【導讀】射頻（RF）濾波器是所有RF/微波係統的基礎元件
，特別是具備多個信道或頻段的無線通信係統。RF濾波器的主要功能是衰減某些不需要頻段中的信號，而隻對所需頻段中的信號產生最小的影響。

射頻（RF）濾波器是所有RF/微波係統的基礎元件，特別是具備多個信道或頻段的無線通信係統。RF濾波器的主要功能是衰減某些不需要頻段中的信號，而隻對所需頻段中的信號產生最小的影響。

RF濾波器至關重要
；因為在許多情況下

，不良信號（稱為幹擾）會導致係統功能下降甚至損壞。在無線通信係統中，接收器輸入端使用各類RF濾波器來衰減所需頻段之外的信號。RF濾波器還用於減少來自發射器電路的諧波
、雜散內容和帶外泄漏。在智能手機等現代電子產品的許多應用場景下
，這些設備均配備數種無線通信技術


；如果不使用RF濾波器進行適當隔離，這些技術間可能會產生相互幹擾——即所謂的共存設計挑戰（圖1）。

圖1：5G智能手機示例圖

由於大多數現代通信技術的緊湊設計限製了物理隔離，工程人員采用RF濾(lv)波(bo)器(qi)來(lai)增(zeng)強(qiang)所(suo)需(xu)的(de)隔(ge)離(li)效(xiao)果(guo)，並(bing)確(que)保(bao)這(zhe)些(xie)產(chan)品(pin)符(fu)合(he)必(bi)要(yao)的(de)標(biao)準(zhun)。這(zhe)些(xie)標(biao)準(zhun)可(ke)以(yi)是(shi)國(guo)家(jia)和(he)國(guo)際(ji)監(jian)管(guan)機(ji)構(gou)製(zhi)定(ding)的(de)規(gui)範(fan)，例(li)如(ru)美(mei)國(guo)聯(lian)邦(bang)通(tong)信(xin)委(wei)員(yuan)會(hui)（FCC）和全球電子通信委員會（ECC），以及Wi-Fi
、4G/5G、藍牙®和Zigbee等無線標準。許多現代電子產品還部署了要求額外濾波的特定功能，如全球定位係統（GPS）和其它地理定位技術，以及近場通信（NFC）技術。

考慮到現代無線通信係統尺寸極其緊湊的特點
，也因此需要高度緊湊的濾波器；即便如此，這些濾波器仍要求較高的Q因數（品質因數），並可以很容易地集成至濾波器組，來用於多頻段濾波應用。在許多情況下


，每個頻段都需要不同的RF濾波器
，以盡量減少串擾並減輕非線性。為滿足這一需求

，工程師們經常使用聲波濾波器（AWF）。

本質上，AWF由壓電基板上的電聲換能器構成，可以將電能轉化為聲能/機械能，反之亦然。基於這種方式
，AWF將jiang高gao頻pin信xin號hao轉zhuan換huan為wei聲sheng波bo信xin號hao，然ran後hou通tong過guo聲sheng學xue諧xie振zhen器qi和he濾lv波bo技ji術shu進jin行xing調tiao節jie，最zui終zhong轉zhuan換huan回hui高gao頻pin信xin號hao。與yu其qi它ta電dian磁ci濾lv波bo器qi技ji術shu相xiang比bi
，其qi優you勢shi在zai於yu聲sheng波bo現xian象xiang比bi電dian磁ci濾lv波bo現xian象xiang大da約yue小xiao五wu個ge數shu量liang級ji。實shi際ji上shang，這zhe些xie因yin素su導dao致zhi聲sheng學xue濾lv波bo器qi在zai類lei似si的de性xing能neng下xia可ke以yi比bi傳chuan統tong電dian磁ci濾lv波bo器qi小xiao一yi個ge數shu量liang級ji。

