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2017-8-14
发表于 2019-8-7 22:02:42 |显示全部楼层
在本报告中,我们深入探讨了三大问题:1 5G 技术将如何影响智能手机射 频前端?2这些变化对不 同器件的潜在价值 变化如何?3这 些变化会对竞争 格局带来怎样的影响?
一、终端射频前端: 5G 手机加速渗透,带动射频前端高增长
1、射频前端:终端通信核心组成
射 频前端介 于天线和 射频收发 之间,是 终端通信 的核心组 成器件 。手机通 信模块主要由 天线、射 频前端、 射频收发 、基带构 成,其中 射频前端 是指介于 天线与射频收发之间的通信元件,包括:滤波器、LNA((低噪声放大器,Low Noise Amplifier)、PA(功率放大器,PowerAmplifier)、开关、天线调谐。
  • 滤波器:用来滤除消除噪声,干扰和不需要的信号,从而只留下所需频率 范围内的信 号。双工 器,三工 器,四工 器和多路 复用器通 常采用多 个滤波 器的组合,手机中使用的滤波器主要采用 SAW(表面声波)和 BAW(体 声波)两种技术制造。
  • PA:在发射信号时通过 PA 放大输入信号,使得输出信号的幅度足够大以 便后续处理。PA 质量和效率因此对手机的信号完整性和电池寿命至关重要。 用于放大接收信号的称为低噪声放大器(LNA)。
  • 开关:开关在打开和关闭之间切换,允许信号通过或不通过。可分为:单 刀单掷、单刀双掷、多刀多掷开关。
  • 天线调谐器:天线调谐器位于天线之后但在信号路径的末端之前,使得两 侧的电特性 彼此匹配 以改善它 们之间的 功率传输 。由于实 现匹配的 方式因 信号频率而异,因此该设备必须是可调的。
从具体信号传输路径来说:
  • 信号接收路径:天线(接收信号)-开关&滤波器-LNA(小信号放大)-射频收发-基带。
  • 信号发射路径:基带-射频收发-PA(功率放大器)-开关&滤波器-天线(发射信号)。

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2、通信技术升级,射频前端价值量倍增
每一代蜂窝技术都会带来新技术和新的射频前端价值量。回顾从 2G 到 4G 技术的发展,每一代蜂窝都带来了新的技术,从2G 到 3G 增加了接收分集, 3G 到 4G 增加了载波聚合,更高的频段和 wifi 的 2×2 MIMO(Multi-input Multi- output),4.5G 的进一步升级由增加了超高频,4×4 MIMO,更多的载波聚合。 更多的频段,更多的技术带来了相应的射频前端元器件的价值量不断增加。
价值量来看:1)2G 到 4G,射频前端单机价值量增长超 10 倍,2)4G 到 5G, 射 频 前端单机价值量增长有望 超三倍。
  • 2G:平均成本<1 美金,结构简单,只需要 1 个 PA 搭配一组滤波器及 天线开关就可运行;3G:平均成本 2.6 美金,增加了接收线路,相应 的元件用量增加。
  • 4G:平均成本 7.2 美金,频段数量不断增加,元件数量与复杂度远较2G/3G 终端更大。
  • 4.5G:平均成本 16.35 美金,更多载波聚合增加了更多的元件。
  • 5G:平均成本>50 美金,频段更提升至 6GHz 及毫米波段,带来更多射频元件以及更多高价值量的射频元件。

