專(zhuān)利名稱(chēng)：表面聲波濾波器及具有其的表面聲波雙工器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及表面聲波濾波器，更具體來(lái)說(shuō)，涉及用于移動(dòng)通信設(shè)備的高頻單元的表面聲波濾波器，這種表面聲波濾波器的濾波特性需要具有高形狀因數(shù)。本發(fā)明還涉及具有該表面聲波濾波器的表面聲波雙工器(天線雙工器)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)射波段和接收波段彼此非常接近，這樣，可以高效利用有限的頻率波段區(qū)域。例如，在北美的PCS(個(gè)人通信業(yè)務(wù))中，盡管通帶位于1.9GHz，發(fā)射波段和接收波段之間的頻隙僅為20MHz。
為了避免這樣的移動(dòng)通信系統(tǒng)中的串?dāng)_，在分離發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的天線雙工器中，通帶到阻帶之間的頻率區(qū)域(過(guò)渡區(qū)域)需要非常窄。
為生產(chǎn)這種天線雙工器，傳統(tǒng)上一直采用介質(zhì)濾波器或膜體聲波諧振器(FBAR)。
然而，采用介質(zhì)濾波器，天線雙工器的體積會(huì)很大。采用FBAR，除去體積大的問(wèn)題之外，還有必要高精度地控制膜的厚度，從而降低了產(chǎn)品合格率，提高了產(chǎn)品的成本。
鑒于上述事實(shí)，越來(lái)越多的天線雙工器采用表面聲波濾波器來(lái)生產(chǎn)，從而可以獲得更小、更薄的天線雙工器，而且產(chǎn)品合格率也很高。
不過(guò)，通常，和包括介質(zhì)元件或FBAR的濾波器器件相比，表面聲波濾波器的帶通特性具有比較差的形狀因數(shù)。因此，為了以高合格率生產(chǎn)體積小、成本低的天線雙工器，必需改進(jìn)每個(gè)表面聲波濾波器的帶通特性的形狀因數(shù)。
另一個(gè)需要改進(jìn)帶通特性的形狀因數(shù)的原因是，天線雙工器直接位于天線之前。因此，每個(gè)天線雙工器都需要具有比級(jí)間濾波器更小的損耗和更高的衰減特性。
針對(duì)這些原因，迫切需要開(kāi)發(fā)一種表面聲波濾波器，其帶通特性具有優(yōu)良的形狀因數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的就是提供一種表面聲波濾波器和具有該表面聲波濾波器的表面聲波雙工器，在其中消除了上面的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)更具體的目的是提供一種表面聲波濾波器，其帶通特性具有改進(jìn)的形狀因數(shù)。
本發(fā)明的另一個(gè)具體目的是提供一種體積小、成本低的表面聲波雙工器，其采用了上面的表面聲波濾波器。
本發(fā)明的上述目的采用一種表面聲波濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種表面聲波濾波器包括以梯型結(jié)構(gòu)相連的多個(gè)串聯(lián)支路(series-arm)諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路(parallel-arm)諧振器，每個(gè)諧振器都具有一形成在壓電基板上的交指型變換器，并且至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有和其他的串聯(lián)支路諧振器不同的靜態(tài)電容，其中，除去位于梯型結(jié)構(gòu)中的第一級(jí)的串聯(lián)支路諧振器以外，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器的平均諧振頻率比其他串聯(lián)支路諧振器的低。
本發(fā)明的上述目的還可采用一種表面聲波濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種表面聲波濾波器包括以梯型結(jié)構(gòu)相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，每個(gè)諧振器都具有一形成在壓電基板上的交指型變換器，并且至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有與其他的串聯(lián)支路諧振器不同的靜態(tài)電容，其中，除去位于梯型結(jié)構(gòu)中的第一級(jí)的串聯(lián)支路諧振器以外，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有一交指型變換器，該交指型變換器的電極指間距比其他串聯(lián)支路諧振器的交指型變換器的電極指間距的平均值長(zhǎng)。
本發(fā)明的上述目的還可采用一種表面聲波濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種表面聲波濾波器包括以梯型結(jié)構(gòu)相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，每個(gè)諧振器都具有一形成在壓電基板上的交指型變換器，并且位于末級(jí)的串聯(lián)支路諧振器的靜態(tài)電容比其他串聯(lián)支路諧振器的小，其中，除去位于梯型結(jié)構(gòu)中的第一級(jí)的串聯(lián)支路諧振器以外，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有一交指型變換器，該交指型變換器的電極指間距比其他串聯(lián)支路諧振器的交指型變換器的電極指間距的平均值長(zhǎng)。
