1、ICS 3 1. 140 L 21 gB 中华人民共和国国家标准GB/T 27700.2-2011 有质量评定的声表面波(SAW)滤波器第2部分:使用指南Surface acoustic wave (SA W) filters of assessed quality Part 2 : Guidance on use (IEC 60862-2: 2002 , MOD) 2011-12-30发布2012-05-01实施数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检菇总局中国国家标准化管理委员会发布GB/T 27700.2-2011 目次前言.1 1 范围-2 规范性引用文件3 术语和定义3. 1 常用术
2、语. . . . . . 1 3.2 响应特性.4 3.3 声表面波滤波器相关术语4 技术性能的初步描述85 声表面波横向滤波器的基本原理.9 5.1 频率响应特性.9 5.2 加权方法.5.3 滤波器结构及其一般特性.12 6 声表面波谐振滤波器的基本原理.22 6.1 声表面波谐振滤破器的分类226.2 梯形和桥形滤波器6.3 搞合谐振滤波器276.4 交错叉指换能器(IIDT)谐振滤波器7 应用指南7.1 基片材料及其特性7.2 应用电路.7.3 可获得性及限制.7.4 输入电平.38 8 注意事项.38 8.1 直通信号.38 8.2 阻抗匹配条件.8.3 静电.8.4 焊接条件.9
3、订购程序.39 附录A(资料性附录)本部分与IEC60862-2: 2002使用指南技术性差异及其原因42目IJ=i GB/T 27700(有质量评定的声表面波(SAW)滤波器分为以下几个部分:一一-第1部分:总规范;一一第2部分:使用指南;第3部分:外形尺寸。本部分是GB/T27700的第2部分。本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。GB/T 27700.2-20门本部分修改采用IEC60862-2: 2002(有质量评定的声表面波(SAW)滤波器第2部分:使用指南(英文版)。本部分对IEC60862-2: 2002做了一些技术修改，有关技术性差异已编入正文中并用垂直单线标识在它
4、们涉及的条款的页边空白处。在附录A中给出了这些技术性差异及其原因的一览表以供参考。此外，本部分还删除了IEC60862-2: 2002的标准前言。本部分由中华人民共和国信息产业部提出。本部分由全国频率控制和选择用压电器件标委会(SAC/TC182)归口。本部分起草单位=中国电子科技集团公司第二十六研究所。本部分主要起草人:张晓梅、曹亮、黄广伦、金中洪、何大珍。I 1 范围有质量评定的声表面波(SAW)滤波器第2部分:使用指南GB/T 27700.2一2011本部分规定的声表面波滤波器广泛应用于电视，卫星通讯，光纤通讯和移动通讯等领域。由于这些声表面波滤波器具有不同的性能指标。所以可将其划分成一
5、些基本类别。本部分包括各种声表面波滤波器结构，这些声表面波滤波器结构的工作频率范围大约为10 MHz3 GHz不等，相对带宽为中心频率的o.02%100%。制定本部分的目的不是进行理论解释，同时，本部分也不能解决实际中可能发生的问题。本部分旨在就用户定购一种新用途声表面波滤波器之前应考虑的一些基本问题加以阐述，从而使用户获得性能符合要求的产品。本部分给出的标准以及由生产商发布的详细规范，定义了标称频率、通带带宽、通带波动、矩形系数以及终端阻抗等指标。该部分列举了大量的具有典型性能的各种声表面波滤波器。但是不应该过分强调使用者在任何情况下都应选择标准中的声表面波滤波器，他可能为了使用标准中的声表
6、面波滤波器只是导致电路的微小改变。这点特别针对声表面波滤波器标称频率的选择上。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GBjT 27700. 1-2011 有质量评定的声表面波(SAW)滤波器第1部分:总规范(IEC60862-1: 2003，岛10D)IEC 60368-2-1: 1988 压电滤波器第2部分:压电滤波器使用指南第1节:石英晶体滤波器3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1 常用术语3. 1. 1 声表面波surface acousti
