5G時(shí)代的射頻功率放大器研究報(bào)告

1、5G時(shí)代的射頻功率放大器研究報(bào)告5G 時(shí)代，射頻功率放大器需求有望多點(diǎn)開(kāi)花投資建議行業(yè)策略：射頻功率放大器（PA）作為射頻前端發(fā)射通路的主要器件，通常用于實(shí)現(xiàn)發(fā)射通道的射頻信號(hào)放大。5G 將帶動(dòng)智能移動(dòng)終端、基站端及IOT 設(shè)備射頻 PA 穩(wěn)健增長(zhǎng)，智能移動(dòng)終端射頻 PA 市場(chǎng)規(guī)模將從 2017 年的50 億美元增長(zhǎng)到 2023 年的 70 億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為 7%，高端 LTE 功率放大器市場(chǎng)的增長(zhǎng)，尤其是高頻和超高頻，將彌補(bǔ) 2G/3G 市場(chǎng)的萎縮。GaAs 器件是消費(fèi)電子 3G/4G 應(yīng)用的主力軍，5G 時(shí)代仍將延續(xù)，此外，物聯(lián)網(wǎng)將是其未來(lái)應(yīng)用的藍(lán)海。GaN 器件則以高性能特點(diǎn)目前廣

2、泛應(yīng)用于基站、雷達(dá)、電子戰(zhàn)等軍工領(lǐng)域，在 5G 時(shí)代需求將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。5G 時(shí)代，射頻功率放大器需求有望多點(diǎn)開(kāi)花，建議買入行業(yè)龍頭。推薦組合：我們認(rèn)為，隨著 5G 進(jìn)程的加快，5G 基站、智能移動(dòng)終端及 IOT 終端射頻 PA 將迎來(lái)發(fā)展良機(jī)，使用量大幅增加，看好細(xì)分行業(yè)龍頭，推薦：CREE 、Skyworks、穩(wěn)懋、三安光電、環(huán)旭電子，建議關(guān)注：海特高新（海威華芯）、旋極信息（擬收購(gòu)安譜?。?。行業(yè)觀點(diǎn)5G 推動(dòng)手機(jī)射頻 PA 量?jī)r(jià)齊升： 4G 時(shí)代，智能手機(jī)一般采取 1 發(fā)射 2 接收架構(gòu)，預(yù)測(cè) 5G 時(shí)代，智能手機(jī)將采用 2 發(fā)射 4 接收方案，未來(lái)有望演進(jìn)為8 接收方案。功率放大器（

3、PA）是一部手機(jī)最關(guān)鍵的器件之一，它直接決定了手機(jī)無(wú)線通信的距離、信號(hào)質(zhì)量，甚至待機(jī)時(shí)間，是整個(gè)射頻系統(tǒng)中除基帶外最重要的部分。手機(jī)里面 PA 的數(shù)量隨著 2G、3G、4G、5G 逐漸增加。以 PA 模組為例，4G 多模多頻手機(jī)所需的 PA 芯片為 5-7 顆，預(yù)測(cè) 5G 手機(jī)內(nèi)的 PA 芯片將達(dá)到 16 顆之多，價(jià)值量超過(guò) 7.5 美元。5G 智能終端射頻前端SIP 將是大勢(shì)所趨，高通已發(fā)布 5G 第二代射頻前端模組，MEMS 預(yù)測(cè)，到2023 年，用于蜂窩和連接的射頻前端 SiP 市場(chǎng)將分別占 SiP 市場(chǎng)總量的 82% 和 18%。按蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)，支持 5G（sub-6GHz 和毫米波）

4、的前端模組將占到 2023 年 RF SiP 市場(chǎng)總量的 28%。高端智能手機(jī)將貢獻(xiàn)射頻前端模組 SiP 組裝市場(chǎng)的 43%，其次是低端智能手機(jī)（35%）和奢華智能手機(jī)（13%）。5G 基站，PA 數(shù)倍增長(zhǎng)，GaN 大有可為：4G 基站采用 4T4R 方案，按照三個(gè)扇區(qū)，對(duì)應(yīng)的射頻 PA 需求量為 12 個(gè)，5G 基站，預(yù)計(jì) 64T64R 將成為主流方案，對(duì)應(yīng)的 PA 需求量高達(dá) 192 個(gè)，PA 數(shù)量將大幅增長(zhǎng)。目前基站用功率放大器主要為 LDMOS 技術(shù)，但是 LDMOS 技術(shù)適用于低頻段，在高頻應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性。我們研判 5G 基站 GaN 射頻 PA 將成為主流技術(shù)，逐漸侵占 LDM

5、OS 的市場(chǎng)，GaAs 器件份額變化不大。GaN 能較好的適用于大規(guī)模MIMO，預(yù)計(jì) 2022 年，4G/ 5G 基礎(chǔ)設(shè)施用 RF 半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 16 億美元，其中，MIMO PA 年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到 135%，射頻前端模塊的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到 119%。5G 時(shí)代，窄帶物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備射頻前端迎來(lái)發(fā)展新機(jī)遇：在手機(jī)市場(chǎng)追求更快更強(qiáng)的同時(shí)，有另外一個(gè)市場(chǎng)就是窄帶物聯(lián)網(wǎng) (Cat-M /NB-IoT)，NB-IoT 雖然有要求和 LTE 相同的上行功率(power class3)，但是信號(hào)的峰均比較低。另外，NB-IoT 采用半雙工方式工作，避免使用 FDD 雙工器，PA 后端的插入損耗小。

6、這些因素可以讓 NB-IoT 的 PA 更加偏向于非線性的設(shè)計(jì)，同時(shí)采用更小的 Die 設(shè)計(jì)，從而達(dá)到節(jié)省成本和提高效率的目的。對(duì)于 NB-IoT PA 來(lái)講，超寬帶、低電壓、極端溫度和低成本是重點(diǎn)要考慮的方向。風(fēng)險(xiǎn)提示智能手機(jī)及基站射頻 PA 被國(guó)際巨頭壟斷，技術(shù)難度較大，國(guó)內(nèi)進(jìn)展緩慢， 合格率較低，成本居高不下，射頻 PA 需要持續(xù)性投入。內(nèi)容目錄 HYPERLINK l _TOC_250013 1、5G 智能移動(dòng)終端，射頻 PA 的大機(jī)遇4 HYPERLINK l _TOC_250012 射頻功率放大器（PA）-射頻器件皇冠上的明珠4 HYPERLINK l _TOC_250011 5G

7、 推動(dòng)手機(jī)射頻 PA 量?jī)r(jià)齊升5 HYPERLINK l _TOC_250010 GaAs 射頻器件仍將主導(dǎo)手機(jī)市場(chǎng)7 HYPERLINK l _TOC_250009 5G 設(shè)備射頻前端模組化趨勢(shì)明顯，SIP 大有可為8 HYPERLINK l _TOC_250008 2、5G 基站，PA 數(shù)倍增長(zhǎng)，GaN 大有可為10 HYPERLINK l _TOC_250007 5G 基站，射頻 PA 需求大幅增長(zhǎng)11 HYPERLINK l _TOC_250006 GaN 射頻 PA 有望成為 5G 基站主流技術(shù)12 HYPERLINK l _TOC_250005 RF GaN 市場(chǎng)的發(fā)展方向15 H