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3、5G 网络分步演进,终端芯片走向集成
网络端,从 NSA(非独立组网)到独立组网(SA)。5G 网络建设分两步, 早期 5G 部署将会使用非独立组网的方式,即利用4G 的核心网络进行 5G 的覆 盖,同时兼容 4G,该架构将逐渐升级到独立组网(SA)。
为了节省成本、空间和功耗,5G SoC 和 5G 射频芯片的集成将会是趋势, 而 5G 智能型手机设计有三个演进阶段:
  • 第一阶段:初期 5G 与 4G LTE 数据的传输将以各自独立的方式存在。5G 技术多来自 LTE-Advanced Pro 的演进发展,但 4G 和 5G 两者的 编码方式不同,且使用的频段各异,因此,初期 5G 与 4G 数据的传 输将以各自独立的方式存在。智能型手机部分将是 1 个 7 纳米(nm)制 程的 AP 与 4G LTE(包含 2G/3G)基频芯片的 SoC,并配置一组射频芯 片(RFIC)。而支持 5G 数据 传输端则完全是另一个独立配置存在,包 括一个 10nm制程、能同时支持Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基频芯 片,前端配置 2 个独立的射频元件,包括一个支持 5G Sub-6GHz 射 频 IC,另一个支持毫米波射频前端天线模块。
  • 第二阶段: 5G 智能型手机市场仍处于早期阶段,加上制程良率与成 本等考量,主流配置仍会是一颗独立 AP 与一个体积更小的 4G/5G基 带芯片。
  • 第三阶段:将会实现 AP 与 4G/5G 基频芯片 SoC 的解决方案,LTE 与 Sub-6GHz 射频 IC 也可望进一步集成。而毫米波射频前端仍必须 以独立模块存在。

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4、2019 年是 5G 手机元年,2020年有望加速渗透
2019 年是 5G 手机元年, sub 6G 手机 2020年开始加速渗透。在营运商 网络部署初期 ,毫米波 手机使用 效益相对 较低,同 时由于成 本与体积 问题的存 在,预计 2019-2022 年将以 Sub 6G 为主。
为什么看好 2020 年 5G 加速渗透?
需 求 端:2019 年下半年的换机需求有一部分会递延到明年购买 5G 手机;
供给端:2019 年下半年的去库存和明年补库存。2019 年下半年手机厂商 一定会大规模的去4G 手机的库存,因为到明后年这部分机型很难卖出去了;同时,到明后年,5G 手机相对成熟,又要开始一波补库存。
价格端:5G 手机售价往中低端渗透推动 5G 手机加速渗透,华为 Mate 20 X 5G 手机售价六千多价格低于预期,我们认为这是一个很好的信号,预计国内5G 手机的渗透到 2020 年中有望到 3000 元以上的机型,到 2020 年底 2021 年 将渗透到 2000 元以上的机型。
尽管手机整 体市场增 长放缓, 但由于射 频元件随 着网络升 级是累加 的,随 着 LTE-A Pro 复杂度的提升和 5G 射频元件的增加,射频前端市场仍然会持续 高增长。
在中性假设下,假设 5G 手机渗透率与 4G 同步,2020 年全球的 5G 手机 销量 1.8-1.9 亿部,国内至少 8000 万以上。乐观假设下:参考目前国内各厂商 的 forecast 和假设苹果三款 5G 手机,国产品牌 2020 年 5G 手机加总超过 1.5 亿部,乐观情况下,2020 年全球的 5G 手机销量将接近 2.5 亿部,5G baseband/ap 和 射频前端半导体, 有可能准备 2.8-3.0 亿颗。

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二、5G 射频前端:变化中的机会
1、5G 核心技术:CA、MIMO、调制方案
5G 技术变化比较多,我们会听到很多相关名词,比如载波聚合、massive MIMO,高阶 QAM(正交振幅调制,rature Amplitude Modulation)等等。事 实上整个通信 技术的升 级都是围 绕着香农 定理,而 相关的技 术升级也 是围绕是 香农公式提高系数123信道容量 C,具体来说:
  • 增加系数1的物理含义是:增加MIMO 数和增加基站密度(超密集组 网);
  • 增加系数2的物理含义是:增加频谱宽度,一种是使用新的频段,比 如增加 sub6 G 和毫米波段的新频谱,或者是 CA(载波聚合)的方式 提升频谱使用效率。
  • 增加系数3的物理含义是:提高信噪比,主要是通过更高阶的QAM 调制方式。