7、c wave SAW 一种沿弹性基片表面传播的声波，其振幅随基片深度呈指数递减。3. 1. 2 声表面波滤波器surface acoustic wave filter SAWF 具有声表面波特性的滤波器，叉指换能器产生声表面波并沿基片表面传播至接收换能器。1 GB/T 27700.2-2011 3. 1. 3 功率流矢量power flow vector 类似波印亭矢量，描述声表面波能量传输特性。3. 1. 4 传播矢量propagation vector 描述波相位传播的矢量。3. 1. 5 功率流角power flow angle 功率流矢量方向和传播矢量方向之间的夹角。3. 1.6 声表
8、面渡边束偏离SA W beam steering 在各向异性材料中，功率流角不为零的声表面波传播现象。3.1.7 声表面波衍射SA W diffraction 声表面披波柬发散和波前失真的现象(类似有限孔径光源的衍射)。3. 1. 8 声表面波机电辑合系数SA W coupling coefficient 声表面波的机电藕合系数，定义如式(1): K;=2带|式中:.Vs/Vs一一自由表面和电短路表面的相对速度变化。3. 1. 9 叉指换能器inter digital transducer IDT ( 1 ) 声表面波换能器是由沉积在压电基片上的两个梳状导电结构组成，它将电能转换成声能或者将声
9、能转换成电能。3. 1. 10 单向叉指换能器unidirectional inter digital transducer UDT 能单向发射或者接收声表面波的叉指换能器。3. 1. 11 多相换能器多相换能器multiphase transducer 有至少两个由不同相位驱动输入的叉指换能器。通常作为单向换能器使用。3. 1. 12 指条finger IDT梳状电极的组成单元。3. 1. 13 哑(假)指dummyfinger 为了抑制波前失真而引入的无源指。3. 1. 14 分裂指split finger 一个单元以上构成的指，以抑制声表面波滤波器中的反射。2 3. 1. 15 汇流条b
10、us bar 将单个电极指连接在一起且将外部电路与声表面波滤披器连接的共用电极。3. 1. 16 加权晌应换能器weighted-response transducer 通过结构设计来产生特定脉冲响应的换能器。见3.1. 173. 1. 22。3. 1. 17 指条重叠或源强度finger overlap or source strength 仅产生机电互作用的指对长度。3. 1. 18 变迹apodization 通过改变IDT指条重叠长度而产生的加权。3.1.19 抽指加权withdrawal weighting 通过移去指条或源的加权。3. 1. 20 电窑加权capacitive we
11、ighting 通过改变电极间的电容的加权。3.1.21 串联加权series weighting GB/T 27700.2-20门将指条分成多个独立单元的加权，这些独立单元通过电容搞合，某些单元还可能不与汇流条相连。3. 1. 22 相位加权phase weighting 在IDT内，改变指条排列周期的加权。3. 1.23 孔径aperture 以中心频率处声表面波波长量度的波束宽度。3. 1. 24 多条藕合器multistrip coupler MSC 沉积在压电基片上与传播方向垂直的金属指条阵列，它将声能从一个声通道转换到相邻的声通道上。3. 1. 25 反射器reflector 利用
12、金属条带阵列或沟槽阵列等所提供的周期不连续性构成的一种声表面波反射元件。3. 1. 26 寄生反射spurious reflections 由基片边缘或者电极边缘反射的声表面波或声体波所产生的无用信号。3. 1. 27 三次渡越回波triple transit echo TTE 由于输入和输出换能器的反射，声表面波在输入和输出IDT间传播路线上来回穿越三次，在声表面波滤波器中产生的元用信号。3 GB/T 27700.2-2011 3.1.28 体波信号bulk wave signals 由体波激发产生并被声表面波滤波器输出检测到的元用信号。3. 1. 29 直通信号feed-through s
