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Bliley公司诠释SAW滤波器的特性与应用

来源:http://www.jinluodz.com 作者:金洛鑫电子 2019年05月11
   SAW是声表面波滤波器的英文简称,全称是Surface Acoustic Wave Filter,制造SAW滤波器的材料也具有压电性质,属于频率控制元器件的一种。它不仅有发射和接收信号的性能,同时具体抗电磁波干扰的功能,是无线通信,电信,医疗,广播,军事设备,航空航天,雷达,导航定位等产品都需要用到的核心电子元件。早期的SAW滤波器外形以TO-39和F11插件封装为主,随着科技的发展,贴片滤波器成为市场的‘新宠’。
   与其他滤波器技术相比,表面声波(SAW)滤波器可减小尺寸,重量和成本。但是,在为系统设计选择SAW滤波器时,需要考虑许多权衡因素。什么是SAW滤波器?什么是常见的SAW滤波器应用?SAW滤波器如何用于移动通信?我们将在这篇文章中回答这些问题。
什么是SAW滤波器?
   原理图图-的-常规SAW滤波器:SAW滤波器是一种通过压电材料将电能转换为声能或机械能的电子设备。使用两个叉指式换能器......输入和输出换能器进行该过程。
   1.输入传感器根据输入的电信号产生声波
   2.输出传感器接收这些声波并将它们转换回电能
SAW1.jpg
   传感器创建双向横向滤波器。那是因为频率波在-X和+X方向上均等地产生。输出传感器产生的波只是完整波的1/2。因此,如果从输出波观察到3dB的损失,则意味着来自输入和输出传感器的总信号具有6dB的插入损耗。每个传感器由周期性交叉指型电极组成,这些电极连接到两个连接到电源(或负载)的母线。振幅将由电极长度确定,相位由电极位置确定。电极的波长决定了SAW滤波器的工作频率。
用于SAW滤波器的7种最常见的压电材料:

材料 速度(m/s) 温度系数(ppm/°C) 耦合系数(K2) 应用
YZ铌酸锂 3488 94 0.045 宽带滤波器,长延迟时间延迟线
128º铌酸锂 3992 74 0.055 宽带滤波器
石英 3158 -0.033ppm/oC2 0.00116 窄带滤波器,短延迟线,谐振器
112º锂钽酸盐 3290 18 0.0075 中频滤波器
41º铌酸锂 4792 50 0.172 低损耗滤波器
64º铌酸锂 4792 70 0.113 低损耗滤波器
42º锂钽酸盐 4022 40 0.076 低损耗滤波器
温度系数:中心频率相对于SAW滤波器工作温度的变化。
   耦合系数(K2):材料产生声波的效率。较大的K2意味着较强的声波,并且通常每单位延迟的损耗较小。在BlileyTechnologies,我们专注于制造石英SAW滤波器。如上表所示,石英SAW滤波器非常适用于窄带滤波器,短延迟线和谐振器。如果您认为石英SAW滤波器可能适合您的应用,请联系我们,我们可以帮助您找到最佳选择。
当标准SAW滤波器不会削减它时(低损耗SAW滤波器):
   当标准过滤器性能可能没有削减它时,可能存在情况和应用。在这些情况下,可能需要更低损耗和更小尺寸的滤波器。有多种设计选项可用于帮助满足标准SAW技术无法完全满足的应用需求。
这些包括:
   -SPUDT过滤器
   -环滤波器和IIDT
   -IEF
   -耦合谐振器滤波器
单相单向传感器(SPUDT)滤波器:
   在-X方向上减小SAW的幅度会增加+X方向上的SAW。这是通过利用换能器中的反射器电极来完成的。SPUDT可以提供出色的窄带低损耗滤波器,但它可能不是宽带滤波器的最佳选择。甲风扇换能器(倾斜的或锥形的换能器)可以帮助具有较低损耗创建更宽的带宽。
环形滤波器和IIDT滤波器:
   环形滤波器在不同的耦合轨道中使用2个换能器,并通过反射轨道变换器耦合。这将SAW从一个轨道转移到另一个轨道。IIDT过滤器使用一系列连接到输出和输入端口的相同IDT。输出传感器从两侧接收相同的输入波。这会将SAW信息转换为电输出。输出换能器也是如此,但是会发生一些损耗,因为SAW仍将流向需要衰减的晶体端。
阻抗元件滤波器(IEF)谐振器滤波器:
   IEF滤波器设计有平行和串联元件,以实现特定的滤波器形状。这是通过利用每种元素类型的共振特性来完成的。
   -IEF很棒
   -大带宽
   -更高的中心频率
   -小尺寸
   -更大的输入功率选项
耦合谐振器滤波器(CRF和TCRF):
   对于许多应用,可以使用宽带或窄带宽和低损耗来设计耦合谐振滤波器(CRF)。CRF滤波器基于单极和双极配置。横向耦合谐振器滤波器(TCRF)由谐振器组成,谐振器以电子方式连接以构成窄带滤波器。使用两个或更多个谐振器的滤波器在器件内横向声学耦合。
SAW和BAW滤波器有什么区别?
