手機，作為移動網際網路時代的標配，已經走進了我們每個人的生活。有了它，我們可以隨心所欲地聊天、購物、追劇，享受美好的人生。

正因為手機如此重要，所以人們對相關技術的發展十分關注。每當有新品釋出，媒體會進行長篇累牘的報道，社交網路上也會掀起熱烈的討論。

然而，人們對手機的關注，往往集中在 CPU、GPU、基帶、螢幕、攝像頭上。有那麼一個特殊的部件，對手機來說極為重要，卻很少有人留意。

是哪個部件呢？沒錯，它就是我們今天文章的主角 —— 射頻。

什麼是射頻

射頻，英文名是 Radio Frequency，也就是大家熟悉的 RF。從字面上來說，Radio Frequency 是無線電頻率的意思。射頻訊號，則特指頻率範圍在 300KHz~300GHz 的無線電磁波。

大家都知道，手機之所以能夠和基站進行通訊，靠的就是互相收發無線電磁波。

手機裡專門負責收發無線電磁波的一系列電路、晶片、元器件等，被統稱為射頻系統，簡稱 “射頻”（下同）。

射頻和基帶，是手機實現通訊功能的基石。如果我們把手機與外界的通訊看作是一項 “快遞服務”，那麼，基帶的職責是對資料進行 “打包 / 拆包”。而射頻的職責，則是將 “包裹” 通過指定的無線電頻段發射出去 / 接收下來。

▲示意圖：左邊是基帶，右邊是射頻

射頻到底長什麼樣？下面這張，是某品牌手機的主電路板正反面佈局圖。

（▲圖片來自 ABI Research）

圖中，黃色圈出的部分，全部屬於射頻。可以看出，射頻元件在手機構造中，佔據了不小的比例。

從架構上來看，一套完整的射頻系統包括射頻收發器、射頻前端、天線三個部分。射頻前端又包括功率放大器、包絡追蹤器、低噪聲放大器、濾波器、天線開關、天線調諧器等多個元件。

▲射頻的架構

射頻前端各個元件的作用並不複雜。例如，放大器，就是把訊號放大，讓訊號傳得更遠；濾波器，是把雜波去掉，讓訊號更 “純淨”；天線開關，用於控制天線的啟用與關閉；天線調諧器，主要作用是 “擺弄” 天線，獲得最好的收發效果……

數量眾多的射頻元件，相互配合，分工協作，就是為了完成 “臨門一腳”，把基帶打包好的資料，“biu~biu~biu~” 地發射出去。

如果射頻設計不合理，元器件效能落後，那麼，將直接影響手機的無線訊號收發能力，進而影響手機的通訊能力。具體表現出來，就是無線訊號差，通訊距離短，網路速率慢，等等。

換言之，手機的射頻能力不行，就好比汽車的動力不足，就算其它功能再花哨，也無法被使用者所接受。

所以，手機廠商在研發設計手機時，通常都會在射頻方面下足功夫，反覆推敲並進行測試驗證，才敢推出最終產品。

5G 射頻的挑戰

如今，我們昂首邁入了 5G 時代。相比傳統 4G，5G 的射頻系統有變化嗎？

答案是肯定的。不僅有變化，而且是鉅變。

5G 相比 4G，在效能指標上有了大幅的提升。5G 的 eMBB（增強型移動寬頻）場景，將手機速率提升至千兆級甚至萬兆級，分別是早期 LTE 速率（100Mbps）的 10 倍 / 100 倍。

2G/3G/4G，加上 5G，加上 MIMO（多天線技術），加上雙卡雙待，手機的天線數量和支援頻段翻倍增加。4G 早期只有不到 20 個頻段組合。相比之下，5G 有超過 10000 個頻段組合，複雜性堪稱恐怖。

與此同時，為了確保使用者願意升（tāo）級（qián），5G 手機的厚度和重量不能增加，功耗不能增加，待機時長不能減少。

換做你是手機廠商，你會不會抓狂？

所以說，5G 手機的射頻，必須重塑自我，大力出奇跡搞創新。

到底該如何解決射頻系統的設計難題呢？高通提出了一個巨集觀的思路，直接提供 “完整的調變解調器及射頻系統”。通俗理解，就是把基帶、射頻收發器、射頻前端、天線模組、軟體框架等，全部都做好，給廠商一套完整的方案。

也就是說，5G 手機等終端元器件設計的理念，必須摒棄以往 “東市買駿馬，西市買鞍韉，南市買轡頭，北市買長鞭” 專注於單個元件的思路，轉而採用 “打包設計” 的一體化系統級解決方案。

例如，以前是 A 廠造基帶，B 廠造射頻，C 廠造天線，然後手機 D 廠自己搗鼓如何整合和對接。現在，改成有實力的大廠直接把基帶、射頻和天線等一起打包設計好，然後交給手機廠商，拿了就能快速使用。

系統級整合，是 5G 基帶和射頻複雜度大幅提升的必然結果。

這就好比是火車。以前綠皮車的車速慢，車廂和車頭可以分開設計、製造，然後拼在一起執行。但是，到了高鐵時代，速度指標翻倍，如果繼續分開設計、製造，車廂和車頭不能深度協同，不僅速度指標難以實現，還可能出現安全問題。

所以，高鐵的動車組，通常都是統一設計和製造的。

也就是說，面對前面提及的苛刻 5G 指標，需要站在系統級整合的角度，對基帶和射頻進行整體設計。這樣一來，才能讓兩者實現完美的軟硬體協同，發揮最佳效能（吞吐率、覆蓋範圍等）。

除了達成指標之外，整合設計也有利於縮減系統的最終尺寸，減少對手機空間的佔用。對於系統功耗和散熱控制來說，整合設計也有明顯優勢。

最後一點，也是很重要的一點，提供系統級整合方案，可以降低手機廠商的設計難度，方便他們以更快的速度推出產品，搶佔市場。

5G 射頻的黑科技

我們來具體看看，系統級整合的 5G 射頻，到底有哪些有趣的黑科技。

首先，第一個黑科技，就是寬頻包絡追蹤。

前面介紹射頻架構的時候，裡面就有一個功率追蹤器。功率追蹤器是配合功率放大器使用的。

功率放大器是射頻的核心元件，它就像一個喇叭，把小聲音（訊號）變成大聲音（訊號）。

想要把喇叭吹響，肯定需要鼓足力氣（電源供電）。功率追蹤器的作用，就是控制吹喇叭的力度（功率）。

傳統的吹法，是 APT 法，也就是平均功率追蹤。某一時間段內，吹的力量保持不變。

而寬頻包絡追蹤（ET）技術，可以精確地控制力量。也就是說，基帶（調變解調器）可以根據訊號的變化，控制射頻裡的包絡追蹤器，進而精準控制無線訊號的發射功率。

▲包絡追蹤的虛耗電量明顯小於傳統平均功率追蹤（圖片來自高通）

這樣一來，體力（能量）大幅節約了，射頻的功耗也就下降了，手機的待機時間得以增加。

精準的發射功率控制，幫助手機獲得最佳的訊號發射效率，從而獲得更好的通道質量。在手機與基站 “雙向溝通” 過程中，當手機獲得更好的通道質量時，基站就能支援手機實現更優的上下行業務，例如支援 2×2 MIMO，網速更加絲滑。此外，更好的通道質量，也為基站側給手機分配更高階的調製方式（例如 256QAM）創造了條件，可以提升手機吞吐率，支援更快更優的資料傳輸業務。

高通此前釋出的幾代驍龍 5G 調變解調器及射頻系統整合的寬頻包絡追蹤器，就已經採用了上述技術。而其最新的寬頻包絡追蹤器 QET7100，與目前市場上其它廠商提供的最先進產品相比，能效提升了 30%。

我們介紹的第二個黑科技，就是 AI 輔助訊號增強技術。

這個技術是 2 月份剛推出的驍龍 X65 5G 調變解調器及射頻系統中最新發布的新技術，也是行業裡首次將大熱的 AI 技術引入手機射頻系統，用於增強訊號。

AI 輔助訊號增強技術的核心，就是將 AI 技術引入天線調諧系統。天線調諧分為兩種方式，一個是阻抗匹配，另一個是孔徑調諧。

我們先看看阻抗匹配。

所謂阻抗匹配，我們可以理解為是一種 “接水管” 的工作。

射頻系統元件與天線之間對接，就像兩根水管對接。當阻抗一致時，就是位置完美對應，這時水流最大，訊號的效率最高。如果元件的阻抗發生偏移，那麼水管就歪了，水流就小了，一部分水流也浪費了。

導致阻抗變化的原因很多，例如手的觸碰，還有插接資料線、安裝手機殼等。即便是不同的持握手勢（左手、右手、單手、雙手），也會帶來不同的阻抗。

傳統的阻抗匹配做法，就是在實驗室對各種造成阻抗變化的原因進行測試，找到天線特徵值，然後通過調變解調器控制射頻元件進行阻抗調節，讓接水管儘可能對準送水管。

而 AI 輔助訊號增強技術，就是引入 AI 演算法，對各種阻抗變化原因的天線特徵值進行大資料分析和機器學習，實現對阻抗的智慧調節，達到最完美的匹配效果。

說白了，就有點像在送水管和接水管之間，安裝了一根對接軟管，讓水流盡可能不浪費。

▲AI 輔助訊號增強，相當於射頻和天線間的對接軟管

孔徑調諧相對來說較為簡單，就是調節天線的電長度。

從輻射學的角度來說，天線的完美長度應該是波長的四分之一。現在的手機，因為全網通、雙卡雙待等原因，移動通訊系統的工作頻率是動態變化的。例如，有時候工作在 2.6GHz，有時候工作在 3.5GHz。

工作頻率如果變化，意味著最佳波長也變化了。所以，需要對天線進行孔徑調諧，調節天線的長度，拉長波峰，以此達到最佳效果。

總而言之，以阻抗匹配和孔徑調諧為基礎的天線調諧技術，主要作用是克服外部環境對天線訊號的影響，對訊號進行動態調節，改善使用者體驗。

根據實際驗證，憑藉著 AI 輔助訊號增強技術，系統的情境感知準確性可以提升 30%，能夠明顯降低通話掉線率，提升速率、覆蓋和續航。

結語

5G 射頻系統的創新黑科技還有很多，例如多載波優化、去耦調諧、多 SIM 卡增強併發等。這些黑科技全部都是技術創新的成果。它們凝結了工程師們的智慧，也為 5G 終端的順利推出奠定了基礎。

如今的 5G 射頻，已不再是基帶的輔助，而是能夠和基帶平起平坐、相輔相成的重要手機元件。

隨著 5G 網路建設的不斷深入，除了手機通訊之外，越來越多的 5G 垂直行業應用場景也開始落地開花。5G 終端的形態將會變得五花八門，更大的考驗將會擺在 5G 射頻前端的面前。

屆時 5G 射頻又會玩出什麼新花樣？讓我們拭目以待！