8、YPERLINK l _TOC_250004 全球 GaN 射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)爭(zhēng)格局16 HYPERLINK l _TOC_250003 3、5G 時(shí)代，窄帶物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備射頻前端迎來(lái)發(fā)展新機(jī)遇17 HYPERLINK l _TOC_250002 4、5G 漸行漸近，國(guó)際巨頭紛紛布局射頻產(chǎn)業(yè)19 HYPERLINK l _TOC_250001 5、看好細(xì)分行業(yè)龍頭21 HYPERLINK l _TOC_250000 6、風(fēng)險(xiǎn)提示21圖表目錄圖表 1：手機(jī)射頻前端架構(gòu)及功能4圖表 2：射頻前端組件隨終端復(fù)雜性的提升而增加4圖表 3：20172023 年射頻前端模組市場(chǎng)5圖表 4：20172023 年射

9、頻前端 PA 市場(chǎng)規(guī)模5圖表 5：5G 智能手機(jī)射頻前端框圖（2 發(fā) 4 接收）5圖表 6：5G 給手持設(shè)備帶來(lái)的挑戰(zhàn)6圖表 7：5G 手機(jī)單機(jī)使用 PA 數(shù)量預(yù)測(cè)（顆）7圖表 8：5G 手機(jī)單機(jī)使用 PA 價(jià)值量預(yù)測(cè)（美元）7圖表 9：全球 GaAs 射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈7圖表 10：2016 年全球 GaAs 產(chǎn)業(yè)器件競(jìng)爭(zhēng)格局7圖表 11：2017 年全球 GaAs 代工市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局8圖表 12：射頻（RF）器件封裝技術(shù)8圖表 13：2018 年手機(jī)射頻前端結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)9圖表 14：高通第二代 5G 移動(dòng)終端射頻前端方案10圖表 15：高通 5G 新空口自適應(yīng)天線調(diào)諧解決方案10圖表 16：高通

10、 5G 包絡(luò)追蹤解決方案10圖表 17：GaN 射頻器件的加工工藝11圖表 18：主要半導(dǎo)體材料的關(guān)鍵性能12圖表 19：20152025 年基站主要趨勢(shì)13圖表 20：各材料體系的射頻器件工作區(qū)間13圖表 21：不同技術(shù)路線的基站 PA 占比變化13圖表 22：GaN 具有更小的尺寸優(yōu)勢(shì)14圖表 23：5G 毫米波基站 GaN 優(yōu)勢(shì)明顯14圖表 24：2023 年基站 RF 半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)（億美元）15圖表 25：2023 年全球 GaN 市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)（億美元）15圖表 26：GaN 在通信領(lǐng)域占比不斷提升15圖表 27：境外 GaN 射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)企業(yè)16圖表 28：大陸 GaN

11、射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)企業(yè)17圖表 29：5G 的使命和任務(wù)17圖表 30：各種通信標(biāo)準(zhǔn)和多應(yīng)用場(chǎng)景18圖表 31：Cat-M/NB/LoRa 技術(shù)特性比較19圖表 32：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備射頻前端的關(guān)鍵設(shè)計(jì)方向19圖表 33：全球射頻器件和模組供應(yīng)鏈20圖表 34：全球廠商紛紛布局 5G211、5G 智能移動(dòng)終端，射頻 PA 的大機(jī)遇射頻功率放大器（PA）-射頻器件皇冠上的明珠射頻功率放大器（PA）作為射頻前端發(fā)射通路的主要器件，主要是為了將 調(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的小功率的射頻信號(hào)放大，獲得足夠大的射頻輸出功 率，才能饋送到天線上輻射出去，通常用于實(shí)現(xiàn)發(fā)射通道的射頻信號(hào)放大。手機(jī)射頻前端：一旦連上移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

12、，任何一臺(tái)智能手機(jī)都能輕松刷朋友圈、看高清視頻、下載圖片、在線購(gòu)物，這完全是射頻前端進(jìn)化的功勞，手機(jī)每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)制式（2G/3G/4G/WiFi/GPS），都需要自己的射頻前端模塊， 充當(dāng)手機(jī)與外界通話的橋梁手機(jī)功能越多，它的價(jià)值越大。射頻前端模塊是移動(dòng)終端通信系統(tǒng)的核心組件，對(duì)它的理解可以從兩方面 考慮：一是必要性，它是連接通信收發(fā)器（transceiver）和天線的必經(jīng)之路；二是重要性，它的性能直接決定了移動(dòng)終端可以支持的通信模式，以及接收信號(hào)強(qiáng)度、通話穩(wěn)定性、發(fā)射功率等重要性能指標(biāo)，直接影響終端用戶體驗(yàn)。射頻前端芯片包括功率放大器（ PA ）， 天線開(kāi)關(guān)（ Switch ）、濾波器（Fil

13、ter）、雙工器（Duplexer 和 Diplexer）和低噪聲放大器（LNA）等，在多模多頻終端中發(fā)揮著核心作用。圖表 1：手機(jī)射頻前端架構(gòu)及功能圖表 2：射頻前端組件隨終端復(fù)雜性的提升而增加來(lái)源：射頻百花潭、國(guó)金證券研究所來(lái)源：射頻百花潭、國(guó)金證券研究所手機(jī)和 WiFi 連接的射頻前端市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在 2023 年達(dá)到 352 億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為 14%。射頻前端產(chǎn)業(yè)中最大的市場(chǎng)為濾波器，將從 2017 年的 80 億美元增長(zhǎng)到2023 年 225 億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá) 19%。該增長(zhǎng)主要來(lái)自于 BAW 濾波器的滲透率顯著增加，典型應(yīng)用如 5G NR 定義的超高頻段和 WiFi 分集

14、天線共享。功率放大器市場(chǎng)增長(zhǎng)相對(duì)穩(wěn)健，復(fù)合年增長(zhǎng)率為 7%，將從 2017 年的 50 億美元增長(zhǎng)到 2023 年的 70 億美元。高端 LTE 功率放大器市場(chǎng)的增長(zhǎng)，尤其是高頻和超高頻，將彌補(bǔ) 2G/3G 市場(chǎng)的萎縮。砷化鎵器件應(yīng)用于消費(fèi)電子射頻功放，是 3G/4G 通訊應(yīng)用的主力，物聯(lián)網(wǎng)將是其未來(lái)應(yīng)用的藍(lán)海；氮化鎵器件則以高性能特點(diǎn)目前廣泛應(yīng)用于基站、雷達(dá)、電子戰(zhàn)等軍工領(lǐng)域，利潤(rùn)率高且戰(zhàn)略位置顯著，由于更加適用于 5G， 氮化鎵有望在 5G 市場(chǎng)迎來(lái)爆發(fā)。 圖表 3：20172023 年射頻前端模組市場(chǎng)圖表 4：20172023 年射頻前端 PA 市場(chǎng)規(guī)模來(lái)源：MEMS、國(guó)金證券研究所來(lái)源