13、ignals 电磁干扰信号signals of electromagnetic interference 由于杂散电容或者其他电磁藕合影响，来自声表面波滤波器输入端并出现在声表面波滤波器输出端的元用信号。3. 1. 30 抑制槽suppression corrugation 为了抑制体波信号而在基片非有源面上开的槽。3. 1. 31 声眼收器acoustic absorber 为了吸声而放于基片任意部分且具有高声损耗特性的材料。3.1.32 屏蔽电极shieding clectrode 用于降低电磁干扰信号的电极。3.1.33 交错叉指换能器interdigitated interdigita
14、l transducer IIDT 由3个或3个以上叉指换能器组成的声表面波换能器。注z在本部分中，与多IDT一样，IIDTC或多IDT)谐振滤波器是指由共线交错的多个输入输出IDT组成，两端为栅条反射器。3.2 晌应特性3.2.1 栋称频率nominal frequency 由制造商或规范给定的用以识别声表面波滤波器的频率。3.2.2 中心频率centre frequency 上、下截止频率的算术平均值。3.2.3 参考频率reference frequency 由规范定义、用于对其他频率进行比较的频率。3.2.4 截止频率cut-off frequency 通带中相对衰耗达到给定值时的频率
15、。3.2.5 总功率损耗total power loss 在给定工作条件下，以dB表示的声表面波滤波器传输给负载的功率与从给定的信号源所能获得的功率之比的对数。3.2.6 插入损耗insertion aUenuation 以dB表示的声表面波滤波器插入之前传送到负载的功率和声表面波滤波器插入之后传送到负载的功率之比的对数。4 3.2.7 标称插入损耗nominal insertion attenuation 在给定的参考频率处的插入损耗。3.2.8 相对衰耗relative attenuation 规定频率点损耗与参考频率点的损耗之差。3.2.9 通带pass band 相对衰耗等于或小于某一
16、规定值时的频带。3.2.10 通带宽度pass bandwidth 相对衰耗等于或小于规定值时的频率点之间的间隔。3.2.11 通带波动pass band ripple 在通带内给定频率范围的损耗特性最大变化值。3.2.12 TTE波动TTE ripple 由TTE引起的在给定通带中损耗特性的最大变化值。3.2. 13 最小插入损耗minimum insertion attenuation 在通带内给定频带范围插入损耗的最小值。3.2.14 阻带stop band 相对衰耗等于或大于某一规定值时的频带。3.2.15 阻带抑制stop band rejection 规定阻带内的最小相对衰耗值。3
17、.2. 16 矩形系数shape factor 两个给定相对衰耗值的带宽之比。3.2.17 群延时group delay 时间等于用弧度表示的相移对角频率的一阶导数的负数。3.2. 18 标称群延时nominalgroup delay 在给定参考频率下的群延时。3.2.19 群延时波动group delay distortion 在给定频带内群延时最大值和最小值之差。3.2.20 陷波频率trap frequency 相对衰耗大于或等于规定值的特定频率。GB/T 27700.2-2011 5 G/T 27700.2-2011 3.2.21 陆波损耗trap attenuation 给定陷波频率
