射频微波滤波器（2）-声表面波滤波器

2016-10-31 by:CAE仿真在线来源:互联网

声表面波(Surface Acoustic Wave,又称为SAW)是在弹性固体表面和表面附近的浅层内传播的弹性波,按振动方式、向弹性固体内部的透入深度以及所适应的边界条件可细分为瑞利波(Ravleigh)、乐甫波(Love)、拉姆波(Lamb)、广义瑞利波等多种,其中应用最广泛的是瑞利波。

叉指换能器(Iterdigital Transducer,又称为IDT)尺寸小,能够高效地激励和接收声表面波,是声表面波滤波器以及其它表面波器件中典型的电声转换结构。

叉指换能器的基本结构如下图1所示。压电基片上的金属条带相互交错,分别连接于两个汇流电极上。这些金属条带称为叉指,并常用指宽a,指间间隔b,指重叠长度(声孔径)W、周期节长度(结构周期或周期)p以及指对数目N表征换能器的结构特征。

图1

声表面波的激励与接收如下图2所示。当一个叉指换能器的汇流电极接于交变信号源时,指条之间的介质由于逆压电效应产生形变,激励的声表面波在基片表面及靠近表面的浅层内沿着与指条垂直的两个相反方向传播,到达另外一个叉指换能器的声表面波由于压电效应而在叉指上转换为电信号,并通过汇流电极输出到负载。

图2

对于均匀叉指换能器,指条宽度为周期节长度的1/4,声同步频率:

式中vs为声表面波的传播速度,p为周期节长度。

单端对谐振器的基本结构如图3所示。在一个叉指换能器的两边各有一个反射器,叉指换能器与反射器之间有一定间隔,叉指换能器的电端口分别是谐振器的输入和输出端。由于每个条带反射声表面波,周期性排列的条带对声表面波的反射的结果是使叉指换能器出现谐振特性。

图3

计算或者测量导纳特性是获取等效电路的常用方法,单端对谐振器的导纳特性的测量结果表明,在两个频率点出现导纳的虚部为零,即电纳为零。在电纳为零的第一个频率点对应的电导最大,即电阻最小,该点所对应的频率称为谐振频率,而在略高于谐振频率处出现的另外一个电纳为零的点对应的电导最小,即电阻最大,该点所对应的频率称为反谐振频率。

图4

单端对谐振器具有的谐振特性本身就是频率选择特性,当负载与谐振器串联或者并联后接到信号源时,谐振器的功能便是一个滤波器。图5分别表示负载与谐振器串联或者并联后接到信号源时的频率特性,由图可见,这样的结构滤波特性并不理想,因此在实际中常采用多个谐振器作适当的连接构成滤波器,这种结构的滤波器又称为阻抗元件滤波器。