阅读说明：本技术 一种低插损高频声表面波滤波器 (Low-insertion-loss high-frequency surface acoustic wave filter ) 是由 王巍 周杨春 黎淼 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明请求保护一种高频低插损声表面波滤波器,属于声表面波滤波器技术领域,其包括滤波器的结构设计和减小带内波动、减小插入损耗,提高带外抑制性能的优化方法。其中滤波器的结构设计包括4个结构参数相同的并联谐振器P1-P4和4个结构参数不同的串联谐振器S1-S4组成”T+π”型结构以提高带外抑制并优化矩形系数。提高性能的优化方法包括,每个谐振器单元均使用厚金属膜插指电极结构以抑制乐甫波波速并提高瑞利波强度；提高所有串联谐振器的占空比并减小反射栅周期以减少横向模式干扰；通过调整串联谐振器插指对数改变谐振器横向模式频率点的位置使得级联不同谐振器时,由横向模式引入的损耗错位叠加进而在提高带外抑制的同时减小带内波动和插入损耗。(The invention provides a high-frequency low-insertion-loss surface acoustic wave filter, belongs to the technical field of surface acoustic wave filters, and comprises a structural design of the filter and an optimization method for reducing in-band fluctuation, reducing insertion loss and improving out-of-band inhibition performance. The structural design of the filter comprises a T + pi type structure formed by 4 parallel resonators P1-P4 with the same structural parameters and 4 series resonators S1-S4 with different structural parameters so as to improve out-of-band rejection and optimize a rectangular coefficient. The optimization method for improving the performance comprises the steps that each resonator unit uses a thick metal film interdigital electrode structure to inhibit the wave velocity of love waves and improve the Rayleigh wave intensity; increasing the duty cycles of all the series resonators and reducing the period of the reflective grating to reduce the lateral mode interference; the position of the transverse mode frequency point of the resonator is changed by adjusting the number of the inserted fingers of the series resonator, so that when different resonators are cascaded, loss introduced by the transverse mode is superposed in a staggered mode, and in-band fluctuation and insertion loss are reduced while out-of-band rejection is improved.)

一种低插损高频声表面波滤波器

技术领域

本发明属于声表面波滤波器技术领域，尤其涉及到GHz以上的高频低插损滤波器设计。

背景技术

目前声表面波(SAW)滤波器以其体积小、高频低插入损耗等特点顺应移动通信技术的发展得到愈来愈广泛的应用。通常情况下，采用高声速和高机电耦合系数的压电材料来提高滤波器的中心频率、降低插入损耗或者采用含金刚石的多层膜结构，其目的也是为了提高声表面波的波速。但是多层膜结构制作工艺相对复杂，且高的机电耦合系数往往在增强所需声表面波模式的强度时，其他杂模模式强度也会被增强，这无疑会增强器件的插入损耗。

梯形结构(Ladder)的SAW滤波器相对于纵向耦合结构(LCRF)其带宽设计更灵活、又比双列直插结构(IIDT)拥有更低的插入损耗，而且可以通过调整级联的方式提高带外抑制，但相同谐振器级联会使得通带内杂模强度叠加且矩形度大。因此本文采用单层膜和梯形结构以”T+π”型级联并通过级联不同的串联谐振器，级联不同的串联谐振器抑制杂模，这里主要指横向模式，调整插指对数改变同频率点的杂模叠加。对于本文这种结构，其结构参数确定了，那么对应的横向模式的波速也可确定，那么改变结构，比如插指对数不同，横向模式也会改变，仿真结构知道，改变插指对数会改变横向模式的谐振频率点，抑制通带内杂模模式强度的同频率点叠加。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种低插损高频声表面波滤波器。本发明的技术方案如下：

一种低插损高频声表面波滤波器，其包括：四个依次串联的谐振器S1、谐振器S2、谐振器S3、谐振器S4，和四个结构参数相同的并联谐振器P1-P4。并联谐振器P1-P4的接地端口相互连接后接地，其中P1的另一端口与串联谐振器S1的端口一相连接，作为声表面波滤波器的端口1，P4的另一端口端与串联谐振器S4的端口二相连接，作为声表面波滤波器的端口2；P2和P3的另一端口均设置在串联的S2和S3之间，S1的端口二与S2的端口一相连接，S3的端口二和S4的端口一相连接。串联谐振器S1、S2和并联谐振器P1、P2构成”π”型结构，串联谐振器S3、S4和并联谐振器P3、P4构成”π”型结构，并联谐振器P2、P3和串联谐振器S1、S2，S3、S4构成”T”型结构，整体级联组合成”T+π”型结构。

