改變一：有源器件工藝轉向GaAs/GaN/SOI
5G頻譜提升帶來射頻器件材料和工藝的兩大改變。射頻前端的有源器件由於要承 接5G高頻率，材料和工藝都要發生變化。傳統的射頻工藝以以LDMOS、SiGe、GaAs 為主，未來GaN、SOI等工藝將逐步成為主流。
對於功放PA，目前針對3G和4G市場的PA主要有基於Si的橫向擴散金屬氧化物半導體（LDMOS）和砷化鎵（GaAs）PA兩種，其中又以GaAs PA為主流。基於GaAs工藝的功放技術以其高耐壓、高功率、縱向電流特性和良好的襯底特性而特別適合於射頻功率放大器應用，在3G、4G等移動通信終端和高端智慧型手機領域，GaAs功放晶片有著不可撼動的地位。而在基站領域，GaN有望取代LDMOS，成為PA的主流技術。
對於天線開關/LNA，傳統是以GaAs技術為主，隨著通信世代更新，RF-SOI技術逐漸成為主流。與GaAs相比，RF-SOI具有相同的性能和功耗，成本超過30%減少和50%的模具面積。因此，RF-SOI逐漸取代GaAs。RF-SOI技術自2010年開始應用後，目前已經幾乎100%應用於智慧型手機，而且有望從射頻開關向PA、LNA等部件滲透。
工藝進化在Sub-6GHZ和毫米波頻段有所不同。對於Sub-6GHZ，由於與現有4G頻段接近，雖然結構更為複雜，但是射頻工藝整體變化不大，基本工藝都可以作為可選項，更多的是漸進式創新。而對於毫米波，由於射頻前端集成度更高，更容易實現集成的SOI技術應用更為廣泛，同時技術可選項大為減少。
5G帶來的工藝改變在基站側與終端側也不一致，GaN有望成為基站射頻的主流技術。終端側，GaAs技術由於成熟度高，性能足夠且成本較低，5G時代也將占據主流地位；而基站側，GaN技術有望成為PA的主流技術。相較於基於Si的橫向擴散金屬氧化 物半導體（Si LDMOS）和GaAs，在基站端GaN射頻器件更能有效滿足5G的高功率、 高通信頻段和高效率等要求。當頻率擴展到Sub-6GHZ，適用於3GHZ以下的LDMOS不 再滿足5G規範，GaN PA（以及部分LNA等）更有可能成為基站建設的主力。根據Yole 估計，大多數低於6GHz的宏網絡單元實施將使用GaN器件，到2023年，GaN RF器件市場規模達到13億美元。
GaN在基站建設成本上亦有很大下降潛力。以基站的相控天線陣列為例，其成本包括射頻元件、PCB和天線本身，使用GaN前端可以使天線陣列大小減小8倍，也能大 大減少相應的材料成本。僅分析射頻元件，目前在4英寸SiC晶圓上製備的GaN材料是8 英寸SiGe的4.5倍，隨著6英寸GaN產線的大批量投產，GaN成本有望下降至SiGe的3倍。兩種工藝的成本比較如表。與全SiGe結構相比，6英寸GaN技術可以節省35%的整體原材料成本。在SiGe工藝下，雖然每台設備的與矽相關的成本較低，但是整體系統成本要高很多。
圖21：採用GaN能大大降低基站相控天線陣列成本
改變二：濾波器由SAW轉向BAW，由金屬轉向介質
濾波器通過對通信鏈路中的信號頻率進行選擇和控制，抑止不需要的頻率信號， 解決不同頻段、不同形式通信系統之間信號干擾問題，提高通信質量。其主要參數包括插入損耗、Q值、中心頻率、通帶帶寬等。
5G背景下，基站端由金屬腔體濾波器向陶瓷介質濾波器過渡。在3G/4G時代，金 屬腔體濾波器憑藉結構牢固、性能穩定的特徵，Q值適中、高端寄生通帶較遠、散熱性能好，且較低的成本，較成熟的工藝成為通信基站首選。但由於移動通信頻譜資源有 限，隨著移動通信網絡的發展商用無線頻段非常密集，導致了高抑制的系統兼容問題。基站進入Massive MIMO時代，RRU和天饋結合為AAU，對濾波器小型化、輕質化、集 成化、產量化、性能穩定方面提出更高要求。此時，陶瓷介質濾波器以更高Q值，更小損耗，同時尺寸也更小的優點，有望成為基站濾波器主流。
手機端，濾波器的選型將由SAW/TC-SAW 轉為 BAW/FBAR。BAW（體聲波） 和SAW（聲表面波）分別代表不同階段的技術方向。聲表面波（SAW）技術六十年代末發展起來，其體積小、性能穩定、使用方便、選擇性好、頻帶寬，一般工作1.9GHz 以下頻段，應用上限為2.5GHz 左右，但存在工作頻率不高、插入損耗較大、功率容量較低等缺點。5GSub-6GHz頻段下，SAW無法適用。BAW濾波器中聲波垂直傳播，最大可以工作到20GHz，功率接近40dBm(10W)，具有對溫度變化不敏感，插入損耗小，帶外衰減大等優點，適用於高頻率場景，但由於高Q值，成本較高。目前階段BAW和SAW會分別在中高頻和低頻發揮最優性能優勢。FBAR是一種基於BAW的諧振技術，利用壓電薄膜的逆壓電效應將電能量轉換成聲波形成諧振。FBAR濾波器綜合了介質陶瓷的性能優越和SAW體積較小的優勢，並且克服兩者的缺點，是替代SAW濾波器的下一代濾波器。
改變三：前端模組化程度日益複雜
