Bliley公司詮釋SAW濾波器的特性與應用
來源：http://www.benpai.com.cn 作者：金洛鑫電子 2019年05月11
SAW是聲表面波濾波器的英文簡稱，全稱是Surface Acoustic Wave Filter，制造SAW濾波器的材料也具有壓電性質，屬于頻率控制元器件的一種。它不僅有發射和接收信號的性能，同時具體抗電磁波干擾的功能，是無線通信，電信，醫療，廣播，軍事設備，航空航天，雷達，導航定位等產品都需要用到的核心電子元件。早期的SAW濾波器外形以TO-39和F11插件封裝為主，隨著科技的發展，貼片濾波器成為市場的‘新寵’。
與其他濾波器技術相比，表面聲波（SAW）濾波器可減小尺寸，重量和成本。但是，在為系統設計選擇SAW濾波器時，需要考慮許多權衡因素。什么是SAW濾波器？什么是常見的SAW濾波器應用？SAW濾波器如何用于移動通信？我們將在這篇文章中回答這些問題。
什么是SAW濾波器？
原理圖圖-的-常規SAW濾波器：SAW濾波器是一種通過壓電材料將電能轉換為聲能或機械能的電子設備。使用兩個叉指式換能器......輸入和輸出換能器進行該過程。
1.輸入傳感器根據輸入的電信號產生聲波
2.輸出傳感器接收這些聲波并將它們轉換回電能
傳感器創建雙向橫向濾波器。那是因為頻率波在-X和+X方向上均等地產生。輸出傳感器產生的波只是完整波的1/2。因此，如果從輸出波觀察到3dB的損失，則意味著來自輸入和輸出傳感器的總信號具有6dB的插入損耗。每個傳感器由周期性交叉指型電極組成，這些電極連接到兩個連接到電源（或負載）的母線。振幅將由電極長度確定，相位由電極位置確定。電極的波長決定了SAW濾波器的工作頻率。
用于SAW濾波器的7種最常見的壓電材料:
溫度系數：中心頻率相對于SAW濾波器工作溫度的變化。
耦合系數（K2）：材料產生聲波的效率。較大的K2意味著較強的聲波，并且通常每單位延遲的損耗較小。在BlileyTechnologies，我們專注于制造石英SAW濾波器。如上表所示，石英SAW濾波器非常適用于窄帶濾波器，短延遲線和諧振器。如果您認為石英SAW濾波器可能適合您的應用，請聯系我們，我們可以幫助您找到最佳選擇。
當標準SAW濾波器不會削減它時（低損耗SAW濾波器）:
當標準過濾器性能可能沒有削減它時，可能存在情況和應用。在這些情況下，可能需要更低損耗和更小尺寸的濾波器。有多種設計選項可用于幫助滿足標準SAW技術無法完全滿足的應用需求。
這些包括：
-SPUDT過濾器
-環濾波器和IIDT
-IEF
-耦合諧振器濾波器
單相單向傳感器（SPUDT）濾波器：
在-X方向上減小SAW的幅度會增加+X方向上的SAW。這是通過利用換能器中的反射器電極來完成的。SPUDT可以提供出色的窄帶低損耗濾波器，但它可能不是寬帶濾波器的最佳選擇。甲風扇換能器（傾斜的或錐形的換能器）可以幫助具有較低損耗創建更寬的帶寬。
環形濾波器和IIDT濾波器：
環形濾波器在不同的耦合軌道中使用2個換能器，并通過反射軌道變換器耦合。這將SAW從一個軌道轉移到另一個軌道。IIDT過濾器使用一系列連接到輸出和輸入端口的相同IDT。輸出傳感器從兩側接收相同的輸入波。這會將SAW信息轉換為電輸出。輸出換能器也是如此，但是會發生一些損耗，因為SAW仍將流向需要衰減的晶體端。
阻抗元件濾波器（IEF）諧振器濾波器：
IEF濾波器設計有平行和串聯元件，以實現特定的濾波器形狀。這是通過利用每種元素類型的共振特性來完成的。
-IEF很棒
-大帶寬
-更高的中心頻率
-小尺寸
-更大的輸入功率選項
耦合諧振器濾波器（CRF和TCRF）：
對于許多應用，可以使用寬帶或窄帶寬和低損耗來設計耦合諧振濾波器（CRF）。CRF濾波器基于單極和雙極配置。橫向耦合諧振器濾波器（TCRF）由諧振器組成，諧振器以電子方式連接以構成窄帶濾波器。使用兩個或更多個諧振器的濾波器在器件內橫向聲學耦合。
SAW和BAW濾波器有什么區別？
SAW和BAW（Bulk-AcousticWave）技術在許多方面類似。它們都以不同的方式和性能水平發射聲波（特別是在更高的頻率下）。但是，不要讓他們困惑！他們也有很多不同之處。在SAW部件中，聲波穿過壓電材料的表面，其幅度通常以指數方式衰減到襯底材料中。相反，BAW濾波器中的聲波穿過并存儲在壓電材料本身中。
