來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
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射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
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射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
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射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
圖表 55：5G 對射頻前端的變化來源：yole，國金證券研究所
4G 高端機和旗艦機目前射頻前端價值量是 12-20 美元。據 Gartner 的數據，4G 高端手機射頻前端價值量約 12.5 美元，4G 旗艦級的射頻前端價值量約為 19.2 美元，LTE 旗艦/高端智能手機的 RF 前端美元總內容約為 12-20 美元
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
圖表 55：5G 對射頻前端的變化來源：yole，國金證券研究所
4G 高端機和旗艦機目前射頻前端價值量是 12-20 美元。據 Gartner 的數據，4G 高端手機射頻前端價值量約 12.5 美元，4G 旗艦級的射頻前端價值量約為 19.2 美元，LTE 旗艦/高端智能手機的 RF 前端美元總內容約為 12-20 美元
圖表 56：不同手機射頻前端價值量測算 (3G/4G)，2018 來源：Gartner，國金證券研究所
5G 智能手機的射頻成本最初很高，明年有望降到 30 美金以下。5G 射頻前端初期價格很高，按目前價格，5G sub 6 的 2T4R 旗艦機，射頻前端價值量將高達 37 美金，根據測算，2020 年年中中高端手機有望降到 28 美金，到2020 年底或 2021 年，5G 滲透率持續下沉，射頻前端價值量有望降到 20 美元出頭。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
圖表 55：5G 對射頻前端的變化來源：yole，國金證券研究所
4G 高端機和旗艦機目前射頻前端價值量是 12-20 美元。據 Gartner 的數據，4G 高端手機射頻前端價值量約 12.5 美元，4G 旗艦級的射頻前端價值量約為 19.2 美元，LTE 旗艦/高端智能手機的 RF 前端美元總內容約為 12-20 美元
圖表 56：不同手機射頻前端價值量測算 (3G/4G)，2018 來源：Gartner，國金證券研究所
5G 智能手機的射頻成本最初很高，明年有望降到 30 美金以下。5G 射頻前端初期價格很高，按目前價格，5G sub 6 的 2T4R 旗艦機，射頻前端價值量將高達 37 美金，根據測算，2020 年年中中高端手機有望降到 28 美金，到2020 年底或 2021 年，5G 滲透率持續下沉，射頻前端價值量有望降到 20 美元出頭。
圖表 57：5G 射頻前端價值量測算 來源：國金證券研究所
競爭格局：海外寡頭壟斷，國內廠商迎來發展機會
1、併購不斷：射頻前端模塊化趨勢+基帶廠商向前端延伸
模塊化趨勢帶動射頻前端廠商產品品類擴張。模塊化趨勢下，各射頻廠商通過各種收併購完善自己的產品線，比如 Murata 收購 Peregrine，Qorvo 由RFMD 與 TriQuint 合併而成，Skyworks 收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TC-SAW 及 FBAR 技術等。
高通、聯發科、展訊等 AP／基帶芯片公司紛紛佈局射頻前端。高通 2014年併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360；聯發科早期曾成立射頻 PA 子公司，2015 投資 PA 公司 Airoha，2019 年入股 vanchip，並解散 Airoha；展訊與銳迪科合併等。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
圖表 55：5G 對射頻前端的變化來源：yole，國金證券研究所
4G 高端機和旗艦機目前射頻前端價值量是 12-20 美元。據 Gartner 的數據，4G 高端手機射頻前端價值量約 12.5 美元，4G 旗艦級的射頻前端價值量約為 19.2 美元，LTE 旗艦/高端智能手機的 RF 前端美元總內容約為 12-20 美元
圖表 56：不同手機射頻前端價值量測算 (3G/4G)，2018 來源：Gartner，國金證券研究所
5G 智能手機的射頻成本最初很高，明年有望降到 30 美金以下。5G 射頻前端初期價格很高，按目前價格，5G sub 6 的 2T4R 旗艦機，射頻前端價值量將高達 37 美金，根據測算，2020 年年中中高端手機有望降到 28 美金，到2020 年底或 2021 年，5G 滲透率持續下沉，射頻前端價值量有望降到 20 美元出頭。
圖表 57：5G 射頻前端價值量測算 來源：國金證券研究所
競爭格局：海外寡頭壟斷，國內廠商迎來發展機會
1、併購不斷：射頻前端模塊化趨勢+基帶廠商向前端延伸
模塊化趨勢帶動射頻前端廠商產品品類擴張。模塊化趨勢下，各射頻廠商通過各種收併購完善自己的產品線，比如 Murata 收購 Peregrine，Qorvo 由RFMD 與 TriQuint 合併而成，Skyworks 收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TC-SAW 及 FBAR 技術等。
高通、聯發科、展訊等 AP／基帶芯片公司紛紛佈局射頻前端。高通 2014年併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360；聯發科早期曾成立射頻 PA 子公司，2015 投資 PA 公司 Airoha，2019 年入股 vanchip，並解散 Airoha；展訊與銳迪科合併等。
圖表 58：射頻前端廠商收併購不斷來源：yole，國金證券研究所
2、當前競爭格局：美日企業寡頭壟斷，佔據 90%份額
射頻前端目前以 IDM 為主，美系廠商佔據主導。前五大：Murata（IDM）、Skyworks（IDM）、Qorvo（IDM）、Broadcom/Avago（Fabless，除濾波器外）、Qualcomm/TDK Epcos（ Fabless ）。
- 第一梯隊：美系廠商為主 Broadcom、Qorvo、Skyworks，村田，中高端市場；
- 第二梯隊：日系廠商 TDK、Taiyo Yuden；
- 第三梯隊：韓臺陸廠，低端市場
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
圖表 55：5G 對射頻前端的變化來源：yole，國金證券研究所
4G 高端機和旗艦機目前射頻前端價值量是 12-20 美元。據 Gartner 的數據，4G 高端手機射頻前端價值量約 12.5 美元，4G 旗艦級的射頻前端價值量約為 19.2 美元，LTE 旗艦/高端智能手機的 RF 前端美元總內容約為 12-20 美元
圖表 56：不同手機射頻前端價值量測算 (3G/4G)，2018 來源：Gartner，國金證券研究所
5G 智能手機的射頻成本最初很高，明年有望降到 30 美金以下。5G 射頻前端初期價格很高，按目前價格，5G sub 6 的 2T4R 旗艦機，射頻前端價值量將高達 37 美金，根據測算，2020 年年中中高端手機有望降到 28 美金，到2020 年底或 2021 年，5G 滲透率持續下沉，射頻前端價值量有望降到 20 美元出頭。
圖表 57：5G 射頻前端價值量測算 來源：國金證券研究所
競爭格局：海外寡頭壟斷，國內廠商迎來發展機會
1、併購不斷：射頻前端模塊化趨勢+基帶廠商向前端延伸
模塊化趨勢帶動射頻前端廠商產品品類擴張。模塊化趨勢下，各射頻廠商通過各種收併購完善自己的產品線，比如 Murata 收購 Peregrine，Qorvo 由RFMD 與 TriQuint 合併而成，Skyworks 收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TC-SAW 及 FBAR 技術等。
高通、聯發科、展訊等 AP／基帶芯片公司紛紛佈局射頻前端。高通 2014年併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360；聯發科早期曾成立射頻 PA 子公司，2015 投資 PA 公司 Airoha，2019 年入股 vanchip，並解散 Airoha；展訊與銳迪科合併等。
圖表 58：射頻前端廠商收併購不斷來源：yole，國金證券研究所
2、當前競爭格局：美日企業寡頭壟斷，佔據 90%份額
射頻前端目前以 IDM 為主，美系廠商佔據主導。前五大：Murata（IDM）、Skyworks（IDM）、Qorvo（IDM）、Broadcom/Avago（Fabless，除濾波器外）、Qualcomm/TDK Epcos（ Fabless ）。
- 第一梯隊：美系廠商為主 Broadcom、Qorvo、Skyworks，村田，中高端市場；
- 第二梯隊：日系廠商 TDK、Taiyo Yuden；
- 第三梯隊：韓臺陸廠，低端市場
圖表 59：射頻前端目前以 IDM為主來源：yole，國金證券研究所
3、未來格局判斷：模組優於分立式，毫米波帶來新玩家，國內廠商迎來機會
頻前端模組化趨勢下，多產品品類佈局廠商將具有更大優勢，技術和客戶壁壘更高。
- 5G 佈局路徑一 ：從 advanced 4G5G sub6G5G mmwave ；以Broadcom / Avago，Skyworks，Qorvo 和 Murata 為代表。
- 5G 佈局路徑二：直接切入 5G mmwave；以高通為代表。前文我們也討論了，除了現在的開關，調諧之外，毫米波有望使用更多的硅基工藝（比如高端 SOI），毫米波硅基工藝有望使英特爾，三星和華為（海思）成為射頻前端新玩家。
- 國內廠商：看好持續國產替代，看好具有模組化能力，或者與模組化能力的廠商合作廠商。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
圖表 55：5G 對射頻前端的變化來源：yole，國金證券研究所
4G 高端機和旗艦機目前射頻前端價值量是 12-20 美元。據 Gartner 的數據，4G 高端手機射頻前端價值量約 12.5 美元，4G 旗艦級的射頻前端價值量約為 19.2 美元，LTE 旗艦/高端智能手機的 RF 前端美元總內容約為 12-20 美元
圖表 56：不同手機射頻前端價值量測算 (3G/4G)，2018 來源：Gartner，國金證券研究所
