2019-2023年中國手機射頻前端行業(yè)發(fā)展前景預測[圖]

    一、射頻前端——手機通信重要模塊

    （一）、射頻前端基本架構(gòu)與運作原理

    手機終端的通信模塊主要分為天線、射頻前端模塊、射頻收發(fā)模塊、基帶信號處理。射頻前端是移動智能終端產(chǎn)品的核心組成部分，它是模擬電路中應(yīng)用于高頻領(lǐng)域的一個重要分支。按照設(shè)備中產(chǎn)品形態(tài)分類，射頻器件可分為分立器件和射頻前端模組。分立器件即功放、濾波器、天線開關(guān)等各個獨立器件；射頻前端模組則是將器件集成在一起，隨著通信技術(shù)的進步，集成化和小型化技術(shù)趨勢已使射頻前端模組倍受推崇。

    射頻前端介于天線與射頻收發(fā)之間，可以分為接收通道和發(fā)射通道，元件主要包括濾波器（Filters）、低噪聲放大器（LNA，LowNoiseAmplifier），功率放大器（PA，PowerAmplifier）、射頻開關(guān)（RFSwitch）、天線調(diào)諧開關(guān)（RFAntennaSwitch）、雙工器。從線路看信號傳輸：

    其接收通道：信號—天線—天線開關(guān)—濾波器/雙工器—LNA—射頻開關(guān)—射頻收發(fā)—基帶；

    其發(fā)射通道：基帶—射頻收發(fā)—射頻開關(guān)—PA—濾波器/雙工器—天線開關(guān)—天線—信號。

    天線用于無線電波的收發(fā)；射頻開關(guān)用于實現(xiàn)射頻信號接收與發(fā)射的切換、不同頻段間的切換；LNA用于實現(xiàn)接收通道的射頻信號放大；PA用于實現(xiàn)發(fā)射通道的射頻信號放大；濾波器用于保留特定頻段內(nèi)的信號，而將特定頻段外的信號濾除；雙工器用于將發(fā)射和接收信號的隔離，保證接收和發(fā)射在共用同一天線的情況下能正常工作。

智能手機通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

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    相關(guān)報告：智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國手機射頻行業(yè)市場全景評估及投資前景分析報告》

射頻器件功能

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    1、天線與射頻開關(guān)

    天線用于無線電波的收發(fā)，連接射頻前端，是接收通道的起點與發(fā)射通道的終點。天線按功能分類包括主天線、GPS定位天線、Wifi天線、NFC天線、FM天線等。天線的應(yīng)用包括基站側(cè)與終端側(cè)，本文主要介紹手機終端情況。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)頻段增加、頻率升高，驅(qū)使手機天線的使用增加，同時，為實現(xiàn)高速、多頻率、少損耗的傳輸，終端天線通過材料、

    結(jié)構(gòu)、工藝的不斷改進實現(xiàn)性能的提升。

    射頻開關(guān)的作用是控制多路射頻信號中的一路或幾路實現(xiàn)邏輯連通，達到不同信號路徑的切換的目的，包括接收與發(fā)射的切換、不同頻段間的切換等，最終可以共用天線、節(jié)省終端產(chǎn)品成本。射頻開關(guān)的主要包括移動通信傳導開關(guān)、WiFi開關(guān)、天線調(diào)諧開關(guān)等。

    它的運作原理如下：當射頻開關(guān)的控制端口加上不同電壓時，射頻開關(guān)各端口將呈現(xiàn)不同的連通性。以單刀雙擲射頻開關(guān)為例，當控制端口加上正電壓時，連接端口1與端口3的電路導通，同時連接端口2與端口3的電路斷開；當控制端口加上零電壓時，連接端口1與端口3的電路斷開，同時連接端口2與端口3的電路導通。通過控制電壓，實現(xiàn)了不同電路的連通。

射頻開關(guān)運作過程示意圖

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    2、濾波器：射頻器件最大的細分市場

    射頻濾波器包括聲表面濾波器（SAW，SurfaceAcousticWave）、體聲波濾波器（BAW，BulkAcousticWave）、MEMS濾波器IPD（IntegratedPassiveDevices）等。SAW和BAW濾波器是目前手機應(yīng)用的主流濾波器。

    SAW濾波器的基本結(jié)構(gòu)由壓電材料襯底和2個IDT（InterdigitalTransducer）組成。IDT是叉指換能器——交叉排列的金屬電極。下圖中左邊的IDT把電信號轉(zhuǎn)成聲波，右邊IDT把聲波轉(zhuǎn)成電信號。

    SAW濾波器頻率上限為2.5~3GHz。頻率高于1.5GHz時，其選擇性降低。在約2.5GHz處，其僅限于對性能要求不高的應(yīng)用，而且SAW濾波器易受溫度變化的影響。未來SAW濾波器的發(fā)展趨勢是小型片式化、高頻寬帶化、降低插入損耗以及降低成本。

SAW濾波器結(jié)構(gòu)圖

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    BAW濾波器更適合于高頻，同時對溫度變化不敏感，具有插入損耗小、帶外衰減大等優(yōu)點。BAW是3D腔體結(jié)構(gòu)，能量損失小，Q值高，濾波效果更好，尤其適用于2GHz以上之頻段，對于5Gsub-6GU有明顯優(yōu)勢。

