Bliley公司詮釋SAW濾波器的特性與應(yīng)用
來源:http://www.11ed.cn 作者:金洛鑫電子 2019年05月11
SAW是聲表面波濾波器的英文簡(jiǎn)稱,全稱是Surface Acoustic Wave Filter,制造SAW濾波器的材料也具有壓電性質(zhì),屬于頻率控制元器件的一種。它不僅有發(fā)射和接收信號(hào)的性能,同時(shí)具體抗電磁波干擾的功能,是無線通信,電信,醫(yī)療,廣播,軍事設(shè)備,航空航天,雷達(dá),導(dǎo)航定位等產(chǎn)品都需要用到的核心電子元件。早期的SAW濾波器外形以TO-39和F11插件封裝為主,隨著科技的發(fā)展,貼片濾波器成為市場(chǎng)的‘新寵’。
與其他濾波器技術(shù)相比,表面聲波(SAW)濾波器可減小尺寸,重量和成本。但是,在為系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇SAW濾波器時(shí),需要考慮許多權(quán)衡因素。什么是SAW濾波器?什么是常見的SAW濾波器應(yīng)用?SAW濾波器如何用于移動(dòng)通信?我們將在這篇文章中回答這些問題。
什么是SAW濾波器?
原理圖圖-的-常規(guī)SAW濾波器:SAW濾波器是一種通過壓電材料將電能轉(zhuǎn)換為聲能或機(jī)械能的電子設(shè)備。使用兩個(gè)叉指式換能器......輸入和輸出換能器進(jìn)行該過程。
1.輸入傳感器根據(jù)輸入的電信號(hào)產(chǎn)生聲波
2.輸出傳感器接收這些聲波并將它們轉(zhuǎn)換回電能 傳感器創(chuàng)建雙向橫向?yàn)V波器。那是因?yàn)轭l率波在-X和+X方向上均等地產(chǎn)生。輸出傳感器產(chǎn)生的波只是完整波的1/2。因此,如果從輸出波觀察到3dB的損失,則意味著來自輸入和輸出傳感器的總信號(hào)具有6dB的插入損耗。每個(gè)傳感器由周期性交叉指型電極組成,這些電極連接到兩個(gè)連接到電源(或負(fù)載)的母線。振幅將由電極長(zhǎng)度確定,相位由電極位置確定。電極的波長(zhǎng)決定了SAW濾波器的工作頻率。
用于SAW濾波器的7種最常見的壓電材料:
溫度系數(shù):中心頻率相對(duì)于SAW濾波器工作溫度的變化。
耦合系數(shù)(K2):材料產(chǎn)生聲波的效率。較大的K2意味著較強(qiáng)的聲波,并且通常每單位延遲的損耗較小。在BlileyTechnologies,我們專注于制造石英SAW濾波器。如上表所示,石英SAW濾波器非常適用于窄帶濾波器,短延遲線和諧振器。如果您認(rèn)為石英SAW濾波器可能適合您的應(yīng)用,請(qǐng)聯(lián)系我們,我們可以幫助您找到最佳選擇。
當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)SAW濾波器不會(huì)削減它時(shí)(低損耗SAW濾波器):
當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)過濾器性能可能沒有削減它時(shí),可能存在情況和應(yīng)用。在這些情況下,可能需要更低損耗和更小尺寸的濾波器。有多種設(shè)計(jì)選項(xiàng)可用于幫助滿足標(biāo)準(zhǔn)SAW技術(shù)無法完全滿足的應(yīng)用需求。
這些包括:
