無線通信系統(tǒng)一般包括四個部分:天線、射頻前端、射頻收發(fā)模塊和基帶信號處理器。隨著5G時代的到來，天線和射頻前端的需求和價值都在快速增長。射頻前端是將數(shù)字信號轉換為無線射頻信號的基本部件，也是無線通信系統(tǒng)的核心部件。

根據(jù)功能，射頻前端可以分為發(fā)射機Tx和接收機Rx。

根據(jù)器件的不同，射頻前端可分為功放PA(發(fā)射端射頻信號放大)、濾波器(發(fā)射端和接收端信號濾波)、低噪聲放大器LNA(接收端信號放大以降低噪聲)、開關(不同通道間的切換)、雙工器duplex(信號選擇實現(xiàn)濾波器匹配)、調諧器tuner(天線信號通道阻抗匹配)等等。

各種射頻設備的科普

濾波器:選通特定頻率，過濾干擾信號。

濾波器是射頻前端中最重要的分立器件，它可以通過信號中的某些頻率成分，并大幅衰減其他頻率成分，從而提高信號的抗干擾性和信噪比。目前，聲學濾波技術主要應用于手機射頻市場。

根據(jù)制造工藝的不同，市場上的聲學濾波器可以分為兩大類:聲表面波(SAW)和體聲波(BAW)。SAW濾波器由于制造工藝簡單，性價比高，主要用于GHz以下的低頻濾波，而BAW濾波器由于插入損耗低，性能優(yōu)良，適合于高頻濾波，但工藝復雜，價格高。

由于工藝復雜度、技術和成本的限制，在目前的通信標準下，更多的射頻前端采用SAW濾波器。但隨著5G通透性的提升，BAW濾波的優(yōu)異性能及其對高頻的支持，將使其成為手機射頻前端的主流器件。

雙工器/復用器:發(fā)射/接收信號的隔離

雙工器又稱天線雙工器，由兩組不同頻率的帶阻濾波器組成。利用高通、低通或帶通濾波器的分頻功能，可以將同一個天線或傳輸線用于兩個信號路徑，使得同一個天線可以接收和發(fā)射兩個不同頻率的信號。

功率放大器PA:放大射頻信號用于傳輸。

功率放大器是射頻前端的核心部件，它利用三極管的電流控制功能或場效應管的電壓控制功能，將電源的功率轉換成隨輸入信號而變化的電流。

PA主要用于傳輸鏈路。通過放大傳輸信道的微弱射頻信號，信號可以成功獲得足夠高的功率，從而實現(xiàn)更高的通信質量、更強的電池續(xù)航能力和更遠的通信距離。功率放大器的性能直接決定了通信信號的穩(wěn)定性和強度。

隨著半導體材料的不斷發(fā)展，功率放大器也經歷了三條技術路線:CMOS、GaAs和GaN。第一代半導體材料是CMOS，技術成熟，產能穩(wěn)定。第二代半導體材料主要采用GaAs或SiGe，擊穿電壓高，可用于大功率高頻器件。第三代半導體材料GaN在性能上明顯優(yōu)于GaAs，但其成本較高。目前，GaAs在移動終端民用市場上主要用作功率放大器，GaN率先在部分基站中使用。在未來，GaN將成為高射頻和高功耗應用的主要解決方案。

低噪聲放大器LNA:放大接收到的信號，減少噪聲的引入。

低噪聲放大器(LNA)是一種噪聲系數(shù)很小的放大器。其功能是放大天線接收到的微弱射頻信號，并最大限度地減少噪聲的引入。LNA能有效提高接收機的接收靈敏度，從而增加收發(fā)機的傳輸距離。因此，低噪聲放大器設計的好壞關系到整個通信系統(tǒng)的通信質量。

射頻開關:控制電路通斷，實現(xiàn)信號切換。

射頻開關可以實現(xiàn)不同信號路徑的切換，包括接收和發(fā)射的切換，不同頻段的切換等。通過連接多個射頻信號中的任意一個或幾個控制邏輯，從而共享天線和信道，節(jié)省終端產品的成本。射頻開關主要有移動通信導通開關、WiFi開關、天線調諧開關等。

