13 / 2021-10-22 15:48:34

基于X-LiNbO3/SiC结构的3.8 GHz大带宽声表面波滤波器研究

声表面波（SAW）,铌酸锂,碳化硅,大带宽滤波器,n77频段,n78频段

随着5G移动通信技术的逐渐普及，高速、低时延和大容量的数据传输推动了万物互联等创新应用，也让人们的生活更加的智能，高效和便捷。由于频谱资源愈发拥挤，5G新增通信频段向高频拓展，部署了以n77(3300MHz-4200MHz)和n78(3300MHz-3800MHz)为代表的新频段。与目前4G通用的低频（＜3 GHz）窄带（＜5%）频段不同，5G频段需要在3.75 GHz下实现超过24%的带宽，这对滤波器的性能提出了极大的考验。因此探索新型多层结构，突破声表面波滤波器的性能瓶颈使其满足n77和n78等新频段的需求是5G时代声表面波领域亟待解决的关键科学问题。本工作研究了X-LiNbO3/SiC结构中高机电耦合系数（K2）水平剪切波的激发规律，成功制备了满足n77和n78频段要求的低损耗，高通带平坦度的声表面波滤波器。通过有限元方法研究了LiNbO3薄膜相对厚度对瑞利波和高阶模式波的影响，提出当LiNbO3相对膜厚为0.15至0.30时可以实现对以上两种杂散模态的抑制；随后，通过实验方法研究了倾斜叉指角度对横向模式的影响，发现大约24°的倾斜叉指换能器（IDT）的可以抑制横向模式。此外，实验制备了不同波长的谐振器，谐振频率范围从2.48到4.21 GHz，K2最高达27.1%，且瑞利波、横向模式和高阶模式均被有效抑制。其中，谐振频率为2.48GHz的谐振器最高Bode-Q值为801。基于以上高性能谐振器，成功制备了覆盖n77和n78全频段的声表面波滤波器，中心频率分别为3763 MHz和3560 MHz，3dB相对带宽（FBW）分别为24.8%和15.6%，此外它们还具有较高的矩形度和通带平坦度。本工作为制备满足5G新增频段需求的声表面波滤波器提供了一种结构简单，易于制备的高性能多层结构方案。