Устройство и способ каскадного соединения фильтров из разных материалов

Устройство и способ каскадного соединения фильтров из разных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к каскадному (последовательному) соединению нескольких фильтров.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На телекоммуникационном рынке, особенно в области беспроводных систем связи 4G, а также в имеющихся системах беспроводной связи существует серьезная потребность в миниатюрных фильтрах с улучшенными характеристиками. Поскольку системы 4G должны обеспечивать очень высокую скорость передачи данных, то такие фильтры должны обеспечивать работу в гораздо более широком диапазоне частот по сравнению с фильтрами систем GSM, CDMA и UMTS. С другой стороны, ограниченные частотные ресурсы в системах 4G требуют, чтобы компании беспроводной связи устанавливали как можно более узкие защитные полосы частот для обеспечения максимальной производительности. Эти две указанные проблемы означают, что в системах 4G беспроводной связи требуются миниатюрные ВЧ-фильтры для беспроводных терминалов, которые не только обеспечивают широкую полосу пропускания или полосу задерживания, но также и узкие переходные полосы.

Благодаря их миниатюрным размерам и дешевизне ВЧ-фильтры на основе акустических материалов, такие как фильтры на поверхностных акустических волнах (SAW), тонкопленочные резонаторы на объемных акустических волнах (FBAR) и/или фильтры на объемных акустических волнах (BAW) широко используются в компактных и портативных терминалах различных систем беспроводной связи. Однако существующий уровень характеристик таких фильтров все еще далек от требований, предъявляемых к системам 4G беспроводной связи.

Могут быть разработаны фильтры других типов, такие как резонаторные фильтры на основе металлов или диэлектрические фильтры, которые отвечают требованиям, предъявляемым вышеуказанными применениями, однако такие фильтры очень дороги и имеют большие размеры. В результате, резонаторные фильтры на основе металлов и диэлектрические фильтры не являются подходящим решением, особенно для применений в беспроводных терминалах, для которых размеры и вес имеют особенную важность.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предлагается фильтр, содержащий: по меньшей один первый фильтр, каждый из которых представляет собой полосно-заграждающий фильтр с первой группой параметров фильтра, которые определяются первым материалом, использованным для изготовления соответствующего первого фильтра, и по меньшей мере один второй фильтр, каждый из которых имеет вторую группу параметров фильтра, которые определяются вторым материалом, использованным для изготовления соответствующего второго фильтра, который представляет собой: полосно-заграждающий фильтр или полосно-пропускающий фильтр; причем по меньшей мере один первый фильтр и по меньшей мере один второй фильтр соединяют последовательно друг с другом; первый и второй материалы различаются; и фильтр характеризуется третьей группой параметров фильтра, которые определяются как первым, так и вторым материалами.

В некоторых вариантах каждый первый фильтр представляет собой узкополосный полосно-заграждающий фильтр с частотной характеристикой, имеющей по меньшей мере одну полосу задерживания, которая имеет более узкие переходные полосы по сравнению с переходными полосами каждого второго фильтра.

В некоторых вариантах первый материал имеет меньшую величину температурного коэффициента по сравнению со вторым материалом, так что каждый первый фильтр имеет меньший температурный дрейф частотной характеристики по сравнению с каждым вторым фильтром.

В некоторых вариантах каждый второй фильтр представляет собой: широкополосный полосно-пропускающий фильтр или широкополосный полосно-заграждающий фильтр.

В некоторых вариантах второй материал имеет более высокий коэффициент электромеханической связи по сравнению с первым материалом.

В некоторых вариантах каждый первый фильтр имеет: первую полосу задерживания, расположенную на стороне более низких частот полосы пропускания одного из вторых фильтров; или первую полосу задерживания, расположенную на стороне более низких частот полосы задерживания одного из вторых фильтров; или первую полосу задерживания, расположенную на стороне более высоких частот полосы пропускания одного из вторых фильтров; или первую полосу задерживания, расположенную на стороне более высоких частот полосы задерживания одного из вторых фильтров; или две полосы задерживания, первая из которых расположена на стороне более низких частот полосы пропускания одного из вторых фильтров, и вторая полоса задерживания расположена на стороне более высоких частот полосы пропускания одного из вторых фильтров; или две полосы задерживания, первая из которых расположена на стороне более низких частот полосы задерживания одного из вторых фильтров, и вторая полоса задерживания расположена на стороне более высоких частот полосы задерживания одного из вторых фильтров.

