微波濾波器作為射頻前端系統(tǒng)的關鍵器件，在無線通訊領域發(fā)揮著不可替代的作用，其性能優(yōu)劣直接影響著通訊質量。隨著5G向6G技術升級、衛(wèi)星互聯(lián)網建設推進，對高級程度、緊湊度的高性能微波濾波器的需求愈發(fā)迫切。
據麥姆斯咨詢報道，針對該領域研究，深圳市電磁信息重點實驗室與南方科技大學于明教授的研究團隊在《安全與電磁兼容》期刊上發(fā)表了題為“微波濾波器的研究進展及未來發(fā)展趨勢”的綜述文章。該文章從綜合理論以及設計與制造技術兩個方面總結了微波濾波器的研究現狀與進展，并展望未來通訊系統(tǒng)中濾波器與其他器件的集成形式。
于明教授研究團隊長期專注于微波濾波器的研究。于明教授作為加拿大工程院院士、IEEE Fellow等，在微波濾波器領域建樹頗豐，擁有眾多專利和科研成果，其豐富的經驗為團隊研究奠定了堅實基礎。
在文章中，研究團隊深入剖析了微波濾波器綜合理論的演進歷程。早期，濾波器綜合依賴集總電路元件逐一提取，隨著通訊系統(tǒng)發(fā)展，傳統(tǒng)濾波響應難以滿足需求。上世紀七十年代后，現代濾波器綜合理論興起。J.D. Rhodes教授首次提出了具有交叉耦合結構的折疊型濾波器拓撲結構用于傳輸零點的引入；A.E. Atia與A.E. Williams首次引入“耦合矩陣”概念；而R.J. Cameron在1999年提出的“N×N”耦合矩陣綜合方法及2003年推廣的“N + 2”耦合矩陣綜合理論，成為現代濾波器綜合的主流方法（如圖1）。不過，該理論與物理實際存在差距，為此，團隊開展了一系列前沿探索。
圖1 某六階折疊型濾波器
針對制造材料損耗問題，于明教授研究團隊提出自適應預失真技術，通過移動濾波函數極點，提前補償損耗對濾波器幅頻與相頻特性的影響，在實現小型化的同時保證帶內平坦度。在頻變耦合綜合理論方面，引入頻變耦合豐富耦合矩陣內涵，頻變耦合能在更簡潔拓撲下引入更多傳輸零點，提升濾波器選擇性與抑制度，并在多種工藝下成功實現。此外，關于非諧振節(jié)點綜合理論，于明教授研究團隊將極點提取結構推廣至廣義極點提取單元，推動極點提取結構的實際應用，同時在耦合矩陣中引入有損元件，優(yōu)化濾波器性能。面對物理結構限制，于明教授研究團隊利用改進算法，實現特定拓撲濾波器綜合，滿足實際應用需求（如圖2）。
圖2 具有二階懸掛諧振器的直線型同軸基站濾波器及其測試響應
隨后，研究團隊針對濾波器設計與制造技術研究與發(fā)展進行了分析。為適應多頻段通訊需求，研究多通帶與自適應可調濾波器，于明教授研究團隊開發(fā)出機械調諧陶瓷濾波器（如圖3），同時關注平面濾波器調諧元件面臨的問題及新型材料應用潛力。BAW/SAW濾波器因體積小、性能優(yōu)在移動通訊中廣泛應用，各團隊對其等效電路建模與綜合展開研究。3D打印技術發(fā)展為濾波器制造帶來新契機，大家運用該技術制造出多種新型結構濾波器（如圖4），推動結構創(chuàng)新。
圖3 機械調諧陶瓷帶通濾波器
圖4 基于3D打印技術的新型諧振器及濾波器結構
談及未來通訊系統(tǒng)中的濾波器，研究團隊認為集成化是關鍵趨勢。濾波耦合器將功率分配與頻率選擇功能集成，減少空間占用；濾波天線兼具濾波與輻射特性，提升系統(tǒng)性能；濾波功率放大器集成濾波器與放大器，減小插入損耗、提升效率，團隊在這些方面均取得研究成果，例如設計出多種高性能濾波耦合器、濾波天線及濾波功率放大器。
這篇文章對微波濾波器的國內外研究進展與發(fā)展趨勢進行了梳理與分析，在綜合理論上更精準反映物理實際，設計與制造技術上滿足多頻段、小型化等需求，為未來通訊系統(tǒng)中濾波器與其他器件集成提供了可行方案。隨著研究的持續(xù)深入，有望進一步突破技術瓶頸，助力無線通訊行業(yè)邁向新高度，為“網絡強國”建設提供有力的技術支撐。
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