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中国5G行业发展,推动射频前端发展分析[图] 感情咨询免费微信号

发表于:2019-07-07 17:05 来源:本站原创

中国5G行业发展,推动射频前端发展分析[图] 感情咨询免费微信号

中国5G行业发展,推动射频前端发展分析[图]射频前端即RadioFrequencyFront-End,简称RFFE,是天线和射频收发机之间的射频电路部分。

通俗的理解方式就是靠近天线部分的设备就是射频前端。

以手机接收信号为例,空气中的无线电磁波信号经过天线转换为有线信号,之后送入射频前端部分。 在射频前端部分中,电磁波从天线出来先进入天线调谐器(antennatuner),它是连接天线和后续电路的一个匹配网络。 接着信号经过分集开关(diversityswitch),为移动和基础设施应用提供低插入损耗、高隔离和出色的线性度。

之后是个双工器(diplexer),双工器用于天线输入输出部,拥有在收发时分类或混合2种不同频率信号的功能,并且还用于CA(carrieraggregation)电路中。

再然后信号经过射频开关送到滤波器电路,射频开关负责接收、发射通道之间的切换;滤波器负责发射及接收信号的滤波;最后经过低噪放,低噪声放大器主要用于接收通道中的小信号放大,同时抑制噪声在可接受的范围内,供后续的收发机处理。

接收机/发射机用于射频信号的变频、信道选择。

信号的发射路径中各部分的作用与接收路径几乎相同,但是发射路径不再使用低噪放而是功率放大器(PowerAmplifier,PA),用来放大信号作为发射使用。 射频前端结构示意图数据来源:公开资料整理5G时代通讯标准进一步升级,带来手机射频前端单机价值量持续快速增长。 智能手机射频前端的市场规模在2016年达到101亿美元,预计2022年市场规模将超过227亿美元,复合增长率达到14%。 手机射频前端价值量在5G时代有望成长至22美金以上。 滤波器是射频前端市场中最大的业务板块,5G时代手机频段支持数量将大量增长,带动单机滤波器价值量快速增长,其市场规模将从2016年的亿美元增长至2022年的亿美元,年均复合增速达到21%。

2016-2022年中国射频前端各细分零部件市场规模及预测数据来源:公开资料整理高频信号相较于低频信号来说其频段更为宽广,5G时代通信传输的频率更高,因而对高频PCB板与高速PCB板的需求更高,从而覆铜板高频基材与高速基材需求量增加。 5G基站中DU与AAU中的天线反射板、背板、TPXPA电路均采用高频基材,且对高频基材的性能要求更高,需要高频基材在保持介电损耗最小化的状态下维持介电常数稳定,因而5G时代高频覆铜板的需求与附加值都将得以扩张。

一、4x4MIMO4G对于MIMO的要求是选择性的,5G对于1GHz以上下行链路4x4MIMO则是必须要求,新增加了n77波段并对LTE频段重耕,例如原有的4GBand3重耕为5GNRn3。

4GLTE的接收分集是两个接收路径,到了5G则需要4G接收路径。

对于已经支持4GLTEMIMO的手机来说,这个要求不会造成很大变化,而对于目前不支持4GLTEMIMO的手机来说则增加了RF的复杂性和天线的带宽,也就是说需要4个单独的RFFE路径和4个天线。 如果考虑到2x2MIMO上行链路对应的n77,n78,n79和n41波段,这个问题会更加复杂。 这种架构的变化带来的首先是天线调谐器重要性的加强。

如今的智能手机越来越依赖于天线调谐技术来提高发射效率,在5G过渡的过程中,天线调谐技术会更加重要,天线的数量在有所保证的前提下,每一个天线都要保证宽频下的高效率。

双工信号在如今手机中应用很广泛,但是5G会引入新的信号路径分配的复杂性。 在高频波段信号配合双连接上行链路的要求下,信号到天线的路径分配会产生重大变化。 直接双工器将会被高性能天线复用器取代,这些天线复用器可以使得连接数最大化,同时也可以满足严格的载波聚合抑制要求,同时保持低插入损耗。 RF的复杂性要求在提高,但是空间上的分配却不会增加,因此射频前端会采用模组化来节省面积,射频前端模块将会同时集成PA、开关、滤波器、LNA等等。

二、宽带和新波形在如今LTE高端型手机中,多采用的是包络追踪技术来配合PA降低功耗。 包络追踪技术可以通过追踪射频信号能量,来不停地调整PA的电源电压,从而优化PA效率。 但是包络追踪目前的技术只能支持到60MHz带宽,在5Gn77和n79波段进行载波聚合后可以达到100MHz带宽,包络追踪技术此时无法满足带宽要求。 因此PA需要工作在平均功率跟踪(APT)固定电压模式下,来支持宽带的5G传输,同时PA的效率会下降。 PA的线性度的要求也大大增加,这是由于5G增加的新波形,CP-OFDM与大量信道组合具有更高峰值平均功率比(PAR),所以在5GPA中实现更大的回退(backoff)。

工作在回退模式意味着必须降低PA的最大输出功率,以便使整个信号在PA传递曲线的线性区域范围内。

这样做会给PA的线性度和效率的折中带来更大的困难。 5GRFFE还可能需要支持LTE中与5GFR1重合的频率,对LTE向下兼容。

考虑到电池寿命,手机制造商希望尽可能使用ET来保证PA效率,这意味着使用ET进行LTE传输和采用60MHz带宽的5G信号。

因此,PA在ET模式下工作时必须提供高饱和效率,在APT模式下则必须具有高线性效率。

在宽带APT模式和相对窄带的ET模式下PA的的工作模式,给RFFE供应商带来很大挑战。 此外,在ET和APT模式之间切换需要复杂的电源管理。

先行的5G模组可能只在特定的频段工作,只满足最终版的5G部分要求。 但是5G基站中,对应eMBB和工业及汽车应用,必须是在各个标准中相互兼容的,也就是说5GRF硬件必须能够服务5GFR1和5G毫米波FR2频段。 5G通信技术的变革会给手机终端射频前端设计带来很多挑战,如天线数量增加对空间的挤压、非独立组网双连接带来的复杂度提升、上行链路4x4MIMO对射频器件用量的需求、宽带和新波形采用迫使的功率放大器技术更新、LTE频段重耕带来的设计复杂性等。 5G带来挑战的同时也给射频前端市场带来新的机遇,根据调查数据预测,射频前端模块市场会在5G的影响下于2023年达到352亿美元的市场规模。

相关报告:智研咨询发布的《》本文采编:CY337。


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