基于面积效应优化的N79频段BAW射频滤波器设计

随着无线通信网络的快速发展，智能通信设备、基站和卫星等需要更高工作频率、更大带宽的射频滤波器，体声波（BAW）射频滤波器具有频率高、机电有效耦合系数（kt²）大、品质因子（Q）高、体积小、CMOS工艺兼容的优秀特性，在无线通信领域中具有重要的应用。然而，当器件的工作频率达到4 GHz甚至5 GHz以上时，BAW滤波器所需的谐振器面积会由低频时的上万或数千µm²减小到数百µm²，导致其有效机电耦合系数（kt²）的降低，阻碍带宽的提升，也显著降低了功率容量。如何在小面积下提升带宽和功率容量，称为业界难题。

据麦姆斯咨询报道，近期，来自浙江大学与杭州树芯科技有限公司（简称：树芯科技）的董树荣、轩伟鹏团队的研究表明：有效机电耦合系数（kt²）随其面积减小而降低的同时，谐振器的串联与并联谐振频率也随其面积减小而变化，而且随着频率增加，这一变化更加显著，而通过优化面积可以显著改善kt²的降低，从而实现近15%的带宽增加。

研究人员基于此提出了一种体声波（BAW）谐振器的新Mason模型，增加了面积的影响，并利用Mason模型设计了高性能N79波段（4.8-4.96 GHz）谐振器和带宽240 MHz的滤波器。该滤波器最小插损−0.93 dB，带外抑制-25 dB的优异性能，同时也体现出优良的功率容量，在34 dBm的功率输入下，温度为90℃左右，仍然可以正常工作。该技术突破了高频BAW滤波器在现代无线通信的带宽难题和微基站的功率容量的应用瓶颈。相关研究成果2023年10月以“High-Performance N79 Band AlScN BAW Resonator and Filter With the Consideration of Area Effect”为题发表在IEEE Transactions on Electron Devices期刊上（DOI: 10.1109/TED.2023.3311773）。

图1：面积效应对BAW谐振器性能的影响

图2：实测BAW谐振器与滤波器性能

图3：BAW滤波器不同射频输入功率下的红外热成像图

树芯科技依托于剑桥大学和浙江大学在射频MEMS器件领域近20年的技术积累，经由科研成果转化而来，在杭州设立有研发中心和月产1千片（8英寸晶圆）的产线，专注于高滚降SBAW及超大带宽的HiBAW滤波器的设计、制造与销售，可提供10 GHz频率以下的高性能滤波器产品、高频超宽带滤波器产品，曾获得浙江省科技进步二等奖和教育部二等奖等，产品获得多家智能通信设备头部企业测试认证，广泛应用于4G、5G、Wi-Fi、物联网模组等领域。

树芯科技产品如下：

（1）Wi-Fi 6E/7全频段滤波器，带宽为5.17-7.125 GHz，带内插损最小点为1.4 dB，左边带具有非常高的陡降特性，在5 GHz处可以达到30 dB的带外抑制，实现与5G N79频段的共存。这款滤波器的封装尺寸为1814和1411，可以有效减小使用面积。该款滤波器采用了树芯科技自主创新的HiBAW工艺技术，能够满足无线通信中对边带高陡降和通带大带宽的高要求。

图4：Wi-Fi 6E/7全频段滤波器

（2）Wi-Fi 6E UNII 1-3频段滤波器，通带频率位5.15-5.85 GHz，具有优异的左边带陡降特性，在5GHz处达到30 dB的损耗，实现与5G N79频段的共存。

图5：Wi-Fi 6E UNII 1-3频段滤波器

（3）N77全频段产品，通带覆盖3.3-4.2 GHz，具有优异的右边带陡降特性，可以实现5G N77和N79频段的共存，提升通信质量。

图6：5G N77全频段滤波器

审核编辑：刘清