5G的采用率也将和4G类似澳门在线威尼斯网址:,射频前端

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IDC预计2019 年5G 手机出货量仅占了手机出货总量的0.5%,尽管在2019
年全球智能手机的整体销量将会出现下降,但是在今年下半年中,随着5G
设备开始逐渐走入消费者的身边,智能手机的销量将会开始获得提升。

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一个集成化的解决方案是关键

根据 QYR Electronics Research Center
的统计,2010 年以来全球射频开关市场经历了持续的快速增长,2016
年全球市场规模达到 12.57 亿美元,2017 年及之后增速放缓,但预计到 2020
年期间仍保有 10%的年化增长率,预计到 2020 年达到 18.79 亿美元。

4G作为3G 的延伸,主要采用MIMO
技术,是利用各个天线之间空间信道的独立性来区分用户进行服务,主要包括TD-LTE
和FDD-LTE制式。我国主要采用TD-LTE 标准,2013年12 月4
日,工业和信息化部正式向三大运营商发放了4G
牌照,标志着我国通信行业正式进入了4G时代。4G
能够以100Mbps的速度下载,上传的速度也能达到20Mbps,比3G更快的传输速率、更好的频率利用率、通信更加灵活及更好的兼容性等优点,使得用户体验更加优异。

2019年1月24日,华为在其北京研究所举办了华为5G发布会暨MWC2019预沟通会,会上发布了巴龙5000基带芯片。麒麟980搭配巴龙5000,正式成为首个提供5G功能的正式商用移动平台。

微创新

以上两者都需要射频前端的能力。

来源:内容摘录自卓胜微的招股说明书,仅供参考,谢谢。

以下为我们整理的5G相关核心供应链情况:

随着物联网、AR和VR等技术的诞生和发展,对移动网络的要求更高,5G将采用NR技术,传输速率高达10Gps,比4G快达100倍、而且具有低延时、低功耗的特点。我国5G预计按照2019年预商用,2020年规模商用的规划逐步实施。

中科汉天下射频功放芯片市占率饼图

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求。

希望国产射频厂商能在这波浪潮中真正崛起,加油加油加油!!!

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5G之核心产业链

大陆公司骨头都抢不到

射频前端与智能终端一同进化

射频是无线产品中一个关键部件,进入了5G时代,其背后牵动的价值尤为重要。但和很多的其他核心半导体元器件产品一样,我们国内企业的水平差距依然明显。

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近年来,随着移动终端功能的逐渐完善,手机、平板电脑等移动终端的出货量持续上升。射频前端的频段数目和价值也在急剧增加,在过去的十年间,通信行业经历了从2G(GSM/CDMA/Edge)到3G(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA),再到4G(FDD-LTE/TD-LTE)两次重大产业升级。2G手机频段数是4,总价值是$0.8;3G手机是6,总价值$3.25;4G千元机频段数是8-20,总价值$8-10;4G旗舰机频段数在17-30左右,总价值$16-20;到了5G
手机达到50的频段数,总价值达$25-40。

SAW和BAW市场都不缺玩家,而高通给出的答案是:做一个集成化的射频前端解决方案,或许能成为高端智能手机的救星。

全球射频开关销售收入

根据TechInsights的拆解分析,Apple Watch Series 3 和Apple Watch Series 4
都采用了SIP 的设计,Apple
Watch中封装了十几款主要芯片和几十款离散式组件,持续挑战系统级封装设计的极限。TechInsights
在Apple Watch Series 3 中发现了高通MDM9635M——Snapdragon X7 LTE
调制解调器,高通PMD9645 电源管理芯片 和一个WTR3925 RF
收发器,Apple/Dialog PMIC、Avago AFEM-8069 前端模块,以及Skyworks SKY
78198 功率放大器等重要的零组件。

