一文读懂智能手机的射频模块 什么是手机射频

我们都知道,智能手机的体验取决于其搭载的SoC移动平台,后者又是由CPU、GPU、ISP、NPU和Modem(基带,又称Baseband)等单元构成 。
如果问是谁在影响一款智能手机上网时的网速、延迟和稳定性?相信很多朋友的答案都是基带 。
但是,基带却并非影响网络性能的唯一,射频+天线模块,也是让手机尽情网上冲浪的幕后功臣 。

一文读懂智能手机的射频模块 什么是手机射频

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理论上讲,完整的射频模块包含“射频+天线”,但为了便于理解我们还是将它们拆分为两个部分 。如果你对手机的天线设计感兴趣,可参考《5G手机靠基带还不够!天线设计也得做手术!》这篇文章,本文我们则将目锁定在射频模块上 。
先从华为手机谈起
去年华为推出了一系列新款4G手机,包括Mate 40 4G、Mate X2 4G和nova 8i(搭载骁龙662)等,相比5G版的首发价便宜了不少 。
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麒麟9000集成巴龙5000基带
看到这里,估计不少朋友会产生一个疑问——麒麟9000最大的特色就是集成5G基带,理论上应该可以原生支持5G,那搭载它的新款手机为啥仅支持4G呢?难道把5G基带给“阉割”了?
再看一个奇怪的现象
【一文读懂智能手机的射频模块 什么是手机射频】如今市售的热门5G SoC中,除了骁龙865/骁龙870需要外挂骁龙X55基带以外,其他的芯片几乎都直接整合了5G基带 。
问题又来了,都是搭载同一颗SoC的智能手机,为什么有些型号的网速更快更稳定,有些型号的网络体验却又非常差劲儿呢?
难道同款基带还有强弱之别?
手机5G网络的“快递部”
一款手机要想激活5G网络,不仅需要5G基带,还需要5G射频模块和配套的5G天线模块,而它们也恰好可以组建成一个“快递部门” 。
其中,基带扮演的角色是快递站点的“打包/拆包”,负责将模拟信号通过AD数模转换电路,完成采样、量化、编码,变成数字信号(可以理解为把声音、画面变成0和1);射频模块扮演的角色是快递包裹的分拣,将基带送过来的数字信号进行调制,比如滤波、放大、解调和解码等;天线模块则是负责将调制的信号发送出去,就好比快递员,只是收件人为运营商建设的基站 。
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需要注意的是,上述的快递流程是可逆的 。
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比如,作为收件人的基站也能选择发件,经由天线这个快递员接收后,经过射频模块的分拣,最终再由基带将打包的数字信号还原成模拟信号,把无数个0、1重新变回声音和画面被用户感知 。
易被忽略的射频模块
5G射频模块的关键词是“模块”,它并非一颗芯片,而是一批芯片和元件的集合 。
一般情况下,当我们看到手机的拆机图片后,最为关心的通常是PCB主板上醒目的CPU(SoC)、内存、闪存、基带和电源管理等主要芯片 。
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你以为这些芯片很多吗?那当你看到数量更多更复杂的射频模块相关芯片后,是否有种“密集恐惧症”的既视感呢?
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图里圈中的芯片全部属于射频模块范畴
射频模块作为超复杂的芯片矩阵,少了其中的任何一颗芯片或元器件,都有可能导致网络功能(如5G)受限 。
华为虽然在基带芯片的研发和性能方面达到了业界一流水准,但在射频模块领域却依旧依赖于其他供应商 。由于众所周知的原因,华为的部分供应链被“卡脖子”,在5G相关射频芯片的缺失下,华为手机在2021年重启4G也就在情理之中了 。
射频模块的基本构成
射频的英文名是Radio Frequency,也就是我们经常念叨的“RF”,在手机领域属于具备远距离传输高频电磁波能力的功能模块 。
一般来说,完整的射频模块包含射频收发器、射频前端和天线三个部分 。其中射频前端又包括功率放大器、包络追踪器、低噪声放大器、滤波器、天线开关、天线调谐器等多个组件 。
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射频模块的工作原理非常复杂,限于篇幅我们就不展开详细的介绍了 。
简单来说,从基带芯片发送过来的信号频率很低,射频模块的主要任务,就是对这个信号进行调制,将低频调制到诸如GSM的900MHz频段、4G LTE的1.9GHz频段或5G的3.5GHz频段等 。此时,虽然信号频率提高了,但依旧存在功率较小的问题,需要用功率放大器使其获得足够的射频功率,然后才会送到天线,再经滤波器消除干扰杂波,最终通过天线振子发射出去 。