本發(fā)明的上述目的還可采用一種表面聲波雙工器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種表面聲波雙工器包括兩個(gè)具有不同通帶的濾波器，這兩個(gè)濾波器之一位于較低頻率側(cè)，其包括一表面聲波濾波器，該表面聲波濾波器包括以梯型結(jié)構(gòu)相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，每個(gè)諧振器都具有一形成在壓電基板上的交指型變換器，并且至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有和其他串聯(lián)支路諧振器不同的靜態(tài)電容，其中，除去位于梯型結(jié)構(gòu)中的第一級(jí)的串聯(lián)支路諧振器以外，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器的平均諧振頻率比其他串聯(lián)支路諧振器的低。
本發(fā)明的上述目的還可采用一種表面聲波雙工器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種表面聲波雙工器包括兩個(gè)具有不同通帶的濾波器，這兩個(gè)濾波器之一位于較低頻率側(cè)，其包括一表面聲波濾波器，該表面聲波濾波器包括以梯型結(jié)構(gòu)相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，每個(gè)諧振器都具有一形成在壓電基板上的交指型變換器，并且至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有和其他串聯(lián)支路諧振器不同的靜態(tài)電容，其中，除去位于梯型結(jié)構(gòu)中第一級(jí)的串聯(lián)支路諧振器以外，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有一交指型變換器，該交指型變換器的電極指間距比其他串聯(lián)支路諧振器的交指型變換器的電極指間距的平均值長(zhǎng)。
本發(fā)明的上述目的還可采用一種表面聲波雙工器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種表面聲波雙工器包括兩個(gè)具有不同通帶的濾波器，這兩個(gè)濾波器之一位于較低頻率側(cè)，其包括一表面聲波濾波器，該表面聲波濾波器包括以梯型結(jié)構(gòu)相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，每個(gè)諧振器都具有一形成在壓電基板上的交指型變換器，并且位于末級(jí)的串聯(lián)支路諧振器的靜態(tài)電容比其他串聯(lián)支路諧振器的小，其中，除去位于梯型結(jié)構(gòu)中的第一級(jí)的串聯(lián)支路諧振器以外，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有一交指型變換器，該交指型變換器的電極指間距比其他串聯(lián)支路諧振器的交指型變換器的電極指間距的平均值長(zhǎng)。


結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯得更加清楚，圖中圖1是顯示“形狀因數(shù)”是什么的曲線圖；圖2是依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的梯型SAW濾波器器件的俯視圖；圖3是圖2中的梯型SAW濾波器器件的電路圖；圖4是圖2中的梯型SAW濾波器器件的另一個(gè)電路圖；圖5是具有單級(jí)結(jié)構(gòu)的梯型濾波器的原理圖；圖6是顯示圖5中的梯型濾波器的導(dǎo)納特性和濾波特性的曲線圖；圖7是顯示依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的另一梯型濾波器的導(dǎo)納特性和濾波特性的曲線圖；圖8是顯示依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的又一梯型濾波器的導(dǎo)納特性和濾波特性的曲線圖；圖9是顯示圖8中的梯型濾波器的導(dǎo)納特性和濾波特性的曲線圖，該濾波器的串聯(lián)支路諧振器Sb的靜態(tài)電容增加了；圖10是顯示導(dǎo)納特性和濾波特性的曲線圖，根據(jù)表1中所示的設(shè)計(jì)參數(shù)制造圖2中的梯型SAW濾波器器件，可獲得這里的導(dǎo)納特性和濾波特性；圖11是一串聯(lián)支路諧振器的俯視圖，其中保持IDT 11的兩個(gè)電極指的總寬度為電極指間距的15％到25％；圖12是在IDT中具有啞電極的串聯(lián)支路諧振器的俯視圖；圖13A和13B是顯示圖2中的梯型SAW濾波器器件的具體示例的導(dǎo)納特性和濾波特性的曲線圖；圖14是一曲線圖，其顯示相對(duì)于依照本發(fā)明的第二實(shí)施例的梯型SAW濾波器器件的一個(gè)串聯(lián)支路諧振器的電極指間距的變化率，高頻側(cè)過(guò)渡區(qū)中(通帶中的-3dB點(diǎn)和-40dB點(diǎn)之間的頻率寬度)的濾波特性的頻率寬度的相對(duì)波動(dòng)；
圖15是圖示依照本發(fā)明的第三實(shí)施例的天線雙工器的結(jié)構(gòu)的框圖；以及圖16是顯示圖15中所示的天線雙工器的低頻濾波器和高頻濾波器的濾波特性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
首先，需要定義“形狀因數(shù)”。
本發(fā)明尤其將改進(jìn)高頻側(cè)的通帶和阻帶之間的區(qū)域中的形狀因數(shù)。在本發(fā)明中，形狀因數(shù)定義為通帶中的高頻側(cè)的-3dB點(diǎn)和-40dB點(diǎn)之間的頻率差Δf。這樣，當(dāng)頻率差Δf減小時(shí)，通帶到阻帶的變化或斜率將變陡。頻率差Δf越小，形狀因數(shù)越好。頻率差Δf也被稱(chēng)作過(guò)渡區(qū)。
下面是參考附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明。
(第一實(shí)施例)圖2是依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的梯型表面聲波(SAW)濾波器器件1的俯視圖。如圖2中所示，在梯型結(jié)構(gòu)中，梯型表面聲波(SAW)濾波器器件1包括4個(gè)以串聯(lián)支路布置的串聯(lián)支路諧振器S1至S4，和2個(gè)以并聯(lián)支路布置的并聯(lián)支路諧振器P1和P2。
