一文帶你了解濾波器

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

在對(duì)汽車(chē)進(jìn)行五萬(wàn)公里保養(yǎng)之前，很少有人會(huì)想到過(guò)濾器?？纯幢ｐB(yǎng)發(fā)票上列的，有空氣過(guò)濾器、機(jī)油過(guò)濾器、燃料過(guò)濾器、車(chē)廂空氣過(guò)濾器、變速箱過(guò)濾器…

天吶，到底有多少種過(guò)濾器？！

在家庭聚餐時(shí)我們可能也會(huì)想到過(guò)濾器。大家可能至少有一個(gè)親戚在使用過(guò)濾器。對(duì)，說(shuō)的就是您，Sondra 阿姨。

但在大多數(shù)時(shí)候，我們都看不到過(guò)濾器，也不會(huì)想起它。當(dāng)發(fā)現(xiàn)口袋里裝著十幾個(gè)或更多過(guò)濾器時(shí)，大多數(shù)人都會(huì)大吃一驚，但它們可不是讓你拍照發(fā)到 pocket lint、Snapchat 或 Instagram 上的。

RF 濾波器基礎(chǔ)知識(shí)

與天線一樣，濾波器正成為聯(lián)網(wǎng)混頻器中一個(gè)日益重要的部分。

移動(dòng)無(wú)線數(shù)據(jù)和 4G LTE 網(wǎng)絡(luò)的快速增長(zhǎng)也導(dǎo)致了對(duì)新頻段以及通過(guò)載波聚合來(lái)組合頻段的需求不斷增長(zhǎng)，以容納無(wú)線流量。3G 網(wǎng)絡(luò)只使用了大約五個(gè)頻段，LTE 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在使用的頻段有 40 多個(gè)，隨著5G的到來(lái)，頻段的使用數(shù)量還會(huì)進(jìn)一步增加。

互聯(lián)設(shè)備必須要跨多個(gè)頻段來(lái)發(fā)送蜂窩信號(hào)、Wi-Fi 信號(hào)、藍(lán)牙信號(hào)和 GPS 信號(hào)，同時(shí)還要避免干擾。我們可能會(huì)立即想到智能手機(jī)，但安裝在車(chē)頂?shù)孽忯~(yú)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(shí)就需要濾波器出場(chǎng)了。

設(shè)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。換句話說(shuō)，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(guò)去！”

如今的設(shè)備為了避免被干擾，通常裝有 30 到 40 個(gè)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(huì)變得更加復(fù)雜。

#沒(méi)有濾波器的智能手機(jī)就是一塊磚頭。

濾波挑戰(zhàn)

濾波器是 RF 設(shè)計(jì)工程師必不可少的工具，但它們也面臨著諸多挑戰(zhàn)。對(duì)于起動(dòng)器來(lái)說(shuō)，濾波器的性能會(huì)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(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(hào)因而就越有可能“漂移”至相鄰頻段。

“我特別喜歡靜態(tài)白噪聲、電話合用線，還有通話掉線”，從來(lái)沒(méi)人會(huì)這樣說(shuō)。

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(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(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(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(nèi)，才能發(fā)揮出更高性能。

這是一些我非常喜歡的 RF 組件。

雙工器、三工器、四工器，甚至是六工器，這類(lèi)設(shè)備統(tǒng)稱為多路復(fù)用器。多路復(fù)用器可將多個(gè)濾波器整合在一個(gè)器件中，從而幫助設(shè)計(jì)人員節(jié)省空間、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、滿足性能要求，同時(shí)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(huì)用智能手機(jī)來(lái)瀏覽網(wǎng)頁(yè)、觀看視頻以及訪問(wèn)社交媒體。因?yàn)?LTE 和 Wi-Fi 的頻段非常接近，所以如果未經(jīng)濾波，Wi-Fi信號(hào)就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備接收LTE信號(hào)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(hào)和諧共存。絕對(duì)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?cè)跒g覽朋友的 Instagram 故事時(shí)才不會(huì)錯(cuò)過(guò)媽媽的電話。它們?cè)谲?chē)聯(lián)網(wǎng)中也起著重要作用，因?yàn)?LTE、Wi-Fi、藍(lán)牙、GPS 以及車(chē)對(duì)車(chē)(V2V)和車(chē)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)通信必須在沒(méi)有干擾的情況下共存。

沒(méi)有濾波器，就會(huì)出現(xiàn)無(wú)線交通阻塞。

在如今的移動(dòng)環(huán)境中，一個(gè)設(shè)備所需的頻段數(shù)量十分驚人，而隨著 5G 時(shí)代的到來(lái)，這一趨勢(shì)只會(huì)愈演愈烈。雖然支持所有頻段會(huì)帶來(lái)干擾問(wèn)題，但采用濾波器后問(wèn)題便可迎刃而解。沒(méi)有濾波器，網(wǎng)絡(luò)根本無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。

審核編輯黃昊宇