[en] The emergence of smartphones not only changed the way people uses its phone for, but it also changed the traffic amount that networks need to carry, increasing the demand of higher data rates. The overall result was the appearance of 4G networks, and nowadays, the current development of 5G, implying the need for more frequency bands, and the application of new techniques such as Carrier Aggregation (CA), MIMO antennas, and so on. All these market driven necessities suppose a great challenge for the radiofrequency (RF) industry, which have been facing the necessity of miniaturization and band coexistence on its devices since the beginning of mobile communications. Microwave filters based on Bulk Acoustic Wave (BAW) resonators, have been able to this day to overcome these limitations. These devices consist in a thin piezoelectric layer comprised by two metal electrodes, and an acoustic confinement method, which can be simply made of air or a Bragg reflector. The use of electroacoustic technology enables to reduce the filter size up to five orders of magnitude, allowing the integration of multiple filters in handsets. This thesis focuses on modelling some of different physical phenomena at the resonator level that affect the performance of the filters. The first part of this thesis is the one regarding the spurious response of BAW resonators. This response is originated by acoustic waves traveling in the lateral dimension of the resonator. These waves couple electromechanically, degrading the filter response. BAW filters have been capable of overcoming this limitation suppressing them by the use of different electrode geometries (Apodization), or by surrounding the electrode by a decreased, or increased frame (Border Ring). The nature of these waves is studied through the thesis and several equivalent models are proposed in order to accurately predict them, helping to the design of the correspondent suppression structures. One of this thesis contributions regarding the lateral spurious resonances, consists in making use of a modified Mason model to determine the origin of the additional spurious resonances generated by the Border Ring. These resonances can be attributed to an acoustic mode, different from the fundamental, propagating across the resonator stack. By adding nonlinear sources to that model, the second harmonic (H2) emissions and the impact of the spurious resonances in them, is also studied. Finally, a new equivalent model based in the Transmission Line Matrix (TLM) method is proposed for the acoustic cavity of a BAW resonator. This new approach is able to model resonators with different electrode geometries, in a much faster way than traditionally used methods like the Finite Elements Method (FEM). In addition, by determining different propagation regions, it can be used to model both the apodization and the Border Ring at the same time. The second family of contributions are the ones regarding to the thermoelastic behavior of the BAW resonators. A solid heats up when compressed and vice versa. In a harmonic oscillation, when heat is able to flow through the solid regions, this flow from hotter to colder regions generates a relaxation of the acoustic wave. This is the thermoelastic damping. A thermo-electro-mechanical Mason model is used for quantifying this source of losses on BAW resonators. The model is compared with experimental data taken at cryogenic temperatures and an analysis of losses of the broadband spurious resonances of the Bragg reflector has been performed.

[es] La emergencia de los teléfonos inteligentes no solo cambió la forma en que las personas usan sus teléfonos, sino que también modificó la cantidad de tráfico que las redes deben manejar, aumentando la demanda de tasas de datos más altas. El resultado general fue la aparición de las redes 4G y, en la actualidad, el desarrollo actual de las redes 5G, lo que implica la necesidad de más bandas de frecuencia y la aplicación de nuevas técnicas como la Carrier Agregation (CA), antenas MIMO, etc... Todas estas necesidades impulsadas por el mercado suponen un gran desafío para la industria de radiofrecuencia (RF), que ha enfrentado la necesidad de miniaturización y coexistencia de bandas en sus dispositivos desde el inicio de las comunicaciones móviles. Los filtros de microondas basados en resonadores de Onda Acústica de Volumen (BAW, por sus siglas en inglés) han logrado hasta el día de hoy superar estas limitaciones. Estos dispositivos consisten en una delgada capa piezoeléctrica compuesta por dos electrodos metálicos y un método de confinamiento acústico, que puede ser simplemente aire o un reflector de Bragg. El uso de tecnología electroacústica permite reducir el tamaño del filtro hasta en cinco órdenes de magnitud, lo que permite la integración de múltiples filtros en dispositivos móviles. Esta tesis se centra en modelar los diferentes comportamientos físicos a nivel de resonador que afectan el rendimiento de los filtros. La primera parte de esta tesis se refiere a la respuesta espuria de los resonadores BAW. Esta respuesta es originada por ondas acústicas que viajan en la dimensión lateral del resonador. Estas ondas se acoplan electromecánicamente, degradando la respuesta del filtro. Los filtros BAW han sido capaces de superar esta limitación suprimiéndolos mediante el uso de diferentes geometrías en los electrodos (Apodización), o rodeando el electrodo con un marco de grosor reducido o aumentado (Border Ring). La naturaleza de estas ondas se estudia a lo largo de la tesis y se proponen varios modelos equivalentes para predecirlas con precisión y diseñar las correspondientes estructuras de supresión. Una de las contribuciones de esta tesis con respecto a las resonancias espurias laterales consiste en utilizar un modelo de Mason modificado para determinar el origen de las resonancias espurias adicionales generadas por el Border Ring. Estas resonancias pueden atribuirse a un modo acústico, diferente del fundamental, que se propaga a través del conjunto del resonador. Al agregar fuentes no lineales a ese modelo, también se estudian las emisiones del segundo armónico (H2, por sus siglas en inglés) y el impacto de las resonancias espurias en ellas. Finalmente, se propone un nuevo modelo equivalente basado en el método de la Matriz de Línea de Transmisión (TLM, por sus siglas en inglés) para la cavidad acústica de un resonador BAW. Este nuevo enfoque puede modelar resonadores con diferentes geometrías de electrodos de manera mucho más rápida que los métodos tradicionalmente utilizados como el Método de Elementos Finitos (FEM, por sus siglas en inglés). Además, al determinar diferentes regiones de propagación, puede utilizarse para modelar tanto la apodización como el Border Ring al mismo tiempo. La segunda familia de contribuciones se refiere al comportamiento termoelástico del resonador BAW. Un sólido se calienta cuando se comprime y viceversa. En una oscilación armónica, cuando el calor puede fluir a través de las regiones del sólido, este flujo de regiones más calientes a más frías genera una relajación de la onda acústica. Esto es el amortiguamiento termoelástico. Se utiliza un modelo Mason termo-electro-mecánico para cuantificar esta fuente de pérdidas en los resonadores BAW. El modelo se compara con datos experimentales tomados a temperaturas criogénicas y un análisis de pérdidas de las resonancias espurias fuera de banda originadas en el reflector de Bragg.