CN107871053B - 一种声表面波滤波器仿真方法及装置 - Google Patents

一种声表面波滤波器仿真方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107871053B
CN107871053B CN201711348538.1A CN201711348538A CN107871053B CN 107871053 B CN107871053 B CN 107871053B CN 201711348538 A CN201711348538 A CN 201711348538A CN 107871053 B CN107871053 B CN 107871053B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wave
model
waves
order
matrix
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711348538.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107871053A (zh
Inventor
王永安
史向龙
孟腾飞
范佰杰
苏波
贺强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Aerospace Micro Electronics Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing Aerospace Micro Electronics Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Aerospace Micro Electronics Technology Co Ltd filed Critical Beijing Aerospace Micro Electronics Technology Co Ltd
Priority to CN201711348538.1A priority Critical patent/CN107871053B/zh
Publication of CN107871053A publication Critical patent/CN107871053A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107871053B publication Critical patent/CN107871053B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及一种声表面波滤波器仿真方法及装置。该方法包括：获取由第i个换能器中第1根指条的中心为基准，第n根指条的中心为截止构成的第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势，第j模型的左向传播的S波的入射波和出射波，右向传播的R波的入射波和出射波；获取由第i个换能器中的第n根指条中心为基准，第i+1个换能器第1根指条中心为截止构成的第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势，第j+1模型的左向传播的S波的入射波和出射波，右向传播的R波的入射波和出射波；根据以上参数构建四阶电声P矩阵函数；根据所有四阶电声P矩阵函数，对声表面波滤波器进行仿真。

Description

一种声表面波滤波器仿真方法及装置
技术领域
本发明涉及滤波器仿真技术领域，尤其涉及一种声表面波滤波器仿真方法及装置。
背景技术
双模(Dual Mode Services，简称DMS)结构声表面波滤波器在声表面波的传播方向放置至少两个换能器，并且通过边缘的两个换能器电连接的反射栅形成谐振腔，避免能量泄露，从而实现低损耗。DMS结构声表面波滤波器的谐振腔中可激发出纵向对称和反对称两种模式，两种模式的频率有所不同，在高机电耦合材料上，两个模式之间可以形成平坦的通带。
将指条间多次反射效应考虑在内的耦合模式(coupling-of-Modes，简称COM)模型为低损耗滤波器设计提供了较好的分析工具，是目前主流的设计工具。然而，采用传统的COM模型进行DMS结构声表面波滤波器性能仿真，换能器之间是通过声波耦合作用。实际上，各换能器由于电势不同，相互之间存在电压，电压导致换能器之间除了声耦合外，还存在直接的静电耦合。静电耦合的效果相当于换能器之间存在大小不同的耦合电容，这个耦合电容会影响滤波器的通带形状，特别是影响滤波器的带宽和通带波动，给滤波器的设计带来误差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种声表面波滤波器仿真方法及装置。
第一方面，本发明提供了一种声表面波滤波器仿真方法，该方法应用于方法应用于一种声表面波滤波器中，声表面波滤波器包括：两个反射栅以及k个换能器，k个换能器中每一个换能器包括n根指条(每个换能器的n不一定相等)；包括：获取由第i个换能器中第1根指条的中心为基准，第n根指条的中心为截止构成的第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势；
获取由第i个换能器中的第n根指条中心为基准，第i+1个换能器第1根指条中心为截止构成的第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势；
获取第j模型的左向传播的S波的入射波和出射波，以及右向传播的R波的入射波和出射波；
根据激励信号激励下第j模型的S波的入射波和出射波、R波的入射波和出射波、第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势构建第j个四阶电声P矩阵函数；
获取第j+1模型的左向传播的S波的入射波和出射波，以及右向传播的R波的入射波和出射波；
根据第j+1模型的S波的入射波和出射波、R波的入射波和出射波、第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势构建第j+1个四阶电声P矩阵函数；
根据所有四阶电声P矩阵函数，对声表面波滤波器进行仿真，其中，k为大于或者等于2的正整数；i为大于或者等于1，且小于或者等于k的正整数，j为大于或者等于1，且小于或者等于2k-1的奇数，n为大于等于1的正整数，i和j的初始取值均为1，且i所取的相邻两个值之间差值等于1，j所取的相邻两个值之间差值等于2。
