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時代2.6GHz、3.5GHz較高頻率的應用，無線信號傳播路損增大、穿透能力變差，同時手機發(fā)射功率小，因此上行信號容易成為系統(tǒng)瓶頸。為了應對更多頻段同時工作、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)射功率要求達到較高水平。 3GPP38.101定義手機終端發(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） 目前主要應用了Power Class 2, Power Class 3兩個等級標準；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手機發(fā)射鏈路在TDD工作模式下，天線處（C點）的功率要求達到26dbm，F(xiàn)DD工作模式下要求達到23dbm+2db，而在天線到濾波器/雙工器之間，還有如天線開關、天線調諧器等射頻器件，一般電路損耗在3-4db左右，所以要求B點（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）要求達到35dbm（TDD工作模式）和32dbm（FDD工作模式），在特定情況下，PA瞬時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/雙工器的瞬時功率耐受水平達到33dbm以上水平。

三：高功率需求為濾波器設計和制造帶來挑戰(zhàn)

5G終端由于要支持更多的通信頻段、更復雜的通信技術（比如載波聚合、多天線等），導致手機電路異常擁擠，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到1.5mm*1.1mm*0.35mm水平，在體積降低的情況下，產品性能指標比如插入損耗、隔離度和功率耐受等卻比之前提出了更高的要求，要同時達到小尺寸、高性能、高功率耐受，對于濾波器的研發(fā)設計和生產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都是實現(xiàn)小尺寸、高性能、高功率耐受產品的攔路虎。

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，帶內插損差距達到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；更大的插損將導致器件工作溫度上升更快，器件性能惡化時間更短；在同等條件下，低Q值諧振器要實現(xiàn)小尺寸、高性能、高功率耐受產品將更困難；而產品的Q值又與研發(fā)設計能力、材料、工藝水平直接相關。

從溫度漂移特性上來看

聲學濾波器工作溫度不同時，器件的通帶將會出現(xiàn)頻率漂移現(xiàn)象，比如溫度增高時，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，插損增加會導致器件發(fā)熱現(xiàn)象更嚴重器件工作溫度將更高，更高的溫度又導致更嚴重的溫度漂移現(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重。也就是說，用聲學原理研發(fā)、設計、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：結論

在5G時代，SAW濾波器/雙工器由于其高性價比的優(yōu)勢，將會繼續(xù)占據(jù)射頻濾波器芯片領域絕大部分應用場景，目前掌握了高功率SAW技術的企業(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）來同時滿足不同應用場景（比如手機和NB-IoT）策略，這種策略將大大降低產品總體成本。 從產品發(fā)展趨勢和產品競爭力角度： 1、面對器件小型化且同時具備高性能、高功率的行業(yè)大趨勢，掌握了高功率SAW技術的企業(yè)之所以具有強競爭力在于他們普遍采取綜合性能一步到位的一款產品覆蓋盡可能多的應用場景策略來增強企業(yè)產品力。 2、目前很多頭部手機客戶，從實際應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到32dbm的要求；而掌握了高功率SAW技術的企業(yè)的產品已經普遍達到了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/雙工器產品尺寸做得越來越小、性能越來越高，同時還要能滿足高功率要求，這是分立器件向射頻模組產品發(fā)展最核心的基本條件之一。 從企業(yè)的產品角度綜合而言：SAW要把功率做上去，是關聯(lián)到材料、工藝和設計多個環(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確數(shù)據(jù)的，所以高功率SAW器件其實是一個公司綜合技術實力的體現(xiàn)。

審核編輯 ：李倩