В некоторых вариантах каждый первый фильтр изготавливают с использованием: технологии поверхностных акустических волн (SAW); или технологии тонкопленочных резонаторов на объемных акустических волнах (FBAR); или технологии фильтров на объемных акустических волнах (BAW); и каждый второй фильтр изготавливают с использованием: технологии SAW; или технологии FBAR; или технологии фильтров BAW.

В некоторых вариантах первый материал содержит по меньшей мере один из следующих материалов: кварц, лангасит, SiO₂/ZnO/Алмаз, SiO₂/AlN/Алмаз, Li₂B₄O₇, AlN/Li₂B₄O₇, LiTaO₃, LiNbO₃, SiO₂/LiTaO₃, SiO₂/LiNbO₃, AlN и их сочетания.

В некоторых вариантах второй материал содержит по меньшей мере один из следующих материалов: кварц, лангасит, SiO₂/ZnO/Алмаз, SiO₂/AlN/Алмаз, Li₂B₄O₇, AlN/Li₂B₄O₇, LiTaO₃, LiNbO₃, SiO₂/LiTaO₃, SiO₂/LiNbO₃, ZnO, AlN и их сочетаний.

В некоторых вариантах один из первых фильтров и один из вторых фильтров соединяют последовательно в корпусе с использованием по меньшей мере одного из следующих средств соединения: перемычки, обеспечивающей непосредственное электрическое соединение первого и второго фильтров; или общей точки соединения внутри корпуса, с которой соединяют электрически первый и второй фильтры.

В некоторых вариантах фильтр содержит дополнительно: схемный согласующий элемент для согласования входа фильтра и/или выхода фильтра; и/или схемный согласующий элемент для согласования одного из первых фильтров; и/или схемный согласующий элемент для согласования одного из вторых фильтров; и/или схемный согласующий элемент для согласования точки фильтра, в которой один из первых фильтров и один из вторых фильтров соединяются последовательно друг с другом.

В настоящем изобретении также предлагается способ изготовления фильтра, включающий: каскадное соединение по меньшей одного первого фильтра, каждый из которых представляет собой полосно-заграждающий фильтр с первой группой параметров фильтра, которые определяются первым материалом, использованным для изготовления соответствующего первого фильтра, и по меньшей мере одного второго фильтра, каждый из которых имеет вторую группу параметров фильтра, которые определяются вторым материалом, использованным для изготовления соответствующего второго фильтра, который представляет собой: полосно-заграждающий фильтр или полосно-пропускающий фильтр; причем первый и второй материалы различаются; и фильтр характеризуется третьей группой параметров фильтра, которые определяются как первым, так и вторым материалами.

В некоторых вариантах каскадное соединение по меньшей мере одного первого фильтра и по меньшей мере одного второго фильтра включает: каскадное соединение одного из первых фильтров, который представляет собой узкополосный полосно-заграждающий фильтр с частотной характеристикой, содержащей по меньшей мере одну полосу задерживания с более узкими переходными полосами по сравнению с переходными полосами каждого из вторых фильтров, и одного из вторых фильтров.

В некоторых вариантах первый материал имеет меньшую величину температурного коэффициента по сравнению со вторым материалом, так что каждый первый фильтр имеет меньший температурный дрейф частотной характеристики по сравнению с каждым вторым фильтром.

В некоторых вариантах каскадное соединение по меньшей мере одного первого фильтра и по меньшей мере одного второго фильтра включает: каскадное соединение одного из первых фильтров и одного из вторых фильтров, причем второй фильтр представляет собой: широкополосный полосно-пропускающий фильтр или широкополосный полосно-заграждающий фильтр.

В некоторых вариантах второй материал имеет более высокий коэффициент электромеханической связи по сравнению с первым материалом.

В некоторых вариантах каскадное соединение по меньшей мере одного первого фильтра и по меньшей мере одного второго фильтра включает: каскадное соединение одного из первых фильтров, который изготавливают с использованием: технологии поверхностных акустических волн (SAW); или технологии тонкопленочных резонаторов на объемных акустических волнах (FBAR); или технологии фильтров на объемных акустических волнах (BAW); и второй фильтр изготавливают с использованием: технологии SAW; или технологии FBAR; или технологии фильтров BAW.

