Мы рассмотрим семь распространенных без-чиповых способов создания фильтров.
Кристаллические фильтры используют кварцевый кристалл как резонансный элемент. Высокий Q кварцевого резонатора обеспечивает очень крутой полосковый пропуск. Такие фильтры обычно используются на IF частотах в диапазоне 10 МГц и фактор Q оказывается в диапазоне от 10 000 до 100 000.
SAW/BAW (Поверхностная акустическая волна и объемная акустическая волна). Акустические фильтры покрывают диапазон частот до 6 ГГц и предлагают хорошую эффективность относительно затрат, делая их сегодня доминирующим подходом без-чиповой технологии в мобильных устройствах.
Керамические фильтры покрывают диапазон от ~100 МГц до ~8 ГГц и предлагают аналогичную производительность с дискретными конструкциями индуктивно-конденсаторных (LC) элементов с сосредоточенными элементами, но могут быть реализованы в компактных корпусах с поверхностным монтажом. Производительность и толщина корпуса могут стать ограничивающим фактором в сравнении керамических фильтров с SAW/BAW.
Сосредоточенный элемент. Дискретный LC подход обеспечивает низкие затраты на реализацию фильтра, но в таких устройствах ограничены достижимые факторы Q. Фильтры с дискретными сосредоточенными элементами обычно используются в диапазоне от 30 МГц до 300 МГц, но в принципе могут быть выполнены для устройств до 40 ГГц. На миллиметровых частотах фильтры на дискретных сосредоточенных элементах очень сложно реализовать из-за размерных ограничений, наложенных частотой, так как элементы фильтра должны быть значительно меньше, чем длина волны линии передачи.
Резонаторные фильтры распространены на частотах от 40 МГц до 960 МГц и могут предложить высокую избирательность на высокой мощности. Они могут достичь высокой производительности, но они физически большие и обычно встречаются в инфраструктурных устройствах, таких как для дополнительной фильтрации на базовом блоке.
Планарные фильтры производятся с использованием тонкопленочного процесса и в зависимости от топологии фильтра могут предложить высокий Q и разумный подход для достижения хорошей производительности в небольших размерах по сравнению с дискретными сосредоточенными элементами. В тонкопленочном подходе с сосредоточенными элементами, линии передачи фильтра печатаются в различных конфигурациях в зависимости от требуемой производительности, а элементы фильтра реализуются через дискретные резистивные, емкостные или индуктивные элементы. Фильтры с планарными распределенными элементами полагаются на тщательно распределенные линии передачи для создания резонаторных структур и могут быть разработаны с меньшими зазорами, чем фильтры с сосредоточенными элементами. Разработки с распределенными элементами более практичны, чем с сосредоточенными элементами, на увеличенных частотах. Планарные фильтры могут быть разработаны из температурно-стабильной керамики для обеспечения стабильной частотной производительности при изменении температуры.
Волноводные фильтры характеризуются высокой способностью работать с заданной мощностью, что приводит к их широкому использованию в радиолокации и низким потерям, учитывая, что сам волновод является средой с малыми потерями.
Рис.1 показывает диапазоны частот, покрываемые этими технологиями фильтрации. График показывает, что главным выбором для фильтрации в mmWave устройствах (то есть ~30ГГц и выше) оказываются Резонаторные, Планарные тонкопленочные и Волноводные фильтры. Все эти три подхода дают свои собственные преимущества и базируются на принятых всегда доступных технологиях. Давайте посмотрим на некоторые из характеристик эффективности, важных для фильтрационных устройств как в обычных, так и в 5G коммуникациях.