-SPUDT過濾器
-環(huán)濾波器和IIDT
-IEF
-耦合諧振器濾波器
單相單向傳感器(SPUDT)濾波器:
在-X方向上減小SAW的幅度會(huì)增加+X方向上的SAW。這是通過利用換能器中的反射器電極來完成的。SPUDT可以提供出色的窄帶低損耗濾波器,但它可能不是寬帶濾波器的最佳選擇。甲風(fēng)扇換能器(傾斜的或錐形的換能器)可以幫助具有較低損耗創(chuàng)建更寬的帶寬。
環(huán)形濾波器和IIDT濾波器:
環(huán)形濾波器在不同的耦合軌道中使用2個(gè)換能器,并通過反射軌道變換器耦合。這將SAW從一個(gè)軌道轉(zhuǎn)移到另一個(gè)軌道。IIDT過濾器使用一系列連接到輸出和輸入端口的相同IDT。輸出傳感器從兩側(cè)接收相同的輸入波。這會(huì)將SAW信息轉(zhuǎn)換為電輸出。輸出換能器也是如此,但是會(huì)發(fā)生一些損耗,因?yàn)镾AW仍將流向需要衰減的晶體端。
阻抗元件濾波器(IEF)諧振器濾波器:
IEF濾波器設(shè)計(jì)有平行和串聯(lián)元件,以實(shí)現(xiàn)特定的濾波器形狀。這是通過利用每種元素類型的共振特性來完成的。
-IEF很棒
-大帶寬
-更高的中心頻率
-小尺寸
-更大的輸入功率選項(xiàng)
耦合諧振器濾波器(CRF和TCRF):
對(duì)于許多應(yīng)用,可以使用寬帶或窄帶寬和低損耗來設(shè)計(jì)耦合諧振濾波器(CRF)。CRF濾波器基于單極和雙極配置。橫向耦合諧振器濾波器(TCRF)由諧振器組成,諧振器以電子方式連接以構(gòu)成窄帶濾波器。使用兩個(gè)或更多個(gè)諧振器的濾波器在器件內(nèi)橫向聲學(xué)耦合。
SAW和BAW濾波器有什么區(qū)別?
SAW和BAW(Bulk-AcousticWave)技術(shù)在許多方面類似。它們都以不同的方式和性能水平發(fā)射聲波(特別是在更高的頻率下)。但是,不要讓他們困惑!他們也有很多不同之處。在SAW部件中,聲波穿過壓電材料的表面,其幅度通常以指數(shù)方式衰減到襯底材料中。相反,BAW濾波器中的聲波穿過并存儲(chǔ)在壓電材料本身中。
常見的SAW濾波器應(yīng)用和行業(yè):
移動(dòng)通信和電信:
由于SAW濾波器體積小,重量輕,耐用,因此在許多電信應(yīng)用中都能很好地工作,SAW濾波器是移動(dòng)通信設(shè)備最常用的濾波器類型。它們通常用于2GHz帶寬。在移動(dòng)通信中通常使用SAW濾波器的其他特定應(yīng)用包括:LTE頻段(長(zhǎng)期演進(jìn)),5G,GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng)),CDMA(碼分多址),WCDMA(寬帶CDMA)等。對(duì)于電信,SAW濾波器經(jīng)常在基站中用作IF級(jí)中的帶通濾波器。這里的幅度理想地具有低失真和最小的通帶變化。
醫(yī)療:
SAW濾波器也適用于醫(yī)療行業(yè)中的許多不同應(yīng)用。最常見的用途之一是傳感器。有時(shí)醫(yī)療應(yīng)用使用SAW延遲線作為原位檢測(cè)的傳感器元件。更實(shí)際的應(yīng)用包括使用SAW濾波器作為用于醫(yī)療行業(yè)中的無線通信的帶通濾波器。這些通常包括低功率,近場(chǎng)通信。
雷達(dá):
