在无线通信技术飞速发展的当下，射频（RF）前端声学滤波器作为关键部件，其研发态势备受关注。据麦姆斯咨询报道，针对该领域研究，中国科学技术信息研究所的研究团队在《高技术通讯》期刊上发表了题为“射频前端声学滤波器研发态势研究”的综述文章。
射频前端是无线通信系统的核心，而滤波器则是射频前端的关键元器件。声学滤波器凭借性能、成本和尺寸的综合优势，在移动通信领域占据主流地位，主要分为声表面波（SAW）滤波器和体声波（BAW）滤波器。SAW滤波器主要基于压电材料铌酸锂或钽酸锂单晶薄膜制成，工作于较低频段；BAW滤波器主要基于压电材料氮化铝薄膜制成，更适用于高频段。
这项研究通过对Innography数据库中相关专利的检索与分析，全面揭示了射频前端声学滤波器的研发态势。从专利申请和授权的年度变化趋势来看，全球射频前端声学滤波器相关专利申请和授权总体呈上升趋势，且在每一代通信技术发展初期达到高峰（如图1）。具体而言，SAW滤波器研发在3G时代达到高峰，在5G时代有所减弱（如图2）；BAW滤波器则在5G时代迎来爆发式增长，逐渐取代SAW滤波器的主导地位（如图3）。这主要是因为5G通信频率升高，SAW滤波器受制造工艺限制，难以满足2.5 GHz以上频段的应用需求，而BAW滤波器则成为3.0 GHz以上5G中高频段唯一实用的声学滤波器。
图1 全球射频前端声学滤波器相关专利申请数量与授权数量年度变化趋势
图2 全球SAW 相关专利申请数量与授权数量的年度变化趋势
图3 全球BAW相关专利申请数量与授权数量的年度变化趋势
在专利来源地和受理地方面，日本和美国的声学滤波器相关专利在全球占据主导地位（如图4和图5）。日本在SAW滤波器研发上具有绝对优势，其专利申请量和授权量在全球占比极高，是主要的技术输出国；美国则在BAW滤波器研发方面占据优势，且是全球主要的BAW市场。中国在该领域虽处于追赶地位，但近年来在专利申请方面也逐渐发力。
图4 排名前10的声学滤波器相关专利来源地申请数量、授权数量与授权比
图5 排名前10的声学滤波器相关专利受理地申请数量、授权数量与授权比
进一步分析主要创新主体可知，日本企业在SAW滤波器技术上高度垄断，村田、TDK、太阳诱电等企业在全球SAW滤波器市场占据较大份额，且拥有大量专利。不过，部分日本企业已放弃该业务。美国博通则是BAW滤波器最重要的创新主体，与威讯、高通等企业形成垄断优势。中国企业如诺思微系统公司和天津大学在BAW滤波器专利申请方面有所建树，但在实际出货上仍被美日厂商主导。
从技术发展趋势来看，BAW滤波器对SAW滤波器的替代趋势愈发明显（如图6和图7）。2018年至今，BAW相关专利申请数量显著高于SAW。不过，随着绝缘体上压电（POI）技术的发展，村田公司的超高性能声表面波滤波器（IHP-SAW）和高通公司的超级声表面波滤波器（ultraSAW）等新型高性能SAW滤波器未来有望应用于5G中高频段，可能会对这一替代趋势产生影响。此外，薄膜腔声谐振器型体声波滤波器（FBAR）成为BAW滤波器的主流类型，其专利申请和授权数量在BAW相关专利中的占比一度超过70%，近年来随着新型FBAR的不断出现，这一比例又呈上升趋势。
图6 全球SAW和BAW相关专利申请数量的年度变化趋势对比
图7 全球SAW和BAW相关专利申请占比的年度变化趋势
综上所述，射频声学滤波器技术随通信技术迭代呈脉冲式波动发展。日本和美国在该领域占据领先地位，构筑了深厚的专利壁垒和产业先发优势。中国在射频声学滤波器领域虽然取得了一定进展，但仍面临被美日企业“卡脖子”的风险。未来，中国企业需要加大研发投入，提升自主创新能力，突破关键技术瓶颈，加强专利布局，以在全球射频前端声学滤波器市场中占据更有利的地位。同时，随着6G等新一代通信技术的发展，射频前端声学滤波器也将面临新的挑战和机遇，持续的技术创新将是推动行业发展的关键动力。
论文信息：
DOI: 10.3772/j.issn.1002-0470.2024.12.008