這里，將解釋梯型SAW濾波器的串聯(lián)支路諧振器。圖2中所示的梯型SAW濾波器器件1具有從串聯(lián)支路諧振器S1開(kāi)始的4級(jí)結(jié)構(gòu)，其電路結(jié)構(gòu)可以表示為S-P-P-S-S-P-P-S，其中每個(gè)串聯(lián)支路諧振器用S表示，每個(gè)并聯(lián)諧振器用P表示。圖3顯示了該結(jié)構(gòu)的電路圖。圖2中所示的梯型SAW濾波器器件1將每?jī)蓚€(gè)相鄰并聯(lián)支路諧振器(P01和P02/P03和P04)組合成一個(gè)并聯(lián)支路諧振器P1/P2。這種具有4級(jí)結(jié)構(gòu)的梯型SAW濾波器器件1包括4個(gè)串聯(lián)支路諧振器，分別稱(chēng)作S1、S2、S3和S4，當(dāng)從輸入側(cè)觀看時(shí)，按此順序排列，如圖2中所示。不過(guò)，在天線雙工器濾波器中，可將每個(gè)串聯(lián)支路諧振器分成兩個(gè)，從而增加其功率持久性。圖4圖示了一種結(jié)構(gòu)，當(dāng)把圖2中的梯型SAW濾波器器件中的每個(gè)串聯(lián)支路諧振器分成兩個(gè)時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，每?jī)蓚€(gè)相鄰的串聯(lián)支路諧振器被當(dāng)作一組，將4組串聯(lián)支路諧振器稱(chēng)作S1至S4，如圖4中所示。每組串聯(lián)支路諧振器的電極指間距由相應(yīng)兩個(gè)串聯(lián)支路諧振器的電極指間距的平均值確定。這也適用于每個(gè)串聯(lián)支路諧振器被分成3個(gè)或更多個(gè)的情形。
在本實(shí)施例的梯型表面聲波濾波器器件1中，串聯(lián)支路諧振器S1至S4和并聯(lián)支路諧振器P1和P2每個(gè)都具有一交指型變換器(ITD)11，該交指型變換器具有單電極結(jié)構(gòu)并位于壓電基板10上。另外，反射器R11和R12每個(gè)都具有一格型(lattice-like)反射器電極12，并且沿表面聲波(SAW)傳播的方向設(shè)置在IDT 11之前和之后。反射器R11和R12用來(lái)更安全地將表面聲波封閉在諧振器S1、P1和P2中。因此，梯型SAW濾波器的帶通特性的形狀因數(shù)可由反射器R11和R12大大增加。
例如，壓電基板10可以是42°Y切割X傳播(42°Y-cutX-propagation)LiTaO3基板。
如果梯型SAW濾波器器件1中的串聯(lián)支路諧振器S1至S4的靜態(tài)電容不一致，當(dāng)使所有串聯(lián)支路諧振器S1至S4的電極指間距一致時(shí)，形狀因數(shù)不一定會(huì)被優(yōu)化。不過(guò)，在這種情況下，通過(guò)改變至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器(例如，S3)的電極指間距，可以改進(jìn)形狀因數(shù)。如果在所有的串聯(lián)支路諧振器S1至S4中，靜態(tài)電容、電極指交叉部分的寬度和電極指對(duì)的數(shù)量基本一致，通過(guò)使所有串聯(lián)支路諧振器S1至S4的交指型變換器的電極指間距一致，可以?xún)?yōu)化高頻側(cè)的形狀因數(shù)。
可以根據(jù)串聯(lián)支路諧振器S和并聯(lián)支路諧振器P的導(dǎo)納特性對(duì)此加以解釋。在下面的說(shuō)明中，用S表示任一串聯(lián)支路諧振器，用P表示任一并聯(lián)支路諧振器。
圖5圖示了串聯(lián)支路諧振器S和并聯(lián)支路諧振器P的導(dǎo)納特性與一梯型SAW濾波器100(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“梯型濾波器100”)的濾波特性之間的關(guān)系，該梯型濾波器100具有單級(jí)結(jié)構(gòu)，并包括所述串聯(lián)支路諧振器S和所述并聯(lián)支路諧振器P。如圖5中所示，單級(jí)結(jié)構(gòu)的梯型濾波器100具有一個(gè)串聯(lián)支路諧振器S和一個(gè)并聯(lián)支路諧振器P。在圖5中，箭頭方向表示梯型濾波器100中的電流的方向。
圖6顯示了圖5中所示的梯型濾波器100的導(dǎo)納特性(也稱(chēng)作導(dǎo)納幅值)和濾波特性(也稱(chēng)作濾波器插入損耗)。如從圖6中所能看到的，表示串聯(lián)支路諧振器S的導(dǎo)納特性的曲線和表示并聯(lián)支路諧振器P的導(dǎo)納特性的曲線的交點(diǎn)C處的頻率，和梯型濾波器100的濾波特性中的“肩”點(diǎn)K處的頻率相同。這是因?yàn)?，在低于交點(diǎn)C的頻率的任何頻率處，串聯(lián)支路諧振器S的導(dǎo)納幅值都比并聯(lián)支路諧振器P的大。當(dāng)串聯(lián)支路諧振器S的導(dǎo)納幅值比并聯(lián)支路諧振器P的大時(shí)，大部分電流都流向串聯(lián)支路諧振器S。另一方面，在高于交點(diǎn)C的頻率的任何頻率處，并聯(lián)支路諧振器P的導(dǎo)納幅值比串聯(lián)支路諧振器S的大。在這種情況下，大部分電流都流向并聯(lián)支路諧振器P。結(jié)果，比交點(diǎn)C的頻率高的區(qū)域成為阻帶，濾波器的插入損耗相應(yīng)增加了。在交點(diǎn)C(或?yàn)V波特性中的“肩”點(diǎn)K)處，流向串聯(lián)支路諧振器S的電流和流向并聯(lián)支路諧振器P的電流相等，插入損耗大約為-3dB。
濾波特性的衰減極點(diǎn)D處的頻率也和串聯(lián)支路諧振器S的反諧振點(diǎn)ARs處的頻率相同。因此，濾波特性的形狀因數(shù)(過(guò)渡區(qū))由串聯(lián)支路諧振器S的反諧振點(diǎn)ARs與串聯(lián)支路諧振器S和并聯(lián)支路諧振器P的導(dǎo)納特性的交點(diǎn)C之間的頻率差Δf確定。
