SAW滤波器技术知识简介
2019-05-07
SAW滤波器是声表面波滤波器的简称，是采用石英晶体、压电陶瓷等压电材料，利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而制成的一种滤波专用器件，广泛应用于电视机及录像机中频电路中，以取代LC中频滤波器，使图像、声音的质量大大提高。声表面波SAW（Surface Acoustic Wave）就是在压电基片材料表面产生和传播、且振幅随深入基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。
原理
SAW滤波器的结构如图所示。它由压电材料制成的基片及烧制在其上面的梳状电极所构成。当给声表面波滤波器输大端输入信号后，在电极司压电材料表面将产生与外加信号频率相同的机械振动波。该振动波以声波速度在压电基片表面传播，当该波传至输出端时，由输出端梳状电极构成的换能器将声能转换成交变电信号输出。
从上面介绍不难看出，SAW滤波器是由两个换能器组成的，输入端换能器将电能转换成声能发出声表面波，而输出端换能器则是将接收到的声表面波声能转换成电能输出。声表面波滤波器就是利用压电基片上的这两个换能器来产生声表面波和检出声表面波的，以完成滤波的作用。
特点
SAW 滤波器的主要特点是：设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良（可选频率范围10MHz ~ 3GHz）、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰（EMI）性能好、可靠性高、制作的器件体积小、重量轻（其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40 和1/30 左右），且能实现多种复杂的功能。
SAW 滤波器的特征和优点，正适应了现代通信系统设备及便携式电话轻薄短小化和高频化、数字化、高性能、高可靠等方面的要求。其不足之处是：所需基片材料价格昂贵，另对基片的定向、切割、研磨、抛光和制造工艺要求高。
阻抗匹配
对高频电路而言，电路之间的电感匹配很重要。电感匹配是指在信号的传输线路上，让发送端电路的输出阻抗与接收端电路的输入阻抗一致，匹配后，可以超大限度地把发送端的电力传送到接收端。
匹配电路使用电容器和电感器，但是实际的电容器和电感器与理想的元件不同，有损耗。 表示该损耗的有Q值。Q值越大，表示电容器和电感器的损耗就越小。
电感的Q值与高频电路的损耗
匹配电路中使用的电感器的Q值的大小，对高频电路的损耗也会产生影响。
为了确认此事，我们采用了SAW滤波器 (通频带800MHz频段) 和RF电感，在匹配电路中换装Q值不同的RF电感， 测量和比较了SAW滤波器的插入损耗。
图1表示电路图。此次的电路，虽说是匹配电路，但是只有一个RF电感器。
图1: SAW滤波器与匹配电路
图2表示此次进行了换装的RF电感的Q值的频率特性，表1表示结构、尺寸、Q值 (800MHz时的Type值)
图2: RF电感的Q值比较 (均为7.5nH)
换装匹配电路的RF电感时的SAW滤波器的整体特性见图3，通频带特性见图4。
图3: SAW滤波器的整体特性
图4: SAW滤波器的通频带特性
从图4的通频带特性来看， 可以确认SAW滤波器的插入损耗因所使用的RF电感而异。高频电路的这种水平的损耗越来越重要。
从此次的实验结果可知，RF电感的Q值越大 (损耗越小) ，SAW滤波器的插入损耗就越小。也就是说，电感器损耗的大小就是包括匹配电路在内的SAW滤波器损耗的大小。
请注意，使用的高频元件 (此次为SAW滤波器) 、匹配电路、频段等不同，损耗也将各异。
电感的偏差与对匹配电路的影响
另外，实际的电感器的阻抗值为1.0nH、1.1nH、1.2nH之类的不连续值。进行匹配时，有时必须采用细致的常数步骤进行微调。同时，阻抗值的偏差 (标准离差) 会变成匹配的标准离差，为了满足必要特性，有时需要偏差小的电感器。