[发明专利]一种基于改进Mason模型的FBAR滤波器优化方法

说明书

本发明公开了一种基于改进Mason模型的FBAR滤波器优化方法。应用电磁‑热学联合仿真改进基于Mason模型的FBAR梯形滤波器，主要应用ADS仿真软件的有关组件对滤波器进行调谐优化，以达到指标设计要求。本发明利用计算机强大的运算能力在三维空间模拟FBAR滤波器的实际工作状态，并创新性设计封装后的二端口元件，能够针对特定频率的FBAR滤波器进行设计，调节FBAR滤波器的有关参数；为得到FBAR滤波器的性能指标、研究器件与声场‑热场理论的反馈机制提供了新的思路。

技术领域

本发明属于射频滤波器，BAW体声波滤波器，薄膜体声波谐振器(FBAR)的优化技术领域，特别涉及一种应用comsol Multiphysics与ADS软件相结合，基于电磁-热耦合多物理场仿真改进Mason模型的FBAR梯形滤波器的优化方法。

背景技术

FBAR滤波器起源与上世纪60年代，最初的FBAR滤波器是使用石英晶体作为压电材料，压电效应较弱，所以器件的Q值低，长期以来一直处于实验室研发阶段未能在工业界广泛应用。经过几十年的发展，1999年Agilent公司的Ruby研究组首次制备了性能良好的FBAR器件并以此为基础进一步研发了FBAR双工器，在1900MHz频段附近实现了频段间隔为60MHz的20MHz通频带宽并符合AMPS、GSM等通信要求。

进入21世纪，特别是在2015年后，5G通信技术迅速发展。越来越多的功能模块被要求挤入原本已不堪拥挤的无线终端中，迫使手机的射频收发信机(射频前端)向微型化、集成化方向发展。在射频前端结构中，双工器、滤波器亟待集成到芯片中。随着4G段智能手机的普及，滤波器的工作频率不断提高，以满足用户快速传输数据和高质量的音频、视频和图像的需求。作为目前唯一有望实现集成的射频滤波器技术，FBAR吸引了国内外研究机构的诸多关注。FBAR滤波器小体积，高性能的特点很好地满足了手持移动设备的需求，其优秀的滤波性能结合片上封装技术，50欧姆输入输出端匹配，为快速设计高性能手机，移动设备的芯片射频前端提供了绝佳的选择。

目前国内FBAR产业化、集成化面临几个难题：如何将FBAR器件模型整合到RFIC行业标准的EDA软件中，实现无缝连接、协同工作；如何精确地控制FBAR的谐振频率。因此建立一套行之有效、方便快捷的分析方法和器件模型，实现特定需求的滤波器的设计和优化方法是缩短产品周期、实现产业化的关键。

然而，目前多数用于设计FBAR滤波器的方法只考虑了一维Mason等效电路的电磁学仿真，对于器件的热效应未能充分纳入设计浮动标准。由于单独谐振器的仿真电路模型已经足够复杂，整合到高阶滤波器电路中原理图将更加繁琐，因此需要一种即简便又可靠的仿真设计模式。

由此可见，对于FBAR的性能模拟和仿真工作，为实现器件的设计和制备提供了重要的理论依据。所以亟需一种可以自动调谐各膜层参数以改善滤波性能的设计和优化方法。因此，提出一种可行、便捷的FBAR的设计和优化方法成为了实现滤波器集成化的关键。

ADS(Advanced Design System)是Agilent公司专门为RF工程师及DSP工程师开发的EDA工具，是国内外各大学及研究所使用最多的射频微波电路和通信系统仿真软件。Comsol Multiphysics是多物理场仿真软件，采用有限元算法对三维、二维等不同维度的模型进行仿真。借助ADS强大的电路仿真功能与Comsol Multiphysics的有限元仿真功能，我们可以很方便快捷地对FBAR进行模拟。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种可行、便捷的应用ADS软件与Comsol Multiphysics软件基于改进Mason模型的FBAR梯形滤波器的设计和优化方法，所设计的FBAR滤波器传输性能满足要求。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于改进Mason模型的FBAR滤波器优化方法，包括以下步骤：