常見的SAW濾波器應用和行業：
移動通信和電信：
由于SAW濾波器體積小，重量輕，耐用，因此在許多電信應用中都能很好地工作，SAW濾波器是移動通信設備最常用的濾波器類型。它們通常用于2GHz帶寬。在移動通信中通常使用SAW濾波器的其他特定應用包括：LTE頻段（長期演進），5G，GSM（全球移動通信系統），CDMA（碼分多址），WCDMA（寬帶CDMA）等。對于電信，SAW濾波器經常在基站中用作IF級中的帶通濾波器。這里的幅度理想地具有低失真和最小的通帶變化。
醫療：
SAW濾波器也適用于醫療行業中的許多不同應用。最常見的用途之一是傳感器。有時醫療應用使用SAW延遲線作為原位檢測的傳感器元件。更實際的應用包括使用SAW濾波器作為用于醫療行業中的無線通信的帶通濾波器。這些通常包括低功率，近場通信。
雷達：
具有線性延遲變化的SAW濾波器在設定的通帶寬度上非常適合雷達解決方案。這也稱為時間帶寬（TB）。時間帶寬越大，定位和跟蹤效果越好。通過添加數字信號處理器，跟蹤可以更加有效。有源電子掃描陣列（AESA）雷達是當今最新，最受歡迎的雷達之一。它們也是SAW濾波器的絕佳應用。AESA可以在不移動天線本身的情況下將無線電波導向不同的方向。它甚至可以同時發出多個頻率的多個無線電波束。該技術在今天的船舶和飛機上用于雷達欺騙。
軍事和航空航天通訊：
SAW濾波器可以設計為軍事通信和航空航天應用提供高選擇性和低失真。與其他過濾技術相比，它們還有助于降低成本和尺寸。聲表面濾波器還為許多軍事和航空航天通信需求提供帶通濾波，包括有發射器和接收器濾波器，超外差系統中的中頻（IF）濾波器，軟件定義無線電（SDR）中的IF濾波器，識別朋友或敵人（IFF）應用程序等。SAW技術還可以作為雙工器的一個很好的組合，可以用于許多其他軍事通信需求的本地振蕩器。
自從SAW聲表面濾波器被真正發展起來后，應用的領域從軍工級和商業級，漸漸也開始民用化，而且尺寸和性能也發生了較大的變化。SMD型的濾波器逐漸替代插件型，而且這項技術目前已比較成熟，可以滿足大部分產品的需求，Bliley晶振公司研發SAW濾波器并不多，但已向許多生產廠家提供，有意者可聯系金洛鑫電子0755-27837162。
與其他濾波器技術相比，表面聲波（SAW）濾波器可減小尺寸，重量和成本。但是，在為系統設計選擇SAW濾波器時，需要考慮許多權衡因素。什么是SAW濾波器？什么是常見的SAW濾波器應用？SAW濾波器如何用于移動通信？我們將在這篇文章中回答這些問題。
什么是SAW濾波器？
原理圖圖-的-常規SAW濾波器：SAW濾波器是一種通過壓電材料將電能轉換為聲能或機械能的電子設備。使用兩個叉指式換能器......輸入和輸出換能器進行該過程。
1.輸入傳感器根據輸入的電信號產生聲波
2.輸出傳感器接收這些聲波并將它們轉換回電能
用于SAW濾波器的7種最常見的壓電材料:
| 材料 | 速度（m/s） | 溫度系數(ppm/°C) | 耦合系數(K2) | 應用 |
| YZ鈮酸鋰 | 3488 | 94 | 0.045 | 寬帶濾波器，長延遲時間延遲線 |
| 128º鈮酸鋰 | 3992 | 74 | 0.055 | 寬帶濾波器 |
| 石英 | 3158 | -0.033ppm/oC2 | 0.00116 | 窄帶濾波器，短延遲線，諧振器 |
| 112º鋰鉭酸鹽 | 3290 | 18 | 0.0075 | 中頻濾波器 |
| 41º鈮酸鋰 | 4792 | 50 | 0.172 | 低損耗濾波器 |
| 64º鈮酸鋰 | 4792 | 70 | 0.113 | 低損耗濾波器 |
| 42º鋰鉭酸鹽 | 4022 | 40 | 0.076 | 低損耗濾波器 |
耦合系數（K2）：材料產生聲波的效率。較大的K2意味著較強的聲波，并且通常每單位延遲的損耗較小。在BlileyTechnologies，我們專注于制造石英SAW濾波器。如上表所示，石英SAW濾波器非常適用于窄帶濾波器，短延遲線和諧振器。如果您認為石英SAW濾波器可能適合您的應用，請聯系我們，我們可以幫助您找到最佳選擇。
當標準SAW濾波器不會削減它時（低損耗SAW濾波器）:
