2024年5G射频前端市场发展报告
1. 手机无线通信的核心：手机射频前端
1.1. 射频前端是移动终端设备中实现无线通信的核心模块
（1）射频前端是将数字信号向无线射频信号转化的基础部件，也是无线通信系统的核心组件。射频前端指位于射频收发器及天线之间的中间模块，其功能为无线电磁波信号的发送和接收，是移动终端设备实现蜂窝网络连接、Wi-Fi、蓝牙、GPS 等无线通信功能所必需的核心模块。射频前端与基带、射频收发器和天线共同实现无线通讯的两个本质功能，即将二进制信号转变为高频率无线电磁波信号并发送，以及接收无线电磁波信号并将其转化为二进制信号。（2）射频前端是智能终端产品的重要组成部分。射频前端包含射频功率放大器、射频开关、天线调谐开关、滤波器和双工器（多工器）、低噪声放大器等射频器件。在无线移动终端设备中的信号发射、接收链路中，射频前端芯片通常以集成了前述不同器件的模组形式进行应用，例如信号发射链路中的射频功率放大器模组，以及信号接收链路中的接收端模组。
器件传输信号的过程：当手机接收信号时，天线首先接收到射频信号，然后通过一系列处理步骤对信号进行精确而复杂的处理，整个射频部分涉及到滤波、放大、混频、解调和调制等多个环节和组件的协同工作。这些步骤和处理确保了手机通讯的稳定性、可靠性和高质量。
1.2. 滤波器和放大器在手机射频前端价值量占比高
射频前端由多种器件组成。其中，滤波器的价值量占比较高，达到53%，其次为功率放大器（33%）、开关（7%）等。射频前端，主要包括射频开关（RF switch）、功率放大器（Power amplifier）、滤波器（Filter）、低噪声放大器（Low noise amplifier，LNA）、双工器（Duplexer）等单元。滤波器可以减少干扰和噪音，保证信号质量；而放大器则可以放大信号，提高信号强度。此外，功率放大器也是非常重要的一个组件，能够将低功率的信号变成高功率的信号，使信号能够在广泛的范围内传递。根据Yole Development 数据，在射频前端领域，滤波器和放大器预计在2028 年市场规模分别增长至122亿和45 亿美元。
（1）滤波器是射频系统中必不可少的关键部件之一，其在射频前端器件中价值占比大，量产壁垒也较高。滤波器（Filter），是射频前端中重要的分立器件，使信号中特定频率成分通过而尽可能衰减其他频率成分，从而提高信号的抗干扰性及信噪比。目前在手机射频市场中主要采用声学滤波技术。根据工艺技术的不同，滤波器主要分为压电滤波器和LC 滤波器。压电滤波器主要包含SAW 滤波器和BAW 滤波器，即声表面滤波器和体声波滤波器，这两者为市场主流。SAW滤波器制作工艺简单，性价比高，主要应用于GHz以下的低频滤波，而BAW滤波器插损低，性能优秀，可以适用于高频滤波，但工艺复杂，价格较高。
（2）功率放大器是射频系统的核心部件之一，它决定了手机等无线终端的通讯距离和信号质量。射频功率放大器作用是把射频信号放大，使信号馈送到天线发射出去，从而实现无线通信功能。功率放大器的性能提升主要来自于材料工艺的提升，目前已经经历了CMOS、GaAs、GaN 的三大技术演变。射频功率放大器主流工艺采用GaAs 材料，占比达95%以上，GaN 为原材料的高端工艺有望持续渗透。目前手机上的功率放大器主要运用第二代化合物半导体GaAs，部分功率放大器则采用Si、Ge 工艺的CMOS；2G 手机曾采用CMOS 工艺，3G/4G/5G 则采用GaAs 工艺，而GaN 或将成为高频、大功率应用的方案。
（3）射频低噪声放大器作用是减少噪声引入，SOI工艺占比过半。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。射频低噪声放大器产品采用SiGe、RF CMOS、RF SOI、GaAs 等材料及相应工艺，主要应用于智能手机等移动智能终端。
（4）射频开关实现射频信道的收发切换，主流工艺为SOI，占比90%以上。射频开关主要用于控制射频信号通道转换，广泛应用于智能手机等移动终端。射频开关由传导开关和天线开关两部分组成。传导开关可以将多路射频信号中的任一路或几路通过控制逻辑连接，以实现不同信号路径的切换，如接收与发射的切换、不同频段间的切换等。天线开关与天线直接连接，用于调谐天线信号的传输性能使其在任何频率上均达到效率，抑或交换选择性能好的天线信道。天线开关的技术难度高于传导开关，因其耐压要求高，导通电阻和关断电容对性能影响很大，因此有更高的设计和工艺要求。
1.3. 产业链分为Fabless和IDM模式
射频前端产业链上下游包括原材料供应、射频前端芯片设计厂商、移动智能终端设备制造商。其中，芯片设计厂商主要负责射频前端分立器件、射频前端模组的设计研发，模组普遍外包给SiP 封装厂商进行封装。晶圆制造商和封装测试厂的工艺水平、生产管理水平和产能对芯片的良率和交货周期影响较大；下游客户的需求直接决定了芯片设计厂商的芯片产品销量。
