CN118214391A - 宽带滤波器装置、方法和移动通信*** - Google Patents
宽带滤波器装置、方法和移动通信*** Download PDFInfo
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Abstract
示例提供了宽带滤波器结构和装置、无线电收发机、移动终端和用于对无线电信号进行滤波的方法。用于无线电信号的宽带滤波器结构(10)包括至少一个声谐振器(12)和至少一个模拟谐振器(14)的组合。声谐振器(12)耦合到模拟谐振器(14)。宽带滤波器结构(10)包括另外的组件(16)，其耦合到声谐振器(12)和模拟谐振器(14)的组合。
Description
分案申请说明
本申请是申请日为2017年03月31日、申请号为201780089081.9、题为“宽带滤波器结构和装置”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
示例涉及宽带滤波器结构和装置、无线电收发机、移动终端以及用于对无线电信号进行滤波的方法，并且具体地但非排他地涉及使用耦合到模拟谐振器的声谐振器(acoustic resonator)来对无线电信号进行滤波的概念和机制。
背景技术
随着对无线服务的需求的增长，射频(RF)电路变得越来越通用。例如，无线接入技术的数量和移动通信***所活动于的频率范围正在增长，其中RF单元的物理尺寸和功耗正在降低。例如，第五代(5G)***可以使用毫米波技术进行操作。诸如谐振器、滤波器、放大器、天线、天线共用器(diplexer)、双工器(duplexer)等的RF电路组件针对这样的高频和宽带宽应用被设计。
用于第三代(3G)和***(4G)移动手机的双工滤波器现今可能依赖于表面声波(SAW)、体声波(BAW)和薄膜BAR(FBAR)声谐振器的选择性和优越的***损耗。这样的滤波器的最大有效带宽可受到压电材料的材料特性的限制：可用材料的机电耦合因子kt 2可以在7.5％(AlN、氮化铝的最大值)到31％(LiNbO3、铌酸锂甚至可能高达53％)的范围内并允许4％至16％的分数滤波器带宽。
通常，可实现的分数带宽可以取决于kt 2并且可以在0.4-0.8kt 2的范围内。未来的5G***预计具有3...6GHz范围内的>>100MHz的大得多的RF带宽(甚至接近1GHz！)，以及非常高的信号带宽(100MHz以及与载波聚合相结合的更高的信道带宽)。由于压电滤波器的前述带宽限制和LC滤波器(使用电感(L)和电容器(C)的模拟滤波器)的高***损耗，因此频分双工(FDD)***的潜在滤波器解决方案具有挑战性。在基于时分双工(TDD)的***中，对共存场景(例如，具有无线保真(WiFi))中的选择性和阻带抑制的要求也可能非常苛刻。
更多信息可以在下列文件中找到：
·Aigner,R.:“SAW and BAW Technologies for RF Filter Applications:AReview of the Relative Strengths and Weaknesses”,IEEE UltrasonicsSymposium,IEEE,2008,582–589,
·Jimenez Blasco,M.:“A Coupling Matrix Vision for MobileFilteringDevices with Micro-acoustic Wave Technologies.A SystematicApproach”,Universitat Autònoma de Barcelona,2015,
·Baron,T.等人：“Wideband Lithium Niobate FBAR FiltersInternationalJournal of Microwave Science and Technology”，2013，
·Psychogiou,D.等人：“Hybrid Acoustic-Wave-Lumped-ElementResonators(AWLRs)for High-Q Bandpass Filters With Quasi-EllipticFrequency Response”，IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques，IEEE，2015，63，2233-2244，
·Lu,X.等人：“Wideband Bandpass Filters with SAW-Filter-LikeSelectivity Using Chip SAW Resonators”，IEEE Transactions onMicrowaveTheory and Techniques，IEEE，2014，62，28-36，
·Campanella,H.：“Acoustic Wave and Electromechanical Resonators:
Concept to Key Applications”，Artech House，2010，以及
·Link,A.&Warder,P.：“Golden Age for Filter Design:InnovativeandProven Approaches for Acoustic Filter,Duplexer,and MultiplexerDesign”，IEEEMicrowave Magazine，2015，16，60–72。
附图说明
下面将仅通过示例并参考附图来描述电路、装置、方法和/或计算机程序的一些示例，在附图中：
图1示出了宽带滤波器结构和装置的示例；
图2示出了宽带滤波器结构和装置的另外的示例；
图3描绘了包括匹配网络的宽带滤波器结构的另一示例；
图4描绘了包括匹配网络的宽带滤波器结构的另一示例；