接下來(lái)，將說(shuō)明多級(jí)結(jié)構(gòu)的梯型濾波器(以下稱(chēng)作“梯型濾波器200”)的濾波特性和導(dǎo)納特性。在標(biāo)準(zhǔn)多級(jí)結(jié)構(gòu)的梯型濾波器200中，如果多個(gè)串聯(lián)支路諧振器S的靜態(tài)電容一致，則所有串聯(lián)支路諧振器S的導(dǎo)納也相同。因此，每個(gè)串聯(lián)支路諧振器S和每個(gè)并聯(lián)支路諧振器P的導(dǎo)納特性(導(dǎo)納幅值)和圖6中所示的曲線相同。
不過(guò)，在多級(jí)結(jié)構(gòu)的梯型濾波器200中，如果一個(gè)或更多串聯(lián)支路諧振器S具有和其他串聯(lián)支路諧振器不同的靜態(tài)電容(具有不同靜態(tài)電容的諧振器是Sa)，串聯(lián)支路諧振器Sa的導(dǎo)納特性就和圖7中所示的導(dǎo)納特性曲線相同。更具體地，在串聯(lián)支路諧振器Sa的諧振點(diǎn)Rsa和反諧振點(diǎn)ARsa處的頻率(分別是諧振頻率和反諧振頻率)，和具有一致靜態(tài)電容的梯型濾波器的相應(yīng)頻率相同，但是串聯(lián)支路諧振器S和Sa與并聯(lián)支路諧振器P的導(dǎo)納特性有兩個(gè)或更多個(gè)交點(diǎn)。這在濾波特性中產(chǎn)生了兩個(gè)或更多個(gè)“肩”點(diǎn)K，濾波特性曲線的“肩”變得更鈍了。結(jié)果，形狀因數(shù)惡化了(參看圖7中的虛線)。
為解決這個(gè)問(wèn)題，在本實(shí)施例中，將至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器(該串聯(lián)支路諧振器是Sb)的諧振頻率設(shè)置得稍微低于其他的串聯(lián)支路諧振器S的諧振頻率。換言之，串聯(lián)支路諧振器Sb的每個(gè)電極指間距被設(shè)置得稍微長(zhǎng)于其他串聯(lián)支路諧振器S的每個(gè)電極指間距。下文中將具有這種結(jié)構(gòu)的梯型濾波器稱(chēng)作梯型濾波器300。將串聯(lián)支路諧振器Sb的諧振頻率設(shè)得較低時(shí)，串聯(lián)支路諧振器Sb的反諧振頻率也變低了。因此，對(duì)應(yīng)于反諧振頻率的濾波特性的衰減極點(diǎn)D出現(xiàn)在較低頻率點(diǎn)處，從而改進(jìn)了形狀因數(shù)，如圖8中所示。另外，在此結(jié)構(gòu)中，在串聯(lián)支路諧振器Sb和并聯(lián)支路諧振器P的導(dǎo)納特性中出現(xiàn)了另一個(gè)交點(diǎn)。這又改進(jìn)了形狀因數(shù)，因?yàn)樗p極點(diǎn)D移向低頻側(cè)的效應(yīng)大于濾波特性的“肩”點(diǎn)K變鈍的效應(yīng)。
如上所述，在不是所有的串聯(lián)支路諧振器S的靜態(tài)電容都相同的情況下，可以通過(guò)降低至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器的諧振頻率(或通過(guò)延長(zhǎng)每個(gè)電極指間距)來(lái)改進(jìn)形狀因數(shù)。
另外，在多級(jí)結(jié)構(gòu)中的末級(jí)串聯(lián)支路諧振器(末級(jí)串聯(lián)支路諧振器為諧振器Sn)的靜態(tài)電容降低，以至高頻濾波器(例如，接收濾波器)的通帶中的阻抗逼近無(wú)窮時(shí)，和上述效果一樣，通過(guò)降低至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器Sb的諧振頻率(或通過(guò)延長(zhǎng)每個(gè)電極指間距)，可以改進(jìn)形狀因數(shù)。末級(jí)串聯(lián)支路諧振器Sn具有減小的靜態(tài)電容的結(jié)構(gòu)通常用于具有表面聲波濾波器的天線雙工器的低頻濾波器(例如，發(fā)射濾波器)。
下面，將說(shuō)明改變多級(jí)結(jié)構(gòu)梯型濾波器300中的一個(gè)串聯(lián)支路諧振器Sb的諧振頻率(或電極指間距)的過(guò)程。在此實(shí)施例中，如果梯型濾波器300有n級(jí)，改變第二級(jí)到末級(jí)的串聯(lián)支路諧振器(這些串聯(lián)支路諧振器用S2至Sn表示)的諧振頻率(或電極指間距)，而不改變第一級(jí)的串聯(lián)支路諧振器(該串聯(lián)支路諧振器是S1)的諧振頻率(或電極指間距)。這是因?yàn)?，為獲得天線雙工器，除了高形狀因數(shù)外，還需要高功率持久性。梯型濾波器300的功率持久性主要由串聯(lián)支路諧振器S1的功率持久性確定，該串聯(lián)支路諧振器S1最靠近功率輸入。如果改變了串聯(lián)支路諧振器S1的電極指間距，也就大大改變了串聯(lián)支路諧振器S1的功率消耗。結(jié)果，所述天線雙工器的功率持久性可能惡化。另一方面，如果改變第二級(jí)到末級(jí)的串聯(lián)支路諧振器S2至Sn的諧振頻率(或電極指間距)，串聯(lián)支路諧振器S2至Sn的功耗的確會(huì)改變，但是功率持久性不會(huì)惡化很多。這是因?yàn)?，串?lián)支路諧振器S2至Sn與功率輸入間有一距離。因此，在此實(shí)施例中，改變了功耗相對(duì)較小的第二級(jí)至末級(jí)串聯(lián)支路諧振器S2至Sn之一的電極指間距，從而可以防止功率持久性的惡化，并且可以提高形狀因數(shù)。
