体声波滤波器的设计与微加工方法

提出了一种易于使用的薄膜体声波(FBAR)滤波器的4步设计方法,以一种FDD-LTE Band7的Rx滤波器为例展示了该方法的应用流程。第一步,根据FBAR滤波器的中心频率和带宽指标,确定FBAR薄膜叠层中各层薄膜的厚度。第二步,得到滤波器的电路结构。第三步,得到每个FBAR单元的谐振区面积;为此,将串联FBAR单元的谐振区面积、并联FBAR单元与串联FBAR单元的谐振区面积比值作为两组优化参数;将给定滤波器的插入损耗和带外抑制指标作为优化目标,利用ADS软件中的梯度优化算法,得到其优化值。第四步,旨在使滤波器的带内纹波最小化。设计中采用一种新的FBAR电极厚度调整方法,故意使串联FBAR的串联谐振频率与并联FBAR的并联谐振频率频率值不等,但相差很小,实现了该目标。由于案例设计结果中,SiO2支撑层的厚度仅300nm,需要在背面通孔刻蚀的微加工工艺中工序保留良好,因此,提出了一种基于绝缘衬底上的Si(SOI)圆片中埋氧层(BOX)缓冲的两步通孔刻蚀工艺方案,该方法利用了BOX的刻蚀自停止特性。研究结果表明,Rx滤波器插入损耗为0.6dB,在Tx频段的带外抑制为40.4dB,带内纹波为0.4dB。由此验证了该设计方法的可行性。     

BAW梯型滤波器带外抑制调节电感的优化方法

为了使用最小的电感改善体声波(BAW)梯型滤波器的带外抑制,提出了一种BAW梯型滤波器带外抑制调节电感的优化方法,该方法对电感值进行了两次连续优化。首先分析了电感改善BAW梯型滤波器带外抑制的原理、结合单个薄膜体声波谐振器(FBAR)的静态电容公式并推导并联FBAR支路串联一个电感的输入阻抗表达式,得到在FBAR谐振区面积较大的并联支路,比在其他支路串联电感,对滤波器带外抑制的改善程度较大、电感值较小,该步确定了电感的最佳位置,随之确定的电感值较小;在此基础上,通过使上述卓越的带外抑制性能退化到带外抑制指标附近,电感值进一步减小。通过以上两次连续优化,能迅速确定一个最小的电感值及所在位置。结合一个31/2阶BAW梯型滤波器,验证了该优化方法的有效性。     

确定BAW梯形滤波器阶数的方法

为确定体声波(BAW)梯形滤波器的阶数,使用仿真法研究了滤波器的带外抑制与并、串联薄膜体声波谐振器(FBAR)的电容比Cps和滤波器阶数N的关系。基于FBAR的Mason 解析电路模型构建了1~6阶BAW梯形滤波器,Cps取值为1~6,对1~6阶BAW梯形滤波器进行仿真,取滤波器的左带外抑制进行统计并绘制曲线图。此外,BAW梯形滤波器的阶数可包括半阶数,用同样仿真法改变阶数(N=1.5,…,5.5)对滤波器进行仿真。仿真结果表明,当Cps一定时,带外抑制基本随滤波器的阶数等量增加。当滤波器的阶数一定时,带外抑制随Cps的增加而增加。在优化设计时,并、串联FBAR谐振器区面积比(即Cps)一般设置为1~4,在此范围内滤波器阶数每增加一阶,带外抑制平均增加约10 dB;滤波器的阶数增加半阶时,带外抑制约增加整阶数的一半,即5 dB,而此时通带内的插损基本保持不变。故设计滤波器时,根据设计指标中的带外抑制可初步确定滤波器的阶数。     

