SAW滤波器

原理

　　SAW滤波器的结构如图所示。它由压电材料制成的基片及烧制在其上面的梳状电极所构成。当给声表面波滤波器输大端输入信号后，在电极司压电材料表面将产生与外加信号频率相同的机械振动波。该振动波以声波速度在压电基片表面传播，当该波传至输出端时，由输出端梳状电极构成的换能器将声能转换成交变电信号输出。

　　从上面介绍不难看出，SAW滤波器是由两个换能器组成的，输入端换能器将电能转换成声能发出声表面波，而输出端换能器则是将接收到的声表面波声能转换成电能输出。声表面波滤波器就是利用压电基片上的这两个换能器来产生声表面波和检出声表面波的，以完成滤波的作用。

特点

　　SAW 滤波器的主要特点是：设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良（可选频率范围10MHz ~ 3GHz）、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰（EMI）性能好、可靠性高、制作的器件体积小、重量轻（其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40 和1/30 左右），且能实现多种复杂的功能。SAW 滤波器的特征和优点，正适应了现代通信系统设备及便携式电话轻薄短小化和高频化、数字化、高性能、高可靠等方面的要求。其不足之处是：所需基片材料价格昂贵，另对基片的定向、切割、研磨、抛光和制造工艺要求高。

相关术语

　　标称频率：通常是指中间频率的标称值，用于做相对于标准的参考频率。

　　通带宽度：这是一个频率间隔，并确保这时的相对衰耗等于或低于指定的衰耗值

　　带内波动：这是指通带内达到衰减之间，和最小衰减耗的差值

　　插入损耗：这是区分滤波器插入和未插入时的衰耗值的，它可分为最小损耗和恒定损耗。最小损耗是指插入损耗的最小值，恒定损耗是指在标称频率时的损耗。两者都可作为插入损耗的参考标准，通常将最小损耗作为标准。

　　阻带宽度：指相对衰耗等于或高于指定值的频率间隔。

　　固定衰耗和带宽：这是指在衰耗带宽中保证的相对损耗和频率间隔。

　　终端阻抗：这是电源阻抗或从滤波器侧看的负载阻抗值，它通常被等效为一个电阻和电容的并联。

　　群延时：它是相位对角频率的微分值

　　群延时带内波动：在特定的通带宽度中群延时的和最小群延时的差值

发展趋势

　　小型片式化

　　SAW 滤波器的小型片式化，是移动通信和其它便携式产品提出的基本要求。为缩小SAW 滤波器的体积，通常采取三方面的措施：一是优化设计器件芯片，使其做得更小；二是改进器件的封装形式，现已由传统的圆形金属壳封装改为方形或长方形扁平金属封装或LCCC（无引线陶瓷芯片载体）表面贴装；三是将不同功能的SAW 滤波器封装在一起构成组合形器件以减小印刷电路板（PCB）面积，如应用于1.9GHz PCS 终端60MHz 带宽的双频段SAW 滤波器以及近来富士通公司开发的双带式（可支持模拟和数字两种模式）便携式手机用SAW 滤波器，均装有两个滤波器。

　　高频、宽带化

　　为适应电子整机高频、宽带化的要求，SAW 滤波器也必须提高工作频率和拓展带宽。研究表明，当压电基材选定之后，SAW 滤波器的工作频率则由IDT 电极宽决定，IDT 电极条愈窄，频率愈高。采用半导体0.35 ~ 0.21μ m 级的精细加工工艺，可制作出2~3GMz 的SAW 滤波器。

　　拓展SAW

　　滤波器的带宽通常从优化设计IDT 的电极结构入手。如将IDT 按串联和并联形式连接成梯形若干级联的结构，输入/输出直接实现连接，采用 0.4μ m 以下的精细加工技术，就可制作出用于无线局域网（LAN）的2.5GHz 梯形结构谐振式SAW 滤波器，带宽达100MHz；在多重模式滤波器中，采用纵向连接的滤波器带宽要比横向耦合型滤波器大一些，因此被广泛用于蜂窝电话和寻呼机的RF 滤波，而后者具有陡峭的窄带特性，可用于个人数字蜂窝（PDC）和模拟电话的中频（IF）滤波。

　　降低插入损耗

　　早期SAW 滤波器的缺陷是插入损耗大，一般在15dB 以上，这对于要求低功耗的通信设备特别是接收前端是无法接受的。为满足现代通信系统及其它用途的要求，人们通过开发高性能的压电材料和改进IDT 设计，使器件的插入损耗降低到3~4dB，可达1dB。在众多压电材料研究成果中，最引人注目的是日本村田制作所发明的ZnO/蓝宝石层状结构基片材料，利用这种基片材料，该制作所已制造出1.5GHz PDC 用射频SAW 滤波器，其插入损耗仅 1.2dB。

　　综上所述，压电陶瓷与晶体材料不同，压电常数大，容易成形，易极化，适于成批生产，预计进入21 世纪，与半导体器件一样，将成为电子学领域中的一个重要器件分支，会得到迅速发展与获得推广应用。