5.1、FBAR濾波器
濾波器在無線收發器中實現鏡像消除、寄生濾波和信道選擇等功能,用FBAR制作的濾波器有較高Q值和易實現微型化的特點,目前,可以從低頻300MHz到高頻4GHz都可以制造[6]。為了提高頻率選擇性,需要更多有不同諧振頻率的諧振器的FBAR進行組合,目前主要采用如圖6所示的梯形濾波器結構,一個梯形濾波器實物例子外觀如圖6所示。梯形濾波器的通帶帶寬主要取決于有效機電耦合系數K,過渡帶的陡峭率和阻帶衰耗的決定因素有串并聯FBAR的數目、諧振器濾波的相對帶寬大小和電容比Cp/Cm。
5.2、FBAR雙工器
雙工器在通信系統中發揮著關鍵作用,目前,FBAR已經實現大規模生產制造的產品主要針對蜂窩移動通信的雙工器[7]。安捷倫公司已推出的第三代產品FBAR雙工器,面積僅為1.6mm×2.0mm、高度不足1.0mm,在l850~l9l0MHz發送頻段上,典型插入損耗為2.5dB,在l930~l990MHz接收頻段上,對發送信號可提供最小33dB的抑制,發送功率處理能力30dBm,其在美國PCS手機市場上的占有率已經超過80%。
5.3、FBAR振蕩器
有線和無線通信領域中對低抖動率時鐘和振蕩器有廣泛的需求,在500MHz~5GHz頻段內,基于FBAR技術制作的振蕩器在小尺寸、高性能和低成本等方面很有優勢,有望代替目前使用的SAW和陶瓷等振蕩器。2003年,安捷倫公司利用FBAR已制作出L波段固定頻率振蕩器[8],并進一步研制出中心頻率為l985MHz的電壓可調FBAR振蕩器,其可調范圍為2.5MHz,相位噪聲為-112dBcBc/Hz@l0kHz,比同類LC振蕩器提高了l5~20dB[9]。
利用FBAR不僅可以制作以上濾波器、雙工器、振蕩器等這樣高性能小體積的微波器件,而且已經研究如何將FBAR和低噪聲功率放大器(LNA)等有源器件進行集成,從而研制出更高性能和更小體積的射頻系統。
6、結語
FBAR技術涉及到聲波器件、材料、電磁場、微波網絡、信號、IC制造工藝和無線通信應用等眾多學科,是一個全新多學科交叉的研究領域,但在微加工技術日益成熟和巨大的市場需求條件下,FBAR已經成為射頻器件中最活躍的研究領域,當前世界許多國家都在積極研究FBAR技術,期望有助于實現射頻系統的集成化、微型化和低成本。目前,FBAR的研究取得了一些突破,特別是在第二代移動通信領域取得了一些應用,但要真正滿足無線通信的發展,FBAR技術還有很多問題有待探索和解決。
作者:池志鵬,趙正平,呂苗,楊瑞霞
參考文獻:
[1] GRUDKOWSKI T,BLACK J,REEDER T,el a1.Funda— mental mode UHV/VHF m iniature resonators and filters[J].Appl Phys Lett,1980,39(1 1):993—997、
[2] LAKIN K M、Modeling of thin film resonators and filters[A]、IEEE MTT—S Int Microwave Symp Dig,V1 [C]、1992.149 1 52.
[3] LARSON J,BRADLEY P,W ARTENBERG S,Pt a,. M odified Butterworth·-Van Dyke circuit for FBAR reso-- nators and automated measurement system[A]、IEEE Ultrasonics Symp[C].San Juan,Pueno Rico,2000、 863—868.
[4] SATOH H,EBATA Y,SUZUKI H,el al、An air gap type piezoelectric composite resonator[A].IEEE Proc Int Symp on Freq Contr[C]、Philadelphia,Pennsylvania l 985.36l一366.
[5] LAKIN K M,KLINE G R,MCCARRON K T.Develop— ment of miniature filters for wireless applications[J]. IEEE Trans on M icrowave Theory Tech, 1 995,43 (1 2):293 3—2939.
[6] LAKIN K M,MCCARRON K T,BELSICK J,el a1.Filter b ank S imp1 emented With integ rated thin fi1m resonators[A].IEEE Int Ultrason Symp,V1[C].San Juan,Puerto Rico,,2000.85 1—854.
[7] BRADLEY P D,RUBY R C,OSHMYANSKY Y.A film bulk acoustic resonator(FBAR)duplexer for USPCS handset applications[A].IEEE MTT—S Digest[C].2001. 367 3 70.
[8] KHANNA A P S.GANE E D、A film bulk acoustic resonator(FBAR)L band low noise oscillator for digi— tal communication[A].32nd European Microwave Conf[C]、Milan,Italy,2002.1 025—1 028.
[9] KHANNA A P S,GANE E D.A 2GHz voltage tunable FBAR oscillator[A].IEEE MTT—S Digest[C]、2003、 7l 7—720.