射频前端模块（RFFEM：Radio Frequency Front End Module）是手机通信系统的核心组件，对它的理解要从两方面考虑：一是必要性，是连接通信收发芯片（transceiver）和天线的必经通路；二是重要性，它的性能直接决定了移动终端可以支持的通信模式，以及接收信号强度、通话稳定性、发射功率等重要性能指标，直接影响终端用户体验。
如图1所示，射频前端芯片包括功率放大器（PA：Power Amplifier），天线开关（Switch）、滤波器（Filter）、双工器（Duplexer和Diplexer）和低噪声放大器（LNA：Low Noise Amplifier）等。
简述PA、Switch、Filter、Duplexer和Diplexer
1、功率放大器（PA）
PA直接决定了手机无线通信的距离、信号质量，甚至待机时间，是整个射频系统中除基带外最重要的部分。手机里面PA的数量随着2G、3G、4G、5G前向兼容，以及由此带来的频段的增加而增加，以PA模组为例，4G多模多频手机所需的PA芯片增至5-7颗，StrategyAnalytics预测称5G时代手机内的PA或多达16颗之多。
就工艺材料来说，现在砷化镓PA是主流，CMOS PA由于参数性能的影响，只用于低端市场。4G特别是例如高通等LTE cat16，4x20MHZ的载波聚合技术，对PA线性度高Q值得要求，会进一步依赖砷化镓PA。同时，据Qorvo预测，随着5G的普及， 8GHz以下砷化镓PA仍是主流，但8GHz以上氮化镓有望在手机市场成为主力。
射频前端功能组件围绕PA芯片规划、集成和演化，形成独立于主芯片的前端芯片组。随着无线通讯协议的复杂化及射频前端芯片规划的不断演进， PA规划厂商往往将开关或双工器等功能与功率放大电路集成在一个芯片封装中，形成多种功能组合。根据实际情况，TxM（PA+Switch）、PAD（PA+ Duplexer）、 MMPA（多模多频PA）等多种复合功能的PA芯片类型。
2、滤波器（Filter）/双工器（Duplexer）
RF滤波器包括了SAW（声表面滤波器）、BAW（体声波滤波器）、MEMS滤波器、IPD（Integrated Passive Devices）等，而双工器是包含Rx和Tx滤波器。SAW、BAW滤波器的性能（插入损耗低、Q 值高）是现在手机使用的主流滤波器。SAW 运用上限频率为2.5GHz~3GHz，BAW运用频率在 2.0GHz 以上。
对SAW来说，技术趋势是小型片式化、高频宽带化、降低插入损耗。采用更小尺寸，包括倒装（flip chip packaging）和WLP（晶圆级封装）、WLCSP（Wafer Level Chip ScalePackaging）技术正在运用，同时更高通带率、High isolation，High selectivity以及更低价格。
与 SAW 相比，BAW性能更好，成本也更高，但是当频段越来越多，甚至开始运用载波聚合的时候，就必须得用BAW技术才能搞定频段间的相互干扰问题。BAW所需的制造工艺步骤是 SAW 的10倍，但因它们是在更大晶圆上制造的，每片晶圆产出的 BAW 器件也多了约4倍。即便如此，BAW的成本仍高于 SAW。随着技术的演进， BAW可能会逐步替代SAW。
从集成角度，滤波器/双工器除了与PA集成外，也会考虑与开关的集成，如图所示。
3、天线/开关（Antenna/Switch）
天线是在手机射频前端方面，我国具有最大自主知识产权的领域。MIMO技术的使用普及为天线带来巨大增量市场，估计到2020年，MIMO64x8将成为标准配置，即基站端采用64根天线，手机采用8根天线。现在市场上多数手机仅仅支持MIMO 2x2技术，手机天线数量需要增3倍。5G将引入高频率频段，天线的规划方案将由现有的单体天线改为阵列天线，新型磁性材料及LTCC集成技术将是5G天线的核心技术。
