فصل سوم : استفاده سیستم های جدید از فیلترهای RF SAW پیشرفته

1-3	مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………….	40
2-3	طبقه بندی سیستم های ارتباطی………………………………………………………………………………………….	43
3-3	ساختار سیستم ……………………………………………………………………………………………………………….RF	46

 

4-3	تکنیک های ……………………………………………………………………………………………………… RF SAW	53
5-3	تلفن بی سیم………………………………………………………………………………………………………………………….	58
6-3 تلفن سلولی…………………………………………………………………………………………………………………………….		66
نتیجه……………………………………………………………………………………………………………………………………………….		73

فصل چهارم: فیلترهای SAW فرکانس میانی برای کاربردهـای تلفـن موبایـل در

بازارهای ژاپن

خلاصه……………………………………………………………………………………………………………………………………………..		76
1-4 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………..		76
2-4 سهم جهانی مشترکین تلفن موبایل دیجیتال ……………………………………………………………………….		77
3-4 فیلتر …… ……………………………………………………………………………………………………………….. PDC IF		81
4-4	فیلتر PHS IF برای ترمینال ها…………………………………………………………………………………………..	86
5-4	فیلتر PHS IF برای ایستگاه های پایه…………………………………………………………………………………	92
6-4 فیلتر ……………………………………………………………………………………………. cdmaOne IF SAW		94
7-4	فیلتر ………………………………………………………………………………………….. W-CDMA IF-SAW	97
نتیجه……………………………………………………………………………………………………………………………………………….		98

فصل پنجم: بررسی دوپلکسر آنتنSAW W-CDMA و GSM بر پایه FEM و

شامل دوپلکسر

خلاصه……………………………………………………………………………………………………………………………………………..		100
1-5	مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………..	101
2-5	دوپلکسر SAW در سیستم ………………………………………………………………………….W-CDMA	103
3-5	بررسی ترکیب دوپلکسر W-CDMA  با GSM بر اساس …………………………………. FEM	107

 

4-5	مشخصه غیر خطی مدارهـــای سوئیـچینگ وفیلتـر های SAW در برابر سیـگنال های
بلاکینـگ…………………………………………………………………………………………………………………………………………		108
5-5	ارتقاء پرفورمنس چیپ های SAW و کوچک سازی دوپلکسر……………………………………………	113
نتیجه……………………………………………………………………………………………………………………………………………….		115

فصل ششم: دوپلکسر SAW فرکانس بالا با مشخصه افت پایین و cut-off تیز

 

1-6 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………..			117
2-6	فیلتر SAW نوع لدر……………………………………………………………………………………………………………..		117
3-6	افزایش پایداری توان در فیلترهای SAW نوع لدر………………………………………………………………		119
4-6	اصلاح افت داخلی و مشخصه ………………………………………………………………………………… cut-off		121
5-6	طراحی دوپلکسر آنتن…………………………………………………………………………………………………………….		125
1-5-6 دوپلکسر ……………………………………………………………………….800MHz AMPS CDMA			126
2-5-6		دوپلکسر ……………………………………………………………………………………..800MHz JCDMA	129
3-5-6		فیلتر TX آنتن …………………………………………………………………………………… 1.5GHz PDC	130
4-5-6		دوپلکسر سیستم ……………………………………………………………….1.9 GHz PCS-CDMA	131
نتیجه…………………………..		…………………………………………………………………………………………………………………..	132

فصل هفتم: فیلترهای SAW و رزوناتورها در سیستم های ارتباطی عمومی

خلاصه……………………………………………………………………………………………………………………………………………..		134
1-7	مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………..	134
2-7	کاربرد فیلترهای SAW و رزوناتورها در سیستم های ارتباطی عمومی………………………………	135
3-7	دستگاه های SAW در ارتباطات ماهواره ای……………………………………………………………………….	136
نتیجه……………………………………………………………………………………………………………………………………………….		140

منابع و ماخذ 141…………………………………………………………………………… …………………………..

چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………………… 144

فهرست جدول ها

.1-1 مشخصه تعدادی از مواد در ساخت دستگاه ……………………………………………………………… SAW		13
.1-2 مشخصات متداول ترین برش ها در مواد زیر لایه …………………………………………………… SAW		26
1-3 مشخصه دسترسی و دوپلکسینگ سیستم های تلفن موبایل………………………………………………..		45
. 2-3 مکانیزم های افت و طراحی های مربوطه…………………………………………………………………………….		58
3-3 تخصیص فرکانسی سیستم های تلفنی بی سیم. …………………………………………………………………..		59
4-3 مشخصه فیلترهای MWC و …………………………………………………………………………………… . SAW		61
5-3 تخصیص فرکانسی سیستم های تلفن سلولی. ……………………………………………………………………….		67
1-4	. مشترکین تلفن سلولی در جهان………………………………………………………………………………………….	79
2-4	مشخصه فیلتر …………………………………………………. SAW – IF  PDC	81
3-4	مشخصه SAW و فیلتر IF MCF در سیستم ………………………………….. PDC	86
4-4	مشخصه فیلتر ……………………………………………………………………………………….. IF  SAW  PHS	87
.5-4 مشخصه فیلتر……………………………………………………………………………………. IF – Rx cdmaone		94

فهرست شکل ها

.1-1 دستگاه SAW مبنا 5……………………………………………………………. …………………………..

این مطلب را هم بخوانید :

.2-1 حرکت موج سطحی در طول سطح 6……………………………………….. …………………………..

.3-1 جهات مختلف برش کوارتز 8…………………………………………………… …………………………..

.4-1 مشخصه فیلتر میان گذر 12……………………………………………………… …………………………..

.5-1 عکس 14…………………………………………………………………………………………. SEM

.1-2 نمایش یک ترانسدیوسر اینتردیجیتال 19…………………………………….. …………………………..

.2-2 شکل یک رزوناتور دو پورتی 20………………………………………………………………. SAW

.3-2کویتی های کوچک برای ساخت 20……………………………………………………….. SPUDT

.4-2کویتی های پایه برای تولید ماتریس 27……………………………………………………………. P

.5-2تصویر SEM از بخشی از 28………………………………………………………………………. IDT

.6-2روند فرآیند ساخت دستگاه 29…………………………………………………………………. SAW

.7-2چیپ SAW نصب شده در یک DCC شش خانه ای…………………………………………… 33

.8-2تکنولوژی((CSSP در 34……………………………………………………………………… EPCOS

.9-2 نمایش زیر لایه 34……………………………………………………………………………… LTCC

.10-2بخشی از گیرنده دو باندی 36………………………………………………………………… GSM

.11-2ماژول ابتدایی-انتهایی در ترمینال های سه باند 37………………………………………. GSM

. 1-3 مدار RF یک سیستم ارتباطی بی سیم………………………………………………………… 46

. 2-3 مدار RF یک سیستم 49…………………………………………………………… TDD / TDMA

. 3-3 رزوناتور تک پورتی : SAW ساختار و مدار معادل…………………………………………….. 53

. 4-3 تکنیک نوع لدر : طرح یک فیلتر با پنج رزوناتور………………………………………………. 54

. 5-3 فیلتر مد دوگانه: ساختار……………………………………………………………………………. 55

.6-3 فیلتر شیار دوگانه با کوپلینگ ترانسدیوسر: ساختار……………………………………………. 57

. 7-3 مدار گیرنده هیتروداین دوبل در سیستم آنالوگ 60……………………………………….. CT

. 8-3 فیلترشیار دوگانه سیستم : CT + پاسخ فرکانسی 62………………………. …………………………..

.9-3 فیلتر نوع لدر برای سیستم : ISM CT پاسخ فرکانسی……………………………………… .63

. 10-3 مدار گیرنده سوپر هتروداین در سیستم دیجیتال باند باریک 64………………………. CT

. 11-3 فیلتر شیار دوگانه در گیرنده سوپرهتروداین سیستم ISM CT :پاسخ فرکانسی………. 65

