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傳播的彈性波,按振動方式、向彈性固體內部的透入深度以及所適應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換結構。

叉指換能器的基本結構如下圖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(結構周期或周期)p以及指對數(shù)目N表征換能器的結構特征。

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,指條之間的介質由于逆壓電效應產(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而在叉指上轉換為電信號,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構如圖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果是使叉指換能器出現(xiàn)諧振特性。

圖3

計算或者測量導納特性是獲取等效電路的常用方法,單端對諧振器的導納特性的測量結果表明,在兩個頻率點出現(xiàn)導納的虛部為零,即電納為零。在電納為零的第一個頻率點對應的電導最大,即電阻最小,該點所對應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的電導最小,即電阻最大,該點所對應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,這樣的結構濾波特性并不理想,因此在實際中常采用多個諧振器作適當?shù)倪B接構成濾波器,這種結構的濾波器又稱為阻抗元件濾波器。