随着5G空口、SA、NSA等标准纷纷确定以及中国三大运营商频谱确定，5G时代差不多正式开启，2019年我们将迎来5G手机大突发，目前，华为、小米、OPPO、VIVO、一加等都声称将在2019年上半年推出5G手机，由于5G新增了频段（n41 2.6GHz，n77 3.5GHz和n79 4.8GHz），因此5G手机的射频前端将有新的变化，同时考虑到5G手机将继续兼容4G、3G 、2G标准，因此5G手机射频前端将异常庞大。

一般而言射频前端（RFFE）由功率膨胀器（PA：Power Amplifier），天线开关（Switch）、滤波器（Filter）、双工器（Duplexer和Diplexer）和低噪声膨胀器（LNA：Low Noise Amplifier）等器件组成，它是智专家机的射频收发器和天线之间的功能区域，射频器件设计难度大，材料要求特殊，也是当地IC需要攻破的难点之一，有专家特别指出射频在5G手机的设计中尤为关键，4G手机最大的制造成本在屏幕与处置器，但5G手机最大的成本或许会转向整套的射频方案其几个甚至超过了手机处置器平台！市场调查机构Navian预测，2020年仅移动终端中射频前端芯片的市场规模将达成212亿美元，年复合增长率达15.4%！ 

5G時代，手機射頻器件將會有哪些新的發展趨勢，迩来電子創新網等專訪了Qorvo亞太區移動事業部市場戰略高級經理陶鎮，他分享了有關5G手機射頻前端未來發展的洞見。

5G 手机射频前端发展趋向

總體而言，5G時代，射頻數量將大幅度增加，因此5G手機成本會進一步提升，

Qorvo公司高管曾指出，5G將給天線數量、射頻前端模塊價值量帶來翻倍增長。以5G手機爲例，單部手機的射頻半導體用量達到25美金，相比4G手機近乎翻倍增長。其中濾波器從40個增加至70個，頻帶從15個增加至30個，接收機發射機濾波器從30個增加至75個，射頻開關從10個增加至30個，載波聚合從5個增加至200個！

這是因爲4G時代，智专家機采取的1發射2接收架構

而到了5G時代，獨立組網的手機將采用2發射4接收的架構

陶镇表达仅此架构的转变就要多预计将新增5817个收发模组，共计增加4到6颗，12到18颗滤波器，40到60颗电容。另外，“依据目前工信部给运营商划分的频谱来看，5G时代增加了n41 2.6GHz，n77 3.5GHz和n79 4.8GHz三个频段，因此需要增加三个射频前端模组，有人说中国移动获得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz段 160MHz 5G频段中的2.6GHz频段是技术不成熟频段，事实上这是因为3.5GHz是全球核心频段，因此成熟度高，但事实上中移动在LTE B41差不多把产业界培育的很成熟了，大部分稍微升级下即可支持n41，我们Qorvo有支持n41的 射频前端，支持n41目前差不多不落伍于3.5GHz了，实际上，在去年11月初温哥华GTI研讨会上，我们第一次展示了基于2.5Ghz频谱的5G的射频模块QM 75041。”

據悉，Qorvo展示的針對n41頻段的射頻前端模塊集成了功率膨胀器、濾波器、開關、耦合器等。

另外，陶镇表达5G时代还需要分外的天线调节器来做天线割裂，这主假如因为频谱的翻倍，驱使你去使用更多的天线来做笼罩而引起的。如此的需求，也推动了天线阵列的应用、MIMO的产生，给射频前端提出新的需求。MIMO技术的应用普及为天线带来巨大增量市场。预计到2020年，MIMO 64x8 将成为标准配置，即基站端采用64根天线，手机采用8根天线。

“到了5G時代，基站和手機都必須引入天線陣列，基站可以做到64×64，但手機受限于尺寸限制，只能做到4×4或者2×4，這就帶來了相關射頻的需求”，陶鎮說。“來到MIMO方面，這個在4G時代就存在的技術到了5G則迎來了更剛性的需求。新的通信標准要求下行有4×4，上行也要翻倍，這也帶來了射頻器件的增加。”

針對射頻前端集成化趨勢，陶鎮表达幾家領先手機廠商都采取的是射頻高度集成的模式，但集成不是所有的都集成，針對覆蓋低頻的模塊集成的是1到2個功放、濾波器或者雙工器，針對中高頻（1.7Hz到2.5GHz）或者高頻模塊，則集成了三個以上PA和幾十個濾波器。

“對于中高頻射頻前端，需要集成BAW濾波器才能達到更好的性能。因此並不是所有廠商都可以做中高頻的集成，因爲受濾波器限制，另外是可生産能力的限制，因爲中高端模塊涉及到二三十顆功放、濾波器、開關等IC的晶圓，品質控制要求很高，不過模塊化一定是未來旗艦機的方向。”他補充說，“Qorvo是一家中文产品很全的公司，功放、開關、濾波器等都做，像BAW、SAW，SOI、射頻開關都有，做模塊反而是Qorvo的優勢。因爲並不是所有的競爭對手都同時有上述器件研發能力和整合能力。”

