优化表面声波滤波器的输入阻抗的方法技术

公开了设计带通滤波器的方法和滤波器。可以建立满足第一设计标准的基准滤波器设计，该基准滤波器设计包括多个串联表面声波谐振器和多个并联表面声波谐振器，每个表面声波谐振器具有相应的谐振频率。可以确定基于基准滤波器设计在通带内的输入阻抗的性能度量。可以建立一个或更多个备选滤波器设计并且确定各个性能度量，每个备选滤波器设计是通过对多个串联表面声波谐振器中的两个或更多个串联表面声波谐振器以及/或者多个并联表面声波谐振器中的两个或更多个并联表面声波谐振器的谐振频率重新排序而被建立的。可以基于各个性能度量来从基准设计和一个或更多个备选滤波器设计中选择最终滤波器设计。

Method for optimizing input impedance of surface acoustic wave filter

A method and a filter for designing a bandpass filter are disclosed. Can be established to meet the design reference filter first design standards, the design reference filter includes a plurality of series of surface acoustic wave resonators and parallel surface acoustic wave resonators, each surface acoustic wave resonator with the corresponding resonant frequency. Performance metrics based on reference filter design for input impedance in the passband can be determined. You can create one or more alternative filter design and determine the various performance metrics, design each filter is based on a series of surface acoustic wave resonators in two or more of the series resonant frequency of two or more parallel surface acoustic wave resonator surface acoustic wave resonator and / or a plurality of parallel surface acoustic wave resonator in the re the sort was established. The final filter design can be selected from the reference design and one or more alternative filter designs based on each performance metric.

