2024-03-28T23:55:07Zhttps://www.tdx.cat/oai/requestoai:www.tdx.cat:10803/58082017-09-03T12:08:53Zcom_10803_120col_10803_180
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Microware
Baw
Bulk Acoustic Wave Resonators and their Application to Microwave Devices
[Barcelona] :
Universitat Autònoma de Barcelona,
2011
Accés lliure
http://hdl.handle.net/10803/5808
cr |||||||||||
AAMMDDs2011 sp ||||fsm||||0|| 0 eng|c
9788469373217
Verdú Tirado, Jordi,
autor
Tesi
Doctorat
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Telecomunicació i Enginyeria de Sistemes
2010
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Telecomunicació i Enginyeria de Sistemes
Tesis i dissertacions electròniques
De Paco Sánchez, Pedro,
supervisor acadèmic
Menéndez Nadal, Óscar,
supervisor acadèmic
TDX
El crecimiento exponencial que han experimentado los sistemas de comunicaciones inalámbricos actuales durante los últimos años, ha dado lugar a la necesidad de disponer dispositivos de microondas de tamaño reducido y, a su vez, de altas prestaciones. El principal obstáculo con el que se encuentran los dispositivos basados en las tecnologías clásicas, es que dichas tecnologías no son compatibles con los procesos estándar de fabricación de circuitos integrados (IC). En este sentido, dispositivos de microondas basados en resonadores acústicos, en concreto resonadores BAW, ofrecen una solución a dicha limitación ya que son compatibles con los procesos estándar de fabricación de circuitos integrados. Por otro lado, dichos resonadores son excitados mediante una onda acústica cuya velocidad de propagación es alrededor de cuatro o cinco órdenes de magnitud menor que las ondas electromagnéticas, con lo que el tamaño del dispositivo también será menor en la misma proporción. La motivación de este trabajo viene dada por el escenario que se plantea. <br/>El documento está básicamente dividido en dos grandes bloques. El primer bloque que consta de los capítulos 2, 3 y 4 está dedicado al estudio de un resonador BAW. En primer lugar, el estudio se realiza para una estructura unidimensional, es decir, teniendo en cuenta que en el resonador solamente se propaga una onda acústica en la dirección longitudinal, con el objetivo de extraer los modelos circuitales que permiten la caracterización eléctrica de dicho resonador. Sin embargo, estos modelos no son capaces de predecir con exactitud el comportamiento eléctrico del resonador acústico ya que no contemplan efectos derivados de la propagación de ondas laterales. Así, la necesidad de incorporar una herramienta de simulación 3D se hace necesaria. Mediante el simulador 3D, el resonador se puede caracterizar por completo, así, el origen y las condiciones necesarias para la presencia de ondas laterales estacionarias pueden ser establecidas. La presencia de las ondas laterales generan efectos no deseados en la respuesta eléctrica del resonador básicamente en forma de degradación del factor de calidad y de la constante de acoplo electromecánico efectiva. Así pues, la mejora del comportamiento eléctrico del resonador se basa principalmente, en la minimización de la presencia de las ondas laterales no deseadas. Para ello se proponen dos soluciones diferentes: el apodizado y la inclusión de un anillo en el perímetro del electrodo superior. La primera solución consiste en diseñar el electrodo superior de manera que no existan caras paralelas. Con ello, los patrones de resonancia que se generan hacen que la onda deba viajar una distancia mayor con la correspondiente atenuación debida a las pérdidas del material. Sin embargo, aunque la amplitud de dichas ondas se ve claramente decrementada, el número de patrones resonantes aumenta respecto al caso convencional, y también el número de modos no deseados. Esto finalmente se traduce en una degradación del factor de calidad del resonador. La segunda solución consiste en forzar unas condiciones de contorno determinadas que hacen que las ondas laterales no puedan propagarse. Con esto, la respuesta del resonador aparece libre de modos no deseados con lo que el factor de calidad del resonador es mucho mayor que lo que se puede conseguir mediante el apodizado. <br/>El segundo gran bloque de este trabajo está dedicado a la aplicación de los resonadores acústicos al diseño de filtros. Este bloque se ha centrado básicamente en topologías en las que los resonadores acústicos están conectados eléctricamente, y en particular en topologías tipo"ladder". Este tipo de filtros presenta una selectividad alta debido a la presencia de un par de ceros de transmisión, pero a su vez un pobre rechazo fuera de banda debido al comportamiento capacitivo de dichos resonadores. Así, en primer lugar se propone una metodología de diseño con expresiones cerradas, en un primer lugar considerando negligible la presencia de los electrodos metálicos, y realizando alguna modificación en el proceso de diseño para incluir dichos efectos. Por otro lado, con el objetivo de mejorar las prestaciones del filtro fuera de banda, se propone como solución modificar los resonadores acústicos mediante la presencia de elementos reactivos (capacidades y bobinas) ya sea en serie o en paralelo. La modificación de dichos resonadores se da principalmente en la posición de las frecuencias de resonancia. Así, si en una topología ladder se incluyen resonadores modificados y no modificados, se genera un nuevo par de ceros de transmisión en la respuesta que hacen que el rechazo fuera de banda sea mayor. <br/>El último capítulo de este trabajo está dedicado al diseño de un filtro con una respuesta en transmisión que presenta dos bandas de paso. La topología está basada en la topología ladder clásica con la diferencia que, en lugar de tener una celda elemental formada por un resonador serie y paralelo, se tiene una celda elemental formada por dos resonadores serie y dos paralelos. Con esto, una banda de transmisión viene dada por la interacción de un resonador serie y uno paralelo, mientras que la segunda banda se da por la interacción del segundo par de resonadores. Con el método de diseño que se propone, cada una de las bandas puede ser diseñada a la frecuencia que se desee. Finalmente, se muestra el diseño de un filtro dual para la aplicación de GPS L1/L5 y Galileo E5a/E5b.
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