調諧器:天線的阻抗匹配

天線調諧器是連接發(fā)射系統(tǒng)和天線的阻抗匹配網絡，用于實現(xiàn)信號接收、濾波、放大、增益控制等功能。以便在所有應用頻率下最大化天線的輻射功率。

在5G/Sub-6通信標準下，手機中的4x4下行MIMO要求每個天線能夠高效支持更寬的頻率范圍，相應的對射頻天線調諧器的需求也會增加，以提高相應頻段的輻射效率。

其它RF前端器件

包絡跟蹤器(envelope tracker，ET)即包絡跟蹤器，用于提高功率放大器承載峰均功率比信號的效率，實現(xiàn)自適應功率放大輸出。與平均功率跟蹤技術相比，包絡跟蹤技術可以使功率放大器的電源電壓隨輸入信號的包絡而變化，提高射頻功率放大器的能量效率。

Rf eifer，即Rf接收機。在射頻接收機中，天線接收到射頻信號后，通過濾波器、LNA、模數(shù)轉換器ADC等對信號進行變頻和解調。，最終形成進入基帶的基帶信號。射頻接收機主要分為超外差接收機、零中頻接收機和近零中頻接收機。

在過去幾年的發(fā)展中，射頻前端材料也經歷了幾代的發(fā)展。

市場規(guī)模和競爭格局

過去十年，射頻前端的市場規(guī)模一直保持著穩(wěn)定快速的增長，2019年達到170億美元，相比2011年的63億美元增長了269%。預計到2025年，射頻前端市場將達到250億美元。

但是射頻前端市場高度集中，基本被四大廠商壟斷。2019年，博通(美國，29%)、思佳訊(美國，28%)、村田(日本，22%)和沃克(美國，18%)的份額分別為，其他廠商僅占3%左右。

其中，濾波器市場(53%): SAW濾波器由村田主導，BAW技術基本被博通、Qorvo壟斷；功放市場(33%):美國三大廠商占據(jù)93%的市場份額；開關和其他元件(10%):思佳訊和Qorvo在其他射頻器件市場占據(jù)主導地位。

2019年全球濾網銷售額達95.2億美元，其中聲表面波53.3億美元，BAW 41.9億美元，從15年的30%增長到19年的41%。預計未來隨著5G普及率的提高，還會繼續(xù)增加。

2019年，中國市場濾網銷售額為26.1億美元，其中SAW為14.6美元，BAW為11.5億美元。國內濾網市場自給能力差距較大，處于4G-5G切換末期，因此市場規(guī)模出現(xiàn)負增長，比15年少2.4億美元。隨著未來國產化率的提升，5G移動+基站滲透率的提升，有望快速反彈。

過濾行業(yè)是技術密集型和資金密集型行業(yè)，對設計經驗和專利布局要求極高。進入21世紀以來，隨著專利競爭和激烈的并購，手機射頻終端逐漸形成了日美廠商分別壟斷SAW和BAW市場的格局。

博通和村田以多年的技術積累和專利布局瓜分高端市場為第一陣營；Skyworks、Qorvo、TDK、TaiyoYuden等。以全面的技術和配套模塊占領中端市場為第二陣營；作為第三陣營，漢臺鹿廠目前專注于低端市場，試圖向中高端市場滲透。

SAW:以村田、TDK、Sunpower為首的日本廠商在SAW市場深耕已久，其中村田的全球SAW份額已達47%，并不斷推出TC-SAW、IHP-SAW等產品滿足5G需求。

BAW:博通Avago憑借強大的技術實力和專利布局，壟斷了BAW濾光片市場87%的份額，其次是思佳訊和Qorvo，處于模塊化配套生產的第二梯隊。

國內廠商只有少量的低端SAW布局，BAW濾鏡目前只在天津北方等少數(shù)地區(qū)量產。

2019年，全球PA市場規(guī)模為56億美元，預計到2023年將增長至70億美元。由于射頻器件對設計經驗和技術要求很高，而PA又是最復雜的前端核心器件，全球市場基本被美國三大射頻巨頭壟斷。其中，Skyworks占43%，Qorvo占25%，博通占25%，其他廠商不到10%。

