5G射频前端芯片自主可控全景图20190718西南证券117页

射频前端芯片自主可控全景图西南证券研究发展中心电子行业研究团队陈杭（S1250519060004），曹辉2019年7月详解设备前端五大核心芯片1射频前端的功能与构成射频前端市场规模与格局射频材料市场规模与格局5G落地带来射频行业增量射频行业未来发展趋势2射频前端的功能与构成无线通信包括天线、射频前端、射频收发、基带信号处理器，其中射频前端（RadioFrequencyFrontEnd，RFFE）模块位于无线通讯系统中基带芯片的前端，是无线电系统的接收机和发射机，可实现射频信号的传输、转换和处理功能，是移动终端通信的核心组件。智能终端通信系统结构示意图数据来源：卓胜微电子招股说明书，西南电子整理基带收发器滤波器双工器双工器3射频前端的构成：五大器件相互配合数据来源：卓胜微电子招股说明书，西南证券整理射频前端由射频开关（Switch）、射频低噪声放大器(LNA)、射频功率放大器(PA)、双工器(Duplexers)、射频滤波器(Filter)等五大器件组成。射频前端结构示意图4射频开关：控制信号传输途径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。射频开关工作原理图数据来源：卓胜微电子招股说明书，西南证券整理以单刀双掷射频开关为例，当控制端口加上正电压时，连接端口1与端口3的电路导通，同时连接端口2与端口3的电路断开；当控制端口加上零电压时，连接端口1与端口3的电路断开，同时连接端口2与端口3的电路导通。5滤波器：筛选特定的无线信号射频滤波器，又名“射频干扰滤波器”，主要功能是通过电容、电感、电阻等元器件的组合移除信号中不需要的频率分量，同时保留需要的频率分量，从而保障信号能在特定的频带上传输，消除频带间相互干扰。目前手机中使用的主流滤波器主要有声表面波滤波器（SurfaceAcousticWave，SAW）和体声波滤波器（BulkAcousticWave，BAW）。数据来源：优译网，西南证券整理滤波器应用领域6声表面波滤波器（SAWF）是一种采用石英晶体、压电陶瓷等压电材料，利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而制成的一种滤波专用器件，广泛应用于电视机及录像机中频电路中。SAW滤波器具有性能稳定、使用方便、频带宽等优点，是频率在1.6GHz以下的应用主流。但存在插入损耗较大、处理高频率信号时发热问题严重等缺点，因此在处理1.6GHz以上的高频信号时适用性较差。数据来源：Qorvo，西南证券整理SAW滤波器原理图输入信号后，输入端换能器将电能转换成声能，发出声表面波，输出端换能器将接收到的声表面波声能转换成电能输出，从而完成滤波。声表面波滤波器（SAW）7体声波滤波器（BAW）BAW滤波器采用3D腔体结构，具有插入损耗小、带外衰减大等优点，同时对温度变化不敏感，因此尤其适用于2GHz以上的高频通信，在5G与sub-6G的应用中有明显优势。但BAW制造成本显著高于SAW。收到声波信号时，贴嵌于石英基板顶、底两侧的金属对声波实施激励，使声波从顶部表面反弹至底部，以形成驻声波，通过驻声波的往返完成过滤。BAW滤波器原理图数据来源：Qorvo，西南证券整理8BAW将成为高频通信的主流数据来源：Qorvo，西南证券整理由于成本的限制，SAW与BAW将在近几年内仍将保持共存。2GHz以下SAW的市场占有率较高，2GHz以上BAW的市场占有率较高。不过随着未来5G高频通信的普及，BAW将占据主导地位。SAW与BAW适用频率范围9低噪声放大器：降噪放大，提高通信质量射频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。射频低噪声放大器的工作原理为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。射频低噪声放大器工作原理数据来源：卓胜微电子招股说明书，西南证券整理10功率放大器：放大发射端射频信号功率放大器是将发射端的小功率信号转换成大功率信号的装置，用于驱动特定负载的天线等。功率放大器是无线通信设备射频前端最核心的组成部分，其性能直接决定了手机等无线终端的通讯距离、信号质量和待机时间。功率放大器工作原理数据来源：Qorvo，西南证券整理11双工器：隔离发射与接收信号双工器的作用是将发射和接收讯号相隔离，保证接收和发射都能同时正常工作。它是由两组不同频率的带阻滤波器组成，避免本机发射信号传输到接收机。双工器工作原理数据来源：Qorvo，西南证券整理12射频前端市场规模与格局射频前端的功能与构成射频材料市场规模与格局5G落地带来射频行业增量射频行业未来发展趋势13射频前端行业市场规模持续增长数据来源：卓胜微电子招股说明书，西南证券整理射频前端芯片市场规模受移动终端需求和单机射频芯片价值增长的双重驱动。在移动终端稳定出货的背景下，射频前端芯片行业的市场规模持续快速增长。根据QYRElectronicsResearchCenter的统计，从2010年至2017年全球射频前端市场规模以每年约13%的速度增长，2017年达130.38亿美元，2020年接近190亿美元，CAGR超过13%。全球射频前端市场规模（亿美元）14射频市场的规模与格局射频前端各部件中，滤波器占比约50%（SAW占35%，BAW占15%），功率放大器占比约30%，开关与低噪声放大器合计占比约20%，目前各细分市场均为日美巨头垄断，市场集中度较高。Murata50%Skyworks43%Skyworks23%博通87%TDK20%太阳诱电15%Skyworks10%其他13%Qorvo25%博通25%其他7%Qorvo35%其他26%SAW滤波器35%BAW滤波器15%PA30%开关及LNA15%数据来源：西南证券15前端模组放大器射频滤波器无线设备射频元件射频开关手持设备射频开关平台供应商射频组件和供应链模块（核心公司）数据来源：Yole，西南证券整理16欧美大厂垄断市场，市场整体高度集中美日厂商长期垄断射频市场。射频前端领域设计及制造工艺复杂、门槛极高，现阶段全球射频前端芯片市场的集中度比较高，主要被Broadcom、Skyworks、Qorvo等国外企业占据，而我国射频芯片厂商依然在起步阶段，市场话语权有限，产量远远无法满足全球市场。全球射频前端市场格局数据来源：卓胜微电子招股说明书，西南证券整理17射频前端细分市场数据来源：Yole，西南证券整理将射频前端行业按照市场规模来划分，滤波器是射频前端市场中最大的业务板块，占比约54%，并且随着通信频段的增加，其份额将进一步提高，到2021年将达到66%；功率放大器是射频前端市场中的第二大业务板块，占比约34%；射频开关占比约7%，天线调谐器及其他占比约5%。2017年射频前端市场业务结构2023年射频前端市场业务结构（预测）18滤波器：市场规模快速增长滤波器在无线通信中发挥着重要作用，占据射频前端模块总体市场的50%以上。随着5G频段的增加，预计滤波器的市场规模也将从2017年的80亿美元增加到2023年的225亿美元。全球射频器件厂商不断通过并购重组争夺滤波器市场，声波滤波器领域在多轮并购洗牌后，形成了寡头垄断的新局面。厂商并购重组情况Avago2015年安华高斥资370亿美元收购博通Skyworks2016年，Skyworks斥资7.65亿元收购松下滤波器部门，弥补了自己在SAW领域的技术短板QorvoRFMD2014年斥资16亿美元收购TriQuint，合并为Qorvo。得益于并购的协同互补作用，在BAW-SMR滤波研发生产方面，Qorvo获得了TriQuint的传承；SAW研发生产能力则从RFMD处获得。Qualcomm2016年，高通通过与TDK共同出资30亿美元建立合资企业RF360获取声学滤波器生产技术滤波器全球市场规模（亿美元）声波滤波器近年全球主要并购整合情况梳理数据来源：SIMIT战略研究室，西南证券整理数据来源：Yole，西南证券整理19滤波器市场高度集中，日美企业垄断主要份额传统SAW滤波器市场的主要供应商为Murata、TDK、太阳诱电等几家日本厂商，总计占据了全球市场份额的80%以上。BAW滤波器市场被博通和Qorvo垄断。安华高和博通并购重组后，博通拥有了最具有竞争力的产品组合，其推出的FBAR滤波目前在高端智能手机应用市场中占据统治地位。SAW滤波器竞争格局BAW滤波器竞争格局数据来源：村田中文技术社区，西南证券整理数据来源：SIMIT战略研究室，西南证券整理20滤波器国产替代化仍处于起步期在声表面波技术发展的浪潮中，我国涌现了一批从事滤波器设计制造的企业，在滤波器领域打下了一定基础。但因为起步时间较晚，无论在技术方面还是配套产业方面，国产厂商与国外IDM厂商之间的差距还是比较明显，国内滤波器产业仍处于发展早期。企业名称企业基本情况麦捷科技2015年开始研发滤波器，16年募投4.5亿扩展SAW滤波器业务板块并于17年实现量产，公司与联发科和展讯技术平台合作紧密，产品被国产终端厂商广泛使用。中电26所声表技术处于国内领先、世界一流的地位。26所在商用滤波器领域实力强劲，其产品覆盖SAW、TC-SAW、FBAR滤波器。德清华莹国内最早自主研发声表面波器件的企业之一，年产各类声表谐振器，声表滤波器8000万只。主要产品为铌酸锂钽酸锂晶片、声表面波滤波器、声表面波传感器、环行器和隔离器等系列产品。好达电子公司是国内知名的声表面波器件生产厂商，拥有国内最大、最先进的声表面波滤波器产线。核心业务为声表面波滤波器、双工器、谐振器等，产品被小米，中兴、宇龙、金立、三星、蓝宝、富士康、魅族，联想等主流终端厂商采纳数据来源：各公司官网，西南证券整理国内主要滤波器企业21功率放大器：高端功放市场由IDM厂商领跑根据Marketsandmarkets预测，功率放大器市场预计将从2018年的214亿美元增长到2023年的306亿美元，复合年增长率达到7.4%。全球PA市场被Skyworks、Qorvo、Broadcom等IDM厂商垄断。因为GaAs/GaN化合物PA具有独特的工艺和较高的技术门槛，且被国外厂商掌握，因此当前PA市场主要被IDM巨头垄断，前三大厂商Skyworks、Qorvo、Broadcom合计占有超过90%的市场份额。PA全球市场规模及增速（亿美元）全球PA市场份额数据来源：Marketandmarkets，西南证券整理数据来源：各公司年报，西南证券整理22国产功放切入中低端，展望高端市场射频功放一直是工业界的热点问题，我国也涌现了一批做射频PA业务的厂商。经过梳理，国内PA供应者主要有紫光展锐、中科汉天下、唯捷创芯、苏州宜确半导体、国民飞骧、广州慧智微电子等厂商。国产PA厂商大多采用Fabless商业模式，主攻芯片设计，但这些公司的产品主要集中在市场中低端，产品同质化现象比较严重，整体市场规模不大。企业名称主要产品概况紫光展锐PA、滤波器由RDA与展讯合并而成，致力于射频及混合信号芯片和系统芯片的设计、开发、制造、销售。目前产品涵盖2G/3G/4G移动通信基带芯片、射频功放和滤波器等。唯捷创芯PA国内最大的射频IC设计公司，由前RFMD人员成立，以主流的GaAs工艺切入射频PA市场。主要产品是射频功率放大器，主要应用于2G，3G，4G，5G手机及数据卡产品。广州智慧微PA2012年由前Skyworks技术海归创立，是全球首家量产可重构多频多模射频前端的芯片公司，特色是可重构SOI+GaAs混合工艺，产品包括MMMBPA、物联网/WiFi射频前端。国民飞骧PA、前端模组2015年从国民技术分离出来，主要产品为2G/3G/4G射频功率放大器，目前已拥有国内最完整的4G射频方案。中科汉天下PA