射频滤波器是什么样子的？

okhxyyo

射频滤波器是什么样子的？ [复制链接]

 

所有无线系统和应用中不可或缺的设备之一——射频滤波器。我们在文献中谈论了很多关于射频滤波器的内容，包括它们的原理、功能和重要性。然而，人们可能会发现很少有关于射频滤波器类型的实际实现的信息，例如它们的外观（实现技术）以及它们为何以及如何集成到应用程序中。

并联或串联 LC 谐振电路

从原理上讲，我们很容易理解滤波器是一种由多个在某一特定频率下谐振的 LC 电路组成的器件。听起来很简单，这就是我们在课本上学到的！现实中是这样吗？在这里您可以找到一张拆解智能手机的图片。假设智能手机支持多个频段进行无线信号处理，例如3G、4G、5G、Wifi、蓝牙、GPS等，并且每个频段都有不同的中心频率和带宽。

你能找到图中的“LC 滤波器”吗？或者你能发现 L 或 C 电路吗？

1994 年摩托罗拉 2G 手机拆解图。

在我们深入探索当前智能手机过滤器之前，让我们仔细观察一下摩托罗拉 2G 手机。这款手机于 20 世纪 90 年代推出并发布。PCB 组装、器件元件和封装方面存在巨大差异！不要忘记，与现代智能手机相比，这款老式型号的功能较少，但尺寸较大。

回到问题，现在你能像课本上看到的那样识别射频滤波器吗？如果您正在寻找小东西，那么您会惊讶地发现 PCB 左侧最大的白色块是 RF 滤波器。您的脑海中可能会立即浮现出许多问题。比如为什么形状和我学到的LC滤波器完全不一样？为什么尺寸这么大？下面就让我们来揭开其中的谜底吧。

电介质射频滤波器与集总射频滤波器

该射频滤波器是使用介电技术实现的。换句话说，LC 电路是使用具有特定材料属性和形状的电介质块来实现的，以便充当谐振电路和 LC 储能电路的代表。由于高频下低损耗和高选择性滤波器性能的应用要求，基于相对较大尺寸的集总L或C元件（我们在教科书中看到的）的滤波器实际上是不可能实现的。需要注意的是，滤波器的阶数越高，实现它所需的L和C元件就越多，因此尺寸过大。

小型化需要更好的谐振器类型或结构，因此在这种情况下，选择并实现介电谐振器来实现射频滤波器。这是因为即使在小型化时，电介质也能够产生高 Q 因数（质量）。从滤波器的结构和尺寸来看，我们还可以观察到射频滤波器技术在实现手机小型化方面发挥着至关重要的作用。

随着手机技术从 2G 发展到 5G，智能手机设备要处理的频谱和频率成分更加复杂，进一步突破了射频滤波器创新和实施的极限。这就解释了为什么当前射频滤波器的实现采用外形尺寸小得多的芯片封装，而不会牺牲技术性能，如智能手机拆解图片所示。

 

 

智能手机拆解图片

最大程度小型化

此外，为了更好地说明高效小型化技术的重要性，我们可以看看我们的 4G 和即将推出的 5G 手机。大胆猜猜里面有多少个过滤器？如果您的猜测低于 10，那么您就大错特错了！

4G 手机内有大约 50-90 个独特的滤波器，可满足所有形式的传输、接收和通信需求。从 1G 到 4G，从 WiFi 到蓝牙，这还不包括提供的任何流媒体服务或本地服务，每个手机功能都需要自己的过滤器来适应其功能。据估计，5G 手机将至少拥有 100 多个过滤器，用于其即将提供的所有服务。

如果射频滤波器技术继续沿用我们90年代使用的技术，那么也许我们将拥有一本书大小的手机！对射频滤波器小型化的迫切需求是显而易见的。值得庆幸的是，事实并非如此。介绍 SAW 和 BAW 滤波器。

SAW 和 BAW 滤波器

当前流行的智能手机射频滤波器实现技术是基于声波的，例如使用压电材料实现的SAW（表面声波）或BAW（体声波）。直到 90 年代末，移动应用中使用的滤波器都是基于电介质/陶瓷和 SAW 技术。

SAW 滤波器由于声波工作而实现了良好的小型化，但它们仅在低 GHz 范围内表现出良好的性能。此外，陶瓷滤波器和 SAW 滤波器都不能集成在芯片上，因为它们与现代手机设计中采用的 CMOS 技术不兼容。

目前，新兴的BAW技术因其高性能特点而受到热烈欢迎。它与 CMOS 兼容，能够处理更高的频率和功率处理，这有利于 5G 应用的开发。SAW和BAW技术的差异如下图所示。

 

BAW 滤波器插图

现在，对于任何在射频和微波电信领域进行教学、学习或深入研究的人来说，这都引出了一个关键问题：我们在教科书中学到的设计技术是否足够甚至接近实际实施？尽管谐振器类型和实现技术不断发展？也许是时候修改有关射频滤波器的内容，以跟上技术进步的步伐了。