具有線性延遲變化的SAW濾波器在設(shè)定的通帶寬度上非常適合雷達(dá)解決方案。這也稱為時(shí)間帶寬(TB)。時(shí)間帶寬越大,定位和跟蹤效果越好。通過添加數(shù)字信號(hào)處理器,跟蹤可以更加有效。有源電子掃描陣列(AESA)雷達(dá)是當(dāng)今最新,最受歡迎的雷達(dá)之一。它們也是SAW濾波器的絕佳應(yīng)用。AESA可以在不移動(dòng)天線本身的情況下將無線電波導(dǎo)向不同的方向。它甚至可以同時(shí)發(fā)出多個(gè)頻率的多個(gè)無線電波束。該技術(shù)在今天的船舶和飛機(jī)上用于雷達(dá)欺騙。
軍事和航空航天通訊:
SAW濾波器可以設(shè)計(jì)為軍事通信和航空航天應(yīng)用提供高選擇性和低失真。與其他過濾技術(shù)相比,它們還有助于降低成本和尺寸。聲表面濾波器還為許多軍事和航空航天通信需求提供帶通濾波,包括有發(fā)射器和接收器濾波器,超外差系統(tǒng)中的中頻(IF)濾波器,軟件定義無線電(SDR)中的IF濾波器,識(shí)別朋友或敵人(IFF)應(yīng)用程序等。SAW技術(shù)還可以作為雙工器的一個(gè)很好的組合,可以用于許多其他軍事通信需求的本地振蕩器。 自從SAW聲表面濾波器被真正發(fā)展起來后,應(yīng)用的領(lǐng)域從軍工級(jí)和商業(yè)級(jí),漸漸也開始民用化,而且尺寸和性能也發(fā)生了較大的變化。SMD型的濾波器逐漸替代插件型,而且這項(xiàng)技術(shù)目前已比較成熟,可以滿足大部分產(chǎn)品的需求,Bliley晶振公司研發(fā)SAW濾波器并不多,但已向許多生產(chǎn)廠家提供,有意者可聯(lián)系金洛鑫電子0755-27837162。
與其他濾波器技術(shù)相比,表面聲波(SAW)濾波器可減小尺寸,重量和成本。但是,在為系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇SAW濾波器時(shí),需要考慮許多權(quán)衡因素。什么是SAW濾波器?什么是常見的SAW濾波器應(yīng)用?SAW濾波器如何用于移動(dòng)通信?我們將在這篇文章中回答這些問題。
什么是SAW濾波器?
原理圖圖-的-常規(guī)SAW濾波器:SAW濾波器是一種通過壓電材料將電能轉(zhuǎn)換為聲能或機(jī)械能的電子設(shè)備。使用兩個(gè)叉指式換能器......輸入和輸出換能器進(jìn)行該過程。
1.輸入傳感器根據(jù)輸入的電信號(hào)產(chǎn)生聲波
2.輸出傳感器接收這些聲波并將它們轉(zhuǎn)換回電能 傳感器創(chuàng)建雙向橫向?yàn)V波器。那是因?yàn)轭l率波在-X和+X方向上均等地產(chǎn)生。輸出傳感器產(chǎn)生的波只是完整波的1/2。因此,如果從輸出波觀察到3dB的損失,則意味著來自輸入和輸出傳感器的總信號(hào)具有6dB的插入損耗。每個(gè)傳感器由周期性交叉指型電極組成,這些電極連接到兩個(gè)連接到電源(或負(fù)載)的母線。振幅將由電極長(zhǎng)度確定,相位由電極位置確定。電極的波長(zhǎng)決定了SAW濾波器的工作頻率。
用于SAW濾波器的7種最常見的壓電材料:
材料 | 速度(m/s) | 溫度系數(shù)(ppm/°C) | 耦合系數(shù)(K2) | 應(yīng)用 |
YZ鈮酸鋰 | 3488 | 94 | 0.045 | 寬帶濾波器,長(zhǎng)延遲時(shí)間延遲線 |
