CN110931922A - 一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电子技术，具体涉及一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器，包括至少一个串联压电双模态谐振器和至少一个并联压电双模态谐振器；串联压电双模态谐振器和并联压电双模态谐振器具有厚度纵向模态和厚度剪切模态两种模态；串联压电双模态谐振器的厚度剪切模态和并联压电双模态谐振器的厚度剪切模态形成第一单通带滤波器；串联压电双模态谐振器的厚度纵向模态和并联压电双模态谐振器的厚度纵向模态形成第二单通带滤波器。该双通带滤波器同时利用压电谐振器的厚度纵向模态和厚度剪切模态两种模态，实现了单个滤波器的双频段通信，可以有效减小滤波器的数量，使移动通信设备更加小型化。

Description

一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器

技术领域

本发明属于微电子技术领域，尤其涉及一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器。

背景技术

随着无线通信的快速发展，对工作在射频频段的滤波器提出了更高的要求。支持多频点通信、能够精确选出系统所需多频段信号的双通带/多通带滤波器成了关键器件，在多制式移动通信方面有着广泛的应用前景。

目前，手持移动通信产品主要采用基于压电材料制作的双工器或滤波器，如薄膜体声波双工器或滤波器。薄膜体声波谐振器是构成压电体声波滤波器和双工器的基本单元，由上下两个金属电极和夹在中间的压电薄膜构成。当电信号加载到薄膜体声波谐振器上时，器件中的压电薄膜通过逆压电效应将电信号转变为声信号，声学结构对不同频率的声信号呈现出选择性，其中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，这样薄膜体声波谐振器最终就表现出对电信号的选频作用。现有的薄膜体声波谐振器通常采用的都是厚度纵向模态，这使得其构成的滤波器往往只能对单频段信号进行滤波。而可以对多频段信号进行滤波的双工器或多工器则需要两个或多个滤波器共同组成，增大了通信设备的尺寸。

此外，现有的双通带滤波器通常是微波滤波器，这类滤波器通过基片通带波导结构来进行设计，但因其尺寸较大或带内插损较高，都难于满足通信系统严苛的要求。因此，急需一种尺寸小且高性能的双通带滤波器。

发明内容

本发明的目的是提供一种尺寸小，高性能的基于压电双模态谐振器的双通带滤波器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器，包括至少一个串联压电双模态谐振器和至少一个并联压电双模态谐振器；串联压电双模态谐振器和并联压电双模态谐振器具有厚度纵向模态和厚度剪切模态两种模态；串联压电双模态谐振器的厚度剪切模态和并联压电双模态谐振器的厚度剪切模态形成第一单通带滤波器；串联压电双模态谐振器的厚度纵向模态和并联压电双模态谐振器的厚度纵向模态形成第二单通带滤波器。

在上述的一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器中，串联压电双模态谐振器和并联压电双模态谐振器均包括衬底、空腔、底电极、压电体和上电极。

在上述的一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器中，并联压电双模态谐振器还包括质量负载层。

在上述的一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器中，压电体为c轴倾斜的ZnO、AlN、LiNbO3或LiTaO3压电薄膜。

在上述的一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器中，串联压电双模态谐振器厚度纵向模态和厚度剪切模态的谐振频率由谐振器的厚度和压电体的c轴倾斜角共同确定。

在上述的一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器中，串联压电双模态谐振器和并联压电双模态谐振器为薄膜体声波谐振器或者固态装配型谐振器。

本发明的有益效果：该双通带滤波器同时利用压电谐振器的厚度纵向模态和厚度剪切模态两种模态，实现了单个滤波器的双频段通信，可以有效减小滤波器的数量，使移动通信设备更加小型化。

附图说明

图1为本发明基于压电双模态谐振器的双通带滤波器一实施例的电路图；

图2为本发明基于压电双模态谐振器的双通带滤波器一实施例的截面图；

图3为本发明一个实施例串联压电双模态谐振器和并联压电双模态谐振器的阻抗-频率特性图；

图4为本发明一个实施例基于压电双模态谐振器的双通带滤波器响应图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本实施例提供一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器，包括至少一个串联压电双模态谐振器和至少一个并联压电双模态谐振器；所述串联压电双模态谐振器和并联压电双模态谐振器具有厚度纵向模态和厚度剪切模态两种模态；所述串联压电双模态谐振器的厚度剪切模态和并联压电双模态谐振器的厚度剪切模态形成第一单通带滤波器；所述串联压电双模态谐振器的厚度纵向模态和并联压电双模态谐振器的厚度纵向模态形成第二单通带滤波器。