當標準過濾器性能可能沒有削減它時，可能存在情況和應用。在這些情況下，可能需要更低損耗和更小尺寸的濾波器。有多種設計選項可用于幫助滿足標準SAW技術無法完全滿足的應用需求。
這些包括：
-SPUDT過濾器
-環濾波器和IIDT
-IEF
-耦合諧振器濾波器
單相單向傳感器（SPUDT）濾波器：
在-X方向上減小SAW的幅度會增加+X方向上的SAW。這是通過利用換能器中的反射器電極來完成的。SPUDT可以提供出色的窄帶低損耗濾波器，但它可能不是寬帶濾波器的最佳選擇。甲風扇換能器（傾斜的或錐形的換能器）可以幫助具有較低損耗創建更寬的帶寬。
環形濾波器和IIDT濾波器：
環形濾波器在不同的耦合軌道中使用2個換能器，并通過反射軌道變換器耦合。這將SAW從一個軌道轉移到另一個軌道。IIDT過濾器使用一系列連接到輸出和輸入端口的相同IDT。輸出傳感器從兩側接收相同的輸入波。這會將SAW信息轉換為電輸出。輸出換能器也是如此，但是會發生一些損耗，因為SAW仍將流向需要衰減的晶體端。
阻抗元件濾波器（IEF）諧振器濾波器：
IEF濾波器設計有平行和串聯元件，以實現特定的濾波器形狀。這是通過利用每種元素類型的共振特性來完成的。
-IEF很棒
-大帶寬
-更高的中心頻率
-小尺寸
-更大的輸入功率選項
耦合諧振器濾波器（CRF和TCRF）：
對于許多應用，可以使用寬帶或窄帶寬和低損耗來設計耦合諧振濾波器（CRF）。CRF濾波器基于單極和雙極配置。橫向耦合諧振器濾波器（TCRF）由諧振器組成，諧振器以電子方式連接以構成窄帶濾波器。使用兩個或更多個諧振器的濾波器在器件內橫向聲學耦合。
SAW和BAW濾波器有什么區別？
SAW和BAW（Bulk-AcousticWave）技術在許多方面類似。它們都以不同的方式和性能水平發射聲波（特別是在更高的頻率下）。但是，不要讓他們困惑！他們也有很多不同之處。在SAW部件中，聲波穿過壓電材料的表面，其幅度通常以指數方式衰減到襯底材料中。相反，BAW濾波器中的聲波穿過并存儲在壓電材料本身中。
BAW濾波器圖
盡管SAW和BAW技術的行為不同，但它們可以相互補充。在SAW換能器變得難以控制之前，SAW濾波器可以設計為大約2.0或2.5GHz。另一方面，BAW濾波器可用于2.7GHz及更高頻率的濾波，延遲線和其他功能。這些頻率差異使得SAW和BAW濾波器在許多應用中成為完美的二重奏，包括需要更低和更高頻帶的長期演進（LTE）無線通信。常見的SAW濾波器應用和行業：
移動通信和電信：
由于SAW濾波器體積小，重量輕，耐用，因此在許多電信應用中都能很好地工作，SAW濾波器是移動通信設備最常用的濾波器類型。它們通常用于2GHz帶寬。在移動通信中通常使用SAW濾波器的其他特定應用包括：LTE頻段（長期演進），5G，GSM（全球移動通信系統），CDMA（碼分多址），WCDMA（寬帶CDMA）等。對于電信，SAW濾波器經常在基站中用作IF級中的帶通濾波器。這里的幅度理想地具有低失真和最小的通帶變化。
SAW濾波器也適用于醫療行業中的許多不同應用。最常見的用途之一是傳感器。有時醫療應用使用SAW延遲線作為原位檢測的傳感器元件。更實際的應用包括使用SAW濾波器作為用于醫療行業中的無線通信的帶通濾波器。這些通常包括低功率，近場通信。
具有線性延遲變化的SAW濾波器在設定的通帶寬度上非常適合雷達解決方案。這也稱為時間帶寬（TB）。時間帶寬越大，定位和跟蹤效果越好。通過添加數字信號處理器，跟蹤可以更加有效。有源電子掃描陣列（AESA）雷達是當今最新，最受歡迎的雷達之一。它們也是SAW濾波器的絕佳應用。AESA可以在不移動天線本身的情況下將無線電波導向不同的方向。它甚至可以同時發出多個頻率的多個無線電波束。該技術在今天的船舶和飛機上用于雷達欺騙。
SAW濾波器可以設計為軍事通信和航空航天應用提供高選擇性和低失真。與其他過濾技術相比，它們還有助于降低成本和尺寸。聲表面濾波器還為許多軍事和航空航天通信需求提供帶通濾波，包括有發射器和接收器濾波器，超外差系統中的中頻（IF）濾波器，軟件定義無線電（SDR）中的IF濾波器，識別朋友或敵人（IFF）應用程序等。SAW技術還可以作為雙工器的一個很好的組合，可以用于許多其他軍事通信需求的本地振蕩器。
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