手機(jī)射頻前端發(fā)展?fàn)顩r及技術(shù)分析

王英振

（上海暢聯(lián)智融通訊科技有限公司，上海 200120）

在設(shè)計手機(jī)時，射頻收發(fā)器和天線的調(diào)校的好壞常常是關(guān)系手機(jī)接收信號的靈敏度的高低的重要的一個地方。尤其是在當(dāng)前發(fā)展趨勢下，我們會很重視手機(jī)的外形的設(shè)計。常常因為保證手機(jī)的顏值高，所以天線尺寸的設(shè)計一定得縮小，甚至?xí)敕皆O(shè)法的將天線隱藏在手機(jī)的內(nèi)部。這種設(shè)計已經(jīng)流行很久了，但是通常這種設(shè)計只能起美觀的作用，但是手機(jī)的效能會下降很多。

1 手機(jī)射頻前端發(fā)展?fàn)顩r

1.1 射頻前端介紹

手機(jī)射頻模塊的示意圖如下圖所示，主要組成部件有：天線、射頻前端和射頻芯片，主要負(fù)責(zé)高頻無線電波的接收、發(fā)射和處理。其中天線主要負(fù)責(zé)射頻信號和電磁信號之間的相互轉(zhuǎn)換，射頻芯片主要負(fù)責(zé)射頻信號和基帶信號之間的相互轉(zhuǎn)換，射頻前端負(fù)責(zé)將接收和發(fā)射的射頻信號進(jìn)行放大和濾波。[1]

圖1 射頻模塊和射頻前端

射頻前端的主要組成部分為：濾波器，功率放大器，低噪聲放大器，雙工器，天線開關(guān)等部件組成。[2]其中天線開關(guān)的功能是：實現(xiàn)不同射頻通道的相互轉(zhuǎn)換；濾波器的功能是：射頻信號的濾波；雙工器的功能是：FDD體系的雙工切換以及接收發(fā)射通道的射頻信號濾波；功率放大器的功能是：放大發(fā)射通道的射頻信號；低噪聲放大器的功能是：放大接收通道的射頻信號。

1.2 射頻前端市場發(fā)展?fàn)顩r

通信技術(shù)不斷的發(fā)展，伴隨著頻段、制式、新特性也變得越來越多，手機(jī)射頻前端的地位也越來越高了。目前全球手機(jī)射頻前端的市場如下圖所示，現(xiàn)在射頻前端的市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到120億美元了，通過計算我們推測在2020年時，手機(jī)射頻前端的總體市場值會達(dá)到200億美元以上。

圖2 手機(jī)射頻前端與手機(jī)貨量增速

從下面的數(shù)據(jù)圖可以看出，在2013年時，手機(jī)射頻前端的市場規(guī)模的增速超過了手機(jī)出貨量的增速。雖然這幾年來全球的手機(jī)的出貨量都下降了，從圖中我們可以看出，手機(jī)的出貨量的增速量在不停的下降。在2015年時，全球手機(jī)的出貨量的增速為9%，而在2016年時出貨量的增速下降到1%，但是手機(jī)射頻前端的市場規(guī)模始終以15%以上的增速。并且單個手機(jī)終端的射頻前端器件的價值變得很高，現(xiàn)在流行的手機(jī)產(chǎn)品，如三星、蘋果等手機(jī)的射頻前端的價值已經(jīng)超過12.75美金。

1.3 射頻前端技術(shù)發(fā)展趨勢

手機(jī)射頻前端以后的發(fā)展趨勢，主要是提高集成度。將來的手機(jī)終端的射頻前端的數(shù)量會很快的增長，而且我們猜測手機(jī)的體積不會變化很多，所以如果想要達(dá)到在相同的體積內(nèi)裝配更多的射頻前端的目的，我們就必須提高射頻前端的集成度。目前射頻前端部件的組成材料大多數(shù)是GaAs，并且不能夠在主芯片內(nèi)集成，所以現(xiàn)在的射頻前端都是獨立的模塊。

