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5G热潮推动射频器件发展 —— 为产业带来新机遇
在一个无线通讯系统中,需要使用三个集成电路 —— 基频(BB)、中频(IF)和射频(RF),它们将接收到的讯号进行转换和传输,实现通信功能。通常来说,射频负责接收及发射高频信号,基频负责信号处理及储存等,中频则是射频与基频的中介桥梁,使信号能顺利在高频信号和基频信号之间转换。

射频器件是手机等各种无线通讯设备的关键部件,主要负责产生发送及接收处理高频电磁波的工作。与负责将模拟信号与二进制数字信号相互转换的AD/DA技术不同,射频技术负责将微弱的低频模拟信号放大成高频电磁波将信息传递出去,并且将从外界接收到的高频电磁波进行过滤等工序后转化为低频模拟信号供基带芯片处理。

5G通信要求更高功率、更高效率、多频段、大带宽、小体积、轻重量,以及高可靠性和更低的成本。具体到射频部分,在关键技术方面,5G无线技术中全频谱接入、大规模天线、载波聚合都要求射频部分用新的硬件来实现,这就在基站和移动终端上带来新的硬件增量;另一方面,新的技术提高了射频部分元器件的设计难度,带来元器件单机价值量的提升,5G时代将带来射频部分元器件量价齐升。

5G通信对射频器件的要求

现在5G刚刚进入商用阶段,在很长一段时间内3G、4G、5G网络将同时共存。不同的频段和不同的标准频段对应不同的射频器件,在5G升级的过程中,对于每一代升级都要保证技术和应用性能能够向后兼容。

需要新的射频部分来承担5G通信的功能,增加5G通信功能并不会减少3G/4G射频部分的需求量,5G通信的射频部分为新增量。比如5G手机能够接收5G信号的同时,也能接收4G或者3G信号,因此就要保留原有的射频部分,这也是为什么手机中射频器件越来越多的缘故。另外由于频率提高和调制方式更加复杂,对射频端的器件性能提出了更高的设计挑战。

5G采用3GHz以上的频谱通信,与4G相比,射频最大不同就是采用高频电路。高频电路相比于中低频电路需要从材料到器件,从基带芯片到整个射频电路进行重新考量和设计。

5G技术变革主要在与复合通信技术的提高,而对于基础组件单元的技术升级要求就没那么高了,除了天线和射频前端的体积与集成复杂度增加之外,就是单位组件数量的增加,这也就为射频器件市场的发展带来新的增量驱动。

在通信基站方面,5G宏基站的数量是4G的1.5倍左右,另外需要大量的小基站,因此5G时代基站对于射频器件的需求也将是非常大的。5G将带来射频器件的全面升级换代,既有更新换代的需求,也有量的提升。

5G手机和基站射频器件市场巨大

5G射频行业发展前景上,我们要将5G基站和手机终端两个应用领域区别来看(暂时不考虑军工和汽车等应用)。从市场规模来看,手机射频的机会要远大于基站射频。此外,由于5G基站对于射频器件的集成度等要求相比智能手机来说偏低,且价格下滑的空间较大,而手机领域单个射频已经很低,降价空间其实已经较小。

如果把手机和基站射频总共的市场规模合成比例为1,手机射频将占据80-90%,因为要考虑信号的兼容性,手机射频器件会越来越多。在手机应用领域,射频器件包括滤波器、双工器、射频开关、LNA、PA等等,其中滤波器、射频开关、功率放大器3类市场规模较大。

据研究表明,智能手机多增加一个频段,需要增加1个PA、1个双工器、1个开关、2个滤波器以及1个LNA。2G手机支持4个频段,3G支持6个,4G支持20个,5G支持80个,射频前端需求量是4G的2倍以上。

再看看5G基站领域,其占据总市场的10-20%。首先是频段增加,使得滤波器的使用量增加;其次5G基站数量提升,预测5G宏基站是4G的1.5倍,还有2倍于4G的小基站,总得来说,基站对于射频的需求也是很大的。

基站的射频系统主要由基站天线、塔顶放大器、滤波器、合路器等组成,起到无线信号的接收、传送及发送等功能。基站天线在5G时代将发生较大变化,基站的天线将演进为天线与基站设备一体化,从无源到有源。

在基站应用领域,射频主要包括滤波器、放大器、双工器、以及其它电路射频器件(包括LNA、耦合器、衰减器、峰值放大器)。在滤波器领域,SAW的主要供应商是博通和Qorvo,两者占据60-70%的市场份额,BAW的主要供应商是Murata和TDK,两者占有90%以上的市场份额;在功放领域,主要供应商是Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata,4家公司占据了90%以上的市场份额。

射频行业中,射频芯片是核心,国外厂商技术已经非常成熟,而国内厂商的专利储备薄弱,自主研发面临诸多困难,所以关键的射频器件几乎都依赖进口。这样来看,国内射频器件厂商在全球的市场份额还是较小,不过这也催生了一条国产替代化的逻辑。

国内射频产业的新机会

整个射频产业链主要包括IDM和制造代工厂。所谓IDM(Integrated Device Manufacturer)就是整合元件制造商,从设计、制造、封装测试到销售都自己来做,目前射频领域的IDM厂商基本都被海外公司垄断,包括美系厂商Qorvo、skyworks、Broadcom,以及日系厂商Sumitomo Electric和Murata;制造代工厂是专门帮别人生产晶圆的厂商,我们比较熟悉的公司有台积电、格芯、中芯国际、联电,射频领域的代工厂以中国台湾地区的稳懋、环宇、汉磊等为主。

随着国内对射频芯片需求的增加,越来越多国内设计公司、代工厂开始加入射频产业链,自行搭建射频芯片制造体系。

总体来看,国内射频产业链已经搭建完成,从射频芯片设计,到封测、制造三个环节均有公司可以支撑,其中IDM公司、Fabless公司和代工厂齐头并进,并且在新材料的研发上也取得了不错的成绩。

从全球市场来看,Qorvo、skyworks、Broadcom等三大公司仍然会占据主流;从国内市场来看,射频芯片的设计门槛较高,国内射频厂商无论是IDM厂商,还是制造代工厂的制程技术仍属于弱势,所推出产品主要针对中低市场。未来随着技术积累和人力投入加大,国内射频厂商可有机会追赶国际主流射频大厂的步伐。

5G时代的新需求给国内射频产业链带来快速的发展机会,但是也对传输速率、时延、流量密度、移动性等提出更高要求,国内射频厂商要在新产品、新工艺、新材料方面齐下手,紧跟国际大厂前进步伐,才能享受5G带来的高速增长红利。

5G基础设施的增长将刺激2020年手机市场销量的增长。从2016-2019年,手机市场一直在萎缩,但从2020年开始,会出现4G到5G手机的更换潮。在5G射频技术方面,由于目前已经到了5G的市场投入期,未来的增长是非常大的。(转自电子产品世界)
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