在射频前端滤波器中,Q值越高,通频带越窄,对相邻频率成分的分离能力越强,频段选择性与滤波效果也越好。声学滤波器是当前手机滤波器的主流,分为SAW与BAW两大类,二者均具备良好的频带选择性与高Q值特性。从竞争格局看,SAW滤波器市场由日企村田占据主导,BAW滤波器市场则由博通(Avago)与Qorvo两家美企主导,两类赛道的高Q值窄带能力分别集中在不同类型的厂商手中。
Q值与带宽的取舍关系
Q值即滤波器品质因数,用于描述滤波器分离信号中相邻频率成分的能力。Q值越高,通频带宽度越窄,灵敏度越高,频段选择性与滤波效果越好。带宽则描述可通过滤波器的信号频率范围,体现滤波器的频率选择能力。这意味着追求高Q值与窄带选择性,本身就是同一技术方向的两面。
两类主流声学滤波器的Q值差异
SAW与BAW滤波器在工作原理与适用频段上各有差异,Q值水平也不同。
| 对比项 | SAW滤波器 | BAW滤波器 |
|---|---|---|
| 特性 | 高稳定性;较高Q值(Q>1,000);插入损耗较低(2~4dB) | 高稳定性;高Q值(Q>2,000);插入损耗低(0.8~1.5dB),耐高功率 |
| 适用频段 | 10MHz-3GHz | 1.5GHz-6GHz,最高达10GHz以上 |
| 劣势 | 热稳定性较差,工作频率超过1.5GHz,Q值下降 | 价格高,工艺复杂,成品率较低 |
| 主要厂商 | 海外:Murata、TDK、Taiyo Yuden;中国:麦捷科技、德清华莹、好达电子 | 海外:Broadcom、Qorvo;中国:天津诺思、中电26所、开元通信 |
SAW滤波器在1GHz以下频段具备成本优势,但频率越高、两个IDT间距越小,1GHz以上普通SAW表现不佳。村田推出的TC-SAW滤波器解决了热稳定性问题,覆盖手机中约80%的应用;I.H.P-SAW进一步克服低频与散热弱点,工作频率可达3.5GHz,并具备BAW滤波器的温度特性和高散热性,甚至能替代一部分BAW滤波器。
高Q值窄带赛道的主要参与者
在SAW滤波器市场,村田具备绝对优势,市占率在50%以上,TDK Epcos、Taiyo Yuden、Skyworks、Qorvo分列其后。BAW滤波器领域,博通(Avago)与Qorvo分别通过FBAR和SMR新技术取得领先,市占率分别达到56%和38%。由于滤波器使用特殊压电材料,工艺细节难以把控,这些厂商普遍采用IDM模式。
国内厂商目前大部分集中在SAW滤波器,德清华莹与好达电子具备普通SAW和TC-SAW量产能力,其中德清华莹的I.H.P-SAW已在小批量生产。BAW滤波器方面,由于海外厂商专利布局较早、FBAR-BAW专利封锁较强,国内武汉敏芯、天津诺思等厂商积极布局,但受专利限制,进展相对缓慢。
常见问题
为什么高Q值往往意味着窄带宽?
Q值用于描述滤波器分离相邻频率成分的能力,Q值越高,通频带宽度越窄,灵敏度越高,频段选择性与滤波效果越好。因此高Q值与窄带选择性是同一技术特性的两种表述。
SAW和BAW滤波器谁的Q值更高?
按官方资料给出的特性参数,SAW滤波器Q值大于1,000,BAW滤波器Q值大于2,000。BAW滤波器同时具备更低的插入损耗和耐高功率特性,但价格更高、工艺更复杂、成品率较低。
高Q值窄带滤波器主要用在哪些频段?
SAW滤波器适用于10MHz-3GHz,BAW滤波器适用于1.5GHz-6GHz、最高可达10GHz以上。在5G的Sub6频段(450MHz-6GHz),因带宽更大、频率更高,BAW滤波器仍是首选方案。