微波聲波濾波器的網(wǎng)絡(luò)合成設(shè)計(jì)的制作方法
【專利摘要】一種根據(jù)頻率響應(yīng)要求設(shè)計(jì)聲微波濾波器的方法。所述方法包括選擇初始濾波器電路結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括包含至少一個(gè)諧振元件和至少一個(gè)其它電抗電路元件的多個(gè)電路元件；基于頻率響應(yīng)要求，選擇無損電路響應(yīng)變量；根據(jù)所選擇的無損電路響應(yīng)變量為每個(gè)電路元件選擇值，以生成初始濾波器電路設(shè)計(jì)；將所述初始濾波器電路設(shè)計(jì)的所述諧振元件和另外的電抗電路元件變換成至少一個(gè)聲諧振器模型，以生成聲濾波器電路設(shè)計(jì)；為聲濾波器電路設(shè)計(jì)增加寄生效應(yīng)，以便產(chǎn)生預(yù)優(yōu)化濾波器電路設(shè)計(jì)；優(yōu)化預(yù)優(yōu)化濾波器電路設(shè)計(jì)，以便產(chǎn)生最終濾波器電路設(shè)計(jì)；并且根據(jù)最終濾波器電路設(shè)計(jì)，構(gòu)建聲微波濾波器。
【專利說明】微波聲波濾波器的網(wǎng)絡(luò)合成設(shè)計(jì)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及微波濾波器，并且更具體地涉及聲波微波濾波器。

【背景技術(shù)】
[0002] 在1910年左右，開始研制用于通信應(yīng)用的低損耗的、頻率選擇的電氣信號濾波 器，用于電報(bào)和電話使用中，尤其用于多路復(fù)用和解復(fù)用在長距離電纜和無線鏈路上攜帶 的通信信號信道。其中，Bell Laboratories研發(fā)了被稱為"圖像"或"圖像參數(shù)"設(shè)計(jì) 方法的濾波器設(shè)計(jì)方法（見 George A. Campbell, "Physical Theory of the Electric Wave Filter"、The Bell System Technical Journal、第 I 卷、2 號（1922 年 11 月）；0tto J. ZobeI，"Theory and Design of Uniform and Composite Electric Wave-Filters^The Bell System Technical Journal、第II卷、I號（1923年I月））。這些濾波器電路使用包 括電感器、電容器以及變壓器的電路元件。
[0003] 在20世紀(jì)20年代，聲波（AW)諧振器（特別是體聲波（BAW)諧振器）開始用于 一些電信號濾波器中。AW諧振器的等效電路具有在被稱為"諧振"頻率和"反諧振頻率" 的頻率中緊密間隔開的兩個(gè)諧振（見see K.S. Van Dyke, "Piezo-Electric Resonator and its Equivalent Network"Proc. IRE、第 16 卷、1928、第 742-764 頁）。圖像濾波器設(shè) 計(jì)方法應(yīng)用于利用這些石英諧振器的濾波器電路中，并且兩個(gè)AW濾波器電路類型造成"階 梯"和"晶格"AW濾波器設(shè)計(jì)（見L. Espenschied, Electrical Wave Filter、美國專利號 1，795, 204;以及 W.P.Mason，"Electrical Wave Filters Employing Quartz Crystals as Elements，'，The Bell System Technical Journal (1934)) 〇
[0004] 在20世紀(jì)20和30年代，針對用于通信應(yīng)用的頻率選擇的電信號濾波器的設(shè)計(jì)， 研制了被稱為"網(wǎng)絡(luò)合成"另一種方法。其中，美國的Foster和Darlington(見Ronald M.Foster, "A Reactance Theorem,''Bell Syst.Tech.J·，第 3卷、1924、第 259-267 頁， 以及 S. Darlington, "Synthesis of Reactance 4-poles which produce prescribed insertion loss characteristics"，J.Math Phys、第 18卷、1939、第257-353頁）以及德國 的Cauer (見W. Cauer、美國專利號1，989, 545 ;1935)開創(chuàng)了這種新濾波器電路設(shè)計(jì)方法。
[0005] 在"網(wǎng)絡(luò)合成"中，在選擇包括電路元件的類型和互連方式的初始電路結(jié)構(gòu)之后， 期望的無損濾波器響應(yīng)被轉(zhuǎn)化成具有復(fù)合頻率相關(guān)電路響應(yīng)參數(shù)（例如，散射參數(shù)，例如， S21和S11)的形式的復(fù)數(shù)多項(xiàng)式的比率。可以如下表示S21散射參數(shù)：