12-3 فیلتر نوع لدر در سیستم : DECT پاسخ فرکانسی……………………………………………. 68

. 13-3 فیلتر نوع لدر برای سیستم : Tx – AMPS پاسخ فرکانسی……………………………….. 69

. 14-3 فیلتر نوع لدر در سیستم : Rx ETACS پاسخ فرکانسی………………………………….. 70

.15-3فیلتر رزوناتور مد دوگانه درسیستم : Rx –GSM پاسخ فرکانسی………………………….. 71

. 16-3 فیلتر نوع لدر در سیستم : Tx PCN- پاسخ فرکانسی…………………………………… 72

. 1-4 مشترکین تلفن سلولی در جهان…………………………………………………………………. 78

. 2-4 سهم جهانی مشترکین تلفن موبایل دیجیتال………………………………………………….. 78

. 3-4 تغییر وزن تلفن PDC و حجم فیلتر 80……………………………………………… IF  SAW

. 4-4 ساختار RF TC استفاده شده در تلفن 82………………………………………………….. PDC

.5-4  پاسخ فرکانسی اولین فیلتر SAW  IF در هندست 83…………………………………… PDC

. 6-4 شیوه اندازه گیری 84……………………………………………………………………………… IM

. 7-4 اندازه پکیج در فیلتر 86………………………………………………………. SAW  IF – PDC

8-4 .(الف): ساختار فیلتر CLMR در اتصال الکتریکی موازی(ب): مدار معادل در باند عبور…. 89

. 9-4 پاسخ فرکانسی فیلتر SAW  IF برای هندست 90…………………………………………. PHS

.10-4 تغییر اندازه پکیج فیلتر 91…………………………………………………………….. IF  PHS

.11-4 پاسخ فرکانسی فیلتر IF  PHS برای ایستگاه پایه……………………………………………. 93

.12-4 پاسخ فرکانسی اولین نسل فیلتر SAW – IF  Rx برای هندست 95…………….. cdmaone

.13-4 اندازة پکیج فیلتر 96……………………………………………… SAW  IF – Rx cdmaone

.1-5 مشخصه 3GPP برای سیستم 102…………………………………………………… W −CDMA

.2-5 دوپلکسر آنتن 104………………………………………………………………….. …………………………..

.3-5 مشخصه فرکانسی مربوط به دوپلکسر شکل 105……………………………………………… .2-5

W − CDMA/GSM .4-5 چند باند-مود دوگانه 107……………………………………………… FEM

.5-5 تولید سیگنال شبه-دریافتی مربوط به اعوجاج غیر-خطی مرتبه سوم……………………. 109

IIP3 .6-5 مربوط به سوئیچ های پین – دیود…………………………………………………………. 110

PIMP  .7-5 برای دوپلکسر 110………………………………………………………………………….. SAW

.8-5 مشخصه های فیلترهای SAW ارتقاء یافته بر روی SMD ها. 112………….. …………………………..

.9-5 مشخصات طراحی شدة دوپلکسر بر اساس پارامترهای 114…………………………………….. S

.10-5 مشخصه اندازه گیری شدة دوپلکسر توسعه یافته. 114…………………….. …………………………..

.1-6 طرح رزوناتور SAW تک پورتی و ساختار مدار لدر پایه………………………………………. 119

.2-6 ساختار فیلم الکترودی ساندویچی………………………………………………………………… 120

.3-6 دورة فعالیت در مقایسه با توان ورودی فیلترهای120………………………………………….. . Tx

.4-6 سرعت SAW در هر ناحیه. 123………………………………………………….. …………………………..

.5-6 تغییر مشخصات به وسیله پهنای الکترود………………………………………………………… 123

.6-6 مقدار Q در فرکانس رزونانس و فرکانس آنتی رزونانس……………………………………… 124

.7-6 رابطه سرعت فاز با نسبت فلزکاری 124………………………………………… …………………………..