5G 智能手機的射頻成本最初很高，明年有望降到 30 美金以下。5G 射頻前端初期價格很高，按目前價格，5G sub 6 的 2T4R 旗艦機，射頻前端價值量將高達 37 美金，根據測算，2020 年年中中高端手機有望降到 28 美金，到2020 年底或 2021 年，5G 滲透率持續下沉，射頻前端價值量有望降到 20 美元出頭。
圖表 57：5G 射頻前端價值量測算 來源：國金證券研究所
競爭格局：海外寡頭壟斷，國內廠商迎來發展機會
1、併購不斷：射頻前端模塊化趨勢+基帶廠商向前端延伸
模塊化趨勢帶動射頻前端廠商產品品類擴張。模塊化趨勢下，各射頻廠商通過各種收併購完善自己的產品線，比如 Murata 收購 Peregrine，Qorvo 由RFMD 與 TriQuint 合併而成，Skyworks 收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TC-SAW 及 FBAR 技術等。
高通、聯發科、展訊等 AP／基帶芯片公司紛紛佈局射頻前端。高通 2014年併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360；聯發科早期曾成立射頻 PA 子公司，2015 投資 PA 公司 Airoha，2019 年入股 vanchip，並解散 Airoha；展訊與銳迪科合併等。
圖表 58：射頻前端廠商收併購不斷來源：yole，國金證券研究所
2、當前競爭格局：美日企業寡頭壟斷，佔據 90%份額
射頻前端目前以 IDM 為主，美系廠商佔據主導。前五大：Murata（IDM）、Skyworks（IDM）、Qorvo（IDM）、Broadcom/Avago（Fabless，除濾波器外）、Qualcomm/TDK Epcos（ Fabless ）。
- 第一梯隊：美系廠商為主 Broadcom、Qorvo、Skyworks，村田，中高端市場；
- 第二梯隊：日系廠商 TDK、Taiyo Yuden；
- 第三梯隊：韓臺陸廠，低端市場
圖表 59：射頻前端目前以 IDM為主來源：yole，國金證券研究所
3、未來格局判斷：模組優於分立式，毫米波帶來新玩家，國內廠商迎來機會
頻前端模組化趨勢下，多產品品類佈局廠商將具有更大優勢，技術和客戶壁壘更高。
- 5G 佈局路徑一 ：從 advanced 4G5G sub6G5G mmwave ；以Broadcom / Avago，Skyworks，Qorvo 和 Murata 為代表。
- 5G 佈局路徑二：直接切入 5G mmwave；以高通為代表。前文我們也討論了，除了現在的開關，調諧之外，毫米波有望使用更多的硅基工藝（比如高端 SOI），毫米波硅基工藝有望使英特爾，三星和華為（海思）成為射頻前端新玩家。
- 國內廠商：看好持續國產替代，看好具有模組化能力，或者與模組化能力的廠商合作廠商。
圖表 60：射頻前端廠商產品線分佈來源：yole，國金證券研究所
附錄：國內外射頻前端公司介紹
1、博通（Avago）：產品多元化，BAW 濾波器全球龍頭
Broadcom 是產品多元的全球領先半導體廠商，具有 50 多年創新歷史和技術積累
射頻佈局：2015 年，Avago 以收購 Broadcom，並將母公司改名為Broadcom，Avago 擁有 PA、前端模組和光通訊方案。
客戶：蘋果、三星等主流企業，蘋果業務在博通收入中佔比 15-20%。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
圖表 55：5G 對射頻前端的變化來源：yole，國金證券研究所
4G 高端機和旗艦機目前射頻前端價值量是 12-20 美元。據 Gartner 的數據，4G 高端手機射頻前端價值量約 12.5 美元，4G 旗艦級的射頻前端價值量約為 19.2 美元，LTE 旗艦/高端智能手機的 RF 前端美元總內容約為 12-20 美元
圖表 56：不同手機射頻前端價值量測算 (3G/4G)，2018 來源：Gartner，國金證券研究所
5G 智能手機的射頻成本最初很高，明年有望降到 30 美金以下。5G 射頻前端初期價格很高，按目前價格，5G sub 6 的 2T4R 旗艦機，射頻前端價值量將高達 37 美金，根據測算，2020 年年中中高端手機有望降到 28 美金，到2020 年底或 2021 年，5G 滲透率持續下沉，射頻前端價值量有望降到 20 美元出頭。
圖表 57：5G 射頻前端價值量測算 來源：國金證券研究所
競爭格局：海外寡頭壟斷，國內廠商迎來發展機會
1、併購不斷：射頻前端模塊化趨勢+基帶廠商向前端延伸
模塊化趨勢帶動射頻前端廠商產品品類擴張。模塊化趨勢下，各射頻廠商通過各種收併購完善自己的產品線，比如 Murata 收購 Peregrine，Qorvo 由RFMD 與 TriQuint 合併而成，Skyworks 收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TC-SAW 及 FBAR 技術等。
高通、聯發科、展訊等 AP／基帶芯片公司紛紛佈局射頻前端。高通 2014年併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360；聯發科早期曾成立射頻 PA 子公司，2015 投資 PA 公司 Airoha，2019 年入股 vanchip，並解散 Airoha；展訊與銳迪科合併等。
圖表 58：射頻前端廠商收併購不斷來源：yole，國金證券研究所
2、當前競爭格局：美日企業寡頭壟斷，佔據 90%份額
射頻前端目前以 IDM 為主，美系廠商佔據主導。前五大：Murata（IDM）、Skyworks（IDM）、Qorvo（IDM）、Broadcom/Avago（Fabless，除濾波器外）、Qualcomm/TDK Epcos（ Fabless ）。
- 第一梯隊：美系廠商為主 Broadcom、Qorvo、Skyworks，村田，中高端市場；
- 第二梯隊：日系廠商 TDK、Taiyo Yuden；
- 第三梯隊：韓臺陸廠，低端市場
圖表 59：射頻前端目前以 IDM為主來源：yole，國金證券研究所
3、未來格局判斷：模組優於分立式，毫米波帶來新玩家，國內廠商迎來機會
頻前端模組化趨勢下，多產品品類佈局廠商將具有更大優勢，技術和客戶壁壘更高。
- 5G 佈局路徑一 ：從 advanced 4G5G sub6G5G mmwave ；以Broadcom / Avago，Skyworks，Qorvo 和 Murata 為代表。
- 5G 佈局路徑二：直接切入 5G mmwave；以高通為代表。前文我們也討論了，除了現在的開關，調諧之外，毫米波有望使用更多的硅基工藝（比如高端 SOI），毫米波硅基工藝有望使英特爾，三星和華為（海思）成為射頻前端新玩家。
- 國內廠商：看好持續國產替代，看好具有模組化能力，或者與模組化能力的廠商合作廠商。
圖表 60：射頻前端廠商產品線分佈來源：yole，國金證券研究所
附錄：國內外射頻前端公司介紹
1、博通（Avago）：產品多元化，BAW 濾波器全球龍頭
Broadcom 是產品多元的全球領先半導體廠商，具有 50 多年創新歷史和技術積累
射頻佈局：2015 年，Avago 以收購 Broadcom，並將母公司改名為Broadcom，Avago 擁有 PA、前端模組和光通訊方案。
客戶：蘋果、三星等主流企業，蘋果業務在博通收入中佔比 15-20%。
圖表 61：博通曆史沿革 來源：博通官網，國金證券研究所
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
圖表 55：5G 對射頻前端的變化來源：yole，國金證券研究所
4G 高端機和旗艦機目前射頻前端價值量是 12-20 美元。據 Gartner 的數據，4G 高端手機射頻前端價值量約 12.5 美元，4G 旗艦級的射頻前端價值量約為 19.2 美元，LTE 旗艦/高端智能手機的 RF 前端美元總內容約為 12-20 美元
圖表 56：不同手機射頻前端價值量測算 (3G/4G)，2018 來源：Gartner，國金證券研究所
5G 智能手機的射頻成本最初很高，明年有望降到 30 美金以下。5G 射頻前端初期價格很高，按目前價格，5G sub 6 的 2T4R 旗艦機，射頻前端價值量將高達 37 美金，根據測算，2020 年年中中高端手機有望降到 28 美金，到2020 年底或 2021 年，5G 滲透率持續下沉，射頻前端價值量有望降到 20 美元出頭。
圖表 57：5G 射頻前端價值量測算 來源：國金證券研究所
競爭格局：海外寡頭壟斷，國內廠商迎來發展機會
1、併購不斷：射頻前端模塊化趨勢+基帶廠商向前端延伸
模塊化趨勢帶動射頻前端廠商產品品類擴張。模塊化趨勢下，各射頻廠商通過各種收併購完善自己的產品線，比如 Murata 收購 Peregrine，Qorvo 由RFMD 與 TriQuint 合併而成，Skyworks 收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TC-SAW 及 FBAR 技術等。
高通、聯發科、展訊等 AP／基帶芯片公司紛紛佈局射頻前端。高通 2014年併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360；聯發科早期曾成立射頻 PA 子公司，2015 投資 PA 公司 Airoha，2019 年入股 vanchip，並解散 Airoha；展訊與銳迪科合併等。
圖表 58：射頻前端廠商收併購不斷來源：yole，國金證券研究所
2、當前競爭格局：美日企業寡頭壟斷，佔據 90%份額
射頻前端目前以 IDM 為主，美系廠商佔據主導。前五大：Murata（IDM）、Skyworks（IDM）、Qorvo（IDM）、Broadcom/Avago（Fabless，除濾波器外）、Qualcomm/TDK Epcos（ Fabless ）。
- 第一梯隊：美系廠商為主 Broadcom、Qorvo、Skyworks，村田，中高端市場；
- 第二梯隊：日系廠商 TDK、Taiyo Yuden；
- 第三梯隊：韓臺陸廠，低端市場
圖表 59：射頻前端目前以 IDM為主來源：yole，國金證券研究所
3、未來格局判斷：模組優於分立式，毫米波帶來新玩家，國內廠商迎來機會
頻前端模組化趨勢下，多產品品類佈局廠商將具有更大優勢，技術和客戶壁壘更高。
- 5G 佈局路徑一 ：從 advanced 4G5G sub6G5G mmwave ；以Broadcom / Avago，Skyworks，Qorvo 和 Murata 為代表。
- 5G 佈局路徑二：直接切入 5G mmwave；以高通為代表。前文我們也討論了，除了現在的開關，調諧之外，毫米波有望使用更多的硅基工藝（比如高端 SOI），毫米波硅基工藝有望使英特爾，三星和華為（海思）成為射頻前端新玩家。
- 國內廠商：看好持續國產替代，看好具有模組化能力，或者與模組化能力的廠商合作廠商。
