CN104426501B - 弹性波滤波器装置以及双工器 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于,提供一种能够抑制通带内的损耗的恶化的弹性波滤波器装置。为此,本发明的弹性波滤波器装置具备:单端口型弹性波谐振器(9);和弹性波滤波器部(18),其与单端口型弹性波谐振器(9)串联连接,在该弹性波滤波器装置中,在单端口型弹性波谐振器(9)并联连接有电感(10),在将上述弹性波滤波器部(18)的通带的中心频率设为f0、将单端口型弹性波谐振器(9)的谐振频率设为fr1时,fr1>f0。
Description
技术领域
本发明涉及被用作带通型滤波器的弹性波滤波器装置以及具有弹性波滤波器装置的双工器,更详细来说,涉及利用多个弹性波谐振器而构成的弹性波滤波器装置以及双工器。
背景技术
一直以来,弹性波滤波器被广泛用作便携式电话机等的带通滤波器。例如在下述的专利文献1中,公开了一种具有多个弹性表面波谐振器的梯型滤波器。在专利文献1中,设置了并联连接有电感的第1串联臂谐振器和未连接电感的第2串联臂谐振器。在将第1串联臂谐振器的谐振频率设为fsr1并将第2串联臂谐振器的谐振频率设为fsr2时,成为fsr1<fsr2。
此外,在下述的专利文献2所记载的弹性波滤波器中,并联连接有电感的串联臂谐振器的谐振频率低于没有连接电感的串联臂谐振器的谐振频率。
【在先技术文献】
【专利文献】
专利文献1:JP特开2004-242281号公报
专利文献2:JP特开2011-176746号公报
发明内容
【发明要解决的课题】
如专利文献1、专利文献2所记载的那样,并联连接有电感的串联臂谐振器的谐振频率被设为低于其他串联臂谐振器的谐振频率。
但是,若上述电感Q值降低,则存在通带内的损耗增大这样的问题。另一方面,若使用Q值较大的电感,则存在制造工序繁杂、成本高昂这样的问题。
本发明的目的在于提供一种能够抑制通带内的损耗的恶化的弹性波滤波器装置以及使用了该弹性波滤波器装置的双工器。
【解决课题的手段】
本发明所涉及的弹性波滤波器装置具备压电基板、弹性波滤波器部、单端口型弹性波谐振器和电感。上述弹性波滤波器部包含在上述压电基板上形成的至少1个IDT电极。上述单端口型弹性波谐振器具有与上述弹性波滤波器部串联连接的IDT电极。
上述电感与上述单端口型弹性波谐振器并联连接。在本发明中,在将上述弹性波滤波器部的通带的中心频率设为f0时,上述单端口型弹性波谐振器的谐振频率fr1位于比中心频率f0更靠近高频侧。
在本发明所涉及的弹性波滤波器装置的某特定方面中,上述单端口型弹性波谐振器中的IDT电极的上述波长小于由上述弹性波滤波器部中的IDT电极的电极指间距决定的波长中最小的波长。在该情况下,能够提高设计的自由度。
在本发明所涉及的弹性波滤波器装置的其他特定方面中,由上述单端口型弹性波谐振器中的IDT电极的电极指间距决定的波长小于由上述弹性波滤波器部的电极指间距决定的波长。在此情况下,能够提高设计的自由度。
在本发明所涉及的弹性波滤波器装置的又一特定方面中,上述电感被设置于上述压电基板。因此,能够促进小型化。
在本发明所涉及的弹性波滤波器装置的又一特定方面中,上述弹性波滤波器部是梯型弹性波滤波器部具备:上述压电基板;串联臂,其设置在上述压电基板上;并联臂,其连接在上述串联臂与接地电位之间;多个串联臂谐振器,其设置于上述串联臂;和并联臂谐振器,其设置于上述并联臂,上述多个串联臂谐振器以及并联臂谐振器由具有IDT电极的弹性波谐振器构成。在该情况下,在多个串联臂谐振器并没有并连接电感。此外,在将梯型弹性波滤波器部的上述串联臂谐振器的谐振频率中最高的谐振频率设为fr2时,上述单端口型弹性波谐振器的谐振频率fr1位于比谐振频率fr2更靠近高频侧。
