SAW聲表面濾波器

①選擇性好。選擇性一般可達(dá)140dB左右，可確保圖像的清晰度。

②頻帶寬，動(dòng)態(tài)范圍大，且中心頻率不受信號(hào)強(qiáng)度的影響，能確保圖像、彩電、聲音的正常傳輸，不相互干擾。

③性能穩(wěn)定，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，不易老化。

④使用方便，裝配時(shí)只需插入和焊接即可，無需調(diào)節(jié)。

⑤插入損耗較大，使用時(shí)需在前級(jí)加寬頻帶放大器，以補(bǔ)償插入損耗。

SAW聲表濾波器的性能特點(diǎn)，正適應(yīng)了現(xiàn)代通信系統(tǒng)設(shè)備以及移動(dòng)通訊輕薄短小化和高頻化、數(shù)字化、高性能、高可靠性等方面的要求。其不足之處是:所需基片材料價(jià)格昂貴，另外對基片的定向、切割、研磨、拋光和制造工藝要求高，受到基片結(jié)晶工藝苛刻和制造精度要求嚴(yán)的影響。

表面波濾波器它是以石英、鈮酸鋰或釬鈦酸鉛等壓電晶體為基片，經(jīng)表面拋光后在其上蒸發(fā)一層金屬膜，通過光刻工藝制成兩組具有能量轉(zhuǎn)換功能的交叉指型的金屬電極，分別稱為輸入叉指換能器和輸出叉指換能器。當(dāng)輸入叉指換能器接上交流電壓信號(hào)時(shí)，壓電晶體基片的表面就產(chǎn)生振動(dòng)，并激發(fā)出與外加信號(hào)同頻率的聲波，此聲波主要沒著基片的表面的與叉指電極升起的方向傳播，故稱為聲表面波，其中一個(gè)方向的聲波被除數(shù)吸聲材料吸收，別一方向的聲波則傳送到輸出叉指換能器，被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。

在聲表面波濾波器中，信號(hào)經(jīng)過電-聲-電的兩次轉(zhuǎn)換，由于基片的壓電效應(yīng)，則叉指換能器具有選頻特性。顯然，兩個(gè)叉指換能器的共同作用，使聲表面波濾波器的選頻特性較為理想。

聲表面波(SAW)技術(shù)是六十年代末期才發(fā)展起來的一門新興科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，它是聲學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合的一門邊緣學(xué)科。聲表面波技術(shù)的發(fā)展相當(dāng)迅猛，其應(yīng)用領(lǐng)域從最開始的軍用雷達(dá)發(fā)展到現(xiàn)在幾乎遍及整個(gè)無線電通訊，特別是移動(dòng)通訊技術(shù)的高速發(fā)展，更進(jìn)一步地推動(dòng)了聲表面波技術(shù)的發(fā)展。聲表面波濾波器(SAWF)是利用壓電陶瓷、鈮酸鋰、石英等壓電石英晶體振蕩器材料的壓電效應(yīng)和聲表面波傳播的物理特性制成的一種換能式無源帶通濾波器，是一種采用石英晶體、壓電陶瓷等壓電材料，利用其壓電效應(yīng)和聲表面波傳播的物理特性而制成的濾波專用器件。SAW濾波器廣泛應(yīng)用于彩色電視機(jī)、手機(jī)、GPS定位、衛(wèi)星通訊和有線電視等電器設(shè)備。

在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，無論是數(shù)字式還是模擬式，其發(fā)射和接收信號(hào)的功能模塊電路結(jié)構(gòu)基本相同，如圖3所示。在Tx端，在載波上對信號(hào)進(jìn)行調(diào)制, 通過放大電路將功率放大，然后經(jīng)過SAW濾波器濾波后由天線將信號(hào)發(fā)出，本通道要求濾波器損耗低，可承受大功率;在R x端通道，天線接收到的微弱信號(hào)經(jīng)SAW濾波器過濾后，進(jìn)行放大解調(diào)，最終獲得所要的信息，要求濾波器損耗低，阻帶抑制高。

傳統(tǒng)的介質(zhì)濾波器一般具有損耗低、大帶寬以及較高的功率承受能力等特點(diǎn)。但其致命的弱點(diǎn)是體積太大，難以適應(yīng)移動(dòng)電話向微型化方向發(fā)展的趨勢。而SAW濾波器具有體積小，適合于微型封、一致性好、無須調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)。本文以無線通信系統(tǒng)中移動(dòng)電話用SAW濾波器(其技術(shù)要求為:Tx端中心頻率f 0為902.5 MHz，帶寬為25 MHz;R x端f 0為947.5 MHz，帶寬為25 MHz)為例，介紹梯型結(jié)構(gòu)SAW濾波器的等效電路分析，并給出設(shè)計(jì)結(jié)果。

等效電路分析

采用電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合理論，將梯型結(jié)構(gòu)的SAW濾波器由單端對SAW諧振器來代替網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)單元。此結(jié)構(gòu)具有電感電容(LC)濾波器低損耗的優(yōu)點(diǎn)，而且可承受大功率，體積較小。這種結(jié)構(gòu)一般用來設(shè)計(jì)射頻濾波器，工作頻率范圍為300~2 400 MHz，相對帶寬為2%~6%， 插入損耗小于5 dB。

設(shè)計(jì)單端對諧振器時(shí)，使并臂諧振器的反諧振頻率與串臂諧振器的諧振頻率相同。其中frp、fap、frs、fas分別為并臂、串臂諧振器的諧振頻率和反諧振頻率。根據(jù)梯型濾波器傳輸函數(shù)截止條件可知，串臂諧振器阻抗Zs和并臂諧振器阻抗ZP性質(zhì)相同時(shí)，形成阻帶;Zs、ZP性質(zhì)相反，且Zs/ZP>-1時(shí)，形成通帶;Zs/ZP<-1時(shí)，形成過渡帶;Zs/ZP=-1時(shí)的頻率點(diǎn)為截止頻率。

SAw濾波器的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)梯型結(jié)構(gòu)濾波器[3, 4]，主要是對單端諧振器的設(shè)計(jì)，并協(xié)調(diào)好串臂和并臂諧振器的相互關(guān)系。諧振器的阻抗可用其諧振頻率

式中ω rs=2πfrs, ω rp=2πfrp分別為串臂、并臂諧振角頻率;ω ra=2π fra , ω ap=2π fap分別為串臂、并臂反諧振角頻率;為使梯型濾波器的匹配阻抗為線性阻抗R p，串、并臂阻抗應(yīng)滿足諧振器的頻率關(guān)系為fap≈frs，f0=frp=fas-f0。在通帶頻率范圍內(nèi)，Δ f=(fas-frp)/2，將式(4)、(5)代入式(6)，可化為式中一般取為50 Ω。單端對諧振器的靜電容可由下式獲得

設(shè)計(jì)得到的SAW濾波器頻率特性如圖7所示，其中心頻率為947.5 MHz，3 dB帶寬>30 MHz，插損≤4.0 dB，SS>30 dB，匹配阻抗為50 Ω，取得了較為滿意的結(jié)果。