В некоторых вариантах каждый первый фильтр имеет: первую полосу задерживания, расположенную на стороне более низких частот полосы пропускания одного из вторых фильтров; или первую полосу задерживания, расположенную на стороне более низких частот полосы задерживания одного из вторых фильтров; или первую полосу задерживания, расположенную на стороне более высоких частот полосы пропускания одного из вторых фильтров; или первую полосу задерживания, расположенную на стороне более высоких частот полосы задерживания одного из вторых фильтров; или две полосы задерживания, первая из которых расположена на стороне более низких частот полосы пропускания одного из вторых фильтров, и вторая полоса задерживания расположена на стороне более высоких частот полосы пропускания одного из вторых фильтров; или две полосы задерживания, первая из которых расположена на стороне более низких частот полосы задерживания одного из вторых фильтров, и вторая полоса задерживания расположена на стороне более высоких частот полосы задерживания одного из вторых фильтров.

В некоторых вариантах каскадное соединение по меньшей мере одного первого фильтра и по меньшей мере одного второго фильтра включает: каскадное соединение одного из первых фильтров и одного из вторых фильтров, причем первый фильтр изготавливают с использованием первого материала, который содержит по меньшей мере один из следующих материалов: кварц, лангасит, SiO₂/ZnO/Алмаз, SiO₂/AIN/Алмаз, Li₂B₄O₇, AIN/Li₂B₄O₇, LiTaO₃, LiNbO₃, SiO₂/LiTaO₃, SiO₂/LiNbO₃, AIN и их сочетания.

В некоторых вариантах каскадное соединение по меньшей мере одного первого фильтра и по меньшей мере одного второго фильтра включает: каскадное соединение одного из первых фильтров и одного из вторых фильтров, причем второй фильтр изготавливают с использованием второго материала, который содержит по меньшей мере один из следующих материалов: кварц, лангасит, SiO₂/ZnO/Алмаз, SiO₂/AlN/Алмаз, Li₂B₄O₇, AlN/Li₂B₄O₇, LiTaO₃, LiNbO₃, SiO₂/LiTaO₃, SiO₂/LiNbO₃, ZnO, AlN и их сочетаний.

В некоторых вариантах каскадное соединение по меньшей мере одного первого фильтра и по меньшей мере одного второго фильтра включает: каскадное соединение одного из первых фильтров и одного из вторых фильтров в корпусе с использованием по меньшей мере одного из следующих средств соединения: перемычки, обеспечивающей непосредственное электрическое соединение первого и второго фильтров; или общей точки соединения внутри корпуса, с которой соединяют электрически первый и второй фильтры.

В некоторых вариантах каскадное соединение по меньшей мере одного первого фильтра и по меньшей мере одного второго фильтра включает: цепь, согласующую вход фильтра и/или выход фильтра; цепь, согласующую один из первых фильтров; цепь, согласующую один из вторых фильтров; и цепь, согласующую точку фильтра, в которой один из первых фильтров и один из вторых фильтров соединяются последовательно друг с другом.

В настоящем изобретении также предлагается способ фильтрации сигнала, включающий: обеспечение сигнала на входе первого фильтра, который представляет собой полосно-заграждающий фильтр с первой группой параметров фильтра, которые определяются первым материалом, используемым для изготовления первого фильтра; фильтрацию сигнала с использованием первого фильтра, в результате чего формируется выходной сигнал первого фильтра; обеспечение выходного сигнала первого фильтра на входе второго фильтра, который характеризуется второй группой параметров фильтра, которые определяются вторым материалом, используемым для изготовления второго фильтра, который может быть полосно-заграждающим или полосно-пропускающим фильтром; фильтрацию выходного сигнала первого фильтра с использованием второго фильтра, в результате чего формируется выходной сигнал второго фильтра; причем первый и второй материалы различаются; и сочетание первого и второго фильтров характеризуется третьей группой параметров фильтра, которые определяются как первым, так и вторым материалами.

