RF滤波器到底有多重要?一文让你搞明白

移动无线数据和 4G LTE 网络的快速增长导致了对新频段以及通过载波聚合来组合频段的需求不断增长,以容纳无线流量。3G 网络只使用了大约五个频段,LTE 网络现在使用的频段有 40 多个,随着 5G 的到来,频段的使用数量还会进一步增加。

互联设备必须要跨多个频段来发送蜂窝信号、Wi-Fi 信号、蓝牙信号和 GPS 信号,同时还要避免干扰。我们可能会立即想到智能手机,但安装在车顶的鲨鱼鳍、蜂窝基站、雷达和通信系统以及与物联网 (IoT) 相连接的工业、科学或医疗应用都是如此,这时就需要滤波器出场了。

没有滤波器的智能手机就是一块砖头

与天线一样,滤波器正成为联网混频器中一个日益重要的部分。设备会收到各种频率,而滤波器可以让所需频率通过,同时抑制不需要的频率。换句话说,滤波器就像是约翰·罗纳德·瑞尔·托尔金的著作《指环王》中的甘道夫一样:“你休想从这里过去!”如今的设备为了避免被干扰,通常装有 30 到 40 个滤波器。随着下一代高端智能手机所需的滤波器数量更多,这一情况还会变得更加复杂。

滤波器设计挑战

滤波器是 RF 设计工程师必不可少的工具,但它们也面临着诸多挑战。对于起动器来说,滤波器的性能会随着温度的变化而变化。如今各种设备中的滤波器所承受的平均温度可达 60 摄氏度(140 华氏度)或更高,而室内滤波器所承受的平均温度为 25 摄氏度(77 华氏度),鲨鱼鳍或车顶中嵌入的滤波器所承受的温度甚至更高。滤波器的温度越高,就越难过滤掉特定频率,信号因而就越有可能“漂移”至相邻频段。

由于新分配的很多频段与现有频段十分接近,管理温度漂移便显得尤为重要。与此同时,载波聚合 (CA) 也在迅速发展,蜂窝服务提供商最多可将 5 个载波信道组合在一起来提高网络性能,其中精确滤波是必备条件。

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为了解决温度问题,RF 行业正在开发低漂移和无漂移的滤波器技术。表面声波 (SAW) 和体声波 (BAW) 滤波器在温度发生变化时依然能保持性能高度稳定,可满足新兴设备严苛的性能要求。

如上文所述,下一代的高端智能手机同样需要配备更多滤波器。与 RF 的所有其他组件类似,留给滤波器的空间十分有限。工程师必须要能将多个滤波器整合进更小的空间内,才能发挥出更高性能。

双工器、三工器、四工器,甚至是六工器,这类设备统称为多路复用器。多路复用器可将多个滤波器整合在一个器件中,从而帮助设计人员节省空间、简化设计、满足性能要求,同时还能避免干扰。

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最后的挑战是 Wi-Fi。尽管一些人可能仍在使用智能手机发短信、打电话,但大多数人都会用智能手机来浏览网页、观看视频以及访问社交媒体。因为 LTE 和 Wi-Fi 的频段非常接近,所以如果未经滤波,Wi-Fi 信号就会导致设备接收 LTE 信号的灵敏度降低。而灵敏度降低会给我们带来很多麻烦,如通话掉线或中断。

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为此,我们需要一种特殊的滤波器。共存滤波器可让 Wi-Fi 和 LTE 信号和谐共存,绝对名副其实。这种滤波器可以抑制紧密相邻的频率,这样我们在浏览朋友的票圈故事时才不会错过妈妈的电话。它们在车联网中也起着重要作用,因为 LTE、Wi-Fi、蓝牙、GPS 以及车对车 (V2V) 和车对基础设施 (V2I) 通信必须在没有干扰的情况下共存。

没有滤波器,就会出现无线交通阻塞

在如今的移动环境中,一个设备所需的频段数量十分惊人,而随着 5G 时代的到来,这一趋势只会愈演愈烈。虽然支持所有频段会带来干扰问题,但采用滤波器后问题便可迎刃而解。没有滤波器,网络根本无法运转。

本文最早刊登在《网络世界》上,作者是 IDG 撰稿人 Brent Dietz。

本文转载自:Qorvo半导体
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