【技术实现步骤摘要】
优化表面声波滤波器的输入阻抗的方法
本公开内容涉及使用表面声波(SAW)谐振器的无线电频率滤波器，特别是涉及用于在通信设备中使用的发送滤波器和双工器。
技术介绍
相关技术的描述如图1所示，SAW谐振器100可以通过形成在由压电材料如石英、铌酸锂、钽酸锂或镧镓硅酸盐制成的基板105的表面上的薄膜导体分布图来形成。基板105可以是压电材料的单晶板，或者可以是包括键合至另外的材料如硅、蓝宝石或石英的压电材料的薄单晶晶片的复合基板。复合基板可以用于提供与单独的单晶压电材料的热膨胀系数不同的热膨胀系数。第一叉指式换能器(IDT)110可以包括多个并联的导体。经由输入端子IN施加于第一IDT110的无线电频率或微波信号可以在基板105的表面上产生声波。如图1所示，表面声波将在左右方向上传播。第二IDT120可以将声波转换回输出端OUT处的无线电频率或微波信号。第二IDT120的导体可以如所示出地与第一IDT110的导体交错。在其他SAW谐振器配置(未示出)中，形成第二IDT的导体可以与形成第一IDT的导体相邻地或者与形成第一IDT的导体分开地布置在基板105的表面上。第一IDT110与第二IDT120之间的电耦合是高度频率相关的。第一IDT110与第二IDT120之间的电耦合通常表现出谐振(其中第一IDT与第二IDT之间的阻抗为最小)和反谐振(其中第一IDT与第二IDT之间的阻抗为最大)二者。谐振和反谐振的频率主要由叉指式导体的间距和取向、基板材料的选择和基板材料的结晶取向确定。可以在基板上布置栅状反射器130、132以将声波的大部分能量限制于基板的由第一IDT110和第二IDT120所占用的区域。SAW谐振器被用在包括带阻滤波器、带通滤波器和双工器的各种无线电频率滤波器中。双工器是允许使用共用天线同时在第一频带中发送和在第二频带(不同于第一频带)中接收的无线电频率滤波装置。双工器通常存在于包括蜂窝电话的无线电通信设备中。图2是通信设备200的各部分的框图。通信设备200包括发送器210、双工器220、天线230和接收器240。双工器220可以包括发送滤波器222和接收滤波器224。发送滤波器222可以耦接在发送器210与天线230之间。接收滤波器224可以耦接在天线230与接收器240之间。双工器220的重要功能是将接收器与发送器隔离以确保接收器不因来自发送器的能量而过载。为此，发送滤波器222可以被设计成使发送频带中的频率通过而阻挡或抑制独立于发送频带的接收频带中的频率。相反地，接收滤波器可以被设计成使接收频带中的频率通过而阻挡发送频带中的频率。发送器210可以包括功率放大器(PA)212和阻抗匹配网络214，其中，功率放大器212生成要被发送的无线电频率信号，阻抗匹配网络214使来自功率放大器212的无线电频率信号与双工器220中的发送滤波器222耦合。阻抗匹配网络214可以被设计成使功率放大器212的输出阻抗与发送滤波器222的输入阻抗匹配。尽管被示出为发送器210的一部分，但阻抗匹配网络214可以全部地或部分地合并在发送滤波器222中。功率放大器212的输出阻抗在发送频带内通常是恒定的或者几乎恒定的。为了确保从功率放大器212到天线230的功率的高效耦合，可以优选使发送滤波器222的输入阻抗在发送频带内尽可能也是恒定的。附图说明图1是SAW谐振器的示意性平面图。图2是通信装置的框图。图3A是示例性表面声波滤波器发送滤波器的框图。图3B是图3A的滤波器的S参数的曲线图。图3C是史密斯圆图与图3A的滤波器的输入阻抗的绘图。图4A是另一示例性表面声波滤波器发送滤波器的框图。图4B是图4A的滤波器的S参数的曲线图。图4C是史密斯圆图与图4A的滤波器的输入阻抗的绘图。图5是比较图3A、图4A和图6A的示例性表面波滤波器的谐振器频率的表。图6A是另一示例性表面声波滤波器发送滤波器的框图。图6B是图6A的滤波器的S参数的曲线图。图6C是史密斯圆图与图6A的滤波器的输入阻抗的绘图。图7是用于优化表面声波滤波器的输入阻抗的方法的流程图。图8是图6A的滤波器的输入阻抗的曲线图。贯穿本说明书，附图中出现的元件被分配有三位数字的附图标记，其中最高有效位数字是第一次示出该元件的附图编号而两个最低有效位数字特定于元件。未结合附图描述的元件可以被推定成与具有相同参考标记的前述元件具有相同的特征和功能。具体实施方式装置的描述滤波器电路通常包含一个以上的SAW谐振器。例如，图3A示出了包含由X1至X10标记的十个SAW谐振器的示例性带通滤波器电路300的示意图。滤波器电路300包括串联连接在输入(端口1)与输出(端口2)之间的六个串联谐振器(X1、X3、X5、X6、X8和X10)。滤波器电路300包括连接在相邻串联谐振器的节点与接地之间的四个并联谐振器(X2、X4、X7和X9)。使用十个SAW谐振器即六个串联谐振器和四个并联谐振器是示例性的。滤波器电路可以包括多于或少于十个的SAW谐振器以及串联谐振器和并联谐振器的不同布置。滤波器电路300可以是例如用于合并至双工器(如双工器220)的发送滤波器。十个谐振器X1至X10中的每一个可以包括如图1所示的叉指式换能器和栅状反射器。十个谐振器X1至X10中的每一个可以具有相应的谐振频率f1至f10。谐振频率f1至f10可以全部不同。谐振器X1至X10中的一些的谐振频率可以相同。通常，并联谐振器的谐振频率f2、f4、f7、f9可以从串联谐振器的谐振频率f1、f3、f5、f6、f8、f10偏移。图3B是描绘滤波器300的选择的S参数或散射参数的曲线图。S参数是用于描述线性电网络的性能的常规方法。实线310是作为从电网络的端口1到端口2的传递函数的S(2，1)的绘图。S(2，1)基本上是滤波器的具有数字符号的变化的“插入损耗”(例如，S(2，1)＝-3dB相当于3dB的插入损耗)。在这种情况下，实线310描绘了滤波器300的输入至输出传递函数。可以要求带通滤波器针对预定“通带”内的频率以小的损耗将在滤波器300的端口1处输入的信号传递至端口2。如图3B所示，滤波器300的通带是约1.7GHz到1.79GHz。从该通带移位的频率基本上被衰减。关于带通滤波器的规范可以包括在通带内S(2，1)的最小值(即最大插入损耗)以及在一个或更多个阻带中的每一个内S(2，1)的最大值(即最小插入损耗)。虚线320是作为从电网络的端口1到端口1的传递函数的S(1，1)的绘图。在这种情况下，虚线320描绘了在所有其他端口端接有理想负载阻抗的情况下滤波器300的输入至输入反射系数，其通常由希腊字母伽玛(Γ)来表示。对于通带之外的频率，在滤波器300的端口1处输入的信号基本上被反射回端口1。对于通带内的频率，输入信号的反射在-10dB与-40dB之间变化。图3C示出了阻抗史密斯圆图。史密斯圆图是使用极坐标的电路的复反射系数的绘图。图3C是滤波器300的端口1的复反射系数的绘图。中心点表示反射系数是零，而圆图的周界表示反射系数是一。电路的反射系数由电路的输入阻抗和驱动电路的源的阻抗确定。因此，史密斯圆图可以用作用于使例如作为频率的函数的电路的输入阻抗可视化的图形辅助。当用于使输入阻抗可视化时，向常规的史密斯圆图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设计带通滤波器的方法，包括：建立满足第一设计标准的基准滤波器设计，所述基准滤波器设计包括多个串联表面声波谐振器和多个并联表面声波谐振器，每个表面声波谐振器具有相应的谐振频率；计算与所述基准滤波器设计在通带内的输入阻抗相关的性能度量；建立一个或更多个备选滤波器设计，所述一个或更多个备选滤波器设计中的每个是通过对所述多个串联表面声波谐振器中的两个或更多个串联表面声波谐振器以及/或者所述多个并联表面声波谐振器中的两个或更多个并联表面声波谐振器的谐振频率重新排序而由所述基准滤波器设计获得的；计算与所述一个或更多个备选滤波器设计中的每个在所述通带内的输入阻抗相关的各个性能度量；以及基于所述各个性能度量来从所述基准滤波器设计和所述一个或更多个备选滤波器设计中选择最终滤波器设计。

