适用于车辆间(V2V)应用的先进RF滤波器

本文将探讨有体声波（BAW）滤波器技术的3 个关键挑战：DSRC 频段中的802.11p、LTE与Wi-Fi 共存和卫星无线电，还会讨论与汽车应用有关的可靠性和温度稳定性。

随着数字化功能的增多，汽车会更多地依赖无线技术与外界保持通信。目前，许多车辆都支持 LTE 数据连接作为小型 Wi-Fi 热点。未来几年，利用5.9 GHz 专用短程通信（DSRC）频段上的 IEEE802.11p 标准，有关车辆间（V2V）和车辆与基础设施间（V2X）通信的长远规划目标都将成为现实。

BAW 滤波器的出现

互联汽车不断发展，汽车将越来越多地使用与其他用途频段更为接近的更高的 RF 频段，而这些频段之间的干扰将成为一个重要问题。如要避免在这些情况下产生干扰，高性能 RF 带通滤波器就应具备高频能力。这些滤波器须提供陡峭的过渡带，防止信号干扰相邻频段，且通带应具有低插入损耗，以保证输出功率和覆盖范围。汽车应用中使用的滤波器也必须能够在恶劣环境条件下运行，在预期的汽车使用寿命内可靠运行，同时适应极端温度和湿度。特别是 DSRC 也带来了挑战，要在远高于传统手机频段的频率下提供这样的性能。

BAW 滤波器具备所有这些特性，能够提供 5.9 GHz 频段所需的所有功能。BAW 滤波器属于声波滤声器，基于大量沉积层构成，包括薄膜压电层和板形电极。声波垂直穿过这些沉积层，层厚决定谐振频率，即：层厚越薄，频率越高。BAW 滤波器提供陡峭过渡带，其高品质因数（Q）高达 3000，尺寸远小于传统陶瓷和介质滤波器。BAW 滤波器选择性精度高，尺寸小巧，被广泛用于多种移动设备，这些特性也使它们适合用于高级汽车 RF 应用。

BAW 滤波器一般用在高于 1.5 GHz 并且需要高性能的应用中，此技术基本上能够适应高达 10 GHz以及更高的工作频率。

802.11p 和欧洲收费系统

5.9 GHz DSRC 频段就是频段推动先进 RF 滤波器技术极限的最佳示例，其频率高于现有手机频段的频率, 所需的过渡带陡峭度也非常严格。在这种频率下，传输链所有部件的损耗都将非常高，且链路预算将取决于滤波器防止与其他系统产生干扰的能力。对于此频段下运行的 802.11p 系统，一个重要的问题是如何与欧洲电子收费系统共存。在许多欧洲国家，这些收费系统都在 5795 ～ 5815MHz频段工作，欧洲电信标准协会（ETSI）也制定了严格的带外杂散要求。

截至目前，尚未出现支持 802.11p 系统满足 ETSI 要求的可行且经济的解决方案。如图 1 所示，解决方案必须能够在整个 DSRC 频段内提供低插入损耗，具备极为陡峭的过渡带，以避免与收费系统使用的频谱（仅有15 MHz 的保护间隔）产生干扰。如果不具备高品质因数 （Q >1000），则滤波器无法应对这些挑战。基于测试结构得出的仿真结果确认 BAW 滤波器能够超越这些需求，并且在这个频段具备高于 0.15% 的频率误差。

图1 仿真显示支持802.11p 的BAW 滤波器性能可以避免

与欧洲电子收费系统的干扰

带通仿真预估的温度变化和15 MHz保护频段频率

在较大的温度范围内，汽车滤波器必须满足这些严格的要求，以及避免相邻频段之间的干扰时，温度漂移滤波器频率响应随温度变化出现的漂移成为了最大阻碍。对于汽车应用，由于其规定的运行温度范围为 -40～105 ℃，所以漂移问题尤其严重。车辆的驾驶条件多变，有夏季的酷热，也有冬季的严寒，而滤波器所在的位置常常面临更大的温差和热应力，例如车顶天线或发动机舱。

相比其他滤声器，BAW 滤波器本身对温度变化的敏感度较低，但即使如此，采用传统 BAW 制造流程也可能无法达到欧洲对 DSRC 系统的严格要求。要解决这个问题，就需要更加先进的流程，制造出能够更稳定响应温度变化的滤波器。滤波器材料一般会随温度升高而软化，这种情况造成了温度漂移，可通过添加二氧化硅（SiO2）来抵消这种影响，因为这种材料会随温度上升而变硬，而且这种温度补偿可将温度漂移量降低至接近零，使 BAW 滤波器的频率温度系数（TCF）保持在0±2 ppm/℃。

卫星无线电和CS频段

卫星无线电是另一个示例，标准的 BAW 滤波器已经无法满足要求，需要温度补偿型 BAW 滤波器。

图2 卫星广播/LTE30 频段共存的挑战

卫星数字广播音频服务（SDARS） 频段位于 FDDLTEBand30 的上行链路和下行链路频段之间，在无线通信服务（WCS）频谱上工作（见图 2）。SDARS 频谱每侧只存在一个 5 MHz 的保护间隔。为了支持卫星广播服务的运行，同时避免相邻的 WCS 频段相互干扰，需要使用一个 TCF 接近零的全温度补偿型 B