5G自主化的關鍵：新專利“碳化硅濾波器”發布！除了麒麟芯片，華為再現“黑科技”
在科技日新月異的今天，華為技術有限公司再次引領創新潮流，公布了一項全新的“濾波器及其制作方法、電子設備”專利。這項專利將徹底解決目前應用到手機等終端設備的濾波器不能應用于基站的問題，為5G時代的到來注入了強大的動力。
該濾波器采用了碳化硅襯底，這是一種具有優異性能的半導體材料，可以實現更好地散熱，具有更好的溫度補償。這一創新設計，無疑將大大減少溫飄，提高濾波器的功率，使其能夠應用于更高功率的場景，如5G中的小基站或者微基站場景。
健康安全的保障：濾波器概覽
濾波器是各種工程應用和系統中必不可少的組件，它們在信號處理、通信系統、圖像和音頻處理以及許多其他領域發揮著至關重要的作用。濾波器是電子或機械設備，設計用于選擇性地通過某些頻率，同時衰減信號中的其他頻率。它們廣泛應用于不同行業，如電信、音頻處理和生物醫學工程，以根據特定要求修改和整形信號。
傳遞函數是輸出信號的傅里葉變換與輸入信號的傅里葉變換之比，它提供了過濾器行為的數學表示，并幫助分析其屬性。脈沖響應描述了濾波器在時域中的行為，表示將函數用作輸入時的輸出。濾波器可以大致分為兩大類:模擬濾波器和數字濾波器。模擬濾波器處理連續時間信號，使用電阻、電容和電感等模擬電子元件實現。
它們被進一步分為無源濾波器和有源濾波器，無源濾波器不需要外部電源，而有源濾波器利用放大器來實現更好的性能和設計靈活性。數字濾波器處理由數字樣本表示的離散時間信號。它們使用數字信號處理(DSP)技術實現，如有限脈沖響應(FIR)和無限脈沖響應(IIR)濾波器。數字濾波器提供對其特性的精確控制，易于實現，并且能夠通過軟件更新來改變其行為。
濾波器特性對于確定特定應用的濾波器性能至關重要，過濾器的主要特征包括：頻率選擇性是指濾波器通過特定頻率同時衰減其他頻率的能力。高選擇性濾波器具有陡峭的滾降速率，而低選擇性濾波器表現出平緩的滾降。濾波器的帶寬表示濾波器允許通過而沒有明顯衰減的頻率范圍。窄帶濾波器的頻率范圍有限，而寬帶濾波器可以通過更寬的頻率范圍。
衰減是濾波器阻帶中的信號抑制程度。它表示濾波器減少干擾頻率的能力，在需要保持不同頻率之間相位關系的應用中，濾波器的相位響應至關重要。線性相位濾波器在音頻處理和通信系統中尤為重要。過濾器在各種領域中有許多應用。一些常見的應用包括:在通信系統中，濾波器用于消除噪聲、提高信號質量和管理信號帶寬，確保高效的數據傳輸。
在通信系統中，濾波器用于消除信號中的噪聲和干擾，確保清晰可靠的數據傳輸，在音頻處理中，均衡濾波器調整聲音的頻率響應，以針對特定的聆聽環境進行優化。在圖像處理中，濾波器用于邊緣檢測和圖像增強等任務。噪聲是一種有害的隨機信號，會破壞信號中的原始信息。在許多應用中，噪聲會妨礙精確的數據分析，并導致錯誤或誤解。
具有降噪能力的濾波器用于衰減或消除信號中的噪聲，在音頻應用中，降噪濾波器通過最小化背景噪聲和嘶嘶聲來幫助改善音質。在圖像處理中，中值濾波器或高斯濾波器等濾波器用于降低數字圖像中的噪聲，從而產生更清晰、更精細的圖片。在通信系統中，濾波器可以消除傳輸過程中電磁干擾或信號衰減導致的不需要的頻率成分。
BAW濾波器，國產5G自主化的關鍵
實際上，早在數年之前，華為在基帶方面就已經具備了自主研發和生產的能力，其海思麒麟9000系列芯片采用臺積電5nm工藝，集成了5G基帶，并且在性能和功耗方面都達到了國際先進水平。但手機作為精密電子產品，在技術的設計以外，制造能力也是重要的一環，整個產業鏈的設計、制造單靠一個國家的能力確實無法覆蓋，在全球化的大背景之下更是如此，故在通信模塊上，仍有部分依賴國際廠商生產。
目前，手機終端的通信模塊主要由天線、射頻前端模塊、射頻收發模塊、基帶信號處理等組成。其中，射頻前端介于天線和射頻收發模塊之間，是移動智能終端產品的重要組成部分，也是華為近三年中一直被卡脖子的地方。
在制裁剛剛開始的2020年3月，英國《金融時報》就曾對華為P40進行過拆解。結果顯示，盡管華為在元器件方面很大程度上擺脫了對美國公司的依賴，但比例并沒有降到零。P40的元器件主要采購自中國大陸和中國臺灣地區、韓國、日本等地，不過高通、Qorvo和思佳訊等廠商仍提供必要的射頻前端組件。同年5月，日媒也拆解了華為Mate30，結果大同小異，海思已經實現處理器、通信半導體、天線開關的自研，但射頻前端模塊仍來自日本村田制作所。
