梯形濾波器，分路濾波器，以及通信設備的製作方法
2023-05-31 23:14:56
專利名稱：梯形濾波器，分路濾波器，以及通信設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及梯形濾波器和分路濾波器，尤其是涉及用於像可攜式電話這樣的通信設備的梯形濾波器和分路濾波器，並涉及通信設備。
背景技術：
近些年來，在減小像可攜式電話這樣的通信設備的尺寸和重量方面已經取得了顯著的技術進步。為了實現這種技術進步，已經實現了對具有多種功能的組合部件的開發以及每個部件的簡化和小型化。尤其是，需要改進聲表面波濾波器的性能。
具有被交替地布置在串聯支路和並聯支路上的聲表面波共振器的梯形聲表面波濾波器是這種聲表面波濾波器的一種。
如圖23所示，一種眾所周知的梯形聲表面波濾波器100包括兩個串聯共振器S111和S112以及三個並聯共振器P111、P112和P113。同樣，在該梯形聲表面波濾波器100中，並聯共振器P111、P112和P113的反共振頻率(anti-resonant frequency)fpa100被設置成與串聯共振器S111和S112的共振頻率fsr100基本上相等。因為用於設置並聯共振器P111、P112和P113的反共振頻率fpa100和串行共振器S111與S112的共振頻率fsr100的條件被限制在梯形聲表面波濾波器100中，因此存在的問題是難以增大通帶的寬度。
在以下的專利文件中公開了梯形聲表面波濾波的其他例子專利文件1，日本未審查的專利申請公開No.10-126212；專利文件2，日本未審查的專利申請公開No.10-303698；以及專利文件3，日本未審查的專利申請公開No.9-167937。
根據在專利文件1中公開的一種梯形聲表面波濾波器，布置梯形聲表面波濾波器100，以致串聯共振器的共振頻率fsr100與並聯共振器的反共振頻率fpa100被設置成滿足條件fsr100＞fpa100。這種布置增大了串聯共振器與並聯共振器之間的頻率間隔。從而，增大了梯形聲表面波濾波器的通帶寬度。
然而，利用專利文件1的布置，雖然串聯共振器與並聯共振器之間的頻率間隔增大了，但是在通帶中產生了波紋(ripple)，並且電壓駐波比(VSWR)增大了。這樣限制了帶寬的增大。
根據在專利文件2中公開的一種梯形聲表面波濾波器，布置梯形聲表面波濾波器100，以致其中一個串聯共振器的共振頻率與另一個串聯共振器的共振頻率不同。從而，提高了梯形聲表面波濾波器中的功率阻抗(power resistance)。
然而，利用專利文件2的布置，當兩個串聯共振器的阻抗被組合時，這兩個串聯共振器的組合共振頻率必須基本上等於並聯共振器的反共振頻率。這種布置提供了一個在並聯共振器的共振頻率與兩個串聯共振器中較低的反共振頻率之間的通帶寬度。利用這種布置，隨著兩個串聯共振器的共振頻率之間的頻率間隔的增大，帶寬隨之減小。
如圖24所示，在專利文件3中公開的一種梯形聲表面波濾波器200包括三個串聯共振器S211、S212和S213以及兩個並聯共振器P211和P212。在該梯形聲表面波濾波器200中，串聯共振器S211、S212和S213的共振頻率被設置成與並聯共振器P211和P212的反共振頻率基本上相等。一個電感器L211被並聯加到串聯共振器S213上，從而使串聯共振器S213的反共振頻率偏移到更高的頻率，這樣增大了高於該梯形聲表面波濾波器的通帶的頻率處的衰減。
然而，利用專利文件3的布置並不能增大梯形聲表面波濾波器的帶寬。
如上所述，由於常規的梯形聲表面波濾波器中的各種問題，因此難以利用已知的布置增大梯形聲表面波濾波器的通帶寬度。
在包括具有矽(Si)基板和振動部分的壓電薄膜共振器的梯形濾波器中也會產生上述問題。矽基板具有開口或凹口。配置振動部分，以致壓電薄膜的頂面和底面被至少一對相對的上部電極與下部電極夾在中間，該壓電薄膜由至少一層或多層例如氧化鋅(ZnO)和氮化鋁(AIN)製成，並且置於該開口或凹口上面。
