基于面積效應(yīng)優(yōu)化的N79頻段BAW射頻濾波器設(shè)計(jì)

隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，智能通信設(shè)備、基站和衛(wèi)星等需要更高工作頻率、更大帶寬的射頻濾波器，體聲波（BAW）射頻濾波器具有頻率高、機(jī)電有效耦合系數(shù)（kt2）大、品質(zhì)因子（Q）高、體積小、CMOS工藝兼容的優(yōu)秀特性，在無線通信領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用。然而，當(dāng)器件的工作頻率達(dá)到4 GHz甚至5 GHz以上時(shí)，BAW濾波器所需的諧振器面積會(huì)由低頻時(shí)的上萬或數(shù)千μm2減小到數(shù)百μm2，導(dǎo)致其有效機(jī)電耦合系數(shù)（kt2）的降低，阻礙帶寬的提升，也顯著降低了功率容量。如何在小面積下提升帶寬和功率容量，稱為業(yè)界難題。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，來自浙江大學(xué)與杭州樹芯科技有限公司（簡(jiǎn)稱：樹芯科技）的董樹榮、軒偉鵬團(tuán)隊(duì)的研究表明：有效機(jī)電耦合系數(shù)（kt2）隨其面積減小而降低的同時(shí)，諧振器的串聯(lián)與并聯(lián)諧振頻率也隨其面積減小而變化，而且隨著頻率增加，這一變化更加顯著，而通過優(yōu)化面積可以顯著改善kt2的降低，從而實(shí)現(xiàn)近15%的帶寬增加。

研究人員基于此提出了一種體聲波（BAW）諧振器的新Mason模型，增加了面積的影響，并利用Mason模型設(shè)計(jì)了高性能N79波段（4.8-4.96 GHz）諧振器和帶寬240 MHz的濾波器。該濾波器最小插損?0.93 dB，帶外抑制-25 dB的優(yōu)異性能，同時(shí)也體現(xiàn)出優(yōu)良的功率容量，在34 dBm的功率輸入下，溫度為90℃左右，仍然可以正常工作。該技術(shù)突破了高頻BAW濾波器在現(xiàn)代無線通信的帶寬難題和微基站的功率容量的應(yīng)用瓶頸。相關(guān)研究成果2023年10月以“High-Performance N79 Band AlScN BAW Resonator and Filter With the Consideration of Area Effect”為題發(fā)表在IEEE Transactions on Electron Devices期刊上（DOI: 10.1109/TED.2023.3311773）。

圖1：面積效應(yīng)對(duì)BAW諧振器性能的影響

圖2：實(shí)測(cè)BAW諧振器與濾波器性能

圖3：BAW濾波器不同射頻輸入功率下的紅外熱成像圖

樹芯科技依托于劍橋大學(xué)和浙江大學(xué)在射頻MEMS器件領(lǐng)域近20年的技術(shù)積累，經(jīng)由科研成果轉(zhuǎn)化而來，在杭州設(shè)立有研發(fā)中心和月產(chǎn)1千片（8英寸晶圓）的產(chǎn)線，專注于高滾降SBAW及超大帶寬的HiBAW濾波器的設(shè)計(jì)、制造與銷售，可提供10 GHz頻率以下的高性能濾波器產(chǎn)品、高頻超寬帶濾波器產(chǎn)品，曾獲得浙江省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和教育部二等獎(jiǎng)等，產(chǎn)品獲得多家智能通信設(shè)備頭部企業(yè)測(cè)試認(rèn)證，廣泛應(yīng)用于4G、5G、Wi-Fi、物聯(lián)網(wǎng)模組等領(lǐng)域。

樹芯科技產(chǎn)品如下：

（1）Wi-Fi 6E/7全頻段濾波器，帶寬為5.17-7.125 GHz，帶內(nèi)插損最小點(diǎn)為1.4 dB，左邊帶具有非常高的陡降特性，在5 GHz處可以達(dá)到30 dB的帶外抑制，實(shí)現(xiàn)與5G N79頻段的共存。這款濾波器的封裝尺寸為1814和1411，可以有效減小使用面積。該款濾波器采用了樹芯科技自主創(chuàng)新的HiBAW工藝技術(shù)，能夠滿足無線通信中對(duì)邊帶高陡降和通帶大帶寬的高要求。

圖4：Wi-Fi 6E/7全頻段濾波器

（2）Wi-Fi 6E UNII 1-3頻段濾波器，通帶頻率位5.15-5.85 GHz，具有優(yōu)異的左邊帶陡降特性，在5GHz處達(dá)到30 dB的損耗，實(shí)現(xiàn)與5G N79頻段的共存。

圖5：Wi-Fi 6E UNII 1-3頻段濾波器

（3）N77全頻段產(chǎn)品，通帶覆蓋3.3-4.2 GHz，具有優(yōu)異的右邊帶陡降特性，可以實(shí)現(xiàn)5G N77和N79頻段的共存，提升通信質(zhì)量。

圖6：5G N77全頻段濾波器

審核編輯：劉清