图5示出了宽带滤波器结构的示意性示例；
图6示出了宽带滤波器结构的另一示意性示例；
图7示出了宽带滤波器结构的示例的频率响应；
图8示出了宽带滤波器结构的另一示例的频率响应；
图9描绘了实现双工器结构的示例；
图10示出了实现双工器结构的示例的频率响应；
图11描绘了实现在两侧具有陡峭滤波器裙边的滤波器结构的示例；
图12描绘了使用10阶的模拟滤波器实现在两侧具有陡峭滤波器裙边的滤波器结构的示例的频率响应；
图13描绘了使用4阶的模拟滤波器实现在两侧具有陡峭滤波器裙边的滤波器结构的示例的频率响应；
图14示出了在一示例中谐振器品质对传输表现的影响；
图15示出了移动通信***、无线电收发机、移动终端和基站收发机的示例；并且
图16描绘了用于对无线电信号进行宽带滤波的方法的示例的框图。
具体实施方式
现在将参考示出了一些示例的附图更充分地描述各种示例。在附图中，为了清晰起见可能夸大线、层和/或区域的粗细。
因此，虽然另外的示例能够有各种修改和替换形式，但其一些特定示例在附图中被示出并且随后将被详细描述。然而，此详细描述并不会将另外的示例限制到描述的特定形式。另外的示例可覆盖落在本公开的范围内的所有修改、等同和替换。相似的标号在对附图的描述中始终指代相似或类似的元素，它们当与彼此相比较时可被相同地或以修改的形式实现，同时提供相同或类似的功能。
要理解，当称一元素“连接”或“耦合”到另一元素时，这些元素可直接地或者经由一个或多个居间的元素连接或耦合。如果两个元素A和B被利用“或”来组合，则要理解是要公开所有可能组合，即仅A、仅B以及A和B。相同组合的替换措辞是“A和B中的至少一者”。这同样适用于多于2个元素的组合。
本文为了描述特定示例使用的术语并不意图限制另外的示例。每当使用诸如“一”和“该”之类的单数形式并且只使用单个元素既没有明确地也没有隐含地被定义为是强制性的时，另外的示例也可使用多个元素来实现相同的功能。类似地，当一功能随后被描述为利用多个元素来实现时，另外的示例可利用单个元素或处理实体来实现相同的功能。还要理解，术语“包括”和/或“包含”当被使用时指明了所记述的特征、整数、步骤、操作、过程、动作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、过程、动作、元素、组件和/或其任何群组的存在或添加。
除非另外定义，否则所有术语(包括技术和科学术语)在本文中以其在示例所属领域的普通含义使用。
示例基于以下发现：可以使用声谐振器、模拟谐振器和另外的组件的组合来执行无线电信号滤波。这样的混合滤波器方法的示例可以通过结合可用LC谐振器/滤波器实现的宽带宽和声波谐振器或滤波器的高选择性来提供改善的滤波器特性。图1示出了宽带滤波器结构或装置的示例。图1示出了用于无线电信号的宽带滤波器结构或装置10，其包括至少一个声谐振器12和至少一个模拟谐振器14的组合，其中声谐振器12耦合到模拟谐振器14，其中宽带滤波器结构10包括另外的组件16，其耦合到声谐振器12和模拟谐振器14的组合。图1中的虚线表明存在如何能够将这三个组件彼此耦合的多种可能性。
在示例中，模拟谐振器14可以是用于模拟地谐振14的任何装置(生成模拟谐振/振荡信号)。例如，模拟谐振器14可以是电路，其包括至少一个电容器和至少一个电感器。因此，模拟谐振器14可以是包括电容器C和电感器L的模拟谐振器电路，其可以是并联或串联配置。另外的组件16可包括电容器或电感器中的至少一个。在一些示例中，另外的组件16因此可以分别包括单个电容器、电感器。在其他示例中，另外的组件16可以分别包括具有一个或多个电容器和/或一个或多个电感器的组合的网络。
利用模拟谐振器14，例如LC谐振器/滤波器，通常可以实现宽带宽，但是它们可在通带边缘/截止频率处表现出相当平滑的滚降并且因此当滤波器阶数受限时在通带附近表现出低衰减。模拟谐振器14的***损耗可主要受限于所使用的电感的品质因数。
在示例中，声谐振器12可以对应于下组中的元件之一或下组中的元件的组合：用于声学谐振的任何装置、表面声波谐振器、体声波谐振器、晶体谐振器、或薄膜体声波谐振器。例如，取决于期望的频率响应和滤波器的品质，滤波器中可存在两个或更多个谐振器。
在示例中，声谐振器14可包括类似例如SAW、BAW或FBAR的声谐振器，其在通带边缘/截止频率处可表现出具有高衰减的尖锐截止，但它们的带宽可能受限于所使用的材料及其相应的机电耦合因子(kt 2)。示例可以将混合滤波器方法实现为LC和AW谐振器/滤波器12、14的组合，并且可以具有根据下组中的一个或多个元素的滤波器特性：双工器、天线共用器、多路复用器、低通、高通、带通、带阻或全通。
示例可以表明：当允许频率上的不对称传输表现时，可以使用中等品质的声谐振器和集成的无源元件的组合来结合它们各自的优点。这些可包括在通带的一侧具有陡峭滤波器裙边的低***损耗、在通带的该侧附近的高阻带抑制、以及宽带宽(分数带宽>12％)。另外，可实现的带宽可能不再局限于使用具有高耦合因子的材料。
示例可以提供比使用传输线的声波集总元件谐振器(AWLR)更高的带宽。示例可以允许更高的阻带抑制并且可以利用更少的面积或空间，因为电感的数量可以更低。另外，示例可以提供更高的集成能力。与使用纯模拟滤波器实现类似性能(相同的滤波器裙边陡度)所需的滤波器阶数相比，示例可以允许针对模拟谐振器12使用更低的滤波器阶数。与实现类似性能的纯模拟谐振器/滤波器相比，示例可以使用更低的电感计数和更低的传输损耗。在宽带宽滤波器应用中使用的声学元件的一些实现可以基于微带耦合线的使用，微带耦合线可能太长而不能集成在低于6GHz的频率的芯片上。由于常见工艺的受限制的集成能力，将新材料用于声谐振器(例如LiNbO3)的方法可能是受限的。
