Loss reduction in coupled resonance surface acoustic wave filters operating at GHz frequencies

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.author Meltaus, Johanna
dc.date.accessioned 2012-02-24T07:52:47Z
dc.date.available 2012-02-24T07:52:47Z
dc.date.issued 2006-12-08
dc.identifier.isbn 951-22-8517-7
dc.identifier.issn 1795-4584
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/2797
dc.description.abstract This thesis discusses loss mechanisms in periodic and quasi-periodic leaky surface acoustic wave (LSAW) coupled resonator filters (CRFs) operating at GHz frequencies and methods to suppress those mechanisms. The work focuses on resistive losses in the interdigital transducer (IDT) electrodes, acoustic loss resulting from conversion of SAW to bulk acoustic waves (BAW) at discontinuities of periodicity, and filter topologies striving for minimizing these mechanisms. Furthermore, losses resulting from acoustic radiation from connecting electrodes (busbars) of IDTs on LSAW substrates are studied. Novel topologies for low-loss filters at 1-2 GHz frequencies presented in this work comprise (i) two different CRF tracks operating electrically in parallel, (ii) a 5-IDT longitudinal CRF with distributed gaps, and (iii) a double-resonance filter structure proposed here for the first time. In all of the devices, 42°-LiTaO3 is used as the piezoelectric substrate. The operation of the proposed devices is analyzed and their attainable performance is demonstrated with experimental results. Extremely low-loss filter performance with insertion loss on the order of 1 dB is obtained in 2 GHz range with all proposed topologies. In addition, principles and methods for design and simulation of CRFs is discussed in this thesis, and stochastic (global) optimization algorithms specifically suited for multi-element CRFs are proposed. Furthermore, non-synchronous resonator elements for use with CRFs on leaky substrates are considered, and the effect of contact pad topology on filter performance is discussed based on experimental results. en
dc.description.abstract Tämä väitöstutkimus käsittelee 1-2 GHz:n taajuusalueella toimivissa periodisissa ja kvasiperiodisissa vuotaviin akustisiin pinta-aaltoihin (LSAW) perustuvissa, akustisesti pitkittäisesti kytketyissä suodattimissa (CRF) esiintyviä häviömekanismeja ja keinoja pienentää niistä johtuvaa vaimennusta suodattimen päästökaistalla. Tutkimuksen painopisteet ovat (i) sormimuuntimissa (IDT) esiintyvät resistiiviset häviöt, (ii) akustiset häviöt, jotka johtuvat pinta-aallon muuntumisesta tilavuusaalloksi kohdissa, joissa rakenteen periodisuus katkeaa, sekä (iii) suodatinrakenteet, joilla pyritään minimoimaan nämä häviöt. Edellämainittujen häviömekanismien lisäksi on tutkittu sormimuuntimien kytkentäelektrodeissa (busbar) tapahtuvasta akustisesta säteilystä aiheutuvia häviöitä. Tutkittuja akustisia suodatinrakenteita on mallinnettu käyttämällä kytkettyjen aaltomuotojen mallia (COM). Tässä työssä esitellään seuraavat 1-2 GHz:n taajuudella toimivat vähähäviöiset suodatinrakenteet: (i) suodatin, joka koostuu kahdesta rinnankytketystä, keskenään erilaisesta CRF-rakenteesta, (ii) akustisesti pitkittäisesti kytketty, viidestä IDT:stä koostuva suodatin, jossa on käytetty hajautettuja rakoja muuntimien välissä, ja (iii) täysin uudentyyppinen akustiseen kaksoisresonanssiin perustuva suodatinrakenne. Kaikissa tutkituissa rakenteissa pietsosähköisenä alustamateriaalina käytetään 42°-litiumtantalaattia. Kehitettyjen laitteiden toiminta analysoidaan ja niillä saavutettava suorituskyky todennetaan kokeellisin tuloksin. Kaikilla rakenteilla saavutetaan erittäin pienet häviöt, luokkaa 1 dB 2 GHz:n taajuudella. Erittäin vähähäviöisessä viiden IDT:n suotimessa väliinkytkentävaimennus