射频（RF，Radio Frequency）是一种高频交流变化电磁波的简称，它表示可以辐射到空间的电磁频率，范围多在300kHz～300GHz之间。我们所指的手机的射频部分，业内人士通常称作RF（射频前端），主要完成基带调制信号的上变频和下变频。通俗地讲，射频前端主要负责信号的模拟/数字转换工作，同时负责信号的放大。

射频前端是手机的核心器件，直接影响着手机的信号收发。一个典型的射频前端可分为发射端(TX)和接收端(RX)两部分。从组成器件来看，射频前端包含了从天线到基带之间的一切功能实体的组合，包括天线开关（Switch，用做TDD）/双工器(Duplexer，用做FDD)、PA（Power Amplifier，功率放大器）、LNA（Low Noise Amplifier，低噪声放大器）、调谐器(Antenna Tuner)、Filter（滤波器）、ADC/DAC（数模转换）、ET tracker（包络功率追踪器）等一系列射频前端器件。

图1 射频前端整体组成示意图

3.1 发展趋势

射频前端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。随着5G的大面积部署，手机需要支持越来越多的通信频段，也就需要相应更多的射频前端器件。通信技术从2G发展到5G，手机射频前端最大的变化在于支持的频段增加。2G 时代，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5个；3G时代，由于手机需要向下兼容2G制式，多模的概念产生了，手机支持的频段最多可达9个；4G时代的全网通手机能够支持的频段数量猛增到40个上下，5G将进一步增加。

图6 iPhone12支持的移动频段数量已远超40个

图7 智能手机中使用的射频器件数量

当前手机越来越轻薄，越来越大的电池容量，内部留给射频前端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，难度可想而知。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，这都促进了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。

图8 主板上留给射频部分的空间愈发狭小

射频前端模组将射频开关、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DiFEM（集成射频开关和滤波器）、LFEM(集成射频开关、低噪声放大器和滤波器)、FEMiD（集成射频开关、滤波器和双工器）、PAMiD（集成多模式多频带PA和FEMiD）等组合。

从射频巨头博通公司的发展来看，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年以来持续升级，已经实现多频段PA模组整合。与此同时，Skyworks、Qorvo、村田、高通等射频前端芯片大厂均已推出不同品类射频前端模组产品。

图9 从分立器件到射频模组的不断演进

以Qorvo某款PA模组为例，在一颗大SiP封装内，包含有12个滤波器、3个PA、1个控制芯片、1个天线开关和3个射频开关。

2021年6月25日，中移动终于对外释放了48万700M的5G基站的采购，这对通信行业是件迟来大事情。但对于终端来说，较之700M，未来5G毫米波的商业化引入才是对手机设计的极大挑战。5G毫米波之所以成为毫米波，是因为几十GHz的频率导致其波长已经缩减到了毫米级。波长的大幅度减小带来的问题是电磁波绕射能力变差，衰减变得异常明显。

为改善高频带来的衰减问题，从空间传播上可以用MIMO多天线和波束赋形来解决，但是在手机内部为了保证信号的完整性，需要将射频前端尽可能靠近毫米波天线，而毫米波天线的小尺寸，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。

图10 高度集成化的5G毫米波天线模组

如上图，高通最新发布的毫米波天线模组里面包含了超小尺寸的相控天线阵列，该天线模组支持波束赋形、控制和跟踪，大大改善了毫米波信号的传输范围和可靠性。当然，毫米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。

3.2 行业市场分析

随着5G时代带来的射频数量和价值提升，据Yole的统计与预测，2019年射频前端市场为167亿美元，到2025年将有望超过250亿美元。单台手机射频前端成本从 2G时代的约3美元，增加到3G时代的8美元、4G时代的28美元，5G时代射频模组的成本已超过40美元。

图11 3G/4G/5G手机射频前端数量和成本对比

当前全球射频前端芯片几乎被美日垄断，主要供应商集中在博通Broadcom（Avago）、思佳讯skyworks、威讯Qorvo、村田murata等美国和日本公司。从当前市场份额来看，Skyworks、村田、Qorvo、博通以及高通已然占据射频前端市场的80%以上。

图12 2019年射频前端市场份额

在射频前端芯片厂商中，也只有Skyworks、Qorvo等少数国际大厂有能力覆盖了射频前端的全部品类。国际领先企业起步较早，底蕴深厚，在技术、专利、工艺等方面具有较强的领先性，同时通过一系列产业整合拥有完善齐全的产品线，并在高端产品的研发实力雄厚。另一方面，大部分企业以IDM模式经营，拥有设计、制造和封测的全产业链能力，综合实力强劲。高通借助5G优势，相应推出了5G射频前端相关产品，尤其可以提供从基带到射频前端、天线完整一体化参考设计方面取得较大突破。

图13 OEM手机厂商射频前端主要供应链企业

如上图，一眼望去，射频供应链几乎被美日企业占据。相比之下，国内射频芯片公司由于起步较晚，基础薄弱，并且主要集中在无晶圆设计领域。较之国际领先企业在技术积累、产业环境、人才培养、创新能力等方面仍有明显滞后，短时间内与美国、日本、欧洲等厂商仍存在较大差距。

随着5G的到来，加速了未来射频芯片设计研发的主要方向，即追求低功耗、高性能、低成本为其技术升级的主要驱动力。国内以卓盛微等为代表的国内射频前端厂商，近些年在在射频开关、LNA（低噪声放大器）方面已取得明显突破，凭借其产品的高性价比优势，射频开关、LNA芯片已覆盖全球领先手机品牌如三星、小米、华为、vivo、OPPO等，打破了射频领域的垄断局面。滤波器、功率放大器等关键领域，卓盛微、唯捷创芯、汉天下、信维通信等国内数家企业也开始涉足并已取得明显进步。

在当前国际大环境下，科技力争自主已然成为业内共识，尤其在5G战略窗口期，尽管国内射频芯片厂商产品尚有差距，但至少有时间有机会可以从相对成熟的分立射频器件起步，得以慢慢积累实力。笔者相信，在不远的将来，国产射频产品一定会成为全球射频领域的排头兵，可以做到真正意义的国产替代。