   SAW和BAW(Bulk-AcousticWave)技术在许多方面类似。它们都以不同的方式和性能水平发射声波(特别是在更高的频率下)。但是,不要让他们困惑!他们也有很多不同之处。在SAW部件中,声波穿过压电材料的表面,其幅度通常以指数方式衰减到衬底材料中。相反,BAW滤波器中的声波穿过并存储在压电材料本身中。
SAW2.jpg
BAW滤波器图
   尽管SAW和BAW技术的行为不同,但它们可以相互补充。在SAW换能器变得难以控制之前,SAW滤波器可以设计为大约2.0或2.5GHz。另一方面,BAW滤波器可用于2.7GHz及更高频率的滤波,延迟线和其他功能。这些频率差异使得SAW和BAW滤波器在许多应用中成为完美的二重奏,包括需要更低和更高频带的长期演进(LTE)无线通信。
常见的SAW滤波器应用和行业:
   移动通信和电信:
   由于SAW滤波器体积小,重量轻,耐用,因此在许多电信应用中都能很好地工作,SAW滤波器是移动通信设备最常用的滤波器类型。它们通常用于2GHz带宽。在移动通信中通常使用SAW滤波器的其他特定应用包括:LTE频段(长期演进),5G,GSM(全球移动通信系统),CDMA(码分多址),WCDMA(宽带CDMA)等。对于电信,SAW滤波器经常在基站中用作IF级中的带通滤波器。这里的幅度理想地具有低失真和最小的通带变化。
SAW3.jpg
   医疗:
   SAW滤波器也适用于医疗行业中的许多不同应用。最常见的用途之一是传感器。有时医疗应用使用SAW延迟线作为原位检测的传感器元件。更实际的应用包括使用SAW滤波器作为用于医疗行业中的无线通信的带通滤波器。这些通常包括低功率,近场通信。
SAW4.jpg
   雷达:
   具有线性延迟变化的SAW滤波器在设定的通带宽度上非常适合雷达解决方案。这也称为时间带宽(TB)。时间带宽越大,定位和跟踪效果越好。通过添加数字信号处理器,跟踪可以更加有效。有源电子扫描阵列(AESA)雷达是当今最新,最受欢迎的雷达之一。它们也是SAW滤波器的绝佳应用。AESA可以在不移动天线本身的情况下将无线电波导向不同的方向。它甚至可以同时发出多个频率的多个无线电波束。该技术在今天的船舶和飞机上用于雷达欺骗。
SAW5.jpg
   军事和航空航天通讯:
   SAW滤波器可以设计为军事通信和航空航天应用提供高选择性和低失真。与其他过滤技术相比,它们还有助于降低成本和尺寸。声表面滤波器还为许多军事和航空航天通信需求提供带通滤波,包括有发射器和接收器滤波器,超外差系统中的中频(IF)滤波器,软件定义无线电(SDR)中的IF滤波器,识别朋友或敌人(IFF)应用程序等。SAW技术还可以作为双工器的一个很好的组合,可以用于许多其他军事通信需求的本地振荡器。
SAW6.jpg
   自从SAW声表面滤波器被真正发展起来后,应用的领域从军工级和商业级,渐渐也开始民用化,而且尺寸和性能也发生了较大的变化。SMD型的滤波器逐渐替代插件型,而且这项技术目前已比较成熟,可以满足大部分产品的需求,Bliley晶振公司研发SAW滤波器并不多,但已向许多生产厂家提供,有意者可联系金洛鑫电子0755-27837162。
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