2019年，我國5G商用正式啟動，各大領先智能手機廠商爭先恐后推出新款5G智能手機，試圖搶占5G市場先機。5G通信要求智能手機將額外的射頻復雜性壓縮到基本相同甚至更狹窄的空間中，這需要創(chuàng)新的方法來支持多個同時上行鏈路和下行鏈路連接的需求，同時提供非常高的線性度和功耗管理能力。各大廠商已紛紛布局5G智能手機射頻前端器件及模組。智能手機射頻前端模組主要由功率放大器（Power Amplifier，PA）、低噪聲放大器（Low Noise Amplifier，LNA）、天線開關（Antenna Switch）、雙工器（Duplexer）、濾波器（Filter）、天線調(diào)諧器（Antenna Tuner）以及射頻集成無源器件（Integrated Passive Device，IPD）等組成。

5G必將對射頻前端形態(tài)產(chǎn)生影響，并推動著射頻前端技術不斷革新。中國雖然對射頻前端元器件的需求量巨大，但該技術還是主要掌握在國外巨頭企業(yè)；且中美貿(mào)易戰(zhàn)硝煙四起，美國試圖扼住中國5G技術發(fā)展的“咽喉”。如何突破國外大廠專利封鎖和芯片斷供風險？開拓中國“芯”路？正是在這樣的背景下，2020年12月11日~13日，麥姆斯咨詢在無錫舉辦了《第30期“見微知著”培訓課程：射頻前端核心技術》。約70名來自中國射頻前端元器件產(chǎn)業(yè)鏈上下游的工業(yè)界從業(yè)人員、研究所研究人員、高校師生以及投資界精英報名參加了本期培訓。麥姆斯咨詢邀請了射頻前端核心技術領域的知名專家和學者，以及產(chǎn)業(yè)界的資深從業(yè)人士，從5G時代所需的射頻前端技術進行了深入剖析。

《第30期“見微知著”培訓課程：射頻前端核心技術》學員合影留念

一、濾波器核心技術

5G通信時代，智能手機濾波器數(shù)量將增加到百顆數(shù)量級，采用尺寸更小、性能更佳的濾波器進行集成化、模組化成為必然趨勢。在智能手機射頻前端所需的各種元器件中，濾波器無疑是市場份額和市場規(guī)模增長最受關注的器件。麥姆斯咨詢邀請了美國伊利諾伊厄巴納-香檳大學終身教授龔頌斌、華中科技大學副教授羅為分別講解了5G和射頻前端架構、體聲波BAW濾波器和薄膜體聲波諧振器（FBAR）、聲表面波（SAW）濾波器的工作原理、設計、制造、封測、專利布局以及應用案例。來自COMSOL中國應用工程師鐘振紅則帶領學員利用COMSOL軟件進行了SAW和BAW濾波器仿真實操。

龔頌斌教授在射頻以及毫米波機械濾波器設計、射頻模擬電路設計等領域擁有16年設計經(jīng)驗，發(fā)表了高水平同行審閱期刊及會議文章120篇。龔頌斌教授首先從MEMS市場發(fā)展規(guī)律的角度分析了消費電子產(chǎn)品的價格“紅海”，以及5G對射頻濾波器提出的性能、尺寸和成本要求及未來發(fā)展趨勢。為了讓學員能深刻理解濾波器的工作原理，龔頌斌教授用生活中常見的彈簧進行了非常形象詳盡的底層物理原理講解，并對濾波器的電路結構、影響參數(shù)、可選壓電材料、壓電薄膜制備工藝、封裝工藝等全方位分享了自己多年的研究經(jīng)驗。在課程后半程，針對SAW濾波器、BAW濾波器、BAW-SMR濾波器和FBAR濾波器的技術發(fā)展現(xiàn)狀、競爭和共存關系、專利布局情況，龔頌斌教授也從學術和產(chǎn)業(yè)兩個角度分享了自己的見解。站在國際前沿技術的制高點，龔頌斌教授對知名高校、研究機構和巨頭企業(yè)的最新技術及進展信手拈來，啟發(fā)式的教學風格和高深的學識“圈粉”無數(shù)！

