5G时代助力射频功率放大年夜器（PA）家当链大年夜放异彩_射频_基站

射频功率放大器（PA）作为射频前端发射通路的紧张器件，紧张是为了将调制振荡电路所产生的小功率的射频旗子暗记放大，得到足够大的射频输出功率，才能馈送到天线上辐射出去，常日用于实现发射通道的射频旗子暗记放大。

手机射频前端：一旦连上移动网络，任何一台智好手机都能轻松刷朋友圈、看高清视频、下载图片、在线购物，这完备是射频前端进化的功劳，手机每一个网络制式（2G/3G/4G/WiFi/GPS），都须要自己的射频前端模块，充当手机与外界通话的桥梁—手机功能越多，它的代价越大。

射频前端模块是移动终端通信系统的核心组件，对它的理解可以从两方面考虑：一是必要性，它是连接通信收发器（transceiver）和天线的必经之路；二是主要性，它的性能直接决定了移动终端可以支持的通信模式，以及吸收旗子暗记强度、通话稳定性、发射功率等主要性能指标，直接影响终端用户体验。

射频前端芯片包括功率放大器（PA），天线开关（Switch）、滤波器（Filter）、双工器（Duplexer 和 Diplexer）和低噪声放大器（LNA）等，在多模／多频终端中发挥着核心浸染。

射频前端家傍边最大的市场为滤波器，将从 2017 年的 80 亿美元增长到2023 年 225 亿美元，复合年增长率高达 19%。
该增长紧张来自于 BAW 滤波器的渗透率显著增加，范例运用如 5G NR 定义的超高频段和 WiFi 分集天线共享。

功率放大器市场增长相对稳健，复合年增长率为 7%，将从 2017 年的 50亿美元增长到 2023 年的 70 亿美元。
高端 LTE 功率放大器市场的增长，尤其是高频和超高频，将填补 2G/3G 市场的萎缩。

2. 5G推动手机射频 PA 量价齐升

射频前端与智能终端一同进化，4G 时期，智好手机一样平常采纳 1 发射 2 吸收架构。
由于 5G 新增了频段（n41 2.6GHz，n77 3.5GHz 和 n79 4.8GHz），因此 5G 手机的射频前端将有新的变革，同时考虑到 5G 手机将连续兼容4G、3G 、2G 标准，因此 5G 手机射频前端将非常繁芜。

预测 5G 时期，智好手机将采取 2 发射 4 吸收方案。

无论是在基站端还是设备终端，5G 给供应商带来的寻衅都首先表示在射频方面，由于这是设备“上”网的关键出入口，即将到来的 5G 手机将会面临多方面的寻衅：

其他如 n77/n78/n79 等新频段的引入，也会对射频前端形态产生影响，推动前端模组改变，知足新频段和新调谐办法等的哀求。

5G 手机功率放大器（PA）用量翻倍增长：PA 是一部手机最关键的器件之一，它直接决定了手机无线通信的间隔、旗子暗记质量，乃至待机韶光，是全体射频系统中除基带外最主要的部分。
手机里面 PA 的数量随着 2G、3G、4G、5G 逐渐增加。
以 PA 模组为例，4G 多模多频手机所需的 PA 芯片为5-7 颗，预测 5G 手机内的 PA 芯片将达到 16 颗之多。

5G 手机功率放大器（PA）单机代价量有望达到 7.5 美元：同时，PA 的单价也有显著提高，2G 手机用 PA 均匀单价为 0.3 美金，3G 手机用 PA 上升到 1.25 美金，而全模 4G 手机 PA 的花费则高达 3.25 美金，估量 5G 手机PA 代价量达到 7.5 美元以上。

5G 时期，GaAs 材料适用于移动终端。
GaAs 材料的电子迁移率是 Si 的 6倍，具有直接带隙，故其器件相对 Si 器件具有高频、高速的性能，被公认为是很得当的通信用半导体材料。
在手机无线通信运用中，目前射频功率放大器绝大部分采取 GaAs 材料。
在 GSM 通信中，海内的锐迪科和汉天下等芯片设计企业曾凭借 RF CMOS 制程的高集成度和低本钱的上风，冲破了采取国际龙头厂商采取传统的 GaAs 制程完备主导射频功放的格局。

但是到了 4G 时期，由于 Si 材料存在高频损耗、噪声大和低输出功率密度等缺陷，RF CMOS 已经不能知足哀求，手机射频功放重新回到 GaAs 制程完备主导的时期。
与射频功放器件依赖于 GaAs 材料不同，90%的射频开关已经从传统的 GaAs 工艺转向了 SOI（Silicon on insulator）工艺，射频收发机大多数也已采取 RF CMOS 制程，从而知足不断提高的集成度需求。