本发明的有益效果是：将不同换能器之间的静电耦合考虑到模型中，根据换能器的电流、电势、左向传播的S波和右向传播的R波对应的参数共同建立四阶电声矩阵，并根据四阶电声矩阵对声表面波滤波器进行仿真。通过该种方式，对声表面波滤波器进行仿真时，建立一个含有电势参数的四阶矩阵，将不同换能器的不同电势导致的静电耦合同样计入到四阶矩阵中。根据这样的四阶矩阵对声表面波滤波器进行性能仿真更加真实、准确，减少滤波器设计时的误差。
进一步，根据所有四阶电声P矩阵函数，对声表面波滤波器进行仿真，具体包括：
根据所有四阶电声P矩阵函数中第j个四阶电声P矩阵中的所有参数与除第j个四阶电声P矩阵之外的其他四阶电声矩阵中所有参数之间的函数关系，确定k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系；
并根据k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系，确定声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系；
根据声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系，对声表面波滤波器进行仿真。
进一步，根据所有四阶电声P矩阵函数中第j个四阶电声P矩阵中的所有参数与除第j个四阶电声P矩阵之外的其他四阶电声矩阵中所有参数之间的函数关系，确定k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系，包括：
根据所有四阶电声P矩阵函数中第j个四阶电声P矩阵中的所有参数与除第j个四阶电声P矩阵之外的其他四阶电声矩阵中所有参数之间的函数关系，确定级联四阶电声P矩阵函数，其中四阶电声P矩阵中的所有参数为输入电流、输出电流、上电极电势和下电极电势；
根据级联四阶电声P矩阵函数，确定k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系。
进一步的，对声表面波滤波器进行仿真，包括：根据声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系，确定声表面波滤波器的输入功率和输出功率之间的函数关系，并根据声表面波滤波器的输入功率和输出功率之间的函数关系计算声表面波滤波器的插入损耗。
进一步的，四阶电声P矩阵的函数表达式如下：
Figure GDA0002698801900000041
其中，S波为换能器在激励信号激励下，产生的左向传播的声表面波，S(0)为S波传播时的入射波，S(L)为S波传播时的出射波；R波为换能器在激励信号激励下，产生的右向传播的声表面波，R(0)为R波传播时的入射波，R(L)为R波传播时的出射波；
Figure GDA0002698801900000042
为预设的固定表达式，其中元素Pqh为与每个模型对应的结构设计参数，I1为第j模型的输入电流，I2为第j模型的输出电流，u1为第j模型的上电极电势，u2为第j模型的下电极电势。
第二方面，本发明提供了一种声表面波滤波器仿真装置，该装置应用于一种声表面波滤波器中，声表面波滤波器包括：两个反射栅以及k个换能器，k个换能器中每一个换能器均包括n根指条(每个换能器的n不一定相等)；包括：
获取单元，用于获取由第i个换能器中第1根指条的中心为基准，第n根指条的中心为截止构成的第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势；
获取由第i个换能器中的第n根指条中心为基准，第i+1个换能器第1根指条中心为截止构成的第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势；
获取第j模型的左向传播的S波的入射波和出射波，以及右向传播的R波的入射波和出射波；
矩阵函数建立单元，用于根据S波的入射波和出射波、R波的入射波和出射波、第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势构建第j个四阶电声P矩阵函数；
根据所述第j+1模型的的S波的入射波和出射波、R波的入射波和出射波、所述第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势构建第j+1个四阶电声P矩阵函数；
处理单元，用于根据所有四阶电声P矩阵函数，对声表面波滤波器进行仿真，其中，k为大于或者等于2的正整数；i为大于或者等于1，且小于或者等于k的正整数，j为大于或者等于1，且小于或者等于2k-1的奇数，n为大于等于1的正整数，i和j的初始取值均为1，且i所取的相邻两个值之间差值等于1，j所取的相邻两个值之间差值等于2。
本发明的有益效果是：将不同换能器之间的静电耦合考虑到模型中，根据换能器的电流、电势、左向传播的S波和右向传播的R波对应的参数共同建立四阶电声矩阵，并根据四阶电声矩阵对声表面波滤波器进行仿真。通过该种方式，对声表面波滤波器进行仿真时，建立一个含有电势参数的四阶矩阵，将不同换能器的不同电势导致的静电耦合同样计入到四阶矩阵中。根据这样的四阶矩阵对声表面波滤波器进行性能仿真更加真实、准确，减少滤波器设计时的误差。
进一步的，处理单元具体用于，根据所有四阶电声P矩阵函数中第j个四阶电声P矩阵中的所有参数与除第j个四阶电声P矩阵之外的其他四阶电声矩阵中所有参数之间的函数关系，确定k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系；
并根据k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系，确定声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系；
根据声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系，对声表面波滤波器进行仿真。
进一步的，处理单元具体用于，根据所有四阶电声P矩阵函数中第j个四阶电声P矩阵中的所有参数与除第j个四阶电声P矩阵之外的其他四阶电声矩阵中所有参数之间的函数关系，确定级联四阶电声P矩阵函数，其中四阶电声P矩阵中的所有参数为输入电流、输出电流、上电极电势和下电极电势；
根据级联四阶电声P矩阵函数，确定k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系。
进一步的，处理单元具体用于，根据声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系，确定声表面波滤波器的输入功率和输出功率之间的函数关系，并根据声表面波滤波器的输入功率和输出功率之间的函数关系计算声表面波滤波器的插入损耗。