15、：MEMS、國(guó)金證券研究所5G 推動(dòng)手機(jī)射頻 PA 量?jī)r(jià)齊升射頻前端與智能終端一同進(jìn)化，4G 時(shí)代，智能手機(jī)一般采取 1 發(fā)射 2 接收架構(gòu)。由于 5G 新增了頻段（n41 2.6GHz，n77 3.5GHz 和 n79 4.8GHz），因此 5G 手機(jī)的射頻前端將有新的變化，同時(shí)考慮到 5G 手機(jī)將繼續(xù)兼容4G、3G 、2G 標(biāo)準(zhǔn)，因此 5G 手機(jī)射頻前端將異常復(fù)雜。預(yù)測(cè) 5G 時(shí)代，智能手機(jī)將采用 2 發(fā)射 4 接收方案。圖表 5：5G 智能手機(jī)射頻前端框圖（2 發(fā) 4 接收）來(lái)源：射頻百花潭、國(guó)金證券研究所無(wú)論是在基站端還是設(shè)備終端，5G 給供應(yīng)商帶來(lái)的挑戰(zhàn)都首先體現(xiàn)在射頻方面，因?yàn)檫@是

16、設(shè)備“上”網(wǎng)的關(guān)鍵出入口，即將到來(lái)的 5G 手機(jī)將會(huì)面臨多方面的挑戰(zhàn)：更多頻段的支持：因?yàn)閺拇蠹沂煜さ?b41 變成 n41、n77 和 n78，這就需要對(duì)更多頻段的支持；不同的調(diào)制方向：因?yàn)?5G 專注于高速連接，所以在調(diào)制方面會(huì)有新的變化，對(duì)功耗方面也有更多的要求。比如在 4G 時(shí)代，大家比較關(guān)注 ACPR。但到了 5G 時(shí)代，則更需要專注于 EVM（一般小于 1.5%）；信號(hào)路由的選擇：選擇 4G anchor+5G 數(shù)據(jù)連接，還是直接走 5G，這會(huì)帶來(lái)不同的挑戰(zhàn)。開(kāi)關(guān)速度的變化：這方面雖然沒(méi)有太多的變化，但 SRS 也會(huì)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。其他如 n77/n78/n79 等新頻段的引入，也會(huì)

17、對(duì)射頻前端形態(tài)產(chǎn)生影響，推動(dòng)前端模組改變，滿足新頻段和新調(diào)諧方式等的要求。圖表 6：5G 給手持設(shè)備帶來(lái)的挑戰(zhàn)來(lái)源：Qorvo、國(guó)金證券研究所Qorvo 指出，5G 將給天線數(shù)量、射頻前端模塊價(jià)值量帶來(lái)翻倍增長(zhǎng)。以5G 手機(jī)為例，單部手機(jī)的射頻半導(dǎo)體用量達(dá)到 25 美金，相比 4G 手機(jī)近乎翻倍增長(zhǎng)。其中濾波器從 40 個(gè)增加至 70 個(gè)，頻帶從 15 個(gè)增加至 30 個(gè)， 接收機(jī)發(fā)射機(jī)濾波器從 30 個(gè)增加至 75 個(gè)，射頻開(kāi)關(guān)從 10 個(gè)增加至 30 個(gè)， 載波聚合從 5 個(gè)增加至 200 個(gè)。5G 手機(jī)功率放大器（PA）用量翻倍增長(zhǎng)：PA 是一部手機(jī)最關(guān)鍵的器件之一，它直接決定了手機(jī)無(wú)線

18、通信的距離、信號(hào)質(zhì)量，甚至待機(jī)時(shí)間，是整 個(gè)射頻系統(tǒng)中除基帶外最重要的部分。手機(jī)里面 PA 的數(shù)量隨著 2G、3G、4G、5G 逐漸增加。以 PA 模組為例，4G 多模多頻手機(jī)所需的 PA 芯片為5-7 顆，預(yù)測(cè) 5G 手機(jī)內(nèi)的 PA 芯片將達(dá)到 16 顆之多。5G 手機(jī)功率放大器（PA）單機(jī)價(jià)值量有望達(dá)到 7.5 美元：同時(shí)，PA 的單價(jià)也有顯著提高，2G 手機(jī)用 PA 平均單價(jià)為 0.3 美金，3G 手機(jī)用 PA 上升到 1.25 美金，而全模 4G 手機(jī) PA 的消耗則高達(dá) 3.25 美金，預(yù)計(jì) 5G 手機(jī)PA 價(jià)值量達(dá)到 7.5 美元以上。載波聚合與 Massivie MIMO 對(duì) P

19、A 的要求大幅增加?！耙话闱闆r下，2G 只需非常簡(jiǎn)單的發(fā)射模塊，3G 需要有 3G 的功率放大器，4G 要求更多濾波器和雙工器載波器，載波聚合則需要有與前端配合的多工器，上行載波器的功率放大器又必須重新設(shè)計(jì)來(lái)滿足線性化的要求。5G 無(wú)線通信前端將用到幾十甚至上百個(gè)通道，要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者器件供應(yīng)商能夠提供全集成化的解決方案，這大大增加產(chǎn)品設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，無(wú)論對(duì)器件解決方案還是設(shè)備解決方案提供商都提出了很大技術(shù)挑戰(zhàn)。 圖表 7：5G 手機(jī)單機(jī)使用 PA 數(shù)量預(yù)測(cè)（顆）圖表 8：5G 手機(jī)單機(jī)使用 PA 價(jià)值量預(yù)測(cè)（美元）來(lái)源：Strategy Analytics、國(guó)金證券研究所來(lái)源：Strategy

20、 Analytics、國(guó)金證券研究所GaAs 射頻器件仍將主導(dǎo)手機(jī)市場(chǎng)5G 時(shí)代，GaAs 材料適用于移動(dòng)終端。GaAs 材料的電子遷移率是 Si 的 6 倍，具有直接帶隙，故其器件相對(duì) Si 器件具有高頻、高速的性能，被公認(rèn)為是很合適的通信用半導(dǎo)體材料。在手機(jī)無(wú)線通信應(yīng)用中，目前射頻功率放大器絕大部分采用 GaAs 材料。在 GSM 通信中，國(guó)內(nèi)的銳迪科和漢天下等芯片設(shè)計(jì)企業(yè)曾憑借 RF CMOS 制程的高集成度和低成本的優(yōu)勢(shì)，打破了采用國(guó)際龍頭廠商采用傳統(tǒng)的 GaAs 制程完全主導(dǎo)射頻功放的格局。但是到了 4G 時(shí)代，由于 Si 材料存在高頻損耗、噪聲大和低輸出功率密度等缺點(diǎn)，RF CMO

21、S 已經(jīng)不能滿足要求，手機(jī)射頻功放重新回到 GaAs 制程完全主導(dǎo)的時(shí)代。與射頻功放器件依賴于 GaAs 材料不同，90%的射頻開(kāi)關(guān)已經(jīng)從傳統(tǒng)的 GaAs 工藝轉(zhuǎn)向了 SOI（Silicon on insulator）工藝，射頻收發(fā)機(jī)大多數(shù)也已采用 RF CMOS 制程，從而滿足不斷提高的集成度需求。5G 時(shí)代，GaN 材料適用于基站端。在宏基站應(yīng)用中，GaN 材料憑借高頻、高輸出功率的優(yōu)勢(shì)，正在逐漸取代 Si LDMOS；在微基站中，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍然以 GaAs PA 件為主，因其目前具備經(jīng)市場(chǎng)驗(yàn)證的可靠性和高性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)，但隨著器件成本的降低和技術(shù)的提高，Ga N PA 有望在微基站應(yīng)用

