从无线通信变革看射频器件发展趋势

点击上方蓝字关注射频器件是无线通讯设备的基础性零部件，在无线通讯中扮演着两个重要的角色，即在发射信号的过程中扮演着将二进制信号转换成高频率的无线电磁波信号；在接收信号的过程中将收到的电磁波信号转换成二进制数字信号。无论何种通信协议，使用的通讯频率是高是低，配置射频器件模块是系统必备的基础性零部件。无论是使用13.56Mhz的信号作为传输载体NFC系统；抑或是使用900/1800Mhz信号作为传输载体的GSM通讯系统；还是使用24Ghz和77Ghz电磁波信号作为传输载体的无人驾驶毫米波雷达，均需要配置射频器件模块。作为无线通讯不可缺少的基础一环，射频器件的技术革新是推动无线连接向前发展的核心引擎之一。在联网设备大规模增长的环境下，射频器件行业是未来成长最快且最确定的方向性资产。未来的世界是一个无线连接一切的世界。根据Gartner预测，到2020年，联网设备将达到250亿部，实现全球平均每个人3个联网设备的规模。而据Gartner统计，在2015年，全球消费行业仅仅只有29亿部联网设备；工业应用领域仅7.36亿部联网设备。在无线联网终端设备从2015年的36亿部增加至250亿部的大趋势下，射频器件的年产值将增加数倍。

苹果iPhone 6s SE中的主要射频器件及芯片射频前端模块由功率放大器（PA）、滤波器、双工器、射频开关、低噪声放大器、接收机/发射机等组成。其中功率放大器负责发射通道的射频信号放大；滤波器负责发射及接收信号的滤波；双工器负责FDD 系统的双工切换及接收/发送通道的射频信号滤波；射频开关负责接收、发射通道之间的切换；低噪声放大器主要用于接收通道中的小信号放大；接收机/发射机用于射频信号的变频、信道选择。

移动通信终端各个射频器件之间的信号传输关系

2010 年到2015 年苹果手机射频前端模块的演进2015 年，全球移动终端射频器件市场规模约有110 亿美金。根据高通半导体的预测，移动终端的射频前端模块在2015-2020 年间的复合增速在13%以上，到2020 年市场规模将超过180 亿美金。射频前端模块市场增长强劲，一方面，2015 年全球4G终端出货量占比刚刚跃过50%，渗透率的提升保证了未来2 年的成长动能。另一方面4G 到5G 的演进过程中，射频器件的复杂度逐渐提升，射频器件的单部手机价值量会得到提升。

2014-2018年移动终端射频器件市场规模（亿美金）随着终端支持的无线连接协议越来越多，从最初的2G 网络到现在的NFC、2G/3G/4G网络、WiFi、蓝牙、FM 等，通信终端的射频器件单机价值量增长了数倍。展望未来，4G 的渗透率尚未饱和，渗透率提升将继续驱动射频器件单机价值量增长。另外5G通讯为射频器件行业带来新的增长机遇，一方面射频模块需要处理的频段数量大幅增加，另一方面高频段信号处理难度增加，系统对滤波器性能的要求也大幅提高。在早期的GSM手机中，射频器件的单部手机价值量不足1美金，而如今4G时代，苹果、三星的高端旗舰机型的射频器件单机价值量超过12.75美金，单机价值量在过去的十年间增长了数倍。3G终端转换为4G终端带来单机价值量翻倍以上增长。根据美国射频器件巨头Triquent的预测，进入4G时代，单部手机射频器件价值从3G终端的3.75美金提升至7.5美金，支持全球漫游的终端设备ASP甚至达到了12.75美金。

单部手机RF器件价值量演变（美金）

2014-2018年单台手机RF器件价值量4G 终端渗透尚未饱和，根据台湾砷化镓代工巨头win semiconductor 及美国Qorvo的数据预测，全球4G 通讯终端设备渗透率在2015 年达到54%，预计在2019 年将达到74.5%。

210-2019年LTE（4G）终端渗透率将持续提升

全球蜂窝终端设备出货量预测（百万只）在2012年全球3G标准协会3GPP提出的LTE R11版本中，蜂窝通讯系统需要支持的频段增加到41个。根据射频器件巨头skyworks预测，到2020年，5G应用支持的频段数量将实现翻番，新增50个以上通信频段，全球2G/3G/4G/5G网络合计支持的频段将达到91个以上。理论上，单个频段的射频信号处理需要2个滤波器。由于多个滤波器会集成在滤波器组中，手机配置的滤波器器件与频段数量之间的关系并非简单线性比例关系。但频段增多之后，滤波器设计的难度及滤波器数量大幅增加是确定的趋势，相应的价值量和销售数量都会数倍于目前的滤波器。就实际应用而言，国内市场销售的手机普遍支持五模十三频，即支持的频段数量为13个。而在之前，国内2G手机仅需要支持4个频段，3G手机至少支持9个频段，支持频段的数量在每一代通信系统升级过程中都有大幅提升。美国FCC（联邦通信委员会）在今年7月份划定了5G频段，是世界上第一个确定5G高频段频谱的国家。美国5G通信频段包括3.85Ghz、7Ghz、27.5-28.35 Ghz、37-38.6 Ghz、38.6-40 Ghz、64-71 Ghz。从美国划定的5G频段来看，新增频段集中在3.8-7Ghz、27-40Ghz、64-71Ghz的低、中、高三大频段，高频率频段对滤波器的性能要求更加苛刻，滤波器行业面临着一场从材料到制造工艺的全新技术革命。

