作者：Qorvo亞太區(qū)無線連接事業(yè)部高級行銷經理林健富
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2020年1月，Wi-Fi聯盟正式宣布開放6GHz頻段(5925MHz－7125MHz)，并將其命名為Wi-Fi 6E。2020年4月，美國聯邦通信委員會(FCC)投票通過將6GHz頻譜劃為免許可頻段供Wi-Fi使用，這標志著Wi-Fi正式進入“三頻”時代——除Wi-Fi 6及前代技術使用的2.4GHz和5GHz頻段外，Wi-Fi 6E也能在6GHz頻段工作。2024年1月，Wi-Fi聯盟發(fā)布了Wi-Fi CERTIFIED 7認證標準，標志著Wi-Fi 7正式問世。Wi-Fi 7通過多項技術創(chuàng)新(圖1)顯著提升了Wi-Fi傳輸速度與效率，不僅繼承了Wi-Fi 6E的6GHz頻段，還將其支持的帶寬從Wi-Fi 6E的160MHz擴展至320MHz，吞吐量實現翻倍增長。
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在Wi-Fi 6E之前，所謂的“三頻”是通過將5GHz頻段(U-NII1－U-NII3，即5150MHz－5835MHz)劃分為兩個子頻段實現的，這兩個子頻段分別是U-NII1–2a(5150MHz－5350MHz)和U-NII 2c–3(5470MHz－5835MHz)，如圖2所示。
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隨著Wi-Fi 6E開放6GHz頻譜，Wi-Fi真正邁入三頻時代。新一代的Wi-Fi 7直接將6GHz頻段納入標準配置，如圖3所示，Wi-Fi 6E/Wi-Fi 7實現了真正的三頻傳輸，更高的帶寬緩解了頻譜擁擠的問題，同時提升了傳輸吞吐量和網絡容量。
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三頻、更多的可用帶寬、更高的吞吐量……這一切都貌似很美好，但也同時衍生了另一個無線通信過程中最棘手的問題：干擾。多個頻段的無線信號在同一空間共存，就像在嘈雜市場中對話，各種遠近、強弱的聲音彼此干擾，不僅降低溝通效率，嚴重時甚至導致信息出錯或通信中斷。因此，RF濾波器在三頻的Wi-Fi設備中扮演著關鍵角色。RF濾波器最主要的功能就是過濾掉不需要的信號，進而降低或減輕來自其他射頻設備的信號干擾。同時，濾波器還在擴大覆蓋范圍、增強頻率性能與提高網絡容量方面發(fā)揮著關鍵的作用。此外，濾波器還解決了射頻工程師在開發(fā)適用于擁擠RF環(huán)境——如企業(yè)級接入點(EAP)或多模接入點(集成5G、4G LTE、Wi-Fi、BLE、Matter、UWB、NFC)——的Wi-Fi路由器時面臨的主要設計挑戰(zhàn)。
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濾波器的分類：
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如果按照功能進行分類，可以將濾波器分為四個種類，如圖4所示：
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·?低通濾波器：只讓低頻部分信號通過，過濾掉高頻信號。
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·?高通濾波器：只讓高頻部分信號通過，過濾掉低頻信號。
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·?帶通濾波器：只讓某指定范圍頻率的信號通過，過濾掉其他頻率的信號。
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·?帶阻濾波器：過濾掉某指定范圍頻率的信號，讓其他頻率的信號通過。
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如果以濾波器的結構與設計來進行分類，可大致分為以下五種：
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·?介質諧振器(DR)濾波器：其原理是通過電磁波在介質材料內部反復地全反射而形成一個微波諧振器，以達成濾波的目的。一般使用高介質陶瓷作為介質濾波器的主要原料來實現小型化的目的。
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·?低溫共燒陶瓷(LTCC)：LTCC是一種用于制作多層陶瓷基板的技術，其特點是能夠在900°C以下的溫度下將陶瓷材料燒結成基板。這種技術允許使用高導電、低熔點的金屬材料(如金、銀、銅等)作為內部導體。陶瓷基板主要用于承載各種有源和無源元器件，例如電阻、電容和IC，并通過封裝工藝制成集成元器件。由于陶瓷材料具有低介電常數、高頻特性和低損耗性能，LTCC技術非常適合應用于微波射頻濾波器。