进一步的，谐振器S1、谐振器S2、谐振器S3、谐振器S4、四个并联谐振器均使用厚金属膜插指电极结构。

进一步的，所述厚金属膜插指电极结构的电极材料为金属铝，电极相对厚度设置在33％～36％之间，以提高机电耦合系数和瑞利波强度并削弱乐甫波波速。

进一步的，通过提高谐振器S1、谐振器S2、谐振器S3、谐振器S4的占空比并减小反射栅周期；调整串联谐振器插指对数以改变谐振器横向模式频率点的位置。

进一步的，提高串联谐振器S1-S4的占空比(式1，a为插指宽度，b为插指间隙)到5:1，其反射栅周期均小于中心频率所对应的波长的0.5倍。.

进一步的，所述厚金属膜插指电极结构的压电材料为128°Y-X LiNbO₃，串谐振器的波长λ为1.1μm，并联谐振器的波长为1.2μm，串、并联谐振器的插指厚度均为0.4μm，相对波长厚度分别为36.4％和33.3％。

进一步的，通过调整串联谐振器S1～S4的插指对数改变通带内横向模式的谐振点，使得级联谐振器时，横向模式可以错位叠加从而降低带内波动和插入损耗，并联谐振器均采用均指结构。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明采用单层摸结构，工艺更加简单。采用梯形结构以”T+π”型级联，提高了带外抑制，同时优化了滤波器的矩形度使其更接近于1，通过T+π型结构使得其矩形度更接近于1。打破常规电极厚度只占波长3～10％的薄电极思维，采用厚金属膜电极结构以提高机电耦合系数。通过提高串联谐振器占空比和减小其反射栅周期减小横向模式的干扰。通过改变串联谐振器的插指对数以抑制在级联谐振器时由横向模式引入的损耗在同频率点处的叠加，进而在提高带外抑制的同时减小带内波动和插入损耗。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例滤波器整体(T+π)结构示意图。

图2为高占空比、厚膜插指结构的串联谐振器二维示意图。

图3为所设计的高频低插损声表面波滤波器的频率响应模拟图。

图4为图3中心频率处的局部放大图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种高频低插损声表面波滤波器的设计，包括滤波器的结构设计和减小带内波动、减小插入损耗，提高带外抑制性能的优化方法。其中滤波器的结构设计包括4个结构参数相同的并联谐振器和4个结构参数不同的串联谐振器组成”T+π”型结构。提高性能的优化方法包括，每个谐振器单元均使用厚金属膜插指电极结构；提高所有串联谐振器的占空比并减小反射栅周期；调整串联谐振器的插指对数以改变谐振器横向模式频率点的位置。

如图1所示，左边的两个相互串联的谐振器S1、S2和右边的两个相互串联的谐振器S3、S4分别和其串联组合结构左右两边的两个并联谐振器P2、P3并联构成两个”π”型结构，中间的两个并联谐振器P2、P3和4个串联谐振器S1-S4构成”T”型结构，整体级联组合成”T+π”型结构。

如图2所示，所述电极材料为金属铝、压电材料为128°Y-X LiNbO₃，串谐振器的波长(λ)为1.1μm，并联谐振器的波长为1.2μm。为了提高机电耦合系数和瑞利波强度并削弱乐甫波波速，采用厚金属膜插指结构：串、并联谐振器的插指厚度均为0.4μm，相对波长厚度分别为36.4％和33.3％。如图2所示，所有串联谐振器的占空比为5:1

即插指宽度(a)与插指间隙(b)的比值为5:1，反射栅周期(λ_g)均为0.6μm同样采用5:1的高占空比，以降低横向模式对带内损耗的影响。

通过调整串联谐振器S1～S4的插指对数依次为61.5对、59.5对、63.5对和57.5对改变通带内横向模式的谐振点，使得级联谐振器时，横向模式可以错位叠加从而降低带内波动和插入损耗。

图3为工作频率为2.517GHz、采用”T+π”型的声表面波滤波器的频率响应模拟仿真结果。仿真结果表明采用该结构和性能优化方式后，滤波器的-3dB带宽为99MHz达到3.9％、中心插损和带内波动小于1dB、矩形度为1.3、带外抑制达到-32dB，完成了高频低插损的设计要求。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。