射頻濾波器核心技術(shù)

智能手機(jī)通信系統(tǒng)主要由天線、射頻前端模組、射頻收發(fā)模塊以及基帶芯片組成。發(fā)射通道路徑依次為：基帶芯片、射頻收發(fā)模塊、開關(guān)、功率放大器（PA）、濾波器/雙工器、開關(guān)、天線；接收通道路徑依次為：天線、開關(guān)、濾波器/雙工器、低噪聲放大器（LNA）、開關(guān)、射頻收發(fā)模塊、基帶芯片。由此可見，無論是發(fā)射通道還是接收通道，射頻濾波器都是不可或缺的關(guān)鍵元器件。

智能手機(jī)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖（來源：卓勝微）

隨著智能手機(jī)支持的射頻頻帶數(shù)量急劇增加，用于射頻頻帶相互隔離的濾波器市場需求旺盛。射頻濾波器是一種選頻裝置，通過耦合基本元件或諧振器來實(shí)現(xiàn)，主要作用是允許符合特定頻率的信號(hào)通過，同時(shí)抑制不需要的頻率信號(hào)，以解決不同頻帶和通信系統(tǒng)之間產(chǎn)生的信號(hào)干擾問題。按照接收或抑制信號(hào)的不同方式，射頻濾波器可分為：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器；按照不同器件的結(jié)構(gòu)類型，射頻濾波器可分為：分立式電感電容型（LC）濾波器、多層陶瓷濾波器、單體式陶瓷濾波器、空腔濾波器、聲學(xué)濾波器。

射頻濾波器的結(jié)構(gòu)類型（成本、性能、尺寸比較）

由于聲波在固態(tài)材料中的傳播速度比電磁波在電介質(zhì)中的傳播速度小3~4個(gè)數(shù)量級(jí)，相應(yīng)的聲波波長比電磁波波長小3~4個(gè)數(shù)據(jù)級(jí)，因此聲學(xué)濾波器的尺寸大幅減小，且具有低成本和高性能等特點(diǎn)，成為以智能手機(jī)為代表的移動(dòng)設(shè)備常用射頻濾波器。本課程所提及的射頻濾波器（或“濾波器”）主要指聲學(xué)濾波器，包括聲表面波（SAW）濾波器和體聲波（BAW）濾波器兩大類。

電磁波和聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度和波長（@2GHz）

聲表面波濾波器通常是在石英、鉭酸鋰（LiTaO3）或鈮酸鋰（LiNbO3）等構(gòu)成的壓電襯底上，通過叉指換能器將電輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化成聲波。聲表面波的一個(gè)主要優(yōu)勢是能夠極好地滿足最高1.9 GHz標(biāo)準(zhǔn)濾波器應(yīng)用，包括GSM、CDMA和3G等標(biāo)準(zhǔn)頻帶，以及部分4G頻帶。另外，目前采用晶圓級(jí)封裝等技術(shù)縮小聲表面波濾波器的體積，這使得多個(gè)頻帶的濾波器和雙工器都可集成于一顆芯片。另外，聲表面波濾波器對(duì)溫度非常敏感，因此發(fā)展出溫度補(bǔ)償技術(shù)。

聲表面波濾波器（上） vs. 體聲波濾波器（下）

相比聲表面波濾波器，體聲波濾波器能夠在更高的頻率等級(jí)，以更低的插入損耗，提供出眾的性能（更高的質(zhì)量因子）。但為了實(shí)現(xiàn)高頻率應(yīng)用，體聲波濾波器的壓電層必須只有幾微米厚，諧振器結(jié)構(gòu)需要采用薄膜沉積和微加工技術(shù)，并在載波襯底上完成。通過使用體聲波技術(shù)，能夠開發(fā)邊緣斜率極高和抑制能力優(yōu)秀的窄帶濾波器。體聲波可以處理的頻率高達(dá)6 GHz，在4G LTE和5G頻段中多有使用。另外，對(duì)于LTE/Wi-Fi共存濾波器，體聲波也非常有效。此外，即使在寬帶寬，體聲波濾波器的設(shè)計(jì)對(duì)溫度變化的敏感性也低得多。

不同類型的射頻濾波器工作頻率及應(yīng)用領(lǐng)域（來源：Akoustis）

縱觀全球射頻濾波器產(chǎn)業(yè)，聲表面波濾波器市場的“半壁江山”被日本村田（Murata）占據(jù)，TDK、思佳訊（Skyworks）、Qorvo、太陽誘電（Taiyo Yuden）等日美巨頭幾乎瓜分了剩余的半塊“肥肉”；BAW濾波器市場的九成市場份額則由美國企業(yè)博通（Broadcom）和Qorvo霸占。核心器件專利、技術(shù)和市場被國外廠商把持，成為中國智能手機(jī)缺“芯”之痛。而當(dāng)下國產(chǎn)替代的機(jī)遇，造就了中國射頻濾波器企業(yè)的黃金時(shí)代，已經(jīng)并正在吸引眾多海歸專家與本土人才投身其中，一股創(chuàng)業(yè)熱潮正在神州大地掀起。

目前，中國射頻濾波器產(chǎn)業(yè)仍面臨著巨大的人才缺口！應(yīng)廣大射頻濾波器和射頻前端產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員的要求，麥姆斯咨詢精心設(shè)計(jì)了本期培訓(xùn)課程，內(nèi)容包括：（1）射頻濾波器技術(shù)及產(chǎn)業(yè)綜述；（2）聲表面波（SAW）濾波器；（3）體聲波（BAW）濾波器；（4）射頻濾波器多物理場仿真分析；（5）薄膜型射頻濾波器制造工藝；（6）射頻濾波器封裝技術(shù)；（7）射頻濾波器專利分析。

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