BAW濾波器結(jié)構(gòu)圖

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    BAW濾波器制造工藝步驟是SAW的10倍，但因其在更大晶圓上制造的，每片晶圓產(chǎn)出的BAW器件也多了約4倍。盡管如此，BAW的成本仍高于SAW。

    BAW濾波器一般工作在1.5~6.0GHz，因此在3G/4G智能手機內(nèi)所占的份額迅速增長。但并不意味著SAW濾波器完全失去市場。二者會分別在中高頻和低頻發(fā)揮各自優(yōu)勢并在一段時間并存。2GHz以下SAW的市場占有率仍比較大，2GHz以上BAW的市場占有率會比較高。

不同頻率下SAW和BAW濾波的應(yīng)用范圍

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    濾波器是射頻前端市場中最大的業(yè)務(wù)板塊。波器全球市場規(guī)模將從2017年的約80億美元增長至2023年的225億美元，CAGR達19%，市場空間廣闊。

    濾波器是射頻器件潛力最大的市場之一，濾波器的市場的驅(qū)動力來自于新型天線對額外濾波的需求，以及多載波聚合（CA）對更多的體聲波（BAW）濾波器的需求。據(jù)預測，在3G向5G演進的過程中，濾波器的單機價值量將成倍增長。3G設(shè)備的濾波器單機價值為1.25美元，4G設(shè)備為4美元，而到了5G時代預計將達到10美元以上。

2023年濾波器在射頻前端模塊中的占比

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2023年全球濾波器市場規(guī)模預測（億美元）

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    3、3LNA與PA

    低噪聲放大器LNA的功能是將從天線處接收到的微弱射頻信號放大，盡量減少噪聲的引入，在移動智能終端上實現(xiàn)信號更好、通話質(zhì)量更高和數(shù)據(jù)傳輸率更高的效果。以卓勝微的LNA產(chǎn)品為例，根據(jù)適用頻率的不同，可以分為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)LNA、移動通信信號LNA、電視信號LNA、調(diào)頻信號LNA。

    LNA的工作原理如下：輸入的射頻信號被輸入匹配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為電壓，經(jīng)過放大器對電壓進行放大，同時在放大過程中最大程度降低自身噪聲的引入，最后經(jīng)過輸出匹配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為放大后功率信號輸出。

    LNA的主要規(guī)格是噪聲系數(shù)（NF），即通過LNA增加的固有噪聲量，當NF介于15-20db時，能將收到的信號升壓到可被后續(xù)放大器、濾波器正確處理的范圍。

    功率放大器PA是將發(fā)射通路調(diào)制振蕩電路產(chǎn)生的射頻信號功率方法，獲得足夠大的射頻輸出功率后，經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)將其饋送至天線。PA的功效定義為輸出信號的功率與輸入信號功率之差與直流電源功耗的比值。主要技術(shù)指標為輸出功率與效率：最大輸出功率決定了PA最大容量，而增加輸出功率即增益輸入與輸出之間的比值；提高工作效率需要增大對不同頻率信號的承載；另外，增加工作帶寬可以擴大PA使用范圍。

    （二）、射頻前端產(chǎn)業(yè)鏈日趨成熟

    射頻前端半導體產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)將迎來新的變化，推動產(chǎn)業(yè)鏈公司迎新機遇。目前射頻前端半導體產(chǎn)業(yè)由IDM模式主導。射頻前端主要產(chǎn)品的市場均被幾大國際巨頭壟斷。隨著5G到來，以高通為代表的Fabless廠商試圖憑借基帶技術(shù)切入射頻前端領(lǐng)域；同時以華為為代表的設(shè)備商對于上游供應(yīng)鏈的把控和“國產(chǎn)替代”需求也將重塑產(chǎn)業(yè)鏈格局，國內(nèi)設(shè)計廠商有望迎來替代機遇，看好未來射頻前端的國產(chǎn)替代邏輯。

    1、IDM模式仍為行業(yè)主流

    射頻前端產(chǎn)業(yè)鏈根據(jù)分工的不同可以分為芯片設(shè)計、晶圓制造和封裝測試三個環(huán)節(jié)。而IDM（IntegratedDeviceManufacturing，垂直整合制造）模式是指垂直整合制造商獨自完成集成電路設(shè)計、晶圓制造、封測的所有環(huán)節(jié)，因此該模式對技術(shù)和資金實力均有很高的要求，所以目前只有國際上成功的大型企業(yè)采納IDM模式，如Skyworks、Qorvo、Murata、Broadcom等。

    1987年臺灣積體電路公司（TSMC）成立以前，集成電路產(chǎn)業(yè)只有IDM一種模式，此后，半導體產(chǎn)業(yè)的專業(yè)化分工成為一種趨勢。出現(xiàn)垂直分工模式的根本原因是半導體制造業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟性。但是現(xiàn)今IDM廠商仍然占據(jù)主要地位，主要是因為IDM企業(yè)具有資源的內(nèi)部整合優(yōu)勢、技術(shù)優(yōu)勢以及較高的利潤率：

    1.資源的內(nèi)部整合優(yōu)勢。在IDM企業(yè)內(nèi)部，從IC設(shè)計到完成IC制造所需的時間較短，主要的原因是不需要進行硅驗證（SiliconProven），不存在工藝流程對接問題，所以新產(chǎn)品從開發(fā)到面市的時間較短。而在垂直分工模式中，由于Fabless在開發(fā)新產(chǎn)品時，難以及時與Foundry的工藝流程對接，造成一個芯片從設(shè)計公司到代工企業(yè)的流片（晶圓光刻的工藝過程）完成往往需要6-9個月，延緩了產(chǎn)品的上市時間。

