隨著智能手機(jī)屏幕,、電池容量的增大，加上智能手機(jī)內(nèi)部功能組件的增多,，PCB區(qū)域已成為移動(dòng)終端內(nèi)部寸土寸金的競爭地帶，他們都在擠壓著射頻前端的物理空間,，加上移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展,，對(duì)于射頻前端的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度和技術(shù)難度帶來了極大的挑戰(zhàn),。

研究機(jī)構(gòu)Yole Developpement最新的報(bào)告指出，隨著5G技術(shù)日益成熟,，未來射頻功率放大器(RF PA)市場(chǎng)將出現(xiàn)顯著成長，但傳統(tǒng)的LDMOS制程將逐漸被新興的氮化鎵(GaN)取代,，砷化鎵(GaAs)的市場(chǎng)占比則相對(duì)穩(wěn)定。

Yole預(yù)計(jì),，電信基地臺(tái)設(shè)備升級(jí)與小型基地臺(tái)的廣泛布建,，將是推動(dòng)RF PA市場(chǎng)規(guī)模成長最主要的動(dòng)力來源,。 2016年全球RF PA市場(chǎng)規(guī)模約為15億美元,，到2022年時(shí)，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到25億美元,，復(fù)合年增率(CAGR)為9.8%。 不過,，由于導(dǎo)入新的射頻技術(shù),，并且使用更高的通訊頻段,，因此RF PA必須使用新的制程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

展望未來,，采用GaN制程的RF PA將成為輸出功率3W以上的RF PA所采用的主流制程技術(shù)，LDMOS制程的市場(chǎng)份額則會(huì)明顯萎縮,。

5G下的射頻前端

無線移動(dòng)通信在20多年里得到了飛速的發(fā)展，給人們的生活,、學(xué)習(xí)和工作方式以及政治、經(jīng)濟(jì),、社會(huì)等各方面都帶來了巨大的影響。

自2012年初WRC-12上ITU通過了4G標(biāo)準(zhǔn)之后,，通信業(yè)界開始研究5G,。各國成立了專門組織推進(jìn)5G研究，爭搶新一輪技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的影響力和制高點(diǎn),。例如，歐盟啟動(dòng)了METIS,、5GNOW等多個(gè)5G預(yù)研項(xiàng)目，并成立了5GPPP,；韓國成立了5G Forum等；美國和日本也啟動(dòng)了5G研究,。《IEEE Communications Magazine》在2014年2月和5月出版了兩期關(guān)于5G的技術(shù)專題,。

從技術(shù)層面看,，5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)是繼目前4G LTE部署后移動(dòng)電信標(biāo)準(zhǔn)的下一個(gè)主要階段。從4G到4G 再到5G,，意味著射頻系統(tǒng)的復(fù)雜度大大增加，需覆蓋的頻段大大增多,。據(jù)了解，目前全球典型的4G頻段已經(jīng)有近30個(gè),。

在談5G給RF的挑戰(zhàn)之前,，我們先來了解一下什么是射頻前端。

從定義上來看,，RF FEM是指從天線到Modem之間的整個(gè)系統(tǒng),。在這一部分,，包含了濾波器、LNA,、PA,、開關(guān)和雙工器等等。

回顧1G到4G的發(fā)展歷程,，無線網(wǎng)絡(luò)的上下行速度在不斷加快，設(shè)備的射頻也在逐步演進(jìn),。到了4G時(shí)代，由于多模多頻的需求,，射頻前端的復(fù)雜度已經(jīng)大幅增加，面對(duì)即將到來的5G,，這個(gè)挑戰(zhàn)更是空前的,。因?yàn)閺?G到5G,，無線傳輸速度跨越式提升。

