射频前端,从2G发展到5G时代,成本增加13倍多

科技新向限
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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,它的各种器件与基带一起配合工作,共同决定了手机的通信模式、能力及性能。

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,它的各种器件与基带一起配合工作,共同决定了手机的通信模式、能力及性能。

当前发展趋势

随着5G移动通信技术的大面积部署,手机需要支持越来越多的通信频段,因此也就需要更多的射频前端器件,移动通信技术从2G移动通信技术发展到5G移动通信技术,手机射频前端支持的频段增加,当2G移动通信技术时,通信制式只有GSM和CDMA两种,射频前端多采用分立器件模式,手机支持的频段不超过五个;3G移动通信技术时代,由于手机需要向下兼容2G移动通信技术制式,多模的概念产生了,手机支持的频段最多可达九个;4G移动通信技术时代的全网通手机能够支持的频段数量猛增到四十个上下,而5G移动通信技术还将进一步增加。

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轻薄手机的要求

从最初的“板砖”式手机,到现在的只有不到两百克的重量,手机已经变得越来越轻薄,而人们对续航的要求又越来越高,电池毫安数也就越来越大,导致电池体积增大,这就与射频前端形成了紧张的竞争,而空间原本就相当有限,每个频段都需要一套滤波器、功率放大器等,数十个细小的零部件单独部署且满足隔离度要求,空间紧张程度可想而知。并且持续增加的射频前端数量和手机内部可用PCB板面积也越趋紧张。

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模组化发展趋势

前面提到的问题,就迫使射频前端的模组化发展,越来越多的分立器件、射频芯片通过SiP技术封装在一颗大芯片里,将射频开关、低噪声放大器、滤波器、双工器、功率放大器等两种或者两种以上的分立器件集成为一个模组,从而提高集成度与性能并使体积小型化,根据集成方式的不同可分为四种组合。

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从分立器件到射频模组的演进

我们可以从射频巨头博通公司的发展来看一下,2007~2010年主要是分立的射频前端器件,2011~2013年是单颗PA模组,2014年开始,通过持续升级实现多频段PA模组整合,2021年6月25日,中移动终于对外开放48万700M的5G基站的采购,而对于终端来说,较之700M,未来5Gmm波的商业化引入才是对手机设计的极大挑战。5Gmm波之所以成为mm波,是因为几十GHz的频率导致其波长已经缩减到了mm级,这种情况的弊端是电磁波绕射能力变差,衰减变得异常明显。为了解决这个问题,从空间传播上可以用MIMO多天线和波束赋形来解决,但是在手机内部则需要将射频前端尽可能靠近mm波天线,而mm波天线的小尺寸,给天线和射频前端、收发器等器件共同封装提供了可能,狭长的芯片形状便于直接嵌入手机边框里;mm波天线模组相较于过去非标准化的天线,这种标准化会带来了诸多便利,但依然要面对手机内部狭小空间的布局挑战。

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随着5G时代带来的射频数量和价值提升,单台手机射频前端成本也不断提高,已经从2G时代的约3美元,增加到了5G时代的超过40美元。

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