如何利用 BAW 滤波器技术提升 Wi-Fi 性能

在连接日益紧密的世界中，对稳健可靠无线通信的需求呈指数级增长。Wi-Fi 客户端设备（CPE）接入点在维持各种设备间无缝连接方面发挥着至关重要的作用。然而，由于 Wi-Fi 三频段射频（RF）频谱的密集占用以及多频段操作中的固有挑战，CPE 接入点（AP）需要使用专门设计的滤波器。这些滤波器确保即使存在潜在干扰源，Wi-Fi 信号仍能保持强劲和稳定。本文探讨了 CPE AP 对滤波器的关键需求，深入分析了由 RF 频谱、自生干扰，以及此类滤波器技术要求所带来的挑战。

图 1，家庭中可能造成 Wi-Fi AP 拥塞和干扰的众多设备

如图 2 所示，三频段 Wi-Fi 6 和 7 实现了更高的带宽，缓解了拥堵并增强了性能，同时还带来更大的容量，为消费者提供了更宽广的数据通道；然而，这也增加了出现干扰的机率，从而可能导致各种应用性能的下降。

图 2，三频段 AP Wi-Fi 频谱

在这些更先进的三频段 AP 应用中使用 RF 滤波器不仅能减轻信号干扰，还在扩大覆盖范围、增强频率性能和提高网络容量方面发挥着关键的作用。此外，它们还解决了工程师在开发适用于拥挤 RF 环境 Wi-Fi 路由器时面临的主要设计挑战。

多频段路由器中的自生干扰

尽管三频段能力（即 2.4GHz、5GHz 和 6GHz）增强了网络的灵活性和性能，但也引入了一个重大挑战：自生干扰。每当多频段 AP 进行传输时，就会产生这种干扰。由于多频段发射器与接入点的接收器位于同一产品中，因此减轻跨频段干扰必须成为设计的主要考量。

图 3，接入点设备及其可能发生自生干扰的多个区域

例如，如图 3 所示，当 AP 同时跨多个频段传输信号时，来自一个频段的强 RF 信号可能会干扰其它频段。这一点尤其成问题，因为 Wi-Fi 接收器对微弱信号的检测非常敏感，这使它们更容易受到来自外部信号源和 AP 内其它频段的干扰。这种现象会导致接收器“减敏”。

RF 接收器减敏：一个关键问题

当系统中的多个无线电相互干扰时，就会产生设备内共存问题。这种干扰加上外部 AP 传输信号，会增加受影响接收器的噪声功率，降低信噪比，并导致接收器灵敏度降低，即“减敏”；从而造成无线连接掉线或中断。

虽然减敏问题由来已久，但如今对于智能手机、Wi-Fi 接入点、物联网和蓝牙系统等设备来说，相关挑战尤为棘手。有两种有效的方法可以防止这种情况发生：提供足够的发射和接收信号隔离以及使用 RF 滤波器。在智能手机和客户端设备中，采用能够减轻减敏问题的共存滤波器十分常见，其在 Wi-Fi AP 中的使用也正变得越来越重要。

大多数 RF 链路天线设计在干扰信号和预期信号之间提供了 20-30dB 的隔离度，以减轻减敏。然而，为了保持良好的吞吐量，干扰信号不应超过-70 至-90dBc；这意味着设计者需要在 Wi-Fi 前端额外获得 40-60dB 的隔离度。滤波器在实现这一目标中发挥着关键作用。

RF 滤波器的技术要求

为确保 Wi-Fi AP 高效且可靠地运行，它必须配备满足特定技术标准的滤波器。一个合适的 CPE AP 滤波器应具备以下特性：

• 低插入损耗：插入损耗指的是信号通过滤波器时强度的减弱。低插入损耗对于发送和接收路径都十分关键。在发射端，最小化插入损耗可减少热量产生和功耗，这对于保持 AP 的效率举足轻重。在接收端，低插入损耗对于保持接收器灵敏度也起到决定性作用，直接影响着路由器的覆盖范围和性能。
• 陡峭的滤波器带缘：滤波器的带缘定义了滤波器在频域中的响应如何从低插入损耗快速过渡到高抑制。之所以期待获得更陡峭的滤波器带缘，是因为它们允许更好地与邻近频段共存，无论是在 Wi-Fi 频谱内还是外部频段中。这一特性在密集的 RF 环境中尤为重要，因为此时需要精确的滤波来防止干扰。
• 高抑制水平：抑制是指滤波器衰减无用信号并防止其干扰所需信号的能力。足够的抑制对于将接收器的减敏效应降至最低颇为必要，尤其是在存在带外干扰的情况下。具有高抑制水平的滤波器可确保 Wi-Fi 接收器即使在复杂的 RF 环境中也能保持灵敏度和可靠性。
• 小尺寸：除技术性能外，CPE AP 中使用的滤波器还必须小巧且经济高效。由于 AP设备变得更加紧凑，制造商努力降低成本，因此找到既满足这些标准又具备高性能的滤波器是一项重大挑战。