根據(jù)無線通訊的相關(guān)理論,，這樣的速度提升可以通過增加頻譜利用率或者頻譜帶寬來實(shí)現(xiàn)。但從目前的無線應(yīng)用現(xiàn)狀看來,，由于常用的5Ghz以下頻段已經(jīng)非常擁擠。為了獲取頻譜資源,，業(yè)界只有將目光投向了更高頻率的毫米波。在解決了頻段問題,，射頻也要齊頭并進(jìn)。

在手機(jī)中,，2G和3G無線網(wǎng)絡(luò)的RF功能簡單。2G有四個(gè)頻段,，3G有五個(gè)頻段。 但對(duì)4G來說,，有40多個(gè)頻段,。4G不僅融合了2G和3G頻段,，而且還搭載了4G頻段,。

除此之外,，移動(dòng)運(yùn)營商已經(jīng)部署了一種稱為載波聚合的技術(shù),。載波聚合將多個(gè)信道或分量載波組合到一個(gè)大數(shù)據(jù)管道中，可以在無線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)更大的帶寬和更快的數(shù)據(jù)速率,。

為了處理頻段和載波聚合，OEM廠商需要復(fù)雜的RF前端模塊,。

5G為RF提出了難題

如今的智能手機(jī),，特別是高端旗艦手機(jī)，打電話不僅要全網(wǎng)通,，還要支持更多的頻段，例如全球全網(wǎng)通,，除了打電話,，還要上網(wǎng)瀏覽網(wǎng)頁、上傳下載網(wǎng)速也要快,，這些需求的擴(kuò)大，越來越考驗(yàn)射頻前端技術(shù)的復(fù)雜程度,，RF在當(dāng)下和未來也面臨著諸多新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

我們可以通過對(duì)以上技術(shù)要求進(jìn)行拆分,，了解5G時(shí)代射頻面臨的挑戰(zhàn)。

首先談一下載波聚合,。

由于ITU為5G制定了最高50Gbps的下行速率標(biāo)準(zhǔn),，那么相較于4G中最高支持5個(gè)20Mhz的載波聚合,，進(jìn)入5G時(shí)代，載波聚合的數(shù)量可能會(huì)高達(dá)32或者64,。對(duì)于射頻廠商來說，就是需要解決串?dāng)_的問題,。這就給濾波器帶來新的需求,。除了濾波器外,，這種多載波聚合還會(huì)對(duì)PA和開關(guān)器件的線性度提出更高的需求。

更重要的是,，全網(wǎng)通手機(jī)需要支持的頻段越來越多、同時(shí)多載波聚合組合數(shù)也在增加,，對(duì)于射頻前端的技術(shù)挑戰(zhàn)性更大。

其次高頻率對(duì)濾波器的轉(zhuǎn)變也是一個(gè)挑戰(zhàn),。

在4G以前,，由于頻率相對(duì)較低,，SAW濾波器已經(jīng)能夠滿足設(shè)備的需求。但跨入了5G高頻時(shí)代,，SAW的局限性就凸顯。在高頻仍然保持較高Q值的BAW濾波器就成為了業(yè)界的新寵,。

第三，5G引致PA的轉(zhuǎn)變,。

在5G毫米波時(shí)代，高頻段讓傳統(tǒng)PA的LDMOS工藝捉襟見肘,，但天生的性能缺陷讓其在未來的高頻應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)盡失，基站亟需高功率密度,、高運(yùn)行電壓,、高頻率和高帶寬的新工藝產(chǎn)品,，于是擁有材料性能優(yōu)勢(shì)的氮化鎵就成為業(yè)界追逐的新爆發(fā)點(diǎn)。而5G的高頻特性,，使得信號(hào)很容易被阻礙，因此使用微基站來進(jìn)行信號(hào)覆蓋,，就成為了業(yè)界的共識(shí)。氮化鎵PA恰好也能完美契合微基站的需求,。

