滤波器的核心功能是过滤电源线路中的高频噪声，这些噪声可能由电源本身产生，也可能来自外界的电磁干扰。滤波器通常由电感器、电容器和电阻器组成，它们结合使用可以有效地抑制高频噪声，允许低频信号通过，从而稳定输出电压，保护电路免受损害。滤波器在系统中发挥着滤除其他频段和干扰信号的关键作用，主要包括声表面波（SAW）滤波器和体声波（BAW）滤波器。SAW滤波器主要由压电衬底材料上的两个叉指换能器组成，SAW信号沿压电材料的表面传播，而BAW滤波器通过调整薄膜的厚度来调控频率，能够应用于更高频率的范围。其核心指标包括通带插损、阻带抑制、频带、功率、频率温度系数和尺寸等。频谱的拥挤和滤波器数量的增加，对滤波器的综合性能提出了新的要求。

01 前言

随着第五代移动通信技术（5G）、毫米波雷达探测以及太赫兹通信等无线技术的迅猛进步，加上无人驾驶汽车、物联网和人工智能等应用场景的不断扩展，对无线射频系统在集成度、小型化、轻量化、低功耗和低成本等方面的要求日益提高。对射频（RF）晶体管技术的性能要求也在不断提高。这些要求包括更高的功率、更高的频率和更高的效率，同时还需兼顾低成本和小体积的需求。


微波无线通信技术自问世以来，已经广泛应用于移动通信、全球定位和数据传输等领域，大幅提升了生活便利性，并成为社会进步的重要推动力之一。5G技术的普及更是显著提高了通信网络的传输速率和数据承载能力。传统的射频系统方案，如分立模块和平面集成技术，已经无法满足日益提升的集成需求。因此，射频系统正逐步朝着更高系统集成度的方向发展，目前采用的集成方案包括片上系统（SoC）、多芯片模块（MCM）、系统级封装（SiP）和封装系统（SoP）等。

在射频前端系统中，滤波器作为核心组件，在接收链路和发射链路中都发挥着至关重要的作用，其性能直接影响通信质量。从2G到5G，射频前端中的滤波器数量不断增加。例如，在现代手机的前端系统中，滤波器的数量已经从个位数增加到超过100个。滤波器数量的激增主要有两个原因：其一，移动终端需要支持越来越多的功能，如GPS、蓝牙、WiFi以及3G、4G、5G等，不同功能使用不同的频谱，通常每种功能需要至少两个滤波器或一个双工器；其二，单个滤波器的带宽有限，通常无法覆盖整个通信频段，因此射频前端需要叠加多个不同频率的滤波器以满足宽频段需求。

02滤波器技术原理

为了在单位时间内传输更多的信息，必须提高通信系统的数据传输速率。增加通信带宽是提高数据传输速率的最有效手段之一。5G的数据传输速率（1 Gbps）相比于4G提高了一个数量级，这主要得益于频段数量的增加（从4G的十几个增加到30个以上），以及多输入多输出、载波聚合和分集接收等技术的应用，这些技术有效整合了多个频段，使得系统的瞬时通信带宽从十MHz级别提升到百MHz级别。在手机中，除了通信频段的快速增加外，还有WiFi、蓝牙和导航等应用频段的增加，使得频谱变得愈发拥挤，频段间的信号干扰成为通信系统必须解决的关键问题。

随着通信技术的不断发展，对频率和带宽的需求也在不断增加，这对通信设备的多功能性和集成化提出了新的挑战，进一步加大了射频器件的设计难度。

滤波器在系统中发挥着滤除其他频段和干扰信号的关键作用。其核心指标包括通带插损、阻带抑制、频带、功率、频率温度系数和尺寸等。目前，滤波器不仅广泛应用于民用领域，也在电台、制导、遥测遥控、相控阵雷达以及电子对抗等领域中发挥重要作用。为保证通信质量，手机中的每个频段都需要使用滤波器。频谱的拥挤和滤波器数量的增加，对滤波器的综合性能提出了新的要求：更高的Q值、更小的频率温度系数和更小的体积。更高的Q值能够确保滤波器具有更窄的过渡带，从而实现更好的滤波效果；更小的频率温度系数能够减少干扰信号的影响；更小的体积则有助于实现手机的小型化和轻量化，提供更多的电池空间。

