射频前端基本架构及工作原理解析
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声学滤波器分类（按工艺材料）
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Biblioteka Baidu求
生长工艺较成熟、较 好的电子迁移率，带 隙等材料特性 资源稀缺，有毒性， 污染环境
第三代 半导体
示意图
特性 适用频段
高稳定性；较高Q值（Q>1000）； 插入损耗较低（2~4dB）
10MHZ-3GHz
高稳定性；高Q值（Q>2000）； 插入损耗较低（0.8~1.5dB），耐高功率
1.5GHz-6GHz，最高达10GHz以上
制作原材料 &基本流程
制作原材料在钽酸锂( LiTaO3)或铌酸锂( LiNbO3)单晶 在硅晶圆(6寸晶圆为主)加工设计；利用PVD或CVD设备
01 射频前端的基本架构
射频系统工作原理以及前端结构图 滤波器/双工器 功率放大器PA 低噪声放大器 射频开关和调谐器tuner
1
1、射频系统的整体架构
无线通信系统中，一般包含有天线、射频前端、射频收发模块以及基带信号处理器四个部分。随 着5G时代的，天线以及射频前端的需求量及价值均快速上升，射频前端是将数字信号向无线射 频信号转化的基础部件，也是无线通信系统的核心组件。
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。
无线通信系统结构示意图
3
1.1、滤波器Filter：选通特定频率， 过滤干扰信号
滤波器（Filter），是射频前端中最重要的分立器件，使信号中特定频率成分通过而极大衰减其他频率 成分，从而提高信号的抗干扰性及信噪比。目前在手机射频市场中主要采用声学滤波技术。
根据制造工艺的不同，市面上的声学滤波器可分为声表面波滤波器（Surface Acoustic Wave，SAW）和 体声波滤波器（Bulk Acoustic Wave，BAW）两大类。其中SAW滤波器制作工艺简单，性价比高，主要 应用于GHz以下的低频滤波，而BAW滤波器插损低，性能优秀，可以适用于高频滤波，但工艺复杂，价 格较高。
由于工艺复杂度、技术以及成本的限制，目前通信标准下更多射频前端采用SAW滤波器。但随着5G渗透 率的提升，BAW滤波器优异的性能和对高频的支持将使其成为手机射频前端的主流器件。
三类常用滤波器（LTCC、SAW、BAW）的工作频率范围
6
1.2、双工器/多工器： 发射/接收信号的隔离
双工器（Diplexer），又称天线共用器，由两组不同频率的带阻滤波器组成。利用高通、低通或带通滤 波器的分频功能，使得同一天线或传输线可对两条信号路径进行使用，从而实现同一天线对两种多种不 同频率信号的接收和发送。
BAW-SMR
固体装配型体声滤波 器——良好的滤波效 果，导热能力效果比 FBAR做
FBAR
薄膜体声波滤波器— —优秀的滤波效果， 导热能力比BAWSMR稍弱
4
1.1、滤波器：SAW/BAW对比
SAW滤波器
原理
声波沿着固体表面传播， IDT交叉换能器将声信号转化为电信号输出
BAW滤波器
原理与SAW滤波器相似， 但声波在BAW滤波器腔体内以垂直方向传播
劣势
热稳定性较差，工作频率超过1.5GHz，Q值下降
价格高，工艺复杂，成品率较低
主要厂商
海外：Murata、TDK、 Taiyo Yuden 中国：麦捷科技、德清华莹、好达电子
海外：Broadcom、 Qorvo 中国：天津诺思、中电26所、开元通信
5
1.1、滤波器Filter： 5G时代，BAW将成为主流
无线通信系统结构示意图
2
1、射频系统的整体架构
按照功能，可将射频前端分为发射端Tx以及接收端Rx。 按照器件不同，射频前端可分为功率放大器PA（发射端射频信号放大）、滤波器filter（发射、接受端 信号滤波）、低噪声放大器LNA（接收端信号放大，降低噪声）、开关switch（不同通道切换）、双工 器duplexer（信号选择，实现滤波匹配）、调谐器tuner（天线信号通道阻抗匹配）等。
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
三代半导体材料的特性对比
第一代 半导体
-硅Si -锗Ge
主要应用： 集成电路、部分 功率分立器件 （中低压，中低 频等，硅基IGBT 可应用在高压领 域）
制备工艺成熟、 成本低廉、自然 界储备量大，应 用广泛
第二代 半导体
-砷化镓 GaAs -磷化铟 InP
主要应用： 微电子和光电子领 域、微波功率器件、 低噪声器件、发光二 级管、激光器、光探 测器等
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。
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Biblioteka Baidu求
生长工艺较成熟、较 好的电子迁移率，带 隙等材料特性 资源稀缺，有毒性， 污染环境
第三代 半导体
示意图
特性 适用频段
高稳定性；较高Q值（Q>1000）； 插入损耗较低（2~4dB）
10MHZ-3GHz
高稳定性；高Q值（Q>2000）； 插入损耗较低（0.8~1.5dB），耐高功率