在此實(shí)施例中，簡(jiǎn)單地通過(guò)改變串聯(lián)支路諧振器之一Sb的諧振頻率，可以提高濾波特性的形狀因數(shù)，如圖8中所示。然而，當(dāng)改變一個(gè)串聯(lián)支路諧振器Sb的諧振頻率時(shí)，和并聯(lián)支路諧振器P的導(dǎo)納特性會(huì)形成兩個(gè)或更多個(gè)交點(diǎn)。因此，在此實(shí)施例中，將諧振頻率被改變的串聯(lián)支路諧振器Sb的靜態(tài)電容設(shè)置得比其他串聯(lián)支路諧振器S的靜態(tài)電容的平均值要大。圖9顯示了串聯(lián)支路諧振器S、Sa和Sb及并聯(lián)支路諧振器P的導(dǎo)納特性和濾波特性，這對(duì)應(yīng)于將諧振頻率被改變的串聯(lián)支路諧振器Sb的靜態(tài)電容設(shè)置得大于其他串聯(lián)支路諧振器S的靜態(tài)電容的平均值的情況。從圖9中可清楚地看到，串聯(lián)支路諧振器Sb的靜態(tài)電容增加后，其諧振頻率和反諧振頻率保持不變，并且導(dǎo)納特性中的交點(diǎn)也和先前的相同。換言之，和導(dǎo)納特性的交點(diǎn)數(shù)看來(lái)似乎減少了。這證明通過(guò)增加其諧振頻率被改變的串聯(lián)支路諧振器Sb的靜態(tài)電容，濾波特性曲線的“肩”點(diǎn)變得更加尖銳了，形狀因數(shù)也被改進(jìn)了。
接下來(lái)，將說(shuō)明對(duì)本實(shí)施例的梯型濾波器進(jìn)行仿真的結(jié)果。在這些仿真中，采用圖2中所示的具有4級(jí)結(jié)構(gòu)的梯型SAW濾波器器件1作為仿真模型。在圖2中所示的梯型SAW濾波器器件1中，對(duì)應(yīng)于兩組相鄰的串聯(lián)支路諧振器(S1和S2/S3和S4)的并聯(lián)支路諧振器P1和P2，每個(gè)都具有并聯(lián)連接(參看圖3)的一組兩個(gè)并聯(lián)支路諧振器(P01和P02/P03和P04)。因此，圖2中所示的結(jié)構(gòu)外觀上具有兩個(gè)并聯(lián)支路諧振器P1和P2。具有這種4級(jí)結(jié)構(gòu)的梯型SAW濾波器器件1可以被容易地用作天線雙工器。表1顯示了該梯型SAW濾波器器件1的串聯(lián)支路諧振器S1至S4和并聯(lián)支路諧振器P1和P2的設(shè)計(jì)參數(shù)。在表1所示的設(shè)計(jì)參數(shù)中，將串聯(lián)支路諧振器S1的靜態(tài)電容和電極指間距(初始值)用作其他諧振器的靜態(tài)電容和電極指間隔的參考值。
表1梯型SAW濾波器器件1的設(shè)計(jì)參數(shù)

從表1中可清楚地看到，在梯型SAW濾波器器件1中，位于4級(jí)結(jié)構(gòu)中的末級(jí)的串聯(lián)支路諧振器S4的靜態(tài)電容小于其他串聯(lián)支路諧振器S1至S3的靜態(tài)電容的平均值。
采用表1中所示的設(shè)計(jì)參數(shù)，當(dāng)將位于4級(jí)結(jié)構(gòu)中的第三級(jí)的串聯(lián)支路諧振器S3的電極指間距縮短或延長(zhǎng)0.3％(或者將串聯(lián)支路諧振器S3的諧振頻率增大或減小)時(shí)，所獲得的濾波特性如圖10所示。從圖10中可清楚地看到，當(dāng)將串聯(lián)支路諧振器S3的每個(gè)電極指間距延長(zhǎng)0.3％時(shí)，在梯型SAW濾波器器件1的濾波特性中的-3dB至-40dB之間的過(guò)渡區(qū)變得更窄了。從而，改進(jìn)了形狀因數(shù)。這是因?yàn)?，在濾波特性中，-3dB附近的曲線的“肩”K基本保持不變，而衰減極點(diǎn)D向較低頻率側(cè)移動(dòng)了。另一方面，當(dāng)串聯(lián)支路諧振器S3的每個(gè)電極指間距縮短0.3％時(shí)，濾波特性的形狀因數(shù)基本保持不變。
如上所述，在本實(shí)施例的具有4級(jí)結(jié)構(gòu)的梯型SAW濾波器器件1中，在末級(jí)的串聯(lián)支路諧振器S4的靜態(tài)電容小于其他串聯(lián)支路諧振器S1至S3的靜態(tài)電容的情況下，通過(guò)將第三級(jí)的串聯(lián)支路諧振器S3的每個(gè)電極指間距設(shè)置得長(zhǎng)于其他串聯(lián)支路諧振器的每個(gè)電極指間距，可以改進(jìn)濾波特性的形狀因數(shù)。
在圖2中所示的梯型SAW濾波器器件1中，若梯型SAW濾波器器件1中至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器的IDT 11滿(mǎn)足下面的表達(dá)式(1)(該串聯(lián)支路諧振器為Sc)，可以進(jìn)一步增加濾波特性的形狀因數(shù)W/L≤25 (％)…(1)
若滿(mǎn)足表達(dá)式(1)，就減小了諧振器中相對(duì)于傳播方向的橫向的泄漏損失。這樣，可進(jìn)一步增加濾波特性的形狀因數(shù)。在表達(dá)式(1)中，W表示IDT 11中的電極指的總寬度，L表示IDT 11沿SAW傳播方向的長(zhǎng)度。
換言之，通過(guò)滿(mǎn)足下面的表達(dá)式(2)，可以進(jìn)一步改進(jìn)梯型SAW濾波器器件1的濾波特性wa≤25 (％) …(2)(wa＝2w/pi×100(％))其中，w表示IDT 11中每一個(gè)電極指的寬度，pi表示每個(gè)電極指間距，wa表示在串聯(lián)支路諧振器Sc中，兩個(gè)電極指的總寬度和一個(gè)間距pi的比率(下文中將此比率稱(chēng)作“圖形寬度”(pattern width))。
不過(guò)，在圖形寬度wa小于15％的情況下，串聯(lián)支路諧振器Sc中的電極指阻抗增加了，從而插入損耗也增加了。因此，圖形寬度wa(或W/L)優(yōu)選地應(yīng)該是15％或更高。雖然在表達(dá)式(2)中將圖形寬度wa的上限設(shè)為25％，將圖形寬度wa設(shè)為22.5％更為合適。圖11中顯示了具有這種結(jié)構(gòu)的串聯(lián)支路諧振器Sc。
這樣，將串聯(lián)支路諧振器Sc的IDT 11的圖形寬度wa設(shè)計(jì)為15％至25％，從而減小了在該諧振器中相對(duì)于傳播方向的橫向的泄漏損失。結(jié)果，改進(jìn)了濾波特性的形狀因數(shù)。這里，IDT 11中的所有電極指具有滿(mǎn)足根據(jù)表達(dá)式(2)的條件的相同寬度，或者所述多個(gè)電極指的總寬度滿(mǎn)足根據(jù)表達(dá)式(1)的條件。在后一種情形中，電極指具有不一致的寬度。也可以將這種結(jié)構(gòu)和上面所述的結(jié)構(gòu)相組合，以進(jìn)一步改進(jìn)濾波特性的形狀因數(shù)。這樣，可將天線雙工器形成在一系統(tǒng)中，該系統(tǒng)具有彼此非常接近的發(fā)射波段和接收波段。
