無線通信用SAW濾波器的分析與設(shè)計

針對聲表面波濾波器基本理論及其頻域傳輸函數(shù)，應用電網(wǎng)絡(luò)分析與綜合理論作出等效電路，并對梯型結(jié)構(gòu)聲表面波濾波器中單端對諧振器的特性進行了分析。根據(jù)理論分析設(shè)計出單端對諧振器，運用該結(jié)構(gòu)設(shè)計了無線通信系統(tǒng)中移動電話用聲表面波濾波器，并給出了設(shè)計結(jié)果。
關(guān) 鍵 詞 聲表面波; 聲表面波濾波器； 單端對聲表面波諧振器; 無線通信

隨著無線移動通信技術(shù)的發(fā)展，人們對移動電話的需求直線上升。為規(guī)范移動通信市場，國際上建立了幾種公用通信系統(tǒng)標準，如美國移動通信系統(tǒng)(AMPS)、擴展總路線通信系統(tǒng)(ETACS)、全球移動系統(tǒng)(GSM)等。以上各通信系統(tǒng)所使用的頻率范圍均不相同，但為擴大通信容量，與傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)相比，它們的射頻頻率都較高，使用帶寬較寬，且發(fā)射端和接收端的間隔較窄。因此，各系統(tǒng)對關(guān)鍵器件即濾波器的濾波頻率性能都有嚴格的要求。聲表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)濾波器是一種新型的信號處理器件，可以實現(xiàn)任意精度的頻率特性，這是其他射頻濾波器難以實現(xiàn)的, 故SAW濾波器在電子信息領(lǐng)域，特別在通信中得到了越來越廣泛的應用。隨著SAW濾波器朝著小型片式化、高頻寬帶化、低插損、高可靠性和表面貼裝等方向的發(fā)展，更將使SAW濾波器技術(shù)在各種信號處理、通信等領(lǐng)域越來越具有吸引力。
1 SAW濾波器基本理論
SAW是在壓電基片材料表面產(chǎn)生并傳播，且振幅隨著深入基片材料的深度增加而迅速減少的一種彈性波。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(Interdigital Transducer,IDT)，分別用作發(fā)射換能器和接收換能器，如圖1所示[1, 2]。
發(fā)射換能器將RF信號轉(zhuǎn)換為聲表面波，在基片表面上傳播，經(jīng)過一定的延遲后，接收換能器將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出。濾波過程是在電到聲和聲到電的轉(zhuǎn)換中實現(xiàn)，所以可以將SAW濾波器等效為一個兩端口的無源網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。圖中H1(ω)是發(fā)射(或輸入)叉指換能器IDT1的頻率響應, H2(ω)是接收(或輸出)叉指換能器IDT2的頻率響應, H3 (ω)是SAW在兩叉指換能器間的傳輸特性。設(shè)聲表面波的波速是Vs，由于Vs是非色散性的，顯然H3(ω)可等效為一個具有一定延時t0的全通時延網(wǎng)絡(luò)。若輸入和輸出叉指換能器中心間的距離為L.

2 無線通信中用SAW濾波器的研究
在移動通信系統(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，在載波上對信號進行調(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經(jīng)SAW濾波器過濾后，進行放大解調(diào)，最終獲得所要的信息，要求濾波器損耗低，阻帶抑制高。