CN111371407B - 调整谐振频率的方法和滤波器、多工器、通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种调整滤波器谐振频率方法和滤波器、多工器、通信设备，有助于滤波器整个通带和带外均有较好的匹配。在该方法中，通过在部分串联谐振器和部分并联谐振器上增加质量负载，进而调整该部分谐振器的频率，这样可以使滤波器整个通带均有较好的匹配，同时滤波器带外有合适的阻抗值。

Description

调整谐振频率的方法和滤波器、多工器、通信设备

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，特别地涉及一种调整谐振频率方法和滤波器、多工器、通信设备。

背景技术

声波滤波器一般使用串联谐振和并联谐振器共同组成通带，其中，为了保证通带内匹配良好，需要使并联谐振器的并联谐振频率和串联谐振器的串联谐振频率相接近。常见的滤波器中，各串联谐振器由于各层材料相同，参数相同，因此其谐振频率也基本相同；在并联谐振器上加具有一定负载量的质量负载，调节并联谐振器的谐振频率，使其与串联谐振器的串联谐振频率接近。

但是，现有的滤波器只能保证一个较窄的频段内匹配良好，难以使整个通带有较好的匹配。同时，为了尽量保证通带内的阻抗匹配，带外的阻抗难以获得需要的值，从而使带外抑制也会恶化。

发明内容

有鉴于此，本发明提出以新的谐振器频率分布架构适用滤波器的通带匹配，提供了一种调整滤波器谐振频率方法和滤波器、多工器、通信设备，有助于滤波器整个通带和带外均有较好的匹配。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种调整谐振频率来改善滤波器性能的方法。

本发明的调整谐振频率的方法，用于调整滤波器中谐振器的谐振频率，所述滤波器为声波滤波器，包括至少三个串联谐振器，该方法包括，对于输入端和输出端之间有奇数个串联谐振器的滤波器：对于所述奇数个串联谐振器中的除第一和第二串联谐振器之外的其他谐振器，对于第三谐振器或者选择包含第三谐振器在内的2个以上谐振器，使其频率不同于第一串联谐振器和第二串联谐振器的频率；并且/或者，对于输入端和输出端之间有偶数个串联谐振器的滤波器：对于所述偶数个串联谐振器中的除所述第一和第二串联谐振器之外的其他谐振器中的1个或2个以上谐振器，使其频率不同于第一串联谐振器和第二串联谐振器的频率；其中：第一和第二串联谐振器分别是最接近滤波器的输入端和输出端的谐振器，第三谐振器是所述奇数个串联谐振器中的居中的谐振器。

可选地，所述滤波器还包括至少两个并联谐振器，对于输入端和输出端之间的并联谐振器的滤波器，该方法还包括：在所述并联谐振器中，对于包含第四和第五并联谐振器在内的2个以上谐振器，使其频率不同于其他并联谐振器的频率；其中：第四和第五并联谐振器分别是最接近滤波器的输入端和输出端的谐振器。

可选地，在所述并联谐振器中，所述2个以上谐振器的数目小于所述并联谐振器的数目。

可选地，所述对于第三谐振器或者选择包含第三谐振器在内的2个以上谐振器，使其频率不同于第一串联谐振器和第二串联谐振器的频率的步骤包括如下调整：对第三谐振器或者包含第三谐振器在内的2个以上谐振器增加质量负载或者增加一层或多层的厚度。

可选地，所述对于所述偶数个串联谐振器中的除所述第一和第二串联谐振器之外的其他谐振器中的1个或2个以上谐振器，使其频率不同于第一串联谐振器和第二串联谐振器的频率步骤包括如下调整：对所述1个或2个以上谐振器增加质量负载或者增加一层或多层的厚度。

