互聯(lián)設備必須要跨多個(gè)頻段來(lái)發(fā)送蜂窩信號、Wi-Fi 信號、藍牙信號和 GPS 信號，同時(shí)還要避免干擾。我們可能會(huì )立即想到智能手機，但安裝在車(chē)頂的鯊魚(yú)鰭、蜂窩基站、雷達和通信系統以及與物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 相連接的工業(yè)、科學(xué)或醫療應用都是如此，這時(shí)就需要濾波器出場(chǎng)了。

 

沒(méi)有濾波器的智能手機就是一塊磚頭

 

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

 

濾波器設計挑戰

 

濾波器是 RF 設計工程師必不可少的工具，但它們也面臨著(zhù)諸多挑戰。對于起動(dòng)器來(lái)說(shuō)，濾波器的性能會(huì )隨著(zhù)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(yú)鰭或車(chē)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(guò)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有頻段十分接近，管理溫度漂移便顯得尤為重要。與此同時(shí)，載波聚合 (CA) 也在迅速發(fā)展，蜂窩服務(wù)提供商最多可將 5 個(gè)載波信道組合在一起來(lái)提高網(wǎng)絡(luò )性能，其中精確濾波是必備條件。

 

 

為了解決溫度問(wèn)題，RF 行業(yè)正在開(kāi)發(fā)低漂移和無(wú)漂移的濾波器技術(shù)。表面聲波 (SAW) 和體聲波 (BAW) 濾波器在溫度發(fā)生變化時(shí)依然能保持性能高度穩定，可滿(mǎn)足新興設備嚴苛的性能要求。

 

如今5G來(lái)了，5G高端智能手機需要配備更多濾波器，甚至多達60~80個(gè)。與 RF 的所有其他組件類(lèi)似，留給濾波器的空間十分有限。工程師必須要能將多個(gè)濾波器整合進(jìn)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(lèi)設備統稱(chēng)為多路復用器。多路復用器可將多個(gè)濾波器整合在一個(gè)器件中，從而幫助設計人員節省空間、簡(jiǎn)化設計、滿(mǎn)足性能要求，同時(shí)還能避免干擾。

 

 

最后的挑戰是 Wi-Fi。盡管一些人可能仍在使用智能手機發(fā)短信、打電話(huà)，但大多數人都會(huì )用智能手機來(lái)瀏覽網(wǎng)頁(yè)、觀(guān)看視頻以及訪(fǎng)問(wèn)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(huì )導致設備接收 LTE 信號的靈敏度降低。而靈敏度降低會(huì )給我們帶來(lái)很多麻煩，如通話(huà)掉線(xiàn)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(shí)。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(shí)才不會(huì )錯過(guò)媽媽的電話(huà)。它們在車(chē)聯(lián)網(wǎng)中也起著(zhù)重要作用，因為 LTE、Wi-Fi、藍牙、GPS 以及車(chē)對車(chē) (V2V) 和車(chē)對基礎設施 (V2I) 通信必須在沒(méi)有干擾的情況下共存。

(以上內容來(lái)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(lái)訂單利潤，濾波器也迎來(lái)爆發(fā)。而陶瓷濾波器能滿(mǎn)足基站高集成化和小型化的要求，5G時(shí)期市場(chǎng)潛力巨大。

 

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

 

很多人會(huì )有疑問(wèn)，為何是陶瓷而不是金屬?其實(shí)比較重要的有三點(diǎn)：

 

其一：介質(zhì)濾波器具備高介電常數、低損耗和體積小、功率大便于大規模集成;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(gè)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(shí)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(jià)都不貴，特別是有能力配制的廠(chǎng)商，價(jià)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(shí)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，后續機加工的環(huán)節隨著(zhù)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)節不需要大量數控機床，因此在介質(zhì)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(jià)格將在現在基礎上下降70%。

 

目前陶瓷濾波器也面臨著(zhù)不少的難點(diǎn)：

 

原料合成即陶瓷介質(zhì)粉體材料配方是決定濾波器性能好壞的關(guān)鍵因素之一，同時(shí)介質(zhì)濾波器生產(chǎn)過(guò)程中需盡力控制工藝以制出雜質(zhì)少、缺陷少、晶粒均勻分布的陶瓷，因此陶瓷介質(zhì)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(guān)鍵，此外，金屬化自動(dòng)化也是技術(shù)難點(diǎn)所在。

 

（以上部分內容摘自 艾邦陶瓷與粉末冶金展）

 

 

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