無線通信系統(tǒng)一般包括四個部分:天線、射頻前端、射頻收發(fā)模塊和基帶信號處理器。隨著5G時代的到來，天線和射頻前端的需求和價值都在快速增長。射頻前端是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為無線射頻信號的基本部件，也是無線通信系統(tǒng)的核心部件。

根據(jù)功能，射頻前端可以分為發(fā)射機Tx和接收機Rx。

根據(jù)器件的不同，射頻前端可分為功放PA(發(fā)射端射頻信號放大)、濾波器(發(fā)射端和接收端信號濾波)、低噪聲放大器LNA(接收端信號放大以降低噪聲)、開關(guān)(不同通道間的切換)、雙工器duplex(信號選擇實現(xiàn)濾波器匹配)、調(diào)諧器tuner(天線信號通道阻抗匹配)等等。

各種射頻設(shè)備的科普

濾波器:選通特定頻率，過濾干擾信號。

濾波器是射頻前端中最重要的分立器件，它可以通過信號中的某些頻率成分，并大幅衰減其他頻率成分，從而提高信號的抗干擾性和信噪比。目前，聲學(xué)濾波技術(shù)主要應(yīng)用于手機射頻市場。

根據(jù)制造工藝的不同，市場上的聲學(xué)濾波器可以分為兩大類:聲表面波(SAW)和體聲波(BAW)。SAW濾波器由于制造工藝簡單，性價比高，主要用于GHz以下的低頻濾波，而BAW濾波器由于插入損耗低，性能優(yōu)良，適合于高頻濾波，但工藝復(fù)雜，價格高。

由于工藝復(fù)雜度、技術(shù)和成本的限制，在目前的通信標(biāo)準(zhǔn)下，更多的射頻前端采用SAW濾波器。但隨著5G通透性的提升，BAW濾波的優(yōu)異性能及其對高頻的支持，將使其成為手機射頻前端的主流器件。

雙工器/復(fù)用器:發(fā)射/接收信號的隔離

雙工器又稱天線雙工器，由兩組不同頻率的帶阻濾波器組成。利用高通、低通或帶通濾波器的分頻功能，可以將同一個天線或傳輸線用于兩個信號路徑，使得同一個天線可以接收和發(fā)射兩個不同頻率的信號。

功率放大器PA:放大射頻信號用于傳輸。

功率放大器是射頻前端的核心部件，它利用三極管的電流控制功能或場效應(yīng)管的電壓控制功能，將電源的功率轉(zhuǎn)換成隨輸入信號而變化的電流。

PA主要用于傳輸鏈路。通過放大傳輸信道的微弱射頻信號，信號可以成功獲得足夠高的功率，從而實現(xiàn)更高的通信質(zhì)量、更強的電池續(xù)航能力和更遠(yuǎn)的通信距離。功率放大器的性能直接決定了通信信號的穩(wěn)定性和強度。

隨著半導(dǎo)體材料的不斷發(fā)展，功率放大器也經(jīng)歷了三條技術(shù)路線:CMOS、GaAs和GaN。第一代半導(dǎo)體材料是CMOS，技術(shù)成熟，產(chǎn)能穩(wěn)定。第二代半導(dǎo)體材料主要采用GaAs或SiGe，擊穿電壓高，可用于大功率高頻器件。第三代半導(dǎo)體材料GaN在性能上明顯優(yōu)于GaAs，但其成本較高。目前，GaAs在移動終端民用市場上主要用作功率放大器，GaN率先在部分基站中使用。在未來，GaN將成為高射頻和高功耗應(yīng)用的主要解決方案。

低噪聲放大器LNA:放大接收到的信號，減少噪聲的引入。

低噪聲放大器(LNA)是一種噪聲系數(shù)很小的放大器。其功能是放大天線接收到的微弱射頻信號，并最大限度地減少噪聲的引入。LNA能有效提高接收機的接收靈敏度，從而增加收發(fā)機的傳輸距離。因此，低噪聲放大器設(shè)計的好壞關(guān)系到整個通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。

射頻開關(guān):控制電路通斷，實現(xiàn)信號切換。

射頻開關(guān)可以實現(xiàn)不同信號路徑的切換，包括接收和發(fā)射的切換，不同頻段的切換等。通過連接多個射頻信號中的任意一個或幾個控制邏輯，從而共享天線和信道，節(jié)省終端產(chǎn)品的成本。射頻開關(guān)主要有移動通信導(dǎo)通開關(guān)、WiFi開關(guān)、天線調(diào)諧開關(guān)等。

調(diào)諧器:天線的阻抗匹配

天線調(diào)諧器是連接發(fā)射系統(tǒng)和天線的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，用于實現(xiàn)信號接收、濾波、放大、增益控制等功能。以便在所有應(yīng)用頻率下最大化天線的輻射功率。