图 4，典型的 RF 滤波器响应

Qorvo 的同类最佳滤波器

Qorvo 作为 RF 解决方案的领先提供商，已开发出能够出色满足现代 CPE AP 严苛要求的滤波器产品。Qorvo 滤波器卓越性能的关键因素之一在于其采用了体声波（BAW）技术。BAW 滤波器以其高品质因数（Q）而著称——这是衡量滤波器在插入损耗和带缘陡峭程度层面效率的一个指标。

图 5，RF 滤波器 Q 因数谐振器响应

Qorvo 打造了紧凑且经济高效的滤波器，适用于所有 Wi-Fi 应用。图 6 展示了两个此类滤波器的放置位置。Qorvo 的 BAW 滤波器具有业界最高的 Q 值，使它们能够实现低插入损耗、陡峭的滤波器带缘和高抑制水平。这些特性使它们成为 CPE AP 中的理想选择——在这些设备中，精确滤波是确保可靠和高性能 Wi-Fi 连接的首要条件。

图 6，典型 Wi-Fi 频段 AP 方案中的 RF 滤波

Qorvo 的滤波器旨在应对不同 Wi-Fi 频段、子频段，以及如蜂窝网络等外部系统之间日益严格的共存要求。为了支持这种共存并遵守限制带外发射的规定，Qorvo 的滤波器可确保 Wi-Fi AP 在不损害相邻频段性能的情况下高效运行。

这种优势在通过更宽的 Wi-Fi 信道传输时尤为关键，例如 6GHz 频谱中常用的 UNII-5 频段 320MHz 信道。在此场景中，AP 广播最低信道（信道 31），覆盖范围从 5945MHz 到 6265MHz；如下图 7 所示。在没有滤波器的情况下（如图中的浅蓝色轨迹所示），在 320MHz 波形的两边都会发生显著的频谱再生。这种再生表示噪声溢出到相邻频段（如 5GHz 频段的 UNII-2c 和 UNII-3）中。此类噪声会造成 5GHz 接收器减敏，使其失效。

图 7，使用分析仪显示有滤波器和无滤波器情况下的 Wi-Fi 信道 31 响应

引入图 7 所示的带通滤波器后，5GHz 频段的噪声显著降低，信号变得更加清晰。该滤波器的高抑制特性，尤其是在 320MHz 波形左边带的表现，使得 AP 能够保持信号清晰度，并最大限度地减少对相邻 Wi-Fi 频段的干扰。如下图 8 所示，利用 5GHz 带通滤波器进行信道 155 传输时也会出现类似情况。当存在滤波器时，产生的噪声水平明显更低，从而确保了更强的信号完整性。

图 8，使用分析仪显示有滤波器和无滤波器情况下的 Wi-Fi 信道 155 响应

然而，并非所有滤波器都适用于此类应用。要实现最小的插入损耗并确保陡峭的带缘（即低插入损耗到高抑制的过渡发生在较窄的频率范围内），必须使用具有非常高 Q 值的滤波器。这种陡峭的抑制特性不仅对防止干扰其它 Wi-Fi 频段至关重要，而且是遵守监管标准（如 FCC 规定的带外受限发射）的必要条件。

RF 滤波器——未来 CPE 应用的关键组件

随着 RF 频谱日益拥挤，以及针对高性能 Wi-Fi 需求的持续增长，CPE 路由器对有效滤波器的需求变得前所未有地迫切。这些滤波器在缓解外部和自生干扰方面发挥着不可或缺的作用，确保 Wi-Fi 信号保持强大、稳定和可靠。通过采用 Qorvo 等公司提供的高质量滤波器，CPE 接入点可以实现最佳性能，即使在最具挑战性的 RF 环境中也能让用户获得无缝且不间断的连接。

有关这一主题及其解决方案的更多信息，我们鼓励您查看以下相关资源：《Wi-Fi 7 和 Matter 即将获批：必须了解的知识》、《应对现代应用中最常见 RF 滤波挑战的四种方法》、《探索面向 Wi-Fi 6GHz 领域的自动频率协调（AFC）技术》，或阅读我们的《射频滤波器 for Dummies》电子书。此外，也欢迎您访问Qorvo 设计中心，获取内容丰富的视频、技术文章、白皮书，和工具等；帮助您发现更多有趣的内容。

欲了解更多有关该解决方案以及其他 Qorvo 5G 和 6G 基站设计解决方案的信息，请访问 Qorvo.com 或联系技术支持部门。

关于作者

我们的作者在面向前沿技术开发及优化电源方案方面拥有丰富的专业技术知识。立足对客户需求和行业趋势的深刻理解，他们与 Qorvo 的设计团队紧密合作，推动创新，并提供支持行业领先产品的尖端解决方案。

感谢参与本文撰写的主要贡献者：Chris Levesque（首席系统架构师）、Jeremy Foland（高级市场经理）、Kathy DaSilva（高级市场经理）、Kevin Gallagher（高级产品线经理）和 David Schnaufer（企业技术市场经理）。