發明內容
為了解決上述的已知問題，本發明的優選實施例提供一種具有增大的通帶寬度的梯形濾波器，一種包括該梯形濾波器的分路濾波器，以及一種具有該梯形濾波器和該分路濾波器的通信設備。
根據本發明一個優選實施例的梯形濾波器包括串聯支路共振器和並聯支路共振器。串聯支路濾波器與並聯支路濾波器交替地相互連接。每個串聯支路共振器是與一個電感器並聯的第一串聯支路共振器或者是沒有與一個電感器連接的第二串聯支路共振器。關係式fsr1＜fsr2被滿足，其中fsr1表示第一串聯支路共振器的共振頻率，fsr2表示第二串聯支路共振器的共振頻率。
利用上述的布置，第一串聯支路共振器與第二串聯支路共振器之間的共振頻率差增大了共振頻率與反共振頻率之間的間隔。因此，增大了梯形濾波器的帶寬。而且，把電感器附加到第一串聯支路共振器上增大了通帶外的衰減。同樣，由於僅僅通過把電感器並聯加到梯形濾波器中的至少一個串聯支路共振器來增大帶寬，從而沒有增大梯形濾波器的尺寸，由此能夠實現小型化和性能改善。
而且，具有上述布置的梯形濾波器優選地滿足關係fsr1＜fpa＜fsr2，其中fpa表示並聯支路共振器的反共振頻率。
而且，具有上述布置的梯形濾波器優選地滿足關係fpa×0.995＜(fsr1+fsr2)/2＜fpa×1.01，其中fpa表示並聯共振器的反共振頻率。
具有上述布置的梯形濾波器優選地滿足關係fsa2＜fsa1』，其中fsa1』表示第一串聯支路共振器的反共振頻率，該反共振頻率是通過由於與第一串聯支路共振器並聯的電感器的工作而造成的偏移(shifting)所獲得的，fsa2表示第二串聯支路共振器的反共振頻率。
在具有上述布置的梯形濾波器中，第一串聯支路共振器的共振頻率優選地與第二串聯支路共振器的共振頻率不同。
具有上述布置的梯形濾波器優選地進一步包括一個封裝(package)，並且並聯的電感器被布置在該封裝中。因此，設備的尺寸被減小了。
在具有上述布置的梯形濾波器中，共振器優選地是一個包括一個壓電基板和多個被布置在該壓電基板上的叉指電極換能器的二端聲表面波共振器(one-terminal pair surface acoustic wave resonator)。
在具有上述布置的梯形濾波器中，共振器優選地是一個壓電薄膜共振器，該壓電薄膜共振器包括一個具有開口或凹口的基板和一個振動部分，配置振動部分，以致包括至少一層並且被布置在該開口或凹口上面的壓電薄膜的頂面和底面被至少一對電極夾在中間。
根據本發明另一個優選實施例的分路濾波器包括上述任意一個梯形濾波器。
根據本發明又一個優選實施例的通信設備具有上述任意一個梯形濾波器或上述分路濾波器。
利用上述包括一個具有增大的帶寬和在低於通帶的頻率處的大衰減的梯形濾波器的布置，提供了一種具有大通帶寬度和在低於通帶的頻率處的大衰減的分路濾波器和通信設備。
在多個第一串聯支路共振器具有相互不同的共振頻率的情況下，平均共振頻率或在該平均共振頻率附近的期望共振頻率被稱為共振頻率fsr1。這點也適用於第二串聯支路共振器的共振頻率、第一串聯支路共振器的反共振頻率以及第二串聯支路共振器的反共振頻率。
如上所述，根據本發明優選實施例的梯形濾波器包括相互交替連接的多個串聯支路共振器和並聯支路共振器。每個串聯支路共振器是與一個電感器並聯的第一串聯支路共振器或者是沒有與一個電感器相連的第二串聯支路共振器。關係fsr1＜fsr2得到滿足，其中fsr1表示第一串聯支路共振器的共振頻率，fsr2表示第二串聯支路共振器的共振頻率。
利用上述的布置，增大了帶寬和通帶外的衰減。而且，由於僅僅通過把電感器並聯加到梯形濾波器中的至少一個串聯支路共振器來增大帶寬，因此能夠實現小型化和性能改善。
根據本發明的各種優選實施例，梯形濾波器、包含該梯形濾波器的分路濾波器以及包括該梯形濾波器和該分路濾波器的通信設備在通帶附近顯示出良好的頻帶外衰減特性。尤其是，梯形濾波器、分路濾波器以及通信設備提供了大通帶寬度，並顯示出在低於通帶的頻率處的大衰減特性。因此，大大改善了通信設備的傳輸特性，從而使通信設備適用於通信領域。
