超大带宽高频XBAR谐振器研究

随着第五代移动通信(5G)时代的到来,高频、大带宽的谐振器成为通信行业的迫切需求。该文设计制备了一款可实现高频超大带宽的横向激发体声波谐振器(XBAR)。该谐振器A1模式的谐振频率为5.81 GHz,机电耦合系数可达39.6%,Q-3 dB为248;A3模式的谐振频率高达17.04 GHz,机电耦合系数为7.0%。该谐振器A1和A3模式的频率温度漂移系数(TCF)分别为-72.6×10^-6/℃和-38.5×10^-6/℃。此外,该文还提出了一种新型叉指电极(IDT)结构,该结构可以抑制寄生模式,提升谐振器性能。     

射频SAW器件非线性信号的测量及产生机制分析

射频前端的高度集成和高能量密度使声表面波(SAW)器件的非线性问题愈发严重。该文搭建了射频SAW器件非线性信号的测量系统,对SAW谐振器的二次谐波(H2)和三次谐波(H3)信号进行了准确测量。分析测量结果,讨论了非线性谐波信号的产生机制,并通过非线性有限元(FEM)模型仿真结果与测量结果拟合对比,验证了介电非线性和声应变的非线性效应对谐波产生的影响,为进一步研究非线性抑制方法,设计高线性度SAW器件提供了重要支撑。     

高Q值横向激发体声波谐振器的设计与制备

随着5G移动通信时代的发展,射频前端(RF front-ends)的滤波和信号处理迫切需要高频大带宽的声学谐振器。横向激发体声波谐振器(XBAR)具有超高的工作频率和超大的机电耦合系数(k²),但其品质因数(Q)值不高,阻碍了其在射频前端中的应用。该文提出了一种基于ZY切铌酸锂(LiNbO₃)的XBAR谐振器,通过有限元(FEM)仿真对谐振器进行了优化设计,并在微机电系统(MEMS)工艺下对谐振器进行加工。该文所制备的横向激发体声波谐振器A₁模式的谐振频率为4.72 GHz,k²=26.9%,Q_{3 dB}为384,温度频率漂移系数为-60.5×10^-6/℃。A₃模式的谐振频率为13.5 GHz,k²=4.4%。     

基于薄膜IPD工艺的N77频段多零点带通滤波器设计

针对微波滤波器对高性能和低成本的应用需求,将薄膜集成无源器件(Integrated Passive Device, IPD)工艺与印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)工艺相结合,设计了一款含有三个传输零点的宽带集总带通滤波器。为提升器件Q值,降低带内损耗并缩小器件尺寸,将滤波器谐振回路的电感以三维电感的形式设置于金属层较厚的PCB基板中,而其他电路结构则被集成在高阻硅基片上,通过倒装焊植球的方式(Flip-Chip Ball Grid Array, FBGA)将高阻硅基芯片键合到基板上。为验证理论的有效性,加工制备了一款N77频段的带通滤波器,其不包括外部管脚的整体尺寸为2.2 mm×3.0 mm, 1 dB带宽为918 MHz,带测试板的实测插损为-2.58 dB。测试结果与预期的仿真结果达成一致。     

纳米多层电极增强声表面波滤波器功率耐受性的研究

移动通信技术的快速发展对声表面波滤波器性能提出了更高的要求,输入功率的提升和尺寸的减小使得器件上的功率密度急剧上升,亚微米级别的铝叉指电极在高功率下会发生声迁移从而导致器件失效,因此如何使器件在高功率下稳定地工作已经成为声表面波领域亟待解决的关键科学问题。针对铝电极抗声迁移能力差的难点,本文采用有限元方法计算了叉指应力分布并阐明了其工作中最薄弱的部位,基于此针对性地设计并制备了Al-0.9 wt.%Cu(Al-Cu)/Ti/Cu/Ti纳米多层复合电极,以期提升器件的功率耐受性。通过X射线衍射、原子力显微镜、透射电镜等手段表征薄膜织构和微观结构,揭示电极微结构状态对器件功率耐受性的影响。功率测试结果表明,基于Al-Cu/Ti/Cu/Ti多层复合电极的声表面波滤波器最大承受功率达到34.5 dBm(2.81 W),是Al-Cu/Ti电极滤波器的1.78倍。本文为5G时代高功率声表面波器件提供了一种成本低廉、制备简单的电极材料方案。     

新型波浪加权式高性能声表面波滤波器设计

射频滤波器是移动通信中信号传输频率选择、噪声滤除干扰的不可或缺的关键器件。压电薄膜多层衬底结构的声表面波滤波器因具有高矩形度、低损耗等优点在近年来被广泛应用,但其谐振器固有的横向模式会极大影响滤波器性能。为此提出了一种新型的波浪加权式叉指设计的声表面波谐振器,该谐振器通过使用正弦函数作为交叠长度加权包络曲线,能够在不恶化谐振器性能的前提下有效抑制谐振器中的横向模式。将波浪加权式叉指设计的谐振器按照梯形拓扑结构级联,设计并制备了一款尺寸为1.1 mm×0.9 mm×0.55 mm的高性能滤波器。该滤波器中心频率为2.593 GHz,相对带宽为8.8%,插入损耗为0.52 dB。实物测试结果与仿真基本一致。