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2017年中国滤波器行业四大基础功能分析【图】

2017年08月11日 14:3210000人浏览字号:T|T

    1、低通、高通、带通、带阻,滤波器四大基础功能

    滤波器是一种选频装置,可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减其它频率成分。广义地讲,任何一种信息传输的通道都可视为是一种滤波器。滤波器的分类方式多种多样,可按波段和应用领域分类,也可以按其它方式分类。滤波器按照处理信号类型分类有模拟滤波器和数字滤波器。

    滤波器按照处理信号类型分类有模拟滤波器和数字滤波器。模拟滤波器又分为有源滤波器和无源滤波器。无源滤波器就是无源器件组成的滤波器,一般都是 RC 和 LC 等分立元件构成,常用的无源滤波器有贝塞尔滤波器、巴特沃斯滤波器、切尔雪夫滤波器、椭圆滤波器等。有源滤波器则是有源器件构成的,常用的有源器件有运放。滤波器按照材料工艺分类又分为声学滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器等。

    滤波器按照材料工艺分类又分为声学滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器等。声表面滤波器是声学滤波器的代表,它是在单晶材料上采用半导体平面工艺制作,具有良好的一致性和重复性,极高的温度稳定性,还具抗辐射能力强,动态范围大,不涉及电子迁移等特点。晶体滤波器具有品质因数高、衰减特性好、损耗小、选择性高等优点。陶瓷滤波器是一种固体电路,具有滤波特性好,不需调谐,不受磁场干扰的特点,且造价低,在移动通讯终端如手机中常用作为中频滤波器器件,使中频信号稳定,不易受外部磁场干扰。按照通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。按照通过信号的频段分为低通、高通、带通和带阻滤波器四种。

滤波器按结构和使用分类

数据来源:公开资料整理

    相关报告:智研咨询发布的《2017-2022年中国滤波器市场竞争格局与投资战略研究报告

滤波器分类

数据来源:公开资料整理

    无论滤波器如何分类,以及采用何种技术方案,滤波器在任何一个电路中都是承载四大基础功能:低通、高通、带通、带阻。

    滤波器在任何一个电路中都是承载四大基础功能:低通、高通、带通、带阻。低通: 阻止高于某个频率的所有频率并允许所有其他频率通过(和高通相对)。高通:允许高于某个频率的所有频率通过,并阻止所有其他频率(和低通相对)。带通: 允许两个频率之间的所有频率通过, 并阻止所有其他频率(和带阻相对)。带阻: 阻止两个频率之间的所有频率,并允许所有其他频率通过(和带通相对)。其中,带通滤波器在信号电路应用非常广泛。

低通、高通滤波器

数据来源:公开资料整理

带通、带阻滤波器

数据来源:公开资料整理

    2、射频前端,滤波器扮演着重要角色

    (1)无线通信,离不开射频前端系统

    A、射频前端是无线通信的核心

    无论何种通信协议,使用的通讯频率是高是低,配置射频器件模块是系统必备的基础性零部件。无论是使用 13.56Mhz 的信号作为传输载体NFC 系统;抑或是使用 900/1800Mhz 信号作为传输载体的 GSM 通讯系统;还是使用 24Ghz 和 77Ghz 电磁波信号作为传输载体的无人驾驶毫米波雷达,均需要配置射频器件模块。射频前端是无线通信的不可或缺的一环。

    B、从 2G 、3G 、4G 再到5G,对射频前端要求越来越高

    从移动网络的角度看,2G 的 GSM,3G 的 WCDMA,再到 4G 的LTE-Advanced,每一代的更新换代都带来新的通讯协议,并且复杂程度也以指数倍提升,对手机内的射频系统要求也更高、更严格。

手机通信协议的演化

数据来源:公开资料整理

    (2)射频前端,滤波器至关重要

    智能手机、卫星导航、卫星电视等射频前端系统都需要滤波器才能正常工作。滤波器可以将带外干扰和噪声滤除以满足射频系统和通讯协议对于信噪比的需求。我们以智能手机和卫星导航两个领域来看滤波器的重要性。

    在智能手机射频前端系统中,射频前端包括 SAW 滤波器、双工器(Duplexer)、低通滤波器(Low Pass Filter,LPF)、功放(Power Amplifier)、开关(Switch)等器件。SAW 滤波器负责 TDD 系统接收通道的射频信号滤波,双工器负责 FDD 系统的双工切换以及接收/发送通道的射频信号滤波;功放负责发射通道的射频信号放大;开关负责接收通道和发射通道之间的相互转换;天线负责射频信号和电磁信号之间的互相转换。

射频前端系统组成,滤波器负责射频信号的过滤

数据来源:公开资料整理

    在卫星导航射频前端系统中,定位接收器需要能够接收两个或更多不同导航卫星系统发射的信号,为处理所有这些信号,GNSS 接收机对带宽、线性和抗干扰性能的要求比传统的消费类 GPS 接收机更高,这个需要滤波器对相应的信号进行处理。

GNSS卫星导航射频前端示意图

数据来源:公开资料整理

    (3)双工器、共存滤波器、载波聚合,都是滤波器在射频前端的应用

    A、双工器、三工器:多个滤波器的集成

    在 FDD 系统中,需要采用双工器。双工器是滤波器的重要应用,其作用是将发射和接收信号相隔离,保证接收和发射都能同时正常工作。双工器由两组不同频率的阻带滤波器组成,避免本机发射信号传输到接收机。一般双工器由六个阻带滤波器(陷波器)组成,各谐振于发射和接收频率。接收端滤波器谐振于发射频率,并防止发射功率串入接收机,发射端滤波器谐振于接收频率。三工器由三台滤波器组成,共用一个节点,三工器的通带加载和隔离目标与双工器相同。

双工器由两个(收发)滤波器合并组成

数据来源:公开资料整理

    B、共存滤波器:解决紧邻频带干扰问题

    在 2.4GHz 的 Wi-Fi 频带内,对于使用紧邻频带的蜂窝通信(特别是LTE 网络)而言,发生干涉的可能性越来越大,这时候需要射频滤波器能够抑制紧邻的频率。与此同时,滤波器还必须尽量减少 Wi-Fi 发射通路的插入损耗,以确保 802.11n 标准和 802.11ac 标准所需的高信噪比和相应的低误差矢量幅度 (EVM)。在上述要求上,体声波滤波器比较有效,与蜂窝 Wi-Fi 应用使用的传统声表面波滤波器和陶瓷滤波器相比具有明显优势。

LTE/Wi-Fi共存问题

数据来源:公开资料整理

    C、载波聚合:借助滤波器实现吞吐速度的提升

    网络运营商面对不断增长的数据需求,努力提高网络性能。为保持客户体验,需要提供越来越高的数据速率,其直接方法就是增加带宽。载波聚合是一种 4G LTE 高级特性,该特性允许服务提供商将多个频谱块合并成一个较宽的信道,从而提供更高的数据速率。载波聚合有三种类型。第一类是“带间聚合”,指不同频带频谱的聚合。这些频带可以远隔或紧靠在一起。远隔频带的聚合最为简单,只需同向双工器即可。对于紧邻的频带,可能需要四工器或多天线方案才能解决。其他两种类型涉及同一频带内的频谱合并。

    载波聚合对滤波器的设计有几个方面的影响。对于远隔频带的聚合,分割信号的同向双工器产生额外损耗,该损耗必须由低损耗滤波器做出补偿。另外,滤波器阻带的衰减也必须规划,以确保其他聚合频带的充分衰减。最后,对于相邻频带,需要采用更复杂的多工器。

载波聚合提高吞吐速度

数据来源:公开资料整理

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