Другие особенности и признаки настоящего изобретения станут очевидными специалистам в данной области техники после ознакомления с нижеприведенным описанием конкретных вариантов осуществления изобретения вместе с прилагаемыми фигурами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления изобретения описываются ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:

фигура 1А - вид двух частотных характеристик широкополосного пропускающего фильтра, для высокой и низкой температуры, соответственно;

фигура 1В - вид двух частотных характеристик широкополосного заграждающего фильтра, для высокой и низкой температуры, соответственно;

фигура 2А - вид двух частотных характеристик узкополосного пропускающего фильтра, для высокой и низкой температуры, соответственно;

фигура 2В - вид двух частотных характеристик узкополосного заграждающего фильтра, для высокой и низкой температуры, соответственно;

фигура 3 - блок-схема двух фильтров, соединенных последовательно в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

фигуры 4А-4Е - виды частотных характеристик отдельных фильтров и вид частотной характеристики пропускающего фильтра, полученного при каскадном соединении фильтров в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

фигуры 5А-5С - виды частотных характеристик отдельных фильтров и вид частотной характеристики пропускающего фильтра, полученного при каскадном соединении фильтров в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

фигуры 6А-6С - виды частотных характеристик отдельных фильтров и вид частотной характеристики заграждающего фильтра, полученного при каскадном соединении фильтров в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

фигуры 7А-7С - виды частотных характеристик отдельных фильтров и вид частотной характеристики заграждающего фильтра, полученного при каскадном соединении фильтров в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

фигура 8 - блок-схема каскадного фильтра и согласующих цепей в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;

фигура 9А - схематический вид непосредственного проводного соединения между двумя последовательно соединенными фильтрами в корпусе в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

фигура 9В - схематический вид электрического соединения с помощью общей соединительной площадки между двумя последовательно соединенными фильтрами в корпусе в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

фигура 9С - схематический вид двух последовательно соединенных фильтров, с использованием шариковых выводов, в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

фигура 10 - блок-схема алгоритма выполнения способа для некоторых вариантов изобретения;

фигура 11 - блок-схема другого алгоритма выполнения способа для некоторых вариантов изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фильтры на поверхностных акустических волнах (SAW), тонкопленочные резонаторы на объемных акустических волнах (FBAR) и/или фильтры на объемных акустических волнах (BAW) благодаря их миниатюрным размерам и дешевизне производства широко используются в компактных и портативных терминалах различных систем беспроводной связи. При этом могут быть спроектированы и изготовлены как пропускающие, так и заграждающие фильтры. Однако существующие технологии SAW, BAW и FBAR фильтров не могут обеспечить получение фильтров с улучшенными характеристиками, такими как узкие переходные полосы и более высокая мощность обрабатываемых сигналов. После 30 лет развития технологии SAW, 15 лет развития технологии FBAR и 10 лет развития технологии BAW можно сказать, что они подошли к своему пределу, и дальнейшее улучшение характеристик таких фильтров уже становится невозможным. Поэтому трудно ожидать каких-либо серьезных прорывов в области фильтров на одной подложке, изготавливаемых по указанным технологиям, если только не будут использованы новые материалы.

Для изготовления заграждающих или пропускающих фильтров с соответствующими широкими переходными полосами и широкими полосами пропускания или задерживания подходят материалы с высокими коэффициентами электромеханической связи. Однако обычно такие материалы имеют плохую температурную стабильность, то есть, они характеризуются большой величиной температурного коэффициента, в результате чего частотные характеристики приборов, изготовленных из таких материалов, существенно смещаются при изменениях температуры. Современные широкополосные фильтры, изготовленные с использованием вышеуказанных технологий SAW, FBAR и BAW, имеют два наиболее серьезных недостатка: недостаточно узкие переходные полосы частот, и большой температурный дрейф частотных характеристик. На фигуре 1А приведен пример компьютерного моделирования частотной характеристики полосно-пропускающего фильтра на подложке из одного материала, который может быть изготовлен с использованием одной из технологий SAW, FBAR или BAW. По оси Х отображается диапазон частот от 1,30 ГГц до 1,55 ГГц. Ослабление сигнала по оси Y изменяется от 10 дБ до - 100 дБ. Первая частотная характеристика 10, приведенная на фигуре 1А, получена для работы фильтра при температуре примерно 85°С. Ширина полосы пропускания для первой частотной характеристики 10 фильтра на уровне 3 дБ составляет примерно 0,080 ГГц, от 1,370 ГГц до 1,450 ГГц. Вторая частотная характеристика 12, приведенная на фигуре 1А, получена для работы этого же фильтра при температуре примерно -40°С. Ширина полосы пропускания второй частотной характеристики 12 фильтра на уровне 3 дБ составляет примерно 0,080 ГГц, от 1,380 ГГц до 1,460 ГГц. Для каждой из частотных характеристик 10, 12 видно, что переходная полоса с каждой стороны полосы пропускания довольно широка, например, для частотной характеристики на фигуре 1А переходная полоса для ослабления на 20 дБ составляет примерно 0,010 ГГц, от 1,360 ГГц до 1,370 ГГц со стороны нижних частот, и 0,010 ГГц, от 1,460 ГГц до 1,470 ГГц со стороны высоких частот полосы пропускания. Температурный дрейф частотной характеристики, изменение частоты для одного уровня ослабления между частотными характеристиками 10 и 12 (высокая и низкая температуры, соответственно) составляет примерно 0,010 ГГц.