LTE到5G演进的主要技术参数1999年-2012年无线频段数量的演变MIMO 技术指信号发射端和接收端采用多根发射天线和接收天线的通讯技术。MIMO技术使得通讯的速率及容量成倍的增长，是LTE 及未来5G 的关键技术之一。MIMO技术的应用普及为天线行业带来巨大增量市场，基站及终端天线迎来快速增长的行业性机会。为提升通讯速率，预计到2020 年，MIMO64x8 将成为标准配置，即基站端采用64根天线，移动终端采用8 根天线的配置模式。目前市场上多数手机仅仅支持MIMO 2x2技术，如若采用MIMO64x8 技术，基站天线的配置数量需要增长31 倍，手机天线数量需要增长3 倍。载波聚合技术将数个窄频段合成一个宽频段，实现传输速率的大幅提升。载波聚合技术的引进大大增加了对射频器件性能的要求以及射频系统的复杂度。目前市场上的射频器件主要采用2 载波的载波聚合。2017 年，国内的三大电信运营商将正式启动三载波的聚合，而到2018 年，四载波甚至五载波的载波聚合将出现在手机通讯应用中。例如载波聚合技术要求射频天线开关具有极高的线性度，以避免与其他设备发生干扰，对于滤波器及射频开关的性能要求将更加苛刻。随着载波聚合的逐步普及，射频MEMS 开关行业将迎来快速增长。目前机遇SOI 工艺的射频开关正在接近技术极限，无法满足IIP3=90dbm 的要求。能够达到IIP3》90dbm 的射频性能目标的唯一一种开关是射频MEMS 开关，因此射频MEMS开关将在未来5G 时代迎来确定性增长机会。

载波聚合（CA）技术在2016 年进入快速渗透期回顾2G到4G的通讯发展历程，每一代通讯技术的发展都不是一蹴而就的，而是由多个小的技术升级叠加形成的。2G时代，地面蜂窝通讯经历了GSM、GPRS、EDGE三个小型技术升级；而在3G时代，地面通讯经历了UMTS、HSPA、HSPA+三个小型技术升级。我们判断在4G向5G的演进过程中，每2年就会出现一次小型技术升级。而每一代小型技术升级都会推动射频器件产品复杂度及单部手机价值量的提升。

3G到4G的发展历程中，每2年就会有小的技术升级手机等终端的射频器件主要包括PA 芯片、滤波器、射频开关、天线。天线是目前国产化率最高的细分领域，信维通信、硕贝德等在终端天线领域已经达到全球领先水平，产品已经进入苹果、微软等国际巨头供应链体系。国产PA 芯片在2G、3G、WiFi、NFC 等通信系统中已经实现了大批量出货销售，而在4G PA 芯片领域，国内厂商还处于客户认证及商业谈判阶段。射频滤波器及射频开关的国产化率相对较低，国内厂商的产品主要集中在军用无线通信系统中，在手机等 消费电子 产品中的应用较少。我国是全球最大的手机生产基地，同时华为、vivo、oppo、小米、魅族、联想等国产品牌的手机销售量占全球的30%以上。凭借庞大的终端市场需求，手机供应链向大陆转移是非常确定的产业趋势。事实上，国内不少射频器件厂商已经进入了千元智能机市场，如天珑、西可、海派、TCL 等厂商就已经开始采用中普微的PA 芯片。 滤波器是射频前端模块增长最快的细分方向，高通预测射频滤波器市场将由现在的50 亿美金的市场规模增长至2020 年的130 亿美金。面对快速增长的滤波器市场机遇，高通与日本滤波器巨头TDK 在今年年初组建了合资公司RF 360 公司，预计投资超过30 亿美金。据预测，到2020 年滤波器市场将由2015 年的50 亿美金增长至2020 年的120 亿美金。Mobile Experts 的预测与高通基本一致，射频滤波器是业界普遍认可的高成长细分行业。

射频前端各个细分方向市场空间预测（十亿美金）全球来看，saw 滤波器的主要供应商是TDK-EPCOS 及Murata，两者合计占有60-70%市场份额；baw 滤波器的主要供应商是Avago 及Qorvo（Triquint），两者占有90%以上市场份额。例如，iPhone 7 配置了2 个大的滤波器组及2 个滤波器，其中TDK 供应了2 颗滤波器组及一颗滤波器，而Murata 供应了1 颗滤波器。

SAW 滤波器市场格局

BAW滤波器市场格局

公众号ID：RFLab射频实验室往期关键字： 无线通信 毫米波雷达 频率合成 功放 快，长按上方图片识别二维码，关注这个公众号，一起涨姿势～