128º鈮酸鋰 | 3992 | 74 | 0.055 | 寬帶濾波器 |
石英 | 3158 | -0.033ppm/oC2 | 0.00116 | 窄帶濾波器,短延遲線,諧振器 |
112º鋰鉭酸鹽 | 3290 | 18 | 0.0075 | 中頻濾波器 |
41º鈮酸鋰 | 4792 | 50 | 0.172 | 低損耗濾波器 |
64º鈮酸鋰 | 4792 | 70 | 0.113 | 低損耗濾波器 |
42º鋰鉭酸鹽 | 4022 | 40 | 0.076 | 低損耗濾波器 |
耦合系數(shù)(K2):材料產(chǎn)生聲波的效率。較大的K2意味著較強(qiáng)的聲波,并且通常每單位延遲的損耗較小。在BlileyTechnologies,我們專注于制造石英SAW濾波器。如上表所示,石英SAW濾波器非常適用于窄帶濾波器,短延遲線和諧振器。如果您認(rèn)為石英SAW濾波器可能適合您的應(yīng)用,請(qǐng)聯(lián)系我們,我們可以幫助您找到最佳選擇。
當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)SAW濾波器不會(huì)削減它時(shí)(低損耗SAW濾波器):
當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)過濾器性能可能沒有削減它時(shí),可能存在情況和應(yīng)用。在這些情況下,可能需要更低損耗和更小尺寸的濾波器。有多種設(shè)計(jì)選項(xiàng)可用于幫助滿足標(biāo)準(zhǔn)SAW技術(shù)無法完全滿足的應(yīng)用需求。
這些包括:
-SPUDT過濾器
-環(huán)濾波器和IIDT
-IEF
-耦合諧振器濾波器
單相單向傳感器(SPUDT)濾波器:
在-X方向上減小SAW的幅度會(huì)增加+X方向上的SAW。這是通過利用換能器中的反射器電極來完成的。SPUDT可以提供出色的窄帶低損耗濾波器,但它可能不是寬帶濾波器的最佳選擇。甲風(fēng)扇換能器(傾斜的或錐形的換能器)可以幫助具有較低損耗創(chuàng)建更寬的帶寬。
環(huán)形濾波器和IIDT濾波器:
環(huán)形濾波器在不同的耦合軌道中使用2個(gè)換能器,并通過反射軌道變換器耦合。這將SAW從一個(gè)軌道轉(zhuǎn)移到另一個(gè)軌道。IIDT過濾器使用一系列連接到輸出和輸入端口的相同IDT。輸出傳感器從兩側(cè)接收相同的輸入波。這會(huì)將SAW信息轉(zhuǎn)換為電輸出。輸出換能器也是如此,但是會(huì)發(fā)生一些損耗,因?yàn)镾AW仍將流向需要衰減的晶體端。
阻抗元件濾波器(IEF)諧振器濾波器:
IEF濾波器設(shè)計(jì)有平行和串聯(lián)元件,以實(shí)現(xiàn)特定的濾波器形狀。這是通過利用每種元素類型的共振特性來完成的。
-IEF很棒
-大帶寬
-更高的中心頻率
-小尺寸
-更大的輸入功率選項(xiàng)
耦合諧振器濾波器(CRF和TCRF):
對(duì)于許多應(yīng)用,可以使用寬帶或窄帶寬和低損耗來設(shè)計(jì)耦合諧振濾波器(CRF)。CRF濾波器基于單極和雙極配置。橫向耦合諧振器濾波器(TCRF)由諧振器組成,諧振器以電子方式連接以構(gòu)成窄帶濾波器。使用兩個(gè)或更多個(gè)諧振器的濾波器在器件內(nèi)橫向聲學(xué)耦合。
SAW和BAW濾波器有什么區(qū)別?