На фигуре 1В показаны частотные характеристики 14 и 16 заграждающего фильтра для высокой и низкой температуры соответственно, которые показывают температурный дрейф частотной характеристики аналогичный температурному дрейфу, показанному на фигуре 1А.

Технологии SAW, FBAR и BAW фильтров практически уже не могут обеспечить дальнейшее уменьшение ширины переходной полосы частот. В настоящее время ширина переходной полосы в таких фильтрах ограничивается коэффициентом Q добротности, являющимся характеристикой материала, используемого в фильтрах. Высокий коэффициент Q добротности соответствует более узкой переходной полосе частот. Однако материалы с высоким коэффициентом электромеханической связи, представляющим собой свойство материала, обеспечивающее получение широкой полосы пропускания, как правило, имеют более низкую величину коэффициента Q добротности по сравнению с материалами, имеющими низкий коэффициент электромеханической связи. Материалы с высокой величиной коэффициента электромеханической связи обычно имеют худшую температурную стабильность. Поэтому ширина переходной полосы частот широкополосных фильтров, как, например, это показано на фигурах 1А и 1В, сравнительно большая, и частотная характеристика в большей степени изменяется в рабочем диапазоне температур.

Материалы, подходящие для изготовления фильтров с низкими температурными коэффициентами, пригодны для получения пропускающих или заграждающих фильтров с очень малым температурным дрейфом частотной характеристики. Материалы с низким температурным коэффициентом обычно также имеют низкий коэффициент электромеханической связи. Низкий коэффициент обеспечивает получение узкополосного фильтра.

Кварц - это один из наиболее термостабильных материалов, и он имеет очень высокую величину коэффициента Q добротности, однако его коэффициент связи низок, например, 0,11% в некоторых применениях технологии SAW. Таким образом, кварц очень хорошо подходит для изготовления узкополосных фильтров с очень узкой переходной полосой.

На фигуре 2А приведен пример компьютерного моделирования частотной характеристики полосно-пропускающего фильтра на подложке из одного материала, который может быть изготовлен с использованием одной из технологий SAW, FBAR или BAW. Диапазоны частот и диапазоны ослабления аналогичны рассмотренным выше диапазонам фигуры 1А. Первая частотная характеристика 20, приведенная на фигуре 2А, получена для работы фильтра при температуре примерно 85°С. Ширина полосы пропускания для первой частотной характеристики 20 фильтра на уровне 3 дБ составляет примерно 0,008 ГГц, от 1,442 ГГц до 1,450 ГГц. Вторая частотная характеристика 22, приведенная на фигуре 2А, получена для работы этого же фильтра при температуре примерно -40°С. Ширина полосы пропускания для второй частотной характеристики 22 фильтра на уровне 3 дБ составляет примерно 0,008 ГГц, от 1,443 ГГц до 1,451 ГГц. Полоса пропускания на уровне 3 дБ в данном случае составляет 1/10 от полосы пропускания на уровне 3 дБ, показанной на фигуре 1А для прибора, изготовленного из материала с более высоким коэффициентом связи. Для каждой из частотных характеристик 20, 22 можно видеть, что переходная полоса с каждой стороны полосы пропускания довольно мала, особенно по сравнению с переходной полосой частотных характеристик широкополосного фильтра фигуры 1А. Например, ширина переходной полосы при ослаблении на 20 дБ для фильтра фигуры 2А составляет примерно 0,001 ГГц, от 1442 ГГц до 1,443 ГГц со стороны нижних частот и от 1,450 ГГц до 1,451 ГГц со стороны высоких частот полосы пропускания. Ширина переходной полосы частот в данном случае составляет примерно 1/10 от ширины переходной полосы, показанной на фигуре 1А для прибора, изготовленного из материала с более высоким коэффициентом связи. Температурный дрейф частотной характеристики, то есть изменение частоты для одного уровня ослабления между частотными характеристиками 20 и 22 составляет примерно 0,002 ГГц. То есть в данном случае дрейф частотной характеристики в пять раз меньше, чем в случае фильтра, характеристики которого показаны на фигуре 1А и который изготовлен из материала, имеющего более высокий коэффициент связи. На фигуре 2В представлена частотная характеристика заграждающего фильтра, которая характеризуется аналогичным температурным дрейфом и аналогичной узкой переходной полосой.

