濾波器的核心功能是過濾電源線路中的高頻噪聲，這些噪聲可能由電源本身產生，也可能來自外界的電磁干擾。濾波器通常由電感器、電容器和電阻器組成，它們結合使用可以有效地抑制高頻噪聲，允許低頻信號通過，從而穩定輸出電壓，保護電路免受損害。濾波器在系統中發揮著濾除其他頻段和干擾信號的關鍵作用，主要包括聲表面波（SAW）濾波器和體聲波（BAW）濾波器。SAW濾波器主要由壓電襯底材料上的兩個叉指換能器組成，SAW信號沿壓電材料的表面傳播，而BAW濾波器通過調整薄膜的厚度來調控頻率，能夠應用于更高頻率的范圍。其核心指標包括通帶插損、阻帶抑制、頻帶、功率、頻率溫度系數和尺寸等。頻譜的擁擠和濾波器數量的增加，對濾波器的綜合性能提出了新的要求。

01 前言

隨著第五代移動通信技術（5G）、毫米波雷達探測以及太赫茲通信等無線技術的迅猛進步，加上無人駕駛汽車、物聯網和人工智能等應用場景的不斷擴展，對無線射頻系統在集成度、小型化、輕量化、低功耗和低成本等方面的要求日益提高。對射頻（RF）晶體管技術的性能要求也在不斷提高。這些要求包括更高的功率、更高的頻率和更高的效率，同時還需兼顧低成本和小體積的需求。


微波無線通信技術自問世以來，已經廣泛應用于移動通信、全球定位和數據傳輸等領域，大幅提升了生活便利性，并成為社會進步的重要推動力之一。5G技術的普及更是顯著提高了通信網絡的傳輸速率和數據承載能力。傳統的射頻系統方案，如分立模塊和平面集成技術，已經無法滿足日益提升的集成需求。因此，射頻系統正逐步朝著更高系統集成度的方向發展，目前采用的集成方案包括片上系統（SoC）、多芯片模塊（MCM）、系統級封裝（SiP）和封裝系統（SoP）等。

在射頻前端系統中，濾波器作為核心組件，在接收鏈路和發射鏈路中都發揮著至關重要的作用，其性能直接影響通信質量。從2G到5G，射頻前端中的濾波器數量不斷增加。例如，在現代手機的前端系統中，濾波器的數量已經從個位數增加到超過100個。濾波器數量的激增主要有兩個原因：其一，移動終端需要支持越來越多的功能，如GPS、藍牙、WiFi以及3G、4G、5G等，不同功能使用不同的頻譜，通常每種功能需要至少兩個濾波器或一個雙工器；其二，單個濾波器的帶寬有限，通常無法覆蓋整個通信頻段，因此射頻前端需要疊加多個不同頻率的濾波器以滿足寬頻段需求。

02濾波器技術原理

為了在單位時間內傳輸更多的信息，必須提高通信系統的數據傳輸速率。增加通信帶寬是提高數據傳輸速率的最有效手段之一。5G的數據傳輸速率（1 Gbps）相比于4G提高了一個數量級，這主要得益于頻段數量的增加（從4G的十幾個增加到30個以上），以及多輸入多輸出、載波聚合和分集接收等技術的應用，這些技術有效整合了多個頻段，使得系統的瞬時通信帶寬從十MHz級別提升到百MHz級別。在手機中，除了通信頻段的快速增加外，還有WiFi、藍牙和導航等應用頻段的增加，使得頻譜變得愈發擁擠，頻段間的信號干擾成為通信系統必須解決的關鍵問題。

隨著通信技術的不斷發展，對頻率和帶寬的需求也在不斷增加，這對通信設備的多功能性和集成化提出了新的挑戰，進一步加大了射頻器件的設計難度。

濾波器在系統中發揮著濾除其他頻段和干擾信號的關鍵作用。其核心指標包括通帶插損、阻帶抑制、頻帶、功率、頻率溫度系數和尺寸等。目前，濾波器不僅廣泛應用于民用領域，也在電臺、制導、遙測遙控、相控陣雷達以及電子對抗等領域中發揮重要作用。為保證通信質量，手機中的每個頻段都需要使用濾波器。頻譜的擁擠和濾波器數量的增加，對濾波器的綜合性能提出了新的要求：更高的Q值、更小的頻率溫度系數和更小的體積。更高的Q值能夠確保濾波器具有更窄的過渡帶，從而實現更好的濾波效果；更小的頻率溫度系數能夠減少干擾信號的影響；更小的體積則有助于實現手機的小型化和輕量化，提供更多的電池空間。

