芯耀
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大家好，我是RF小木匠，今天一起來看看聲波濾波器基礎(chǔ)，到底什么是聲波？前年的這個時候，還是介質(zhì)濾波器正火的時候，那時候介質(zhì)濾波器工程師的薪水也是水漲船高，更有的達(dá)到了百萬級別。今年濾波器還在，只是這個火已經(jīng)從介質(zhì)轉(zhuǎn)到了聲波。比如下面這個華為的濾波器職位。
周邊也有不少朋友轉(zhuǎn)去做了聲波濾波器。人的技能總是要契合市場的需求，才能使得個人的利益最大化
我們今天一起從聲波的原理去學(xué)習(xí)一下這類濾波器。
電磁波對于射頻人來說，這個再熟悉不過了。我們也不再去贅述。我們先來學(xué)習(xí)一下聲波。
在百度百科上對聲波的定義是：發(fā)聲體振動在空氣或者其他介質(zhì)中傳播產(chǎn)生的波叫做聲波。
聲波與電磁波在產(chǎn)生機(jī)理上就完全不同，聲波是一個物體振動產(chǎn)生的，這個物體可以是一個分子、原子，也可以是一個舌頭，同樣也可以是一個核爆。但是電磁波是由同相且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發(fā)射的震蕩粒子波，是以波動的形式傳播的電磁場，具有波粒二象性。電磁波是電場和磁場交換能量產(chǎn)生的，是以波的形式傳播的電磁場。聲波的傳播需要依賴空氣或者其他介質(zhì)，在真空中是不能傳播的，而電磁波可以在真空中傳播。聲波需要借助各種介質(zhì)進(jìn)行向四面八方傳播，聲波所到之處的質(zhì)點沿著傳播方向在平衡位置附近振動，聲波的傳播實質(zhì)上是能量在介質(zhì)中的傳遞。這種由物體振動產(chǎn)生的波叫做機(jī)械波。像水波，地震波等都屬于機(jī)械波。
那么聲波一定是人能聽到的波嗎？No，人能聽到的聲波的頻率處于20Hz至20kHz之間。記得曾經(jīng)有個視頻可以測試人能聽到的聲波頻率。我們大家都知道人體能聽到聲音是因為聲音的傳播引起了鼓膜的振動，鼓膜帶動聽小骨們傳動，聽小骨傳動卵圓窗膜，振動內(nèi)耳淋巴液，引起內(nèi)耳基底膜細(xì)胞產(chǎn)生電位變化，電位變化傳遞到聽神經(jīng)，聽神經(jīng)輸送信號到大腦中的聽覺中樞，大腦"聽"到聲音。（這個過程和SAW濾波器還蠻像的，我們后面在講）
有很多頻率不在這個范圍內(nèi)的聲波，人類是無法聽到的，但是有些動物是可以的。下表給出了一個對比圖，在聲音方面，相對于貓貓狗狗們，我們還是挺落后的（這樣也好，讓我們能睡個好覺）。
于是，在定義聲波的時候，我們把低于我們?nèi)祟惸苈牭降穆暡ń凶?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/524424.html">次聲波，而把頻率高于人類能聽到的聲波叫做超聲波。誰讓我們是世界的主人翁呢，這個貓貓狗狗都得聽我們的。
這個時候就引出了超聲波，通常頻率在20kHz到1GHz我們都知道，蝙蝠就是靠這個超聲波去看東西的。還好我們聽不見，要不晚上也不得安寧。而且蝙蝠的超聲波也是嘴來發(fā)出的，可見這個發(fā)聲體的振動還是蠻厲害的。
比超聲波頻率更高的是特超聲/微波超聲, 頻率大于1GHz。我們聲表濾波器這個聲肯定是特超聲了，要不然工作起來，人受得了，蝙蝠也受不了啊。既然是波，那么聲波也具有波的物理參數(shù)：頻率，振幅，相位和波長。我們在描述的時候也可以用正弦波來表示。這里不再詳述。
聲波的常用屬性包括：音調(diào)，速度和音量。音調(diào)就是聲音的頻率，頻率不同，音調(diào)也不同。就像五線譜中的那一個個小蝌蚪就表示了不同的音調(diào)。
聲波的傳播速度和介質(zhì)有關(guān)，我們都熟悉的340m/s 就是聲音在空氣中傳播的速度。用這個速度值，我們可以毛估估閃電距離我們的距離：L=340*（雷聲時間-閃電時間）。小豬佩奇的爸爸經(jīng)常這么做。但是也只是毛估估，當(dāng)空氣中水含量不同時，這個數(shù)值會有所變化。現(xiàn)在已經(jīng)測得空氣中常溫常壓下聲波速度是344m/s，淡水中為1430m/s，海水中1500m/s，鋼鐵中5800m/s，鋁中6400m/s，石英玻璃中5370m/s，而在橡膠中僅為30-50m/s。
當(dāng)溫度和壓力變化，聲速也隨著改變。通常所指的常溫是指20℃時的氣溫，當(dāng)氣溫降到零度，聲波在空氣中傳播的速度則將為331.5m/s，而氣溫每升高1℃，聲速就增加0.607m/s。我猜這也可能和空氣的密度相關(guān)吧。愛咋咋地，反正我們也不去做空氣聲波濾波器。請記住上面石英玻璃中的那個傳播數(shù)值：5370m/s。 在SAW濾波器中常用的材料特性如下：
音量就是聲音的大小，這個和聲源振動的強(qiáng)弱有關(guān)。大嗓門的人聲帶振動幅度就大。音量的大小通常以分貝為單位來衡量。人耳剛能聽見的聲強(qiáng)是0分貝，普通談話的聲強(qiáng)是60-70分貝，鑿巖機(jī)、球磨機(jī)的聲強(qiáng)為120分貝，而使人耳產(chǎn)生疼痛感覺的聲強(qiáng)是120分貝。所以要保持安靜，以免被認(rèn)為是噪音。
我們簡單了解過聲波之后，我們今天簡單熟悉一下SAW是如何工作的？下圖是一個最簡單的SAW濾波器示意圖。SAW濾波器的基板是壓電陶瓷，壓電陶瓷是一種能將機(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)化的功能陶瓷材料，這種轉(zhuǎn)化就叫做壓電效應(yīng)。當(dāng)電信號傳輸到IDT換能器上時，通過壓電效應(yīng)，電信號轉(zhuǎn)化為聲波信號，在SAW濾波器內(nèi)部，SAW濾波器通過聲波的選擇性進(jìn)行信號處理，然后通過IDT2，將聲波信號轉(zhuǎn)換為電信號。
換能器產(chǎn)生雙向橫向濾波器。這是因為頻率波在-X和+ X方向上均等地產(chǎn)生。輸出換能器產(chǎn)生的波僅是全波的1/2。因此，如果從輸出波中觀察到3dB的損耗，則意味著來自輸入和輸出換能器的總信號的插入損耗為6dB。每個換能器均由連接到兩個母線的周期性叉指式電極組成，兩個母線連接到電源（或負(fù)載）。振幅將由電極長度決定，相位由電極位置決定。電極的波長決定了SAW濾波器的工作頻率。
今天就到這里了，我們接下來的日子，慢慢聊一下SAW。這里是射頻學(xué)堂，精誠為您服務(wù)