可选地，在所述调整中，使被调整的谐振器的频率不一致。

可选地，在所述调整中，调整导致的最大频率偏移小于通带带宽的50％。

可选地，所述最大频率偏移小于通带带宽的25％。

可选地，所述增加质量负载的步骤包括：向谐振器增加质量负载层，其中：所述质量负载层的形状为多个互不连续的块状，或者所述质量负载层的形状为具有镂空的一个或几个块状。

根据本发明的另一方面，提供了一种滤波器，该滤波器为声波滤波器，其中的谐振器是经本发明所述的方法调整谐振频率的谐振器。

根据本发明的又一方面，提供了一种多工器，其包含本发明所述的滤波器。

根据本发明的又一方面，提供了一种通信设备，其包含本发明所述的滤波器。

根据本发明的技术方案，通过在部分串联谐振器和部分并联谐振器上增加质量负载，进而调整该部分谐振器的频率，这样可以使滤波器整个通带均有较好的匹配，同时滤波器带外有合适的阻抗值。

附图说明

为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：

图1为现有的滤波器中串联谐振器和并联谐振器的阻抗曲线图；

图2a为本发明实施方式调整滤波器中谐振器的谐振频率的一种结构的示意图；

图2b为本发明实施方式涉及的滤波器的另一种结构的示意图；

图3为本发明实施方式涉及的滤波器的阻抗及传输特性曲线图；

图4a为滤波器的插损对比曲线；

图4b为滤波器回波对比曲线；

图5a为滤波器插损对比曲线；

图5b为滤波器右侧滚降对比曲线；

图5c为滤波器右侧滚降对比曲线；

图6a为一个串联谐振器的阻抗实部和频率的关系示意图；

图6b为负载量大小对通带的影响示意图；

图7a为滤波器通带对比曲线；

图7b为滤波器左侧滚降对比曲线；

图8a为滤波器插损对比曲线；

图8b为滤波器回波对比曲线；

图8c为滤波器左侧滚降对比曲线；

图9为滤波器带外阻抗对比曲线；

图10为滤波器带外抑制的对比曲线；

图11为根据本发明实施方式的一种谐振器顶部的主视图；

图12为根据本发明实施方式的另一种谐振器顶部的主视图。

具体实施方式

本发明实施方式中，以新的谐振器频率分布架构适用滤波器的通带匹配，以下具体加以说明。

图1为现有的滤波器中串联谐振器和并联谐振器的阻抗曲线图，实线是串联谐振器的阻抗曲线，虚线是并联谐振器的阻抗曲线，横轴是频率，纵轴是阻抗值。如图1所示，串联谐振器的阻抗最低点对应的频率是串联谐振点Fs，并联谐振器的阻抗最低点对应的频率是串联谐振点Fs’，并联谐振器上因为有质量负载，所以频率降低M，即Fs’＝Fs-M。串联谐振器的阻抗最高点是并联谐振点Fp处的阻抗，并联谐振器的阻抗最高点对应的频率是并联谐振点Fp’。由图1可以看出现有的滤波器中，Fp’和Fs接近，从而组成通带内中心频率处的匹配，而滤波器的整个通带介于Fs’和Fp之间，因此，该频率和阻抗分布并不能保证整个通带内有良好的匹配。

本发明实施方式中，选择出滤波器的部分谐振器，对该部分谐振器进行频率调整，使其频率区别于其他谐振器的频率，或者对未选择的谐振器进行频率调整，最终使得选择出的谐振器与未选择的谐振器，在频率参数上形成差异，从而改变滤波器中的各谐振器的串联谐振频率/并联谐振频率和阻抗分布，进而使得通带内阻抗匹配得到明显改善，以达到改善滤波器的回波、插损、带内杂波和滚降等性能的目的。频率调整的方式可以是增加或减少(在已有质量负载层的情况下)谐振器中的质量负载，或者改变谐振器某层或多层的厚度。以下对本发明的实施方式作详细说明。