在本发明所涉及的弹性波滤波器装置的又一特定方面中,由上述单端口型弹性波谐振器中的IDT电极的电极指间距决定的波长小于由上述串联臂谐振器的电极指间距决定的波长。
更优选为,上述单端口型弹性波谐振器的上述波长小于由上述多个串联臂谐振器中的电极指间距决定的波长中最小的波长。
在本发明所涉及的弹性波滤波器装置的又一特定方面中,上述单端口型弹性波谐振器的谐振频率fr1高于在上述多个串联臂谐振器中谐振频率最低的串联臂谐振器的谐振频率。
在本发明所涉及的弹性波滤波器装置的又一特定方面中,与上述多个串联臂谐振器的谐振频率相比,上述单端口型弹性波谐振器的谐振频率fr1更高。
在本发明所涉及的弹性波滤波器装置的又一特定方面中,上述电感的Q值为20以下。
在本发明所涉及的弹性波滤波器装置的又一特定方面中,上述弹性波滤波器部是包含上述压电基板和设置在上述压电基板上的纵向耦合谐振器型弹性波滤波器的滤波器部。
本发明所涉及的双工器具有:第1带通滤波器,其由按照本发明而构成的弹性波滤波器装置构成;和第2带通滤波器,其通带与上述第1带通滤波器不同。
【发明效果】
根据本发明所涉及的弹性波滤波器装置,即使在降低了上述电感的Q值的情况下,也能够减小通带内的***损耗。因此,能够提供一种低损耗的弹性波滤波器装置。此外,根据本发明,能够提供一种低损耗的双工器。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式所涉及的双工器的电路图。
图2是本发明的第1实施方式所涉及的双工器的俯视图。
图3是表示在第1实施方式中与第1串联臂谐振器并联连接的电感Q值与频率的关系的图。
图4是表示在第1实施方式中与第1串联臂谐振器并联连接的电感值L与频率的关系的图。
图5是表示第1串联臂谐振器与电感的并联电路的电路图。
图6是表示图5所示的电路的谐振特性的图。
图7是表示在图1所示的电路结构的双工器中,将电感Q值设为了40、20、4.7以及1的情况下的发送特性的图。
图8是表示在图1所示的电路结构的双工器中的第1串联臂谐振器与电感的并联电路中,将电感Q值设为了40、20、4.7以及1的情况下的各谐振特性的图。
图9是表示在比较例的双工器中,使电感Q值发生了变化的情况下的发送特性的图。
图10是表示在比较例的双工器中,使电感Q值发生了变化的情况下的第1串联臂谐振器与电感的并联电路的谐振特性的图。
图11是第2实施方式所涉及的弹性波滤波器装置的弹性波滤波器部的电路图。
图12(a)~(d)是表示在构成了第2实施方式所涉及的弹性波滤波器装置的多层基板的不同高度位置设置的电极结构的各示意性俯视图。
图13(a)~(d)是表示作为第2实施方式的比较例的第2比较例所涉及的弹性波装置的不同高度位置的电极结构的各示意性俯视图。
图14是表示第2实施方式以及第2比较例的弹性波装置的衰减量频率特性的图。
【符号说明】
1 双工器
2 发送滤波器
3 接收滤波器
4 共同连接端子
5 天线端子
6 发送端子
7、8 第1、第2平衡接收端子
9 单端口型弹性波谐振器
10 电感
11 连接点
12 电感
13~15 连接点
16 共同连接点
17 电感
18 弹性波滤波器部
21 压电基板
22 单端口型弹性表面波谐振器
23、24 第1、第2纵向耦合谐振器型弹性表面波滤波器部
31 纵向耦合谐振器型弹性波滤波器部
32、33 单端口型弹性波谐振器
41、111 多层基板
P1~P4 并联臂谐振器
S1~S4 串联臂谐振器
具体实施方式
以下,通过参照附图对本发明的具体实施方式进行说明,米揭示本发明。
图1是本发明的第1实施方式的双工器的电路图。双工器1具有作为第1带通滤波器的发送滤波器2和作为第2带通滤波器的接收滤波器3。虽然并非特别限定,但本实施方式的双工器1用于W-CDMA的Band1的通信方式。因此,发送滤波器2的通带是1920~1980MHz,其中心频率f0是1950MHz。接收滤波器3的通带是2110~2170MHz。即,接收滤波器3的通带与发送滤波器2的通带不同。