GaN將取代LDMOS制程

目前針對(duì)3G/HSPA和LTE基站市場(chǎng)的PA（功放）主要有LDMOS和砷化鎵兩種類型。

其中,，LDMOS制造工藝結(jié)合了BPT和砷化鎵工藝,。與標(biāo)準(zhǔn)MOS工藝不同的是,，在器件封裝上,，LDMOS沒有采用BeO氧化鈹隔離層，而是直接硬接在襯底上,，導(dǎo)熱性能得到改善，提高了器件的耐高溫性,，大大延長了器件壽命,。

眾所周知，基站使用的射頻功率管一般采用 LDMOS 工藝,，但現(xiàn)在 LDMOS 工藝正在被氮化鎵（ GaN ）工藝取代,。這是給半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來的第一個(gè)挑戰(zhàn),，也是機(jī)遇,。

目前，射頻器件中的功率放大器主要采用基于硅的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體 (LDMOS) 技術(shù)。但是硅基技術(shù)在高頻應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性： LDMOS 功率放大器的帶寬會(huì)隨著頻率的增加而大幅減少,， LDMOS 僅在不超過約 3.5GHz 的頻率范圍內(nèi)有效。隨著通訊頻段向高頻遷移,，基站和通信設(shè)備需要支持高頻性能的功率放大器。

如今,， GaN 是有可能滿足這些要求的唯一普及的技術(shù)： GaN 功率放大器已經(jīng)能處理 50GHz 或以上的毫米波頻率。另外,， GaN 功率放大器支持更高的帶寬，即使在較高的頻率也是如此,。雖然目前從性價(jià)比考慮， LDMOS 將仍然會(huì)是中低端頻率的主流,，但是在在 10GHz 以上的頻段,， GaN的優(yōu)勢(shì)非常大,。我們認(rèn)為 5G 時(shí)代 GaN 功率放大器將成為超高頻通信領(lǐng)域的首選。

另一方面,，砷化鎵PA 芯片是目前市場(chǎng)主流，出貨占比占9 成以上,。在2G 時(shí)代，PA 芯片主要采用CMOS 工藝,，而進(jìn)入3G 時(shí)代,，生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)向電子遷移率更高,、截止頻率更高的砷化鎵制程技術(shù),。國內(nèi)廠商在砷化鎵晶圓制造領(lǐng)域已有不少投資項(xiàng)目，隨著三安光電及海特高新的砷化鎵產(chǎn)線投產(chǎn),，國內(nèi)PA 芯片廠商的研發(fā)及生產(chǎn)環(huán)境將得到大幅改善,。

市場(chǎng)被歐美廠商把持

通常情況下，一部手機(jī)主板使用的射頻芯片占整個(gè)線路面板的30%-40%,。據(jù)悉，一部iPhone 7僅射頻芯片的成本就高達(dá)24美元,，有消息稱蘋果今年每部手機(jī)在射頻芯片上的投入將歷史性地超過30美元。隨著智能手機(jī)迭代加快,，射頻芯片也將迎來一波高峰。

目前,，手機(jī)中的核心器件大多已實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化,，唯獨(dú)射頻器件仍在艱難前行,。據(jù)悉，全球約95%的市場(chǎng)被控制在歐美廠商手中,，甚至沒有一家亞洲廠商進(jìn)入頂尖行列,。

Skyworks（思佳訊）

射頻元件龍頭,，蘋果射頻供應(yīng)商，主營方向?yàn)樯漕l前端產(chǎn)品,，包括射頻功率放大器即RF PA、各種濾波器,、混頻器、衰減器等,。

手機(jī)中用到的射頻器件：

iPhone SE：射頻芯片 SKY77611、 電源放大模塊SKY77827

iPhone SE： SKY77802-23,、SKY77803-20

iPhone 6S：電源放大模塊SKY77812（x2）

iPhone6 Plus：SKY77802-23

iPhone7 Plus：SKY78100-20

Qorvo

作為全球知名的射頻方案提供商,， Qorvo 在 5G 方面的布局是非常領(lǐng)先的。這首先體現(xiàn)在 GaAs 器件的布局上,。 Qorvo 表示，由于毫米波的應(yīng)用。對(duì)新型器件就有了強(qiáng)烈的需求,，與砷化鎵和硅等材料相比,， GaN 在有高頻率需求小型基站需求的 5G 中優(yōu)勢(shì)是非常明顯,，而 5G 也會(huì)驅(qū)動(dòng)很多技術(shù)的進(jìn)步。

