智能手机,平板电脑和智能可穿戴设备的迅速普及证明了根据体声波(BAW)和表面声波的高功能RF声学器材(SAW)技能在全球取得的成功。先进的无线通讯标准使新的RF功用成为强制性地应用于现代移动通讯中的终端用户设备中。因为SAW和BAW组件与更高频率的兼容性,导致对SAW和BAW组件的需求不断添加。2020年,预计射频滤波器的出货量将超过680亿个,其间约400亿个将是高功能滤波器,例如薄膜体声波谐振器(FBAR),高品质因数(Q)BAW组件,温度补偿(TC)SAW组件和薄膜SAW组件等。
对于包含载波聚合(CA)的LTE产品,新频段和2X2 MIMO(多输入,多输出)功用的添加进一步添加了对移动最终用户设备(如电话和平板电脑)中的声学滤波器的需求。声学滤波器之所以合适于此意图,因为给定频率下的声学波长通常比电磁(EM)波长小五个数量级。这样就可以在小于1立方毫米的体积中完成完好的滤波器功用。因为大量不同的频带以及移动通讯设备应该在国际一切区域坚持功用的希望,因而许多滤波器有必要集成在每个移动通讯设备中,这要求滤波器设计的尺度非常小。
声表面波技能几乎是从第一批移动通讯设备的开发开端就已经被广泛使用了,最初设计用于低于1 GHz的频率规模,现已扩展到近3 GHz。跟着TC SAW技能的引入,SAW谐振器的行为得到了改善,然后提高了滤波器功用的温度稳定性。对于不断添加的频率,声表面波技能提出了更大的应战,因为在高频体系中损耗明显添加且功能容限下降。因为这些原因,BAW技能用于更高的频率,尤其是在1.6至3.5 GHz之间,这取决于滤波器的要求,战略方向和制造商的专业知识。第一批商业化的BAW滤波器和双工器于2001年投放市场,并且根据FBAR技能。镜像式,牢固装置的谐振器(SMR)BAW技能紧随其后。从那时起,对BAW技能的研讨一向集中在完善电声耦合和提升谐振器的Q值上,这体现在更高的带宽,更低的插入损耗和更峻峭的滤波器裙边等功能标准上。
BAW谐振器的主要组件是两个在它们之间带有一个压电层的平行电极。
提高移动衔接最大数据速率的一项重要技能是CA。带间CA为用户供给了不同频段的多个频率通道,并且可以一起发送和接纳。在2020年,支撑CA的移动设备中将有200亿个RF部件发货。为此,有必要将多个滤波器或双工器阻抗匹配到一个公共天线端口,并为多个应用场景供给足够的发射-接纳(Tx-Rx)阻隔。最常见的CA设计技能是四工器,其间两个Tx滤波器和两个Rx滤波器匹配。每个Rx输出有必要与每个Tx输入分隔,以避免下降了接纳机灵敏度,尽管不或许完成理想的无限的穿插阻隔。与单个滤波器比较,插入损耗也会添加。为了避免整体功能恶化,有必要改善单个滤波器的插入损耗和阻带按捺。
在没有功率负载的情况下-25°C(蓝色)和25°C(绿色)时BAW滤波器的呼应以及在85°C和,910 MHz施加的功率为29 dBm时BAW滤波器的呼应。
传输途径中的滤波器通常用于高达29 dBm的Tx功率。一部分施加的功率在滤波器中耗散,并导致其各个谐振器中的温度升高。滤波器的传递函数是如何取决于环境温度和施加的输入功率的。在某些情况下,自热引起的频率偏移乃至或许比环境温度升高引起的频率偏移更为严重。高温会下降滤波器裙边按捺的峻峭度,导致滤波器无法在指定的带隙内从传输切换到按捺,或者导致不再满足指定的插入损耗要求。热量还会大大缩短组件的寿命。因而,用于现代收发信机的滤波器和双工器的开发人员不只有必要可以建模小信号呼应,并且还可以建模在不同环境温度和高输入功率水平下的滤波器行为。关于滤波器在环境温度和高功率电平下的非线性行为的规范也更加严格,因为所发生的谐波和互调项会导致对其他频带的搅扰,这些频带很难与实践信号别离。RF前端的这种不断添加的复杂性也加剧了对设计能力的限制。因而,有必要开发新的方法来更好地表征,建模和优化滤波器的热行为和非线性。
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