基于S参数的梯形声波滤波器中谐振器级提取技术

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：Resonator-Level Extraction in Ladder Acoustic Wave Filters From S-Parameters

本文提出了一种直接从声学滤波器的S参数中提取独立谐振元件的系统方法，结合有理函数近似与Foster/Cauer形式展开分离各谐振器的极点和零点，实现滤波器级联结构的参数提取（包括共振频率、耦合系数及Butterworth-Van Dyke模型），并通过数值例子验证了方法的有效性，为声学滤波器的快速诊断和计算机辅助调谐提供了新框架。

　　

摘要：

我们提出了一种系统方法，可以直接从梯形声波滤波器的S参数中提取各个谐振器元件。该方法结合了有理函数逼近和Foster-Cauer形式展开，以分离与每个谐振器相关的极点和零点，从而实现滤波器在谐振器级别的提取。所提出的方法可以提取关键的声学谐振器参数，包括共振频率、耦合系数以及相应的Butterworth-Van Dyke（BVD）模型。数值示例证明了该提取方法的有效性。该方法有助于快速诊断声学滤波器的性能，并为计算机辅助调谐和补偿技术提供了系统框架，以改善声学滤波器的性能。该方法的开发目标是实现声学滤波器在晶圆上的计算机辅助调谐和诊断，这是现有提取技术尚未解决的问题。

引言

声波滤波器仍然是移动设备射频（RF）前端模块中的主要解决方案。通常，它们由多个基于压电材料的声学谐振器组成，例如表面声波（SAW）和体声波（BAW）谐振器，这些谐振器按照特定的拓扑结构排列以产生特定的滤波器响应。这些滤波器表现出复杂的耦合效应，使得分离各个谐振器的响应变得复杂。一些先前的技术文献已经报道了针对传统RF滤波器的计算机辅助调谐技术[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。然而，这些方法并不直接适用于声学滤波器。与RF谐振器不同，声学谐振器同时具有串联和并联共振特性。此外，声学滤波器通常是梯形滤波器，而不是耦合谐振器滤波器。已经有多种方法使用有理函数来近似滤波器的频率响应。这些技术可以应用于S域或Z域。例如，基于Cauchy的技术[7]、[8]、[9]展示了接近滤波器频率响应的近似效果，尽管它们需要仔细选择采样点和严格的收敛性检查。向量拟合[10]也是一种稳健的方法，用于有理函数插值测量的滤波器散射参数（S参数），在保持无源特性的同时有效处理复杂的频域数据[11]。对于压电声学器件，现有的程序通常会处理表面和BAW谐振器，以及杂散模式和有限效应，通常通过迭代拟合阻抗或导纳数据来实现[12]、[13]、[14]。然而，很少有研究提供一个专注于声学滤波器拓扑结构的全面框架，以推导有理函数近似。