5G 时期，GaN 材料适用于基站端。
在宏基站运用中，GaN 材料凭借高频、高输出功率的上风，正在逐渐取代 Si LDMOS；在微基站中，未来一段韶光内仍旧以 GaAs PA 件为主，因其目前具备经市场验证的可靠性和高性价比的上风，但随着器件本钱的降落和技能的提高，GaN PA 有望在微基站运用在分得一杯羹；在移动终端中，因高本钱和高供电电压，GaN PA 短期内也无法撼动 GaAs PA 的统治地位。

1. 5G基站，射频 PA 需求大幅增长

5G 基站 PA数量有望增长16倍。
4G 基站采取 4T4R 方案，按照三个扇区，对应的 PA 需求量为 12 个，5G 基站，估量 64T64R 将成为主流方案，对应的 PA 需求量高达 192 个，PA 数量将大幅增长。

5G 基站射频 PA 有望量价齐升。
目前基站用功率放大器紧张为基于硅的横向扩散金属氧化物半导体 LDMOS 技能，不过 LDMOS 技能仅适用于低频段，在高频运用领域存在局限性。
对付 5G 基站 PA 的一些哀求可能包括3~6GHz 和 24GHz~40GHz 的运行频率，RF 功率在 0.2W~30W 之间，5G 基站 GaN 射频 PA 将逐渐成为主导技能，而 GaN 价格高于LDMOS 和 GaAs。

GaN 具有精良的高功率密度和高频特性。
提高功率放大器 RF 功率的最大略的办法便是增加电压，这让氮化镓晶体管技能极具吸引力。
如果我们比拟不同半导体工艺技能，就会创造功率常日会如何随着高事情电压 IC 技能而提高。

范例的 GaN 射频器件的加工工艺，紧张包括如下环节：外延成长-器件隔离-欧姆打仗（制作源极、漏极）-氮化物钝化-栅极制作-场板制作-衬底减薄-衬底通孔等环节。

GaN射频器件的加工工艺

预测未来大部分 6GHz 以下宏网络单元运用都将采取 GaN 器件，小基站 GaAs 上风更明显。
就电信市场而言，得益于 5G 网络运用的日益附近，将从 2019 年开始为 GaN 器件带来巨大的市场机遇。
比较现有的硅 LDMOS（横向双扩散金属氧化物半导体技能）和 GaAs（砷化镓）办理方案，GaN 器件能够供应下一代高频电信网络所须要的功率和效能。
而且，GaN 的宽带性能也是实现多频带载波聚合等主要新技能的关键成分之一。
GaN HEMT（高电子迁移率场效晶体管）已经成为未来宏基站功率放大器的候选技能。

由于 LDMOS 无法再支持更高的频率，GaAs 也不再是高功率运用的最优方案，估量未来大部分6GHz 以下宏网络单元运用都将采取 GaN 器件。
5G 网络采取的频段更高，穿透力与覆盖范围将比 4G 更差，因此小基站（small cell）将在 5G 网络培植中扮演很主要的角色。
不过，由于小基站不须要如此高的功率，GaAs 等现有技能仍有其上风。
与此同时，由于更高的频率降落了每个基站的覆盖率，因此须要运用更多的晶体管，估量市场出货量增长速率将加快。

2015-2025年基站紧张趋势

GaN 微波射频器件产品推出速率明显加快。
目前微波射频领域虽然备受关注，但是由于技能水平较高，专利壁垒过大，因此这个领域的公司比较较电力电子领域和光电子领域并不算很多，但多数都具有较强的科研实力和市场运作能力。
GaN 微波射频器件的商业化供应发展迅速。
据材料深一度对 Mouser 数据统计剖析显示，截至 2018 年 4 月，共有 4 家厂商推出了150 个品类的 GaN HEMT， 占全体射频晶体管供应品类的 9.9%，较 1 月增长了 0.6%。

Qorvo 产品事情频率范围最大，Skyworks 产品事情频率较小。
Qorvo、CREE、MACOM 73%的产品输出功率集中在 10W～100W 之间，最大功率达到 1500W（事情频率在 1.0-1.1GHz， 由 Qorvo 生产），采取的技能紧张是 GaN/SiC GaN 路线。
此外，部分企业供应 GaN 射频模组产品，目前有 4家企业对外供应 GaN 射频放大器的发卖，个中 Qorvo 产品事情频率范围最大，最大事情频率可达到 31GHz。
Skyworks 产品事情频率较小，紧张集中在 0.05-1.218GHz 之间

Qorvo 射频放大器的产品种别最多。
在我国工信部公布的 2 个 5G 事情频段（3.3-3.6GHz、4.8-5GHz，）内，Qorvo 公司推出的射频放大器的产品种别最多，最高功率分别高达 100W 和 80W（1 月份 Qorvo 在 4.8-5GHz 的产品最高功率为 60W），ADI 在 4.8-5GHz 的产品最高功率提高到 50W（之前产品的最高功率不到 40W）， 其他产品的功率大部分在 50W 以下。