[发明专利]可调谐铁电滤波器

说明书

本申请为发明名称为“可调谐铁电滤波器”的专利申请No.200710135792.3的分案申请，其中，专利申请No.200710135792.3为2002年4月2日提交的、发明名称为“可调谐铁电滤波器”的专利申请No.02811167.2的分案申请。 

可调谐铁电滤波器 

技术领域

本申请涉及可调谐铁电滤波器。 

背景技术

滤波器，诸如带通滤波器，被广泛应用于通信与电子领域。例如，在无线电通信中一个特定频段必须容纳许多无线用户。为了容纳这么多的无线用户，对对带通滤波的要求就必须非常严格，因为所提供的频率分配非常密集。 

目前，无线手机使用固定调谐的带通滤波器(BPF)以满足它们的滤波规范。因为这些滤波器必须满足通带插入损耗(I.L.)尽可能最小的要求且同时必须满足特定的高带外抑制要求，其设计非常复杂。作为特殊的例子，可以考虑使用固定带宽滤波器的全频带PCS CDMA手机。PCS发送(TX)频带(在美国为1850-1910MHz)的带内I.L.不会大于-3.5dB，而接收(RX)频带(1930-1990MHz范围)的带外抑制至少为38.0dB。 

而且，这种BPF除了必须满足这些规范外，其高度还有最大限制。例如，目前其在手机中的典型限高是4.0mm或更小。为了满足这些苛刻的电气要求且同时满足尺寸与高度尽可能最小的要求，通常需要采用由单个同轴谐振器元件或者整体结构构造的高阶(＞2阶)固定调谐滤波器。此外，为了满足带外抑制要求，通常需要一个传输零点，越靠近频带边缘I.L.就越大。由于陶瓷中的变化以及制造公差，因此厂家在固定调谐滤波器的制造过程中必须一个一个单独地对它们的特性进行调整，这就增加了成本花费。 

而且，如果要支持一个以上频带(例如，在美国、韩国与印度支持PCS频带)，则需要多个固定调谐的BPF，因此需要额外的开关元件且因 而引入了附加损耗。即使所用的功率放大器和低噪声放大器具有足够的工作带宽以覆盖这些频带，但仍然需要多个固定调谐的BPF。 

可调谐BPF允许在任意特定时间在多个频带上使用一个BPF，或者使用低阶滤波器以覆盖宽于所需通带带宽的多个频带。为了在可调谐BPF中提供可调谐性，典型地使用一种能够提供可变电容的元件。 

目前可变电容器的结构实现形式有多种。例如，可移动平行板结构的电容器很多年以来一直就被用作家用收音机的调谐器。但是，这样的平行板体积庞大，噪声高，并且不实用于现代应用。 

另一种结构选择是电子变容二极管，它是一种响应于外加电压而调整电容值的半导体器件。因为变容二极管通常有噪声并且有损耗，尤其是在500MHz以上的应用中，所以其不能有效工作于需要高性能的高频、低损耗的应用当中。 

还有一种结构选择是微电子机械系统(MEMS)，它是一种微型开关器件，它可以响应外加控制信号在电容器之间进行切换。但是，其造价昂贵，难以制造并且其可靠性未得到证实。在大多数情形下，其提供离散的调谐，因为系统必须在有限(和少量)数目的固定电容器之间进行选择。 

铁电可调谐电容器是人们曾经尝试过的另一种结构选择。铁电(f-e)材料是一类材料，典型地是陶瓷稀土氧化物，其突出特征在于，它们的介电常数(k)以及作为结果的电容率(ε)是响应外加的缓变(直流或低频)电场的变化而改变的。材料的介电常数(k)和电容率(ε)之间关系给出如下： 

ε＝kε₀

其中ε₀是真空电容率。当前，已知的具有铁电特性的材料有数百种之多。在一种典型的铁电材料中，人们可以得到一个因数高达约3∶1的k值变动范围。产生这样的k值变化所需的直流电压取决于被外加以直流控制电压的铁电材料的尺寸大小。因为铁电材料的介电常数可变，而电容器的电容值取决于电容器导体附近电介质的介电常数值，所以人们可以使用铁电材料制造可调电容器。典型地，可调的铁电电容器的实现结构形式是平行板(叠层)电容器、交叉指型电容器(IDC)、或间隙电容 器。