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1、功率放大器行业类别及市场发展分析 手机中的功率放大器是将小信号转换成大功率信号的装臵, 用于驱动特定负载的天线等. 功率放大器于其工作频率范围、效率等要求达的不同会有不同类型的设计. 功率放大器的工作功率放大器参数及作用参数作用增益放大器输出电压与输入电压的比值输出阻抗在指定频率对输出负载匹配输入阻抗在输入端对电路进行匹配带宽放大器工作的频率范围转换率放大器能产生的输出信号的最大时间导数效率输出功率与输入功率的比值1dB压缩点表征线性度最大输出功率表征放大器可以输出的最大功率范围 功率放大器有各种类型, 但最常用的是ClassC、ClassB、ClassAB以及CalssA, 针对特殊的设计还
2、可以具有开关模式. 为了提高PA的效率和越来越高的通信要求, 现在已经发展出了Class-E, Class-F、Class-J、Class-G以及Doherty型的滤波器设计. 功率放大器的分类PA类型优点缺点ClassA放大器设计简单、高频和稳定性能好效率低、寿命短ClassB放大器效率高两路信号交叉点有失配ClassAB放大器效率低于ClassB，高于ClassA没有交叉失配的问题ClassC放大器效率高线性度差、动态范围窄ClassD放大器功率效率很高，可达90%设计难度大 5G对于RFFE中的PA数量和形式都有非常大的影响. 5G制式下的PA要求功率和效率都要求更高, 同时带宽增加.
3、MIMO的使用带来了上行链路的增加, 2x2MIMO上行链路的要求下, PA的用量至少会增加一倍. 2G向5G演变过程中相关参数变化 在设计上, LTE制式下高端型手机中多采用的包络追踪（ET）技术来配合PA降低功耗. 包络追踪技术通过追踪射频信号包络, 即检测输出信号能量, 来不停适配PA的电源, 从而优化PA效率. 但是包络追踪目前的技术只能支持到60MHz带宽, 在5G载波聚合应用后带宽可以100MHz, 此时包络追踪技术无法满足带宽要求. 因此PA需要工作在平均功率跟踪（APT）固定电压模式下, 来支持宽带的5G传输, 同时PA的效率会下降. 包络追踪ET技术 5G增加的新波形, 例如
4、CP-OFDM和其他信道进行载波聚合后, 会有更高峰值平均功率比（PAR）, 所以在5GPA中需要实现更大的回退（backoff）. 工作在回退模式意味着必须降低PA的最大输出功率, 以便使整个信号在PA传递曲线的线性区域范围内. 这样做会给PA的线性度和效率的折中带来更大的困难. PA中的回退技术 5GRFFE还可能需要支持LTE中与5GFR1重合的频率, 对LTE向下兼容. 考虑到电池寿命, 手机制造商希望尽可能使用ET来保证PA效率, 这意味着使用ET进行LTE传输和采用60MHz带宽的5G信号. 因此, PA在ET模式下工作时必须提供高饱和效率, 在APT模式下则必须具有高线性效率.
5、在宽带APT模式和相对窄带的ET模式下PA的的工作模式, 给RFFE供应商带来很大挑战. 此外, 在ET和APT模式之间切换需要复杂的电源管理. 毫米波波段的5GNR标准对天线模块有低成本要求, 包括带波束成形的相控阵收发器, 天线阵列和电源管理IC的共同继承. 由于典型的片上毫米波CMOS功率放大器（PA）的有损衬底, 可能会导致功率效率较低, 还会导致严重的热问题, 使得手机的电池寿命缩短. 因此也需要引入了供电调制（SM）技术, 例如包络跟踪（ET）和平均功率跟踪（APT）, 而不是直接电池连接电源, 以提高PA效率. 手机里面PA的数量随着2G、3G、4G、5G前向兼容而增加, 以PA
6、模组为例, 4G多模多频手机所需的PA芯片增至5-7颗, 而在5G时代StrategyAnalytics预测称手机内的PA或多达16颗之多. 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. 根据调查数据预测, 功率放大器市场预计将从2018年的214亿美元增长到2023年的306亿美元, 复合年增长率达到7.4%. 消费类电子产品的日益普及和LTE、5G技术的会持续推动功率放大器市场的增长. 功率放大器市场的扩大也会使得材料供应商、处理器、制造商等收益. 2015-2023年PA市场在全球范围内及预测 2G时代手机单机PA芯片成本仅0.3美
7、元/部, 3G手机则提升至约1.25美元/部, 而4G时代则增至2美元3.25美元/部, 高端手机成本甚至更高, 仅iPhone6射频部分就使用了6颗PA芯片. 根据调查数据预测5G单机需16颗PA, 这意味着5G时PA在手机成本中所占比例将成倍增长. 根据调查数据预测, 5G将推动RF功率放大器（PA）市场的增长. 经过过去三年的市场低迷, 功率放大器将由于5G手机和其他蜂窝用户设备的需求而增加. PA模组是集成和简化RF设计的基础. 由于新的sub-6GHz波段的加入, 上行链路载波聚合以及上行链路MIMO技术的应用Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata等主要厂商会承
8、受很大的设计、研发、以及供货压力. 5G带来的PA模块复杂度的提升, 会加入诸如滤波器、开关等模块, 随着市场的增长, 这种复杂PA模块不会仅仅存在于旗舰高端智能设备应用中, 还将会逐渐向中低端设备中渗透. 在这样的压力下, 预计全球的PA供应商会进一步增加研发预算以满足OEM厂商的需求. 全球PA市场份额统计 高通对手机5G射频前端模组进行供货, 最新的QTM525毫米波天线模组集成了天线和射频前端模块. 新模组在原有的n257（26.5-29.5GHz）频段, n260（37-40GHz）和n261（27.5-28.35GHz）频段的基础上增加了频段n258（24.25-27.5GHz）对
9、北美、欧洲和澳大利亚进行支持. 同时高通公司还推出了全球首个5G100MHz包络追踪解决方案QET6100, 一系列集成的5G/4G功率放大器（PA）和分集模块, 以及QAT35555G自适应天线调谐解决方案. QET6100将包络跟踪技术扩展到100MHz带宽的上行链路以及5GNR所需的256-QAM调制技术上, 这在以前被认为是无法实现的. 与平均功率跟踪技术APT相比功率效率加倍, 可以延长电池寿命 Qorvo的PA在5G基站应用上可以进行供货, 在手机设备中目前只提供3G、4G以及LTE制式下的PA. Murata公司也推出了毫米波射频天线模组, 可以支持基站之间的5G通信. Skyw
10、orks目前提供的手机应用的PA产品可以针对GSM/GPRS/EDGE应用, LTE、TD-SCDMA、CDMA、WCDMA、以及手机蓝牙等. 功率放大器的需求增加, 带动了对“砷化镓/氮化镓”化合物半导体的需求. 3G、4G时代, 移动终端PA主要是砷化镓器件, 根据Technavio数据, 2021年砷化镓器件市场规模将达630亿元人民币. 5G通信时代, 氮化镓因拥有小体积、大功率特性, 有望成为最适合PA的材料. 根据调查数据显示, 预计2020年GaN射频市场规模达到41亿人民币. 在PA领域, 国内设计公司有近20家, 主要包括汉天下、唯捷创芯、紫光展锐等；晶圆代工厂商主要有三安光电、海特高新等.