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2、sub 6G:核心技术给射频前端带来的变化
(1)MIMO:增加独立射频通道,增加天线调谐和天线开关
M IM O:是一种使用多 根天线 发送 信号和 多根 天线来 接收 信号的 传输技 术。 实现在相同频 带内的同 一载波上 传输不同的 信息。这 种技术又 被称为空 间复用, 每个天线单独馈点。5G-Sub 6G 将增加更多的 MIMO,4×4 下行链路 MIMO 将 是 5G 的强制要求。
对射频器件的影响:
  • 需要更多的天线和更多的独立射频通道,相应射频前端元件同步增加。
5G sub 6G 手机端,4×4 下行链路 MIMO 将是强制要求,可能会是 1T4R(NSA)或者 2T4R(SA),这对已经支持可选下行 4×4 LTE MIMO 的手机设计,这种改变并不明显,对于其他许多手机需要大幅 增加射频器件(LNA,开关、滤波器等)、信号路 由复杂性和天线带宽, 需要 4 根天线和 4 个独立的射频通道。如果考虑上行 MIMO,增加的 元器件更多(PA,开关,滤波器等)。
  • 高性能的天线调谐(antennatuner)和天线转换开关用量增加。
更多的 MIMO 需要增加更多的天线,但是由于手机空间有限,单台手 机可装载的 天线数量 有限, 因此需要 使每根 天线能够 高效地支 持更宽 的频率范围,将天线数量保持在可承受范围内。1更多的 antenna tuner 来提高辐射效率;2由于增加的天线数量有限,需要高性能天线 转换开关能 够最大化 信号连接 的数量 ,因此天 线开关的 数量也会 增加。

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(2)更多的 CA和更高的频段:频段数不断增加
根据本章第 一小节的 分析,提 升频谱宽 度能提高 信道容量 ,进而提 升传输 速率。而提升频谱宽度有两种方式,一种是 通过载波聚合(C A)提高频谱使用 效率;另一种是发展新的频谱。
载波聚合(CA)
载波聚合(CA)提升频谱使用效率。 CA 是将多个载波聚合成一个更宽的 频谱,同时可 以把不连 续的频谱 碎片聚合 到一起, 提高传输 速率和频 谱使用效 率。可分为:带间载波聚合、带内载波聚合(连续/不连续)。
载波聚合带来频段数的大幅增加。从 4G LTE4G 到 4G LTE-Advanced Pro, 载波聚合组合的数量呈指数级增长,频段数也快速增加,从4G LTE 的 66 个增 加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多个,5G 将带来更多的载波聚合,预计总频 段数将超过 1 万个。
载 波 聚 合对射频前端 的影响:
天线开关数增加;
由于载波聚 合带来了 频段数 量的大幅 度增加 ,但是不 会带来天 线数量 的增加,因此天线开关数量会增加。
滤波器数量大幅增加;
  • 滤波器的数 量会大幅 增加, 因为载波 聚合会 带来频段 数的增加 ,而增加一个频段需要增加至少 2-3 个滤波器。
  • PA和 LNA不一定会增加,其他开关数也会增加。
  • 因为 PA 和 LNA 带宽比较宽,可以多个频段共用,用开关切换,因此相应的 PA、LNA 的开关数也会增加。
发展新频谱使用资源
发展新频谱使用资源是通信技术发展的持续推动的方向。例如 2G 仅使用 900MHz、1800MHz 两个频段,3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz 等几个主 要频段,而 4G 通讯发展至今已定义多达 60 多个频段。5G NR 已定义的频谱 范围则提高至 6GHz(FR1),及过去蜂巢式行动网络从未使用过的毫米波段 (FR2)。
新的频谱资源开发有朝更高频段、更大频谱使用范围发展的趋势,5G 通 讯使用更高的 频段,一 方面是寻 求更多可 作为全球 通讯使用 的频段, 二方面是 高频段拥有更宽广的频谱资源,能提供 Gbps 级传输应用服务。如 4G LTE 移 动通信技术使用频段从 700MHz 横跨至 3.5GHz,而在 Rel.15 版本的 5G NR 已定义的频谱范围则提高至 6GHz(FR1),及过去蜂巢式行动网络从未使用过的 毫米波段(FR2)。

