無線通信系統中，一般包含有天線、射頻前端、射頻收發模塊以及基帶信號處理器四個部分。隨著5G時代的，天線以及射頻前端的需求量及價值均快速上升，射頻前端是將數位訊號向無線射頻信號轉化的基礎部件，也是無線通信系統的核心組件。
無線通信系統結構示意圖
按照功能，可將射頻前端分為發射端Tx以及接收端Rx。
按照器件不同，射頻前端可分為功率放大器PA（發射端射頻信號放大）、濾波器filter（發射、接受端信號濾波）、低噪聲放大器LNA（接收端信號放大，降低噪聲）、開關switch（不同通道切換）、雙工器duplexer（信號選擇，實現濾波匹配）、調諧器tuner（天線信號通道阻抗匹配）等。
無線通信系統結構示意圖
各種射頻器件科普
濾波器Filter：選通特定頻率，過濾幹擾信號
濾波器（Filter），是射頻前端中最重要的分立器件，使信號中特定頻率成分通過而極大衰減其他頻率成分，從而提高信號的抗幹擾性及信噪比。目前在手機射頻市場中主要採用聲學濾波技術。
根據製造工藝的不同，市面上的聲學濾波器可分為聲表面波濾波器（Surface Acoustic Wave，SAW）和體聲波濾波器（Bulk Acoustic Wave，BAW）兩大類。其中SAW濾波器製作工藝簡單，性價比高，主要應用於GHz以下的低頻濾波，而BAW濾波器插損低，性能優秀，可以適用於高頻濾波，但工藝複雜，價格較高。
由於工藝複雜度、技術以及成本的限制，目前通信標準下更多射頻前端採用SAW濾波器。但隨著5G滲透率的提升，BAW濾波器優異的性能和對高頻的支持將使其成為手機射頻前端的主流器件。
三類常用濾波器（LTCC、SAW、BAW）的工作頻率範圍
雙工器/多工器：發射/接收信號的隔離
雙工器（Diplexer），又稱天線共用器，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，使得同一天線或傳輸線可對兩條信號路徑進行使用，從而實現同一天線對兩種多種不同頻率信號的接收和發送。
功率放大器PA：放大射頻信號進行發射
功率放大器（PA，Power Amplifier）是射頻前端的核心部件，利用三極體的電流控制作用或場效應管的電壓控制作用將電源的功率轉換為按照輸入信號變化的電流。
PA主要用於發射鏈路，通過把發射通道的微弱射頻信號放大，使信號成功獲得足夠高的功率，從而實現更高通信質量、更強電池續航能力、更遠通信距離。PA的性能可以直接決定通信信號的穩定性和強弱。
隨著半導體材料的不斷發展，功率放大器也經歷了CMOS、GaAs、GaN三大技術路線。第一代半導體材料是CMOS，技術成熟且產能穩定。第二代半導體材料主要使用GaAs或SiGe，有較高的擊穿電壓，可用於高功率、高頻器件應用。第三代半導體材料GaN在性能上顯著強亍GaAs，但成本較高。目前移動端民用市場主要採用GaAs 作為功放，而GaN在部分基站端應用率先實現替代。未來GaN將成為高射頻、大功耗應用的主要方案。
三種材料的特性對比
低噪聲放大器LNA：放大接收信號，減少噪聲引入
低噪聲放大器（LNA，Low Noise Amplifier）是噪聲係數很小的放大器，功能是把天線接收到的微弱射頻信號放大，並儘量減少噪聲的引入，LNA能夠能有效提高接收機的接收靈敏度， 進而提高收發機的傳輸距離。因此低噪聲放大器的設計是否良好， 關係到整個通信系統的通信質量。
射頻開關Switch：控制電路通斷，實現信號切換
射頻開關（Switch）的通過將多路射頻信號中的任一路或幾路控制邏輯連通，實現不同信號路徑的切換，包括接收與發射的切換、不同頻段間的切換等，以達到共用天線、共用通道，節省終端產品成本的目的。射頻開關主要包括移動通信傳導開關、WiFi開關、天線調諧開關等。
調諧器Tuner：天線的阻抗匹配
