2019年的MWC上，各大手機(jī)廠商紛紛展示了自己的5G手機(jī)。雖然這些手機(jī)離我們的生活尚遠(yuǎn)，但是5G商用的集結(jié)號(hào)已經(jīng)吹響了。

根據(jù)3GPP的官宣，首批5G網(wǎng)絡(luò)部署所使用的R15 NR NSA與R15 NR SA規(guī)范已經(jīng)成熟，可為全球早期的5G部署計(jì)劃提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)。手機(jī)廠商們紛紛厲兵秣馬，開(kāi)啟5G終端的研發(fā)。這其中，5G射頻前端要克服的技術(shù)挑戰(zhàn)，引發(fā)了整個(gè)行業(yè)的關(guān)注。

5G帶來(lái)的技術(shù)挑戰(zhàn)

3GPP組織劃分了兩個(gè)5G頻率范圍，頻率范圍1 (FR1)涵蓋6GHz以下的頻率，包括3GHz以上的新頻段(如n77、n78和n79)，以及重新分配的LTE頻段(如n41)。頻率范圍2 (FR2)目前包括24 GHz和39 GHz之間的mmWave頻段(n257、n258和 n260)。

作為一個(gè)重大的技術(shù)進(jìn)步，5G標(biāo)準(zhǔn)給RF前端帶來(lái)了一系列的挑戰(zhàn)：

l 前所未有的帶寬，F(xiàn)R1的載波帶寬高達(dá)100MHz，F(xiàn)R2的載波帶寬高達(dá)400 MHz。

l 基站需要大規(guī)模MIMO和波束控制，以提供數(shù)千兆的數(shù)據(jù)速率。

l 海量帶寬和新波形將產(chǎn)生非常高的峰值功率比，并需要高線性度。

這些反映在5G手機(jī)中，就是單部手機(jī)的射頻半導(dǎo)體用量達(dá)到25美金，相比4G手機(jī)近乎翻倍增長(zhǎng)。其中，濾波器從40個(gè)增加至70個(gè)，頻帶從15個(gè)增加至30個(gè)，接收機(jī)發(fā)射機(jī)濾波器從30個(gè)增加至75個(gè)，射頻開(kāi)關(guān)從10個(gè)增加至30個(gè)，載波聚合從5個(gè)增加至200個(gè)。

據(jù)介紹，5G 規(guī)范規(guī)定手機(jī)必須支持1GHz以上頻段的四個(gè)下行鏈路路徑，以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。這需要4根天線和4個(gè)獨(dú)立的RF通道。對(duì)于許多手機(jī)而言，這種改變意味著大幅增加RF內(nèi)容、信號(hào)路由復(fù)雜性和天線帶寬。

除此之外，其他組件也在不斷擴(kuò)張地盤(pán)，搶占RF前端的空間。Qorvo公司手機(jī)事業(yè)部高級(jí)銷售經(jīng)理趙玉龍就告訴集微網(wǎng)記者，隨著智能手機(jī)對(duì)照相性能的要求越來(lái)越高，攝像頭模組會(huì)擠占越來(lái)越多的PCB空間，這就要求RF前端集成度更高，體積更小。而這種趨勢(shì)在今年發(fā)布的旗艦手機(jī)上尤為明顯。

Qorvo公司手機(jī)事業(yè)部高級(jí)銷售經(jīng)理趙玉龍

因此，在分配給RF前端的擁擠空間內(nèi)擠入更多內(nèi)容將極具挑戰(zhàn)性，并且需要高度集成的解決方案來(lái)盡可能縮減解決方案尺寸并提高性能。

濾波器的發(fā)展空間

射頻前端模塊中，濾波器起著至關(guān)重要的作用，它可以將帶外干擾和噪聲濾除以滿足射頻系統(tǒng)和通訊協(xié)議對(duì)于信噪比的需求。

在5G時(shí)代，單個(gè)設(shè)備中的濾波器數(shù)量會(huì)大幅增加。同時(shí)，引入MIMO、載波聚合等技術(shù)，對(duì)濾波器性能的要求不斷提高。解決之道就是將濾波器與PA、開(kāi)關(guān)等射頻器件進(jìn)行整合，向模塊化、集成化和整體射頻解決方案的方向發(fā)展。

