根据频率响应需求设计声微波滤波器的方法技术

本申请公开了根据频率响应需求设计声微波滤波器的方法。该方法包括基于频率响应需求选择滤波器部。滤波器部包括输入、输出及多个电路元件。电路元件具有成对的串联声谐振器和并联声谐振器，并且进一步具有额外的串联声谐振器和并联声谐振器中的至少一个。方法进一步包括选择每个电路元件的值，选择滤波器部的数量，以及级联所选择的数量的滤波器部以产生级联的滤波器电路设计，使得至少一对直接相邻的滤波器部通过输入或输出彼此连接。方法进一步包括向级联的滤波器电路设计增加寄生效应，以便产生预先优化的滤波器电路设计；优化预先优化的滤波器电路设计，以产生最终滤波器电路设计；并且基于最终滤波器电路设计，构造声微波滤波器。

【技术实现步骤摘要】
根据频率响应需求设计声微波滤波器的方法本申请是国际申请日2014年2月27日、国际申请号PCT/US2014/019091的国际申请于2014年12月31日进入国家阶段的申请号为201480001750.9、专利技术名称为“微波声波滤波器的改进设计”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
本专利技术总体上涉及微波滤波器，且更具体地，涉及声波微波滤波器。
技术介绍
在1910年左右，开始研制用于通信应用的频率选择的电气信号滤波器，用于电报和电话使用中，尤其用于多路复用和解复用在长距离电缆和无线链路上携带的通信信号信道。其中，在20世纪20年代，贝尔实验室研发了称为“图像”或“图像参数”设计方法的滤波器设计方法(见GeorgeA.Campbell,PhysicalTheoryoftheElectricWaveFilter,TheBellSystemTechnicalJournal,VolumeI,No.2(1922年11月)；OttoJ.Zobel,TheoryandDesignofUniformandCompositeElectricWave-Filters,TheBellSystemTechnicalJournal,VolumeII,No.1(1923年1月))。使用这些技术，滤波器被设计为传输线，该传输线在拓扑上分解成通常相同的部分，这些部分具有相同或相似的输入阻抗以及相同或相似的输出阻抗。这些部分通过交替的方式连接，以便相邻部分的输入彼此连接，并且相邻部分的输出彼此连接(即，第一部分的输入连接至第二部分的输入，第二部分的输出连接至第三部分的输出，第三部分的输入连接至第四部分的输入等)。由于输入阻抗或输出阻抗始终彼此相对，所以在通过滤波器传输信号时，在这些部分之间的界面上将没有反射。通常，图像设计方法产生“初始滤波器设计”。需要更多的设计步骤来产生可以制造的“最终滤波器设计”。这些额外的步骤可以包括：使相似的相邻元件相结合，增加或删除特定的电路元件，以便对滤波器特性产生期望的增强，增加在理想化的电路元件模型中不包含的寄生效应，以便更精确地表示要制造的物理电路，执行电路元件值的计算机优化，以便更好地与期望的要求匹配等。声波(AW)谐振器(特别是石英体声波(BAW)谐振器)开始用于一些电信号滤波器中。AW谐振器的等效电路具有在称为“谐振”频率和“反谐振频率”的频率中具有小间距的两个谐振(参见K.S.VanDyke,Piezo-ElectricResonatoranditsEquivalentNetworkProc.IRE,Vol.16,1928,pp.742-764)。图像滤波器设计方法应用于利用这些石英谐振器的滤波器电路中，并且两个AW滤波器电路类型产生“阶梯”和“晶格”AW滤波器设计(参见美国专利号1,795,204；W.P.Mason,ElectricalWaveFiltersEmployingQuartzCrystalsasElements,TheBellSystemTechnicalJournal(1934))。在随后的几十年内，由于具有特别窄的带宽，所以石英梯设计通常仅用于单信道滤波器。大部分石英滤波器是混合晶格设计，这些设计允许具有不太窄的带宽，但通常需要电感器。网络合成设计在20世纪60年代开始出现，这允许具有更多类型的滤波器电路设计，但是也通常需要电感器，与电容器相比，电感器常常在物理上较大并且具有损耗。这些设计处于射频以及更低的频率(<100MHz)，并且使用大块晶体(通常是石英)来制造这些设计。