射频声表面波滤波器的研究

论文摘要

和其它类型的滤波器的作用类似，声表面波滤波器的主要功能是滤除不希望的干扰信号。由于声表面波滤波器具有体积小、一致性好、性能出色、适合大规模生产的优点，因此在通讯、导航、无线数据传输等领域的相关设备以及电子视听产品中获得了广泛的应用。近年来移动通讯的快速发展，特别是适用于第三代移动通讯系统的多模式、多频段手机的广泛使用带来了对声表面波滤波器和双工器的巨大市场需求，宽带、低损耗的声表面波滤波器成为研发的热点。本文内容包括声表面波滤波器的基本理论和设计方法、制作工艺与测试方法、滤波器对电路性能的影响等方面的研究内容，并进行了声表面波滤波器和声表面波谐振器的设计、仿真、制作与测试，主要工作包括：采用单相单向换能器制作了低群延时波动的中心频率500 MHz的声表面波横向滤波器；采用ZnO/IDT/Diamond结构获得高的声表面波传播速度，制作并测试了中心频率5 GHz的声表面波横向滤波器。使用耦合模分析法分析叉指换能器、谐振器，通过模拟结果研究了谐振器的设计，使用石英基片和铌酸锂基片制作了谐振器，研究了谐振器中存在的寄生谐振模式，采用指条宽度和长度加权的假指抑制寄生模式的影响，使用梯形滤波器结构分别制作并测试中心频率为940 MHz、1 GHz、1．8 GHz的谐振器型声表面波滤波器。通过改进声表面波分布的图像化测试系统，实现了对声表面波分布的幅度和相位数据的高速采集，采集2620(x)×410(y)点阵的数据仅需大约20 min．。采集的数据变换到波数域进行分析和处理，消除测量过程中电磁直通、光反射率不同等因素的影响，重构质量更好的声表面波场分布的图像。研究了滤波器的反射系数对放大器性能的影响，提出了用90°混合节与滤波器构成的结构改善滤波器反射系数的方法，并分别使用微带和集总参数元件制作电路，测量结果证实了该方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 声表面波技术
• 1.2 声表面波滤波器的特点
• 1.3 声表面波滤波器的发展概况与研究现状
• 1.4 课题的目的、意义以及研究内容
• 第二章 叉指换能器
• 2.1 基本结构
• 2.2 频率响应
• 2.3 脉冲响应与叉指换能器结构的对应关系
• 2.4 等效电路
• 2.4.1 马松等效电路
• 2.4.2 导纳矩阵
• 2.4.3 输入导纳
• 2.4.4 一般等效电路
• 2.5 谐波产生
• 2.6 单向换能器
• 2.7 本章小结
• 第三章 横向滤波器
• 3.1 基本结构
• 3.2 频率响应
• 3.3 二端网络表示
• 3.4 影响滤波器性能的主要因素
• 3.4.1 二阶效应
• 3.4.2 基片材料
• 3.4.3 结构
• 3.5 滤波器的设计方法
• 3.5.1 窗口函数法
• 3.5.2 傅立叶变换法
• 3.5.3 优化设计法
• 3.6 滤波器的制作
• 3.6.1 常规光刻工艺流程
• 3.6.2 采用电子束光刻的剥离法工艺流程
• 3.6.3 实验
• 3.7 本章小结
• 第四章 谐振器型声表面波滤波器
• 4.1 耦合模分析法
• 4.1.1 耦合模方程
• 4.1.2 周期分布的金属栅阵的耦合模分析
• 4.1.3 叉指换能器的耦合模分析
• 4.1.4 P矩阵
• 4.2 单端对谐振器
• 4.2.1 等效电路
• 4.2.2 寄生参数和高次谐振模
• 4.2.3 设计
• 4.3 阻抗元件滤波器
• 4.3.1 L型滤波器
• 4.3.2 梯形滤波器
• 4.3.3 格型滤波器
• 4.4 双模声表面波滤波器
• 4.5 实验
• 4.6 本章小结
• 第五章 S参数测量及声表面波分布的图像化
• 5.1 S参数测量
• 5.2 时域分析
• 5.3 声表面波分布的图像化
• 5.3.1 激光刀口法检测原理
• 5.3.2 系统构成
• 5.3.3 实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 反射系数的影响及改善
• 6.1 信号的无失真传输
• 6.2 反射系数的影响
• 6.3 反射系数的改善
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 研究总结
• 7.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 读博期间取得的研究成果