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5G 新频谱对射频前端的影响:
1)更多更高的频段:
  • 更多的频段带来射频元件的同步增加。
  • 滤波器:BAW/FBAR用量的增加。
  • 由于 SAW 只支持 2G 以内的频段,因此 5G-sub 6G 将带来适合 2G 以上高频段的 BAW/FBAR 用量的增加;
2)更大的带宽:最大单通道带宽由 4G 的 20 MHz 变为 5G sub6 的 100 MHz。
  • 在一定情况下需要使用适合大带宽的 LTCC(低温共烧陶瓷,Low Temperatrue Co-fired Ceramic)陶瓷滤波器。
  • 带宽变得越 宽,滤波 器的一 致性难度 提升, 温漂问题 难度增大 ,在一 定情况下需要使用适合大带宽的 LTCC 陶瓷滤波器。
  • PA性能提升,需要覆盖更大的带宽。
3)更高阶 的 QAM 调制:射频前端性能提升
QAM 调制又叫正交幅度调制,把多进位与正交载波技术结合起来,进一步 提高频带利用率。更高阶的QAM 调制可以提升传输速率,256QAM 调制的速 度是 64QAM 调制的 1.3 倍。5G 将会使用更高阶的 QAM 调制。
更高阶的 QAM 调制对射频前端的影响:
PA等射频器件需要更高线性度等性能。
QAM 调制点的数量越多,发送的信息越多,频谱效率越高。但点数越 多,它们在载波上的幅度越接近,信号越可能受到噪音或干扰。RF 组 件的性能必须提高。比如 QAM256 调制将需要更高的 PA 线性度。此 外满足这些 PA 性能要求可能会带来功耗上的挑战。
3、 毫 米 波:革命性的变化
毫米波射频前端和天线整合成毫米波(mmWave)天线模块。毫米波射频 模块不仅可以集成 PA,滤波器,开关和 LNA,还可以集成天线和天线调谐器, 最终通过 AiP 或 AoP 技术封装成毫米波天线模组,在这个模组内把天线预先整 合好,提前做 好天线的 调整工作 ,让所有 器件都能 更智能地 协同工作 ,从而很 容易形成波束,保障信息传输质量。
毫米波带来工艺和材料升级。滤波器:由于 BAW 目前一般支持频段 6G 以内,因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技术A&LNA&开关:毫米波 段的应用将会采用更多advanced SOI 技术。

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4、射频前端半导体:模块化是必然趋势
射 频前端半 导体模 块化是趋 势。由于智能型手机空间有 限,而元件 增加, 射频前端元件模块化是必然趋势。4G 时代集成度不同的射频前端模组种类较多, 比如 ASM,FEMiD,PAMiD 等等。目前模组化程度最高的是 PAMiD,由于 PA 使用 GaAs HBT,LNA 和射频开关使用的 RFSOI 等,滤波器采用 MEMS 工艺, 因此滤波器的集成是难点。

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复 杂 度 提升,空间有 限,促进模块化趋势
随着通信技术的升级,手机射频前端的复杂度不断提升。如下图 iPhone 和 Android LTE RFFE 的设计演变。LTE 演进的下一步功能更高设备中引入更 高阶调制(256QAM),将 3x20MHz 系统的最大理论吞吐量推至 600mbps 或 速度提高 33%。此外,不久之后实施了 4×4 MIMO 天线布局。同样,这些进步 增加了 RFFE 整体的复杂性。
分配给射频前端的 PCB 板面积没有增加,模块化成必然趋势。尽管射频 前端的用量和复杂性急剧增加,但分配给该功能的 PCB 空间量却不断下降,通 过模块化提高前端器件的密度成为趋势。
目前射频组件中模块占市场的 30%,未来比例会逐渐上升。根据 Navian 估计模块现在占 RF 组件市场的约 30%,在模块化趋势下,该比率将在未来逐 渐上升。从村田滤波器出货来看,模块中滤波器出货占比目前超过了50%,预 计未来比例也将逐步增加。

