SAW滤波器匹配的目的和方法

如何在电路板上安装和匹配 SAW 滤波器，发挥SAW 滤波器的最佳性能，这对于应用SAW 滤波器的人员很重要，否则再好的产品也达不到使用者的要求。所以一般的 SAW 滤波器在接入电路中都要求前后级加匹配，这些匹配结构和元件值由滤波器制造厂家提供，系统人员在设计PCB 时就要考虑匹配。

SAW 滤波器匹配的目的是：

（1）取得小的驻波系数。

特别是高损耗SAW 滤波器，其驻波系数一般在5~10，匹配后可以改善到2~5。对于低损耗SAW 滤波器通过匹配可以使驻波系数达到1.2~2。

（2）取得小的损耗。

对于损耗在30~40dB 的高损耗SAW 滤波器通过匹配可以得到20~25dB 的损耗。而对于SPUDT 的滤波器，要求必须匹配才能得到小的损耗。

（3）取得平坦的通带特性。

对于大带宽SAW 滤波器、TCRF 滤波器、SPUDT 滤波器等如果不匹配，通带波纹很大，匹配后不但损耗降低，而且可以得到平坦的通带特性。

（4）LC 匹配网络设计得当，可以起到LC 滤波器的作用，提高远端带外抑制。

SAW 滤波器的匹配不同于其他滤波器的匹配，针对不同结构的SAW 滤波器其匹配目标不同。对于高损耗SAW 滤波器并不需要与外部电路完全的共轭理想匹配，因为在较大的声辐射条件下，改进理想匹配虽然可以实现低损耗，但却是以增加幅度和相位波动为代价的。这些器件通常有意使器件在一定程度上失配。对于中等损耗的SPUDT 滤波器，其匹配也不完全是理想电匹配。对于1~4dB 的低损耗SAW 滤波器则要求尽量理想电匹配以取得最小损耗。

为了使声表面波器件应用简单，滤波器的输入输出端一般采用二元件进行匹配。对不同的 SAW 滤波器S 参数，匹配网络不同，需要根据Smith 圆图，选取合适的匹配网络结构。在Smith 圆图中，经匹配从起点到目的位置点经过的曲线长度越短，匹配后频响特性越好。如图1（c）中两条曲线分别对应于图1（a）、（b）的匹配电路网络。

图 1 二种简单匹配电路方案（a）、（b） 及对应的Smith 圆图路径（c）

匹配结构确定后，如何找到匹配元件值？一般有两种方法：

一是试验法。借助于矢量网络分析仪的Smith圆图和频响图实际匹配。

二是借助于矢量网络分析仪，提取SAW滤波器的S参数，计算滤波器的四端网络导纳Y参数，通过软件匹配计算匹配元件值，最后指导试验匹配。

实际 SAW 滤波器匹配时需要注意的问题：

（1） 评估板和系统板上的匹配元件值有些差异，其原因是分布参数不同，需要微调元件值。

（2） 高损耗滤波器通常要求失配，以得到好的通带特性。

（3） 低损耗滤波器通常要求最佳匹配，以得到小的损耗和驻波系数（SWR）。

（4） 损耗越小的滤波器对匹配元件值越敏感

SAW 滤波器与LC 滤波器、介质滤波器、腔体滤波器相比，损耗大、信号延迟时间长，因此SAW 滤波器的装配比其他滤波器更讲究。例如：一个25dB 损耗SAW 滤波器，要求滤波器带外抑制大于55dB，则对PC 板隔离度要求大于80dB。因此，抑制好输入输出之间的直通信号是SAW 滤波器的装配的主要问题。

SAW 滤波器的直通信号对滤波器性能的影响有两方面：

一是恶化带外抑制；

二是通带波纹增大。

图2是横向SAW 滤波器的典型脉冲响应，

图3 是同一只SAW 滤波器不同安装引起直通信号抑制不同，得到的滤波效果也完全不同。

图 2 横向SAW 滤波器的典型脉冲响应 图 3 SAW 滤波器的的直通信号抑制好（a）和差（b）对频响的影响

SAW 滤波器的直通来源大致有三方面：一是PC 板的布线带来的输入输出之间的杂散电容C1、C2；二是输入输出的匹配之间的耦合；三是匹配地和滤波器的地并不是理想地，由地电阻引起耦合。如图4 所示。

（a） 杂散电容引起的耦合 （b）匹配元件之间的互耦 （c）地电流回路引起的耦合

图4 引起直通的三种模型

针对直通信号的来源，比较好的SAW 滤波器的PC 板按图5 设计，并注意如下几点：

（1） 采用双面大面积接地的PC 板。

（2） PC 板作些垂直交叉金属化孔，减小PC 板间的电容耦合。

（3） 滤波器接地底座紧贴PC 板，以便接地良好。可能的话，外壳边缘与PC 板加焊几个点。

（4） 输入输出匹配元件垂直放置，特别是电感，以减小互耦。

（5） 匹配网络和滤波器各自的地电流回路尽量短，以减小地电流回路引起的耦合。

（6） 输入输出的匹配元件尽量远，以便降低匹配元件之间的直达信号。

（7） 可能的话，在滤波器输入输出间的PC 板开隔离槽减小PC 板介质层引起的RF 泄漏。

（8） 可能的话，在滤波器输入输出间、匹配网络间加隔离腔。

图 5 优化的SAW 器件PC 板