Feasibility Study of Electroacoustic Filters at Microwaves

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2004

Department

Sähkö- ja tietoliikennetekniikan osasto

Major/Subject

Radiotekniikka

Mcode

S-26

Degree programme

Language

en

Pages

61

Series

Abstract

In this Master's thesis the operation of electroacoustic filters were studied and replacing of the existing filter structures with vibrating microelectromechanical filters was considered. At first, the basics and the features which limit the operation frequency and the miniaturization of the existing filters (SAW and FBAR) were studied. After this the novel microelectromechanical resonators was studied, and the possibilities of utilizing those at the microwave frequency were considered. According to the research results it seems that the existing structures cannot be replaced with the structures that are based on rods, disk or ring type vibrating elements made of silicon. In theory, these structures could operate as filters at relatively high frequency, but the fabrication of the structures is almost impossible technique. Similar structures can be fabricated if the operation frequency is below about 100 MHz but as the frequency increases the structures become so small that the fabrication process limits are reached. The actual limiting factor is the reachable gap size that needs to be reduced in order to produce large enough coupling between the electrodes and the resonator. Beside the direct replacement of the existing structures, the possibility of creating totally novel radio architecture with these novel filter structures was considered; but the features of these devices seem to be inadequate for that, also.

Tässä diplomityössä tutustuttiin elektroakustisten suodattimien toimintaan ja tutkittiin, voisivatko olemassa olevat suodatinrakenteet olla korvattavissa mikromekaanisista värähtelevistä rakenteista koostuvilla suodattimilla. Ensin perehdyttiin olemassa olevien suodattimien toimintaan (SAW ja FBAR) sekä selvitettiin, mitkä ovat ne tekijät, jotka rajoittavat naiden suodattimien taajuusaluetta sekä miniatyyrisointia. Tämän jälkeen tutkittiin, miten työssä esitellyt uudentyyppiset rakenteet toimivat, ja mitkä ovat niiden käyttömahdollisuudet mikroaaltoalueella. Saatujen tutkimustulosten perusteella näyttää silta, että olemassa olevia rakenteita ei voida suoraan korvata värähteleviin piistä valmistettuihin palkkeihin, kiekkoon tai renkaaseen perustuvilla rakenteilla. Teoriassa kyseiset rakenteet voisivat toimia suodattimena melko korkeillakin taajuuksilla, mutta kyseisten rakenteiden valmistaminen on nykytekniikalla lähestulkoon mahdotonta. Vastaavia rakenteita voidaan kyllä valmistaa, jos toimintataajuus on noin alle 100 MHz, mutta taajuuden kasvaessa tätä suuremmaksi rakenteet ovat niin pieniä, että valmistustekniikan rajat tulevat vastaan. Varsinainen rajoittava tekijä on saavutettavissa oleva rako elektrodien ja resonaattorin välillä. Tätä rakoa pitää pystyä kaventamaan nykyisestä, jotta saavutetaan tarpeeksi voimakas kytkentä. Suoran korvaamisen sijasta mietittiin myös sitä, voisiko näillä uusilla rakenteilla toteuttaa täysin uudenlaisen radioarkkitehtuurin, mutta näiden rakenteiden ominaisuudet näyttävät riittämättömiltä sellaisten toteuttamiseen.

Description

Supervisor

Räisänen, Antti

Thesis advisor

Lehto, Arto

Keywords

SAW, SAW, FBAR, FBAR, MEMS, MEMS, electromechanical coupling, elektromekaaninen kytkeytyminen

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120450700

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK