RF濾波器到底有多重要？一文讓你搞明白

RF 濾波器為何越來越重要？

移動無線數據和 4G LTE 網路的快速增長導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 網路只使用了大約五個頻段，LTE 網路現在使用的頻段有 40 多個，隨著 5G 的到來，頻段的使用數量還會進一步增加。

互聯設備必須要跨多個頻段來發送蜂窩信號、Wi-Fi 信號、藍牙信號和 GPS 信號，同時還要避免干擾。我們可能會立即想到智能手機，但安裝在車頂的鯊魚鰭、蜂窩基站、雷達和通信系統以及與物聯網 (IoT) 相連接的工業、科學或醫療應用都是如此，這時就需要濾波器出場了。

沒有濾波器的智能手機就是一塊磚頭

與天線一樣，濾波器正成為聯網混頻器中一個日益重要的部分。設備會收到各種頻率，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《指環王》中的甘道夫一樣：「你休想從這裡過去！」如今的設備為了避免被干擾，通常裝有 30 到 40 個濾波器。隨著下一代高端智能手機所需的濾波器數量更多，這一情況還會變得更加複雜。

濾波器設計挑戰

濾波器是 RF 設計工程師必不可少的工具，但它們也面臨著諸多挑戰。對於起動器來說，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。

由於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，載波聚合 (CA) 也在迅速發展，蜂窩服務提供商最多可將 5 個載波信道組合在一起來提高網路性能，其中精確濾波是必備條件。

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

動態針分割線

如上文所述，下一代的高端智能手機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更小的空間內，才能發揮出更高性能。

雙工器、三工器、四工器，甚至是六工器，這類設備統稱為多路復用器。多路復用器可將多個濾波器整合在一個器件中，從而幫助設計人員節省空間、簡化設計、滿足性能要求，同時還能避免干擾。

最後的挑戰是 Wi-Fi。儘管一些人可能仍在使用智能手機發簡訊、打電話，但大多數人都會用智能手機來瀏覽網頁、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，所以如果未經濾波，Wi-Fi 信號就會導致設備接收 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 Wi-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。它們在車聯網中也起著重要作用，因為 LTE、Wi-Fi、藍牙、GPS 以及車對車 (V2V) 和車對基礎設施 (V2I) 通信必須在沒有干擾的情況下共存。

沒有濾波器，就會出現無線交通阻塞

在如今的移動環境中，一個設備所需的頻段數量十分驚人，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，但採用濾波器後問題便可迎刃而解。沒有濾波器，網路根本無法運轉。

本文最早刊登在《網路世界》上，作者是 IDG 撰稿人 Brent Dietz。

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