📘 《AI 時代系列（6）：進階通訊工程——邁向2035年太空星鏈網路時代》
📘 第 5周 🛰️ 讓電波飛起來：電磁 × 微波 × 天線
——電波真正「飛起來」的物理工程
46／150單元： 微波濾波器 🧩 頻率選擇硬體
—— 讓基地台「聽該聽的、講該講的」關鍵器件**
________________________________________
🎯 單元導讀
你已經知道：
✔ 電磁波如何飛（Maxwell）
✔ 天線如何發射（Antenna）
✔ 傳輸線如何匹配（Smith Chart）
✔ 微波元件如何用 S 參數說話（S-matrix）
但無線世界最複雜、最擁擠、最混亂的是：
⭐「頻率」本身。
每個國家的 4G、5G、LEO、Wi-Fi、軍用雷達
全都在不同頻段講話。
如果沒有濾波器：
✘ 4G 訊號會跑進 5G
✘ Wi-Fi 會干擾藍牙
✘ Starlink 會吃到 Ka 頻帶雜訊
✘ 天線會把不該收的全部吃進來 → SNR 直接崩盤
所以微波濾波器是：
⭐ 無線通訊的「守門員」
⭐ 頻率的交通警察
⭐ 讓通訊世界保持乾淨的核心硬體
________________________________________
🧠 一、什麼是微波濾波器？（超直覺）
一句話：
⭐「讓某些頻率通過、阻擋其他頻率的裝置」
它是微波系統的「頻率閘門」。
像這樣：
進來的訊號： ████▒▒▒▒███▒▒██▒█▒▒██
濾波後： ████＿＿＿＿＿＿＿（只留下你要的部分）
濾波器不是把能量「毀掉」，
是利用 電磁共振、耦合與反射
把「不在通帶的能量」丟掉（損耗或反射）。
________________________________________
🧩 二、濾波器的四大種類（通訊工程必背）
① Low-pass（低通）
通低頻、擋高頻。
常用於：LO、IF、基頻處理。
② High-pass（高通）
通高頻、擋低頻。
消除直流、雜訊底層。
③ Band-pass（帶通）✔ 5G / Starlink 最常用
通某一段頻率，例如：
• 3.4–3.8 GHz（5G NR）
• 12–18 GHz（Ku Band）
• 26–29 GHz（5G mmWave）
④ Band-stop（帶阻 / Notch）
擋掉特定頻率，例如：
• Wi-Fi 避免 5.2 GHz 干擾
• 衛星避開雷達干擾
這四種類型組成所有 RF 系統的頻率架構。
________________________________________
🔧 三、微波濾波器靠什麼物理現象在工作？
三大物理：
________________________________________
① 共振 Resonance
每個腔體、線路有自己的「共振頻率」。
只有共振頻率附近可以通過 → 帶通效果。
電磁腔體 ≈ 高階版的音叉
只對特定頻率「有反應」
________________________________________
② 耦合 Coupling
兩個腔體或傳輸線交互作用 →
決定帶寬、隔離度。
________________________________________
③ 阻抗不連續 Impedance Discontinuity
不匹配處會反射 →
造成帶阻或帶通效果。
________________________________________
📡 四、濾波器的技術類別（微波工程進階）
在 5G/6G、衛星、雷達中常見的濾波器有：
1．LC 濾波器
最低頻、最簡單，但 GHz 以上效果不佳。
2．微帶濾波器（Microstrip Filter）⭐ 5G RAN 常用
導體線路在 PCB 上形成共振。
3．耦合線濾波器（Coupled Line Filter）
高選擇度，可以做到上/下阻帶陡峭。
4．腔體濾波器（Cavity Filter）⭐ 基地台最重要
金屬盒子內部做共振腔：
• 高 Q 值
• 功率大
• 隔離好
• 低損耗
電信用的濾波器是腔體型。
5．SIW、介質濾波器（Dielectric Filter）⭐ 5G 小站熱門
體積小、效率高，mmWave 必備。
6．MEMS 與 RFIC 濾波器（手機/Starlink 用）
手機裡的濾波器都是 mini 版的腔體。
________________________________________
📉 五、濾波器最重要的五個參數（工程師必懂）
________________________________________
① 通帶（Passband）
你想讓訊號通過的頻率。