图2示出了宽带滤波器结构10和装置10的另外的示例。图2示出了两个基本示例，其包括无线电信号的输入和滤波后的无线电信号的输出，其中输入耦合到声谐振器12。应注意，在其他示例中，输入可以耦合到另外的组件16。从这个角度来看，图2a)示出了T型配置，其中所有三个组件(声谐振器12、模拟谐振器14和另外的组件)都耦合到中心的公共点15。模拟谐振器14将该点耦合到参考电势，例如到地，而另外两个(声谐振器12和另外的组件16)将宽带滤波器结构的输入和输出耦合到点15。因此，声谐振器12和另外的组件16的作用可以是可交换的/它们可以是镜像的。在另一示例中，声谐振器12是与模拟谐振器14串联耦合的声波谐振器。声谐振器12、模拟谐振器14和另外的组件16形成T型网络。声谐振器12和另外的组件16中的一个耦合到宽带滤波器结构10的输入。声谐振器12和另外的组件16中的另一个耦合到宽带滤波器结构10的输出。
与图2所示的两个示例相比，在其他示例中可以交换声谐振器12和模拟谐振器14。在图2的顶部的a)处，模拟谐振器14耦合到声谐振器12的输出，并且另外的组件16也耦合到声谐振器12的输出。然后，滤波后的信号在另外的组件16的输出处可用(在一个镜像示例中，滤波后的信号将在声谐振器12的输出处可用，而无线电信号将被输入到另外的组件16中)。从图2a)中可以看出，声谐振器12在声谐振器12的输入和声谐振器12的输出之间没有并联电感、电感网络或阻抗的情况下是可操作的。与具有并联电感或电感网络的电路相比，可以节省面积或实施空间。从某个角度来看，可以认为另外的组件16与模拟滤波器14并联，模拟滤波器14在图2a)所示的示例中耦合到地/参考电势。
如图2的底部的b)所示，在另一示例中，模拟谐振器14耦合到无线电信号的输入，而另外的组件16耦合到模拟谐振器14的输出。在该示例中，声谐振器12和模拟谐振器14有点并联，其中另外的组件16串联耦合到模拟谐振器14。如前面已经提到，在另外的示例中，可以交换声谐振器12和模拟谐振器14。另外的示例可以使用镜像配置。图2b)示出了三个组件的π型配置。声谐振器12和另外的组件16在模拟谐振器14两(相对)侧的分路路径中。如此形成的宽带滤波器结构10的输入在声谐振器12和模拟谐振器14之间，滤波后的信号的输出在模拟谐振器14和另外的组件16之间。在镜像示例中，输入和输出可以改变角色，即如此形成的镜像宽带滤波器结构10的输入在模拟谐振器14和另外的组件16之间，滤波后的信号的输出在声谐振器12和模拟谐振器14之间。声谐振器12可以是耦合在模拟谐振器14的分路路径中的声波谐振器。声谐振器12、模拟谐振器14和另外的组件16形成π型网络。声谐振器12和模拟谐振器14都耦合到宽带滤波器结构10的输入或输出之一。
图3描绘了宽带滤波器结构10的另一示例，其包括匹配网络20a、20b以实现作为另一示例的匹配的LC-AW滤波器20。如图3所示，匹配的LC-AW滤波器20的示例的输入耦合到匹配网络20a，匹配网络20a的输出耦合到串联AW谐振器12a的输入。串联AW谐振器12a的输出耦合到LC网络，LC网络形成LC滤波器/谐振器14。LC谐振器/滤波器14的输出耦合到另一串联AW谐振器12b的输入。另一串联AW谐振器12b的输出耦合到与LC-AW滤波器20的输出阻抗匹配的另一匹配网络20b。两个串联AW谐振器12a和12b以及其间的LC滤波器14形成宽带滤波器结构10的示例。在该示例中，另外的组件16可包含在串联AW谐振器12b中或匹配网络20b中。
图4描绘了宽带滤波器结构10的另一示例，其包括匹配网络20a、20b以实现作为另一示例的匹配的LC-AW滤波器20。如图4所示，匹配的LC-AW滤波器20的示例的输入耦合到匹配网络20a，匹配网络20a的输出耦合到分路AW谐振器12a的输入和LC网络的输入，LC网络形成LC滤波器/谐振器14。LC滤波器/谐振器14的输出耦合到另一分路AW谐振器12b的输入并耦合到与LC-AW滤波器20的输出阻抗匹配的另一匹配网络20b。两个分路AW谐振器12a和12b以及其间的LC滤波器14形成宽带滤波器结构10的另一示例。在该示例中，另外的组件16可包含在分路AW谐振器12b中或匹配网络20b中。
图3和图4中的基本结构所示出的示例表明：宽带滤波器结构10的示例可以使用包括声谐振器12、模拟谐振器14和另外的组件16的π型或T型网络。基本结构在图3和图4中示出为框图。它们基本上以包括无源元件和声谐振器12a、12b(最少一个，附图出于对称的原因示出了两个)的梯形拓扑实现。理论上，对LC滤波器/谐振器14阶数没有限制。这两种结构彼此互补地设计，因此表现出互补的传输表现。为了优化或改善的传输表现，两个图都使用外部的匹配组件20a、20b来匹配输入和输出电阻/阻抗。至少在一些示例中，匹配也可以集成到宽带滤波器结构10中，这意味着修改组件值以相应地匹配输入和输出，以减少对外部匹配网络(其也可能是有损的)的需要。
图3中描绘的结构包括串联路径中的声谐振器12a、12b(最少1个)，因此包括或使用组合的π型LC网络14。一个或多个声学元件12a、12b的特性导致通带的上侧附近的陡峭截止。图4中描绘的结构包括分路路径中的声谐振器12a、12b，因此包括或使用组合的T型梯形LC网络14。应注意，在示例中，这样的T型或π型结构可以形成整体结构的部分或子电路，整体结构的结构还可以受到该部分或子电路所耦合到的组件的影响。因此，额外的组件可能使整体结构不再是严格的π型或T型。这些基本结构的各种多个级联有可能分别形成多级滤波器的示例、宽带滤波器结构10的示例。图5示出了另一宽带滤波器结构10的示意性示例，其具有实现图3所示结构的5阶LC滤波器/谐振器部分。在图5所示的示例中，声谐振器12耦合到模拟谐振器14，模拟谐振器14是使用电容器C2和电感L2(并联配置的C2L2)来实现的。声谐振器12还耦合到另外的组件16，另外的组件16被实现为C11。该示例还示出了由L12和C12(并联配置的L12C12)实现的另一模拟谐振器，其耦合到又一声谐振器12a和由C2和L2(并联配置的C2L2)实现的另一模拟谐振器。从图5中可以看出，谐振器C2L2、L12C12和C2L2与另外的组件C11 16一起处于π结构中。如图5的示例所示，声谐振器12可以是与模拟谐振器14串联耦合的声波谐振器。模拟谐振器14和另外的组件16可以形成电容器和电感器的π型网络。在该示例中，π型结构的解释是指模拟组件彼此之间的结构。可以看出，声谐振器12、模拟谐振器14(C2L2)和另外的组件16(C11)以T型配置布置，接着是模拟谐振器L12C12、模拟谐振器C2L2和另外的声谐振器12a的另一T型配置。在一些示例中，匹配组件可被添加到该结构中，这可以进一步影响结构。