发送滤波器2以及接收滤波器3的一端经由共同连接端子4与天线端子5相连接。发送滤波器2的另一端与发送端子6相连接。接收滤波器3的另一端与一对平衡接收端子7、8相连接。
发送滤波器2相当于本发明的弹性波滤波器装置的实施方式。发送滤波器2具有梯型电路结构的弹性波滤波器部18、和单端口型弹性波谐振器9。即,在发送端子6,连接有单端口型弹性波谐振器9。在发送端子6,经由该单端口型弹性波谐振器9而连接有由梯型构成的弹性波滤波器部18。该弹性波滤波器部18具有多个串联臂谐振器S1~S4和多个并联臂谐振器P1~P4。更具体来说,在连结共同连接端子4和单端口型弹性波谐振器9与弹性波滤波器部18之间的连接点11的串联臂,从发送端子6侧,依次设置有多个串联臂谐振器S1~S4。
在单端口型弹性波谐振器9,并联连接有电感10。在串联臂谐振器S1~S4没有并联连接电感。
此外,在连结连接点11与接地电位的并联臂,连接有并联臂谐振器P1。在并联臂谐振器P1与接地电位之间,连接有电感12。
在串联臂谐振器S1、S2间的连接点13、串联臂谐振器S2、S3间的连接点14以及串联臂谐振器S3、S4间的连接点15与接地电位之间,分别连接有并联臂谐振器P2、P3、P4。并联臂谐振器P2~P4的接地电位侧端部与共同连接点16共同连接。在共同连接点16与接地电位之间连接有电感17。
在本实施方式中,发送滤波器2具有上述单端口型弹性波谐振器9和由梯型滤波器构成的弹性波滤波器部18。然后,并联连接有电感10的单端口型弹性波谐振器9的谐振频率fr1位于比弹性波滤波器部18的通带的中心频率f0更靠近高频侧。由此,即使降低了电感10的Q值,也能够减小通带内即发送频带中的***损耗。
图2是双工器1的俯视图。在双工器1中,在压电基板21上形成有图示的电极结构。由此,双工器1被构成为单个部件。
压电基板21包含由压电单晶或压电陶瓷构成的基板、或者形成了压电单晶膜的基板。在本实施方式中,压电基板21由LiTi03或LiNb03那样的压电单晶构成。
在压电基板21上,构成了发送滤波器2和接收滤波器3。在图2中,简图性地示出构成了发送滤波器2以及接收滤波器3的电极结构。即,发送滤波器2具有被连接在共同连接端子4与发送端子6之间的电极结构。
更具体来说,单端口型弹性波谐振器9以及串联臂谐振器S1~S4由弹性表面波谐振器构成,并在由矩形框将图示的X包围的区域中,设置有IDT电极以及反射器。即,串联臂谐振器S1~S4也由在IDT电极的两侧配置有反射器的单端口型弹性表面波谐振器构成。并联臂谐振器P1~P4也同样地由单端口型弹性表面波谐振器构成。
在单端口型弹性波谐振器9,并联连接有由线圈状导体图案构成的电感10。即,电感10由将导体卷绕成线圈状而形成的线圈状导体图案构成。
另一方面,在共同连接端子4与第1、第2平衡接收端子7、8之间,形成了构成接收滤波器3的电极结构。如图2所示,接收滤波器3具有与共同连接端子4相连接的单端口型弹性表面波谐振器22。在该单端口型弹性表面波谐振器22,连接有第1、第2纵向耦合谐振器型弹性表面波滤波器部23、24。对于第1、第2纵向耦合谐振器型弹性表面波滤波器部23、24,也简图性地示出构成了IDT部分以及构成了反射器的部分。
在本实施方式中,接收滤波器3由具有平衡-不平衡变换功能的平衡型弹性表面波滤波器构成。当然,在本发明中,双工器的第2带通滤波器并不限于由纵向耦合谐振器型弹性表面波滤波器构成,可以由各种带通滤波器构成。
在现有技术中,已知通过将电感与梯型滤波器的串联臂谐振器并联连接,能够扩大通带外的衰减量。但是,压电基板的介电常数比较高。因此,若在压电基板那样的介电常数比较高的基板上形成导体图案而直接形成电感,则由于电感器的寄生电容而导致电感Q值减小。即Q值变差。