由以下參照附圖的優選實施例的詳細說明，本發明的其它特徵、要素、特性以及優點將變得更清楚。
圖1是一個作為根據本發明第一實施例的梯形濾波器的聲表面波濾波器的電路圖；圖2是一個具有聲表面波濾波器的封裝的平面圖；圖3A所示的曲線圖顯示了在聲表面波濾波器中的兩個串聯共振器的阻抗合成之前的狀態；圖3B所示的曲線圖顯示了在聲表面波濾波器中的兩個串聯共振器的阻抗合成之後的狀態；圖4所示的曲線圖顯示了聲表面波濾波器的傳輸特性；圖5所示的曲線圖顯示了聲表面波濾波器的反射特性(VSWR)和帶寬；圖6所示的等效電路圖顯示了一個在聲表面波濾波器中與一個電感器並聯的串聯共振器的狀態；圖7所示的曲線圖顯示了聲表面波濾波器中的串聯共振器的阻抗的頻率特性；圖8所示的曲線圖顯示了串聯共振器的阻抗和並聯共振器的阻抗之間的關係；圖9是一個在聲表面波濾波器中的並聯共振器的反共振頻率處的等效電路圖；圖10是根據比較例1和比較例2的梯形聲表面波濾波器的電路圖；圖11所示的曲線圖顯示了根據比較例1的梯形聲表面波濾波器的傳輸特性；圖12所示的曲線圖顯示了根據比較例1的梯形聲表面波濾波器的反射特性和帶寬；圖13所示的曲線圖顯示了根據比較例2的梯形聲表面波濾波器的傳輸特性；
圖14所示的曲線圖顯示了根據比較例2的梯形聲表面波濾波器的反射特性和帶寬；圖15A顯示了在根據一個實施例的梯形聲表面波濾波器中的阻抗合成之前和合成之後的狀態；圖15B顯示了在根據比較例3的梯形聲表面波濾波器中的阻抗合成之前和合成之後的狀態；圖15C顯示了在一種已知的梯形聲表面波濾波器中的阻抗合成之前和合成之後的狀態；圖15D顯示了在根據比較例2的梯形聲表面波濾波器中的阻抗合成之前和合成之後的狀態；圖16所示的曲線圖顯示了根據實施例的聲表面波濾波器的傳輸特性以及根據比較例4的梯形聲表面波濾波器的傳輸特性；圖17A是具有一個開口的、用於根據本發明第二優選實施例的梯形濾波器的壓電薄膜共振器之一的橫截面圖；圖17B是具有一個凹口的、用於根據本發明第二優選實施例的梯形濾波器的壓電薄膜共振器之一的橫截面圖；圖18是具有根據本發明一個優選實施例的壓電薄膜共振器的梯形濾波器的電路圖；圖19是根據本發明一個優選實施例的梯形濾波器的平面圖；圖20是從圖19中的箭頭I-I方向上取的梯形濾波器的橫截面圖；圖21所示的框圖顯示了根據本發明一個優選實施例的分路濾波器；圖22所示的框圖顯示了一個包括根據本發明一個優選實施例的梯形濾波器的通信設備的主要部分；圖23是一種已知的梯形聲表面波濾器的電路圖；以及圖24是一種根據現有技術的梯形聲表面波濾波器的電路圖。
具體實施例方式
第一優選實施例以下將參照圖1-16說明作為根據第一優選實施例的梯形濾波器的聲表面波濾波器1。
參照圖1所示的電路圖，根據第一優選實施例的梯形聲表面波濾器1優選地包括以梯形結構被布置在壓電基板10上的兩個串聯共振器S1和S2(第一串聯支路共振器S1和第二串聯支路共振器S2)以及三個並聯共振器P1、P2和P3(並聯支路共振器P1、P2和P3)。並且，在聲表面波濾波器1中，電感器Lp與串聯共振器S1並聯設置。而且，在聲表面波濾波器1中，滿足關係fsr1＜fsr2，其中fsr1表示串聯共振器S1的共振頻率，fsr2表示串聯共振器S2的共振頻率。為了把串聯共振器S1的共振頻率設置成與串聯共振器S2的共振頻率不同，例如，優選地使串聯共振器S1的節距(pitch)與串聯共振器的節距不同。
圖2顯示了聲表面波濾波器1的布置的一個具體例子。如圖2所示，一個包括被布置在壓電基板10上的串聯共振器S1和S2以及並聯共振器P1、P2和P3的晶片被安裝在封裝PKG中。電感器Lp被提供在封裝PKG中，並且經過接合線(bonding wire)與串聯共振器S1並聯。
