5G时代射频滤波器需求爆发 诺思全方位布局助国产替代加速

集微网消息 随着5G时代到来,通信制式升级,频段变多,射频前端的市场需求量正快速增长。而滤波器/双工器作为无线通讯系统射频前端最重要的核心器件,其市场份额也迅速提升。
 
目前来看,BAW滤波器芯片的国产化率较低,长期被欧美厂商所垄断。不过,随着国内BAW滤波器供应商诺思(天津)微系统有限责任公司(以下简称“诺思”)的崛起,这一局面正逐步被打破。
 
4月9日,诺思研发兼市场总监蒋兴勇和市场技术经理翟国祥作客集微网第四十三期“集微公开课”,带来题为《5G射频前端中的晶圆级声波射频滤波器的开发与应用》的精彩演讲。蒋兴勇指出,诺思成立于2011年,主要从事射频前端薄膜体声波滤波芯片(BAW)及模块的研产销,目前公司产品性能已达到国际领先水平,核心技术正逐步填补了国内空白,并逐渐打破国外厂商的垄断。
 
据其介绍,诺思在已陆续发布多款高性能BAW滤波器基础上,进一步推出了覆盖Band1、Band25、Band3、Band4、Band7的全套基于BAW工艺的高性能双工器系列产品,及支持载波聚合的Band1+3四工器(RSFM1801A),同时布局5G小基站等产品技术,可解决客户国产化替代的迫切需求。
 
BAW性能更优,市场前景更广阔
 
行业周知,在无线通信系统中,一般包含有天线、射频前端、射频收发模块以及基带信号处理器四个部分。其中,射频前端是将数字信号向无线射频信号转化的基础部件,也是无线通信系统的核心组件。
 
从4G到5G时代,射频前端架构有了明显的变化。诺思市场技术经理翟国祥表示,在频段方面,5G时代除了主流频段外,由于引进了5G NR的标准,会有3.5GHz、4.8GHz等频段出现,以及不断重耕的LTE频段,因此需要射频前端器件能够支持更多的频段,或者原来4G频谱的设备件必须要支持更高的5G标准。
 
在工作模式方面,基于5G新空口的波形,相比4G有更大的峰均比,有可见的子载波间隔,以及可动态调节的功率频率范围。在信号传输方面,5G要求更快速的传输速率,就需要更多的MIMO。在4G LTE时代,已经做到了4×4的MIMO。5G的4×4下行MIMO或是2×10的上行MIMO已经成为行业标准,必须要支持四个下行链路的和两个上行链路。
 
从上述分析可知,随着5G频段的升高与通信模式的不断增多,射频前端需求量将不断攀升。而滤波器/双工器作为无线通讯系统射频前端最重要的核心器件,其市场需求量也迅速增长。根据Qorvo数据,4G手机滤波器用量约为40个,而5G手机的需求量则提高到70个。另外在3GHz以上的频段,BAW滤波器是主流方案,随着5G的持续渗透,BAW在滤波器市场的产值占比持续提升。
 
翟国祥表示,声学滤波器工艺根据其设计分为声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)以及声体波(Bulk Acoustic Waves,BAW)工艺。相较于传统的SAW滤波器,BAW 工艺可以提供更好的高频性能、滤波特性(更高Q值,以及边带损耗),以及更稳定的温度特性,当然其成本也相应更高。
 
产品性能优异,实现国产替代
 
尽管BAW滤波器市场前景广阔,但BAW/FBAR市场长期被欧美日厂商所垄断。不过,随着FBAW滤波器供应商诺思崛起,其核心技术逐渐填补了国内空白,打破了国外厂商垄断的局面。
 
诺思研发兼市场总监蒋兴勇表示:“目前公司已申请及授权国内发明专利316项,PCT专利130项;并在滤波器设计、器件结构、工艺、封装等多方面建立起强有力的技术壁垒。”
 
与此同时,诺思还继续在声波射频滤波器领域的前沿探索。例如,诺思积极参与“硅基MEMS压电薄膜及器件关键技术与平台”项目,该项目针对5G/6G无线通讯、物联网等对射频滤波器、智能传感器提出新的技术要求,对实现晶圆级硅基MEMS压电器件的大规模生产、摆脱我国目前关键MEMS压电器件受制于人的局面,具有重要而深远的意义。
 
