射频前端芯片遭遇5G风口，会有怎样化学反应？

2.载波聚合数量成倍增长给射频前端芯片设计带来了新的挑战
如上文所述，载波聚合(Carrier Aggregation, CA)技术是提高数据传输速率的重要途径，为达到ITU为5G标准设定的最高20Gbps下行速率标准，载波聚合数量在5G标准中必将成倍增长。在当前的4G(LTE-A)标准中，最高支持5个20MHz载波聚合，实现100MHz带宽，而进入5G时代后，载波聚合数量可能会达到32甚至64。

载波聚合数量的成倍增长为射频前端芯片的设计带来了新的挑战，其中最大的挑战是串扰问题。以中国境内FDD-LTE系统广泛应用的Band 1和Band 3双载波聚合方案为例，如图24所示，当使用载波聚合方案时，Band 1 Tx/Rx和Band 1 Tx/Rx同时工作，由于Band 1和Band 3频率接近，因此除了需要防止同一频段内部发射和接收通路之间的相互干扰之外，还需要防止不同频段之间信号的互相干扰，为了解决这个问题，需要将传统的Filter和Duplexer技术升级为Multiplexer(多工器)技术，将全部载波聚合频率的发射和接收滤波器集成到同一器件中，以便进行协同设计和匹配，以满足性能要求。

随着载波聚合数量的增加，Multiplexer的复杂度会急剧上升，如图25所示，当使用三载波聚合时，已经需要将6个滤波器集成到一个Multiplexer内部，无论是从集成角度还是从性能优化角度，对供应商的技术能力都是极大的考验。

3.推动高频滤波器向BAW方向技术升级
声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)滤波器是目前在移动通信系统中最广泛使用的射频器件，其基本结构如图26所示，通过压电材料上制作的两个叉指换能器(Interdigital Transducer，IDT)，完成电信号-声波-电信号的转换，并实现选频功能，声波信号沿衬底水平方向进行传播。

限制SAW滤波器发展的瓶颈主要有两个：一是在高频应用时性能明显下降，当频率高于1GHz时，滤波器的质量因子(Q值)降低，使插入损耗增加，频率选择性变差，当频率高于2.5GHz时，已无法用于对性能要求较高的通信系统；二是频率随温度变化较大，通常高达-45ppm/℃。为解决这一问题，可以选择通过在IDT器件表面增加温度特性更加稳定的图层进行补偿(Temperature Compensation，TC)，TC-SAW滤波器的温度系数可以达到-15至-25 ppm/℃，但由于光罩层数的增加，成本也要相应提高。

工业界普遍认为，在低于1.5GHz的应用场景中，SAW滤波器的性能通常可以满足系统要求，同时由于成本更加低廉，依然会得到广泛应用。而在高于1.5GHz的应用场景中，BAW滤波器的优势将会十分明显。图27给出了BAW滤波器的结构示意图，和SAW滤波器不同的是，在BAW滤波器中，声波是沿垂直于衬底方向传播的，金属极板分别被放置在压电材料的上下两侧，谐振频率主要由压电材料的厚度决定，这种结构使BAW滤波器在高频应用时仍拥有较高的Q值，最高工作频率可以达到6GHz。

4.基站射频前端芯片市场，三大技术营造氮化镓PA风口
明日之星GaN是典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体工艺，以在国防领域得到了广泛的应用，如军用雷达等，它具有以下得天独厚的优势：首先，相比硅基工艺1.1eV的禁带范围，GaN则达到了3.4eV，因此具有更强的耐压能力；其次，GaN具有更高的电子饱和速度，这意味着可以达到更高的能量密度；第三，GaN可以工作在更高的频率下；最后，GaN具有良好的散热能力。表9总结了两种工艺在主要性能指标上的对比。

在第三章中我们重点分析了5G的关键技术，这些技术的影响力在移动通信基站市场体现的淋漓尽致，毫米波、Massive MIMO和波束成形、微基站(Small Cell)这三大技术将形成合力，共同营造一个巨大的风口，而GaN技术则正是这个风口上的"猪"。

总结来看，5G时代的三大核心技术对基站射频功率器件提出的要求有：高频率、高效率、高带宽、高线性度、小尺寸、良好的散热能力、可在多种电压域下进行工作，这与GaN工艺的特点完美契合。图31给出了5G移动通信基站的技术演进路线图，可以看到，微基站、分布式天线系统(Distributed Antenna System，DAS)、Massive MIMO和波束成形将最早落地，预计对射频前端市场的影响在2018年就会有明显体现，而毫米波从研发到应用具有更长的时间周期，属于长期利好。

射频前端芯片产业链分析
1.全球终端功率放大器产业链概貌
如前所述，射频前端芯片市场主要分为两大类：一类是使用半导体工艺(GaAs、GaN、CMOS等)制造的电路芯片，以功率放大器(PA)和开关电路(Switch)为代表；一类是使用MEMS工艺制造的滤波器，以声表面波滤波器(SAW)和体声波滤波器(BAW)为代表。

长期以来，终端功率放大器市场一直占据着整个射频前端芯片市场最大的市场份额，也是最重要的增长驱动力量，而GaAs工艺凭借其在工作频率、效率、线性度等方面的优势，成为终端功率放大器领域的主流工艺，在全球范围内建立起了完整成熟的产业链，如图34所示。