聲學濾波器通過將電信號轉換為聲信號，在聲學域完成信號處理后，再將聲信號轉換為電信號，從而實現對電信號的濾波功能。與傳統的LC、介質和腔體濾波器相比，微聲濾波器由于在傳輸方程中引入了多個傳輸零點，具有更高的Q值和更好的濾波性能。同時，由于聲波的波長僅為電信號的十萬分之一，微聲濾波器的體積比電學濾波器小得多，因此能夠兼顧高性能和小體積。

微聲濾波器主要包括聲表面波（SAW）濾波器和體聲波（BAW）濾波器兩種類型。SAW濾波器主要由壓電襯底材料上的兩個叉指換能器組成，SAW信號沿壓電材料的表面傳播，而BAW濾波器通過調整薄膜的厚度來調控頻率，能夠應用于更高頻率的范圍，如K波段的18 GHz。BAW濾波器不僅能滿足低頻和高頻需求，還因其連續電極結構能夠承載更高的功率，在民用和軍事領域均具有廣泛的發展前景。

 不同聲學濾波器表面電極的形貌特征.  a）SAW 濾波器，b）BAW 濾波器

大帶寬濾波器能夠覆蓋更多的頻段，顯著減少射頻前端系統中所需的濾波器數量，對精簡射頻前端系統尺寸具有重要作用。因此，提高BAW濾波器帶寬一直是濾波器產業界的研究熱點。在5G時代，射頻前端系統對高頻、大帶寬和小尺寸的BAW濾波器需求尤為迫切。然而，由于BAW濾波器的結構復雜程度遠高于SAW濾波器，其技術難度也更大。加之我國對BAW濾波器的相關研究起步較晚，國內BAW濾波器產業驅動力不足，市場份額基本被美國的博通、Qorvo和日本的太陽誘電等美日企業壟斷。在國內開始關注BAW濾波器時，國外廠商早已完成了BAW濾波器的產業化生產，并構建了完整的專利壁壘。幾十年的差距已經導致BAW濾波器產業形成了較高的技術壁壘。

BAW濾波器主要包括固態反射型諧振器和空腔型體聲波諧振器兩種。這兩種濾波器的核心都是由兩個金屬電極夾著壓電薄膜形成的三明治結構換能器。其工作原理是：當電信號施加到換能器上后，由于壓電薄膜的逆壓電效應，電信號被轉換為聲信號，聲信號分別朝換能器的上下方向傳播，由空氣或其他結構形成的反射界面對聲信號進行反射。換能器的結構參數決定了只有滿足駐波振蕩條件的聲信號可以不斷增強，而其他信號在多次反射過程中由于相位不同而相互抵消，從而實現對特定聲信號的選擇。最后，通過壓電薄膜的壓電效應，將形成駐波的聲信號轉換成同頻的電信號，從而實現對電信號的濾波。SMR結構和FBAR結構如圖1-3所示。


SMR（懸浮膜聲波共振器）和 FBAR（薄膜體聲波共振器）結構的差異導致了它們在性能上的不同。SMR 結構的上反射層為空氣，下反射層由多層低阻抗層和高阻抗層交替構成，每層薄膜的厚度均為聲波波長的四分之一，基于布拉格諧振腔原理工作。由于 SMR 結構的下反射層中各層薄膜對聲波的反射效率較低，聲波能量部分會沿反射層和襯底泄露，因此采用該結構的器件損耗較大。然而，SMR 的優勢在于其散熱通道為固體介質，因此能夠承受較高功率。相比之下，FBAR 結構的上下反射層都是空氣，幾乎實現了全反射，因此器件損耗較小，但其散熱通道為空氣介質，功率承受能力相對較弱。基于這些特點，SMR 濾波器主要應用于對高功率有較高要求的基站類場合，而 FBAR 濾波器則更適用于對低損耗有較高要求的手機終端和武器裝備等領域。

