Filtros Saw Conceptos Teoricos

FILTROS DE ONDA ACÚSTICA SUPERFICIAL “SAW”

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA
NACIONAL
Facultad Regional Bahía Blanca
Departamento Electrónica

FILTRO DE ONDA ACÚSTICA
SUPERFICIAL
Parte I
CONCEPTOS TEÓRICOS

Ing. Nestor Hugo Mata
Profesor Titular
Electrónica Aplicada III
1999
1

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
F.R. Bahía Blanca - Departamento Electrónica - Cátedra de Electrónica Aplicada III

FILTROS DEONDA ACÚSTICA SUPERFICIAL “SAW”

ONDAS ACÚSTICAS DE SUPERFICIE U ONDAS DE RAYLEIGH
Este efecto que se produce sobre una superficie cristalina, primordialmente en
materiales con características piezo eléctricas, se compone de dos ondas, una de
compresión y la otra de cizallamiento, que confinan en la superficie del cristal la energía
de las ondas acústicas de superficie. Esta compresión ycizallamiento, como es sabido
producirán en el substrato cristalino piezo eléctrico, una onda electrostática asociada a
las anteriores. Esto último es lo que permite con facilidad la excitación y/o la detección de
la onda acústica.
Otra característica particular de este efecto, es que, la velocidad de propagación
de estas ondas superficiales es de cuatro ordenes de magnitud inferiores a la velocidad depropagación de las ondas electromagnéticas. esto permite que tanto las magnitudes de las
longitudes de onda λ como los retardos de tiempo que se producen en su traslación sean
cantidades manejables a nivel de integración de un substrato. En la tabla 1 podemos
observar magnitudes comparativas entre una onda electromagnética y una onda
electroacústica superficial.
TABLA COMPARATIVA DE LONGITUDES DEONDA ENTRE ONDAS SAW Y EM
Parámetro

Onda SAW

Onda EM

f0 = 10 MHz
f0 = 2 GHz
retardo= 1 nseg
retardo= 10 µseg

λ SAW = 300 µm
λ SAW = 1.5 µm
LSAW = 3 µm
LSAW = 30 mm

λ EM = 30 m
λ EM = 0.15 m
LEM = 0.3 m
LEM = 3.000 m

Tabla Nº 1
A partir de esto podemos simplificar el comportamiento de la onda acústica de
superficie considerando que es una onda sonora de alta frecuencia que viaja a través deSubstrato aislante
Piezo eléctrico

Transductor
Metálico

Figura Nº 1
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F.R. Bahía Blanca - Departamento Electrónica - Cátedra de Electrónica Aplicada III

FILTROS DE ONDA ACÚSTICA SUPERFICIAL “SAW”

la superficie pulida de un substrato cristalino piezo eléctrico. La conversión de energía
eléctrica en energía acústica se produce mediante un transductor interdigitaldepositado
sobre la superficie del substrato como puede apreciarse en la figura 1 en la cual se
describe un transductor SAW de primera generación con pérdidas de inserción entre 20 y
35 dB.
Otro inconveniente presentado por la primera generación, es la producción de ecos
de triple tránsito, como se puede observar en la figura 2, que trae como consecuencia
ondulaciones de fase y amplitud en la bandapasante de los filtros SAW transversales.

Figura 2
La atenuación es debida principalmente al modo de onda bidireccional y a la
desadaptación de impedancias. El filtro de la figura 1 usa dedos interdigitales espaciados a
media longitud de onda con lo cual la energía acústica se propaga en dos direcciones a
través de la superficie del substrato. cuando se trata de adaptar la impedancia en lapuerta
de salida, haciendo la carga igual a la impedancia presentada por el filtro, produce una
regeneración de la onda que viaja hacia el puerto de entrada, lo cual produce las
ondulaciones que presenta el filtro en la respuesta de la banda pasante. La forma de
eliminar este efecto consiste en cargar la salida con una resistencia de carga mucho mas
baja que la de la impedancia del puerto, pero estoredunda en una gran pérdida de
inserción.
El efecto de las ondas acústicas superficiales presenta las siguientes propiedades:
1.- Transducción
2.- Regeneración
3.- Reflexión
4.- Alinealidades Elásticas
cada una de estas propiedades se aplican separadamente o en conjunto para lograr los
efectos deseados, por lo tanto la estructura física de un elemento SAW se estudiará para
cada aplicación en...