射頻，大家聽著可能很熟悉，但是什么是射頻，射頻集成電路難在哪里？發展的方向是什么？我將會對下面幾個方面進行介紹：現在射頻芯片全球的市場規模、國內國外一些射頻廠的市場占有率如何、我們的機會在哪里。

一、什么是射頻？

射頻芯片是一個比較專業的方向，相對于整個半導體設計是一個很小的技術方向。要總結一下中國企業在什么樣的路上，尤其是射頻的方向非常難。這條道路雖然崎嶇、艱難，但我相信一定是一條越走越寬的光明之路。

大家知道互聯網萬物互聯的概念，這個概念已經比較老了，現在大家提的是IOE。這是2014年11月《哈佛商業評論》給的一張表格，它預計2020年的時候全球每個人介入的網絡設備是6.58臺。手機、IPLED、筆記本電腦、智能汽車、智能電器，稍微一算六七臺設備很容易達到。未來五年、十年，會有更多的設備接入進來。那么這些設備是怎么連接呢？就是無線通信，無線通信把各個小的終端連在一個網絡里面，怎么實現呢？就是射頻技術。

第一代的手機，是大哥大，當時的售價在1萬左右，像一個磚頭，可以拿來防身。iphone，蘋果10在1萬左右，當年的1萬和現在的1萬是沒有辦法比較的。我們更不用說在性能上、功能上發生的改變。集成電路促進了這樣的發展，射頻的發展又在其中占了重要的角色。

這是傳統的機械衛星，它非常笨重和昂貴，這樣的衛星用在現在智能互聯網很難。但是如果用相控陣天線做集成，無論是尺寸、成本、功耗都會有幾個數量級的降低，讓它的普及變成一種可能，這就是射頻集成電路的優勢。講了這么多，那到底什么是射頻？射頻顧名思義就是能夠發射的頻率。電磁波其實就是一種交變的電磁場，這種交變的電磁場能夠在自由空間進行傳輸，所以射頻就是具有遠距離傳輸能力的一種高頻電磁波。這里面有幾個概念，一個叫做頻率，什么叫頻率？剛才講它是交變，交替變化。單位時間一秒能有多少個周期變化呢？這個周期的個數我們把它叫做頻率。大家經常聽到它的工作頻率是多少，就是它一秒鐘能夠變化的次數。它每變化一個次數需要多少時間，這就叫周期，所以頻率和周期成反比。它在中間傳輸的時候，波長定義成一個周期的時間能傳播的距離，所以用自由空間電磁波傳輸的速度去乘以周期的時間，就變成了波長。射頻的頻段就像時間的橫坐標軸一樣，像昨天、今天和明天。射頻也是一樣，低射頻到高射頻，3Hz到300G的頻段叫做射頻，在300G以上叫做太赫茲。射頻的頻段再細分，3Hz到300M就是無線電，可以用在廣播上。在300M到300G叫做微波，再細化，從300M到3G，波長是1米到10厘米，這種叫做分米波。3G到30G，波長10厘米到1厘米，我們叫做厘米波。30G到300G，波長對應10個毫米到1個毫米，這種叫毫米波，這是概念上的區別。

頻譜是非常重要的資源，任何通信協議使用到的頻譜，一定要符合頻譜規范。中國的頻譜是這樣劃分的，超長波、長波、中波、短波、厘米波、毫米波。西方國家是用波段來劃分的，比如L、S、C波段等等。

那日常生活中有哪些通信技術呢？大家稍微理一理，射頻技術已經遍及生活的各個角落。第一個，無線局域網。相信每家都有一個無線局域網。60G通信的特點是數據率非常高，通信距離近，TP-LINK前兩年發布了全球第一款支持802.11ad協議的路由器，也就是一個4K的高清電影，要想傳輸的話，只需要幾分鐘。傳輸幾千張高清照片，只需要幾秒鐘。較遠距離通訊（如隔墻）時，需要用802.11a/b/g協議。

全球定位系統GPS，是大家出門旅游不可或缺的。迪卡儂的每一件衣服都有一個標簽，這是900M的頻段范圍的RFID。移動通信網絡，從第一代的大哥大到現在的4G，到幾年以后的5G，可能未來的6G。2012年前大家的手機采用2G網絡，刷個網頁都需要很久。現在大家的4G網絡，可以很順利地看電影、電視，它的通訊數據率有了急劇的提升。包括近距離的無線網，像藍牙、NFC、雷達、衛星通信，射頻技術已經廣泛應用到各個領域。

