桥式T型拓扑宽带BAW滤波器的设计方法与验证

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：Direct Synthesis of Miniature Broadband Filters Using Hybrid BAW-Assisted Bridge-T Topologies for 5G Applications

　　摘要：梯形网络被广泛认为是无线通信中声表面波（AW）滤波器最有效的拓扑结构。它由表面声波（SAW）或体声波（BAW）谐振器组成，可实现器件小型化、低插入损耗和高选择性。然而，随着新的无线通信标准引入了日益更宽的频段，AW梯形滤波器面临着拓扑限制，因为其所需的机电耦合系数（k??）大约为其分数带宽（FBW）的两倍。尽管通过采用钪掺杂氮化铝（ScAlN）或LNOI/LTOI等材料体系，可将k??提高到15%以上，但这通常以牺牲品质因数为代价。相比之下，桥式T型（BT）拓扑通过引入平衡并联支路，解耦了k??与FBW之间的关系，从而实现了显著降低k??需求的解决方案。本文提出了四种BT拓扑的完整设计方法，它们在宽带应用中表现出优异的性能，包括一个低通滤波器（LPF）、一个高通滤波器（HPF）、一个LPF-HPF级联以及两个带通滤波器（BPF）。由于宽带滤波器无法使用窄带技术进行综合，本文采用基于耦合矩阵（CM）的直接带通（DB）方法，以实现对整个设计流程的完全控制。为进行验证，利用钪掺杂AlN固态封装BAW谐振器制造了四个BAW辅助滤波器，实现了极宽的频带响应，FBW达33%，且整个通带内的插入损耗低于1.5 dB。包括安装在覆膜上的芯片在内的总器件面积为3×2 mm2。