【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信，具体涉及一种基于薄膜体声波滤波器的环形器。
技术介绍
1、环形器是目前无线通信系统中的重要器件，传统的环形器一般为铁氧体环形器，铁氧体环形器需要永磁体提供直流偏置磁场，永磁体的尺寸较大，且会随器件工作频率的提高而增大，导致环形器的体积和质量太大；铁氧体材料与半导体工艺不兼容，不利于器件集成而存在体积大、成本高、难集成的弊端。
2、现有的提出了二极管调制的环形器、开关电容调制的环形器、射频开关+薄膜体声波(fbar)滤波器的环行器等新型环形器，用于改善体积大、成本高、难集成的弊端，但二极管调制的环形器在受到非线性因素影响，调制比低且隔离度表现较差；开关电容调制的环形器的中心频率普遍在1ghz以下，工作频率低，且由于采用开关电容导致插损表现不佳；而一般的射频开关+薄膜体声波(fbar)滤波器的环行器虽然工作频率能够达到1ghz以上，但隔离度和插损有待进一步优化。
3、因此，亟需一种环形器能够同时满足高频化、高隔离度、低功耗等性能要求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了提供一种基于薄膜体声波滤波器构成两个线性时不变(lti)网络的环形器，利用射频开关调制，替换现有变容二极管和开关电容调制；采用差分电路结构设计基于fbar滤波器的环形器。有效提高了环形器工作频率、调制比和隔离度，降低了环形器的插损，而且实现了器件的平面化和集成化。
2、为了实现上述目的，采用的技术方案为：
3、一方面，本专利技术提出了一种基于薄膜体
4、本申请的专利技术构思为：
5、随着通信技术发展，对环形器提出了更高的性能要求，除了体积小、重量轻、易于集成于各种紧凑型设备中，还需要具有能工作于2.45ghz的wifi频段的能力，且同时还能保证高隔离度和低损耗。现有的环形器如二极管调制的环形器、开关电容调制的环形器、射频开关+薄膜体声波(fbar)滤波器的环行器等，这些新型环形器各自在某些性能上有所改进，但无法同时满足环形器的高频化、高隔离度、低功耗等性能要求。
6、因此，本申请为解决介质滤波器的工作频率较低和难以实现较快的滚降，声表面波(saw)滤波器的工作频率较低，难以支持环形器在wifi频段应用的难题。采用fbar滤波器来设计环行器具备小尺寸、可集成、频率高等优点，采用fbar滤波器实现环形器能适用于2.45ghz工作频率、具有高q值对环行器的性能指标有提升。
7、为了同时满足高隔离度和低损耗，采用射频开关构建线性时不变（lti）网络，并运用差分结构的电路，差分电路结构用以抑制器件的零点漂移和增强信号，抵消互调产物的影响，从而有效地降低了环形器的插入损耗，同时还一定程度改善了隔离度。另外利用射频开关调制不需要额外偏置网络，不仅调制比易控制，而且插损更小。
8、因此，可以看出用射频开关和fbar滤波器结合，所设计出来的环形器可以同时具有更高工作频率、更好的可靠性、更高的调制比等性能。
9、在一些具体实施方式中，每个三端口非互易网络均包括第一线性时不变网络、第二线性时不变网络、第一对射频开关、第二对射频开关、第三对射频开关，第一线性时不变网络和第二线性时不变网络均包括第一端口、第二端口和第三端口，第一对射频开关中每个射频开关的一端分别连接第一线性时不变网络的第一端口和第二线性时不变网络的第一端口，另一端均连接到输出端口port1，第二对射频开关中每个射频开关的一端分别连接第一线性时不变网络的第二端口和第二线性时不变网络的第二端口，另一端均连接到输出端口port2，第三对射频开关中每个射频开关的一端分别连接第一线性时不变网络的第三端口和第二线性时不变网络的第三端口，另一端均连接到输出端口port3。
10、在一些具体实施方式中，第一线性时不变网络和第二线性时不变网络均包括三个完全相同的第一fbar滤波器、第二fbar滤波器和第三fbar滤波器，第一fbar滤波器、第二fbar滤波器和第三fbar滤波器的首尾互联形成三角形，每两个fbar滤波器的连接处作为输出端口。通过三对射频开关施加调制信号，从而构建出环行器三端口非互易网络。
11、在一些具体实施方式中，第一fbar滤波器、第二fbar滤波器和第三fbar滤波器均采用梯形滤波器。
12、在一些具体实施方式中，每个fbar滤波器均采用四阶梯形滤波器结构。
13、在一些具体实施方式中，每一阶梯形滤波器结构由并联fbar与串联fbar连接组成，且并联fbar与串联fbar的谐振区域面积比cps的取值范围为1~4。
14、在一些具体实施方式中，所述并联fbar与串联fbar均采用空腔型fbar。空腔型结构在支撑层和衬底之间进行刻蚀，在硅基表面形成了空腔实现声波的全反射。具备高q值、高稳定性、可集成的特性。
15、在一些具体实施方式中，空腔型fbar的结构从上到下依次为：顶电极、压电层、底电极、支撑层和衬底，支撑层和衬底之间形成空腔。空腔型结构在支撑层和衬底之间进行刻蚀，在硅基表面形成了空腔实现声波的全反射。具备高q值、高稳定性、可集成的特性。
16、在一些具体实施方式中，所述压电层采用氮化铝薄膜，顶电极和底电极的材料为钼，支撑层采用二氧化硅。
