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射頻前端濾波器國產化

發布時間: 2022-11-20 21:50:39

㈠ 美沒料到,國產射頻晶元實現突破,華為5G手機迎來轉機

華為作為全球最先進的5G企業,在老美的斷供下,如今卻只能逆時代的發布4G手機,這讓不少「花粉」都感到遺憾。 華為無法發布5G手機的根本原因並非是麒麟晶元已經耗盡,而是為智能手機提供5G信號的射頻晶元遭遇了美企的斷供。

華為徐直軍在開發者大會上表示, 希望消費者們能夠耐心等待,華為正在加速破局解決手機5G問題,一切都會回到正軌,對未來的5G市場充滿了希望和信心。

沒想到好消息來得這么快, 近日國內市場傳出一記「炸雷」,國產射頻晶元迎來了突破 。對此,不少業內人士都表示,華為手機有希望重回5G行列了。那麼具體是怎麼一回事呢?

美曾誘捕中國專家

事實上,射頻晶元此前並不算是國內半導體產業的短板,相反,我們在該領域還處於相應的領先地位。而轉折點則發生在中國射頻晶元專家被美誘捕之後,我們的技術專利遭到了竊取,以至於國內射頻晶元市場一蹶不振。

射頻晶元最主要的核心技術是濾波器,諾思微這家國產企業曾是全球市場頂尖的濾波器巨頭之一,在技術總工程師張浩的帶領下,諾思微展現出了成為行業領頭羊的潛力 。而美國方面為了提升其射頻短板,以學術無國界為由,邀請張浩赴美進行學術交流。

可沒想到的是,張浩剛下飛機就被老美以「莫須有」的罪名進行了逮捕、扣留,並通過各種下三濫的手段,從張浩手裡竊取了諾思微的核心技術。這才是老美邀請這位中國射頻專家的真正目的。

沒有了張浩的帶領,被竊取了核心專利技術的諾思微,在市場和技術的雙重打擊下逐漸失去了競爭力。相反,美射頻晶元企業卻迎來了異軍突起,這也是為什麼它如今能斷供華為射頻晶元的主要原因。

國產射頻晶元迎來突破

不過,近幾年美國對華為等中企實現的晶元斷供讓我們徹底認識到了掌握核心自研技術的重要性,不僅加大了對人才、專家的保護,而且還掀起了大規模的自主造芯浪潮, 國產射頻晶元也迎來了突飛猛進的發展,其中大富 科技 的表現最為亮眼。

據媒體報道, 大富 科技 研發出了全球最頂尖的濾波器產品,一舉打破了SKyworks、Qorvo等海外企業的壟斷

值得強調的是,通過十年時間的不懈努力, 大富 科技 突破了五十多種先進工藝壁壘,其國產化技術佔比更是超過了95% 。另外,大富 科技 累計申請專利數量也達到了2050件,佔比通信基站濾波器專利總量的80%。

而大富 科技 之所以能在競爭激烈的射頻濾波市場中脫穎而出,主要得益於每年超過營收10%佔比的研發投入。要知道華為每年上千億的研發投入,其佔比大約在15%左右,而近段時間處於風口浪尖的聯想,其研發投入佔比只有2.9%,這足以看出大富 科技 對自研核心技術的重視。

老美或許也沒料到,我們在射頻領域經歷了「低谷」之後,會這么快重新崛起,而它對華為手機業務的封鎖,或許也要因此而結束了。

華為5G手機有希望了

國產射頻晶元領域的突破,將會在很大程度上完善我國的5G發展建設, 而其另一個重要的意義是,讓華為手機看到了重回5G行列的希望。

為了解決5G信號問題,華為前端時間與鼎橋通信展開合作,通過「借殼」的方式接連發布了N8Pro和M40這兩款5G麒麟晶元手機,盡管這兩款機型採用了華為的核心技術,無異於華為手機。

但畢竟它沒有華為的商標,而且還沒有鴻蒙系統。對市場而言,這兩款機型未必會像麒麟晶元加鴻蒙系統的華為手機有認可度,但是為了延續手機業務,華為也是沒辦法,其中心酸不言而喻。

不過, 如今隨著國產射頻晶元的突破,待到技術進一步成熟化,華為手機或許可以光明正大的重回5G市場了。

總結

對於正處爬坡階段的國產晶元來說,大富 科技 在射頻領域取得的成績,將會在很大程度上提升國產企業打破壟斷的決心和士氣。

而大富 科技 崛起的歷程也闡明了兩個事實,首先,核心技術是買不來、換不來、求不來的,加大投入、注重自研,才是擺脫「卡脖子」的唯一出路;其次,在國產半導體產業崛起的道路上不能有「畏難精神」,正如王傳福所說,再尖端的技術設備也是人造的,而非神造的,海外企業可以掌握尖端的晶元技術,那麼我們只要努力,就一樣可以做到!

