智能手機通信系統(tǒng)主要由天線、射頻前端模組、射頻收發(fā)模塊以及基帶芯片組成。發(fā)射通道路徑依次為：基帶芯片、射頻收發(fā)模塊、開關、功率放大器（PA）、濾波器/雙工器、開關、天線；接收通道路徑依次為：天線、開關、濾波器/雙工器、低噪聲放大器（LNA）、開關、射頻收發(fā)模塊、基帶芯片。由此可見，無論是發(fā)射通道還是接收通道，射頻濾波器都是不可或缺的關鍵元器件。

智能手機通信系統(tǒng)結構示意圖（來源：卓勝微）

隨著智能手機支持的射頻頻帶數量急劇增加，用于射頻頻帶相互隔離的濾波器市場需求旺盛。射頻濾波器是一種選頻裝置，通過耦合基本元件或諧振器來實現，主要作用是允許符合特定頻率的信號通過，同時抑制不需要的頻率信號，以解決不同頻帶和通信系統(tǒng)之間產生的信號干擾問題。按照接收或抑制信號的不同方式，射頻濾波器可分為：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器；按照不同器件的結構類型，射頻濾波器可分為：分立式電感電容型（LC）濾波器、多層陶瓷濾波器、單體式陶瓷濾波器、空腔濾波器、聲學濾波器。

射頻濾波器的結構類型（成本、性能、尺寸比較）

由于聲波在固態(tài)材料中的傳播速度比電磁波在電介質中的傳播速度小3~4個數量級，相應的聲波波長比電磁波波長小3~4個數據級，因此聲學濾波器的尺寸大幅減小，且具有低成本和高性能等特點，成為以智能手機為代表的移動設備常用射頻濾波器。本課程所提及的射頻濾波器（或“濾波器”）主要指聲學濾波器，包括聲表面波（SAW）濾波器和體聲波（BAW）濾波器兩大類。

電磁波和聲波在不同介質中的傳播速度和波長（@2GHz）

聲表面波濾波器通常是在石英、鉭酸鋰（LiTaO3）或鈮酸鋰（LiNbO3）等構成的壓電襯底上，通過叉指換能器將電輸入信號轉化成聲波。聲表面波的一個主要優(yōu)勢是能夠極好地滿足最高1.9 GHz標準濾波器應用，包括GSM、CDMA和3G等標準頻帶，以及部分4G頻帶。另外，目前采用晶圓級封裝等技術縮小聲表面波濾波器的體積，這使得多個頻帶的濾波器和雙工器都可集成于一顆芯片。另外，聲表面波濾波器對溫度非常敏感，因此發(fā)展出溫度補償技術。

聲表面波濾波器（上） vs. 體聲波濾波器（下）

相比聲表面波濾波器，體聲波濾波器能夠在更高的頻率等級，以更低的插入損耗，提供出眾的性能（更高的質量因子）。但為了實現高頻率應用，體聲波濾波器的壓電層必須只有幾微米厚，諧振器結構需要采用薄膜沉積和微加工技術，并在載波襯底上完成。通過使用體聲波技術，能夠開發(fā)邊緣斜率極高和抑制能力優(yōu)秀的窄帶濾波器。體聲波可以處理的頻率高達6 GHz，在4G LTE和5G頻段中多有使用。另外，對于LTE/Wi-Fi共存濾波器，體聲波也非常有效。此外，即使在寬帶寬，體聲波濾波器的設計對溫度變化的敏感性也低得多。

不同類型的射頻濾波器工作頻率及應用領域（來源：Akoustis）

縱觀全球射頻濾波器產業(yè)，聲表面波濾波器市場的“半壁江山”被日本村田（Murata）占據，TDK、思佳訊（Skyworks）、Qorvo、太陽誘電（Taiyo Yuden）等日美巨頭幾乎瓜分了剩余的半塊“肥肉”；BAW濾波器市場的九成市場份額則由美國企業(yè)博通（Broadcom）和Qorvo霸占。核心器件專利、技術和市場被國外廠商把持，成為中國智能手機缺“芯”之痛。而當下國產替代的機遇，造就了中國射頻濾波器企業(yè)的黃金時代，已經并正在吸引眾多海歸專家與本土人才投身其中，一股創(chuàng)業(yè)熱潮正在神州大地掀起。

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