圖表 60：射頻前端廠商產品線分佈來源：yole，國金證券研究所
附錄：國內外射頻前端公司介紹
1、博通（Avago）：產品多元化，BAW 濾波器全球龍頭
Broadcom 是產品多元的全球領先半導體廠商，具有 50 多年創新歷史和技術積累
射頻佈局：2015 年，Avago 以收購 Broadcom，並將母公司改名為Broadcom，Avago 擁有 PA、前端模組和光通訊方案。
客戶：蘋果、三星等主流企業，蘋果業務在博通收入中佔比 15-20%。
圖表 61：博通曆史沿革 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 62：博通收入構成 來源：博通官網，國金證券研究所
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
圖表 55：5G 對射頻前端的變化來源：yole，國金證券研究所
4G 高端機和旗艦機目前射頻前端價值量是 12-20 美元。據 Gartner 的數據，4G 高端手機射頻前端價值量約 12.5 美元，4G 旗艦級的射頻前端價值量約為 19.2 美元，LTE 旗艦/高端智能手機的 RF 前端美元總內容約為 12-20 美元
圖表 56：不同手機射頻前端價值量測算 (3G/4G)，2018 來源：Gartner，國金證券研究所
5G 智能手機的射頻成本最初很高，明年有望降到 30 美金以下。5G 射頻前端初期價格很高，按目前價格，5G sub 6 的 2T4R 旗艦機，射頻前端價值量將高達 37 美金，根據測算，2020 年年中中高端手機有望降到 28 美金，到2020 年底或 2021 年，5G 滲透率持續下沉，射頻前端價值量有望降到 20 美元出頭。
圖表 57：5G 射頻前端價值量測算 來源：國金證券研究所
競爭格局：海外寡頭壟斷，國內廠商迎來發展機會
1、併購不斷：射頻前端模塊化趨勢+基帶廠商向前端延伸
模塊化趨勢帶動射頻前端廠商產品品類擴張。模塊化趨勢下，各射頻廠商通過各種收併購完善自己的產品線，比如 Murata 收購 Peregrine，Qorvo 由RFMD 與 TriQuint 合併而成，Skyworks 收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TC-SAW 及 FBAR 技術等。
高通、聯發科、展訊等 AP／基帶芯片公司紛紛佈局射頻前端。高通 2014年併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360；聯發科早期曾成立射頻 PA 子公司，2015 投資 PA 公司 Airoha，2019 年入股 vanchip，並解散 Airoha；展訊與銳迪科合併等。
圖表 58：射頻前端廠商收併購不斷來源：yole，國金證券研究所
2、當前競爭格局：美日企業寡頭壟斷，佔據 90%份額
射頻前端目前以 IDM 為主，美系廠商佔據主導。前五大：Murata（IDM）、Skyworks（IDM）、Qorvo（IDM）、Broadcom/Avago（Fabless，除濾波器外）、Qualcomm/TDK Epcos（ Fabless ）。
- 第一梯隊：美系廠商為主 Broadcom、Qorvo、Skyworks，村田，中高端市場；
- 第二梯隊：日系廠商 TDK、Taiyo Yuden；
- 第三梯隊：韓臺陸廠，低端市場
圖表 59：射頻前端目前以 IDM為主來源：yole，國金證券研究所
3、未來格局判斷：模組優於分立式，毫米波帶來新玩家，國內廠商迎來機會
頻前端模組化趨勢下，多產品品類佈局廠商將具有更大優勢，技術和客戶壁壘更高。
- 5G 佈局路徑一 ：從 advanced 4G5G sub6G5G mmwave ；以Broadcom / Avago，Skyworks，Qorvo 和 Murata 為代表。
- 5G 佈局路徑二：直接切入 5G mmwave；以高通為代表。前文我們也討論了，除了現在的開關，調諧之外，毫米波有望使用更多的硅基工藝（比如高端 SOI），毫米波硅基工藝有望使英特爾，三星和華為（海思）成為射頻前端新玩家。
- 國內廠商：看好持續國產替代，看好具有模組化能力，或者與模組化能力的廠商合作廠商。
圖表 60：射頻前端廠商產品線分佈來源：yole，國金證券研究所
附錄：國內外射頻前端公司介紹
1、博通（Avago）：產品多元化，BAW 濾波器全球龍頭
Broadcom 是產品多元的全球領先半導體廠商，具有 50 多年創新歷史和技術積累
射頻佈局：2015 年，Avago 以收購 Broadcom，並將母公司改名為Broadcom，Avago 擁有 PA、前端模組和光通訊方案。
客戶：蘋果、三星等主流企業，蘋果業務在博通收入中佔比 15-20%。
圖表 61：博通曆史沿革 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 62：博通收入構成 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 63：博通營收和淨利率 來源：博通官網，國金證券研究所
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
圖表 55：5G 對射頻前端的變化來源：yole，國金證券研究所
4G 高端機和旗艦機目前射頻前端價值量是 12-20 美元。據 Gartner 的數據，4G 高端手機射頻前端價值量約 12.5 美元，4G 旗艦級的射頻前端價值量約為 19.2 美元，LTE 旗艦/高端智能手機的 RF 前端美元總內容約為 12-20 美元
圖表 56：不同手機射頻前端價值量測算 (3G/4G)，2018 來源：Gartner，國金證券研究所
5G 智能手機的射頻成本最初很高，明年有望降到 30 美金以下。5G 射頻前端初期價格很高，按目前價格，5G sub 6 的 2T4R 旗艦機，射頻前端價值量將高達 37 美金，根據測算，2020 年年中中高端手機有望降到 28 美金，到2020 年底或 2021 年，5G 滲透率持續下沉，射頻前端價值量有望降到 20 美元出頭。
圖表 57：5G 射頻前端價值量測算 來源：國金證券研究所
競爭格局：海外寡頭壟斷，國內廠商迎來發展機會
1、併購不斷：射頻前端模塊化趨勢+基帶廠商向前端延伸
模塊化趨勢帶動射頻前端廠商產品品類擴張。模塊化趨勢下，各射頻廠商通過各種收併購完善自己的產品線，比如 Murata 收購 Peregrine，Qorvo 由RFMD 與 TriQuint 合併而成，Skyworks 收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TC-SAW 及 FBAR 技術等。
高通、聯發科、展訊等 AP／基帶芯片公司紛紛佈局射頻前端。高通 2014年併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360；聯發科早期曾成立射頻 PA 子公司，2015 投資 PA 公司 Airoha，2019 年入股 vanchip，並解散 Airoha；展訊與銳迪科合併等。
圖表 58：射頻前端廠商收併購不斷來源：yole，國金證券研究所
2、當前競爭格局：美日企業寡頭壟斷，佔據 90%份額
射頻前端目前以 IDM 為主，美系廠商佔據主導。前五大：Murata（IDM）、Skyworks（IDM）、Qorvo（IDM）、Broadcom/Avago（Fabless，除濾波器外）、Qualcomm/TDK Epcos（ Fabless ）。
- 第一梯隊：美系廠商為主 Broadcom、Qorvo、Skyworks，村田，中高端市場；
- 第二梯隊：日系廠商 TDK、Taiyo Yuden；
- 第三梯隊：韓臺陸廠，低端市場
圖表 59：射頻前端目前以 IDM為主來源：yole，國金證券研究所
3、未來格局判斷：模組優於分立式，毫米波帶來新玩家，國內廠商迎來機會
頻前端模組化趨勢下，多產品品類佈局廠商將具有更大優勢，技術和客戶壁壘更高。
- 5G 佈局路徑一 ：從 advanced 4G5G sub6G5G mmwave ；以Broadcom / Avago，Skyworks，Qorvo 和 Murata 為代表。
- 5G 佈局路徑二：直接切入 5G mmwave；以高通為代表。前文我們也討論了，除了現在的開關，調諧之外，毫米波有望使用更多的硅基工藝（比如高端 SOI），毫米波硅基工藝有望使英特爾，三星和華為（海思）成為射頻前端新玩家。
- 國內廠商：看好持續國產替代，看好具有模組化能力，或者與模組化能力的廠商合作廠商。
圖表 60：射頻前端廠商產品線分佈來源：yole，國金證券研究所
附錄：國內外射頻前端公司介紹
1、博通（Avago）：產品多元化，BAW 濾波器全球龍頭
Broadcom 是產品多元的全球領先半導體廠商，具有 50 多年創新歷史和技術積累
射頻佈局：2015 年，Avago 以收購 Broadcom，並將母公司改名為Broadcom，Avago 擁有 PA、前端模組和光通訊方案。
客戶：蘋果、三星等主流企業，蘋果業務在博通收入中佔比 15-20%。
圖表 61：博通曆史沿革 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 62：博通收入構成 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 63：博通營收和淨利率 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 64：博通毛利率和淨利率 來源：博通官網，國金證券研究所
2、Skyworks：模組化廠商，蘋果是第一大客戶
Skyworks 通過收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TCSAW 及 FBAR 技術，完善射頻前端產品佈局。公司模組化產品也有比較好的佈局。
客戶：蘋果是公司第一大客戶；整體收入蘋果佔公司 47%；SAW 濾波器，蘋果佔公司收入 39%。
3、Qorvo：實力雄厚的射頻前端精品公司
射頻佈局：2014 年 RFMD 和 TriQuint 合併，組建了射頻方案公司 Qorvo。合併顯著提升了公司實力。GaN/GaAs PA、SAW、BAW、開關、天線等產線齊全，極具競爭力。
客戶：Qorvo 蘋果業務佔比 30-35%；iPhone XR 高頻 PAD 由 QORVO 獨供；
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
圖表 55：5G 對射頻前端的變化來源：yole，國金證券研究所
4G 高端機和旗艦機目前射頻前端價值量是 12-20 美元。據 Gartner 的數據，4G 高端手機射頻前端價值量約 12.5 美元，4G 旗艦級的射頻前端價值量約為 19.2 美元，LTE 旗艦/高端智能手機的 RF 前端美元總內容約為 12-20 美元
圖表 56：不同手機射頻前端價值量測算 (3G/4G)，2018 來源：Gartner，國金證券研究所
5G 智能手機的射頻成本最初很高，明年有望降到 30 美金以下。5G 射頻前端初期價格很高，按目前價格，5G sub 6 的 2T4R 旗艦機，射頻前端價值量將高達 37 美金，根據測算，2020 年年中中高端手機有望降到 28 美金，到2020 年底或 2021 年，5G 滲透率持續下沉，射頻前端價值量有望降到 20 美元出頭。
圖表 57：5G 射頻前端價值量測算 來源：國金證券研究所
競爭格局：海外寡頭壟斷，國內廠商迎來發展機會
1、併購不斷：射頻前端模塊化趨勢+基帶廠商向前端延伸
模塊化趨勢帶動射頻前端廠商產品品類擴張。模塊化趨勢下，各射頻廠商通過各種收併購完善自己的產品線，比如 Murata 收購 Peregrine，Qorvo 由RFMD 與 TriQuint 合併而成，Skyworks 收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TC-SAW 及 FBAR 技術等。
高通、聯發科、展訊等 AP／基帶芯片公司紛紛佈局射頻前端。高通 2014年併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360；聯發科早期曾成立射頻 PA 子公司，2015 投資 PA 公司 Airoha，2019 年入股 vanchip，並解散 Airoha；展訊與銳迪科合併等。
圖表 58：射頻前端廠商收併購不斷來源：yole，國金證券研究所
2、當前競爭格局：美日企業寡頭壟斷，佔據 90%份額
射頻前端目前以 IDM 為主，美系廠商佔據主導。前五大：Murata（IDM）、Skyworks（IDM）、Qorvo（IDM）、Broadcom/Avago（Fabless，除濾波器外）、Qualcomm/TDK Epcos（ Fabless ）。
- 第一梯隊：美系廠商為主 Broadcom、Qorvo、Skyworks，村田，中高端市場；
- 第二梯隊：日系廠商 TDK、Taiyo Yuden；
- 第三梯隊：韓臺陸廠，低端市場
圖表 59：射頻前端目前以 IDM為主來源：yole，國金證券研究所
3、未來格局判斷：模組優於分立式，毫米波帶來新玩家，國內廠商迎來機會
頻前端模組化趨勢下，多產品品類佈局廠商將具有更大優勢，技術和客戶壁壘更高。
- 5G 佈局路徑一 ：從 advanced 4G5G sub6G5G mmwave ；以Broadcom / Avago，Skyworks，Qorvo 和 Murata 為代表。
- 5G 佈局路徑二：直接切入 5G mmwave；以高通為代表。前文我們也討論了，除了現在的開關，調諧之外，毫米波有望使用更多的硅基工藝（比如高端 SOI），毫米波硅基工藝有望使英特爾，三星和華為（海思）成為射頻前端新玩家。
- 國內廠商：看好持續國產替代，看好具有模組化能力，或者與模組化能力的廠商合作廠商。
圖表 60：射頻前端廠商產品線分佈來源：yole，國金證券研究所
附錄：國內外射頻前端公司介紹
1、博通（Avago）：產品多元化，BAW 濾波器全球龍頭
Broadcom 是產品多元的全球領先半導體廠商，具有 50 多年創新歷史和技術積累
射頻佈局：2015 年，Avago 以收購 Broadcom，並將母公司改名為Broadcom，Avago 擁有 PA、前端模組和光通訊方案。
客戶：蘋果、三星等主流企業，蘋果業務在博通收入中佔比 15-20%。
圖表 61：博通曆史沿革 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 62：博通收入構成 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 63：博通營收和淨利率 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 64：博通毛利率和淨利率 來源：博通官網，國金證券研究所
2、Skyworks：模組化廠商，蘋果是第一大客戶
Skyworks 通過收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TCSAW 及 FBAR 技術，完善射頻前端產品佈局。公司模組化產品也有比較好的佈局。
客戶：蘋果是公司第一大客戶；整體收入蘋果佔公司 47%；SAW 濾波器，蘋果佔公司收入 39%。
3、Qorvo：實力雄厚的射頻前端精品公司
射頻佈局：2014 年 RFMD 和 TriQuint 合併，組建了射頻方案公司 Qorvo。合併顯著提升了公司實力。GaN/GaAs PA、SAW、BAW、開關、天線等產線齊全，極具競爭力。
客戶：Qorvo 蘋果業務佔比 30-35%；iPhone XR 高頻 PAD 由 QORVO 獨供；
4、村田：積極佈局射頻前端
村田公司是一家使用性能優異電子原料，設計、製造最先進的電子元器件及多功能高密度模塊的企業。
公司產品下游：公司產品主要是容阻感等被動元件，通信射頻相關的元件；通信，電腦、汽車是三大下游應用；未來 5G 通信以及汽車的電動化和智能化將是公司增長核心驅動；
射頻佈局：2014 年收購 peregine 佈局射頻前端，2016 年收購 primatec佈局 LCP 材料，進軍射頻天線和傳輸領域；
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
圖表 55：5G 對射頻前端的變化來源：yole，國金證券研究所
4G 高端機和旗艦機目前射頻前端價值量是 12-20 美元。據 Gartner 的數據，4G 高端手機射頻前端價值量約 12.5 美元，4G 旗艦級的射頻前端價值量約為 19.2 美元，LTE 旗艦/高端智能手機的 RF 前端美元總內容約為 12-20 美元
圖表 56：不同手機射頻前端價值量測算 (3G/4G)，2018 來源：Gartner，國金證券研究所
5G 智能手機的射頻成本最初很高，明年有望降到 30 美金以下。5G 射頻前端初期價格很高，按目前價格，5G sub 6 的 2T4R 旗艦機，射頻前端價值量將高達 37 美金，根據測算，2020 年年中中高端手機有望降到 28 美金，到2020 年底或 2021 年，5G 滲透率持續下沉，射頻前端價值量有望降到 20 美元出頭。
圖表 57：5G 射頻前端價值量測算 來源：國金證券研究所
競爭格局：海外寡頭壟斷，國內廠商迎來發展機會
1、併購不斷：射頻前端模塊化趨勢+基帶廠商向前端延伸
模塊化趨勢帶動射頻前端廠商產品品類擴張。模塊化趨勢下，各射頻廠商通過各種收併購完善自己的產品線，比如 Murata 收購 Peregrine，Qorvo 由RFMD 與 TriQuint 合併而成，Skyworks 收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TC-SAW 及 FBAR 技術等。
高通、聯發科、展訊等 AP／基帶芯片公司紛紛佈局射頻前端。高通 2014年併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360；聯發科早期曾成立射頻 PA 子公司，2015 投資 PA 公司 Airoha，2019 年入股 vanchip，並解散 Airoha；展訊與銳迪科合併等。
圖表 58：射頻前端廠商收併購不斷來源：yole，國金證券研究所
2、當前競爭格局：美日企業寡頭壟斷，佔據 90%份額
射頻前端目前以 IDM 為主，美系廠商佔據主導。前五大：Murata（IDM）、Skyworks（IDM）、Qorvo（IDM）、Broadcom/Avago（Fabless，除濾波器外）、Qualcomm/TDK Epcos（ Fabless ）。
- 第一梯隊：美系廠商為主 Broadcom、Qorvo、Skyworks，村田，中高端市場；
- 第二梯隊：日系廠商 TDK、Taiyo Yuden；
- 第三梯隊：韓臺陸廠，低端市場
圖表 59：射頻前端目前以 IDM為主來源：yole，國金證券研究所
3、未來格局判斷：模組優於分立式，毫米波帶來新玩家，國內廠商迎來機會
頻前端模組化趨勢下，多產品品類佈局廠商將具有更大優勢，技術和客戶壁壘更高。
- 5G 佈局路徑一 ：從 advanced 4G5G sub6G5G mmwave ；以Broadcom / Avago，Skyworks，Qorvo 和 Murata 為代表。
- 5G 佈局路徑二：直接切入 5G mmwave；以高通為代表。前文我們也討論了，除了現在的開關，調諧之外，毫米波有望使用更多的硅基工藝（比如高端 SOI），毫米波硅基工藝有望使英特爾，三星和華為（海思）成為射頻前端新玩家。
- 國內廠商：看好持續國產替代，看好具有模組化能力，或者與模組化能力的廠商合作廠商。
圖表 60：射頻前端廠商產品線分佈來源：yole，國金證券研究所
附錄：國內外射頻前端公司介紹
1、博通（Avago）：產品多元化，BAW 濾波器全球龍頭
Broadcom 是產品多元的全球領先半導體廠商，具有 50 多年創新歷史和技術積累
射頻佈局：2015 年，Avago 以收購 Broadcom，並將母公司改名為Broadcom，Avago 擁有 PA、前端模組和光通訊方案。
客戶：蘋果、三星等主流企業，蘋果業務在博通收入中佔比 15-20%。
圖表 61：博通曆史沿革 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 62：博通收入構成 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 63：博通營收和淨利率 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 64：博通毛利率和淨利率 來源：博通官網，國金證券研究所
2、Skyworks：模組化廠商，蘋果是第一大客戶
Skyworks 通過收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TCSAW 及 FBAR 技術，完善射頻前端產品佈局。公司模組化產品也有比較好的佈局。
客戶：蘋果是公司第一大客戶；整體收入蘋果佔公司 47%；SAW 濾波器，蘋果佔公司收入 39%。
3、Qorvo：實力雄厚的射頻前端精品公司
射頻佈局：2014 年 RFMD 和 TriQuint 合併，組建了射頻方案公司 Qorvo。合併顯著提升了公司實力。GaN/GaAs PA、SAW、BAW、開關、天線等產線齊全，極具競爭力。
客戶：Qorvo 蘋果業務佔比 30-35%；iPhone XR 高頻 PAD 由 QORVO 獨供；
4、村田：積極佈局射頻前端
村田公司是一家使用性能優異電子原料，設計、製造最先進的電子元器件及多功能高密度模塊的企業。
公司產品下游：公司產品主要是容阻感等被動元件，通信射頻相關的元件；通信，電腦、汽車是三大下游應用；未來 5G 通信以及汽車的電動化和智能化將是公司增長核心驅動；
射頻佈局：2014 年收購 peregine 佈局射頻前端，2016 年收購 primatec佈局 LCP 材料，進軍射頻天線和傳輸領域；
5、高通：射頻前端新玩家，從基帶到射頻全產業鏈佈局
射頻佈局：2014 年，高通併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360，佈局濾波器市場，依靠 TDK 在射頻前端的材料供應與模塊化能力，使高通能提供客戶從 AP 到數據芯片、再到射頻前端完整的解決方案，進而透過綑綁式(AP+基頻+射頻)銷售帶來的高性價比優勢。
客戶：目前高通射頻前端在主流產品中應用較少，5G 時代由於全產業鏈佈局的優勢，有望提升競爭力。該公司今年早些時候宣佈，包括 OPPO，小米，VIVO，LG，索尼，中興在內的 18 家 OEM 合作伙伴已採用其用於 5G 智能手機的 X50 5G NR 調制解調器，將於 2019 年推出。未來高通公司的 RF 產品組合有望在解決與智能手機 OEM（不包括 Apple，三星和華為）相關的 RF TAM佔據一定份額 。
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
圖表 55：5G 對射頻前端的變化來源：yole，國金證券研究所
4G 高端機和旗艦機目前射頻前端價值量是 12-20 美元。據 Gartner 的數據，4G 高端手機射頻前端價值量約 12.5 美元，4G 旗艦級的射頻前端價值量約為 19.2 美元，LTE 旗艦/高端智能手機的 RF 前端美元總內容約為 12-20 美元
圖表 56：不同手機射頻前端價值量測算 (3G/4G)，2018 來源：Gartner，國金證券研究所
5G 智能手機的射頻成本最初很高，明年有望降到 30 美金以下。5G 射頻前端初期價格很高，按目前價格，5G sub 6 的 2T4R 旗艦機，射頻前端價值量將高達 37 美金，根據測算，2020 年年中中高端手機有望降到 28 美金，到2020 年底或 2021 年，5G 滲透率持續下沉，射頻前端價值量有望降到 20 美元出頭。
圖表 57：5G 射頻前端價值量測算 來源：國金證券研究所
競爭格局：海外寡頭壟斷，國內廠商迎來發展機會
1、併購不斷：射頻前端模塊化趨勢+基帶廠商向前端延伸
模塊化趨勢帶動射頻前端廠商產品品類擴張。模塊化趨勢下，各射頻廠商通過各種收併購完善自己的產品線，比如 Murata 收購 Peregrine，Qorvo 由RFMD 與 TriQuint 合併而成，Skyworks 收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TC-SAW 及 FBAR 技術等。
高通、聯發科、展訊等 AP／基帶芯片公司紛紛佈局射頻前端。高通 2014年併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360；聯發科早期曾成立射頻 PA 子公司，2015 投資 PA 公司 Airoha，2019 年入股 vanchip，並解散 Airoha；展訊與銳迪科合併等。
圖表 58：射頻前端廠商收併購不斷來源：yole，國金證券研究所
2、當前競爭格局：美日企業寡頭壟斷，佔據 90%份額
射頻前端目前以 IDM 為主，美系廠商佔據主導。前五大：Murata（IDM）、Skyworks（IDM）、Qorvo（IDM）、Broadcom/Avago（Fabless，除濾波器外）、Qualcomm/TDK Epcos（ Fabless ）。
- 第一梯隊：美系廠商為主 Broadcom、Qorvo、Skyworks，村田，中高端市場；
- 第二梯隊：日系廠商 TDK、Taiyo Yuden；
- 第三梯隊：韓臺陸廠，低端市場
圖表 59：射頻前端目前以 IDM為主來源：yole，國金證券研究所
3、未來格局判斷：模組優於分立式，毫米波帶來新玩家，國內廠商迎來機會
頻前端模組化趨勢下，多產品品類佈局廠商將具有更大優勢，技術和客戶壁壘更高。
- 5G 佈局路徑一 ：從 advanced 4G5G sub6G5G mmwave ；以Broadcom / Avago，Skyworks，Qorvo 和 Murata 為代表。
- 5G 佈局路徑二：直接切入 5G mmwave；以高通為代表。前文我們也討論了，除了現在的開關，調諧之外，毫米波有望使用更多的硅基工藝（比如高端 SOI），毫米波硅基工藝有望使英特爾，三星和華為（海思）成為射頻前端新玩家。
- 國內廠商：看好持續國產替代，看好具有模組化能力，或者與模組化能力的廠商合作廠商。
圖表 60：射頻前端廠商產品線分佈來源：yole，國金證券研究所
附錄：國內外射頻前端公司介紹
1、博通（Avago）：產品多元化，BAW 濾波器全球龍頭
Broadcom 是產品多元的全球領先半導體廠商，具有 50 多年創新歷史和技術積累
射頻佈局：2015 年，Avago 以收購 Broadcom，並將母公司改名為Broadcom，Avago 擁有 PA、前端模組和光通訊方案。
客戶：蘋果、三星等主流企業，蘋果業務在博通收入中佔比 15-20%。
圖表 61：博通曆史沿革 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 62：博通收入構成 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 63：博通營收和淨利率 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 64：博通毛利率和淨利率 來源：博通官網，國金證券研究所
2、Skyworks：模組化廠商，蘋果是第一大客戶
Skyworks 通過收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TCSAW 及 FBAR 技術，完善射頻前端產品佈局。公司模組化產品也有比較好的佈局。
客戶：蘋果是公司第一大客戶；整體收入蘋果佔公司 47%；SAW 濾波器，蘋果佔公司收入 39%。
3、Qorvo：實力雄厚的射頻前端精品公司
射頻佈局：2014 年 RFMD 和 TriQuint 合併，組建了射頻方案公司 Qorvo。合併顯著提升了公司實力。GaN/GaAs PA、SAW、BAW、開關、天線等產線齊全，極具競爭力。
客戶：Qorvo 蘋果業務佔比 30-35%；iPhone XR 高頻 PAD 由 QORVO 獨供；
4、村田：積極佈局射頻前端
村田公司是一家使用性能優異電子原料，設計、製造最先進的電子元器件及多功能高密度模塊的企業。
公司產品下游：公司產品主要是容阻感等被動元件，通信射頻相關的元件；通信，電腦、汽車是三大下游應用；未來 5G 通信以及汽車的電動化和智能化將是公司增長核心驅動；
射頻佈局：2014 年收購 peregine 佈局射頻前端，2016 年收購 primatec佈局 LCP 材料，進軍射頻天線和傳輸領域；
5、高通：射頻前端新玩家，從基帶到射頻全產業鏈佈局
射頻佈局：2014 年，高通併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360，佈局濾波器市場，依靠 TDK 在射頻前端的材料供應與模塊化能力，使高通能提供客戶從 AP 到數據芯片、再到射頻前端完整的解決方案，進而透過綑綁式(AP+基頻+射頻)銷售帶來的高性價比優勢。
客戶：目前高通射頻前端在主流產品中應用較少，5G 時代由於全產業鏈佈局的優勢，有望提升競爭力。該公司今年早些時候宣佈，包括 OPPO，小米，VIVO，LG，索尼，中興在內的 18 家 OEM 合作伙伴已採用其用於 5G 智能手機的 X50 5G NR 調制解調器，將於 2019 年推出。未來高通公司的 RF 產品組合有望在解決與智能手機 OEM（不包括 Apple，三星和華為）相關的 RF TAM佔據一定份額 。
圖表 75：高通的 5G 方案來源：digitimes，國金證券研究所
6、國內射頻前端廠商一覽
來源：內容來自「國金證券」，謝謝。
射頻前端介於天線和射頻收發之間，是終端通信的核心組成器件。手機通信模塊主要由天線、射頻前端、射頻收發、基帶構成，其中射頻前端是指介於天線與射頻收發之間的通信元件，包括：濾波器、LNA（(低噪聲放大器，Low Noise Amplifier)、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開關、天線調諧。
濾波器：用來濾除消除噪聲，干擾和不需要的信號，從而只留下所需頻率範圍內的信號。雙工器，三工器，四工器和多路複用器通常採用多個濾波器的組合，手機中使用的濾波器主要採用 SAW（表面聲波）和 BAW（體聲波）兩種技術製造。
PA：在發射信號時通過 PA 放大輸入信號，使得輸出信號的幅度足夠大以便後續處理。PA 質量和效率因此對手機的信號完整性和電池壽命至關重要。用於放大接收信號的稱為低噪聲放大器（LNA）。
開關：開關在打開和關閉之間切換，允許信號通過或不通過。可分為：單刀單擲、單刀雙擲、多刀多擲開關。
天線調諧器：天線調諧器位於天線之後但在信號路徑的末端之前，使得兩側的電特性彼此匹配以改善它們之間的功率傳輸。由於實現匹配的方式因信號頻率而異，因此該設備必須是可調的。
從具體信號傳輸路徑來說：
信號接收路徑：天線（接收信號）→開關&濾波器→LNA（小信號放大）→射頻收發基帶。
信號發射路徑：基帶→射頻收發→PA（功率放大器）→開關&濾波器→天線（發射信號）。
圖表 1：手機通信基本原理
通信技術升級，射頻前端價值量倍增
每一代蜂窩技術都會帶來新技術和新的射頻前端價值量。回顧從 2G 到 4G技術的發展，每一代蜂窩都帶來了新的技術，從 2G 到 3G 增加了接收分集，3G 到 4G 增加了載波聚合，更高的頻段和 wifi 的 2x2 MIMO（Multi-input Multioutput），4.5G 的進一步升級由增加了超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。更多的頻段，更多的技術帶來了相應的射頻前端元器件的價值量不斷增加。
圖表 2：每一代蜂窩技術升級帶來新技術和射頻前端價值量提升來源：yole，國金證券研究所
價值量來看：① 2G到4G，射頻前端單機價值量增長超10 倍，②4G到5G，射頻前端單機價值量增長有望超三倍。
- 2G：平均成本<1 美金，結構簡單，只需要 1 個 PA 搭配一組濾波器及天線開關就可運行；
- 3G：平均成本 2.6 美金，增加了接收線路，相應的元件用量增加。
- 4G：平均成本 7.2 美金，頻段數量不斷增加，元件數量與複雜度遠較2G/3G 終端更大。
- 4.5G：平均成本 16.35 美金，更多載波聚合增加了更多的元件。
- 5G：平均成本>50 美金，頻段更提升至 6GHz 及毫米波段，帶來更多射頻元件以及更多高價值量的射頻元件。
圖表 3：手機中射頻前端單機用量和價值量
5G 網絡分步演進，終端芯片走向集成
網絡端，從NSA（非獨立組網）到獨立組網（SA）。5G網絡建設分兩步，早期5G部署將會使用非獨立組網的方式，即利用4G的核心網絡進行5G的覆蓋，同時兼容4G，該架構將逐漸升級到獨立組網（SA）。
圖表 4：5G 的 NSA 和 SA來源：高通，國金證券研究所
為了節省成本、空間和功耗，5G SoC 和 5G 射頻芯片的集成將會是趨勢， 而 5G 智能型手機設計有三個演進階段：
第一階段：初期 5G 與 4G LTE 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。5G 技術多來自 LTE-Advanced Pro 的演進發展，但 4G 和 5G 兩者的編碼方式不同，且使用的頻段各異，因此，初期5G與 4G 數據的傳輸將以各自獨立的方式存在。智能型手機部分將是 1 個 7 納米(nm)製程的 AP 與 4G LTE(包含 2G/3G)基頻芯片的 SoC，並配置一組射頻芯片(RFIC)。而支持 5G 數據 傳輸端則完全是另一個獨立配置存在，包括一個 10nm 製程、能同時支持 Sub-6GHz 及毫米波段的 5G 基頻芯片，前端配置 2 個獨立的射頻元件，包括一個支持 5G Sub-6GHz 射 頻 IC，另一個支持毫米波射頻前端天線模塊。
第二階段：5G 智能型手機市場仍處於早期階段，加上製程良率與成本等考量，主流配置仍會是一顆獨立 AP 與一個體積更小的 4G/5G 基 帶芯片。
第三階段：將會實現 AP 與 4G/5G 基頻芯片 SoC 的解決方案，LTE與 Sub-6GHz 射頻 IC 也可望進一步集成。而毫米波射頻前端仍必須以獨立模塊存在。
圖表 5：5G 手機三個階段的演進來源：digitimes，國金證券研究所
2019 年是 5G 手機元年，2020 年有望加速滲透
2019 年是 5G 手機元年， sub 6G 手機 2020 年開始加速滲透。在營運商網絡部署初期，毫米波手機使用效益相對較低，同時由於成本與體積問題的存在，預計 2019-2022 年將以 Sub 6G 為主。
圖表 6：手機銷量預測來源：yole，國金證券研究所
為什麼看好 2020 年 5G 加速滲透？
需求端：2019年下半年的換機需求有一部分會遞延到明年購買 5G 手機；
供給端：2019 年下半年的去庫存和明年補庫存。2019 年下半年手機廠商一定會大規模的去 4G 手機的庫存，因為到明後年這部分機型很難賣出去了；同時，到明後年，5G 手機相對成熟，又要開始一波補庫存。
價格端：5G 手機售價往中低端滲透推動 5G 手機加速滲透，華為 Mate 20X 5G 手機售價六千多價格低於預期，我們認為這是一個很好的信號，預計國內5G 手機的滲透到 2020 年中有望到 3000 元以上的機型，到 2020 年底 2021 年將滲透到 2000 元以上的機型。儘管手機整體市場增長放緩，但由於射頻元件隨著網絡升級是累加的，隨著 LTE-A Pro 複雜度的提升和 5G 射頻元件的增加，射頻前端市場仍然會持續高增長。
在中性假設下，假設 5G 手機滲透率與 4G 同步，2020 年全球的 5G 手機銷量 1.8-1.9 億部，國內至少 8000 萬以上。樂觀假設下：參考目前國內各廠商的 forecast 和假設蘋果三款 5G 手機，國產品牌 2020 年 5G 手機加總超過 1.5億部，樂觀情況下，2020 年全球的 5G 手機銷量將接近 2.5 億部，5G baseband/ap 和 射頻前端半導體， 有可能準備 2.8-3.0 億顆。
圖表 7：5G 手機銷量中性預測 來源：yole，國金證券研究所
5G 射頻前端：變化中的機會
1、5G 核心技術：CA、MIMO、調製方案
5G 技術變化比較多，我們會聽到很多相關名詞，比如載波聚合、massive MIMO，高階 QAM（（正交振幅調製，rature Amplitude Modulation）等等。事實上整個通信技術的升級都是圍繞著香農定理，而相關的技術升級也是圍繞是香農公式提高係數①②③信道容量 C，具體來說：
- 增加係數①的物理含義是：增加 MIMO 數和增加基站密度（超密集組網）；
- 增加係數②的物理含義是：增加頻譜寬度，一種是使用新的頻段，比如增加 sub6 G 和毫米波段的新頻譜，或者是 CA（載波聚合）的方式提升頻譜使用效率。
- 增加係數③的物理含義是：提高信噪比，主要是通過更高階的 QAM調製方式。
圖表 8：5G 核心技術 來源：yole，國金證券研究所
2、sub 6G：核心技術給射頻前端帶來的變化
（1）MIMO：增加獨立射頻通道，增加天線調諧和天線開關
MIMO：是一種使用多根天線發送信號和多根天線來接收信號的傳輸技術。實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。這種技術又被稱為空間複用，每個天線單獨饋點。5G-Sub 6G 將增加更多的 MIMO，4x4 下行鏈路 MIMO 將 是 5G 的強制要求。
圖表 9：MIMO 原理 來源：微波射頻網，國金證券研究所
對射頻器件的影響：
需要更多的天線和更多的獨立射頻通道，相應射頻前端元件同步增加。5G sub 6G 手機端，4x4 下行鏈路 MIMO 將是強制要求，可能會是1T4R（NSA）或者 2T4R（SA），這對已經支持可選下行 4x4 LTE MIMO 的手機設計，這種改變並不明顯，對於其他許多手機需要大幅增加射頻器件（LNA，開關、濾波器等）、信號路由複雜性和天線帶寬，需要 4 根天線和 4 個獨立的射頻通道。如果考慮上行 MIMO，增加的元器件更多（PA，開關，濾波器等）。
高性能的天線調諧（antenna tuner）和天線轉換開關用量增加。更多的 MIMO 需要增加更多的天線，但是由於手機空間有限，單臺手機可裝載的天線數量有限，因此需要使每根天線能夠高效地支持更寬的頻率範圍，將天線數量保持在可承受範圍內。①更多的 antenna tuner 來提高輻射效率；②由於增加的天線數量有限，需要高性能天線轉換開關能夠最大化信號連接的數量，因此天線開關的數量也會增加。
圖表 10：RF 器件增加智能手機中可用天線容量和天線數量會受限來源：Qorvo，國金證券研究所
（2）更多的 CA和更高的頻段：頻段數不斷增加
根據本章第一小節的分析，提升頻譜寬度能提高信道容量，進而提升傳輸速率。而提升頻譜寬度有兩種方式，一種是通過載波聚合（CA）提高頻譜使用效率；另一種是發展新的頻譜。
載波聚合（CA）
載波聚合（CA）提升頻譜使用效率。CA 是將多個載波聚合成一個更寬的頻譜，同時可以把不連續的頻譜碎片聚合到一起，提高傳輸速率和頻譜使用效率。可分為：帶間載波聚合、帶內載波聚合（連續/不連續）。
圖表 11：載波聚合的原理和分類 來源：3GPP，國金證券研究所
載波聚合帶來頻段數的大幅增加。從 4G LTE4G到 4G LTE-Advanced Pro，載波聚合組合的數量呈指數級增長，頻段數也快速增加，從 4G LTE 的 66 個增加到 4G LTE-Advanced Pro 1000 多個，5G 將帶來更多的載波聚合，預計總頻段數將超過 1 萬個。
圖表 12：更多的載波聚合使得 5G 頻段數激增 來源：digitimes，國金證券研究所
載波聚合對射頻前端的影響：
- 天線開關數增加；由於載波聚合帶來了頻段數量的大幅度增加，但是不會帶來天線數量的增加，因此天線開關數量會增加。
- 濾波器數量大幅增加；濾波器的數量會大幅增加，因為載波聚合會帶來頻段數的增加，而增加一個頻段需要增加至少 2-3 個濾波器。
- PA和 LNA不一定會增加，其他開關數也會增加。因為 PA 和 LNA 帶寬比較寬，可以多個頻段共用，用開關切換，因此相應的 PA、LNA 的開關數也會增加。
發展新頻譜使用資源
發展新頻譜使用資源是通信技術發展的持續推動的方向。例如 2G 僅使用900MHz、1800MHz 兩個頻段，3G 新增 1.9GHz、2.1GHz、2.6GHz等幾個主要頻段，而 4G 通訊發展至今已定義多達 60 多個頻段。5G NR 已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
新的頻譜資源開發有朝更高頻段、更大頻譜使用範圍發展的趨勢，5G 通訊使用更高的頻段，一方面是尋求更多可作為全球通訊使用的頻段，二方面是高頻段擁有更寬廣的頻譜資源，能提供 Gbps 級傳輸應用服務。如 4G LTE 移動通信技術使用頻段從 700MHz 橫跨至 3.5GHz，而在 Rel.15 版本的 5G NR已定義的頻譜範圍則提高至 6GHz(FR1)，及過去蜂巢式行動網絡從未使用過的毫米波段(FR2)。
圖表 13：網絡升級，頻率不斷升高 來源：digitimes，yole，qorvo，國金證券研究所
5G 新頻譜對射頻前端的影響：
①更多更高的頻段：
- 更多的頻段帶來射頻元件的同步增加。
- 濾波器：BAW/FBAR 用量的增加。
由於 SAW 只支持 2G 以內的頻段，因此 5G-sub 6G 將帶來適合 2G以上高頻段的 BAW/FBAR 用量的增加；
②更大的帶寬：最大單通道帶寬由 4G 的 20 MHz 變為 5G sub6 的 100MHz。
- 在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperatrue Co-fired Ceramic）陶瓷濾波器。帶寬變得越寬，濾波器的一致性難度提升，溫漂問題難度增大，在一定情況下需要使用適合大帶寬的 LTCC 陶瓷濾波器。
- PA性能提升，需要覆蓋更大的帶寬。
③更高階 的 QAM 調製：射頻前端性能提升
QAM 調製又叫正交幅度調製，把多進位與正交載波技術結合起來，進一步提高頻帶利用率。更高階的 QAM 調製可以提升傳輸速率，256QAM 調製的速度是 64QAM 調製的 1.3 倍。5G 將會使用更高階的 QAM 調製。
圖表 14：不同的調製 來源：3GPP，國金證券研究所
圖表 15：更高階的 QAM調製可以提升傳輸速率 來源：digitimes，國金證券研究所
更高階的 QAM 調製對射頻前端的影響：
PA等射頻器件需要更高線性度等性能。
QAM 調製點的數量越多，發送的信息越多，頻譜效率越高。但點數越多，它們在載波上的幅度越接近，信號越可能受到噪音或干擾。RF 組件的性能必須提高。比如 QAM256 調製將需要更高的 PA 線性度。此 外滿足這些 PA 性能要求可能會帶來功耗上的挑戰。
3、毫米波：革命性的變化
毫米波射頻前端和天線整合成毫米波（mmWave）天線模塊。毫米波射頻模塊不僅可以集成 PA，濾波器，開關和 LNA，還可以集成天線和天線調諧器，最終通過 AiP 或 AoP 技術封裝成毫米波天線模組，在這個模組內把天線預先整合好，提前做好天線的調整工作，讓所有器件都能更智能地協同工作，從而很容易形成波束，保障信息傳輸質量。
圖表 16：LCP 封裝整合射頻前端模組，高通 QTM052 天線模組 來源：digitimes，yole，國金證券研究所
毫米波帶來工藝和材料升級。濾波器：由於 BAW 目前一般支持頻段 6G以內，因此毫米波段有望使用 IPD 或者陶瓷等技術；PA&LNA&開關：毫米波段的應用將會採用更多 advanced SOI 技術。
圖表 17：毫米波帶來工藝和材料升級 來源：GTI，國金證券研究所
4、射頻前端半導體：模塊化是必然趨勢
射頻前端半導體模塊化是趨勢。由於智能型手機空間有限，而元件增加，射頻前端元件模塊化是必然趨勢。4G 時代集成度不同的射頻前端模組種類較多，比如 ASM，FEMiD，PAMiD 等等。目前模組化程度最高的是 PAMiD，由於 PA使用 GaAs HBT，LNA 和射頻開關使用的 RFSOI等，濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
圖表 18：射頻前端模塊化程度不斷提升 來源：murata，，國金證券研究所
圖表 19：不同的射頻前端模塊 來源：murata，國金證券研究所
複雜度提升，空間有限，促進模塊化趨勢
隨著通信技術的升級，手機射頻前端的複雜度不斷提升。如下圖 iPhone和 Android LTE RFFE 的設計演變。LTE 演進的下一步功能更高設備中引入更高階調製（256QAM），將 3x20MHz 系統的最大理論吞吐量推至 600mbps 或速度提高 33％。此外，不久之後實施了 4x4 MIMO 天線佈局。同樣，這些進步增加了 RFFE 整體的複雜性。
圖表 20：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：IHS，國金證券研究所
分配給射頻前端的 PCB 板面積沒有增加，模塊化成必然趨勢。儘管射頻前端的用量和複雜性急劇增加，但分配給該功能的 PCB 空間量卻不斷下降，通過模塊化提高前端器件的密度成為趨勢。
圖表 21：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：IHS，國金證券研究所
圖表 22：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
目前射頻組件中模塊佔市場的 30%，未來比例會逐漸上升。根據 Navian估計模塊現在佔 RF 組件市場的約 30％，在模塊化趨勢下，該比率將在未來逐漸上升。從村田濾波器出貨來看，模塊中濾波器出貨佔比目前超過了 50％，預 計未來比例也將逐步增加。
圖表 23：模塊化趨勢下射頻功能的 PCB 密度不斷提升 來源：Navian，國金證券研究所
圖表 24：射頻前端模塊化趨勢 來源：murata，國金證券研究所
蘋果，三星，華為，小米等大部分手機都有不同程度的模塊化。按面積來看，以 iPhone X為例，模塊化射頻器件的面積佔比接近了百分之五十。以三星為例，2012 年三星 Galaxy SIII 中只有 6％的主要射頻元件集成在模塊中，而這些元件占射頻前端 BOM 成本的 26％（不包括 RF 收發器）。相比之下，模塊化組件佔三星 Galaxy S8 Plus 中射頻前端 BOM 的 87％。
不同材料的模塊化以及減少射頻器件之間的干擾是難點。射頻前端器件總體分為兩種工藝，一種是半導體工藝（PA/LNA/開關），另一種是 MEMS 工藝（濾波器）。由於 PA 使用 GaAs HBT，LNA 使用 GaAs/SiGe，射頻開關使用RF SOI 都是屬於半導體工藝，而濾波器採用 MEMS 工藝，因此濾波器的集成是難點。
3G/4G 會是分立式和模塊式並存，5G 增量部分大部分都是模塊3G/4G 時代射頻前端集成度取決於設計和性價比，分立式和模塊並存。出於空間的考慮，4G 高端機需要部分射頻器件採取模塊形式，但是射頻前端模塊成本相對會高，因此低端機主要是分立式的。一般來說射頻集成度與其他類似設計和定價的智能手機中的射頻部分的成本是直接相關的。
5G 時代新增的大部分是模塊，且集成度將不斷提升。模塊化趨勢，5G 新增大部分是 PAMiD、PA+FEMiD、DRM 模塊。由於手機空間有限，而 5G 需要增加大量的射頻前端器件，因此，對於 5G 頻段新增的射頻前端器件，主要是模塊形式，除了一部分antenna plexer，小開關，天線調諧開關等之外，大部分的增量都是模塊。
射頻模塊裡的集成度也在不斷提升。最開始用於低（大約<1GHz），中（~1-2GHz）和高頻（~2-3GHz）頻率的射頻器件被封裝在三個單獨的模塊中。之後低頻段模塊擴展到 600MHz，中頻和高頻模塊合二為一。模塊中集成的器件也越來越多，超高頻（~3-6GHz）模塊將會支持現有的 LTE 頻段和 5G 帶來的新頻段。毫米波將是顛覆性的變化，將天線和射頻前端集成在一個模塊當中。
圖表 27：射頻前端模塊化趨勢 來源：yole，國金證券研究所
PA 模塊 skyworks 佔領先，avago 在高端 PA 模塊中保持著強勢地位，接收分集模塊村田出貨最大。由於 PA 市場主要是由 Qorvo，Avago，skyworks 佔據，因此 PA 模塊這三家佔比最高，其中 skyworks 中低頻模塊出貨量較大，而 avago 則在中高頻高端 PA 模塊市場佔據強勢地位，而接收分集模塊村田出貨最大。
4G 到 5G 射頻前端空間測算：結構性的增長
1、整體高增長：元件數量+複雜度大增，市場空間翻倍增長
全球射頻前端市場空間到 2022 年將超 300 億美元，複合增速高達 14%。正如我們前一章討論的，5G 技術的升級和變化帶來射頻前端行器件數量和價值量的提升，全球射頻前端市場將由 2017 年的 151 億美元，增加到 2023 年的352 億美元，年複合增速高達 14%。
圖表 30：手機射頻前端的複雜度不斷增加 來源：yole，國金證券研究所
2、結構性：濾波器>LNA/開關/調諧>PA
射頻前端價值量增長具有結構性，濾波器、開關等未來增速最快。射頻前端器件雖然整體是高增長的，但是不同的射頻前端器件增長也是結構性的。其中濾波器由於跟頻段數相關，增加頻段就要增加濾波器，因此濾波器未來幾年複合增速高達 19%，而 PA 由於是化合物半導體工藝，帶寬較寬，因此可以多個頻段共用一個 PA，數量上增速相對緩慢。
圖表 31：射頻前端結構性增長 來源：yole，國金證券研究所
（1）濾波器：增速最快，貢獻了射頻前端 70%的增量
聲學濾波器 SAW 和 BAW 濾波器目前是主流，SAW 成本低佔據 73%市場，BAW 更高頻率。手機端的濾波器主要以聲學濾波器為主，包括 SAW，TCSAW（溫度性能改進的 SAW），BAW/FBAR 等。在 SAW 和 BAW 之間，成本和高頻性能是兩個主要參考因素， BAW 因為在高頻下具有更好的隔離度和插損，因此高頻性能較好，SAW 由於成本更低價格更便宜，目前仍然佔據濾波器市場的大部分，根據 Resonant 的預測數據，SAW 濾波器目前佔終端濾波器市場高達 73%。
圖表 32：不同濾波器佔比以及性能對比情況 來源：yole，國金證券研究所
Avago 等美系廠商佔比 90%以上 BAW 的市場，SAW 則由村田為代表的日系廠商主導。在供應格局方面，BAW 濾波器領域 Avago 是龍頭，市佔率 60%左右，其次是 Qorvo 佔比 30%。而 SAW 濾波器領域，村田是龍頭佔據了 50%的份額，另外兩家日本供應商 Taiyo Yuden 和 TDK 緊隨其後。
圖表 33：BAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
圖表 34：SAW 濾波器市場份額 來源：qorvo，國金證券研究所
5G sub 6G增量：sub 6G主要以 LTCC 和 BAW 為主要的增量。5G 新頻段有兩個特點，一個頻率更高，另一個帶寬更寬，因此對於 5G 新增濾波器，BAW / FBAR 濾波器可以處理高達 6GHz 的頻率，具有低損耗特性，帶外抑制好，適用於相鄰的頻譜之間的濾波。而傳統的聲學濾波器目前不適應極寬的帶寬，需要更寬帶寬的情況下 LTCC 濾波器將會是選擇方案。
圖表 35：5G 射頻濾波器發展路徑 來源：murata，國金證券研究所
核心驅動：CA+頻段增加，濾波器用量跟頻段線性相關，一個頻段對應至少 1-2 個以上的濾波器。濾波器不論從數量和價值量上來看都是增長最快的。①從價值量上來看，濾波器增長強勁，雙工器和多工器佔比提升，整個濾波器價值量將由 2018 年的 92 億美金增加到 2025 年的 280 億美金，2025 年將佔射頻市場的 70%。②從量上來看，增長也非常快，出貨量將佔 2025 年射頻市場的 72%。
5G 毫米波增量：IPD 和陶瓷濾波器將可能會是選擇。Skyworks 在其 5G白皮書中有提到類似觀點，並不認為聲學濾波器也可以解決毫米波的問題，將無源器件集成到硅，玻璃或陶瓷襯底中的 IPD（集成無源器件）濾波器將會是選擇。
圖表 38：毫米波時代的濾波器技術 來源：skyworks，國金證券研究所
（2）PA：整體增長相對平緩PA 數量增加有限，價值量有提升。
PA 主要是對發射的射頻信號進行功率放大，因此 5G 增加信號發射鏈路就需要增加 PA，但是因為 PA 帶寬較寬，可以多個頻段共用，比如採用多模多頻的 PA，因此，①從量上來看，PA 沒有什麼增長，主要多模多頻 PA 的整合程度提高以及低端手機市場（2G 手機）的減少。②整體價值量有一定增長，因為多模多頻 PA 價值量更高，PA 的價值量將由 2018 年的 44.5 億美金增加到 2022年的 50 億美金。
Skyworks，Avago，Qorvo 是 PA 的三大玩家。PA 是屬於射頻前端中的有源器件，設計製造難度較大，目前 skyworks 是全球第一大供應商，Avago和 Qorvo 位列二三，三家公司佔據了全球手機 PA 市場的 80-90％，成為寡頭壟斷。
圖表 41：全球 PA 市場份額 來源：skyworks，qorvo，國金證券研究所
GaAs 將仍然是高端 PA的首選技術，毫米波可能採用 SOI PA。目前砷化鎵 PA 依然是主流，隨著 LTE Pro 和 5G Sub 6G 的要求的提升，GaAs 滲透率也將提升。雖然 CMOS PA 越來越成熟並有集成的優勢但是因為參數性能的影響，它只適用於低端市場，而毫米波可能會採用 SOI PA。
圖表 42：不同 PA 技術的佔比變化 來源：yole，國金證券研究所
5G 對 PA 提出了新的要求。為了支持 5G Sub 6G 新技術，需要新增超高頻的 PA，比如 2T4R 中 2x2 的上行 MIMO 就需要增加額外的 PA，5G 更大的帶寬對 PA 提出了新的功耗要求，同時需要更高的線性度，PA 的功耗控制，結構封裝中的熱管理也變得更加重要。
（3）開關：快速增長，SOI 是首選技術
手機中天線開關用量非常多，種類也很多，按結構可以分為單刀雙擲，單刀多擲，多刀多擲開關，按用途可以分為 Tx-Rx 開關，Atenna Cross 開關，Rx開關等。
圖表 43：射頻前端中的開關 來源：yole，國金證券研究所
射頻開關將迎來強勁的增長，無論是僅用於 Rx還是用於 Rx / Tx。不論是價值量和數量，射頻開關都將迎來高增長，全球射頻開關市場空間將由 2018年的 14.5 億美金增加到 2025 年 23 億美金，其中 Rx / Tx 開關的增長將來自MIMO 的分集天線處的 Tx使用和由於 CA 和更多頻段帶來的天線切換數增加。
SOI 仍然是射頻開關的首選技術，RF MEMS 技術將進入高端天線開關市場。從技術上來看，目前 SOI 仍然是射頻開關的首選技術，由於 Bulk-CMOS為了可能會逐漸退出市場，而 RF MEMS 技術將在 2019 年開始滲透，並在高端天線開關市場穩步增長。
圖表 46：射頻前端中的開關材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
（4）天線調諧：隨著天線數量和複雜度提升高速增長
天線設計挑戰增多，天線調諧用量增加。①4G 時代由於全面屏的推廣，攝像頭增多等，使得天線淨空變小，天線設計難度增長效率變低，需要越來越多的調諧開關提升天線性能。②5G 給天線設計帶來更多的挑戰，從 4G 開始到現在的 5G，MIMO 逐漸增加，頻段也越來越多，這就帶來天線的增加，在Sub-6Ghz 的時候，需要 8 到 10 個天線，但到了毫米波時代，手機天線會增加到 10 到 12 根甚至更多，在天線數量增加的同時，留給天線的空間卻越來越小，需要類似孔徑調諧（Aperture Tuning）、阻抗調諧(Impedance Matching)和更小的天線解決方案和低損耗的調諧來解決。
天線調諧用量快速增長。隨著 5G 4x4 MIMO 和 8x8 MIMO 架構帶來的更多的天線數量和天線設計難度增加，天線調諧開關用量快速增加，需要更多的孔徑調諧提升天線帶寬，更多的阻抗調諧提升天線輻射效率。天線調諧開關市場將從 2018 年的 4.5 億美金增加到 2025 年的 12.3 億美金。目前孔徑調諧器佔總體積的 75％以上，但阻抗調諧市場將迅速增長，2025 年將佔整個天線調諧開關市場的 70％。
天線調諧開關技術路徑 SOI 是主流，RF MEMS 份額也將逐漸提升。SOI是主流技術，被 Qorvo（Qorvo 佔目前調諧市場 70%）和 Skyworks 等大廠商所使用。Cavendish Kinetics（CK）等廠商的 RF MEMS 工藝損耗非常低，獲得市場認可，份額也在逐漸提升。
表 51：射頻前端中的天線調諧開關技術的變化來源：yole，國金證券研究所
（5）LNA：隨著接收通路增加穩定增長
LNA 市場將穩步增長，特別是因為新增了接收通路。LNA 主要是用於接收信號時進行小信號放大，以便降低到收發器的線路上的 SNR。3G/4G 時，有部分 LNA 是集成在射頻收發裡面的，沒有單獨的 LNA，因此 LNA 市場空間較小，2017 年開始快速增長，由於 LTE Adv Pro 和 5G Sub-6 GHz更嚴高的要求，主頻段通信被要求具有 LNA。
圖表 52：LNA 市場空間 來源：yole，國金證券研究所
圖表 53：LNA 出貨量預測 來源：yole，國金證券研究所
LNA 目前以 SiGe 為主，長期來看，特別是毫米波，基於 SOI 的 LNA 將成為主流。目前 iPhone 等主流手機上的 LNA 主要來自英飛凌和 Skyworks，並且由 SiGe 製成， SOI LNA 由於良好的性能和更低的成本，並且更好整合，將有可能成本 LNA 的趨勢，特別是毫米波。SOI LNA 與 SOI 開關的模組已於2017 年開始使用。
圖表 54：射頻前端中的 LNA 材料的變化 來源：yole，國金證券研究所
3、5G 手機射頻前端半導體價值量拆分以及測算
5G 射頻端變化
5G 新增上行 4X4 的 MIMO 需要增加至少 4 根天線，相應的天線調諧開關和其他開關數量增加。接收分集模塊會增加。
更多的頻段，更多的 CA 需要更多的開關，合路器，多工器（濾波器）。
5G Sub 6G 還需要 1 個或 2 個超高頻的 PAMiD 模塊（例如，支持n77 / n78 和 n79，n41 需要額外的一個），DRx（接收分集模塊）和其他一些開關、調諧等在 1T4R 的情況下也需要增加。在 2T4R 的情況下，需要再添加一組 6GHz以下的超高頻的 PAMiD 模塊。
對於毫米波（mmWave），一般需要 3-4 個 mmWave 模塊。
濾波器，開關和天線的數量也將增加。
圖表 55：5G 對射頻前端的變化來源：yole，國金證券研究所
4G 高端機和旗艦機目前射頻前端價值量是 12-20 美元。據 Gartner 的數據，4G 高端手機射頻前端價值量約 12.5 美元，4G 旗艦級的射頻前端價值量約為 19.2 美元，LTE 旗艦/高端智能手機的 RF 前端美元總內容約為 12-20 美元
圖表 56：不同手機射頻前端價值量測算 (3G/4G)，2018 來源：Gartner，國金證券研究所
5G 智能手機的射頻成本最初很高，明年有望降到 30 美金以下。5G 射頻前端初期價格很高，按目前價格，5G sub 6 的 2T4R 旗艦機，射頻前端價值量將高達 37 美金，根據測算，2020 年年中中高端手機有望降到 28 美金，到2020 年底或 2021 年，5G 滲透率持續下沉，射頻前端價值量有望降到 20 美元出頭。
圖表 57：5G 射頻前端價值量測算 來源：國金證券研究所
競爭格局：海外寡頭壟斷，國內廠商迎來發展機會
1、併購不斷：射頻前端模塊化趨勢+基帶廠商向前端延伸
模塊化趨勢帶動射頻前端廠商產品品類擴張。模塊化趨勢下，各射頻廠商通過各種收併購完善自己的產品線，比如 Murata 收購 Peregrine，Qorvo 由RFMD 與 TriQuint 合併而成，Skyworks 收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TC-SAW 及 FBAR 技術等。
高通、聯發科、展訊等 AP／基帶芯片公司紛紛佈局射頻前端。高通 2014年併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360；聯發科早期曾成立射頻 PA 子公司，2015 投資 PA 公司 Airoha，2019 年入股 vanchip，並解散 Airoha；展訊與銳迪科合併等。
圖表 58：射頻前端廠商收併購不斷來源：yole，國金證券研究所
2、當前競爭格局：美日企業寡頭壟斷，佔據 90%份額
射頻前端目前以 IDM 為主，美系廠商佔據主導。前五大：Murata（IDM）、Skyworks（IDM）、Qorvo（IDM）、Broadcom/Avago（Fabless，除濾波器外）、Qualcomm/TDK Epcos（ Fabless ）。
- 第一梯隊：美系廠商為主 Broadcom、Qorvo、Skyworks，村田，中高端市場；
- 第二梯隊：日系廠商 TDK、Taiyo Yuden；
- 第三梯隊：韓臺陸廠，低端市場
圖表 59：射頻前端目前以 IDM為主來源：yole，國金證券研究所
3、未來格局判斷：模組優於分立式，毫米波帶來新玩家，國內廠商迎來機會
頻前端模組化趨勢下，多產品品類佈局廠商將具有更大優勢，技術和客戶壁壘更高。
- 5G 佈局路徑一 ：從 advanced 4G5G sub6G5G mmwave ；以Broadcom / Avago，Skyworks，Qorvo 和 Murata 為代表。
- 5G 佈局路徑二：直接切入 5G mmwave；以高通為代表。前文我們也討論了，除了現在的開關，調諧之外，毫米波有望使用更多的硅基工藝（比如高端 SOI），毫米波硅基工藝有望使英特爾，三星和華為（海思）成為射頻前端新玩家。
- 國內廠商：看好持續國產替代，看好具有模組化能力，或者與模組化能力的廠商合作廠商。
圖表 60：射頻前端廠商產品線分佈來源：yole，國金證券研究所
附錄：國內外射頻前端公司介紹
1、博通（Avago）：產品多元化，BAW 濾波器全球龍頭
Broadcom 是產品多元的全球領先半導體廠商，具有 50 多年創新歷史和技術積累
射頻佈局：2015 年，Avago 以收購 Broadcom，並將母公司改名為Broadcom，Avago 擁有 PA、前端模組和光通訊方案。
客戶：蘋果、三星等主流企業，蘋果業務在博通收入中佔比 15-20%。
圖表 61：博通曆史沿革 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 62：博通收入構成 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 63：博通營收和淨利率 來源：博通官網，國金證券研究所
圖表 64：博通毛利率和淨利率 來源：博通官網，國金證券研究所
2、Skyworks：模組化廠商，蘋果是第一大客戶
Skyworks 通過收購 Panasonic 子公司及韓國 MEMS solution 獲得 TCSAW 及 FBAR 技術，完善射頻前端產品佈局。公司模組化產品也有比較好的佈局。
客戶：蘋果是公司第一大客戶；整體收入蘋果佔公司 47%；SAW 濾波器，蘋果佔公司收入 39%。
3、Qorvo：實力雄厚的射頻前端精品公司
射頻佈局：2014 年 RFMD 和 TriQuint 合併，組建了射頻方案公司 Qorvo。合併顯著提升了公司實力。GaN/GaAs PA、SAW、BAW、開關、天線等產線齊全，極具競爭力。
客戶：Qorvo 蘋果業務佔比 30-35%；iPhone XR 高頻 PAD 由 QORVO 獨供；
4、村田：積極佈局射頻前端
村田公司是一家使用性能優異電子原料，設計、製造最先進的電子元器件及多功能高密度模塊的企業。
公司產品下游：公司產品主要是容阻感等被動元件，通信射頻相關的元件；通信，電腦、汽車是三大下游應用；未來 5G 通信以及汽車的電動化和智能化將是公司增長核心驅動；
射頻佈局：2014 年收購 peregine 佈局射頻前端，2016 年收購 primatec佈局 LCP 材料，進軍射頻天線和傳輸領域；
5、高通：射頻前端新玩家，從基帶到射頻全產業鏈佈局
射頻佈局：2014 年，高通併購 PA 廠商 Black sand，2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360，佈局濾波器市場，依靠 TDK 在射頻前端的材料供應與模塊化能力，使高通能提供客戶從 AP 到數據芯片、再到射頻前端完整的解決方案，進而透過綑綁式(AP+基頻+射頻)銷售帶來的高性價比優勢。
客戶：目前高通射頻前端在主流產品中應用較少，5G 時代由於全產業鏈佈局的優勢，有望提升競爭力。該公司今年早些時候宣佈，包括 OPPO，小米，VIVO，LG，索尼，中興在內的 18 家 OEM 合作伙伴已採用其用於 5G 智能手機的 X50 5G NR 調制解調器，將於 2019 年推出。未來高通公司的 RF 產品組合有望在解決與智能手機 OEM（不包括 Apple，三星和華為）相關的 RF TAM佔據一定份額 。
圖表 75：高通的 5G 方案來源：digitimes，國金證券研究所
6、國內射頻前端廠商一覽
圖表 76：國內射頻前端公司一覽 來源：國金證券研究所
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