基于一种改进型DMS结构的极窄带SAW滤波器

赵雪梅，郑泽渔，董加和，伍 平，陈彦光，陈正林，2(. 中国电子科技集团公司 第二十六研究所，重庆400060;2. 模拟集成电路重点实验室，重庆 400060)

0 引言

极窄带滤波器在电台中应用较广。在L波段，能够满足点频或极窄带信号滤波需求的滤波器种类极少。特别是在小于1‰相对带宽级别，极窄带声表面波(SAW)滤波器具有较大优势。实现极窄带SAW滤波器的结构有横向耦合谐振型(TCRF)结构[1-2]、双模声表面波(DMS)结构[3]及常规单/双端口结构[4]等。L波段滤波器设计主要采用TCRF结构和DMS结构。本文采用DMS结构来实现L波段极窄带SAW滤波器的研制，与文献[3]的报道相比有以下两点不同：

1) 本文采用36°Y-90°X石英晶体材料及使用声速为5 100 m/s的声表面横波(STW)模式降低工艺难度。

2) 本文采用改进型的DMS结构。

1 DMS结构基本原理

最基本的DMS滤波器由端头两反射器及中间输入、输出两个叉指换能器(IDT)组成，两个IDT在栅状反射器间串联排列，如图1所示。

图1 两IDT结构的DMS滤波器示意图

这种结构的主要声学谐振模式为零阶和一阶谐振模式，与对称模式和反对称模式产生的方式相似(见图2)。通常高阶谐振模式的谐振频率比低阶模式的谐振频率低。这两种模式的频率差主要由IDT周期和指条数量多少及能量捕获大小来决定。

2 改进型的DMS结构

虽然DMS结构的主要工作模式为零阶和一阶谐振模式，但是其他高阶模式仍会影响滤波器的阻带抑制，同时对带宽调整灵活性偏低。为了进一步提升DMS型极窄带SAW滤波器的电性能指标，本文对DMS结构进行了改进，主要采取以下几个措施：

1) 两边反射器改为分布式多反射器结构。声通道的左、右端反射器对阻带抑制影响显著。传统设计采用的对称反射器设计方案是导致阻带抑制差的主要原因，如图3(a)所示。传统设计方案只有两个可优化变量，优化效果明显不好。为此，本文采用分布式多反射器加权方案,如图3(b)所示，这种方案可将变量优化成原来的几倍，通过精细化的参数优化调整，能够抑制阻带杂波，从而提高阻带抑制。图3中,P1～P5为1～5反射器对应的半周期，N1～N5为1～5反射器对应的指条数。

图3 对称反射器及分布式多反射器方案示意图

图4 分布式多反射器与普通反射器仿真对比

图4为分布式多反射器与普通反射器的仿真对比。由图可知，与普通反射器仿真相比，分布式多反射器结构对近端阻带抑制的改进较明显。

2) 在输入和输出IDT之间增加反射器。通过在输入和输出IDT之间增加中间反射器可以实现对通带带宽的灵活设计。图5为中间反射器对响应影响仿真曲线。

图5 中间反射器对响应影响仿真曲线

3) 采用双声通道结构来进一步提升阻带抑制。用户一般要求阻带抑制需大于40 dB，普通的单通道无法满足，本文采用双声通道结构，进一步提升了阻带抑制。最终的改进型DMS结构示意图如图6所示。

图6 双通道改进型DMS结构

通过仿真，阻带抑制完全满足大于40 dB的需求。图7为改进型DMS结构单双通道仿真对比。

图7 改进型DMS结构单双通道仿真对比

3 极窄带SAW滤波器设计实现

本文采用双通道改进型DMS结构设计了一款标称频率为1 500 MHz的极窄带SAW滤波器，该滤波器需要外匹配。该设计采用36°Y-90°X石英晶体材料，使用声速为5 100 m/s的STW波模式来降低工艺难度。实测匹配后极窄带SAW滤波器中心频率为1 499.995 MHz，带宽为878.75 kHz(1 dB相对带宽为0.585 8‰)，插入损耗为5.8 dB，阻带抑制达到45 dB。实测曲线如图8所示。

图8 双通道改进型DMS结构实测曲线

4 结束语

本文采用双通带改进型DMS结构获得极窄带和高阻带抑制的SAW滤波器。通过仿真分析，该新结构指标明显提高。同时研制了一款1.5 GHz的相对带宽约0.6‰及阻带抑制约45 dB的极窄带SAW滤波器，其仿真与实测的吻合性较好，验证了该改进型DMS结构的有效性。相关设计可满足类似极窄带SAW滤波器的设计需求。