Сравнение основных аспектов современных подходов к разработке фильтров на поверхностных акустических волнах: модель связанных мод и метод конечных элементов
Автор: Койгеров А.С.
Журнал: Физика волновых процессов и радиотехнические системы @journal-pwp
Статья в выпуске: 2 т.25, 2022 года.
Бесплатный доступ
В настоящей статье рассмотрены основные вопросы проектирования фильтров на поверхностных акустических волнах. Представлен тип полосно-пропускающего фильтра на основе продольных резонансных мод. Рассмотрены особенности расчета на базе двух подходов: модель связанных мод и метод конечных элементов. Предложены практические рекомендации для сокращения времени расчета фильтров при численном моделировании. Приведены и сопоставлены результаты расчета и измерения коэффициента передачи фильтра на вытекающих поверхностных акустических волнах на подложке 36° YX-среза танталата лития. Выделены и проанализированы основные аспекты и направления, по которым можно сравнить рассмотренные в работе способы моделирования. Показано, что использование разных подходов моделирования позволяет повысить эффективность разработки, а быстрые аналитические модели необходимы для синтеза и оптимизации параметров фильтров.
Полосно-пропускающие фильтры, поверхностная акустическая волна, фильтр на пав, танталат лития, модель связанных мод, метод конечных элементов, пьезоэлектрическая подложка
Короткий адрес: https://sciup.org/140295104
IDR: 140295104 | УДК: 621.38 | DOI: 10.18469/1810-3189.2022.25.2.28-39
Comparison of the main aspects of modern approaches to the development of surface acoustic wave filters: model of the coupling of mode and the finite element method
This article discusses the main issues of designing filters based on surface acoustic waves. A type of band-pass filter based on longitudinal resonant modes is presented. The features of the calculation based on two approaches are considered: the coupled mode model and the finite element method. Practical recommendations are proposed for reducing the time of filter calculation in numerical simulation. The results of calculating and measuring the transmission coefficient of a filter on a leaky surface acoustic waves on a 36° YX-cut lithium tantalate substrate are presented and compared. The main aspects and directions in which the considered modeling methods can be compared are highlighted and analyzed. It is shown that the use of different modeling approaches increases the development efficiency, and fast analytical models are required for the synthesis and optimization of filter parameters.
Список литературы Сравнение основных аспектов современных подходов к разработке фильтров на поверхностных акустических волнах: модель связанных мод и метод конечных элементов
- Фильтрация и спектральный анализ радиосигналов. Алгоритмы. Структуры. Устройства / Г.М. Аристархов [и др.]. М.: Радиотехника, 2020. 504 с.
- Фильтры на поверхностных акустических волнах (расчет, технология и применение); пер. с англ. / под ред. Г. Мэттьюза. М.: Радио и связь, 1981. 742 с.
- Yantchev V., Turner P., Plessky V. COMSOL modeling of SAW resonators // IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings. 2016. P. 1–4. DOI: https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2016.7728546
- Веремеев И.В. Доберштейн С.А., Разгоняев В.К. Моделирование ПАВ-резонаторов и лестничных ПАВ-фильтров методом P-матриц // Техника радиосвязи. 2018. № 3. С. 61–71.
- Plessky V., Koskela J. Coupling-of-modes analysis of SAW devices // International Journal of High Speed Electronics and Systems. 2000. Vol. 10, no. 4. P. 867–947. DOI: https://doi.org/10.1142/S0129156400000684
- Sveshnikov B. Discrete analysis of regular systems // IEEE International Ultrasonics Symposium. 2010. P. 1890–1893. DOI: https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2010.5935881
- Григорьевский В.И. Расчет характеристик устройств на поверхностных акустических волнах при наличии отражений из-за механической нагрузки в области электродов // Радиотехника и электроника. 2009. Т. 54, № 3. С. 363–370.
- Дмитриев В.Ф. Вывод модифицированных уравнений связанных поверхностных акустических волн // Радиотехника и электроника. 2009. Т. 54, № 9. C. 1134–1143.
- Fast GPU-Assisted FEM Simulations of 3D Periodic TCSAW, IHP, and XBAR Devices / J. Koskela [et al.] // IEEE International Ultrasonics Symposium. 2019. P. 181–184. DOI: https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2019.8926183
- Rapid 2D FEM simulation of advanced SAW device / J. Koskela [et al.] // IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS). 2017. P. 1484–1486. DOI: https://doi.org/10.1109/MWSYM.2017.8058903
- Hong J., Lancaster M.J. Microstrip Filters for RF/Microwave Applications. Hoboken: John Wiley & Sons. Inc., 2001. 457 p.
- Automated COM parameter extraction for SiO2/LiNbO3 and SiO2/LiTaO3 substrates / S. Malocha [et al.] // IEEE International Ultrasonics Symposium. 2016. P. 1–4. DOI: https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2016.7728387
- Pastureaud T. Evaluation of the P-matrix parameters frequency variation using periodic FEM/BEM analysis // IEEE Ultrasonics Symposium. 2004. P. 80–84. DOI: https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2004.1417673
- Tikka A., Said A.-S., Abbott D. Acoustic wave parameter extraction with application to delay line modelling using finite element analysis // Sensors & Transducers Journal. 2008. Vol. 95, no. 8. P. 26–39. URL: https://www.sensorsportal.com/HTML/DIGEST/P_311.htm
- Koigerov A.S., Balysheva O.L. Numerical approach for extraction COM surface acoustic wave parameters from periodic structures analysis // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF). 2021. P. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1109/WECONF51603.2021.9470638
- Койгеров А.С. Лестничные фильтры на вытекающих поверхностных акустических волнах на подложке ниобата лития // Нано и микросистемная техника. 2021. Т. 23, № 3. С. 139–147. DOI: https://doi.org/10.17587/nmst.23.139-147
- Auld B.A. Acoustic Fields and Waves in Solids. New York: Wiley, 1973. 414 p.
- Свешников Б.В., Багдасарян А.С. Основные принципы формирования поперечных мод в многослойных волноводах поверхностных акустических волн // Известия Высших учебных заведений. Радиофизика. 2016. Т. 59, № 2. С. 108–123.
- Morgan D. Surface Acoustic Wave Filters with Applications to Electronic Communications and Signal Processing. Cambridge: Academic Press, 2010. 448 p.
- Improved material constants for LiNbO3/ and LiTaO3 / G. Kovacs [et al.] // IEEE Symposium on Ultrasonics. 1990. Vol. 1. P. 435–438. DOI: https://doi.org/10.1109/ULTSYM.1990.171403