图2a为本发明实施方式涉及的滤波器的一种结构的示意图。图2a中，输入输出端子(图中黑点)之间串联有奇数个(具体为5个，也可以是3个、7个或更多)串联谐振器，分别为串联谐振器0、a、b、c、和0。对于滤波器中包含奇数个串联谐振器的情况，在调节串联谐振器频率时所遵循的原则为：位于两侧的(即分别靠近输入端和输出端的)两个串联谐振器0的频率不进行调节，位于中间的串联谐振器b的频率需要进行调节，串联谐振器a和c中的每个可以或者无需调节频率。基于上述原则，被调节频率的串联谐振器为如下情况：b、ab、bc、abc。由此可知，除第1种情况之外，其他3种情况中，频率调节要达到的一个效果是，所有被调节频率的串联谐振器的频率不能都相同。在后文的说明中将会看出，采用此方法调整滤波器中的谐振器的频率，可以改善滤波器右侧滚降以及插损回波等性能。其中，采用第四种情况，即对串联谐振器abc都进行频率调整时，串联谐振器a、b、c中设置最大的质量负载导致的频率偏移可小于通带带宽的50％(优选地小于25％)，有助于避免谐振器左侧插损恶化。

图2b为本发明实施方式涉及的滤波器的另一种结构的示意图。图2b中包括偶数个(至少为4个，可以更多)串联谐振器，分别为串联谐振器0、a、b、0。对于滤波器中包含偶数个串联谐振器的情况，在调节串联谐振器频率时所遵循的原则为：位于两侧的(即分别靠近输入端和输出端的)两个串联谐振器0的频率不进行调节，位于中间的串联谐振器即a和b，二者的频率至少调节一个。基于上述原则，被调节频率的串联谐振器为如下情况：a、b、ab。采用第三种情况时，串联谐振器a和b的质量负载不同，进而使两者的频率不同。经上述频率调整后，有助于改善滤波器右侧滚降以及插损回波等性能。串联谐振器a和b中最大质量负载导致的频率偏移可小于通带带宽的50％(优选地小于25％)，有助于避免谐振器左侧插损恶化。

如图2a和2b所示，图中滤波器均包括4个并联谐振器，分别为并联谐振器d、e、f、g。在调节并联谐振器频率时所遵循的原则为：位于两侧的两个串联谐振器d和g的频率均进行调节，位于中间的并联谐振器e和f中的每个可以或无需调节频率。基于上述原则，被调节频率的并联谐振器为如下情况：dge、dgf、dg、dgef。并且，被调节频率的多个并联谐振器的频率不都相同。上述频率调整有助于改善谐振器左侧滚降以及插损回波等性能，其中，上述四种情况中，优选前三种方式。

图3为滤波器的阻抗及传输特性曲线图，该滤波器是图2b所示的包括4个串联谐振器和4个并联谐振器的滤波器。图中细实线为串联谐振器的阻抗曲线，细虚线为并联谐振器的阻抗曲线，对应左侧纵坐标；粗实线为滤波器的传输特性曲线，对应右侧纵坐标。如图3所示，整个通带内，串联谐振器和并联谐振器均增加了频率种类，在通带内多个位置进行了匹配；另外在滤波器左侧和右侧的滚降位置(左侧滚降位置是1.685GHz～1.7GHz左右，右侧是1.79GHz～1.805GHz)，也有多个频率的谐振器进行频率和阻抗调节，以获得更好的匹配效果。对于图2a所示的滤波器，也有类似的更好的匹配效果。

另外从上文的描述可以看出，选择谐振器时需有一些原则，下面通过性能参数对比，证明遵循这些原则的有益之处。

图4a为滤波器的插损对比曲线；图4b为滤波器回波对比曲线。图中，实线为两个串联谐振器0的串联谐振频率Fs1时的曲线，虚线为两个串联谐振器0上添加质量负载从而使二者串联谐振频率大于Fs1时的曲线。当向位于两侧的两个串联谐振器0上添加质量负载(频率偏移结构)时，会引起串联谐振频率偏移，图中所示为串联谐振频率偏移4MHz时的情形。从图4a和图4b可以看出，在向两个串联谐振器0上添加质量负载时，滤波器的插损和回波损耗性能均会变差。由此可知，串联谐振器频率调节时，位于两侧的谐振器不论是否已有质量负载层，其频率均不进行调节，以避免性能受到影响。