他以n41爲例指出Qorvo有n41的全頻段濾波器，全頻段PA，因此很容易實現集成方案。 

5G手機PA趨勢

功率膨胀器（PA）是一部手機最關鍵的器件之一，它直接決定了手機無線通信的距離、信號質量，甚至待機時間，是整個射頻系統中除基帶外最重要的部分。手機裏面PA的數量隨著2G、3G、4G、5G逐漸增加。以PA模組爲例，4G多模多頻手機所需的PA芯片爲5-7顆，預測5G手機內的PA芯片將達到16顆之多。

陶镇表达就工艺材料来说，目前砷化镓PA依然是主流，国内几家做PA的厂家也要紧采用的是砷化镓工艺，尽管CMOS PA越来越成熟并有集成的优势但是因为参数性能的妨碍，它只适用于低端市场。

“事实上Qorvo同时有CMOS工艺和砷化镓工艺，我们会区分产品线，有点产品CMOS工艺足够满足，就用CMOS工艺做了，我们大部分产品基本上CMOS工艺去做的，一般CMOS工艺更多做2G，3G，针对4G 5G还有SOI工艺可以选择，接着是砷化镓，相对也少，基本上做传统2G的这一块，2G的这块起，因此从4G的角度，不是未来的5G砷化镓。另外，砷化镓PA的TRP 值要优于CMOS工艺的，TRP全称Total Radiated Power是手机的总辐射功率。”他补充说。

在毫米波頻段，氮化镓及InP的制造工藝在性能指標上均要強于砷化镓，5G直专家機會采用氮化镓PA嗎？

對此，陶鎮表达氮化镓有不同使用方法，Qorvo有氮化镓中文产品，目前已經在基礎設施類中文产品中大批使用，未來5G基站中也會大批使用氮化镓中文产品，但目前氮化镓中文产品沒後在手機中使用，“近期，兩三年之內氮化镓不會用在手機，要紧原因一是氮化镓中文产品成本比較高；二是氮化镓需要較高電壓，基站都需要12V電壓，手機最多到5V，所有氮化镓驅動是個問題，如果電壓降低了，性能就弱化了，氮化镓需要在高電壓下其優異性能才能表現出來，看以後6G、7G是否有也许用到吧。”他補充道。“不過氮化镓在基站端會有很多應用。”

他表达5G时代，PA会引入更多的技术（如包络跟踪）来满足5G功率需求，包络跟踪能够通过不断调整PA 电源电压以跟踪RF 包络的方法来优化功效。但包络跟踪器预计在5G 部署期间只支持最多60 MHz 带宽，而新的5G 频段（如n77 和n79）则需要支持高达100 MHz 带宽的单载波传输。为此，PA 将需要在均匀功率跟踪(APT) 固定电压模式下运行，以实现宽带5G 传输，同时会降低功效。

5G手機濾波器發展趨勢

目前，SAW、BAW滤波器是手机应用的主流滤波器，但5G新增频段对滤波器提出了新的需求，有望拉动BAW（体声波）滤波器的快速增长，这是因为SAW（声外表滤波器）适合的是400 MHz 至 2.7 GHz 频率范围射频滤波，而BAW（体声波滤波器）适合2GHz以上射频滤波。

陶鎮表达通俗地明白SAW是一個是平面傳遞能量的濾波器，而BAW是一個铅直傳遞能量的濾波器，這兩個濾波器基本上基于聲學工藝的濾波器，另外還有一種濾波器是陶瓷濾波器，它是基于電傳輸的濾波器，工作方法完全不同。聲學濾波器的優勢是尺寸可以做到很小，因此廣泛用在手機內，而陶瓷濾波器尺寸不能很小。

陶鎮表达5G時代引入了新的頻譜3.5G和4.8GHz，BAW在這個頻率段有優勢，因此BAW濾波器會有大的增長，但是SAW和BAW都不能支持高帶寬（例如600MHZ），不能支持全頻段，Qorvo在不斷改進工藝，希望未來在5G這兩個頻段，聲學濾波器可以支持。

与 SAW 相比，BAW性能更好，但BAW所需的制造工艺步骤是 SAW 的10倍因此成本也更高，但是当频段越来越多，甚至结束使用载波聚合的时候，就必须得用BAW技术才能解决频段间的相互干扰问题。

据他介绍Qorvo作为全球领先的射频方案提供商，拥有广泛的 RF 滤波器产品组合，包括双工器、同向双工器、三工器、四工器和分立式 RF 滤波器，可以笼罩 400 MHz 至 2.7 GHz 的频率范围，包括蜂窝式 (2G/3G/4G/LTE)、GPS 和工业、科学及医学 (ISM) 频段，在大小、性能、成本和上市时间方面均处于市场领先水平。

陶镇表达作为全球领先射频企业，Qorvo致力于解决庞大的射频前端问题，如开发天线合路器把不同制式、不同频段合成到一根天线上以减少天线的数量，同时不断地做进一步集成以减少器件的数量。“在调谐器及开关方面，5G时代MEMS 开关应用会更多，因为未来5G的第三个场景——高可靠性零时延场景需要极快的开关切换速度。除此以外，系统架构方面还需要更多的天线分工器以及天线调谐功能。我们会跟运营商商紧密沟通，解决5G时代射频需求。”他指出。（完）