进一步的，四阶电声P矩阵的函数表达式如下：
Figure GDA0002698801900000061
其中，S波为换能器在激励信号激励下，产生的左向传播的声表面波，S(0)为S波传播时的入射波，S(L)为S波传播时的出射波；R波为换能器在激励信号激励下，产生的右向传播的声表面波，R(0)为R波传播时的入射波，R(L)为R波传播时的出射波；
Figure GDA0002698801900000062
为预设的固定表达式，其中元素Pqh为与每个模型对应的结构设计参数，I1为第j模型的输入电流，I2为第j模型的输出电流，u1为第j模型的上电极电势，u2为第j模型的下电极电势。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器仿真方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器仿真方法流程示意图；
图3为将两个相邻的换能器划分为3个模型的示意图；
图4为声表面波具有3个换能器的结构示意图；
图5为换能器在激励信号激励下，产生的左向传播的S波和右向R波的示意图；
图6为二端口网络示意图；
图7为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器仿真装置结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
图1为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器仿真方法流程示意图。该方法应用于一种声表面波滤波器中，声表面波滤波器包括：两个反射栅以及k个换能器，k个换能器中每一个换能器包括n根指条(每个换能器的n不一定相等)，且k个换能器中任意相邻的两个换能器之间留有空隙。如图1所示，该方法包括：
步骤110，获取由第i个换能器中第1根指条的中心为基准，第n根指条的中心为截止构成的第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势，其中，k为大于或者等于2的正整数；i为大于或者等于1，且小于或者等于k的正整数，j为大于或者等于1，且小于或者等于2k-1的奇数，n为大于等于1的正整数，i和j的初始取值均为1，且i所取的相邻两个值之间差值等于1，j所取的相邻两个值之间差值等于2。
步骤120，获取由第i个换能器中的第n根指条中心为基准，第i+1个换能器第1根指条中心为截止构成的第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势。
具体的，实际上而言并非是真的建立模型，而是将第i个换能器进行划分，即以第一根指条的中心为基准，第n根指条的中心为截止划分为一个区域，将这个区域理解为是第j模型。以第i个换能器的第n根指条的中心为基准，第i+1个换能器的第1根指条中心为截止，构成第j+1模型。这里i从1开始取值，且为正整数。j同样从1开始取值，但是j为奇数。
例如，第1(i取值为1时)个换能器的第1根指条中心到第n根指条中心划分为第一(j取值为1时)模型，第一个换能器第n根指条中心到第2(i+1)个换能器第1根指条中心为截止划分为第二(j+1)模型；
第2(i取值为2时)个换能器第1根指条中心为基准，第2(i取值为2时)个换能器第n根指条中心为截止，划分为第三(j取值为3时)模型；
第2(i取值为2时)个换能器第n根指条中心为基准，第3(i+1)个换能器第1根指条中心为截止划分为第四(j+1)模型；
第3个换能器的第1根指条中心为起始，第3个换能器的第n根指条为截止划分为第五(j取值为5时)模型。
通过上述方式，直至将i取值为k为止，j的取值则仅代表模型的个数。当i取值截止时，模型的数量自然也是固定数量。即j的取值对应停止，实际为2k-1。通过上述方式，建立模型的过程，其目的在于，将相邻两个换能器之间的静电耦合同样考虑到模型设计过程中，如此一来，在确定每个模型的输入电流、输出电流、上电极电势和下电极电势时，均有考虑到换能器通过声波耦合作用同时，相邻换能器之间空隙在所形成的静电耦合作用所导致的滤波器的带宽和通带波动的问题。有效计算换能器之间的静电耦合，提升声表面波滤波器的仿真精度。具体实现仿真过程如下文。
步骤130，获取第j模型的左向传播的S波的入射波和出射波，以及右向传播的R波的入射波和出射波。
步骤140，根据第j模型的S波的入射波和出射波、R波的入射波和出射波、第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势构建第j个四阶电声P矩阵函数。
具体的，建立四阶电声P矩阵函数，可以将每一个模型的上电极电势和下电极电势均加入至矩阵函数中。从而可以规避以往的三阶矩阵只能表示电压，不能表示电势，进而不能体现换能器之间的静电耦合的问题。
步骤150，获取第j+1模型的左向传播的S波的入射波和出射波，以及右向传播的R波的入射波和出射波。
步骤160，根据所述第j+1模型的的S波的入射波和出射波、R波的入射波和出射波、第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势构建第j+1个四阶电声P矩阵函数。
以上，需要说明的是，实际上而言在激励信号下，换能器中的每一根指条在外部激励信号的激励下，都会产生左向传播的S波和右向传播的R波。随着波的传播，所导致的则是每一个模型都会受到组成该模型的指条所产生的S波和R波的作用的同时，还可能会受到其他指条所产生的S波和R波的作用。每一个换能器又是分别由指条构成，因此可以理解为每一个模型所受到的S波和R波的作用实际上是换能器(可能是一个也可能是多个换能器)的S波和R波，以及反射栅的S波和R波的叠加作用。在下文中的所介绍的内容中同样如此，将不再赘述。
步骤170，根据所有四阶电声P矩阵函数，对声表面波滤波器进行仿真。
具体的，如上，正因为四阶电声P矩阵函数，可以体现换能器之间的静电耦合，从而可以使仿真能够更加精确。
本发明实施例提供的一种声表面波滤波器仿真方法，将不同换能器的静电耦合考虑到模型中，并根据换能器的电流、电势、左向传播的S波和右向传播的R波对应的参数共同建立四阶电声矩阵，并根据四阶电声矩阵对声表面波滤波器进行仿真。通过该种方式，对声表面波滤波器进行仿真时，建立一个含有电势参数的四阶矩阵，将不同换能器的不同电势导致的静电耦合同样计入到四阶矩阵中。根据这样的四阶矩阵对声表面波滤波器进行性能仿真更加真实、准确，减少滤波器设计时的误差。