在产品布局方面,诺思在已陆续发布多款高性能BAW滤波器基础上,进一步推出了覆盖Band1(RSFD1950C),Band25(RSFD1902C),Band3(RSFD1702C),Band4(RSFD1730C),Band7(RSFD2503C)的全套基于BAW工艺的高性能双工器系列产品,及支持载波聚合的Band1+3四工器(RSFM1801A),可满足客户国产化替代的迫切需求。
 
其中,Band1 (RSFD1950C)通带更低的插入损耗TX插损优于竞品0.2dB,RX优于竞品0.5dB;Band25(RSFD1902C)近10dB的隔离度优势带来了接收端口(RX)更加优异的接收灵敏度;Band3(RSFD1702C)兼容通带低损耗与高滚降,已成为市场最优选择之一;Band4(RSFD1730C)通带更低的插入损耗,TX优于竞品0.3dB,RX优于竞品1dB。
 
翟国祥表示,“诺思双工器产品开始形成系列化及批量化生产与应用,将为国内众多客户提供非常有价格竞争力、可直接Pin-to-Pin替代的双工器解决方案。同时,诺思提供多样化的产品形式,包括塑封芯片、WLP封装芯片或裸die,以满足终端、基站、模组等不同客户的需求。”
 
 
“诺思双工器具有低插损、高带外抑制、高隔离度和高功率容量(>30dBm)等优良特性,主推尺寸为目前主流的1814(1.8mm×1.4mm)封装,同时也提供下一代更小尺寸1612(1.6mm×1.2mm)封装,为日渐小型化的终端客户设计提供更灵活的选择。”
 
与此同时,诺思还针对目前运营商主要部署的Band1+Band3的载波聚合频段,2019年12月,诺思率先推出国内首款小尺寸(2.5mm×2.0mm)、高性能、可兼容4G/5G应用的Band1+Band3四工器RSFM1801A。
 
由于采用先进的射频滤波器设计方案和新一代BAW滤波器工艺技术,与竞品相比,RSFM1801A拥有更为陡峭的滚降、更深的带外抑制水平和更优秀的隔离度等优势,为载波聚合技术带来了完美的解决方案。同时RSFM1801A产品设计为单端口天线连接方案,从而避免了天线开关的繁琐设计。RSFM1801A作为国内首款2.5mm×2.0 mm 尺寸的四工器产品,填补了国内多工器的空白,为通讯终端客户提供更优化的器件和方案选择。
 
持续加大研发投入,布局高端产品技术
 
由于5G高频段信号覆盖范围较小,穿透建筑物的能力较弱,而小基站其作为宏基站信号的有效延伸重要性越发突显。小基站不仅可增强室内网络覆盖能力,还可以与相关技术相结合,为垂直行业提供更好的服务能力。
 
在5G发展中将逐步形成“宏站+小站”的协同配合,最终形成一张全面覆盖的整网。BAW滤波器具有高频率高功率容量的技术优势,将会成为小基站滤波器的主流解决方案。
 
而为了满足市场需求,诺思早已研发完成下一代更低成本、更高性能、更高功率的解决方案,产品线全面覆盖4G/5G频段,实测性能优良。
 
继推出全球首款小尺寸5G n41 BAW滤波器和全球最高功率容量(8W)BAW滤波器后,诺思在2020年年初又发布了国内首款支持Wi-Fi6的高性能BAW滤波器,RSJP5201B和RSJP5601B,分别工作在5150MHz-5330MHz和5490MHz-5850MHz频带范围内。
 
从诺思的BAW谐振器Q值实测结果显示,1.7GHz高达5500,5GHz可达2200,而10GHz频率时仍达到1300,高于其他类型的声波器件。
 
 
翟国祥表示:“相较于传统滤波器而言,诺思的BAW滤波器可以提供更高的Q值和矩形系数,为应用设备带来低损耗特性和降低共存杂散,其体积采用更为紧凑的2.0×1.6 mm封装体积,同时兼具高功率特性。”
 
 
目前,在5G小基站应用领域,诺思已经陆续推出n1(RSJD1950A)、n3(RSJD1702A)、n41(RSJP2595B)、n78(RSJP3450B)、n79(RSJP4900B)等8款面向小基站应用的滤波器系列产品,插入损耗典型值最小可达到1.3dB,最高平均功率可支持+33dBm,支持工作温度范围-40℃至+95℃,完全满足小基站的应用场景要求。
 
未来,诺思将把握5G发展的巨大机会,持续为终端客户设计提供更灵活、更优性能、更具性价比的器件选择,同时协同产业链上下游各个环节,继续实现技术与市场的突破,进一步推动我国滤波器产业的发展。
 

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