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射频芯片千亿市场，国产能全面替代吗？

 

凡是接入移动互联网的设备均需要射频前端芯片，随着联网设备数量持续增加，射频芯片市场持续增长。据Yole 数据，2018年全球移动终端射频前端市场规模为150亿美元，预计2025 年有望达到258亿美元，7年CAGR达到8%。

 

什么是射频芯片?

 

射频( RF ，Radio Frequency)，表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300kHz~ 300GHz之间。射频是一种高频交流变化电磁波的简称。

 

射频芯片，是能够将射频信号和数字信号进行转化的芯片，具体而言，包括RF收发机、功 率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、滤波器、射频开关(Switch)、天线调谐开关 (Tuner)等。

 

 

射频前端芯片怎么实现的?

 

射频前端器件均有由半导体工艺制备，用于手机端的功率放大器和低噪声放大器 主要基于GaN、GaAs、SOI、SiGe、Si(用于基站端的大功率功率放大器主要采用 GaAs和GaN)。滤波器主要品类有SAW和BAW两种，均采用压电材料做基底。RF开 关主要基于CMOS、Si、GaAs和GaN材料。

 

 

4G时代1T2R，每个频段都是1路发射， 2路接收

 

典型的4G手机需要支持约40个频段，如B1、B3、B5、B8、B38、B41等，每个频段都需要有1路发射和2路 接收。发射通路上需要滤波器、功率放大器、开关等，接收通路需要开关、低噪放、滤波器等器件。

 

 

部分频段的射频前端可以共用，形成低频、中频、高频分类

在4G LTE频段划分中，有部分频率相近或重合的频段，可以形成射频前端器件共 用，业界通常将4G频段划分为低频(698~960Mhz)、中频(1710~2200MHz)和高 频(2400~3800MHz)，相应的，对应射频前端器件可以形成低频模组、中频模组 和高频模组。

 

 

5G新增频段，且SA模式要求2T4R

 

由于5G增加了新频段，支持新频段就需要增加配套的射频前端芯片。

 

简化来看，射频发射通路主要是PA和滤波器，接收通路主要是LNA和滤波器，其 他如射频开关、RFIC、电阻、电容、电感均为核心芯片的配套。

 

 

 

市场空间有多大?

 

据Yole Development数据，2018年全球移动终端射频前端市场规模为150亿美元，预计2025 年有望达到258亿美元，7年CAGR达到8%。

 

 

市场空间扩大来自于单机价值量提升

 

 

射频开关(Switch)

 

射频开关的作用是将多路射频信号中的任一路或几路通过控制逻辑连通，以实现不同信号路径的切换，包括接收与发射的切换、不同频段间的切换等，以达到共用天线、节省终端产品成本的目的。射频开关 的主要产品种类有移动通信传导开关、WiFi开关、天线调谐开关等，广泛应用于智能手机等移动智能终端。

 

 

 

以智能手机为例，由于移动通信技术的变革，智能手机需要接收更多频段的射频信号。2011年及之前智 能手机支持的频段数不超过10个，而随着4G通信技术的普及，至2016年智能手机支持的频段数已经接近 40个。5G应用支持的频段数量将新增50个以上，全球2G/3G/4G/5G网络合计支持的频段将超过91个。因此，移动智能终端中需要不断增加射频开关的数量以满足对不同频段信号接收、发射的需求。

 

据Yole Development预测，分立射频开关开关的市场规模将从2018年的6亿美元增长至2025年的9亿美元，年均复合增长率为5%。

 

 

天线调谐开关(Tuner)

 

Tuner主要给天线做配套。全面屏的普及，紧凑的机身设计，智能手机留给天线的空间尺寸不断 受到限制，这导致天线系统的整体效率降低，需要天线调谐开关提高天线对不同频段信号的接收 能力，天线调谐开关的重要性和需求也日益增长。相较普通开关，天线调谐开关有着极高的耐压 要求，同时导通电阻和关断电容对性能影响极大，由此对产品提出了极高的设计和工艺要求。

 

4G手机一般需要4~6个天线，而5G手机至少需要6~10个天线，对应的天线Tuner需求适配性增长。

 

据Yole Development预测，天线调谐开关的市场规模将从2018年的5亿美元增长至2025年的12亿 美元，年均复合增长率为13%。

 

 

滤波器(Filter)

 

射频滤波器的作用是保留特定频段内的信号，将特定频段外的信号滤除，从而提高信号的抗干扰性及信 噪比。以声表面波滤波器为例，其工作原理:输入电信号被输入叉指换能器转换成同频率声波，经过输 出叉指能换器转换成电信号，实现频率选择。

 

滤波器的市场驱动主要源于新通信制式对额外滤波的需求。在4G以及5G频段的逐步实现，MIMO和载波聚 合的应用支持，Wi-Fi、蓝牙、GPS等无线技术的普及等，导致射频滤波器的需求增长迅速。

 

据Yole Development预测，从2018年至2025年，分立射频滤波器及双工器等市场规模将从约31亿美元增 长至51亿美元，其中滤波器从约17亿美元增长至27亿美元，年均复合增长率为7%;双工器从约10亿美元 增长至16亿美元，年均复合增长率为7%;多工器的市场增长最快，将从约1亿美元增长至5亿美元，年均 复合增长率为20%。

 

 

低噪声放大器(LNA)

 

低噪声放大器的功能是把天线接收到的微弱射频信号放大，尽量减少噪声的引入，在移动智能终端上实 现信号更好、通话质量和数据传输率更高的效果。根据适用频率的不同，分为全球卫星定位系统射频低 噪声放大器、移动通信信号射频低噪声放大器、电视信号射频低噪声放大器、调频信号射频低噪声放大 器。

 

低噪声放大器的工作原理:输入的射频信号被输入匹配网络转化为电压，经过放大器对电压进行放大， 同时在放大过程中最大程度降低自身噪声的引入，最后经过输出匹配网络转化为放大后功率信号输出。

 

随着5G逐渐普及，智能手机中天线和射频通路的数量增多，对射频低噪声放大器的数量需求迅速增加， 据Yole Development预测，分立射频低噪声放大器市场规模将从2018年的约3亿美元增长至2025年的8亿 美元，年均复合增长率将达到16%。

 

 

 

功率放大器(PA)

 

功率放大器( PA，Power Amplifier)，是各种无线发射机的重要组成部分，将调制振荡 电路所产生的射频信号功率放大，以输出到天线上辐射出去。PA的性能直接决定了无线终 端的通讯距离、信号质量和待机时间，也是射频前端功耗最大的器件。

 

根据QYR Electronics Research 数据，2011-2018 年，全球射频功率放大器的市场规模从 25.33亿美元增长至31.05亿美元，年均复合增长率2.95%;预计至2023年，市场规模将达 35.71亿美元。PA市场整体增速较其他射频前端芯片增速低，主要是因为高端4G和5G PA市 场将保持增长，但是2G/3G PA市场将会逐步衰退。

 

 

射频芯片:分立式和模组

 

射频前端模组是将射频开关、低噪声放大器、滤波器、双工器、功率放大器等两种或者两种以上的分立 器件集成为一个模组，从而提高集成度与性能并使体积小型化。根据集成方式的不同可分为DiFEM(集 成射频开关和滤波器)、LFEM(集成射频开关、低噪声放大器和滤波器)、FEMiD(集成射频开关、滤波 器和双工器)、PAMiD(集成多模式多频带PA和FEMiD)等模组组合。