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5G 时代将近,谁能拥抱射频器件升级红利?

发布时间:2018-05-19 04:25:58 浏览次数:1679 编辑 : 欧源通天线厂家

5G预计将在2020年正式商用。从整体的推进过程来看,5G推进过程分为5G研究阶段、5G标准化阶段和产品研发阶段。从国际电信联盟(ITU)的IMT-2020(5G)工作计划,以及国际移动通信行业主要标准组织3GPP的工作计划来看,目前处于5G标准化阶段。同时,各国积极进行5G标准研究,有序推进5G标准化工作,欧盟、美国、中国、日本、韩国等均预计2020年实现5G商用,其中韩国将在2018年平昌冬奥会实现5G部分商用。


国际电信联盟(ITU)发布了5G愿景,5G有三大应用场景:eMBB,mMTC和URLLC。eMBB对应的是超高清视频等大流量移动宽带业务,mMTC对应的是大规模物联网业务,URLLC对应的是如无人驾驶、工业自动化等需要低时延高可靠连接的业务。IMT-2020(5G)推进组作为我国5G标准化工作的主要承担者,也发布了5G愿景,这个远景和ITU发布的愿景结论基本一致。IMT-2020(5G)推进组定义的5G主要场景包括连续广覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠。


5G 时代


在这种愿景下,5G潜在应用市场广阔。5G高带宽和低时延的性能特点将使自动驾驶、AR/VR、物联网等潜在应用成为现实,同时可以提升目前已经实现的监控、视频流、即时游戏、灾害预警等应用的体验。


实现 5G 的关键是射频技术,手机射频器件配套升级势在必行。在一个无线通讯系统中,需要使用三个集成电路——基频(BB),中频(IF),和射频(RF)——将接收到的讯号进行转换和传输,实现通信功能。


简单而言,射频负责接收及发射高频信号,基频负责信号处理及储存等,中频则是射频与基频的中介桥梁,使信号能顺利由在高频信号和基频信号之间转换。


射频(RF)是Radio Frequency的缩写,表示可以辐射到空间电磁波的频率,同时也是有远距离传输能力的高频电磁波的简称。如前述,射频器件是手机等各种无线通讯设备的关键部件,主要负责产生发送及接收处理高频电磁波的工作。与负责将模拟信号与二进制数字信号相互转换的AD/DA技术不同,射频技术负责将微弱的低频模拟信号放大成高频电磁波将信息传递出去,并且将从外界接受到的高频电磁波进行过滤等工序后转化为低频模拟信号供基带芯片处理。


可以说,没有射频技术,无线通讯就无从谈起。纵观移动通信技术发展史,每一代移动通信技术的成功提升,都离不开射频技术的进步。作为手机无线通讯系统的核心部件,射频模块在信号发射过程中实现低频模拟信号到高频电磁波信号的转化,在信号接收过程中实现高频电磁波信号到低频模拟信号的转化。


射频器件包括功率放大器(PA)、滤波器、双工器、射频开关、低噪放大器、天线等。

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滤波器潜在空间广阔

通信技术的复杂化对射频器件的数量、性能都提出了新的要求,未来手机射频器件的应用数量、价值量都将增加。智能手机的射频系统不仅需要提供基础的通信功能,满足3G、4G、5G不同频段的需求,还要支持蓝牙、WiFi、GPS等无线连接功能,手机射频系统向着复杂化、集成化方向发展,射频器件如功放、滤波器、开关、天线等均实现了配置数量的增加和性能上的提升。


受益于5G商用,移动终端射频市场规模将实现持续增长。2015年,全球移动终端射频器件市场规模约有110亿美金;根据高通半导体的预测,移动终端的射频前端模块在2015-2020年间的复合增速在13%以上;Qorvo预计到2020年市场规模将超过180亿美金。

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SAW 滤波器技术不断发展,BAW 滤波器专攻高频段。首先,滤波器是目前射频前端总价值量最高的部分。滤波器负责发射及接收信号的滤波,可以让特定频率范围的电磁波通过以实现频率的筛选,价值占比约50%。

其次,通信频段的增加会在“量”和“价”两方面带动滤波器市场的增长。


一方面,随着通信技术的发展,通信频段数量将会进一步提升、从而增加所需滤波器数量。通信频段从2G时代的4个增加到3G时代的26个,目前4G时代频段数量达到41个。根据Skyworks的预测,未来5G将新增50个频段,总频段数量将达到91个。一般而言,每增加一个频段将需要增加2个滤波器,因此频段增加会直接为手机滤波器市场带来量的增加。


另一方面,由于手机内空间有限,5G时代的滤波器将不再是单纯的数量叠加,而是会进一步集成化和小型化,这对于滤波器的设计和制造将会提出更高要求,从而推升单位价值量。


由于滤波器大多是集成在滤波器组中,以苹果手机为例,每台iPhone 7 中有两个大的滤波器组及两颗单独的滤波器,滤波器的数量与频段数量并不是简单的线性关系,通信频段增加势必带来射频被动器件进一步价值的大幅增加。