AWF包含兩種主要類型——體聲波（BAW）和表麵聲波（SAW）濾波器——其使用叉指式換能器轉換電和聲學信號。BAW濾波器引導信號能量通過基板的主體，而SAW濾波器引導信號能量沿基板表麵傳遞。雖然這種區別起初看起來很簡單，但現實中
，不同的方法會導致性能和頻率能力的顯著差異。

由於製造過程主要包括表麵結構的開發，SAW濾波器的設計和製造通常不那麼複雜。相反


，BAW濾波器則需要精確控製基板厚度與分層結構
，例如在堆疊中精確間隔的聲反射器。

然而
，由於表麵電聲轉導的物理限製
，與BAW濾波器相關的相對尺寸和物理特性允許它們能夠被設計成比SAW技術更高的頻率操作和更高的Q因數。此外，BAW濾波器可以利用與標準IC加工係統兼容的技術製造，並且通常表現出更高的功率處理能力。盡管有些SAW濾波器技術結合了溫度補償設計功能，或以其它方式製造，以盡量減少溫度敏感性
，但BAW濾波器的溫度漂移仍比SAW濾波器低。

一般來說，SAW濾波器可以在實際中製造用於2000MHz或2500MHz的頻率；相比之下，BAW濾波器可達到10GHz甚至更高。因此，SAW和BAW技術在100MHz和大約2500MHz的頻率範圍內存在直接競爭。

在為特定應用選擇濾波器時，必須了解濾波器應用的要求並解讀濾波器的電氣規格。每個濾波器應用都會對中心頻率
、帶寬、所需信號電平和抑製要求等提出需求。係統工程師通常會列出這些係統要求；gongchengrenyuanzaixuanzelvboqishi，yaoquebaolvboqizaibaochiyusuandeqiantixiamanzuzhexieyaoqiu，bingzhidingyigejianglvboqinaruxitongshejizhongdejihua。duiyuxiandaiwuxianshebei，tongchangshejidaoshejiyouxuduolvboqizuchengdelvboqizu，yimanzuyangedeyaoqiuhefuhewuxianyujianguanjigoudebiaozhun。

以下為RF濾波器設計的關鍵電氣規格：

●  濾波器類型（低通、高通、帶通、陷波/通抑製）

●  通帶頻率（Hz）

●  抑製頻率（Hz）

●  抑製或帶外抑製（dB）

●  衰減（dB）

●  插入損耗（dB）

●  隔離度（dB）

●  選擇性（dB）

●  Q因數

●  紋波（dB）

●  輸入功率處理（dB）

●  輸入和輸出阻抗匹配（歐姆）

大多數無線通信標準強調帶通濾波器與其它幾個帶通濾波器串聯使用，以實現多頻段濾波。這已成為SAW和BAW濾波器一個應用廣泛的典型場景；yinweiyuqitalvboqijishuxiangbi，qijincoudechicunyunxuxiangduijiaoxiaodelvboqizu。zhexiedaitonglvboqidezuoyongshijianshaojieshouqisuojiechudaodedaiwaixinhaoneirong。zheshiyigezhongyaodegongneng，yinweidaiwaipinlvneironghuixingchengjuyoujiaodixinzaobi（SNR）或較高誤碼率（BER）的(de)脫(tuo)敏(min)接(jie)收(shou)器(qi)。此(ci)外(wai)
，濾(lv)波(bo)器(qi)常(chang)用(yong)在(zai)發(fa)射(she)器(qi)輸(shu)出(chu)端(duan)，以(yi)減(jian)少(shao)由(you)相(xiang)對(dui)較(jiao)高(gao)功(gong)率(lv)的(de)發(fa)射(she)器(qi)設(she)備(bei)產(chan)生(sheng)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)結(jie)果(guo)，如(ru)諧(xie)波(bo)和(he)尖(jian)峰(feng)。濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)這(zhe)一(yi)輔(fu)助(zhu)應(ying)用(yong)增(zeng)強(qiang)了(le)鄰(lin)道(dao)泄(xie)漏(lou)比(bi)（ACLR）和鄰道功率比（ACPR）。此外，通過此種濾波器使用方式，原本無法通過無線標準測試的無線發射器可能會通過測試，而無需大量的重新設計工作。

