隨著 5G 時代的到來，5G 通信已經成了人們非常關注和在乎的話題，然而，過去人們對手機的關注，往往集中在 CPU、GPU、基帶、屏幕、攝像頭上。近幾年，隨著 5G 技術的出現，也隨著國產射頻芯片的崛起，5G 射頻芯片逐漸進入大眾視野，我們知道，手機之所以能夠和基站進行通信，靠的就是互相收發無線電磁波。手機里專門負責收發無線電磁波的一系列電路、芯片、元器件等，被統稱為射頻芯片（RFIC）。射頻和基帶，是手機實現通信功能的基石。

那么為什么說射頻芯片對 5G 通信起著至關重要的作用呢？

5G 相比 4G，在性能指標上有了大幅的提升，5G 的 eMBB（增強型移動寬帶）場景，將手機速率提升至千兆級甚至萬兆級，是早期 LTE 速率（100Mbps）的近 100 倍。但在傳輸速度實現飛躍的同時，2G/3G/4G，加上 5G，加上 MIMO（多天線技術），加上雙卡雙待，手機的天線數量和支持頻段翻倍增加。4G 早期只有不到 20 個頻段組合。相比之下，5G 有超過 10000 個頻段組合，復雜性堪稱恐怖。同時又因為 5G 手機的厚度和重量不能增加，功耗不能增加，因此，射頻芯片在 5G 通信起著舉足輕重的作用。

射頻前端核心組件

濾波器

濾波器可以說是射頻前端的核心組件，是制造 5G 射頻芯片的關鍵，目前射頻濾波器最主流的實現方式是 SAW 和 BAW。SAW 是聲表面濾波器，是一種利用壓電效應和聲表面波傳播的物理特性而制成的濾波專用器件，具有頻率選擇性優良（可選頻率范圍 10MHz~3GHz）、輸入輸出阻抗誤差小、傳輸損耗小、抗電磁干擾性能好等特點。BAW 濾波器不同于 SAW 濾波器，BAW 濾波器內的聲波垂直傳播，貼嵌于石英基板頂、底兩側的金屬對聲波實施激勵，使聲波從頂部表面反彈至底部，以形成駐聲波。然而，濾波器的核心技術主要掌握在美國的手中，在全球市場方面，也是美國公司主導，SAW 濾波器的主要供應商是 TDK-EPCOS 及 Murata，兩者合計占有 60-70% 市場份額；BAW 濾波器的主要供應商是 Broadcom 及 Qorvo，兩者占有 90% 以上市場份額。這無疑給我國實現全自主制造射頻芯片增加了不少難度。

功率放大器（PA）

射頻功率放大器（PA）又經常被稱為是射頻器件皇冠上的明珠，其重要性不言而喻。PA 作為射頻前端發射通路的主要器件，主要是為了將調制振蕩電路所產生的小功率的射頻信號放大，以獲得足夠大的射頻輸出功率。當 PA 應用于手機時，它直接決定了手機無線通信的距離、信號質量，甚至待機時間，是整個射頻系統中除基帶外最重要的部分。然而，放眼全球市場，PA 市場的領軍人物依舊是 Skyworks，Broadcom，Qorvo，Murata。但是隨著 5G 時代的到來，對射頻 PA 的需求也會大大增加，這對國產射頻 PA 來說，既是機遇，也是挑戰。

射頻開關

射頻開關的作用是將多路射頻信號中的任一路或幾路通過控制邏輯連通，以實現不同信號路徑的切換，包括接收與發射的切換、不同頻段間的切換等。射頻開關在前端模塊中，雖然沒有濾波器和 PA 那么重要，但是對于射頻芯片來說也不可或缺的組成部分。不同于濾波器和 PA 的全球市場，2022 年全球射頻開關市場規模為 225.58 億元（人民幣），同年，國內射頻開關市場容量為 60.14 億元，占全球射頻開關市場的 26.66%，隨著 5G 通信的發展，我國射頻開關在全球市場占比仍有望提升。

圖：射頻前端結構圖

全球 5G 芯片市場現狀及前景分析

美國是全球較早推出 5G 服務的國家，目前，美國運營商們已經開始關注使用低頻頻譜以及 DSS（動態頻譜共享）來加速進行 5G 網絡的全國覆蓋。由于美國先進的射頻芯片制造技術，博通（Broadcom）和迅威（Qorvo）BAW 濾波器在全球市場占據的巨大份額，加之美國在高端射頻前端模組（如 L-PAMiD）的研究和制造領先全球，目前全球的 L-PAMiD 只有美國的思佳訊 (Skyworks) 和迅威 (Qorvo) 作為主力供應，所以在未來幾年內，美國應該會繼續占據全球 5G 商用芯片市場的主導地位。

與美國不同，歐洲整體 5G 進度相對滯后，5G 覆蓋人口目前仍然不足 10%，Vodafone 首席執行官 NickRead 在 2022 世界移動通信大會上表示，歐洲地區在未來的十年內，很難實現 5G 全地區覆蓋的目標，但是隨著歐洲運營商逐漸從疫情的影響中走出，未來歐洲運營商 90% 左右投資都將投向 5G，情況可能有所改善。據 GSMA 數據，2020 到 2025 年歐洲移動運營商將投資 1450 億歐元，其中 90% 左右將投資在 5G，所以未來幾年內，歐洲 5G 芯片在全球市場所占比重可能會有所增加。