1.4 新技術(shù)對射頻前端的影響分析

我們的手機(jī)網(wǎng)絡(luò)從2G機(jī)時代的比較簡單的通信體系，再到現(xiàn)在智能手機(jī)時代，即：2G、3G、4G、Wi-Fi等數(shù)量很多的無線通信體系，我們會對手機(jī)射頻前端部件的技術(shù)，體積的要求也不斷的提高，并且手機(jī)射頻前端部件數(shù)量也不斷的增多。

1.5 射頻前端對5G技術(shù)的影響

5G通信技術(shù)是近年提出的新概念，是原先4G網(wǎng)絡(luò)通信的拓展和延伸，它的數(shù)據(jù)傳輸速度較前一代相比，得到了跨越式的提升。5G通信技術(shù)相對于4G來說，就像飛機(jī)和汽車的速度對比，但是這種技術(shù)尚未成熟，盡管有一些公司已經(jīng)宣稱掌握了5G通信的核心技術(shù)，仍然無法真正的應(yīng)用到實踐當(dāng)中。射頻前端的不斷發(fā)展，可以使無線通信技術(shù)的發(fā)展速度加快，能極大地縮短5G通信技術(shù)應(yīng)用到實踐中的過程。

2 手機(jī)射頻前端的技術(shù)分析

2.1 新增頻段和制式

從2G手機(jī)支持4個頻段、3G手機(jī)支持9個頻段，到3GPPR11版本中蜂窩通信系統(tǒng)支持的頻段數(shù)達(dá)到41個，單款手機(jī)中射頻前端的數(shù)量飛速增長。[3]將來的5G技術(shù)支持的頻段的數(shù)目估計會超過50個，從而射頻前端的數(shù)量又會增加很多。

2.2 載波聚合

CA是現(xiàn)在很熱門的一種通信技術(shù)，它能夠很有效的提升頻譜碎片的使用率，并且會提高單個用戶使用網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)速的最高速度的速率?，F(xiàn)在下行2CA的終端是很常見的，而在2017年時終端的要求已經(jīng)可以支持下行3CA。我們從終端的方面去看，發(fā)現(xiàn)在機(jī)體的芯片在能夠滿足大寬帶的條件下，終端支持CA是對射頻前端有很大的影響的。一般來說，CA類型可分為上行、下行；帶內(nèi)、帶間，其中帶內(nèi)的CA只需射頻前端可支持足夠的帶寬，無需新增器件，而帶間的CA則對射頻前端的影響較大[4]。

3 結(jié)束語

現(xiàn)在手機(jī)的存量已經(jīng)快要飽和了，并且芯片市場也非常熱烈，而射頻前端的市場卻始終保持著一個增速不停的增長并且發(fā)展勢頭也非常的可觀。我們可以看出射頻前端已經(jīng)是手機(jī)中很重要的一部分。在上述的內(nèi)容中，我們可以知道全網(wǎng)通終端的慢慢發(fā)展，以及一些其他的新技術(shù)的不斷的發(fā)展會增快射頻前端的發(fā)展。并且隨著5G網(wǎng)絡(luò)的慢慢發(fā)展，射頻前端也會有著很大的發(fā)展機(jī)遇和技術(shù)挑戰(zhàn)。

[1] 黃繼寬.射頻前端模塊化Antenova讓手機(jī)硬件設(shè)計更容易[J].電子與電腦，2005（12）：113.

[2] 張志浩.射頻開關(guān)的研究及其在新一代智能手機(jī)前端模組中的應(yīng)用[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2018.

[3] 李偉強(qiáng)，王四清.IS-95CDMA手機(jī)射頻前端頻率合成器的設(shè)計[J].移動通信，2000（06）：28-31.

[4] 詹文浩，戴國華.手機(jī)射頻前端發(fā)展?fàn)顩r及技術(shù)分析[J].移動通信，2017，41（07）：5-9.