另一方面,在如上所述将电感与串联臂谐振器并联连接的结构中,若电感Q值小,则通带内的***损耗恶化。因此,较为理想的是,增大与串联臂谐振器并联连接的电感的Q值。但是,将Q值大的电感直接形成在介电常数比较高的基板上是非常困难的。例如,必须实施在压电基板与电感之间设置介电常数相对较低的构件、或者对电感器并非采用平面结构而是采用三维结构例如层叠结构等复杂的工序,或者在已搭载了双工器的安装基板上外置电感部件。
相对于此,在本实施方式中,如图2所示,将由平面结构的线圈状导体图案构成的电感10设置在压电基板上,即使在Q值相对较小的情况下即在Q值不良的情况下,也能够抑制滤波器的带域内***损耗的恶化。对此更具体地进行详述。
图3以及图4是表示电感10的Q值与频率的关系、以及电感值L与频率的关系的图。由图3可知,在上述发送滤波器的通带附近,电感10的Q值小至大约6的程度。此外,电感值为4×10-9~5×10-9(H)程度。
另一方面,图5表示上述串联臂谐振器S1与电感10的并联电路。图6表示该并联电路的谐振特性,实线表示S11的特性,虚线表示S21的特性。另外,图6的特性是将单端口型弹性波谐振器9的谐振频率fr1设为1977MHz的情况下的特性。
此外,在上述接收滤波器3中,将电感10的Q值分别变更为40、20、4.7以及1,构成了4种类的双工器。在图7中示出该双工器的发送特性。另外,电感10的Q值以外的设计参数如下。
单端口型弹性波谐振器9:波长=1.9616μm。电极指的对数=177对。谐振频率fr1=1975.5MHz。
串联臂谐振器S1:波长=1.9754μm。电极指的对数=133对。谐振频率fr2=1965.1MHz。
串联臂谐振器S2:波长=1.9820μm。电极指的对数=146对。谐振频率fr3=1959.2MHz。
串联臂谐振器S3:波长=1.9967μm。电极指的对数=160对。谐振频率fr4=1945.1MHz。
串联臂谐振器S4:波长=1.9754μm。电极指的对数=170对。谐振频率fr5=1965.1MHz。
另外,波长是由IDT电极的电极指间距决定的波长。
另外,在电感10的Q值为40的结构中,难以在压电基板上形成,需要形成于介电常数低的Si等的非压电基板。因此,在设置IDT电极的压电基板之外另行准备的非压电基板上设置电感10的情况下,需要更大的空间。
在上述实施方式中,上述单端口型弹性波谐振器9的谐振频率fr1被设定为比中心频率f0高。为了比较,准备了将单端口型弹性波谐振器9的谐振频率fr1设定为比中心频率f0低、设为1928MHz的比较例。除了使电感10的Q值如后所述发生了变化以及上述单端口型弹性波谐振器9的谐振频率fr1被设定为比中心频率f0低以外,上述比较例与上述实施方式相同。对于其他的结构,该比较例与上述实施例相同。
图9表示比较例的双工器的发送特性,图10是表示比较例的双工器的发送滤波器中的上述单端口型弹性波谐振器9与电感的并联电路的谐振特性的图。
在比较例中,电感10的Q分别变更为了40、20、5以及1。将图7以及图8与图9以及图10相比可清楚得知,根据上述实施方式,与比较例相比能够减小通带内的***损耗。
即,如图9的箭头A所示,可以得知,在比较例中,随着电感Q值低至40、20、5、1,发送频带中的***损耗、尤其是比中心频率更靠近高频侧的频带内的***损耗逐渐恶化。可以得知,特别是,在电感Q值为20以下的情况下,使比中心频率更靠近高频侧的通带内的***损耗进一步恶化。
相对于此,如图7的箭头B所示,可以得知,在本实施方式中,在与比中心频率相比高频侧,即使电感10的Q值变得非常小,通带内的***损耗也不会恶化。这是因为,上述单端口型弹性波谐振器9的谐振频率与反谐振频率之间的频带位于比通带的中心频率f0更靠近高频侧。