1.5GHz-6GHz，最高达10GHz以上
制作原材料 &基本流程
制作原材料在钽酸锂( LiTaO3)或铌酸锂( LiNbO3)单晶 在硅晶圆(6寸晶圆为主)加工设计；利用PVD或CVD设备
01 射频前端的基本架构
射频系统工作原理以及前端结构图 滤波器/双工器 功率放大器PA 低噪声放大器 射频开关和调谐器tuner
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1、射频系统的整体架构
无线通信系统中，一般包含有天线、射频前端、射频收发模块以及基带信号处理器四个部分。随 着5G时代的，天线以及射频前端的需求量及价值均快速上升，射频前端是将数字信号向无线射 频信号转化的基础部件，也是无线通信系统的核心组件。
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
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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。
无线通信系统结构示意图
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1.1、滤波器Filter：选通特定频率， 过滤干扰信号
滤波器（Filter），是射频前端中最重要的分立器件，使信号中特定频率成分通过而极大衰减其他频率 成分，从而提高信号的抗干扰性及信噪比。目前在手机射频市场中主要采用声学滤波技术。
根据制造工艺的不同，市面上的声学滤波器可分为声表面波滤波器（Surface Acoustic Wave，SAW）和 体声波滤波器（Bulk Acoustic Wave，BAW）两大类。其中SAW滤波器制作工艺简单，性价比高，主要 应用于GHz以下的低频滤波，而BAW滤波器插损低，性能优秀，可以适用于高频滤波，但工艺复杂，价 格较高。
由于工艺复杂度、技术以及成本的限制，目前通信标准下更多射频前端采用SAW滤波器。但随着5G渗透 率的提升，BAW滤波器优异的性能和对高频的支持将使其成为手机射频前端的主流器件。
三类常用滤波器（LTCC、SAW、BAW）的工作频率范围
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1.2、双工器/多工器： 发射/接收信号的隔离
双工器（Diplexer），又称天线共用器，由两组不同频率的带阻滤波器组成。利用高通、低通或带通滤 波器的分频功能，使得同一天线或传输线可对两条信号路径进行使用，从而实现同一天线对两种多种不 同频率信号的接收和发送。
BAW-SMR
固体装配型体声滤波 器——良好的滤波效 果，导热能力效果比 FBAR做
FBAR
薄膜体声波滤波器— —优秀的滤波效果， 导热能力比BAWSMR稍弱
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1.1、滤波器：SAW/BAW对比
SAW滤波器
原理
声波沿着固体表面传播， IDT交叉换能器将声信号转化为电信号输出
BAW滤波器
原理与SAW滤波器相似， 但声波在BAW滤波器腔体内以垂直方向传播
劣势
热稳定性较差，工作频率超过1.5GHz，Q值下降
价格高，工艺复杂，成品率较低
主要厂商
海外：Murata、TDK、 Taiyo Yuden 中国：麦捷科技、德清华莹、好达电子
海外：Broadcom、 Qorvo 中国：天津诺思、中电26所、开元通信
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1.1、滤波器Filter： 5G时代，BAW将成为主流
无线通信系统结构示意图
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1、射频系统的整体架构
按照功能，可将射频前端分为发射端Tx以及接收端Rx。 按照器件不同，射频前端可分为功率放大器PA（发射端射频信号放大）、滤波器filter（发射、接受端 信号滤波）、低噪声放大器LNA（接收端信号放大，降低噪声）、开关switch（不同通道切换）、双工 器duplexer（信号选择，实现滤波匹配）、调谐器tuner（天线信号通道阻抗匹配）等。
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
三代半导体材料的特性对比
第一代 半导体
-硅Si -锗Ge
主要应用： 集成电路、部分 功率分立器件 （中低压，中低 频等，硅基IGBT 可应用在高压领 域）
制备工艺成熟、 成本低廉、自然 界储备量大，应 用广泛
第二代 半导体
-砷化镓 GaAs -磷化铟 InP
主要应用： 微电子和光电子领 域、微波功率器件、 低噪声器件、发光二 级管、激光器、光探 测器等
双工器的内部结构
双工器的外部引线
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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。