SAW-Filter
SAW-Filter (Surface Acoustic Wave = akustische Oberflächenwelle = Schallwelle), auch AOW-Filter genannt, sind Bandpassfilter mit einer geringen Bandbreite von wenigen MHz.Da ihre Mittenfrequenzen wesentlich höher liegen können als die herkömmlicher Quarze und Keramikschwinger, finden sie Anwendung als frequenzbestimmendes Bauteil in vielen Empfängern und Sendern, die im Bereich jenseits einiger hundert Megahertz (z. B. im 433-MHz-ISM-Band) bis zu mehreren Gigahertz arbeiten, wie z. B. bei der Funkdatenübertragung, wie WLAN, oder Mobilfunk.
In Fernsehempfängern und in Mobiltelefonen werden SAW-Filter auch als Zwischenfrequenzfilter eingesetzt. In Funkfernbedienungen von Autoschlüsseln ist diese Technik ebenfalls verbreitet.
Funktionsprinzip
SAW-Filter basieren auf dem Piezoeffekt.
Auf einem piezoelektrischen Einkristall sind zwei aus je einem Paar kammförmig ineinandergreifender Elektroden (werden auch als Finger bezeichnet) bestehende Wandler (Interdigital_Transducer, kurz IDT genannt) aufgebracht. Durch den Piezoeffekt und das an den Fingern entstehende elektrische_Feld wird der darunterliegende Kristall nahe der Oberfläche verzerrt. Die entstehenden Auslenkungen des Kristallgitters können sich bei passender Anregefrequenz durch konstruktive_Interferenz zu Oberflächenwellen überlagern. Der doppelte Abstand der einzelnen Finger entspricht der Wellenlänge (Lambda) der akustischen Oberflächenwelle mit der gewünschten Durchlassfrequenz (auch Mittenfrequenz) auf dem Kristall. Zusammen mit der kristallabhängigen Geschwindigkeit der Oberflächenwelle kann man die Durchlassfrequenz mit bestimmen.
Die erzeugte Oberflächenwelle wird vom zweiten Wandler wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Der Aufbau bildet einen FIR-Filter. Daher lässt sich durch die Abmessungen des Kristalls und den Aufbau der Finger (Abstand, Form, Länge, ...) der Frequenzgang des Filters fast beliebig einstellen.
Bei der Entwicklung eines SAW-Filters muss auch darauf geachtet werden, dass die Sender- und Empfängerelektroden weder induktiv noch kapazitiv gekoppelt sind. Nachteilig ist auch die Temperaturempfindlichkeit.
Zu den wichtigsten Aufbauarten der Finger gehören die sogenannte ?Dart-Zelle? und ?Hunsinger-Zelle?.
Schematische Darstellung
******************************************************
* H In1 Out1 H *
* H --------------- --------------- H *
* H /'> | | | | | | | H *
* H | | | | | | | | | | | | | | | | H *
* H | | | | | | | | | | | | | | | | H *
* H | | | | | | | | H *
* H ----------------- ----------------- H *
* H In2 Out2 H *
******************************************************
"H" stellt einen Absorber bzw. Reflektor dar.
Ein Ausgangsreflexion, Übertragungsfunktion) einzuhalten. Das rührt daher, dass SAW-Filter wie auch Quarz- und Keramikschwinger einen kapazitiven Anteil in der Ein- und Ausgangsimpedanz enthalten, der für die Einsatzfrequenz kompensiert werden muss.
Die Anpassungsschaltung erfolgt mit passiven Bauteilen, also Spule und Kondensator oder auch durch eine Stichleitung.
Am häufigsten findet man Anpassschaltungen mit einer in Serie geschalteten Spule und einem parallelen Kondensator.
Impedanz-Anpasssung
Die Ein- und Ausgangsimpedanz eines SAW-Filters weicht meistens von der Impedanz der Schaltung, in der er betrieben wird, ab. Der Ein- und Ausgangswiderstand ist vergleichsweise hoch und es muss eine charakteristische Kapazität kompensiert werden.
Das erreicht man mit einem ?-Filter, dessen eine Kapazität durch die innere Ein- bzw. Ausgangskapazität des Filters gebildet wird. Mit ?-Filtern können auch die Abweichungen der realen Anteile der Impedanzen aneinander angeglichen werden, indem das Verhältnis der Kapazitäten variiert wird.
Eine weitere Anpassschaltung ist in folgendem Bild dargestellt; hier kompensiert eine parallel zum Ein-/Ausgang liegende Spule einen Teil der Eingangs-/Ausgangskapazität des Filters.
Weblinks
• Colin K. Campbell: Understanding Surface Acoustic Wave (SAW) Devices for Mobile and Wireless Applications and Design Techniques
Siehe auch
Filter-Beschreibung
Hochpass
Tiefpass
Bandpass
Bandsperre
Allpass
Bandbreite
Mittenfrequenz
Grenzfrequenz
