5G射頻前端市場誰會是大贏家?

圖片來源：Marko Aliaksandr/Shutterstock.com

隨著4月24日中國電信和中國聯通2020年5G SA新建工程無線主設備聯合集採的正式落槌，加上數周前已經揭曉答案的中國移動5G二期無線主設備集採，中國三大運營商5G基站集採招標總額達到760億元，採購5G基站共計超52萬個。 這一數字與4月23日工信部披露的，即預計今年全年新建5G基站將超過50萬個這一數據完全吻合。 「新基建」背景下的中國5G建設已經駛入發展的快車道，那麼將對半導體行業，尤其是需求量較大的射頻前端帶來什麼影響？又有哪些公司將充分享受這一巨大市場和技術紅利呢？

首先，讓我們看一下射頻前端究竟包含哪些核心器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，是終端通信的核心組成器件，主要包括：濾波器、LNA（低噪聲放大器）、PA（功率放大器）、開關、天線調諧等。

圖1：射頻前端構成框圖（圖片來源：Qualcomm）

其中，濾波器的作用是消除噪聲，濾除幹擾和不需要的信號，只留下所需頻率範圍內的信號，手機中使用的濾波器主要採用SAW（表面聲波）和BAW（體聲波）兩種技術製造。

開關，顧名思義就是通過打開和閉合等動作，允許信號通過或不通過。

天線調諧器位於天線之後，但在信號路徑的末端之前，它的作用是將兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸，並且必須可以根據信號頻率的不同進行調整。

PA的功用則是在發射信號時通過PA放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便於後續處理。PA的質量和效率對手機的信號完整性以及電池壽命至關重要。

而用於放大接收信號的放大器則被稱做低噪聲放大器（LNA）。

大容量、廣覆蓋、高帶寬、低延遲是5G網絡的典型特徵，為了實現速率和容量的升級，大量技術被整合其中，比如Massive MIMO技術、載波聚合（CA）技術等。

MIMO是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。在5G Sub-6G中，將增加更多的MIMO，即從2×2提高到目前的4×4 MIMO。因此也會需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應的射頻前端元件也會同步增加，LNA、PA、開關、濾波器等元器件的用量和價值都會有不同程度的增加，尤以高性能天線調諧和天線轉換開關的用量增幅最為明顯。

載波聚合可將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，把不連續的頻譜碎片聚合到一起，達到提高傳輸速率和頻譜使用效率的目的。從4G LTE 到4G LTE Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數從66個增加到1000多個。5G帶來的載波聚合預計總頻段數將超過1萬個，受此影響，天線開關和濾波器的數量將大幅增加，PA和LNA的用量增長較少，但與之匹配的開關數量有一定程度的增加。

從2G到4G，直至今天的5G，每一代蜂窩技術的演進都會帶來射頻前端價值量的倍增。根據Yole的分析（圖2），從2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10倍，而從4G到5G，射頻前端單機價值量的增長將超過3倍。其中，濾波器的需求量增長最明顯，市場空間翻倍。PA主要用於對發射的射頻信號進行功率放大，若5G增加信號發射鏈路，就一定需要增加PA。但是因為PA帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的PA，從絕對數量上來看，PA的用量雖不及濾波器那麼大，但價值量也有較大提高。根據Yole的預測，PA的價值量將由2018年的44.5億美元增加到2022年的50億美元。

對於全球射頻前端市場，Yole給出的預測是，將由2017年的151億美元，增加到2023年的352億美元，年複合增長率達到14%。由此可見，5G技術的升級和變化對射頻前端的器件數量和價值量的影響是無比巨大的。 圖2：手機中射頻前端單機用量和價值量（Yole，國金證券研究所） 射頻前端半導體模塊化乃大勢所趨。 受設備和終端空間的限制，5G時代新增的射頻前端器件主要以模塊形式出現，模塊中集成的器件也越來越多。

如前所述，5G時代，射頻前端器件的整體需求量將有大幅增長，但這種增長也是結構性的，大體趨勢是：濾波器 > LNA/開關/調諧 > PA。

濾波器、開關等器件增幅很大，尤其是濾波器，增速最快，貢獻了射頻前端70%的增量。其中，SAW的增幅最大。這是因為，SAW濾波器目前在終端濾波器市場的佔比高達73%。

根據Qorvo的官方數據，Qorvo、Avago等美系廠商目前佔有90%以上的BAW市場，SAW則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW濾波器領域Avago的市佔率約為60%，Qorvo的佔比為30%。而SAW濾波器，村田佔據了50%的份額，另外兩家日本供應商Taiyo Yuden和TDK次之。

PA是射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前，Skyworks、Avago、Qorvo是PA市場的三大玩家，其中，Skyworks居領先地位，Avago和Qorvo分列第二、三位，三家公司佔據了全球手機PA市場的80~90％份額，是名副其實的寡頭壟斷。

5G對PA提出了新的要求，為了支持5G Sub-6G技術，PA的功耗控制、線性度、結構封裝中的熱管理都變得非常重要。在工藝路線上，砷化鎵（GaAs）仍將是高端PA的首選技術，毫米波有望採用SOI PA。雖然CMOS PA越來越成熟，但從參數性能上看，它更適合較低端應用。

手機中天線開關用量非常大，種類也很多，按用途劃分有Tx-Rx開關、Atenna Cross開關、Rx開關等。5G到來，射頻開關也將迎來強勁的增長。根據Yole的預測，全球射頻開關市場將從2018年的14.5億美元增長到2025年23億美元，其中Rx / Tx開關的增長主要源於MIMO和CA技術的應用。從技術上看，SOI目前仍是射頻開關的首選技術。

天線調諧用量將大幅提升。從4G到5G，MIMO逐漸增加，頻段越來越多，所用的天線數量急劇增加，尤其是5G 4x4 MIMO或接下來的8x8 MIMO架構，天線調諧開關用量成倍增加。權威分析機構預計，天線調諧開關市場將從2018年的4.5億美元增加到2025年的12.3億美元。

目前，SOI、RF MEMS是天線調諧開關的主流技術。今天佔據調諧市場70%的Qorvo和Skyworks等大廠主要採用SOI技術。採用RF MEMS工藝的Cavendish Kinetics（CK）等廠商的市場份額也在逐漸提升。

LNA市場將穩步增長。3G/4G時，部分LNA被集成在射頻收發中，市場空間較小，但從2017年開始LNA市場快速增長。LNA目前以SiGe工藝為主，到毫米波階段，基於SOI的LNA將成為主流。LNA的市場，主要被英飛凌和Skyworks佔領。

5G將給天線數量、射頻前端模塊的價值量帶來翻倍的增長。按照當前的市場和技術競爭格局，美日企業處於絕對的壟斷地位。排名前五的企業包括Murata、Skyworks、Qorvo、Broadcom/Avago、Qualcomm/TDK Epcos等，這些射頻前端供應商以IDM為主。此外，我們注意到，在5G射頻前端市場，已經有很多中國企業開始關注並進入這一市場。

該發布文章為獨家原創文章，轉載請註明來源。對於未經許可的複製和不符合要求的轉載我們將保留依法追究法律責任的權利。

貿澤電子設計圈由貿澤電子（Mouser Electronics）開發和運營，服務全球廣大電子設計群體。貿澤電子原廠授權分銷超過800家知名品牌，可訂購500多萬種在線產品，為客戶提供一站式採購平臺，歡迎關注我們，獲取第一手的設計與產業資訊信息！