在调谐及开关方面，需要特别强调的是MEMS开关的使用。如Cavendish Kinetics 公司的MEMS调谐及开关技术，其第一代射频MEMS天线调谐器产品，已经被各种智能手机采用。
除通信系统以外，手持设备中的无线连接系统（Wi-Fi、GPS、Bluetooth、FM和NFC等）对射频前端芯片也有较强的需要，如图2所示。
从“五模十七频”说起，回溯2G到4G手机频段发展
在4G普及的过程中，“五模十三频”、“五模十七频”等概念成为高端手机芯片的重要标志，也成为手机厂商重要的宣传热点。这并非是简单的营销噱头，而体现了智能手机兼容不一样通信制式的能力，是手机通信性能的核心竞争力指标。
在过去的十年间，手机通信行业经历了从2G（GSM/CDMA）、2.5G（Edge）到3G（WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA），再到4G（FDD-LTE/TD-LTE）两次重大产业升级。伴随4G时代而来的是手机运用频段的指数级增长，图3给出了到现在为止3GPP公布的E-UTRA（Evolved Universal Terrestrial Radio Access，演进的陆地无线接口）所有的频段分布：
其中，GSM运用的频段为Band 2/3/5/8，W-CDMA运用的频段为Band 1/2/5，TD-SCDMA运用的频段为Band 34/38，TD-LTE运用的频段为Band 34/38/39/40/41，FDD-LTE运用的频段为Band 1/3/4/7/17/20。
通常来说，4G手机必须兼容2G和3G，同时，由于全球分配的LTE频谱众多而且离散，为满足国际漫游的需要，手机终端需要支持更多的频段，从而催生了“五模十三频”、“五模十七频”等概念，具备这种功能的手机真正可以实现“一机在手，走遍全球”。
2G到4G，射频前端芯片数量和价值均显著增长
机芯片向多模方向发展以及支持频段数量指数性增加是手机射频前端模块数量快速增长的主要驱动原因。观察2G到4G射频前端搞定方案的三幅示意图，可以形成两点直观感受：1，射频前端芯片数量不断增长；2，射频前端系统复杂度不断提升。
图4是2G功能手机（Feature Phone）的典型射频前端搞定方案，主要的射频前端芯片有：1个功率放大器模块（PA），2个发射低通滤波器（LPF），2个接收滤波器（Saw Filter），1个SP6T开关。其中，功率放大器、LPF Filter和SP6T Switch被集成到一颗PA Module里。
图5是3G手机（WCDMA）的典型射频前端搞定方案，主要的射频前端芯片在2G方案的基础上，增加了2组PA Module和4组双工器（Duplexer）。
图6是4G LTE手机典型射频前端搞定方案，支持“五模十二频”，可以看到，在4G时代，射频前端芯片不仅在数量上产生指数级增长，在规划复杂度上更是大大提升。主要的射频前端芯片有：1个集成频段选择开关的多模功率放大器（MMPA），4个PA Module，3个Duplexer/Multiplexer，6个接收/发射Filter，1个用于TD-LTE模式的S1P2开关，分别用于高频、低频和分集电路的3个天线开关模块，1个接收分集滤波器。
表1整理了2G至4G射频前端搞定方案中器件的数量，可以看到，4G方案的射频前端芯片数量相比2G方案和3G方案有了显著的增长。印证了我们对手机射频前端芯片的数量随着支持频段数量的增加而指数级递增的推论。
从更为直观的角度观察，图7给出了手机射频前端模块从2G到4G演进过程中价格和出货量的变化数据。现在，高端4G智能手机中射频前端模块的价格合计已经达到16.25美元，中高端4G产品也有7.25美元。相比2G手机的0.80美元和3G手机的3.25美元，射频前端模块的单位产值有了几倍、几十倍的提升，并且，随着4G通信网络渗透率的不断提升，高端4G手机的出货量依然在不断攀升中。
| 