图6示出了宽带滤波器结构10的另一示意性示例，其具有实现图4所示结构的5阶LC滤波器/谐振器部分。在图6所示的示例中，滤波器结构10的输入耦合到声谐振器12和模拟谐振器14。声谐振器12耦合在模拟谐振器14的分路路径中，模拟谐振器14是使用电感L1和电容器C1(串联配置的L1C1)来实现的。模拟谐振器14(C1L1)还耦合到被实现为C22的另外的组件16。该示例还示出了由L21和C21(串联配置的L21C21)实现的另一模拟谐振器，其耦合到由C1和L1(串联配置的C1L1)实现的又一模拟谐振器。另一声谐振器12a耦合到谐振器C1L1并耦合到滤波器结构10的输出。从图6中可以看出，谐振器L1C1、L21C21和C1L1与另外的组件C22 16一起处于T结构中。在一些示例中，匹配组件可被添加到结构中，这可以进一步影响结构。如图6中描绘的示例所示，声谐振器12可以是耦合在模拟谐振器14的分路路径中的声波谐振器。模拟谐振器14和另外的组件16形成电容器和电感器的T型网络。再次取决于视角和要考虑的组件数量，声谐振器12、模拟谐振器14(L1C1)和另外的组件16(C22)形成π型配置。
在示例中，声学元件/谐振器12、12a的数量可以取决于期望的滤波器裙边和要达到的阻带抑制并且取决于LC网络的滤波器特性。示例不限于图5和图6中描绘的元件的顺序或数量。在一些示例中可以存在结构的不对称性。
在示例中，LC网络的确切实现可取决于整体滤波器要求，并且可通过经典滤波器设计理论的常用方法得到。一个设计目标通常可以是无源元件(尤其是电感)的减少以及它们设计的可实现性，这可能意味着使LC滤波器阶数最小化或使LC滤波器阶数保持适度。
图7示出了根据图5的宽带滤波器结构10的示例的频率响应，其中LC滤波器阶数为5，3dB带宽>600MHz，并且陡峭截止附近的阻带抑制改善为15-20dB。图7用横坐标上的以GHz为单位的频率和纵坐标上的以dB为单位的***损耗示出了频率响应。三个频率响应被示出，一个用于单独的LC滤波器(由垂直标记指示)，一个用于LC-AW滤波器10的示例(x标记)，一个用于匹配的LC-AW滤波器20(无标记)。
图8示出了根据图6的宽带滤波器结构10的另一示例的频率响应，其中LC滤波器阶数为5，3dB带宽>600MHz(LC)，>700MHz(LC-AW)，并且陡峭截止附近的阻带抑制改善为15-20dB。图8用横坐标上的以GHz为单位的频率和纵坐标上的以dB为单位的***损耗示出了频率响应。类似于图7，三个频率响应被示出，一个用于单独的LC滤波器(由垂直标记指示)，一个用于LC-AW滤波器10的示例(x标记)，一个用于匹配的LC-AW滤波器20(无标记)。
在图7和图8的帮助下进一步分析图5和图6中的给定示意图的滤波器传输。描绘了纯LC网络的传输(垂直标记)，以及在两侧添加声学元件的情况下的传输(x标记)，以及在利用导致适当阻抗匹配的外部匹配组件的情况下的组合网络传输(无标记)。在匹配的LC-AW滤波器20实现的最后示例中，通过相应地调整元件值，可以将匹配集成到LC-AW滤波器结构20中。对于仿真，使用L型匹配电路。如在上面的图3和图4中指示的，一些示例还包括至少一个匹配部件20a、20b。匹配组件20a、20b被配置为将宽带滤波器结构10的输入或输出阻抗与耦合到滤波器10的另外的组件相匹配。
可以看出，通过稍微缩小带宽和减小阻带抑制来达到通带纹波的改善。通过使用其他匹配技术，可以改善通带和阻带表现。图5的示例性滤波器的串联支路中的谐振电路(L12，C12)导致5.4GHz的陷波。串联支路中的两个声谐振器12、12a导致接近5GHz(5.08GHz)的陷波和通带上侧的陡峭滤波器裙边。(在没有匹配的情况下)实现了15-20dB范围内的阻带抑制改进。宽通带(>600MHz(4.4-5GHz)，分数带宽>12％)由串联LC电路(L12，C12)和分路LC电路(L2，C2)之间的关系定义。
通过仅使用无源元件作为分路元件并且在串联支路(C11)中使用电容器16，实现了通带下侧的平滑截止和相对高的抑制(在DC处为无穷大)。以类似的方式设计图6的示例性滤波器。它的表现与图3的表现互补，即它包括在通带的下边缘处的陡峭截止和在上侧的平滑截止(图8)。在陡峭截止附近(在没有匹配的情况下)实现了15-20dB范围内的阻带抑制改进。
由于串联路径中只有L/C元件，因此实现了通带上侧的平滑截止。声谐振器12、12a导致通带下侧的陡峭截止以及阻带抑制的进一步改善。在该示例中，滤波器10被缩放以包括由声谐振器12、12a在与其互补结构相同的频率处(在5.08GHz处)引起的传输零点以及在另一结构的通带处的高阻带衰减。分路元件导致4.75GHz(L12，C12)和无穷大(C22)处的陷波，并且串联元件(L1，C1)和分路元件之间的关系定义带宽(～700MHz(5.12-5.82GHz)，分数带宽>12％)。