串聯共振器S1和S2分別與在封裝PKG中提供的信號端T1和T2連接。並且，並聯共振器P1和P2經過接合線與在封裝PKG中提供的接地端T4連接，並聯共振器P3經過接合線與在封裝PKG中提供的接地端T3連接。
如圖2所示，串聯共振器S1和S2以及並聯共振器P1、P2和P3中的每一個都是包括一個叉指換能器(transducer)和多個把該叉指換能器夾在中間的反射器的聲表面波濾波器。
一般來說，在梯形聲表面波濾波器中，為滿足通帶中的匹配條件，並聯共振器的反共振頻率fpa被設置成與串聯共振器的共振頻率fsr基本上相等。
反之，在一個共振器的共振頻率與另一個共振器的共振頻率不同的情況下，產生了兩個不同的共振頻率的組合共振。因此，對於其中一個串聯共振器的共振頻率不等於另一個串聯共振器的共振頻率的梯形聲表面波濾波器來說，為滿足通帶中的匹配條件，fr0被設置成與fpa基本上相等，其中fr0表示串聯共振器的組合共振頻率。在此，梯形聲表面波濾波器提供了在並聯共振器的共振頻率fpr與串聯共振器的反共振頻率fsa之間的共振頻率。
如圖3A所示，在根據第一優選實施例的聲表面波濾波器1中，串聯共振器S1的共振頻率fsr1優選地與串聯共振器S2的共振頻率fsr2不同，以便滿足條件fsr1＜fsr2。而且，由於電感器Lp與串聯共振器S1並聯，使串聯共振器S1的反共振頻率fsa1偏移到fsa1』，以致高於串聯共振器S2的反共振頻率fsa2。
反之，當串聯共振器S 1和S2的阻抗被組合時，串聯共振器S1和S2的組合共振頻率為fsr0，如圖3B所示。同樣，在聲表面波濾波器1中，組合共振頻率fsr0被設置成與並聯共振器的反共振頻率fpa基本上相等。
因此，聲表面波濾波器1提供了在並聯共振器的共振頻率fpr與沒有與電感器Lp連接的串聯共振器S2的反共振頻率fsa2之間的通帶寬度。從而增大了帶寬。而且，由於通過把電感器並聯加到串聯共振器S1上使反共振頻率fsa1向更高的頻率偏移，由此獲得串聯共振器S1的反共振頻率fsa1』，從而增大了在高於通帶的頻率處的頻帶外衰減。
現在將說明一個實施例，在該實施例中，根據第一優選實施例的聲表面波濾波器1中的串聯共振器S1和S2以及並聯共振器P1、P2和P3的每一個的特定參數都被改變。表1顯示了串聯共振器S1和S2以及並聯共振器P1、P2和P3的電極指(electrode finger)的參數(共振頻率、對數以及交叉寬度(cross width))。
表1
表2顯示了串聯共振器S1和S2的每一個的共振頻率以及在串聯共振器S1與S2之間的共振頻率差。
表2
在第一優選實施例中，具有例如3.8nH電感的電感器Lp優選地被並聯加到串聯共振器S1上。而且，與電感器Lp並聯的串聯共振器S1的頻率優選地被設置成比沒有與電感器Lp並聯的串聯共振器S2的頻率低。串聯共振器S1與S2之間的頻率間隔在大約10MHz到大約110MHz之間連續地變化，如表2中的條件1-11所示。尤其是，通過減小與電感器Lp並聯的串聯共振器S1的頻率以及增大沒有與電感器Lp並聯的串聯共振器S2的頻率，來增大串聯共振器S1與S2之間的頻率間隔。圖4顯示了根據第一優選實施例的聲表面波濾波器1的傳輸特性。在圖4中顯示了表2中所示的條件2、4、6和8。圖5顯示了根據第一優選實施例的聲表面波濾波器1的反射特性(VSWR，電壓駐波比)和帶寬。
圖6是在根據第一優選實施例的聲表面波濾波器1中與電感器Lp並聯的串聯共振器S1的等效電路圖。與電感器Lp並聯的串聯共振器S1的阻抗的頻率特性如圖7中的虛線所示。為了進行比較，圖7的實線顯示了沒有與電感器Lp並聯的串聯共振器的阻抗的頻率特性。與串聯共振器S1並聯的電感器Lp產生了一個新的反共振頻率fsa3，該反共振頻率fsa3比共振頻率低，現有的反共振頻率fsa1發生了偏移，並被表示為反共振頻率fsa1』。在此，共振頻率fsr1是常數。
