在移动通信系统中,无论是数字式还是模拟式,其发射和接收信号的功能模块电路结构基本相同,如图3所示。在Tx端,在载波上对信号进行调制, 通过放大电路将功率放大,然后经过SAW滤波器滤波后由天线将信号发出,本通道要求滤波器损耗低,可承受大功率;在R x端通道,天线接收到的微弱信号经SAW滤波器过滤后,进行放大解调,最终获得所要的信息,要求滤波器损耗低,阻带抑制高。
传统的介质滤波器一般具有损耗低、大带宽以及较高的功率承受能力等特点。但其致命的弱点是体积太大,难以适应移动电话向微型化方向发展的趋势。而SAW滤波器具有体积小,适合于微型封、一致性好、无须调整的优点。本文以无线通信系统中移动电话用SAW滤波器(其技术要求为:Tx端中心频率f 0为902.5 MHz,带宽为25 MHz;R x端f 0为947.5 MHz,带宽为25 MHz)为例,介绍梯型结构SAW滤波器的等效电路分析,并给出设计结果。
等效电路分析
采用电网络分析与综合理论,将梯型结构的SAW滤波器由单端对SAW谐振器来代替网络中的各个单元。此结构具有电感电容(LC)滤波器低损耗的优点,而且可承受大功率,体积较小。这种结构一般用来设计射频滤波器,工作频率范围为300~2 400 MHz,相对带宽为2%~6%, 插入损耗小于5 dB。
设计单端对谐振器时,使并臂谐振器的反谐振频率与串臂谐振器的谐振频率相同。其中frp、fap、frs、fas分别为并臂、串臂谐振器的谐振频率和反谐振频率。根据梯型滤波器传输函数截止条件可知,串臂谐振器阻抗Zs和并臂谐振器阻抗ZP性质相同时,形成阻带;Zs、ZP性质相反,且Zs/ZP>-1时,形成通带;Zs/ZP<-1时,形成过渡带;Zs/ZP=-1时的频率点为截止频率。
SAw滤波器的设计
设计梯型结构滤波器[3, 4],主要是对单端谐振器的设计,并协调好串臂和并臂谐振器的相互关系。谐振器的阻抗可用其谐振频率
式中ω rs=2πfrs, ω rp=2πfrp分别为串臂、并臂谐振角频率;ω ra=2π fra , ω ap=2π fap分别为串臂、并臂反谐振角频率;为使梯型滤波器的匹配阻抗为线性阻抗R p,串、并臂阻抗应满足谐振器的频率关系为fap≈frs,f0=frp=fas-f0。在通带频率范围内,Δ f=(fas-frp)/2,将式(4)、(5)代入式(6),可化为式中一般取为50 Ω。单端对谐振器的静电容可由下式获得
设计得到的SAW滤波器频率特性如图7所示,其中心频率为947.5 MHz,3 dB带宽>30 MHz,插损≤4.0 dB,SS>30 dB,匹配阻抗为50 Ω,取得了较为满意的结果。