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声表滤波器的发展
来源:武华科技   发布时间:2012-08-20  浏览数:2670    【收藏本页】

声表面波(SarfaceAcoustic Wave简写为SAW)就是在压电固体材料表面产生和传播的声波。它是由英国物理学家瑞利 l 885年发现的,因此又称为瑞利波。直到1965年怀特和沃尔默=:人提出了冲}激励和检测SAW 的叉指换能器(英文简写为rD’r),这一关键技术的突破,为SAW器件的发展奠定了基础。
  到目前为止,世界各国已研制成了SAW 滤波罂、脉冲压缩滤波器、延迟线、谐振器、卷积器、放大器和振荡器等不同功能的100多种器件,广泛地用于移动通信、光纤通信和卫星通信等无线电电子技术各个领域,显示出它的强大优势。
   SAW 滤波器丰要是由IDT和压电晶体、压电陶瓷等组成,采用半导体集成电路的平面工艺,在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜,把设计定型的两个IDT的掩膜图案,利用光刻的方法,沉积在基片表面.一个作发射IDT,一个作接收IDT,IDT的特点有:
  (1)它的频率特性呈的变化规律
  (2)IDT激发的强度与叉指周期段数目N的l甲方成正比
  (3)IDT的指条宽度决定了换能器的工作频率,指条愈窄、频率愈高
  (4)IDT的特性与叉指条的几何结构密切相关,如改变它的叉指数日、声孔径重叠长度(按不同加权函数的规律变化)、指条宽度和 隔等,可设计出具有不同频率特性的器件,以适应不同信号处理功能的需要,因而适应性和灵活性强;
  (5)在小信号下,IDT是线性器件,因而满足互易定理,即IDT作为发射时的特性与作为接收时的特性是相同的
   SAW 滤波器的特点有:
  (1)SAW 传播速度快,制作的器件尺寸小、重量轻;
  (2)设计灵活性天,能实现多种复杂的功能;
  (3)可选用的频率范围广(10MHz~3GHz).时间带宽乘积大,可选l 数量级;
  (4)动态范围可达100分见传输损耗小,其姆个波长的衰减比波导传输的电磁渡小二个数量级;
  (5)声波是质点振动,不涉及到电子迁移过程,在传辅过程中不受电磁波的影响,所以器件
   的可靠性高, 抗辐射性能好。

  SAW滤波器的发展趋势
  小型片式化
   SAW滤波器的小型片式化,是移动通信和其他便携式产品提出的基本要求。为缩小SAW滤波器的体积,通常采取三方面的措施:一是优化设计器件用芯片,使其做得更小;二是改进器件的封装形式,现已由传统的圆形金属壳封装改为方形或长方形扁平金属封装或LCCC(无引线陶瓷芯片载体)表面贴装;三是将不同功能的SAW滤波器封装在一起构成组合型器件以减小PCB面积,如应用于1.9GHzPCS终端60MHz带宽的双频段SAW滤波器以及近来富士通公司开发的双带式(可支持模拟和数字两种模式)便携式手机用SAW滤波器,均装有两个滤波器。
  高频、宽带化
   为适应电子整机高频、宽带化的要求,SAW滤波器也必须提高工作频率和拓展带宽。研究表明,当压电基材选定之后,SAW滤波器的工作频率则由IDT电极条宽决定,IDT电极条愈窄,频率愈高。采用0.35μm~0.2μm级的半导体微细加工工艺,可制作出2GHz~3GHz的SAW滤波器。
拓展SAW滤波器的带宽通常从优化设计IDT的电极结构入手。如将IDT按串联和并联形式连接成梯形若干级联的结构,输入/输出直接实现连接,采用0.4μm以下的微细加工技术,就可制作出用于无线局域网(LAN)的2.5GHz梯形结构谐振式SAW滤波器,带宽达100MHz;在多重模式滤波器中,采用纵向连接的滤波器带宽要比横向耦合型滤波器大一些,因此被广泛用于蜂窝电话和寻呼机的RF滤波,而后者具有陡削的窄带特性,可用于个人数字蜂窝(PDC)和模拟电话的中频(IF)滤波。
  降低插入损耗
   早期SAW滤波器的最大缺陷是插入损耗大,一般在15dB以上,这对于要求低功耗的通信设备特别是接收前端是无法接受的。为满足现代通信系统及其它用途的要求,人们通过开发高性能的压电材料和改进IDT设计,使器件的插入损耗降低到3dB~4dB,最低可达1dB。在众多压电材料研究成果中,最引人注目的是日本村田制作所发明的ZnO/蓝宝石层状结构基片材料,利用这种基片材料,已制造出1.5GHzPDC用射频SAW滤波器,其插入损耗仅1.2dB。