近年來我國一直在大力支持 5G 毫米波相關產業的發展。工信部印發的《5G 應用「揚帆」行動計劃（2021-2023 年）》，明確提出未來三年我國 5G 發展的目標，今年更是該計劃的收官之年。在該計劃中關于毫米波的相關規劃包括：適時發布 5G 毫米波頻率規劃，探索 5G 毫米波頻率使用許可實行招標制度，加快輕量化 5G 芯片模組和毫米波器件的研發及產業化等。在商用需求的驅動下，我國 5G 芯片市場需求持續旺盛。第一代 5G 商用芯片就采用了當時最先進的 7nm 工藝，很快，5G 手機規模商用芯片的工藝已從 7nm 快速提升至 4nm。從 2022 年開始，各大品牌旗艦機型開始搭載 4nm 芯片，2022 年 1-5 月國內采用 4nm 芯片的手機市場份額約為 8%，采用 7nm 及更先進工藝芯片的 5G 手機市場占比已高達 97%。芯片的工藝升級還未止步。

正如之前提到的，對 5G 芯片需求量增加是因為 5G 手機支持更多頻段，有更多的射頻通道和天線，使得射頻芯片數量翻倍甚至四倍于 4G 時代，同時，由于 5G 時代更高的峰值速率和更低的處理時延，催生出更多元的技術融合與應用服務，所以 5G 時代需要的不僅僅是射頻芯片，對存儲類芯片和處理器芯片的需求也大量增加了。

國內 5G 射頻芯片最新進展

射頻芯片對 5G 通信起著至關重要的作用，但是國產射頻芯片的研發一直是我國一項「卡脖子」的技術，5G 射頻芯片真正實現商用也一直是我國希望盡早實現的目標，筆者總結了國內科研、企業、產品的先進進展，讓我們一起了解一下。

國內射頻前端科研進展

我們知道，表面聲波（SAW）或體聲波（BAW）濾波器都是基于壓電材料能夠在電場的作用下產生形變的特性而制成的，而互補金屬氧化物半導體（CMOS）工藝兼容的氮化鋁（AlN）壓電材料沉積技術是未來濾波器的一個重要發展方向，在此基礎上，武漢光電國家研究中心孫軍強課題組（華中科技大學）在非壓電的絕緣體上硅平臺上沉積一層壓電性能優異的鋁鈧氮（AlScN）壓電薄膜，通過在壓電薄膜上設計叉指換能器實現表面聲波的激勵，進而實現了在硅波導中的聲光調制，可應用于窄帶的微波光子濾波和寬光譜的聲光調制，具有廣闊的應用前景。基于射頻濾波器的壓電半導體材料需具有高本征電阻率（較寬的禁帶寬度）和高壓電系數這一特性，中山大學王鋼課題組采用 MOCVD 方法，生長出具有高壓電系數的寬禁帶氧化鎵（?-Ga2O3）半導體薄膜，并基于此制備了聲表面波壓電諧振器, 首次實現了基于氧化鎵薄膜的 SAW 射頻諧振器，器件在 1-3GHz 范圍內存在顯著的壓電諧振，進一步驗證了氧化鎵薄膜材料在 5G 射頻波段的應用潛力。這些研究都對今后國產射頻濾波器的發展也有著積極的影響。

圖：基于?-Ga2O3 薄膜的 SAW 射頻諧振器工作特性

國產射頻芯片產品

200MHz 寬帶射頻收發器芯片 B20 是我國首顆 100% 自研發高端 5G 射頻芯片，可廣泛應用于 5G 基站、工業互聯網、車聯網、天線以及衛星互聯網通信等諸多領域。B20 性能參數與國際同類產品相當，可有效覆蓋 75MHz-6GHz 頻段，支持 2T2R，接收通道最大 200MHz 帶寬，發送通道最大 450MHz 帶寬，可以完全替代進口產品。GC080X 系列 SDR 射頻收發機芯片于 2022 年 11 月推出，集成了 12bit 的模數轉換器 ADC 和 12bit 的數模轉換器 DAC，內置可編程模擬濾波器，采用直接變頻架構，具有超低功耗、高調制精度、低噪聲的優越性能，可廣泛應用于現代化數字無線通信系統。

國產射頻芯片企業情況

作為國內射頻的龍頭，卓勝微已初步實現射頻前端產品全覆蓋，目前，卓勝微正持續發力濾波器、PA 和模組等更高難度的射頻前端產品，強化供應鏈把控能力，向國際射頻廠商第一梯隊邁進。SAW 濾波器方面，目前卓勝微、德清華瑩、好達電子、麥捷科技等廠商已實現突破，其中麥捷科技與中電 26 所生產的 SAW 濾波器已進入華為、TCL 等手機供應鏈，好達電子的 SAW 濾波器已進入中興、魅族等手機供應鏈。BAW 濾波器方面，能自主研發 BAW 濾波器的企業還是相對較少，僅有天津諾思、漢天下等公司。封測是國產射頻芯片中規模最大的領域之一，國產射頻芯片的封測廠商主要有：長電科技、華天科技等。目前，射頻基板已完全實現國產化，主要的基板廠有：越亞半導體、深南電路等。值得一提的是，越亞半導體是全球首家利用「銅柱增層法」實現「無芯」封裝基板量產的企業，同時在全球手機射頻芯片封裝基板市場占有率穩居前三。

綜合這些角度分析，筆者認為我國 5G 芯片產業有望在未來幾年迎來爆發，我國 5G 芯片在全球市場占比份額及國際市場競爭力也有望提升，總之，5G 射頻芯片對實現 5G 覆蓋起著至關重要的作用，隨著 5G 時代的到來，市場對高性能 5G 芯片的大量需求一定是未來幾年的發展趨勢。