在此實(shí)施例中，通過(guò)在至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器的IDT(所述至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器為Sd，所述IDT為11a)中的電極非交叉部分設(shè)置啞電極13，也可以增加高頻側(cè)的濾波特性的形狀因數(shù)。啞電極13對(duì)SAW的激發(fā)沒(méi)有作用。有了啞電極13，就創(chuàng)建了一SAW引導(dǎo)模式，并且可以將受激的SAW更安全地封閉在諧振器中。在IDT 11a中，每個(gè)電極指非交叉部分應(yīng)為每個(gè)電極指間距的1.5至4.5倍長(zhǎng)。另外，每個(gè)啞電極13應(yīng)位于IDT 11a中的每個(gè)對(duì)應(yīng)的電極指的頂端的相對(duì)側(cè)。
圖12顯示了這種串聯(lián)支路諧振器Sd的結(jié)構(gòu)?？梢詫⒕哂袉‰姌O13的串聯(lián)支路諧振器Sd與任何已經(jīng)提到的結(jié)構(gòu)相組合，以便濾波特性能有一個(gè)優(yōu)良的形狀因數(shù)。有了這樣優(yōu)良的形狀因數(shù)，就可將天線雙工器形成在一系統(tǒng)中，該系統(tǒng)具有彼此非常接近的發(fā)射波段和接收波段。另外，這樣的天線雙工器可以做得很小，并且以很低的成本生產(chǎn)。
下面將更加詳細(xì)地說(shuō)明梯型SAW濾波器器件1的結(jié)構(gòu)。在圖2中所示的梯型SAW濾波器器件1中，串聯(lián)支路諧振器S1、S2和S4的電極指間距都是2.12μm長(zhǎng)，而串聯(lián)支路諧振器S3的每個(gè)電極指間距則是2.13μm長(zhǎng)。若串聯(lián)支路諧振器S1的靜態(tài)電容為1，則串聯(lián)支路諧振器S2至S4的相對(duì)靜態(tài)電容分別為1、1和0.75。并聯(lián)支路諧振器P1和P2的電極指間距都是2.16μm，相對(duì)靜態(tài)電容都是0.8。
圖13A和13B中顯示了具有這種結(jié)構(gòu)的梯型SAW濾波器器件1的濾波特性。為了對(duì)比，在圖13A和13B中，用虛線表示當(dāng)串聯(lián)支路諧振器S1至S4的電極指間距均為2.12μm時(shí)所獲得的濾波特性，作為常規(guī)的示例。圖13B是顯示圖13A中注意區(qū)域的放大版的曲線圖。從圖13A和13B中可清楚地看到，通過(guò)延長(zhǎng)串聯(lián)支路諧振器S1至S4之中的串聯(lián)支路諧振器S3的每個(gè)電極指間距，減小了通帶中高頻側(cè)的-3dB點(diǎn)和-40dB點(diǎn)之間的頻率差Δf。從而，改進(jìn)了濾波特性的形狀因數(shù)。
(第二實(shí)施例)下面參考圖14，詳細(xì)說(shuō)明形式為梯型SAW濾波器器件2的本發(fā)明的第二實(shí)施例。
本實(shí)施例的梯型SAW濾波器器件2的結(jié)構(gòu)和圖2中所示的結(jié)構(gòu)基本相同。另外，壓電基板10是42°Y切割X傳播LiTaO3基板，這和第一實(shí)施例中的相同。
在此結(jié)構(gòu)中，串聯(lián)支路諧振器S1、S2和S4的電極指間距均為2.12μm，只改變了串聯(lián)支路諧振器S3的每個(gè)電極指間距。若串聯(lián)支路諧振器S1的靜態(tài)電容為1，則串聯(lián)支路諧振器S2至S4的相對(duì)靜態(tài)電容分別為1、1和0.75。同時(shí)，并聯(lián)支路諧振器P1和P2的電極指間距均為2.16μm，相對(duì)靜態(tài)電容是0.8。
相對(duì)于具有上面的結(jié)構(gòu)的梯型SAW濾波器器件2中的串聯(lián)支路諧振器S3的每個(gè)電極指間距的變化率，高頻側(cè)過(guò)渡區(qū)中濾波特性的頻率寬度(通帶中的-3dB點(diǎn)和-40dB點(diǎn)之間的頻率寬度)的相對(duì)波動(dòng)顯示在圖14中。通過(guò)延長(zhǎng)串聯(lián)支路諧振器S3的每個(gè)電極指間距(延長(zhǎng)長(zhǎng)度為串聯(lián)支路諧振器S2至S4的電極指間距的平均長(zhǎng)度的0％到1％)，可以改進(jìn)高頻側(cè)的形狀因數(shù)。本實(shí)施例的其他方面和第一實(shí)施例的對(duì)應(yīng)方面相同，因此，這里略去了對(duì)這些內(nèi)容的說(shuō)明。
(第三實(shí)施例)下面參考圖15和16，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施例。在此實(shí)施例中，第一實(shí)施例的梯型SAW濾波器器件1用作相對(duì)較低頻率側(cè)的濾波器1a，縱向耦合的SAW諧振器濾波器用作相對(duì)較高頻率側(cè)的濾波器1b。這些濾波器被安裝在一個(gè)封裝中，以形成1.9GHz波段天線雙工器1A。圖15顯示了依照本實(shí)施例的這種天線雙工器1A。
圖16中顯示了這種天線雙工器1A的濾波特性。從圖16中可清楚地看到，低頻側(cè)的濾波器1a的高頻側(cè)形狀因數(shù)是優(yōu)良的。因此，盡管發(fā)射波段和接收波段之間的頻隙只有20MHz，在接收波段中，本實(shí)施例的天線雙工器1A的衰減率卻保持在-40dB或更高。因此，采用第一實(shí)施例的梯型SAW濾波器器件1，可以實(shí)現(xiàn)體積小、成本低的天線雙工器。本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的其他方面和第一實(shí)施例的對(duì)應(yīng)方面相同，因此，這里略去對(duì)這些內(nèi)容的說(shuō)明。本實(shí)施例也可應(yīng)用于采用第二實(shí)施例的梯型SAW濾波器器件2的天線雙工器。