    2.技術(shù)優(yōu)勢。大多數(shù)IDM都有自己的IP（IntellectualProperty，知識產(chǎn)權(quán)）開發(fā)部門，經(jīng)過長期的研發(fā)與積累，企業(yè)技術(shù)儲備比較充足，技術(shù)開發(fā)能力很強，具有技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢。

    3.較高的利潤率。根據(jù)“微笑曲線”原理，最前端的產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)與最末端的品牌、營銷具有最高的利潤率，中間的制造、封裝測試環(huán)節(jié)利潤率較低。

行業(yè)模式示意圖

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    目前射頻前端行業(yè)仍然以IDM模式為主導。射頻與功率器件集成度不高，設(shè)計變化不多，設(shè)計環(huán)節(jié)附加值較低，而且材料結(jié)構(gòu)與工藝密切相關(guān)，而工藝又決定了產(chǎn)品最終的電學性能，材料、設(shè)計、制造與封測一體相關(guān)，這幾個因素是射頻器件競爭的主導性因素。所以全球成功的射頻或功率器件公司，多數(shù)都采用IDM模式。

    隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，手機等移動終端對于射頻前端的要求也越來越高。一方面，手機等終端需要的射頻前端的數(shù)量在上升，射頻前端在手機成本的比重也越加上升；另一方面，隨著對便攜性和輕薄化的要求越來越高，而需求的射頻前端數(shù)量也在不斷增長，這時射頻前端廠商只能增加集成度以把整個射頻系統(tǒng)的實際尺寸控制在合適的范圍內(nèi)。

    目前，已經(jīng)有一些廠商在研發(fā)把低噪聲放大器和開關(guān)模組集成在一起的方案，例如Skyworks的SkyOne模組（集成了PA，開關(guān)，多路器在同一模組上）。未來隨著通信技術(shù)和生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，可望看到集成度更高的射頻前端。

    射頻前端行業(yè)兼并收購不斷，巨頭不斷擴大業(yè)務(wù)版圖。越來越多的廠商也在紛紛加大在射頻前端方面的投入，希望在未來的5G浪潮中分一杯羹。例如聯(lián)發(fā)科計劃收購絡(luò)達科技布局射頻PA，紫光展訊整合銳迪科買入射頻PA行業(yè)，而國際巨頭Skyworks聯(lián)手松下組建合資公司開發(fā)SAW濾波器，而巨頭Qorvo則由主營濾波器的RFMD和主營射頻PA的Triquint合并而成。

    有很多特殊的半導體產(chǎn)品適用IDM而不是代工模式，例如模擬器件。模擬器件和數(shù)字器件不一樣。數(shù)字器件的敏感度一般來說不那么高，它追求摩爾定律，要求線寬越來越小、功耗越來越少、成本越來越低，而單位面積上晶體管的數(shù)目要越來越多，它需要最先進的工藝和技術(shù)。

    模擬器件則非常敏感，只要一個參數(shù)有變化，整體功能就會改變很多。譬如模擬器件里面的一個電容或電感的尺寸，稍微大一點或者小一點效果就會差很多。所以模擬器件更需要有一條專門為它服務(wù)的生產(chǎn)線。

    混合信號、模擬和功率半導體器件都不需要使用7納米、14納米的工藝，它需要的是穩(wěn)定性和可靠性，需要對它的工藝流程進行量身定做，因此很多模擬器件是沒有代工工廠（Foundry）的，譬如5G通訊中用到的氮化鎵（GaN），目前這種高功率芯片的大企業(yè)有Skyworks（思佳訊）、Qorvo、Sumitomo（住友）、Murata（村田）、NXP（恩智浦）、AVAGO（安華高）等，都是IDM公司。

    射頻前端產(chǎn)業(yè)目前是IDM模式最成功的領(lǐng)域。就在其它半導體芯片市場（如處理器、SoC等）Fabless模式占據(jù)大半江山的時候，在射頻前端市場仍然是IDM獨大，這是因為射頻前端設(shè)計需要仔細結(jié)合器件制造工藝，有時候甚至會為了設(shè)計而調(diào)整工藝。目前射頻前端領(lǐng)域的巨頭Skyworks，Qorvo等都有自己的生產(chǎn)線，隨著未來5G時代對射頻前端器件的要求越來越高，制造工藝越來越復雜，預計IDM模式仍然將在未來的射頻前端行業(yè)占據(jù)主導地位。

    2、“基帶供應(yīng)商切入射頻前端市場+整機商把控供應(yīng)鏈國產(chǎn)替代”，F(xiàn)abless迎來發(fā)展機遇

    IDM模式雖然有這么多的好處，但是IDM模式最大的局限就在于對市場的反應(yīng)不夠迅速。由于IDM企業(yè)的“質(zhì)量”較大，所以“慣性”也大，因此對市場的反應(yīng)速度會比較慢。其次，半導體產(chǎn)業(yè)所需的投資十分巨大，沉沒成本高。晶圓生產(chǎn)線投資較大，而且每年的運行保養(yǎng)、設(shè)備更新與新技術(shù)開發(fā)等成本占總投資的比例較高。這意味著除了少數(shù)實力強大的IDM廠商有能力擴張外，其他的廠商根本無力擴張，因此便催生出了Fabless模式。