表面声波(SAW)滤波器此时也开始出现。由于换能器损耗，这些设计经受高插入损耗，允许仅在具有中间频率(而非射频)时使用，并且以横向设计(也称为“抽头延迟线”)为基础。从1992年左右开始，研制了薄膜SAW谐振器和BAW谐振器，并且开始用于微波中(频率>500MHz)。AW阻抗元件滤波器(IEF)设计也可以称为Espenschied型梯形声波滤波器设计(参见O.Ikata等的DevelopmentofLow-LossBandpassFiltersUsingSawResonatorsforPortableTelephones,1992UltrasonicsSymposium,pp.111-115)。在SAW和BAW实现方式中由AWIEF带通滤波器设计的图像通常在移动通信装置的射频(RF)前端中用于微波滤波应用。在移动通信工业中最特别重要的是约500-3,500MHz的频率范围。在美国，有多个标准频带用于蜂窝通信中。这些包括频带2(～1800-1900MHz)、频带4(～1700-2100MHz)、频带5(～800-900MHz)、频带13(～700-800MHz)以及频带17(～700-800MHz)；以及出现的其他频带。双工器(一种特别类型的滤波器)在移动装置的前端中是关键元件。现代移动通信装置同时发送和接收(使用LTE、WCDMA或CDMA)并且使用相同的天线。双工器分离可以高达0.5瓦功率的发送信号和可以低至微微瓦的接收信号。在载波上通过不同的频率调制发送和接收信号，允许双工器选择这些信号，甚至因此双工器必须在通常仅约2平方毫米的非常小的尺寸中提供频率选择、隔离以及低插入损耗。图像设计的带通AWIEF滤波器普遍优选地用于双工器中，这是因为该滤波器满足了这些要求并且比抽头延迟线(由于具有更高的损耗)以及谐振单相单向换能器(SPUDT)滤波器(由于所需要的窄线防止缩放微波频率)等替换物明显更好；虽然由于所提供的平衡输出，所以双模SAW(DMS)(也称为纵向耦合的谐振器)(LCR))滤波器有时在双工器中用于接收滤波器。(参见DavidMorgan,SurfaceAcousticWaveFiltersWithApplicationstoElectronicCommunicationsandSignalProcessingMorgan,pp.335-339,352-354(2007))。通常，IEF滤波器为每个图像部分使用由仅一个串联谐振器和仅一个并联谐振器构成的简单成对的谐振器结构。这些传统的AWIEF滤波器设计的微小变化也被视为用于这些应用中(参见美国专利号8,026,776和美国专利号8,063,717)，这通常在IEF设计中添加一个或多个电路元件(例如，电容器、电感器或者AW谐振器)，以便增强特定的电路特征。在对基本的AWIEF电路的影响足够小，以便与传统的AWIEF滤波器设计相比，常用的计算机优化工具聚集以产生一种改进的设计时，可以完成这个目标。这是包含间距小的谐振和反谐振的任何电路(例如，用于AWIEF滤波器内的谐振器)的严格要求，且从而仅允许基本的AWIEF设计和功能具有非常微小的变化。这是因为计算机电路优化程序集中于改进的电路设计解决方案的基本要求在于，初始设计是与最终改进的设计相同的电路结构，并且初始电路元件值非常接近最终值。因此，AWIEF滤波器设计的基本结构限于简单成对的谐振器结构以及基本的AW梯形设计的微小变化，在“事实之后”对这种传统的电路设计进行的变化。在移动通信的成本、损耗、尺寸以及功率处理方面，需要改进的微波AW滤波器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种根据频率响应需求设计声微波滤波器的方法，包括：基于所述频率响应需求选择滤波器部(100)(步骤56)，其中，所述滤波器部(100)包括输入(106)、输出(108)以及在所述输入(106)与所述输出(108)之间的多个电路元件(102、104)，所述多个电路元件(102、104)具有成对的串联声谐振器(102a)和并联声谐振器(102b)，并且进一步具有额外的串联声谐振器(104a)和并联声谐振器(104b)中的至少一个；基于所述频率响应需求选择每个所述电路元件(102、104)的值(步骤60、62)；基于所述频率响应需求选择滤波器部(100)的数量(步骤64)；级联所选择的数量的滤波器部(100)，以产生级联的滤波器电路设计(150)，以便至少一对直接相邻的滤波器部(102)通过输入(106)或输出(108)彼此连接(步骤66)；向所述级联的滤波器电路设计(150)增加寄生效应，以便产生预先优化的滤波器电路设计(步骤72)；将所述预先优化的滤波器电路设计输入滤波器优化器内，以便产生最终滤波器电路设计(步骤74)；并且基于所述最终滤波器电路设计，构造所述声微波滤波器(步骤76)。