Фильтры, которые можно точно настроить на полосу частот, которую вы хотите получать как пользователь, становятся все более важными. В противном случае, если ближайший сигнал намного сильнее, он заглушит сигнал, который вы хотите получить. Количество доступных частот ограничено, поэтому он становится все более загруженным.
Интеллектуальное использование радиоволн за счет использования каждого доступного элемента становится все более важным. Представленные исследователями фильтры основаны на микромеханических резонаторах и могут быть точно настроены на желаемую частоту.
Одна из причин выбора механического решения заключается в том, что обычный фильтр состоит из катушки индуктивности и конденсатора, то есть LC-цепи. Особенно сложно добиться хорошего качества на микросхеме.
Результатом будет: отдельные LC-схемы для каждой полосы частот, установленные вне микросхемы, что займет слишком много места. Новые решения уже ищут во всем мире. Текущим стандартом является электромеханический фильтр, называемый фильтром поверхностных акустических волн, но он тоже требует слишком много места, если вам нужно несколько из них.
Вибрация
Представленное исследователями решение состоит из двух механических резонаторов. Они вибрируют с регулируемой частотой благодаря пьезоэлектрическому материалу PZT.
Этот материал наносится на металл. Обычно пьезоэлектрический материал колеблется перпендикулярно металлу, а толщина слоя определяет частоту. Однако частоту можно изменять, заставляя его вибрировать в том же направлении, что и металл. Используются два резонатора, которые не связаны механически или электрически.
За счет интеллектуальной обработки входных и выходных сигналов двух резонаторов устраняются неблагоприятные «паразитные» эффекты. Это делается путем вычитания выходных сигналов, в то время как входные сигналы «синфазны». В результате получается селективный фильтр четвертого порядка, который пропускает ограниченную часть полосы и ослабляет частоты выше и ниже.
Его можно точно настроить с помощью частот колебаний двух резонаторов. Фильтр, представленный исследователями в Applied Physics Letters, работает на частоте около 400 мегагерц. По словам исследователей, это все еще слишком мало для мобильных приложений, но новые версии уже достигают более высоких частот, а частоты гигагерца, необходимые для смартфонов, вполне возможны.
Исследователи также ожидают, что эти резонаторы можно интегрировать в микросхему или напрямую “ прикрепить ” к микросхеме: они намного меньше индукторов.
Таким образом становится возможным применение пятидесяти пар резонаторов, что облегчает гибкое использование частот. Это необходимо, например, в «когнитивном радио», которое использует каждую часть свободного пространства по мере того, как она становится доступной, а затем при необходимости переходит на другую частоту.
Исследование было проведено группой науки и технологий по датчикам Университета Твенте, Институт нанотехнологий MESA +, в сотрудничестве с группой по проектированию интегральных схем Института CTIT. Также было сотрудничество с дочерней компанией SolMateS, которая специализируется на создании пьезоэлектрических слоев на чипах.
Проект финансируется голландским технологическим фондом STW.