进一步的，为更加详细说明本发明的技术方案，本发明实施例还提供了另一种声表面波滤波器仿真方法，具体如图2所示，该方法包括：
步骤110，获取由第i个换能器中第1根指条的中心为基准，第n根指条的中心为截止构成的第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势，其中，k为大于或者等于2的正整数；i为大于或者等于1，且小于或者等于k的正整数，j为大于或者等于1，且小于或者等于2k-1的奇数，n为大于等于1的正整数，i和j的初始取值均为1，且i所取的相邻两个值之间差值等于1，j所取的相邻两个值之间差值等于2。
步骤120，获取由第i个换能器中的第n根指条中心为基准，第i+1个换能器第1根指条中心为截止构成的第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势。
具体的，实际上而言并非是真的建立模型，而是将第i个换能器进行划分，即以第一根指条的中心为基准，第n根指条的中心为截止划分为一个区域，将这个区域理解为是第j模型。以第i个换能器的第n根指条的中心为基准，第i+1个换能器的第1根指条中心为截止，构成第j+1模型。这里i从1开始取值，且为正整数。j同样从1开始取值，但是j为奇数。
例如，第1(i取值为1时)个换能器的第1根指条中心到第n根指条中心划分为第一(j取值为1时)模型，第一个换能器第n根指条中心到第2(i+1)个换能器第1根指条中心为截止划分为第二(j+1)模型；
第2(i取值为2时)个换能器第1根指条中心为基准，第2(i取值为2时)个换能器第n根指条中心为截止，划分为第三(j取值为3时)模型；
第2(i取值为2时)个换能器第n根指条中心为基准，第3(i+1)个换能器第1根指条中心为截止划分为第四(j+1)模型；
第3个换能器的第1根指条中心为起始，第3个换能器的第n根指条为截止划分为第五(j取值为5时)模型。
通过上述方式，直至将i取值为k为止，j的取值则仅代表模型的个数。当i取值截止时，模型的数量自然也是固定数量。即j的取值对应停止，实际为2k-1。图3为将两个相邻的换能器划分为3个模型的示意图。
通过上述方式，建立模型的过程，其目的在于，将相邻两个换能器之间的静电耦合同样考虑到模型设计过程中，如此一来，在确定每个模型的输入电流、输出电流、上电极电势和下电极电势时，均有考虑到换能器通过声波耦合作用同时，相邻换能器之间所形成的静电耦合作用所导致的滤波器的带宽和通带波动的问题。有效计算换能器之间的静电耦合，提升声表面波滤波器的仿真精度。具体实现仿真过程如下文。
步骤130，获取第j模型的左向传播的S波的入射波和出射波，以及右向传播的R波的入射波和出射波。
步骤140，根据第j模型的S波的入射波和出射波、R波的入射波和出射波、第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势构建第j个四阶电声P矩阵函数。
具体的，建立四阶电声P矩阵函数，可以将每一个模型的上电极电势和下电极电势均加入至矩阵函数中。从而可以规避以往的三阶矩阵只能表示电压，不能表示电势，进而不能体现换能器之间的静电耦合的问题。
在一个可选的实施例中，四阶电势P矩阵的函数表达式可以由公式1表示：
Figure GDA0002698801900000111
其中，S波为换能器在激励信号激励下，产生的左向传播的声表面波，S(0)为S波传播时的入射波，S(L)为S波传播时的出射波；R波为换能器在激励信号激励下，产生的右向传播的声表面波，R(0)为R波传播时的入射波，R(L)为R波传播时的出射波；
Figure GDA0002698801900000121
为预设的固定表达式，其中元素Pqh为与每个模型对应的结构设计参数，I1为第j模型的输入电流，I2为第j模型的输出电流，u1为第j模型的上电极电势，u2为第j模型的下电极电势。
在本实施例中，仅以声表面波滤波器中含有3个换能器为例。图3为声表面波具有4个换能器的结构示意图，具体如图4所示。图4中R1为做反射栅，IDT1至IDT3为换能器，R2为右反射栅。左反射栅和换能器IDT1电连接，右反射栅和IDT3电连接。
图5则为换能器在激励信号激励下，产生的左向传播的S波和右向R波的示意图。V为外接激励电压，I为电流。
步骤150，获取第j+1模型的左向传播的S波的入射波和出射波，以及右向传播的R波的入射波和出射波。
步骤160，根据第j+1模型的S波的入射波和出射波、R波的入射波和出射波、第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势构建第j+1个四阶电声P矩阵函数；
步骤170，根据所有四阶电声P矩阵函数，对声表面波滤波器进行仿真。
具体的，根据所有四阶电声P矩阵函数，对声表面波滤波器进行仿真，具体可以包括：
步骤1701，根据所有四阶电声P矩阵函数中第j个四阶电声P矩阵中的所有参数与除第j个四阶电声P矩阵之外的其他四阶电声矩阵中所有参数之间的函数关系，确定k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系。
可选的，在具体实施过程中，可以根据所有四阶电声P矩阵函数中第j个四阶电声P矩阵中的所有参数与除第j个四阶电声P矩阵之外的其他四阶电声矩阵中所有参数之间的函数关系，确定级联四阶电声P矩阵函数，其中四阶电声P矩阵中的所有参数为输入电流、输出电流、上电极电势和下电极电势。
然后，根据级联四阶电声P矩阵函数，确定k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系。
在一个具体的例子中，例如第一个四阶电势P矩阵的函数表达式为
Figure GDA0002698801900000131
I(i1)＝P31R(0)+P32S(L)+P33Ui11+P34Ui12 (公式2)
I(o1)＝P41R(0)+P42S(L)+P43Ui11+P44Ui12 (公式3)
通过公式2，可以得出输入电流与上电极电势和下电极电势之间的函数关系。以及，通过公式3可以得出输出电流和上电极电势与下电极电势之间的函数关系。
而从图4可以看出，模型2的上电极电势和下电极电势可以采用模块1的上电极电势和下电极电势，或者模块3的上电极电势和下电极电势。类似的，模块4的上电极电势和下电极电势可以采用模块3的上电极电势和下电极电势，或者采用模块5的上电极电势和下电极电势。当然，如果模块2采用模块3的上电极电势和下电极电势，那么模块4则需要采用模块5的上电极电势和下电极电势。而不论模块2和模块4采用哪一个模块的上电极电势和下电极电势。均可以根据电势关系建立模块1至模块5之间的级联四阶电势P矩阵。消除模块2和模块4中的电势变量。使电势变量个数变为6个。然后将6个电势变量转换为三个换能器上的三个电压，并得到每个换能器的电压与电流之间的函数关系。具体的函数计算过程较大，而且为纯数据计算过程。因此这里省略计算过程，仅列举最终表达式如下：