中国的厂商紧跟5G的步伐,2018年2月25日,在巴塞罗纳举行的MWC展会上,华为正式发布了旗下首款5G商用芯片——Balong5G01,符合5g标准R15规范,支持Sub6GHz中低频,以及28GHz高频毫米波,兼容2g/3g/4g网络。联发科也公布了其5g基带芯片产品HelioM70,符合5g标准R15规范,最快下行速率可达5gbps,兼容2g/3g/4g网络。

一张图感受下当前中国核心集成电路的国产芯片占有率,从下图可以看到只有唯数不多的几个核心集成电路领域中国有些许的占有率,其中工业应用的MCU占据2%;移动通信终端的应用处理器和通信处理器分别占18%和22%,NPU占15%;半导体存储器NOR
Flash和图像处理均占5%;高清电视显示处理器占据5%。其他的基本占有率都是0%,满屏的0%昭示着国产芯片占有率极低!

进入3G/4G/Pre-5G时代,射频前端,一个手机SoC里不起眼的小角色,开始在高端智能手机市场挑大梁。一旦连上移动网络,任何一台智能手机都能轻松刷朋友圈、看高清视频、下载图片、在线购物,这完全是射频前端进化的功劳,手机每一个网络制式(2G/3G/4G/WiFi/GPS),都需要自己的射频前端模块,充当手机与外界通话的桥梁——手机功能越多,它的价值越大。

而随着移动通讯技术的变革,移动智能终端对信号接收质量提出更高要求,需要对天线接收的信号放大以进行后续处理。一般的放大器在放大信号的同时会引入噪声,而射频低噪声放大器能最大限度地抑制噪声,因此得到广泛的应用。

移动数据传输量和传输速度的不断提高主要依赖于移动通讯技术的变革,及其配套的射频前端芯片的性能的不断提高。在过去的十年间,通信行业经历了从2G
到3G
再到4G(FDD-LTE/TD-LTE)两次重大产业升级。在4G普及的过程中,全网通等功能在高端智能手机中得到广泛应用,体现了智能手机兼容不同通信制式的能力。

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价格是杀手锏

一方面,高端智能手机不断推陈出新,屏幕越来越大、机身越来越轻薄,这些变化直接导致射频前端组件的物理空间减少;另一方面,考虑到大尺寸屏幕对电池续航的影响,射频前端的设计要比以往更重视电源使用效率;第三,网速越来越快,射频前端模块正在变得越来越复杂。

由于移动通讯技术的变革,智能手机需要接收更多频段的射频信号:根据
Yole Development 的总结,2011 年及之前智能手机支持的频段数不超过 10
个,而随着 4G 通讯技术的普及,至 2016 年智能手机支持的频段数已经接近 40
个;因此,移动智能终端中需要不断增加射频开关的数量以满足对不同频段信号接收、发射的需求。与此同时,智能手机外壳现多采用手感、外观更好的金属外壳,一定程度上会造成对射频信号的屏蔽,需要天线调谐开关提高天线对不同频段信号的接收能力。

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杨清华教授讲到,汉天下的功率放大器产品全球市场占有率75%,3G功放全球市场占有率达65%,4G累计出货超过2000万套;射频功放芯片等累计25亿颗,芯片月出货了已达1亿颗,超出国内其它厂家之和,排名稳居第一。

如下图所示,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,在多模/多频终端中发挥着核心作用。

射频前端芯片市场规模主要受移动终端需求的驱动。近年来,随着移动终端功能的逐渐完善,手机、平板电脑等移动终端的出货量持续上升。根据
Gartner 统计,包含手机、平板电脑、超极本等在内的移动终端的出货量从 2013
年的 22 亿台增长至 2016 年的 24 亿台,预计未来保持稳定。

5G的到来也将改变手机零组件的创新和升级。例如毫米波带来的应用将有可能使得滤波器和终端系统侧的天线结构数量变多,陶瓷和玻璃机壳在5G
通信以及无线充电上优势明显,被动元件的需求量提升等。