声学滤波器通过将电信号转换为声信号，在声学域完成信号处理后，再将声信号转换为电信号，从而实现对电信号的滤波功能。与传统的LC、介质和腔体滤波器相比，微声滤波器由于在传输方程中引入了多个传输零点，具有更高的Q值和更好的滤波性能。同时，由于声波的波长仅为电信号的十万分之一，微声滤波器的体积比电学滤波器小得多，因此能够兼顾高性能和小体积。

微声滤波器主要包括声表面波（SAW）滤波器和体声波（BAW）滤波器两种类型。SAW滤波器主要由压电衬底材料上的两个叉指换能器组成，SAW信号沿压电材料的表面传播，而BAW滤波器通过调整薄膜的厚度来调控频率，能够应用于更高频率的范围，如K波段的18 GHz。BAW滤波器不仅能满足低频和高频需求，还因其连续电极结构能够承载更高的功率，在民用和军事领域均具有广泛的发展前景。

 不同声学滤波器表面电极的形貌特征.  a）SAW 滤波器，b）BAW 滤波器

大带宽滤波器能够覆盖更多的频段，显著减少射频前端系统中所需的滤波器数量，对精简射频前端系统尺寸具有重要作用。因此，提高BAW滤波器带宽一直是滤波器产业界的研究热点。在5G时代，射频前端系统对高频、大带宽和小尺寸的BAW滤波器需求尤为迫切。然而，由于BAW滤波器的结构复杂程度远高于SAW滤波器，其技术难度也更大。加之我国对BAW滤波器的相关研究起步较晚，国内BAW滤波器产业驱动力不足，市场份额基本被美国的博通、Qorvo和日本的太阳诱电等美日企业垄断。在国内开始关注BAW滤波器时，国外厂商早已完成了BAW滤波器的产业化生产，并构建了完整的专利壁垒。几十年的差距已经导致BAW滤波器产业形成了较高的技术壁垒。

BAW滤波器主要包括固态反射型谐振器和空腔型体声波谐振器两种。这两种滤波器的核心都是由两个金属电极夹着压电薄膜形成的三明治结构换能器。其工作原理是：当电信号施加到换能器上后，由于压电薄膜的逆压电效应，电信号被转换为声信号，声信号分别朝换能器的上下方向传播，由空气或其他结构形成的反射界面对声信号进行反射。换能器的结构参数决定了只有满足驻波振荡条件的声信号可以不断增强，而其他信号在多次反射过程中由于相位不同而相互抵消，从而实现对特定声信号的选择。最后，通过压电薄膜的压电效应，将形成驻波的声信号转换成同频的电信号，从而实现对电信号的滤波。SMR结构和FBAR结构如图1-3所示。


SMR（悬浮膜声波共振器）和 FBAR（薄膜体声波共振器）结构的差异导致了它们在性能上的不同。SMR 结构的上反射层为空气，下反射层由多层低阻抗层和高阻抗层交替构成，每层薄膜的厚度均为声波波长的四分之一，基于布拉格谐振腔原理工作。由于 SMR 结构的下反射层中各层薄膜对声波的反射效率较低，声波能量部分会沿反射层和衬底泄露，因此采用该结构的器件损耗较大。然而，SMR 的优势在于其散热通道为固体介质，因此能够承受较高功率。相比之下，FBAR 结构的上下反射层都是空气，几乎实现了全反射，因此器件损耗较小，但其散热通道为空气介质，功率承受能力相对较弱。基于这些特点，SMR 滤波器主要应用于对高功率有较高要求的基站类场合，而 FBAR 滤波器则更适用于对低损耗有较高要求的手机终端和武器装备等领域。

