在无线通信系统中，射频滤波器如同信号的“守门人”，其性能直接决定着通信质量与系统可靠性。随着5G乃至未来6G技术的发展，对射频前端器件性能要求愈发严苛，其中体声波（BAW）滤波器和表面声波（SAW）滤波器凭借独特优势，成为支撑高频通信发展的核心技术。这两类滤波器均基于声学谐振原理实现选频功能，但在工作机制、结构设计、性能表现及应用场景上存在显著差异，共同构建起现代射频滤波技术的基石。
SAW滤波器是较早实现商业化应用的射频滤波技术，其核心工作原理基于1885年瑞利发现的表面声波效应。当在压电基片表面沉积叉指换能器（IDT）并施加电信号时，IDT电极间的逆压电效应会使基片表面产生周期性机械形变，形成沿基片表面传播的弹性波，即表面声波。这些表面声波在传播过程中遇到反射栅或另一组IDT时，通过正压电效应转换回电信号。以常见的双端口SAW滤波器为例，当输入信号频率与IDT的设计频率匹配时，表面声波激发效率最高，经过反射栅和输出IDT后，能够输出较强的电信号；而不匹配的频率信号则因激发效率低，在传播过程中逐渐衰减。通过精心设计IDT的指对数、指宽、间距等参数，以及反射栅的结构，可以控制表面声波的传播路径和频率响应，实现对特定频率信号的选通或抑制。SAW滤波器的工作频率主要由IDT的几何尺寸决定，通常工作在20MHz至3GHz频段，这一频段覆盖了广泛的通信标准，如GSM、CDMA、WCDMA等。
SAW滤波器的典型结构包括压电基片、叉指换能器和反射栅。常用的压电基片材料有铌酸锂、钽酸锂和石英，不同材料的压电系数、声速和温度特性差异显著。例如，铌酸锂具有较高的机电耦合系数，能够实现陡峭的滤波特性，但温度稳定性较差，在温度变化时，其频率会有相对较大的偏移；石英则以优异的温度稳定性著称，其频率温度系数可低至±20ppm/℃，适用于对频率温度系数要求严格的场景，如GPS定位系统中的滤波器，需要在不同温度环境下保持稳定的工作频率。叉指换能器作为能量转换的核心部件，其设计直接影响滤波器的插入损耗、带宽和带外抑制性能。例如，增加IDT的指对数可以提高带外抑制能力，但可能会增加插入损耗；优化指宽和间距能够调整滤波器的中心频率和带宽。反射栅的引入则有效提高了带外抑制能力，通过控制反射波的相位和幅度，减少通带外的信号泄漏。一般来说，反射栅的周期和IDT的周期相匹配，通过多次反射形成对带外信号的强反射，从而增强滤波效果。
与SAW滤波器不同，BAW滤波器利用体声波在固体介质中的传播特性实现滤波功能。BAW滤波器主要分为薄膜体声波滤波器（FBAR）和固体装配体声波滤波器（SABAR）两种类型。FBAR的结构类似于三明治，由上下电极层和中间的压电层组成，压电层通常采用氮化铝或氧化锌等材料。当在上下电极间施加电信号时，压电层通过逆压电效应产生体声波，体声波在上下电极与空气界面间多次反射形成驻波。只有满足谐振条件，即体声波在上下电极间往返一次的相位变化为2π的整数倍时，频率信号能够通过，从而实现滤波功能。SABAR则在FBAR结构基础上，通过引入布拉格反射层替代空气界面，布拉格反射层由多层具有不同声阻抗的材料交替堆叠而成，每层材料厚度为四分之一声波波长，利用声阻抗不匹配原理，将体声波限制在压电层内，进一步提高了声波的限制能力，降低了能量损耗。
BAW滤波器的工作频率主要取决于压电层的厚度，通过精确控制薄膜厚度，可实现2GHz至6GHz甚至更高频段的应用，尤其适用于5G通信中的Sub-6GHz频段。相较于SAW滤波器，BAW滤波器在高频段具有更低的插入损耗和更高的功率处理能力，这得益于其体声波传播模式减少了表面散射损耗，且薄膜结构设计降低了寄生效应。以FBAR为例，其插入损耗在3GHz以上频段通常能控制在1.5dB以下，而相同频段的SAW滤波器插入损耗可能达到3dB以上。然而，BAW滤波器的制备工艺更为复杂，需要高精度的薄膜沉积、光刻和刻蚀技术，以确保各层材料的均匀性和器件的一致性。在薄膜沉积过程中，采用物理气相沉积或化学气相沉积技术制备压电层和电极层时，需要精确控制沉积速率、温度和气体流量等参数，稍有偏差就会影响器件的谐振频率和性能。
在性能对比方面，SAW和BAW滤波器呈现出明显的互补特性。插入损耗是衡量滤波器信号衰减程度的关键指标，SAW滤波器在低频段具有相对较低的插入损耗，一般在1-3dB；而BAW滤波器在2GHz以上频段展现出优势，插入损耗可控制在2dB以内。带外抑制能力决定了滤波器对干扰信号的抑制效果，SAW滤波器通过优化反射栅设计，可实现50dB以上的带外抑制；BAW滤波器由于体声波的强约束特性，其带外抑制性能更优，部分产品可达60dB以上。此外，BAW滤波器在Q值和功率容量方面显著优于SAW滤波器，BAW滤波器的Q值在高频段可达500以上，而SAW滤波器的Q值通常在100-300之间，这使得BAW滤波器在高功率、高线性度应用场景中更具竞争力，如基站的功率放大器前级滤波。
在制造工艺层面，SAW滤波器的生产主要涉及光刻、金属沉积和刻蚀等传统半导体工艺，其制备成本相对较低，且易于实现大规模量产。以光刻工艺为例，采用光刻胶涂覆、曝光、显影等步骤将掩模版上的图案转移到基片上，目前主流的SAW滤波器生产工艺能够实现微米级的图案精度。BAW滤波器的制造则面临更高挑战，薄膜沉积工艺需要精确控制压电层和电极层的厚度与均匀性，以保证器件的谐振特性；同时，BAW滤波器的封装工艺也至关重要，需要采用真空封装或晶圆级封装技术，防止声波能量泄漏和环境因素对器件性能的影响。随着技术的不断进步，BAW滤波器的良品率逐步提升，生产成本也在逐渐降低，推动其在更多领域的应用普及。