盡管已經(jīng)顯示并說(shuō)明了幾個(gè)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員應(yīng)該清楚，在不偏離由權(quán)利要求及其等同物所限定的本發(fā)明的原則和精神的條件下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行改變。
本發(fā)明基于2002年9月30日提交的日本專(zhuān)利申請(qǐng)2002-284867，其全部?jī)?nèi)容已通過(guò)引用合并于此。
權(quán)利要求
1.一種表面聲波濾波器，其包括以梯型結(jié)構(gòu)相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，每個(gè)諧振器都具有一形成在壓電基板上的交指型變換器，并且至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有和其他串聯(lián)支路諧振器不同的靜態(tài)電容，其中，除去位于梯型結(jié)構(gòu)中的第一級(jí)的串聯(lián)支路諧振器以外，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器的平均諧振頻率比其他串聯(lián)支路諧振器的低。
2.一種表面聲波濾波器，其包括以梯型結(jié)構(gòu)相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，每個(gè)諧振器都具有一形成在壓電基板上的交指型變換器，并且至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有和其他串聯(lián)支路諧振器不同的靜態(tài)電容，其中，除去位于梯型結(jié)構(gòu)中的第一級(jí)的串聯(lián)支路諧振器以外，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有一交指型變換器，該交指型變換器的電極指間距比其他串聯(lián)支路諧振器的交指型變換器的電極指間距的平均值長(zhǎng)。
3.一種表面聲波濾波器，其包括以梯型結(jié)構(gòu)相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，每個(gè)諧振器都具有一形成在壓電基板上的交指型變換器，并且位于末級(jí)的串聯(lián)支路諧振器的靜態(tài)電容比其他串聯(lián)支路諧振器的小，其中，除去位于梯型結(jié)構(gòu)中的第一級(jí)的串聯(lián)支路諧振器以外，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有一交指型變換器，該交指型變換器的電極指間距比其他串聯(lián)諧振器的交指型變換器的電極指間距的平均值長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面聲波濾波器，其中，其交指型變換器的電極指間距比平均值長(zhǎng)的串聯(lián)支路諧振器的靜態(tài)電容大于其他串聯(lián)支路諧振器的靜態(tài)電容的平均值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面聲波濾波器，其中梯型結(jié)構(gòu)包括4級(jí)；以及位于梯型結(jié)構(gòu)中的第三級(jí)的串聯(lián)支路諧振器具有一交指型變換器，該交指型變換器的電極指間距比位于梯型結(jié)構(gòu)中的第二和第四級(jí)的串聯(lián)支路諧振器的交指型變換器的電極指間距的平均值長(zhǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面聲波濾波器，其中，位于梯型結(jié)構(gòu)中的第三級(jí)的串聯(lián)支路諧振器的靜態(tài)電容大于位于梯型結(jié)構(gòu)中的第一和第二級(jí)的串聯(lián)支路諧振器的靜態(tài)電容的平均值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面聲波濾波器，其中位于梯型結(jié)構(gòu)中的第三級(jí)的串聯(lián)支路諧振器中的交指型變換器的每個(gè)電極指間距，比位于梯型結(jié)構(gòu)中的第二和第四級(jí)的串聯(lián)支路諧振器的交指型變換器的電極指間距的平均值長(zhǎng)1％或更少。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面聲波濾波器，其中，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有一交指型變換器，該交指型變換器的電極指寬度是電極指間距的15％到22.5％。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的表面聲波濾波器，其中，電極指寬度是電極指間距的15％到22.5％的交指型變換器具有寬度一致的電極指。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的表面聲波濾波器，其中，電極指寬度是電極指間距的15％到22.5％的交指型變換器具有寬度不一致的電極指。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面聲波濾波器，其中，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器的交指型變換器具有多個(gè)啞電極，這些啞電極位于電極指非交叉部分，并且對(duì)表面聲波的激發(fā)沒(méi)有作用。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的表面聲波濾波器，其中，每個(gè)電極指非交叉部分是所述交指型變換器的電極指間距的1.5至4.5倍長(zhǎng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的表面聲波濾波器，其中，每個(gè)啞電極面對(duì)所述交指型變換器的每個(gè)對(duì)應(yīng)的電極指的頂端。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面聲波濾波器，其中，所述串聯(lián)支路諧振器每個(gè)都具有位于沿表面聲波傳播方向的相對(duì)側(cè)的反射器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面聲波濾波器，其中，所述串聯(lián)支路諧振器和并聯(lián)支路諧振器每個(gè)的交指型變換器都具有單電極結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面聲波濾波器，其中，所述串聯(lián)支路諧振器和并聯(lián)支路諧振器的每個(gè)的壓電基板都由42°Y切割X傳播LiTaO3制成。