天線調諧器（Tuner）是位於連接發射系統與天線的一種阻抗匹配網絡，用以實現信號的接收、濾波、放大、增益控制等功能，使得天線在所有應用頻率上輻射功率最大。
5G/Sub-6通信標準下，手機端中4x4下行鏈路MIMO要求每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，相應對射頻天線tuner的需求數量也會增加，以提高相應頻段的輻射效率。
常見調諧器的內部結構示意
其他射頻前端器件
Envelop Tracker （ET），即包絡追蹤器，用於提高承載高峰均功率比信號的功放效率，實現自適應功率放大輸出。與平均功率跟蹤技術相比，包絡追蹤技術能夠讓功放的供電電壓隨輸入信號的包絡變化，改善射頻功率放大器的能效。
RF Reveiver，即射頻接收機。射頻接收機中，射頻信號經天線接收後，通過濾波器、LNA、模數轉換器ADC等對信號進行變頻解調，最後形成進入基帶的基帶信號。射頻接收機主要分超外差接收機、零中頻接收機和近零中頻接收機三種。
在過去多年的發展中，射頻前端材料也經歷了多代的發展。
市場規模與競爭格局
過去十年來，射頻前端市場規模一直維持穩定高速增長，2019年市場規模達到170億美元，相比2011年的63億美元增長269%。預計到2025年射頻前端市場規模可達250億美元。
射頻前端市場規模及同比增速（億美元）
而在射頻前端市場集中程度較高，基本為頭部四大廠商壟斷，2019年所佔份額分別為博通（美國，29%）、思佳訊（美國， 28%）、村田（日本， 22%）和科沃（美國， 18%），其他廠商佔比僅為約3%。
射頻前端競爭格局（頭部四廠商）
其中濾波器市場（53%）：SAW濾波器由村田主導，BAW技術基本為博通和Qorvo所壟斷；功率放大器市場（33%）：美國三大廠商佔據93%的市場份額；開關及其他組件（10%）：思佳訊、Qorvo主導其他射頻器件市場。
2019年，濾波器全球銷售額為95.2億美元，其中SAW為53.3億美元，BAW為41.9億美元，佔比從15年的30%提升至19年的41%，未來隨著5G滲透率提升有望持續增加。
2019年，濾波器在中國市場的銷售額為26.1億美元，其中SAW為14.6美元，BAW為11.5億美元。國內濾波器市場由於自給缺口大，且處於4G-5G切換末期，故市場規模出現負增長，相比15年減少2.4億美元。未來隨著國產化率的提升以及5G移動+基站端滲透增加，有望快速反彈。
濾波器行業屬於技術、資本密集型，對於設計經驗以及專利布局要求極高。手機射頻端隨著21世紀以來專利競爭以及激烈併購，逐漸形成了以日系、美系廠商分別壟斷SAW、BAW市場格局。
SAW、BAW全球市場格局（2019年）
Broadcom、Murata憑藉多年技術積累以及專利布局作為第一陣營瓜分高端市場；Skyworks、Qorvo、TDK、TaiyoYuden等憑藉綜合技術以及配套模組作為第二陣營佔據中端市場；韓臺陸廠作為第三陣營目前以低端市場為主，並努力向中高端市場滲透。
濾波器市場基本被日美廠商所壟斷
SAW：以村田、TDK和太陽誘電為首的日系廠商長期深耕SAW市場，其中村田全球SAW份額佔比達到47%，並持續推出TC-SAW和IHP-SAW等產品以適應5G需求；
BAW：博通Avago憑藉強勁的技術實力和專利布局壟斷87%的BAW濾波市場，思佳訊和Qorvo緊隨其後憑藉模組化配套生產位居第二梯隊。
國內廠商僅有少部分中低端SAW布局，BAW濾波器目前僅有天津諾思等小部分量產。
2019年，全球PA市場規模為56億美元，預計到2023將將增長至70億美元。由於射頻器件對設計經驗及工藝的要求較高，且PA為結構最複雜的前端核心器件，目前全球市場基本上由美國三大射頻巨頭所壟斷。其中Skyworks佔43%，Qorvo佔25%，Broadcom佔25%，其餘廠商份額佔比不足10%。