18、的相对衰耗。3.2.22 过渡带transition band 截止频率和相邻阻带的最近频率点之间的频带宽度。3.2.23 反射系数reflection coefficient Za和Zb两个阻抗之间不匹配程度的一种无量纲的度量。反射系数用r表示，即:式中zr=Za-Zb -Za +Zb Za一一表示信号源阻抗或输出阻抗;Zb一一表示负载阻抗或输入阻抗。3.2.24 回波损耗return attenuation 反射系数倒数绝对值的对数，用RL表示，单位为dB。3.2.25 I Za +Zb I RL = 201o111一一一一一| IZa - Zb I 反射波信号抑制reflected wa
19、ve si伊alsuppression . ( 2 ) . ( 3 ) 在指定时间窗内，对来自基片边缘或电极的体波或声表面波反射所造成的无用信号与主信号的相对衰减。3.2.26 直通信号抑制feedthrough signal suppr臼sion在输入和输出电极间，由电磁和静电搞合产生的直通信号与主信号的相对衰减。3.2.27 无用晌应unwanted response 除所采用的振动模式以外的其他响应。3.2.28 输入电平input level 施加在声表面波滤波器输入端口的功率、电压或电流值。3.2.29 输出电平output level 传输到负载的功率、电压或电流值。3.2.30
20、标称电平nominal level 性能测量时，给定的功率、电压或电流值。3.2.31 输入阻抗input impedance 当输出端连接规定阻抗的负载时，声表面波滤波器对信号源呈现的阻抗。3.2.32 输出阻抗output impedance 当输入端连接到指定阻抗的信号源时，声表面波滤波器对负载呈现的阻抗。6 3.2.33 端接阻抗terminating impedance 信号源或负载对声表面波滤波器所呈现的阻抗。3.2.34 有效功率available power 通过适当地调节负载阻抗，从给定的信号源所能获得的最大功率。3.2.35 滚降率roll-off rate GB/T 27
21、700.2-2011 描述数字通讯声表面波滚降滤波器上升沿特性的系数。在余弦滚降频率特性的情况下，是过渡带与等于取样频率的一半的理想截止频率之比。3.2.36 五调失真intermodulation distortion 声表面波换能器或声表面波滤波器响应非线性失真，其频谱特征表现为输出频率等于两个或多个输入频率整数倍之差或之和。3.3 声表面谊滤波器相关术语3.3. 1 横向滤波器transversal filter 由压电基片上的输入输出叉指换能器组成的声表面波滤波器。声表面披滤波器的频率响应基本是由换能器的脉冲响应给出。3.3.2 频率对称滤波器frequency symmetrical
22、 filter 相对于参考频率具有对称频率特性的声表面波滤波器。3.3.3 频率不对称滤波器frequency asymmetrical filter 相对于参考频率具有规定非对称通带或阻带的声表面波滤波器。3.3.4 色散滤波器dispersive filter 通常通过改变指条周期使其群延时为频率函数的声表面波滤波器。3.3.5 慌状滤波器comb filter 在3个或以上阻带之间有两个或更多的通带的声表面波滤波器。3.3.6 谐振滤波器resonator filter 由两个或更多声表面波谐振器组成的声表面波滤波器。3.3.7 梯形滤波器ladder filter 交替串联和并联声表面
23、波谐振器组成的声表面波滤波器。3.3.8 桥形滤波器lattice filter 由至少4个声表面波谐振器连接成网状组成的声表面波滤波器，由两个非相邻的交点作为输入端，剩余两个交点作为输出端(桥式电路)。适用于平衡电路。7 G/T 27700.2-20门技术性能的初步描述用户主要关注的是声表面波滤波器特性应该满足特定的规范。满足规范要求的调谐网络和声表面波滤波器的选择应该由使用者和生产商之间的合同规定。声表面波滤波器的特性通常采用插入损耗和群延时的频率响应来表述，如图1所示。GB/T 27700. 1-2011中5.5.2和5.5.4描述了测量插入损耗和群延时的标准方法。在某些应用中，其他特性
