Teoría básica de resonadores BAW

Los Filtros tipo BAW ofrecen mejores prestaciones que los resonadores SAW en cuanto a potencia soportada, pueden alcanzar frecuencias de operación de hasta 16 GHz y son compatibles con la tecnología  de  integración   estándar.    A  continuación   se  analizar·   su  principio  de funcionamiento y se describirán dos modelos circuitales equivalentes. 2.1. Funcionamiento de un resonador BAW A un resonador piezoeléctrico en el que exista una onda estacionaria en la dirección vertical,  generada  por  la  aplicación  de  un  campo  electromagnético  a  través  de  unos Electrodos, se le denomina BAW [3]. La figura 2.1 ilustra este concepto Figura 2.1. Sección transversal de un resonador FBAR Como se puede observar, Éste esta· formado por dos electrodos y una lamina de material piezoeléctrico entre ellos. Toda esta estructura esta· aislada mediante un reflector, para evitar que la onda acústica se propague al substrato. En este caso, la frecuencia de resonancia mecánica estar· determinada por el grosor del piezoeléctrico, además de por el de los electrodos y capas adicionales donde esté almacenada la energía mecánica, siendo aquella en la que se cumple que el grosor total de la estructura es un medio de la longitud de onda [3]. 2.2. Caracterización del resonador   2.2.1. Caracterización a partir del modelo físico   Desde  el  punto  de  vista  físico,  un  resonador  BAW  se  caracteriza  por  sus dimensiones y los materiales utilizados en  su fabricación. Estos están relacionados con los siguientes parámetros: la capacidad formada por los dos placas paralelas C0, considerando como dieléctrico el material piezoeléctrico, la frecuencia de resonancia mecánica definida como fa  y el coeficiente de acoplo piezoeléctrico kt. A partir de una simplificación del modelo de Mason [4] basada en no tener en cuenta los electrodos y suponer que el grosor de  lambda/2  corresponde al  piezoeléctrico,  se  puede  aproximar el  resonador por  una Impedancia. Figura 2.2. Ejemplo de respuesta en frecuencia de un resonador BAW La  impedancia  del  resonador  tiende  a  infinito  a  la  frecuencia  de  resonancia mec·nica, que se definir· como la frecuencia de antiresonancia fa. A una frecuencia menor, definida como la frecuencia de resonancia fr, el valor de la impedancia tiende a cero. Entre las frecuencias fa   y  fr, el resonador presenta un comportamiento inductivo, mientras que fuera del margen, tiene un comportamiento capacitivo. La distancia entre estos puntos estar·  definida  por  el  coeficiente  de  acoplo  piezoelectrico  kt. 2.2.2. Modelo de Butterworth-Van Dyke modificado  El modelo de Butterworth-Van Dyke modificado establece el circuito equivalente eléctrico de un resonador BAW, a partir de una aproximación del modelo de Mason [5]. Este se muestra en la figura 2.3. Figura 2.3.Modelo circuital de Butterworth-Van Dyke modificado El componente C0 modela la capacidad entre los electrodos, Cm, Rm y Lm modelan la resonancia a       fr, Rs  representa la resistencia fÌsica  de los electrodos y R0  modela las pÈrdidas del propio resonador. La resonancia a fa est· determinada por las capacidades Cm y C0, y la inductancia Lm.   El cociente C0/Cm  es inversamente proporcional al grado de acoplamiento del campo elÈctrico en el piezoelÈctrico. Teniendo en cuenta que este acoplo est· caracterizado por el coeficiente kt, que a su vez marca la distancia frecuencial entre las dos resonancias. Emmanuel rodriguez C.I. 17208374 Asignatura: CRF Fuente: http://www.recercat.net/