反之，反共振頻率fsa3由串聯共振器S1的電極電容(electrodecapacitance)以及與串聯共振器S1並聯的電感器Lp確定。在此，通過將反共振頻率fsa3設置在一個期望的衰減頻率範圍中，可實現顯示出增大的衰減的濾波器特性。尤其是，因為新的反共振頻率fsa3是在低於共振頻率的頻率處產生的，因此這種布置適於其衰減區域位於低於通帶的頻率處的聲表面波濾波器。
而且，與沒有提供電感器Lp的情況相比，這種共振電路在更寬的頻率範圍內(在共振頻率fsr1與反共振頻率fsa1』之間)顯示出電感特性。在此，下面將檢驗這樣一個例子，在該例子中，與電感器Lp並聯的串聯共振器S1與沒有與電感器Lp並聯的串聯共振器S2串聯，其中fsr1表示串聯共振器S1的共振頻率，fsr2表示串聯共振器S2的共振頻率。
當滿足條件fsr1＜fsr2時，串聯共振器S1和S2的組合阻抗顯示出共振特性，該共振特性提供了一個在共振頻率fsr1與fsr2之間的新共振頻率fsr0，並提供兩個反共振頻率fsa1』和fsa2，如圖3B所示。由於聲表面波濾波器1的帶寬由共振頻率與反共振頻率之間的間隔決定，因此帶寬被大大地增大了。而且，例如，當共振頻率fsr2保持不變時，通過進一步減小共振頻率fsr1以便進一步增大共振頻率fsr1與fsr2之間的間隔，減小了組合共振頻率fsr0。因此，獲得了具有增大的帶寬的共振特性。
現在將檢驗聲表面波濾波器1中的並聯共振器P1、P2和P3。在此，滿足條件fsr1＜fpa＜fsr2，其中fpa表示並聯共振器P1、P2和P3的反共振頻率。圖8顯示了串聯共振器S1和S2以及並聯共振器P1、P2和P3的阻抗之間的關係。如圖8所示，在並聯共振器P1、P2和P3的反共振頻率fpa處，串聯共振器S1和S2是開路的，分別作為一個電感元件和電容元件。因此，在反共振頻率fpa處的狀態如圖9中的等效電路所示。由於串聯共振器S1和S2分別被稱為電感元件和電容元件，因此串聯共振器S1和S2的電抗相互抵償，以形成一個通帶。
利用這種配置，聲表面波濾波器1提供了在共振頻率fpr與反共振頻率fsa2之間的大通帶寬度。而且，由於反共振頻率fsa1』，可以增大在高於通帶的頻率處的衰減。尤其是，當並聯共振器的反共振頻率fpa剛好與串聯共振器S1和S2的LC(電感電容)共振相等時，就實現了輸入一輸出阻抗的完全匹配。
當串聯共振器S1與S2的阻抗剛好相等時，就滿足了條件(fsr1+fsr2)/2＝fpa。在要求完全匹配的情況下，並聯共振器P1、P2和P3的反共振頻率fpa必須與串聯共振器S1和S2的LC共振基本上相等。然而，存在一個可允許的範圍，在該範圍中並聯共振器的反共振頻率fpa與串聯共振器的共振頻率之間的間隔被增大到某種程度。尤其是，鑑於特性，一個滿足條件fpa×0.995＜(fsr1+fsr2)/2＜fpa×1.01的範圍是可允許和可接受的。
將參照聲表面波濾波器的比較例進一步詳細說明本發明。
參照圖10，根據比較例1和2的梯形聲表面波濾波器10包括串聯共振器S11和S12以及並聯共振器P11、P12和P13。與根據實施例的聲表面波濾波器1不同，根據比較例1和2的聲表面波濾波器10被布置成沒有提供用於並聯的電感器Lp。表3顯示了在聲表面波濾波器10中的電極指的參數(共振頻率、對數以及交叉寬度)。
表3
在比較例1中，為了使串聯共振器的頻率與並聯共振器的頻率不同，固定並聯共振器P11、P12和P13的共振頻率，並改變串聯共振器S11和S12的共振頻率。表4顯示了用於比較例1的條件。表4還顯示了在串聯共振器與並聯共振器之間的頻率差。當滿足條件1時，串聯共振器的共振頻率與並聯共振器的反共振頻率基本上相等。在比較例2中，通過改變串聯共振器S11和S12的每一個的共振頻率來改變串聯共振器S11與S12之間的頻率間隔。表5顯示了用於比較例2的條件。
表4
表5
圖11顯示了根據比較例1的梯形聲表面波濾波器10在條件1-5下的傳輸特性。此外，圖12顯示了根據比較例1的梯形聲表面波濾波器10在條件1-5下的反射特性和帶寬。在此，顯示了一個3.5dB帶寬的關係。
