基于COM-MBVD混合模型的多模态声学响应研究与仿真

耦合模(COM)模型广泛应用于声表面波(SAW)滤波器设计中,传统的单模COM模型不能拟合到远端的高阶水平剪切波、西沙瓦波等杂散模态。从单模COM模型出发,结合类似于MBVD等效电路的谐振支路,实现COM-MBVD模型拟合多模态声学响应。并基于此模型搭建8阶梯形结构电路进行优化仿真。最终设计出中心频率为1 590 MHz,通带插入损耗小于1.6 dB,带内波动为1 dB,带宽为80 MHz(相对带宽为5%)的声表面波(SAW)滤波器。实际测试数据与仿真数据相符,验证了该设计方法的可行性。

Modeling of wireless SAW temperature sensor and associated antenna

Surface acoustic wave(SAW)resonator used as wireless sensor was characterized and the parameters of its MBVD(Modified Butterworth-Van Dyke)model were extracted versus temperature.The extracted parameters lead toevaluate the resonator performancesin terms of Temperature coefficient of frequency(TCF)and quality factor(Q).An antenna was then associated with the SAW resonator and the entire system has been characterized and modeled.The good agreement experiment-simulation allows to define the optimum operating conditions of the wireless sensor.

基于MBVD模型的FBAR滤波器的仿真与研究

从MBVD等效电路模型出发,研究了三种不同级联方式下FBAR滤波器的滤波效果,同时选取了其中滤波效果更好、应用更为广泛的梯形结构,进一步分析不同级联阶数下梯形结构FBAR滤波器的带内插入损耗与带外抑制的变化趋势,并通过仿真分析设计得出符合5G通信频段(3.4-3.6GHz)标准的中心频率为3.5GHz,带宽为100 MHz的五阶梯形结构FBAR滤波器。

Lamb波模态体声波压电谐振器仿真研究

随着现代通信技术的发展,对高性能射频器件的需求愈加急迫。体声波(BAW)谐振器凭借其独特的优势,满足了高频应用领域的需求,成为当下射频器件中热门的研究方向之一。该文提出一种基于叉指电极的兰姆波S0模态BAW谐振器,并讨论了支撑锚结构和压电材料对器件的品质因数(Q)值的影响,仿真分析了4种锚结构和3种压电材料下器件的品质因数情况。同时基于仿真得到的氮化铝BAW谐振器单元,采用梯形级联方式得到频带在70.36~71.45 MHz的BAW滤波器,插入损耗>-1 dB,能够适用于高频窄带应用范围。

高性能AlN薄膜体声波谐振器的研究

报道了一种空气隙型S波段薄膜体声波谐振器,该谐振器采用一维Mason模型进行仿真,电极材料选用Mo,压电薄膜材料选用AlN,通过对AlN薄膜制备条件的优化,得到了半高宽为3.32°的AlN压电薄膜,并用于研制薄膜体声波谐振器。测试结果表明,其串联谐振频率和并联谐振频率分别为2 185 MHz和2 217 MHz,有效机电耦合系数(kt2)为3.56%,在串联谐振频率和并联谐振频率处的品质因数(Q)值分别为1 571.89和586.62,kt2Q达到了55.96。根据实测结果提取了MBVD模型的参数,并将实测结果与MBVD拟合结果进行了对比,两者吻合得很好。

薄膜体声波滤波器结构和设计

随着无线通信设备的小型化发展,薄膜体声波谐振器（FBAR）已成为国内外研究热点。该文综述了FBAR滤波器的拓扑结构、工作原理和仿真模型,并选择梯形滤波器方案,通过ADS射频仿真软件建立起MBVD一维等效电路模型模拟其传输特性。按照全球定位系统（GPS）滤波器设计要求,设计了频带为1 530~1 590 MHz的窄带滤波器。仿真表明,增加串、并联谐振器阶数可有效提高带外抑制,而减少其面积比在进一步增加带外抑制的同时,减少了插损和器件整体面积。设计所得滤波器带宽60 MHz,带外抑制50 dB,插损3 dB。

体声波谐振器质量负载等效电感的量化方法

体声波(BAW)谐振器受到质量负载时,谐振器的Butterworth Van Dyke(BVD)电路模型中会增加1个质量负载等效电感,为得到该电感与负载质量的量化关系,以便对BAW传感器进行系统行为仿真,该文提出了3D多物理场-等效电路仿真对比建模的方法。通过对比COMSOL Multiphysics软件的3D多物理场仿真结果与ADS的等效电路仿真结果得到质量负载等效电感和负载质量的量化关系。以一个薄膜体声波谐振器(FBAR)为例,介绍了该方法的详细过程,并得到案例中的量化关系为:质量负载等效电感每增加1nH,负载质量增加0.1ng。最后将该量化关系应用于基于Pierce振荡器的BAW传感器检测电路的系统级行为仿真。仿真结果表明,质量负载等效电感每增加1nH,振荡频率减小6 MHz,即振荡频率的变化情况与等效电路仿真结果相吻合,从而验证了该检测电路能用于BAW传感器的频率信号的检测。该量化方法同样适用于石英晶体微天平(QCM)。

基于ADS下FBAR的设计与仿真

现代无线通信技术推进了高频元件的相关发展,微纳技术的迅速发展和新型功能材料的出现以及压电薄膜制备技术的日益成熟使高性能频率控制器件的微型化成为可能。本文主要通过对FBAR的结构以及原理做介绍,设计出一款上下0.3um厚的钼材料电极,1umALN压电薄膜和2.5um的二氧化硅衬底的空气隙型薄膜体声波谐振器,采用MBVD模型对其进行理论推导,并在ADS软件下搭建电路仿真,得到S参数曲线,进而算出有效机电耦合系数为3.65%、串、并联谐振因子分别为1579.33和555.02,有效机电耦合系数与品质因数Q值得乘积最高可以达到57.65。数据表明该FBAR性能较好,其带宽较大,插入损耗较低,达到了FBAR设计的标准。

基于掺钪氮化铝FBAR的滤波器设计研究

设计了一款工作在2.11~2.18 GHz频段的薄膜体声波滤波器。基于有限元仿真研究了掺钪氮化铝(AlScN)的薄膜体声波谐振器,并分析了掺钪对谐振器性能的影响。提出了边缘凸起结构的优化设计方案,改善了谐振器的有效机电耦合系数和品质因数。利用Modified Butterworth-van Dyke(MBVD)等效电学模型对FBAR滤波器进行仿真研究,并将所设计的7层内置螺旋电感与滤波器电路进行协同仿真,优化后的FBAR滤波器在2.11~2.18 GHz频段的插入损耗<2 dB,带外抑制>40 dB。

基于电学拓扑结构拓展FBAR滤波器带宽研究

该文研究了一种薄膜体声波谐振器(FBAR)采用并联电感和外匹配电路的拓扑结构实现宽带滤波的方法。使用Comsol软件对FBAR进行三维结构仿真,并提取最优电极形状(变迹五边形)对应曲线到ADS中联合外匹配电路进行频带拓展,外匹配电路中的电感L_(s)取值直接影响滤波器带宽。经调节,最终在谐振器串联谐振频率f_(s)=1.97 GHz,并联谐振频率f_(p)=2.03 GHz的情况下实现了21.15%的相对带宽,此时对应的3 dB带宽为419 MHz,1 GHz处的带外抑制为11.616 dB。