滤波器,射频前端模块中过滤信号的核心部件,在射频前端市场中占据着最大的份额。从目前射频前端使用滤波器的价值量来看,伴随着通信频段的增多,滤波器在射频前端价值量占比仍有不断扩大的趋势。
不同技术路线的带通滤波器特征与工艺特点
射频滤波器主要有三个种类,分别是让低频率信号通过的低通滤波器lpf,然后是让高频率信号通过的高通滤波器hpf。最后是按需求让特定频率信号通过的带通滤波器bpf,现有的滤波器均使用这三种技术中的其中一种。
应用广泛的陶瓷滤波器在低通滤波器lpf、高通滤波器hpf和带通滤波器bpf中都有其身影,而目前通信设备中最常用的saw、fbar(包括baw)滤波器则都属于带通滤波器。在高频应用领域,fbar(包括baw)、saw和陶瓷滤波器均有各自的特征。
fbar和saw有些特性很相近,如耐功率和可最小化尺寸。二者对于通带附近的频率都拥有陡峭的衰减特性,fbar的带外抑制陡峭度会更好。fbar更适合使用在一些带外抑制要求较高的频段,更陡峭的衰减特性和更低插入损耗让fbar在高频段、大带宽下能保持更高的性能。
而陶瓷滤波器,其实可以覆盖到fbar和saw都无法实现的宽频率,且插入损耗在各类带通滤波器bpf中也是最低的,耐功率也优于fbar和saw。但是,陶瓷滤波器不能衰减,无法提供带外抑制,这是硬伤。在各类为大家熟知的终端里,不同技术的各种滤波器会根据作用功能都有相应的使用。
fbar采用压电型薄膜,薄膜上下部分均有电极,在压电薄膜下方形成空洞,使压电薄膜产生共振。saw则是在压电材料的基片上形成梳状的电极idt,信号输入后,压电基片上会产生与外加信号频率相同的机械振动波,通过调整idt的宽度间隔,让所希望的频率通过。
陶瓷滤波器则有不同的工艺,分为集中常数型滤波和分布常数型滤波。集中常数型滤波是很多电感和电容集成在一个滤波器中,这些集成在其中的电容和电感有着严格的公差,在低通滤波和高通滤波中较为常见。分布常数型滤波中则是谐振器,可以通过增加谐振器数量来实现更宽的带宽和陡峭性能,是bpf类滤波的工艺构造,可以用在5g nr sub 6ghz频段。
5g发展背后的rf滤波器
在5g已经到来且逐步扩大其应用范围的今天,更高带宽和更快数据速率的巨大需求需要通过不断的网络升级实现。和通信技术不断进步相辅相成的是,市场对射频滤波器的体积、能耗、功能、频段等要求不断提升,高性能的射频滤波器需求日益增多。
这些特性各异的高频率rf滤波器在5g技术的发展中有着重要的推动作用。fbar滤波器优秀的q因子值意味着滤波器整体的性能更好,通过先进工艺获得高电气q因子值,在更高频段、更大带宽下能保持更高的性能。其次,fbar滤波器适用于更高的频率,不仅能适用于10ghz内频率,甚至还能更高(60ghz),市场对射频滤波器频段等要求是在不断提升的,适配更高频率显然更符合市场趋势。
saw虽然在5g时代开始在频率上略显吃力,但高端saw仍然依靠先进的工艺和厂商深厚的积累,体现出了不俗的竞争力,例如村田的ihp-saw技术,可以实现2.5-3ghz乃至更高的频率性能。在saw技术探索上,向5g乃至6g突破也有着曙光。分布常数型陶瓷滤波器则依靠高带宽高频能力,在推动5g技术落地中一直稳定地发挥着作用。
小结
5g时代更高带宽和更快数据速率的巨大需求,加上massive mimo、载波聚合等技术的应用,对设备的射频元器件性能提出了更高要求。总的来看,更低损耗、更高带宽、陡度以及更轻薄和高可靠性的射频元器件才能满足5g发展的需求。
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