5G射频前端技术大科普

虽然3GPP日前宣布，R15的第三阶段标准R15 late drop的冻结时间将会推迟三个月，但这并没有丝毫减慢厂商在5G上的步伐。无论是运营商、芯片供应商、终端厂商，甚至是应用开发者，都在加紧5G布局。尤其是射频前端这块，因为担负着终端与基站通信的重要任务，他们的一举一动受到了产业链的广泛关注。过往也有很多媒体和分析师对5G射频前端的现状和发展给出了很多不同的观点。

近日，半导体行业观察记者与Qorvo亚太区移动事业部市场战略高级经理陶镇进行了一番深入交流，给大家带来了行业专家对5G射频前端的一些深刻见解。

5G对射频提出新需求

在Qorvo公司2019财年Q1的财报会上，该公司的高层在接受分析师提问时指出，5G将给天线数量、射频前端模块价值量带来翻倍增长。以5G手机为例，单部手机的射频半导体用量达到25美金，相比4G手机近乎翻倍增长。其中滤波器从40个增加至70个，频带从15个增加至30个，接收机发射机滤波器从30个增加至75个，射频开关从10个增加至30个，载波聚合从5个增加至200个。

按照陶镇的观点：“5G对射频前端的影响，很大一部分就在于引入了3.5G和4.8G这两个新频段，进而带来了新的射频器件需求”。

陶镇表示，全新的频段引入，必须需要全新的滤波器、PA和开关配合。此外，还需要额外的天线调节器来做天线隔离，这主要是因为频谱的翻倍，驱使你去使用更多的天线来做覆盖而引起的。这样的需求，也推动了天线阵列的应用、MIMO的诞生，给射频前端提出新的需求。

“到了5G时代，基站和手机都必须引入天线阵列，基站可以做到64×64，但手机受限于尺寸限制，只能做到4×4或者2×4，这就带来了相关射频的需求”，陶镇说。“来到MIMO方面，这个在4G时代就存在的技术到了5G则迎来了更刚性的需求。新的通信标准要求下行有4×4，上行也要翻倍，这也带来了射频器件的增加”，陶镇补充说。

为了满足5G的高频率高速度需求，这就需要包括滤波器和PA等产品在技术上有升级。

按照陶镇的说法，如果对于一般的频率，SAW滤波器已经足够了，但是如果要满足更高的需求，则需要BAW滤波器。但他也强调，面向那些带宽比较大（如600MHZ）的频段，现有的这两种滤波器还是不能满足需求，这就需要更新工艺去满足需求。

在PA方面，也需要引入更多的技术（如包络跟踪）来满足5G的功率需求。据介绍，包络跟踪能够通过不断调整PA 电源电压以跟踪RF 包络的方式来优化效率。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 将需要在平均功率跟踪(APT) 固定电压模式下运行，以实现宽带5G 传输，同时会降低效率。

另外，终端设计的变化也给射频提出了更多的考验。

陶镇告诉记者，现在的旗舰手机的设计趋势还有功耗需求，要求射频方面的集成化成都越来越高，但在其中一般都分中高频和低频设计。低频方面，跟过往的差距不算大，但来到中高频，那就需要更多尺寸更小，性能更好，功耗更低的器件配合。这时候要求的不单是你的设计能力，在相关的制造上也要跟上。再加上256QAM等的需求，显而易见，射频器件供应商正在面临前所未有的挑战。

传统厂商的见招拆招

面对这样的新需求，包括Qorvo在内的一些传统厂商也都在随着5G发展的步伐，和产业链上下游一起，为推动5G的到来而努力。陶镇也表示，整合了RFMD和TriQuint产品线的Qorvo在滤波器、PA、开关和模组方面都有着其他厂商所没有的优势。

首先看滤波器方面，资料显示，Qorvo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，可以覆盖 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。“特别是在BAW滤波器方面，Qorvo更是全球为数不多的几个能提供这种滤波器的厂商之一”，陶镇补充说。他们甚至也面向5G的2.5Ghz频段，推出了适用的TQQ0041T滤波器。

在PA方面，Qorvo也拥有包括CMOS、SOI、砷化镓和氮化镓在内的全面产品线。依赖于这些产品，Qorvo能够为客户提供满足不同场景需求的产品。由于他们提供的是全频段的产品，这也让集成化变得更加简单。另外Qorvo还有能满足5G高频率的开关。

“这些产品能获得如此表现，都是依赖于Qorvo自有的晶圆厂和封测厂”，陶镇指出。“同时拥有了PA、滤波器和开关，让我们能调教出更好的模块，这也是其他竞争对手所不具备的”，陶镇接着说。去年12月推出的业界首款5G射频前端模块QM19000就是Qorvo在这方面的实力表现。据介绍，这个支持3.3-4.2 GHz宽带工作的高集成度、高性能的模块能够实现高线性度、超低延迟和极高吞吐量，以满足或超越未来5G应用的开发需求。这个产品也能够给国内获得这个频段的电信和联通给予充分的支持。

面对中国移动的N41频段，今年11月在在温哥华举行的第23届GTI上，Qorvo更是展出了他们首个能满足该频段需求的射频前端模块QM 75041。据介绍，这个模组能够满足PC2的技术要求并针对高级RF的平台，包括旗舰智能手机和数据设备进行优化，从而加快 5G 测试和部署。同时在在5G FR1 频段（n77、n78 和n79）上，Qorvo也带来了QM78201射频前端模块，支持该频段的5G全球部署与现场试验。

除了传统的产品外，Qorvo还面向基站推出了GaN PA产品。因为具备高击穿电场、高饱和速度、出色的热属性，这也会是5G时代的射频PA的一个选择。市场上表示，LDMOS器件物理上已经遇到极限，这就是氮化镓器件进入市场的原因。而基站应用需要更高的峰值功率、更宽的带宽以及更高的频率，这些因素都促成了基站接受氮化镓器件。“但在手机上，因为电压（GaN器件要在12V的时候才发挥最好效率）等原因，暂时没看到GaN PA在这方面的需求，未来还将继续看好砷化镓”。

正因为5G的射频如此复杂，且有那么大的市场，这就吸引了高通等主芯片厂入局射频。面对这个问题，陶镇指出，有竞争是好事，这短期内也会对Qorvo造成一定的影响。但长远看来，Qorvo拥有的高性能产品也将让其在与对手竞争时保持优势。而我们也都在与国内外的顶尖手机厂商正在同步推进相关业务。陶镇说。