第二代北斗客戶端用射頻聲表面波濾波器的研制

白 濤，張顯洪，董加和，吳 燕，蔣道軍，許 昕

(中國電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所，重慶 40060)

0 引言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是由中國自行研發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)(CNSS)，是繼美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯的格洛納斯(GLONASS)定位系統(tǒng)之后世界第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。根據(jù)中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室發(fā)布的關(guān)于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)接口控制文件及公開服務(wù)規(guī)范[1-2]，第二代北斗系統(tǒng)確定B1波段載波頻率為1 561.098 MHz，信號帶寬為4.092 MHz；B2波段1 207.14 MHz；信號帶寬為20.46 MHz；B3波段1 268.52 MHz，信號帶寬為20.46 MHz。系統(tǒng)客戶端接收機(jī)中需要使用射頻濾波器進(jìn)行信號拾取和雜波抑制，在LC、介質(zhì)等濾波器技術(shù)中，聲表面波濾波器具有頻率選通特性好，體積小和便于實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)等特點，能滿足接收客戶端信號濾波技術(shù)要求。B3波段對濾波器帶寬、帶外抑制、矩形度及幾何尺寸控制的要求高，傳統(tǒng)的射頻SAW濾波器設(shè)計方法無法達(dá)成工程實際應(yīng)用。本文采用“5換能器縱向耦合結(jié)構(gòu)+諧振器”的混合型設(shè)計方案實現(xiàn)了B3波段射頻聲SAW濾波器，該產(chǎn)品已成功應(yīng)用于多模多頻寬帶北斗接收機(jī)模塊[3]。

1 設(shè)計方案選擇

根據(jù)B3波段頻率選通具體應(yīng)用要求，選擇機(jī)電耦合系數(shù)適中的42°Y-XLiTaO3晶體材料，在此基礎(chǔ)上充分考慮該材料在1 268.52 MHz工作頻率下全溫(-55～85 ℃)頻率漂移及工藝制作誤差余量，確定濾波器-1 dB帶寬設(shè)計值約為2.8%，以滿足信號帶寬要求。此帶寬適用“5換能器縱向耦合結(jié)構(gòu)”設(shè)計方案，如圖1所示。圖中叉指換能器(IDT)紅色部分代表信號的輸入、輸出，藍(lán)色表示接地線。利用逆壓電效應(yīng)和壓電效應(yīng)，輸入、輸出IDT上均可實現(xiàn)聲波的激發(fā)、反射及接收功能，通過輸入IDT、輸出IDT及反射柵的復(fù)雜組合可實現(xiàn)聲學(xué)諧振，從而達(dá)到降低插入損耗的目的[4]。圖1中布置了5個IDT，這種結(jié)構(gòu)能夠同時滿足相對帶寬及插入損耗技術(shù)要求，但其帶外抑制差，矩形度低。

為了提高帶外抑制及矩形系數(shù)，本文采用一種“5換能器縱向耦合結(jié)構(gòu)+諧振器”的混合型設(shè)計方案，該結(jié)構(gòu)在兩通道5換能器縱向耦合結(jié)構(gòu)(CRF)中增加了同步諧振器(IE)，并將兩個CRF以鏡像對稱方式進(jìn)行放置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2[5-6]所示。

2 等效電路模型

3 設(shè)計實例

本文采用圖2的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案并結(jié)合圖3的等效電路模型(SMD3030A封裝)實現(xiàn)了第二代北斗B3波段聲表面波射頻濾波器器件仿真。根據(jù)仿真得到S12參數(shù)，而實際研制出的器件-1 dB帶寬為35 MHz，插入損耗為2.2 dB，矩形系數(shù)為1.9，產(chǎn)品實測曲線與模擬曲線如圖4所示。由圖可見，產(chǎn)品模擬與實測結(jié)果吻合良好，證明了該設(shè)計方案在L波段SAW濾波器設(shè)計及其在第二代北斗B3波段濾波產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用中較好的可行性。

4 結(jié)束語

本文介紹了一種采用“5換能器縱向耦合結(jié)構(gòu)+諧振器”混合型設(shè)計方案及兩端口等效電路模型實現(xiàn)的-1 dB相對帶寬約2.8%的L波段射頻聲表面波濾波器，其滿足第二代北斗B3波段客戶端接收機(jī)對信號進(jìn)行選通的應(yīng)用要求。