微波濾波器中的元件去除設(shè)計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上設(shè)及微波濾波器，并且更具體地，設(shè)及為窄帶應(yīng)用設(shè)計的聲波微波 濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 電濾波器長期用于處理電信號。具體地，通過傳遞期望的信號頻率，該種電濾波 器用于從輸入信號中選擇期望的電信號頻率，同時阻止或者衰減其他不期望的電信號頻 率。濾波器可W分成幾種常規(guī)類型，包括低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器W及帶阻 濾波器，表示由濾波器選擇性地傳遞的頻率類型。而且，濾波器可W通過類型分類，例如 ButterworthXhebyshev、逆化ebyshevW及Elliptic,表不帶形頻率響應(yīng)的類型（頻率截 止特性）。
[0003] 通常使用的濾波器類型取決于預(yù)期用途。在通信應(yīng)用中，帶通和帶阻濾波器通常 用于蜂窩基站、蜂窩手機(jī)W及其他電信設(shè)備中，W用于在一個或多個預(yù)定義的頻帶內(nèi)濾出 或者阻擋RF信號。最特別重要的是大約500-3, 500MHz的頻率范圍。
[0004] 參照圖1，現(xiàn)有技術(shù)的電信系統(tǒng)10可W包括；收發(fā)器12,其能夠發(fā)送和接收無線信 號；W及控制器/處理器14,其能夠控制收發(fā)器12的功能。
[0005] 收發(fā)器12通常包括：寬帶天線16 ;雙工器18,其具有發(fā)射濾波器24和接收濾波器 26 ;發(fā)射器20,其通過雙工器18的發(fā)射濾波器24禪接至天線16 ;W及接收器22,其通過雙 工器18的接收濾波器26禪接至天線16。
[0006] 發(fā)射器20包括上轉(zhuǎn)換器28,其被配置為將由控制器/處理器14提供的基帶信號 轉(zhuǎn)換成射頻（R巧信號；可變增益放大器（VGA) 30,其被配置為放大RF信號；帶通濾波器32， 其被配置為W由控制器/處理器14選擇的操作頻率輸出RF信號；W及功率放大器34,其 被配置為放大經(jīng)濾波的RF信號，然后，通過雙工器18的發(fā)射濾波器24將該RF信號提供給 天線16。
[0007] 接收器22包括；凹槽或阻帶濾波器36,其被配置為通過接收濾波器26拒絕來自 從天線16中輸入的RF信號的傳輸信號干擾；低噪聲放大器（LNA) 38,其被配置為放大具有 相對較低噪音的來自阻帶濾波器36的RF信號；可調(diào)諧帶通濾波器40,其被配置為W由控 制器/處理器14選擇的頻率輸出放大的RF信號；W及下轉(zhuǎn)換器42,其被配置為將RF信號 下轉(zhuǎn)換為提供給控制器/處理器14的基帶信號?；蛘?，由阻帶濾波器36執(zhí)行的拒絕傳輸 信號干擾的功能反而可W由雙工器18執(zhí)行?；蛘?，發(fā)射器20的功率放大器34可W被設(shè)計 為減少傳輸信號干擾。
[000引應(yīng)理解的是，在圖1中示出的框圖本質(zhì)上是功能圖，并且?guī)讉€功能可W由一個電 子元件執(zhí)行，或者一個功能可W由幾個電子元件執(zhí)行。例如，由上轉(zhuǎn)換器28、VGA30、帶通濾 波器40、下轉(zhuǎn)換器42W及控制器/處理器14執(zhí)行的功能通常由單個收發(fā)器巧片執(zhí)行。帶 通濾波器32的功能可W結(jié)合進(jìn)雙工器18的功率放大器34和發(fā)射濾波器24內(nèi)。