Конкретные параметры частотных характеристик фильтров, представленных на фигурах 1А, 1В, 2А и 2В являются всего лишь примерами. Параметры частотных характеристик фильтров для конкретных применений зависят от варианта осуществления.

Другой способ уменьшения большого температурного дрейфа частотной характеристики фильтров, полученных с использованием технологии поверхностных акустических волн (SAW) из материала с высоким коэффициентом связи, заключается в осаждении тонкой пленки SiO₂ на поверхности этого материала. Температурный коэффициент SiO₂ противоположен температурному коэффициенту материалов с высоким коэффициентом связи, используемых для изготовления фильтров по технологии SAW. Поэтому тонкая пленка SiO₂ будет компенсировать высокий температурный коэффициент материала с большой величиной коэффициента связи. Однако в этом случае ухудшаются характеристики фильтра, поскольку пленка SiO₂ уменьшает эффективный коэффициент связи материала с покрытием, что приводит к уменьшению величины максимально достижимой частотной полосы фильтра, получаемого с использованием технологии SAW. Кроме того, благодаря действию массы, производимому пленкой SiO₂, фазовая скорость поверхностных акустических волн на такой комбинированной подложке снижается, что соответствует уменьшению ширины концов электрода при практическом осуществлении таких устройств. Это нежелательно для фильтров на поверхностных акустических волнах, предназначенных для работы на высоких частотах (>2 ГГц).

В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагается конструкция фильтра, которая подходит для систем беспроводной связи CDMA, работающих на частоте 1900 МГц, и/или WiMAX, работающих на частотах 1,5-2,5 ГГц, с уменьшенной защитной полосой частот. Для этих систем беспроводной связи будет эффективно использование высококачественных фильтров, имеющих низкий уровень вносимого ослабления сигнала, возможность обработки сигналов высокой мощности и очень узкую переходную полосу частот.

Кроме того, необходимо, чтобы фильтры для таких применений были дешевыми и очень компактными, чтобы их можно было использовать в беспроводных терминалах, таких как сотовые телефоны, КПК и т.п. В то время как в некоторых системах беспроводной связи CDMA, работающих на частоте 1900 МГц, и/или WiMAX, работающих на частотах 1,5-2,5 ГГц, с уменьшенной защитной полосой частот, могут использоваться фильтры, предлагаемые в некоторых вариантах осуществления изобретения, как это описано выше, необходимо понимать, что другие варианты фильтров могут использоваться в других системах связи, работающих в других частотных диапазонах.