on pienimmillään alle 1 dB, mikä merkitsee huomattavaa parannusta aiemmin raportoituihin vastaavantyyppisiin laitteisiin nähden. Tässä työssä ensimmäistä kertaa raportoitu kaksoisresonanssisuodatin antaa 1.6 GHz:n taajuudella vasteen, jonka suhteellinen kaistanleveys on 1-2% keskitaajuudesta ja väliinkytkentävaimennus päästökaistalla ∼ 1.1 dB. Työssä käsitellään myös CRF-suodattimien suunnittelussa ja mallintamisessa käytettyjä periaatteita ja menetelmiä sekä tässä työssä kehitettyjä CRF-suodattimien optimointiin erityisesti sopivia stokastisia (globaaleja) optimointimenetelmiä. Lisäksi tutkitaan epäsynkronisten resonaattorirakenteiden toimintaa LSAW-alustoilla ja kontaktimetalloinnin vaikutusta suodattimen toimintaan. fi
dc.format.extent 73, [40]
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Helsinki University of Technology en
dc.publisher Teknillinen korkeakoulu fi
dc.relation.ispartofseries TKK dissertations en
dc.relation.ispartofseries 54 en
dc.relation.haspart Additional errata file available. en
dc.relation.haspart J. Meltaus, V. P. Plessky, S. Härmä, and M. M. Salomaa, SAW Filter Based on Parallel-Connected CRFs with Offset Frequencies, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, accepted for publication. [article1.pdf] © 2006 IEEE. By permission.
dc.relation.haspart J. Meltaus, V. P. Plessky, S. Härmä, and M. M. Salomaa, Low-Loss, Multimode 5-IDT SAW Filter, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control 52 (6), pp. 1013-1019 (2005). [article2.pdf] © 2005 IEEE. By permission.
dc.relation.haspart J. Meltaus, P. Hämäläinen, and V. P. Plessky, Design of Coupled SAW Filters Using Genetic and Evolution Algorithms, Helsinki University of Technology Publications in Engineering Physics, Report TKK-F-A847 (2006). IEEE Transactions on Evolutionary Computation, submitted for publication. [article3.pdf] © 2006 by authors and © 2006 IEEE. By permission.
dc.relation.haspart J. Meltaus, S. S. Hong, O. Holmgren, K. Kokkonen, and V. P. Plessky, Double-Resonance SAW Filters, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, accepted for publication. [article4.pdf] © 2006 IEEE. By permission.
dc.relation.haspart J. Meltaus, S. S. Hong, and V. P. Plessky, Acoustic Radiation Losses in Busbars, Helsinki University of Technology Publications in Engineering Physics, Report TKK-F-A848 (2006). IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, submitted for publication. [article5.pdf] © 2006 by authors and © 2006 IEEE. By permission.
dc.relation.haspart J. Meltaus, S. S. Hong, and V. P. Plessky, Non-Synchronous Resonators on Leaky Substrates, Proceedings of the 2005 IEEE International Ultrasonics Symposium, pp. 2153-2156 (2005). [article6.pdf] © 2005 IEEE. By permission.
dc.subject.other Physics en
dc.title Loss reduction in coupled resonance surface acoustic wave filters operating at GHz frequencies en
dc.title Häviöiden pienentäminen kytkettyihin resonaattoreihin perustuvissa pinta-aaltosuodattimissa GHz-taajuuksilla fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.description.version reviewed en
dc.contributor.department Department of Engineering Physics and Mathematics en
dc.contributor.department Teknillisen fysiikan ja matematiikan osasto fi
dc.subject.keyword surface acoustic waves en
dc.subject.keyword bandpass filters en
dc.subject.keyword leaky waves en
dc.subject.keyword losses en
dc.subject.keyword akustiset pinta-aallot fi
dc.subject.keyword radiotaajuussuodattimet fi
dc.subject.keyword häviöt fi
dc.identifier.urn urn:nbn:fi:tkk-008555
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.contributor.lab Optics and Molecular Materials en
dc.contributor.lab Optiikka ja molekyylimateriaalit fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account