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苹果,三星,华为,小米等大部分手机都有不同程度的模块化。按面积来 看,以 iPhone X为例,模块化射频器件的面积占比接近了百分之五十。以三星 为例,2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6%的主要射频元件集成在模块中,而 这些元件占射频前端 BOM 成本的 26%(不包括 RF 收发器)。相比之下,模块 化组件占三星 Galaxy S8 Plus 中射频前端 BOM 的 87%。

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不 同材料的 模块化以 及减少射 频器件 之间的干 扰是难点 。射频前端器件总 体分为两种工艺,一种是半导体工艺(PA/LNA/开关),另一种是 MEMS 工艺(滤波器)。由于 PA 使用 GaAs HBT,LNA 使用 GaAs/SiGe,射频开关使用 RF SOI 都是属于半导体工艺,而滤波器采用 MEMS 工艺,因此滤波器的集成 是难点。
3G/4G 会是分立式和模块式并存,5G 增量部分大部分都是模块
3G/4G 时代射频前端集成度取决于设计和性价比,分立式和模块并存。出 于空间的考虑,4G 高端机需要部分射频器件采取模块形式,但是射频前端模块 成本相对会高,因此低端机主要是分立式的。一般来说射频集成度与其他类似 设计和定价的智能手机中的射频部分的成本是直接相关的。
5G 时代新增的大部分是模块,且集成度将不断提升。
  • 模块化趋势,5G 新增大部分是 PAMiD、 PA+FEMiD、DRM 模块。 由于手机空间有限,而 5G 需要增加大量的射频前端器件,因此,对 于 5G 频段新增的射频前端器件,主要是模块形式,除了一部分 antenna plexer,小开关,天线调谐开关等之外,大部分的增量都是 模块。
  • 射频模块里的集成度也在不断提升。最开始用于低(大约<1GHz), 中(~1-2GHz)和高频(~2-3GHz)频率的射频器件被封装在三个单 独的模块中。之后低频段模块扩展到 600MHz,中频和高频模块合二 为一。模块中集成的器件也越来越多,超高频(~3-6GHz)模块将会 支持现有的 LTE 频段和 5G 带来的新频段。毫米波将是颠覆性的变化, 将天线和射频前端集成在一个模块当中。
PA 模块 skyworks 占领先,avago 在高端 PA 模块中保持着强势地位, 接收分集模块村田出货最大。由于 PA 市场主要是由 Qorvo,Avago, skyworks 占据,因此 PA 模块这三家占比最高,其中 skyworks 中低频模块出 货量较大,而 avago 则在中高频高端 PA 模块市场占据强势地位,而接收分集 模块村田出货最大。

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三、4G 到 5G 射频前端空间测算:结构性的增长
1、整体高增长:元件数量+复杂度大增,市场空间翻倍增长
全球射频前端市场空间到 2022 年将超 300亿美元,复合增速高达14%。 正如我们前一章讨论的,5G 技术的升级和变化带来射频前端行器件数量和价值 量的提升,全球射频前端市场将由 2017 年的 151 亿美元,增加到 2023 年的 352 亿美元,年复合增速高达 14%。