如圖11所示，由於並聯共振器與串聯共振器之間的頻率差增大了，從而使整個帶寬增大了。然而，隨著頻率差的增大，在頻帶中產生了波紋(下降)。而且如圖12所示，VSWR隨著頻率差的增大而增大了。換句話說，特性惡化了。
而且，雖然最初3.5dB帶寬增大了，但是當頻率差在65MHz附近或更高時，帶寬急劇減小。這是因為在頻帶中產生的波紋在3.5dB附近。因此，難以利用比較例1的布置增大帶寬。
圖13顯示了根據比較例2的梯形聲表面波濾波器10在條件1-5下的傳輸特性。在比較例2中，沒有增加電感器Lp到串聯共振器，並且串聯共振器S11與S12之間的頻率間隔Δf被增大了，如實施例中一樣。圖14顯示了根據比較例2的梯形聲表面波濾波器10在條件1-5下的反射特性和帶寬。如從圖13和14中清楚地看到的那樣，比較例2的布置不能有效增大帶寬，而且具有減小帶寬的傾向。
在比較例3中，電感器Lp被並聯加到串聯共振器S11，其布置與比較例1相同。表2顯示了用於比較例3的條件。而且，在圖4和圖5中分別顯示了比較例3的傳輸特性以及反射特性與帶寬。如圖4所示，根據比較例3的梯形聲表面波濾波器的帶寬窄。
以下將對根據實施例的梯形聲表面波濾波器1與根據比較例1-3的每一個的梯形聲表面波濾波器進行比較。
如圖4所示，與比較例1不同，在根據實施例的梯形聲表面波濾波器1的頻帶中只產生了一個小波紋。同樣，如圖5所示，雖然在根據實施例的梯形聲表面波濾波器1中VSWR逐漸惡化，但是當頻率差在大約10MHz到大約80MHz之間時VSWR基本上不變，並且直到頻率差大約為90MHz為止3.5dB帶寬幾乎是線性增大的。換句話說，證實了電感器Lp並聯加到串聯共振器S1的優點。
而且，根據實施例的聲表面波濾波器1清楚地顯示出完全不同於根據比較例2的梯形聲表面波濾波器10的特性。
而且，根據實施例的梯形聲表面波濾波器1提供了比根據比較例3的梯形聲表面波濾波器更大的帶寬。
圖15A顯示了在根據實施例的梯形聲表面波濾波器1中的串聯共振器S1和S2的阻抗合成。圖15B顯示了在根據比較例3的梯形聲表面波濾波器中的串聯共振器的阻抗合成。圖15C顯示了在一種已知的梯形聲表面波濾波器中的串聯共振器的阻抗合成。圖15D顯示了在根據比較例2的梯形聲表面波濾波器10中的串聯共振器的阻抗合成。如圖15A所示，根據實施例的聲表面波濾波器1增大了共振頻率與反共振頻率之間的間隔，由此有利地增大了帶寬。
而且，在比較例4中，在不增加電感器Lp的情況下利用與實施例的條件4中相同的電路參數來布置梯形聲表面波濾波器。圖16顯示了根據實施例的梯形聲表面波濾波器1的傳輸特性和根據比較例4的梯形聲表面波濾波器的傳輸特性。如圖16所示，在根據實施例的梯形聲表面波濾波器1中在較低頻率處的衰減增大了。換句話說，電感器Lp的增加也增大了在較低頻率處的衰減。
如上所述，利用實施例的布置，在沒有對反射特性產生不利影響以及沒有在頻帶中產生波紋的情況下，帶寬合乎希望地增大了。而且，由於僅僅通過把電感器並聯加到梯形聲表面波濾波器中的多個串聯共振器中的至少一個來增大帶寬，因此防止了梯形聲表面波濾波器的尺寸的增大，從而允許小型化以及性能的大大改善。
在與電感器Lp並聯的多個串聯共振器的每一個都具有不同的共振頻率的情況下，平均共振頻率或在該平均共振頻率附近的期望共振頻率被稱為共振頻率。這點也適用於沒有與電感器Lp並聯的串聯共振器的共振頻率、與電感器Lp並聯的串聯共振器的反共振頻率以及沒有與電感器Lp並聯的串聯共振器的反共振頻率。
第二優選實施例雖然聲表面波共振器用於第一優選實施例中的梯形濾波器以及上述的實施例，但是本發明並非局限於此。利用壓電薄膜共振器，提供一種根據第二優選實施例的、可獲得類似於第一優選實施例的優點的梯形濾波器及其實施例。