图5a为滤波器插损对比曲线，图5b为滤波器右侧滚降对比曲线。图中，实线对应于中间的串联谐振器上有质量负载，虚线对应于中间的串联谐振器上没有质量负载。其中，当存在质量负载时，串联谐振器a和串联谐振器b中的质量负载量相等。可以看出，串联谐振器上存在质量负载和不存在质量负载时，其通带性能几乎没有变化，但是，在位于中间的串联谐振器上加入质量负载后右侧的滚降得到改善。

图5c为滤波器右侧滚降对比曲线；其中，串联谐振器a和串联谐振器b中的质量负载量不相等，使两者存在1MHz的频率差。如图5c所示，当位于中间的串联谐振器存在质量负载，且质量负载量不等时，滤波器的滚降进一步得到改善。由此可知，位于中间的串联谐振器增加质量负载，且质量负载量不等时，滚降改善更加明显。

图6a为一个串联谐振器的阻抗实部和频率的关系示意图，图6b为负载量大小对通带的影响示意图。图中，实线对应于质量负载使串联谐振器频率偏移了10MHz的情形，虚线对应于质量负载使串联谐振器频率偏移了20MHz的情形。参考图3，串联谐振器的串联谐振点Fs以下的区域落在滤波器通带的左侧，再参见图6a所示，串联谐振点Fs以下有一段损耗的增加，由此可知，当此区域落在通带内时，滤波器左侧插损会出现明显的恶化，因此在滤波器设计时需要尽量避免此区域落在通带内。假设串联谐振器上未加质量负载时的频率是Fs2，当加入质量负载时，为了保证通带匹配较好，加入质量负载的串联谐振器频率相比原来的频率会向低处移动，即频率为Fs2-F1，其中F1为正，未加质量负载的串联谐振器频率相比Fs向高处移动，即频率为Fs2+F2，其中F2为正。其中F1和F2分别表示移动的频率。如图6b所示，当未加质量负载的串联谐振器相比Fs向高处移动时，串联谐振器更多损耗增加的区域落在通带内，因此滤波器通带插损会有恶化。由此可知，位于中间的串联谐振器a和串联谐振器b中最大的质量负载导致的频率偏移最好是小于通带带宽的50％，更优地可小于25％，从而避免串联谐振器左侧插损恶化。

图7a为滤波器通带对比曲线，图7b为滤波器左侧滚降对比曲线；其中，实线为并联谐振器d、g、f的频率被调节时的滤波器曲线，虚线是并联谐振器d、g、e、f的频率被调节时的滤波器曲线，如图7a和7b可知，当实线和虚线的通带插损基本相同时，调节并联谐振器d、g、f的滤波器滚降优于调节并联谐振器d、g、e、f的滤波器滚降。

图8a为滤波器插损对比曲线，图8b为滤波器回波对比曲线，图8c为滤波器左侧滚降对比曲线。图中，实线为并联谐振器中有三个不同质量负载的滤波器性能曲线，虚线为并联谐振器中有两个不同质量负载的滤波器性能曲线；其中，三个不同质量负载的并联谐振器中，两个频率相对较低的并联谐振器和频率相对最高的并联谐振器的频率差值分别为3MHz和10MHz。由图8a、8b和8c可知，并联谐振器中频率越多，对通带的阻抗匹配效果越好，并且在通带和阻带交汇处的滚降位置也能按照需求获得合理的阻抗值(即通带阻抗尽量和50欧姆匹配，阻带尽量和50欧姆不匹配)，从而获得更好的插损、回波、滚降等性能。因此得出结论，在并联谐振器中，至少两个并联谐振器上设置不同的质量负载，从而存在两个不同频率的并联谐振器。

图9为滤波器带外阻抗对比曲线。其中，实线为采用发明实施方式涉及的滤波器的带外阻抗曲线，虚线为现有技术中滤波器的带外阻抗曲线。滤波器匹配的原则为通带内尽量和50欧姆接近，保证通带匹配良好，而带外部分，需要尽量远离50欧姆，保证带外不匹配，从而获得较好的带外抑制特性。如图9所示，本发明实施方式中的滤波器通带范围是1.71GHz～1.785GHz，由图9中的曲线对比可知，实线的带外阻抗要高于虚线，实线部分可以获得更好的带外抑制。