体声波滤波器的片上测试与性能表征

为了表征制备的L波段体声波(BAW)滤波器的性能,采用射频探针台和矢量网络分析仪片上测试获得了BAW滤波器的S参数;在ADS软件环境下计算了BAW滤波器的各项性能参数。比较实测与仿真得到的S参数曲线,发现:低阻硅衬底会使BAW滤波器的带内插损显著增加;BAW滤波器中各薄膜体声波谐振器(FBAR)单元的薄膜沉积厚度误差会使BAW滤波器的带内波动偏大,且FBAR薄膜厚度较设计值增大时BAW滤波器的中心频率会向下偏移。以制备的一只BAW滤波器为例,测得其中心频率为1 495MHz,带宽为17MHz,带内插损为-46.413dB,带内波动为2.816dB,带外抑制为-72.525dB/-79.356dB,电压驻波比为1.940。该文给出的BAW滤波器片上测试与性能表征方法具有通用性。     

Band 40波段体声波滤波器的设计北大核心

射频(RF)滤波器在4G移动通信(如Band 40波段)中具有广泛应用。描述了基于薄膜体声波谐振器(FBAR)技术的RF滤波器的设计和制作方法。体声波滤波器是由FBAR以T型结构级联的方式实现的。在滤波器的设计过程中,为了使仿真结果更接近于实际情况,采用考虑电极和衬底间耦合效应的改进的Mason模型对FBAR进行性能仿真和优化。最后,在8英寸(1英寸=2.54 cm)CMOS工艺线上对此滤波器进行了流片。测试结果表明,Band 40波段的体声波滤波器具有低的通带插入损耗(小于3 dB)、高的带外抑制(大于40 dB)和快速滚降特性。     

薄膜体声波谐振器的研究与仿真

随着5G通信技术的发展,射频前端器件趋向于集成化、微型化,使得薄膜体声波谐振器(FBAR)技术成为通信领域的研究热点之一。该文对FBAR谐振单元选择不同阶数的梯形级联方式,通过射频仿真软件ADS建立MBVD等效电路模型,实验仿真其性能参数输出曲线,设计出频带区间在工信部规划的5G通信频段(4.8～5.0 GHz)标准内的高频窄带滤波器。实验仿真结果表明,所设计的FBAR频带在4.849～4.987 GHz,增加FBAR单元的级联阶数可以提高带外抑制,其插入损耗很小,满足5G通信系统对滤波器的性能参数要求。     

微型FBAR滤波器芯片

薄膜体声波谐振器(FBAR)技术,是一种基于声体波谐振的新技术。当一交变射频电压施加于两电极之间时,在压电薄膜内形成交变电场。通过压电薄膜的逆压电效应产生的机械形变激发体声波、在两电极间来回反射,当体声波的传播为半波长或半波长的奇数倍时发生谐振。和声表面波滤波器相比,FBAR滤波器具有体积小、带外抑制高、     

薄膜体声波滤波器结构和设计

随着无线通信设备的小型化发展,薄膜体声波谐振器(FBAR)已成为国内外研究热点.该文综述了FBAR滤波器的拓扑结构、工作原理和仿真模型,并选择梯形滤波器方案,通过ADS射频仿真软件建立起MBVD一维等效电路模型模拟其传输特性.按照全球定位系统(GPS)滤波器设计要求,设计了频带为1 530～1 590 MHz的窄带滤波器.仿真表明,增加串、并联谐振器阶数可有效提高带外抑制,而减少其面积比在进一步增加带外抑制的同时,减少了插损和器件整体面积.设计所得滤波器带宽60 MHz,带外抑制50 dB,插损3 dB.     

一种X波段同轴双工器设计

在具有有限传输零点的广义Chebyshev带通滤波器的综合理论基础上,根据计算出的耦合矩阵设计滤波器仿真模型,应用电磁仿真软件结合最优化方法,采用群时延拟合法对双工器的尺寸进行优化设计.实物测试结果表明,双工器的插入损耗≤1.5 dB,输入输出电压驻波比≤1.5,带外抑制大于85 dB,得到的实测曲线满足设计要求,论证了该方法的正确性.     

