TC-SAW滤波器仿真与设计技术

该文介绍了温度补偿滤波器的设计方法。通过研究温度补偿结构的材料,在性能和温度系数之间求取最佳的层间参数搭配。在此基础上提取三维耦合模式模型(COM)参数数据库,并置于设计仿真软件中,最终可以实现高温稳定型声表面波(TC-SAW)滤波器的设计优化。根据指标要求设计目标函数,设计出满足要求的低损耗TC-SAW滤波器。利用多层FEM/BEM软件对性能进行精确验证,实验结果与仿真结果吻合良好。     

基于层次级联模型的声表面波COM参数提取方法

该文研究了基于层次级联模型的耦合模(COM)参数提取方法。通过仿真42°Y-X LiTaO₃衬底的有限长声表面波(SAW)单端谐振器,提取COM参数及建立COM参数数据库,研制了一款1 200 MHz的三换能器混合结构的SAW滤波器。结果表明,实际制作器件响应和仿真幅频响应符合性好,验证了该文提取COM参数方法的可行性,可用于指导SAW滤波器设计。     

周期栅格中的场与COM参量提取

从耦合模式模型(COM)方程出发,得到周期短路栅格与开路栅格中场分布的解析表达式,利用给出COM参量,研究了场分布的特征,通过对解析表达式和典型频率的场分布图形的研究,找到与场分布有关的一些特征量,并将这些特征量与COM参量通过一定的解析关系联系起来.在用其他方法得到了周期栅格中的场分布时,可拟合场分布包含的这些特征量从而得出对应的COM参量.该文给出了一种从场分布提取随频率变化的COM参量的方法.     

基于七换能器结构的Band3-Rx滤波器产品设计

该文介绍了一种用于Band3频段接收端的声表面波滤波器的研制过程。为满足滤波器的大宽带性能及阻带低端的高选择性要求,采用七阶叉指换能器混合结构的耦合模式模型进行自动优化设计和多次优化迭代,并利用有限元法/边界元法(FEM/BEM)软件进行精确的声学验证,最后通过实验验证了仿真结果的有效性。     

基于COMSOL的声表面波器件二维等效模型设计

利用COMSOL软件建立了声表面波(SAW)单端口谐振器和双端口滤波器的二维等效模型,基于有限元法通过该模型计算了完整的SAW谐振器和梯形滤波器结构的导纳和频率响应特性,并将该结果与通过COM耦合模型模拟的结果进行对比。结果表明,基于有限元法利用二维等效模型模拟SAW器件性能是可行的。同时研究了电极电阻和传播损耗对谐振器导纳的影响,为进一步研究SAW器件特性提供了理论依据。     

一种单端谐振器去夹具测试方法

介绍了一种单端谐振器去夹具测试的方法。该方法是将夹具误差等效成3项系统误差,利用矢量网络分析仪对夹具的短路、开路和负载状态进行直接测量求得这3项误差,然后通过公式转换得到被测件去除夹具影响后真实的S参数。通过编写优化程序拟合器件的导纳曲线,从而可准确计算出谐振器各等效电路元件值以及品质因数(Q)值。实验证明,该方法准确有效,适用于声表面波单端谐振器和声表面横波单端谐振器。     

声表面波器件中非同步区域体波散射的抑制

用有限元/边界元法(FEM/BEM)研究了表面波器件中非同步区域中体波散射引起的损耗。以典型的hiccup单端对谐振器作参考结构,用结构参数缓慢变化的间隙取代其中间的自由间隙。研究发现,改变间隙参数可在保持谐振频率不变的同时,提高谐振器的品质因数值。对分布间隙和风琴间隙两种间隙结构进行对比,结果表明,前者优于后者。将传统DMS滤波器中的金属化间隙以分布间隙取代,可找到一个优化的分布间隙结构,使插损提高0.3 dB。     

低损耗梳状声表面波延迟线的耦合模分析

梳状换能器可看成若干叉指单元电端并联,声端首尾串联而成的网络,采用单向结构可降低采用这种结构的声表面波延迟线的损耗。根据耦合模(COM)理论推导出整个换能器的混合矩阵(P矩阵)并结合等效电路模型得到了整个延迟线二端网络的导纳矩阵以及延迟线的幅频及相频响应。本方法能模拟指间反射、三次行程、指条寄生阻抗以及外围电路对器件的影响;理论模拟与实验结构吻合。     

微带结构Sommerfeld 积分奇异性分析和表面波极点有效提取

提取表面波的DCIM能够准确计算无耗分层媒质中的空域格林函数。然而,多层媒质表面波极点的提取比较困难,并且此方法没有考虑侧面波在远区的作用。本文基于复变函数理论,严格分析了Sommerfeld积分极点和支点奇异性对远场的影响;将PSO(particle swarm optimization)与Newton-Raphson算法相结合,提出一种快速精确定位表面波极点的方法,并将其应用到提取表面波的三级DCIM,实现了分层媒质空域格林函数的准确计算。通过单层无耗介质和四层有耗介质微带结构空域格林函数的计算实例,证明了该方法的正确性和有效性。     

