射頻前端是指在通訊系統(tǒng)中,天線和中頻(或基帶)電路之間的部分,它的各種器件與基帶一起配合工作,共同決定了手機(jī)的通信模式、能力及性能。
當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)
隨著5G移動(dòng)通信技術(shù)的大面積部署,手機(jī)需要支持越來越多的通信頻段,因此也就需要更多的射頻前端器件,移動(dòng)通信技術(shù)從2G移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展到5G移動(dòng)通信技術(shù),手機(jī)射頻前端支持的頻段增加,當(dāng)2G移動(dòng)通信技術(shù)時(shí),通信制式只有GSM和CDMA兩種,射頻前端多采用分立器件模式,手機(jī)支持的頻段不超過五個(gè);3G移動(dòng)通信技術(shù)時(shí)代,由于手機(jī)需要向下兼容2G移動(dòng)通信技術(shù)制式,多模的概念產(chǎn)生了,手機(jī)支持的頻段最多可達(dá)九個(gè);4G移動(dòng)通信技術(shù)時(shí)代的全網(wǎng)通手機(jī)能夠支持的頻段數(shù)量猛增到四十個(gè)上下,而5G移動(dòng)通信技術(shù)還將進(jìn)一步增加。
輕薄手機(jī)的要求
從最初的“板磚”式手機(jī),到現(xiàn)在的只有不到兩百克的重量,手機(jī)已經(jīng)變得越來越輕薄,而人們對(duì)續(xù)航的要求又越來越高,電池毫安數(shù)也就越來越大,導(dǎo)致電池體積增大,這就與射頻前端形成了緊張的競(jìng)爭(zhēng),而空間原本就相當(dāng)有限,每個(gè)頻段都需要一套濾波器、功率放大器等,數(shù)十個(gè)細(xì)小的零部件單獨(dú)部署且滿足隔離度要求,空間緊張程度可想而知。并且持續(xù)增加的射頻前端數(shù)量和手機(jī)內(nèi)部可用PCB板面積也越趨緊張。
模組化發(fā)展趨勢(shì)
前面提到的問題,就迫使射頻前端的模組化發(fā)展,越來越多的分立器件、射頻芯片通過SiP技術(shù)封裝在一顆大芯片里,將射頻開關(guān)、低噪聲放大器、濾波器、雙工器、功率放大器等兩種或者兩種以上的分立器件集成為一個(gè)模組,從而提高集成度與性能并使體積小型化,根據(jù)集成方式的不同可分為四種組合。
從分立器件到射頻模組的演進(jìn)
我們可以從射頻巨頭博通公司的發(fā)展來看一下,2007~2010年主要是分立的射頻前端器件,2011~2013年是單顆PA模組,2014年開始,通過持續(xù)升級(jí)實(shí)現(xiàn)多頻段PA模組整合,2021年6月25日,中移動(dòng)終于對(duì)外開放48萬700M的5G基站的采購,而對(duì)于終端來說,較之700M,未來5Gmm波的商業(yè)化引入才是對(duì)手機(jī)設(shè)計(jì)的極大挑戰(zhàn)。5Gmm波之所以成為mm波,是因?yàn)閹资瓽Hz的頻率導(dǎo)致其波長(zhǎng)已經(jīng)縮減到了mm級(jí),這種情況的弊端是電磁波繞射能力變差,衰減變得異常明顯。為了解決這個(gè)問題,從空間傳播上可以用MIMO多天線和波束賦形來解決,但是在手機(jī)內(nèi)部則需要將射頻前端盡可能靠近mm波天線,而mm波天線的小尺寸,給天線和射頻前端、收發(fā)器等器件共同封裝提供了可能,狹長(zhǎng)的芯片形狀便于直接嵌入手機(jī)邊框里;mm波天線模組相較于過去非標(biāo)準(zhǔn)化的天線,這種標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)帶來了諸多便利,但依然要面對(duì)手機(jī)內(nèi)部狹小空間的布局挑戰(zhàn)。
隨著5G時(shí)代帶來的射頻數(shù)量和價(jià)值提升,單臺(tái)手機(jī)射頻前端成本也不斷提高,已經(jīng)從2G時(shí)代的約3美元,增加到了5G時(shí)代的超過40美元。