高頻展示saw濾波器終板

SAW濾波器特點及其應用研究

SurfaceAcousticWave電子信息學院2014年12月24日小組成員：徐三嘉姜予名葉肇庭付蓉發(fā)展歷史基本原理設計方法設計討論發(fā)展趨勢展示提綱

聲表面波（SAW，SurfaceAcousticWave）是沿物體表面?zhèn)鞑サ囊环N彈性波。聲表面波英國物理學家瑞利（Rayleigh）在19世紀80年代研究地震波的過程中偶爾發(fā)現的一種能量集中于地表面?zhèn)鞑サ穆暡ǎ绰暠砻娌?。發(fā)現科學家瑞利論文發(fā)表《一種新型聲表面波聲——電轉化器》------懷特（R.M.White）沃爾特默（F.W.Voltmer）金屬叉指換能器IDT的發(fā)明，大大加速了聲表面波技術的發(fā)展，使這門年輕的學科逐步發(fā)展成為一門新興的、聲學和電子學相結合的邊緣學科。突破發(fā)展1985年，SAW濾波器開始取代LC濾波器應用于電視中頻與VCRs1990年，SAW濾波器開始應用于小型化的移動通訊中1968年，在鈮酸鋰（LiNb03）單晶基片和PZT陶瓷基片上使用叉指換能器，便能耗散大大降低1970年，SAW濾波器首次應用于脈沖壓電雷達系統(tǒng)發(fā)展歷史基本原理設計方法設計討論發(fā)展趨勢展示提綱

SAW濾波器的基本結構是在具有壓電特性的基片材料拋光面上制作兩個聲電換能器－叉指換能器(InterdigitalTransducer,IDT)，分別用作發(fā)射換能器和接收換能器?；窘Y構發(fā)射換能器將RF信號轉換為聲表面波，在基片表面上傳播，經過一定的延遲后，接收換能器將聲信號轉換為電信號輸出。由于基片的壓電效應，令叉指換能器具有選頻特性從而進行濾波。濾波過程是在電到聲和聲到電的轉換中實現?；窘Y構電信號聲信號發(fā)射換能器接收換能器叉指換能器是目前使用最廣泛而且很有效的表面波換能器，是由若干在壓電基片表面上相互交叉放置的金屬膜電極組成，形成像兩排手指，故名叉指電極。具體結構參數：叉指換能器的選頻特性

均勻叉指換能器的例子

生活中的例子：搖繩子

抵消

疊加

這樣的根據某一函數變化的規(guī)律而設計指長分布不同的叉指換能器結構，稱為加權結構發(fā)展歷史基本原理設計討論設計方法發(fā)展趨勢展示提綱

濾波器的設計討論移動電話的收發(fā)機系統(tǒng)濾波器設計濾波器的設計討論問題描述：在移動電話系統(tǒng)（圖5）中，無論是數字式還是模擬式，其發(fā)射和接收信號的功能模塊電路結構基本相同，其發(fā)射端（TX）和接收端（RX）必須經過濾波器濾波后才能發(fā)揮作用。在發(fā)射端（TX），在載波上對信號進行調制，通過放大電路將功率放大，然后經過濾波器濾波后由天線將信號發(fā)出。在接收端（RX），通過天線接收到的微弱信號，經濾波器過濾后，進行放大。濾波器具體性能參數

性能指標有幾種設計方法呢？What’syouridea?由于移動電話具有高頻，精密，體積小的特點，

要求RF濾波器必須具有以下的性能特點：

（1）極低的插入損耗；

（2）較高的阻帶抑制；

（3）較強的功率承受能力；

（4）極小的體積；

（5）良好的溫度特性。由于在工作頻段、體積和性能價格比等方面的優(yōu)勢，SAW濾波器在移動通信系統(tǒng)的應用中獨占鰲頭，移動收發(fā)機前端濾波器的設計也往往采用saw濾波器。主要特點傳輸損耗小制作的器件體積小頻率選擇特性優(yōu)良抗電磁干擾性能好群延遲時間偏差特性優(yōu)良可靠性高重量輕設計靈活性大SAW濾波器的優(yōu)勢一般具有損耗低、大帶寬以及較高的功率承受能力等特點。但其致命的弱點是體積太大，難以適應移動電話向微型化方向發(fā)展的趨勢。比較優(yōu)點：體積小，適合于微型封裝、一致性好、無須調整。正適應了現代通信系統(tǒng)設備及便攜式電話輕薄短小化和高頻化、數字化、高性能、高可靠等方面的要求。傳統(tǒng)的介質濾波器SAW濾波器發(fā)展歷史基本原理設計討論設計方法發(fā)展趨勢展示提綱

SAW濾波器的設計方法BACSAW濾波器的設計方法窗口函數設計法優(yōu)化設計法傅立葉變換設計法1.優(yōu)化設計法

設計SAW濾波器實例SAWFH(f)=FIRfiter(f)=由于FIR數字濾波器和聲表面波濾波器SAWF在頻率響應上的相似性，故可以用有限長單位脈沖響應的數字濾波器的設計方法來設計SAWF，主要包括兩個步驟：根據給定指標，計算濾波器階數；理由階數和濾波器指標確定傳輸函數的系數。程序流程圖：開始提示輸入機械和性能指標并計算出叉指寬度優(yōu)化算法算出叉指個數及叉指重合長度變化曲線計算出理想和現實的幅頻和相頻響應畫出圖像程序結束仿真參數設置:自由表面的SAW波速Vs=3488m/s機電耦合系數Ks2=0.048叉指間靜態(tài)電容Cs=455pF

基片材料的質量密度pm=4640kg/m3

金屬化率p=0.5

性能指標機械指標

SAW濾波器的仿真設計IDT的幾何結構示意圖如下：IDT的相頻響應—實際響應是考慮機械指標對濾波器的影響后得到的，其性能比較理想濾波器低一些

IDT的幅頻響應發(fā)展歷史基本原理設計方法設計討論發(fā)展趨勢展示提綱

SAW濾波器的發(fā)展趨勢當前世界的SAW濾波器的發(fā)展主要有三個方面.

三個方面小型片式化高頻寬帶化降低插入損耗小型片式化小型片式化：是移動通信和便攜類產品的基本要求優(yōu)化設計器件芯片，使其做得更小.改進器件的封裝形式.

措施一措施二

措施三將不同功能的SAW濾波器封裝在一起構成組合形器件.

高頻、寬帶化為適應電子整機的高頻、寬帶化，SAW濾波器也必須提高工作頻率并拓展工作帶寬。當壓電基材選定后，SAW濾波器的工作頻率由IDT的電極寬決定，電極條越窄，頻率越高。所以通常采用優(yōu)化IDT電極結構的方法來拓展帶寬。

降低插入損耗早期SAW濾波器的最大缺陷就是插入損