美國伊利諾伊厄巴納-香檳大學終身教授龔頌斌的授課風采

華中科技大學羅為副教授多年來從事以聲表面波器件和體聲波器件為代表的微波射頻器件和傳感器的研究工作，有豐富的數(shù)值計算、材料制備和器件設計經(jīng)驗，同國內(nèi)外相關研究組有廣泛的聯(lián)系。羅為副教授先為學員梳理了聲表面波（SAW）濾波器的基本概念、分類方式和定義，并對SAW濾波器的材料體系、結構設計、制造工藝、封裝和測試進行了詳細講解。針對SAW濾波器技術發(fā)展情況，他列舉了國際普遍采用的復合片法和SiO2薄膜補償法的TC SAW、日本村田研發(fā)的IHP SAW技術、美國高通研發(fā)的ultraSAW技術并分析其實現(xiàn)方式。在課程中，羅為副教授還分享了自己多年來在SAW濾波器模擬和設計仿真的經(jīng)驗感想，為后續(xù)的實操課程奠定了理論基礎。羅為副教授的授課內(nèi)容詳實，條理清楚，層層剖析，環(huán)環(huán)相扣，對SAW濾波器工作原理、設計、制造工藝、技術發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)情況分析透徹，獲得了學員的一致好評！

華中科技大學副教授羅為的授課風采

經(jīng)過第一天龔頌斌教授和羅為教授深入的濾波器理論知識講授，在培訓第三天下午，來自COMSOL中國的應用工程師鐘振紅帶領學員在電腦上進行了約四小時的SAW濾波器和BAW濾波器仿真實操訓練。鐘振紅老師長期負責COMSOL MEMS、光學及聲學行業(yè)的技術支持，擁有十余年COMSOL仿真經(jīng)驗，他深諳仿真過程的難點和易錯點。鐘振紅老師機智詼諧，妙語連珠，長達四小時的仿真“實戰(zhàn)”一點兒也不枯燥乏味。一些學員步步緊跟，看到自己的成功仿真結果，充滿了成就感；還有部分學員在某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯，只能望著自己的“半成品”嘆息，但在課后不忘討教，以期在培訓結束后繼續(xù)完善自己的濾波器作品。

COMSOL中國應用工程師鐘振紅的授課風采

二、天線調(diào)諧器和MIMO核心技術

MIMO是一種使用多根天線發(fā)送信號和多根天線接收信號的傳輸技術，實現(xiàn)在相同頻帶內(nèi)的同一載波上傳輸不同信息。天線調(diào)諧器（Tuner）是位于連接發(fā)射系統(tǒng)與天線的一種阻抗匹配網(wǎng)絡，用以實現(xiàn)信號的接收、濾波、放大、增益控制等功能，使得天線在所有應用頻率上輻射功率最大。隨著5G通信頻率提升，信號傳播衰減提高了對天線發(fā)射功率和全向靈敏度的要求，因此天線調(diào)諧器作為改善天線功率的關鍵器件。

趙魯豫副教授的耦合諧振器解耦網(wǎng)絡技術功底深厚，多年來致力于推動該技術的產(chǎn)業(yè)化。在培訓第二天上午，趙魯豫副教授首先講解了射頻開關、手機天線調(diào)諧方法（阻抗匹配調(diào)諧和天線孔徑調(diào)諧）的基本概念。對于孔徑調(diào)諧方式，主要采用調(diào)諧器開關和可調(diào)諧電容，他向學員仔細分析了寄生參數(shù)對其性能的影響，隨后結合多天線的去耦濾波實例進行講解。對于MIMO，趙魯豫副教授首先分析了各類MIMO系統(tǒng)，并就MIMO系統(tǒng)的模型及容量等問題分享了觀點。他的授課不僅讓學員深刻理解課本理論知識，同時還獲得了產(chǎn)業(yè)界最新的一手信息。

西安電子科技大學副教授趙魯豫的授課風采

三、功率放大器和低噪聲放大器核心技術

射頻功率放大器（PA）和射頻低噪聲放大器（LNA）分別位于射頻前端模組的發(fā)射端和接收端，前者負責將發(fā)射通道的低功率信號放大，后者負責將從天線接收的信號放大。從2G時代，到3G、4G時代，再到5G時代，PA在手機中的數(shù)量和成本成倍增長，并向模組化演進。