圖17A是被布置在這種梯形濾波器中的梯形布置中的壓電薄膜共振器的一個例子。如圖17A所示，每個壓電薄膜共振器包括一個絕緣薄膜62，該絕緣薄膜62被提供於由矽製成的支撐基板60的開口61上面。每個壓電薄膜共振器還包括一個壓電薄膜64，該壓電薄膜64被布置在面對開口61的絕緣薄膜62的一部分上面，從而該壓電薄膜64被上部電極65與下部電極63從上面和下面夾在中間(在壓電薄膜64的深度方向)。
因此，每個壓電薄膜共振器包括一個隔膜結構(diaphragm structure)，在該隔膜結構中，絕緣薄膜62和壓電薄膜64被下部電極63與上部電極65夾在中間的一部分確定了一個振動部分。開口61被布置成沿深度方向穿透支撐基板60。絕緣薄膜62優選地由二氧化矽(SiO2)或氧化鋁(Al2O3)製成，或者是一個由SiO2和Al2O3組成的多層結構。壓電薄膜64優選地由氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AIN)以及其它合適的材料製成。
作為選擇，每個壓電薄膜共振器可以被布置成不提供開口61，而是在面對膜片結構的一部分中提供一個凹口66，該凹口66在深度方向上沒有穿透支撐基板60，其在支撐基板60中的布置如圖17B所示。
如圖18所示，在根據本發明一個優選實施例的梯形濾波器中，圖17A和17B中所示的壓電薄膜共振器71-74可以被布置成例如L型兩級梯形布置，並且電感器Lp可以與至少串聯支路壓電薄膜共振器72並聯。作為選擇，上述的梯形布置可以是π形或T形的。
圖19和20顯示了這種梯形濾波器的一個特例。當把四個壓電薄膜共振器71-74布置成梯形的形式時，通過把在輸入側的、用於壓電薄膜共振器71與72的上部電極87與下部電極85的一部分結合起來，減少了布線，並由此減小了梯形濾波器的尺寸。
如圖20所示，壓電薄膜共振器72和74包括一個絕緣薄膜83，該絕緣薄膜83被布置在由矽製成的支撐基板82的開口84上面。壓電薄膜共振器72和74還包括一個壓電薄膜86，該壓電薄膜86被布置在面對開口84的絕緣薄膜83的一部分上面，從而該壓電薄膜86被上部電極87與下部電極85從上面和下面夾在中間(在壓電薄膜86的深度方向)。
因此，壓電薄膜共振器72和74包括一個隔膜結構88，在該隔膜結構中，絕緣薄膜83和壓電薄膜86被下部電極85與上部電極87夾在中間的一部分確定了一個振動部分。開口84被布置成沿深度方向穿透支撐基板82。絕緣薄膜83優選地由二氧化矽(SiO2)83a或氧化鋁(Al2O3)83b製成，或者是一個由SiO283a和Al2O383b組成的多層結構。壓電薄膜86由氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AIN)以及其它合適的材料製成。
第三優選實施例將參照圖21說明根據本發明一個優選實施例的分路濾波器。分路濾波器包括一個與發射端(Tx)95相連的發射濾波器93以及一個與接收端(Rx)96相連的接收濾波器94。發射濾波器93是根據第一和第二優選實施例任何之一的梯形濾波器，並具有作為通帶的傳輸頻帶。接收濾波器94是根據第一和第二優選實施例任何之一的梯形濾波器，並具有在高於傳輸頻帶處的、作為通帶的接收頻帶。
而且，分路濾波器包括一個在天線端91一側具有電容元件和電感元件的匹配電路92。匹配電路92的結構不受特別限制。
根據本發明各種優選實施例、尤其是包括根據本發明其它優選實施例的用於接收濾波器94的梯形濾波器的分路濾波器，在通帶附近顯示出良好的頻帶外衰減特性。而且，尤其是，根據本發明優選實施例的分路濾波器顯示出良好的特性，這些特性提供了在低於頻帶的頻率處的大衰減以及大通帶寬度。
第四優選實施例將參照圖22對一種包括根據第一和第二優選實施例任何之一的梯形濾波器或根據第三優選實施例的分路濾波器的通信設備600進行說明。通信設備600包括在接收機側，(Rx側)天線601，天線雙工器/射頻頂部(RF Top)濾波器602，放大器603，Rx級間濾波器604，混頻器605，第一中頻(IF)濾波器606，混頻器607，第二中頻濾波器608，第一和第二本地合成器(1st+2nd local synthesizer)611，溫度補償晶體振蕩器(TCXO)612，分頻器613，以及本地濾波器614。