宽带FBAR滤波器的研制

采用阶梯型结构的薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器芯片和外匹配电路实现了一种输入输出端口阻抗均为50 Ω的宽带FBAR滤波器.FBAR滤波器芯片采用自主的FBAR滤波器工艺实现,外匹配电路采用0.35 μm GaAs工艺实现,并在该芯片上植球,采用倒装工艺将FBAR滤波器芯片与外匹配电路芯片进行异构集成.然后采用微组装工艺将异构集成芯片装配在标准陶瓷外壳中,外壳通过平行封焊工艺实现气密封装,体积仅为3.8 mm×3.8 mm×1.8 mm.测试结果显示,该滤波器通带频率范围为3 300～3 600 MHz,1 dB带宽约为300 MHz,相对带宽为8.7％,插入损耗为1.41 dB,在3 250 MHz和3 650 MHz处带外抑制分别为16.5 dBc和48.2 dBc.将实测结果与仿真结果进行了对比,两者基本吻合.     

Balanced RF Duplexer with Low Interference Using Hybrid BAW Resonators for LTE Application

A balanced RF duplexer with low interference in an extremely narrow bandgap is proposed. The Long‐Term Evolution band‐7 duplexer should be designed to prevent the co‐existence problem with the WiFi band, whose fractional bandgap corresponds to only 0.7%. By implementing a hybrid bulk acoustic wave (BAW) structure, the temperature coefficient of frequency (TCF) value of the duplexer is successfully reduced and the suppressed interference for the narrow bandgap is performed. To achieve an RF duplexer with balanced Rx output topology, we also propose a novel balanced BAW Rx topology and RF circuit block. The novel balanced Rx filter is designed with both lattice‐ and ladder‐type configurations to ensure excellent attenuation. The RF circuit block, which is located between the antenna and the Rx filter, is developed to simultaneously function as a balance‐to‐unbalance transformer and a phase shift network. The size of the fabricated duplexer is as small as 2.0 mm × 1.6 mm. The maximum insertion loss of the duplexer is as low as 2.4 dB in the Tx band, and the minimum attenuation in the WiFi band is as high as 36.8 dB. The TCF value is considerably lowered to ?16.9 ppm/°C.     

C波段WLP薄膜体声波滤波器的研制

该文研制了一种晶圆级封装(WLP)的C波段薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器.采用一维Mason等效电路模型对谐振器进行设计,并使用H FSS对电磁封装模型进行优化,再在ADS中对滤波器进行仿真优化设计,得到阶梯型结构的FBAR滤波器.采用空腔型结构并制备出FBAR滤波器芯片,同时利用覆膜工艺对FBAR裸芯片进行覆膜和...     

SMR–BAW duplexer for W-CDMA application

This paper presents the design of a novel antenna duplexer based on a mixed ladder lattice topology using advanced Solidly Mounted Resonator–Bulk Acoustic Wave (SMR–BAW) and Integrated Passive Device (IPD) technologies. The duplexer is designed for application on W-CDMA handsets (Tx: 1920–1980 MHz, Rx: 2110–2170 MHz). The design methodology and implementation issues are discussed. A combined electromagnetic acoustic analysis results in a maximum insertion loss of 1.75 and 2.3 dB for Tx and Rx paths. The Tx–Rx isolation is better than 47/57 dB. The assembly of both Rx and Tx filters on the IPD will be discussed, as well as the simulated and measurement results.     

