RF 濾波器為何越來越重要？

移動無線數(shù)據(jù)和4G LTE 網(wǎng)絡(luò)的快速增長導(dǎo)致了對新頻段以及通過載波聚合來組合頻段的需求不斷增長，以容納無線流量。3G 網(wǎng)絡(luò)只使用了大約五個頻段，LTE 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在使用的頻段有40 多個，隨著5G 的到來，頻段的使用數(shù)量還會進(jìn)一步增加。

互聯(lián)設(shè)備必須要跨多個頻段來發(fā)送蜂窩信號、Wi-Fi 信號、藍(lán)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(jī)，但安裝在車頂?shù)孽忯~鰭、蜂窩基站、雷達(dá)和通信系統(tǒng)以及與物聯(lián)網(wǎng)(IoT) 相連接的工業(yè)、科學(xué)或醫(yī)療應(yīng)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(jī)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(shè)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(shè)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(jī)所需的濾波器數(shù)量更多，這一情況還會變得更加復(fù)雜。

濾波器設(shè)計挑戰(zhàn)

濾波器是RF 設(shè)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。如今各種設(shè)備中的濾波器所承受的平均溫度可達(dá)60 攝氏度（140 華氏度）或更高，而室內(nèi)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(wù)提供商最多可將5 個載波信道組合在一起來提高網(wǎng)絡(luò)性能，其中精確濾波是必備條件。

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

如上文所述，下一代的高端智能手機(jī)同樣需要配備更多濾波器。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(jìn)更小的空間內(nèi)，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(shè)備統(tǒng)稱為多路復(fù)用器。多路復(fù)用器可將多個濾波器整合在一個器件中，從而幫助設(shè)計人員節(jié)省空間、簡化設(shè)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(jī)發(fā)短信、打電話，但大多數(shù)人都會用智能手機(jī)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(dǎo)致設(shè)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W(xué)i-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(lán)牙、GPS 以及車對車(V2V) 和車對基礎(chǔ)設(shè)施(V2I) 通信必須在沒有干擾的情況下共存。

沒有濾波器，就會出現(xiàn)無線交通阻塞

在如今的移動環(huán)境中，一個設(shè)備所需的頻段數(shù)量十分驚人，而隨著5G 時代的到來，這一趨勢只會愈演愈烈。雖然支持所有頻段會帶來干擾問題，但采用濾波器后問題便可迎刃而解。沒有濾波器，網(wǎng)絡(luò)根本無法運轉(zhuǎn)。

本文最早刊登在《網(wǎng)絡(luò)世界》上，作者是IDG 撰稿人Brent Dietz。