全球PA市場格局（2018年）
由於5G帶來的天線以及濾波器組件的增加，終端內部空間減少，為PA多頻段設計帶來挑戰。模組化趨勢為體積減少以及設計流程簡化做出貢獻，預計2025年PA類模組規模將達到104億美元，成為射頻前端最大細分市場。（詳見後續系列報告：射頻前端的模組化趨勢）
在2G-4G頻段，由於CMOS工藝成熟且易於集成，在終端中被廣泛使用。但在高頻頻段，GaAs性價比以及功率特性突出，二代材料成為PA、天線等器件的材料首選；在基站端，由於GaN高頻特性較好，三代半導體材料被廣泛使用在基站側，未來發展空間廣闊。
PA的三代半導體材料功率與頻率特性
隨著4G技術普及以及5G標準的推進，智能終端中需要支持頻段數量大幅度上升，需要更多開關提升對更多頻段信號的接收能力。2011年以來，射頻開關switch市場快速增長，2019年市場規模達到19億美元，並隨著5G大規模商用將迎來快速增長，預計2023年市場規模將達到35.6億美元。
射頻開關市場龍頭廠商為Skyworks（思佳訊）以及村田，均為綜合性射頻器件及設計方案提供商，模組化實力強勁。國內射頻開關及LNA組件領導者為卓勝微，目前已經開始國產前端模組化布局。
全球射頻開關市場規模及預測（美元）
LNA一般用於接收端放大天線信號，並具有抑制噪聲的優勢。低噪聲放大器目前更多作為模組化組件，與射頻開關等簡單組件集成在LFEM、WIFI FEM以及LNA Bank等模組當中，2019年市場規模達到14.9億美元，2023年有望達到17.9億美元（按分立器件計算）
目前國內廠商以卓勝微、紫光展銳在LNA領域結合自身平臺以及模組化集成優勢，在LNA出貨量方面領先行業，但與國際先進廠商差距較大。
全球濾波器市場規模（億美元）
日美四大射頻巨頭介紹
射頻前端產業由分立器件廠商、模組廠、整機品牌以及平臺設計服務商組成。其中上遊分立器件頭部廠商綜合性生產銷售能力較強，得以更早進行模組化布局，形成先發優勢。
射頻前端國內外主要廠商
全球射頻前端市場集中度較高，前四大廠商Skyworks、Qorvo、Broadcom和Murata佔據90%以上的市場份額，並不斷通過整合併購，業務綜合多樣化擴張；
在PA及LNA等功率放大器領域，思佳訊佔有接近一半市場，但正被Qorvo迎頭趕上；在濾波器方向上，村田獨佔SAW濾波器47%的市場份額，而博通則寡佔87%的濾波器市場。
四大射頻巨頭中，思佳訊與Qorvo營收主要來自前端模組，產品類型中，而博通及村田業務則涉及各類IC、軟體、被動元件和封裝等，業務規模龐大，營收均超過百億美元。
註：市值數據截至10月25日
Skyworks：受惠中國市場，大力發展5G、物聯網
Skyworks成立於1962 年，總部位於美國馬塞諸塞州，致力於開發用於射頻和移動通信系統的半導體器件。受益於完善的產品結構、在 IoT及 WiFi 領域的拓展和在蘋果手機中的廣泛應用，同時也是多家國內手機品牌射頻器件供應商，中國區收入佔比僅次於美國地區（2019年佔比22%）。公司2019財年實現營收33.77億美元，歸母淨利潤8.60億美元。
Skyworks 在 SAW 濾波器、射頻功率放大器、射頻開關等產品上都有完善的產品覆蓋，並有較強的晶片集成模組能力。2019年佔據全球射頻PA 43%的市場份額和射頻開關23%的市場份額。
Skyworks的發展歷程
為迎接5G時代帶來的挑戰，Skyworks打造Sky5 平臺，通過高度集成的發射/接收端解決方案和分集接收模組（DRx）簡化了5G架構的開發難度，未來在IoT以及5G市場布局有望加速。