SAW濾波器和BAW濾波器各自的工作原理及類型已有簡要介紹。SAW濾波器在低頻和成本方面更具優勢，主要應用于2G、3G和4G移動通信。相比之下，BAW濾波器具有更高的Q值、工作頻率、矩形度和功率耐受力，以及更低的頻率溫度系數，還更易于集成，因而主要用于高頻且對矩形度要求較高的頻段。
隨著通信系統和武器裝備的發展，對BAW濾波器提出了高頻化、小型化和高溫度穩定性的要求。FBAR濾波器作為BAW濾波器的一種，因其在高頻化和小型化方面的顯著優勢，在移動通信和武器裝備中占據重要地位。然而，FBAR濾波器的頻率溫度系數較大（-25~-30 ppm/℃），對窄帶濾波器在惡劣環境下的應用可能導致系統保護帶寬增加，帶外抑制能力減弱，進而增大進入接收機的干擾信號，降低設備的整體靈敏度，難以滿足通信設備和武器裝備在惡劣環境下對濾波器高靈敏度的要求。因此，為降低頻率溫度系數需通過增加溫度補償層將其控制在較低范圍內。

03濾波器在汽車上的應用及市場規模
濾波器在汽車上的應用主要集中在以下幾個方面：
車載網絡噪聲抑制
現代汽車配備了大量傳感器和高速網絡，如CAN總線和汽車以太網，這些網絡需要高效的噪聲濾波器來保證數據通信的質量。濾波器能夠消除網絡中不必要的信號（噪聲），確保數據通信的準確性和可靠性。
電磁兼容性（EMC）
濾波器在汽車中還扮演著電磁兼容性的角色，幫助減少電磁干擾，提高汽車的電磁兼容性。這對于電動汽車和其他使用高電壓技術的汽車尤為重要。
電源線路噪聲抑制
在汽車電源線路中，濾波器用于抑制由電源線路產生的噪聲，特別是在DC-DC轉換器的工作頻率高頻化的情況下，濾波器的作用變得更加重要。
有源濾波器的應用
有源濾波器在汽車行業中的應用包括提高產品質量、滿足環保要求、提高生產效率以及推動技術創新。這些濾波器能夠主動補償電網中的諧波和電磁干擾，提高電力系統的穩定性和可靠性。
共模濾波器
共模濾波器在汽車中主要用于消除共模噪聲，保障通信質量。它們適用于汽車以太網和CAN-BUS等高速網絡，確保數據傳輸的準確性和完整性。
濾波器在汽車上的應用廣泛且重要，從提高車載網絡的性能到確保電源線路的穩定性，再到推動整個汽車行業的技術進步，濾波器都發揮著不可或缺的作用。

濾波器市場規模持續增長

近年來，全球濾波器市場規模持續擴大，展現出強勁的增長勢頭。據《中國濾波器行業深度分析及“十五五”發展規劃指導報告》顯示，2023年全球濾波器市場規模已達到117.4億美元，并預計將在未來十年內持續攀升至297.1億美元。這一顯著增長主要歸因于4G、5G智能手機市場的蓬勃發展，以及物聯網、車聯網等新興領域的快速崛起。隨著通信技術的不斷進步，濾波器作為射頻前端的核心部件，其市場需求也隨之水漲船高。

在技術層面，濾波器行業正經歷著從低端向中高端的轉型升級。隨著4G、5G手機支持頻段數量的不斷增加，濾波器的單機用量和價值量也隨之提升。特別是BAW（體聲波濾波器）和TC-SAW（溫度補償聲表面波濾波器）等高端濾波器，憑借其卓越的性能和穩定性，逐漸成為市場的主流選擇。然而，目前全球高端濾波器市場仍被美國、日本等少數廠商所主導，國產濾波器廠商在技術和市場份額上仍有較大的提升空間。

國產化勢不可擋
在全球BAW濾波器市場中，亞太地區占據了主導地位，市場份額高達75%。隨著5G通信和智能手機需求的不斷增長，BAW濾波器市場規模持續擴大。據 QYResearch 調研團隊最新報告“全球 BAW 濾波器市場報告 2024-2030”顯示，預計 2030 年全球 BAW濾波器市場規模將達到 136.1 億美元，未來幾年復合增長率 CAGR 為 8.7%。其中，FBAR BAW濾波器作為最大的細分產品，占據了約90%的市場份額，而智能手機則是其最大的應用領域，占比高達85%。

在中國市場，BAW濾波器的國產化進程正在加速推進。盡管目前全球BAW濾波器市場仍被國外頭部企業所壟斷，但我國政府已將BAW濾波器列為重點發展對象，通過政策和資金支持，鼓勵企業和科研機構在技術攻關和產品研發方面取得突破。據東方財富數據顯示，預計2027年中國BAW濾波器市場規模將達到633億元。隨著國內企業研發投入的持續增加，部分國產BAW濾波器已實現量產。