SAW滤波器和BAW滤波器各自的工作原理及类型已有简要介绍。SAW滤波器在低频和成本方面更具优势，主要应用于2G、3G和4G移动通信。相比之下，BAW滤波器具有更高的Q值、工作频率、矩形度和功率耐受力，以及更低的频率温度系数，还更易于集成，因而主要用于高频且对矩形度要求较高的频段。
随着通信系统和武器装备的发展，对BAW滤波器提出了高频化、小型化和高温度稳定性的要求。FBAR滤波器作为BAW滤波器的一种，因其在高频化和小型化方面的显著优势，在移动通信和武器装备中占据重要地位。然而，FBAR滤波器的频率温度系数较大（-25~-30 ppm/℃），对窄带滤波器在恶劣环境下的应用可能导致系统保护带宽增加，带外抑制能力减弱，进而增大进入接收机的干扰信号，降低设备的整体灵敏度，难以满足通信设备和武器装备在恶劣环境下对滤波器高灵敏度的要求。因此，为降低频率温度系数需通过增加温度补偿层将其控制在较低范围内。

03滤波器在汽车上的应用及市场规模
滤波器在汽车上的应用主要集中在以下几个方面：
车载网络噪声抑制
现代汽车配备了大量传感器和高速网络，如CAN总线和汽车以太网，这些网络需要高效的噪声滤波器来保证数据通信的质量。滤波器能够消除网络中不必要的信号（噪声），确保数据通信的准确性和可靠性。
电磁兼容性（EMC）
滤波器在汽车中还扮演着电磁兼容性的角色，帮助减少电磁干扰，提高汽车的电磁兼容性。这对于电动汽车和其他使用高电压技术的汽车尤为重要。
电源线路噪声抑制
在汽车电源线路中，滤波器用于抑制由电源线路产生的噪声，特别是在DC-DC转换器的工作频率高频化的情况下，滤波器的作用变得更加重要。
有源滤波器的应用
有源滤波器在汽车行业中的应用包括提高产品质量、满足环保要求、提高生产效率以及推动技术创新。这些滤波器能够主动补偿电网中的谐波和电磁干扰，提高电力系统的稳定性和可靠性。
共模滤波器
共模滤波器在汽车中主要用于消除共模噪声，保障通信质量。它们适用于汽车以太网和CAN-BUS等高速网络，确保数据传输的准确性和完整性。
滤波器在汽车上的应用广泛且重要，从提高车载网络的性能到确保电源线路的稳定性，再到推动整个汽车行业的技术进步，滤波器都发挥着不可或缺的作用。

滤波器市场规模持续增长

近年来，全球滤波器市场规模持续扩大，展现出强劲的增长势头。据《中国滤波器行业深度分析及“十五五”发展规划指导报告》显示，2023年全球滤波器市场规模已达到117.4亿美元，并预计将在未来十年内持续攀升至297.1亿美元。这一显著增长主要归因于4G、5G智能手机市场的蓬勃发展，以及物联网、车联网等新兴领域的快速崛起。随着通信技术的不断进步，滤波器作为射频前端的核心部件，其市场需求也随之水涨船高。

在技术层面，滤波器行业正经历着从低端向中高端的转型升级。随着4G、5G手机支持频段数量的不断增加，滤波器的单机用量和价值量也随之提升。特别是BAW（体声波滤波器）和TC-SAW（温度补偿声表面波滤波器）等高端滤波器，凭借其卓越的性能和稳定性，逐渐成为市场的主流选择。然而，目前全球高端滤波器市场仍被美国、日本等少数厂商所主导，国产滤波器厂商在技术和市场份额上仍有较大的提升空间。

国产化势不可挡
在全球BAW滤波器市场中，亚太地区占据了主导地位，市场份额高达75%。随着5G通信和智能手机需求的不断增长，BAW滤波器市场规模持续扩大。据 QYResearch 调研团队最新报告“全球 BAW 滤波器市场报告 2024-2030”显示，预计 2030 年全球 BAW滤波器市场规模将达到 136.1 亿美元，未来几年复合增长率 CAGR 为 8.7%。其中，FBAR BAW滤波器作为最大的细分产品，占据了约90%的市场份额，而智能手机则是其最大的应用领域，占比高达85%。

在中国市场，BAW滤波器的国产化进程正在加速推进。尽管目前全球BAW滤波器市场仍被国外头部企业所垄断，但我国政府已将BAW滤波器列为重点发展对象，通过政策和资金支持，鼓励企业和科研机构在技术攻关和产品研发方面取得突破。据东方财富数据显示，预计2027年中国BAW滤波器市场规模将达到633亿元。随着国内企业研发投入的持续增加，部分国产BAW滤波器已实现量产。