Sky5 Ultra集成解決方案採用DSBG封裝減小尺寸，提升TC-SAW和BAW在目標頻段的性能，具備領先的傳輸和接收能力，在為終端帶來可靠的網絡連接傳輸同時優化手機電池壽命。Sky5 LiTE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，可適配所有領先晶片提供商接口。
Qorvo：射頻通信「新」軍，併購推動業務快速擴張
Qorvo由TriQuint Semiconductor 和RF Micro Devices（RFMD）於2015 年合併成立，總部位於美國北卡羅萊納州，專注於射頻通信及國防產品的生產，合併後擁有天線、PA、濾波器和射頻開關的全業務布局。2019年公司實現營收32.29億美元，歸母淨利潤3.34億美元。
Qorvo成立後，公司不斷進行併購擴大產品線，業務布局基本覆蓋射頻前端全產業鏈。其中BAW技術發展迅速，佔據全球濾波器8%的市場份額，僅次於Broadcom 。公司在全球射頻開關和LNA器市佔率高達35%，射頻PA市佔率也到了達25%。
Qorvo發展歷程
Qorvo憑藉技術優勢和模組化布局長期在射頻產品領域提供商中佔據領導地位。公司通過收購獲得GaN、GaAs以及SOI技術應用與天線以及射頻PA器件中，並繼續收購Cavendish等RF MEMS工藝廠商進一步升級其射頻前端器件的生產工藝，通過模組化集成形成全業務先進布局。
公司在2020Q1完成了對 Custom MMIC 和 Decawave 的收購，進一步布局低功耗IoT以及UWB技術，結合此前物聯網相關技術的收購，在物聯網、5G領域形成更多影響力。
Broadcom：第五大半導體廠商，射頻業務實力強勁
Broadcom Limited，2016年由Avago以370億美元收購博通公司後更名，目前雙總部分別位於美國和新加坡，主營業務為半導體業務以及軟體業務。2019年實現營收225.97億美元，歸母淨利潤34.6億美元，為全球第五大半導體企業，射頻業務佔比約30%。
Broadcom 提供無線嵌入式解決方案和射頻組件產品，包括全套的射頻前端產品。公司在射頻前端領域的布局較久，在濾波器（BAW）以及前端模組方面的實力雄厚，獨佔全球 BAW 濾波器市場87%的市場份額。
博通-安華高通過對多家半導體、通信企業的併購布局，不斷擴寬業務範圍、加深技術護城河。目前公司戰略發展方向逐漸向軟體調整，但半導體及射頻業務仍然廣受全球用戶認可，貢獻超過30%以上的公司營收。
Murata：日系老牌電子器件龍頭，專利布局多樣全面
Murata（村田）成立於1944年，總部位於日本京都，主要產品為先進電子元器件及多功能通訊模組、功率IC的設計和製造。2014 年 8 月收購 Peregrine 半導體公司，拓展射頻前端業務。2019年實現營收141.91億美元，歸母淨利潤16.93億美元，其中海外營收佔比超過90%，是日本最大的電子元器件製造商。
村田是全球領先的電子元器件提供商，其被動元件、連接器技術及MEMS工藝實力雄厚。在射頻方面，公司提供包括濾波器以及射頻開關等器件及模組化產品，佔據全球 SAW 濾波器市場47%的市場份額。
智慧財產權以及專利布局是村田重要的發展戰略，公司注重新產品和技術的獨立開發，在射頻產品領域尤其是SAW技術上具有難以超越的優勢。2018年，公司在日本擁有8121項專利申請，在全球擁有12474項專利申請，申請數量全球排名29。
公司依託全面專利布局以及優秀的供應鏈管理能力，向全球各地客戶提供各類電子元器件，佔據較高市場份額。其中陶瓷電容市佔率達到40%，SAW濾波器全球佔比50%，電磁屏蔽件EMI全球佔比35%。通信連接器模組份額為55%以上，市場份額均為全球第一。
全球主要射頻前端廠商（日美係為主）
責任編輯：lq
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