并且，串联压电双模态谐振器和并联压电双模态谐振器包括衬底、空腔、底电极、压电体和上电极。

并且，并联压电双模态谐振器还包括质量负载层。

并且，压电体为c轴倾斜的ZnO、AlN、LiNbO3或LiTaO3压电薄膜。

并且，串联压电双模态谐振器厚度纵向模态和厚度剪切模态的谐振频率由谐振器的厚度和压电体的c轴倾斜角共同确定。

并且，串联压电双模态谐振器和并联压电双模态谐振器为薄膜体声波谐振器或者固态装配型谐振器。

具体实施时，如图1所示，一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器为梯形结构，包含输入端口121，输出端口122，多个串联支路上的第一串联压电双模态谐振器101、第二串联压电双模态谐振器102、第三串联压电双模态谐振器103、第四串联压电双模态谐振器104，以及并联在串联压电双模态谐振器互联节点上的第一并联压电双模态谐振器111、第二并联压电双模态谐振器112、第三并联压电双模态谐振器113、第四并联压电双模态谐振器114。

如图2所示，在本实施例中，第一、第二、第三、第四串联压电双模态谐振器101、102、103、104均包括衬底201，在衬底201上形成的第一底电极203，在第一底电极203上形成的c轴倾斜的第一压电层204，在第一压电层204上形成的第一顶电极205。在衬底201与第一底电极203之间设有第一空腔202作为声反射结构，使纵向传播的声波限制在有效区内。第一、第二、第三、第四并联压电双模态谐振器111、112、113、114均包括衬底201，第二空腔212，在衬底201上形成的第二底电极213，在第二底电极213上形成的c轴倾斜的第二压电层214，在第二压电层214上形成的第二顶电极215以及在第二顶电极215上形成的质量负载层216。本实施例通过采用c轴倾斜的压电层，使得压电谐振器可以同时激发厚度纵向模态和厚度剪切模态两种模态的声波。在此基础上，调节c轴的倾斜角θ和压电层的厚度以改变上述两种模态的谐振频率，使其到达预期工作频段。

如图3所示，为串联压电双模态谐振器和并联压电双模态谐振器的阻抗-频率特性图。第一、第二、第三、第四串联压电双模态谐振器101、102、103、104和第一、第二、第三、第四并联压电双模态谐振器111、112、113、114的阻抗曲线均具有两个谐振峰，这两个谐振峰分别代表着第一、第二、第三、第四串联压电双模态谐振器101、102、103、104和第一、第二、第三、第四并联压电双模态谐振器111、112、113、114的厚度纵向模态(TE模态)和厚度剪切模态(TS模态)。此外，由于质量负载层216的影响，第一、第二、第三、第四并联压电双模态谐振器111、112、113、114两种模态的谐振频率均低于第一、第二、第三、第四串联压电双模态谐振器101、102、103、104两种模态的谐振频率。

如图4所示，本实施例中，第一、第二、第三、第四串联压电双模态谐振器101、102、103、104的厚度剪切模态(TS模态)和第一、第二、第三、第四并联压电双模态谐振器111、112、113、114的厚度剪切模态(TS模态)形成第一单通带滤波器；第一、第二、第三、第四串联压电双模态谐振器101、102、103、104的厚度纵向模态(TE模态)和第一、第二、第三、第四并联压电双模态谐振器111、112、113、114的厚度纵向模态(TE模态)形成第二单通带滤波器，从而实现了单个滤波器的双频段通信，可以有效减小滤波器的数量，使移动通信设备更加小型化。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器，其特征是，包括至少一个串联压电双模态谐振器和至少一个并联压电双模态谐振器；串联压电双模态谐振器和并联压电双模态谐振器具有厚度纵向模态和厚度剪切模态两种模态；串联压电双模态谐振器的厚度剪切模态和并联压电双模态谐振器的厚度剪切模态形成第一单通带滤波器；串联压电双模态谐振器的厚度纵向模态和并联压电双模态谐振器的厚度纵向模态形成第二单通带滤波器。

2.如权利要求1所述的一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器，其特征是，串联压电双模态谐振器和并联压电双模态谐振器均包括衬底、空腔、底电极、压电体和上电极。

3.如权利要求1所述的一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器，其特征是，并联压电双模态谐振器还包括质量负载层。

4.如权利要求2所述的一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器，其特征是，压电体为c轴倾斜的ZnO、AlN、LiNbO3或LiTaO3压电薄膜。

5.如权利要求4所述的一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器，其特征是，串联压电双模态谐振器厚度纵向模态和厚度剪切模态的谐振频率由谐振器的厚度和压电体的c轴倾斜角共同确定。

6.如权利要求1或2所述的一种基于压电双模态谐振器的双通带滤波器，其特征是，串联压电双模态谐振器和并联压电双模态谐振器为薄膜体声波谐振器或者固态装配型谐振器。

Images