射频滤波器功率非线性问题浅析
一、射频滤波器非线性问题的影响
众所周知，有源器件会在系统中产生非线性效应，容易忽视的是，无源器件也可能引入非线性效应；尽管还没有系统的理论分析，但是在工程中已经发现功率非线性会对通信系统（尤其是蜂窝系统）产生严重影响。
随着5G应用的不断扩大，为了解决5G系统覆盖相对较弱情况下的良好通信体验，移动终端和基站将会朝着更大发射功率和更高灵敏度方向发展，无源互调产生的系统干扰将日益严重，因此越来越被运营商、系统制造商和器件制造商所关注。
二、射频滤波器的几个功率相关概念
对于不同的技术体制滤波器造成功率非线性的原因并不一样，对于saw来讲，造成非线性的原因主要是电路的强壮性和温漂两个因素影响。器件升温会造成带内插损变大，而线路的局部损伤也会造成带内插损增大。
对于规格书上同样标注30dbm功率耐受的不同品牌滤波器/双工器，其真实的性能却差距巨大。
随着5G终端需求的增加，终端研发人员越来越关注射频滤波器的功率耐受水平，但是目前业界对于器件的最大功率耐受水平及其测试方法并没有统一的标准和定义。
射频链路的非线性一般在大功率工作情况下尤其严重，所以对于滤波器的几个功率相关问题需要特别关注。
一般来说，对滤波器按照0.5db步长逐步增加输入功率，每个点持续10s-120s不等，其输出功率将经历线性输出、非线性输出（输出递增）、非线性输出（输出递减）、烧毁几个阶段，输出功率将会出现下述几个关键特征点A点（1db压缩点）、B点（功率输出最大点）、C点（器件烧毁点，器件插损出现巨大跳变）。
图1 输入功率提升过程中器件经历的线性/非线性过程
在滤波器实际产品规格书中，经常还会看到关于功率的如下几个概念：
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短时最大输入功率（Maximum Input Power Level for short term）
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功率寿命（Power Capacity）
在实际应用过程中，由于系统传输的是4G或者5G的调制信号，这些调制信号都有较大峰均比，所以在高功率工作条件下，尤其需要关注输出功率线性度（保证系统性能）和短时最大输入功率（保证器件安全）。
1.“输入-输出功率”之间的线性问题
如果射频链路中器件的输入-输出功率非线性，会给实际应用带来巨大的麻烦，比如链路预算不准、大信号情况下通信质量提前恶化等。
我们可以通过下面三个实际器件测试结果比较直观的看到：
图2 WIFI saw滤波器输入功率&输出功率曲线
2.不同条件下功率测试指标差异问题
随着5G应用场景中，对于滤波器高功率提出了更高的要求，而射频滤波器，特别是SAW滤波器，要在保证小尺寸高性能的要求下做出高功率是很困难的事情，而到底如何衡量一款芯片的高功率能力，业内并没有完全统一的衡量标准，所以部分达不到高功率的器件制造商就在一些能让指标看起来不错的方面想办法：
① 测试信号波形差异问题
从上述实际规格书中关于短时最大输入功率可以看出，相同器件在施加不同信号（CW信号或者LTE等调制信号）时，所测试出来的指标有一定差距，而这种差距大小则由各家产品的设计、工艺等综合性能决定。
比如以短时最大输入功率测量为例，不同品牌产品的实际测试结果差距较大：
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CW波形测试：
C公司器件短时最大输入功率≈33.54dbm
S公司器件短时最大输入功率≈34.61dbm
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LTE波形测试：
C公司器件短时最大输入功率≈34.12dbm
S公司器件短时最大输入功率≈32.8dbm
若简单的以数据衡量，以CW波测试结果来看，在短时最大输入功率指标方面S公司产品优于C公司（优1.07db）；以LTE波测试结果来看，则是C公司产品优于S公司产品（优1.32db）。
而实际应用场景中，系统主要传输峰均比更高的调制信号，所以对于LTE等调制信号测试的结果更符合实际应用场景。
从以上两个表可以看出，CW波和LTE波高功率对不同品牌的saw器件也显现出完全不同的线性差异。
② 测试信号频点差异问题
测试信号频率选择对测试结果影响也非常大，一般来说，大功率情况下，选择Tx通带高频率通带截止点的频率进行测试最具普遍意义（因为高频点是温漂首先影响到通带中带内插损变化的频点），高频点的条件最极端，也是功率承受的最薄弱点。
从下图对一款DPX-B3发射通道的不同频点进行大功率扫描测试结果可以清晰地看出这个结论。
图3 一款Band3 器件不同频点功率变化的输入/输出曲线
三、结论
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射频滤波器作为重要的无源器件，其本身存在各种原因导致的非线性现象，这些非线性从不同维度影响实际应用；
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射频滤波器不能简单只看规格书，规格书无法详细表述功率非线性特性，包括5000小时功率寿命指标；
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不同测试者通过不同测试条件带来的测试差异，导致乐观估计器件本身的功率特性，会给最终终端的产品设计和使用者带来麻烦，对于一款器件是否真正能够满足产品设计要求，需要根据实际使用场景慎重评估。
