一：5G移動終端發(fā)射功率等級

濾波器是射頻前端重要的芯片之一，主要功能是“濾波”，即通過有用信號，阻擋干擾信息。隨著5G時(shí)代2.6GHz、3.5GHz較高頻率的應(yīng)用，無線信號傳播路損增大、穿透能力變差，同時(shí)手機(jī)發(fā)射功率小，因此上行信號容易成為系統(tǒng)瓶頸。為了應(yīng)對更多頻段同時(shí)工作、更高頻率下良好通信效果等需求，移動終端在某些特定場景下，移動終端射頻發(fā)射功率要求達(dá)到較高水平。 3GPP38.101定義手機(jī)終端發(fā)射功率等級主要包含： 1）Power Class 1（31dbm，最大上浮2db，暫未正式啟用）, 2）Power Class 2（26dbm，最大上浮2db，5G NR的TDD頻段） 3）Power Class 3（23dbm，最大上浮2db，所有FDD頻段） 目前主要應(yīng)用了Power Class 2, Power Class 3兩個等級標(biāo)準(zhǔn)；NB-IoT模組功率等級主要包括：Power Class 3（23dbm），Power Class5（20dBm），Power Class6（14dBm）。

二：5G移動終端對濾波器/雙工器功率耐受水平要求

移動終端一個典型的射頻前端電路如下所示：

根據(jù)終端功率等級要求，5G NR手機(jī)發(fā)射鏈路在TDD工作模式下，天線處（C點(diǎn)）的功率要求達(dá)到26dbm，F(xiàn)DD工作模式下要求達(dá)到23dbm+2db，而在天線到濾波器/雙工器之間，還有如天線開關(guān)、天線調(diào)諧器等射頻器件，一般電路損耗在3-4db左右，所以要求B點(diǎn)（濾波器輸出）功率最大為32dbm（TDD工作模式）和29dbm（FDD工作模式）；濾波器/雙工器插入損耗一般在2-3db左右，所以系統(tǒng)對于濾波器/雙工器的功率輸入（A點(diǎn)）要求達(dá)到35dbm（TDD工作模式）和32dbm（FDD工作模式），在特定情況下，PA瞬時(shí)輸出功率可能高于上述功率水平，所以，為了避免濾波器/雙工器在實(shí)際工作中特定使用場景下出現(xiàn)燒毀的現(xiàn)象，則要求濾波器/雙工器的瞬時(shí)功率耐受水平達(dá)到33dbm以上水平。

三：高功率需求為濾波器設(shè)計(jì)和制造帶來挑戰(zhàn)

5G終端由于要支持更多的通信頻段、更復(fù)雜的通信技術(shù)（比如載波聚合、多天線等），導(dǎo)致手機(jī)電路異常擁擠，器件小型化 、集成化成為了必然的趨勢，比如雙工器尺寸已經(jīng)從傳統(tǒng)的1.8mm*1.4mm*0.55mm發(fā)展到1.6mm*1.2mm*0.55mm甚至在一些場景下要求達(dá)到1.5mm*1.1mm*0.35mm水平，在體積降低的情況下，產(chǎn)品性能指標(biāo)比如插入損耗、隔離度和功率耐受等卻比之前提出了更高的要求，要同時(shí)達(dá)到小尺寸、高性能、高功率耐受，對于濾波器的研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造帶來了巨大的挑戰(zhàn)。以SAW（聲表面波）雙工器為例，器件Q值、加工材料、溫度漂移特性等每一項(xiàng)都是實(shí)現(xiàn)小尺寸、高性能、高功率耐受產(chǎn)品的攔路虎。

從材料方面來看

隨著聲表面波濾波器尺寸的減小和工作頻率的增加，電極線條和叉指條之間的距離越來越細(xì)小、金屬厚度越來越薄，金屬材料原子遷移現(xiàn)象對器件的可靠性影響越大，而更大的功率，將進(jìn)一步加速上述現(xiàn)象的發(fā)生，使器件更快出現(xiàn)失效，故聲表濾波器件對于芯片使用的金屬材料特性提出了極高的要求。