В общем случае, для фильтров, изготавливаемых по технологиям SAW, FBAR и BAW, широкополосные пропускающие фильтры или широкополосные заграждающие фильтры (3% или выше) с низким уровнем вносимых потерь (меньше 3 дБ) изготавливаются с использованием материалов с высоким коэффициентом связи (K²>2%). Чем выше коэффициент связи используемого материала, тем шире максимальная полоса частот фильтра. Однако материалы с высокими величинами коэффициентов связи, как правило, имеют повышенные температурные коэффициенты, по сравнению с материалами с низкими величинами коэффициентов связи. Например, материал 42Y-X LiTaO₃ имеет коэффициент K² связи, равный 4,7%, что считается высокой величиной, и его температурный коэффициент равен -45 ppm/°С. С другой стороны, материал ST-Кварц имеет коэффициент K² связи, равный 0,12%, что считается низкой величиной, и его температурный коэффициент при комнатной температуре равен 0 ppm/°С. В общем случае, температурный дрейф частотных характеристик фильтров, изготовленных из материалов с высоким коэффициентом связи, больше, чем у материалов с низкой величиной этого коэффициента. Кроме того, обычно материалы с высокой величиной коэффициента связи имеют ухудшенные величины показателя добротности Q. Резонатор, изготовленный по технологии SAW из материала 42Y-X LiTaO₃, имеет показатель добротности от 1'000 до 2'000, в то время как SAW-резонатор, изготовленный из материала ST-Кварц, может иметь показатель добротности, величина которого превышает 10'000. Разница в величинах показателей добротности резонаторов, изготовленных из различных материалов, проявляется в разной ширине переходной полосы частот фильтра.

В отличие от материалов с высокой величиной коэффициента связи материалы с малыми коэффициентами связи (K²<2%) используются для узкополосных пропускающих или заграждающих фильтров. Благодаря высокому показателю добротности и низкому температурному коэффициенту узкополосные пропускающие или заграждающие фильтры, изготовленные из материалов с низкой величиной коэффициента связи, всегда имеют более узкую переходную полосу частот и меньший температурный дрейф частотной характеристики, по сравнению с широкополосными пропускающими или заграждающими фильтрами, изготовленными из материалов с высокой величиной коэффициента связи. Поэтому материалы с низкой величиной коэффициента связи часто используются для фильтров с более узкой полосой частот.

Нижеприведенная Таблица 1 содержит перечень различных материалов (Наименование материала), которые могут использоваться для изготовления устройств по технологиям SAW, BAW и FBAR, и указывает специально тип устройства, для которого могут использоваться такие материалы (Тип фильтра). Таблица 1 содержит также скорость акустических волн (Скорость), коэффициент электромеханической связи (Коэффициент связи - K²) и температурный коэффициент при комнатной температуре (Температурный коэффициент при комнатной температуре) для каждого из указанных материалов.

Таблица 1.
Материалы, используемые в устройствах SAW, FBAR и BAW.
Наименование материала	Тип фильтра	Скорость (м/с)	Коэффициент связи, K2 (%)	Температурный коэффициент при комнатной температуре (ppm/°C)
ST-Кварц	SAW	3150	0,12	0
LST-Кварц	SAW	3948	0,11	0
STW-Кварц	SAW	3700-5040	0,17-0,34	0
48,5Y-26,7X, лангасит	SAW	2735	0,31	1,1
SiO2/ZnO/Алмаз	SAW	10'000	1,2	0
SiO2/AlN/Алмаз	SAW	11'000	0,65	0
45X-Z Li2B4O7	SAW	3440	1	0
(-15)Y-75X Li2B4O7	SAW	4120	1,6	1,5
(-42,7)Y-90X Li2B4O7	SAW	6700	2	6,5
X-112Y LiTaO3	SAW	3288	0,64	-18
Y-Z LiTaO3	SAW	3230	0,66	-35
36 to 42Y-X LiTaO3	SAW	4200	4,7	-45
128Y-X LiNbO3	SAW	3992	5,5	-74
Y-Z LiNbO3	SAW	3488	4,9	-84
41Y-X LiNbO3	SAW	4792	17,2	-78
64Y-X LiNbO3	SAW	4742	11,3	-79
ZnO	FBAR	6080	8,5	-60
AlN	FBAR	11300	6,5	-25
ZnO	BAW	6080	7,5	-48
AlN	BAW	11300	6	-22

В некоторых вариантах используется фильтр первого типа с меньшим коэффициентом связи и меньшим температурным коэффициентом, изготавливаемый из первого материала, который содержит по меньшей мере один из нижеуказанных материалов: кварц, лангасит, SiO₂/ZnO/Алмаз, SiO₂/AlN/Алмаз, Li₂B₄O₇, AlN/Li₂B₄O₇, LiTaO₃, LiNbO₃, SiO₂/LiTaO₃, SiO₂/LiNbO₃, AlN и их сочетания.