17、在2.45ghz频段选择fbar各部分的材料时，需要考虑到各种影响因素。首先压电薄膜材料选择了氮化铝(aln)，因为其纵波声速及介电损耗等性能优异。接着采用了钼(mo)作为电极材料，其优势在于它较高的声阻抗能够将声能较好的限制于压电区域内。由于支撑层的作用在于增强fbar组件的机械稳定性，通常会选用介于底电极与基底之间的低应力材料，选用二氧化硅(sio2)以确保fbar滤波器在工作过程中保持稳定性和耐久性，同时，二氧化硅较高的热传递效率也有利提高器件的功率容量。因此确定了fbar滤波器压电薄膜为氮化铝，电极材料为钼，支撑层为二氧化硅。
18、通过对fbar各膜层厚度的优化进而对谐振频率进行调整，通过改变串、并联fbar的电极与压电层厚度对fbar的中心频率和带宽做出优化，在工艺实施上，串联和并联fbar的底层基于fbar滤波器的环行器非互易网络设计电极厚度往往保持一致，并且不宜过薄，以防止因欧姆损耗增加而导致fbar的质量因子降低。
19、本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
20、1、由于射频开关调制不需要额外偏置网络，调制比易控制，能量损耗更小，本专利技术利用射频开关调制，替换现有变容二极管和开关电容调制，采用fbar滤波器可以实现环形器的2.45ghz工作频率；用射频开关和fbar滤波器结合，所设计的环形器具有更高工作频率、更好的可靠性、更高的调制比等性能；
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【技术保护点】
1.一种基于薄膜体声波滤波器的环形器，其特征在于，包括两个结构相同的单端环形器，两个单端环形器的端口互联形成差分结构，每个单端环形器均包括三端口非互易网络，三端口非互易网络包括两个采用薄膜体声波滤波器构成的线性时不变网络以及用于调制两个线性时不变网络的三对射频开关。
2.根据权利要求1所述的一种基于薄膜体声波滤波器的环形器，其特征在于，每个三端口非互易网络均包括第一线性时不变网络、第二线性时不变网络、第一对射频开关、第二对射频开关、第三对射频开关，第一线性时不变网络和第二线性时不变网络均包括第一端口、第二端口和第三端口，第一对射频开关中每个射频开关的一端分别连接第一线性时不变网络的第一端口和第二线性时不变网络的第一端口，另一端均连接到输出端口Port1，第二对射频开关中每个射频开关的一端分别连接第一线性时不变网络的第二端口和第二线性时不变网络的第二端口，另一端均连接到输出端口Port2，第三对射频开关中每个射频开关的一端分别连接第一线性时不变网络的第三端口和第二线性时不变网络的第三端口，另一端均连接到输出端口Port3。
3.根据权利要求2所述的一种基于薄
4.根据权利要求3所述的一种基于薄膜体声波滤波器的环形器，其特征在于，第一FBAR滤波器、第二FBAR滤波器和第三FBAR滤波器均采用梯形滤波器。
5.根据权利要求3所述的一种基于薄膜体声波滤波器的环形器，其特征在于，每个FBAR滤波器均采用四阶梯形滤波器结构。
6.根据权利要求5所述的一种基于薄膜体声波滤波器的环形器，其特征在于，每一阶梯形滤波器结构由并联FBAR与串联FBAR连接组成，且并联FBAR与串联FBAR的谐振区域面积比Cps的取值范围为1~4。
7.根据权利要求6所述的一种基于薄膜体声波滤波器的环形器，其特征在于，所述并联FBAR与串联FBAR均采用空腔型FBAR。
8.根据权利要求7所述的一种基于薄膜体声波滤波器的环形器，其特征在于，空腔型FBAR的结构从上到下依次为：顶电极、压电层、底电极、支撑层和衬底，支撑层和衬底之间形成空腔。
9.根据权利要求8所述的一种基于薄膜体声波滤波器的环形器，其特征在于，所述压电层采用氮化铝薄膜，顶电极和底电极的材料为钼，支撑层采用二氧化硅。
...【技术特征摘要】
1.一种基于薄膜体声波滤波器的环形器，其特征在于，包括两个结构相同的单端环形器，两个单端环形器的端口互联形成差分结构，每个单端环形器均包括三端口非互易网络，三端口非互易网络包括两个采用薄膜体声波滤波器构成的线性时不变网络以及用于调制两个线性时不变网络的三对射频开关。
2.根据权利要求1所述的一种基于薄膜体声波滤波器的环形器，其特征在于，每个三端口非互易网络均包括第一线性时不变网络、第二线性时不变网络、第一对射频开关、第二对射频开关、第三对射频开关，第一线性时不变网络和第二线性时不变网络均包括第一端口、第二端口和第三端口，第一对射频开关中每个射频开关的一端分别连接第一线性时不变网络的第一端口和第二线性时不变网络的第一端口，另一端均连接到输出端口port1，第二对射频开关中每个射频开关的一端分别连接第一线性时不变网络的第二端口和第二线性时不变网络的第二端口，另一端均连接到输出端口port2，第三对射频开关中每个射频开关的一端分别连接第一线性时不变网络的第三端口和第二线性时不变网络的第三端口，另一端均连接到输出端口port3。
3.根据权利要求2所述的一种基于薄膜体声波滤波器的环形器，其特征在于，第一线性时不变网络和第二线性时不变网络均包括三个完全相同的第一fbar滤波器、第二fbar...
【专利技术属性】
技术研发人员：任万春，王芹，吴昭晔，蔡少峰，汪贵芳，朱鹏程，杨红伟，许学友，杨洪杰，邓景丹，吕万春，
申请(专利权)人：四川民承电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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