【技术特征摘要】
2015.09.02 US 14/843,8121.一种设计带通滤波器的方法，包括：建立满足第一设计标准的基准滤波器设计，所述基准滤波器设计包括多个串联表面声波谐振器和多个并联表面声波谐振器，每个表面声波谐振器具有相应的谐振频率；计算与所述基准滤波器设计在通带内的输入阻抗相关的性能度量；建立一个或更多个备选滤波器设计，所述一个或更多个备选滤波器设计中的每个是通过对所述多个串联表面声波谐振器中的两个或更多个串联表面声波谐振器以及/或者所述多个并联表面声波谐振器中的两个或更多个并联表面声波谐振器的谐振频率重新排序而由所述基准滤波器设计获得的；计算与所述一个或更多个备选滤波器设计中的每个在所述通带内的输入阻抗相关的各个性能度量；以及基于所述各个性能度量来从所述基准滤波器设计和所述一个或更多个备选滤波器设计中选择最终滤波器设计。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述性能度量是在所述通带内的最大反射系数，以及选择所述最终滤波器设计包括从所述基准滤波器设计和所述一个或更多个备选滤波器设计中选择在所述通带内具有最小的最大反射系数的设计。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述性能度量是在复阻抗平面上绘制的与在所述通带内的输入阻抗外切的最小尺寸的圆的直径，以及选择所述最终滤波器设计包括从所述基准滤波器设计和所述一个或更多个备选滤波器设计中选择具有在复阻抗平面上绘制的与在所述通带内的输入阻抗外切的最小尺寸的圆的最小直径的设计。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述性能度量是在复阻抗平面上绘制的在所述通带的边缘处的输入阻抗之间的距离，以及选择所述最终滤波器设计包括从所述基准滤波器设计和所述一个或更多个备选滤波器设计中选择具有在复阻抗平面上绘制的在所述通带的边缘处的输入阻抗之间的最小距离的设计。5.根据权利要求1所述的方法，其中，针对所述多个串联表面声波谐振器和所述多个并联表面声波谐振器的谐振频率的所有可能的重新排序，重复建立备选滤波器设计以及计算各个性能度量。6.根据权利要求1所述的方法，其中，针对所述多个串联表面声波谐振器和所述多个并联表面声波谐振器的谐振频率的预定数量的随机选择的重新排序来重复建立和分析备选滤波器设计。7.根据权利要求1所述的方法，其中，建立和分析备选滤波器设计还包括：以所述基准滤波器设计开始，通过将来自所述多个串联表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·R·哥斯达，韦百霖，
申请(专利权)人：雷森南特责任有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US