.8-6 اثر سیم زمین رزوناتور شاخه موازی……………………………………………………………. ..125

.9-6 ساختار مدار دوپلکسر			SAW نوع لدر. …………………………..	…………………………………………………….	127
.10-6 دید موضعی از پکیج دوپلکسر معمولی. …………………………..				…………………………………………………	128
.11-6 دید موضعی از پکیج دوپلکسر ارتقاء یافته……………………………				…………………………………………….	128
.12-6 پکیج های ارتقاء یافته و معمولی……………………………………………………….				……………………………….	128
.13-6		مشخصه S21 دوپلکسر AMPS −CDMA در فرکانس		800MHz با پکیج ارتقاء یافته……	129
.14-6		مشخصه S21 دوپلکسر JCDMA در فرکانس ………………………………………………… 800MHz			130
.15-6		مشخصه S21 فیلترTx آنتن …………………………..1.5GHz PDC		………………………………………….	131
.16-6 مشخصه S21 دوپلکسر PCS −CDMA در فرکانس				……………………………………….. 1.9GHz	132
.1-7 ساختار سادة سیستم های ارتباطی عمومی…………………………..				……………………………………………..	136
.2-7	پاسخ فرکانسی فیلتر 70MHz SAW IF در ترانسپوندر ماهواره…………………………………..				137
.3-7	مفهوم ترکیب برداری از پاسخ های فیلتر ………………………….. SAW			……………………………………	139
.4-7	پاسخ فرکانسی فیلتر		………………………………………………………. SAW	………………………………………..	139
.5-7	پاسخ فرکانسی فیلتر		………………………………………………………. SAW	………………………………………..	140

خلاصه                                                                                                                          ١

موج SAW یک موج سطحی صوتی می باشد که در طول سطح یک ماده منتـشر مـی شـود. بـه طـور

معمول موادی که در ساخت این زیر لایه مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از کوارتز، لیتیم نیوبیـت

و لیتیم تانتالیت، که با ایجاد برش های متفاوت خصوصیات متفـاوتی دارنـد. ایـن مـواد دارای خاصـیت

فیزوالکتریک می باشند، یعنی با اعمال میدان الکتریکی به سطح نیروهایی ایجاد می شوند که به شـکل

امواج SAW در طول سطح حرکت می کنند. دستگاه هـایی کـه از ایـن خاصـیت اسـتفاده مـی کننـد

عبارتند از خطوط تأخیر، رزوناتورها، فیلترها و … .

سیستم های ارتباطی بی سیم یکی از زمینه های ارتباطات می باشد که با سرعت زیادی در حال توسعه

و افزایش است. تلفن های سلولی و بی سیم هم اکنون در زندگی امروزه پایه گذاری شده انـد. سیـستم

های تکمیلی دیگری همانند سیستم های ارتباطی شخصی با دسترسی جهانی و شبکه های دیتای بـی

سیم قسمتی از ارتباطات آینده را تشکیل خواهنـد داد. توسـعه چنـین سیـستم هـایی بـر روی تکامـل

تکنولوژیکی و مشخصات کاری متمرکز شده است. افزایش تقاضا مبنی بر کوچک سازی اجزاء منجـر بـه

استفاده از اجزاء SAW در مدارهای دستگاه های رادیویی پیشرفته شده است. علاوه بـر آن پرفـورمنس

ویژة اجزاء RF SAW نیز بر روی مدار گیرنده تاثیر گذاشته است. همچنـین کیفیـت رادیـویی افـزایش

یافته و وزن، اندازه و قیمت نهایی مدار کاهش یافته است. علاوه بـر آن از آن جـایی کـه تلفـن موبایـل

سبک و کوچک در بازار ارجحیت دارد، اندازة فیلترهای IF SAW سال به سال کوچک تر می شود.

در سیستم های تلفن سلولی CDMA آنالوگ و TDMA ارسال و دریافت به طور هم زمـان انجـام مـی

شود. بنابراین باید دوپلکسر در آنتن استفاده شود. دوپلکسر آنتن از فیلتر های SAW نوع لـدر اسـتفاده

می کند که برای اولین بار در سال 1998 در سیستم AMPS −CDMA به کار برده شـد. انـدازة ایـن

پکیج 9.5 ×7.5 ×2mm3  بود. برای ساخت دوپلکـسرهای آنـتن SAW بایـد فیلتـر SAW بـه گونـه ای

طراحی شود که افت پایین تر و قطع تیزتری داشته باشد و مواد الکترودی که پایداری تـوان بـالاتری را

ایجاد می کنند، استفاده شود و نیاز به طراحی پکیجی دارد که افـت پـایین تـر و انـدازة کوچـک تـری

داشته باشد. به وسیله ارتقاء چیپ فیلتر و کاهش انـدازة پکـیج تـا 5 میلـی مترمربـع مـی تـوان انـدازة

دوپلکسرها را کاهش داد. به هر حـال، دوپلکـسر SAW بـا افـت پـایین و مشخـصات قطـع تنـد بـرای

کاربردهای فرکانس بالا مـورد نیـاز اسـت. از طریـق مشخـصات فیلتـر SAW ارتقـاء یافتـه، مـی تـوان

دوپلکسری برای سیستم 1 PCS − CDMA 1.9GHzساخت.