17.一種表面聲波雙工器，其包括兩個(gè)具有不同通帶的濾波器，所述兩個(gè)濾波器中位于較低頻率側(cè)的一個(gè)濾波器包括一表面聲波濾波器，該表面聲波濾波器包括以梯型結(jié)構(gòu)相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，每個(gè)諧振器具有一形成在壓電基板上的交指型變換器，并且至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有和其他串聯(lián)支路諧振器不同的靜態(tài)電容，其中，除去位于梯型結(jié)構(gòu)中的第一級(jí)的串聯(lián)支路諧振器以外，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器的平均諧振頻率比其他串聯(lián)支路諧振器的低。
18.根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面聲波濾波器，其中，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有一交指型變換器，該交指型變換器的電極指寬度是電極指間距的15％到22.5％。
19.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面聲波濾波器，其中，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有一交指型變換器，該交指型變換器的電極指寬度是電極指間距的15％到22.5％。
20.根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面聲波濾波器，其中，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器的交指型變換器具有多個(gè)啞電極，這些啞電極位于電極指的非交叉部分，并且對(duì)表面聲波的激發(fā)沒(méi)有作用。
21.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面聲波濾波器，其中，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器的交指型變換器具有多個(gè)啞電極，這些啞電極位于電極指的非交叉部分，并且對(duì)表面聲波的激發(fā)沒(méi)有作用。
22.一種表面聲波雙工器，其包括兩個(gè)具有不同通帶的濾波器，所述兩個(gè)濾波器中位于較低頻率側(cè)的一個(gè)濾波器包括一表面聲波濾波器，該表面聲波濾波器包括以梯型結(jié)構(gòu)相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，每個(gè)諧振器具有一形成在壓電基板上的交指型變換器，并且至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有和其他串聯(lián)支路諧振器不同的靜態(tài)電容，其中，除去位于梯型結(jié)構(gòu)中的第一級(jí)的串聯(lián)支路諧振器以外，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有一交指型變換器，該交指型變換器的電極指間距比其他串聯(lián)支路諧振器的交指型變換器的電極指間距的平均值長(zhǎng)。
23.一種表面聲波雙工器，其包括兩個(gè)具有不同通帶的濾波器，所述兩個(gè)濾波器中位于較低頻率側(cè)的一個(gè)濾波器包括一表面聲波濾波器，該表面聲波濾波器包括以梯型結(jié)構(gòu)相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，每個(gè)諧振器具有一形成在壓電基板上的交指型變換器，并且位于末級(jí)的串聯(lián)支路諧振器的靜態(tài)電容比其他串聯(lián)支路諧振器的小，其中，除去位于梯型結(jié)構(gòu)中的第一級(jí)的串聯(lián)支路諧振器以外，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有一交指型變換器，該交指型變換器的電極指間距比其他串聯(lián)支路諧振器的交指型變換器的電極指間距的平均值長(zhǎng)。
全文摘要
一種表面聲波濾波器包括以梯型結(jié)構(gòu)相連的多個(gè)串聯(lián)支路諧振器和多個(gè)并聯(lián)支路諧振器，每個(gè)諧振器都具有一形成在壓電基板上的交指型變換器，并且至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器具有和其他串聯(lián)支路諧振器不同的靜態(tài)電容。在該表面聲波濾波器中，除去位于梯型結(jié)構(gòu)中的第一級(jí)的串聯(lián)支路諧振器以外，至少一個(gè)串聯(lián)支路諧振器的平均諧振頻率比其他串聯(lián)支路諧振器的低。
文檔編號(hào)H03H9/64GK1494210SQ0312648
公開(kāi)日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2003年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
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