SAW（Surface Acoustic Wave，声表面波）滤波器是利用声表面波在压电材料表面传播的特性实现信号滤波的器件，广泛应用于通信、雷达、广播电视等领域。以下是卓胜微 SAW 滤波器的核心工作原理，结合其技术特点展开说明：

一、基础原理：声表面波的产生与传播

1. 压电效应与换能机制

• 结构基础：SAW 滤波器的核心部件是压电基片（如铌酸锂（LiNbO₃）、钽酸锂（LiTaO₃）、石英（SiO₂）或蓝宝石等），其表面通过光刻、蒸镀等工艺制作 ** 叉指换能器（Interdigital Transducer，IDT）** 和反射栅。
• 电 - 声转换：当高频电信号施加到 IDT 的电极上时，由于压电基片的逆压电效应，电极间的电场会引起基片表面质点的机械振动，从而激发沿基片表面传播的声表面波（波长量级与 IDT 电极宽度相当）。
• 声 - 电转换：传播的声表面波经过另一侧的 IDT 时，通过正压电效应重新转换为电信号输出。

2. 滤波特性的物理本质

• 频率选择性：声表面波的传播速度（约 10³ m/s，远低于电磁波）和波长由基片材料特性决定，而 IDT 的电极周期（即半波长）决定了滤波器的中心频率（f0
• ​=v/λ
• ，其中v
• 为声速，λ
• 为波长）。
• 带通特性：只有当输入电信号的频率与 IDT 的周期匹配时，声表面波的激发效率最高，输出信号最强；偏离中心频率的信号因相位失配被抑制，从而实现带通滤波。

二、卓胜微 SAW 滤波器的关键技术细节

1. 高性能基片材料选择

• 高机电耦合系数：优先选用铌酸锂（LiNbO₃，耦合系数～4.5%）或钽酸锂（LiTaO₃，耦合系数～0.7%）基片，以提升电 - 声转换效率，降低插入损耗（IL＜2dB）。
• 温度稳定性：针对 5G 通信等宽温工作场景（-40℃~85℃），通过掺杂改性或复合基片设计（如 SiO₂/LiNbO₃多层结构），优化温度系数（TCF），确保频率漂移≤±50ppm/℃。

2. 精密叉指换能器（IDT）设计

• 电极图形优化：采用加权 IDT（如切比雪夫加权、高斯加权）或变迹 IDT（调整电极指长），抑制旁瓣噪声（带外抑制≥30dB），展宽通带平坦度（波动≤±0.5dB）。
• 纳米级制造精度：通过深紫外（DUV）光刻或 ** 电子束光刻（EBL）** 技术，实现电极线宽≤1μm 的高精度图形转移，满足高频段（如 2.4GHz、5GHz）对短波长声表面波的需求。

3. 反射栅与腔体结构设计

• 分布式反射栅：在 IDT 两侧设置周期性金属反射栅，通过控制栅条间距和数量，调节声表面波的反射 / 透射特性，形成带通滤波窗口。
• 薄膜体声波（FBAR）辅助结构：针对高频场景（如毫米波频段），结合薄膜体声波技术，在基片表面构建空气隙或 SiO₂支撑层，减少体声波干扰，提升 Q 值（品质因数）和频率稳定性。

三、工作流程与信号处理过程

1. 信号输入阶段

• 射频电信号（如手机接收的 5G NR 信号）通过封装引脚传输至输入 IDT，激发声表面波。此时，信号能量从电能转换为机械能，沿基片表面向两侧传播。

2. 滤波阶段

• 通带信号传输：与 IDT 周期匹配的频率成分激发强声表面波，经反射栅调制后，沿指定路径传播至输出 IDT。
• 阻带信号抑制：偏离中心频率的信号因 IDT 电极间距与声波波长失配，激发效率低，且反射栅对其产生相消干涉，导致能量被反射或损耗（阻带衰减≥20dB）。

3. 信号输出阶段

• 输出 IDT 通过正压电效应将声表面波能量还原为电信号，经封装引脚传输至后续电路（如低噪声放大器 LNA）。此时，信号已滤除带外干扰，满足通信系统的频谱纯净度要求。

四、关键性能指标与技术挑战

1. 核心指标

• 中心频率（f0
• ：覆盖 0.1GHz~6GHz（适用于 2G/3G/4G/5G 频段）。
• 带宽（BW）：相对带宽 1%~10%，取决于 IDT 电极对数和反射栅设计。
• 插入损耗（IL）：≤3dB（优化电极材料和基片耦合系数可进一步降低）。
• 带外抑制（OOB）：≥35dB（通过多级级联或复合结构提升）。

2. 技术挑战

• 高频化瓶颈：当频率超过 3GHz 时，声表面波波长缩短至微米级，对光刻精度要求极高（线宽≤0.5μm），需引入 EUV 光刻或纳米压印技术。
• 温度漂移控制：传统 LiNbO₃基片的 TCF 较高（~-60ppm/℃），需通过梯度掺杂或异质集成（如 Si 基压电薄膜）实现温度补偿。
• 抗干扰设计：在多模通信终端中，需抑制相邻频段信号的串扰（如 5G NR n78 与 Wi-Fi 6 的隔离度≥40dB），可通过三维封装（3D-SiP）或声学隔离结构实现。