射频前端行业的商业模式分为Fabless 模式和IDM 模式。在Fabless 模式下，三大分工环节分别由专业化的公司分工完成，此模式中主要参与的企业类型有芯片设计厂商、晶圆制造商、外包封测企业；IDM 模式具有各种射频元件的完整制造技术与整合能力，可以提供射频前端整体解决方案，降低了开发难度，受到手机OEM 厂商的青睐。海外大厂多数采用IDM来形成技术壁垒。
2. 5G渗透率提升，模组产品是主要增长点
2.1. 5G 手机占比持续增长，终端推动射频需求提升
5G手机渗透率提升，预计2026 年渗透率可提升至60%以上，推动射频前端发展。近年来，中国5G手机出货量整体呈现增长趋势，目前占据手机市场主导地位。2023年12月，5G手机2420.0万部，同比增长4.2%。2023年1-12月，5G手机出货量2.40亿部，同比增长11.9%。根据Yole Development 数据，2019 年全球5G 手机出货量为3100 万台，占全部出货量2.24%；2022年达到了6.03亿台，占比49.06%；预计2028年能达到11.16亿台，占比达82.06%；2022 至2028 年5G 手机出货量年复合增长率为10.8%。5G手机渗透率的提升也为手机射频前端器件的需求量及价值量提供了增长点。
2.2. Phase方案持续升级，分立器件需求量增长
射频前端架构的变化，总体可以总结为如下五个阶段：第一阶段：在2014年之前，LTE商用的三年中，所使用的方案可以称之为Phase 1方案，没有正式的命名，只是相对于Phase2而言，把它叫做Phase1.第二阶段：2014年，MTK定义了射频前端Phase2方案。Phase2与Phase1的差别在于：1) 将Phase1的2G PA，与ASM（Antenna Switch Module，天线开关模组）整合，形成TxM（Transmitter Module，发射模组）；2) 将4G频段的PA整合，形成4G MMMB PA（Multi-Mode, Multi Band Power Amplifier Module）；
第三阶段：2015-2016年，4G持续普及，MTK定义了Phase3及Phase5来支持不同的CA场景。1) Phase3可以支持2下行CA及带内上行CA；2) Phase5利用多工器的引入，又将CA能力提升到了3下行CA及带间上行CA。第四阶段：2016年，MTK推出Phase6 PAMiD（PA Module integrated with Duplexer，即PA滤波器集成模组）方案。MTK对Phase6进行成本优化，去掉冗余载波和滤波器，升级到更贴合中国市场的Phase6L（Phase6 Lite）方案。第五阶段：2018年，5G商用前夕，MTK在对协议、运营商、终端客户及器件厂商的信息综合分析后，先后定义了Phase7/Phase7L/Phase7LE方案。
5G传输速率更高，推动Phase方案的不断升级：按照华为提出的标准，5G 应当实现比4G 快十倍以上的传输速率，即5G 峰值网络速率达到10Gbps。根据香农定律，5G 时代传输速率主要有两种提升途径：1）通过解锁高频段频谱，获得更大带宽。从天线角度讲，4G 的使用频段一般在700MHz 到2700MHz 范围，而5G的高频段将在几GHz 到几十GHz 级别的毫米波频段上；2）使用MIMO 和载波聚合技术，更高效利用频谱资源。但无论哪一种，对于频段的通道数的需求都是增加的，这也是推动射频器件在5G时代增长的主要动能之一。
5G手机所需覆盖的频段数量逐渐增加。2G 时代，通信制式只有GSM 和CDMA 两种，射频前端采用分立器件模式，手机支持的频段不超过5个；3G 时代，由于手机需要向下兼容2G 制式，多模的概念产生了，手机支持的频段最多可达9个；4G 时代的全网通手机所能够支持的频段数量迅速增加到37 个。
段数增加推动单机射频前端器件数量上升。为支持更多频段，手机需要增加接收通道和对应的射频芯片。但是为了降低成本和减少芯片面积，手机通常会采用一个接收通道支持相邻的多个频段，并在射频前端增加开关来实现对不同频段信号的接收和发射。由于5G频段需要向4G LTE兼容，预计5G手机所支持的频段将在4G LTE 66个频段的基础上再新增50个频段，全球2G/3G/4G/5G网络合计支持的频段将达到110个以上。因此，相对于4G旗舰机，5G手机需要更多的射频组件数量。
不同价位的5G手机新增频段数量不同。除了支持必备的3个频段，中高端机也会支持其他5G NR频段。高端机支持的5G频段数量多，比如iPhone 12（A2408）支持17个5G NR频段，Mate 40 5G版支持11个5G NR频段；而低端机支持频段数量较少，售价1399元的RedmiNote 10版仅支持3个5G NR频段——N1/N41/N78。载波聚合和MIMO技术为射频前端市场增长提供新机遇。频谱资源有限，大多数运营商没有足够宽的连续频谱以充分发挥高速数据业务的优势，甚至在一个LTE 频段内只拥有5MHz、10MHz 或15MHz 的频谱资源。
因此，增加传输带宽的技术——载波聚合（CA）开始应用。载波聚合技术的应用也对滤波器设计产生影响。载波聚合（CA）是将2 个或更多的载波（CC）聚合在一起以支持更大的传输带宽（最大为100MHz）。LTE-A 移动台使用多个载波单元进行数据收发的同时，为了满足系统的后向兼容性，根据LTE-A 系统的有关配置，LTE 移动台可以在其中的某一个载波单元上收发信息。简而言之，载波聚合就是在满足一定前提条件下，把不连续的LTE 频段合成一个“虚拟”的更宽的频段。
载波聚合将能使用的所有载波/信道绑在一起，增加频谱的宽度，最大限度地利用现有LTE 设备和频谱资源，带来传输速度提升和延迟的降低。同时，载波聚合还能有效改善网络质量，提升吞吐量，使网络负载更加均衡，尤其是在负载较重的时候效果会更明显。最早的载波聚合方案只结合了两个CC（载波单元）。为了提供更快的数据服务并最大限度利用碎片化的频谱分配，许多网络运营商开始添加三个或更多频段的组合。例如，韩国SK 电讯已经开始商用部署可聚合5 个载波的4.5G 网络，这5 个成员载波所在的频段分别是：800 MHz、1800 MHz、2100 MHz、2600 MHz 频段。该类型4.5G 网络的峰值下行速率可高达700 Mbps。
展望未来，3GPP 正在研究的规格预期能够支持多达32 个CC，数据速率更快。载波聚合技术将推动驱动滤波器及Tuner用量及性能提升。载波集合技术提升使滤波器（多工器）、天线开关的需求量及性能要求提升。实现载波聚合需要多个频段同时通信，射频前端需要支持天线和收发器之间的多条发射/接收路径，这些路径的隔离需要多路复用滤波器或者物理分离天线，物理分离天线驱动射频开关（包含Tuner和Switch）数量增长，同时载波聚合机型需要复杂的滤波器如同向双工器、三工器、四工器甚至更高的多工器。同时这些滤波器需要具备低插入损耗，从而使发射端功耗降低并且提升接收灵敏度。
载波聚合技术的应用对滤波器性能提出了更高的要求。在远距离频带的聚合中，同向双工器的分隔会导致额外损耗，这种损耗需要通过低损耗滤波器来进行补偿。此外，需要规划滤波器阻带的衰减，以确保其他聚合频带得到充分的衰减。最后，在相邻频带中，需要采用更复杂的多工器来满足需求。MIMO技术也是提高传输速度的重要途径。MIMO 技术可以使用多个收发天线来提高手机的传输速度、提升手机信号质量。天线数量的增加要求射频前端增加信号通路数量和提高通路复用能力。
MIMO技术发展促进驱动接收器件及Tuner用量增长。4*4 MIMO将在5G UHB（高频段，N77/N78/N79）普及。4G LTE主要应用2*2 MIMO，即基站侧有两根天线，手机侧也有两根下行天线；而5G高频段4*4MIMO成为标配，即基站侧有四根天线，手机侧也有四根下行天线，8x8 MIMO也将普及。5G UHB频段应用了4*4MIMO技术，与4G频段相比RX通路数量翻倍。4G及3GHz以下的5G频段大多数采用2*2MIMO，采用1发射2接收架构（1T2R）,每个频段拥有两条接收通路（其中1条为分集接收通路）；5G UHB采用4*4MIMO，采用1发射4接收（1T4R）或者2发射4接收（2T4R），每个频段拥有四条接收通路（其中2~3条为分集接收通路），与4G频段相比RX通路数量翻倍，相应的射频前端增量翻倍。4*4MIMO增加了天线用量，天线调谐开关（Tuner）用量快速提升。5G天线变小叠加全面屏的影响，天线的效率和带宽有所降低。因此5G手机需要天线调谐器对天线进行调谐，使天线在多个频段内高效率工作。因此5G渗透率提升将推动天线调谐开关（Tuner）市场规模快速增长。
2.3. 模组化趋势加深，是未来主要增长点
Phase方案升级推动模组化趋势加深。为了适应手机轻薄化的趋势，滤波器等器件需求的增长不能只依赖于数量的增加，这对器件的集成度提出了更高的要求。分离方案较长的调试周期和成本，使得射频前端模组化发展显得尤为重要。从4G时代开始，高通推出MDM9615“五模十频”基带使得一部手机可以在全球几乎任何网络中使用，从而促进了射频龙头厂商推出集成化度更高的射频前端产品，这一趋势在5G 时代得到了延续。射频前端模组是将射频开关、低噪声放大器、滤波器、双工器、功率放大器等两种或者两种以上的分立器件集成为一个模组，从而提高集成度与性能并使体积小型化。根据集成方式的不同可分为DiFEM（集成射频开关和滤波器）、LFEM(集成射频开关、低噪声放大器和滤波器)、FEMiD（集成射频开关、滤波器和双工器）、PAMiD（集成多模式多频带PA和FEMiD）等模组组合。
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