通信系統。我把通信系統畫成框圖，這里面會經過兩種變換。首先一個非電到電的變換，例如有一個聲音信號，要通過手機傳輸出去，必須先采集聲音信號。把聲音信號傳換成電信號，這是非電到電的轉換。轉換完成之后，會把采集過來的電信號從低頻搬到射頻頻段，射頻是比較高的頻段。為什么要搬呢？是因為頻譜是非常珍貴的資源，大家不能夠都用在低頻，一來這會造成干擾，無法通信，二來搬移到更高頻率后可以更好的利用頻譜資源。另外，射頻的尺寸和波長是相比擬的，工作頻率越高，波長越短，所需要的天線尺寸越小。這是一個通信系統最基本的組成，我們講到的射頻芯片部分在這里。我們把它從低頻搬到高頻，在射頻頻段進行處理，這是射頻前端在收發機當中的位置。

這里面有哪些模塊和元器件呢？最基本的元器件有電感、電容、電壓器。然后是模塊，功率器放大器、混頻器、振蕩器、射頻開關。其次是收發模塊。再后來是雙工器、天線。這是射頻前端應用到的器件和模塊，模塊有些是分離器件，也可以做進一步集成。射頻集成電路在什么樣的工藝上實現呢？隨著射頻電路工藝的發展，特征尺寸逐漸減小。65納米工藝特征頻率可達到將近200G。大家普遍傾向于采用CMOS工藝來實現，最重要的原因是它很便宜，可以把射頻、數據處理部分等都集成在一起，這樣手機可以高度集成，體積減小，而且非常便宜。但CMOS特征尺寸越小，射頻電路的設計難度也越高。

這是RFIC的部分照片，這是最早的一顆藍牙收發機照片，這邊是60GHz，這是ADI公司今年2月份在舊金山發布的多模射頻芯片，它集成了2G、3G、4G、5G，是能夠向下兼容的收發機芯片。

二、RFIC為什么難，難在哪里？

很多學校的學生不愿意學射頻，覺得上手慢，學了三年才剛剛入門，學了五年可以做一些電路設計，做一個合格的工程師，至少需要五到十年的時間。所以大家提到它的的時候，就覺得難。為什么它難呢？首先無線通信，它的傳輸是自由空間，這個自由空間環境非常復雜。比如信號在空氣當中傳輸，信號傳輸的時候強度會逐漸衰減，傳輸距離越長，信號衰減越厲害，達到了足夠距離的時候，接收到的信號只有幾個微伏，非常小。這個時候旁邊還有很多噪聲，什么叫噪聲？除了所需要的信號，其他的聲音對它來講都是噪聲。那怎么從這么多噪聲里面挑出我所需要的信號，這是很難的事情。

另外是環境，我的信號要傳到某一位同志的手機，可能不是直接傳過去，有可能這個信號傳到墻壁，再反射過來。信號的傳輸是不受我們控制的，它會走多個路徑。多個路徑就會導致信號到達接收手機的時間是不一樣的。接收的時間不一樣，延時不一樣，信息也會不一樣，這時候怎么來處理，這樣技術問題會導致射頻信號、射頻前端的設計非常重要。

另外一個難點在于射頻電路不單單是電路設計，它和工藝、封裝、測試是密切相關的。做射頻電路，必須要了解工藝和它的工藝參數才能去做模型。封裝又希望它對電路影響越小越好，所以也要了解封裝模型。測試是一個更大的問題，幾年前我們要做毫米波電路，要做60G毫米波電路，是沒有測試設備的，因為測試設備是禁運的，想從美國買但是買不到，最近幾年才剛剛開放。這對當時做毫米波電路來說提出了很大的難題。

再一個難點是更新換代太快，手機可能兩年就有一代。這么高的頻率下，如果沒有足夠深厚的技術積累，很難跟上這個技術發展的腳步。射頻技術和工藝相關，還跟信號、無線電都相關，甚至跟設計軟件都相關，這是一個涉及多學科領域的方向。

三、未來射頻的發展方向

從移動通信來講，第一，多模多帶。就是未來的5G手機要向下兼容4G、3G、2G。如果只支持5G，不兼容4G，這個手機的銷量會很差。多帶，就是有多個頻帶，作為一個手機，不可能只支持一個頻帶，這樣有可能到了美國就不能用了。