在5G/Sub-6通信標(biāo)準(zhǔn)下，手機中的4x4下行MIMO要求每個天線能夠高效支持更寬的頻率范圍，相應(yīng)的對射頻天線調(diào)諧器的需求也會增加，以提高相應(yīng)頻段的輻射效率。

其它RF前端器件

包絡(luò)跟蹤器(envelope tracker，ET)即包絡(luò)跟蹤器，用于提高功率放大器承載峰均功率比信號的效率，實現(xiàn)自適應(yīng)功率放大輸出。與平均功率跟蹤技術(shù)相比，包絡(luò)跟蹤技術(shù)可以使功率放大器的電源電壓隨輸入信號的包絡(luò)而變化，提高射頻功率放大器的能量效率。

Rf eifer，即Rf接收機。在射頻接收機中，天線接收到射頻信號后，通過濾波器、LNA、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC等對信號進行變頻和解調(diào)。，最終形成進入基帶的基帶信號。射頻接收機主要分為超外差接收機、零中頻接收機和近零中頻接收機。

在過去幾年的發(fā)展中，射頻前端材料也經(jīng)歷了幾代的發(fā)展。

市場規(guī)模和競爭格局

過去十年，射頻前端的市場規(guī)模一直保持著穩(wěn)定快速的增長，2019年達到170億美元，相比2011年的63億美元增長了269%。預(yù)計到2025年，射頻前端市場將達到250億美元。

但是射頻前端市場高度集中，基本被四大廠商壟斷。2019年，博通(美國，29%)、思佳訊(美國，28%)、村田(日本，22%)和沃克(美國，18%)的份額分別為，其他廠商僅占3%左右。

其中，濾波器市場(53%): SAW濾波器由村田主導(dǎo)，BAW技術(shù)基本被博通、Qorvo壟斷；功放市場(33%):美國三大廠商占據(jù)93%的市場份額；開關(guān)和其他元件(10%):思佳訊和Qorvo在其他射頻器件市場占據(jù)主導(dǎo)地位。

2019年全球濾網(wǎng)銷售額達95.2億美元，其中聲表面波53.3億美元，BAW 41.9億美元，從15年的30%增長到19年的41%。預(yù)計未來隨著5G普及率的提高，還會繼續(xù)增加。

2019年，中國市場濾網(wǎng)銷售額為26.1億美元，其中SAW為14.6美元，BAW為11.5億美元。國內(nèi)濾網(wǎng)市場自給能力差距較大，處于4G-5G切換末期，因此市場規(guī)模出現(xiàn)負(fù)增長，比15年少2.4億美元。隨著未來國產(chǎn)化率的提升，5G移動+基站滲透率的提升，有望快速反彈。

過濾行業(yè)是技術(shù)密集型和資金密集型行業(yè)，對設(shè)計經(jīng)驗和專利布局要求極高。進入21世紀(jì)以來，隨著專利競爭和激烈的并購，手機射頻終端逐漸形成了日美廠商分別壟斷SAW和BAW市場的格局。

博通和村田以多年的技術(shù)積累和專利布局瓜分高端市場為第一陣營；Skyworks、Qorvo、TDK、TaiyoYuden等。以全面的技術(shù)和配套模塊占領(lǐng)中端市場為第二陣營；作為第三陣營，漢臺鹿廠目前專注于低端市場，試圖向中高端市場滲透。

SAW:以村田、TDK、Sunpower為首的日本廠商在SAW市場深耕已久，其中村田的全球SAW份額已達47%，并不斷推出TC-SAW、IHP-SAW等產(chǎn)品滿足5G需求。

BAW:博通Avago憑借強大的技術(shù)實力和專利布局，壟斷了BAW濾光片市場87%的份額，其次是思佳訊和Qorvo，處于模塊化配套生產(chǎn)的第二梯隊。

國內(nèi)廠商只有少量的低端SAW布局，BAW濾鏡目前只在天津北方等少數(shù)地區(qū)量產(chǎn)。

2019年，全球PA市場規(guī)模為56億美元，預(yù)計到2023年將增長至70億美元。由于射頻器件對設(shè)計經(jīng)驗和技術(shù)要求很高，而PA又是最復(fù)雜的前端核心器件，全球市場基本被美國三大射頻巨頭壟斷。其中，Skyworks占43%，Qorvo占25%，博通占25%，其他廠商不到10%。

由于5G帶來的天線和濾波器元件的增加，終端空數(shù)量減少，給PA多頻段設(shè)計帶來挑戰(zhàn)。模塊化趨勢有助于體積減小和設(shè)計過程簡化。預(yù)計2025年P(guān)A模塊規(guī)模將達到104億美元，成為射頻前端最大的細(xì)分市場。(詳見后續(xù)系列報告:射頻前端模塊化趨勢)

