[发明专利]一种基于改进Mason模型的FBAR滤波器优化方法

权利要求书

1.一种基于改进Mason模型的FBAR滤波器优化方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)导入几何结构：在三维多物理场仿真软件中建立FBAR滤波器的几何结构。

(2)建立热仿真模型：选择电磁-热多物理场联合仿真作为仿真的基本方式。

(3)设置材料参数：选择压电层，电极层，衬底等功能薄膜的材料参数。

(4)网格化：在仿真软件中利用有限元算法将三维模型网格化。

(5)边界条件设置：确定微分方程的边界条件，尽可能提升解的收敛性。

(6)构建一维原理图：根据改进Mason模型在ADS原理图中新增对应的电子元件和连线，构成电路图；

(7)修改元件参数值：选择压电层和电极层材料，根据所选材料的物理参数更新原理图中的元件参数值；

(8)定义各膜层的几何参数：根据工作频率设定压电层厚度、电极层厚度和谐振面积；

(9)添加目标和优化控件：应用ADS软件自带的目标值(GOAL)和优化功能(Optimize)两大控件对滤波器S参数进行优化，设定三个目标值，设定并联谐振器上电极、串联谐振面积、并联谐振面积为优化变量；

(10)调谐优化，直到传输曲线达到目标值，或已优化到该滤波器结构的理论最优值；

(11)确定优化后的FBAR各膜层的几何参数和滤波器结构。

2.根据权利要求1所述的基于改进Mason模型的FBAR滤波器优化方法，其特征在于，步骤(2)所述建立电磁-热多物理场联合仿真，具体为：利用Comsol Multiphysics与ADS软件针对FBAR滤波器的热效应与电磁效应进行联合仿真。在Comsol Multiphysics软件中建立FBAR滤波器的三维模型，并设置相应的边界条件与求解公式。

3.根据权利要求1所述的基于改进Mason模型的FBAR滤波器优化方法，其特征在于，步骤(7)所述根据所选材料的物理参数更新原理图中的元件参数值，具体为：压电层的声速、声阻抗、机电耦合系数、夹持介电常数、衰减因子和电极层的声速、声阻抗、衰减因子；所述的选择压电层和电极层材料，其中压电层是具有压电效应的薄膜材料，包括AlN、ZnO和PZT。

4.根据权利要求1所述的基于改进Mason模型的FBAR滤波器优化方法，其特征在于，步骤(9)所述添加目标和优化控件，具体为：应用ADS软件自带的目标值(GOAL)和优化功能(Optimize)两大控件对滤波器S参数进行优化，并在得到优化结果后重新将具体参数更新至Comsol Multiphysics中的三维热学模型中。再根据电磁-热学联合仿真模型得到更为精确的仿真结果。

5.根据权利要求1所述的基于改进Mason模型的FBAR滤波器优化方法，其特征在于，步骤(11)所述优化后的FBAR各膜层的几何参数和滤波器结构，具体为：经软件自动取点计算和调谐预先设定的优化次数后，在S21优化达到目标的条件下，更新各参数优化值，包括并联谐振器上电极、串联谐振面积、并联谐振面积，无法达到目标或优化方差很大的情况下，修改目标值或者更换滤波器拓扑结构重复步骤(9)-步骤(11)直到满足指标，最终完成滤波器的设计和优化。