從iPhone 6s射頻器件拆解來(lái)看射頻器件的演進(jìn)與發(fā)展

無(wú)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必備的基礎性零部件。無(wú)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(wú)人駕駛毫米波雷達，均需要配置射頻器件模塊。作為無(wú)線(xiàn)通訊不可缺少的基礎一環(huán)，射頻器件的技術(shù)革新是推動(dòng)無(wú)線(xiàn)連接向前發(fā)展的核心引擎之一。在聯(lián)網(wǎng)設備大規模增長(cháng)的環(huán)境下，射頻器件行業(yè)是未來(lái)成長(cháng)最快且最確定的方向性資產(chǎn)。

未來(lái)的世界是一個(gè)無(wú)線(xiàn)連接一切的世界。根據Gartner預測，到2020年，聯(lián)網(wǎng)設備將達到250億部，實(shí)現全球平均每個(gè)人3個(gè)聯(lián)網(wǎng)設備的規模。而據Gartner統計，在2015年，全球消費行業(yè)僅僅只有29億部聯(lián)網(wǎng)設備；工業(yè)應用領(lǐng)域僅7.36億部聯(lián)網(wǎng)設備。在無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)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(chǎn)值將增加數倍。

蘋(píng)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(kāi)關(guān)、低噪聲放大器、接收機/發(fā)射機等組成。其中功率放大器負責發(fā)射通道的射頻信號放大；濾波器負責發(fā)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(fā)送通道的射頻信號濾波；射頻開(kāi)關(guān)負責接收、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/發(fā)射機用于射頻信號的變頻、信道選擇。

移動(dòng)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(lái)看，手機配置了3 顆PA 芯片（高、中、低頻段），2 顆濾波器組，2 顆射頻開(kāi)關(guān)，2 顆PA、濾波器一體化模組。

2010 年到2015 年蘋(píng)果手機射頻前端模塊的演進(jìn)

2015 年，全球移動(dòng)終端射頻器件市場(chǎng)規模約有110 億美金。根據高通半導體的預測，移動(dòng)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(chǎng)規模將超過(guò)180 億美金。

射頻前端模塊市場(chǎng)增長(cháng)強勁，一方面，2015 年全球4G終端出貨量占比剛剛躍過(guò)50%，滲透率的提升保證了未來(lái)2 年的成長(cháng)動(dòng)能。另一方面4G 到5G 的演進(jìn)過(guò)程中，射頻器件的復雜度逐漸提升，射頻器件的單部手機價(jià)值量會(huì )得到提升。

2014-2018年移動(dòng)終端射頻器件市場(chǎng)規模（億美金）

隨著(zhù)終端支持的無(wú)線(xiàn)連接協(xié)議越來(lái)越多，從最初的2G 網(wǎng)絡(luò )到現在的NFC、2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò )、WiFi、藍牙、FM 等，通信終端的射頻器件單機價(jià)值量增長(cháng)了數倍。展望未來(lái)，4G 的滲透率尚未飽和，滲透率提升將繼續驅動(dòng)射頻器件單機價(jià)值量增長(cháng)。另外5G通訊為射頻器件行業(yè)帶來(lái)新的增長(cháng)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(jià)值量不足1美金，而如今4G時(shí)代，蘋(píng)果、三星的高端旗艦機型的射頻器件單機價(jià)值量超過(guò)12.75美金，單機價(jià)值量在過(guò)去的十年間增長(cháng)了數倍。

3G終端轉換為4G終端帶來(lái)單機價(jià)值量翻倍以上增長(cháng)。根據美國射頻器件巨頭Triquent的預測，進(jìn)入4G時(shí)代，單部手機射頻器件價(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備ASP甚至達到了12.75美金。

單部手機RF器件價(jià)值量演變（美金）

2014-2018年單臺手機RF器件價(jià)值量

4G 終端滲透尚未飽和，根據臺灣砷化鎵代工巨頭win semiconductor 及美國Qorvo的數據預測，全球4G 通訊終端設備滲透率在2015 年達到54%，預計在2019 年將達到74.5%。

2010-2019年LTE（4G）終端滲透率將持續提升

全球蜂窩終端設備出貨量預測（百萬(wàn)只）

在2012年全球3G標準協(xié)會(huì )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(gè)。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(shí)現翻番，新增50個(gè)以上通信頻段，全球2G/3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò )合計支持的頻段將達到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(huì )集成在濾波器組中，手機配置的濾波器器件與頻段數量之間的關(guān)系并非簡(jiǎn)單線(xiàn)性比例關(guān)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(jià)值量和銷(xiāo)售數量都會(huì )數倍于目前的濾波器。

就實(shí)際應用而言，國內市場(chǎng)銷(xiāo)售的手機普遍支持五模十三頻，即支持的頻段數量為13個(gè)。而在之前，國內2G手機僅需要支持4個(gè)頻段，3G手機至少支持9個(gè)頻段，支持頻段的數量在每一代通信系統升級過(guò)程中都有大幅提升。

美國FCC（聯(lián)邦通信委員會(huì )）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(lái)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(zhù)一場(chǎng)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

1999年-2012年無(wú)線(xiàn)頻段數量的演變

MIMO 技術(shù)指信號發(fā)射端和接收端采用多根發(fā)射天線(xiàn)和接收天線(xiàn)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(cháng)，是LTE 及未來(lái)5G 的關(guān)鍵技術(shù)之一。MIMO技術(shù)的應用普及為天線(xiàn)行業(yè)帶來(lái)巨大增量市場(chǎng)，基站及終端天線(xiàn)迎來(lái)快速增長(cháng)的行業(yè)性機會(huì )。

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(xiàn)，移動(dòng)終端采用8 根天線(xiàn)的配臵模式。目前市場(chǎng)上多數手機僅僅支持MIMO 2x2技術(shù)，如若采用MIMO64x8 技術(shù)，基站天線(xiàn)的配臵數量需要增長(cháng)31 倍，手機天線(xiàn)數量需要增長(cháng)3 倍。

載波聚合技術(shù)將數個(gè)窄頻段合成一個(gè)寬頻段，實(shí)現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的復雜度。目前市場(chǎng)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(yíng)商將正式啟動(dòng)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(shù)要求射頻天線(xiàn)開(kāi)關(guān)具有極高的線(xiàn)性度，以避免與其他設備發(fā)生干擾，對于濾波器及射頻開(kāi)關(guān)的性能要求將更加苛刻。

隨著(zhù)載波聚合的逐步普及，射頻MEMS 開(kāi)關(guān)行業(yè)將迎來(lái)快速增長(cháng)。目前機遇SOI 工藝的射頻開(kāi)關(guān)正在接近技術(shù)極限，無(wú)法滿(mǎn)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(kāi)關(guān)是射頻MEMS 開(kāi)關(guān)，因此射頻MEMS開(kāi)關(guān)將在未來(lái)5G 時(shí)代迎來(lái)確定性增長(cháng)機會(huì )。

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(guò)程中，每2年就會(huì )出現一次小型技術(shù)升級。而每一代小型技術(shù)升級都會(huì )推動(dòng)射頻器件產(chǎn)品復雜度及單部手機價(jià)值量的提升。

3G到4G的發(fā)展歷程中，每2年就會(huì )有小的技術(shù)升級

手機等終端的射頻器件主要包括PA 芯片、濾波器、射頻開(kāi)關(guān)、天線(xiàn)。天線(xiàn)是目前國產(chǎn)化率最高的細分領(lǐng)域，信維通信、碩貝德等在終端天線(xiàn)領(lǐng)域已經(jīng)達到全球領(lǐng)先水平，產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入蘋(píng)果、微軟等國際巨頭供應鏈體系。國產(chǎn)PA 芯片在2G、3G、WiFi、NFC 等通信系統中已經(jīng)實(shí)現了大批量出貨銷(xiāo)售，而在4G PA 芯片領(lǐng)域，國內廠(chǎng)商還處于客戶(hù)認證及商業(yè)談判階段。射頻濾波器及射頻開(kāi)關(guān)的國產(chǎn)化率相對較低，國內廠(chǎng)商的產(chǎn)品主要集中在軍用無(wú)線(xiàn)通信系統中，在手機等消費電子產(chǎn)品中的應用較少。我國是全球最大的手機生產(chǎn)基地，同時(shí)華為、vivo、oppo、小米、魅族、聯(lián)想等國產(chǎn)品牌的手機銷(xiāo)售量占全球的30%以上。憑借龐大的終端市場(chǎng)需求，手機供應鏈向大陸轉移是非常確定的產(chǎn)業(yè)趨勢。事實(shí)上，國內不少射頻器件廠(chǎng)商已經(jīng)進(jìn)入了千元智能機市場(chǎng)，如天瓏、西可、海派、TCL 等廠(chǎng)商就已經(jīng)開(kāi)始采用中普微的PA 芯片。

濾波器是射頻前端模塊增長(cháng)最快的細分方向，高通預測射頻濾波器市場(chǎng)將由現在的50 億美金的市場(chǎng)規模增長(cháng)至2020 年的130 億美金。面對快速增長(cháng)的濾波器市場(chǎng)機遇，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，預計投資超過(guò)30 億美金。

據預測，到2020 年濾波器市場(chǎng)將由2015 年的50 億美金增長(cháng)至2020 年的120 億美金。Mobile Experts 的預測與高通基本一致，射頻濾波器是業(yè)界普遍認可的高成長(cháng)細分行業(yè)。

射頻前端各個(gè)細分方向市場(chǎng)空間預測（十億美金）

全球來(lái)看，saw 濾波器的主要供應商是TDK-EPCOS 及Murata，兩者合計占有60-70%市場(chǎng)份額；baw 濾波器的主要供應商是Avago 及Qorvo(Triquint)，兩者占有90%以上市場(chǎng)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 供應了2 顆濾波器組及一顆濾波器，而Murata 供應了1 顆濾波器。

SAW 濾波器市場(chǎng)格局

baw濾波器市場(chǎng)格局