通信机用MHz频段陶瓷滤波器
2006-01-17 09:20:21
来源：《国际电子变压器》2006年2月刊
点击：1126
1对超小型、薄型和轻量化元器件的要求
随着便携式电话、PHS的迅速普及，使移动通信市场逐年扩大，预计今后增长更快。在这样的市场环境中，伴随着便携式终端设备的小型、轻量化，作为所使用的元器件，在维持原有性能的基础上，也要求进一步小型和轻量化。
在过去的模拟式通信系统中，IF频段是使用中心频率为450/455kHz频段陶瓷滤波器，在数字式通信系统中，所用的滤波器分为PDC、DAMPS的kHz频段系统和PHS/GSM的MHz频段系统。为了扩大PHS/GSM信号的频带，即使作用IF频段的滤波器也应扩展带宽，对应比带宽的中心频率，可使用MHz频段的滤波器。
本文要介绍市场上不断扩大的GSM等移动通信设备中的IF频段所用的压电陶瓷滤波器的技术动向。
2MHz频段用的陶瓷滤波器基本构造
在特定频率下，施加电信号，利用滤波器共振压电现象的陶瓷滤波器已实现商品化。
正如图1所示，MHz频段用的陶瓷滤波器有两种类型，一种是利用陶瓷元件表面方向振动的厚度滑移振动模，另一种是利用方向振动的厚度纵向振动模。根据两种振动模的所需频率，在使用过程中，采用厚度滑移振动模的滤波器主要使用在低于10MHz的MHz频段，采用厚度纵向振动模的滤波器使用频率为10~30MHz。
两种振动模都与陶瓷元件厚度成比例，由于可确定谐振频率，故高频滤波器用在需要的场合，要求元件厚度越薄越好。尽管材料常数有所不同，但一般情况下，使用厚度纵向振动的中心频率约10MHz左右的陶瓷滤波器元件厚度约为200μm左右。由于厚度纵向振动的电极部分是按厚度方向收缩，而获得滤波器特性，故在不防碍其振动基础上，电极部分应有一定振动空间。另外，为抑制振动电极以外的部分不振动，必须进行减振。
图2示出了目前PHS 2 ndIF所用的CFECS10.8MK I型SMD陶瓷滤波器的外形图和结构图以及代表特性。这种型号的滤波器是由具有2个振动部分的2个元件所构成，它是将压电陶瓷用低介质基片和中继用的介质基片上下夹住构成5层结构。利用粘合层的附着厚度确保振动空间。振动空间以外部分的上下基片与压电陶瓷粘合，起到减振作用。采用多层结构，节省了贴装面积，同时减轻了重量，对应过去135mg的产品重量，现在只有75mg，大约减轻了二分之一左右。
在以欧亚为中心的数字便携式电话系统的一部分GSM/DCS中，是以13.0MHz和14.6MHz两个IF频率构成CHIPSET。以此为出发点，同用在PHS上的同等结构，推进高频化的结果使CFECS13.0/CFECS14.6型产品实现了商品化。
采用厚度滑移振动方式是在压电陶瓷元件上涂硅橡胶，这样既不阻碍所要求的振动，又增加了适度缓冲，还可抑制频带以外的衰减量。图3示出了利用厚度滑移振动GSM用4元件CFSJC6.0M型SMD陶瓷滤波器的外观图片、外形尺寸、结构图和代表特性。厚度滑移振动用的陶瓷滤波器是将压电元件装在介质基片上，用金属外壳封装。
另外，这种CFSJC型产品由于是将具有2个共振部的2个陶瓷元件连接在一起，相当于4个元件的特性，故在GSM中，变为所需的陡峭传输频带特性。
作为在20MHz以上高频的IF滤波器，过去是以利用雷利波的SAW滤波器为主流，而日本村田制作所利用BGS波的BGS滤波器已实现商品化。
由于BGS波在元件的端面反射，故SAW滤波器可去掉所需要的反射器，这样可使元件小型化，并降低成本。图4示出了SS无绳电话中的51.7MHz的MKFC型滤波器的外型尺寸和波形数据。
3今后的技术动向
随着今后陶瓷滤波器应用的不断扩大，陶瓷滤波器还应进行如下工作。
a.产品的扁平化；
b.开发节省空间、重量轻的小型复合化产品；
c.在原有的振动模和新的振动模上扩大应用频率；
d.开发频带宽的材料。
使用压电陶瓷材料的陶瓷滤波器，由于要有一定的振动空间，在维持原有性能的基础上，要想小型化，大多采用重叠技术。采用原有技术进行重叠和贯通，开发高性能、小型化和成本低的新型滤波器，是今后扩大应用领域的最佳途径。