علاوه بر آن دستگاه های SAW به خاطر مزایایی مانند کوچکی، سبکی، پایداری و ضـربه پـذیری بـرای

استفاده در سیستم های ماهواره ای در نظر گرفته شده اند.

فصل اول
آشنایی با فیلتر SAW

فصل اول: آشنایی با فیلتر SAW    ۴

1-1 مقدمه

یک موج سطحی صوتی 1 SAW یک نوع حرکت موج مکانیکی می باشد که در طول سـطح یـک مـاده

جامد حرکت می کند. این موج در سال 1885 به وسیله لرد رایلی کشف شد و پـس ازآن بـه ایـن نـام

نامیده شد. رایلی نشان داد که امواج SAW می توانند مؤلفه ای از سیگنال مرتعش مربوط بـه زلزلـه را

به خوبی توصیف کنند. امروزه این امواج صوتی اغلب در دستگاه های الکترونیکی استفاده می شـوند. در

نگاه اول استفاده از یک موج صوتی در کاربردهای الکترونیکی عجیب به نظر می رسد؛ اما امـواج صـوتی

مشخصات ویژه ای دارند که آنها را برای کاربردهای خاصی مناسب می سازند. این امواج اسـتفاده هـای

متعارفی دارند. دربسیاری از ساعت های مچی از کریستال به عنوان یـک رزونـاتور صـوتی بـرای تولیـد

فرکانس صحیح استفاده می شود، اگر چه دراین رزوناتور از امواج صوتی bulk بیشتر از امـواج سـطحی

استفاده می شود.

یــک دســتگاه SAW ابتــدایی در شــکل 1-1 نــشان داده شــده اســت کــه شــامل 2 ترانــسدیوسر

اینتردیجیتــالIDT 2 بــر روی یــک زیــر لایــه3 فیزوالکتریــک ( ( Piezoelectric  هماننــد کــوارتزمی

باشد. IDT شامل الکترودهای فلزی تو در تو است که برای ارسال1 و دریافت امواج استفاده مـی شـوند

به طوری که یک سیگنال الکتریکی به یک موج صوتی و سپس به الکتریکـی تبـدیل مـی شـود. مزیـت

عمده ای که این امواج نسبت به سایر امواج دارند این است کـه بـسیار آرام حرکـت مـی کننـد ( مـثلاً

300m / s )، چنان که تاخیرهای بزرگی را می توانند ایجاد کنند. از آن جـایی کـه شـکل IDT قابلیـت

تغییرات بسیارزیادی را دارد، در نتیجه دستگاه های متنوعی را مـی تـوان بـا اسـتفاده از ایـن خاصـیت

ساخت. اوایل سـال 1970 دسـتگاه هـای SAW بـه منظـور فـشرده سـازی پـالس رادار، اسـیلاتورها و

فیلترهای میان گذر در تلویزیون هـای خـانگی و رادیوهـای حرفـه ای تولیـد شـدند. فیلترهـای جدیـد

SAWبا کارآیی بالا وارد بازار شده اند و تعداد بسیار زیادی (حدود 3 بیلیون در سال) نیز در حال تولید

می باشند.

شکل .1-1 دستگاه SAW مبنا

شکل 2-1 حرکت امواج SAW در طول سطح یک ماده جامد1  را نشان می دهد. هنگامی که موج

SAW از این سطح عبور می کند، هریک از اتم های ماده یک مسیر بیضی شکلی را طی می کند، در

حالی که این مسیر برای هر دوره از حرکت موج تکرار می شود. هر چه قدر به عمق نفوذ می کنیم اتم

های کمتری از سطح جا به جا می شوند. بنابراین، این موج در امتداد سطح هدایت می شود. در ساده

ترین حالت (یک ماده ایزوتروپیک)، اتم ها در سطحی معروف به صفحه جهتی2  حرکت می کنند.

صفحه جهتی، صفحه ای معمولی است که انتشار در آن در جهت مشخصی می باشد.

شکل.2-1 حرکت موج سطحی در طول سطح