5G手机与4G手机相比,在硬件上最大的区别之一在于5G基带芯片,目前高通、华为、三星、联发科、紫光展锐等巨头厂商纷纷加入5G芯片阵营的角逐,英特尔则在与苹果“分手”后,宣布退出手机5G基带芯片市场,而苹果仍积极自研5G基带芯片,摆脱受制于人的局面。

根据Yole
development数据得出,射频前端各个组件市场情况,可以总结为以下三点:滤波器市场显著增加,功放和低噪放稳定增长,射频开关类产品需求多样化发展。在射频前端市场中最大的业务模块是滤波器,从2016年到2022年滤波器的年复合增占率21%,将从52亿美元增长至163亿美元,这主要的市场驱动力来自于新型天线对额外滤波的需求以及载波聚合对更多的体声波滤波器的需求;功放和低噪放的年复合增占率1%,从38亿美元增长至41亿美元,高端LTE功放市场的增长将被2G和3G市场的萎缩所平衡,由于新型天线的出现和增长,低噪放市场将稳步前行;射频开关的年复合增占率12%,从10亿美元增长至20亿美元,其市场驱动力来自于天线开关业务的增长;天线调谐器年复合增占率40%,从0.36亿美元增长至2.72亿美元,市场驱动力来自调谐功能被添加到主天线和分集天线中。

1、完整的射频前端核心技术。通过与TDK成立的合资公司,高通拥有包括表面声波(SAW)、温度补偿表面声波(TC-SAW)和体声波(BAW)在内的一系列全面的滤波器和滤波技术,另外也拥有像做开关产品或天线调谐的SOI技术,还有低噪声放大器(LNA)技术。

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中国的厂商也紧跟5G的步伐,2018 年2月25 日,在巴塞罗纳举行的MWC
展会上,华为正式发布了旗下首款5G 商用芯片——Balong 5G01,符合5g
标准R15规范,支持Sub 6GHz 中低频,以及28GHz
高频毫米波,兼容2g/3g/4g网络。联发科也公布了其5g 基带芯片产品Helio
M70,符合5g 标准R15规范,最快下行速率可达5gbps,兼容2g/3g/4g网络。

根据QYRElectronicsResearchCenter的统计,从2011年至2018年全球射频前端市场规模以年复合增长率13.10%的速度增长,2018年达149.10亿美元。受到5G网络商业化建设的影响,自2020年起,全球射频前端市场将迎来快速增长。2018年至2023年全球射频前端市场规模预计将以年复合增长率16.00%持续高速增长,2023年接近313.10亿美元。5G之存储

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纵观射频前端芯片市场,器件主要分为两类,一类是使用MEMS工艺制造的滤波器,以声表面波滤波器(SAW)和体声波滤波器(BAW)为代表,第二类是使用半导体工艺制造的电路芯片,以功率放大器(PA)和开关电路(Switch)为代表。

集成电路设计属于技术密集型行业,尤其对于射频前端设计,由于需要适配多通信制式、多频段,未来还需要满足
5G
的技术要求,因此技术复杂度较高;另外,由于通讯技术更新换代迅速、消费类电子产品升级频率高,对于射频前端设计也提出了不断创新的要求。行业内的企业只有积累了深厚的研发经验、具有较强的持续创新能力并且制定了完善的技术发展路径,才能不断满足市场需求。同时,新进入者的产品在技术、功能、性能及工艺平台建设上需要与行业中现有产品相匹配,也提高了行业的技术壁垒。行业内的新进入者往往需要经历较长一段时间的技术摸索和积累时期,才能和业内已经占据技术优势的企业相抗衡,因此技术壁垒明显。

在今年的MWC 2019 大展上,紫光展锐重磅发布了5G
通信技术平台“马卡鲁”及其首款5G
基带芯片“春藤510”,迈入全球5G第一梯队。春藤510 基带采用台积电12nm
制程工艺,支持多项5G关键技术,单芯片统一支持2G/3G/4G/5G
多种通讯模式,符合最新的3GPP R15 标准规范,支持Sub-6GHz 频段、100MHz
带宽,是一款高集成、高性能、低功耗的5G基带芯片。并且,春藤510
可同时支持5G SA 独立组网、NSA 非独立组网两种组网方式。