随着便携式电话、PHS的迅速普及，使移动通信市场逐年扩大，预计今后增长更快。在这样的市场环境中，伴随着便携式终端设备的小型、轻量化，作为所使用的元器件，在维持原有性能的基础上，也要求进一步小型和轻量化。
在过去的模拟式通信系统中，IF频段是使用中心频率为450/455kHz频段陶瓷滤波器，在数字式通信系统中，所用的滤波器分为PDC、DAMPS的kHz频段系统和PHS/GSM的MHz频段系统。为了扩大PHS/GSM信号的频带，即使作用IF频段的滤波器也应扩展带宽，对应比带宽的中心频率，可使用MHz频段的滤波器。
本文要介绍市场上不断扩大的GSM等移动通信设备中的IF频段所用的压电陶瓷滤波器的技术动向。
2MHz频段用的陶瓷滤波器基本构造
在特定频率下，施加电信号，利用滤波器共振压电现象的陶瓷滤波器已实现商品化。
正如图1所示，MHz频段用的陶瓷滤波器有两种类型，一种是利用陶瓷元件表面方向振动的厚度滑移振动模，另一种是利用方向振动的厚度纵向振动模。根据两种振动模的所需频率，在使用过程中，采用厚度滑移振动模的滤波器主要使用在低于10MHz的MHz频段，采用厚度纵向振动模的滤波器使用频率为10~30MHz。
两种振动模都与陶瓷元件厚度成比例，由于可确定谐振频率，故高频滤波器用在需要的场合，要求元件厚度越薄越好。尽管材料常数有所不同，但一般情况下，使用厚度纵向振动的中心频率约10MHz左右的陶瓷滤波器元件厚度约为200μm左右。由于厚度纵向振动的电极部分是按厚度方向收缩，而获得滤波器特性，故在不防碍其振动基础上，电极部分应有一定振动空间。另外，为抑制振动电极以外的部分不振动，必须进行减振。
图2示出了目前PHS 2 ndIF所用的CFECS10.8MK I型SMD陶瓷滤波器的外形图和结构图以及代表特性。这种型号的滤波器是由具有2个振动部分的2个元件所构成，它是将压电陶瓷用低介质基片和中继用的介质基片上下夹住构成5层结构。利用粘合层的附着厚度确保振动空间。振动空间以外部分的上下基片与压电陶瓷粘合，起到减振作用。采用多层结构，节省了贴装面积，同时减轻了重量，对应过去135mg的产品重量，现在只有75mg，大约减轻了二分之一左右。
在以欧亚为中心的数字便携式电话系统的一部分GSM/DCS中，是以13.0MHz和14.6MHz两个IF频率构成CHIPSET。以此为出发点，同用在PHS上的同等结构，推进高频化的结果使CFECS13.0/CFECS14.6型产品实现了商品化。
采用厚度滑移振动方式是在压电陶瓷元件上涂硅橡胶，这样既不阻碍所要求的振动，又增加了适度缓冲，还可抑制频带以外的衰减量。图3示出了利用厚度滑移振动GSM用4元件CFSJC6.0M型SMD陶瓷滤波器的外观图片、外形尺寸、结构图和代表特性。厚度滑移振动用的陶瓷滤波器是将压电元件装在介质基片上，用金属外壳封装。
另外，这种CFSJC型产品由于是将具有2个共振部的2个陶瓷元件连接在一起，相当于4个元件的特性，故在GSM中，变为所需的陡峭传输频带特性。
作为在20MHz以上高频的IF滤波器，过去是以利用雷利波的SAW滤波器为主流，而日本村田制作所利用BGS波的BGS滤波器已实现商品化。
由于BGS波在元件的端面反射，故SAW滤波器可去掉所需要的反射器，这样可使元件小型化，并降低成本。图4示出了SS无绳电话中的51.7MHz的MKFC型滤波器的外型尺寸和波形数据。
3今后的技术动向
随着今后陶瓷滤波器应用的不断扩大，陶瓷滤波器还应进行如下工作。
a.产品的扁平化；
b.开发节省空间、重量轻的小型复合化产品；
c.在原有的振动模和新的振动模上扩大应用频率；
d.开发频带宽的材料。
使用压电陶瓷材料的陶瓷滤波器，由于要有一定的振动空间，在维持原有性能的基础上，要想小型化，大多采用重叠技术。采用原有技术进行重叠和贯通，开发高性能、小型化和成本低的新型滤波器，是今后扩大应用领域的最佳途径。
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