第一，高性能。高靈敏度，高輸出功率、增加通信帶寬、提高數據率。

第二，低功耗、低成本。

第三，高度集成。現在講的射頻IC不僅僅是集成射頻模塊，還能夠把模擬電路等統統集成起來，這個時候才能把它的成本降下來。

第四，提高頻譜效率。

第五，更高的載波頻率、充分利用頻譜資源。

第六，新的技術和應用領域。

射頻技術是推動無線產品的強大動力。

這里有幾個數字，2015年到2019年用于移動通信終端的市場規模從119.4億美元增長到212.1億美元，復合年增長率15.4%，其中射頻芯片規模為40%，市場規模為65億美元。這是QYR的預測，2020年市場規模接近190億美元。在這樣的市場規模下，再看國際的一些射頻芯片供應商和國內射頻芯片供應商的市場占有率情況。這邊給出了一些國際巨頭，Skyworksqorvo、NXP、Infineon、MTK，三大巨頭，Qrovo、Skyworks和BroLEDcom的營業收入大概是96億美元，功率放大器市場占有率接近90%。

國內的射頻芯片，大家耳熟能詳的RDA、lansus、Vanchip，海思，這些公司加起來2016年總收入低于20億人民幣，和海外巨頭差距明顯，也就是只能在國內占據一定的市場。我們的市場占有率只有20億人民幣，這樣的情況下，RFIC的機會在哪里呢？我們要不要做呢？可以分幾個方面來看。

從民族自豪感來講，中興事件對我們來說既是壓力，也是動力。在現有的國際形勢下，國家有相應的政策“中國制造2025”，包括前天上海推出的“上海制造”，講到要大力發展集成電路設計，這是從國家政策來講的。

從市場講我們的機會在哪？我們絕對不是去硬拼，我們很難在短時間拿出高性能、低成本的芯片去替代國外產品，因為這本身是一個高投入、低產出的行業。所以我們要有一些新的產業出來，比如5G。5G還沒有蓬勃發展，市場還沒有起來，這個時候中國和國外大廠商的差距還比較小，我們很容易迎頭趕上。第二，新的應用。物聯網的一些智能器件是我們能夠快速占領市場的一些途徑。從市場角度落到技術上，可以有兩大突破，一個是應用于物聯網的射頻前端，再一個是毫米波的射頻前端。按照剛才講的，僅僅做射頻前端占有市場，這是第一步，最終是要做SOC，全集成。

剛才講到了5G和毫米波，回到毫米波。毫米波是3G到300G的頻段，毫米波的應用有三個方向。一個是毫米波通信，毫米波通信里面包括5G、60G等。再有一個是智能的毫米波雷達，包括汽車雷達。最后是毫米波成像，主要用在醫療、安防。智能毫米波雷達應用在哪呢？這里面列出了幾個應用。第一，智能交通，交通的流量控制。第二，安防，結合視頻，可以監控是不是陌生人。第三，智能照明，可以監測有一個人走過來了，什么時候開燈，什么時候關燈。第四，感應。未來更多的是機器人，機器人的服務、定位，汽車的智能駕駛、手勢控制，汽車內部的音響、空調，都可以用手勢控制。再一個是老人生命體征的監測，監測心跳、呼吸，監測睡眠情況。

以前毫米波雷達主要在軍用方面，最近毫米波雷達在民用上的發展特別快。雷達傳感器市場預期從2016年的59.5億美元增長2023年到206.4億美元，包括雷達視覺、超聲波和激光。下面把雷達年復合增長率列出來了，從2008年到2018年是快速發展的階段，之后會保持一個平衡。雷達有很多技術，有視覺，紅外、超聲、毫米波雷達。為什么用毫米波雷達呢？

下面看一下各種雷達的優缺點。

激光雷達有很多優點，就是價格比較貴，這對于普及很不適用。超聲波雷達不能夠測速。紅外雷達對測速、測距比較差，視覺受到環境應用的影響，比如說天黑。以前毫米波的雷達價格比較高。如果用集成電路實現毫米波雷達芯片，用CMOS工藝做毫米波雷達，那么它的價格就會降低，這時候它的缺點就可以得到彌補，精度高、穿透性好、可靠性高、全天候這樣的優點就會顯現出來。從毫米波雷達到現在，無論是從它的成本、尺寸、功耗都有了成倍的提升。