另外,Mobile Experts的预测也显示了手机滤波器行业受益于5G最为明显,预计在2015-2020年会实现21%的年复合增长率。

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BAW滤波器在高频波段具有不可替代性。SAW和BAW两种滤波器滤波原理不同,滤频的性能也不一样。SAW滤波器目前的技术在很高的频段上滤波仍有困难,因为需要滤出的波频率越高,根据公式推导,IDT叉指之间的间距就需要做的越小,从技术层面考虑很难达到,而且随之带来的还有散热及电迁移问题。部分高频滤波功能目前还是要依靠BAW滤波器实现。


BAW滤波器的优点是具有极低的损耗和极好的频率选择性,即使在高宽带设计中,其性能对温度的变化也不敏感,在高频段(高于1.5GHz)具有明显的性能优势。但是同时BAW滤波器也有一定的局限性,虽然是在更大晶圆上制造的,每片晶圆产出的BAW滤波器数量多了约4倍,但是其制造工艺步骤是SAW滤波器的10倍,相对复杂。因此BAW滤波器的制造成本仍然远远高于SAW滤波器以及TC-SAW滤波器。


SAW滤波器和BAW滤波器在5G时代都将得到大量运用。SAW滤波器制造工艺简单,生产成本低,但是温度性能以及高频段频率选择性不及BAW滤波器,因此适用于工作频率在1.5GHz及以下的场合以节约成本。而BAW滤波器具有更低的损耗,在高频段(1.5GHz以上)具有明显的性能优势,在2GHz以上的频段是唯一可用方案,势必在5G智能手机产业内占到不可或缺的份额,但是制造工艺复杂,生产成本高。


综上所述,在目前的手机射频系统中,对于高性能要求的高频段,应采用BAW滤波器,其余频段可使用SAW滤波器以控制成本。未来伴随SAW滤波器的技术不断延伸,SAW滤波器有望延伸至更高频段使用;同时伴随BAW滤波器工艺水平的不断成熟,两者在5G时代有望得到更广泛的应用。



国内手机射频器件过于依赖进口,国产化浪潮带动国内企业发展。5G时代脚步将近,需求的拉动、技术的颠覆和资本的强烈推动将使射频器件产生爆发性的增长。


这一潜在规模超过200亿美元的大市场,正在吸引资金和人才的涌入,也包括中国。如今,中国在通信领域的技术能力和话语权不断提升,5G推进工作时间节点与欧美发达国家基本一致,华为提出的Polar码被采纳为5G eMBB 场景的短码方案等,也给了中国厂商较大的增长空间。


近年来,国产手机行业地位蒸蒸日上,中国市场需求不断开启,下游需求份额不断巩固,导致中国的手机上游产业链发展飞速,包括玻璃盖板、精密结构件、声学器件以及电池等大多数的手机部件已经可以充分国产化,但是目前,全球射频前端器件市场依然呈现出国外寡头垄断的格局,尤其是滤波器和功放市场,被欧美日公司大幅垄断。

美国对国内高新技术产业压制力度加大,国产化浪潮势必推动射频器件厂商发展。特朗普上台以来,贸易压制进一步提升。


2017年一开始,由于某些国产比例不足的零部件价格上升,国产手机不得不提价。射频器件不可国产化,将对中国手机产业造成极大威胁。


历史发展的趋势和国家政策的倾斜,这些都给了中国射频器件供应商一个前所未有的黄金成长机会。





手机天线迎来量价齐升,公司作为国内天线龙头厂商将持续受益


5G通信时代下,多输入多输出(Multi-input Multi-output, MIMO)技术和阵列天线技术将是核心技术。与MIMO技术应用相配套的阵列天线技术将显著提高天线需求量。MIMO技术是一种描述多天线无线通信系统的模型,即利用射频发射端的多个天线各自独立发送信号,同时在接收端用多个天线接受并复原信息。


这种技术可以在不需要增加信道带宽或者总发送功率损耗的情况下大幅地增加数据吞吐量以及发送距离,有效地提升了无线通信系统的频谱效率、传输速率以及通信质量,被视为下一代移动通信的核心技术。


MIMO天线单元的规模将从4G时代的2*2、4*4变为8*8甚至16*16,即是手机中的天线数量将从2、4根变为8根甚至16根,大大提高天线的需求数量。




无线天线数量的增加叠加全面屏时代下净空区域缩减,更微型、稳定的天线工艺成为迫切需求,先进无线天线工艺凭借其优势渗透率将进一步提升,将再次推高手机单机的天线搭载价值。天线设计需要净空区,而全面屏时代下手机净空区域缩减,无线天线数量的增加对天线位置提出了更高的要求,同时5G时代下天线数量可能增加到16根,形成天线点阵。


而对于16个小的米粒大小的天线,不可能用16根屏蔽线引出信号到射频芯片了,需要就地解决与芯片连接的难题。一般用一个芯片管理四个点阵,因此天线做成了点阵天线模组的形式,这将进一步提高单价。

5G 时代



5G时代下,手机天线数量和结构上的变化将对射频厂商提出更高的要求。


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