22、在分得一杯羹；在移動(dòng)終端中，因高成本和高供電電壓，Ga N PA 短 期內(nèi)也無(wú)法撼動(dòng) GaAs PA 的統(tǒng)治地位。全球 GaAs 射頻器件被國(guó)際巨頭壟斷。全球 GaAs 射頻器件市場(chǎng)以 IDM 模式為主，主要廠商有美國(guó) Skyworks、Qorvo、Broadcom，日本村田等。據(jù) Strategy Analytics 統(tǒng)計(jì)，2016 年全球 GaAs 射頻器件市場(chǎng)規(guī)模為 81.9 億美元，同比增長(zhǎng) 0.9%。2016 年，Skyworks、Qorvo 和 Broadcom 在全球射頻器件市場(chǎng)的占有率分別為 30.67%、27.97%和 7.39%，三家合計(jì)占有全球 66%的份額，Skywor

23、ks 和 Qorvo 更是處于全球遙遙領(lǐng)先的位置。圖表 9：全球 GaAs 射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈圖表 10：2016 年全球 GaAs 產(chǎn)業(yè)器件競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)源：材料深一度、國(guó)金證券研究所來(lái)源：Strategy Analytics、國(guó)金證券研究所2017 年 GaAs 晶圓代工市場(chǎng)，臺(tái)灣穩(wěn)懋（Win Semi）獨(dú)占全球 72.7%的市場(chǎng)份額，是全球第一大 GaAs 晶圓代工廠。圖表 11：2017 年全球 GaAs 代工市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)源：STRATEGY ANALYRICS、國(guó)金證券研究所5G 設(shè)備射頻前端模組化趨勢(shì)明顯，SIP 大有可為5G 將重新定義射頻（RF）前端在網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器之間的交互。新的

24、RF 頻段（如 3GPP 在 R15 中所定義的 sub-6 GHz 和毫米波（mm-wave）給產(chǎn)業(yè)界帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。LTE 的發(fā)展，尤其是載波聚合技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)致當(dāng)今智能手機(jī)中的復(fù)雜架構(gòu)。同時(shí)，RF 電路板和可用天線空間減少帶來(lái)的密集化趨勢(shì)，使越來(lái)越多的手持設(shè)備 OEM 廠商采用功率放大器模塊并應(yīng)用新技術(shù)，如 LTE 和 WiFi 之間的天線共享。圖表 12：射頻（RF）器件封裝技術(shù)來(lái)源：MEMS、國(guó)金證券研究所在低頻頻段，所包含的 600 MHz 頻段將為低頻段天線設(shè)計(jì)和天線調(diào)諧器帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。隨著新的超高頻率（N77 、N78 、N79）無(wú)線電頻段發(fā)布， 5G 將帶來(lái)更高的復(fù)雜性。具有

25、雙連接的頻段重新分配（早期頻段包括N41、N71、N28 和 N66，未來(lái)還有更多），也將增加對(duì)前端的限制。毫米波頻譜中的 5G NR 無(wú)法提供 5G 關(guān)鍵 USP 的多千兆位速度，因此需要在前端模組中具有更高密度，以實(shí)現(xiàn)新頻段集成。5G 手機(jī)需要 4X4 MIMO 應(yīng)用，這將在手機(jī)中增加大量 RF 流。結(jié)合載波聚合要求，將導(dǎo)致更復(fù)雜的天線調(diào)諧器和多路復(fù)用器。圖表 13：2018 年手機(jī)射頻前端結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)源：MEMS、國(guó)金證券研究所RF 系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）市場(chǎng)可分為一級(jí)和二級(jí) SiP 封裝：各種 RF 器件的一級(jí)封裝，如芯片/晶圓級(jí)濾波器、開(kāi)關(guān)和放大器（包括 RDL、RSV 和/或凸點(diǎn)步

26、驟）；在表面貼裝（SMT）階段進(jìn)行的二級(jí) SiP 封裝，其中各種器件與無(wú)源器件一起組裝在 SiP 基板上。2018 年，射頻前端模組 SiP 市場(chǎng)（包括一級(jí)和二級(jí)封裝）總規(guī)模為 33 億美元，預(yù)計(jì) 20182023 年期間的復(fù)合年均增長(zhǎng)率（CAGR）將達(dá)到 11.3%，市場(chǎng)規(guī)模到 2023 年將增長(zhǎng)至53 億美元。預(yù)測(cè) 2023 年，PAM iD SiP 組裝預(yù)計(jì)將占 RF SiP 市場(chǎng)總營(yíng)收的 39%。2018 年，晶圓級(jí)封裝大約占 RF SiP 組裝市場(chǎng)總量的 9%。移動(dòng)領(lǐng)域各種射頻前端模組的 SiP 市場(chǎng)，包括：PAMiD（帶集成雙工器的功率放大器模塊）、PAM（功率放大器模塊）、Rx

27、DM（接收分集模塊）、ASM（開(kāi)關(guān)復(fù)用器、天線開(kāi)關(guān)模塊）、天線耦合器（多路復(fù)用器）、LMM（低噪聲放大器- 多路復(fù)用器模塊）、MMMB PA（多模、多頻帶功率放大器）和毫米波前端模組。M EM S 預(yù)測(cè)，到 2023 年，用于蜂窩和連接的射頻前端 SiP 市場(chǎng)將分別占SiP 市場(chǎng)總量的 82%和 18%。按蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)，支持 5G（sub-6GHz 和毫米波）的前端模組將占到 2023 年 RF SiP 市場(chǎng)總量的 28%。高端智能手機(jī)將貢獻(xiàn)射頻前端模組 SiP 組裝市場(chǎng)的 43%，其次是低端智能手機(jī)（35%）和奢華智能手機(jī)（13%）。高通發(fā)布 5G 手機(jī)射頻前端模組化方案。2019 年 2

28、月，高通宣布推出面向 5G 多模移動(dòng)終端的第二代射頻前端（ RFFE）解決方案。 全新推出的產(chǎn)品是一套完整的， 可與全新Qualcomm 驍龍 X55 5G 調(diào)制解調(diào)器搭配使用的射頻解決方案，為支持6GHz 以下頻段和毫米波頻段的高性能 5G 移動(dòng)終端提供從調(diào)制解調(diào)器到天線的完整系統(tǒng)。支持更纖薄、更高效的 5G 多模移動(dòng)終端。高通同時(shí)還發(fā)布了全球首款宣布的 5G 100MHz 包絡(luò)追蹤解決方案 QET6100、集成式5G/4G 功率放大器（PA）和分集模組系列，以及 QAT3555 5G 自適應(yīng)天線調(diào)諧解決方案。高通 QET6100 將包絡(luò)追蹤技術(shù)擴(kuò)展到 5G NR 上行所需的 100MHz

29、帶寬和 256-QAM 調(diào)制，這在之前被認(rèn)為是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。該解決方案與其他平均功率追蹤技術(shù)相比，可將功效提升一倍，以更長(zhǎng)的電池續(xù)航時(shí)間支持傳輸數(shù)據(jù)更快的終端，還可顯著改善網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商非常關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)覆蓋與網(wǎng)絡(luò)容量。圖表 14：高通第二代 5G 移動(dòng)終端射頻前端方案圖表 15：高通 5G 新空口自適應(yīng)天線調(diào)諧解決方案來(lái)源：Qualcomm 中國(guó)、國(guó)金證券研究所來(lái)源：Qualcomm 中國(guó)、國(guó)金證券研究所Qualcomm 的全新先進(jìn)射頻前端功率放大器和分集模組包括：功率放大器模組，搭配 QET6100 支持 100MHz 5G 包絡(luò)追蹤。QPM6585、QPM5677 和 QPM5679 分別支持 n