Figure GDA0002698801900000132
其中，I1、I2和I3分别为三个换能器对应的电流值，U1、U2和U3分别为三个换能器对应的电压值。
然后执行步骤1702。
步骤1702，根据k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系，确定声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系。
具体的，声表面波滤波器的整体来看，第一换能器和第三换能器是电并联关系，它们与第二换能器之间通过声波的耦合相互作用。那么可以得出，I1+I3＝Iout，U1＝U3＝Uout，I2＝Iin，U2＝Uin的函数关系。I1和U1为第一换能器的电流和电压，I3和U3为第三换能器的电流和电压，I2和U2为第二换能器的电流和电压，Iin和Uin分别为输入电流、电压，Iout和Uout分别为输出电流、电压。
将“I1+I3＝Iout，U1＝U3＝Uout，I2＝Iin，U2＝Uin”这个函数关系代入公式4中，可以计算出声表面波滤波器的输入电流、输出电流、输入电压和输出电压的函数关系。具体表达式如公式5所示：
Figure GDA0002698801900000141
步骤1703，根据声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系，对声表面波滤波器进行仿真。
具体的，可以根据声表面波滤波器的电流和电压之间的函数关系，即公式5所表示的函数关系，确定声表面波滤波器的输入功率和输出功率之间的函数关系。
然后根据声表面波滤波器的输入功率和输出功率之间的函数关系计算声表面波滤波器的插入损耗。
而公式5所表示的函数关系，确定声表面波滤波器的输入功率和输出功率之间的函数关系时，以一个更细详细的例子进行说明，具体如下：
S参数是用入射波和出射波的方式定义电路网络的输入、输出关系。以一个二端口电路网络为例，具体如图6所示，a1为端口1的入射波的电压，b1为端口1的出射波电压，a2为端口2的入射波电压，b2为端口2的出射波电压。
S11为在端口2的入射波a2电压为0的情况下，端口1的出射波电压b1与端口1的入射波电压a1的比值；
S12为在端口1的入射波电压a1为0的情况下，端口1的出射波b1电压与端口2的入射波a2电压的比值；
S21为在端口2的入射波电压a2为0的情况下，端口2的出射波电压b2与端口1的入射波电压a1的比值；
S22为在端口2的入射波电压a1为0的情况下，端口2的出射波电压b2与端口2的入射波电压a2的比值。
具体比例关系为：
Figure GDA0002698801900000151
S参数反映两个端口功率之间的关系，插入损耗定义是电路网络的输入功率与电路网络输出功率之差。插入损耗可以通过S参数得到，存在如下关系式得到：
IL＝-20log|S21| (公式6)
而根据公式5得到的是关于Y11至Y22的表达式，那么将Y11至Y22的表达式转换为S11至S22的表达式则为现有技术，这里仅给出转换结果，具体的转换过程则不做介绍。具体如下：
Figure GDA0002698801900000152
Figure GDA0002698801900000153
Figure GDA0002698801900000154
Figure GDA0002698801900000155
Figure GDA0002698801900000161
Figure GDA0002698801900000162
Figure GDA0002698801900000163
Figure GDA0002698801900000164
Figure GDA0002698801900000165
其中，Zch为二端口网络中的源阻抗和负载阻抗。
本发明实施例提供的一种声表面波滤波器仿真方法，将不同换能器的静电耦合考虑到模型中，并根据换能器的电流、电势、左向传播的S波和右向传播的R波对应的参数共同建立四阶电声矩阵，并根据四阶电声矩阵对声表面波滤波器进行仿真。通过该种方式，对声表面波滤波器进行仿真时，建立一个含有电势参数的四阶矩阵，将不同换能器的不同电势导致的静电耦合同样计入到四阶矩阵中。根据这样的四阶矩阵对声表面波滤波器进行性能仿真更加真实、准确，减少滤波器设计时的误差。
相应的，本发明实施例还提供了一种声表面波滤波器仿真装置。具体如图7所示，图7为本发明实施例提供的一种声表面波滤波器仿真装置结构示意图。该装置应用于一种声表面波滤波器中，声表面波滤波器包括：两个反射栅以及k个换能器，k个换能器中每一个换能器包括n根指条(每个换能器的n不一定相等)；该装置包括：获取单元701、矩阵函数建立单元701和处理单元703。
获取单元701，用于获取由第i个换能器中第1根指条的中心为基准，第n根指条的中心为截止构成的第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势；
获取由第i个换能器中的第n根指条中心为基准，第i+1个换能器第1根指条中心为截止构成的第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势；
获取第j模型的左向传播的S波的入射波和出射波，以及右向传播的R波的入射波和出射波；
以及，获取第j+1模型的左向传播的S波的入射波和出射波，以及右向传播的R波的入射波和出射波。
矩阵函数建立单元702，用于根据第j模型的S波的入射波和出射波、R波的入射波和出射波、第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势构建第j个四阶电声P矩阵函数；
根据第j+1模型的S波的入射波和出射波、R波的入射波和出射波、所述第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势构建第j+1个四阶电声P矩阵函数。
处理单元703，用于根据所有四阶电声P矩阵函数，对声表面波滤波器进行仿真，其中，k为大于或者等于2的正整数；i为大于或者等于1，且小于或者等于k的正整数，j为大于或者等于1，且小于或者等于2k-1的奇数，n为大于等于1的正整数，i和j的初始取值均为1，且i所取的相邻两个值之间差值等于1，j所取的相邻两个值之间差值等于2。
