5G應用助（zhù）推射頻前端趨向模組化
5G網絡是新一代移動通信技術，在智能手機和其他設備上提供比以往更快的速度和更可（kě）靠的連接。由於5G具有支持高帶寬和低延遲應用的創新特性和功能，因此有必（bì）要添加大量新的射頻（RF）組件以支持（chí）新的無線電頻段和（hé）組合（hé）。對於應用廣泛的Sub 6 GHz頻段來說，每年都會擴展新的頻段來支（zhī）持（chí）不同（tóng）的終端應用。新頻段的加入（rù），使多模式多頻段（MMMB）的智能手機能夠支持更多的通信製式，具有更好的使用體驗，但同（tóng）時也使（shǐ）智能手機射頻前端（RFFE）的複雜度（dù）大大增加。與4G智能（néng）手機相比，支持5G模（mó）式手機除了頻（pín）段擴展外，還需要向下（xià）兼容，所需的濾（lǜ）波器和（hé）通道數量（liàng）隨之大幅度增加。
圖1 新（xīn）的頻段不斷（duàn）擴展以支持不同的終端應用
圖2 5G手機所需（xū）的（de）濾波器和通道數量大幅度增加
在通信設備中，射頻信號處理（lǐ）單元負責信號的發送與接收，包含射頻收發器、天線、射頻前端模組（FEM）等。其中，射頻前端模組是無（wú）線連接的核心，它由一係列器件構成，包含功率放大器（PA）、濾波器（Filter）、切換開關（Switch）、雙工器（Duplexer）和低噪聲放大器（LNA）等，分（fèn）別對應不同的射頻信號（hào）處理功能。
其中，濾波器是射頻（pín）前端中最重要的分立器件（jiàn），它（tā）的主要作用是使信號中特（tè）定（dìng）頻率（lǜ）成分（fèn）通過而極大衰減其他頻率成分，從而提高信號的抗幹（gàn）擾性及信噪比。目前，在手機射頻市場中主要采用（yòng）聲學濾波技術。根據製造工藝的不同，聲學濾波（bō）器又分為聲表麵波濾波器（SAW）和體聲（shēng）波（bō）濾波器（BAW）兩（liǎng）大類。由於工（gōng）藝複雜度（dù）、技術以及成（chéng）本的限製，當前通信標準下更多的射頻（pín）前端采（cǎi）用（yòng）了SAW濾波器。隨（suí）著5G滲透率的提升，BAW濾波器優異的性能以及對高頻的支持有望使其成為手機射頻前端（duān）的主流器件。
在實際應用中，濾波器和（hé）雙（shuāng）工器是射頻前端模組的基礎（chǔ）器（qì）件，使用量非常大。根據（jù）Yole預測，在射頻前端市場中，濾波器的價值占比超過50%，2017-2023年濾（lǜ）波器複合（hé）增速約為19%，超（chāo）過整體（tǐ）需求（qiú）約14%的（de）平均增速。
迅速增加（jiā）的頻段和射頻器件數量為智能手機（jī）帶來了挑戰，除（chú）了複雜度的（de）提升以外，對射頻器件占用空間的逐步壓縮（suō）和載波聚合的應用，使得傳統的分離式射頻器件越來越難以滿足新的需求，射頻器件（jiàn）模組化已（yǐ）成行業發展趨勢。依據不同需求，射頻前端模組的（de）構成也有所差別，下（xià）圖為幾種典型（xíng）的原理框圖。其中（zhōng）開（kāi）關的控製接口是標準化的MIPI 接口。
圖3 典型的射頻前端模組原理框圖
不同形態模組的端口數（shù）從幾個至幾十個不等。針對多端口器件的測（cè）試，尤其是大批量生產測試，一個優秀的測試（shì）方案（àn），除了確保完整的電性能測試，還需在效率和時間成本之間達到最佳平衡。在實際應用中，我們能否找到這樣完美的測試解決方（fāng）案呢？
答案是肯定的，而且還是兩種，你完全可以根據實際（jì）需（xū）求實現優中選優。
R&S多（duō）端口（kǒu）矢量網絡分析儀是射頻前端（duān）多端口測試的最佳選擇
圖4 R&S ZNBT以及R&S ZNB + ZN-Z84是兩款專門針對射頻前端多端口（kǒu）器件的測試方案
R&S ZNBT多端口矢（shǐ）量網絡分析儀
這是一款（kuǎn）真正的多端（duān）口矢量網（wǎng）絡分析儀，能夠提（tí）供最（zuì）多 24個集成（chéng）式測試端（duān）口。它可以並行測試多台被測設（shè）備（DUT），或測量（liàng）一台最多達24個端口的（de）被測設（shè）備。正是因為 ZNBT的高集成度，使其迅速成為一款業界領先的緊湊型射頻前端模組測試解決方案。即（jí）便在帶有多個（gè）端口的情況下，R&S ZNBT也隻需要很短的測量時間，並保持穩（wěn）定的性能。
此外，由於（yú）每個測試端（duān）口（kǒu）都配備了一個反射計（Reflectometer），這一設計有效消除了測試端口和測量接收機之間的損耗。因此，ZNBT擁有寬動態範圍、高輸出功率、低跟蹤噪聲等特性。在多端口測量中，具有高（gāo）度穩定性、重複性和精（jīng）確度。
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R&S ZNB + 射（shè）頻開關矩陣R&S ZN-Z84
在該方案中，矢量網絡分析儀 ZNB在速度、動態及穩定性方麵非（fēi）常優異。通過開關矩陣擴展端（duān）口數量， ZNB最多可進行48個（gè）端口測量。更重要的是， ZNB 內置了開關矩陣的軟件驅動（dòng），包含速度優先和（hé）性能優先工作模式（shì），可自動完成對應測試端（duān）口（kǒu）的切換功能。另外， ZNB具有去嵌入功能，為DUT提供真實（shí）運行環境的測試條件。
從硬件結構上看， ZNBT的每（měi）個端口都（dōu）配置兩個獨立的接收機，並接入內（nèi）置信（xìn）號源，所以ZNBT任意2端口（kǒu）的性能指標都與一台相同端口數的通用（yòng）級ZNB相當。對於多個測試端口，ZNBT可同時輸出信號，以完成多個（gè）DUT的並行測試，進一步提高測試效率，且（qiě）多端口應用時速度和各項指（zhǐ）標依然保持穩定，不（bú）會惡化。
圖5 R&S ZNBT多（duō）端口矢量網絡分析儀硬件結構
ZNB + 射頻開關矩陣R&S ZN-Z84，這一經典測試（shì）方案，主要借助射頻開關矩陣進行端口（kǒu）的擴展，具有低成本優勢。缺點是對於多（duō）端口器件的測試，需要多次掃描，無法實現並行測（cè）試。值得一提（tí）的（de）是，由於內（nèi）置了開（kāi）關矩陣ZN-Z84的驅動，僅需連接控製線，如USB、LAN或PCIe等，ZNB就會識別（bié）並控製開關矩陣ZN-Z84進行自動切換和測試。因此，該方案的（de）實現相對簡單，無需編寫外部（bù）程控軟件。
圖6 R&S ZNB + 射頻開關矩陣R&S ZN-Z84硬件結構
談到兩個方案的（de）共同（tóng）點，那就（jiù）是（shì）它們都支持射頻前端模組的MIPI控製接口，除了輸出用戶定義的（de）GPIO控製信號外，還可以提供CLK和DC供電，以（yǐ）及測試中要求的電流測試能力。
圖（tú）7 ZNB 後麵板的MIPI 接口
在測試（shì）軟件方麵，ZNB和ZNBT均提供了測試掃描序列編輯功能，支持MIPI對射頻測試流程的觸發功能，以適應不同測試狀態下輸出的GPIO控製信號，有效降（jiàng）低了總的測試時間。
分（fèn）離的射頻測（cè）試（shì）和MIPI 控製方案
ZNB/ZNBT一體化的射頻（pín）測試和（hé）MIPI 控製方案
根據YOLE的統計數據，2018年全球（qiú）RF FEM（射頻前端（duān）模塊）消費量（liàng）為96億個，隨著5G的不斷（duàn）發展，預計2023年全（quán）球（qiú）RF FEM的消費量（liàng）將增長至135億個（gè）。
圖8 5G技術轉型導致RFFE的複雜性不斷上升（shēng）（圖（tú）源：ABI Research)
事實上，支持（chí）5G的新頻率越來越多，使用的多路複用方法也越來越多，這大大（dà）增加了射頻前（qián）端（RFFE）的複雜性（如圖8）。我（wǒ）們這次推薦的（de）一體化測（cè）試（shì）方案（àn）不僅實現起來非常簡潔，更重要的是可以進一步提高測試效率，大幅降低測試的時間成本。
從小編（biān）的角度看（kàn），應對多端口射頻前端模組的測試，尤其是大批量生產測試，多（duō）端口（kǒu）矢量網絡分析儀是最佳選擇。R&S提供的兩種形式的多端口矢量網絡分析（xī）儀（yí）以及對應的兩款（kuǎn）測試方案，均充分考慮了成本和效率的平衡。當然，最（zuì）後選擇哪一種方案，還要視具體情況來決定。畢竟，鞋子合不合適，隻有您的腳知道！