30、41、n77/78 和 n79 頻段。中/高頻段 5G/4G 功率放大器模組 QPM 5670，包括集成式低噪聲放大器（LNA）、射頻開(kāi)關(guān)、濾波器和 5G 六工器。低頻段 5G/4G 功率放大器模組 QPM 5621，包括集成式低噪聲放大器、切換開(kāi)關(guān)和濾波器，支持低頻段/低頻段載波聚合和雙連接。分集模組系列 QDM 58xx，包括集成式 5G/4G 低噪聲放大器、射頻開(kāi)關(guān)和濾波器，支持 6GHz 以下頻段接收分集和多輸入多輸出（MIMO）。為幫助 OEM 廠商應(yīng)對(duì)日益增多的天線和頻段給移動(dòng)終端設(shè)計(jì)帶來(lái)的挑戰(zhàn)， Qualcomm 還推出了 QAT3555 Signal Boost 自適應(yīng)天線調(diào)諧

31、器，將自適應(yīng)天線調(diào)諧技術(shù)擴(kuò)展到 6GHz 以下的 5G 頻段；與上一代產(chǎn)品相比，其封裝高度降低了 25%，插入損耗顯著減少。圖表 16：高通 5G 包絡(luò)追蹤解決方案來(lái)源：Qualcomm 中國(guó)、國(guó)金證券研究所2、5G 基站，PA 數(shù)倍增長(zhǎng)，GaN 大有可為5G 基站，射頻 PA 需求大幅增長(zhǎng)5G 基站 PA 數(shù)量有望增長(zhǎng) 16 倍。4G 基站采用 4T4R 方案，按照三個(gè)扇區(qū)， 對(duì)應(yīng)的 PA 需求量為 12 個(gè)，5G 基站，預(yù)計(jì) 64T64R 將成為主流方案，對(duì)應(yīng)的 PA 需求量高達(dá) 192 個(gè)，PA 數(shù)量將大幅增長(zhǎng)。5G 基站射頻 PA 有望量?jī)r(jià)齊升。目前基站用功率放大器主要為基于硅的橫向擴(kuò)

32、散金屬氧化物半導(dǎo)體 LDMOS 技術(shù)，不過(guò) LDMOS 技術(shù)僅適用于低頻段，在高頻應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性。對(duì)于 5G 基站 PA 的一些要求可能包括36GHz 和 24GHz40GHz 的運(yùn)行頻率，RF 功率在 0.2W30W 之間，我們研判 5G 基站 GaN 射頻 PA 將逐漸成為主導(dǎo)技術(shù)，而 Ga N 價(jià)格高于LDMOS 和 GaAs。GaN 具有優(yōu)異的高功率密度和高頻特性。提高功率放大器 RF 功率的最簡(jiǎn)單的方式就是增加電壓，這讓氮化鎵晶體管技術(shù)極具吸引力。如果我們對(duì)比不同半導(dǎo)體工藝技術(shù)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)功率通常會(huì)如何隨著高工作電壓 IC 技術(shù)而提高。硅鍺(SiGe)技術(shù)采用相對(duì)較低的工作電壓（2

33、 V 至 3 V），但其集成優(yōu)勢(shì)非常有吸引力。GaAs 擁有微波頻率和 5 V 至 7 V 的工作電壓，多年來(lái)一直廣泛應(yīng)用于功率放大器。硅基 LDMOS 技術(shù)的工作電壓為 28V， 已經(jīng)在電信領(lǐng)域使用了許多年，但其主要在 4 GHz 以下頻率發(fā)揮作用，因此在寬帶應(yīng)用中的使用并不廣泛。新興 GaN 技術(shù)的工作電壓為 28 V 至 50 V，優(yōu)勢(shì)在于更高功率密度及更高截止頻率(Cutoff Frequency，輸出訊號(hào)功率超出或低于傳導(dǎo)頻率時(shí)輸出訊號(hào)功率的頻率)，擁有低損耗、高熱傳導(dǎo)基板，開(kāi)啟了一系列全新的可能應(yīng)用，尤其在 5G 多輸入輸出(Massive MIMO)應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)高整合性解決方案

34、。典型的 GaN 射頻器件的加工工藝，主要包括如下環(huán)節(jié)：外延生長(zhǎng)-器件隔離-歐姆接觸（制作源極、漏極）- 氮化物鈍化- 柵極制作-場(chǎng)板制作- 襯底減薄-襯底通孔等環(huán)節(jié)。圖表 17：GaN 射頻器件的加工工藝來(lái)源：材料深一度、國(guó)金證券研究所外延生長(zhǎng)： 采用金屬氧化物化學(xué)氣相沉積（ MOCVD ） 或分子束外延（MBE）方式在 SiC 或 Si 襯底上外延 GaN 材料。器件隔離：采用離子注入或者制作臺(tái)階（去除掉溝道層）的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)器件隔離。射頻器件之間的隔離是制作射頻電路的基本要求。歐姆接觸：形成歐姆接觸是指制作源極和漏極的電極。對(duì) GaN 材料而言， 制造歐姆接觸需要在很高的溫度下完成。氮化物

35、鈍化：在源極和漏極制作完成后，GaN 半導(dǎo)體材料需要經(jīng)過(guò)鈍化過(guò)程來(lái)消除懸掛鍵等界面態(tài)。GaN 的鈍化過(guò)程通常采用 SiN（氮化硅）來(lái)實(shí)現(xiàn)。柵極制作：在 SiN 鈍化層上開(kāi)口，然后沉積柵極金屬。至此，基本的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)就成型了。場(chǎng)板制作：柵極制作完成后，繼續(xù)沉積額外的幾層金屬和氮化物，來(lái)制作場(chǎng)板、互連和電容，此外，也可以保護(hù)器件免受外部環(huán)境影響。襯底減?。阂r底厚度減薄至 100m 左右，然后對(duì)減薄后的襯底背部進(jìn)行金屬化。襯底通孔：通孔是指在襯底上表面和下表面之間刻蝕出的短通道，用于降低器件和接地(底部金屬化層)之間的電感。GaN 材料已成為基站 PA 的有力候選技術(shù)。GaN 是極穩(wěn)定的化合

36、物，具有強(qiáng)的原子鍵、高的熱導(dǎo)率、在-族化合物中電離度是最高的、化學(xué)穩(wěn)定性好，使得 GaN 器件比 Si 和 GaAs 有更強(qiáng)抗輻照能力，同時(shí) GaN 又是高熔點(diǎn)材料，熱傳導(dǎo)率高，GaN 功率器件通常采用熱傳導(dǎo)率更優(yōu)的 SiC 做襯底，因此 GaN 功率器件具有較高的結(jié)溫，能在高溫環(huán)境下工作。Ga N 高電子遷移率晶體管（HEMT）憑借其固有的高擊穿電壓、高功率密度、大帶寬和高效率，已成為基站 PA 的有力候選技術(shù)。圖表 18：主要半導(dǎo)體材料的關(guān)鍵性能來(lái)源：材料深一度、國(guó)金證券研究所GaN 射頻器件更能有效滿足 5G 的高功率、高通信頻段和高效率等要求。相較于基于 Si 的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)

