互聯(lián)設備必須要跨多個頻段來發(fā)送蜂窩信號、Wi-Fi 信號、藍牙信號和 GPS 信號，同時還要避免干擾。我們可能會立即想到智能手機，但安裝在車頂?shù)孽忯~鰭、蜂窩基站、雷達和通信系統(tǒng)以及與物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 相連接的工業(yè)、科學或醫(yī)療應用都是如此，這時就需要濾波器出場了。

 

沒有濾波器的智能手機就是一塊磚頭

 

與天線一樣，濾波器正成為聯(lián)網(wǎng)混頻器中一個日益重要的部分。設備會收到各種頻率，而濾波器可以讓所需頻率通過，同時抑制不需要的頻率。換句話說，濾波器就像是約翰·羅納德·瑞爾·托爾金的著作《指環(huán)王》中的甘道夫一樣：“你休想從這里過去!”如今的設備為了避免被干擾，通常裝有 30 到 40 個濾波器。隨著下一代高端智能手機所需的濾波器數(shù)量更多，這一情況還會變得更加復雜。

 

濾波器設計挑戰(zhàn)

 

濾波器是 RF 設計工程師必不可少的工具，但它們也面臨著諸多挑戰(zhàn)。對于起動器來說，濾波器的性能會隨著溫度的變化而變化。濾波器公眾號(微信號：Filter_CN)<如今各種設備中的濾波器所承受的平均溫度可達 60 攝氏度(140 華氏度)或更高，而室內濾波器所承受的平均溫度為 25 攝氏度(77 華氏度)，鯊魚鰭或車頂中嵌入的濾波器所承受的溫度甚至更高。濾波器的溫度越高，就越難過濾掉特定頻率，信號因而就越有可能“漂移”至相鄰頻段。

 

由于新分配的很多頻段與現(xiàn)有頻段十分接近，管理溫度漂移便顯得尤為重要。與此同時，載波聚合 (CA) 也在迅速發(fā)展，蜂窩服務提供商最多可將 5 個載波信道組合在一起來提高網(wǎng)絡性能，其中精確濾波是必備條件。

 

 

為了解決溫度問題，RF 行業(yè)正在開發(fā)低漂移和無漂移的濾波器技術。表面聲波 (SAW) 和體聲波 (BAW) 濾波器在溫度發(fā)生變化時依然能保持性能高度穩(wěn)定，可滿足新興設備嚴苛的性能要求。

 

如今5G來了，5G高端智能手機需要配備更多濾波器，甚至多達60~80個。與 RF 的所有其他組件類似，留給濾波器的空間十分有限。工程師必須要能將多個濾波器整合進更小的空間內，才能發(fā)揮出更高性能。

 

雙工器、三工器、四工器，甚至是六工器，這類設備統(tǒng)稱為多路復用器。多路復用器可將多個濾波器整合在一個器件中，從而幫助設計人員節(jié)省空間、簡化設計、滿足性能要求，同時還能避免干擾。

 

 

最后的挑戰(zhàn)是 Wi-Fi。盡管一些人可能仍在使用智能手機發(fā)短信、打電話，但大多數(shù)人都會用智能手機來瀏覽網(wǎng)頁、觀看視頻以及訪問社交媒體。因為 LTE 和 Wi-Fi 的頻段非常接近，所以如果未經(jīng)濾波，Wi-Fi 信號就會導致設備接收 LTE 信號的靈敏度降低。而靈敏度降低會給我們帶來很多麻煩，如通話掉線或中斷。

 

 

為此，我們需要一種特殊的濾波器。共存濾波器可讓 Wi-Fi 和 LTE 信號和諧共存，絕對名副其實。這種濾波器可以抑制緊密相鄰的頻率，這樣我們在瀏覽朋友的票圈故事時才不會錯過媽媽的電話。它們在車聯(lián)網(wǎng)中也起著重要作用，因為 LTE、Wi-Fi、藍牙、GPS 以及車對車 (V2V) 和車對基礎設施 (V2I) 通信必須在沒有干擾的情況下共存。

(以上內容來自 Qorvo半導體 作者 Brent Dietz)

 

5G濾波器為何選擇陶瓷

 

濾波器是基站不可或缺的核心部件，因為5G帶來訂單利潤，濾波器也迎來爆發(fā)。而陶瓷濾波器能滿足基站高集成化和小型化的要求，5G時期市場潛力巨大。

 

陶瓷濾波器中的電磁波諧振發(fā)生在陶瓷介質材料內部，降低了整個濾波器的體積和重量，同時陶瓷材料具有高Q介質，插損低，可覆蓋的頻段帶寬更廣，承受功率高等特點。

 

很多人會有疑問，為何是陶瓷而不是金屬?其實比較重要的有三點：

 

其一：介質濾波器具備高介電常數(shù)、低損耗和體積小、功率大便于大規(guī)模集成;體積小安裝也方便;

 

其二：是可靠性好;陶瓷各項性能對溫度的變化不敏感，這個是在室外比較重要，不像金屬或者塑料對高低溫下性能變化大。同時陶瓷耐腐蝕性能好;

 

其三：陶瓷濾波器成本低。成本低，首先是原材料的成本低，陶瓷原料中主要組成部分：鈦、鎂、鈣單價都不貴，特別是有能力配制的廠商，價格可以大大降低。濾波器陶瓷的主要原料有：氫氧化鎂、鈦酸鎂、碳酸鈣、氧化鎂、碳酸鋇、氧化釤 、氧化鋅、碳酸鍶、三氧化二鋁、三氧化二鑭等。

 

同時目前采用的是干壓工藝，甚至有嘗試采用注塑工藝，尺寸精度高，后續(xù)機加工的環(huán)節(jié)隨著工藝成熟可以大大減少。由于生產(chǎn)材料為陶瓷粉末，且加工環(huán)節(jié)不需要大量數(shù)控機床，因此在介質濾波器的良率上升后，整體成本相較金屬濾波器能大大降低。在競爭充分和產(chǎn)能足夠的情況下，濾波器的價格將在現(xiàn)在基礎上下降70%。

 

目前陶瓷濾波器也面臨著不少的難點：

 

原料合成即陶瓷介質粉體材料配方是決定濾波器性能好壞的關鍵因素之一，同時介質濾波器生產(chǎn)過程中需盡力控制工藝以制出雜質少、缺陷少、晶粒均勻分布的陶瓷，因此陶瓷介質濾波器性能由粉體配方及生產(chǎn)工藝決定。陶瓷濾波器的生產(chǎn)流程包括粉體制造，壓制成型、燒結，打磨和調試等，由于陶瓷打磨的不可逆性，產(chǎn)品的調試是提高產(chǎn)能的關鍵，此外，金屬化自動化也是技術難點所在。

 

（以上部分內容摘自 艾邦陶瓷與粉末冶金展）

 

 

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