    在Fabless模式下，集成電路設(shè)計、晶圓制造、封測分別由專業(yè)化的公司分工完成，此模式中主要參與的企業(yè)類型有芯片設(shè)計廠商、晶圓制造商、外包封測企業(yè)。采用Fabless模式的公司處于產(chǎn)業(yè)鏈上游，技術(shù)密集程度高，芯片設(shè)計廠商在該種模式下起到龍頭作用，統(tǒng)一協(xié)調(diào)芯片設(shè)計后的生產(chǎn)、封測與銷售。

    高通借助基帶技術(shù)優(yōu)勢，涉足5G射頻模組，產(chǎn)業(yè)秩序面臨改變。RFIC巨頭高通和射頻前端大廠TDK合資成立了RF360，使得高通擁有了提供從基帶ModemSoC，RFIC到射頻前端完整解決方案的能力。

    高通于2018年推出全球首款5G毫米波天線模組QTM052，該模組包含毫米波IC、1x4天線陣列、射頻收發(fā)器(transceiver)、電源管理IC、射頻前端元件(放大器、濾波器、低雜訊放大器.等)，并采用AiP(AntennainPackage)封裝技術(shù)，使得模組寬度僅約1美分硬幣的1/3寬，其搭配高通5GModem(X50)晶片，獲得優(yōu)異的射頻性能表現(xiàn)，可大幅簡化手機系統(tǒng)廠商需面對的復雜射頻通訊設(shè)計問題，預計此模組將用在三星(S10)、Sony、LG、小米、OPPO、Google等2019年的5G手機上。

    目前Qorvo、Broadcom、Skyworks主要占據(jù)4GLTE/Sub-6G領(lǐng)域，而高通則選擇深耕5G毫米波市場，并不斷拉大與競爭對手的差距。預計高通的進入將深刻地改變射頻前端產(chǎn)業(yè)秩序。

    以華為為代表的設(shè)備商對于上游供應(yīng)鏈的把控和“國產(chǎn)替代”需求也將重塑產(chǎn)業(yè)鏈格局，國內(nèi)設(shè)計廠商有望迎來替代機遇，看好未來射頻前端的國產(chǎn)替代邏輯。國內(nèi)射頻器件的生產(chǎn)廠商以Fabless為主，在代工廠工藝的挹注下，產(chǎn)業(yè)鏈將迎來加速國產(chǎn)替代的機遇。目前國內(nèi)代表公司有海思半導體，卓勝微，VanChip，Ampleon，慧智微等。

    二、多因素驅(qū)動，射頻前端與天線機會凸顯

    （一）、技術(shù)驅(qū)動：5G核心技術(shù)變化創(chuàng)造新發(fā)展機遇

    1、5G頻段增加，迎接Sub-6GHz和mmWave雙市場

    5G核心技術(shù)主要包括增加基站密度、采用MIMO技術(shù)與載波聚合技術(shù)、提高頻段、高階調(diào)制提高頻譜效率等。其技術(shù)變化圍繞香農(nóng)定理展開=··2（1++1)其中，C為最大信息傳送速率，BW為信道寬度，S為信道內(nèi)所傳信號的平均功率，N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率，S/(N+1)為信噪比，m為傳輸和接收天線的數(shù)量，1/n為基站網(wǎng)絡(luò)密度。

    為了改善數(shù)據(jù)傳輸效果，可分別在以下技術(shù)改進：1）降低n值：提高網(wǎng)絡(luò)密度，增加小型基站數(shù)量，減少每個基站的用戶數(shù)量；2）增加M值：利用MIMO技術(shù)，提高MIMO階數(shù)，增加天線發(fā)射與接收數(shù)量；3）增加BW值：拓寬信道寬度，可以采取增加頻段與載波聚合的方式；4）提高信噪比：采用高階調(diào)制提高頻譜效率。5G技術(shù)的變化促使射頻前端價值量的提升，疊加5G時代手機換機帶來的數(shù)量提升，量價齊升為手機產(chǎn)業(yè)鏈帶來戴維斯雙擊。

    （1）低頻段（Sub-6GHz）:5G頻段增加，天線、射頻數(shù)量擴增

    5G網(wǎng)絡(luò)的部署采用兩種頻段FR1和FR2，F(xiàn)R1是低頻段Sub-6GHz（頻率范圍450MHz-6GHz）,特征是傳輸距離遠、覆蓋面積大；FR2是高頻段mmWave（頻率范圍24.25GHz-52.60GHz）,特征是傳輸速度快，容量大，但覆蓋面積有限。相比于4G，5GNR除了包含部分LTE頻段外，同時新增部分頻段。根預測，到2020年，5G應(yīng)用支持的頻段數(shù)量將實現(xiàn)翻番，新增50個以上通信頻段，全球2G/3G/4G/5G合計支持的頻段將達到91個以上。