37、體（ Si LDMOS ， Lateral Double-diffused Metal-oxide Semiconductor）和 GaAs，在基站端 Ga N 射頻器件更能有效滿足 5G 的高功率、高通信頻段和高效率等要求。目前針對(duì) 3G 和 LTE 基站市場(chǎng)的功率放大器主要有 Si LDMOS 和 GaAs 兩種， 但 LDMOS 功率放大器的帶寬會(huì)隨著頻率的增加而大幅減少，僅在不超過(guò)約 3.5GHz 的頻率范圍內(nèi)有效，而 GaAs 功率放大器雖然能滿足高頻通信的需求，但其輸出功率比 Ga N 器件遜色很多。在 5G 高集成的 Massive MIMO 應(yīng)用中，它可實(shí)現(xiàn)高集成化的解決方案，

38、如模塊化射頻前端器件。在毫米波應(yīng)用上，GaN 的高功率密度特性在實(shí)現(xiàn)相同覆蓋條件及用戶追蹤功能下，可有效減少收發(fā)通道數(shù)及整體方案的尺寸。實(shí)現(xiàn)性能成本的最優(yōu)化組合。隨著 5G 時(shí)代的到來(lái)，小基站及 Massive MIMO 的飛速發(fā)展，會(huì)對(duì)集成度要求越來(lái)越高，GaN 自有的先天優(yōu)勢(shì)會(huì)加速功率器件集成化的進(jìn)程。5G 會(huì)帶動(dòng) Ga N 這一產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。然而，在移動(dòng)終端領(lǐng)域 Ga N 射頻器件尚未開(kāi)始規(guī)模應(yīng)用，原因在于較高的生產(chǎn)成本和供電電壓。Ga N 將在高功率，高頻率射頻市場(chǎng)發(fā)揮重要作用。GaN 射頻 PA 有望成為 5G 基站主流技術(shù)預(yù)測(cè)未來(lái)大部分 6GHz 以下宏網(wǎng)絡(luò)單元應(yīng)用都將采用 Ga

39、N 器件，小基站 GaAs 優(yōu)勢(shì)更明顯。就電信市場(chǎng)而言，得益于 5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日益臨近，將從 2019 年開(kāi)始為 GaN 器件帶來(lái)巨大的市場(chǎng)機(jī)遇。相比現(xiàn)有的硅 LDMOS（橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)）和 GaAs（砷化鎵）解決方案，GaN 器件能夠提供下一代高頻電信網(wǎng)絡(luò)所需要的功率和效能。而且，GaN 的寬帶性能也是實(shí)現(xiàn)多頻帶載波聚合等重要新技術(shù)的關(guān)鍵因素之一。Ga N HEMT（高電子遷移率場(chǎng)效晶體管）已經(jīng)成為未來(lái)宏基站功率放大器的候選技術(shù)。由于 LDMOS 無(wú)法再支持更高的頻率，GaAs 也不再是高功率應(yīng)用的最優(yōu)方案，預(yù)計(jì)未來(lái)大部分6GHz 以下宏網(wǎng)絡(luò)單元應(yīng)用都將采用 Ga N 器件

40、。5G 網(wǎng)絡(luò)采用的頻段更高，穿透力與覆蓋范圍將比 4G 更差，因此小基站（small cell）將在 5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中扮演很重要的角色。不過(guò)，由于小基站不需要如此高的功率，GaAs 等現(xiàn)有技術(shù)仍有其優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，由于更高的頻率降低了每個(gè)基站的覆蓋率，因此需要應(yīng)用更多的晶體管，預(yù)計(jì)市場(chǎng)出貨量增長(zhǎng)速度將加快。圖表 19：20152025 年基站主要趨勢(shì)來(lái)源：MEMS、國(guó)金證券研究所預(yù)計(jì)到 2025 年 GaN 將主導(dǎo) RF 功率器件市場(chǎng)，搶占基于硅 LDMOS 技術(shù)的基站 PA 市場(chǎng)。根據(jù) yole 的數(shù)據(jù)，2014 年基站 RF 功率器件市場(chǎng)規(guī)模為11 億美元，其中 GaN 占比 11%，而橫

41、向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)（LDMOS）占比 88%。2017 年，GaN 市場(chǎng)份額預(yù)估增長(zhǎng)到了 25%，并且預(yù)計(jì)將繼續(xù)保持增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到 2025 年 GaN 將主導(dǎo) RF 功率器件市場(chǎng)， 搶占基于硅 LDMOS 技術(shù)的基站 PA 市場(chǎng)。圖表 20：各材料體系的射頻器件工作區(qū)間圖表 21：不同技術(shù)路線的基站 PA 占比變化 來(lái)源：材料深一度、國(guó)金證券研究所來(lái)源：Yole、國(guó)金證券研究所對(duì)于既定功率水平，GaN 具有體積小的優(yōu)勢(shì)。有了更小的器件，則可以減小器件電容，從而使得較高帶寬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得更加輕松。圖表 22：GaN 具有更小的尺寸優(yōu)勢(shì)來(lái)源：Qorvo、國(guó)金證券研究所氮化鎵基 MIMO

42、天線功耗可降低 40%。下圖展示的是鍺化硅和氮化鎵的毫米波 5G 基站 MIMO 天線方案，左側(cè)展示的是鍺化硅基 MIMO 天線，它有1024 個(gè)元件，裸片面積是 4096 平方毫米，輻射功率是 65dbm，與之形成鮮明對(duì)比的，是右側(cè)氮化鎵基 MIMO 天線，盡管價(jià)格較高，但功耗降低了40%，裸片面積減少 94%。圖表 23：5G 毫米波基站 GaN 優(yōu)勢(shì)明顯來(lái)源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察、國(guó)金證券研究所GaN 適用于大規(guī)模 MIMOGaN 芯片每年在功率密度和封裝方面都會(huì)取得飛躍，能比較好的適用于大規(guī)模 MIMO 技術(shù)。當(dāng)前的基站技術(shù)涉及具有多達(dá) 8 個(gè)天線的 MIMO 配置， 以通過(guò)簡(jiǎn)單的波束形成算

43、法來(lái)控制信號(hào)，但是大規(guī)模 MIMO 可能需要利用數(shù)百個(gè)天線來(lái)實(shí)現(xiàn) 5G 所需要的數(shù)據(jù)速率和頻譜效率。 大規(guī)模 MIMO 中使用的耗電量大的有源電子掃描陣列（AESA），需要單獨(dú)的 PA 來(lái)驅(qū)動(dòng)每個(gè) 天線元件，這將帶來(lái)顯著的尺寸、重量、功率密度和成本（SWa P-C）挑戰(zhàn)。這將始終涉及能夠滿足 64 個(gè)元件和超出 MIMO 陣列的功率、線性、熱管理和尺寸要求，且在每個(gè)發(fā)射/接收（T/R）模塊上偏差最小的射頻 PA。MIMO PA 年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到 135%。預(yù)計(jì) 2022 年，4G/ 5G 基礎(chǔ)設(shè)施用RF 半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 16 億美元，其中，MIMO PA 年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到 135%

