什么是射频滤波器？

射频滤波器是电子元件，用于允许或阻止选定的信号或频率，以消除噪声或通过不需要的信号。常见的类型有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。

在雷达、测试测量系统等微波通信系统中，微波射频滤波器是关键的电子元器件。滤波器是无源电路，经过适当的设计和设置，可以产生微波射频滤波作用。

随着移动设备的功能越来越强大，支持的网络频段也越来越多，射频前端模块已经成为移动设备不可或缺的一部分。例如，较新的手机至少需要支持3G、4G、5G和WiFi、GPS等网络制式，而每一种制式都需要其射频前端模块。射频前端模块一般包括天线开关、多路复用器、滤波器、功率放大器和低噪声放大器等。

为什么我们需要射频滤波器？
随着无线通信应用的发展，人们对数据传输速度的要求越来越高。在2G时代，只有少数人会用手机上网，浏览WAP版网页，所需的数据速率约为1KB/s。3G时代，随着智能手机的普及，使用运营商网络收发邮件，各种APP的使用，导致网络流量急剧增加。所需的数据速率约为 50KB/s。4G时代，直播等应用大大提高了手机通信的带宽需求，要求的数据速率达到1MB/s。更不用说正在进入的5G时代，需要更快、更大的数据传输量。

与数据速率的提升相对应的是频谱资源的高利用率和通信协议的复杂性。这两个问题是相辅相成的：由于频谱资源有限，要满足人们对数据速率的需求，必须充分利用频谱。因此，手机必须能够覆盖很宽的频率范围，这样才能在拥挤的情况下使用不同人的设备。只有这样才能分配足够的频谱带宽。同时，为了满足数据速率的要求，从4G开始就采用了载波聚合技术，使得一台设备可以同时使用不同的载波频谱来传输数据。

另一方面，为了在有限的带宽内支持足够的数据传输速率，通信协议变得越来越复杂，因此对射频系统的各项性能提出了严格的要求。

在射频前端模块中，射频滤波器起着至关重要的作用。它可以过滤带外干扰和噪声，以满足射频系统和通信协议的信噪比要求。如上所述，随着通信协议越来越复杂，对频段内外的通信协议的要求也越来越高，这也使得滤波器的设计越来越具有挑战性。另外，随着手机需要支持的频段数量不断增加，因为每个频段都需要有自己的滤波器，因此手机需要使用的滤波器数量也越来越多。

过滤技术
射频滤波器最重要的指标包括品质因数Q和插入损耗。在目前的通信协议中，不同频段之间的频率差越来越小，因此需要非常好的选择性让通带内的信号通过，而阻断通带外的信号。Q 越大，滤波器的通带带宽越窄，可以实现的选择性就越好。除了品质因数Q，插入损耗也是一个重要参数。插入损耗是指滤波器对通带信号的衰减，即信号功率损耗。

目前射频滤波器最主流的实现方式是SAW和BAW。SAW 是一种利用压电效应的表面声学 RF 滤波器。当对晶体施加电压时，晶体会发生机械变形，将电能转化为机械能。当这种晶体被机械压缩或伸展时，机械能转化为电能。电荷形成在晶体结构的两侧，允许电流流过端子和/或在端子之间形成电压。在固体材料中，交替的机械变形可以产生速度为每秒 3,000 至 12,000 米的声波。在表面声波滤波器中，声波在表面传播形成驻波，

射频滤波器类型的基础
滤波器是一种过滤波的装置。它是一种允许某一频段内的信号通过而阻止该频段外信号通过的电路。滤波器主要包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器，按电路工作原理可分为无源滤波器和有源滤波器。

低通滤波器：
电感阻止高频信号通过，允许低频信号通过，而电容的特性则相反。信号可以通过电感或通过电容接地的滤波器，其对低频信号的衰减比对高频信号的衰减小，称为低通滤波器。低通滤波器的原理非常简单。它利用电容通高频阻低频，电感通低频阻高频的原理。对于需要截止的高频，用电容吸收电感，阻止其通过；对于需要释放的低频，

高通滤波器：
高通滤波器的特性一般用一阶线性微分方程表示。它的左侧与一阶低通滤波器相同。只有右边是激发源的导数而不是激发源本身。当较低的频率通过系统时，很少或没有输出，而当较高的频率通过系统时，衰减较小。实际上，对于极高的频率，一个电容就相当于短路。这些频率可以在电阻的两端输出。也就是说，高通滤波器适合通过高频但对低频有较大的阻碍作用，即最高通滤波器。

带通滤波器：
带通滤波器是一种只允许特定频率通过而有效抑制其他频率信号的电路。由于其对信号的选择性，带通在电子设计中得到广泛应用。例如，RLC tank 是一个模拟带通滤波器。带通滤波器是指能够通过一定频率范围内的频率成分，而将其他范围内的频率成分衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。

新一代基板技术实现5G突破
4G时代滤波器数量约为60-80个，5G时代滤波器数量将达到120-150个。基于 POI 优化基板，新型 SAW 滤波器可提供内置温度补偿，并可在单个芯片上集成多个滤波器。

射频滤波器作为移动通信系统的核心部件之一，负责将手机发射和接收的无线电信号从不同频段分离出来。它与功率放大器 (PA)、双工器和双工器、开关和低噪声放大器 (LNA) 结合在一起。它们一起构成射频前端 (RFFE) 系统。由于5G终端设计技术越来越复杂，射频滤波器预计三年内市场复合年增长率（CAGR）将高于12%，达到180亿美元。2019 年底，RFFE 市场规模约为 130 亿美元（包括 3G 和 4G）。

为新一代 4G/5G 超锯齿射频滤波器供应压电 (POI) 基板对于进一步增强其先进的射频前端产品组合以及 5G 调制解调器和射频系统的性能至关重要。该技术正在集成到多个产品线中，包括功率放大器模块 (PAMiD)、前端模块 (FEMiD)、分集模块 (DRx)、Wi-Fi 分离器、GNSS 分离器和射频多路复用器。考虑到要实现高速数据传输，4G和5G网络需要使用更多的频段。因此，智能手机必须集成数量更多、性能更好的滤波器，以确保信号完整性和通信可靠性。

滤波器市场的前景可谓一片大好，但滤波器仍然是射频前端最具挑战性的模块。