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2、 结 构 性:滤波器>LNA/开 关 /调谐>A
射 频前端价 值量增长 具有结构 性,滤波 器、开关 等未来增 速最快 。射频前 端器件虽然整 体是高增 长的,但 是不同的 射频前端 器件增长 也是结构 性的。其 中滤波器由于 跟频段数 相关,增 加频段就 要增加滤 波器,因 此滤波器 未来几年 复合增速高达 19%,而 PA 由于是化合物半导体工艺,带宽较宽,因此可以多 个频段共用一个 PA,数量上增速相对缓慢。
(1)滤波器:增速最快,贡献了射频前端 70%的增量
声学滤波器 SAW 和 BAW 滤波器目前是主流,SAW 成本低占据 73%市场, BAW 更高频率。手机端的滤波器主要以声学滤波器为主,包括 SAW,TC- SAW(温度性能改进的 SAW),BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之间,成本 和高频性能是两个主要参考因素, BAW 因为在高频下具有更好的隔离度和插 损,因此高频性能较好,SAW 由于成本更低价格更便宜,目前仍然占据滤波器 市场的大部分,根据 Resonant 的预测数据,SAW 滤波器目前占终端滤波器市 场高达 73%。
Avago 等美系厂商占比 90%以上 BAW 的市场,SAW 则由村田为代表的 日系厂商主导。在供应格局方面,BAW 滤波器领域 Avago 是龙头,市占率 60% 左右,其次是 Qorvo 占比 30%。而 SAW 滤波器领域,村田是龙头占据了 50% 的份额,另外两家日本供应商 Taiyo Yuden 和 TDK 紧随其后。
5G sub 6G增量:sub 6G主要以 LTCC和 BAW为主要的增量。5G新频 段有两个特点,一个频率更高,另一个带宽更宽,因此对于 5G 新增滤波器, BAW / FBAR 滤波器可以处理高达 6GHz 的频率,具有低损耗特性,带外抑制 好,适用于相 邻的频谱 之间的滤 波。而传 统的声学 滤波器目 前不适应 极宽的带 宽,需要更宽带宽的情况下 LTCC 滤波器将会是选择方案。
核心 驱动:CA+频 段 增加,滤 波器用量 跟频段线 性相关, 一个频段 对应至 少 1-2 个以上的滤波器。滤波器不论从数量和价值量上来看都是增长最快的。1从价值量上 来看,滤 波器增长 强劲,双 工器和多 工器占比 提升,整 个滤波器 价值量将由 2018 年的 92 亿美金增加到 2025 年的 280 亿美金,2025 年将占 射频市场的 70%。2从量上来看,增长也非常快,出货量将占2025 年射频市 场的 72%。

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5G 毫米波增量: IPD 和陶瓷滤波器将可能会是选择。Skyworks 在其 5G 白皮书中有提 到类似观 点,并不 认为声学 滤波器也 可以解决 毫米波的 问题,将 无源器件集成到硅,玻璃或陶瓷衬底中的 IPD(集成无源器件)滤波器将会是 选择。
(2)PA:整体增长相对平缓
PA 数量增加有限,价值量有提升。PA 主要是对发射的射频信号进行功率 放大,因此 5G 增加信号发射链路就需要增加 PA,但是因为 PA 带宽较宽,可 以多个频段共用,比如采用多模多频的 PA,因此,1从量上来看,PA 没有什 么增长,主要多模多频 PA 的整合程度提高以及低端手机市场(2G 手机)的减 少。2整体价值量有一定增长,因为多模多频 PA 价值量更高,PA 的价值量将 由 2018 年的 44.5 亿美金增加到 2022 年的 50 亿美金。
Skyworks,Avago,Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是属于射频前端中的 有源器件,设计制造难度较大,目前 skyworks 是全球第一大供应商,Avago 和 Qorvo 位列二三,三家公司占据了全球手机 PA 市场的 80-90%,成为寡头 垄断。
GaAs 将仍然是高端 PA的首选技术,毫米波可能采用 SOI PA。目前砷化 镓 PA 依然是主流,随着 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升,GaAs 渗透率 也将提升。虽然 CMOS PA 越来越成熟并有集成的优势但是因为参数性能的影 响,它只适用于低端市场,而毫米波可能会采用SOI PA。
5G 对 PA 提出了新的要求。为了支持 5G Sub 6G 新技术,需要新增超高 频的 PA,比如 2T4R 中 2×2 的上行 MIMO 就需要增加额外的 PA,5G 更大的 带宽对 PA 提出了新的功耗要求,同时需要更高的线性度,PA 的功耗控制,结 构封装中的热管理也变得更加重要。
(3)开关:快速增长,SOI 是首选技术
手机中天线 开关用量 非常多, 种类也很 多,按结 构可以分 为单刀双 掷,单 刀多掷,多刀多掷开关,按用途可以分为 Tx-Rx 开关,Atenna Cross 开关, Rx 开关等。
射频开关将迎来强劲的增长,无论是仅用于 Rx还是用于 Rx / Tx。不论是 价值量和数量,射频开关都将迎来高增长,全球射频开关市场空间将由2018 年的 14.5 亿美金增加到 2025 年 23 亿美金,其中 Rx / Tx 开关的增长将来自 MIMO 的分集天线处的 Tx 使用和由于 CA 和更多频段带来的天线切换数增加。
SOI 仍然是射频开关的首选技术,RF MEMS 技术将进入高端天线开关市 场。从技术上来看,目前 SOI 仍然是射频开关的首选技术,由于 Bulk-CMOS 为了可能会逐渐退出市场,而 RF MEMS 技术将在 2019 年开始渗透,并在高 端天线开关市场稳步增长。