政策推動與供應鏈優化
為了推動5G及未來通信技術的自主可控發展，我國政府高度重視射頻器件的國產化進程。通過發布《新型基礎設施建設行動計劃》和《“十四五”信息產業發展規劃》等政策措施，明確支持射頻器件國產化，并加大對高端濾波器技術瓶頸的突破力度。這些政策不僅為國產濾波器廠商提供了有力的支持，還推動了國內BAW濾波器產業化進程的加速。

在供應鏈優化方面，隨著5G和未來6G等新型通信技術的不斷發展，對BAW濾波器的需求持續增長。為了降低對國外廠商的依賴，我國正在積極推動濾波器國產化替代的必然趨勢。盡管國外企業在核心技術和專利方面占據優勢，但國內廠商通過持續的技術創新和專利申請，正在逐步縮小與國際先進水平的差距。據新浪財經數據顯示，目前國內已有超過2000件BAW濾波器相關專利申請，其中60%以上由國內申請人提交。這一趨勢表明，我國在BAW濾波器領域的自主研發能力正在不斷提升，未來有望在全球市場中占據更重要的地位。

04濾波器必須通過車規級AEC-Q200認證
AEC－Q系列認證是公認的車規元器件的通用測試標準。濾波器企業想要進入汽車電子領域，進入汽車電子零部件供應鏈，AEC－Q200是必須獲得的認證之一。

① AEC-Q認證是國際汽車電子領域的準入門檻
AEC即Automotive Electronics Council，是美國汽車電子委員會的簡稱。AEC由克萊斯勒，福特和通用汽車發起并創立于1994年，目前會員遍及全球各大汽車廠、汽車電子和半導體廠商，符合AEC規范的零部件均可被上述三家車廠同時采用，促進了零部件制造商交換其產品特性數據的意愿，并推動了汽車零件通用性的實施，為汽車零部件市場的快速成長打下基礎。AEC-Q為AEC組織所制訂的車用可靠性測試標準，是零件廠商進入汽車電子領域，打入一級車廠供應鏈的重要門票。

②AEC-Q200認證是車規級無源元件（被動元件）的準入門檻
AEC-Q200是汽車電子協會（AEC）針對在汽車上應用的無源元件（又稱被動元件）的質量可靠性驗證標準，AEC-Q200認證是無源元件汽車級品質符合性驗證，是無源元件進入汽車領域的準入門檻。通過系列測試驗證無源元件能否承受汽車應用環境下極端溫度、濕度、振動與老化的影響。該標準主要用于防止被動元器件出現性能變異狀況或潛在故障狀態，確保無源元件質量與可靠性，保證無源元件的功能和性能在連續使用后依舊保持一致穩定。

③AEC-Q200適用產品范圍
鉭電容器和鈮電容器、超級電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、薄膜電容器、電磁器件（電感/變壓器）、網絡(R-C/C/R）、電阻器、熱敏電阻器、可調電容器/電阻器、變阻器、鐵氧體EMI干擾抑制器/過濾器、石英晶體、陶瓷諧振器、保險絲、聚合自恢復保險絲等無源器件。

④北測測試能力及超級電容器AEC-Q200技術要求
濾波器AEC-Q200認證共20項測試，根據產品尺寸重新定義測試樣品數量，新標準按照<10cm3、10cm3≤x≤330cm3、＞330cm3三種規格確認測試樣品數量，尺寸越大需要的樣品數量越少;以溫度循環為例，產品規格<10cm3需要77個樣品，產品規格10cm3≤x≤330cm3需要26個樣品，產品規格＞330cm3僅需要10個樣品。

關于北測
北測集團（以下簡稱"NTEK"）成立于2009年，總部位于深圳，主要從事智能網聯汽車、電子通信、新能源的研發驗證、檢驗檢測、失效分析、仿真模擬和市場準入等質量研究技術服務。
北測擁有豐富的車規級電子認證經驗，已成功幫助100多家企業順利通過AEC-Q系列認證。北測集團以車企車規元器件國產化需求為牽引，依托國產半導體產業基礎，提供完善的檢測認證服務，通過AEC-Q車用標準嚴格把控汽車元器件安全質量，助力國產車規級元器件大力發展，為打造智能汽車安全體系再添新動力。