除了基站外,， Qorvo 也推動(dòng) GaN 器件在手持設(shè)備上的普及。

Qorvo 目前也推出了一些 GaN 器件,，以滿足 5G 的應(yīng)用。當(dāng)中包括了一些高壓低頻率和高頻率的器件,。

英飛凌

目前英飛凌提供世界一流的 SiGe:C 技術(shù),，可使 LNA 具有最低噪聲系數(shù),、最高線性度和最低功耗； 130 nm RFCMOS 技術(shù)使射頻開關(guān)尺寸小巧且插入損耗低,； 2 層導(dǎo)線架封裝適用于復(fù)雜系統(tǒng)，可提供設(shè)計(jì)靈活性,；致力于投資創(chuàng)新技術(shù)，已經(jīng)在毫米波應(yīng)用取得領(lǐng)先,。

村田

村田總部位于日本,，公司于1944年10月創(chuàng)業(yè),，1950年12月正式改名為村田制作所。創(chuàng)業(yè)者是村田昭主力商品是陶瓷電容器,，高居世界首位。其他具領(lǐng)導(dǎo)地位的零件產(chǎn)品計(jì)有陶瓷濾波器,，高頻零件，感應(yīng)器等,。不僅是手機(jī),、家電，汽車相關(guān)的應(yīng)用,、能源管理系統(tǒng)、醫(yī)療保健器材等,，都有村田公司的身影,。

手機(jī)中用到的射頻器件：

iPhone6S：村田240前端模塊

iPhoneSE：村田240前端模塊

NXP

NXP 認(rèn)為,，在向 5G 演變過程中，需要更高的頻率帶寬,， Si LDMOS 在目前的網(wǎng)絡(luò)中還處于主力位置，但在大雨 3.5GHZ 之后,， GaN 和 GaAs 會(huì)成為主力，更大的寄生效應(yīng)就會(huì)引致更高的集成化需求,；而 MIMO 和小型蜂窩則會(huì)帶來更低發(fā)射功率的需求,，這就要求更低的供電電壓,；更小尺寸的 PA 封裝需求和高集成度；在這過程中也會(huì)產(chǎn)生信號(hào)帶寬的持續(xù)增長,。

國產(chǎn)射頻器件上市公司

隨著5G的加速推進(jìn)，國內(nèi)一大波從事射頻器件制造的公司也迎來新的發(fā)展機(jī)遇,。目前，國產(chǎn)射頻器件上市公司主要有：

信維通信,，產(chǎn)品線已從天線向射頻隔離,、射頻連接器,、射頻材料擴(kuò)展；

碩貝德,，在5G天線及射頻前端模組上的開發(fā)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平；

惠州碩貝德無線科技股份有限公司成立于2004年2月,，2012年在深圳證券交易所創(chuàng)業(yè)板掛牌上市,。業(yè)務(wù)方向涉及移動(dòng)智能終端天線、精密模具設(shè)計(jì)制造,、塑膠及金屬結(jié)構(gòu)件,、無線充電產(chǎn)品、指紋及傳感器模組,、半導(dǎo)體先進(jìn)封裝測(cè)試、智能檢測(cè)治具及裝備等領(lǐng)域,。產(chǎn)品主要應(yīng)用于手機(jī)、平板,、可穿戴設(shè)備,、筆記本電腦,、汽車、無人機(jī),、安防監(jiān)控等領(lǐng)域。

