第二代北斗客戶端用射頻聲表面波濾波器的研制

白 濤，張顯洪，董加和，吳 燕，蔣道軍，許 昕

(中國電子科技集團公司第二十六研究所，重慶 40060)

0 引言

北斗衛星導航定位系統是由中國自行研發的區域性有源三維衛星定位與通信系統(CNSS)，是繼美國的全球定位系統(GPS)、俄羅斯的格洛納斯(GLONASS)定位系統之后世界第三個成熟的衛星導航系統。根據中國衛星導航系統管理辦公室發布的關于北斗導航系統接口控制文件及公開服務規范[1-2]，第二代北斗系統確定B1波段載波頻率為1 561.098 MHz，信號帶寬為4.092 MHz；B2波段1 207.14 MHz；信號帶寬為20.46 MHz；B3波段1 268.52 MHz，信號帶寬為20.46 MHz。系統客戶端接收機中需要使用射頻濾波器進行信號拾取和雜波抑制，在LC、介質等濾波器技術中，聲表面波濾波器具有頻率選通特性好，體積小和便于實現規模量產等特點，能滿足接收客戶端信號濾波技術要求。B3波段對濾波器帶寬、帶外抑制、矩形度及幾何尺寸控制的要求高，傳統的射頻SAW濾波器設計方法無法達成工程實際應用。本文采用“5換能器縱向耦合結構+諧振器”的混合型設計方案實現了B3波段射頻聲SAW濾波器，該產品已成功應用于多模多頻寬帶北斗接收機模塊[3]。

1 設計方案選擇

根據B3波段頻率選通具體應用要求，選擇機電耦合系數適中的42°Y-XLiTaO3晶體材料，在此基礎上充分考慮該材料在1 268.52 MHz工作頻率下全溫(-55～85 ℃)頻率漂移及工藝制作誤差余量，確定濾波器-1 dB帶寬設計值約為2.8%，以滿足信號帶寬要求。此帶寬適用“5換能器縱向耦合結構”設計方案，如圖1所示。圖中叉指換能器(IDT)紅色部分代表信號的輸入、輸出，藍色表示接地線。利用逆壓電效應和壓電效應，輸入、輸出IDT上均可實現聲波的激發、反射及接收功能，通過輸入IDT、輸出IDT及反射柵的復雜組合可實現聲學諧振，從而達到降低插入損耗的目的[4]。圖1中布置了5個IDT，這種結構能夠同時滿足相對帶寬及插入損耗技術要求，但其帶外抑制差，矩形度低。

為了提高帶外抑制及矩形系數，本文采用一種“5換能器縱向耦合結構+諧振器”的混合型設計方案，該結構在兩通道5換能器縱向耦合結構(CRF)中增加了同步諧振器(IE)，并將兩個CRF以鏡像對稱方式進行放置，其結構示意圖如圖2[5-6]所示。

2 等效電路模型

3 設計實例

本文采用圖2的拓撲結構方案并結合圖3的等效電路模型(SMD3030A封裝)實現了第二代北斗B3波段聲表面波射頻濾波器器件仿真。根據仿真得到S12參數，而實際研制出的器件-1 dB帶寬為35 MHz，插入損耗為2.2 dB，矩形系數為1.9，產品實測曲線與模擬曲線如圖4所示。由圖可見，產品模擬與實測結果吻合良好，證明了該設計方案在L波段SAW濾波器設計及其在第二代北斗B3波段濾波產品開發應用中較好的可行性。

4 結束語

本文介紹了一種采用“5換能器縱向耦合結構+諧振器”混合型設計方案及兩端口等效電路模型實現的-1 dB相對帶寬約2.8%的L波段射頻聲表面波濾波器，其滿足第二代北斗B3波段客戶端接收機對信號進行選通的應用要求。