中國5G行業(yè)發(fā)展推動(dòng)射頻前端發(fā)展分析

射頻前端即RadioFrequencyFront-End,簡稱RFFE,是天線和射頻收發(fā)機(jī)之間的射頻電路部分.通俗的理解方式就是靠近天線部分的設(shè)備就是射頻前端.以手機(jī)接收信號(hào)為例,空氣中的無線電磁波信號(hào)經(jīng)過天線轉(zhuǎn)換為有線信號(hào),之后送入射頻前端部分.在射頻前端部分中,電磁波從天線出來先進(jìn)入天線調(diào)諧器（antennatuner）,它是連接天線和后續(xù)電路的一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò).接著信號(hào)經(jīng)過分集開關(guān)（diversityswitch）,為移動(dòng)和基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用提供低插入損耗、高隔離和出色的線性度.之后是個(gè)雙工器（diplexer）,雙工器用于天線輸入輸出部,擁有在收發(fā)時(shí)分類或混合2種不同頻率信號(hào)的功能,并且還用于CA(carrieraggregation)電路中.再然后信號(hào)經(jīng)過射頻開關(guān)送到濾波器電路,射頻開關(guān)負(fù)責(zé)接收、發(fā)射通道之間的切換；濾波器負(fù)責(zé)發(fā)射及接收信號(hào)的濾波；最后經(jīng)過低噪放,低噪聲放大器主要用于接收通道中的小信號(hào)放大,同時(shí)抑制噪聲在可接受的范圍內(nèi),供后續(xù)的收發(fā)機(jī)處理.接收機(jī)/發(fā)射機(jī)用于射頻信號(hào)的變頻、信道選擇.信號(hào)的發(fā)射路徑中各部分的作用與接收路徑幾乎相同,但是發(fā)射路徑不再使用低噪放而是功率放大器（PowerAmplifier,PA）,用來放大信號(hào)作為發(fā)射使用.射頻前端結(jié)構(gòu)示意圖

5G時(shí)代通訊標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步升級(jí),帶來手機(jī)射頻前端單機(jī)價(jià)值量持續(xù)快速增長.智能手機(jī)射頻前端的市場規(guī)模在2016年達(dá)到101億美元,預(yù)計(jì)2022年市場規(guī)模將超過227億美元,復(fù)合增長率達(dá)到14%.手機(jī)射頻前端價(jià)值量在5G時(shí)代有望成長至22美金以上.濾波器是射頻前端市場中最大的業(yè)務(wù)板塊,5G時(shí)代手機(jī)頻段支持?jǐn)?shù)量將大量增長,帶動(dòng)單機(jī)濾波器價(jià)值量快速增長,其市場規(guī)模將從2016年的52.08億美元增長至2022年的163.11億美元,年均復(fù)合增速達(dá)到21%.2016-2022年中國射頻前端各細(xì)分零部件市場規(guī)模及預(yù)測

高頻信號(hào)相較于低頻信號(hào)來說其頻段更為寬廣,5G時(shí)代通信傳輸?shù)念l率更高,因而對高頻PCB板與飛速PCB板的需求更高,從而覆銅板高頻基材與飛速基材需求量增加.5G基站中DU與AAU中的天線反射板、背板、TPX&PA電路均采用高頻基材,且對高頻基材的性能要求更高,需要高頻基材在保持介電損耗最小化的狀態(tài)下維持介電常數(shù)穩(wěn)定,因而5G時(shí)代高頻覆銅板的需求與附加值都將得以擴(kuò)張.

一、4x4MIMO

4G對于MIMO的要求是選擇性的,5G對于1GHz以上下行鏈路4x4MIMO則是必須要求,新增加了n77波段并對LTE頻段重耕,例如原有的4GBand3重耕為5GNRn3.4GLTE的接收分集是兩個(gè)接收路徑,到了5G則需要4G接收路徑.對于已經(jīng)支持4GLTEMIMO的手機(jī)來說,這個(gè)要求不會(huì)造成很大變化,而對于目前不支持4GLTEMIMO的手機(jī)來說則增加了RF的復(fù)雜性和天線的帶寬,也就是說需要4個(gè)單獨(dú)的RFFE路徑和4個(gè)天線.如果考慮到2x2MIMO上行鏈路對應(yīng)的n77,n78,n79和n41波段,這個(gè)問題會(huì)更加復(fù)雜.

這種架構(gòu)的變化帶來的首先是天線調(diào)諧器重要性的加強(qiáng).如今的智能手機(jī)越來越依賴于天線調(diào)諧技術(shù)來提高發(fā)射效率,在5G過渡的過程中,天線調(diào)諧技術(shù)會(huì)更加重要,天線的數(shù)量在有所保證的前提下,每一個(gè)天線都要保證寬頻下的高效率.雙工信號(hào)在如今手機(jī)中應(yīng)用很廣泛,但是5G會(huì)引入新的信號(hào)路徑分配的復(fù)雜性.在高頻波段信號(hào)配合雙連接上行鏈路的要求下,信號(hào)到天線的路徑分配會(huì)產(chǎn)生重大變化.直接雙工器將會(huì)被高性能天線復(fù)用器取代,這些天線復(fù)用器可以使得連接數(shù)最大化,同時(shí)也可以滿足嚴(yán)格的載波聚合抑制要求,同時(shí)保持低插入損耗.RF的復(fù)雜性要求在提高,但是空間上的分配卻不會(huì)增加,因此射頻前端會(huì)采用模組化來節(jié)省面積,射頻前端模塊將會(huì)同時(shí)集成PA、開關(guān)、濾波器、LNA等等.

二、寬帶和新波形

在如今LTE高端型手機(jī)中,多采用的是包絡(luò)追蹤技術(shù)來配合PA降低功耗.包絡(luò)追蹤技術(shù)可以通過追蹤射頻信號(hào)能量,來不停地調(diào)整PA的電源電壓,從而優(yōu)化PA效率.但是包絡(luò)追蹤目前的技術(shù)只能支持到60MHz帶寬,在5Gn77和n79波段進(jìn)行載波聚合后可以達(dá)到100MHz帶寬,包絡(luò)追蹤技術(shù)此時(shí)無法滿足帶寬要求.因此PA需要工作在平均功率跟蹤（APT）固定電壓模式下,來支持寬帶的5G傳輸,同時(shí)PA的效率會(huì)下降.

PA的線性度的要求也大大增加,這是由于5G增加的新波形,CP-OFDM與大量信道組合具有更高峰值平均功率比（PAR）,所以在5GPA中實(shí)現(xiàn)更大的回退（backoff）.工作在回退模式意味著必須降低PA的最大輸出功率,以便使整個(gè)信號(hào)在PA傳遞曲