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随着现代通信技术的快速发展,移动通信系统提出了更快的传输速率、更高的频谱利用率、更多的设备接入量和更低的时延等发展目标,对现有的各种元器件在性能上提出了更高的需求。其中,传统的声表面波滤波器由于自身结构的限制,工作频率较低,难以满足通信系统高频化的发展趋势,因此,人们开始研究新的滤波器解决方案。基于薄膜体声波谐振器(ThinFilmBulkAcousticResonator,FBAR)的滤波器凭借Q值高、体积小、功耗低、可靠性好和稳定性强等优点逐渐受到了人们的重视和认可,并且由于制备工艺的兼容性强,FBAR滤波器在集成化方面还有巨大的潜力,因此成为了滤波器领域的研究热点。本文将对FBAR滤波器进行理论分析、构建模型并仿真,最后再通过实际制备对比理论分析作出优化。
本文首先从压电效应出发,介绍了谐振器的基本结构。进一步基于谐振器引出了FBAR滤波器的基本结构和工作原理,并通过对比不同结构的优缺点分别确立了谐振器为空腔型结构,滤波器为阶梯型结构。
然后基于FBAR谐振器的工作原理,结合电学和力学分析,得到了FBAR谐振器的阻抗模型,并在阻抗模型的基础上推导出等效电路模型。进一步通过阻抗模型对谐振器的各项参数进行了仿真分析,结合材质的物理性质确立了FBAR滤波器的膜层材料和单项参数。在对谐振器阻抗分析的基础上,结合滤波器的设计指标,进行了滤波器的电路仿真和优化,最终确立了制备FBAR滤波器的结构参数。
最后,在进行镀膜单步工艺的优化后,完成了FBAR滤波器的制备。再通过对比分析实测结果与仿真结果,针对带宽和中心频率提出了优化方案,并作出验证。最后根据优化方案重新制备了滤波器样品,其3dB带宽为160MHz、通带插损小于3.5dB、带外抑制大于30dB、回波损耗大于12dB,满足5G通信Sub-6GHz频段的应用需求。
本文首先从压电效应出发,介绍了谐振器的基本结构。进一步基于谐振器引出了FBAR滤波器的基本结构和工作原理,并通过对比不同结构的优缺点分别确立了谐振器为空腔型结构,滤波器为阶梯型结构。
然后基于FBAR谐振器的工作原理,结合电学和力学分析,得到了FBAR谐振器的阻抗模型,并在阻抗模型的基础上推导出等效电路模型。进一步通过阻抗模型对谐振器的各项参数进行了仿真分析,结合材质的物理性质确立了FBAR滤波器的膜层材料和单项参数。在对谐振器阻抗分析的基础上,结合滤波器的设计指标,进行了滤波器的电路仿真和优化,最终确立了制备FBAR滤波器的结构参数。
最后,在进行镀膜单步工艺的优化后,完成了FBAR滤波器的制备。再通过对比分析实测结果与仿真结果,针对带宽和中心频率提出了优化方案,并作出验证。最后根据优化方案重新制备了滤波器样品,其3dB带宽为160MHz、通带插损小于3.5dB、带外抑制大于30dB、回波损耗大于12dB,满足5G通信Sub-6GHz频段的应用需求。