射頻濾波器最主要的指標(biāo)包括品質(zhì)因數(shù)Q和插入損耗。Q越大，則濾波器可以實(shí)現(xiàn)更好的帶外抑制，也就是說(shuō)可以實(shí)現(xiàn)較好的選擇性;插入損耗則是指通帶信號(hào)被濾波器的衰減，即信號(hào)功率損耗。SAW/BAW濾波器憑借優(yōu)良頻帶選擇性、高Q值、低插入損耗等特性成為射頻濾波器的主流技術(shù)。

SAW濾波器一般只適用于1.5GHz以下的應(yīng)用，另外它也易受溫度變化的影響。高于1.5GHz時(shí)，BAW濾波器更具有性能優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，BAW濾波器的尺寸還隨頻率升高而縮小，這使它非常適合要求非?？量痰母哳l應(yīng)用。此外，即便在高寬帶設(shè)計(jì)中，BAW對(duì)溫度變化也不那么敏感，具有功率容量大、極低的損耗和帶外衰減大(steep filter skirts)等優(yōu)點(diǎn)?！岸?，5G手機(jī)中使用的天線復(fù)用器，每一個(gè)通道會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)BAW?！?趙玉龍表示。

Qorvo目前擁有完整的SAW/BAW濾波器組合。未來(lái)BAW的發(fā)展形勢(shì)會(huì)很好，但是SAW也會(huì)有自己的用武之地。最終選擇，就要看客戶的需求了。

不只是RF前端，天線的空間也將變得非常珍貴。為了支持MIMO、范圍更廣泛的頻段和要求，5G智能手機(jī)的天線會(huì)從4個(gè)增加到8個(gè)，或者更多個(gè)。與此同時(shí)，隨著手機(jī)行業(yè)轉(zhuǎn)而采用全屏智能手機(jī)設(shè)計(jì)，放置手機(jī)天線的邊框區(qū)域會(huì)縮小，因此天線可用的空間實(shí)際上也會(huì)縮小。需要在更小的空間內(nèi)安裝更多的天線就意味著天線的尺寸必須縮小，因此天線的效率會(huì)降低。

手機(jī)廠商會(huì)采用兩種方式來(lái)解決天線問(wèn)題。辦法一：使用天線調(diào)諧，可以將每根天線都調(diào)諧到工作頻段，使它更加高效。對(duì)于5G手機(jī)，鑒于其天線數(shù)量有限，且必須支持更廣的頻率范圍，因此必須使用天線調(diào)諧來(lái)維持性能。辦法二：天線復(fù)用器(antennaplex)。天線復(fù)用器利用單個(gè)模塊覆蓋多個(gè)頻率，使得多條RF通道可以同時(shí)連接至天線，同時(shí)防止通道之間的干擾。天線復(fù)用器目前被有些 LTE 手機(jī)用于路由CA信號(hào)，但它將會(huì)成為5G手機(jī)不可缺少的組件，用于支持 15 版和之后版本的規(guī)范所定義的海量雙連接CA選項(xiàng)。

5G手機(jī)可能使用多天線的天線調(diào)諧解決方案，包括兩種方法：孔徑調(diào)諧(Aperture tuning)對(duì)于優(yōu)化多頻段天線效率以及補(bǔ)償環(huán)境影響尤為重要;阻抗調(diào)諧(Impedance tuning)通過(guò)降低由于阻抗不匹配而從天線反射的功率來(lái)增加總輻射功率。作為移動(dòng)天線調(diào)諧解決方案的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，Qorvo擁有多種基于低損耗開(kāi)關(guān)的孔徑和阻抗調(diào)諧產(chǎn)品，可提供優(yōu)異的導(dǎo)通電阻和關(guān)斷電容性能。

除去濾波器和天線調(diào)諧器，在PA方面，Qorvo也擁有包括CMOS、SOI、砷化鎵和氮化鎵在內(nèi)的全面產(chǎn)品線。基于這些產(chǎn)品，Qorvo能夠?yàn)榭蛻籼峁M足不同場(chǎng)景需求的產(chǎn)品。

產(chǎn)品的比拼只是一個(gè)方面，基于從2G時(shí)代開(kāi)始的經(jīng)驗(yàn)積累，Qorvo在對(duì)系統(tǒng)方面的理解力也是其他很多廠商所不具備的。趙玉龍就表示：“Qorvo已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，將與手機(jī)廠商一起，用豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲(chǔ)備幫助他們把5G終端快速推向市場(chǎng)?！?/p>