射頻微波濾波器（2）-聲表面波濾波器

2016-10-31 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

聲表面波(Surface Acoustic Wave,又稱為SAW)是在彈性固體表面和表面附近的淺層內(nèi)傳播的彈性波,按振動方式、向彈性固體內(nèi)部的透入深度以及所適應(yīng)的邊界條件可細分為瑞利波(Ravleigh)、樂甫波(Love)、拉姆波(Lamb)、廣義瑞利波等多種,其中應(yīng)用最廣泛的是瑞利波。

叉指換能器(Iterdigital Transducer,又稱為IDT)尺寸小,能夠高效地激勵和接收聲表面波,是聲表面波濾波器以及其它表面波器件中典型的電聲轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。

叉指換能器的基本結(jié)構(gòu)如下圖1所示。壓電基片上的金屬條帶相互交錯,分別連接于兩個匯流電極上。這些金屬條帶稱為叉指,并常用指寬a,指間間隔b,指重疊長度(聲孔徑)W、周期節(jié)長度(結(jié)構(gòu)周期或周期)p以及指對數(shù)目N表征換能器的結(jié)構(gòu)特征。

圖1

聲表面波的激勵與接收如下圖2所示。當一個叉指換能器的匯流電極接于交變信號源時,指條之間的介質(zhì)由于逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生形變,激勵的聲表面波在基片表面及靠近表面的淺層內(nèi)沿著與指條垂直的兩個相反方向傳播,到達另外一個叉指換能器的聲表面波由于壓電效應(yīng)而在叉指上轉(zhuǎn)換為電信號,并通過匯流電極輸出到負載。

圖2

對于均勻叉指換能器,指條寬度為周期節(jié)長度的1/4,聲同步頻率:

式中vs為聲表面波的傳播速度,p為周期節(jié)長度。

單端對諧振器的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。在一個叉指換能器的兩邊各有一個反射器,叉指換能器與反射器之間有一定間隔,叉指換能器的電端口分別是諧振器的輸入和輸出端。由于每個條帶反射聲表面波,周期性排列的條帶對聲表面波的反射的結(jié)果是使叉指換能器出現(xiàn)諧振特性。

圖3

計算或者測量導(dǎo)納特性是獲取等效電路的常用方法,單端對諧振器的導(dǎo)納特性的測量結(jié)果表明,在兩個頻率點出現(xiàn)導(dǎo)納的虛部為零,即電納為零。在電納為零的第一個頻率點對應(yīng)的電導(dǎo)最大,即電阻最小,該點所對應(yīng)的頻率稱為諧振頻率,而在略高于諧振頻率處出現(xiàn)的另外一個電納為零的點對應(yīng)的電導(dǎo)最小,即電阻最大,該點所對應(yīng)的頻率稱為反諧振頻率。

圖4

單端對諧振器具有的諧振特性本身就是頻率選擇特性,當負載與諧振器串聯(lián)或者并聯(lián)后接到信號源時,諧振器的功能便是一個濾波器。圖5分別表示負載與諧振器串聯(lián)或者并聯(lián)后接到信號源時的頻率特性,由圖可見,這樣的結(jié)構(gòu)濾波特性并不理想,因此在實際中常采用多個諧振器作適當?shù)倪B接構(gòu)成濾波器,這種結(jié)構(gòu)的濾波器又稱為阻抗元件濾波器。