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聲表面濾波器
閱讀�11537時間�2010-09-09 15:59:46

  聲表面濾波器簡稱SAWF或SAW,是利用壓電陶瓷、鈮酸鋰、石英等壓電晶體振蕩�材料的壓電效�(yīng)和聲表面波傳播的物理特性制成的一種換能式無源帶通濾波器,它用于電視機和錄像機的中頻輸入電路中作選頻元件,取代了中頻放大器的輸入吸收回路和多級調(diào)諧回��

彩電用型號與代換

 

 

  注:在更換表面濾波器�,若一時找不到原型�、原�(guī)格及同類型的,而須用其它型號代用的,必須考慮機器是新機型還是舊機�。新機型圖像中頻�38MHz,伴音中頻為31.5MHz 。而舊型機圖像中頻�37MHz,伴音中頻為30.5MHz,相�(yīng)的色副載波中�32.57MHz。因�,必須選擇頻率特性與原機型相吻合的聲表面濾波�。另外,插入損耗也�(yīng)與原濾波器一�,若插入損耗過�,則需進行增益補償,一般可采用增加�(yù)中放級增益的方法來解決�

(SAWF)�(jié)�(gòu)、符號和原理

  表面波濾波器的結(jié)�(gòu)示意圖及符號如下圖所示。它是以石英、鈮酸鋰或釬鈦酸鉛等壓電晶體為基�,經(jīng)表面拋光后在其上蒸發(fā)一層金屬膜,通過光刻工藝制成兩組具有能量�(zhuǎn)換功能的交叉指型的金屬電�,分別稱為輸入叉指換能器和輸出叉指換能器。當(dāng)輸入叉指換能器接上交流電壓信號時,壓電晶體基片的表面就產(chǎn)生振�,并激�(fā)出與外加信號同頻率的聲波,此聲波主要沒著基片的表面的與叉指電極升起的方向傳播,故稱為聲表面波,其中一個方向的聲波被除�(shù)吸聲材料吸收,別一方向的聲波則傳送到輸出叉指換能�,被�(zhuǎn)換為電信號輸出�

  聲表面波濾波器具有工作頻率高、通頻帶寬、選頻特性好、體積小和重量輕等特�,并且可采用與集成電路相同的生產(chǎn)工藝,制造簡�,成本低,頻率特性的一致性好,因此廣泛應(yīng)用于 各種電子�(shè)備中�

  在聲表面波濾波器�,信號經(jīng)過電-�-電的兩次�(zhuǎn)換,由于基片的壓電效�(yīng),則叉指換能器具有選頻特性。顯�,兩個叉指換能器的共同作�,使聲表面波濾波器的選頻特性較為理想。下圖為聲表面波濾波器的幅頻特��

�(yīng)用及�(fā)�

  1 前言

  聲表面波—SAW(SurfaceAcousticWave)就是在壓電基片材料表面�(chǎn)生和傳播、且振幅隨深入基片材料的深度增加而迅速減少的彈性波。SAW濾波器的基本�(jié)�(gòu)是在具有壓電特性的基片材料拋光面上制作兩個聲電換能器——叉指換能器(IDT)。它采用半導(dǎo)體集成電路的平面工藝,在壓電基片表面蒸鍍一定厚度的鋁膜,把�(shè)計好的兩個IDT的掩膜圖�,利用光刻方法沉積在基片表面,分別作為輸入換能器和輸出換能器。其工作原理是輸入換能器將電信號變成聲信�,沿晶體表面?zhèn)鞑ィ敵鰮Q能器再將接收到的聲信號變成電信號輸出�

  2 SAW濾波器的特點

  SAW濾波器的主要特點是設(shè)計靈活性大、模�/�(shù)字兼�、群延遲時間偏差和頻率選擇性優(yōu)良(可選頻率范圍�10MHz�3GHz�、輸入輸出阻抗誤差小、傳輸損耗小、抗電磁干擾(EMI)性能�、可靠性高、制作的器件體小量輕,其體積、重量分別是陶瓷介質(zhì)濾波器的1/40�1/30左右,且能實�(xiàn)多種�(fù)雜的功能。SAW濾波器的特征和優(yōu)點,適應(yīng)了現(xiàn)代通信系統(tǒng)�(shè)備及便攜式電話輕薄短小化和高頻化、數(shù)字化、高性能、高可靠等方面的要求。其不足之處是所需基片材料的價格昂�,對基片的定向、切�、研磨、拋光和制造工藝要求高。受基片�(jié)晶工藝苛刻和制造精度要求嚴的影響,日本富士�、三洋電�、豐田等少數(shù)幾家掌握壓電基片生產(chǎn)技�(shù)的制造商壟斷了世界SAW濾波器市�。富士通公司控制了移動電話用小型射頻SAW濾波器全球市�40%左右的份額,目前其年產(chǎn)量在1.5億只以上,最小的�(chǎn)品尺寸已達到2.5mm×2mm,重22mg,集倒裝式組件和專利諧振器型濾波器設(shè)計于一�,使濾波器性能突破性飛�。三洋電器公司是世界的視聽家電用SAW濾波器制造商之一,為保持其價格上的優(yōu)�,該公司在我國深圳設(shè)有組裝廠,年�(chǎn)5000萬只。豐田公司主要生�(chǎn)移動通信用SAW濾波�,可提供30多種標準型產(chǎn)品,均適用于表面安裝�

  3 SAW濾波器的用�

  SAW濾波器在抑制電子信息�(shè)備高次諧泀鏡像信�、發(fā)射漏泄信號以及各類寄生雜波干擾等方面起到良好的作用,可以實現(xiàn)任意所需精度的幅頻和相頻特性的濾波,這是其它濾波器難以完成的。近年來國外已將SAW濾波器片式化,重量只�0.2g;另�,由于采用了新的晶體材料和的精細加工技�(shù),使SAW器件上使用上限頻率提高到2.5GHz�3GHz。從而促使SAW濾波器在抗EMI�(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用�

  SAW濾波器以極陡的過渡帶使CATV的鄰頻傳�?shù)靡詫崿F(xiàn),與隔頻傳輸相比,頻譜利用率提高�1�。電視接收機如果不采用SAW濾波�,不可能�(wěn)定可靠地工作。事實上,早期SAW濾波器的主要�(yīng)用領(lǐng)域就是以電視機為代表的視聽家電產(chǎn)��20世紀80年代末,由于電子信息特別是通信�(chǎn)�(yè)的高速發(fā)�,為SAW濾波器提供了一個廣闊的市場空間,致使其�(chǎn)量和需求呈直線上升趨勢。目前世界SAW濾波器的年產(chǎn)量在6億只以上,其中移動通信等用小型化RFSAW濾波器就�4.3億只�

  移動通信系統(tǒng)的發(fā)射端(TX)和接收端(RS)必須經(jīng)過濾波器濾波后才能發(fā)揮作�,由于其工作頻段一般在800MHz�2GHz、帶寬為17MHz�30MHz,故要求濾波器具有低插損、高阻帶抑制和高鏡像衰減、承受大功率、低成本、小型化等特�。由于工作頻�、體積和性能價格比等方面的優(yōu)�,SAW濾波器在移動通信系統(tǒng)的應(yīng)用中獨占鰲頭,這是壓電陶瓷濾波器和單片晶體濾波器望塵莫及的�

  在無線尋呼系�(tǒng)�,BP機接收到的RF信號需先經(jīng)濾波再進行放大。濾波器的電氣特性直接影響到接收信號的靈敏度和精確度,早期生�(chǎn)的BP機一般采用LC濾波�,但由于LC濾波器的�(diào)試復(fù)雜,選擇性和�(wěn)定性又較差,因此現(xiàn)在逐漸被SAW濾波器所取代�

  隨著Internet的迅猛發(fā)�,全球上�(wǎng)用戶愈來愈多,但目前通過電話上網(wǎng)的缺點是帶寬太窄(幾十千赫),下載速度極慢,而CATV�(wǎng)�(luò)頻率資源豐富,不少商家因此均在開�(fā)基于CATV�(wǎng)的寬帶多媒體�(shù)�(jù)廣播系統(tǒng)(如VOD等),通過CATV上網(wǎng)可使信息傳輸速度提高幾十倍以�,在這些系統(tǒng)中都要用到高性能的SAW濾波器來解決鄰頻抑制問題??梢?,SAW濾波器的市場前景十分可觀�

  4 SAW濾波器的�(fā)展趨�

  4.1小型片式�

  SAW濾波器的小型片式�,是移動通信和其他便攜式�(chǎn)品提出的基本要求。為縮小SAW濾波器的體積,通常采取三方面的措施:一是優(yōu)化設(shè)計器件用芯片,使其做得更??;二是改進器件的封裝形式,現(xiàn)已由傳統(tǒng)的圓形金屬殼封裝改為方形或長方形扁平金屬封裝或LCCC(無引線陶瓷芯片載體)表面貼裝;三是將不同功能的SAW濾波器封裝在一起構(gòu)成組合型器件以減小PCB面積,如�(yīng)用于1.9GHzPCS終端60MHz帶寬的雙頻段SAW濾波器以及近來富士通公司開�(fā)的雙帶式(可支持模擬和數(shù)字兩種模式)便攜式手機用SAW濾波�,均裝有兩個濾波器�

  4.2高頻、寬帶化

  為適�(yīng)電子整機高頻、寬帶化的要�,SAW濾波器也必須提高工作頻率和拓展帶�。研究表明,�(dāng)壓電基材選定之后,SAW濾波器的工作頻率則由IDT電極條寬決定,IDT電極條愈窄,頻率愈高。采�0.35μm�0.2μm級的半導(dǎo)體微細加工工�,可制作�2GHz�3GHz的SAW濾波器�

  拓展SAW濾波器的帶寬通常從優(yōu)化設(shè)計IDT的電極結(jié)�(gòu)入手。如將IDT按串�(lián)和并�(lián)形式連接成梯形若干級�(lián)的結(jié)�(gòu),輸�/輸出直接實現(xiàn)連接,采�0.4μm以下的微細加工技�(shù),就可制作出用于無線局域網(wǎng)(LAN)的2.5GHz梯形�(jié)�(gòu)諧振式SAW濾波器,帶寬�100MHz;在多重模式濾波器中,采用縱向連接的濾波器帶寬要比橫向耦合型濾波器大一些,因此被廣泛用于蜂窩電話和尋呼機的RF濾波,而后者具有陡削的窄帶特性,可用于個人�(shù)字蜂窩(PDC)和模擬電話的中頻(IF)濾��

  4.3降低插入損�

  早期SAW濾波器的缺陷是插入損耗大,一般在15dB以上,這對于要求低功耗的通信�(shè)備特別是接收前端是無法接受的。為滿足�(xiàn)代通信系統(tǒng)及其它用途的要求,人們通過開發(fā)高性能的壓電材料和改進IDT�(shè)�,使器件的插入損耗降低到3dB�4dB,可�1dB。在眾多壓電材料研究成果�,最引人注目的是日本村田制作所�(fā)明的ZnO/藍寶石層狀�(jié)�(gòu)基片材料,利用這種基片材料,已制造出1.5GHzPDC用射頻SAW濾波器,其插入損耗僅1.2dB�

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