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( 4) 天 线调谐:随着天线数 量和复杂度提升高速增长
天线设计挑战增多,天线调谐用量增加。14G 时代由于全面屏的推广, 摄像头增多等 ,使得天 线净空变 小,天线 设计难度 增长效率 变低,需 要越来越 多的调谐开关提升天线性能。25G 给天线设计带来更多的挑战,从 4G 开始到 现在的 5G,MIMO 逐渐增加,频段也越来越多,这就带来天线的增加,在 Sub-6Ghz 的时候,需要 8 到 10 个天线,但到了毫米波时代,手机天线会增加 到 10 到 12 根甚至更多,在天线数量增加的同时,留给天线的空间却越来越小, 需要类似孔径调谐(Aperture Tuning)、阻抗调谐(Impedance Matching)和更 小的天线解决方案和低损耗的调谐来解决。
天线调谐用量快速增长。随着 5G 4×4 MIMO 和 8×8 MIMO 架构带来的更 多的天线数量 和天线设 计难度增 加,天线 调谐开关 用量快速 增加,需 要更多的 孔径调谐提升 天线带宽 ,更多的 阻抗调谐 提升天线 辐射效率 。天线调 谐开关市 场将从 2018 年的 4.5 亿美金增加到 2025 年的 12.3 亿美金。目前孔径调谐器 占总体积的 75%以上,但阻抗调谐市场将迅速增长,2025 年将占整个天线调 谐开关市场的 70%。
天线调谐开关技术路径 SOI 是主流,RF MEMS 份额也将逐渐提升。SOI 是主流技术,被 Qorvo(Qorvo 占目前调谐市场 70%)和 Skyworks 等大厂商 所使用。Cavendish Kinetics(CK)等厂商的 RF MEMS 工艺损耗非常低,获 得市场认可,份额也在逐渐提升。

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( 5) LNA: 随 着 接收通路增加稳定增长
LNA 市场将稳步增长,特别是因为新增了接收通路。LNA 主要是用于接收 信号时进行小信号放大,以便降低到收发器的线路上的SNR。3G/4G 时,有部 分 LNA 是集成在射频收发里面的,没有单独的 LNA,因此 LNA 市场空间较小, 2017 年开始快速增长,由于 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz 更严高的要求,主 频段通信被要求具有 LNA。
LNA 目前以 SiGe 为主,长期来看,特别是毫米波,基于 SOI 的 LNA 将 成为主流。目前 iPhone 等主流手机上的 LNA 主要来自英飞凌和 Skyworks,并 且由 SiGe 制成, SOI LNA 由于良好的性能和更低的成本,并且更好整合,将 有可能成本 LNA 的趋势,特别是毫米波。SOI LNA 与 SOI 开关的模组已于 2017 年开始使用。

