用于FDD-LTE的体声波双工器设计

发布时间：2017-09-26 14:22

  本文关键词：用于FDD-LTE的体声波双工器设计

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【摘要】：由薄膜体声波谐振器(FBAR)组成的体声波(BAW)双工器能够满足目前4G/LTE应用中高性能射频前端滤波的要求,是一种全新的射频前端双工器解决方案。针对4G通信频段FDD-LTE Band 7,结合工艺约束条件,设计了一个插入损耗为1.5dB,带外抑制为46 dB的BAW双工器。针对FBAR电路模型的改进、Tx与Rx滤波器的设计、移相器的设计及BAW双工器的优化设计,给出了相应的解决方案。对于FBAR MBVD电路模型的改进,建立了一种FBAR性能模型参数提取方法,性能模型的预测值与实测值误差在3%之内,验证了该参数提取方法的有效性。对于FBAR Mason电路模型的改进,采用有限元仿真方法将FBAR的两种能量损耗机制考虑在内,通过阻抗曲线拟合的方式提取了电路模型中的新增参数。对于Tx与Rx滤波器的设计,分析了影响滤波器性能的各个因素,提出了一种分步的BAW滤波器参数化设计方法。结合BAW滤波器带内纹波减小方法,给出了满足技术指标的Tx与Rx滤波器设计。对于移相器的设计,选用π型LC电路结构。采用易于制备的平面栅型电感结构,通过增大金属层厚度及线宽设计了一种Q值为20左右为硅基平面电感。通过加厚FBAR顶电极的方式设计了一种与FBAR工艺兼容的“BAW”电容,Q值也为20左右。采用设计得到的电感电容构成的移相器在2535 MHz的相移值为90.3度,插入损耗为0.8 d B,满足设计要求。BAW双工器中Rx滤波器对Tx滤波器的负载效应,会使Tx滤波器的插入损耗性能退化而带外抑制性能过剩,进而使得BAW双工器性能不佳。为了解决这一问题,提出了一种BAW双工器的优化设计方法。设置BAW双工器中Tx滤波器的串联FBAR单元谐振区面积,及并联FBAR单元与串联FBAR单元谐振区面积比值为两组优化变量,通过牺牲Tx滤波器过剩带外抑制性能的方式,采用基于梯度的优化算法计算得到了两组优化变量的最终取值。
【关键词】：体声波双工器 FBAR电路模型 体声波滤波器 移相器
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN631.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 体声波双工器发展现状9-14
• 1.3 研究思路14-16
• 1.4 本文组织安排16-18
• 2 设计基础18-28
• 2.1 FBAR的工作原理18-20
• 2.2 BAW滤波器的工作原理20-21
• 2.3 BAW双工器的工作原理21-22
• 2.4 BAW双工器的技术指标22-23
• 2.5 FBAR电路模型23-26
• 2.5.1 Mason模型23-25
• 2.5.2 BVD与MBVD电路模型25-26
• 2.6 辅助设计软件介绍26-27
• 2.6.1 射频仿真软件ADS26-27
• 2.6.2 多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics27
• 2.7 本章小结27-28
• 3 FBAR电路模型的改进28-43
• 3.1 MBVD模型的改进28-36
• 3.1.1 模型改进的原理28-30
• 3.1.2 性能模型参数的提取方法30-35
• 3.1.3 MBVD模型参数改进流程35-36
• 3.2 MASON模型的改进36-42
• 3.2.1 模型改进的原理36-37
• 3.2.2 FBAR FEM模型37-40
• 3.2.3 改进模型的参数提取方法40-42
• 3.3 本章小结42-43
• 4 TX与RX滤波器的参数化设计43-66
• 4.1 中心频率设计43-52
• 4.1.1 初始电路模型43-44
• 4.1.2 中心频率影响因素分析44-47
• 4.1.3 FBAR单元各膜层厚度的确定47-52
• 4.2 其它技术指标设计52-63
• 4.2.1 改进后的电路模型53-54
• 4.2.2 串并联FBAR谐振区面积比的影响54-55
• 4.2.3 级联阶数和结构55-57
• 4.2.4 总谐振区面积的影响57-58
• 4.2.5 各FBAR单元谐振区面积的确定58-61
• 4.2.6 带内纹波的减小方法61-63
• 4.3 满足技术指标的TX与RX滤波器设计63-64
• 4.4 本章小结64-66
• 5 移相器设计66-76
• 5.1 电路结构设计66-71
• 5.1.1 Tx与Rx滤波器之间的负载效应66-69
• 5.1.2 电路参数的确定69-71
• 5.2 硅基平面电感设计71-73
• 5.3 硅基电容设计73-75
• 5.4 本章小结75-76
• 6 体声波双工器的优化设计76-81
• 6.1 优化设计原理76-78
• 6.2 优化设计方法78-80
• 6.3 本章小结80-81
• 7 工艺设计81-89
• 7.1 工艺流程设计81-86
• 7.2 FBAR单元背腔刻蚀工艺86-88
• 7.3 本章小结88-89
• 结论89-92
• 1. 论文的主要工作89-90
• 2. 论文的创新点90-91
• 3. 后续工作展望91-92
• 致谢92-93
• 参考文献93-97
• 攻读硕士期间发表的学术论文及研究成果97

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本文编号：923987