什么是射频滤波器?

随着移动设备变得更强大并支持越来越多的网络频带，RF前端模块已成为移动设备的不可或缺的一部分。例如，更新的移动电话需要至少支持3G，4G，5G和WiFi，GPS等网络标准，并且每个标准都需要其RF前端模块。RF前端模块通常包括天线开关，多路复用器，滤波器，功率放大器和低噪声放大器等。

为什么我们需要一个射频过滤器？

随着无线通信应用的发展，人们对数据传输速度的要求具有更高，更高的要求。在2G时代，只有少数人将使用他们的手机冲浪互联网并浏览WAP版本的WAP，所需的数据速率约为1kb / s。在3G时代，具有智能手机的普及，使用运营商的网络发送和接收电子邮件，以及各种应用程序的使用导致了网络流量的急剧增加。所需的数据速率约为50kb / s。在4G时代，Live广播等应用程序大大增加了移动电话通信的带宽要求，所需的数据速率达到了1MB / s。更不用说进入的5G时代，这需要更快，更大的数据传输。

对应于数据速率的增加是频谱资源的高利用率和通信协议的复杂性。这两个问题是互补的：由于频谱资源有限，以满足人们对数据速率的需求，必须充分利用频谱。因此，移动电话必须能够覆盖宽频范围，因此可以在拥挤的情况下使用不同的人员的设备。只有那么可以分配足够的频谱带宽。同时，为了满足数据速率要求，自4G以来已经使用了载波聚合技术，使得设备可以使用不同的载波频率频谱同时传输数据。

另一方面，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输速率，通信协议变得越来越复杂，对射频系统的各种性能提出了严格的要求。

在射频前端模块中，射频滤波器起着至关重要的作用。它可以过滤带外干扰和噪声，以满足射频系统和通信协议的信噪比要求。如前所述，随着通信协议越来越复杂，对频带内外通信协议的要求也越来越高，这也使得滤波器的设计越来越具有挑战性。此外，随着手机需要支持的频带数量的不断增加，因为每个频带都需要有自己的滤波器，需要在手机上使用的滤波器的数量也在不断增加。

过滤技术

射频滤波器最重要的指标是质量因数Q和插入损耗。在目前的通信协议中，不同频带之间的频率差越来越小，所以让通带内的信号通过，阻断通带外的信号需要很好的选择性。Q越大，滤波器的通带带宽越窄，可实现的选择性越好。除了品质因子Q之外，插入损耗也是一个重要的参数。插入损耗是指通带信号被滤波器衰减，即信号功率损耗。

目前，RF滤波器的最主主流实施方法是锯和击剑。锯是一种使用压电效应的表面声学滤波器。当将电压施加到晶体时，晶体将经过机械变形，将电能转化为机械能。当该晶体被机械压缩或延伸时，机械能被转换成电能。电荷形成在晶体结构的两侧，允许电流流过端子和/或在端子之间形成电压。在固体材料中，交替的机械变形可以产生速度为每秒3,000至12,000米的声波。在表面声波滤波器中，声波在表面上传播并形成常设波，其质量因子可以达到数千个。

类型的过滤器

过滤器是一种过滤波的装置。它是一种允许某一频带内的信号通过，同时阻塞该频带外的信号的电路。滤波器主要包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器，根据电路的工作原理可分为无源滤波器和有源滤波器。

• 低通滤波器:
  电感可防止通过传递的高频信号并允许低频信号通过，但电容器的特性是相反的。通过电容器通过电感器或通过电容器连接到地的滤波器的过滤器的滤波器比高频信号的低频信号衰减较小，并且称为低通滤波器。低通滤波器的原理非常简单。它使用电容器通过高频来阻挡低频的原理，电感器通过低频来阻挡高频。对于需要切断的高频，使用电容吸收电感并防止其通过;对于需要释放的低频，使用电容器的高电阻的特性和电感的低电阻，让它通过。
• 高通滤波器：
  高通滤波器的特性通常由一阶线性微分方程表示。它的左侧与一阶低通滤波器相同。只有右侧是激励源的导数而不是激励源本身。当较低的频率通过系统时，几乎没有输出，并且当较高的频率通过系统时，会衰减将较少。实际上，对于极高的频率，电容器相当于短路。这些频率可以在电阻的两端输出。换句话说，该系统适用于通过高频率，但对低频具有更大的阻碍效果，即最高通滤波器。
• 带通滤波器:
  带通滤波器是一种只允许特定频率通过，同时有效抑制其他频率信号的电路。由于其对信号的选择性，它在电子设计中得到了广泛的应用。例如，RLC槽是一个模拟带通滤波器。带通滤波器是指能让某一频率范围内的频率成分通过，但使其他频率范围内的频率成分衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相反。

新一代衬底技术达到5G突破

4G时代的过滤器数量约为60-80，5G时代的过滤器数量将达到120-150。基于POI优化基板，新的SAW滤波器可以提供内置温度补偿，可以在单个芯片上集成多个过滤器。

射频滤波器作为移动通信系统的核心部件之一，负责将移动电话发送和接收的不同频段的无线电信号进行分离。它结合了功率放大器(PA)，双工器和双工器，开关和低噪声放大器(LNA)。它们一起构成了射频前端(RFFE)系统。由于5G终端设计技术日益复杂，预计3年内市场复合年增长率(CAGR)将超过12%，达到180亿美元。截至2019年底，RFFE市场规模约为130亿美元(包括3G和4G)。

为新一代4G/5G超锯射频滤波器提供压电(POI)基板，对于进一步提高其先进的射频前端产品组合以及5G调制解调器和射频系统的性能至关重要。该技术被集成到多个产品线中，包括功率放大器模块(pami)、前端模块(FEMiD)、分集模块(DRx)、Wi-Fi分配器、GNSS分配器和射频多路复用器。考虑到要实现高速数据传输，4G和5G网络需要使用更多的频段。因此，智能手机必须集成更多性能更好的滤波器，以确保信号的完整性和通信的可靠性。

滤波器市场的前景可以说是巨大的，但滤波器仍然是射频前端最具挑战性的模块。