射頻前端是什么？射頻元器件介紹

無線通信中，聲音、視頻等信息需要利用電磁波在空氣或其他介質中的傳播特性，以射頻信號的形式進行傳播。 射頻信號是在300MHz-3000GHz的電磁波 ，用于無線通信時有如下優點 ：

電磁波本身可在自由空間中傳播，利用天線發送接收信號，不依賴特殊介質或傳輸線。
部分繞過或穿透障礙物，實現非視域通信。
方便地實現復雜的組網，多用戶同時通信時互不干擾。
通過加密、擴頻、跳頻等技術，可提高通信的保密性。

以手機為例，手機的無線通信包含了四部分，即基帶、射頻收發機、射頻前端以及天線。其中，射頻芯片負責射頻收發、頻率合成、功率放大；基帶芯片負責信號處理和協議處理。如語音、圖像、傳感器信號等原始信號就是基帶信號，這些信號通常具有低頻特性，不適合遠距離傳輸，因此 需要把低頻的基帶信號加載到更高頻的電磁波上 ，即用射頻信號作為載波。以上過程被稱作基帶的調制（反向過程為解調）， 而射頻前端則是對射頻信號進行過濾和放大 。

射頻前端是什么

射頻前端即Radio Frequency Front-End，簡稱RFFE，是無線通信模塊的重要組成部分，位于天線和射頻收發機之間，在整個無線通信環節中主要起到接收和發射信號的作用。

從系統構成來看，射頻前端可以分為 發射端和接收端 ：發射端可以在發射信號的過程中，將射頻發射機產生的微弱電磁波信號放大和濾波，其中包含了功率放大器（PA）、雙工器/多工器等功能構件。接收端可以在接收信號的過程中，將收到的電磁波信號放大和濾波至適合射頻接收機工作的范圍，其中包含了 濾波器、低噪聲放大器（LNA） 以及射頻開關等器件。

打個比方，鬧市中對話的兩人，為了獲得更清晰的對話，可以在說話時（發射端）加上個大喇叭（PA），耳朵收聽時（接收端）加上個助聽器（LNA）。為了屏蔽周圍干擾的同時，也不干擾周邊環境，還可以將這兩人圍在隔音罩（濾波器）中。

取決于應用場景和終端設備集成度的需求，上述器件通常會按照收發功能要求和支持的頻段范圍進行一定程度的集成。

射頻元器件介紹

功率放大器

Power Amplifier，簡稱PA

功率放大器（PA）是射頻前端的 核心器件 ，它決定了 通信系統發射信號的能力 ，是整個通訊系統芯片組中除基帶主芯片之外最重要的組成部分。例如手機等無線終端的通訊距離和信號質量，都會受功率放大器的性能所影響。

功率放大器的性能提升主要來自于材料工藝的提升，目前已經經歷了CMOS、GaAs、GaN的三大技術演變。第一代半導體材料是 CMOS ，技術成熟且產能穩定。第二代半導體材料主要使用 GaAs或SiGe ，有較高的擊穿電壓，可用于高功率、高頻器件應用。第三代半導體材料GaN在性能上顯著強于GaAs，但成本較高。所以目前手機上的PA主要運用第二代化合物半導體GaAs，部分PA則采用Si、Ge工藝的CMOS；2G手機曾采用CMOS工藝，3G/4G/5G則采用GaAs工藝，而未來GaN或將成為高頻、大功率應用的方案。

濾波器及雙工器、多工器

Filter, Duplexer & Multiplexer

濾波器是射頻系統中十分重要的元器件，也是射頻前端中量產壁壘較高的器件。由于手機發射和接收信號的過程中會有不同頻段的信號，或干擾其他通信頻率，或被其他頻率干擾，濾波器的主要作用是 允許特定頻段的信號通過 ，過濾掉其他頻段的信號，從而解決不同頻段信號之間的干擾問題。所以 濾波器的性能優劣會直接影響通信的質量 。

根據制造工藝的不同，濾波器可以分為聲表面波濾波器（SAW）與體聲波濾波器（BAW），其中SAW濾波器制作工藝較為簡單，技術難度較低，性價比較高，適合低頻及接收端濾波；而BAW濾波器性能優秀，更適用于高頻濾波，同時也有著技術壁壘較高、工藝復雜且價格昂貴的特點。因此受工藝復雜度、技術難度及成本控制的影響，目前通信標準下更多射頻前端采用的是SAW濾波器。但隨著5G滲透率的提升，BAW濾波器優異的性能和對高頻的支持，將使其在手機射頻前端的應用中逐步提高占比。

雙工器與多工器 ，由兩組或多組不同頻率的帶通濾波器組成，用于 隔離發射信號與接收信號 。利用高通、低通或帶通濾波器的分頻功能，使得同一天線或傳輸線可對兩條或多條信號路徑同時使用，從而實現同一天線對兩種、多種不同頻率信號的接收和發送。

射頻開關

Switch / Tuner

射頻開關分為 傳導開關 （Switch）和 天線調諧開關 （Tuner）兩種，前者使射頻信號在不同信號路徑之間切換，包括不同頻段之間的切換、接收與發射之間的切換等。天線調諧開關（Tuner）用于天線效率的優化，其技術難度高于傳導開關（Switch），因為天線調諧開關不但有更高的耐壓要求，同時需要優化導通電阻和關斷電容以優化天線整體性能，由此對產品提出了更高的設計和工藝要求。但射頻開關的技術壁壘相對于功率放大器與濾波器還是低一些，國產化率較高。

低噪聲放大器

Low Noise Amplifier，簡稱LNA

低噪聲放大器用在接收端，是噪聲系數很小的放大器， 可以把天線接收到的微弱射頻信號放大 ，同時 抑制噪聲 ，使傳輸給后端接收機的信號更容易處理。LNA能夠有效提高接收機的接收靈敏度，進而提高收發機的傳輸距離。因此低噪聲放大器的設計是否良好，可以影響到整個通信系統的通信質量。

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