    5G的在我國的布局大致分為三個階段，4.5G階段（4G向5G過渡的階段，NSA與SA網(wǎng)絡(luò)并存）、5G初步階段（以Sub-6GHz頻段為主的5G階段）、5G深入階段（mmWave商用，Sub-6GHz與mmWave共存）。當前我國5G仍處在4GLTE到5GNR的過渡階段，頻段的利用以FR1為主。2018年12月6日,工信部公布了運營商5G試驗頻率，中國移動分配得到N41、N79頻段、中國聯(lián)通為N78頻段、中國電信為N78頻段，全網(wǎng)通手機則涵蓋N41、N78、N79頻段，5G頻段數(shù)量確定性增加。

    3GPPTS38.213協(xié)議中說明，5G波束需滿足5個邊帶（SSB），其中，對于3GHz以下的頻段，SSB波束的上限為4個，對于3-6GHz的頻段，上限為8個。為滿足5G下不同場景高低頻段需求，5G天線支持全頻段波束賦，5G形成形波束的生成至少需要2個天線陣列。若手機需支持全頻段，至少需要4個天線，采用4T4RMIMO技術(shù)。而理論上新增一個頻段需要配置2個濾波器，頻段數(shù)量增長將直接驅(qū)動天線和濾波器數(shù)量大幅增長。

    （2）高頻段毫米波（mmW）：技術(shù)區(qū)別低頻段，有望廣泛應(yīng)用Aip設(shè)計

    毫米波段作為高頻段，將以大帶寬實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，還可利用極密的空間復用度來增加容量。傳統(tǒng)通信利用基站與手機間單天線到單天線進行電磁波傳播，5G時代為滿足大容量與高速率的需求，引入波束成形技術(shù)，在基站側(cè)采用陣列天線，自動調(diào)節(jié)各天線發(fā)射信號的相位，使手機側(cè)可以收到疊加的電磁波增強信號強度。

    毫米波手機天線有多種應(yīng)用模式：一個手機對兩個基站、一個基站對一個手機、一個基站對幾個手機模式等不同應(yīng)用場景，影響終端手機天線布局。高頻毫米波的傳輸損耗大，因此毫米波手機可能會呈現(xiàn)以下布局特征：一是協(xié)同化設(shè)計，天線與芯片位置靠近，將天線與射頻前端集成化，即采用基于SiP封裝的AiP（Antenna-in-Package），減少高頻短波下的信號損耗；二是采用兩組線性相控陣，可以同時尋找新信號與識別舊信號。因此，5G毫米波手機需要定制，發(fā)展進程將位于5GSub-6GHz手機之后，預計在2021年技術(shù)成熟后呈現(xiàn)大幅增長態(tài)勢。

毫米波段AiP封裝詳情

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    目前5G毫米波模組研發(fā)技術(shù)要求較高，當前高通和三星具備領(lǐng)先優(yōu)勢。2018年7月，高通推出首款面向智能手機的全集成5GNR毫米波及6GHz以下射頻模組，即QTM052毫米波天線模組系列和QPM56xx6GHz以下射頻模組系列；同年10月，宣布將QTM052毫米波天線模組系列體積縮小25%。以高通QTM052為例，一部5G毫米波手機將集成4個模組以上。另外，三星的5G毫米波設(shè)備也成為全球首個通過美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）批準的5G毫米波產(chǎn)品。

    據(jù)預測，2021年后毫米波手機將放量，預計截至2025年，手機市場中將存在34%連接5GSub-6GHz網(wǎng)絡(luò),20%連接5G毫米波網(wǎng)絡(luò)（數(shù)量預計為5.64億部）。長遠來看，手機端毫米波天線市場空間廣闊，提供天線板、轉(zhuǎn)接軟板，以及AiP封裝的企業(yè)將受益其中。

未來手機網(wǎng)絡(luò)制式變遷過程預測

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    2、射頻材料低頻段以GaAs主導，高頻段GaN占優(yōu)

    5G來臨，射頻功放材料將以GaAs主導。半導體材料的變遷歷程如下：Ge(鍺)、Si(硅)——GaAs(砷化鎵)、InP(磷化銦)——SiC(碳化硅)、GaN(氮化鎵)——SiGe(鍺化硅)、SOI(絕緣層上覆硅)——碳納米管(CNT)——石墨烯(Graphene)。當前射頻功放的材料主要集中在第二代化合物半導體材料上。第一代Si材料存在高頻損耗、噪聲大和低輸出功率密度等特點；第二代半導體材料電子遷移率高，是Si的6倍，具有直接帶隙，相較第一代具有高頻、高速的性能；第三代半導體原料具有較大的帶寬寬度，較高的擊穿電壓，熱導率高，電子飽和速率高，同樣適用于制造高頻、高溫、大功率的射頻組件。比較GaAs與GaN，低頻領(lǐng)域GaAs可以承受較高工作電壓，且GaN目前制造成本依然較高，5GSub-6GHz頻段最適用的工藝方案是GaAs；而在毫米波領(lǐng)域，GaN材料憑借適用高頻、高輸出功率的優(yōu)勢，更適合作毫米波射頻器件材料。

三代半導體材料比較

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不同材料工藝在不同頻率下的對比

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    在射頻器件工藝上，主流射頻半導體制造工藝主要有5類，包括GaAs對應(yīng)工藝、SiGe對應(yīng)工藝、RFCMOS、UltraCMOS、SiBiCMOS。在手機射頻端最常使用的是GaAs對應(yīng)工藝、SiGe對應(yīng)工藝。

    GaAs元件早期工藝為MESFET（金屬半導體場效應(yīng)晶體管），而后演變?yōu)镠EMT（高電子遷移率晶體管）、pHEMT（介面應(yīng)變式高電子遷移電晶體），目前則演變至

    HBT（異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管）。HBT組件的功率密度、電流推動能力、線性度超過FET組件，適用于高功率、高效率、高線性度的功率放大器。此外，BT組件可以單電源操作，因此可以簡化手機電路設(shè)計，適用于射頻收發(fā)模塊的研制。

    SiGe對應(yīng)的CMOS工藝兼顧Si工藝集成度、良率和成本優(yōu)勢和第三代半導體速度優(yōu)勢，目前已經(jīng)較為成熟，適用于在6GHz以下低頻帶。但是CMOS功放版圖面積較大，設(shè)計復雜因此面臨的研發(fā)成本也并不低，在線性度、輸出功率、擊穿電壓等性能上仍不及GaAs。

    5G時代，射頻PA面臨更高的功率、頻率及效率要求，Si材料存在高頻損耗、噪聲大和低輸出功率密度等特點，CMOS工藝已不能滿足要求，因此GaAsPA的市場將更加廣闊。

常見的PA工藝按材料分類

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    3、模組集成已成趨勢，SiP封裝減少空間占用

    射頻器件按照設(shè)備中產(chǎn)品形態(tài)分類可分為分立器件和射頻前端模組。射頻前端模組包括蜂窩式PAMiD(PowerAmplifierModulewithIntegratedDuplexer)、

    PAM(PowerAmplifierModule)、RxDM(ReceiveDiversityModule)、ASM(switchplexer)(AntennaSwitchModule)、Antennaplexers(multiplexer)、

    LMM(Lownoiseamplifier-multiplexermodule)、MMMBPA(Multi-Mode,Multi-BandPowerAmplifier)、mmWFEM等，和連接式WiFiFEM、WiGigFEM等。

    按高通定義，蜂窩式手機射頻模組主要可分為兩類FEMiD和PAMiD，F(xiàn)EMiD主要包括濾波器、雙工器、天線開關(guān)，PAMiD則在FEMiD基礎(chǔ)上再集成功率放大器。PAMiD相比FEMiD的集成度更高，技術(shù)難度也更高。

    受5G核心技術(shù)特征影響，手機內(nèi)部射頻器件數(shù)量不斷提升，資料顯示，5G手機濾波器達到70個，CA載波聚合達200個，開關(guān)增加至30個。因此，在智能手機有限的空間能布局更多的射頻器件成為5G手機時代必須解決的難題，目前全球頭部的射頻器件廠商Skyworks、Qorvo、Murata、Broadcom、TDK均投入資金研發(fā)射頻模組，射頻模組集成化趨勢已具備確定性。

    SiP封裝可以實現(xiàn)不同射頻器件集成為手機預留空間。SiP（SystemInaPackage，系統(tǒng)級封裝）是將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件，以及諸如MEMS或者光學器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起，實現(xiàn)一定功能的單個標準封裝件，形成一個系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。SiP與SoC（SystemOnaChip系統(tǒng)級芯片）相對應(yīng)，SiP是實現(xiàn)SoC封裝的基礎(chǔ)，SoC是高度集成的芯片產(chǎn)品，SiP則是采用不同芯片進行并排或疊加的封裝方式。智能手機內(nèi)部可以采用SiP封裝的部分大約占據(jù)一半以上，若實現(xiàn)集成將節(jié)約大量空間同時降低手機能耗。

智能手機內(nèi)部采用SiP封裝部分

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    （二）、數(shù)量驅(qū)動：手機市場迎來換機潮，出貨量有望回升

    全球智能手機出貨量近年來趨穩(wěn)，但出貨結(jié)構(gòu)有所變更，2008年3G商用，2009-2012年3G手機進入高速成長期；2010年4G開始商用，2011-2014年4G手機出貨量復合增長率達到200%；預計2020年開始商用，5G手機出貨量將迎來高速增長。消費者對移動終端需求大幅上升，源于移動終端已成為集結(jié)各項功能的便攜設(shè)備，且移動數(shù)據(jù)的傳輸量與傳輸速度也在不斷提升。2016年全球每月流量為960億GB，其中智能手機流量占比為13%；預計2021年，全球每月流量將達到2780億GB，其中智能手機流量占比亦大幅提高到33%。據(jù)預測，20205G智能手機出貨量將占智能手機總出貨量的8.9%，達到1.235億部；到2023年全球5G手機的市占率將達到26%，年復合增長率23.90%。目前，中國已有15款5G手機獲得進網(wǎng)許可證，包括華為的5款，vivo3款，OPPO2款；中興、三星、中國移動終端、小米、萬普拉斯各有一款手機入網(wǎng)。

IDC對5G手機市占率的預測

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手機上網(wǎng)流量比例不斷提升

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    全球移動終端出貨量

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    （三）、價格驅(qū)動：智能手機中射頻前端價值占比逐步提升

    4G方案的射頻前端芯片數(shù)量與整體價值相比2G/3G方案存在明顯增長， 2G制式手機中射頻前端芯片的價值為0.9美元，3G制式智能手機中射頻前端芯片價值為3.4美元，支持區(qū)域性4G制式的智能手機中射頻前端芯片的價值達到6.15美元，高端LTE智能手機中射頻芯片價值為15.30美元。隨著5G商用臨近，預計5G制式下智能手機內(nèi)射頻前端芯片價值將繼續(xù)上升，5G低頻段單機手機射頻芯片價值預計達32美元，毫米波單機手機射頻芯片價值預計達38.50美元。

射頻芯片價值變遷

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    數(shù)據(jù)顯示，移動設(shè)備以WiFi連接部分整體射頻前端市場規(guī)模將從2017年150億美元增長到2023年350億美元，年復合增長率達到14%。其中作為射頻前端最大市場的濾波器從2017-2023年將幾乎增長3倍，復合增長率達到19%；市場份額第二的功率放大器將復合增長7%。

2017-2023年射頻前端市場復合增長率預計為14%

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    具體看射頻前端細分市場分布，2017到2023年間，濾波器市場占比最大將達到66%，功放PA占比略降達到21%，前兩者比例之和接近90%，其余開關(guān)、天線調(diào)諧、LNA、毫米波模組市場占比在9%、3%、2%、1%。

射頻前端市場分布

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    （三）、射頻為寡頭壟斷市場，關(guān)注細分突破口

    1.手機射頻前端市場潛力巨大

    5G時代對于設(shè)備的性能提出了更高的要求，因此射頻器件的成本和所需數(shù)量都會得到提升。數(shù)據(jù)顯示，5G時代單部手機的射頻器件成本將由4G時期的18美元上升至25美元；而射頻器件的數(shù)量方面都有較大提高，例如單部手機濾波器數(shù)量從4G時代的40個上升至5G時代的70個左右，頻帶從15個增加至30個，接收機發(fā)射機濾波器從30個增加至75個，射頻開關(guān)從10個增加至30個，載波聚合從5個增加至200個等等。

    2017年手機射頻器件全球總市場為150億美元，隨著5G的發(fā)展，將在2023年達到350億美元，年復合增長率CAGR預計為14%。

    其中射頻濾波器（Filters）全球市場將在2023年達到225億美元，CAGR為19%；射頻天線調(diào)諧器（Antennatuners）將達到10億美元，CAGR為15%；射頻開關(guān)（Switches）將達到30億美元，CAGR為15%；射頻功率放大器（PA）將達到70億美元，CAGR為7%；射頻低噪聲放大器（LNAs）將達到6.02億美元，CAGR為16%；而隨著5G時代的到來，5G毫米波射頻前端（mmWFEM）將從0增長至4.23億美元。

2017-2023年MARKETOUTLOOK

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    而按照不同網(wǎng)絡(luò)制式拆分來看，數(shù)據(jù)顯示，5G射頻前端全球市場規(guī)模將會從2018年的0增長至2022年的55億美元，而LTEAdvanced射頻前端市場規(guī)模將會從2018年的25億美元增長至至2022年的70億美元，2G/3G/4G的射頻前端市場規(guī)模將會從2018年的110億美元下降至2022年的85億美元。

2017-2022年手機射頻前端市場規(guī)模情況（億美元）

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    2、整體市場由國外廠商寡頭壟斷，國內(nèi)技術(shù)待突破

    現(xiàn)階段，全球射頻前端芯片市場主要被歐美日等廠商壟斷，前五大公司Skyworks（25.5%）、Qorvo（19.4%）、Qualcomm（18.7%）、Broadcom（18.3%）、Murata（5.1%）市場份額合計約87%，國內(nèi)手機終端廠商多進口國外射頻器件。根據(jù)2015年5月國務(wù)院發(fā)布的《中國制造2025》，“到2020年，40%的核心基礎(chǔ)零部件、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料實現(xiàn)自主保障”，“到2025年，70%的核心基礎(chǔ)零部件、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料實現(xiàn)自主保障”，提出中國的芯片自給率要不斷提升。在這一過程中，射頻前端芯片行業(yè)因產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于移動智能終端，行業(yè)戰(zhàn)略地位將逐步提升，國內(nèi)的射頻前端芯片設(shè)計廠商亦迎來巨大發(fā)展機會，在全球市場的占有率有望大幅提升。

射頻前端全球五大供應(yīng)廠商

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全球與國內(nèi)主要射頻器件供應(yīng)商

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    3、射頻前端與天線細分市場格局

    3.1濾波器市場現(xiàn)狀

    濾波器是射頻前端中份額占比最高的器件，達50%以上。濾波器的技術(shù)復雜，雖然當前射頻前端的發(fā)展趨勢均是趨向高集成化，但濾波器不受到器件標準化的影響，高性能濾波器可以保證無線信號滿足通信協(xié)議對干擾的要求。濾波器的完成需要芯片設(shè)計與成熟工藝的協(xié)同優(yōu)化，因此廠商需要較高的人員、設(shè)備投入與高昂的時間成本。

    目前全球SAW和BAW濾波器市場均被國際巨頭壟斷。在SAW濾波器市場，前五大廠商（Murata、TDK、TAIYOYUDEN、Skyworks、Qorvo）占據(jù)了95%的全球市場；而在BAW濾波器市場中，僅Broadcom-Avago一家就占據(jù)了87%的全球市場份額，而且全球市場均被國外大廠壟斷。目前國內(nèi)尚無大批量生產(chǎn)和出貨的射頻濾波器的企業(yè)。

全球SAW濾波器市場份額情況

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全球BAW濾波器市場份額情況

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    SAW濾波器可滿足約1.5GHz以內(nèi)的頻率使用，BAW濾波器則可應(yīng)用于更高頻率。SAW濾波器無法滿足高頻段的使用條件，因此BAW濾波器成為市場新焦點，是未來5G時代發(fā)展的主要方向，但是技術(shù)難度也較大，因此國內(nèi)廠商目前主要布局還是在SAW濾波器，BAW濾波器還處于研發(fā)階段。

    目前國內(nèi)布局SAW濾波器的企業(yè)有麥捷科技、瑞宏科技、信維通信、中電德清華瑩、華遠微電、無錫好達電子等，雖取得一定進展，但在大批量生產(chǎn)和出貨能力方面仍有追趕空間。但是由于射頻芯片市場的投入相對較小，因此是一個很好的嘗試點和突破口，國產(chǎn)濾波器有望實現(xiàn)突破。

    我國當前有部分基站SAW濾波器的IDM供應(yīng)商近年來開始進軍終端市場，如好達電子、德清華瑩；也有部分fabless廠商切入SAW濾波器領(lǐng)域，如麥捷科技、中電26所、卓勝微等。但在BAW濾波器領(lǐng)域，受制于工藝與設(shè)計的雙重難度，國內(nèi)廠商實現(xiàn)突破的難度較大，目前國內(nèi)只有中電26所和天津諾思有較完整工藝線。

國內(nèi)濾波器公司詳情

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    3.2PA市場現(xiàn)狀

    功率放大器在射頻前端價值占比位列第二，份額在30%左右，全球市場主要由Skyworks（43%）、Qorvo(25%)、Broadcom（25%）三大射頻器件龍頭覆蓋。雖然多模多頻將減少功放的用量，但是5G建設(shè)下，高頻與超高頻的PA市場具備較高價值，2G/3G市場空間縮小，5G市場擴大未來將趨向于量價齊升。

全球PA器件市場格局

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中國手機終端GaAsPA市場規(guī)模預測

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    我國也存在一批經(jīng)營PA業(yè)務(wù)的廠商，主要有紫光展銳、中科漢天下、唯捷創(chuàng)芯、蘇州宜確半導體、國民飛驤、廣州慧智微電子等。但國產(chǎn)PA廠商也大多采用Fabless模式，以芯片設(shè)計為主，且產(chǎn)品主要集中在市場中低端，所占市場份額仍較小。

    據(jù)預測，功率放大器市場預計將從2018年的214億美元增長到2023年的306億美元，復合年增長率達到7.4%。GaAs工藝PA市場擴大，據(jù)預測，隨著5G智慧型手機滲透率逐漸提升，國內(nèi)手機GaAsPA市場將從2019年的18.76億美元增長到2023年的57.27億美元，年復合增長率達到19.17%，高于PA整體市場增長率。

    具體分析國內(nèi)GaAsPA廠商，主要可以分為三類，IDM、Fabless、晶圓代工企業(yè)，其中，比較突出的包括海威華芯、三安集成、漢天下、唯捷創(chuàng)芯、紫光展銳、國民飛驤、慧智微等。雖然國內(nèi)廠商競爭力仍較弱，但已有部分廠商進入國內(nèi)終端產(chǎn)業(yè)鏈，伴隨著國內(nèi)政策支持，研發(fā)環(huán)境改善，國產(chǎn)自主可控概念的不斷加強，廠商生產(chǎn)線有望趨向高端化，向國際廠商靠近。

國內(nèi)PA廠商詳情

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    （四）、射頻開關(guān)和LNA：未來市場空間廣闊

    由于移動通訊技術(shù)的變革，智能手機需要接收更多頻段的射頻信號，對于射頻開關(guān)的需求也隨之提升。2011年及之前智能手機支持的頻段數(shù)不超過10個，而隨著4G通訊技術(shù)的普及，至2016年智能手機支持的頻段數(shù)已經(jīng)接近40個；因此，移動智能終端中需要不斷增加射頻開關(guān)的數(shù)量以滿足對不同頻段信號接收、發(fā)射的需求。

    2010年以來全球射頻開關(guān)市場經(jīng)歷了持續(xù)的快速增長，2018年全球市場規(guī)模達到16.54億美元，隨著5G商業(yè)化的推進，預計2020年市場規(guī)模將達到22.90億美元。

    2018-2023年間，全球射頻開關(guān)市場規(guī)模的年復合增長率預計達16.55%。

2010-2020年全球射頻開關(guān)市場規(guī)模及增長走勢

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    隨著移動通訊技術(shù)的變革，移動智能終端對信號接收質(zhì)量提出更高要求，需要對天線接收的信號放大以進行后續(xù)處理。一般的放大器在放大信號的同時會引入噪聲，而射頻低噪聲放大器能最大限度地抑制噪聲，因此得到廣泛的應(yīng)用。

    據(jù)統(tǒng)計，2018年，全球射頻低噪聲放大器（LNA）市場規(guī)模已達14.21億美元。隨著4G的普及，智能手機中天線和射頻通路的數(shù)量增多，對射頻低噪聲放大器的數(shù)量需求迅速增加，因此預計在未來幾年將持續(xù)增長，到2020年，其市場規(guī)模將在5G商業(yè)化建設(shè)迎來發(fā)展高峰，在2023年達17.94億美元。

2010-2020年全球射頻低噪聲放大器（LNA）市場規(guī)模及增長走勢

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