任鵬星

引言：雖然全球手機市場仍然以每季單位數(shù)字的速度增長，智能手機的出貨量卻持續(xù)激增，隨著新一代手機的推出，智能手機可以在不需要大幅度增加尺寸和重量的條件下持續(xù)提供更多的功能。LTE和4G技術(shù)的出現(xiàn)，實現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)移動服務(wù)質(zhì)量和下載速度的大幅度提高。本文就對4G LTE智能手機背景下FBAR濾波器技術(shù)的研究和應(yīng)用進行了探討分析。

現(xiàn)代智能手機中一個非常重要的部分是射頻濾波器，正如它的基本原理，濾波器主要應(yīng)用于通過需要并拒絕不要的頻率，以使手機中的許多接收器可以只處理預(yù)期的信號。在過去，手機通常只在全球特定地區(qū)的少數(shù)頻段中工作，然而對于現(xiàn)代化的手機，基本上會在相同時間于多個無線頻段工作，包括移動通信、藍牙等，而制造商也希望設(shè)計出可在全球不同地區(qū)和不同電信運營商服務(wù)下工作的產(chǎn)品，要讓手機在更多頻段和地區(qū)工作代表了手機對射頻濾波的要求越來越高。

一、FBAR濾波器技術(shù)的主要優(yōu)勢

手機性能測試中的一項常用指標(biāo)為手機電池的使用壽命，這也是消費者選購智能手機時必然會進行比較的一項指標(biāo)。在手機的接收側(cè)看，筆者對怎樣利用多頻段射頻前端補償實現(xiàn)FBAR低插入損耗進行了分析，從而保證4G/LTE手機獲得更高的數(shù)據(jù)率和損耗支持。同時，手機較弱信號檢測功能的實現(xiàn)，有助于實現(xiàn)移動通信覆蓋范圍的進一步擴大，防止信號接收不良造成掉線問。由手機的發(fā)射側(cè)看，發(fā)射濾波器插入損耗的降低，能夠保證天線發(fā)射功率相同時，降低功率放大器運行過程中的輸出功率損耗。該技術(shù)的應(yīng)用能夠大大延長智能手機的通話時長和電池應(yīng)用時間。在大部分智能手機仍然使用3G業(yè)務(wù)時，僅有部分頻段能夠受益于FBAR技術(shù)，但隨著4G LTE智能手機的出現(xiàn)和發(fā)展，F(xiàn)BAR濾波器技術(shù)的特點也得到了充分的彰顯，主要包括尺寸的極小化、隔離性強、陡峭濾波曲線和插入損耗低等，上述各項優(yōu)勢也是智能手機制造商廣泛應(yīng)用FBAR濾波器技術(shù)的主要原因?，F(xiàn)階段，F(xiàn)BA R濾波器技術(shù)在亞洲、歐洲和美洲等多個國家都得到了大范圍的應(yīng)用，并逐漸成為了智能手機設(shè)計和應(yīng)用的主流技術(shù)。

在前幾代的無線技術(shù)中，濾波要求并不難達成，可能只需使用表面聲波濾波器即可，但隨著運營商網(wǎng)絡(luò)逐漸演進到COMA和3G，安華高科技發(fā)現(xiàn)公司擁有的薄膜腔聲波諧振器技術(shù)非常適合美國戶CS和部分其他頻段對于濾波的高挑戰(zhàn)性要求，為了可以利用目前的4G LTE服務(wù)，智能手機本身變得更為復(fù)雜，因此手機制造商已經(jīng)開始擴大采用FBAR技術(shù)來解決以下即將討論4G/LTE所面對的獨特問題。

二、運行于更高數(shù)據(jù)率的4G ILTE智能手機

相較于3G服務(wù)，相同數(shù)據(jù)量下4G/LTE的下載速度大約可以達到10倍，也就是說于同樣時間內(nèi)可被下載的數(shù)據(jù)量達到10倍，有幾種方法可以用來實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)率，4G LTE會依檢測到的信號強度使用不同的調(diào)制方式，簡單地說，信噪比越高，數(shù)據(jù)率就愈高，如由QPSK轉(zhuǎn)換成QAM16164調(diào)制。通過使用單刀多擲開關(guān)，結(jié)合多個雙工器的多頻段4G/LTE手機上，檢測到的信號可能過低而影響數(shù)據(jù)率，F(xiàn)BAR的低插入損耗有助于極大化輸入信號強度，帶來更高的數(shù)據(jù)吞吐量，從而得到更好的用戶體驗和更高的數(shù)據(jù)容量。