两个示例滤波器10都示出了大约50MHz的过渡带(在陡峭截止处)，其相对于截止频率仅为1％。***损耗低于2dB，并且可以容易地实现大于30dB的抑制。通过进一步优化，例如通过阻带中的不同谐振器零点配置和通过先进的匹配技术(其可能需要更多元件)，滤波器响应的进一步改善是可能的。
如图7和图8示出的，宽带滤波器结构10可以具有利用两个截止频率的频率响应。第一截止频率主要由模拟谐振器14确定，并且第二截止频率由声谐振器12的谐振或反谐振频率确定。模拟滤波器14的谐振截止频率(当自由运行时)和宽带滤波器结构10的频率响应的相应截止频率(其主要由模拟滤波器14确定)在一些示例中可以相差小于10％。当在宽带滤波器结构10中实现时，模拟滤波器14的谐振频率可能受到在相同宽带滤波器结构10中实现的另外的组件的影响。可以相应地执行组件(例如电感器和电容器)的尺寸确定。例如，可以通过使用经典滤波器理论得到LC元件的适当值。所使用的声谐振器的基本尺寸取自Jimenez Blasco，M.，并通过应用在Campanella，H.中报告的相关性而被缩放到它们相应的谐振频率。
图9描绘了使用宽带滤波器结构的两个示例10.1和10.2实现双工器/天线共用器结构的示例。双工器可以分离发射(TX)和接收(RX)路径；天线共用器可以分离几个TX路径(或几个RX路径)。宽带滤波器结构10的示例可以用于两种情况，即用于双工器和天线共用器实现。在一个支路(例如TX支路，在图9顶部示出)中，匹配网络20a.1将输入端口1与LC-AW滤波器结构10.1的输入相匹配，并且另一匹配网络20b.1将第一支路的输出与天线端口2相匹配。在另一支路(例如RX支路，在底部示出)中，通过匹配网络20a.2将接收端口3与LC-AW滤波器10.2的输入相匹配。另一匹配网络20b.2将LC-AW滤波器10.2的输出与天线端口2相匹配。如图9所示，一些示例至少包括第一滤波器支路和并联的第二滤波器支路。第一滤波器支路包括至少一个声谐振器12、至少一个模拟谐振器14和另外的组件16的第一组合10.1。第二滤波器支路包括至少一个另外的声谐振器12、至少一个另外的模拟谐振器14和另一另外的组件16的第二组合。第一和第二支路可以对应于根据上述示例的宽带滤波器结构10。例如，第一滤波器支路可以实现低通或带通特性，并且第二支路可以实现高通或另一带通特性。
如图9所示，在一个示例中，可以组合使用滤波器10.1和10.2作为双工/天线共用滤波器。因此，为了获得对天线处的阻抗表现的更好控制，附加元件可被使用或是必需的。这在仅AW的结构中也是常见的；参阅Link,A&Warder P。已经执行对双工适用性的调查，在图9中示出了示例的框图。双工器是使用典型组合的两种建议滤波器结构来构造的。可以调整天线端口2附近的匹配(调整的匹配网络20b.1、20b.2)，并且可以将单个滤波器10.1、10.2缩放到相邻的通带。
图10示出了实现双工器结构的示例的频率响应。LC滤波器部分为5阶，带宽为600/700MHz(下/上通带。图10示出了以GHz为单位的横坐标上的频率以及纵坐标上的以dB为单位的TX路径(用水平标记标记为S21)和RX路径(用x标记标记)的***损耗。在图10中示出了示例示意图(理想元件)的仿真结果。双工器结构的仿真显示在几乎所有相关/感兴趣范围内的至少40dB的抑制。由于到目前为止还没有进行额外的优化努力，因此假设可以进一步改善双工表现(例如，通过对由匹配元件创建的附加陷波的***放置)。关于单个滤波器结构，带宽是相同的，即对于下通带和上通带分别约为600和700MHz。
两种滤波器结构的另一种组合可以用于创建在两侧具有陡峭滤波器裙边的宽带宽滤波器。因此，得到作为示例的新组合的不对称滤波器结构，其在图11中示出。图11描绘了实现在两侧具有陡峭滤波器裙边的滤波器结构10的示例。匹配的LC-AW滤波器组合20包括根据上述内容的用于输入阻抗匹配的第一匹配网络20a。LC-AW滤波器组合10包括与模拟谐振器/滤波器14(不对称LC网络)成分路配置的声谐振器12。另一声波谐振器12a与LC滤波器/谐振器12串联耦合。另一匹配网络20b根据上述描述匹配输出阻抗。内部LC网络12通常可以由任意阶数组成，并且也可以像单个半部分(L型)或多个部分的级联一样简单。在示例中，该结构的级联是可能的，像例如镜像应用一样的修改也是可能的。
图12描绘了使用10阶的模拟滤波器/谐振器14实现在两侧具有陡峭滤波器裙边的滤波器结构10的示例的频率响应。根据先前附图，图12示出了横坐标上的以GHz为单位的频率和纵坐标上的以dB为单位的***损耗。LC滤波器阶数为10的组合结构(图11)的示例性实现的仿真结果显示3dB带宽>500MHz和两侧的阻带抑制改善：6dB(远离通带)-10dB(接近截止)。在图12中，示出了这样的结构的示例性实现的仿真结果。在该示例中，LC滤波器由两个级联的半部分组成，每个半部分包括五个无源元件。仿真结果(理想元件，无匹配)表明：通过添加分路12和串联AW谐振器12a，可以以几种方式改善滤波器10(x标记)的传输表现。与仅LC滤波器(图12中的垂直标记)相比的改进包括：少一点的纹波(通过匹配的补偿仍有必要)、略宽的带宽、两侧的更陡的滤波器裙边(更小的过渡带)、以及更高的阻带抑制(这里为6-10dB)。
上述改进可被认为(相对地)独立于LC滤波器阶数，因此它们可以适用于任意复杂的LC结构。作为另一示例，在图13中描绘了具有较低LC滤波器阶数4的图11的相同方法。图13描绘了使用4阶的模拟滤波器14实现在两侧具有陡峭滤波器裙边的滤波器结构10的示例的频率响应(在横坐标上以GHz为单位，***损耗在纵坐标上以dB为单位)。再次将自由运行时的LC滤波器特性(垂直标记)的仿真结果与示例宽带结构10(x标记)的频率响应进行比较。