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手机芯片的天花板很高,

除此之外,射频前端为何市场前景广阔?答案也是因为频段+载波聚合组合的增长。

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目前,已有多家手机厂商跟进5G 步伐,发布了5G 手机时间计划。7 月23
日OPPO官方宣布Reno 5G 版正式获得中国5G终端电信设备进网许可证,Reno 5G
版目前已三证在手,具备了5G 手机商用的能力。此前,华为6
月26日官方宣布华为Mate 20 X 获得中国首张5G
终端电信设备进网许可证,这标志着国产5G 手机上市步伐加快,5G
商用将进一步提速。6
月份工信部向包括三大运营商和中国广电在内的四家企业也都正式发放5G
牌照,上游运营商和下游手机厂商的5G 进展情况均超预期。

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声表面波滤波器和体声波滤波器

完整的射频前端解决方案,可以使OEM厂商、最终消费者和运营商获得共赢。骁龙835/660/630移动平台均引入了射频前端技术。而作为首批实现先进射频特性的国产智能手机之一,一加手机5已经率先支持包括载波聚合功能和包络追踪等的TruSignal技术,充分提升了数据传输速率、覆盖、电池寿命、通话质量和通话可靠性。

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5G网络作为第五代移动通信网络,其峰值理论传输速度可达每秒数十Gb,这比4G网络的传输速度快了数百倍,这意味着一部完整的超高画质电影可在1
秒之内下载完成。Strategy Analytics 预测5G 智能手机出货量将从2019
年的200万增加到2025 年的15
亿,年复合增长率为201%。中国4G智能手机出货量市场份额2014
年初为10%,仅仅用了两年左右市场份额就就达到了90%,我们认为5G采用率也将和4G
类似,在中国会迅速提升。

从全球集成电路市场结构来看,全球半导体贸易组织统计2018年全球集成电路市场规模达4015.81亿美元,相较于本轮景气周期起点2016年增长了1249亿美元。而存储器2018年市场规模达1651.10亿美元,相较2016年增长了883亿美元,占增量比重达71%,是本轮景气周期的主要推手。

国际厂商:只有Avago、Qorvo等少数几家掌握BAW滤波器量产技术的公司,其中Avago和Qorvo两家市场占有率超90%;而SAW滤波器也基本被muRata、TDK等巨头垄断。

到4G时代早期,“五模十三频”、“五模十七频”等概念成为厂商宣传热点,可以作为手机核心竞争力——通信制式的兼容。那时候,频段增加到16个,全球全网通频段增至49个,3GPP新增的600MHz频段编号达到71个,如果纳入5G毫米波那么频段还会增加。

国内移动智能终端厂商也多向其采购射频前端芯片产品。根据
2015 年 5 月国务院发布的《中国制造 2025》,“到 2020
年,40%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障”,“到 2025
年,70%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障”,提出中国的芯片自给率要不断提升。在这一过程中,射频前端芯片行业因产品广泛应用于移动智能终端,行业战略地位将逐步提升,国内的射频前端芯片设计厂商亦迎来巨大发展机会,在全球市场的占有率有望大幅提升。

苹果推动了SiP模组的加速渗透并不断提升整体性能。在iPhone 6s
手机中,苹果就已低调在内部模组中采用了apple watch1
中S1采用的系统级封装技术,为新加入的线性马达营造空间。继SiP封装技术被引入触控芯片模组、指纹识别IC、3D
Touch 模组和多颗RFPA颗粒后,iPhone7 在wifi 模组也采用了SiP封装。同时SiP
模组加速渗透也为iPhone 整体性能提升带来切实帮助,由于SiP
封装相较传统封装有空间利用率优势,使得iPhone7在配备升级尺寸规格的Taptic
Engine 后,还能将电池容量从2650mAh提升到2900mAh。

