SAW應(yīng)移動(dòng)通信的要求不斷發(fā)展
早期的SAW的主要應(yīng)用領(lǐng)域是電視機(jī)為主導(dǎo)的視聽類電子產(chǎn)品。移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展使SAW器件的市場(chǎng)主體發(fā)生了重大轉(zhuǎn)移。像SAW濾波器這類器件在移動(dòng)通信中應(yīng)用得很好，是壓電陶瓷濾波器和單片晶體濾波器（MCF）望塵莫及的。
（1）提高工作頻率
對(duì)SAW器件，當(dāng)壓電基材選定之后，其工作頻率則由IDT指條寬度決定。IDT指條愈窄，頻率則愈高，二者關(guān)系曲線如圖3所示。
眾所周知，目前0.5μm級(jí)的半導(dǎo)體工藝已是較普通的技術(shù)，該尺寸的IDT電極條寬能制作出約1500MHz的SAW濾波器。利用0.35μm級(jí)的光刻工藝，能制作出2GHz的器件。借助于0.2μm級(jí)的精細(xì)加工技術(shù)，2.5GHz的SAW器件早已實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，3GHz的器件開始進(jìn)入實(shí)用化。
（2）微型化、片式化、組合化
SAW器件微型化、片式化和輕便化，是移動(dòng)通信產(chǎn)品提出的基本要求。SAW器件的IDT電極條寬通常是按照SAW波長(zhǎng)的1/4來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。對(duì)于工作在1GHz下的器件，若設(shè)SAW的傳播速度是4000m/s，波長(zhǎng)則僅為4μm（1/4波長(zhǎng)是1μm），在0.4mm的距離中能夠容納100條1μm寬的電極。故SAW器件芯片可以做得非常小，便于實(shí)現(xiàn)超小型化。
為縮小SAW器件的體積，在其封裝型式上已由傳統(tǒng)的圓形金屬殼封裝改為方形或長(zhǎng)方形扁平金屬或LCC表面貼裝款式，并且尺寸不斷縮小。圖2為SAW濾波器尺寸不斷縮小的實(shí)物對(duì)比。
1998年，日本富士通公司推出的SAW濾波器，尺寸僅為2.5mm×2.0mm×1.2mm。
將不同功能的SAW器件封裝在一起的組合型器件，同樣是減小PCB面積的一個(gè)途徑。例如，用于800MHz PDC終端的接收SAW濾波器，就內(nèi)裝兩個(gè)濾波器，其中一個(gè)是810～830MHz低頻接收帶濾波器，另一個(gè)是870～885MHz高頻帶濾波器，尺寸為3mm×3mm；再如運(yùn)行于1.9GHz PCS終端60MHz帶寬的雙頻段濾波器，也是組合型的器件。其中一個(gè)頻段為1850～1885MHz(35MHz)，另一個(gè)頻段則為1885～1910MHz(25MHz)。這種組合型器件，能提供3dB的插入損耗和45dB的帶外衰減。富士通公司開發(fā)的能支持模擬和數(shù)字兩種模式（即雙帶式）移動(dòng)電話手機(jī)用SAW濾波器，同樣是組合型器件。
（3）降低插入損耗
SAW濾波器以往存在的最突出問題是插入損耗大，一般不低于15dB。為滿足移動(dòng)通信系統(tǒng)的要求，人們通過開發(fā)高性能的壓電材料和改進(jìn)IDT設(shè)計(jì)，使器件的插入損耗降低到4dB以下，而且有些產(chǎn)品降至1dB。
在眾多壓電材料研究成果中，最引人注目的就是日本村田公司發(fā)明的ZnO/藍(lán)寶石層狀結(jié)構(gòu)基板材料。該公司利用ZnO/藍(lán)寶石基板材料，制造出1.5GHz PDC RF用濾波器，插入損耗降至1.2dB。
（4）寬帶化
移動(dòng)通信系統(tǒng)的更新?lián)Q代，要求SAW濾波器寬帶化。用于AMPS模擬蜂窩電話的第一代IF濾波器通頻帶寬僅為30kHz，而用于美國(guó)IS-95規(guī)格CDMA方式的便攜電話中第三代器件的通頻帶寬達(dá)1MHz以上。為使SAW濾波器實(shí)現(xiàn)寬帶化和低損耗化，必須在IDT電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不斷創(chuàng)新。
傳統(tǒng)的橫向型SAW濾波器電極基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。壓電基板上面有兩個(gè)IDT，分別用作輸入和輸出的激勵(lì)與檢測(cè)轉(zhuǎn)換。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)自由度大，但當(dāng)要求頻帶寬/中心頻率之比較小和通頻帶寬/衰減帶寬之比較大時(shí)，則需要較多的電極條數(shù)，難以實(shí)現(xiàn)小型化。同時(shí)，由于SAW是雙向傳播的，在輸入/輸出IDT電極上分別產(chǎn)生1/2的損耗，對(duì)降低損耗是不利的。
當(dāng)采用單方向性的IDT或方向性變換器時(shí)，橫向型SAW濾波器的損耗可以降低，并可獲得比較平坦的延遲特性。
采用梯型結(jié)構(gòu)的諧振式濾波器IDT是按照串聯(lián)和并聯(lián)形式連接成梯型若干級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)，輸入/輸出直接實(shí)現(xiàn)連接。采用0.4μm以下的精細(xì)加工技術(shù)，研制的無線局域網(wǎng)LAN用2.5GHz梯型結(jié)構(gòu)諧振式SAW濾波器，帶寬達(dá)100MHz，特性曲線如圖5所示。
GSM接收前端用插入損耗僅為1dB的超低損耗型SAW濾波器，其IDT電極也采用了梯型結(jié)構(gòu)。
在多重模式濾波器中，占主導(dǎo)地位的是一次模式和二重模式SAW（DMS）濾波器。DMS濾波器結(jié)構(gòu)主要有橫耦合型和縱耦合型兩種類型，如圖6所示。不論是哪一種類型的DMS濾波器，兩對(duì)IDT電極都靠得很近，在它們的兩側(cè)都設(shè)置了用作阻擋能量外逸的反射器，因而能獲得很低的損耗并產(chǎn)生一個(gè)高Q值，而且?guī)馑p量也較大。但是，該結(jié)構(gòu)型式不利于實(shí)現(xiàn)寬帶化。相比之下，縱向連接的濾波器帶寬要比橫向耦合型濾波器大一些，因此被廣泛用于蜂窩電話和尋呼機(jī)的RF濾波。而后者具有陡削的窄帶特性，可用于個(gè)人數(shù)字蜂窩（PDC）和模擬電話的IF濾波。
（5）提升耐電力特性
在耐電力特性和插入損耗要求非常嚴(yán)格的場(chǎng)合，一直沿用電介質(zhì)濾波器。像便攜式電話的發(fā)送/接收（TX/RX）天線轉(zhuǎn)換開關(guān)，必須能承受約1W的發(fā)送電力。隨著SAW濾波器性能的提高，該器件的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。圖7示出的是用于AMPS方式的SAW天線轉(zhuǎn)換開關(guān)，尺寸為9.5mm×7.5mm×2mm，重量是0.4g。即使在今后國(guó)際統(tǒng)一規(guī)格的IMT2000方式新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，也少不了這種SAW天線轉(zhuǎn)換開關(guān)器件。日本村田公司開發(fā)的6.3mm×8mm×2mm的SAW天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，不僅提高了傳輸級(jí)的功率容限，而且具有超低插入損耗特性。 |
