Einführungsbeitrag

Diese Internationale Norm legt das Messverfahren zur Bestimmung der Haltbarkeit von Hochfrequenz (HF)-Oberflächenwellen (OFW)- und Volumenwellen (BAW)-Geräten wie Filtern und Duplexern bei HF-Signalen mit hoher Leistung fest, wie sie in der Telekommunikation sowie in Messmitteln, Radarsystemen und Verbraucherprodukten eingesetzt werden. Es gibt zwei Arten von HF-BAW-Geräten: Geräte mit Dünnschicht-Volumenwellen-Resonator (FBAR)-Technologie und Geräte mit fest montierten Resonatoren (SMR). Dieses Dokument enthält Informationen zu den grundlegenden Ausfalleigenschaften von HF OFW/BAW-Geräten und Leitfäden zur Einrichtung des Messsystems sowie zur Festlegung des Verfahrens zur Schätzung der Dauer bis zum Ausfall (TF). Da die TF hauptsächlich von der im Gerät angelegten HF-Leistung abhängt, steht die Leistungsfestigkeit im Mittelpunkt der Erörterungen. Dieses Dokument hat nicht das Ziel, die Theorie zu erklären oder zu versuchen, alle Möglichkeiten zu behandeln, die sich unter praktischen Umständen ergeben können. Dieses Dokument lenkt die Aufmerksamkeit auf einige grundlegende Fragen, die der Anwender in Betracht ziehen sollte, bevor er ein HF OFW/BAW-Gerät für eine neue Anwendung bestellt. Mit solch einem Verfahren kann der Anwender einer unzufriedenstellenden Leistung des Geräts in Form eines frühzeitigen Ausfalls infolge der Belastung von HF OFW/BAW-Geräten durch hohe Leistung vorbeugen. Hochfrequenz (HF)-Oberflächenwellen (OFW)- und Volumenwellen (BAW)-Geräte kommen heute in Kommunikationssystemen verbreitet zur Anwendung, weil sie kompakt und leicht sind, wenig oder gar keine Abstimmung benötigen sowie hohe Stabilität und Zuverlässigkeit bieten. Eine der wichtigsten Anwendungen dieser Geräte ist die Antennenweiche in mobilen Kommunikationsgeräten, der die Empfangssignale (Rx) von den Basisstations- und Sendesignalen im Frequenzbereich trennt. Es ist bekannt, dass akustische Schwingungen die Zerstörung der Elektrodenmetalle in den eingesetzten Interdigitalwandlern (IDT) beschleunigen können, was zu einem Ausfall des Geräts führt. Aus diesem Grund hängt die Lebensdauer des Geräts (Dauer bis zum Ausfall, TF) nicht nur von der Temperatur des Chips ab, sondern auch von der Höhe der Eingangsleistung und der Frequenz des angelegten Hochfrequenzsignals. Es sollte beachtet werden, dass sich die Chiptemperatur in gewissem Grad von der Umgebungstemperatur unterscheiden kann, weil der Eingangsleistungspegel von Tx-Signalen in den vorgenannten Anwendungen maximal etwa 1 W beträgt und die Wärmeerzeugung aufgrund des Stromverbrauchs nicht vernachlässigbar ist. Die erforderliche TF der OFW-/BAW-Duplexer wird in der Regel anhand der Höhe der Eingangsleistung, des Frequenzbereichs der Belastung und der Umgebungstemperatur festgelegt. Eine TF-Messung unter den gegebenen Spezifikationen ist jedoch nicht realistisch, weil die geforderte TF zu lang ist (bis zu mehrere Jahre betragen könnte). Zur Verkürzung der TF wird eine beschleunigte Lebensdauerprüfung angewandt. Die TF wird unter erschwerten Bedingungen gemessen, nämlich bei höherer Leistung und/oder höherer Umgebungstemperatur. Die TF unter gegebenen Spezifikationen wird auf Grundlage des Arrhenius-Modells einschließlich des Gesetzes der umgekehrten Leistung extrapoliert. Obwohl das Modell die Schwankung der TF je nach Eingangsleistungspegel und Temperatur gut beschreibt, müssen die im Modell verwendeten Parameter experimentell bestimmt werden, wofür es keine etablierten Verfahren gibt. Daher werden Messverfahren speziell für die Schätzung der TF von HF OFW/BAW-Geräten festgelegt. Dieses Dokument entspricht dem allgemein von Anwendern und Herstellern geäußerten Wunsch nach allgemeinen Informationen zu Prüfbedingungen für HF OFW/BAW-Filter, um diese Filter bestmöglich nutzen zu können. Aus diesem Grund werden in diesem Dokument allgemeine und grundlegende Eigenschaften erläutert.

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Zuständiges nationales Arbeitsgremium

DKE/K 642 - Piezoelektrische Bauteile zur Frequenzstabilisierung und -selektion