射频前端系统结构
射频系统的组成
射频系统的组成射频系统是指由射频信号源、射频调制器、射频放大器、射频滤波器、射频混频器、射频解调器等多个组件组成的系统。
它在无线通信、雷达、卫星通信等领域中起着重要的作用。
下面将对射频系统的每个组成部分进行详细介绍。
1. 射频信号源射频信号源是射频系统中最基本的组成部分之一，它负责产生射频信号。
射频信号源可以是一个固定频率的振荡器，也可以是可调频率的振荡器。
射频信号源的频率决定了射频系统的工作频率。
2. 射频调制器射频调制器将基带信号转换为射频信号。
它通过改变射频信号的幅度、相位或频率等参数，将基带信号的信息传输到射频信号中。
射频调制器通常采用调制电路、混频器等组件来实现。
3. 射频放大器射频放大器用于放大射频信号的幅度。
它能够将射频信号的功率增加到一定的水平，以便在传输过程中能够有效地传输信号。
射频放大器通常采用晶体管、功率放大器等元件来实现。
4. 射频滤波器射频滤波器用于过滤射频信号。
它能够去除射频信号中的杂散信号和干扰信号，使得信号质量得到提高。
射频滤波器通常采用电容、电感等元件来实现。
5. 射频混频器射频混频器用于将两个或多个射频信号进行混合。
它能够将频率较高的射频信号和频率较低的本地振荡器信号进行混合，从而得到中频信号。
射频混频器通常采用二极管、集成电路等元件来实现。
6. 射频解调器射频解调器用于将射频信号转换为基带信号。
它能够将射频信号中的调制信息提取出来，并恢复为原始的基带信号。
射频解调器通常采用解调电路、滤波器等组件来实现。
以上是射频系统的主要组成部分。
除了这些组件外，射频系统还可能包括射频开关、射频功率检测器、射频保护器等其他辅助组件。
这些组件共同协作，使得射频系统能够完成信号的传输、调制、放大、滤波等功能。
射频系统在无线通信、雷达、卫星通信等领域中的应用广泛。
它可以实现无线信号的传输和接收，使得人们可以在无线环境中进行通信。
同时，射频系统还可以用于雷达系统中的目标探测和跟踪，以及卫星通信中的信号传输等。
射频前端基本架构及工作原理解析
声学滤波器
SAW滤波器
BAW滤波器
普通SAW
声表面滤波器—— 技术成熟且仍在发 展，低成本，应用 广泛
TC-SAW
温度补偿滤波器—— 弥补普通SAW温度 变化大的缺陷，制造 复杂度和成本更高
I.H.P-SAW
高频SAW滤波器— —高Q值、低TCF、 高散热性，可满足滤 波器小型化的需求
双工器的内部结构
双工器的外部引线
7
1.3、功率放大器PA： 放大射频信号进行发射
功率放大器（PA，Power Amplifier）是射频前端的核心部件，利用三极管的电流控制作用或场效应管 的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。 PA主要用于发射链路，通过把发射通道的微弱射频信号放大，使信号成功获得足够高的功率，从而实 现更高通信质量、更强电池续航能力、更远通信距离。PA的性能可以直接决定通信信号的稳定性和强 弱。
晶圆(4寸晶圆为主)采用光刻、镀膜等工艺进行图形化处理， 实现压电薄膜的制作是关键的工艺环节，材料主要为氯化
芯片表面结构和制作工艺较简单
铝(AIN)和氧化锌(ZnO)
成本 优势
较低 (≈0.1-0.5美金）
体积小于传统的陶瓷滤波器， 设计灵活性大、技术成熟、可靠性高
高（>1美金）
适用于高频、温度变化不敏感、声波垂直传播方式易于小 型化，尺寸随频率升高而缩小
功率放大器以三极管/场效应管为核心，通过匹配网络 放大成为功率信号
8
1.3、功率放大器PA： 放大射频信号进行发射
随着半导体材料的不断发展，功率放大器也经历了CMOS、GaAs、GaN三大技术路线。第一代半导体材 料是CMOS，技术成熟且产能稳定。第二代半导体材料主要使用GaAs或SiGe，有较高的击穿电压，可 用于高功率、高频器件应用。第三代半导体材料GaN在性能上显著强亍GaAs，但成本较高。 目前移动端民用市场主要采用GaAs 作为功放，而GaN在部分基站端应用率先实现替代。未来GaN将成 为高射频、大功耗应用的主要方案。
第四章射频前端
三 邻频前端
邻频前端传输频道数目多，信号质量好，采用了符合邻频传输 技术要求的信号处理方法，适用于大中型有线电视系统。它包括频 道处理器、中频处理方式的电视调制器、频道放大器、立体声调频 器、混合器和导频信号发生器等设备，典型的邻频前端的组成如图
空间开路电视信号(VHF、UHF射频信号)由天线接收，经带通 滤波器滤除干扰，天线放大器放大，使信号达到合适的电平后，送 入频道处理器转换成设定频道，然后送入多路混合器。开路电视信 号也可以由天线接收后，先送入电视解调器变为视频、音频信号， 再送入电视调制器转换为某一频道(VHF、UHF或增补频道)电视信 号，这种处理方法虽然成本较高，但视频和音频信号便于控制、处 理和监视，效果较好，在今后的前端中将会大量采用。
一、电视调制器
电视调制器的作用是将视频信号和音频信号转换成射频 电视信号。调制器输入的视频和音频信号，通常来自摄像机、 录像机、激光唱机、DVD机等自办节目设备，也可来自解调 器、卫星电视接收机和微波接收机解调出来的视频和音频信 号。调制器输出的射频电视信号通常送至多路混合器。