采用分頻多工調(diào)制的手機使用允許同時進行信號發(fā)射和接收的雙工器，由于發(fā)射和接收濾波器連接到相同的天線端口，因此彼此間的濾波器隔離就非常重要，較高的隔離會將接收頻段的噪聲降至最低，而正如前面所討論，這可以提高SNR和數(shù)據(jù)率。提高數(shù)據(jù)率的另一種方法是通過載波聚合，載波聚合以多于一個頻段的同時工作來提高下載數(shù)據(jù)率，部分新LTE頻段占據(jù)相對較小的頻譜，例如Band 25（SM Hz），因此這是一個網(wǎng)絡(luò)運營商可以有效提高通信容量的方法。由于每個頻段的發(fā)射和接收會同時工作，因此不能夠使用開關(guān)，從而使用多工器來結(jié)合各個發(fā)射和接收濾波器到相同的天線端口上，當(dāng)以多工器配置結(jié)合時，AVago的FBAR濾波器可以提供低信號損耗路徑， 有助于最大限度地提高數(shù)據(jù)率。

三、4G/LTE智能手機FBAR濾波器技術(shù)的多信號的同時使用以及性能參數(shù)

現(xiàn)階段，無WIFi連線功能的智能手機已經(jīng)基本被淘汰出競爭市場，根據(jù)手機不同的運行頻率，若濾波未得到相應(yīng)的處理，則手機所發(fā)送的信號也會對WIFi功能的正常使用產(chǎn)生不良影響，以歐洲LTE Band7的發(fā)射頻率為例進行分析，與歐洲WIFi相鄰的信號應(yīng)用頻率，能夠為智能手機提供多個WIFi熱點，此時，4G/LTE無線信號能夠與WIFi熱點同時運行，若智能手機缺乏相應(yīng)的濾波能力，則WFIi收發(fā)器就會收到遮蔽，或是被Band7頻帶上LTE信號傳輸所干擾，雙工器則能夠為其提供相應(yīng)的保護，從而避免高頻率的WIFi通道收到影響，進而無法正常使用，而其他的濾波器產(chǎn)品則不具有這一外衰減能力，進而WIFi通道受影響的幾率較高。

現(xiàn)階段大部分的智能手機能夠同時提供GLONAss服務(wù)以及GPS功能，因為GLONASS/GPS信號的功率通常較低，一般有一個確定的范圍，全部與GPS頻率發(fā)射信號相近的用戶都會受到不同程度的影響，進而降低手機的GLONASS/GPS信號靈敏度，而帶有LNA模塊的AGPS一FO01預(yù)濾波器則具有寬帶衰減和陡峭濾波能力，能夠提供先性功能和遮蔽功能。

這項技術(shù)的性能參數(shù)主要分為以下幾個部分介紹，第一，寄生參數(shù)對FBAR濾波器的影響。本文所述的FBAR濾波器技術(shù)建模過程中，為了對封裝測試過程中的FBAR對寄生參數(shù)的影響進行修正，以MBVD模型為基礎(chǔ)，加入了PAD、引線等寄生參數(shù)， 同時設(shè)計出了PMBVD模型。對FBAR濾波器而言，也存在相同的的寄生參數(shù)，為了對其對FBAR濾波器特性的影響進行分析，本文將寄生參數(shù)和Mas皿模型等效電路相結(jié)合來仿真濾波器的特性變化。第二，F(xiàn)BAR濾波器帶寬的研究。帶寬是濾波器中的一個十分關(guān)鍵的指標(biāo)，會對濾波器能否滿足通信系統(tǒng)需求產(chǎn)生直接影響，如前所述，F(xiàn)BAR諧振特性中串并聯(lián)諧振點的間距會直接受到FBAR中機電禍合系數(shù)小的影響， 所以，F(xiàn)BAR濾波器的帶寬會在一定程度上受到機電禍合系數(shù)的影響。第三，F(xiàn)BAR濾波器帶外抑制的研究。為了最大限度降低濾波器通帶所受干擾信號的影響，濾波器通常需要具有較強的帶外抑制能力。由仿真結(jié)構(gòu)可知 隨著FBAR濾波器級聯(lián)級數(shù)的逐漸增大，帶外的抑制性能也在隨之增強，且矩形系數(shù)變小，但實際情況是其呈現(xiàn)出局部放大的趨勢。隨著級數(shù)的增加，插入損耗變大，且通帶紋波不斷變大。

四、結(jié)束語

當(dāng)大多數(shù)應(yīng)用還是基于3G服務(wù)時，只有少數(shù)頻段可以從FBAR 技術(shù)獲益，隨著4G/LTE 多頻段智能手機的普及，F(xiàn)BAR技術(shù)的特性優(yōu)勢，例如低插入損耗、陡峭濾波曲線、高隔離性和極小化的尺寸等已經(jīng)成為所有主要智能手機制造商快速導(dǎo)入這個技術(shù)的原因， 目前采用FBAR 技術(shù)的濾波器、雙工器以及多工器產(chǎn)品已經(jīng)被導(dǎo)入美國、歐洲和亞洲等地區(qū)15個不同工作頻段的智能手機設(shè)計中，隨著新濾波挑戰(zhàn)的出現(xiàn)，F(xiàn)BAR技術(shù)將繼續(xù)成為提供解答的優(yōu)先選擇。

參考文獻

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（作者單位：廣東省電信工程有限公司）