阅读说明：本技术 一种基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器构成的双工器及设备 (Duplexer and equipment formed by filters based on film bulk acoustic resonator technology ) 是由 胡孝伟 代文亮 付董董 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明的一种基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器构成的双工器,包括用于安装元器件的基板；安装于基板上的第一滤波器T2、第二滤波器T4、第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3；第一滤波器T2通过与第二端口之间的传输线等效电路T02与第二端口TX连接,第二滤波器T4通过与第三端口之间的传输线等效电路T03与第三端口RX连接,第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3通过与第一端口之间的传输线等效电路T01与天线端口ANT连接,第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3是由集总参数器件构成的滤波器,用于调整通过第一滤波器和第二滤波器的信号的相位,防止信号间互相干扰。(The invention relates to a duplexer formed by a filter based on the film bulk acoustic resonator technology, which comprises a substrate for mounting components; a first filter T2, a second filter T4, a first IPD packaged device T1 and a second IPD packaged device T3 mounted on the substrate; the first filter T2 is connected to the second port TX through a transmission line equivalent circuit T02 with the second port, the second filter T4 is connected to the third port RX through a transmission line equivalent circuit T03 with the third port, the first and second IPD packaged devices T1 and T3 are connected to the antenna port ANT through a transmission line equivalent circuit T01 with the first port, and the first and second IPD packaged devices T1 and T3 are filters formed of lumped parameter devices for adjusting phases of signals passing through the first and second filters to prevent mutual interference between the signals.)

一种基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器构成的双工器及 设备

技术领域

本发明属于双工器技术领域，具体来说是一种基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器构成的双工器及设备。

背景技术

随着无线通信技术朝着高频率和高速度方向迅猛发展，以及电子元器件朝着微型化和低功耗的方向发展，薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器作为新发展起来的新一代无线射频滤波器、双工器和多工器解决方案，在无线通讯中的应用越来越普遍。采用硅衬底和微机电系统(MEMS)制造技术的FBAR射频滤波器以卓越的性能和微小的器件尺寸受到广泛青睐。

随着消费电子行业对体积及性能的要求越来越严苛，使得在便携式消费电子产品中嵌入具有更多功能的微型射频模块成为可能。FBAR技术可以实现了更小的尺寸和更高的性能，远胜于与其竞争的SAW(声表面波)和介质双工器等，实现了极小的体积。这种体积优势有助于手机制造商生产出超薄的手机，同时有利于整合先进的多媒体功能来满足用户的需求。该类型双工器在手机和数据卡中发挥着关键作用，不但把输入信号和输出信号隔离开来，还可以同时实现双向语音或数据传输。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于解决现有的双工器体积大难以满足需求的问题。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器构成的双工器，包括

用于安装元器件的基板；

安装于所述基板上的第一滤波器T2、第二滤波器T4、第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3；

所述第一IPD封装器件T1与第一滤波器T2连接，第二IPD封装器件T3与第二滤波器T4连接，第一滤波器T2通过与第二端口之间的传输线等效电路T02与第二端口TX连接，第二滤波器T4通过与第三端口之间的传输线等效电路T03与第三端口RX连接，第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3通过与第一端口之间的传输线等效电路T01与天线端口ANT连接。

优选的，所述第一IPD封装器件T1包括第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1，所述第一电容C1的两端分别通过第一电感L1和第二电感L2接地。可实现链路阻抗匹配，既可以提供相位匹配功能，又可以在通带内实现良好的匹配和较低的插入损耗。

优选的，所述第二IPD封装器件T3包括第五电感L5、第六电感L6和第二电容C2，所述第二电容C2的两端分别通过第五电感L5和第六电感L6接地。可实现链路阻抗匹配，既可以提供相位匹配功能，又可以在通带内实现良好的匹配和较低的插入损耗。

优选的，所述IPD封装器件内部元器件均是由不同组合的电容和电感元件构成。IPD封装器件的不同组合方式可实现不同链路阻抗匹配，既可以提供相位匹配功能，又可以在通带内实现良好的匹配性能以达到较低的插入损耗及回波损耗。

优选的，所述第一滤波器T2包括四个串联臂谐振器、四个并联臂谐振器、第三电感L3和第四电感L4，所述四个串联臂谐振器分别为第一串联臂谐振器Y1、第二串联臂谐振器Y2、第三串联臂谐振器Y3、第四串联臂谐振器Y4，所述四个并联臂谐振器分别为第一并联臂谐振器P1、第二并联臂谐振器P2、第三并联臂谐振器P3、第四并联臂谐振器P4，所述第三电感L3设置于第一并联臂谐振器P1、第二并联臂谐振器P2与接地端之间，所述第四电感L4设置于第三并联臂谐振器P3、第四并联臂谐振器P4与接地端之间。