44、，射頻前端模塊的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到 119%。圖表 24：2023 年基站 RF 半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)（億美元）來(lái)源：ABI Research、國(guó)金證券研究所預(yù)計(jì)未來(lái) 510 年， GaN 將成為 3W 及以上 RF 功率應(yīng)用的主流技術(shù)。根據(jù) Yole 預(yù)測(cè)，2017 年，全球 Ga N 射頻市場(chǎng)規(guī)模約為 3.84 億美元，在3W 以上（不含手機(jī) PA）的 RF 射頻市場(chǎng)的滲透率超過(guò) 20%。Ga N 在基站、雷達(dá)和航空應(yīng)用中，正逐步取代 LDMOS。隨著數(shù)據(jù)通訊、更高運(yùn)行頻率和帶寬的要求日益增長(zhǎng)，GaN 在基站和無(wú)線回程中的應(yīng)用持續(xù)攀升。在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，針對(duì)載波聚合和大規(guī)模輸入輸出（MIM

45、O）等新技術(shù)，GaN 將憑借其高效率和高寬帶性能，相比現(xiàn)有的 LDMOS 處于更有利的位置。未來(lái) 510 年內(nèi)，預(yù)計(jì) GaN 將逐步取代 LDMOS，并逐漸成為3W 及以上 RF 功率應(yīng)用的主流技術(shù)。而 GaAs 將憑借其得到市場(chǎng)驗(yàn)證的可靠性和性價(jià)比，將確保其穩(wěn)定的市場(chǎng)份額。LDMOS 的市場(chǎng)份額則會(huì)逐步下降，預(yù)測(cè)期內(nèi)將降至整體市場(chǎng)規(guī)模的 15%左右。到 2023 年，GaN RF 器件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 13 億美元，約占 3W 以上的 RF 功率市場(chǎng)的 45%。截止 2018 年底，整個(gè) RF GaN 市場(chǎng)規(guī)模接近 4.85 億美元。未來(lái)大多數(shù)低于 6GHz 的宏網(wǎng)絡(luò)單元實(shí)施將使用 Ga N 器

46、件，無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用占比將進(jìn)一步提高至近 43%。圖表 25：2023 年全球 GaN 市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)（億美元） 圖表 26：GaN 在通信領(lǐng)域占比不斷提升來(lái)源：yole、國(guó)金證券研究所來(lái)源：yole、國(guó)金證券研究所RF GaN 市場(chǎng)的發(fā)展方向GaN 技術(shù)主要以 IDM 為主。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，GaN 技術(shù)在全球各大洲已經(jīng)普及。市場(chǎng)領(lǐng)先的廠商主要包括 Sumitomo Electric 、Wolfspeed（Cree 科銳旗下）、Qorvo，以及美國(guó)、歐洲和亞洲的許多其它廠商?；衔锇雽?dǎo)體市場(chǎng)和傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不同。相比傳統(tǒng)硅工藝，Ga N 技術(shù)的外延工藝要重要的多，會(huì)影響其作用區(qū)域的品質(zhì)，

47、對(duì)器件的可靠性產(chǎn)生巨大影響。這也是為什么目前市場(chǎng)領(lǐng)先的廠商都具備很強(qiáng)的外延工藝能力，并且為了維護(hù)技術(shù)秘密，都傾向于將這些工藝放在自己內(nèi)部生產(chǎn)。GaN-on-SiC 更具有優(yōu)勢(shì)。盡管如此，F(xiàn)abless 設(shè)計(jì)廠商通過(guò)和代工合作伙伴的合作，發(fā)展速度也很快。憑借與代工廠緊密的合作關(guān)系以及銷售渠 道，NXP 和 Ampleon 等領(lǐng)先廠商或?qū)⒏淖兪袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局。同時(shí)，目前市場(chǎng)上還存在兩種技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)：GaN-on-SiC（碳化硅上氮化鎵）和 GaN-on- silicon（硅上氮化鎵）。它們采用了不同材料的襯底，但是具有相似的特性。理論上，Ga N-on-SiC 具有更好的性能，而且目前大多數(shù)廠商都采用了

48、該技術(shù)方案。不過(guò)，M/A-COM 等廠商則在極力推動(dòng) Ga N-on-Silicon 技術(shù)的廣泛應(yīng)用。未來(lái)誰(shuí)將主導(dǎo)還言之過(guò)早，目前來(lái)看，GaN-on-silicon 仍是GaN-on-SiC 解決方案的有力挑戰(zhàn)者。全球 GaN 射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)爭(zhēng)格局境外 GaN 射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)公司及產(chǎn)品進(jìn)展GaN 微波射頻器件產(chǎn)品推出速度明顯加快。目前微波射頻領(lǐng)域雖然備受關(guān)注，但是由于技術(shù)水平較高，專利壁壘過(guò)大，因此這個(gè)領(lǐng)域的公司相比較電力電子領(lǐng)域和光電子領(lǐng)域并不算很多，但多數(shù)都具有較強(qiáng)的科研實(shí)力和市場(chǎng)運(yùn)作能力。GaN 微波射頻器件的商業(yè)化供應(yīng)發(fā)展迅速。據(jù)材料深一度對(duì) Mouser 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析顯示，截至

49、 2018 年 4 月，共有 4 家廠商推出了150 個(gè)品類的 GaN HEMT， 占整個(gè)射頻晶體管供應(yīng)品類的 9.9%，較 1 月增長(zhǎng)了 0.6%。Qorvo 產(chǎn)品工作頻率范圍最大，Skyworks 產(chǎn)品工作頻率較小。Qorvo、CREE、MACOM 73%的產(chǎn)品輸出功率集中在 10W100W 之間，最大功率達(dá)到 1500W（工作頻率在 1.0-1.1GHz， 由 Qorvo 生產(chǎn)），采用的技術(shù)主要是 GaN/SiC GaN 路線。此外，部分企業(yè)提供 GaN 射頻模組產(chǎn)品，目前有 4 家企業(yè)對(duì)外提供 GaN 射頻放大器的銷售，其中 Qorvo 產(chǎn)品工作頻率范圍最大，最大工作頻率可達(dá)到 31G

50、Hz。Skyworks 產(chǎn)品工作頻率較小，主要集中在 0.05-1.218GHz 之間。Qorvo 射頻放大器的產(chǎn)品類別最多。在我國(guó)工信部公布的 2 個(gè) 5G 工作頻段（3.3-3.6GHz、4.8-5GHz，）內(nèi)，Qorvo 公司推出的射頻放大器的產(chǎn)品類別最多，最高功率分別高達(dá) 100W 和 80W（1 月份 Qorvo 在 4.8-5GHz 的產(chǎn)品最高功率為 60W），ADI 在 4.8-5GHz 的產(chǎn)品最高功率提高到 50W（之前產(chǎn)品的最高功率不到 40W）， 其他產(chǎn)品的功率大部分在 50W 以下。圖表 27：境外 GaN 射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)企業(yè)來(lái)源：材料深一度、國(guó)金證券研究所大陸 Ga