在2G-4G頻段，由于CMOS技術(shù)的成熟和易于集成，廣泛應(yīng)用于終端。但在高頻段，GaAs具有突出的性價比和功率特性，第二代材料成為PA、天線等器件的首選?；緜?cè)，由于GaN良好的高頻特性，三代半導(dǎo)體材料在基站側(cè)得到廣泛應(yīng)用，未來發(fā)展將會很廣闊空。

隨著4G技術(shù)的普及和5G標(biāo)準(zhǔn)的推廣，智能終端需要支持的頻段數(shù)量大大增加，需要更多的開關(guān)來提高更多頻段信號的接收能力。2011年以來，射頻開關(guān)市場快速增長，2019年市場規(guī)模達到19億美元，隨著5G商用的快速增長，預(yù)計2023年市場規(guī)模將達到35.6億美元。

射頻市場領(lǐng)先的廠商是Skyworks和村田，都是綜合射頻器件和設(shè)計解決方案的提供商，模塊化強。國內(nèi)射頻開關(guān)和LNA元器件的龍頭是卓勝威，已經(jīng)開始了國內(nèi)前端的模塊化布局。

LNA通常用于在接收端放大天線信號，具有抑制噪聲的優(yōu)點。目前低噪聲放大器多作為模塊化元件使用，與LFEM、WIFI FEM、LNA銀行等模塊中的射頻開關(guān)等簡單元件集成在一起。2019年市場規(guī)模將達到14.9億美元，預(yù)計2023年將達到17.9億美元(以分立器件計算)。

目前國內(nèi)廠商以卓勝威和紫光展銳結(jié)合自身平臺和LNA領(lǐng)域模塊化集成優(yōu)勢，在LNA出貨量上領(lǐng)先行業(yè)，但與國際先進廠商差距較大。

日本和美國四大射頻巨頭簡介

射頻前端行業(yè)由分立器件制造商、模塊廠、整機品牌和平臺設(shè)計服務(wù)商組成。其中，上游分立器件的頭部廠商綜合產(chǎn)銷能力較強，可以較早進行模塊化布局，從而形成先發(fā)優(yōu)勢。

全球射頻前端市場高度集中，四大廠商Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata占據(jù)了90%以上的市場份額，并通過并購不斷全面、多元化地拓展業(yè)務(wù)；

在PA、LNA等功放領(lǐng)域，思佳訊占據(jù)了近一半的市場，但正在追趕Qorvo。在濾光片方向，村田壟斷了SAW濾光片47%的市場份額，博通占據(jù)了87%的濾光片市場。

四大射頻巨頭中，思佳訊和Qorvo的收入主要來自前端模塊，產(chǎn)品類型中，博通和村田業(yè)務(wù)涉及各類IC、軟件、無源元件和封裝等。，業(yè)務(wù)規(guī)模龐大，營收超過100億美元。

Skyworks:受益中國市場，大力發(fā)展5G和物聯(lián)網(wǎng)

Skyworks成立于1962年，總部位于美國馬薩諸塞州，致力于開發(fā)用于射頻和移動通信系統(tǒng)的半導(dǎo)體器件。受益于完善的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、在物聯(lián)網(wǎng)和WiFi領(lǐng)域的拓展以及在蘋果手機中的廣泛應(yīng)用，它也是眾多國產(chǎn)手機品牌的射頻器件供應(yīng)商，在中國的營收僅次于美國(2019年為22%)。2019財年，公司實現(xiàn)營收33.77億美元，凈利潤8.6億美元。

Skyworks在SAW濾波器、射頻功率放大器、射頻開關(guān)等產(chǎn)品上有著完善的產(chǎn)品覆蓋，擁有強大的芯片集成模塊能力。2019年占據(jù)全球射頻PA 43%的市場份額，射頻開關(guān)23%的市場份額。

為了迎接5G時代帶來的挑戰(zhàn)，Skyworks打造了Sky5平臺，通過高度集成的發(fā)射機/接收機解決方案和分集接收模塊(DRx)簡化了5G架構(gòu)的開發(fā)難度，未來在物聯(lián)網(wǎng)和5G市場的布局有望加速。

Sky5Ultra一體化解決方案采用DSBG封裝減小尺寸，提高TC-SAW和BAW在目標(biāo)頻段的性能，具有領(lǐng)先的發(fā)射和接收能力，能夠為終端帶來可靠的網(wǎng)絡(luò)連接傳輸，優(yōu)化手機的續(xù)航能力。Sky5Lite前端解決方案面向大眾市場，支持高達100 MHz的5G新無線電(NR)波形帶寬，可適配所有領(lǐng)先的芯片提供商接口。

qo rvo:M&A射頻通信的“新”大軍推動業(yè)務(wù)快速擴張。

Qorvo于2015年由TriQuint Semiconductor和RF Micro Devices(RFMD)合并而成?？偛课挥诒笨_來納州，主要生產(chǎn)射頻通信和國防產(chǎn)品。合并后擁有天線、PA、濾波器、射頻開關(guān)全業(yè)務(wù)布局。2019年，公司實現(xiàn)營收32.29億美元，凈利潤3.34億美元。