24、如相位失真也很重要。4 的立苔剧时黠群延时也丝丘45黠糕!总回响骚品恃总回响MW灰乓比丝马国旦割Y 。节W悔罪|曲。截止频率中心频率截止频率声表面波滤波器的频率晌应标称频率、最小插入损耗或最大插入损耗，通带波动以及矩形系数进一步规定了插入衰耗的特性。在环境试验前后以及工作温度范围指定的最低和最高温度之间，都应满足规范要求。声表面波滤波器大致划分为两类:横向滤波器和谐振滤波器。横向滤波器分为两类:双向IDT滤波器和单向IDT滤波器。谐振滤波器分为三类，即z梯形滤波器和桥形滤波器、搞合谐振滤披器、IIDT谐振滤波器。声表面波横向滤波器和声表面披谐振滤波器的基本原理分别在本部分的第5章和第6章叙述。
25、图2给出了声表面波滤波器的频率和相对带宽适用范围，并与陶墅、晶体、介质、螺旋以及微带滤波器进行了比较。图18 GB/T 27700.2-2011 SAW滤波器CIJLi器,-二1陶瓷滤波器z lL-U 、-田园-町j队 , 介质滤波器-102 100 10-1 10-2 101 40gHM啊缸骨灰白骨100 G 10 G 1G 频率/Hz100M 10M M 31 nu A 声表面波滤波器和其他谑波器的频率和相对带宽适用范围图2声表面波横向捷波器的基本原理5 频率晌应特性这里给出了一个对声表面波滤波器的简单描述以便帮助不熟悉这些滤波器的使用者了解它们的工作原理和特性。声表面波滤波器使用的是声表
26、面波，通常是瑞利波。通过波传播的机械能量集中在表面下一个波长量级深度范围内。波在固体表面以103m/s到104m/s的速度传播，这个速度使实际的声表面波滤波器可以在VHF和UHF范围进行滤波工作。声表面披滤波器是在压电基片一个表面上形成的平面电极结构，这种合适的电极结构是实现声表面波和电信号之间相互转换的手段。5.1 A.v An 输入信号9 信号通过横向捷波器的示意图图3GB/T 27700.2-2011 图3给出的是信号通过横向滤波器的示意图。声表面波滤波器由N个独立的延迟(Dn)抽头组成。每个抽头都由系数人进行加权。信号通过一定数量的延迟并将这些延迟信号进行叠加来实现滤波。这些延迟抽头对
27、应基片上IDT指条的位置，An对应着由IDT指条给出的加权系数。声表面波滤波器的频率响应H(f)由离散傅立叶变换给出，在频率为f时由式(的表达:H(f) = L.:Anexp(一j2fTn)，Tn=艺Di. . ( 4 ) n=l i=l 式中:Tn一一第n个抽头的累计延时。横向滤波器的幅度和相位特性由采样抽头的加权系数人和延迟Dn两组变量确定。IDT 输出阻抗图4声表面波横向滤波器的基本结构如图4所示，声表面波横向滤波器实际上是由压电基片上的一对换能器组成。当电信号施加到输入IDT时，通过压电效应产生声表面波并沿墓片表面在两个方向k传播。在输出IDT处声表面波再次转换为电信号。当IDT是周期
28、为2d的均匀换能器时，在换能器对应的声表面波频率与RF信号同步传播一个换能周期时，可以实现最大转换效率。IDT的中心频率fo由以下同步条件给出:2dfo =Vs .( 5 ) 式中zVs一一声表面波速度。当声表面波横向滤波器由两个相同的均匀换能器构成时，其频率响应如图5所示。传递函数T(f)由式(6)近似表示为:T( f) = (于) ( 6 ) 数4川JVA川指为N fJ一FErh N一中=式z10 5.2 加权方法。要201 惧古Z 40 60 图5N对指均匀换能器的声表面波横向滤波器频率响应GB/T 27700.2-2011 IDT作为一种有N个抽头加权的横向滤波器。可采用多种加权方法，
29、如:变迹加权、抽指加权以及串联(折线)加权。a) 变迹加权图6所示的是一个变迹加权换能器，变迹加权是最常用的加权方式。声波只能在极性相反的相邻电极重叠区域产生或者被检测。|1111111111川川图6变迹加权b) 抽指加权有选择性地抽掉一些电极而获得的一种加权方式，以便与希望的加权函数等效而获得的加权，如图7所示。图7抽指加权c) 串联(折线)加权通过分割每个电极对以分配电压而实现的加权，如图8所示。11 GB/T 27700.2-2011 川川口川口川回回H川川叫HHH叫4UH川国-H川HU川Hh叮HL叮HH川a图8串联(折钱)加权5.3 滤波器结构及其一般特性5.3.0 慨述如图9所示的分