[0009] 通常使用兩個電路構(gòu)件構(gòu)造微波濾波器；多個諧振器，其W諧振頻率（該諧振頻 率可w是基本諧振頻率f?；蛘吒鱾€更高階諧振頻率f1-f。中的任一個）非常高效地存儲能 量；W及禪合器，其禪合在諧振器之間的電磁能量，W便形成提供更廣的光譜響應(yīng)的多個反 射零點(diǎn)（reflectionzero,反射零區(qū)）。例如，四諧振器濾波器可W包括四個反射零點(diǎn)。為 了本說明書的目的，反射零點(diǎn)可W表示濾波器的反射函數(shù)的根，其中，反映了電感和電容取 消化及最小量的功率。規(guī)定的禪合器的強(qiáng)度由其電抗（即，電感和/或電容）決定。禪合器 的相對強(qiáng)度決定濾波器形狀，并且禪合器的拓?fù)錄Q定濾波器是否執(zhí)行帶通或帶阻功能。諧 振頻率f。主要由各個諧振器的電感和電容決定。對于傳統(tǒng)的濾波器設(shè)計，濾波器為激活的 頻率由構(gòu)成濾波器的諧振器的諧振頻率決定。由于上面討論的原因，每個諧振器必須具有 非常低的內(nèi)部電阻，W便能夠使濾波器的響應(yīng)敏銳并且選擇性高。對于規(guī)定的技術(shù)，低電阻 的該種要求易于驅(qū)動諧振器的尺寸和成本。
[0010] 前端接收濾波器（例如，在圖1中所示的接收濾波器26)優(yōu)選采用限定清楚的帶 通濾波器的形式，W用于W接近期望的所接收的信號頻率的頻率，消除強(qiáng)烈的干擾信號造 成的不利影響。由于前端接收濾波器在天線輸出處的位置，所W插入損耗必須非常低，W便 不使噪音系數(shù)退化。在大部分濾波器技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)低插入損耗需要相應(yīng)的對濾波器傾斜度 或選擇性的損害。實(shí)際上，使用聲諧振器技術(shù)，構(gòu)成蜂窩手機(jī)的大部分濾波器，例如表面聲 波（SAW)、體聲波炬AW)W及薄膜體聲波諧振器（FBAR)技術(shù)。與等效的電感器/電容器諧 振器相比，該種聲諧振器濾波器具有低插入損耗、緊湊尺寸W及低成本的優(yōu)點(diǎn)。
[0011] 實(shí)際微波濾波器的設(shè)計可W從例如使用圖像設(shè)計或網(wǎng)絡(luò)合成設(shè)計生成的初始電 路的設(shè)計開始。從一開始，該些方法通常僅僅考慮具有可能最少數(shù)量的電路元件的電路。 通常，出于盡可能減少最終濾波器的損耗的期望來該樣做，并且該可能是所有類型的微波 濾波器設(shè)計的慣常做法。使用簡化的理想化的電路元件模型，可W生成初始設(shè)計，該些模型 通?？珊雎杂糜谥圃熳罱K濾波器的物理電路元件的損耗W及其他不想要的特性。在實(shí)際的 微波濾波器的設(shè)計中，計算機(jī)優(yōu)化可W是關(guān)鍵且必要的步驟。此外，包括安捷倫的先進(jìn)設(shè)計 系統(tǒng)（AD巧的設(shè)計工具可W使用數(shù)字優(yōu)化方法，例如MonteCarlo、梯度等，W用于改善"初 始電路設(shè)計"。該種計算機(jī)優(yōu)化步驟可W使用越來越實(shí)際、精確的電路元件模型，并且可W 將電路元件值限制為可W根據(jù)最終濾波器設(shè)計制作的電路元件值。優(yōu)化可W捜索與期望的 濾波器響應(yīng)最佳匹配的電路元件值的組合。該種計算機(jī)優(yōu)化通?？蒞用于微波濾波器設(shè)計 中。雖然優(yōu)化通常可W產(chǎn)生可W通過物理電路元件實(shí)現(xiàn)的明顯改進(jìn)的設(shè)計，但是與在初始 電路設(shè)計中的電路元件的數(shù)量相比，在最終電路設(shè)計中，通常未減少電路元件的數(shù)量，也沒 有將一種類型的電路元件變成另一種。
[0012] 例如，通常用于設(shè)計聲波帶通濾波器的一個初始電路是梯式濾波器50,該濾波器 包括多個交替的并聯(lián)諧振器52a和串聯(lián)諧振器52b，如圖2中所示。濾波器50可W被視為 N諧振器階梯拓?fù)洌?，N等于諧振器的數(shù)量，并且在該種情況下，為6)。為了本說明書的 目的，聲梯式濾波器可W表示使用Mason型聲波梯形電路結(jié)構(gòu)的一個或多個濾波器，該電 路結(jié)構(gòu)包括交替的串聯(lián)和并聯(lián)聲波諧振器。
[0013] 每個聲諧振器52可W由修改的Butterworth-VanDyke(MBVD)模型54描述。MBVD模型54還可W描述SAW諧振器，可W通過在壓電襯底上設(shè)置叉指式換能器（IDT)來制造該 些諧振器，例如晶狀石英、魄酸裡（LiNb〇3)、粗酸裡（LiTa〇3)晶體或BAW諧振器。每個MBVD 模型54包括動態(tài)電容旬56、靜態(tài)電容Q58、動態(tài)電感Lm60W及電阻R62。動態(tài)電容旬56和