51、N 射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)公司及產(chǎn)品進(jìn)展：歐美國(guó)家出于對(duì)我國(guó)技術(shù)發(fā)展速度的擔(dān)憂及遏制我國(guó)新材料技術(shù)的發(fā)展想法，在第三代半導(dǎo)體材料 方面，對(duì)我國(guó)進(jìn)行幾乎全面技術(shù)封鎖和材料封鎖。在此情況下，我國(guó)科研 機(jī)構(gòu)和企業(yè)單位立足自主創(chuàng)新，目前在 GaN 微波射頻領(lǐng)域已取得顯著成效， 在軍事國(guó)防領(lǐng)域和民用通信領(lǐng)域兩個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行突破，打造了中電科 13 所、中電科 55 所、中興通信、大唐移動(dòng)等重點(diǎn)企業(yè)以及中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通等大客戶。蘇州能訊推出了頻率高達(dá) 6GHz、工作電壓 48V、設(shè)計(jì)功率從 10W-320W 的射頻功率晶體管。在移動(dòng)通信方面，蘇州能訊已經(jīng)可以提供適合 LTE、4G、5G 等移動(dòng)通信應(yīng)用的高效率和

52、高增益的射頻功放管，工作頻率涵蓋1.8-3.8GHz，工作電壓 48V，設(shè)計(jì)功率從 130W-390W，平均功率為 16W- 55W。圖表 28：大陸 GaN 射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)企業(yè)來(lái)源：材料深一度、國(guó)金證券研究所3、5G 時(shí)代，窄帶物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備射頻前端迎來(lái)發(fā)展新機(jī)遇伴隨著 5G 大幕拉開(kāi)，特別是對(duì)于智能手機(jī)來(lái)說(shuō)，新的應(yīng)用和新需求，刺激著射頻前端市場(chǎng)涌現(xiàn)出很多新名詞，比如，MIMO，HPUE，NSA，SA， PAMiD 等等。射頻前端需要更高整合度，從而支持更加復(fù)雜的頻段和通信標(biāo)準(zhǔn)。IOT 設(shè)備射頻前端要求更低功耗，更長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間和更低的成本。在手機(jī)市場(chǎng)追求更快更強(qiáng)的同時(shí)，有另外一個(gè)市場(chǎng)就是窄帶物

53、聯(lián)網(wǎng) (Cat-M /NB- IoT)， 它在另外一個(gè)維度滿足市場(chǎng)需求，比如更低功耗，更長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間和更低的 成本。新的 Cat-M 和 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于終端的要求在發(fā)生變化，應(yīng)用于該設(shè)備的射頻前端器件也有新的發(fā)展要求。新的射頻前端需要在支持超 寬帶工作，并且保證低成本的情況下，滿足更大范圍的工作電壓和工作溫 度，同時(shí)達(dá)到 3GPP 規(guī)定的射頻性能標(biāo)準(zhǔn)。圖表 29：5G 的使命和任務(wù)來(lái)源：射頻百花潭、國(guó)金證券研究所NB-IoT 主要應(yīng)用場(chǎng)景：智能安全；智能基礎(chǔ)設(shè)施：智能路燈，智能井蓋，智能充電，智能停車；智能表計(jì)；智能監(jiān)控。在有些領(lǐng)域，出現(xiàn)了迅速的增長(zhǎng)：電動(dòng)自行車監(jiān)控和管理智能煙霧傳感

54、器智能表計(jì)（水表氣表電表）另外，目前有一些基于 NB-IoT 的新的應(yīng)用，也引起市場(chǎng)極大的興趣。智能停車服務(wù)：集成了云服務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)交通和停車位信息搜集， 通過(guò)手機(jī)的電子支付，能實(shí)現(xiàn)方便的無(wú)人值守停車。智能穿戴市場(chǎng)：得益于低功耗，NB-IoT 終端能夠?qū)崿F(xiàn)超長(zhǎng)待機(jī)。通過(guò)運(yùn)營(yíng)商的廣域網(wǎng)連接，定位數(shù)據(jù)和健康數(shù)據(jù)能自動(dòng)上傳到企業(yè)云的個(gè)人帳號(hào)中， 擺脫了傳統(tǒng)局域網(wǎng)或者需要連接手機(jī)同步數(shù)據(jù)的束縛。這一點(diǎn)非常適合給 老人和小孩的無(wú)人看護(hù)或者出門定位服務(wù)。管理員通過(guò)劃定電子安全區(qū)域， 智能穿戴設(shè)備出了安全區(qū)后，報(bào)警信息會(huì)自動(dòng)傳到云端和管理員。NB-IoT PA 需要低成本和低功耗基于蜂窩網(wǎng)的萬(wàn)物互聯(lián)是

55、一項(xiàng)有前景的新技術(shù)，從射頻前端供應(yīng)商的角度， 我們看到了一些新的市場(chǎng)需求。新的垂直市場(chǎng)。在已有的蜂窩網(wǎng)需求的基 礎(chǔ)上，新的低成本和低功耗的解決方案，將會(huì)用到新的市場(chǎng)應(yīng)用當(dāng)中。多種連接標(biāo)準(zhǔn)會(huì)同時(shí)共存。產(chǎn)品形態(tài)會(huì)表現(xiàn)為從簡(jiǎn)單的低功耗和單頻段無(wú)線單元，一直到復(fù)雜的 LTE 和 5G New Radio 的全球蜂窩網(wǎng)解決方案。多樣的應(yīng)用場(chǎng)景和需求。復(fù)雜多樣的最終用戶市場(chǎng)還有應(yīng)用，會(huì)帶來(lái)需求和產(chǎn)品的多樣化，其中包括室內(nèi)的應(yīng)用和戶外的一些極端溫度和高可靠性要求的場(chǎng)景。圖表 30：各種通信標(biāo)準(zhǔn)和多應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)源：Qorvo、國(guó)金證券研究所NB-IoT 的 PA 要求低成本和高效。NB-IoT 雖然有要求和 L

56、TE 相同的上行功率(power class3)，但是信號(hào)的峰均比較低。另外，NB-IoT 采用半雙工方式工作，避免使用 FDD 雙工器，PA 后端的插入損耗小。這些因素可以讓 NB-IoT 的 PA 更加偏向于非線性的設(shè)計(jì)，同時(shí)采用更小的 Die 設(shè)計(jì)，從而達(dá)到節(jié)省成本和提高效率的目的。圖表 31：Cat-M/NB/LoRa 技術(shù)特性比較來(lái)源：射頻百花潭、國(guó)金證券研究所對(duì)于 NB-IoT PA 來(lái)講，超寬帶、低電壓、極端溫度和低成本是重點(diǎn)要考慮的方向。超寬帶：以低頻為例，NB-IoT PA 需要工作在 663MHz915MHz，可用帶寬是 252MHz。低電壓：需要支持 1.8V 到 4.3V 工作電壓，以便滿足不同的電池環(huán)境需求。高效率：具備不同的功率模式，從而優(yōu)化不同功率和電壓下面的效率。同時(shí)在 headroom 設(shè)計(jì)方面，考慮到 Cat-M/NB 的最高輸出功率需求。極端溫度：滿足-30/-40+85 degree C 工作溫度范圍。小尺寸：典型的 NB 模塊大小為 26.5mm x 22.5mm x 2.3mm。這個(gè)大約相當(dāng)于一張名片的七分之一。射頻前端的尺寸會(huì)是