30、裂指(双电极)结构，在一些情况下被用来减小金属电极上声表面波的反射。采用这种几何结构能在每个指对内抵消由表面声阻抗不连续所引起的反射。这种指条结构现在正广泛应用在电视中频(TV-IF)等声表面波滤波器中。图9分裂指(双电摄)结构普通的IDT具有双向性，这些双向IDT分别向两个方向发射和接收声表面披。例如，发射IDT将电信号转换为声表面波。声表面波以相同的强度向前后两个方向传播。接收IDT以相同的效率接收其中的一个。这就意味着发射和接收IDT存在大约3dB的双向损耗。因此，6dB的双向损耗是固有的，且为双向两换能器声表面波滤波器里的最小插入损耗。此外，当发射IDT和接收IDT的阻抗与外电路负载匹
31、配时，在这些双向声表面波滤波器中，通常三次渡越回波(TTE)将会导致很大的通带波纹。为了减少声表面波横向滤波器中的双向损耗以及三次渡越回波(TTE)，采用了多IDT(IIDT)滤波器(包括三换能器声表面波滤波器)以及单向IDT滤波器。另外，反射器型滤波器(见图19和图20)也可视为一种横向滤波器。栅阵被广泛用作反射器，以一定反射频率响应改变声表面波传播方向。这些反射器型滤波器不仅利用了来自换能器本身的横向滤波器特性，而且还利用了各种反射栅结构的反射频率响应，以形成滤波器传递函数，并通过声表面波来回传播以减小芯片长度。在以下条款中给出了各种类型声表面波滤波器的结构、原理和(或)特性的概述。5.3
32、.1 双向IDT捷波器5.3. 1. 1 双向两IDT滤波器如图4所示，在普通的双向两IDT滤波器中，通过使IDT与外电路负载失配以牺牲插入损耗使TTE降到足够低的水平。a) 频响对称带通滤波器G/T 27700.2-2011 由叉指周期和IDT指条对数分别给出了IDT的中心频率和带宽。在相位特性中，相位滞后随频率按比例增加。因此，在通带中群延时是不变的。频响对称带通滤波器的典型应用是用作无线传输设备的中频滤波器。线性相位特性和平坦的通带幅度特性都非常适合系统要求。图10给出了一种标称频率为70.0MHz声表面波滤波器的典型频率响应。高频声表面波滤波器也可以获得很好的选择性。10 20 吨3、
33、糕梆30灰E 40 90 80 70 频率/MHz60 50 70 一种用于无线传输装置的声表面波IF滤波器的典型晌应图10号的立时-OEH嗣黠群延时58 56 频率/MHz54 损耗。20 50 30 40 10 电回响w隅灰黑一种频晌非对称声表面波滤波器的典型晌应频响非对称带通滤波器在声表面波横向滤波器中，幅度和相位特性可以被独立设计。通过精确的设计技术可以获得涉及参考频率的不对称通带、阻带和/或群延时特性。图11示出了一种具有频响不对称特性的声表面波电视IF滤波器响应。13 图11飞/hu G/T 27700.2-2011 c) 其他类型滤波器梳状滤波器已实现并获得应用。声表面波匹配滤波
34、器现已用于无线LAN等民用扩频(SS)系统。用于通讯系统的具有奈奎斯特特性的声表面波滤波器已被开发出来。5.3. 1. 2 多IDT/交错叉指换能器(IIDT)声表面波滤波器随低损耗滤波需求的增加，在3-IDT滤波器基础上发展了多IDT或交错叉指换能器(IIDT)滤波器。下面给出了3-IDT滤披器的简单解释。a) 3-IDT滤波器如图12所示，3-IDT型滤披器具有两个结构相同的接收IDT，对称分布于中心发射IDT两侧。当中心换能器在中心频率处调谐并匹配时，可以完全接收来自两个相反方向的声表面波，这是个可逆的过程，换能器也可以同样产生两个声表面波。同时当相连的两个接收换能器在中心频率处调谐并匹
35、配时，插入损耗可以改善3dB，而且TTE也被消除了。图13示出了900MHz频段声表面波3-IDT滤波器的典型频率响应。这个工作原理也可延伸至多IDT(IIDT)滤波器。 气3。10 20 运30懦军4070 882.5 图123-IDT型声表面波滤波器932.5 频率/阳982.5 图13用于通讯(移动电话)的900MHz频段声表面波滤波器的典型频率响应b) 多IDT/交错叉指换能器(IIDT)滤波器14 多IDT/交错叉指换能器(IIDT)滤波器是通过将输入IDT和输出IDT交错放置来实现的。结构如图14所示，这个滤波器包括(N+l)个输入换能器以及N个输出换能器。GB/T 27700.2