可以观察到，虽然整体表现是不同的(尤其是关于阻带衰减)，但是实现了基本相同的改进(除了更少的波纹，其可以利用适当的阻抗匹配在稍后的步骤中调整)。由于存在无源LC元件和声谐振器，因此已经进行了对他们的相应品质因数的影响的调查。整体表现强烈取决于所使用的无源非声学元件(尤其是电感器)的品质。在图14中绘制了对声谐振器的品质因数的调查的仿真结果，例如对于图5和图7所示的滤波器，假设电感品质因数为100(在5GHz处)并且完美阻抗匹配。图14示出了在一个示例中声谐振器品质对传输表现的影响。图14示出了横坐标上的滤波器结构的频率响应(以GHz为单位)和纵坐标上的传输特性。图14示出了声谐振器(QAW)的三个不同品质因数的三个频率响应，即QAW＝300(垂直标记)，QAW＝500(x标记)和QAW＝1000(无标记)。
声谐振器的品质因数的影响仅限于相应的通带边缘和它们产生的陷波。利用可行的组件值，可以通过使用将氮化铝(AlN)作为声谐振器(例如BAW)和集成无源元件的压电材料的标准硅技术将结构集成到单个芯片中。其他选项是使用外部电感，例如将电感集成在包含其他元件的芯片所安装于的单独基板(例如层压板)中，或使用单独的SMD电感器，其通常包括更高的品质。
图15示出了移动通信***400、无线电收发机100、移动终端200和基站收发机300的示例。示例还提供了包括根据以上描述的宽带滤波器结构10的无线电收发机100。如图15所示，无线电收发机可以例如包括如图9所述的结构，其中RX支路耦合到接收放大器，例如低噪声放大器22.2，并且其中TX支路耦合到发射放大器，例如功率放大器(PA)22.1。通常，无线电收发机100的示例可包括使用第一匹配网络20b.2耦合到宽带滤波器结构10、10.2的天线，还包括使用第二匹配网络20a.2耦合到宽带滤波器结构10、10.1的接收放大器22.2，并且还包括分别使用第三匹配网络20a.1耦合到宽带滤波器结构10、10.1、使用匹配网络20b.1耦合到天线的发射放大器22.1。示例还提供了包括无线电收发机100的示例的移动终端200，包括无线电收发机100的示例的基站收发机300，以及包括移动终端200、基站收发机300或两者的移动通信***400。
这样的移动通信***400可以例如对应于第三代合作伙伴计划(3GPP)标准化移动通信网络之一，其中术语移动通信***与移动通信网络同义地使用。移动或无线通信***400可以对应于第五代(5G)的移动通信***，并且可以使用毫米波技术。移动通信***400可以对应于或包括例如长期演进(LTE)、高级LTE(LTE-A)、高速分组接入(HSPA)、通用移动电信***(UMTS)或UMTS陆地无线电接入网络(UTRAN)、演进UTRAN(e-UTRAN)、全球移动通信***(GSM)或GSM演进增强数据速率(EDGE)网络、GSM/EDGE无线电接入网络(GERAN)、或具有不同标准的移动通信网络，例如，全球微波接入互操作性(WIMAX)网络IEEE 802.16或无线局域网(WLAN)IEEE 802.11，通常是正交频分多址(OFDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、码分多址(CDMA)网络、宽带CDMA(WCDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、空分多址(SDMA)网络等。
基站300或基站收发机300可操作来与一个或多个活动的移动收发机或终端200通信，并且基站收发机可以位于另一基站收发机(例如宏小区基站收发机或小型小区基站收发机)的覆盖区域中或与其邻近。因此，示例可以提供包括一个或多个移动收发机200和一个或多个基站收发机300的移动通信***400，其中基站收发机可以建立宏小区或小型小区，作为例如微微小区、城域小区或毫微微小区。移动收发机200可以对应于智能电话、蜂窝电话、用户设备、膝上型计算机、笔记本计算机、个人计算机、个人数字助理(PDA)、通用串行总线(USB)棒、汽车等。移动收发机200根据3GPP术语也可被称为UE(用户设备)或移动电话。
基站收发机300可以位于网络或***的固定或静止部分中。基站收发机300可以对应于远程无线电头端、传输点、接入点、宏小区、小型小区、微小区、毫微微小区、城域小区等。基站收发机300可以是有线网络的无线接口，其使得能够向UE或移动收发机200发送无线电信号。这样的无线电信号可以符合例如由3GPP标准化或者通常遵循以上列出的***中的一个或多个的无线电信号。因此，基站收发机300可以对应于NodeB、eNodeB、基地收发台(BTS)、接入点、远程无线电头端、传输点、中继站等，其可被进一步划分为远程单元和中央单元。
图16描绘了用于对无线电信号进行宽带滤波的方法的示例的框图。该方法包括进行声学谐振32，进行模拟谐振34，以及将模拟谐振、声学谐振和另外的组件耦合36。
如本文所述的示例可被总结如下：
示例1是一种用于无线电信号的宽带滤波器结构(10)，包括至少一个声谐振器(12)和至少一个模拟谐振器(14)的组合，其中声谐振器(12)耦合到模拟谐振器(14)，其中宽带滤波器结构(10)包括另外的组件(16)，其耦合到声谐振器(12)和模拟谐振器(14)的组合。
示例2是示例1的宽带滤波器结构(10)，其中模拟谐振器(14)是包括至少一个电容器和至少一个电感器的电路，并且其中另外的组件(16)包括电容器或电感器中的至少一者。
示例3是示例1或2之一的宽带滤波器结构(10)，其中声谐振器(12)对应于下组中的元件之一或下组中的元件的组合：表面声波谐振器、体声波谐振器、晶体谐振器、或薄膜体声波谐振器。
示例4是示例1至3之一的宽带滤波器结构(10)，包括根据下组中的一个或多个元素的滤波器特性：双工器、天线共用器、多路复用器、低通、高通、带通、带阻、或全通。
示例5是示例1至4之一的宽带滤波器结构(10)，其中声谐振器(12)能在没有并联电感网络的情况下操作。