優選地，把均衡信號從Rx級間濾波器604發送給混頻器605用於均衡，如圖22中的雙線所示。
除了天線601和天線雙工器/射頻頂部濾波器602以外，通信設備600還包括在發射機側(Tx側)，Tx中頻濾波器621，混頻器622，Tx級間濾波器623，放大器624，耦合器625，隔離器626，以及自動功率控制(APC)627。
根據第一和第二優選實施例任何之一的梯形濾波器適合於Rx級間濾波器604、第一中頻濾波器606、Tx中頻濾波器621以及Tx級間濾波器623。根據第三優選實施例的分路濾波器適合於天線雙工器/射頻頂部濾波器602。
根據本發明優選實施例的梯形濾波器具有濾波功能。而且，獲得了在通帶附近的良好的頻帶外衰減特性。尤其是，根據本發明優選實施例的梯形濾波器具有良好的特性，這些特性提供了大通帶寬度以及在低於通帶的頻率處的大衰減。因此，根據本發明優選實施例的、具有梯形濾波器和使用了梯形濾波器的分路濾波器的通信設備大大提高了傳輸特性。
本發明不局限於上述優選實施例的每一個，並且在權利要求說明的範圍內進行各種修改是可能的。通過適當地結合在每個不同的優選實施例中公開的技術特徵獲得的實施例被包括在本發明的技術範圍內。
權利要求
1.一種梯形濾波器，該梯形濾波器包括串聯支路共振器和並聯支路共振器；其中串聯支路共振器和並聯支路共振器交替地相互連接；每個串聯支路共振器是與一個電感器並聯的第一串聯支路共振器或者是沒有與一個電感器連接的第二串聯支路共振器；以及滿足關係fsr1＜fsr2，其中fsr1表示第一串聯支路共振器的共振頻率，fsr2表示第二串聯支路共振器的共振頻率。
2.根據權利要求1所述的梯形濾波器，其中滿足關係fsr1＜fpa＜fsr2，其中fpa表示並聯支路共振器的反共振頻率。
3.根據權利要求1所述的梯形濾波器，其中滿足關係fsa2＜fsa1』，其中fsa1』表示第一串聯支路共振器的反共振頻率，與第一串聯支路共振器並聯的電感器使該第一串聯支路共振器的反共振頻率產生了偏移，fsa2表示第二串聯支路共振器的反共振頻率。
4.根據權利要求1所述的梯形濾波器，其中滿足關係fpa×0.995＜(fsr1+fsr2)/2＜fpa×1.01，其中fpa表示並聯共振器的反共振頻率。
5.根據權利要求1所述的梯形濾波器，其中第一串聯支路共振器的共振頻率與第二串聯支路共振器的共振頻率不同。
6.根據權利要求1所述的梯形濾波器，進一步包括一個封裝，其中與第一串聯支路共振器並聯的電感器被布置在該封裝中。
7.根據權利要求1所述的梯形濾波器，其中共振器是二端聲表面波共振器，該二端聲波共振器包括一個壓電基板和多個被布置在該壓電基板上的叉指電極換能器。
8.根據權利要求1所述的梯形濾波器，其中共振器是壓電薄膜共振器，該壓電薄膜共振器包括一個具有開口和凹口之一的基板以及一個振動部分，該振動部分由包括至少一層、被布置在該開口或凹口上面並且被至少一對電極夾在中間的壓電薄膜確定。
9.一種分路濾波器，包括根據權利要求1所述的梯形濾波器。
10.一種通信設備，包括根據權利要求1所述的梯形濾波器。
11.一種通信設備，包括根據權利要求9所述的分路濾波器。
全文摘要
一種梯形濾波器，包括相互交替連接的串聯支路共振器和並聯支路共振器。串聯支路共振器包括與一個電感器並聯的第一串聯支路共振器和沒有與一個電感器連接的第二串聯支路共振器。該梯形濾波器滿足關係式fsr1＜fsr2，其中fsr1表示第一串聯支路共振器的共振頻率，fsr2表示第二串聯支路共振器的共振頻率。
文檔編號H03H9/54GK1518219SQ200410001848
公開日2004年8月4日 申請日期2004年1月14日 優先權日2003年1月16日
發明者谷口典生 申請人:株式會社村田製作所