优选的，所述第二滤波器T4包括四个串联臂谐振器、四个并联臂谐振器、第七电感L7和第八电感L8，所述四个串联臂谐振器分别为第五串联臂谐振器Y5、第六串联臂谐振器Y6、第七串联臂谐振器Y7、第八串联臂谐振器Y8，所述四个并联臂谐振器分别为第五并联臂谐振器P5、第六并联臂谐振器P6、第七并联臂谐振器P7、第八并联臂谐振器P8，所述第七电感设置于第五并联臂谐振器P5、第六并联臂谐振器P6与接地端之间，所述第八电感设置于第七并联臂谐振器P7、第八并联臂谐振器P8与接地端之间。

优选的，所述第一滤波器T2、第二滤波器T4均为阶梯状排列的薄膜体声波谐振器。

优选的，所述传输线等效电路模型T01包括第九电感L01和第三电容C01，所述第三电容C2的一端通过第九电感L01接地；等效电路模型T02包括第十电感L02和第四电容C02，所述第四电容C02的一端通过第十电感L02接地；等效电路模型T03包括第十一电感L03和第五电容C03，所述第五电容C03的一端通过第十一电感L03接地。

一种电子设备，上述任一项所述的双工器。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明的一种基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器构成的双工器，包括用于安装元器件的基板；安装于基板上的第一滤波器T2、第二滤波器T4、第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3；第一IPD封装器件T1与第一滤波器T2连接，第二IPD封装器件T3与第二滤波器T4连接，第一滤波器T2通过与第二端口之间的传输线等效电路T02与第二端口TX连接，第二滤波器T4通过与第三端口之间的传输线等效电路T03与第三端口RX连接，第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3通过与第一端口之间的传输线等效电路T01与天线端口ANT连接，第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3是由集总参数器件构成的滤波器，用于调整通过第一滤波器T2和第二滤波器T4的信号的相位，防止信号间互相干扰。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图；

图2为实施例一的内部电路框图；

图3为实施例一的IPD封装器件内部集总元件不同组合电路图；

图4为实施例一的梯形滤波器的电路图；

图5为实施例一的梯形滤波器接地端等效电感模型图；

图6为实施例二的IPD封装器件内部集总元件不同组合电路图；

图7为实施例二的梯形滤波器接地端等效电感模型图；

图8为实施例二的内部电路框图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

参照附图1-附图5，本实施例的一种基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器构成的双工器，包括

用于安装元器件的基板；

安装于所述基板上的第一滤波器T2、第二滤波器T4、第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3，第一滤波器T2、第二滤波器T4均为阶梯状排列的薄膜体声波谐振器；

第一IPD封装器件T1与第一滤波器T2连接，所述第二IPD封装器件T3与第二滤波器T4连接，所述第一滤波器T2通过与第二端口TX之间的传输线等效电路T02与第二端口TX连接，所述第二滤波器T4通过与第三端口RX之间的传输线等效电路T03与第三端口RX连接，两个IPD封装器件通过与第一端口ANT之间的传输线等效电路T01与天线端口ANT连接。所述第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3是由不同组合的电容和电感元件构成。IPD封装器件的不同组合方式可实现链路阻抗匹配，既可以提供相位匹配功能，又可以在通带内实现良好的匹配和较低的插入损耗。

第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3用于调整通过第一滤波器T2和第二滤波器T4的信号的相位，防止其互相干扰，且可在通带内实现了良好的匹配和低的插入损耗。所述第一IPD封装器件T1、第二IPD封装器件T3T3是由不同组合的电容和电感元件构成。IPD封装器件内部元器件的不同组合方式可实现不同链路阻抗匹配，既可以提供相位匹配功能，又可以在通带内实现良好的匹配性能以达到较低的插入损耗及回波损耗。

其中，所述第一IPD封装器件T1包括第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1，所述第一电容C1的两端分别通过第一电感L1和第二电感L2接地。所述第二IPD封装器件T3包括第五电感L5、第六电感L6和第二电容C2，所述第二电容C2的两端分别通过第五电感L5和第六电感L6接地。

其中，所述IPD封装器件内部均可由附图3(A/B/C/D)中的电路结构替换。

其中，所述第一滤波器T2包括四个串联臂谐振器、四个并联臂谐振器、第三电感L3和第四电感L4，所述四个串联臂谐振器分别为第一串联臂谐振器Y1、第二串联臂谐振器Y2、第三串联臂谐振器Y3、第四串联臂谐振器Y4，所述四个并联臂谐振器分别为第一并联臂谐振器P1、第二并联臂谐振器P2、第三并联臂谐振器P3、第四并联臂谐振器P4，所述第三电感L3设置于第一并联臂谐振器P1、第二并联臂谐振器P2与接地端之间，所述第四电感L4设置于第三并联臂谐振器P3、第四并联臂谐振器P4与接地端之间.