政策推动与供应链优化
为了推动5G及未来通信技术的自主可控发展，我国政府高度重视射频器件的国产化进程。通过发布《新型基础设施建设行动计划》和《“十四五”信息产业发展规划》等政策措施，明确支持射频器件国产化，并加大对高端滤波器技术瓶颈的突破力度。这些政策不仅为国产滤波器厂商提供了有力的支持，还推动了国内BAW滤波器产业化进程的加速。

在供应链优化方面，随着5G和未来6G等新型通信技术的不断发展，对BAW滤波器的需求持续增长。为了降低对国外厂商的依赖，我国正在积极推动滤波器国产化替代的必然趋势。尽管国外企业在核心技术和专利方面占据优势，但国内厂商通过持续的技术创新和专利申请，正在逐步缩小与国际先进水平的差距。据新浪财经数据显示，目前国内已有超过2000件BAW滤波器相关专利申请，其中60%以上由国内申请人提交。这一趋势表明，我国在BAW滤波器领域的自主研发能力正在不断提升，未来有望在全球市场中占据更重要的地位。

04滤波器必须通过车规级AEC-Q200认证
AEC－Q系列认证是公认的车规元器件的通用测试标准。滤波器企业想要进入汽车电子领域，进入汽车电子零部件供应链，AEC－Q200是必须获得的认证之一。

① AEC-Q认证是国际汽车电子领域的准入门槛
AEC即Automotive Electronics Council，是美国汽车电子委员会的简称。AEC由克莱斯勒，福特和通用汽车发起并创立于1994年，目前会员遍及全球各大汽车厂、汽车电子和半导体厂商，符合AEC规范的零部件均可被上述三家车厂同时采用，促进了零部件制造商交换其产品特性数据的意愿，并推动了汽车零件通用性的实施，为汽车零部件市场的快速成长打下基础。AEC-Q为AEC组织所制订的车用可靠性测试标准，是零件厂商进入汽车电子领域，打入一级车厂供应链的重要门票。

②AEC-Q200认证是车规级无源元件（被动元件）的准入门槛
AEC-Q200是汽车电子协会（AEC）针对在汽车上应用的无源元件（又称被动元件）的质量可靠性验证标准，AEC-Q200认证是无源元件汽车级品质符合性验证，是无源元件进入汽车领域的准入门槛。通过系列测试验证无源元件能否承受汽车应用环境下极端温度、湿度、振动与老化的影响。该标准主要用于防止被动元器件出现性能变异状况或潜在故障状态，确保无源元件质量与可靠性，保证无源元件的功能和性能在连续使用后依旧保持一致稳定。

③AEC-Q200适用产品范围
钽电容器和铌电容器、超级电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、薄膜电容器、电磁器件（电感/变压器）、网络(R-C/C/R）、电阻器、热敏电阻器、可调电容器/电阻器、变阻器、铁氧体EMI干扰抑制器/过滤器、石英晶体、陶瓷谐振器、保险丝、聚合自恢复保险丝等无源器件。

④北测测试能力及超级电容器AEC-Q200技术要求
滤波器AEC-Q200认证共20项测试，根据产品尺寸重新定义测试样品数量，新标准按照<10cm3、10cm3≤x≤330cm3、＞330cm3三种规格确认测试样品数量，尺寸越大需要的样品数量越少;以温度循环为例，产品规格<10cm3需要77个样品，产品规格10cm3≤x≤330cm3需要26个样品，产品规格＞330cm3仅需要10个样品。

关于北测
北测集团（以下简称"NTEK"）成立于2009年，总部位于深圳，主要从事智能网联汽车、电子通信、新能源的研发验证、检验检测、失效分析、仿真模拟和市场准入等质量研究技术服务。
北测拥有丰富的车规级电子认证经验，已成功帮助100多家企业顺利通过AEC-Q系列认证。北测集团以车企车规元器件国产化需求为牵引，依托国产半导体产业基础，提供完善的检测认证服务，通过AEC-Q车用标准严格把控汽车元器件安全质量，助力国产车规级元器件大力发展，为打造智能汽车安全体系再添新动力。