可选的，处理单元703具体用于，根据所有四阶电声P矩阵函数中第j个四阶电声P矩阵中的所有参数与除第j个四阶电声P矩阵之外的其他四阶电声矩阵中所有参数之间的函数关系，确定k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系；
并根据k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系，确定声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系；
根据声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系，对声表面波滤波器进行仿真。
进一步可选的，处理单元703具体用于，根据所有四阶电声P矩阵函数中第j个四阶电声P矩阵中的所有参数与除第j个四阶电声P矩阵之外的其他四阶电声矩阵中所有参数之间的函数关系，确定级联四阶电声P矩阵函数，其中四阶电声P矩阵中的所有参数为输入电流、输出电流、上电极电势和下电极电势；
根据级联四阶电声P矩阵函数，确定k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系。
进一步可选的，处理单元703具体用于，根据声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系，确定声表面波滤波器的输入功率和输出功率之间的函数关系，并根据声表面波滤波器的输入功率和输出功率之间的函数关系计算声表面波滤波器的插入损耗。
可选的，四阶电声P矩阵的函数表达式如下：
Figure GDA0002698801900000181
其中，S波为换能器在激励信号激励下，产生的左向传播的声表面波，S(0)为S波传播时的入射波，S(L)为S波传播时的出射波；R波为换能器在激励信号激励下，产生的右向传播的声表面波，R(0)为R波传播时的入射波，R(L)为R波传播时的出射波；
Figure GDA0002698801900000182
为预设的固定表达式，其中元素Pqh为与每个模型对应的结构设计参数，I1为第j模型的输入电流，I2为第j模型的输出电流，u1为第j模型的上电极电势，u2为第j模型的下电极电势。该装置中的各部件所执行的功能均已经在上述实施例一种声表面波滤波器仿真方法中做了详细的介绍，这里不再赘述。
本发明实施例提供的一种声表面波滤波器仿真装置，将将不同换能器之间的静电耦合考虑到模型中，根据换能器的电流、电势、左向传播的S波和右向传播的R波对应的参数共同建立四阶电声矩阵，并根据四阶电声矩阵对声表面波滤波器进行仿真。通过该种方式，对声表面波滤波器进行仿真时，建立一个含有电势参数的四阶矩阵，将不同换能器的不同电势导致的静电耦合同样计入到四阶矩阵中。根据这样的四阶矩阵对声表面波滤波器进行性能仿真更加真实、准确，减少滤波器设计时的误差。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种声表面波滤波器仿真方法，其特征在于，所述方法应用于一种声表面波滤波器中，所述声表面波滤波器包括：两个反射栅以及k个换能器，所述k个换能器中每一个换能器包括n根指条；所述方法包括：
获取由第i个换能器中第1根指条的中心为基准，第n根指条的中心为截止构成的第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势；
获取由所述第i个换能器中的第n根指条中心为基准，第i+1个换能器第1根指条中心为截止构成的第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势；
获取第j模型的左向传播的S波的入射波和出射波，以及右向传播的R波的入射波和出射波；
根据所述第j模型的S波的入射波和出射波、R波的入射波和出射波、第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势构建第j个四阶电声P矩阵函数；
所述四阶电声P矩阵的函数表达式如下：
Figure FDA0002698801890000011
其中，S波为换能器在激励信号激励下，产生的左向传播的声表面波，S(0)为S波传播时的入射波，S(L)为S波传播时的出射波；R波为换能器在激励信号激励下，产生的右向传播的声表面波，R(0)为R波传播时的入射波，R(L)为R波传播时的出射波；
Figure FDA0002698801890000012
为预设的固定表达式，其中元素Pqh为与每个模型对应的结构设计参数，I1为第j模型的输入电流，I2为第j模型的输出电流，u1为第j模型的上电极电势，u2为第j模型的下电极电势；
获取所述第j+1模型的左向传播的S波的入射波和出射波，以及右向传播的R波的入射波和出射波；
根据第j+1模型的S波的入射波和出射波、R波的入射波和出射波、所述第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势构建第j+1个四阶电声P矩阵函数；
根据所有四阶电声P矩阵函数，对所述声表面波滤波器进行仿真；
所述根据所有四阶电声P矩阵函数，对所述声表面波滤波器进行仿真，具体包括：
根据所有四阶电声P矩阵函数中第j个四阶电声P矩阵中的所有参数与除所述第j个四阶电声P矩阵之外的其他四阶电声矩阵中所有参数之间的函数关系，确定所述k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系；
并根据所述k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系，确定所述声表面波滤波器的输入、输出电流与输入、输出电压之间的函数关系；
根据所述声表面波滤波器的输入、输出电流与输入、输出电压之间的函数关系，对所述声表面波滤波器进行仿真；
其中，k为大于或者等于2的正整数；i为大于或者等于1，且小于或者等于k的正整数，j为大于或者等于1，且小于或者等于2k-1的奇数，n为大于等于1的正整数，i和j的初始取值均为1，且i所取的相邻两个值之间差值等于1，j所取的相邻两个值之间差值等于2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所有四阶电声P矩阵函数中第j个四阶电声P矩阵中的所有参数与除所述第j个四阶电声P矩阵之外的其他四阶电声矩阵中所有参数之间的函数关系，确定所述k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系，包括：
