發布日期：2022-10-18 點擊率：94
靠近天線部分的設備是射頻前端設備。 射頻前端包括發射通路和接收通路。 發射通路的器件不多，功率放大、濾波之類的。 接收通路的器件比較多一點，包括低噪聲放大器（LNA）、濾波器等器件，包括增益、靈敏度、射頻接收帶寬等指標，要根據產品特點進行設計，目的是保證有用的射頻信號能完整不失真地從空間拾取出來并輸送給后級的變頻、中頻放大等電路。
射頻前端是指在通訊系統中，天線和中頻（或基帶）電路之間的部分。在這一段里信號以射頻形式傳輸。對于無線接收機來說，射頻前端通常包括：放大器，濾波器，變頻器以及一些射頻連接和匹配電路。
射頻器件是無線連接的核心，凡是需要無線連接的地方必備射頻器件。在物聯網應用推動下，未來全球無線連接數量將成倍的增長。高通預計到 2020 年，全球實現無線連接的終端設備數量超過 250 億個。
無線連接需求不止，射頻器件行業機會不斷。手機配臵的無線連接協議越來越多，直接驅動射頻器件行業持續成長。從早期的 2G 單一通信系統，到現在的2G、 3G、 4G、 Wifi、藍牙、 NFC、 FM，手機需要支持 7 個以上無線通信系統，射頻器件單機價值數倍于十年前的系統。
5G演進是循序漸進的過程，創新射頻器件技術有望在 4.5/4.9G得到應用。 2G到 3G 的演進過程中，無線通信經歷了 UMTS、 HSPA、 HSPA+三個階段； 3G到 4G 的演進過程經歷了 class 1-2、 class3-4、 class5 三個階段。
我們認為向，5G 的演進過程同樣是一個循序漸進的過程，會經歷 4.5G/4.9G 等中間形態。
而在這些中間形態中（2018 年左右），就會有一些射頻技術實現商業化應用。射頻器件在消費電子及軍工產業都有著至關重要的應用，產業資本及國家大基金的重視程度將與日俱增。在各方資本的助力下，國內射頻器件行業將迎來新一輪行業大發展機遇。
PA 芯片領域：
PA 芯片行業迎來接口標準化及砷化鎵晶圓代工向國內轉移兩大紅利，國內 PA 廠商的產品研發及生產過程更加順暢，預計在 5G 時代國產替代率將大幅提高。目前國內已經涌現出諸如漢天下、中普微、 RDA 等一批 PA優秀廠商。
濾波器領域：
到 2020 年，頻段數量新增 50 個以上，理論上新增一個頻段需要配置2 個濾波器，頻段數量增長直接驅動濾波器數量大幅增長。
天線領域：
MIMO 多天線技術的應用，單個手機及基站配臵的天線數量成倍增長。 5G 最大的變化是引入高頻率頻段，天線的設計方案將由現有的單體天線改為陣列天線，新型磁性材料及 LTCC 集成技術將是 5G 天線的核心技術。國內廠商在 4G 天線已經占據國際領先位臵，產品已進入蘋果、三星等高端手機品牌。而在厘米波、毫米波通信領域，國內科研院所積累了豐富的技術經驗，雷達及衛星通信的技術處于全球領先地位。我們看好在 5G 浪潮推動下，軍用
厘米波/毫米波技術向消費電子領域的轉化邏輯。
什么是射頻器件
射頻器件是無線通訊設備的基礎性零部件，在無線通訊中扮演著兩個重要的角色，即在發射信號的過程中扮演著將二進制信號轉換成高頻率的無線電磁波信號；在接收信號的過程中將收到的電磁波信號轉換成二進制數字信號。
無論何種通信協議，使用的通訊頻率是高是低，配臵射頻器件模塊是系統必備的基礎性零部件。無論是使用 13.56Mhz 的信號作為傳輸載體 NFC 系統；抑或是使用900/1800Mhz 信號作為傳輸載體的 GSM 通訊系統； 還是使用 24Ghz 和 77Ghz 電磁波信號作為傳輸載體的無人駕駛毫米波雷達，均需要配臵射頻器件模塊。作為無線通
訊不可缺少的基礎一環，射頻器件的技術革新是推動無線連接向前發展的核心引擎之一。在聯網設備大規模增長的環境下，射頻器件行業是未來成長最快且最確定的方向性資產。
未來的世界是一個無線連接一切的世界。根據 Gartner 預測，到 2020 年，聯網設備將達到 250 億部，實現全球平均每個人 3 個聯網設備的規模。而據 Gartner 統計，在2015 年，全球消費行業僅僅只有 29 億部聯網設備；工業應用領域僅 7.36 億部聯網設備。在無線聯網終端設備從 2015 年的 36 億部增加至 250 億部的大趨勢下，射頻器件的年產值將增加數倍。
射頻前端的構成
射頻前端模塊由功率放大器（PA）、濾波器、雙工器、射頻開關、低噪聲放大器、接收機/發射機等組成。其中功率放大器負責發射通道的射頻信號放大；濾波器負責發射及接收信號的濾波；雙工器負責 FDD 系統的雙工切換及接收/發送通道的射頻信號濾波；射頻開關負責接收、發射通道之間的切換；低噪聲放大器主要用于接收通道中的小信號放大；接收機/發射機用于射頻信號的變頻、信道選擇。
移動通信終端各個射頻器件之間的信號傳輸關系
以 iPhone 7 的配臵來看，手機配臵了 3 顆 PA 芯片（高、中、低頻段）， 2 顆濾波器組， 2 顆射頻開關， 2 顆 PA、濾波器一體化模組。
表 1: 蘋果 iPhone 7 的射頻前端芯片主要供應商
市場規模達 110 億美金，行業保持雙位數高速成長