還(hai)有(you)一(yi)些(xie)情(qing)況(kuang)是(shi)，一(yi)部(bu)已(yi)被(bei)設(she)計(ji)和(he)部(bu)署(shu)的(de)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)在(zai)早(zao)期(qi)評(ping)估(gu)中(zhong)並(bing)未(wei)被(bei)發(fa)現(xian)實(shi)地(di)運(yun)行(xing)時(shi)會(hui)麵(mian)臨(lin)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)
，如(ru)果(guo)能(neng)夠(gou)通(tong)過(guo)更(geng)嚴(yan)格(ge)的(de)濾(lv)波(bo)來(lai)解(jie)決(jue)
，則(ze)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)增(zeng)強(qiang)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)來(lai)升(sheng)級(ji)無(wu)線(xian)電(dian)，以(yi)緩(huan)解(jie)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)。例(li)如(ru)，如(ru)果(guo)無(wu)線(xian)電(dian)在(zai)關(guan)鍵(jian)工(gong)作(zuo)頻(pin)段(duan)附(fu)近(jin)遇(yu)到(dao)幹(gan)擾(rao)，那(na)麼(me)具(ju)備(bei)更(geng)高(gao)Q因數和更佳的帶外抑製能力的濾波器將帶來比現有濾波器更好的操作。

一般來說，SAW濾波器比BAW濾波器便宜
，而且市場上存在大量的SAW濾波器可供選擇。SAW濾波器一般不提供超過250MHz的工作頻率。然而，如果設計中需要最強的性能或更高的工作頻率（例如
，在3G、4G、Wi-Fi 6E和sub-6GHz 5G的更高頻率），那麼BAW濾波器是更好的選擇（圖2）。BAW濾波器的設計通常是為了獲得相比SAW濾波器更高的頻率操作和更優秀的通帶衰減、帶外抑製、功率處理，以及Q因數。

圖2：BAW與SAW多路複用器濾波器的比較

SAW和BAW濾波器必須精確設計以實現所需的操作。針對某個特定應用
，可以定製SAW和BAW濾波器並量產。幸運的是，BAW和SAW濾波器製造商非常傾向於設計並量產滿足Wi-Fi和4G LTE/5G等各類市場和應用需要的專用SAW和BAW濾波器。特定的BAW和SAW濾波器也是為了應對無線標準共存的突出挑戰，如Wi-Fi和低功耗藍牙®（LE）。

一個廣泛使用的聲學濾波器的例子是用於5G NR TDD頻段n79的Qorvo QPQ4900 BAW濾波器（圖3）。這一子帶通BAW濾波器，專為附近可能存在Wi-Fi 6E無線網絡潛在幹擾場景下的宏基站與小型基站而設計。另一個例子是Qorvo QPQ1063 GPS SAW雙工器
，設計用於L1/L2 GPS頻段。

圖3：Qorvo QPQ4900 n79子頻段BAW濾波器

RF濾波器是現代無線通信係統中的關鍵部件；它們衰減不需要的頻段，以盡量減少幹擾並確保係統的正常功能。由於技術的物理限製
，RF濾波器並不總十分理想，並可能會導致通帶頻率的一些損失。聲波濾波器
，特別是BAW和SAW濾波器，由於其小尺寸和高Q因數而成為備受歡迎的選擇。SAW濾波器的設計和製造並不非常複雜，而BAW濾波器帶來更高的頻率操作和更強的Q因數性能。工程師們必須考慮其濾波應用的要求和濾波器的電氣規格——如濾波器類型、通帶、阻帶，和插入損耗——來為他們的係統設計選擇合適的濾波器。

作者：JJ DeLisle

來源：Qorvo

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