也就是說，華為過去無法使用5G的最大難點，便是射頻前端的制造。而從射頻前端使用濾波器的價值量來看，伴隨著頻段的增多，濾波器在射頻前端價值量占比也在擴大。
據Qorvo的預測，濾波器在射頻器件中的重要性越來越明顯，濾波器的價值占比也從3G終端的33%提升到全網通LTE終端的57%。據中國產業信息網預測，在5G時代里，濾波器，特別是體聲波濾波器的應用量將進一步增加，單臺手機的濾波器價值將達到10美元以上。濾波器已經超越PA成為整個射頻前端模塊市場中最重要的組成部分。
其中，SAW是一種沿著固體表面傳播的聲波，當壓電內部晶體結構受到壓力發生形變，內部出現凈電荷從而在表面形成電壓差的特點，制成IDT換能器在物體表面產生聲波，而特定頻率外的聲波會在垂直表面的方向上迅速衰減，最終完成對特定頻段信號的濾波。但SAW濾波器也有局限性。高于約1GHz時，其選擇性降低；在約2.5GHz，其使用僅限于對性能要求不高的應用。SAW器件易受溫度變化的影響，是個老大難問題：溫度升高時，其基片材料的剛度趨于變小、聲速也降低。
此時，在濾波器中進行垂直傳播的BAW濾波器便應運而生，由于固體中的聲速遠大于空氣中的聲速，99%以上的聲波能量會在固體和空氣的邊界處反射回來，造成全反射現象，形成駐波。通常BAW濾波器在高頻段的品質因數Q、插入損耗和阻帶抑制要遠好于SAW。適用頻率更高、功率容量更大的原因，使得BAW濾波器得到了消費電子設備企業的廣泛認可。
在5G時代，單晶及多晶BAW濾波器受到廣泛應用，其低功耗，高隔離度和CMOS兼容性使其成為RF通信領域的主要器件。也正是這樣，使得BAW濾波器成為了中國自主邁向5G攻堅的最高山頭。
革命性濾波器，為5G基站帶來革新
近日，天眼查App揭曉了華為技術有限公司新近公布的一項專利：“濾波器及其制作方法、電子設備”。這不僅是華為在技術研發上的又一里程碑，更可能成為未來5G基站設備的關鍵技術。
在這個5G時代，基站的角色變得越來越重要。然而，由于現有的濾波器技術限制，許多設備無法滿足基站的高功率需求。這一問題一直困擾著整個通信行業。而華為的這項專利，無疑是對這個問題的一種全新解決方案。
該專利的摘要中明確指出，其目的在于提高濾波器的功率，解決現有濾波器在手機等端設備上的應用局限，使其能夠適應基站等更高功率的場景。核心技術在于采用了碳化硅作為襯底，這一材料不僅有助于更高效地散熱，還能優化溫度補償，顯著減少溫飄現象。因此，此濾波器有潛力應用于如5G小基站和微基站等場景。
濾波器在電子與電信領域的應用已深入人心，無論是廣播、電視、音樂合成還是計算機圖形等多個領域，其都發揮著不可或缺的作用。特別是在5G技術日益普及的今天，基站設備需求激增。作為基站關鍵部件的濾波器，其性能與穩定性直接決定了基站的運行品質。
這項新公布的專利，無疑展現了華為在濾波器技術研發上的深厚積淀。而背后，更反映了華為對于未來通信技術發展趨勢的敏銳洞察。但正如許多技術研發的初期，此濾波器雖在理論上呈現出創新性，其在實際應用中的效能，仍待進一步的實驗和實踐檢驗。碳化硅襯底的應用，可能使華為在5G通信基站領域取得更大的市場份額。而濾波器在未來5G應用中的關鍵作用，將為華為帶來更多的商業機會。
華為的這項專利，意味著未來的5G網絡將更加穩定，速度更快，為通信行業帶來了新的技術選擇和發展方向。然而，如何將其從理論轉化為實踐，如何確保其在實際應用中的穩定性和效果，將是華為下一步面臨的挑戰。
而就在8月29日午間，在毫無征兆的情況下，華為突然推出“HUAWEI Mate 60 Pro先鋒計劃”，還未發布的旗艦機Mate 60 Pro低調上架開售，共有雅川青、南糯紫、雅丹黑、白沙銀四種顏色可選，售價6999元起。
隨后，有關華為Mate 60 Pro的討論引發全網熱議。通過網絡測速軟件測試可以看到，華為Mate 60 Pro的平均下行速度達到了436.66Mbps，上行速度則是70.26Mbps。按照中國信通院《全國移動網絡質量監測報告》數據，全國5G網絡下行和上行均值接入速率分別為352.09Mbps和76.98Mbps。Mate 60 Pro的網速下行速度超過、上行速度接近上述數據。這也意味著國內的5G全部打通。
這次華為Mate 60的國產化，或許并沒有那么完美，但其代表的意義卻不言而喻：時隔1557天后，代表著中國半導體產業硬實力的產品終于回歸。“雪壓竹枝低，雖低不著泥。一朝紅日出，依舊與天齊。”或許，這才是華為與中國微電子產業鏈這三年最真實的寫照吧。
