無論何種通信協(xié)議，使用的通訊頻率是高是低，配置射頻器件模塊是系統(tǒng)必備的基礎(chǔ)性零部件。無論是使用13.56Mhz的信號作為傳輸載體NFC系統(tǒng)；抑或是使用900/1800Mhz信號作為傳輸載體的GSM通訊系統(tǒng)；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(dá)，均需要配置射頻器件模塊。作為無線通訊不可缺少的基礎(chǔ)一環(huán)，射頻器件的技術(shù)革新是推動無線連接向前發(fā)展的核心引擎之一。在聯(lián)網(wǎng)設(shè)備大規(guī)模增長的環(huán)境下，射頻器件行業(yè)是未來成長最快且最確定的方向性資產(chǎn)。

 

未來的世界是一個(gè)無線連接一切的世界。根據(jù)Gartner預(yù)測，到2020年，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將達(dá)到250億部，實(shí)現(xiàn)全球平均每個(gè)人3個(gè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的規(guī)模。而據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì)，在2015年，全球消費(fèi)行業(yè)僅僅只有29億部聯(lián)網(wǎng)設(shè)備；工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域僅7.36億部聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。在無線聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)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(chǎn)值將增加數(shù)倍。

 

蘋果iPhone 6s SE中的主要射頻器件及芯片

 

射頻前端模塊由功率放大器（PA）、濾波器、雙工器、射頻開關(guān)、低噪聲放大器、接收機(jī)/發(fā)射機(jī)等組成。其中功率放大器負(fù)責(zé)發(fā)射通道的射頻信號放大；濾波器負(fù)責(zé)發(fā)射及接收信號的濾波；雙工器負(fù)責(zé)FDD 系統(tǒng)的雙工切換及接收/發(fā)送通道的射頻信號濾波；射頻開關(guān)負(fù)責(zé)接收、發(fā)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(jī)/發(fā)射機(jī)用于射頻信號的變頻、信道選擇。

 

移動通信終端各個(gè)射頻器件之間的信號傳輸關(guān)系

 

以iPhone 7 的配置來看，手機(jī)配置了3 顆PA 芯片（高、中、低頻段），2 顆濾波器組，2 顆射頻開關(guān)，2 顆PA、濾波器一體化模組。

 

2010 年到2015 年蘋果手機(jī)射頻前端模塊的演進(jìn)

 

2015 年，全球移動終端射頻器件市場規(guī)模約有110 億美金。根據(jù)高通半導(dǎo)體的預(yù)測，移動終端的射頻前端模塊在2015-2020 年間的復(fù)合增速在13%以上，到2020 年市場規(guī)模將超過180 億美金。

 

射頻前端模塊市場增長強(qiáng)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(jìn)過程中，射頻器件的復(fù)雜度逐漸提升，射頻器件的單部手機(jī)價(jià)值量會得到提升。

 

2014-2018年移動終端射頻器件市場規(guī)模（億美金）

 

隨著終端支持的無線連接協(xié)議越來越多，從最初的2G 網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)在的NFC、2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)、WiFi、藍(lán)牙、FM 等，通信終端的射頻器件單機(jī)價(jià)值量增長了數(shù)倍。展望未來，4G 的滲透率尚未飽和，滲透率提升將繼續(xù)驅(qū)動射頻器件單機(jī)價(jià)值量增長。另外5G通訊為射頻器件行業(yè)帶來新的增長機(jī)遇，一方面射頻模塊需要處理的頻段數(shù)量大幅增加，另一方面高頻段信號處理難度增加，系統(tǒng)對濾波器性能的要求也大幅提高。

 

在早期的GSM手機(jī)中，射頻器件的單部手機(jī)價(jià)值量不足1美金，而如今4G時(shí)代，蘋果、三星的高端旗艦機(jī)型的射頻器件單機(jī)價(jià)值量超過12.75美金，單機(jī)價(jià)值量在過去的十年間增長了數(shù)倍。

 

