2元2022-01-08 01:47:03
随着全球联网设备增多,射频前端系统需求量增多,滤波器的需求量自然增多。千亿级设备连接,
这是物联网应用的网络需求,未来全球移动通信网络连接的设备总量将达到千亿规模。根据IMT-2020
5G推进组预测,到2020年全球移动终端(不含物联网设备)数量将超过100亿,其中中国将超过20亿。
射频频段增多,滤波器的需求量自然增多。从1G-->2G-->3G-->4G,再到5G,射频的频段不断增多,
其射频器件的应用数量也快速增加。从射频前端使用滤波器的数量来看,随着频段数量的增加,射频滤
波器件的需求量也相应增加。
中国移动要求的5模13频分为8个FDD频段和5个TDD频段。因为FDD是频分复用的,需要含有接收器、
发射器的双工器,同时接收还需要一个单独的滤波器,所以一个频段需要3个滤波器,总共24只。TDD
模式5个频段,每个频段需要一个发射以及一个接收的滤波器,共10个。再加上手机上的wifi、GPS、
蓝牙等,滤波器数量达到30-40个。
声表面波/体声波滤波器
声表采用将电能转换为表面声波的方式,利用声波共振效应实现的滤波。该声表面波滤波器的特点是体积非常小,
Q值相对LC高,采用半导体工艺适合批量生产。一只800MHz左右的滤波器体积大概只有一个0805电容大小。其
缺点是功率容量小,不适合小批量定制产品,研发周期长,研发成本高。
螺旋滤波器:
螺旋滤波器是一种半集总参数的滤波器,其采用放置在空腔内的螺旋电感的自谐振来实现谐振器,通过相邻谐振器的空间磁场实现耦合。
其优点是:体积较腔体小,Q值、功率容量较LC高。其缺点是:较难实现宽带,高频部分电感不易实现。
螺旋滤波器通常用在500MHz以下20%相对带宽,100W平均功率,对插损有一定要求的场合。
纹波:滤波器通带内S21曲线起伏的波峰与波谷之间的差值。
介质滤波器
介质滤波器是采用介质填充的四分之一波长短路线或者二分之一开路线实现的半集总滤波器。其优点是Q值较LC高,可以实现较LC
滤波器频率高的滤波器。其缺点是寄生较近,谐振器需要定制。
交指滤波器最大的特点是可以实现宽带,如果采用冗余谐振杆,考虑到机加可是线性,其相对带宽通常可以宽达60%。同时在K波段时,
宽带的梳状滤波器机加基本无法加工并且调试螺钉无法放置,因此在该条件下通常采用交指结构。交指结构与梳状相比其寄生通带较近,
通常其寄生通带在1.8F0左右。同体积下,交指滤波器较梳状滤波器功率容量大。
滤波器是无线通讯系统必不可少的关键性部件。
滤波器种类繁多,各种滤波器具有不同的性能特点,因此在滤波器选择时,通常需要综合考虑客户的实际使用环境以及客户性能需
求才能做出正确、有效、可靠的选择。
在客户对滤波器指标概念比较模糊时,通常需要询问客户体积、损耗、带外需要抑制的频率以及抑制度、功率容量等。根据这几个
简单的指标要求基本可以判断出滤波器种类。
1、SAW Filter
声表面波(SAW)滤波器广泛应用于2G接收机前端以及双工器和接收滤波器。SAW滤波器集低插入
损耗和良好的抑制性能于一身,不仅可实现宽带宽,其体积还比传统的腔体甚至陶瓷滤波器小得多。
因为SAW滤波器制作在晶圆上,所以可以低成本进行批量生产。SAW技术还支持将用于不同频段的
滤波器和双工器整合在单一芯片上,且仅需很少或根本不需额外的工艺步骤。
存在于具有一定对称性晶体内的压电效应是声滤波器的“电动机”及“发电机”。当对这种晶体施以
电压,晶体将发生机械形变,将电能转换为机械能。当这种晶体被机械压缩或展延时,机械能又转换
为电能。在晶体结构的两面形成电荷,使电流流过端子和/或形成端子间的电压。电气和机械能量间的
这种转换的能量损耗极低,无论电/机还是机/电能量转换,效率都可高达99.99%。
在固态材料中,交替的机械形变会产生3,000至12,000米/秒速度的声波。在声滤波器内,对声波进行
导限以产生极高品质因数(Q值可达数千)的驻波(standingwaves)。这些高Q值的谐振是声滤波器
的频率选择性和低损耗特性的基础。
在一款基础SAW滤波器中,电输入信号通过间插的金属交指型换能器(IDT)转换为声波,这种IDT是
在诸如石英、钽酸锂(LiTaO3)或铌酸锂(LiNbO3)等压电基板上形成的。在一款非常小设备内,IDT
的低速特性非常适合众多波长通过。
介质滤波器
介质滤波器利用介质陶瓷材料的低损耗、高介电常数、频率温度系数和热膨胀系数小、可承受高功率等特点
设计制作的,由数个长型谐振器纵向多级串联或并联的梯形线路构成。其特点是插入损耗小、耐功率性好、
带宽窄,特别适合CT1,CT2,900MHz,1.8GHz,2.4GHz,5.8GHz,便携电话、汽车电话、无线耳机、
无线麦克风、无线电台、无绳电话以及一体化收发双工器等的级向耦合滤波。
有源电力滤波器
有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置,它能对频率和大小都变化的谐波和无功进
行补偿,可以弥补无源滤波器的缺点,获得比无源滤波器更好的补偿特性,是一种理想的补偿谐波装置。早
在70年代,有源电力滤波器的基本原理和主电路拓扑结构就已被确定,但由于受当时的技术条件限制,未能
使有源电力滤波器得以实施。进入80年代后,新型电力电子器件的出现、PWM控制技术的发展以及瞬时无功
功率理论的提出,极大地促进了有源电力滤波器技术的发展。国外已开始在工业和民用设备上广泛使用有源电
力滤波器,并且单机装置的容量逐步提高,其应用领域从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统供电质量的
方向发展。