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陶瓷介质滤波器随5G到来的前景分析

文字:[大][中][小] 2020-4-28    浏览次数:160    

        5G基站系统建设是一个动态过程,根据使用场景的不同被分为宏基站和小蜂窝接入点。mBS指搭设专用机架的信息塔以提供大容量数据传输,配备专门的机房而信号覆盖范围广、承载用户数的容量大;sAP则将所有设备配置在小机箱内,相当于一台一体化设备。常被安装在楼宇室内或街道处等用户数密集的场所。

     基站滤波器的作用是使发送和接收信号中特定的频率成分通过,并极大地衰减其它频率成分,是射频单元的关键元件。在4G时代基站侧的滤波器一般使用金属同轴腔体滤波器,通过将不同频率的电磁波在金属同轴腔体中振荡,保留符合滤波器谐振频率的电磁波,耗散掉其余频率的电磁波。其中固定谐振器是必不可少的元件。现今大多数腔体滤波器的小型化研究,都在试图优化固定谐振器的设计以减小滤波器体积。

     而陶瓷介质滤波器是经粉体干压烧结后,两面覆银作电极金属化,经直流高压极化后产生压电效应。陶瓷片两面形变后产生电场而具有串联谐振特性。由于上述电磁波谐振发生在压力陶瓷介质内部,不需要固定谐振器,因此介质滤波器的体积更小。另一方面,由于微波陶瓷粉体比较金属腔体具有高Q值的材料特性,大幅减小了插损,具有高带外抑制、温度漂移特性好、温度适用范围宽泛、多种形式的封装结构和输出接口形式的特点,满足了基站滤波器小型化的发展趋势,成为适配5G技术框架下,因频段增加而设备滤波器需求数量的增加、对高频谐振器Q值与功率容量的更高要求。


        5G基站建设的另一个热点议题是增长可见的高功耗。基站设备由AAUBBURRU等单元模块组成。AAU的作用是将基带数字信号转换成模拟信号,然后调制成高频射频信号,再通过功放单元放大功率,通过天线发射出去;BBU负责基带数字信号处理;RRU则负责收发信机模块完成中频信号到射频信号的变换,再经过功放和滤波模块将射频信号通过天线口发射出去。以华为的5G基站形态为例,基站单元包含:5G AAU+2/3/4G天线+多频RRU+BBU+电源。

 功耗增加对设备元件带来一个直接的问题,即温度增加,尤其对无机房设施的微基站这个问题更为明显。以华为的AAU3940户外型微基站的工况规格为例,不考虑太阳辐射,当发射功率在30W时工作温度在-40~+50℃范围之间,当功率在40W时工作范围在-40~+40℃范围之间。目前已在市场供应的陶瓷介质滤波器,工况温度规格在-40~+85℃范围。

 

     滤波器应用在5G设备时,介质滤波器和腔体滤波器相比,后者的谐振腔其体积和形状会随温度变化而改变,从而引起谐振频率的变化,因此金属腔体滤波器需要使用温度补偿技术。在同轴谐振腔的温度补偿办法中,限制同轴腔内导体长度是常见的方案。但在该方案中腔体外导体存在变化,对谐振频率亦有影响。

 

     从材质分类上对比,石英型BAW滤波器和陶瓷介质一样对温度不敏感,不易如SAW滤波器在较高温度下易弯折。虽然FBAR滤波器在高频率段、Q值、插损、尺寸和可集成性上都优于BAW和陶瓷介质滤波器,但目前的工艺和产能,还属于发展阶段。

 

     陶瓷介质滤波器目前看应该算是最合适5G框架的技术路线。随着中国电信、中国移动、中国联通三大运营商正式发布5G商用套餐计划。5G也不再是仅仅局限于在新闻热点上,而是越发接近我们的生活。

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