其中，所述第二滤波器T4包括四个串联臂谐振器、四个并联臂谐振器、第七电感和第八电感，所述四个串联臂谐振器分别为第五串联臂谐振器Y5、第六串联臂谐振器Y6、第七串联臂谐振器Y7、第八串联臂谐振器Y8，所述四个并联臂谐振器分别为第五并联臂谐振器P5、第六并联臂谐振器P6、第七并联臂谐振器P7、第八并联臂谐振器P8，所述第七电感设置于第五并联臂谐振器P5、第六并联臂谐振器P6与接地端之间，所述第八电感设置于第七并联臂谐振器P7、第八并联臂谐振器P8与接地端之间。

传统的无线通信系统常常用到介质滤波器和SAW(Surface Acoustic Wave，声表面波)滤波器。介质滤波器虽然有较好的性能，但体积大，不便于用到便携式设备中；SAW滤波器体积小，目前虽得到广泛运用，但仍存在工作频率不高、插入损耗较大、功率容量较低等缺点；而FBAR滤波器既综合了介质陶瓷性能优越和SAW体积较小的优势，又克服两者的缺点，其体积小、高Q值、工作频率高、功率容量大、损耗低，是替代SAW滤波器的下一代滤波器，也是被业界认为最有可能实现射频模块全集成化的滤波器。

FBAR的基本工作原理是当电信号加载到FBAR上时，器件中的压电薄膜通过逆变电效应将电信号转变为声信号，器件特定的声学结构对不同频率的声信号呈现出选择性，其中在器件内满足声波全反射条件的声信号将在器件内实现谐振，而不满足谐振条件的声信号就会衰减，在频谱上与谐振声信号频率相差越多的声信号衰减越快。最后在器件内幅度相位已产生差异的声信号又通过压电薄膜等比例地转变成输出电信号。基于MEMS技术的薄膜体声波谐振器FBAR，体声波的传播速度比SAW的传播速度快，所有FBAR具有频率高，体积小，换能效率高等优点，通过利用FBAR制作的滤波器、双工器等高性能小体积表贴型微波器件正是解决系统微型化和低功耗的关键技术。

本发明中采用的滤波器结构是梯形FBAR滤波器结构，此结构的FBAR滤波器最重要的特性是具有较低的插入损耗，可以支持高挑战性频段分配的陡峭滤波曲线以及卓越的带外抑制能力。较低的插入损耗可以带来更长的续航，有助于极大化输入信号强度，带来更高的数据吞吐量，陡峭的滤波曲线可以带来更好的相邻频段共存性，更好的带外抑制能力可以带来更多频段工作能力。

FBAR滤波器组件谐振器的接地端存在的接地电感往往是影响滤波器带外抑制等指标的重要因素，如果设计中不考虑该因素的影响，则不能实现较好的滤波器指标，选择合适的电感值可以提高滤波器的带外抑制。本发明结合FBAR自身特性及接地电感匹配最大限度提高滤波器性能。

本发明中采用的IPD封装器件通过IPD封装技术不仅缩小了双工器体积，而且保证了滤波器的输入输出匹配性能。通过各种不同组合的集总参数元件封装的IPD器件，可实现各种链路阻抗匹配，达到低插入损耗及回波损耗的效果即较低的电压驻波比和较平坦的通带特性。而且可实现移相功能以及通过LC组合的高低通滤波器获得更好的带外抑制。

本发明中采用的传输线等效电路模型，可以实现到端口间的阻抗匹配，以尽量降低双工器输入输出信号传输线对滤波器带内平坦度、驻波比和通带损耗等影响。

双工器设计中的输入输出信号传输线可以由等效电路模型T01/T02/T03代替，其是由电容和电感元件构成，其中电容电感值是根据具体传输线模型提取出来的。目的是为了等效第一滤波器T2到第二端口TX；第二滤波器T4到第二端口RX；第一IPD封装器件和第二IPD封装器件到第一端口ANT间的传输线模型，实现到端口间的阻抗匹配，以尽量降低信号传输线对滤波器带内平坦度、驻波比和通带损耗等影响。

实施例2

参照附图6-附图8，本实施例的一种基于薄膜体声波谐振器技术的滤波器构成的双工器，包括

用于安装元器件的基板；

安装于所述基板上的第一滤波器T2、第二滤波器T4、第一IPD封装器件T1和第二IPD封装器件T3，第一滤波器T2、第二滤波器T4均为阶梯状排列的薄膜体声波谐振器；

所述第一滤波器T2通过与第二端口TX之间的传输线等效电路T02与第二端口TX连接，所述第二滤波器T4通过与第三端口RX之间的传输线等效电路T03与第三端口RX连接，两个IPD封装器件通过与第一端口ANT之间的传输线等效电路T01与天线端口ANT连接。

以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。