SAW和BAW(Bulk-AcousticWave)技術(shù)在許多方面類似。它們都以不同的方式和性能水平發(fā)射聲波(特別是在更高的頻率下)。但是,不要讓他們困惑!他們也有很多不同之處。在SAW部件中,聲波穿過壓電材料的表面,其幅度通常以指數(shù)方式衰減到襯底材料中。相反,BAW濾波器中的聲波穿過并存儲(chǔ)在壓電材料本身中。
BAW濾波器圖
盡管SAW和BAW技術(shù)的行為不同,但它們可以相互補(bǔ)充。在SAW換能器變得難以控制之前,SAW濾波器可以設(shè)計(jì)為大約2.0或2.5GHz。另一方面,BAW濾波器可用于2.7GHz及更高頻率的濾波,延遲線和其他功能。這些頻率差異使得SAW和BAW濾波器在許多應(yīng)用中成為完美的二重奏,包括需要更低和更高頻帶的長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)無線通信。常見的SAW濾波器應(yīng)用和行業(yè):
移動(dòng)通信和電信:
由于SAW濾波器體積小,重量輕,耐用,因此在許多電信應(yīng)用中都能很好地工作,SAW濾波器是移動(dòng)通信設(shè)備最常用的濾波器類型。它們通常用于2GHz帶寬。在移動(dòng)通信中通常使用SAW濾波器的其他特定應(yīng)用包括:LTE頻段(長(zhǎng)期演進(jìn)),5G,GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng)),CDMA(碼分多址),WCDMA(寬帶CDMA)等。對(duì)于電信,SAW濾波器經(jīng)常在基站中用作IF級(jí)中的帶通濾波器。這里的幅度理想地具有低失真和最小的通帶變化。
SAW濾波器也適用于醫(yī)療行業(yè)中的許多不同應(yīng)用。最常見的用途之一是傳感器。有時(shí)醫(yī)療應(yīng)用使用SAW延遲線作為原位檢測(cè)的傳感器元件。更實(shí)際的應(yīng)用包括使用SAW濾波器作為用于醫(yī)療行業(yè)中的無線通信的帶通濾波器。這些通常包括低功率,近場(chǎng)通信。
具有線性延遲變化的SAW濾波器在設(shè)定的通帶寬度上非常適合雷達(dá)解決方案。這也稱為時(shí)間帶寬(TB)。時(shí)間帶寬越大,定位和跟蹤效果越好。通過添加數(shù)字信號(hào)處理器,跟蹤可以更加有效。有源電子掃描陣列(AESA)雷達(dá)是當(dāng)今最新,最受歡迎的雷達(dá)之一。它們也是SAW濾波器的絕佳應(yīng)用。AESA可以在不移動(dòng)天線本身的情況下將無線電波導(dǎo)向不同的方向。它甚至可以同時(shí)發(fā)出多個(gè)頻率的多個(gè)無線電波束。該技術(shù)在今天的船舶和飛機(jī)上用于雷達(dá)欺騙。
SAW濾波器可以設(shè)計(jì)為軍事通信和航空航天應(yīng)用提供高選擇性和低失真。與其他過濾技術(shù)相比,它們還有助于降低成本和尺寸。聲表面濾波器還為許多軍事和航空航天通信需求提供帶通濾波,包括有發(fā)射器和接收器濾波器,超外差系統(tǒng)中的中頻(IF)濾波器,軟件定義無線電(SDR)中的IF濾波器,識(shí)別朋友或敵人(IFF)應(yīng)用程序等。SAW技術(shù)還可以作為雙工器的一個(gè)很好的組合,可以用于許多其他軍事通信需求的本地振蕩器。 自從SAW聲表面濾波器被真正發(fā)展起來后,應(yīng)用的領(lǐng)域從軍工級(jí)和商業(yè)級(jí),漸漸也開始民用化,而且尺寸和性能也發(fā)生了較大的變化。SMD型的濾波器逐漸替代插件型,而且這項(xiàng)技術(shù)目前已比較成熟,可以滿足大部分產(chǎn)品的需求,Bliley晶振公司研發(fā)SAW濾波器并不多,但已向許多生產(chǎn)廠家提供,有意者可聯(lián)系金洛鑫電子0755-27837162。
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