SAW應移動通信的要求不斷發(fā)展
早期的SAW的主要應用領域是電視機為主導的視聽類電子產品。移動通信產業(yè)的發(fā)展使SAW器件的市場主體發(fā)生了重大轉移。像SAW濾波器這類器件在移動通信中應用得很好，是壓電陶瓷濾波器和單片晶體濾波器（MCF）望塵莫及的。
（1）提高工作頻率
對SAW器件，當壓電基材選定之后，其工作頻率則由IDT指條寬度決定。IDT指條愈窄，頻率則愈高，二者關系曲線如圖3所示。
眾所周知，目前0.5μm級的半導體工藝已是較普通的技術，該尺寸的IDT電極條寬能制作出約1500MHz的SAW濾波器。利用0.35μm級的光刻工藝，能制作出2GHz的器件。借助于0.2μm級的精細加工技術，2.5GHz的SAW器件早已實現(xiàn)大批量生產，3GHz的器件開始進入實用化。
（2）微型化、片式化、組合化
SAW器件微型化、片式化和輕便化，是移動通信產品提出的基本要求。SAW器件的IDT電極條寬通常是按照SAW波長的1/4來進行設計的。對于工作在1GHz下的器件，若設SAW的傳播速度是4000m/s，波長則僅為4μm（1/4波長是1μm），在0.4mm的距離中能夠容納100條1μm寬的電極。故SAW器件芯片可以做得非常小，便于實現(xiàn)超小型化。
為縮小SAW器件的體積，在其封裝型式上已由傳統(tǒng)的圓形金屬殼封裝改為方形或長方形扁平金屬或LCC表面貼裝款式，并且尺寸不斷縮小。圖2為SAW濾波器尺寸不斷縮小的實物對比。
1998年，日本富士通公司推出的SAW濾波器，尺寸僅為2.5mm×2.0mm×1.2mm。
將不同功能的SAW器件封裝在一起的組合型器件，同樣是減小PCB面積的一個途徑。例如，用于800MHz PDC終端的接收SAW濾波器，就內裝兩個濾波器，其中一個是810～830MHz低頻接收帶濾波器，另一個是870～885MHz高頻帶濾波器，尺寸為3mm×3mm；再如運行于1.9GHz PCS終端60MHz帶寬的雙頻段濾波器，也是組合型的器件。其中一個頻段為1850～1885MHz(35MHz)，另一個頻段則為1885～1910MHz(25MHz)。這種組合型器件，能提供3dB的插入損耗和45dB的帶外衰減。富士通公司開發(fā)的能支持模擬和數(shù)字兩種模式（即雙帶式）移動電話手機用SAW濾波器，同樣是組合型器件。
（3）降低插入損耗
SAW濾波器以往存在的最突出問題是插入損耗大，一般不低于15dB。為滿足移動通信系統(tǒng)的要求，人們通過開發(fā)高性能的壓電材料和改進IDT設計，使器件的插入損耗降低到4dB以下，而且有些產品降至1dB。
在眾多壓電材料研究成果中，最引人注目的就是日本村田公司發(fā)明的ZnO/藍寶石層狀結構基板材料。該公司利用ZnO/藍寶石基板材料，制造出1.5GHz PDC RF用濾波器，插入損耗降至1.2dB。
（4）寬帶化
移動通信系統(tǒng)的更新?lián)Q代，要求SAW濾波器寬帶化。用于AMPS模擬蜂窩電話的第一代IF濾波器通頻帶寬僅為30kHz，而用于美國IS-95規(guī)格CDMA方式的便攜電話中第三代器件的通頻帶寬達1MHz以上。為使SAW濾波器實現(xiàn)寬帶化和低損耗化，必須在IDT電極結構設計上不斷創(chuàng)新。
傳統(tǒng)的橫向型SAW濾波器電極基本結構如圖4所示。壓電基板上面有兩個IDT，分別用作輸入和輸出的激勵與檢測轉換。該結構的優(yōu)點是設計自由度大，但當要求頻帶寬/中心頻率之比較小和通頻帶寬/衰減帶寬之比較大時，則需要較多的電極條數(shù)，難以實現(xiàn)小型化。同時，由于SAW是雙向傳播的，在輸入/輸出IDT電極上分別產生1/2的損耗，對降低損耗是不利的。
當采用單方向性的IDT或方向性變換器時，橫向型SAW濾波器的損耗可以降低，并可獲得比較平坦的延遲特性。
采用梯型結構的諧振式濾波器IDT是按照串聯(lián)和并聯(lián)形式連接成梯型若干級聯(lián)的結構，輸入/輸出直接實現(xiàn)連接。采用0.4μm以下的精細加工技術，研制的無線局域網(wǎng)LAN用2.5GHz梯型結構諧振式SAW濾波器，帶寬達100MHz，特性曲線如圖5所示。
GSM接收前端用插入損耗僅為1dB的超低損耗型SAW濾波器，其IDT電極也采用了梯型結構。
在多重模式濾波器中，占主導地位的是一次模式和二重模式SAW（DMS）濾波器。DMS濾波器結構主要有橫耦合型和縱耦合型兩種類型，如圖6所示。不論是哪一種類型的DMS濾波器，兩對IDT電極都靠得很近，在它們的兩側都設置了用作阻擋能量外逸的反射器，因而能獲得很低的損耗并產生一個高Q值，而且?guī)馑p量也較大。但是，該結構型式不利于實現(xiàn)寬帶化。相比之下，縱向連接的濾波器帶寬要比橫向耦合型濾波器大一些，因此被廣泛用于蜂窩電話和尋呼機的RF濾波。而后者具有陡削的窄帶特性，可用于個人數(shù)字蜂窩（PDC）和模擬電話的IF濾波。
（5）提升耐電力特性
在耐電力特性和插入損耗要求非常嚴格的場合，一直沿用電介質濾波器。像便攜式電話的發(fā)送/接收（TX/RX）天線轉換開關，必須能承受約1W的發(fā)送電力。隨著SAW濾波器性能的提高，該器件的應用領域不斷拓展。圖7示出的是用于AMPS方式的SAW天線轉換開關，尺寸為9.5mm×7.5mm×2mm，重量是0.4g。即使在今后國際統(tǒng)一規(guī)格的IMT2000方式新一代移動通信系統(tǒng)中，也少不了這種SAW天線轉換開關器件。日本村田公司開發(fā)的6.3mm×8mm×2mm的SAW天線收發(fā)轉換開關，不僅提高了傳輸級的功率容限，而且具有超低插入損耗特性。 |