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3、5G 手机射频前端半导体价值量拆分以及测算
5G 射频端变化
  • 5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天线,相应的天线调谐 开关和其他开关数量增加。接收分集模块会增加。
  • 更多的频段,更多的 CA 需要更多的开关,合路器,多工器(滤波器)。
  • 5G Sub 6G 还需要 1 个或 2 个超高频的 PAMiD 模块(例如,支持 n77 / n78 和 n79,n41 需要额外的一个),DRx(接收分集模块)和 其他一些开关、调谐等在1T4R 的情况下也需要增加。在 2T4R 的情 况下,需要再添加一组 6GHz 以下的超高频的 PAMiD 模块。
  • 对于毫米波(mmWave),一般需要 3-4 个 mmWave 模块。
  • 滤波器,开关和天线的数量也将增加。
4G 高端机和旗舰机目前射频前端价值量是12-20 美元。据 Gartner 的数 据,4G 高端手机射频前端价值量约 12.5 美元,4G 旗舰级的射频前端价值量约 为 19.2 美元,LTE 旗舰/高端智能手机的 RF 前端美元总内容约为 12-20 美元
5G 智能手机的射频成本最初很高,明年有望降到30 美金以下。5G 射频 前端初期价格很高,按目前价格,5G sub 6 的 2T4R 旗舰机,射频前端价值量 将高达 37 美金,根据测算,2020 年年中中高端手机有望降到 28 美金,到 2020 年底或 2021 年,5G 渗透率持续下沉,射频前端价值量有望降到 20 美元 出头。

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四 、 竞 争格局:海 外寡头垄断,国内厂商迎来发展 机会
1、并购不断:射频前端模块化趋势+基带厂商向前端延伸
模 块化趋势 带动射频 前端厂 商产品品 类扩张 。模块化趋势下,各射 频厂商 通过各种收并购完善自己的产品线,比如Murata 收购 Peregrine,Qorvo 由 RFMD 与 TriQuint 合并而成,Skyworks 收购 Panasonic 子公司及韩国 MEMS solution 获得 TC-SAW 及 FBAR 技术等。
高通、联发科、展讯等 AP/基带芯片公司纷纷布局射频前端。高通 2014 年并购 PA 厂商 Black sand,2016 年与 TDK 成立合资公司 RF360;联发科早 期曾成立射频 PA 子公司,2015 投资 PA 公司 Airoha,2019 年入股 vanchip, 并解散 Airoha;展讯与锐迪科合并等。
2、当前竞争格局:美日企业寡头垄断,占据 90%份额
射频前端目前以IDM 为主,美系厂商占据主导。前五大:Murata(IDM)、 Skyworks( ID M)、Qorvo( ID M)、Broadcom/Avago(Fabless,除滤波器外)、Qualcomm/TDK Epcos( Fabless )。
  • 第一梯队:美系厂商为主 Broadcom、Qorvo、Skyworks,村田,中 高端市场;
  • 第二梯队:日系厂商 TDK、Taiyo Yuden;
  • 第三梯队:韩台陆厂,低端市场
3、未来格局判断:模组优于分立式,毫米波带来新玩家,国内厂商迎来机会
5G 等技术升级带来射频前端难度增加,龙头厂商整体来说地位相对稳定。 射频前端模组 化趋势下 ,多产品 品类布局 厂商将具 有更大优 势,技术 和客户壁 垒更高。
  • 5G 布局路径一:从 advanced 4Gà5G sub6Gà5G mmwave;以 Broadcom / Avago,Skyworks,Qorvo 和 Murata 为代表。
  • 5G 布局路径二:直接切入 5G mmwave;以高通为代表。前文我们也讨论 了,除了现 在的开关 ,调谐之 外,毫米 波有望使 用更多的 硅基工艺(比如 高端 SOI),毫米波硅基工艺有望使英特尔,三星和华为(海思)成为射频 前端新玩家。
  • 国内厂商:看好持续国产替代,看好具有模组化能力,或者与模组化能力 的厂商合作厂商。
五、投资建议(略)
附 录: 国内外射频 前端公司介绍(略)

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发表于 2019-8-7 22:51:18 |显示全部楼层

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发表于 2019-8-8 18:10:02 |显示全部楼层
了解一下,谢谢

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2019-9-3
发表于 2019-9-16 23:45:30 |显示全部楼层
好东西,谢谢

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发表于 2019-9-17 14:25:10 |显示全部楼层
绝世好文

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