麥捷微電子,，片式電感及LTCC射頻元器件的龍頭廠商。

創(chuàng)建于2001年的民營高科技企業(yè),，致力于成為泛亞洲地區(qū)頂尖的被動(dòng)電子元器件制造商。主要研發(fā)和生產(chǎn)各類陶瓷射頻元器件,，包括藍(lán)牙（WIFI）天線,、濾波器和GPS天線等,；以及疊層式貼片電感和磁珠、貼片式繞線電感,、功率電感、共模濾波器等系列產(chǎn)品,。

長盈精密,，成立于2001年7月，是一家專業(yè)從事移動(dòng)通信終端,、數(shù)碼及光電產(chǎn)品等配套精密手機(jī)金屬外觀件、手機(jī)金屬邊框,、精密電磁屏蔽件,、微型精密連接器等產(chǎn)品研發(fā),、生產(chǎn)、經(jīng)營的高成長型股份制企業(yè),，也是國家、深圳市認(rèn)定的“高新技術(shù)企業(yè)”,。

長盈精密擁有兩大核心技術(shù)，分別為基于GaAs pHEMT工藝的功率放大器與包絡(luò)跟蹤電源系統(tǒng),。這兩個(gè)核心技術(shù)均可以有效提高射頻前端的平均效率，面對(duì)市場(chǎng)具有極高的成品優(yōu)勢(shì)和性價(jià)比,。

武漢凡谷,，國內(nèi)主要的移動(dòng)通信射頻器件供應(yīng)商,，為各大移動(dòng)通信系統(tǒng)集成商提供射頻器件配套服務(wù)，是華為,、中興、普天,、諾西等全球通信設(shè)備商的射頻器件供應(yīng)商。主要產(chǎn)品有雙工器,、濾波器、塔頂放大器,、數(shù)字微波等,。

大富科技,，成立于2001年，是全球領(lǐng)先的移動(dòng)通信基站射頻器件,、結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)服務(wù)商，產(chǎn)品主要被應(yīng)用于通信基站設(shè)備,，大富科技去年?duì)I收24.07億,，與武漢凡谷、春興精工等是競爭對(duì)手,。

順絡(luò)電子，國內(nèi)電感和射頻元件龍頭,。

順絡(luò)電子成立于2000年,，是一家專業(yè)從事各類片式電子元件研發(fā),、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)，主要產(chǎn)品包括疊層片式電感器,、繞線片式電感器、共模扼流器,、壓敏電阻器、NTC熱敏電阻器,、LC濾波器,、各類天線,、NFC磁片、無線充電線圈組件,、電容、電子變壓器等電子元件,。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于通訊,、消費(fèi)類電子,、計(jì)算機(jī),、LED照明,、安防、智能電網(wǎng),、醫(yī)療設(shè)備以及汽車電子等領(lǐng)域。

唯捷創(chuàng)芯,，國內(nèi)最大射頻IC設(shè)計(jì)公司。該公司致力于射頻與高端模擬集成電路的研發(fā),，是集設(shè)計(jì),、測(cè)試,、銷售一體化的集成電路設(shè)計(jì)公司。公司目前的主要產(chǎn)品是射頻功率放大器,，廣泛應(yīng)用于2G/3G/4G手機(jī)及其它智能移動(dòng)終端。

國民飛驤（Lansus）

2015年從國民技術(shù)分離出來,。2010年開始依托國內(nèi)市場(chǎng)開發(fā)國產(chǎn)射頻功率放大器和射頻開關(guān)。2011年,，其NZ5081應(yīng)用于宇龍酷派8180 TD-SCDMA手機(jī),，是第一個(gè)應(yīng)用于智能手機(jī)的國產(chǎn)PA（RDA是第一個(gè)應(yīng)用于國產(chǎn)功能機(jī)的PA）,。

