• Título:  ANALYSIS AND DESIGN OF BULK ACOUSTIC WAVE FILTERS BASED ON ACOUSTICALLY COUPLED RESONATORS
• Autor:  Corrales López, Edén
• Universidad:  Universidad Autónoma de Barcelona
• Departamento:  TELECOMUNIACION E INGENIERIA DE SISTEMAS
• Fecha de Lectura:  14/06/2011
• Programa de doctorado:  Telecomunicación e ingeniería de Sistemas
• Dirección: 
  • MENENDEZ NADAL, ÓSCAR (DIRECTOR)
  • DE PACO SÁNCHEZ, PEDRO ANTONIO (DIRECTOR)
• Tribunal: 
  • SALAZAR PALMA, MAGDALENA (PRESIDENTE)
  • PRADELL CARA, LLUIS (SECRETARIO)
  • Campanella Pineda, Humberto (VOCAL)
• Descriptores: 
  • DISEÑO DE FILTROS
  • DISPOSITIVOS DE MICROONDAS
  • TRANSDUCTORES ELECTROACUSTICOS
• Localización:  BIBLIOTECA DE COMUNICACIÓN Y HEMEROTECA GENERAL UAB
• 2011corraanaly.pdf
• Resumen:
  El rápido crecimiento de sistemas de telecomunicaciones inalámbricas ha llevado a un aumento en la demanda de dispositivos móviles que incorporen filtros de microondas con requisitos cada vez más exigentes incluyendo mejores prestaciones, miniaturización y reducción de costes. Hasta finales de los años 90, los filtros utilizados en aplicaciones de telecomunicaciones móviles estaban basados en tecnología cerámica o SAW. Los filtros cerámicos podían operar con pérdidas aceptables hasta 2 GHz pero eran grandes y voluminosos. Los filtros SAW ofrecen un alto grado de miniaturización gracias a su operación basada en onda acústica pero sólo presentan un buen comportamiento en las frecuencias bajas de las aplicaciones de telecomunicaciones móviles. Además, ninguna de las dos tecnologías puede ser integrada on-chip debido a su incompatibilidad con tecnología CMOS. Una nueva tecnología de filtros de RF ha emergido durante la última década, la tecnología BAW. Los filtros BAW son perfectamente adecuados para su uso como filtros miniaturizados de elevadas prestaciones para alta frecuencia y aplicaciones de potencia. En comparación con la tecnología SAW, las soluciones basadas en filtros BAW ofrecen menores pérdidas de inserción, una mejor selectividad, compatibilidad CMOS, mayor manejo de potencia y pueden operar a frecuencias mayores. Un CRF es una de las topologías de filtro BAW más recientes y ofrece una serie de nuevas e interesantes características respecto a sus predecesores. Basado en el concepto de resonadores acoplados acústicamente, puede ofrecer respuestas de tipo Chebyshev clásicas y avanzadas, mejoras en el ancho de banda, altos grados de miniaturización y conversión de modo. La complejidad de un CRF es considerable en cuanto a diseño y fabricación debido a la cantidad de láminas que lo componen. Tan solo el número de capas que componen un resonador BAW ya es elevado: una capa de transducción compuesta por un material piezoeléctrico, electrodos que pueden estar formados por diferentes metales para combinar sus propiedades, capas de compensación de temperatura y capas de pasivación. En el caso de resonadores de tipo SMR múltiples capas implementan un reflector de Bragg que confina la onda acústica en el resonador. Un CRF está compuesto de al menos dos resonadores con sus correspondientes capas y además, el conjunto de capas de acoplamiento que controlan su interacción mecánica. El diseño de los filtros BAW consiste en dimensionar las geometrías de las capas que componen el dispositivo físico. Esto resulta complicado con tal cantidad de capas presentes y por tanto técnicas de optimización pueden no ser eficientes debido al elevado número de variables que intervienen en el proceso. En este trabajo se presenta una metodología para analizar y sintetizar dispositivos CRF. Las técnicas presentadas permitirán tratar complejas estructuras multicapa de una manera sencilla y clara. Esta tesis está enfocada en el dispositivo CRF y está dividida en dos bloques principales. El primer bloque presenta un conjunto de modelos circuitales completamente eléctricos, que simplifican, representan y reúnen el comportamiento de los CRFs, dispositivos que operan en los dominios eléctrico y mecánico. Este bloque comienza con un capítulo donde se establece la analogía entre las variables eléctricas y mecánicas, explica la aproximación unidimensional de propagación en láminas delgadas que permite la representación circuital del resonador BAW. Se establecen un conjunto de herramientas para analizar el resonador mediante teoría de redes y estas sirven de base para analizar estructuras compuestas de varios resonadores y por múltiples láminas. En el siguiente capítulo, se propone un modelo para el CRF básico desarrollado mediante transformaciones de redes y aproximaciones en torno a las frecuencias de operación de los dispositivos BAW. El modelo presenta una topología circuital simplificada que permitirá enlazar el dispositivo con técnicas de síntesis de filtros. Luego, el modelo se extiende a situaciones más complejas con un mayor número de resonadores y estructuras asimétricas. Entonces, las capas de acoplamiento, mecanismo clave en el CRF, se analizan y se ofrece un conjunto de expresiones para su diseño. En el segundo bloque se analiza en profundidad el CRF mediante los modelos propuestos como herramientas que permiten guiar el proceso de análisis. El análisis de estos filtros permite un mejor entendimiento de su comportamiento y una forma de establecer los límites de las respuestas que pueden ofrecer. Se presentan metodologías de diseño de filtros para dimensionar las geometrías de las estructuras y definir las topologías de los filtros BAW que permiten satisfacer respuestas prescritas de tal manera que se eviten los procesos de optimización que pueden llegar a ser demasiado costosos en cuanto a tiempo de diseño y a veces no demasiado controlados. Por lo tanto, el diseño del filtro a partir de un claro entendimiento de su comportamiento hace posible explotar sus características inherentes. Entonces, se sintetizarán respuestas avanzadas con ceros de transmisión y filtros rechazo de banda a partir de nuevos dispositivos propuestos a partir de estas metodologías de diseño.