调制方式的不同，电视调制器可分为直接调制和中 频调制两大类。 直接调制方式是将视频和音频信号直接调制到所传输的 频道载波上，一般用于电气性能要求不高的非邻频传输 系统；而在邻频传输系统中，前端所用的高、中档调制 器，通常采用中频调制方式。
四 数字前端 目前，世界各国正在大力发展各种基于（DVB）标准的数字视频广播系统，
作为有线数字电视（DCB-C），由于其信号在光纤和同轴电缆中传输，受外 界干扰小，相信在不远的将来大量普及和发展。 有线数字电视前端如图
五 智能前端
智能前端使用方便，运行效率高，声音和图像质量好，是今后前端的发 展方向。
射频接收机前端AGC系统的电路设计
射频接收机前端AGC系统的电路设计提纲：一、射频接收机前端AGC系统的基本原理及设计要点二、传统射频接收机前端AGC系统挑战及优化设计技术三、现代射频接收机前端AGC系统设计方法研究四、射频接收机AGC系统的性能评估与实验测量五、未来射频接收机前端AGC系统的发展趋势和展望一、射频接收机前端AGC系统的基本原理及设计要点AGC（Automatic Gain Control）系统是射频接收机的重要组成部分，在信道不稳定的环境下可以实现信号输入电平的自动控制。
其主要功能是控制单位电平内射频前端放大器的信息增益，以确保信号在最佳的动态范围内运行。
射频接收机前端AGC系统的设计要点主要包括信号放大段、包络检波环节、比较环节和控制回路。
其中，信号放大段的设计为AGC系统的核心，关系到整个系统性能的优劣。
当前，射频接收机前端AGC系统的设计主要分为两大类：一类是传统模拟AGC系统，它采用经典的线性控制回路，具有结构简单，功耗低，抗干扰能力强等优点；另一类是数字AGC系统，它基于DSP的现代控制理论，具有精度高，响应速度快等优点。
二、传统射频接收机前端AGC系统挑战及优化设计技术目前，传统AGC系统仍然是射频接收机中最常用的设计方案之一。
然而，传统AGC系统在设计中还存在一些挑战，主要包括信号失真、抗干扰能力不足和高功耗等问题。
为克服这些问题，优化设计技术主要包括：1、引入自适应控制器，利用反馈控制环节提高控制精度和系统鲁棒性，增强系统的稳定性和抗干扰能力。
2、优化模拟电路设计，提高系统带宽、增益平坦度和延时响应特性，并减少失真和噪声干扰。
3、使用低功耗模拟电路设计，降低系统功耗并提高信号处理速度。
三、现代射频接收机前端AGC系统设计方法研究现代射频接收机前端AGC系统采用数字控制理论，利用高速AD/DA转换器实现对系统的数字控制。
其优点在于精度高，控制方便和响应速度快等。
目前，现代AGC系统主要分为三类：1、基于改进的遗传算法和FPGA的AGC系统，该设计主要以FPGA为核心控制器，利用改进的遗传算法实现AGC控制回路，并通过DSP进行算法协调。
2020年手机射频前端架构及行业现状、射频前端产业趋势、产业链梳理、全球射频前端行业格局解析
2020年手机射频前端架构及行业现状、射频前端产业趋势、产业链梳理、全球射频前端行业格局解析目录1手机射频前端架构及行业现状 (7)1.1射频前端芯片概况 (7)1.25G技术路线 (9)1.2.15G NR (9)1.2.2NSA作为过渡方案，SA方案渐成主流 (10)1.2.35G方案：Sub 6GHz先行，mmWave等待技术成熟 (12)2射频前端产业趋势：创新叠出，孕育国产机会 (14)2.1射频前端呈现模组化趋势 (14)2.2PA：G A A S为主流技术，氮化镓技术处于导入期 (15)2.3开关主要采用RF-SOI工艺 (19)2.4滤波器由金属腔体向陶瓷腔体转变 (21)2.5LNA：S I G E工艺开始兴起 (22)35G给射频带来价值量扩张 (23)3.1手机端：单机射频价值量扩张 (23)3.2基站端：大规模天线技术增加射频天线用量 (25)3.2.15G基站需求增长 (25)3.2.2大规模天线、工艺改进带来新增长点 (26)4射频前端产业链梳理 (27)4.1细分射频领域市场现状 (27)4.1.1PA (28)4.1.2滤波器：SAW、BAW、LTCC三种路线 (29)4.1.3开关 (30)4.1.4LNA (31)4.2S OITEC 25年深耕半导体创新，优化晶圆衬底 (32)5全球射频前端行业格局解析 (34)5.1高通捆绑RF360，提供5G整合解决方案 (34)5.1.1RF360完成整合，可提供5G射频前段模组整体解决方案 (34)5.1.2高通凭借平台优势，助RF360占得先机 (36)5.1.3高通是唯一提供毫米波解决方案的厂商 (40)5.2苹果以博通、S KYWORKS、Q ORVO为主力供应商 (41)5.2.1Qorvo深耕GaN，抢占化合物射频前端赛道 (41)5.2.2Skyworks注重小基站射频应用 (43)5.3村田受益华为，5G高端机型射频业务兴起 (45)5.3.1村田基本情况 (45)5.3.2村田为华为提供射频前端解决方案 (46)5.4博通专注苹果、三星 (47)5.5国产射频龙头：卓胜微 (49)5.6海思携手国产迎头赶上，国产替代远快于4G (51)5.6.1华为手机国产化供应链趋势明显 (51)5.6.2国内主导5G发展，渗透率快于3G/4G (53)5.6.3国内射频元器件主要厂商梳理 (53)6投资建议 (55)6.1卓胜微 (55)6.2三安光电 (55)6.3华天科技 (56)6.4信维通信 (56)6.5韦尔股份 (57)6.6麦捷科技 (57)6.7海特高新 (58)6.8中芯国际 (58)7风险提示 (59)图表目录图表1：从“香农定律”看通信技术演进方向 (7)图表2：射频前端结构 (8)图表3：射频前端全球市场规模（十亿美元） (8)图表4：2018主要射频器件市场份额占比 (9)图表5：2018年射频前端市场拆分 (9)图表6：5G频段分布 (10)图表7：5G网络架构演进 (11)图表8：5G需求增多 (11)图表9：2G网络到5G网络，时延与速度的变化 (12)图表10：全球5G频段分布 (12)图表11：世界各国在SUB 6GH Z频段分布 (13)图表12：世界各国在毫米波频段分布 (13)图表13：毫米波覆盖范围 (13)图表14：S UB 6GH Z覆盖范围 (13)图表15：5G NR毫米波覆盖范围广 (14)图表16：射频前端模组化方案 (14)图表17：射频前端模组按频率划分 (15)图表18：典型5G射频前端设计方案 (15)图表19：A I P模组 (15)图表20：一二三代半导体性能比较 (16)图表21：多级G A A S PA和等效G A N PA比较 (16)图表22：微波频率范围功率的工艺技术对比 (16)图表23：G A A S供应链 (17)图表24：2018全球G A A S设备市场份额 (17)图表25：2018G A A S代工厂市场份额 (17)图表26：中国5G基站G A N PA市场规模预测（亿元） (18)图表27：稳懋最近两年生产量和销售量 (18)图表28：稳懋目前已进入量产的产品 (19)图表29：G A A S代工竞争情况 (19)图表30：RF-SOI工艺优势 (19)图表31：不同工艺射频开关性能比较 (19)图表32：中国5G基站G A N PA市场规模预测 (20)图表33：RF-SOI的工艺供应链 (20)图表34：RF-SOI主要产品及应用 (20)图表35：不同介质腔体滤波器性能对比 (21)图表36：两种基站滤波器性能比较 (21)图表37：中国移动电话基站发展情况（万个） (22)图表38：LNA产品工艺性能对比 (22)图表39：英飞凌采用S I G E设计LNA (22)图表40：亚德诺采用S I G E设计LNA (22)图表41：T OWERJAZZ的S I G E进展领先同行业厂商 (23)图表42：射频前端部件价、量提升 (23)图表43：5G给PA、滤波器带来新的挑战 (23)图表44：射频元器件市场不断增长 (24)图表45：第一代5G RFFE成本溢价（美元） (24)图表46：N OTE 10+5G天线模组 (24)图表47：5G带来价值量提升（美元） (25)图表50：BTS基站收发台出货量（百万件） (26)图表51：RF LINEUP出货量（百万件） (26)图表52：基站天线演进过程 (26)图表53：MIMO演进情况示意图 (26)图表54：5G基站带来PA、LNA数量增长 (26)图表55：微波频率范围功率电子设备的工艺技术对比 (27)图表56：基站应用射频市场空间（亿美元） (27)图表57：射频前端产业链 (27)图表58：射频前端产业链收购兼并发展 (27)图表59：2017年PA厂商市场份额比重 (28)图表60：射频芯片供应链梳理 (29)图表61：2017年SAW厂商市场份额比重 (29)图表62：射频SAW供应链 (29)图表63：2017年BAW厂商市场份额比重 (30)图表64：射频BAW供应链 (30)图表65：全球射频开关市场规模（亿美元） (30)图表66：射频开关市场占比 (30)图表67：射频开关芯片供应链梳理 (31)图表68：全球射频LNA市场规模（亿美元） (31)图表69：射频LNA市场占比 (31)图表70：射频LNA供应链 (32)图表71：SOI晶圆应用情况 (32)图表72：主要RF-SOI加工工艺比较 (33)图表73：全球SOI晶圆需求估计（8寸,千片） (33)图表74：S OITEC在行业中的地位 (34)图表75：2018年S OITEC产品收入拆分 (34)图表76：2018年S OITEC在SOI收入份额 (34)图表77：2016年高通和TDK合资 (34)图表78：射频前端部件价、量提升 (34)图表79：RF360发展历史 (35)图表80：EPCOS滤波器+高通PA组成PAMID (35)图表81：高通拥有从基带M ODEM S O C，RFIC到FEM完整解决方案 (36)图表82：高通调制解调器-射频前端系统 (36)图表83：V50T HIN Q5G主板 (37)图表84：高通“射频前端+基带”解决方案：LG V50T HIN Q5G (37)图表85：OPPO R ENO 5G主要射频前端组件 (38)图表86：OPPO R ENO 5G模块化RFFE设计 (38)图表87：M IX 35G主要射频前端组件 (39)图表88：M IX 35G采用完全模块化设计 (39)图表89：高通“射频前端+基带”解决方案：小米10 (40)图表90：高通研究毫米波近30年 (40)图表91：毫米波频段分布 (41)图表92：美国毫米波技术市场规模（百万美元） (41)图表93：Q ORVO产品及应用领域 (41)图表94：Q ORVO主要产品收入拆分（百万美元） (41)图表95：A PPLE RF供应商 (42)图表98：全球基站数量（百万个） (43)图表99：全球大规模天线射频收发芯片出货量（百万件） (43)图表100：Q ORVO在G A N工艺发展路径 (43)图表101：S KYWORKS通过收购新公司来增强自身的产品线 (44)图表102：占S KYWORKS营业收入比重大于10%的客户 (44)图表103：S KYWORKS营业收入状况（百万美元） (45)图表104：S KYWORKS净利润（百万美元） (45)图表105：S KYWORKS研发费用（百万美元） (45)图表106：村田主要产品收入占比 (46)图表107：村田营收状况（百万美元） (46)图表108：村田毛利率和净利率 (46)图表109：村田收购时间线 (46)图表110：M ATE30系列主要供应商 (47)图表111：博通主要业务、市场、客户 (47)图表112：博通发展历程 (47)图表113：博通营收状况（百万美元） (48)图表114：博通主要产品收入占比 (48)图表115：公司FBAR设计主要产品 (48)图表116：AFEM-8092 (49)图表117：I P HONE XS M AX-A2101 (49)图表118：博通主要收入厂商占比 (49)图表119：卓胜微各类型产品、主要功能及量产时间表 (50)图表120：卓胜微主要客户销售额占比 (50)图表121：卓胜微营收状况（百万元） (50)图表122：卓胜微研发投入（百万元） (50)图表123：M ATE30P RO 5G半导体B OM (51)图表124：P30、P40供应链对比 (52)图表125：全球5G普及率及预测 (53)图表126：全球LTE、5G渗透率对比 (53)图表127：5G基站规划 (53)图表128：中国各频段手机出货占比 (53)图表129：国内主要射频前端芯片厂商 (54)图表130：国内射频产业链 (55)图表131：卓胜微盈利预测 (55)图表132：三安光电半导体化合物产能规划 (56)图表133：三安光电盈利预测 (56)图表134：华天科技盈利预测 (56)图表135：信维通信盈利预测 (57)图表136：韦尔股份盈利预测 (57)图表137：麦捷科技盈利预测 (58)图表138：海特高新微电子业务收入 (58)图表139：海特高新盈利预测 (58)图表140：中芯国际盈利预测 (59)。
射频系统的组成
射频系统的组成射频系统是指用于无线通信和雷达等领域中的信号传输和处理的系统。
它由多个组件组成，每个组件都承担着特定的功能和任务。
下面将详细介绍射频系统的组成。
1. 信号源：信号源是射频系统的起始点，它产生射频信号并提供给其他组件进行处理。
信号源可以是一个基准振荡器或其他类型的信号发生器。
2. 放大器：放大器用于增加信号的幅度，以便在传输过程中信号不会衰减过多。
放大器可以是线性放大器或非线性放大器，具体选择取决于应用的需求。
3. 调制器：调制器用于将信息信号（如语音、视频等）与载波信号进行混合，产生调制信号。
调制可以是模拟调制（如调幅、调频）或数字调制（如正交幅度调制、相移键控）。
4. 滤波器：滤波器用于在传输过程中去除不需要的频率成分，以保证传输信号的质量。
常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
5. 混频器：混频器用于将不同频率的信号进行混合，产生新的频率信号。
混频器常用于频率转换和频率合成等应用中。
6. 调谐器：调谐器用于改变射频系统的工作频率，以适应不同的应用需求。
调谐器可以是机械式调谐器或电子式调谐器。
7. 解调器：解调器用于从调制信号中还原出原始的信息信号。
解调可以是模拟解调（如包络检测、频率解调）或数字解调（如时钟恢复、解调解码）。
8. 接收机：接收机用于接收和处理来自远程发送器的无线信号。
接收机包括射频前端、中频放大器、混频器、解调器等组件。
9. 发送机：发送机用于将信息信号转换为无线信号并发送出去。
发送机包括调制器、功率放大器、滤波器等组件。
10. 天线：天线是射频系统中非常重要的组件，它用于将电磁波从空间中接收或发射。
天线可以是定向天线、全向天线、扁平天线等。
11. 连接器和电缆：连接器和电缆用于连接射频系统中的各个组件，确保信号的传输和传输质量。
12. 控制器：控制器用于控制和管理射频系统的各个组件，以确保系统的正常运行和性能优化。
射频系统的组成包括信号源、放大器、调制器、滤波器、混频器、调谐器、解调器、接收机、发送机、天线、连接器和电缆以及控制器等组件。
通信系统中的射频前端设计
通信系统中的射频前端设计射频前端（Radio Frequency Front-end）是指无线通信系统中与天线相连的模块，其功能是将数字信号转换成有线信号或者将有线信号转换成数字信号。
射频前端通常由放大器、滤波器、混频器、倍频器等元器件构成，是无线通信中的关键部分。
本文将主要介绍通信系统中的射频前端设计。
一、射频前端架构设计在射频前端的设计中，必须进行架构设计。
无线通信系统的射频前端架构设计主要包括两个方面：一个是数字、模拟信号处理的电路设计，另一个是射频前端接口设计，即天线接口设计。
1.1数字、模拟信号处理电路设计设计数字、模拟信号处理电路的任务是将信号转换为可供AD 转换器数字化的模拟信号，这是整个系统的前半部分。
模拟处理的产物可以是多路输出的基带，频率范围为0-4MHz，或者是IF 信号，频率可以从30MHz到500MHz不等。
然后，这些基带或IF 信号将通过数字信号处理器（DSP）进行数字信号处理，最后通过DAC将处理过的信号转化为模拟信号。
在这整个过程中，还需要实现抗干扰能力强、动态范围宽等等可靠性的处理设计。
1.2射频前端接口设计射频前端接口设计的任务就是进行无线信号接收、发送和处理的接口设计，以及满足系统对外部环境的要求，例如工作温度、干扰等。
射频前端おɸ常会被放置在要求小尺寸、高效率、低成本、高质量和高可靠性的手持终端中。
因此，射频前端的接口设计必须尽可能节省空间、满足性能需求和进行射频信号处理，以进行调整和滤波。
二、射频前端电路设计在射频前端电路的设计中，必须考虑诸多因素。
比如干扰（包括对系统自身和外界环境的干扰问题）问题、高能耗、温度变化、器件噪音、灵敏度等。
这些因素直接影响到射频前端的性能和工作特性。
2.1.抗干扰能力射频前端的主要工作是从天线中接收和发射无线RF信号。
在现代无线电环境中，各种干扰源层出不穷，这对射频前端的设计提出了更高的要求。
射频前端要具有高抗干扰能力，以满足系统的可靠性和稳定性要求。
射频前端芯片产业链结构
射频前端芯片产业链结构射频前端芯片是无线通信系统中的重要组成部分，其作用是将数字信号转换为无线信号并进行放大、滤波等处理，以实现无线通信。
射频前端芯片产业链结构包括芯片设计、制造、封装、测试和应用等环节，下面将对其进行详细介绍。
一、芯片设计芯片设计是射频前端芯片产业链的第一环节，其主要任务是根据无线通信标准和应用需求设计出符合要求的射频前端芯片。
芯片设计需要具备深厚的无线通信技术和电路设计技术，同时还需要掌握EDA软件、模拟仿真工具等相关技术。
芯片设计环节的主要参与者包括芯片设计公司、无线通信系统厂商和芯片代工厂商。
其中，芯片设计公司负责根据市场需求和技术趋势设计出符合要求的射频前端芯片，无线通信系统厂商则负责提供无线通信标准和应用需求，芯片代工厂商则负责提供制造工艺和生产能力。
二、芯片制造芯片制造是射频前端芯片产业链的第二环节，其主要任务是将芯片设计图转化为实际的芯片产品。
芯片制造需要具备精密的制造工艺和设备，同时还需要掌握材料科学、物理学等相关技术。
芯片制造环节的主要参与者包括芯片代工厂商和芯片封装厂商。
其中，芯片代工厂商负责根据芯片设计图进行制造，芯片封装厂商则负责将芯片进行封装，以保护芯片并方便后续的测试和应用。
三、芯片封装芯片封装是射频前端芯片产业链的第三环节，其主要任务是将芯片进行封装，以保护芯片并方便后续的测试和应用。
芯片封装需要具备精密的封装工艺和设备，同时还需要掌握材料科学、物理学等相关技术。
芯片封装环节的主要参与者包括芯片封装厂商和无线通信系统厂商。
其中，芯片封装厂商负责将芯片进行封装，无线通信系统厂商则负责将封装好的芯片进行应用。
四、芯片测试芯片测试是射频前端芯片产业链的第四环节，其主要任务是对芯片进行测试，以确保芯片符合要求。
芯片测试需要具备精密的测试设备和技术，同时还需要掌握电子学、计算机科学等相关技术。
芯片测试环节的主要参与者包括芯片测试公司和无线通信系统厂商。
其中，芯片测试公司负责对芯片进行测试，无线通信系统厂商则负责对测试合格的芯片进行应用。
通信电子中的射频前端设计与优化
通信电子中的射频前端设计与优化射频前端设计与优化是通信电子领域中的重要内容之一。
它涉及到无线通信、雷达、无线电电视等方面的系统设计。
射频前端是处理射频信号的一个重要组成部分。
射频信号是指频率在几百兆赫兹（MHz）或以上的高频电磁波。
射频前端的设计和优化是现代通信电子发展的重心之一。
一、射频前端的基本组成部分射频前端的基本组成部分包括放大器、混频器、滤波器等。
放大器是用来放大信号的部件，可以将信号放大至所需的强度；混频器是用来改变信号频率的部件；滤波器是用来滤除掉非本指标信号的部件。
二、射频前端的优化方法在射频前端的设计中，需要考虑到各种因素，如信噪比、功率、稳定性、特性、带宽等。
设计人员需要通过一系列实验和分析，确定射频前端的具体参数，使其满足实际需求。
在射频前端的优化中，常用的方法有以下几种：1.增加放大器的动态范围，以提高信号的灵敏度和幅度调制的范围。
2.选择合适的滤波器，以克服带宽限制，减少干扰。
3.优化射频隔离度和选择宽带隔离器等频率选择建议，以克服频率舍带限制。
4.选用高品质的射频前端设备和组件，以提高信噪比、稳定性和抗干扰性能。
5.对信号的传输路径进行优化，以减少传输损失并提高信号质量。
三、射频前端在无线通信中的应用射频前端在无线通信中起到了重要的作用。
无线通信的核心就是射频信号传输。
射频前端用来处理射频信号，从而将信号传输到接收端。
在无线通信中，射频前端的质量决定着整个通信系统的性能。
在现代通信中，无线通信技术得到了广泛应用。
从2G到4G，再到5G，无线通信技术的不断发展使得通信变得更加便捷、快速和准确。
而其中的一个重要因素就是射频前端的不断优化。
四、射频前端在智能手机中的应用智能手机是现代人生活中不可或缺的一部分，其内部的结构复杂多样，其中射频前端的应用也非常广泛。
智能手机使用的是无线通信网络，为了传输信号稳定，需要好的射频前端组件和设备。
智能手机中的射频前端组件包括天线、频率合成器、电源管理芯片、放大器、射频开关等。
某户外射频前端的结构设计
某户外射频前端的结构设计1. 绪论1.1 课题背景和研究意义1.2 现有相关技术综述1.3 研究目的和研究方法2. 射频前端设计原理2.1 常用射频传输方式简介2.2 射频前端的功能模块及作用2.3 射频前端设计的基本原则3. 射频前端结构设计3.1 模块化设计思路3.2 射频前端功能模块细节设计3.3 电路板分区设计3.4 线路规划与布局4. 射频前端实现4.1 手工制造过程及工具使用4.2 数字化设计版本制作、电路板的制作流程 4.3 电路板测试调试5. 总结和展望5.1 成果总结和体会5.2 未来发展和应用前景展望5.3 存在问题和改进方案讨论第1章节绪论1.1 课题背景和研究意义随着科技的不断发展和应用的不断深入，无线通信在社会生产和生活中扮演着越来越重要的角色，射频前端是无线通信系统中不可或缺的一个组成部分。
射频前端是指无线通信系统中负责信号的放大、滤波、频率转换、调制解调等信号处理工作的模块。
它是无线通信系统中的核心部分，直接影响系统的灵敏度、带宽、稳定性以及传输距离等因素。
射频前端技术在当前的通信领域中得到了广泛应用，如移动通信、卫星通信、无人驾驶、防盗报警等多个行业。
其中，移动通信领域是射频前端技术的主要应用领域。
无线通信系统中，射频前端负责将低频信号转化为射频信号，在传输信号的过程中需要进行信号的放大增益、滤波、频率转换、解调等处理过程，从而保证信号传输的质量和稳定性。
射频前端的研究课题不仅具有学术研究价值，同时还具有实际应用价值。
射频前端的研究可以促进无线通信系统的发展，提高通讯质量稳定性，实现更快速、安全、稳定的数据传输，推动产业结构优化，提高经济效益。
1.2 现有相关技术综述射频前端技术的研究在过去几十年内已经取得了许多重要进展和成果，形成了许多研究方向和技术路线。
目前，常用的射频前端技术主要包括S参数方法、差分测量方法、隐式方法等。
S参数方法是一种经典的高频电路分析方法，可用于设计和优化射频前端电路模块。
《破局射频前端》之一：射频架构简史和价值量分析
《破局射频前端》之一：射频架构简史和价值量分析前言前作《5G射频前端的挑战和商业机会》，主要演绎了射频前端各种不同半导体工艺和产品类别的故事。
详情请参考iRF射频前端产业观察公众号。
这里我们来梳理下以时间线为轴的射频前端架构和相关价值量的变化。
文章的重点是变化和量化。
本文的拆机图片如无说明，全部来自于。
图片版权归原作者所有。
从2G、3G、4G到5G射频架构为了简单起见，上图忽略了史前时代，分立的GSM PA的架构，同时在2014年4G初期的MMMBPA+ASM架构也做了省略。
实例分析这款三星3G手机，采用高通骁龙MSM8260/8660处理器，发布于2012年。
上图介绍说明支持LTE，应该是笔误。
同款处理器，应该也被雷布斯的初代小米采用。
红色框内，为射频前端部分。
看器件标识，应该是采用了Triquint的放大器，另外几个黑色小方块，是双工滤波器。
我们来看另外一个更经典的设计，来自Nokia。
这部诺基亚N8 3G手机发布于2010年，是当年街头最靓的仔。
图中蓝色和紫色部分，就是所有的射频前端了。
非常简洁。
补充说明一下：Renesas的放大器原先是来自Hitachi Metal,后面Renesas这个部分被村田收购。
EPCOS后面被TDK收购，合并到RF360 holding后，目前并入高通。
Triquint和RFMD在2015年合并成为目前的Qorvo。
上图为4G手机Samsung S7的设计架构。
其中射频部分，在图中进行了文字说明。
我在iFixit的网站上，没有找过国内品牌4G手机拆解图。
上图手机大量使用了模组化设计。
这个是苹果和三星旗舰机典型的架构设计。
其实在中国广袤的市场中，分立方案才是占绝对主流，除了华为的旗舰。
其实在中国广袤的市场中，分立方案才是占绝对主流，除了华为的旗舰。
其实在中国广袤的市场中，分立方案才是占绝对主流，除了华为的旗舰。
重要的话，说三遍。
那么中国市场模组化的春天，为什么突然降临了？5G：模组化的春天、夏天和秋天？射频架构中高端5G手机射频架构中低端5G手机射频架构实例分析5G中高端射频架构赏析5G中低端架构赏析（图片来自ewisetech）价值量分析单机价值量趋势相同制式手机的射频单机价值量，在逐年降低。
5G时代终端射频前端发展趋势
射频前端——手机通信重要模块1、射频前端基本架构与运作原理手机终端的通信模块主要分为天线、射频前端模块、射频收发模块、基带信号处理。
射频前端是移动智能终端产品的核心组成部分，它是模拟电路中应用于高频领域的一个重要分支。
按照设备中产品形态分类，射频器件可分为分立器件和射频前端模组。
分立器件即功放、滤波器、天线开关等各个独立器件；射频前端模组则是将器件集成在一起，随着通信技术的进步，集成化和小型化技术趋势已使射频前端模组倍受推崇。
射频前端介于天线与射频收发之间，可以分为接收通道和发射通道，元件主要包括滤波器(Filters)、低噪声放大器(LNA, LOW NOiSe Amplifier),功率放大器(PA, PowerAmpl辻ier)、射频开关(RF SWitCh)S天线调谐开关(RF Antenna SWitCh)＞双工器。
从线路看信号传输：其接收通道：信号一天线一天线开关一滤波器/双工器一LNA—射频开关一射频收发一基带；其发射通道：基带一射频收发一射频开关一PA—滤波器/双工器一天线开关—天线一信号。