2015 年，全球移動終端射頻器件市場規模約有110 億美金。根據高通半導體的預測，移動終端的射頻前端模塊在 2015-2020 年間的復合增速在 13%以上，到 2020 年市場規模將超過 180 億美金。
射頻前端模塊市場增長強勁，一方面，2015年全球 4G終端出貨量占比剛剛躍過50%，滲透率的提升保證了未來 2 年的成長動能。另一方面 4G 到 5G 的演進過程中，射頻器件的復雜度逐漸提升，射頻器件的單部手機價值量會得到提升。
而隨著終端支持的無線連接協議越來越多，從最初的 2G 網絡到現在的 NFC、2G/3G/4G網絡、 WiFi、藍牙、 FM 等，通信終端的射頻器件單機價值量增長了數倍。展望未來，4G 的滲透率尚未飽和，滲透率提升將繼續驅動射頻器件單機價值量增長。另外 5G通訊為射頻器件行業帶來新的增長機遇，一方面射頻模塊需要處理的頻段數量大幅增加，另一方面高頻段信號處理難度增加，系統對濾波器性能的要求也大幅提高。
在早期的 GSM 手機中，射頻器件的單部手機價值量不足 1 美金，而如今 4G 時代，蘋果、三星的高端旗艦機型的射頻器件單機價值量超過 12.75 美金，單機價值量在過去的十年間增長了數倍。
3G 終端轉換為 4G 終端帶來單機價值量翻倍以上增長。 根據美國射頻器件巨頭Triquent的預測， 進入 4G 時代， 單部手機射頻器件價值從 3G 終端的 3.75 美金提升至 7.5 美金，支持全球漫游的終端設備 ASP 甚至達到了 12.75 美金。
單部手機 RF器件價值量演變（美金）
單臺手機 RF器件價值量
5G 三大技術升級，射頻器件迎來革新機會
5G 通信為了實現在通訊速率及容量上的升級， 在技術上主要有三大變化：一是使用了更多的通訊頻段；二是使用量 MIMO 多天線技術；三是使用了載波聚合技術。
（1）通訊頻段帶來的機會
在 2012 年全球 3G 標準協會 3GPP 提出的 LTE R11 版本中，蜂窩通訊系統需要支持的頻段增加到 41 個。根據射頻器件巨頭 skyworks 預測，到 2020 年， 5G 應用支持的頻段數量將實現翻番，新增 50 個以上通信頻段，全球 2G/3G/4G/5G 網絡合計支持的頻段將達到 91 個以上。
理論上，單個頻段的射頻信號處理需要 2 個濾波器。由于多個濾波器會集成在濾波器組中，手機配臵的濾波器器件與頻段數量之間的關系并非簡單線性比例關系。但頻段增多之后，濾波器設計的難度及濾波器數量大幅增加是確定的趨勢，相應的價值量和銷售數量都會數倍于目前的濾波器。
就實際應用而言，國內市場銷售的手機普遍支持五模十三頻，即支持的頻段數量為13 個。 而在之前，國內 2G 手機僅需要支持 4 個頻段， 3G 手機至少支持 9 個頻段，支持頻段的數量在每一代通信系統升級過程中都有大幅提升。
美國 FCC（聯邦通信委員會）在今年 7 月份劃定了 5G 頻段，是世界上第一個確定5G 高頻段頻譜的國家。美國 5G 通信頻段包括3.85Ghz、 7Ghz、 27.5-28.35 Ghz、37-38.6 Ghz、 38.6-40 Ghz、 64-71 Ghz。 從美國劃定的 5G 頻段來看，新增頻段集
中在 3.8-7Ghz、 27-40Ghz、 64-71Ghz 的低、中、高三大頻段，高頻率頻段對濾波器的性能要求更加苛刻，濾波器行業面臨著一場從材料到制造工藝的全新技術革命。
表2 LTE 到 5G演進的主要技術參數
無線頻段數量的演變（ 1999 年-2012 年）
（2）MIMO技術帶來的射頻天線機會
MIMO 技術指信號發射端和接收端采用多根發射天線和接收天線的通訊技術。 MIMO技術使得通訊的速率及容量成倍的增長，是 LTE 及未來 5G 的關鍵技術之一。 MIMO技術的應用普及為天線行業帶來巨大增量市場，基站及終端天線迎來快速增長的行業性機會。
為提升通訊速率，預計到 2020 年， MIMO64x8 將成為標準配臵，即基站端采用 64根天線，移動終端采用 8根天線的配臵模式。目前市場上多數手機僅僅支持MIMO 2x2技術，如若采用 MIMO64x8 技術，基站天線的配臵數量需要增長 31 倍，手機天線數量需要增長 3 倍。
（3）載波聚合帶來射頻開關及濾波器機會
載波聚合技術將數個窄頻段合成一個寬頻段，實現傳輸速率的大幅提升。載波聚合技術的引進大大增加了對射頻器件性能的要求以及射頻系統的復雜度。
目前市場上的射頻器件主要采用 2 載波的載波聚合。 2017 年，國內的三大電信運營商將正式啟動三載波的聚合，而到 2018 年，四載波甚至五載波的載波聚合將出現在手機通訊應用中。例如載波聚合技術要求射頻天線開關具有極高的線性度，以避免與其他設備發生干擾，對于濾波器及射頻開關的性能要求將更加苛刻。
隨著載波聚合的逐步普及，射頻 MEMS 開關行業將迎來快速增長。目前機遇 SOI 工藝的射頻開關正在接近技術極限，無法滿足IIP3=90dbm 的要求。能夠達到IIP3>90dbm 的射頻性能目標的唯一一種開關是射頻 MEMS 開關，因此射頻 MEMS開關將在未來 5G 時代迎來確定性增長機會。
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： 基于一種超高頻無源射