________________________________________
② 插入損耗（Insertion Loss, IL）
S21（dB）。
越低越好。
CHT 5G 規格：
通帶內 IL < 0.5 dB
________________________________________
③ 阻帶（Stopband）
你要擋掉的頻率範圍。
需要高隔離度。
________________________________________
④ 隔離度（Rejection / Attenuation）
阻帶能壓掉多少？
–40 dB → 基本
–60 dB → 良好
–80 dB → 很高級（衛星、雷達）
________________________________________
⑤ 群延遲（Group Delay）
濾波器是否會讓不同頻率的訊號延遲不同？
（會造成失真）
高階濾波器會特別控制群延遲。
________________________________________
🛰 六、濾波器與 Starlink / LEO 的關係
為什麼衛星要超高級濾波器？
因為：
✔ 地面有大量 Ka/Ku 干擾
✔ 衛星需要極精確地區分 uplink/downlink
✔ 星鏈碟子有多波束 → 要多組濾波器
✔ 需要超低損耗（損到 1dB 等於少一顆衛星）
尤其在 Ka 波段（26–40GHz）：
隔離度與 IL 是生死線。
________________________________________
🏙 七、電信基地台濾波器功能
電信濾波器有三大任務：
________________________________________
① 避免不同頻段互相干擾
例如：
• 700MHz
• 900MHz
• 1800MHz
• 2100MHz
• 2600MHz
• 3500MHz
每個頻段都要自己的濾波器。
________________________________________
② 避免天線接收到「鄰頻雜訊」
濾掉：
• Wi-Fi
• 工地機具
• 廣播電台
• 外部雷達
讓基地台只聽自己該聽的頻率。
________________________________________
③ 控制發射頻率，不讓訊號越界 🔥
發射頻率若 spill over（越界）
→ NCC 法規開罰
→ 干擾周遭電台
→ 可能造成跨基地台互干擾
濾波器阻擋越界訊號 → 合法、穩定。
________________________________________
🧭 八、ASCII：帶通濾波器的效果
頻率 →→→→→→→→→→→→→→
輸入訊號： ████▒▒▒██▒███▒██▒▒▒▒███
濾波後： █████████
只留下你要的那段。
________________________________________
🛠 九、實務題（ 5G/6G）
________________________________________
1️⃣ 為什麼 CHT 要求濾波器 S21（通帶損耗）必須 < 0.5 dB？
少 0.5 dB → cell edge RSRP 可差 1–2 dB。
影響：
✔ 覆蓋
✔ MIMO 效能
✔ Beamforming 功率
✔ 手機上行回傳
這是網路品質的生死線。
________________________________________
2️⃣ 為什麼 5G NR 3500MHz 帶通濾波器的隔離度要做到 80 dB？
因為要隔離：
✔ 4G 2600MHz
✔ Wi-Fi 5GHz
✔ 其他業務電台
隔離不夠 → 互相干擾 → RSRQ/SINR 下滑 → 吞吐崩盤。
________________________________________
3️⃣ 為什麼 mmWave（28GHz）濾波器要用 SIW 或介質諧振？
因為：
✔ 波長極短 → 微帶線損耗大
✔ 需要低損耗
✔ 尺寸要小
✔ 有效 Q 值要高
普通微帶完全不夠用。
________________________________________
✔ 十、小結與啟示
📌 微波濾波器是無線通訊的頻率守門員
📌 5G/6G、Starlink、LEO 的核心全靠「精準頻率選擇」
📌 腔體濾波器是基地台最重要 RF 元件之一
📌 隔離度、IL、群延遲是最重要三大參數
📌 沒有濾波器 → 整個無線系統會變成「雜訊池」
📌 CHT 濾波器品質 = 覆蓋品質 + 法規合規 + 整體 SINR
一句話收尾：
⭐ 微波濾波器是讓頻率世界井然有序的工程奇蹟。
