概述

聲表面濾波器是在一塊具有壓電效應(yīng)的材料基片上蒸發(fā)一層金屬膜，然后經(jīng)光刻，在兩端各形成一對叉指形電極組成。當(dāng)在發(fā)射換能器上加上信號電壓后，就在輸入叉指電極間形成一個電場使壓電材料發(fā)生機械振動(即超聲波)以超聲波的形式向左右兩邊傳播，向邊緣一側(cè)的能量由吸聲材料所吸收。在接收端，由接收換能器將機械振動再轉(zhuǎn)化為電信號，并由叉指形電極輸出。

DCC6C聲表面濾波器                                          DCC6聲表面濾波器

結(jié)構(gòu)、符號和原理

表面波濾波器是以石英、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 接上交流電壓信號時，壓電晶體基片的表面就產(chǎn)生振動，并激發(fā)出與外加信號同頻率的聲波，此聲波主要沿著基片的表面的與叉指電極升起的方向傳播，故稱為聲表面濾波，其中一個方向的聲波被除數(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)換為電信號輸出。

聲表面波濾波器具有工作頻率高、通頻帶寬、選頻特性好、體積小和重量輕等特點，并且可采用與集成電路相同的生產(chǎn)工藝，制造簡單，成本低，頻率特性的一致性好，因此廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。

在聲表面波濾波器中，信號經(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。下圖為聲表面波濾波器的幅頻特性。

應(yīng)用

聲表面波-SAW(SurfaceAcousticWave)就是在壓電基片材料表面產(chǎn)生和傳播、且振幅隨深入基片材料的深度增加而迅速減少的彈性波。SAW濾波器的基本結(jié)構(gòu)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 (IDT)。它采用半導(dǎo)體集成電路的平面工藝，在壓電基片表面蒸鍍一定厚度的鋁膜，把設(shè)計好的兩個IDT的掩膜圖案，利用光刻方法沉積在基片表面，分別作 為輸入換能器和輸出換能器。其工作原理是輸入換能器將電信號變成聲信號，沿晶體表面?zhèn)鞑ィ敵鰮Q能器再將接收到的聲信號變成電信號輸出。

SAW濾波器的特點

SAW濾波器的主要特點是設(shè)計靈活性大、模擬/數(shù)字兼容、群延遲時間偏差和頻率選擇性優(yōu)良(可選頻 率范圍為10MHz~3GHz)、輸入輸出阻抗誤差小、傳輸損耗小、抗電磁干擾(EMI)性能好、可靠性高、制作的器件體小量輕，其體積、重量分別是陶瓷 介質(zhì)濾波器的1/40和1/30左右，且能實現(xiàn)多種復(fù)雜的功能。SAW濾波器的特征和優(yōu)點，適應(yīng)了現(xiàn)代通信系統(tǒng)設(shè)備及便攜式電話輕薄短小化和高頻化、數(shù)字化、高性能、高可靠等方面的要求。其不足之處是所需基片材料的價格昂貴，對基片的定向、切割、研磨、拋光和制造工藝要求高。

SAW濾波器的用途

SAW濾波器在抑制電子信息設(shè)備高次諧波、鏡像信息、發(fā)射漏泄信號以及各類寄生雜波干擾等方面起到 良好的作用，可以實現(xiàn)任意所需精度的幅頻和相頻特性的濾波，這是其它濾波器難以完成的。近年來國外已將SAW濾波器片式化，重量只有0.2g;另外，由于 采用了新的晶體材料和的精細加工技術(shù)，使SAW器件上使用上限頻率提高到2.5GHz~3GHz。從而促使SAW濾波器在抗EMI領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng) 用。

