在多頻段Wi-Fi 6/7環境中，射頻干擾與自生干擾成為主要挑戰。BAW濾波器具備低插入損耗、陡峭帶緣與高抑制能力，能有效提升Wi-Fi存取點的訊號穩定性、共存能力與整體性能，是應對擁擠RF頻譜的關鍵解決方案。
在當今的互聯世界中，Wi-Fi存取點(AP)面臨著擁擠的射頻(RF)頻譜和多頻段複雜性的挑戰。高性能濾波器，如體聲波(Bulk Acoustic Wave, BAW)濾波器，能夠有效減輕干擾，確保Wi-Fi 6/7的可靠性能，擴大覆蓋範圍，並促進相鄰頻段和自生成頻段間的共存。
在連接日益緊密的世界中，對穩健可靠無線通訊的需求呈指數級成長(圖1)。Wi-Fi用戶端設備(CPE)存取點在維持各種設備間無縫連接方面發揮著至關重要的作用。然而，由於Wi-Fi三頻段射頻(RF)頻譜的密集占用以及多頻段操作中的固有挑戰，CPE存取點需要使用專門設計的濾波器。這些濾波器確保即使存在潛在干擾源，Wi-Fi訊號仍能保持強勁和穩定。本文探討了CPE AP對濾波器的關鍵需求，深入分析了由RF頻譜、自生干擾，以及此類濾波器技術要求所帶來的挑戰。
圖1 家庭中可能造成Wi-Fi AP擁塞和干擾的眾多設備
如圖2所示，三頻段Wi-Fi 6和Wi-Fi 7實現了更高的頻寬，緩解了壅塞並強化了性能，同時還帶來更大的容量，為消費者提供了更寬廣的資料通道；然而，這也增加了出現干擾的機率，而可能導致各種應用性能的下降。
圖2 三頻段AP Wi-Fi頻譜
在這些更先進的三頻段AP應用中使用RF濾波器不僅能減輕訊號干擾，還可擴大覆蓋範圍、強化頻率性能和提高網路容量方面發揮著關鍵的作用。此外，它們還解決了工程師在開發適用於擁擠RF環境Wi-Fi路由器時面臨的主要設計挑戰。
多頻段路由器中的自生干擾
儘管三頻段能力2.4GHz、5GHz和6GHz強化了網路的靈活性和性能，但也導入了一個重大挑戰：自生干擾。每當多頻段AP進行傳輸時，就會產生這種干擾。由於多頻段發射器與存取點的接收器位於同一產品中，因此減輕跨頻段干擾必須成為設計的主要考量。
例如，如圖3所示，當AP同時跨多個頻段傳輸訊號時，來自一個頻段的強RF訊號可能會干擾其它頻段。這一點尤其成問題，因為Wi-Fi接收器對微弱訊號的檢測非常敏感，這使它們更容易受到來自外部訊號源和AP內其它頻段的干擾。這種現象會導致接收器靈敏度降低即減敏。
圖3 存取點設備及其可能發生自生干擾的多個區域
RF接收器靈敏度降低
當系統中的多個無線電相互干擾時，就會產生設備內共存問題。這種干擾加上外部AP傳輸訊號，會增加受影響接收器的雜訊功率，降低訊噪比，並導致接收器靈敏度降低，即減敏；而造成無線連接離線或中斷。
雖然減敏問題由來已久，但如今對於智慧手機、Wi-Fi存取點、物聯網和藍牙系統等設備來說，相關挑戰尤為棘手。有兩種有效的方法可以防止這種情況發生：提供足夠的發射和接收訊號隔離以及使用RF濾波器。在智慧手機和用戶端設備中，採用能夠降低減敏問題的共存濾波器十分常見，其在Wi-Fi AP中的使用也正變得越來越重要。
大多數RF鏈路天線設計在干擾訊號和預期訊號之間提供了20~30dB的隔離度(圖4)，以降低減敏。然而，為了保持良好的輸送量，干擾訊號不應超過-70~-90dBc；這意味著設計者需要在Wi-Fi前端額外獲得40~60dB的隔離度。濾波器在實現這一目標中發揮著關鍵作用。
圖4 典型的RF濾波器回應
RF濾波器的技術要求
為確保Wi-Fi AP高效且可靠地運行，它必須配備滿足特定技術標準的濾波器。一個合適的CPE AP濾波器應具備以下特性：
低插入損耗
插入損耗指的是訊號通過濾波器時強度的減弱。低插入損耗對於發送和接收路徑都十分關鍵。在發射端，最小化插入損耗可減少熱量產生和功耗，這對於保持AP的效率舉足輕重。在接收端，低插入損耗對於保持接收器靈敏度也具有決定性作用，直接影響著路由器的覆蓋範圍和性能。
陡峭的濾波器帶緣
