射频 PA 是射频前端核心器件，决定无线通信质量的关键要素

射频 PA 是射频前端核心器件，决定无线通信质量的关键要素

射频模块是无线通信设备的核心模块

      无线通信主要是利用电磁波实现多个设备之间的信息传输。射频是可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从 300KHz～300GHz 之间。射频模块是用于发射和 / 或接收两个装置之间的无线电信号的电子设备，是无线通信设备实现信号收发的核心模块。

射频前端架构基本类似

射频前端包括接收通道和发射通道两大部分。一般由射频开关（Switch）、射频低噪声放大器（LNA，Low Noise Amplifier）、射频功率放大器（PA，Power Amplifier）、双工器（Duplexers）、射频滤波器（Filter）、天线调谐器（Antenna tuners） 等组成。

发射通道和接收通道工作原理

发射通道是使用基带信号（语音、视频、数据或其他信息）去调制中频正弦波信号，然后中频信号再通过混频器往上搬移到所需的射频发射频率，通过功率放大器来增加发射机的输出功率并驱动天线将已调制好的载波信号变换成能够在自由空间传播的电磁波。

接收通道是发射通道的逆过程，天线将在相对宽的频率范围内接收到来自很多辐射源的电磁波，带通滤波器将滤掉不需要的接收信号，随后低噪声放大器放大可能接 收的微弱信号并使进入到接收信号中的噪声影响最小化，混频器将接收到的射频信号 下变频到较低的频率，中频放大器将提升信号的功率电平 以便于解调并得到信息。

射频 PA 是决定通信质量的关键器件

功率放大器是能够向天线提供足够信号功率的放大电路主要功能是将调制振荡电路所产生的功率很小的射频信号放大（缓冲级、中间放大级、末级功率放大级）并馈送到天线上辐射出去，是无线通信设备射频前端最核心的组成部分，其性能直接决定了无线终端的通讯距离、信号质量和待机时间（或耗电量），它也是射频前端功耗最大的器件。

射频功率放大器在雷达、无线通信、导航、卫星通信、电子对抗设备等系统中有着广泛的应用，是现代无线通信的关键设备。

PA 也是射频前端器件中价值量较大的器件

手机目前仍然是射频前端最大的终端应用市场，在所有射频前端器件中，射频 PA 的价值量仅次于滤波器，是射频前端器件中价值量较大的器件。根据 Yole 的数据显示，2017 年手机射频前端中射频 PA 市场规模约 50 亿美元，在整个射频前端中价值量占比 34%，仅次于滤波器。

射频 PA 的核心是晶体管

放大器的电路一般由晶体管、偏置及稳定电路、输入输出匹配电路等组成。功率放大器核心是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换成按照输入信号变化的电流，起到电流电压放大的作用。

晶体管作为射频放大器的核心器件，它通过用小信号来控制直流电源，产生随之变化的高功率信号，从而实现将电源的直流功率转换成为满足辐射要求的功率信号。

工程应用方面，提升 PA 性能的方法大多依赖工艺，以手机射频 PA 为例，目前主流工艺是采用第二代半导体材料砷化镓，由第一代半导体材料发展出的工艺技术（如 CMOS、SOI 和 SiGe 工艺）在无线通信技术发展过程中遇到瓶颈，通过设计来弥补工艺的不足难度很大，因此在整体的射频 PA 器件设计生产过程中工艺是基础。

射频晶体管发展出多种材料工艺

射频半导体主要经历了由第一代半导体到第三代半导体的三个阶段的发展，其制造工艺结构也经历了由基础的 BJT、FET 向更复杂的 HBT、LDMOS 和 HEMT 等的发展。

不同材料的性能及成本差别较大

BJT 用电流控制，FET 属于电压控制。HBT 具有功率密度高、相位噪声低、线性度好等特点，GaAs HBT 是目前手机射频 PA 主流工艺。硅基 LDMOS 器件被广泛用于基站的射频 PA 中。HEMT 是 FET 的一种，近几年 GaN HEMT 凭借其良好的高频特性吸引了大量关注。

不同应用场景所需 PA 的性能指标不同

按照应用场景分为大功率（基站等）和小功率（手机等）。基站 PA 的应用指标在于其高功率和高效率，而手机 PA 的应用指标则在于高线性度、低功耗和高效率。

不同应用场景下射频 PA 的竞争格局

基站射频 PA 主要供应商有 Freescale、NXP、Infineon 等。2015 年，NXP 以约 118 亿美元的价格并购 Freescale 后将 NXP 自身的射频功率晶体管业务剥离卖给了北京建广资本，这部分剥离的业务后来成立了 Ampleon（安谱隆）。

手机射频 PA 主要供应商有 Skyworks、Broadcom（Avago）、Qorvo 等。

不同材料工艺的 PA 产业分工略有不同

普通硅工艺集成电路和砷化镓 / 氮化镓等化合物集成电路芯片生产流程大致类似，但与硅工艺不同的是化合物半导体制程由于外延过程复杂，所以形成了单独的磊晶产业。

磊晶是指一种用于半导体器件制造过程中，在原有芯片上长出新结晶以制成新半导体层的技术，又称外延生长。

由于与 Si 材料性能差异较大，化合物晶圆制造中设备及工艺与硅有极大的不同，所以化合物半导体拥有自己独立的全套产业链。

射频 PA 产业同时存在两种商业模式

射频 PA 产业同时有 IDM（Integrated Device Manufacture，垂直整合制造）模式和 Fabless 模式。

IDM 模式是指垂直整合制造商独自完成集成电路设计、晶圆制造、封测的所有环节。该模式为集成电路产业发展较早期最为常见的模式，但由于对技术和资金实力均有很高的要求，因此目前只为少数大型企业所采纳，历史成熟厂商 Skyworks、Qorvo、Broadcom 等均采用 IDM 模式。

在 Fabless 模式下，集成电路设计、晶圆制造、封测分别由专业化的公司分工完成， 此模式中主要参与的企业类型有芯片设计厂商、晶圆制造商、外包封测企业。随着技术的成熟和代工能力的兴起，代工模式占比也将提升，以手机射频 PA 为例，中国台湾厂商 稳懋已经是砷化镓射频工艺非常成熟的代工厂。新晋厂商高通、卓胜微等优选 Fabless，主攻 IC 设计，制造封测需求外部合作。

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