本文將探討有體聲波（BAW）濾波器技術的3 個關鍵挑戰：DSRC 頻段中的802.11p、LTE與Wi-Fi 共存和衛星無線電，還會討論與汽車應用有關的可靠性和溫度穩定性。

Qorvo 公司Robert Aigner Connie MacKenzieAlex Zajac

隨著數字化功能的增多，汽車會更多地依賴無線技術與外界保持通信。目前，許多車輛都支持LTE 數據連接作為小型Wi-Fi 熱點。未來幾年，利用5.9 GHz 專用短程通信（DSRC）頻段上的IEEE802.11p 標準，有關車輛間（V2V）和車輛與基礎設施間（V2X）通信的長遠規劃目標都將成為現實。

BAW濾波器的出現

互聯汽車不斷發展，汽車將越來越多地使用與其他用途頻段更為接近的更高的RF 頻段，而這些頻段之間的干擾將成為一個重要問題。如要避免在這些情況下產生干擾，高性能RF 帶通濾波器就應具備高頻能力。這些濾波器須提供陡峭的過渡帶，防止信號干擾相鄰頻段，且通帶應具有低插入損耗，以保證輸出功率和覆蓋范圍。汽車應用中使用的濾波器也必須能夠在惡劣環境條件下運行，在預期的汽車使用壽命內可靠運行，同時適應極端溫度和濕度。特別是DSRC 也帶來了挑戰，要在遠高于傳統手機頻段的頻率下提供這樣的性能。

BAW 濾波器具備所有這些特性，能夠提供5.9 GHz 頻段所需的所有功能。BAW 濾波器屬于聲波濾聲器，基于大量沉積層構成，包括薄膜壓電層和板形電極。聲波垂直穿過這些沉積層，層厚決定諧振頻率，即：層厚越薄，頻率越高。BAW 濾波器提供陡峭過渡帶，其高品質因數（Q）高達3000，尺寸遠小于傳統陶瓷和介質濾波器。BAW 濾波器選擇性精度高，尺寸小巧，被廣泛用于多種移動設備，這些特性也使它們適合用于高級汽車RF 應用。

BAW 濾波器一般用在高于1.5 GHz 并且需要高性能的應用中，此技術基本上能夠適應高達10 GHz以及更高的工作頻率。

802.11p和歐洲收費系統

5.9 GHz DSRC 頻段就是頻段推動先進RF 濾波器技術極限的最佳示例，其頻率高于現有手機頻段的頻率, 所需的過渡帶陡峭度也非常嚴格。在這種頻率下，傳輸鏈所有部件的損耗都將非常高，且鏈路預算將取決于濾波器防止與其他系統產生干擾的能力。對于此頻段下運行的802.11p 系統，一個重要的問題是如何與歐洲電子收費系統共存。在許多歐洲國家，這些收費系統都在5795 ～5815MHz頻段工作，歐洲電信標準協會（ETSI）也制定了嚴格的帶外雜散要求。

截至目前，尚未出現支持802.11p 系統滿足ETSI 要求的可行且經濟的解決方案。如圖1 所示，解決方案必須能夠在整個DSRC 頻段內提供低插入損耗，具備極為陡峭的過渡帶，以避免與收費系統使用的頻譜（僅有15 MHz 的保護間隔）產生干擾。如果不具備高品質因數 （Q >1000），則濾波器無法應對這些挑戰。基于測試結構得出的仿真結果確認BAW 濾波器能夠超越這些需求，并且在這個頻段具備高于0.15% 的頻率誤差。

圖1、仿真顯示支持802.11p 的BAW 濾波器性能可以避免與歐洲電子收費系統的干擾

帶通仿真預估的溫度變化和15 MHz保護頻段頻率

在較大的溫度范圍內，汽車濾波器必須滿足這些嚴格的要求，以及避免相鄰頻段之間的干擾時，溫度漂移濾波器頻率響應隨溫度變化出現的漂移成為了最大阻礙。對于汽車應用，由于其規定的運行溫度范圍為-40～105 ℃，所以漂移問題尤其嚴重。車輛的駕駛條件多變，有夏季的酷熱，也有冬季的嚴寒，而濾波器所在的位置常常面臨更大的溫差和熱應力，例如車頂天線或發動機艙。

相比其他濾聲器，BAW 濾波器本身對溫度變化的敏感度較低，但即使如此，采用傳統BAW 制造流程也可能無法達到歐洲對DSRC 系統的嚴格要求。要解決這個問題，就需要更加先進的流程，制造出能夠更穩定響應溫度變化的濾波器。濾波器材料一般會隨溫度升高而軟化，這種情況造成了溫度漂移，可通過添加二氧化硅（SiO2）來抵消這種影響，因為這種材料會隨溫度上升而變硬，而且這種溫度補償可將溫度漂移量降低至接近零，使BAW 濾波器的頻率溫度系數（TCF）保持在0±2 ppm/℃。

衛星無線電和CS頻段

衛星無線電是另一個示例，標準的BAW 濾波器已經無法滿足要求，需要溫度補償型BAW 濾波器。

圖2、衛星廣播/LTE30 頻段共存的挑戰

衛星數字廣播音頻服務（SDARS） 頻段位于FDDLTEBand30 的上行鏈路和下行鏈路頻段之間，在無線通信服務（WCS）頻譜上工作（見圖2）。SDARS 頻譜每側只存在一個5 MHz 的保護間隔。為了支持衛星廣播服務的運行，同時避免相鄰的WCS 頻段相互干擾，需要使用一個TCF 接近零的全溫度補償型BAW 濾波器，且要內嵌在汽車天線之中。

Wi-Fi和LTE共存

Wi-Fi 和LTE 通信在汽車中通常必須共存，因此要求兩者能在不干擾的情況下同時運行。許多車型目前都被用作Wi-Fi 熱點，通過LTE 數據連接，與外界進行數據交換，駕乘者也可能同時在其移動設備上使用。

最大的挑戰在于2.4GHz Wi-Fi 與LTE Band 40/41 之間的共存。Band40 是一種TDD LTE頻段，在中國境內使用，Band41 則在中國和美國境內使用， 而Band7 主要在歐洲使用，也接近Wi-Fi 頻譜。LTE Band40 和Wi-Fi 頻道1 之間只有1 MHz 的保護間隔，Wi-Fi 頻道14 和LTE Band41 之間也是如此。使用溫度穩定型BAW 濾波器，只需犧牲極小帶寬即可實現Wi-Fi 與兩種頻段的共存。

可靠性

對于用在汽車中的濾波器，可靠性是一個重要問題，因為汽車的使用壽命比其他移動設備要長得多。因此，比起其他商業應用，汽車濾波器應接受更廣泛的測試和審核。美國汽車電子協會針對無源器件（例如濾波器）的AEC-Q200 質量標準包括對高溫和溫度變化條件下的穩定性的嚴格應力測試、耐濕性，以及機械應力，例如沖擊、振動和板子變形。

總結

隨著各類無線設備激增，更多無線頻段分配到更高頻率，以及全球頻譜管理仍然維持碎片化流程，RF 干擾抑制將變得更加具有挑戰性。溫度補償型BAW 濾波器（例如Qorvo 的NoDrift 和LowDrift 濾波器）提供溫度穩定性、高品質因數和陡峭過渡帶，使得BAW 技術能夠滿足汽車行業最嚴苛的要求。利用BAW 實現良好的性能和可制造性并不容易，這需要擁有高超的流程控制力和獨特的材料科學知識，汽車應用濾波器制造商還應展示產品在溫度和環境壓力條件下經過檢驗的可靠性。