天线用于无线电波的收发；射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换；LNA用于实现接收通道的射频信号放大；PA用于实现发射通道的射频信号放大；滤波器用于保留特定频段内的信号，而将特定频段外的信号滤除；双工器用于将发射和接收信号的隔离，保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正常工作。
WeirtILiafAJI⅛ftttt⅛i5⅞βm表格仁射频器件功能天线用于无线电波的收发射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换LNA 用于实现接收通道的射频信号放大PA 用于实現发射通道的射频信号放大滤波器用于保留特定频段内的信号，而将特定频段外的信号滤除用于将发射和接收信号的隔离，保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正双工器常工作1. 1天线与射频开关天线用于无线电波的收发，连接射频前端，是接收通道的起点与发射通道的终点。
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超外差式接收机存在的主要问题
半中频问题：Half IF
产品实例
提供I、Q输出的超外差接收机
第二级变频器采用正交下变频结构 基带处理电路可以采用复杂的调制、解调方案
提要
接收机射频前端的系统结构
超外差式接收机 镜像抑制接收机 零中频接收机 低中频接收机 其它接收机结构
提要
接收机射频前端的系统结构
超外差式接收机 镜像抑制接收机 零中频接收机 低中频接收机 其它接收机结构
发射机射频前端的系统结构
低中频接收机的工作原理
仅具有正频率成分的复本地振荡信号来将 射频信号转换到一个较低的中频
频域转换示意图
低频处理模块要能抑制位于正频率处的镜像信号
发射机射频前端的系统结构
零中频接收机
有用信号被直接下变频到基带
镜像信号是有用信号本身，可以减轻对镜像信 号的要求 没有完全消除镜像信号问题：上下边带重叠
正交下变频
零中频接收机的系统结构
频域转换示意图
理想情况下，零中频接收机没有镜像抑制问题，不需要难 以集成电路的滤波器 下变频后工作频率很低，简化了后面电路模块 集成度高、功耗低灵活性（可配置射频前端） 射频带通滤波器滤除带外高频信号
存在的问题：I、Q支路不匹配
相位和幅度不匹配，镜像抑制性能下降
镜像信号是有用信号本身，镜像抑制率：>25dB 不匹配随时间的变化很缓慢：采用数字电路或模 拟电路对I、Q支路进行校准
存在的问题：直流失调
下变频器及后面各模块引入的直流失调成 分将直接叠加在有用信号上，对有用信号 造成干扰 这些直流失调成分的能量可能比有用信号 强很多，会淹没有用信号，并使得后面的 各级处理模块出现饱和 直流失调是阻碍零中频接收机广泛应用的 一个主要因素
锁相环为基础的发射机结构
实现实例
ISSCC’2011, Fully Digital Multimode Polar Transmitter Employing 17b RF DAC in 3G Mode, pp.376-677, from Infineon
锁相环为基础的发射机结构
PLL must be fast enough to follow the modulation, but also slow enough to suppress the high-frequency phase noise. A trade-off The reference frequency is constant
偶数阶谐波
系统的传输特性
偶数阶交调
输入信号
存在的问题：直流失调（续）
二阶非线性：
低噪声放大器的二阶非线性造成的直流失调通过寄生 电容耦合或者衬底耦合泄漏到基带 下变频器的二阶非线性造成的直流失调则直接叠加到 基带信号上，下变频器的二阶非线性所造成的影响更 大 射频模块非线性所产生的谐波与本地振荡信号所产生 的谐波在下变频器中混频后，也会产生直流失调，但 由于谐波的频率越高，能量就越弱，一般可忽略这些 谐波所造成的直流失调的影响 二阶交调所产生的低频项可能与有用基带信号的频率 相同，而且也会随时间变化，一般的消除直流失调的 方法并不能消除这些低频项的影响
清华大学微电子学研究所
Mar. 05, 2014
射频前端系统结构
池保勇 清华大学微电子学研究所设计室
参考书：池保勇等编，《CMOS射频集成电路分析 与设计》， §7
提要
接收机射频前端的系统结构
超外差式接收机 镜像抑制接收机 零中频接收机 低中频接收机 其它接收机结构
发射机射频前端接收机是应用最广泛的一种系统 结构，它的基本原理是将从天线接收到的 高频信号经放大和下变频后转换为一固定 的中频信号，然后进行进一步下变频或者 直接进行解调
复信号概念
复信号由两个实信号组成，这两个实信号可能是 相关的，也可能不相关
x(t ) xi (t ) jxr (t )
对于模拟电路中常用的正弦型信号
前者在频域表示了一个正频率成分，而后者则表 示了一个负频率成分。而我们常见的正弦型信号 ，则既含有正频率成分，也含有负频率成分
超外差式接收机的频域转换图