在今年的MWC2019大展上,紫光展锐重磅发布了5G通信技术平台“马卡鲁”及其首款5G基带芯片“春藤510”,迈入全球5G第一梯队。春藤510基带采用台积电12nm制程工艺,支持多项5G关键技术,单芯片统一支持2G/3G/4G/5G多种通讯模式,符合最新的3GPPR15标准规范,支持Sub-6GHz频段、100MHz带宽,是一款高集成、高性能、低功耗的5G基带芯片。并且,春藤510可同时支持5GSA独立组网、NSA非独立组网两种组网方式。

但也反映出国产射频企业的成长空间巨大,中国做射频的公司按照分类不同主要有以下几家。中科汉天下电子主要做CMOS功放设计和GaAs功放设计,做GaAs功放设计还有VANCHIP、AIRROHA、RDA、Smarter
Micro,做GaAs功放制造的企业有台积电、三安光电、海威华芯等,做滤波器的有信维通信,中电科技德清华莹电子有限公司,重庆声光电有限公司、麦捷科技等。

3、高通具有自己的调制解调器(modem),这是其与第三方射频元器件厂商相比,所拥有的重要差异化优势,从而能提供一套系统化解决方案。

移动数据传输量和传输速度的不断提高主要依赖于移动通讯技术的变革,及其配套的射频前端芯片的性能的不断提高。在过去的十年间通信行业经历了从
2G(GSM/CDMA/Edge)到 3G(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA),再到
4G(FDD-LTE/TD-LTE)两次重大产业升级。在 4G
普及的过程中,全网通等功能在高端智能手机中得到广泛应用,体现了智能手机兼容不同通信制式的能力,也成为了检验智能手机通信性能竞争力的核心指标之一。

四、

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尽管射频前端前景广阔,但很多射频前端厂商在工艺设计上犯了难。IHS
Markit近期发布的报告指出,自LTE设备诞生以来,射频前端的复杂性显著增加;设备其他功能的改进,导致了一个更具挑战性的设计环境。

2016 年全球射频低噪声放大器收入为 12.80
亿美元,而随着 4G
逐渐普及,智能手机中天线和射频通路的数量增多,对射频低噪声放大器的数量需求迅速增加,因此预计在未来几年将持续增长,到
2020 年达到 14.75 亿美元。

二、

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性能基本过关即可

关于载波聚合。从2015年最开始的两个载波,增至现在的3-4个载波,预计2017年将会提出超过1000个频段组合的需求。

射频前端结构示意图

SiP封装工艺,是以一定的工序,在封装基板上,实现阻容感、芯片等器件的组装互连,并把芯片包封保护起来的加工过程。SIP
将一些芯片中段流程技术带入后段制程,将原本各自独立的封装元件改成以SiP技术整体整合,有效缩小封装体积以节省空间,同时缩短元件间的连接线路而使电阻降低,提升电性效果,最终实现微小封装体取代大片电路载板,有效地缩小了产品的体积,顺应了产品轻薄化的趋势。我们认为在5G时代,SIP
技术可以帮助整合不同系统上的芯片,伴随着工艺向7nm、5nm 甚至3nm
推进而稳步攀升,先进的集成电路封装技术将在降低芯片制造商成本方面发挥关键作用。

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杨清华教授谈到:“我们都知道滤波器是实现频段过滤的专用器件,它可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减或抑制其它频率成分;目前手机是该系统产品的最大应用市场。”在手机等无线通信领域,由于设备尺寸较小、功率较低,目前主要有2种类型的滤波器在使用,分别为声表面波滤波器和体声波滤波器,顾名思义,SAW滤波器是通过声波表面传播,BAW滤波器是通过声波体内垂直传播。目前国内没有规模量产的声表面波和体声波滤波器厂家,而国外产品的进口替代潜力大,市场规模大、利润空间高。