作為射頻前端產(chǎn)業(yè)的老兵，顧建忠老師曾在業(yè)內(nèi)一線的射頻芯片公司和手機公司擔任重要職位，并定義過多款射頻前端產(chǎn)品。在培訓第二天下午，顧建忠老師為學員帶來了PA和LNA的知識盛宴。他從射頻前端市場全局開始講起，分析了PA和LNA的市場需求，以及市場上“霸主”企業(yè)的產(chǎn)品技術發(fā)展歷程。隨后，顧建忠老師對PA的類型（Class A/B/C/D/E/F），襯底材料（Si、SiGe、GaAs、GaN）選擇，2G/3G/4G/5G時代的PA設計及參數(shù)性能一一進行了詳細講解。在LNA課程的講授中，顧建忠老師從增益、噪聲系數(shù)、功耗、線性度等參數(shù)分析了LNA的工作原理及影響因素。最后，他表示，隨著5G時代的到來，PA會走向模組化，PA、LNA、濾波器和開關的集成度越來越高，這是一門集電學、熱學和力學的多交叉學科，深度依靠經(jīng)驗。經(jīng)過顧建忠老師半天的授課，學員對PA和LNA的技術與市場認知更為深刻！

芯樸科技（上海）有限公司創(chuàng)始人顧建忠的授課風采

四、其他射頻前端核心技術：MEMS諧振器和振蕩器、射頻集成無源器件

與SAW、BAW、FBAR相比，MEMS諧振器和振蕩器的工作頻率相對較低（MHz級別），旨在為射頻前端提供時鐘信號。培訓第三天上午，吳國強教授從MEMS諧振器和振蕩器在射頻前端的作用講起，強調(diào)時鐘信號在智能手機中的重要性——每部手機需要2~4個時鐘器件為處理器、WiFi、NFC、USB等提供信號。結合自己的研究方向，他就MEMS諧振器和振蕩器的理論基礎知識、壓電材料選擇（ZnO、PZT、AlN、石英等）、制造工藝難點（取向控制、厚度控制和應力控制）分享多年積累的經(jīng)驗。最后，吳國強教授傾囊相授MEMS諧振器和振蕩器商業(yè)化進程中存在的問題和解決方案，如：如何減小空氣阻尼、如何實現(xiàn)晶圓級真空封裝、如何優(yōu)化TED（熱彈性損耗）以及溫度補償方案等。

武漢大學教授吳國強的授課風采

射頻集成無源器件（IPD）是實現(xiàn)高集成度射頻前端模塊的核心技術。利用高阻硅和厚銅工藝使IPD既具有半導體工藝的一致性和高集成度，又有與LTCC等傳統(tǒng)厚膜工藝類似的射頻性能。在培訓第三天上午，芯和半導體科技（上海）有限公司集成無源器件技術總監(jiān)陳立均老師為大家分享了智能手機模組化對定制IPD的強勁需求，定制射頻IPD占據(jù)薄膜IPD市場的最大份額（占比約六成）。5G為IPD帶來了新的機會，比如SAW不支持高頻、BAW帶寬達不到要求，IPD則是最好的選擇；此外，雙工器、巴倫、耦合器、功分器、衰減器等也會受益于IPD采用的半導體集成電路成熟工藝。陳立均老師在課程中重點講解了IPD器件的設計、仿真，以及如何與封裝工藝結合考量，并分享了對安森美半導體、意法半導體等廠商的高阻硅工藝、TGV工藝案例的理解。

芯和半導體科技（上海）有限公司集成無源器件技術總監(jiān)陳立均的授課風采

結束語

從2016年開始，麥姆斯咨詢已經(jīng)開設了30期“見微知著”培訓課程。四年多來，麥姆斯咨詢根據(jù)MEMS和傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，精心策劃不同主題的課程，得到高校知名教授、研究機構學術大師、產(chǎn)業(yè)界企業(yè)高管及技術專家的支持及傾心授課，也受到了來自五湖四海的學員的認可！“見微知著”培訓課程旨在為中國MEMS和傳感器產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)更多人才，搭建產(chǎn)學研的深度交流平臺！在此，感謝“見微知著”培訓課程師生們的支持和付出，感謝你們的建言獻策！2021年，麥姆斯咨詢將繼續(xù)提升課程質(zhì)量和服務質(zhì)量，期待與新老朋友相聚于“見微知著”培訓課堂！

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