濾波器的頻帶邊緣定義了濾波器在頻域中的回應如何從低插入損耗快速過渡到高抑制。之所以期待獲得更陡峭的濾波器頻帶邊緣，是因為它們允許更好地與鄰近頻段共存，無論是在Wi-Fi頻譜內還是外部頻段中。這一特性在密集的RF環境中尤為重要，因為此時需要精確的濾波來防止干擾。
高抑制水準
抑制是指濾波器衰減無用訊號並防止其干擾所需訊號的能力。足夠的抑制對於將接收器的減敏效應降至最低頗為必要，尤其是在存在頻段外干擾的情況下。具有高抑制水準的濾波器可確保Wi-Fi接收器即使在複雜的RF環境中也能保持靈敏度和可靠性。
小尺寸
除技術性能外，CPE AP中使用的濾波器還必須小巧且經濟高效。由於AP設備變得更加緊湊，製造商努力降低成本，因此找到既滿足這些標準又具備高性能的濾波器是一項重大挑戰。
BAW濾波器
廠商如Qorvo已開發出能夠滿足現代CPE AP要求的濾波器產品。其採用了體聲波(BAW)技術。BAW濾波器以其高品質因數(Q)而著稱(圖5)—這是衡量濾波器在插入損耗和頻帶邊緣陡峭程度層面效率的一個指標。
圖5 RF濾波器Q因數諧振器回應
Qorvo的BAW濾波器，適用於所有Wi-Fi應用。圖6展示了兩個此類濾波器的放置位置。Qorvo的BAW濾波器具有高Q值，使它們能夠實現低插入損耗、陡峭的濾波器帶緣和高抑制水準。這些特性使它們成為CPE AP中的理想選擇—在這些設備中，精確濾波是確保可靠和高性能Wi-Fi連接的首要條件。
圖6 典型Wi-Fi頻段AP方案中的RF濾波
Qorvo的濾波器旨在應對不同Wi-Fi頻段、子頻段，以及如蜂窩網路等外部系統之間日益嚴格的共存要求。為了支援這種共存並遵守限制頻帶外發射的規定，Qorvo的濾波器可確保Wi-Fi AP在不損害相鄰頻段性能的情況下高效運行。
這種優勢在透過更寬的Wi-Fi通道傳輸時尤為關鍵，例如6GHz頻譜中常用的UNII-5頻段320MHz通道。在此場景中，AP廣播最低通道(通道31)，覆蓋範圍從5945~6265MHz(圖7)。在沒有濾波器的情況下(如圖中的淺灰色軌跡所示)，在320MHz波形的兩邊都會發生顯著的頻譜再生。這種再生表示雜訊溢出到相鄰頻段(如5GHz頻段的UNII-2c和UNII-3)中。此類雜訊會造成5GHz接收器減敏，使其失效。
圖7 使用分析儀顯示有濾波器和無濾波器情況下的Wi-Fi通道31回應
導入圖7所示的帶通濾波器後，5GHz頻段的雜訊顯著降低，訊號變得更加清晰。該濾波器的高抑制特性，尤其是在320MHz波形左邊帶的表現，使得AP能夠保持訊號清晰度，並大幅減少對相鄰Wi-Fi頻段的干擾。如圖8所示，利用5GHz帶通濾波器進行通道155傳輸時也會出現類似情況。當存在濾波器時，產生的雜訊水準明顯更低，而確保了更強的訊號完整性。
圖8 使用分析儀顯示有濾波器和無濾波器情況下的Wi-Fi通道155回應
然而，並非所有濾波器都適用於此類應用。要實現最小的插入損耗並確保陡峭的帶緣(即低插入損耗到高抑制的過渡發生在較窄的頻率範圍內)，必須使用具有非常高Q值的濾波器。這種陡峭的抑制特性不僅對防止干擾其它Wi-Fi頻段至關重要，而且是遵守監管標準(如FCC規定的帶外受限發射)的必要條件。
隨著RF頻譜日益擁擠，以及針對高性能Wi-Fi需求的持續成長，CPE路由器對有效濾波器的需求變得前所未有地迫切。這些濾波器在緩解外部和自生干擾方面發揮著不可或缺的作用，確保Wi-Fi訊號保持強大、穩定和可靠。透過採用高品質濾波器，CPE存取點可以實現最佳性能，即使在最具挑戰性的RF環境中也能讓用戶獲得無縫且不間斷的連接。
(本文作者皆任職Qorvo；Chris Levesque為首席系統架構師、Jeremy Foland為高級市場經理、Kathy DaSilva為高級市場經理、Kevin Gallagher為高級產品線經理、David Schnaufer為企業技術市場經理)