超外差式接收机存在的主要问题
镜像抑制问题
镜像信号与本地振荡信号混频后所产生的信号经中频滤波 后，也位于中频频率fIF 处。该信号叠加在有用中频信号上
低中频接收机实例
ISSCC’2010, 23mW Fully Integrated GPS Receiver with Robust Rejection, pp.68-69
提要
接收机射频前端的系统结构
超外差式接收机 镜像抑制接收机 零中频接收机 低中频接收机 其它接收机结构
发射机射频前端的系统结构
直流失调消除电路（2）
消除直流失调的措施（续）
利用成熟的数字信号处理技术来确定直流失调的大小，并将 结果反馈回模拟前端来消除直流失调
TDMA系统中，接收机在某些时隙中处于空闲转态，利用空 闲时隙对直流失调进行采样并存储，在接收机工作时，将接 收到的基带信号和存储的直流失调信号相减，消除直流失调
中频处理模块（续）
先将中频信号转换到数字域，然后在数字部分将它和 仅具有正频率成分的振荡信号混频，经低通滤波后， 得到所需要的基带信号
镜像抑制是在数字域进行的，可以准确控制实现精度 模数变换器之前仅有一抗混叠低通滤波器，对镜像信号和 带外信号仅有少量抑制，模数变换器必须具有很宽的动态 范围，会增加模数变换器的实现难度
JSSC, 1997, pp.2048-2060
总结
接收机射频前端的系统结构
超外差式接收机 镜像抑制接收机 零中频接收机 低中频接收机 其它接收机结构
发射机射频前端的系统结构
将镜像抑制问题由射频转移到比较低的中频，缓解了实 现压力高集成度 下变频后的信号不位于基带，避免了直流失调问题
射频部分镜像抑制性能受限因素
本振信号I、Q支路的幅度和相位不匹配 射频信号I、Q支路的幅度和相位不匹配
射频部分镜像抑制性能受限 －－解决方案
I、Q支路不匹配自动在片校准
发射机射频前端的系统结构
镜像抑制接收机
镜像抑制接收机：Weaver结构
正交Weaver接收机
镜像抑制接收机的镜像抑制率
两个支路的幅度不匹配与相位不匹配
I、Q支路不匹配校准
提要
接收机射频前端的系统结构
超外差式接收机 镜像抑制接收机 零中频接收机 低中频接收机 其它接收机结构
超外差式接收机存在的主要问题
中频频率选择： 为了减轻对镜像抑制滤波器的 要求，可以将固定中频频率提 高，以加大镜像信号与有用信 号之间的频率间隔，减缓对滤 波器抑制率的要求 中频频率提高后，后续处理模 块（如模数变换器）的工作频 率就提高了，后续模块的设计 将变得比较困难 可以通过增加一级或者多级下 变频器将信号的频率进一步降 低（多级超外差式接收机）， 但这会增加电路规模和片外元 件数目，提高系统成本
，直接对有用中频信号造成干扰，并且不可被清除
镜像信号的能量大小是不可预知的，在比较差的接收环境 中，镜像信号的能量可能比有用信号的能量高几十分贝 下变频前抑制镜像信号 镜像抑制滤波器 带通滤波器，通带中心频率与有用信号频率相同，而镜 像频率位于阻带范围内，阻带衰减率就是对镜像信号的 抑制率 在恶劣接收环境中镜像信号的抑制率要达到60-70dB 高的品质因子（50甚至更高）、很高的阶数（甚至到6 阶），而且其中心频率还应是可调的难以集成
存在的问题：直流失调（续）
原因之一：本地振荡信号泄漏
本振信号通路与射频信号通路之间可以通过寄 生电容或者衬底等方式耦合 本振泄漏到天线中并通过天线辐射返回
存在的问题：直流失调（续）
原因之二：射频信号到本地振荡信号通路的 泄漏
存在的问题：直流失调（续）
原因之三：接收机射频前端的偶数阶非线性
超宽带接收机
超宽带：（瞬时带宽大于中心频率的20%或 者大于500MHz）
超宽带接收机：脉冲型
超宽带信号由受信息调制的短周期脉冲组成
超宽带接收机：多带型（MB-OFDM)
跳频来扩展频谱
提要
接收机射频前端的系统结构
超外差式接收机 镜像抑制接收机 零中频接收机 低中频接收机 其它接收机结构
发射机射频前端的系统结构
超外差式发射机
超外差式发射机
集成度受到 镜像抑制滤 波器的影响
不干扰其它 信道的信号
直接上变频发射机
I、Q支路不匹配导致有限的镜像抑制率 本地振荡信号对射频信号的干扰以及频率牵引效应
加大提供本地振荡信号的锁相环的环路带宽，使锁相环对外来干扰 具有很好的抑制作用 采用与载波频率不同的本地振荡信号频率，通过倍频或者分频得到 与载波频率相同的本振
射频部分镜像抑制性能受限 －－解决方案（续）
射频带通滤波 器来抑制镜像 信号
射频部分镜像抑制性能受限 －－解决方案（续）
无源多相滤波 器来抑制镜像 信号
中频处理模块
复带通滤波器来抑制位于正频率处的镜像信号
复带通滤波器能抑制镜像信号和带外的其它信号 ，降低了对模数变换器动态范围的要求，使得模 数变换器很容易实现 复带通滤波器采用模拟电路实现，实现精度不能 准确控制，电路性能会受到一定程度的影响
超外差式接收机存在的主要问题
相邻信道干扰问题
中频信道选择滤波器
信道之间的频率间隔小 滤波器的转换带窄 高的品质因子（50） 大的阶数（8或者10） 难以集成
超外差式接收机存在的主要问题
缺点综述：
需要多个外接的高性能滤波器 采用外接滤波器，不仅降低了集成度，提高了 产品成本，而且由于采用外接元件，使整个系 统的稳定性大大降低 驱动这些外部低阻抗的元件需要消耗很大的功 耗，工作频率越高，功耗越大 外接元件和集成芯片之间的隔离也是一个大的 问题