示例6是示例1至5之一的宽带滤波器结构(10)，使用包括声谐振器(12)、模拟谐振器(14)和另外的组件(16)的π型或T型网络。
示例7是示例1至5之一的宽带滤波器结构(10)，其中声谐振器(12)是与模拟谐振器(14)串联耦合的声波谐振器，其中声谐振器(12)、模拟谐振器(14)和另外的组件(16)形成T型网络，其中声谐振器(12)和另外的组件(16)之一耦合到宽带滤波器结构(10)的输入。
示例8是示例1至5之一的宽带滤波器结构(10)，其中声谐振器(12)是耦合在模拟谐振器(14)的分路中的声波谐振器，其中声谐振器(12)、模拟谐振器(14)和另外的组件(16)形成π型网络，其中声谐振器(12)和模拟谐振器(14)都耦合到宽带滤波器结构(10)的输入或输出之一。
示例9是示例1至8之一的宽带滤波器结构(10)，其至少包括第一滤波器支路和并联的第二滤波器支路，其中第一滤波器支路包括至少一个声谐振器(12)、至少一个模拟谐振器(14)和另外的组件(16)的第一组合，并且其中第二滤波器支路包括至少一个另外的声谐振器(12)、至少一个另外的模拟谐振器(14)和另一另外的组件(16)的第二组合。
示例10是示例9的宽带滤波器结构(10)，其中第一滤波器支路实现低通或带通特性，并且其中第二支路实现高通或另一带通特性。
示例11是示例1至10之一的宽带滤波器结构(10)，还包括至少一个匹配组件(20a；20b)，其中匹配组件(20a；20b)被配置为将宽带滤波器结构(10)的输入或输出阻抗与耦合到宽带滤波器结构(10)的另外的组件相匹配。
示例12是示例1至11之一的宽带滤波器结构(10)，具有利用两个截止频率的频率响应，其中第一截止频率主要由模拟谐振器(14)决定并且第二截止频率由声谐振器(12)的谐振或反谐振频率确定。
示例13是一种用于无线电信号的宽带滤波器装置(10)，包括用于声学谐振的装置(12)和用于模拟谐振的装置(14)的组合，其中用于声学谐振的装置(12)耦合到用于模拟谐振的装置(14)，其中宽带滤波器装置(10)包括另外的组件(16)，其耦合到用于声学谐振的装置(12)和用于模拟谐振的装置(14)的组合。
示例14是示例13的宽带滤波器装置(10)，其中用于模拟谐振的装置(14)包括至少一个电容器和至少一个电感器，并且其中另外的组件(16)包括电容器或电感器中的至少一者。
示例15是示例13或14之一的宽带滤波器装置(10)，其中用于声学谐振的装置(12)对应于下组中的元件之一或下组中的元件的组合：表面声波谐振器、体声波谐振器、晶体谐振器、或薄膜体声波谐振器。
示例16是示例13至15之一的宽带滤波器装置(10)，包括根据下组中的一个或多个元素的滤波器特性：双工器、天线共用器、多路复用器、低通、高通、带通、带阻、或全通。
示例17是示例13至16之一的宽带滤波器装置(10)，其中用于声学谐振的装置(12)能在没有并联电感网络的情况下操作。
示例18是示例13至17之一的宽带滤波器装置(10)，使用包括用于声学谐振的装置(12)、用于模拟谐振的装置(14)和另外的组件(16)的π型或T型网络。
示例19是示例13至17之一的宽带滤波器装置(10)，其中用于声学谐振的装置(12)是与用于模拟谐振的装置(14)串联耦合的声波谐振器，其中用于声学谐振的装置(12)、用于模拟谐振的装置(14)和另外的组件(16)形成T型网络，其中用于声学谐振的装置(12)和另外的组件(16)之一耦合到宽带滤波器装置(10)的输入。
示例20是示例13至17之一的宽带滤波器装置(10)，其中用于声学谐振的装置(12)是耦合在用于模拟谐振的装置(14)的分路中的声波谐振器，其中用于声学谐振的装置(12)、用于模拟谐振的装置(14)和另外的组件(16)形成π型网络，其中用于声学谐振的装置(12)和用于模拟谐振的装置(14)都耦合到宽带滤波器结构(10)的输入或输出之一。
示例21是示例13至20之一的宽带滤波器装置(10)，至少包括第一滤波器支路和并联的第二滤波器支路，其中第一滤波器支路包括至少用于声学谐振的装置(12)、用于模拟谐振的装置(14)和另外的组件(16)的第一组合，并且其中第二滤波器支路包括另外的用于声学谐振的装置(12)、另外的用于模拟谐振的装置(14)和另一另外的组件(16)的第二组合。
示例22是示例21的宽带滤波器装置(10)，其中第一滤波器支路实现低通或带通特性，并且其中第二支路实现高通或另一带通特性。
示例23是示例13至22之一的宽带滤波器装置(10)，还包括用于匹配的装置(20a；20b)，其中用于匹配的装置(20a；20b)被配置用于将宽带滤波器装置(10)的输入或输出阻抗与耦合到宽带滤波器装置(10)的另外的组件相匹配。
示例24是示例13至23之一的宽带滤波器装置(10)，具有利用两个截止频率的频率响应，其中第一截止频率主要由用于模拟谐振的装置(14)确定，并且第二截止频率由用于声学谐振的装置(12)的谐振或反谐振频率确定。
示例25是一种无线电收发机，包括根据示例1至12之一的宽带滤波器结构(10)或根据示例13至24之一的宽带滤波器装置(10)。
示例26是示例25的无线电收发机，包括使用第一匹配网络(20b.1)耦合到宽带滤波器装置或结构(10)的天线，还包括使用第二匹配网络(20a.2)耦合到宽带滤波器装置或结构(10)的接收放大器(22.2)，并且还包括使用第三匹配网络(20a.1)耦合到宽带滤波器装置或结构(10)的发射放大器(22.1)。
示例27是一种包括示例25或26之一的无线电收发机(100)的移动终端(200)。
示例28是一种用于对无线电信号进行宽带滤波的方法，该方法包括进行声学谐振(32)；进行模拟谐振(34)；以及将模拟谐振、声学谐振和另外的组件耦合(36)。
