【5G】射頻模組-實現5G MIMO天線

■手機無線通訊架構

終端設備的 無線通信模組主要有三部分為:

1.射頻前端模組（RFFEM, Radio Frequency Front-End）

2.射頻收發模組

3.基帶信號處理器。

其中，射頻前端模組主要是做到信號在不同頻率下的收發。

移動終端中的射頻前端模組/射頻頻器件主要包括 功率放大器、雙工器、射頻開

關、 濾波器、低噪放大器等。

各項功用為：

●功率放大器(PA,Power Amplifier) :負責發射通道的射頻信號放大；

●RF濾波器(Filter) :負責發射及接收信號的濾波,負責頻率選擇，保障信號

在不同頻率互不干擾傳輸；

RF濾波器分成兩種，一種是表面聲波 (SAW) 濾波器，適用2GHz以下

的頻段，領先廠商是村田(Murata)；另一種是體聲波(BAW)濾波器，適用

於2GHz以上的頻段，領先廠商是博通(Broadcom)。因為5G屬於高頻

段，所以BAW濾波器較占優勢。

●雙工器(Duplexer) :負責FDD系統的雙工切換及接收/發送通道的射頻信號

濾波；

●射頻開關(Switch) :負責接收、發射通道之間的切換；

●低噪聲放大器(LAN, Low Noise Amplifier) :主要用於接收通道中的小信號

放大。

■5G射頻模組

●模組

代表它並非一顆晶片，而是一批晶片和元件的集合。

一般情況下，當我們看到手機的拆機圖片後，最為關心的通常是PCB主機板上

醒目的CPU（SoC）、記憶體、快閃記憶體、基帶和電源管理等主要晶片。

●利用新增頻段&高頻化、多天線（MIMO）、載波聚合 （CA）、高階調製等

四大技術實現“高速率、大容量、低延時”的5G手機通訊

1. 新增頻段及高頻化：驅動射頻前端器件用量增長、性能提升

5G(sub 6GHz): 新增n77,n78,n79頻段

5G(毫米波) : 新增n257,n258,n260,n262頻段

5G FDD 波束賦形(Beam Forming)模組架構

2. 多天線（MIMO）：驅動接收器件

【視頻】MIMO, MU MIMO and Massive MU MIMO Concepts

3. 載波聚合（CA）：驅動濾波器及 Tuner 用量及性能提升

載波聚合（Carrier Aggregation，CA）是為了實現更高傳輸頻寬，從而提升傳

輸速率。載波聚合術可以將 2～5 個 成員載波（Component Carrier，CC）聚

合在一起，實現更高的傳輸頻寬，提升傳輸速率。

5G 本身頻段更寬，Sub 6GHz 和毫米波頻段分別為 100MHz 和 400MHz，且

5G 最高支持 16CC，如果將 16 個 Sub 6GHz 頻段聚合，則最大可支援 1.6GHz

傳輸頻寬；如果將 16個毫米波頻段聚合，可支援 6.4GHz 傳輸頻寬。

4. 高階調製：驅動射頻前端器件性能提升

高的調製階數可以提升頻譜利用效率、提升傳輸速率，5G 是從 4G LTE 的

64QAM 提升到 256QAM。通信信號 的傳輸是調製、傳輸、解調的過程，QAM

（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度調製）是一種在兩個正交 載

波上進行幅度調製的調製方式，QAM 利用正弦波與余弦波的正交性，可以同時

調製兩路信號，提高了調製效率。 根據QAM 的幅度變化等級分為 4QAM、

16QAM、64QAM、256QAM 以及 1024QAM 等，代表一個調製符號分別 可

以傳送 2、4、6、8、10 比特的資訊，16QAM 及以上常稱為高階調製。

■RF晶片封裝演進

●SiP進化至AiP

●AiP封裝（Antenna in Package，AiP）

AiP封裝將天線與晶片（主要是前端晶片）集成在模組內， 實現系統級無線功能

的一門技術。幾乎所有的 60GHz 無線通訊和手勢雷達晶片都採用了 AiP 技術，

毫米波 AiP 模組內部集成了陣列天線、射頻前端、 射頻收發器及電源管理晶片

（PMIC），幾乎涵蓋了除基帶晶片外所有的通信元件。一部手機通常會使用

3~4 個 AiP。

●格羅方德45nm工藝RF-SOI射頻前端模組

【視頻】IPhone 6 射頻模組

【視頻】5G mmWave Front-End Technology

— Qorvo and Mouser Electronics

【視頻】Design of a dual-band PA for mmWave 5G