[0006] [1]

【權(quán)利要求】
1. 一種根據(jù)頻率響應(yīng)要求來設(shè)計(jì)聲微波濾波器的方法，包括： 選擇初始濾波器電路結(jié)構(gòu)，所述初始濾波器電路結(jié)構(gòu)包括包含至少一個(gè)諧振元件和至 少一個(gè)其它電抗電路元件的多個(gè)電路元件； 基于所述頻率響應(yīng)要求，選擇無損電路響應(yīng)變量； 基于選擇的所述無損電路響應(yīng)變量為每個(gè)電路元件選擇值，以生成初始濾波器電路設(shè) 計(jì)； 將所述初始濾波器電路設(shè)計(jì)的所述至少一個(gè)諧振元件和所述至少一個(gè)其它電抗電路 元件變換成至少一個(gè)聲諧振器模型，以生成聲濾波器電路設(shè)計(jì)； 向所述聲濾波器電路設(shè)計(jì)添加寄生效應(yīng)，以生成預(yù)優(yōu)化濾波器電路設(shè)計(jì)； 將所述預(yù)優(yōu)化濾波器電路設(shè)計(jì)最優(yōu)化，以生成最終濾波器電路設(shè)計(jì)；以及 基于所述最終濾波器電路設(shè)計(jì)，構(gòu)建所述聲微波濾波器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述頻率要求包括頻率相關(guān)回波損耗、插入損 耗、抑制以及線性度中的一個(gè)或多個(gè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述頻率響應(yīng)要求包括在500MHz至3500MHz范 圍內(nèi)的通帶。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述頻率響應(yīng)要求包括通帶和阻帶。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個(gè)諧振器中的每一個(gè)均包括電容器 和電感器的并聯(lián)L-C諧振器組合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個(gè)其它電抗電路元件包括電容器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述初始濾波器電路結(jié)構(gòu)是同軸非諧振節(jié)點(diǎn)電 路結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述無損電路響應(yīng)變量是限定傳輸零點(diǎn)的分子 多項(xiàng)式與限定反射零點(diǎn)的分母多項(xiàng)式之間的比乘以比例因子的形式。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，傳輸零點(diǎn)的總數(shù)大于等于反射零點(diǎn)的總數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個(gè)聲諧振器模型中的每個(gè)均是 Butterworth-Van Dyke (BVD)模型。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述至少一個(gè)諧振器包括分流并聯(lián)L-C諧振器 組合，所述至少一個(gè)其它電抗電路元件包括與所述分流并聯(lián)L-C諧振器組合串聯(lián)的分流導(dǎo) 納逆變器以及與所述分流并聯(lián)L-C諧振器組合并聯(lián)的分流非諧振電納，并且其中，所述分 流并聯(lián)L-C諧振器組合、所述分流導(dǎo)納逆變器以及所述分流非諧振電納被變換成所述至少 一個(gè)BVD模型中的一個(gè)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述分流并聯(lián)L-C諧振器組合和所述分流導(dǎo)納 逆變器被變換成分流串聯(lián)L-C諧振器組合，并且所述分流串聯(lián)L-C諧振器組合和所述分流 非諧振電納被變換成所述一個(gè)BVD模型。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述BVD模型是分流BVD模型。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述至少一個(gè)電抗電路元件進(jìn)一步包括耦接 至所述分流并聯(lián)L-C諧振器組合與所述分流非諧振電納之間的節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)同軸導(dǎo)納逆變 器，并且其中，所述分流BVD模型和所述兩個(gè)同軸導(dǎo)納逆變器被變換成同軸BVD模型以及與 所述同軸BVD模型串聯(lián)的電抗。