基于铌酸锂的体声波谐振器杂散抑制研究.pdf

摘要

第五代通信技术(5G)的飞速发展，给射频滤波器带来了一系列的挑战，市场亟

需高频、高带宽、小型化、低插入损耗等高性能的射频滤波器。在众多滤波器中，

体声波(bulkacousticwave，BAW)滤波器因其小尺寸、工作频率高等优良特性逐渐

成为了主流。BAW谐振器是BAW滤波器的基本单元，其在发展的过程中衍生了

多种结构，其中横向激励的体声波谐振器(Laterally-excitedbulkacousticwave

resonator，XBAR)采用声表面波(Surfaceacousticwave，SAW)谐振器的叉指电极结

构并获得了优良的特性。为了设计高性能的XBAR滤波器，首先需要设计符合要

求的XBAR谐振器，但是杂散响应是XBAR谐振器设计中常会面临的严重问题，

会极大的影响滤波器的插入损耗，因此对XBAR谐振器的杂散抑制研究尤为重要。

本文研究的是基于铌酸锂的体声波谐振器杂散抑制方法，基本思想为利用具

有高机电耦合系数的压电材料铌酸锂薄膜实现高频、高机电耦合系数的XBAR谐

振器。通过有限元分析方法(FEM)分析了影响XBAR谐振器性能的主要因素以及

在设计过程中遇到的杂散响应问题，并针对不同的杂散响应分析其来源与抑制方

法。

本文在对XBAR谐振器仿真分析的基础上，采用了布拉格反射栅的结构提高

了工艺的可行性，并制备了高频、高机电耦合系数的XBAR谐振器，最终得到谐

振器的测试结果。谐振器的串联谐振频率为3.723GHz，机电耦合系数为13.03%，

这个结果没有达到预期的设计指标。之后通过等效电路模型对测试数据进行了拟

合分析，并讨论在设计以及加工测试过程中的问题以及解决方案。

最后，虽然本次加工的XBAR谐振器没有达到预期效果，但是其仍有较高的

工作频率以及可观的机电耦合系数，展现了XBAR谐振器在高频、高机电耦合系

数谐振器领域的巨大潜力，另外本文针对本次的设计以及工艺的不足给出了解释

以及解决方案，为后续XBAR谐振器的设计制造提供了参考。

关键词：体声波谐振器，铌酸锂，杂散抑制，有限元

ABSTRACT

Therapiddevelopmentof5Gcommunicationtechnologyhasbroughtaseriesof

challengestoRFfilters.Themarketurgentlyneedshigh-performanceRFfilterswithhigh

frequency,largebandwidth,smallsize,andlowinsertionloss.Amongmanyfilters,bulk

acousticwave(BAW)filtershavegraduallybecomethemainstreamduetotheirsmall

sizeandhighoperatingfrequency.TheBAWresonatoristhebasicunitoftheBAWfilter,

andvariousstructureshavebeenderivedintheprocessofdevelopment.amongthem,the

laterally-excitedbulkacousticwave(XBAR)adoptstheinterdigitaltransducerstructure

ofthesurfaceacousticwave(SAW)resonatorandobtainsexcellentcharacteristics.In

ordertodesignahigh-performanceXBARfilter,itisnecessarytodesignanexcellent

XBARresonator,butthespuriousresponseisaseriousproblemthatoftenoccursinthe

designofXBARresonators,whichwillgreatlyaffecttheinse