基于COMSOL的小尺寸SAW滤波器仿真

针对基于钽酸锂压电基底的小尺寸边缘反射型声表面波（SAW）滤波器,该文采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对该SAW滤波器进行建模仿真,并进行了固体力学和静电学物理场的有限元仿真分析。同时讨论了电极材料、电极厚度对其导纳曲线谐振频率和反谐振频率的影响,证明了电极厚度能够影响器件导纳曲线的寄生谐振,且选定导纳曲线中寄生谐振最弱时的厚度为该电极的最佳厚度。最后选用厚度为1.6 μm的Al作为该小尺寸SAW滤波器的电极,并对不同基片端面位置下的传输响应进行仿真分析。常规的二维FEM仿真结果表明,当基片边缘端面距叉指换能器(IDT)边缘为0时,器件的中心频率为126.35 MHz,插入损耗为-2.57 dB,-3 dB带宽为3.3 MHz。该仿真结果与经COM模型模拟获得的响应结果具有较高的匹配度,从理论仿真角度进一步证明了大介电常数基片端面反射可以等效为一个强反射的反射条。     

基于声表面波的喇曼型声光移频器的研究

A Raman acousto-optic frequency shifter （AOFS） based on surface acoustic wave （SAW） is presented. It consists of a double-ended SAW resonator and optical waveguide system. The structure parameters of the SAW resonator are optimized using COM software and the optical waveguide system is designed using an effective index method. The AOFS prototype fabricated using MEMS technology is detected. The optical beat signals su- perimposed by ± 1st-order and ±2nd-order diffracted beams are detected. The frequency shift of 78.2201 MHz related to the 1 st-order diffracted beams and 156.2306 MHz related to the 2nd-order diffracted beams are obtained respectively.     

声表面波－阶耦合模微分方程的推证

从一阶波动方程出发，详细推证了声表面波一阶耦合模微分方程，得到一个对任何声表面波器件普适的一阶耦合模方程，并阐明了方程中各参数及变量的物理意义，为精确分析和设计低损耗声表面波器件提供了最基础的理论依据。     

基于分层级联技术的梯形声表面波滤波器正向设计

针对任意复杂拓扑结构的梯形声表面波(SAW)滤波器的精确快速设计问题,基于声/电/磁多物理场耦合全波仿真平台,结合基因遗传优化算法和通用图形处理器(GPGPU)加速技术,利用有限元分层级联精确模型(HCT)代替COM模型进行SAW滤波器的设计与优化,计算速度和优化速度与COM模型相当。通过42°Y-X LiTaO₃常规SAW滤波器的优化设计与研制,插入损耗为0.67 dB,2 dB相对带宽为3.85%,验证了该方法的有效性和可行性。     

差分负载式无线无源声表面波应变传感器研究

在用声表面波(SAW)传感器直接测量应变时,易受到环境温度的干扰,将不可避免地产生力温耦合效应。针对该问题,该文提出了一种新型的外接应变传感器负载,并采用了差分结构的无线无源SAW应变传感器设计方法。传感器采用双通道SAW反射型延迟线作为无线传感系统的应答器,其中一个通道外接力容性应变片作为外接负载传感器以感知应变量,另外一个通道则外接参考负载以差分抵消测试环境温度变化的影响。该文结合耦合模理论,仿真了负载容性应变传感器电容变化引起的SAW传感系统响应特性。最后通过实验验证了这种差分负载式SAW应变传感器的可行性与有效性。     

声表面波标签中金属栅阵的耦合模理论

耦合理论广泛应用于声表面波器件模拟和设计中。该文利用有限元分析软件与耦合模(COM)理论分析了金属栅阵中声表面波的传播特性,得到栅极厚度为不同值时声表面波在短路栅或开路栅中传播时的频散特性与耦合系数、相对波数以及衰减常数等耦合参数,说明随着栅极厚度的增大,短路栅特性下声表面波的衰减系数与阻带宽度会随之减小,而开路栅则相反。     

小型化双通带声表滤波器设计研究

针对小型化双通带声表面波(SAW)滤波器的需求背景,对两端口、两通带的SAW滤波器的设计技术展开研究。通过搭建包含两组耦合模(COM)参数的双通带SAW滤波器声电协同仿真平台,分析优化滤波器性能,成功研制出CSP2520封装的双通带SAW滤波器,其中心频率分别为1 995 MHz和2 185 MHz,通带带宽均为40 MHz,插入损耗小于3 dB,通带间隔离度大于30 dB。测试与仿真结果基本一致。