为何需要RF滤波器？

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射频（RF）滤波器是所有RF/微波系统的基础元件，特别是具备多个信道或频段的无线通信系统。RF滤波器的主要功能是衰减某些不需要频段中的信号，而只对所需频段中的信号产生最小的影响。

RF滤波器至关重要；因为在许多情况下，不良信号（称为干扰）会导致系统功能下降甚至损坏。在无线通信系统中，接收器输入端使用各类RF滤波器来衰减所需频段之外的信号。RF滤波器还用于减少来自发射器电路的谐波、杂散内容和带外泄漏。在智能手机等现代电子产品的许多应用场景下，这些设备均配备数种无线通信技术；如果不使用RF滤波器进行适当隔离，这些技术间可能会产生相互干扰——即所谓的共存设计挑战（图1）。

图1：5G智能手机示例图

由于大多数现代通信技术的紧凑设计限制了物理隔离，工程人员采用RF滤波器来增强所需的隔离效果，并确保这些产品符合必要的标准。这些标准可以是国家和国际监管机构制定的规范，例如美国联邦通信委员会（FCC）和全球电子通信委员会（ECC），以及Wi-Fi、4G/5G、蓝牙®和Zigbee等无线标准。许多现代电子产品还部署了要求额外滤波的特定功能，如全球定位系统（GPS）和其它地理定位技术，以及近场通信（NFC）技术。

考虑到现代无线通信系统尺寸极其紧凑的特点，也因此需要高度紧凑的滤波器；即便如此，这些滤波器仍要求较高的Q因数（品质因数），并可以很容易地集成至滤波器组，来用于多频段滤波应用。在许多情况下，每个频段都需要不同的RF滤波器，以尽量减少串扰并减轻非线性。为满足这一需求，工程师们经常使用声波滤波器（AWF）。

本质上，AWF由压电基板上的电声换能器构成，可以将电能转化为声能/机械能，反之亦然。基于这种方式，AWF将高频信号转换为声波信号，然后通过声学谐振器和滤波技术进行调节，最终转换回高频信号。与其它电磁滤波器技术相比，其优势在于声波现象比电磁滤波现象大约小五个数量级。实际上，这些因素导致声学滤波器在类似的性能下可以比传统电磁滤波器小一个数量级。

AWF包含两种主要类型——体声波（BAW）和表面声波（SAW）滤波器——其使用叉指式换能器转换电和声学信号。BAW滤波器引导信号能量通过基板的主体，而SAW滤波器引导信号能量沿基板表面传递。虽然这种区别起初看起来很简单，但现实中，不同的方法会导致性能和频率能力的显着差异。

由于制造过程主要包括表面结构的开发，SAW滤波器的设计和制造通常不那么复杂。相反，BAW滤波器则需要精确控制基板厚度与分层结构，例如在堆叠中精确间隔的声反射器。

然而，由于表面电声转导的物理限制，与BAW滤波器相关的相对尺寸和物理特性允许它们能够被设计成比SAW技术更高的频率操作和更高的Q因数。此外，BAW滤波器可以利用与标准IC加工系统兼容的技术制造，并且通常表现出更高的功率处理能力。尽管有些SAW滤波器技术结合了温度补偿设计功能，或以其它方式制造，以尽量减少温度敏感性，但BAW滤波器的温度漂移仍比SAW滤波器低。

一般来说，SAW滤波器可以在实际中制造用于2000MHz或2500MHz的频率；相比之下，BAW滤波器可达到10GHz甚至更高。因此，SAW和BAW技术在100MHz和大约2500MHz的频率范围内存在直接竞争。

工程师何时会使用BAW与SAW?

在为特定应用选择滤波器时，必须了解滤波器应用的要求并解读滤波器的电气规格。每个滤波器应用都会对中心频率、带宽、所需信号电平和抑制要求等提出需求。系统工程师通常会列出这些系统要求；工程人员在选择滤波器时，要确保滤波器在保持预算的前提下满足这些要求，并制定一个将滤波器纳入系统设计中的计划。对于现代无线设备，通常涉及到设计由许多滤波器组成的滤波器组，以满足严格的要求和符合无线与监管机构的标准。

以下为RF滤波器设计的关键电气规格：

滤波器类型（低通、高通、带通、陷波/通抑制）

通带频率（Hz）

抑制频率（Hz）

抑制或带外抑制（dB）

衰减（dB）

插入损耗（dB）

隔离度（dB）

选择性（dB）