隨著智能手機屏幕、電池容量的增大，加上智能手機內(nèi)部功能組件的增多，PCB區(qū)域已成為移動終端內(nèi)部寸土寸金的競爭地帶，它們都在擠壓著射頻前端的物理空間，加上移動通信技術(shù)的發(fā)展，給射頻前端的設計復雜程度和技術(shù)難度帶來了極大的挑戰(zhàn)。

研究機構(gòu)Yole Developpement的最新報告指出，隨著5G技術(shù)的日益成熟，未來射頻功率放大器（RF PA）市場將出現(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）市場占比則相對穩(wěn)定。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制程的市場份額則會明顯萎縮。

5G下的射頻前端

回顧1G到4G的發(fā)展歷程，無線網(wǎng)絡的上下行速度在不斷加快，設備的射頻也在逐步演進。到了4G時代，由于多模多頻的需求，射頻前端的復雜度已經(jīng)大幅增加，面對即將到來的5G時代，這個挑戰(zhàn)更是空前的。因為從4G到5G，無線傳輸速度跨越式提升。

根據(jù)無線通信的相關理論，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現(xiàn)。但從目前的無線應用現(xiàn)狀來看，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。解決了頻段問題，射頻也要齊頭并進。

在手機中，2G和3G無線網(wǎng)絡的RF功能簡單。2G有四個頻段，3G有五個頻段。但對4G來說，有40多個頻段。4G不僅融合了2G和3G頻段，而且還搭載了4G頻段。除此之外，移動運營商已經(jīng)部署了一種被稱為載波聚合的技術(shù)。載波聚合將多個信道或分量載波組合到一個大數(shù)據(jù)管道中，可以在無線網(wǎng)絡中實現(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廠商需要復雜的RF前端模塊。

5G為RF提出了難題

如今的智能手機，特別是高端旗艦手機，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。這些需求的擴大，越來越考驗射頻前端技術(shù)的復雜程度，RF在當下和未來也面臨著諸多新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

由于ITU為5G制定了最高50Gbps的下行速率標準，那么相較于4G中最高支持5個20MHz的載波聚合，進入5G時代，載波聚合的數(shù)量可能會高達32或者64。對于射頻廠商來說，就是需要解決串擾問題。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對PA和開關器件的線性度提出更高的需求。更重要的是，全網(wǎng)通手機需要支持的頻段越來越多，同時，多載波聚合組合數(shù)也在增加，對于射頻前端的技術(shù)挑戰(zhàn)性更大。

高頻率對濾波器的轉(zhuǎn)變也是一個挑戰(zhàn)。在4G以前，由于頻率相對較低，SAW濾波器已經(jīng)能夠滿足設備的需求。但跨入了5G高頻時代，SAW的局限性就凸顯。在高頻仍然保持較高Q值的BAW濾波器就成了業(yè)界的新寵。

5G引致PA的轉(zhuǎn)變。在5G毫米波時代，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用中優(yōu)勢盡失，基站亟須高功率密度、高運行電壓、高頻率和高帶寬的新工藝產(chǎn)品，于是擁有材料性能優(yōu)勢的氮化鎵就成為業(yè)界追逐的新爆發(fā)點。而5G的高頻特性，使得信號很容易被阻礙，因此使用微基站來進行信號覆蓋，就成為業(yè)界的共識。氮化鎵PA恰好也能完美契合微基站的需求。

目前，射頻器件中的功率放大器主要采用基于硅的橫向擴散金屬氧化物半導體（LDMOS）技術(shù)。但是硅基技術(shù)在高頻應用領域存在局限性：LDMOS功率放大器的帶寬會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。隨著通信頻段向高頻遷移，基站和通信設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。雖然目前從性價比考慮，LDMOS仍然是中低端頻率的主流，但是在10GHz以上的頻段，GaN的優(yōu)勢非常大。5G時代GaN功率放大器將成為超高頻通信領域的首選。

歐美廠商壟斷市場

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

目前，手機中的核心器件大多已實現(xiàn)了國產(chǎn)化，唯獨射頻器件仍在艱難前行。據(jù)悉，全球約95%的市場被控制在歐美廠商手中，甚至沒有一家亞洲廠商進入頂尖行列。伴隨著移動通信的跨越式發(fā)展，中國已經(jīng)形成了全球規(guī)模最大、最有活力的消費電子市場，在這片沃土中不僅孕育出了華為海思、紫光展銳等優(yōu)秀的手機處理器平臺方案廠商，也涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的射頻前端芯片企業(yè)，他們在“依靠成本優(yōu)勢從低端產(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，在殘酷的市場尋找自己的競爭優(yōu)勢。但是，目前國內(nèi)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），對工藝有著更高的技術(shù)要求，國內(nèi)暫時無法追趕。

在BAW領域國內(nèi)更是幾近一片空白，所以在未來的5G時代，射頻長時間保持對國外的依賴是一個必然的現(xiàn)象。在射頻領域，中國企業(yè)依然還有很長的一段路要走。