5G滤波器的五个关键问题解答

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5G网络在更高的频段中运行,对于RF滤波器而言,需要新的基础技术和性能标准。业界必须开发新的谐振结构,以便在高频和大带宽下进行滤波,并需要合适的功率以最大化信号范围。以下是有关5G滤波器的五个关键常见问题解答。
 
什么是滤波器?
 
无线电频率占据指定远距离广播的电磁频谱范围,利用压电效应,RF信号被转换成电能,从而引起基板的微小波动,这些波动就代表着频率。滤波器可以选择来自特定频带的指定信号,同时抑制干扰的信号。在现代智能手机中,几乎有超过50个射频滤波器,随着滤波器数量的增加,滤波器本身和PCB的设计挑战也随之增加。良好的滤波器性能非常重要,因为不良滤波器设计会增加功耗及干扰因素。
 
5G滤波器的频率范围是多少?
 
3GPP是蜂窝网络的标准组织。在3GPP Release 15中,它为5G应用指定了两个范围的无线电频带。频率范围1(FR1)介于450MHz至6000MHz(6GHz)之间,FR2介于24250MHz(24GHz)至52600MHz(52.6GHz)之间。
 
在FR1内,有5个可用于34G的频段,但从RF滤波器的角度来看,有趣的频段是n77(3.7 GHz),n78(3.5 GHz)和n79(4.7 GHz),因为这些频段提供的频道带宽超过500 MHz,这对数据吞吐量至关重要。这也表示在4G滤波器中流行的声波谐振器结构的性能范围有新的更高要求。
 
在FR2中,指定了四个频段:n257(26 GHz),n258(24 GHz),n260(39 GHz)和n261(28 GHz)。这些都被指定用于5G毫米波(mmWave)服务,信道带宽超过800 MHz。
 
为什么不能在5G滤波器中使用电流谐振器结构?
 
谐振器结构支持在限定频率下的谐振振荡。由于性能和低成本,最流行的结构是声波。表面声波(SAW)和体声波(BAW)在高达2.7GHz时已经实用,其频率低于FR1频带的高带宽5G频带。随着工作频率的增加,物理尺寸减小,使其对加工技术的要求更高。更高频率的信号具有更高的信号衰减,这意味着滤波器需要支持高功率RF信号以提高信号强度。因此,随着5G对现有技术的挑战,滤波器制造商正在寻找新的解决方案来满足手机制造商的需求,其中包括新的和创新的结构,如新的声波结构XBAR,它满足高频率的需求,更高的带宽和更高的功率。此外其他类型的滤波器也会孕育而生,例如电磁(EM),电介质,腔体波导,片上滤波和微带(或平面薄膜)滤波器。
 
5G滤波器的功率范围
 
通常情况下,由于较高的信号衰减,较高频率的无线电信号将需要更多的功率来维持与4G相同的覆盖范围。比如在28GHz下工作的5G信号,基站距离最远不能超过2000英尺,而且是没有障碍物的情况下。由于这种性能导致室内覆盖效果会非常差,为此滤波器需要具有更高的信号功率,比如在频带边缘高达1瓦(30dBm) ,以实现最大传输距离。
 
5G滤波器抗干扰的挑战
 
在许多使用案例中,特别是在实现5G的高数据速率视频应用的全部潜力的情况下,5G和Wi-Fi在3-6GHz频率范围内的共存将是必不可少的。频带n77,n79和5GHz的Wi-Fi在频率上相邻,几乎没有保护频带来分离这些频段(见下图)。新的Wi-Fi6标准在n79频段附近运行,而n79频段又与n77相邻。高性能滤波器(如XBAR滤波器)对于缓解5G和Wi-Fi频段之间的干扰至关重要,可实现最大带宽操作,防止Wi-Fi信号流入n79数据路径,反之亦然。
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