從Q值方面來看

SAW濾波器在不同Q值下，帶內(nèi)插損差距達(dá)到2db左右，而最大的差距體現(xiàn)（插損最大值）一般在濾波器通帶截止頻率附近，濾波器插損越大，為了達(dá)到要求的輸出功率，PA將給濾波器輸入更大的功率；更大的插損將導(dǎo)致器件工作溫度上升更快，器件性能惡化時(shí)間更短；在同等條件下，低Q值諧振器要實(shí)現(xiàn)小尺寸、高性能、高功率耐受產(chǎn)品將更困難；而產(chǎn)品的Q值又與研發(fā)設(shè)計(jì)能力、材料、工藝水平直接相關(guān)。

從溫度漂移特性上來看

聲學(xué)濾波器工作溫度不同時(shí)，器件的通帶將會出現(xiàn)頻率漂移現(xiàn)象，比如溫度增高時(shí)，通帶會整體往低頻偏移，等效來看，將出現(xiàn)通帶插損，特別是通帶高頻截止頻率處插損出現(xiàn)較大幅度增加，插損增加會導(dǎo)致器件發(fā)熱現(xiàn)象更嚴(yán)重器件工作溫度將更高，更高的溫度又導(dǎo)致更嚴(yán)重的溫度漂移現(xiàn)象發(fā)生，從而出現(xiàn)惡性循環(huán)。 特別是用聲學(xué)原理制作的雙工器，由于雙工器的發(fā)射通路是持續(xù)工作的，所以，器件的發(fā)熱現(xiàn)象、溫度漂移影響將更嚴(yán)重。也就是說，用聲學(xué)原理研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造小尺寸、高性能、高功率耐受的雙工器/多工器所面臨的挑戰(zhàn)和困難尤其突出。

四：結(jié)論

在5G時(shí)代，SAW濾波器/雙工器由于其高性價(jià)比的優(yōu)勢，將會繼續(xù)占據(jù)射頻濾波器芯片領(lǐng)域絕大部分應(yīng)用場景，目前掌握了高功率SAW技術(shù)的企業(yè)都采用同一款芯片將性能做到極致（小尺寸、高性能、高功率耐受）來同時(shí)滿足不同應(yīng)用場景（比如手機(jī)和NB-IoT）策略，這種策略將大大降低產(chǎn)品總體成本。 從產(chǎn)品發(fā)展趨勢和產(chǎn)品競爭力角度： 1、面對器件小型化且同時(shí)具備高性能、高功率的行業(yè)大趨勢，掌握了高功率SAW技術(shù)的企業(yè)之所以具有強(qiáng)競爭力在于他們普遍采取綜合性能一步到位的一款產(chǎn)品覆蓋盡可能多的應(yīng)用場景策略來增強(qiáng)企業(yè)產(chǎn)品力。 2、目前很多頭部手機(jī)客戶，從實(shí)際應(yīng)用需求角度對于濾波器/雙工器芯片功率耐受明確提出了需要達(dá)到32dbm的要求；而掌握了高功率SAW技術(shù)的企業(yè)的產(chǎn)品已經(jīng)普遍達(dá)到了32dbm及以上水平。 3、射頻發(fā)射模組的集成度越來越高，需要被集成的濾波器/雙工器產(chǎn)品尺寸做得越來越小、性能越來越高，同時(shí)還要能滿足高功率要求，這是分立器件向射頻模組產(chǎn)品發(fā)展最核心的基本條件之一。 從企業(yè)的產(chǎn)品角度綜合而言：SAW要把功率做上去，是關(guān)聯(lián)到材料、工藝和設(shè)計(jì)多個環(huán)節(jié)的工作，是需要EDA的模型涵蓋了高功率材料在特定工藝條件下的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的，所以高功率SAW器件其實(shí)是一個公司綜合技術(shù)實(shí)力的體現(xiàn)。

審核編輯 ：李倩