示例29是示例28的方法，包括生成根据下组中的一个或多个元素的滤波器特性：双工器、天线共用器、多路复用器、低通、高通、带通、带阻、或全通。
示例30是示例28或29之一的方法，还包括使用进行声学谐振且模拟谐振的π型或T型网络。
示例31是示例30的方法，使用模拟谐振和另外的组件来形成具有电容器和电感器的π型网络。
示例32是示例28至31之一的方法，至少使用第一滤波器支路和并联的第二滤波器支路，其中第一滤波器支路包括声学谐振、模拟谐振和另外的组件，并且其中第二滤波器支路包括另外的声学谐振、另外的模拟谐振和另一另外的组件。
示例33是示例32的方法，其中第一滤波器支路实现低通或带通特性，并且其中第二支路实现高通或另一带通特性。
示例34是示例28至33之一的方法，还包括匹配(20a；20b)，其中匹配(20a；20b)被配置用于将宽带滤波器装置(10)的输入或输出阻抗与耦合到该宽带滤波器装置(10)的另外组件相匹配。
示例35是示例28至34之一的方法，其具有利用两个截止频率的频率响应，其中第一截止频率主要由模拟谐振确定并且第二截止频率由声学谐振的谐振或反谐振频率确定。
与先前详细说明的示例和附图中的一个或多个一起提及和描述的方面和特征也可以与一个或多个其他示例组合，以便替换另一示例的相似特征或者以便向另一示例另外引入该特征。
说明书和附图仅说明了本公开的原理。另外，本文所述的所有示例主要旨在明确地仅用于教学目的以帮助读者理解本公开的原理和一个或多个发明人为了促进本领域而贡献的概念。本文中叙述本公开的原理、方面和示例的所有陈述以及其具体示例旨在包含其等同物。
表示为“用于...的装置”的执行某一功能的功能块可以指代被配置为执行某一功能的电路。因此，“用于某物的装置”可被实现为“被配置为或适合于某物的装置”，诸如被配置为或适合于相应任务的设备或电路。
图中所示的各种元件的功能(包括被标记为“装置”、“用于谐振的装置”、“用于耦合的装置”等的任何功能块)可以以专用硬件(诸如“谐振器”、“耦合器”、“处理器”、“控制器”等)以及能够与适当软件相关联地执行软件的硬件的形式实现。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器提供，由单个共享处理器提供，或由多个单独处理器提供，这多个单独处理器中的一些或全部可以是共享的。然而，术语“处理器”或“控制器”到目前为止不限于专门能够执行软件的硬件，而是可包括数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及非易失性存储装置。传统的和/或定制的其他硬件也可被包括。
框图可以例如示出实现本公开的原理的高级电路图。类似地，流程表、流程图、状态转换图、伪代码等可以表示各种过程、操作或步骤，其可以例如基本上在计算机可读介质中表示并且因此由计算机或处理器执行，无论这样的计算机或处理器是否被明确示出。说明书或权利要求中公开的方法可以通过具有用于执行这些方法的每个相应动作的装置的设备来实现。
将会明白，说明书或权利要求中公开的多个动作、过程、操作、步骤或功能的公开内容可以不被解释为按照特定顺序，除非明确地或隐含地另外说明，例如由于技术原因。因此，多个动作或功能的公开内容不会将这些限制为特定顺序，除非这样的动作或功能由于技术原因而不可互换。另外，在一些示例中，单个动作、功能、过程、操作或步骤可以分别包括或可被分别分成多个子动作、子功能、子过程、子操作或子步骤。除非明确排除，否则这样的子动作可被包括并且是该单个动作的公开内容的一部分。
另外，所附权利要求在此并入到具体实施方式中，其中每个权利要求可以作为单独的示例独立存在。尽管每个权利要求可以作为单独的示例独立存在，但是将注意到——尽管从属权利要求在权利要求中可以指代与一个或多个其他权利要求的特定组合——但是其他示例也可以包括该从属权利要求与每个其他从属权利要求或独立权利要求的主题的组合。除非声明特定组合不是有意的，否则本文明确提出了这样的组合。另外，旨在也将一权利要求的特征包括到任何其他独立权利要求，即使未直接使该权利要求从属于该独立权利要求。
Claims (7)
1.一种用于无线电信号的宽带滤波器装置(10)，包括用于声学谐振的装置(12)和用于模拟谐振的装置(14)的组合，其中所述用于声学谐振的装置(12)耦合到所述用于模拟谐振的装置(14)，其中所述宽带滤波器装置(10)包括另外的组件(16)，所述另外的组件(16)耦合到所述用于声学谐振的装置(12)和所述用于模拟谐振的装置(14)的所述组合。
2.如权利要求1所述的宽带滤波器装置(10)，其中所述用于模拟谐振的装置(14)包括至少一个电容器和至少一个电感器，并且其中所述另外的组件(16)包括电容器或电感器中的至少一者。
3.如权利要求1或2所述的宽带滤波器装置(10)，其中所述用于声学谐振的装置(12)对应于下组中的元件之一或下组中的元件的组合：表面声波谐振器、体声波谐振器、晶体谐振器、或薄膜体声波谐振器。
4.如权利要求1-3中任一项所述的宽带滤波器装置(10)，使用π型或T型网络，所述π型或T型网络包括所述用于声学谐振的装置(12)、所述用于模拟谐振的装置(14)和所述另外的组件(16)。
5.如权利要求1所述的宽带滤波器装置(10)，其中所述用于声学谐振的装置(12)是与所述用于模拟谐振的装置(14)串联耦合的声波谐振器，其中所述用于声学谐振的装置(12)、所述用于模拟谐振的装置(14)和所述另外的组件(16)形成T型网络。
6.一种用于对无线电信号进行宽带滤波的方法，所述方法包括：
对声谐振器进行声学谐振；
对模拟谐振器进行模拟谐振；
其中，所述模拟谐振器、所述声谐振器和另外的组件被耦合。
7.一种移动通信***，包括根据权利要求1-5中任一项所述的宽带滤波器装置。
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