¿Qué es un Filtro SAW?
Un Filtro SAW es un dispositivo capaz de seleccionar señales eléctricas con una frecuencia específica. Las siglas SAW corresponden a “Surface Acoustic Wave Filter”, que significa Filtro de Ondas Acústicas Superficiales.
El filtro SAW se basa en la propagación de ondas superficiales a través de elementos piezoeléctricos, las cuales filtran vibraciones mecánicas y extraen señales eléctricas con frecuencias específicas. Este proceso permite la creación de características dependientes de la frecuencia que permiten pasar o bloquear componentes de frecuencia específicos. Es importante tener en cuenta que las ondas superficiales se propagan por la superficie de un medio y se caracterizan por una rápida reducción de la amplitud desde la superficie hacia el interior.
En resumen, cuando se introduce una señal eléctrica en un filtro SAW, estos, son capaces de transformar un elemento piezoeléctrico en vibraciones mecánicas, seleccionar sólo determinadas frecuencias y devolverlas como señales eléctricas filtradas.
Aplicaciones de los Filtros SAW
Los filtros SAW son ampliamente utilizados debido a su capacidad para reducir las pérdidas de señal y por su habilidad de eliminar las frecuencias no deseadas. Entre sus aplicaciones más comunes, se encuentran los duplexores en dispositivos de comunicación inalámbricos, como teléfonos inteligentes y otros terminales móviles, así como en sintonizadores de televisión y redes LAN. Los duplexores son filtros que permiten alternar entre la transmisión (Tx) y recepción (Rx), lo que los hace esenciales en las comunicaciones inalámbricas.
Los filtros SAW se utilizan para reducir el ruido en bandas de frecuencias no deseadas gracias a su capacidad de resonancia definida, lo que contribuye a mejorar la calidad del sonido en comunicaciones móviles. Además, los filtros SAW son esenciales para incrementar la funcionalidad de los dispositivos móviles debido a su bajo costo y facilidad para ser miniaturizados y adelgazados.
La selección de bandas de frecuencias de comunicación utilizadas en los terminales móviles ha ido aumentando año tras año. Dicha selección mediante Filtros SAW es un componente esencial en la tecnología de comunicación inalámbrica.
Principio de los Filtros SAW
Los Filtros SAW son dispositivos electrónicos que utilizan vibraciones de ondas acústicas superficiales como resonadores, para filtrar y atenuar de manera abrupta las señales que no son componentes de frecuencia requeridos.
Estos filtros se componen de electrodos en forma de peine que se colocan sobre un sustrato piezoeléctrico. Cuando se aplica una señal eléctrica de alta frecuencia a los electrodos, se generan vibraciones que se propagan por el sustrato piezoeléctrico. Estas vibraciones dependen de la distancia entre los electrodos y se amplifican gracias a la resonancia causada por los múltiples electrodos en forma de peine.
Las vibraciones se convierten entonces en ondas superficiales, que acaban propagándose a los electrodos para su detección. A continuación, la vibración mecánica se convierte de nuevo en una señal eléctrica, lo que da lugar a un dispositivo con función de filtro.
Las características del filtro, como la cantidad de frecuencia transmitida, dependen de las propiedades físicas del material piezoeléctrico y de la estructura de los electrodos. El rendimiento del filtro SAW por otra parte, depende en gran medida del tipo de material piezoeléctrico utilizado, ya que la velocidad de propagación de las ondas superficiales varía de un material a otro.
Otros Datos sobre los Filtros SAW
1. El Mercado de los Filtros SAW
La creciente capacidad de transmisión de los teléfonos inteligentes actuales ha llevado a la adopción de diversos métodos para aumentar el ancho de banda de modulación, como la agregación de portadoras (CA) y la multibanda (MIMO). En los esquemas de modulación FDD, como 4G (LTE) y 5G, la transmisión y la recepción se realizan simultáneamente, a diferencia de los esquemas TDD con multiplexación por división en el tiempo.
Por lo tanto, el número de filtros, que son indispensables para la asignación de frecuencias de transmisión (Tx) y recepción (Rx), sigue en aumento. Especialmente en los modelos de gama alta, en los cuales existe una fuerte demanda de miniaturización mediante modularización, debido a la necesidad de disponibilidad global de los terminales en todas las regiones del mundo.
En la actualidad, un solo módulo de comunicación puede estar equipado con filtros para varias bandas, cada una de ellas con varios módulos para distintas categorías de frecuencia. Aunque los modelos de gama baja suelen estar equipados con productos discretos o modulados, la expansión de frecuencias ha generado un aumento en las ventas y volumen de filtros.
Existe una amplia variedad de fabricantes de Filtros SAW, con una presencia destacada de fabricantes japoneses de componentes electrónicos.
2. Diferencias con los Filtros BAW
Una de las principales diferencias entre los filtros SAW y BAW radica en el hecho de que los filtros SAW utilizan ondas acústicas superficiales sobre un sustrato piezoeléctrico, mientras que los filtros BAW, “Bulk Acoustic Wave” que significa onda acústica en volumen, utilizan un principio diferente denominado SMR.
Los filtros BAW tienen dos estructuras, la primera conocida como FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) que se refiere a un resonador acústivo en volumen de película delgada y la segunda denominada SMR (Solid Mounted Resonator) que significa un resonador montado en sólido. Específicamente, el FBAR tiene una cavidad debajo del resonador que permite que la película piezoeléctrica vibre libremente. Por otro lado, el SMR, consiste en una película acústica multicapa debajo del resonador, que refleja las ondas acústicas.
Los Filtros SAW son comúnmente utilizados en las bandas de frecuencias de 600 MHz a unos 2 GHz, específicamente en la banda baja, debido a su bajos costos y rentabilidad. Los Filtros BAW, por su parte, suelen ser más complejos y caros, pero ofrecen un Q más alto y una mejor capacidad de filtrado que los filtros SAW, siendo utilizados principalmente en algunas bandas de 1.800 MHz para EE.UU. y en la gama de frecuencias superiores a 2 GHz.
Además, los Filtros SAW también incluyen filtros TC-SAW que permiten una compensación controlada de las características de temperatura, lo que los hace adecuados para aplicaciones en las que, además de un bajo costo, se requiere una gestión de la frecuencia controlada por temperatura.
3. Filtros SAW y 5G
En el mercado 5G, las bandas de frecuencias de 3-6 GHz, incluyendo la banda UHB (Ultra High Band) y Sub6 GHz, son ampliamente utilizadas. Los filtros BAW son muy relevantes en este mercado, ya que requieren características de filtrado más pronunciadas y un valor Q para coexistir con la conexión WIFI y compensar el aumento de las pérdidas a frecuencias más altas. El filtro BAW es un componente clave de este mercado y, en particular, los fabricantes estadounidenses Broadcom y Qorvo están ganando cuota de mercado en la producción de filtros BAW.