[分享] 无线射频前端基础有关问题

靠近天线部分的设备是射频前端设备。
射频前端包括发射通路和接收通路。
发射通路的器件不多，功率放大、滤波之类的。
接收通路的器件比较多一点，包括低噪声放大器（LNA）、滤波器等器件，包括增益、灵敏度、射频接收带宽等指标，要根据产品特点进行设计，目的是保证有用的射频信号能完整不失真地从空间拾取出来并输送给后级的变频、中频放大等电路。
射频前端是指在通讯系统中，天线和中频（或基带）电路之间的部分。在这一段里信号以射频形式传输。对于无线接收机来说，射频前端通常包括：放大器，滤波器，变频器以及一些射频连接和匹配电路。

射频器件是无线连接的核心，凡是需要无线连接的地方必备射频器件。在物联网应用推动下，未来全球无线连接数量将成倍的增长。高通预计到 2020 年，全球实现无线连接的终端设备数量超过 250 亿个。
　　无线连接需求不止，射频器件行业机会不断。手机配臵的无线连接协议越来越多，直接驱动射频器件行业持续成长。从早期的 2G 单一通信系统，到现在的2G、 3G、 4G、 Wifi、蓝牙、 NFC、 FM，手机需要支持 7 个以上无线通信系统，射频器件单机价值数倍于十年前的系统。
　　5G演进是循序渐进的过程，创新射频器件技术有望在 4.5/4.9G得到应用。 2G到 3G 的演进过程中，无线通信经历了 UMTS、 HSPA、 HSPA+三个阶段； 3G到 4G 的演进过程经历了 class 1-2、 class3-4、 class5 三个阶段。
　　我们认为向，5G 的演进过程同样是一个循序渐进的过程，会经历 4.5G/4.9G 等中间形态。
　　而在这些中间形态中（2018 年左右），就会有一些射频技术实现商业化应用。射频器件在消费电子及军工产业都有着至关重要的应用，产业资本及国家大基金的重视程度将与日俱增。在各方资本的助力下，国内射频器件行业将迎来新一轮行业大发展机遇。
　　PA 芯片领域：
　　PA 芯片行业迎来接口标准化及砷化镓晶圆代工向国内转移两大红利，国内 PA 厂商的产品研发及生产过程更加顺畅，预计在 5G 时代国产替代率将大幅提高。目前国内已经涌现出诸如汉天下、中普微、 RDA 等一批 PA优秀厂商。
　　滤波器领域：
　　到 2020 年，频段数量新增 50 个以上，理论上新增一个频段需要配置2 个滤波器，频段数量增长直接驱动滤波器数量大幅增长。
　　天线领域：
　　MIMO 多天线技术的应用，单个手机及基站配臵的天线数量成倍增长。 5G 最大的变化是引入高频率频段，天线的设计方案将由现有的单体天线改为阵列天线，新型磁性材料及 LTCC 集成技术将是 5G 天线的核心技术。国内厂商在 4G 天线已经占据国际领先位臵，产品已进入苹果、三星等高端手机品牌。而在厘米波、毫米波通信领域，国内科研院所积累了丰富的技术经验，雷达及卫星通信的技术处于全球领先地位。我们看好在 5G 浪潮推动下，军用
　　厘米波/毫米波技术向消费电子领域的转化逻辑。
　　什么是射频器件
　　射频器件是无线通讯设备的基础性零部件，在无线通讯中扮演着两个重要的角色，即在发射信号的过程中扮演着将二进制信号转换成高频率的无线电磁波信号；在接收信号的过程中将收到的电磁波信号转换成二进制数字信号。
　　无论何种通信协议，使用的通讯频率是高是低，配臵射频器件模块是系统必备的基础性零部件。无论是使用 13.56Mhz 的信号作为传输载体 NFC 系统；抑或是使用900/1800Mhz 信号作为传输载体的 GSM 通讯系统； 还是使用 24Ghz 和 77Ghz 电磁波信号作为传输载体的无人驾驶毫米波雷达，均需要配臵射频器件模块。作为无线通
　　讯不可缺少的基础一环，射频器件的技术革新是推动无线连接向前发展的核心引擎之一。在联网设备大规模增长的环境下，射频器件行业是未来成长最快且最确定的方向性资产。
　　未来的世界是一个无线连接一切的世界。根据 Gartner 预测，到 2020 年，联网设备将达到 250 亿部，实现全球平均每个人 3 个联网设备的规模。而据 Gartner 统计，在2015 年，全球消费行业仅仅只有 29 亿部联网设备；工业应用领域仅 7.36 亿部联网设备。在无线联网终端设备从 2015 年的 36 亿部增加至 250 亿部的大趋势下，射频器件的年产值将增加数倍。

图 1: 苹果 iPhone 6s SE 中的主要射频器件及芯片
　　射频前端的构成
　　射频前端模块由功率放大器（PA）、滤波器、双工器、射频开关、低噪声放大器、接收机/发射机等组成。其中功率放大器负责发射通道的射频信号放大；滤波器负责发射及接收信号的滤波；双工器负责 FDD 系统的双工切换及接收/发送通道的射频信号滤波；射频开关负责接收、发射通道之间的切换；低噪声放大器主要用于接收通道中的小信号放大；接收机/发射机用于射频信号的变频、信道选择。

图2 移动通信终端各个射频器件之间的信号传输关系
　　以 iPhone 7 的配臵来看，手机配臵了 3 颗 PA 芯片（高、中、低频段）， 2 颗滤波器组， 2 颗射频开关， 2 颗 PA、滤波器一体化模组。