A V-band front-end with 3-D integrated cavity filters/duplexers and antenna in LTCC technologies

This paper presents a compact system-on-package-based front-end solution for 60-GHz-band wireless communication/sensor applications that consists of fully integrated three-dimensional (3-D) cavity filters/duplexers and antenna. The presented concept is applied to the design, fabrication, and testing of V-band (receiver (Rx): 59-61.5 GHz, transmitter (Tx): 61.5-64 GHz) transceiver front-end module using multilayer low-temperature co-fired ceramic technology. Vertically stacked 3-D low-loss cavity bandpass filters are developed for Rx and Tx channels to realize a fully integrated compact duplexer. Each filter exhibits excellent performance (Rx: IL<2.37 dB, 3-dB bandwidth (BW) /spl sim/3.5%, Tx: IL<2.39 dB, 3-dB BW /spl sim/3.33%). The fabrication tolerances contributing to the resonant frequency experimental downshift were investigated and taken into account in the simulations of the rest devices. The developed cavity filters are utilized to realize the compact duplexers by using microstrip T-junctions. This integrated duplexer shows Rx/Tx BW of 4.20% and 2.66% and insertion loss of 2.22 and 2.48 dB, respectively. The different experimental results of the duplexer compared to the individual filters above are attributed to the fabrication tolerance, especially on microstrip T-junctions. The measured channel-to-channel isolation is better than 35.2 dB across the Rx band (56-58.4 GHz) and better than 38.4 dB across the Tx band (59.3-60.9 GHz). The reported fully integrated Rx and Tx filters and the dual-polarized cross-shaped patch antenna functions demonstrate a novel 3-D deployment of embedded components equipped with an air cavity on the top. The excellent overall performance of the full integrated module is verified through the 10-dB BW of 2.4 GHz (/spl sim/4.18%) at 57.45 and 2.3 GHz (/spl sim/3.84%) at 59.85 GHz and the measured isolation better than 49 dB across the Rx band and better than 51.9 dB across the Tx band.     

高隔离度声表面波双工器技术研究

随着5G通信技术的发展,通信频段的演进对于声学滤波器的性能指标、封装尺寸、集成度等要求越来越高。但在小尺寸的声表面波双工器中,隔离度指标是设计中的一个难点。该文针对如何提高双工器隔离度指标展开研究。基于耦合模模型与电磁仿真模型建立了双工器的仿真模型。通过采用拓扑结构的改进、共地电感与封装外壳的改进等方法,最终实现了在发射端(Tx)隔离度为-60.5 dB,接收端(Rx)隔离度为-50 dB,且具有小插入损耗特征的Band 5双工器设计,较之未改进前的双工器,其隔离度有明显改善。     

双波段高抑制的LTCC微型双工器设计

该文设计了基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术的双波段高抑制、低损耗的双工器。该双工器由低通滤波器和带通滤波器组成,且在低、高频段的阻带抑制方面运用了传输零点理论,在实现双工器低损耗的同时,也实现了在多波段的高抑制,提升了双工器的性能。该双工器在低频段(0.68~0.95 GHz)及高频段(1.43~2.40 GHz)时插损均小于1.2 dB,但在1.43~2.40 GHz时双工器抑制大于20 dB,0.68~0.95 GHz时双工器抑制大于15 dB。在4.9~5.9 GHz时双工器抑制大于13 dB,具有良好的市场应用前景。     

基于磁性光子晶体的高性能微波带通滤波器

提出了一种基于磁性光子晶体的高性能微波带通滤波器。仿真计算和实验测量结果表明,该滤波器矩形系数好,插入损耗小,带外抑制高且带内平坦。研制的中心频率为10.75 GHz的通带滤波器,带宽达1.3GHz,通带内插入损耗小于5dB,带外抑制50dB以上。改变磁性圆柱的半径或磁性光子晶体的晶格常数可设计出工作在不同频段,具有不同带宽的微波滤波器。     

一种基于模式匹配法的窄带Iris波导滤波器设计

提出了一种基于模式匹配法的窄带Iris波导滤波器设计方法,通过引入Matlab优化使滤波器设计周期缩短了约1/3。设计的窄带滤波器相对带宽小于3%,且较好的克服了毫米波频段滤波器高频端带外抑制较差的难题。测试结果表明,该带通滤波器插入损耗小于0.8 dB,驻波比小于1.2,中心频率34.86 GHz,带外抑制52 dB@36.5 GHz,已被成功应用于某毫米波雷达通信系统中。