3G終端轉(zhuǎn)換為4G終端帶來單機(jī)價(jià)值量翻倍以上增長。根據(jù)美國射頻器件巨頭Triquent的預(yù)測，進(jìn)入4G時(shí)代，單部手機(jī)射頻器件價(jià)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(shè)備ASP甚至達(dá)到了12.75美金。

 

單部手機(jī)RF器件價(jià)值量演變（美金）

 

2014-2018年單臺手機(jī)RF器件價(jià)值量

 

4G 終端滲透尚未飽和，根據(jù)臺灣砷化鎵代工巨頭win semiconductor 及美國Qorvo的數(shù)據(jù)預(yù)測，全球4G 通訊終端設(shè)備滲透率在2015 年達(dá)到54%，預(yù)計(jì)在2019 年將達(dá)到74.5%。

 

2010-2019年LTE（4G）終端滲透率將持續(xù)提升

 

全球蜂窩終端設(shè)備出貨量預(yù)測（百萬只）

 

在2012年全球3G標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會3GPP提出的LTE R11版本中，蜂窩通訊系統(tǒng)需要支持的頻段增加到41個(gè)。根據(jù)射頻器件巨頭skyworks預(yù)測，到2020年，5G應(yīng)用支持的頻段數(shù)量將實(shí)現(xiàn)翻番，新增50個(gè)以上通信頻段，全球2G/3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)合計(jì)支持的頻段將達(dá)到91個(gè)以上。

 

理論上，單個(gè)頻段的射頻信號處理需要2個(gè)濾波器。由于多個(gè)濾波器會集成在濾波器組中，手機(jī)配置的濾波器器件與頻段數(shù)量之間的關(guān)系并非簡單線性比例關(guān)系。但頻段增多之后，濾波器設(shè)計(jì)的難度及濾波器數(shù)量大幅增加是確定的趨勢，相應(yīng)的價(jià)值量和銷售數(shù)量都會數(shù)倍于目前的濾波器。

 

就實(shí)際應(yīng)用而言，國內(nèi)市場銷售的手機(jī)普遍支持五模十三頻，即支持的頻段數(shù)量為13個(gè)。而在之前，國內(nèi)2G手機(jī)僅需要支持4個(gè)頻段，3G手機(jī)至少支持9個(gè)頻段，支持頻段的數(shù)量在每一代通信系統(tǒng)升級過程中都有大幅提升。

 

美國FCC（聯(lián)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(gè)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(yè)面臨著一場從材料到制造工藝的全新技術(shù)革命。

 

LTE到5G演進(jìn)的主要技術(shù)參數(shù)

 

1999年-2012年無線頻段數(shù)量的演變

 

MIMO 技術(shù)指信號發(fā)射端和接收端采用多根發(fā)射天線和接收天線的通訊技術(shù)。MIMO技術(shù)使得通訊的速率及容量成倍的增長，是LTE 及未來5G 的關(guān)鍵技術(shù)之一。MIMO技術(shù)的應(yīng)用普及為天線行業(yè)帶來巨大增量市場，基站及終端天線迎來快速增長的行業(yè)性機(jī)會。

 

為提升通訊速率，預(yù)計(jì)到2020 年，MIMO64x8 將成為標(biāo)準(zhǔn)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(shù)手機(jī)僅僅支持MIMO 2x2技術(shù)，如若采用MIMO64x8 技術(shù)，基站天線的配臵數(shù)量需要增長31 倍，手機(jī)天線數(shù)量需要增長3 倍。

 

載波聚合技術(shù)將數(shù)個(gè)窄頻段合成一個(gè)寬頻段，實(shí)現(xiàn)傳輸速率的大幅提升。載波聚合技術(shù)的引進(jìn)大大增加了對射頻器件性能的要求以及射頻系統(tǒng)的復(fù)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(nèi)的三大電信運(yùn)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(xiàn)在手機(jī)通訊應(yīng)用中。例如載波聚合技術(shù)要求射頻天線開關(guān)具有極高的線性度，以避免與其他設(shè)備發(fā)生干擾，對于濾波器及射頻開關(guān)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(guān)行業(yè)將迎來快速增長。目前機(jī)遇SOI 工藝的射頻開關(guān)正在接近技術(shù)極限，無法滿足IIP3=90dbm 的要求。能夠達(dá)到IIP3>90dbm 的射頻性能目標(biāo)的唯一一種開關(guān)是射頻MEMS 開關(guān)，因此射頻MEMS開關(guān)將在未來5G 時(shí)代迎來確定性增長機(jī)會。

 

載波聚合（CA）技術(shù)在2016 年進(jìn)入快速滲透期

 

回顧2G到4G的通訊發(fā)展歷程，每一代通訊技術(shù)的發(fā)展都不是一蹴而就的，而是由多個(gè)小的技術(shù)升級疊加形成的。2G時(shí)代，地面蜂窩通訊經(jīng)歷了GSM、GPRS、EDGE三個(gè)小型技術(shù)升級；而在3G時(shí)代，地面通訊經(jīng)歷了UMTS、HSPA、HSPA+三個(gè)小型技術(shù)升級。我們判斷在4G向5G的演進(jìn)過程中，每2年就會出現(xiàn)一次小型技術(shù)升級。而每一代小型技術(shù)升級都會推動射頻器件產(chǎn)品復(fù)雜度及單部手機(jī)價(jià)值量的提升。

 

3G到4G的發(fā)展歷程中，每2年就會有小的技術(shù)升級

 

手機(jī)等終端的射頻器件主要包括PA 芯片、濾波器、射頻開關(guān)、天線。天線是目前國產(chǎn)化率最高的細(xì)分領(lǐng)域，信維通信、碩貝德等在終端天線領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到全球領(lǐng)先水平，產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入蘋果、微軟等國際巨頭供應(yīng)鏈體系。國產(chǎn)PA 芯片在2G、3G、WiFi、NFC 等通信系統(tǒng)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大批量出貨銷售，而在4G PA 芯片領(lǐng)域，國內(nèi)廠商還處于客戶認(rèn)證及商業(yè)談判階段。射頻濾波器及射頻開關(guān)的國產(chǎn)化率相對較低，國內(nèi)廠商的產(chǎn)品主要集中在軍用無線通信系統(tǒng)中，在手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用較少。我國是全球最大的手機(jī)生產(chǎn)基地，同時(shí)華為、vivo、oppo、小米、魅族、聯(lián)想等國產(chǎn)品牌的手機(jī)銷售量占全球的30%以上。憑借龐大的終端市場需求，手機(jī)供應(yīng)鏈向大陸轉(zhuǎn)移是非常確定的產(chǎn)業(yè)趨勢。事實(shí)上，國內(nèi)不少射頻器件廠商已經(jīng)進(jìn)入了千元智能機(jī)市場，如天瓏、西可、海派、TCL 等廠商就已經(jīng)開始采用中普微的PA 芯片。

 

濾波器是射頻前端模塊增長最快的細(xì)分方向，高通預(yù)測射頻濾波器市場將由現(xiàn)在的50 億美金的市場規(guī)模增長至2020 年的130 億美金。面對快速增長的濾波器市場機(jī)遇，高通與日本濾波器巨頭TDK 在今年年初組建了合資公司RF 360 公司，預(yù)計(jì)投資超過30 億美金。

 

據(jù)預(yù)測，到2020 年濾波器市場將由2015 年的50 億美金增長至2020 年的120 億美金。Mobile Experts 的預(yù)測與高通基本一致，射頻濾波器是業(yè)界普遍認(rèn)可的高成長細(xì)分行業(yè)。

 

射頻前端各個(gè)細(xì)分方向市場空間預(yù)測（十億美金）

 

全球來看，saw 濾波器的主要供應(yīng)商是TDK-EPCOS 及Murata，兩者合計(jì)占有60-70%市場份額；baw 濾波器的主要供應(yīng)商是Avago 及Qorvo(Triquint)，兩者占有90%以上市場份額。例如，iPhone 7 配臵了2 個(gè)大的濾波器組及2 個(gè)濾波器，其中TDK 供應(yīng)了2 顆濾波器組及一顆濾波器，而Murata 供應(yīng)了1 顆濾波器。

 

SAW 濾波器市場格局

 

baw濾波器市場格局