万万没想到！指甲盖大小的芯片，竟藏着破解5G“三角难题”的密钥？吉林大学这项“全球最小”黑科技实测有效！

在现代无线通信，尤其是5G/6G浪潮的席卷下，我们的手机、基站乃至万物互联的终端，都在向着一个目标狂奔：更高性能、更小体积、更低功耗。 而在这一切的核心——射频前端模块中，有一个虽不起眼却至关重要的“守门员”：片上带通滤波器。 它的任务很明确：只让有用的通信信号通过，把一切干扰杂波死死挡在门外。

然而，这位“守门员”自己却陷入了前所未有的“三角困局”：性能（高选择性、强抑制）、成本（工艺复杂、良率低）、面积（寸土寸金的芯片空间） 三者难以兼得。想要提升性能，往往意味着增加电路复杂度，占用更多芯片面积，并推高制造成本。传统的互补金属氧化物半导体、砷化镓等工艺虽成熟，但成本高企；而各种堆叠、三维结构的小型化方案，又常以牺牲性能或增加工艺难度为代价。这成了一个制约射频前端高度集成化的“死结”。

就在近日，这个“死结”被中国科研团队巧妙地解开了！ 吉林大学未来科学国际合作联合实验室、电子科学与工程学院、集成光电子全国重点实验室联合哈尔滨工业大学的研究团队，在国际微电子器件顶级期刊《IEEE Electron Device Letters》上发表了一项突破性研究成果。他们提出并成功制造了一种面向5G应用、具有多个传输零点、且尺寸达到全球领先水平的超小型化片上带通滤波器，为高度集成化的现代无线通信系统提供了全新的解决方案。

独辟蹊径：用“交叉互绕变压器”玩转电磁耦合

该研究的核心创新点，在于其独具匠心的结构设计。研究团队没有走传统增加元件或路径的老路，而是巧妙地将两个对称的LC环形谐振器，通过一个“交叉互绕变压器”连接起来。这个变压器结构，正是破解困局的“神来之笔”。

这种“交叉互绕”的方式，极大地增强了两个谐振器之间的电磁耦合作用。它不仅仅提供了传统的磁耦合（用耦合系数*k*衡量），更关键的是，其特殊的绕组结构自然地引入了一个显著的耦合电容（Cc）。正是这个先前常被忽略或难以利用的电容，成为了产生多个带外传输零点的关键密钥。

通过引入并精确控制这个耦合电容Cc，滤波器的频率响应曲线在通带两侧的阻带中，出现了多个急剧下降的“深谷”，即传输零点。这些零点就像一道道精准的“屏障”，将紧邻通带的干扰信号强力衰减，从而同时实现了极高的频率选择性和卓越的带外抑制性能，同时保持了电路结构的极度简洁。这意味着，用更简单的结构、更小的面积，实现了更优的性能，一举打破了“性能-面积”的传统矛盾。

揭秘设计玄机：如何精准“拿捏”性能指标？

那么，如何根据实际需求，像调音一样精准设计出满足不同指标的滤波器呢？研究团队通过深入的理论分析和大量仿真，揭示了核心参数之间的“调控密码”。

他们系统研究了耦合系数*k*、耦合电容Cc与滤波器关键指标——如回波损耗（RL，衡量匹配和带内插损）、分数带宽（FBW）以及带外抑制水平（SR）之间的关系。

研究发现了清晰的规律：要获得更高的带外抑制（更大的SR），通常需要减小*k*和Cc。 同时，设计时存在一个精妙的权衡：如果想要在更宽松的回波损耗（如*RL=15 dB*）下保持相同的抑制水平，就需要进一步减小*k*和Cc；反之，如果要求滤波器拥有更宽的带宽（更大的FBW），则需要增大*k*和Cc来维持性能。最终结论是，在现有工艺可实现范围内，追求极致的选择性和抑制性能，优选相对较窄的带宽设计更为有利。

基于这一清晰的物理图像和设计准则，团队开发了高效的设计方法。他们能够像“搭积木”一样，独立、精准地控制滤波器的中心频率、带宽、带内平坦度以及阻带抑制深度，设计出满足不同应用场景需求的多样化滤波器。

更有趣的是，研究人员还发现了一个“隐藏技能”。通过调节电路中一个额外的设计自由度——电感L3，可以在不改变核心通带性能的前提下，灵活调控高频区域的带外抑制范围。例如，将L3从0.3 nH微增至0.4 nH，就能将20dB以上的高频抑制频点从31 GHz大幅推升至43 GHz。这为应对复杂电磁环境中的特定高频干扰提供了额外的设计灵活性。