5G時代射頻前端模組化程度將越來越高。隨著通信制式升級，頻段變多，高一級的通信系統要向下兼容，導致射頻器件越來越多越來越複雜；同時要求增加電池容量， 壓縮PCB板面積，決定了模組化是必然趨勢：1、終端小型化。射頻前端模組化降低了 對PCB面積的占用，這對於寸土寸金的手機終端內部尤為重要。2、大批量生產一致性。 如果用分立原件搭建複雜需求的射頻電路，很難保證量產一致性，而模塊化將電路內 化，可靠性更高。3、縮短研發周期。射頻前端模組化提升了終端廠商的研發效率，縮 短了產品開發周期，使得後者能更快地推出新產品。Qorvo和Skyworks都推出了把多個 射頻器件封裝到一起的SiP封裝產品，Qrovo的RFFushion，skyworks的Skyone產品、高通與TDK合資公司推出的RF360產品，國內銳迪科推出了集成功放、濾波器和開關的模塊，提供高度集成化的解決能力。
射頻前端模塊通常存在三種主流架構：PAMiD架構、MMMBPA+ASM架構、MMPA + TxFEM架構，對應了不同形式的模組化。MMMB PA集成2G/3G/4G PA，通過外部濾 波器和雙工器與天線開關模塊ASM連接，即MMMB PA+ASM架構；MMPA+ TxFEM是 目前國內應用最廣泛的射頻前端架構，MMPA只集成3G/4G PA，2G PA與ASM集成，稱為「TxFEM」。PAMiD集成度最高，集成了MMMB PA+ FEMiD。主流的旗艦機型因為 要支持全球大部分頻段，大都採用PAMiD架構。
我們從三個維度討論5G對通信環境的改變，分別是基站側與終端側、SA與NSA、 Sub-6GHZ與mmwave毫米波，以此來探討5G對射頻前端帶來的影響。
1、基站側與終端側
基站與手機終端都需要射頻前端，但是兩者有所差異：1、市場規模方面，終端數量遠高於基站數量，相應的射頻前端市場規模也高於後者。2、性能要求方面，手機終端要求耗電量低、尺寸小、功率低，基站對應要求相對較低。對於移動智能終端，如3G、4G智慧型手機要求射頻前端具有高效率，使智能終端的通話時間延長，而基站系統要求射頻前端功放要有高輸出功率，提高信號的傳輸距離。3、單機射頻器件數量方面，基站必須支持多頻段多通道同時發射接收，支持32、64通道，如華為基站設備64T64R，需要用到的濾波器與功率放大器更多。
圖6：基站和手機射頻系統比較
對於基站射頻，4G基站採用「BBU+RRU」的組網解決方案，Base Band Unit(BBU)是基帶處理單元，通常用於基帶數位訊號處理，通過傳輸設備直接與基站控制器相連；Radio Remote Unit(RRU)是射頻拉遠單元，包括收發信機的中頻和射頻模塊，主要用於處理中頻和射頻信號，射頻前端就位於RRU當中。5G基站則採用「CU+DU+AAU」的結構，射頻前端位於AAU當中。
對於手機射頻，一般集成在手機射頻模塊里，主要包括天線、射頻前端和射頻晶片，目前手機射頻晶片多與基帶晶片集成在主晶片內，天線則設計為單獨的模塊，射頻前端因製作材料的不同難以與晶片集成，且射頻前端器件種類較多，因此會分成多個不同功能的射頻前端模塊。
2、SA與NSA
隨著Rel-15標準的凍結，擺在電信運營商的難題是究竟選擇5G 獨立（SA）網絡，或者是折中部署由LTE網絡完善而來的非獨立（NSA）網絡。SA架構提供完善的5G體驗，而NSA預計資本支出相對較低，在5G大規模應用前，NSA可以作為風險較低的過渡方案。
5G NSA作為過渡方案，增加了射頻前端的複雜程度。5G NSA需要4G LTE和5G雙連接，採用主從結構，即以4G節點為主結構，5G接入節點為從結構，意味著存在頻率互相干擾的問題。在所有移動運營商轉換為SA之前，NSA將是全球許多運營商的選擇，射頻前端比SA架構更為複雜，至少在很長的一段時間內繼續為終端射頻設計帶來挑戰。
3、Sub-6GHZ與mmwave毫米波
Sub-6GHZ即低於6GHZ的5G新頻段，是現有LTE頻段的向上延續，一定程度上能夠利用現有的基站設施從而簡化5G部署。Sub-6GHZ又可分為低頻段（1GHZ以下）和中頻段（1~6GHZ），1 GHz 以下的超高頻 (UHF) 頻段非常適合高數據速率下的長距離傳輸，是實現 5G 大規模機器類型通信 (mMTC) 的理想選擇；1到6GHZ的中頻段則適用於需要至少 100 MHz 通道帶寬的 5G 增強型移動寬頻 (eMBB) 。
mmwave毫米波指24GHZ~100GHZ的5G新頻段，用於短距離、高數據速率的傳輸和交換，對應的則是5G超高可靠低時延通信場景（URLLC）。
低高頻段協同，Sub-6GHZ與mmwave毫米波合力促5G落地。一個關於5G發展的 共識就是，高低頻段協同發展策略，以中低頻（Sub-6GHZ）為基礎，高頻（mmwave毫米波）為補充，同步開展研究驗證，合力促進5G落地應用。6GHZ以下頻譜面向廣域覆蓋、高移動性服務等業務場景，作為5G的基礎頻段具有重要意義。而對於24GHZ以上高頻段，可以滿足網絡高速高容量需求，作為5G的補充頻段。
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