SAW濾波器以極陡的過渡帶使CATV的鄰頻傳輸?shù)靡詫崿F(xiàn)，與隔頻傳輸相比，頻譜利用率提高了1 倍。電視接收機如果不采用SAW濾波器，不可能穩(wěn)定可靠地工作。事實上，早期SAW濾波器的主要應(yīng)用領(lǐng)域就是以電視機為代表的視聽家電產(chǎn)品，20世紀80 年代末，由于電子信息特別是通信產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，為SAW濾波器提供了一個廣闊的市場空間，致使其產(chǎn)量和需求呈直線上升趨勢。目前世界SAW濾波器的年產(chǎn) 量在6億只以上，其中移動通信等用小型化RFSAW濾波器就達4.3億只。

移動通信系統(tǒng)的發(fā)射端(TX)和接收端(RS)必須經(jīng)過濾波器濾波后才能發(fā)揮作用，由于其工作頻段 一般在800MHz~2GHz、帶寬為17MHz~30MHz，故要求濾波器具有低插損、高阻帶抑制和高鏡像衰減、承受大功率、低成本、小型化等特點。由 于工作頻段、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(yīng)用中，這是壓電陶瓷濾波器和單片晶體濾波器的。

在無線尋呼系統(tǒng)中，BP機接收到的RF信號需先經(jīng)濾波再進行放大。濾波器的電氣特性直接影響到接收信號的靈敏度和精確度，早期生產(chǎn)的BP機一般采用LC濾波器，

SAW濾波器的發(fā)展趨勢

4.1小型片式化

SAW濾波器的小型片式化，是移動通信和其他便攜式產(chǎn)品提出的基本要求。為縮小SAW濾波器的體 積，通常采取三方面的措施:一是優(yōu)化設(shè)計器件用芯片，使其做得更小;二是改進器件的封裝形式，現(xiàn)已由傳統(tǒng)的圓形金屬殼封裝改為方形或長方形扁平金屬封裝或 LCCC(無引線陶瓷芯片載體)表面貼裝;三是將不同功能的SAW濾波器封裝在一起構(gòu)成組合型器件以減小PCB面積，如應(yīng)用于1.9GHzPCS終端 60MHz帶寬的雙頻段SAW濾波器以及近年來很多廠家開發(fā)的雙帶式(可支持模擬和數(shù)字兩種模式)便攜式手機用SAW濾波器，均裝有兩個濾波器。

4.2高頻、寬帶化

為適應(yīng)電子整機高頻、寬帶化的要求，SAW濾波器也必須提高工作頻率和拓展帶寬。研究表明，當(dāng)壓電基材選定之后，SAW濾波器的工作頻率則由IDT電極條寬決定，IDT電極條愈窄，頻率愈高。采用0.35μm~0.2μm級的半導(dǎo)體微細加工工藝，可制 作出2GHz~3GHz的SAW濾波器。

拓展SAW濾波器的帶寬通常從優(yōu)化設(shè)計IDT的電極結(jié)構(gòu)入手。如將IDT按串聯(lián)和并聯(lián)形式連接成梯 形若干級聯(lián)的結(jié)構(gòu)，輸入/輸出直接實現(xiàn)連接，采用0.4μm以下的微細加工技術(shù)，就可制作出用于無線局域網(wǎng)(LAN)的2.5GHz梯形結(jié)構(gòu)諧振式SAW 濾波器，帶寬達100MHz;在多重模式濾波器中，采用縱向連接的濾波器帶寬要比橫向耦合型濾波器大一些，因此被廣泛用于蜂窩電話和尋呼機的RF濾波，而 后者具有陡削的窄帶特性，可用于個人數(shù)字蜂窩(PDC)和模擬電話的中頻(IF)濾波。

4.3降低插入損耗

早期SAW濾波器的缺陷是插入損耗大，一般在15dB以上，這對于要求低功耗的通信設(shè)備特別是 接收前端是無法接受的。為滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)及其它用途的要求，人們通過開發(fā)高性能的壓電材料和改進IDT設(shè)計，使器件的插入損耗降低到3dB~4dB，可達1dB。但由于LC濾波器的調(diào)試復(fù)雜，選擇性和穩(wěn)定性又較差，因此現(xiàn)在逐漸被SAW濾波器所取代。可見，SAW濾波器的市場前景十分可觀。

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