聲表面波濾波器的叉指換能器技術演進概述

摘 要：聲表面波（SAW）濾波器因具有帶外抑制性好、體積小等特點，廣泛應用于移動通信領域。文章首先介紹了SAW濾波器的工作原理；然后從專利申請角度對國內外SAW濾波器發展狀況進行梳理；隨后從SAW濾波器的叉指換能器電極結構對SAW濾波器中的關鍵技術進行了分析；最后，對SAW濾波器的發展進行了總結。

關鍵詞：聲表面波；濾波器；叉指換能器

引言

聲表面波是一種沿物體表面傳播的彈性波， SAW技術在雷達、廣播電視等領域獲得廣泛應用[1]。然后隨著移動通信飛速發展，SAW器件的需求急劇增長，聲表面波技術越來越得到重視。隨著制造技術的發展，SAW器件性能的優越性越來越凸顯，因其頻率響應平坦、體積小等優點而得到廣泛的應用[2]，隨著SAW濾波器的廣泛應用，對其性能要求也越來越高，由此使SAW濾波器技術迅猛發展。

1 SAW濾波器國內外的發展狀況

作者對歷年來SAW濾波器的國內外專利申請進行了梳理，如圖1所示。從全球專利申請量來看，在20世紀80年代中后期，由于電視、衛星通信的發展，SAW濾波器技術隨之發展，出現了第一次專利申請峰值；隨后在90年代中后期，隨著移動通信的發展，SAW濾波器因其體積小、損耗低被大量應用于手機等通訊設備中，其專利申請量出現第二次峰值，但隨著SAW濾波器技術的日趨完善，全球SAW濾波器的相關專利申請從2005年左右開始有下降趨勢。

從國內專利申請量來看，國內SAW濾波器技術從上世紀90年代開始發展，在20世紀末到21世紀初，SAW濾波器技術在國內開始迅速發展，但由于國內整體起步較晚，技術發展相對較慢，因此近年來在SAW濾波器技術方面的國內專利申請量依然保持平穩發展態勢。

2 SAW濾波器的IDT電極技術發展及關鍵技術

SAW濾波器的主要組成有輸入輸出IDT電極和壓電基片，與SAW濾波器性能密切相關的因素即是IDT電極的設計，因此，文章從IDT電極設計這一技術分支分析了SAW濾波器的技術發展路線。

第一份完整描述SAW濾波器結構的專利申請是1966年的一份美國專利申請（US3446974A），其采用無SAW內反射的雙向IDT結構，這種濾波器即使在理想的聲電轉換下也有至少6dB的雙向損耗。交錯叉指換能器（IIDT）是1969年出現的一種低損耗SAW濾波器結構（US3582840A），如圖2所示，其由三個IDT構成一個橫向濾波器，兩邊的IDT結構相同，中間的IDT是中心對稱的，中間的IDT與負載阻抗匹配時，能檢測到從兩邊IDT傳向中間的所有激勵的聲表面波，不會產生聲表面波反射，其產生的雙向損耗是3dB，因此降低了橫向濾波器的雙向損耗。

在此之前的濾波器均采用均勻抽樣的IDT結構，但均勻抽樣的IDT結構實現寬帶濾波器時存在損耗大的問題，因為周期抽樣的IDT結構濾波器在其同步頻率處聲電轉換效率最高，偏離中心頻率越遠，聲電轉換效率越低，因此傾斜換能器濾波器結構被提出（US4616197A），如圖3所示，電極沿著器件孔徑方向是周期變化的，器件上部激勵通帶高頻部分的信號，器件下部激勵低頻部分的信號，將濾波器劃分成不同頻率的很多子通道，每個通道產生不同頻率的窄通帶，最終合成一個寬通帶，由此實現較寬頻帶的濾波器設計。

將聲表面波諧振器作為電路元件的濾波器結構（JPH0766676A）

自提出以來引起了研究者的極大關注，將該種濾波器稱為阻抗元濾波器（IEF），如圖4所示，常見的阻抗元濾波器有π型、X型和梯形三種結構。阻抗元濾波器的插入損耗低，功率承受能力強，近端抑制高，其在射頻前端雙工系統中使用中具有優勢。

3 結束語

SAW濾波器伴隨著移動通信的發展，為現代移動通信作出了很大的貢獻，其在性能上已表現卓著，但依然也面臨著更大的挑戰，移動通信頻率的逐漸提高促使SAW濾波器也將向高頻、寬帶化發展，同時其功率承受能力也是一個重要因素，如何設計出同時兼具高頻寬帶、低損耗、小體積的SAW濾波器也是未來研究者面臨的一個重要挑戰。

參考文獻

[1]曹亮，秦廷輝.聲表面波濾波器技術及發展[C]//中國電子學會電子元件學術年會，2006.

[2]黃剛.聲表面波濾波器的應用及發展[J].電子元器件應用，2002（3）：24-25.