2015年，phase 1射頻功放做進(jìn)紅米2A手機(jī)?，F(xiàn)在的客戶包括小米，酷派,，中興，魅族等等,。國民飛驤已經(jīng)擁有了國內(nèi)同行業(yè)內(nèi)最完整、最齊全的4G射頻解決方案，覆蓋包括MTK,、高通,、展訊,、聯(lián)芯、Marvell等各種平臺(tái),。

中科漢天下（Huntersun）

國內(nèi)領(lǐng)先的 2G、3G 和 4G 射頻前端芯片供應(yīng)商,，產(chǎn)品主要有手機(jī)射頻前端/功放芯片,，物聯(lián)網(wǎng)核心芯片等,，RF-PA每月出貨量超過7000萬顆，其中2G PA超過4000萬/月,，3G PA超過1100萬套/月,，4G PA導(dǎo)入數(shù)家知名IDH方案商和品牌客戶的BOM列表。

2015年芯片的總出貨量近6億顆,，射頻前端芯片出貨量在華人公司排名第一，遠(yuǎn)超國內(nèi)同行出貨量之和,。2016年,，中科漢天下大規(guī)模量產(chǎn)4G三模八頻和五模十七頻的射頻前端套片,，2G CMOS射頻前端芯片，3G CMOS TxM射頻前端模塊,，以及藍(lán)牙低功耗SOC芯片，高品質(zhì)藍(lán)牙音頻SOC芯片等,。

技術(shù)工藝不達(dá)預(yù)期,，中國廠商任重而道遠(yuǎn)

在射頻前端這個(gè)市場(chǎng),，高端領(lǐng)域基本被外國廠商壟斷這是毫無疑問的，但近幾年中國廠商的進(jìn)步也是有目共睹的。

伴隨著移動(dòng)通信的跨越式發(fā)展,，中國已經(jīng)形成了全球規(guī)模最大、最有活力的消費(fèi)電子市場(chǎng),，在這片沃土不僅孕育出了華為海思、紫光展銳等優(yōu)秀的手機(jī)處理器平臺(tái)方案廠商,，也涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的射頻前端芯片企業(yè)，他們?cè)凇耙揽砍杀緝?yōu)勢(shì)從低端產(chǎn)品切入,，迅速拓展高端產(chǎn)品線”的策略下不斷發(fā)展壯大,，在殘酷的市場(chǎng)尋找自己的競爭優(yōu)勢(shì),。

在SAW 器件領(lǐng)域，國內(nèi)主要廠商包括以中電26 所,、中電德清華瑩為代表的科研院所、無錫好達(dá)電子等廠商,。國內(nèi)廠商整體實(shí)力較薄弱，科研院所的產(chǎn)品主要面向軍用通信終端設(shè)備,。無錫好達(dá)電子的saw 濾波器產(chǎn)品在手機(jī)中實(shí)現(xiàn)了銷售,，客戶包括中興,、宇龍、金立,、三星、藍(lán)寶,、富士康,、魅族等,。

但是，目前國內(nèi)廠商大部分 SAW 濾波器廠商仍停留在公頻波段（較低頻率,，低于 1GHz）的產(chǎn)品生產(chǎn)中,。而對(duì)于更高的射頻工作頻率（如目前 LTE 波段覆蓋的高于 2GHz 頻段），對(duì)工藝有著更高的技術(shù)要求,，國內(nèi)暫時(shí)無法追趕。

在BAW領(lǐng)域國內(nèi)更是幾近一片空白,，所以在未來的5G時(shí)代，將長時(shí)間保持對(duì)國外的依賴是一個(gè)必然的現(xiàn)象,。

在PA產(chǎn)業(yè)，則進(jìn)展較為順利,。涌現(xiàn)出,、漢天下,、國民飛驤、中科漢天下,、唯捷創(chuàng)芯和蘇州宜確等一批廠商，但和濾波器面臨同樣的問題,，那就是高端依然是心頭之痛,。

射頻領(lǐng)域，中國依然還有很長的一段路要走?。ㄎ?劉燚）