由于5G帶來的天線和濾波器元件的增加，終端空數(shù)量減少，給PA多頻段設計帶來挑戰(zhàn)。模塊化趨勢有助于體積減小和設計過程簡化。預計2025年PA模塊規(guī)模將達到104億美元，成為射頻前端最大的細分市場。(詳見后續(xù)系列報告:射頻前端模塊化趨勢)

在2G-4G頻段，由于CMOS技術的成熟和易于集成，廣泛應用于終端。但在高頻段，GaAs具有突出的性價比和功率特性，第二代材料成為PA、天線等器件的首選?；緜龋捎贕aN良好的高頻特性，三代半導體材料在基站側得到廣泛應用，未來發(fā)展將會很廣闊空。

隨著4G技術的普及和5G標準的推廣，智能終端需要支持的頻段數(shù)量大大增加，需要更多的開關來提高更多頻段信號的接收能力。2011年以來，射頻開關市場快速增長，2019年市場規(guī)模達到19億美元，隨著5G商用的快速增長，預計2023年市場規(guī)模將達到35.6億美元。

射頻市場領先的廠商是Skyworks和村田，都是綜合射頻器件和設計解決方案的提供商，模塊化強。國內射頻開關和LNA元器件的龍頭是卓勝威，已經開始了國內前端的模塊化布局。

LNA通常用于在接收端放大天線信號，具有抑制噪聲的優(yōu)點。目前低噪聲放大器多作為模塊化元件使用，與LFEM、WIFI FEM、LNA銀行等模塊中的射頻開關等簡單元件集成在一起。2019年市場規(guī)模將達到14.9億美元，預計2023年將達到17.9億美元(以分立器件計算)。

目前國內廠商以卓勝威和紫光展銳結合自身平臺和LNA領域模塊化集成優(yōu)勢，在LNA出貨量上領先行業(yè)，但與國際先進廠商差距較大。

日本和美國四大射頻巨頭簡介

射頻前端行業(yè)由分立器件制造商、模塊廠、整機品牌和平臺設計服務商組成。其中，上游分立器件的頭部廠商綜合產銷能力較強，可以較早進行模塊化布局，從而形成先發(fā)優(yōu)勢。

全球射頻前端市場高度集中，四大廠商Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata占據(jù)了90%以上的市場份額，并通過并購不斷全面、多元化地拓展業(yè)務；

在PA、LNA等功放領域，思佳訊占據(jù)了近一半的市場，但正在追趕Qorvo。在濾光片方向，村田壟斷了SAW濾光片47%的市場份額，博通占據(jù)了87%的濾光片市場。

四大射頻巨頭中，思佳訊和Qorvo的收入主要來自前端模塊，產品類型中，博通和村田業(yè)務涉及各類IC、軟件、無源元件和封裝等。，業(yè)務規(guī)模龐大，營收超過100億美元。

Skyworks:受益中國市場，大力發(fā)展5G和物聯(lián)網

Skyworks成立于1962年，總部位于美國馬薩諸塞州，致力于開發(fā)用于射頻和移動通信系統(tǒng)的半導體器件。受益于完善的產品結構、在物聯(lián)網和WiFi領域的拓展以及在蘋果手機中的廣泛應用，它也是眾多國產手機品牌的射頻器件供應商，在中國的營收僅次于美國(2019年為22%)。2019財年，公司實現(xiàn)營收33.77億美元，凈利潤8.6億美元。

Skyworks在SAW濾波器、射頻功率放大器、射頻開關等產品上有著完善的產品覆蓋，擁有強大的芯片集成模塊能力。2019年占據(jù)全球射頻PA 43%的市場份額，射頻開關23%的市場份額。

為了迎接5G時代帶來的挑戰(zhàn)，Skyworks打造了Sky5平臺，通過高度集成的發(fā)射機/接收機解決方案和分集接收模塊(DRx)簡化了5G架構的開發(fā)難度，未來在物聯(lián)網和5G市場的布局有望加速。

Sky5Ultra一體化解決方案采用DSBG封裝減小尺寸，提高TC-SAW和BAW在目標頻段的性能，具有領先的發(fā)射和接收能力，能夠為終端帶來可靠的網絡連接傳輸，優(yōu)化手機的續(xù)航能力。Sky5Lite前端解決方案面向大眾市場，支持高達100 MHz的5G新無線電(NR)波形帶寬，可適配所有領先的芯片提供商接口。

qo rvo:M&A射頻通信的“新”大軍推動業(yè)務快速擴張。

Qorvo于2015年由TriQuint Semiconductor和RF Micro Devices(RFMD)合并而成。總部位于北卡羅來納州，主要生產射頻通信和國防產品。合并后擁有天線、PA、濾波器、射頻開關全業(yè)務布局。2019年，公司實現(xiàn)營收32.29億美元，凈利潤3.34億美元。

Qorvo成立后，公司通過并購不斷拓展產品線，業(yè)務布局基本覆蓋整個射頻前端產業(yè)鏈。其中，BAW技術發(fā)展迅速，占全球濾光片市場份額的8%，僅次于博通。公司在全球射頻開關和LNA的市場份額高達35%，射頻功放的市場份額達到25%。

Qorvo憑借技術優(yōu)勢和模塊化布局，長期占據(jù)射頻產品供應商的領先地位。公司通過收購獲得GaN、和SOI技術應用、天線和射頻PA器件，并繼續(xù)收購卡文迪什等射頻MEMS技術廠商，進一步升級其射頻前端器件的生產技術，通過模塊化集成形成全業(yè)務先進布局。

2020Q1，公司完成了對定制MMIC和Decawave的收購，進一步布局低功耗物聯(lián)網和UWB技術，結合此前對物聯(lián)網相關技術的收購，在物聯(lián)網和5G領域形成更多影響力。

博通:擁有強大射頻業(yè)務的第五大半導體制造商。

Broadlimited，2016年Avago以370億美元收購博通后更名，在美國和新加坡設有雙總部，主營業(yè)務為半導體業(yè)務和軟件業(yè)務。2019年實現(xiàn)營收225.97億美元，凈利潤34.6億美元，成為全球第五大半導體公司，射頻業(yè)務占比約30%。

Broadcom提供無線嵌入式解決方案和RF元件產品，包括全系列RF前端產品。公司在射頻前端領域布局已久，在濾波器(BAW)和前端模塊方面實力雄厚，占據(jù)BAW濾波器全球87%的市場份額。

博通-安華高通過并購多家半導體和通信企業(yè)的布局，不斷拓展業(yè)務范圍，深化技術護城河。目前公司的戰(zhàn)略發(fā)展方向逐漸調整為軟件，但半導體和射頻業(yè)務仍得到全球用戶的廣泛認可，貢獻了公司30%以上的收入。

村田:日本老牌電子器件龍頭，專利布局多元化全面。

村田(Murata)成立于1944年，總部位于日本京都。其主要產品是先進電子元件、多功能通信模塊和功率集成電路的設計和制造。2014年8月，收購百富勤半導體公司，拓展射頻前端業(yè)務。2019年實現(xiàn)營收141.91億美元，本土凈利潤16.93億美元，其中海外營收占比超過90%，是日本最大的電子元器件制造商。

村田是全球領先的電子元器件供應商，擁有強大的無源元件、連接器技術和MEMS技術。在RF方面，該公司提供包括濾波器和RF開關在內的器件和模塊化產品，占據(jù)全球SAW濾波器47%的市場份額。

知識產權和專利布局是村田的重要發(fā)展戰(zhàn)略。公司注重新產品和新技術的自主開發(fā)，在射頻產品尤其是聲表面波技術領域具有無可比擬的優(yōu)勢。2018年，該公司在日本擁有8121項專利申請，在全球擁有12474項專利申請，申請數(shù)量排名全球第29位。

公司依托全面的專利布局和優(yōu)秀的供應鏈管理能力，為全球客戶提供各類電子元器件，占據(jù)較高的市場份額。其中陶瓷電容市場份額為40%，SAW濾波器全球份額為50%，電磁屏蔽EMI全球份額為35%。通信連接器模塊占有率超過55%，市場占有率全球第一。編輯:tzh

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