根据所有四阶电声P矩阵函数中第j个四阶电声P矩阵中的所有参数与除所述第j个四阶电声P矩阵之外的其他四阶电声矩阵中所有参数之间的函数关系，确定级联四阶电声P矩阵函数，其中四阶电声P矩阵中的所有参数为左向传播的S波的入射波和出射波、右向传播的R波的入射波和出射波、输入电流、输出电流、上电极电势和下电极电势；
根据所述级联四阶电声P矩阵函数，确定所述k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述对所述声表面波滤波器进行仿真，包括：根据所述声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系，确定所述声表面波滤波器的输入功率和输出功率之间的函数关系，并根据所述声表面波滤波器的输入功率和输出功率之间的函数关系计算所述声表面波滤波器的插入损耗。
4.一种声表面波滤波器仿真装置，其特征在于，所述装置应用于一种声表面波滤波器中，所述声表面波滤波器包括：两个反射栅以及k个换能器，所述k个换能器中每一个换能器包括n根指条；所述装置包括：
获取单元，用于获取由第i个换能器中第1根指条的中心为基准，第n根指条的中心为截止构成的第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势；
获取由所述第i个换能器中的第n根指条中心为基准，第i+1个换能器第1根指条中心为截止构成的第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势；
获取第j模型的左向传播的S波的入射波和出射波，以及右向传播的R波的入射波和出射波；
以及，获取第j+1模型的左向传播的S波的入射波和出射波，以及右向传播的R波的入射波和出射波；
矩阵函数建立单元，用于根据所述第j模型的S波的入射波和出射波、R波的入射波和出射波、第j模型的输入电流、输出电流、第j模型的上电极电势以及第j模型的下电极电势构建第j个四阶电声P矩阵函数；
所述四阶电声P矩阵的函数表达式如下：
Figure FDA0002698801890000041
其中，S波为换能器在激励信号激励下，产生的左向传播的声表面波，S(0)为S波传播时的入射波，S(L)为S波传播时的出射波；R波为换能器在激励信号激励下，产生的右向传播的声表面波，R(0)为R波传播时的入射波，R(L)为R波传播时的出射波；
Figure FDA0002698801890000042
为预设的固定表达式，其中元素Pqh为与每个模型对应的结构设计参数，I1为第j模型的输入电流，I2为第j模型的输出电流，u1为第j模型的上电极电势，u2为第j模型的下电极电势；
根据所述第j+1模型的S波的入射波和出射波、R波的入射波和出射波、所述第j+1模型的输入电流、输出电流、第j+1模型的上电极电势以及第j+1模型的下电极电势构建第j+1个四阶电声P矩阵函数；
处理单元，用于根据所有四阶电声P矩阵函数，对所述声表面波滤波器进行仿真；
所述处理单元具体用于，根据所有四阶电声P矩阵函数中第j个四阶电声P矩阵中的所有参数与除所述第j个四阶电声P矩阵之外的其他四阶电声矩阵中所有参数之间的函数关系，确定所述k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系；
并根据所述k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系，确定所述声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系；
根据所述声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系，对所述声表面波滤波器进行仿真；
其中，k为大于或者等于2的正整数；i为大于或者等于1，且小于或者等于k的正整数，j为大于或者等于1，且小于或者等于2k-1的奇数，n为大于等于1的正整数，i和j的初始取值均为1，且i所取的相邻两个值之间差值等于1，j所取的相邻两个值之间差值等于2。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述处理单元具体用于，
根据所有四阶电声P矩阵函数中第j个四阶电声P矩阵中的所有参数与除所述第j个四阶电声P矩阵之外的其他四阶电声矩阵中所有参数之间的函数关系，确定级联四阶电声P矩阵函数，其中四阶电声P矩阵中的所有参数为输入电流、输出电流、上电极电势和下电极电势；
根据所述级联四阶电声P矩阵函数，确定所述k个换能器中每一个换能器的电流与电压之间函数关系。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述处理单元具体用于，根据所述声表面波滤波器的电流与电压之间的函数关系，确定所述声表面波滤波器的输入功率和输出功率之间的函数关系，并根据所述声表面波滤波器的输入功率和输出功率之间的函数关系计算所述声表面波滤波器的插入损耗。
CN201711348538.1A 2017-12-15 2017-12-15 一种声表面波滤波器仿真方法及装置 Active CN107871053B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711348538.1A CN107871053B (zh) 2017-12-15 2017-12-15 一种声表面波滤波器仿真方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711348538.1A CN107871053B (zh) 2017-12-15 2017-12-15 一种声表面波滤波器仿真方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107871053A CN107871053A (zh) 2018-04-03
CN107871053B true CN107871053B (zh) 2021-03-30

Family

ID=61755743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711348538.1A Active CN107871053B (zh) 2017-12-15 2017-12-15 一种声表面波滤波器仿真方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107871053B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111307934B (zh) * 2019-12-10 2020-11-06 中国科学院声学研究所 一种负载分布非均匀的声表面波传感器响应的计算方法