即,在比较例中,如图9所示,在通带内的比中心频率f0更靠近高频侧的频带中,***损耗大幅恶化。根据本实施方式,能够非常有效地抑制该***损耗的恶化。因而,能够得到低损耗的发送滤波器2。
优选为,使上述单端口型弹性波谐振器9的波长小于串联臂谐振器S1~S4的波长为佳。由此,能够容易地使谐振频率fr1位于比中心频率f0更靠近高频侧。更优选为,使上述单端口型弹性波谐振器9的波长成为由上述单端口型弹性波谐振器9以及多个串联臂谐振器S1~S4中的电极指间距决定的波长中最小的波长为佳。由此,能够更加有效地抑制通带内的比中心频率f0更靠近高频侧的频带中的***损耗。
此外,较为理想的是,单端口型弹性波谐振器9的谐振频率fr1,在上述单端口型弹性波谐振器9以及多个串联臂谐振器S1~S4中,高于谐振频率最低的串联臂谐振器的谐振频率。由此,能够更加有效地抑制***损耗的恶化。更优选为,单端口型弹性波谐振器9的谐振频率fr1在上述单端口型弹性波谐振器9以及多个串联臂谐振器S1~S4的谐振频率中最高为佳。
在上述实施方式中设置有多个串联臂谐振器S1~S4。串联臂谐振器也可以仅设置1个。
此外,单端口型弹性波谐振器9也可以设置多个。在该情况下,只要多个单端口型弹性波谐振器9彼此串联连接即可。
而且,关于上述电感10的Q值,为了减小通带内的***损耗,高Q值为佳。但是,为了更加有效地显现本发明效果、也就是即使Q值较低也可以降低通带内的***损耗的效果,较为理想的是电感Q值为20以下。
在电感10的Q值为20以下的情况下,通带内的比中心频率更靠近高频侧的部分的损耗的恶化成为问题。但是,按照本发明,通过使上述单端口型弹性波谐振器9的谐振频率fr1位于比中心频率f0更靠近高频侧,能够有效地抑制这样的***损耗的恶化。
另外,在上述实施方式中,将本发明的弹性波滤波器装置用于了双工器的发送滤波器2,但本发明的弹性波滤波器装置并不限于适用于双工器,能够适用于各种带通型梯型滤波器。
而且,本发明的弹性波滤波器装置中的弹性波滤波器部,并不限于上述那样的梯型滤波器,也可以具有其他电路结构的带通型弹性波滤波器部。例如,也可以如图11所示的第2实施方式的电路图那样,让纵向耦合谐振器型弹性波滤波器部31与单端口型弹性波谐振器9串联连接。另外,在纵向耦合谐振器型弹性波滤波器部31的与被连接到单端口型弹性波谐振器9的一侧的端部呈相反侧的端部和接地电位之间,连接有单端口型弹性波谐振器32、33。图12(a)~(d)是表示构成了第2实施方式的弹性波滤波器装置的多层基板的不同高度位置的电极结构的示意性俯视图。
图12(a)是该多层基板的俯视图,(b)以及(c)是表示中间高度位置的电极结构的示意性俯视图,(d)是用示意性俯视图来表示多层基板的底面的电极结构的图。
如图12(b)所示,通过线圈状导体图案来设置了电感10。如图11所示,该电感10与单端口型弹性波谐振器9并联连接。在本实施方式中,如上所述,上述电感10由多层基板内的线圈状导体图案形成。
图13(a)~(d)是表示作为上述第2实施方式的比较例的第2比较例的弹性波装置的不同高度位置的电极结构的各示意性俯视图。如图13(a)~(d)所示,使用多层基板111来构成了第2比较例的弹性波滤波器装置。如图13(b)所示,在第2比较例中,没有设置图12(b)所示的电感10。
图14是表示第2实施方式和第2比较例的弹性波滤波器装置的衰减量频率特性的图。
由图14可清楚得知,在第2实施方式中,在通带低频侧的阻带即1.2GHz附近衰减量变大。可以认为,这是因为,由于设置于多层基板41的电感10和单端口型弹性波谐振器9的电容性所引起的谐振而产生了衰减极点,从而导致衰减量增大的缘故。
此外,根据本发明,与单端口型弹性波谐振器9并联连接的电感10的Q值也可以较低。因此,通过在高介电常数的压电基板21上形成导体图案,能够容易地形成电感10。此外,在通过导体图案来形成电感10的情况下,能够缩短其长度。或者,在线圈状导体图案的情况下能够减少匝数。因此,也能够促进小型化。
另外,在上述实施方式中,在压电基板21上形成了线圈状导体图案,但也可以使用蜿蜒状导体图案等其他形状的导体图案。
另外,在上述实施方式中,单端口型弹性波谐振器9、多个串联臂谐振器S1~S4以及并联臂谐振器P1~P4由弹性表面波谐振器构成,但也可以通过弹性边界波谐振器那样的其他弹性波谐振器来构成。
Claims (12)
1.一种弹性波滤波器装置,其具备:
压电基板;
弹性波滤波器部,其包含在所述压电基板上形成的至少1个IDT电极;
单端口型弹性波谐振器,其具有与所述弹性波滤波器部串联连接的IDT电极;和
电感,其与所述单端口型弹性波谐振器并联连接,
在将所述弹性波滤波器部的通带的中心频率设为f0时,所述单端口型弹性波谐振器的谐振频率fr1比中心频率f0更靠近高频侧,
所述单端口型弹性波谐振器中的IDT电极的波长,小于由所述弹性波滤波器部中的IDT电极的电极指间距决定的波长中最小的波长。
2.根据权利要求1所述的弹性波滤波器装置,其中,
所述电感设置于所述压电基板。
3.一种弹性波滤波器装置,其具备:
压电基板;
弹性波滤波器部,其包含在所述压电基板上形成的至少1个IDT电极;
单端口型弹性波谐振器,其具有与所述弹性波滤波器部串联连接的IDT电极;和
电感,其与所述单端口型弹性波谐振器并联连接,
在将所述弹性波滤波器部的通带的中心频率设为f0时,所述单端口型弹性波谐振器的谐振频率fr1比中心频率f0更靠近高频侧,
由所述单端口型弹性波谐振器中的IDT电极的电极指间距决定的波长,小于由所述弹性波滤波器部的电极指间距决定的波长。
4.根据权利要求3所述的弹性波滤波器装置,其中,
所述电感设置于所述压电基板。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的弹性波滤波器装置,其中,
所述弹性波滤波器部是梯型弹性波滤波器部,具备:所述压电基板;串联臂,其设置在所述压电基板上;并联臂,其连接在所述串联臂与接地电位之间;多个串联臂谐振器,其设置于所述串联臂;和并联臂谐振器,其设置于所述并联臂,所述多个串联臂谐振器以及并联臂谐振器由具有IDT电极的弹性波谐振器构成,
在所述多个串联臂谐振器,没有并联连接电感,
在将所述梯型弹性波滤波器部的串联臂谐振器的谐振频率中最高的谐振频率设为fr2时,所述单端口型弹性波谐振器的谐振频率fr1比该谐振频率fr2更靠近高频侧。
6.根据权利要求5所述的弹性波滤波器装置,其中,
由所述单端口型弹性波谐振器中的IDT电极的电极指间距决定的波长,小于由所述串联臂谐振器的电极指间距决定的波长。
7.根据权利要求5所述的弹性波滤波器装置,其中,
所述单端口型弹性波谐振器的波长,小于由所述多个串联臂谐振器中的电极指间距决定的波长中最小的波长。
8.根据权利要求5所述的弹性波滤波器装置,其中,
所述单端口型弹性波谐振器的谐振频率fr1,高于在所述多个串联臂谐振器中谐振频率最低的串联臂谐振器的谐振频率。
9.根据权利要求5所述的弹性波滤波器装置,其中,
与所述多个串联臂谐振器的谐振频率相比,所述单端口型弹性波谐振器的谐振频率fr1更高。
10.根据权利要求1~4中任意一项所述的弹性波滤波器装置,其中,
所述电感的Q值为20以下。
11.根据权利要求1~4中任意一项所述的弹性波滤波器装置,其中,
所述弹性波滤波器部是包含所述压电基板和设置在所述压电基板上的纵向耦合谐振器型弹性波滤波器的滤波器部。
12.一种双工器,其具有:
第1带通滤波器,其由权利要求1~11中任意一项所述的弹性波滤波器装置构成;和
第2带通滤波器,其通带与所述第1带通滤波器不同。
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