Qorvo成立后，公司通過并購不斷拓展產(chǎn)品線，業(yè)務(wù)布局基本覆蓋整個射頻前端產(chǎn)業(yè)鏈。其中，BAW技術(shù)發(fā)展迅速，占全球濾光片市場份額的8%，僅次于博通。公司在全球射頻開關(guān)和LNA的市場份額高達35%，射頻功放的市場份額達到25%。

Qorvo憑借技術(shù)優(yōu)勢和模塊化布局，長期占據(jù)射頻產(chǎn)品供應(yīng)商的領(lǐng)先地位。公司通過收購獲得GaN、和SOI技術(shù)應(yīng)用、天線和射頻PA器件，并繼續(xù)收購卡文迪什等射頻MEMS技術(shù)廠商，進一步升級其射頻前端器件的生產(chǎn)技術(shù)，通過模塊化集成形成全業(yè)務(wù)先進布局。

2020Q1，公司完成了對定制MMIC和Decawave的收購，進一步布局低功耗物聯(lián)網(wǎng)和UWB技術(shù)，結(jié)合此前對物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的收購，在物聯(lián)網(wǎng)和5G領(lǐng)域形成更多影響力。

博通:擁有強大射頻業(yè)務(wù)的第五大半導(dǎo)體制造商。

Broadlimited，2016年Avago以370億美元收購博通后更名，在美國和新加坡設(shè)有雙總部，主營業(yè)務(wù)為半導(dǎo)體業(yè)務(wù)和軟件業(yè)務(wù)。2019年實現(xiàn)營收225.97億美元，凈利潤34.6億美元，成為全球第五大半導(dǎo)體公司，射頻業(yè)務(wù)占比約30%。

Broadcom提供無線嵌入式解決方案和RF元件產(chǎn)品，包括全系列RF前端產(chǎn)品。公司在射頻前端領(lǐng)域布局已久，在濾波器(BAW)和前端模塊方面實力雄厚，占據(jù)BAW濾波器全球87%的市場份額。

博通-安華高通過并購多家半導(dǎo)體和通信企業(yè)的布局，不斷拓展業(yè)務(wù)范圍，深化技術(shù)護城河。目前公司的戰(zhàn)略發(fā)展方向逐漸調(diào)整為軟件，但半導(dǎo)體和射頻業(yè)務(wù)仍得到全球用戶的廣泛認(rèn)可，貢獻了公司30%以上的收入。

村田:日本老牌電子器件龍頭，專利布局多元化全面。

村田(Murata)成立于1944年，總部位于日本京都。其主要產(chǎn)品是先進電子元件、多功能通信模塊和功率集成電路的設(shè)計和制造。2014年8月，收購百富勤半導(dǎo)體公司，拓展射頻前端業(yè)務(wù)。2019年實現(xiàn)營收141.91億美元，本土凈利潤16.93億美元，其中海外營收占比超過90%，是日本最大的電子元器件制造商。

村田是全球領(lǐng)先的電子元器件供應(yīng)商，擁有強大的無源元件、連接器技術(shù)和MEMS技術(shù)。在RF方面，該公司提供包括濾波器和RF開關(guān)在內(nèi)的器件和模塊化產(chǎn)品，占據(jù)全球SAW濾波器47%的市場份額。

知識產(chǎn)權(quán)和專利布局是村田的重要發(fā)展戰(zhàn)略。公司注重新產(chǎn)品和新技術(shù)的自主開發(fā)，在射頻產(chǎn)品尤其是聲表面波技術(shù)領(lǐng)域具有無可比擬的優(yōu)勢。2018年，該公司在日本擁有8121項專利申請，在全球擁有12474項專利申請，申請數(shù)量排名全球第29位。

公司依托全面的專利布局和優(yōu)秀的供應(yīng)鏈管理能力，為全球客戶提供各類電子元器件，占據(jù)較高的市場份額。其中陶瓷電容市場份額為40%，SAW濾波器全球份額為50%，電磁屏蔽EMI全球份額為35%。通信連接器模塊占有率超過55%，市場占有率全球第一。編輯:tzh

中承科技為客戶提供世界領(lǐng)先的無線射頻測試、無線綜合測試儀、通信測試儀表、無線通信測量、WiFi6e測試儀、藍牙綜測儀等解決，幫助客戶提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提升綜合競爭力。