m推演型聲表面波高通濾波器設計

摘要：提出了一種新型m推演型梯形聲表面波高通濾波器結構，給出了該結構的元件參數與濾波器頻率響應指標參數之間的計算關系，并從濾波器傳通截止條件和特性仿真兩方面驗證了該結構的正確性；基于單端對諧振器建模原理（模型），在ADS中成功設計了一個截止頻率為860MHz，極點頻率為640MHz的m推演型聲表面波高通濾波器，通帶860～1400MHz內的插損小于4dB，阻帶200～640MHz內帶外抑制大于40dB。本文網絡版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/192735.htm

關鍵詞：聲表面波濾波器；高通濾波器；單端對諧振器；m推演型；ADS

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.12.010

梯形聲表面波濾波器（Laddertype Surface Acoustic Wave Filter，Ladder-type SAWF）以其插入損耗低、帶內波動小、帶外抑制強等特點，被廣泛應用于雷達、通訊、導航、電子對抗等設備中。目前，學者們的研究大多集中在梯形SAW帶通濾波器的設計和研制，對聲表面波低通、高通、帶阻濾波器的研究較少。

本文在m推演型LC高通濾波器的基礎上，提出了一種m推演型梯形SAW高通濾波器結構，給出了該結構的元件參數與濾波器頻率響應指標參數之間的計算關系，并從濾波器傳通截止條件和特性仿真兩方面驗證了該結構的正確性。m推演型梯形SAW濾波器是由串臂上的單端對諧振器和并臂上的LC諧振回路組成，該濾波器在較寬的通帶頻率范圍內具有較低的插入損耗。本文還基于單端對諧振器建模原理（模型），在ADS中成功設計了一個截止頻率為860MHz，極點頻率為640MHz的m推演型SAW高通濾波器，860～1400MHz通帶內插損小于表1 計算得到的m推演型LC高通濾波器元件值

仿真結果

m推演型LC高通濾波器的頻率響應特性如圖2所示，其中阻帶截止頻率為860MHz，衰減極點所對應的頻率為640MHz，特性阻抗R取50W。經計算，圖1中各元件值如表1所示。在實際應用中，電感的寄生效應不可忽略。寄生效應產生的電阻 的計算公式如式（5）所示：

從圖2中可以看出，隨著品質因數的下降，通帶內插損升高，阻帶內插損下降。因為電感的品質因數通常為50～100，所以采用該結構很難實現低損耗、大衰減的濾波器。

一級結構

m推演型梯形SAW高通電路結構如圖3所示。該電路由串聯元件一個單端對諧振器和并聯元件一個LC串聯諧振回路組成。將單端對諧振器用作串聯元件可以在反諧振頻率附近產生大的衰減[2]，在設計中，反諧振頻率設置成極點頻率fn。

原理介紹

M推演型SAW高通濾波器主要是由單端對諧振器構成，濾波器的性能與濾波器結構、基板參數直接相關[6]。在設計m推演型SAW高通濾波器時，基于SAW單端對諧振模型進行建模是一種簡單、快速以及有效的方法。

SAW濾波器的基本元件是單端對諧振器，它的結構如圖7所示。可以看出主要結構有以下幾個部分：反射柵陣、叉指換能器以及叉指換能器和反射柵陣之間的間隙[7]。利用ADS能夠對叉指換能器、反射柵陣和叉指換能器和反射柵陣之間的間隙分別進行建模，包括利用動態電阻表示反射柵陣、梅森等效電路模型[8]實現叉指換能器建模以及采用理想傳輸線表示反射柵陣與叉指換能器之間的間隙。采用以上幾種手段實現單端對諧振器模型設計，單端對諧振器模型的ADS實現如圖8所示。

基于單端對諧振模型的SAW高通濾波器設計

設計了一個四階截止頻率為860MHz，極點頻率為640MHz的m推演型聲表面波高通濾波器，結構如圖9所示。采用Y36°X-LiNbO3基板，基板參數如下：聲表面波傳播速度為5500 m/s，機電耦合系數k2為0.055，單位尺寸電容 =4.43 pF/cm。設計得到的幅頻特性曲線如圖10所示，從圖中可以看出，860～1400MHz通帶內插損小于4dB，在200～640MHz阻帶插損大于40dB，滿足設計指標。各電路元件值如表2所示。

本文給出了一種新型的m推演型梯形SAW高通濾波器結構，并從濾波器傳通截止條件和特性仿真兩方面驗證了該結構的正確性。基于單端對諧振器建模原理（模型），在ADS中成成功設計了一個四階截止頻率為860MHz，極點頻率為640MHz的m推演型聲表面波高通濾波器，860～1400MHz通帶內插損小于4dB，200～640MHz阻帶插損大于40dB，滿足設計指標。