CN115470735B (zh) * 2022-09-09 2023-07-04 深圳飞骧科技股份有限公司 Saw物理仿真的方法、系统和相关设备
CN116070585B (zh) * 2023-03-14 2023-06-13 深圳飞骧科技股份有限公司 滤波器模组的热仿真方法、系统及相关设备
CN116341398B (zh) * 2023-05-31 2023-08-11 深圳飞骧科技股份有限公司 多声表面波器件的组合仿真方法、系统及相关设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1391343A (zh) * 2001-06-12 2003-01-15 株式会社村田制作所 声表面波滤波器
CN102497173A (zh) * 2011-12-19 2012-06-13 北京中讯四方科技股份有限公司 新型悬浮电极结构声表面波滤波器
CN103078603A (zh) * 2013-02-06 2013-05-01 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种具有高功率承受力的声表面波滤波器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1391343A (zh) * 2001-06-12 2003-01-15 株式会社村田制作所 声表面波滤波器
CN102497173A (zh) * 2011-12-19 2012-06-13 北京中讯四方科技股份有限公司 新型悬浮电极结构声表面波滤波器
CN103078603A (zh) * 2013-02-06 2013-05-01 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种具有高功率承受力的声表面波滤波器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
State-of-the-art surface acoustic wave linear motor and its future applications;Minoru Kuribayashi Kurosawa;《Ultrasonics》;20000331;第38卷(第1-8期);全文 *
Towards efficient surface acoustic wave (SAW)-based microfluidic actuators;A.Winkler等;《Sensors and Actuators A:Physical》;20160815;第247卷;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107871053A (zh) 2018-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107871053B (zh) 一种声表面波滤波器仿真方法及装置
CN109716336A (zh) 声波滤波装置二维有限元法模拟的分层级联
Bi et al. Bulk acoustic wave RF technology
CN113544687B (zh) 快速及高精度的全有限元表面声波仿真
CN104718549A (zh) 微波滤波器中的元件去除设计
WO2024051379A1 (zh) Saw物理仿真的方法、系统和相关设备
CN108631746B (zh) 一种声表面波滤波器
JPH01260911A (ja) 弾性表面波共振器複合形フィルタ
CN112532202A (zh) 一种基于bvd模型的saw谐振器及滤波器的设计方法
Kovacs A generalised P-matrix model for SAW filters
Lampton Transmission matrices in electroacoustics
CN116341398B (zh) 多声表面波器件的组合仿真方法、系统及相关设备
Scholl et al. Efficient analysis tool for coupled-SAW-resonator filters
Scholl et al. P-matrix modeling of transverse-mode coupled resonator filters
Biryukov et al. Consistent generalization of COM equations to three-dimensional structures and the theory of the SAW transversely coupled waveguide resonator filter
Koigerov et al. Finite element simulation of SAW delay line operating with the use of third harmonic frequency
EP2651033B1 (en) Filter system
Loseu et al. The COM model including the bulk wave scattering at the end of IDTs in synchronous resonators
Dmitriev Theory of an SAW filter operating in weakly coupled resonance modes
CN111010142B (zh) 一种环形无反射栅低插损声表滤波器
Koshita On optimal realizations for all-pass fractional delay digital filters
Nguyen High-Q bulk acoustic wave resonators for RF filter applications
Tagawa Simulation modeling and optimization technique for balanced surface acoustic wave filters
KR102031717B1 (ko) 컴팩트 표면탄성파 필터
Martin et al. Diffraction analysis of slanted-finger interdigital transducers

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant