隨著射頻技術(shù)的發(fā)展，射頻電路中的很多模塊也被發(fā)掘出更多的作用。要發(fā)掘這些模塊“潛力”的話，就必須要更加深入了解這個模塊，濾波器就是這樣一個可以被發(fā)覺的模塊，濾波器是射頻前端重要的模塊之一。顧名思義，濾波器的主要功能是“濾波”，即通過有用信號，阻擋干擾信息。

圖：射頻前端中的濾波器

在射頻通信系統(tǒng)中，“頻譜”是非常寶貴且擁擠的資源。除了與我們生活息息相關(guān)的5G、4G、Wi-Fi、GPS及藍(lán)牙信號外，還有通信衛(wèi)星、軍用衛(wèi)星以及氣象監(jiān)測等信號。在實(shí)際生活中，無線信號無處不在，所以，就需要射頻“濾波器”將無用信號處理干凈。

圖：擁擠的頻譜資源

5G射頻前端模組中的濾波器

目前5G大規(guī)模商用 的主要是5G 6GHz以下頻段。在這部分頻段中，根據(jù)頻率的不同，分為Sub-3GHz與Sub-6GHz兩部分。 Sub-3GHz頻率位于3GHz頻率以下，是原來4G LTE的頻段的升級重新使用，所以又叫重耕（Re-farming）頻段。這部分頻段的特點(diǎn)是頻譜眾多、帶寬較窄、較多FDD頻段，需要對信號進(jìn)行精準(zhǔn)過濾才能夠滿足正常通信需求。 5G Sub-6GHz一般指6GHz以下、3GHz以上的新頻段的部分，目前最主要的頻段有n77（包含n78）、n79兩個頻段，這部分頻段帶寬寬、旁邊基本無干擾頻段，并且是TDD頻段，不需要考慮發(fā)射及接收之間的干擾，可以減輕對濾波器帶外抑制的需求。

圖：5G射頻前端的頻率覆蓋，及對濾波器的特性需求

5G射頻前端模組中用到的濾波器主要分類如下：

圖：5G射頻前端模組的濾波器分類

壓電濾波器

壓電濾波器（Piezoelectric Filter）是利用材料的壓電效應(yīng)所設(shè)計(jì)的濾波器。 壓電材料的特性是可以將電信號轉(zhuǎn)化為機(jī)械信號。射頻中常用的壓電效應(yīng)是將電信號轉(zhuǎn)化為機(jī)械信號中的彈性波信號，在機(jī)械信號中進(jìn)行處理后，再轉(zhuǎn)化為電信號輸出。由于所使用的彈性波位于聲波頻率范圍內(nèi)，所以這種器件又叫聲波器件（Acoustic Wave Device）。

圖：聲波器件工作原理

在聲波器件中，最為常見的是SAW和BAW兩種器件，兩者全稱分別為聲表面波器件，和體聲波器件（Surface Acoustic Wave，Bulk Acoustic Wave）。 從SAW和BAW的名字可以看出，二者都是利用了聲學(xué)特性設(shè)計(jì)的器件，不過一種是使聲波在表面?zhèn)鬏?，一種是使聲波在“體”內(nèi)傳輸。 下圖分別為SAW和BAW器件的工作原理示意圖。

圖：BAW濾波器工作原理示意圖

壓電濾波器的優(yōu)勢是可以利用聲學(xué)器件極高的Q值，設(shè)計(jì)出窄帶高抑制、低插損的濾波器。缺點(diǎn)是必須要用到壓電材料，與集成電路中的半導(dǎo)體工藝不兼容。并且工藝敏感，對設(shè)計(jì)和制造工藝提出了高的要求。 5G射頻前端模組中不同濾波器的對比如下圖所示：

圖：5G模組中不同濾波器的對比

5G射頻模組中的濾波器集成

不管是對于IPD、LTCC設(shè)計(jì)的LC濾波器，還是對于SAW、BAW技術(shù)設(shè)計(jì)的壓電濾波器，都與射頻前端中的PA、LNA以及開關(guān)設(shè)計(jì)中的GaAs、SOI、CMOS等半導(dǎo)體工藝不兼容，在模組設(shè)計(jì)中，采用系統(tǒng)級封裝（SiP，System in Package）方式來集成實(shí)現(xiàn)模組集成。

圖：5G射頻前端模組的工藝實(shí)現(xiàn)

在5G集成模組中，除了對上述濾波器的主要衡量指標(biāo)有要求外，還對濾波器尺寸、二次封裝能力等提出了更高要求。由于封裝進(jìn)模組之后無法進(jìn)行二次調(diào)試和替換，5G集成模組中濾波器還要求有高的一致性和可靠性。

總 結(jié)

濾波器是射頻前端中的重要器件，負(fù)責(zé)完成信號的“濾波”功能。在濾波器評估中，頻率和帶寬、插損、抑制、溫度特性和功率特性是重要的評價指標(biāo)。 5G移動終端中常用的濾波器有LC濾波器和壓電濾波器，分別在寬帶、對抑制要求不高的場景，以及窄帶、對抑制有高要求的場景中使用。 在5G高集成模組化演進(jìn)中，濾波器也被不斷集成進(jìn)射頻前端模組中來。在集成過程中，除了考慮常規(guī)濾波器指標(biāo)外，還需要考慮濾波器的尺寸、二次封裝能力、可靠性等指標(biāo)。