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·?表面聲波(SAW)濾波器：SAW濾波器是一種成熟且被廣泛運用的濾波器技術。其主要原理是利用石英、鈮酸鋰、鈦酸鋇晶體等材料的壓電效應，即在輸入電信號作用下，通過叉指式換能器將電信號轉換為機械波，也就是聲波。經過處理后，再把機械能轉換成電信號，以達到過濾掉不必要信號及噪聲的目的。簡單地理解，表面聲波是指沿固體表面?zhèn)鞑サ牟?，且能量集中于表面。在表面聲波傳播途中，可任意存取信號。根據這種特性，即可利用集成電路技術制作出表面聲波濾波器。
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·?薄膜體聲波諧振器(FBAR)濾波器：FBAR濾波器是一種由壓電材料構成的器件。該壓電材料在兩個導電(通常是金屬)電極之間通過薄膜形成一個腔體，再基于電極之間的壓電層的壓電性形成諧振器，以達成濾波的目的。FBAR諧振器屬于體聲波諧振器(BAW)和壓電諧振器的類別，用于需要高頻率、小尺寸和小重量的應用設計。
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·?BAW濾波器：BAW濾波器最基本的結構是由兩個金屬電極夾著一層壓電薄膜，讓聲波在壓電薄膜內部振蕩形成駐波。與SAW不同的是，SAW是聲波在表面上傳播，而BAW則是聲波在腔體內垂直傳播(如圖5所示)。與FBAR不同的是，BAW利用布拉格反射器疊層使聲波信號保持在疊層的內層，并與原來的波疊加后反射到壓電層中，這種結構稱為BAW–SMR(固態(tài)裝配諧振器)，而FBAR則是利用一個空氣腔來做聲波的反射振蕩。圖6說明了BAW-SMR與FBAR的結構差別。
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圖7為典型的濾波器工作響應。濾波器的關鍵參數關系到無線射頻系統(tǒng)的傳輸質量與效率，表1列出了濾波器的關鍵參數以及選擇一個好濾波器的標準。
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參數	說明	單位	指標
插入損耗	濾波器本身對無線射頻信號造成的損耗	dB	越低越好
衰減	濾波器讓干擾信號衰減的能力	dB	越高越好
Q值 （品質因數）	Q值的定義為信號中心頻率除以濾波器的帶寬。Q值越高，濾波器的頻率選擇性越好，能讓濾波器能更精準地提取或抑制特定頻率的信號。Q值越高，濾波器的帶內波動越小，通常也對應更低的插入損耗。	-	越高越好
H2/H3 抑制	濾波器對于二次諧波和三次諧波信號的抑制能力	dB	越高越好
頻率溫度系數 TCF	濾波器受溫度變化所引起的頻偏影響	ppm/oC	越低越好

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Qorvo作為全球領先的連接和電源解決方案供應商，專注于BAW濾波器的研究開發(fā)與生產已經超過20年。Qorvo有多項與BAW濾波器相關的專利與版權，每年投入大量的研發(fā)經費與設備，同時擁有自己的晶圓廠與封裝測試廠，可實現從開發(fā)、生產、封裝、測試、出貨一站式的服務，保證產品的質量與確保供貨的交付。
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Qorvo憑借20年的技術積累，在市場上獲得了客戶的肯定與支持。隨著現代無線通信技術的蓬勃發(fā)展，以及越來越多新頻段、新調制方式和新法規(guī)的引入，無線通信系統(tǒng)日益復雜，因此需要更高質量、更小尺寸的濾波器來簡化設計，并提升通信效率與穩(wěn)定性。
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目前Qorvo的BAW濾波器工藝已處于第六代水平，簡稱BAW 6，完全是由Qorvo獨立自主開發(fā)與量產制造。目前針對Wi-Fi 6E與Wi-Fi 7路由器所設計的濾波器都是以BAW 6工藝為主。越高端的BAW工藝具有越好的邊帶(edge band)抑制能力，支持更寬頻段的濾波性能、更低的插入損耗，并且能夠實現更小的裸片尺寸。圖9展示了Qorvo BAW技術的演進過程，以及不同工藝對濾波器插入損耗和裸片尺寸的影響。
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圖10顯示了基于相同U-NII 2c-3 (5470MHz－5835MHz)濾波器設計，但在使用BAW 6與BAW 7工藝時所表現出的差異。在尺寸方面，BAW 7的裸片面積相比BAW 6縮小了45%，使得在相同尺寸的晶圓上可切割的濾波器裸片數量增加約45%，從而有助于降低成本。從濾波器能效的部分來看，根據實際的晶圓上測量結果，BAW 7的插入損耗可降低0.8dB－0.9dB，表現出類似的帶外抑制能力及支持更寬的通道帶寬。
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呼應之前文章所提到的內容，隨著RF頻譜的日益擁擠以及基于Wi-Fi 6E、Wi-Fi 7技術規(guī)范的高性能Wi-Fi無線路由器需求的增長，濾波器在三頻的Wi-Fi設備中扮演的角色愈發(fā)重要。優(yōu)質濾波器在屏蔽外部干擾和自身產生的干擾方面發(fā)揮著關鍵作用，不僅能確保Wi-Fi信號傳輸的穩(wěn)定性，還能使射頻前端模塊(FEM)及放大器達到最佳性能。通過采用Qorvo提供的高質量BAW濾波器，Wi-Fi路由器可以實現更佳的性能，即使在復雜的無線網絡環(huán)境與應用場景下，也能讓使用者獲得更好的使用體驗。