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 61/798,482;2013.07.02 US 13/934,051;1.一种根据频率响应需求设计声微波滤波器的方法，包括：基于所述频率响应需求选择滤波器部(100)(步骤56)，其中，所述滤波器部(100)包括输入(106)、输出(108)以及在所述输入(106)与所述输出(108)之间的多个电路元件(102、104)，所述多个电路元件(102、104)具有成对的串联声谐振器(102a)和并联声谐振器(102b)，并且进一步具有额外的串联声谐振器(104a)和并联声谐振器(104b)中的至少一个；基于所述频率响应需求选择每个所述电路元件(102、104)的值(步骤60、62)；基于所述频率响应需求选择滤波器部(100)的数量(步骤64)；级联所选择的数量的滤波器部(100)，以产生级联的滤波器电路设计(150)，以便至少一对直接相邻的滤波器部(102)通过输入(106)或输出(108)彼此连接(步骤66)；向所述级联的滤波器电路设计(150)增加寄生效应，以便产生预先优化的滤波器电路设计(步骤72)；将所述预先优化的滤波器电路设计输入滤波器优化器内，以便产生最终滤波器电路设计(步骤74)；并且基于所述最终滤波器电路设计，构造所述声微波滤波器(步骤76)。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括选择所述电路元件(102、104)的结构类型(步骤54)。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述串联谐振器和所述并联谐振器中的每一个的所述结构类型选自表面声波(SAW)谐振器、体声波(BAW)谐振器、薄膜体声波谐振器(FBAR)以及微机电系统(MEMS)谐振器中的一个。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将所述频率响应需求变换为无单位量纲的标准化的频率响应需求，其中，所述电路元件值是基于标准化的频率响应需求确定的无单位量纲的标准化值；并且将所述级联的滤波器电路设计的标准化电路元件值变换为具有单位的实际电路元件值。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述并联谐振器(102b)的标准化谐振频率比所述串联谐振器(102a)的标准化反谐振频率低两倍，以形成通带。6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述串联谐振器(102a)的标准化反谐振频率比所述并联谐振器(102b)的标准化谐振频率低1倍，以形成阻带。7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在向所述级联的滤波器电路设计(150)增加寄生效应之前，使在所述级联的滤波器电路设计(150)中彼此电气相邻的相似电路元件(102、104)相结合(步骤68)。8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过将不必要的电路元件移除或减少来简化电路元件来进行所述预先优化的滤波器电路设计的元件去除优化，以便产生所述最终滤波器电路设计。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述频率响应需求包括定义信号拒绝的抑制需求，并且基于所述抑制需求，选择所述滤波器部的数量。10.根据权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·N·西尔弗，库尔特·F·赖恩，尼尔·O·芬齐，罗伯特·B·哈蒙德，
申请(专利权)人：谐振公司，
类型：发明
国别省市：美国,US