36、-20门输入图14IIDT(多IDT)谑波器框图通过这个结构，2-IDT滤波器中6dB的双向损耗可减小到很小的值，且在输入和输出端口与外部负载匹配时可消除三次渡越回波。如图14所示，当输入换能器和输出换能器调谐到与外电路匹配时，声表面波滤波器插入损耗减小到由最外层输入换能器残留的双向损耗，它与换能器的数量成反比，如式(7)所示:5.3.2 单向IDT(UDT)滤波器5.3.2.1 结构叫旦俨(dB) ( 7 ) 声表面波滤波器的低插入损耗和优良的频率特性都是基于UDT声表面波传播的单向性。理论上声表面波滤波器可具有小于1dB的插入损耗，且幅度和相位特性都可独立控制。它们大致分为两类，一类是多相
37、单向换能器，应用了不同相位差的电场。另一类是应用了相同相位电场的单相单向换能器。a) 多相单向换能器在这类中具有代表性的是三相单向和群型单向换能器。三相换能器的单向性通过施加相位彼此相差1200的三相电压来实现。但是，在这种情况下会有第3个电极以绝缘桥的方式横跨在其他某一个电极上，这使滤波器不再是真正的平面结构且降低了其可靠性。图15中的群型单向换能器可以避免以上的缺点。在90。的电相移处仅有几对电极被激励的单向换能器被视作一群。这样可以以共线的方式排列这些群，并使每个群的信号与其他群的信号同相叠加，使滤波器获得更小的插入损耗。常规的加权技术也适用于这类换能器。90移相器SAW前向图15多相位
38、单向换能器15 GB/T 27700.2-20门单相单向换能器(SPUDTs)这些单相单向换能器(SPUDTs)利用了换能器的内部反射以达到单向的作用。图16表示的是使用内部悬浮电极反射器的换能器的基本结构。图16a)中所示的换能器在正负电极中心处悬浮的开路金属条的移位以获得单向性。同样，也有其他悬浮短路金属条和结合两者的情况，分别如图16b)和图16c)所示。、，hu 一+反向前向4一O 工叫一+前向反向-!鱼!2 1-一一-lb) c) 单相单向换能器图16原理多相单向换能器在多相单向换能器的一群中，由发射电极激发的波(图15中示出了施加移相90。的电场)和由反射电极所激发的波在前向的相位
39、差为OO(同相)，在相反方向上相位差为1800(反相)。该简单的实验滤波器结构显示，在中心频率99.2MHz上，最小插入损耗为1.0 dB以及通带波纹小于0.2dB。换能器有4对和11群电极，Y旋1280切割X传播LiNb03基片以及50n同轴电缆将分别被用作声表面波传播介质和90。移相器。5.3.2.2 a) 16 GB/T 27700.2-2011 图17示出了用于数字蜂窝基站的70MHz声表面波IF滤波器实测的幅频特性。该滤波器的输入换能器是不变迹多相单向换能器，输出换能器是变迹双向换能器。换能器制作在Y旋1280切割X传播LiNb03单晶基片上。该声表面波滤波器显示，在频率为70MHz
40、士1.6 MHz 范围内通带波纹的峰峰值为0.2dB且插入损耗为8dB。10 20 主30悄-l或BpX，X，或Xp100 MHz)传播损耗非常高。表3列出了陶瓷材料的典型数据。表3典型陶瓷材料的几种数据传播速度搞合系数温度系数相对陶器材料组合Vs K 介电常数m/s % 10-S/k E, Pb(Sn,/2 Sb,/2 )03-PbTi03-PbZr03 2420 2.4 38 270 0.lPb(Mn,/3Nb2 /3 )03-0. 9Pb(ZrO.74 Ti0.2s)03 2430 2.9 一17460 7.2 应用电路声表面波滤波器的特性会受到调谐网络和外加电路的影响。为了获得满意的性
41、能，应注意下述问题:a) 插入损耗声表面波滤波器的插入损耗主要由下列损耗引起的z换能器的转换损耗、IDT金属电极的欧姆损耗、声传播损耗、体波模式转换损耗、反射器两侧的泄漏损耗、双向损耗以及变迹损耗。在实际情况下，如果是一个双向IDT滤波器，插入损耗通常主要由转换损耗和双向损耗所引起。IDT转换损耗取决于IDT与外加电路之间的阻抗匹配。根据等效电路模型，声表面波横向滤波器的IDT阻抗是电容性的。在声表面波滤波器的中心频率处加以适当的调谐可以使转换损耗达到最小。当在K(/4)(b.f/ fO)2条件下，满足阻抗完全匹配时，转换损耗可以忽略不计。其中，KLb.f/fo分别表示搞合系数和相对带宽。35