В некоторых вариантах используется фильтр второго типа с большей величиной коэффициента связи, изготавливаемый из второго материала, который содержит по меньшей мере один из нижеуказанных материалов: кварц, лангасит, SiO₂/ZnO/Алмаз, SiO₂/AlN/Алмаз, Li₂B₄O₇, AlN/Li₂B₄O₇, LiTaO₃, LiNbO₃, SiO₂/LiTaO₃, SiO₂/LiNbO₃, ZnO, AlN и их сочетания.

Имеется перекрытие типов материалов, которые могут использоваться для изготовления фильтров, имеющих свойства различных материалов, а именно, высокая/низкая величина коэффициента связи и высокая/низкая величина температурного коэффициента. Однако, поскольку используемые материалы имеют соответствующие высокие и низкие величины характеристик по сравнению друг с другом, то могут быть спроектированы и изготовлены последовательно соединенные фильтры с необходимыми характеристиками. Параметры фильтров с каскадным соединением, которые можно изменять путем выбора материалов, могут включать, например, ширину полосы пропускания пропускающего или заграждающего фильтра, величину температурного дрейфа частотной характеристики и ширину переходных полос.

За счет использования технологий SAW, FBAR и/или BAW некоторые варианты осуществления изобретения позволяют получить дешевые устройства, имеющие миниатюрные размеры. Идея изобретения заключается в каскадном (последовательном) соединении по меньшей мере двух фильтров, изготовленных по технологиям SAW, FBAR или BAW, причем по меньшей мере один фильтр изготовлен из материала, который имеет низкий температурный коэффициент, позволяющий получить малый температурный дрейф частотной характеристики, и по меньшей мере один фильтр изготовлен из материала с высокой величиной коэффициента электромеханической связи, позволяющего получить широкополосный пропускающий или заграждающий фильтр. Объединение по меньшей мере двух фильтров, материалы которых имеют указанные различные характеристики, позволяет получить фильтр с широкой полосой пропускания или задерживания, узкой переходной полосой и малым температурным дрейфом частотной характеристики.

В некоторых вариантах осуществления изобретения полосно-заграждающий фильтр, изготовленный из материала, имеющего низкий температурный коэффициент, соединяют последовательно с полосно-заграждающим или полосно-пропускающим фильтром, который изготовлен из материала с высоким коэффициентом связи, для получения широкополосного фильтра со сверхузкой переходной полосой и с очень малым температурным дрейфом частотной характеристики такого составного фильтра.

В конкретном примере составного фильтра, выполненного в соответствии с одним из вариантов, рассмотренных в настоящем описании, он имеет очень широкую полосу пропускания/задерживания (>3% или >60 МГц на частоте 1,93 ГГц) и очень узкую переходную полосу (<0,5% или <10 МГц на частоте 1,93 ГГц), а также очень малый температурный дрейф частотной характеристики (<360 ppm в диапазоне от -40°С до 80°С).

На фигуре 3 приведена блок-схема двух фильтров А и В, соединенных последовательно. В некоторых вариантах фильтр А является узкополосным полосовым фильтром, изготовленным с использованием материала подложки, имеющего более низкий коэффициент связи по сравнению с коэффициентом связи материала, использованного материал, использованный для изготовления фильтра А, имеет меньшую величину температурного коэффициента по сравнению с величиной температурного коэффициента материала, использованного для изготовления фильтра В, и поэтому фильтр А имеет меньший температурный дрейф частотной характеристики по сравнению с температурным дрейфом частотной характеристики фильтра В. За счет характеристик материала, выбранного для изготовления фильтра А, этот фильтр имеет более узкую переходную полосу по сравнению с переходной полосой фильтра В.

Фильтр В является широкополосным фильтром, изготовленным с использованием материала подложки, имеющего более высокий коэффициент связи по сравнению с коэффициентом связи материала, использованного за счет характеристик выбранного материала фильтра В, этот фильтр имеет широкую полосу пропускания или задерживания.

Частотная характеристика двух соединенных последовательно фильтров А и В обеспечивает широкую полосу пропускания или широкую полосу задерживания с узкой переходной полосой по меньшей мере на одной стороне полосы пропускания или задерживания. В некоторых вариантах, когда фильтр А имеет частотную характеристику лишь с одной узкой полосой задерживан