表面聲波濾波器

表面聲波(SAW)器件已日益廣泛地用於工業和軍事裝備中。它體積小、結構牢固、頻段寬，而且能大批生產，因而能很好地解決許多信號處理問題。本世紀七十年代初期，SAW技術主要是研製脈衝壓縮雷達系統用的色散延遲線，之後，改進了器件的設計和工藝，又研製出了帶通濾波器、諧振器和混合器件 ^[1]  。

製造SAW多工器有許多方法，而它們所遇到的基本問題就是如何接收一個寬帶信號並把它分配到許多窄帶輸出換能器中(或者相反)。解決這個問題的一種方法就是把整個頻譜分成N段，分別送到N個通道中。這種方法比較簡單，但是其功率分配損失為10log N。然而通過仔細地設計輸入換能器並仔細地進行電偶合，可以減小插入損耗的損失。斯佩裏研究中心發明了一種多路轉換的聲學方法，也就是偏置多條帶偶合器 (MSC)多工器，信號在按頻率劃定的聲軌跡之間進行傳輸，這樣可以避免功率分配損失。多工器中採用偏置的MSC起頻率分選作用。這種方法比較靈活，既適用於寬帶通道，也適用於窄帶通道。

8通道器件的相對帶寬為50%，它遠大於一個單寬帶輸入換能器能有效激勵SAW的帶寬。為解決這個問題，用一個功率分配器把輸入信號分成兩路，分別激勵兩個多工器，一個是頻率較低的4通道多工器，另一個是頻率較高的4通道多工器。每個4通道多工器都有各自的LiN_bO₃基片，並各自進行扁平封裝。這樣一來，問題就簡化成兩個4通道多工器的設計問題，而每個4通道多工器又是由以下4個級聯的用以完成頻率分選和濾波功能的單元所組成：一個輸入移相90°的換能器，一個偏置MSC，一對扇形MSC，一個移相90°的平緩指數濾波(FEF)輸出換能器。

每個通道的3分貝帶寬為20.3兆赫，在-45分貝處帶寬為38兆赫，輸入輸出阻抗為50歐姆。設計的插入損耗為-20分貝。

SAW多工器在線性調頻連續波(FMCW)雷達中的應用情況。這些SAW器件現已用於反裝甲武器的低功率固態毫米波引導雷達中。每個通道作為接收機中頻部分的一個距離單元。由於這種器件結構牢固、體積小(一個16通道器件的體積小於0.5立方英寸)，所以它便成為導彈尋的裝置的理想備選器件。在確定雷達系統熊距離分辨特性方面，中頻信號的帶寬和窄帶中頻濾波器的特性是非常重要的，因為這種距離分辨特性代表了系統對處於不同距離的目標回波的分辨能力。如果目標回波信號在中頻段有可能的最窄帶寬，而且窄帶濾波器又有與之等效的通帶特性，那麼，就會提高這種系統分辨能力。發射機的掃描線性度和發射機的調頻噪聲對中驪回波信號的頻譜純度有很大的影響。

這種窄帶濾波器的主要參數是中心頻率、帶寬、形狀因子、波動形式和頻率穩定度 ^[2]  。

在壓電材料的基體上，用鍍膜或光刻的方法制造收端和發端兩個叉指換能器。輸入電信號加在發端換能器上，由於基體的壓電效應，將電信號轉換成在基體表面傳播的聲信號，稱為表面聲波。聲信號傳播至收端換能器，再轉換成電信號輸出給負載。在電—聲—電轉換和聲傳遞過程中，完成對輸入信號的濾波。

叉指換能器是實現濾波功能的主要部件，由若干叉指對組成。叉指換能器的主要參數是指長ω、指寬a、指距6和叉指對的對數。當電信號作用於發端叉指換能器時，每對叉指都是一個表面聲波的激發源。由於每對叉指在傳播方向上所處的幾何位置不同，所以它們所激發的表面聲波傳播到接收叉指換能器的幅度和相位也不同，並且隨輸入信號頻率變化。表面聲波經收端換能器轉換成輸出電信號，它的幅度和相位除與輸入信號頻率、發端叉指換能器的結構和尺寸有關外，還與收端叉指換能器的結構和尺寸有關。只要按照要求設計叉指換能器的各參數，即可得到所需的濾波特性 ^[2]  。

表面聲波濾波器的中心頻率高，相對帶寬大，體積小，性能穩定，製造重複性好。可以製成分立器件，也可與電子電路集成在一個芯片上，廣泛應用於雷達、通信、廣播、電子對抗和電視系統中，用作頻率濾波、匹配濾波和自適應濾波等。

SAW諧振器體積小、工作頻段寬、性能好，所以用在VHF/UHF和L波段子系統中可以大大減小它的體積、降低複雜性和功耗。窄帶濾波、直接或相位鎖定振盪器的穩定是這種器件的特殊應用。這裏要討論的就是這兩種用途，而它們所用的SAW器件是斯佩裏研究中心研製出來的。

為地球衞星低噪聲頻率源噪聲抑制濾波器設計了一種500兆赫諧振器。它要求最大的匹配插入損耗為2.5分貝，連續波功率處理容量為+15毫瓦分貝，帶外抑制最小為22分貝。這種器件必須滿足嚴格的環境條件要求，所以，把它封裝在真空密封的TO-8管座裏 ^[3]  。