Roberto Jesus Rojas
CI: 14908981.
Asignatura: CRF
MÉTODO SISTEMÁTICO PARA LA SÍNTESIS DE FILTROS FBAR CON
TOPOLOGÍA DE ESCALERA
En los últimos años, la comunidad científica internacional ha dedicado mucho esfuerzo en la
miniaturización de los filtros a frecuencias de microondas. Este esfuerzo tiene como objetivo
cumplir con los requisitos de los nuevos sistemas de telecomunicación móviles de prestaciones
muy avanzadas. Además de la miniaturización, otro de los requisitos fundamentales que han
de cumplir los filtros utilizados en los terminales móviles es el coste. Actualmente estos filtros
se basan en la tecnología SAW. Sin embargo, estos filtros tienen dos inconvenientes
importantes: por un lado su difícil integración con la tecnología de silicio, y por otro, sus
prestaciones se degradan a frecuencias superiores a 3 GHz. En un futuro cercano se espera
que los filtros FBAR basados en la tecnología BAW puedan sustituir a los filtros SAW, ya que
pueden trabajar a frecuencias superiores a 3 GHz y son compatibles con la tecnología de
silicio. Además, estos filtros son menos sensibles a los cambios de temperatura, soportan
potencias más altas y presentan un factor de calidad mejor que los filtros SAW. Existen
diferentes topologías para construir filtros basados en resonadores FBAR. Entre ellas la más
extendida es la topología de escalera. Hasta la fecha, el desarrollo de los filtros FBAR ha
estado centrado en mejorar la calidad de los materiales y el proceso tecnológico. Sin embargo,
los avances realizados en la síntesis de estos filtros han sido escasos. Al igual que en las
tecnologías precedentes, para los filtros FBAR no existen métodos sistemáticos de síntesis. En
este trabajo empezamos describiendo brevemente la estructura y las características básicas
de los resonadores FBAR, para continuación presentar un método sistemático para la síntesis
de filtros FBAR con topología de escalera. Como ejemplo de validación del método
presentado, finalizamos el trabajo realizando el diseño de un filtro paso banda para la tercera
generación de comunicaciones móviles UMTS.
RESONADORES FBAR
Un resonador FBAR esta basicamente formado por una
l´amina delgada de material piezoelectrico situado entre dos
electrodos metalicos (Fig. 1). Cuando se aplica un campo
electrico entre los electrodos, la estructura sufre una deformaci
on mecanica y se excita una onda ac´ustica que se propaga
paralela al campo electrico. En una primera aproximacion la
condicion de resonancia se establece cuando el espesor total
del piezoelectrico es igual a la mitad de la longitud de onda de
la onda acustica. Sin embargo, un modelo mas exacto tendra en
cuenta los efectos de carga mecanica que ejercen los electrodos
El resonador FBAR est´a integrado sobre un substrato de
silicio . Para aislar acusticamente el resonador del
substrato de silicio y conseguir ası que la onda acustica
est´e confinada dentro de la estructura resonante se utilizan
interfaces de aire en ambos lados ya que ´estas proporcionan
una reflexion elevada a cualquier frecuencia.
La respuesta el´ectrica de un resonador FBAR puede ser
descrita utilizando el circuito equivalente electrico de Mason.
Segun este modelo, asumiendo un material piezoelectrico
con electrodos infinitamente delgados y con un aislamiento
acustico perfecto, podemos escribir la impedancia electrica a
la entrada de un resonador FBAR en funci´on de la frecuencia
angular w.
III. FILTROS FBAR
A. Estructura
La estructura t´ıpica de un filtro FBAR
con topolog´ıa de escalera, que es la m´as utilizada entre las
diferentes topolog´ıas que existen para construir estos filtros.
Con esta topolog´ıa los filtros se construyen conectando sucesivamente
en cascada resonadores FBAR en serie y en paralelo.
El orden N del filtro indica el n´umero total de resonadores.
Destacar que en este tipo de filtros todos los resonadores
en serie son id´enticos y por lo tanto tienen la misma fs
a y fsr ,
y todos los resonadores en paralelo tambi´en son iguales entre
ellos y por lo tanto tienen la misma fp
a y fpr .
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