Beschreibung
Heutzutage kommen in modernen mobilen Transceivern ausschließlich akustische Filter zum Einsatz. Keine andere Technologie bietet zur Zeit die gleiche Leistung bei gleichzeitig dermaßen geringen Abmessungen und Herstellungskosten. Bei den höheren Frequenzen werden dabei hauptsächlich BAW-Filter benutzt, weil die BAW-Resonatoren im Vergleich zu SAW-Resonatoren bei höheren Frequenzen eine höhere Güte und eine bessere Leistungsverträglichkeit aufweisen.
Veränderungen in der Umgebungstemperatur eines BAW-Filters führen zu Frequenzverschiebungen der Filterflanken. Weiterhin werden die Filter im TX-Band typischerweise bei Sendeleistungen von bis zu 29 dBm eingesetzt. Die durch die anliegende Leistung verursachte Eigenerwärmung bewirkt eine zusätzliche Verschiebung der Filterflanken. Die beiden Effekte können einerseits dazu führen, dass die Filtersteilheit nicht mehr ausreicht, um in der vorgegebenen Frequenzlücke von sperrend auf transmittierend zu schalten oder dass die vorgegebene Einfügedämpfung nicht mehr eingehalten wird. Andererseits hängt die Lebensdauer jedes Systems exponentiell von der Temperatur ab und wird sich durch die Eigenerwärmung stark reduzieren. Zusätzlich zeigen BAW-Filter bei höheren Leistungen ein nichtlineares Verhalten, welches insbesondere bei Carrier Aggregation, wenn gleichzeitig auf mehreren Frequenzkanälen gesendet und empfangen wird, zu starken Störungen im Empfangspfad des Transceivers führen kann.
In dieser Arbeit wurden Methoden zur multiphysikalischen Modellierung von BAW-Komponenten entwickelt. Methoden zur Modellierung des Verhaltens von BAW-Filtern bei homogener Erwärmung und Methoden zur Bestimmung der für diese Modellierung erforderlichen Materialdaten der in der BAW-Technologie zahlreich verwendeten Dünnschichten wurden erschlossen. Ein effizientes und zudem hochgenaues Verfahren zur Modellierung der Eigenerwärmung und der damit verbundenen Änderungen des Verhaltens der BAW-Komponenten wurde gefunden und umgesetzt. Auch eine neuartige und präzise Methode zur Modellierung der Nichtlinearitäten in BAW-Komponentenwurde erarbeitet. Die entwickelten Modellierungsmethoden wurden im Experiment verifiziert. Sie ermöglichen den Entwicklern von BAW-Komponenten die Evaluierung und Optimierung der BAW-Komponenten bei unterschiedlichen Temperaturen und Leistungen. Weiterhin konnten mit den neu entwickelten Modellierungsmethoden neue Möglichkeiten der Temperaturkompensation, der Reduzierung der Eigenerwärmung und der Verbesserung des nichtlinearen Verhaltens erforscht werden.
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