42、 GB/T 27700.2-2011 另一方面，当在K(/4)(6，/10)2条件下，可达到的最小转换损耗受到了限制，而最小转换损耗是与K成反比的。图37给出了几种基片的理论最小转换损耗。为了进一步降低6dB的双向损耗，可以采用一种3-IDT结构。其左右两端是并联电连接的输出换能器。这样做能使损耗降低3dB。一个理想的单向IDT结构可使双向损耗为零。b) 应用电路中的噪声系数和其他问题普通的双向IDT滤波器的插入损耗通常比传统的LC滤波器的插入损耗大。如果用声表面波滤波器代替传统的LC滤波器，为了补偿额外的插入损耗，需要外加具有适当增益的放大器。对声表面波滤波器来说，外加放大器有两种:前置放大
43、器和后置放大器。这两种放大器各有优缺点。因此用户和电路设计师应充分考虑其优缺点。在前置放大情况下，系统的前级信号被放大，放大后的信号如果进入放大器的非线性区，可能产生互调或互调干扰。为了减小这种干扰，最好的解决方法是在前置放大电路中采用一个负反馈环路，在允许的范围内尽可能地保持低增益。在后置放大情况下，由于声表面波的插入损耗较大，采用了后置放大器的整个系统的噪声系数可能会恶化。如果信号在声表面波滤波器处被衰减，那么后置放大器的噪声会降低系统的噪声。精确的阻抗匹配是降低系统噪声的最容易的方法之一，因为它可以降低声表面波滤波器的失配损耗。建议在设计前置放大器时应使其具有适当的增益和线性度以避免互调
44、和互调干扰。c) 声表面波横向滤波器的三次渡越回波(TTE)TTE是由于输入换能器和输出换能器之间的多次声反射而产生的一种元用信号。这种信号有一个滞后于主信号2t的延时(t表示换能器之间的主信号延时)。如图39所示，TTE在声表面波滤波器的幅度和群延时通带特性上导致一个1/(2t)周期的波动。低于主信号40dB的TTE会产生士0.1dB的幅度波动和士0.02t的群延时失真。由于TTE到达输出端时滞后于主信号，因而装有这种中频声表面波滤波器的电视会在屏幕上出现重影(双重图像)。产生TTE的原因在于IDT的声表面波的声电再生。要降低这种声电再生，常使用的有效方法是使滤波器的端口阻抗失配，增加IDT
45、的转换损耗。TTE抑制的改善，大致是插入损耗值增加(以dB计)的两倍。为抑制电再生导致的TTE，端接阻抗应比IDT的阻抗大得多。如果插入损耗是由前置放大器补偿的话，放大器的输出阻抗应尽可能地高。采用常规的双向换能器的声表面波滤波器总是会存在这种问题。而单向IDT滤波器和IIDT滤波器能够同时降低插入损耗和抑制TTE。这种声表面波滤波器是在特定的阻抗匹配条件下设计的，如果阻抗失配，会增加TTE和插入损耗。7.3 可获得性及限制图38给出了在通讯系统中使用的各种类型的声表面波滤波器的相对带宽和插入损耗之间的关系。由于声表面波滤波器有复杂的机理结构，除了TTE以外还有其他的元用信号会影响滤破器性质的
46、响应。这些不被期望的响应必须被抑制或者减小到一个可以接受的程度。在实际使用中，应考虑到声表面波滤波器的长期稳定性，其中包括:a) 谐波响应信号36 如同压电滤波器那样，声表面波滤波器也要激励谐波响应信号，因而会干扰阻带特性。谐波响应信号的寄生电平与金属化比率和声表面波滤波器的电极结构有关。b) 体波信号同声表面披一样，体波信号是由输入IDT产生的，在基片底部反射以后被输出IDT检测，或者当其接近表面传播时被直接检测。因为体波信号比声表面波信号传播更快，所以会影响通带高端区域的阻带衰减。为了消除这些信号，应在基片底面打毛和(或)在输入换能器和输出换能器之间加一个多条藕合器。GB/T 27700.2一2011直通信号由于静电和电磁搞合的缘故，直通信号直接在输入电路和输出电路之间传播。当施加输入电压时，直通信号就会立即出现在输出端。像TTE一样，直通信号也会导致通带波动，如图39所示。然而，其频率周期(8f)等于l/t，是TTE的两倍，t表示主信号延时。有时，直通信号还会填充阻带的陷波频率点，从而降低阻带特性。为了降低这些效应，通常在输入换能器和输出换能器之间设置屏蔽电极。基片边缘反射这种反射会导致通带波动。但是，如果使基片边缘倾斜或在基片上设置吸收体就能够降低这种反射。老化性能声表面波滤波器和体波滤波器都具有优良的长期稳定性。长期老化率与声表面波滤波器的