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個(gè)諧振元件包括多個(gè)諧振元件，所 述至少一個(gè)其它電抗電路元件包括多個(gè)電抗電路元件，并且所述至少一個(gè)聲諧振器模型包 括多個(gè)諧振器模型。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括將所述初始濾波器電路設(shè)計(jì)分成多個(gè)子 集電路設(shè)計(jì)，每個(gè)子集電路設(shè)計(jì)均包括所述多個(gè)諧振元件中的一個(gè)以及所述多個(gè)電抗電路 元件中的一個(gè)或多個(gè)，其中，對于每個(gè)子集電路設(shè)計(jì)，所述諧振元件和所述一個(gè)或多個(gè)電抗 電路元件被變換成所述聲諧振器模型中相應(yīng)的一個(gè)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括從表面聲波（SAW)諧振器、體聲波（BAW) 諧振器、薄膜體聲波諧振器（FBAR)以及微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)諧振器中的一個(gè)選擇所述至少 一個(gè)諧振元件中的每一個(gè)的結(jié)構(gòu)類型。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括： 將所述頻率響應(yīng)要求映射到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)空間，其中，所述電路元件值是基于映射的所 述頻率響應(yīng)要求確定的標(biāo)準(zhǔn)化值；以及 將所述聲濾波器電路設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化電路元件值取消映射到實(shí)際設(shè)計(jì)空間。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個(gè)諧振元件包括多個(gè)諧振元件。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法， 改變所述預(yù)優(yōu)化濾波器電路設(shè)計(jì)中的所述多個(gè)諧振元件沿著信號傳輸路徑設(shè)置的順 序，以生成多個(gè)濾波器解決方案； 針對每個(gè)濾波器解決方案計(jì)算性能參數(shù)； 將所述性能參數(shù)相互比較；以及 基于所計(jì)算出的所述性能參數(shù)的比較，選擇所述多個(gè)濾波器解決方案中的一個(gè)作為所 述預(yù)優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括進(jìn)行所述預(yù)優(yōu)化濾波器電路設(shè)計(jì)的元件 去除最優(yōu)化，以生成所述最終濾波器電路設(shè)計(jì)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述最終電路設(shè)計(jì)包括多個(gè)聲諧振器，并且其 中，所述最終濾波器電路設(shè)計(jì)中的所述多個(gè)聲諧振器的最低諧振頻率與最高諧振頻率之間 的差值是所述多個(gè)聲諧振器中的單個(gè)諧振器的最大頻率分離的至少1倍。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述最終濾波器電路設(shè)計(jì)中的多個(gè)諧振器的 所述最低諧振頻率與所述最高諧振頻率之間的差值是所述多個(gè)諧振器中的單個(gè)諧振器的 所述最大頻率分離的至少2倍。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述最終濾波器電路設(shè)計(jì)中的多個(gè)諧振器的 所述最低諧振頻率與所述最高諧振頻率之間的差值是所述多個(gè)諧振器中的單個(gè)諧振器的 所述最大頻率分離的至少3倍。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所述預(yù)優(yōu)化濾波器電路設(shè)計(jì)最優(yōu)化包括將所 述預(yù)優(yōu)化濾波器電路設(shè)計(jì)輸入至濾波器優(yōu)化器內(nèi)，以生成所述最終濾波器電路設(shè)計(jì)。
【文檔編號】H03H9/54GK104412509SQ201480001748
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】帕特里克·J·特納, 理查德·N·西爾弗, 巴拉姆·奎策·安德烈斯·威廉森科爾特斯, 庫爾特·F·賴恩, 尼爾·O·芬齊, 羅伯特·B·哈蒙德 申請人:諧振公司