射频前端之所以越来越复杂,一个主要驱动因素是终端产品,由于终端产品多模、多频段的趋势导致。观察下图,一款4G全网通手机的PCB板上,囊括数十颗射频芯片,顶级终端所占比例更大。

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5G三大核心创新驱动是AI、物联网、智能驾驶,从人产生数据到接入设备自动产生数据,数据呈指数级别增长!智能驾驶智能安防对数据样本进行训练推断、物联网对感应数据进行处理等大幅催生内存性能与存储需求,所有数据都需要采集、存储、计算、传输,数据为王,存储器比重将大幅提升。

所有无线通信都需要手机终端中的WI-FI、GPS、Bluetooth等,射频前端芯片包括射频开关、射频低噪声放大器、射频功率放大器、双工器、射频滤波器等芯片。射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换;射频低噪声放大器用于实现接收通道的射频信号放大;射频功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大;射频滤波器用于保留特定频段内的信号,而将特定频段外的信号滤除;双工器用于将发射和接收信号的隔离,保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正常工作。

值得一提的是,高通的整合解决方案还支持载波聚合的TruSignal自适应天线调谐技术。TruSignal可被看作是三项技术的总称:第一是主分集天线切换,它是用来解决手机“死亡之握”的问题——手机的主天线一般是在手机的下方,当人们用手握住它的时候,信号会掉得非常快,当下方主天线被握死时,它可以将天线切换到上面的分集天线去;第二是天线调谐——天线调谐技术又包含两类,一类叫孔径调谐,一类叫阻抗调谐,通过调谐天线的匹配,可以解决天线和PA之间的适配问题;第三是高阶分集接收——通过增加分集来提升接收性能,以及接收的下行速率。

行业中普遍采用的器件材料和工艺平台包括 RF
CMOS、SOI、砷化镓、锗硅以及压电材料等,逐渐出现的新材料工艺还有氮化镓、微机电系统等,行业中的各参与者需在不同应用背景下,寻求材料、器件和工艺的最佳组合,以提高射频前端芯片产品的性能。从技术更新换代的特点上来说,射频前端芯片设计行业技术更新速度快,行业中的各参与者均需要不断进行研发,以保证产品在行业中的竞争力。这个市场需求高,但竞争也很激烈。

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5G对于天线设计是一个巨大的挑战,因为新频段的增加会带来天线的增多。正常的5G手机将会包含11根天线,其中:5G
NR会做4×4 MIMO,因此会有4根天线,LTE也会有4根天线,同时Wi-Fi中需要做2×2
MIMO,这又会需要两根天线,再加上GPS
L5天线,总共11根。典型4G手机天线数量2~4支,因此市场空间提升较大。

SAW滤波器:在2G、3G时代占据滤波器市场的主导地位;但SAW滤波器性能不足,在滤波频率高于2GHz时,不能满足苛刻频段的要求。

2、先进的模块集成功能。与SoC不同,射频前端的集成是做SIP(System In
Package,系统级封装),通过与TDK合作,高通加强了模组集成能力,可以提供集成化方案。

全球射频前端市场规模

基站端天线:

目前,已有多家手机厂商跟进5G步伐,发布了5G手机时间计划。7月23日OPPO官方宣布Reno5G版正式获得中国5G终端电信设备进网许可证,Reno5G版目前已三证在手,具备了5G手机商用的能力。此前,华为6月26日官方宣布华为Mate20X获得中国首张5G终端电信设备进网许可证,这标志着国产5G手机上市步伐加快,5G商用将进一步提速。6月份工信部向包括三大运营商和中国广电在内的四家企业也都正式发放5G牌照,上游运营商和下游手机厂商的5G进展情况均超预期。

BAW滤波器:本身具有性能优势,而且BAW滤波器的尺寸还随频率升高而缩小,在高于2GHz时成本很低,这使它适合要求非常苛刻的4G、4G+应用(包括载波聚合,VoLTE)及未来应用更高频率的5G应用。

摆在射频前端厂商面前的难题