图10为滤波器带外抑制的对比曲线。图中，实线是采用本发明实施的滤波器的带外抑制曲线，虚线是现有技术中滤波器的带外抑制曲线，由图10可知，采用本发明实施例的滤波器的带外抑制曲线具有明显的改善。

本发明实施方式中，在调节质量负载量时，可通过控制质量负载层的面积占比来调节质量负载量，与现有的调节质量负载层的厚度不同。图11为根据本发明实施方式的一种谐振器顶部的主视图；图12为根据本发明实施方式的另一种谐振器顶部的主视图。图11中质量负载层为设置在中心处的圆形，图12中质量负载层由多个分体结构组成。质量负载层可以是分体的或者整块。整块或者每块分体的形状可任意选择，其中整块形状可以是凸形或凹形，也可以带有镂空，分体的排布可以为类似于图12的无规则方式。该质量负载层可以设置在电极层或者其他层，通过控制面积占比可以实现精确的，多样化的频率。这里的面积占比可以为100％，即充斥其所在层的整层面积。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (12)

1.一种调整谐振频率的方法，用于调整滤波器中谐振器的谐振频率，所述滤波器为声波滤波器，包括至少三个串联谐振器，其特征在于，该方法包括，

对于输入端和输出端之间有奇数个串联谐振器的滤波器：

对于所述奇数个串联谐振器中的除第一和第二串联谐振器之外的其他谐振器，对于第三谐振器或者选择包含第三谐振器在内的2个以上谐振器，使其频率不同于第一串联谐振器和第二串联谐振器的频率；

并且/或者，

对于输入端和输出端之间有偶数个串联谐振器的滤波器：

对于所述偶数个串联谐振器中的除所述第一和第二串联谐振器之外的其他谐振器中的1个或2个以上谐振器，使其频率不同于第一串联谐振器和第二串联谐振器的频率；

其中：

第一和第二串联谐振器分别是最接近滤波器的输入端和输出端的谐振器，第三谐振器是所述奇数个串联谐振器中的居中的谐振器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滤波器还包括至少两个并联谐振器，对于输入端和输出端之间的并联谐振器的滤波器，该方法还包括：

在所述并联谐振器中，对于包含第四和第五并联谐振器在内的2个以上谐振器，使其频率不同于其他并联谐振器的频率；其中：

第四和第五并联谐振器分别是最接近滤波器的输入端和输出端的谐振器。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述并联谐振器中，所述2个以上谐振器的数目小于所述并联谐振器的数目。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述对于第三谐振器或者选择包含第三谐振器在内的2个以上谐振器，使其频率不同于第一串联谐振器和第二串联谐振器的频率的步骤包括如下调整：对第三谐振器或者包含第三谐振器在内的2个以上谐振器增加质量负载或者增加一层或多层的厚度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述对于所述偶数个串联谐振器中的除所述第一和第二串联谐振器之外的其他谐振器中的1个或2个以上谐振器，使其频率不同于第一串联谐振器和第二串联谐振器的频率步骤包括如下调整：对所述1个或2个以上谐振器增加质量负载或者增加一层或多层的厚度。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在所述调整中，使被调整的谐振器的频率不一致。

7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在所述调整中，调整导致的最大频率偏移小于通带带宽的50％。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述最大频率偏移小于通带带宽的25％。

9.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述增加质量负载的步骤包括：向谐振器增加质量负载层，其中：

所述质量负载层的形状为多个互不连续的块状，或者所述质量负载层的形状为具有镂空的一个或几个块状。

10.一种滤波器，该滤波器为声波滤波器，其特征在于，所述滤波器中的谐振器是经权利要求1至9中任一项所述的方法调整谐振频率的谐振器。

11.一种多工器，其特征在于，包含权利要求10所述的滤波器。

12.一种通信设备，其特征在于，包含权利要求10所述的滤波器。

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