㈡ 合肥北城有沒有做4g5g濾波器的廠

集微網消息,隨著5G網路的快速部署,5G基站核心器件之一的濾波器產能供不應求,產業正進入重構階段。
從3G/4G時代的金屬同軸腔體濾波器到5G時代的陶瓷介質濾波器,作為基站射頻核心器件的濾波器,為實現小型化、輕量化、低損耗及性價比的要求,陶瓷介質濾波器逐步成為主流方案。
據集微網了解,目前四大基站終端中,華為和愛立信傾向於陶瓷介質濾波器,中興和諾基亞目前仍以小型化金屬腔體濾波器為主,陶瓷介質濾波器處於供不應求的階段。
行業人士表示,「當前,華為以陶瓷介質濾波器為主,而中興則以金屬為主,後面大概率還是向陶瓷的過渡。」
陶瓷介質濾波器成首選
長期以來,以濾波器為代表的射頻前端晶元都處在被日本、美國等巨頭廠商「卡脖子」的境地。在5G商用和華為供應商國產化的推動下,國產濾波器廠商迎來新的機遇,加速了國產替代的步伐。
縱觀當下整個濾波器行業,5G通信技術對濾波器的性能,如高頻諧振器Q值,尺寸和功率容量等要求不斷提高,整個濾波器市場正在進入重構階段。
目前,5G基站濾波器共有小型金屬腔體濾波器、塑料濾波器和陶瓷介質濾波器三種方案。小型金屬腔體濾波器性能穩定,工藝成熟,但多用於低頻段。隨著頻率的升高,工藝要求高,小型金屬腔體濾波器市場縮窄;而塑料濾波器在溫度和成本上具備優勢,但面臨腔體變形影響波形的瓶頸,暫未突破。
相對而言,目前較為成熟則是陶瓷介質濾波器。特別是自華為布局陶瓷介質濾波器以來,5G基站陶瓷介質濾波器進入供不應求的階段。就國內市場而言,陶瓷介質濾波器主要供給華為主供,少量向愛立信傾斜。
據集微網了解,陶瓷介質濾波器的主要原材料是陶瓷粉體和介質諧振器。從其工藝流程來看,陶瓷介質濾波器是經粉體干壓燒結後,兩面覆銀作電極金屬化,經直流高壓極化後產生壓電效應。陶瓷片兩面形變後產生電場而具有串聯諧振特性。由於上述電磁波諧振發生在壓力陶瓷介質內部,不需要固定諧振器,因此介質濾波器的體積更小。
同時,由於微波陶瓷粉體比較金屬腔體具有高Q值的材料特性,大幅減小了插損,具有高帶外抑制、溫度漂移特性好、溫度適用范圍寬泛、多種形式的封裝結構和輸出介面形式的特點,滿足了基站濾波器小型化的發展趨勢。
這也是當前陶瓷介質濾波器成為5G基站首選的重要因素。
與此同時,行業人士透露,基於當前陶瓷介質濾波器結構復雜,精度要求高,流程長,成品率低等諸多技術難點,能夠量產的企業不多,產能供不應求的狀況還將加劇。
陶瓷介質濾波器供不應求
據國盛證券分析,5G時期基站濾波器從金屬腔體濾波器向陶瓷介質濾波器演進,而目前能夠具備上游陶瓷粉料配方工藝、同時具備量產介質濾波器和調試能力,並已實現批量供貨的,只有艾福電子和燦勤科技。
截止目前,眾多上市公司在互動平台回復稱,5G基站陶瓷介質濾波器獲得客戶認證或小批量量產的消息絡繹不絕。
其中,東山精密提到,子公司艾福電子的3.5G介質濾波器目前一個月供貨100多萬個,2.6G的介質濾波器已經開始供貨,給華為的供貨基本上要從現在的10萬個不到,爬坡到明年的300萬個/月,整體業務供不應求。
除了東山精密外,背靠華為二十年的武漢凡谷也在投資互動平台表示,介質濾波器日交付量約3萬片,部分型號的5G小型化濾波器和陶瓷介質濾波器已經量產。此外,供給華為的5G產品包括「金屬腔體介質諧振桿」形態及全介質形態兩種形態,目前供給愛立信和諾基亞的5G產品主要以小型金屬化為主,同時,考慮到後續5G市場需求的增長,公司也在積極准備介質濾波器的擴產計劃。
同為華為和諾基亞濾波器供應商的春興精工則表示,5G基站核心部件已有部分產品放量,集中於多通道腔體濾波器、5G基站AAU外殼;而在陶瓷介質濾波器及其他陶瓷相關部件方面,已經有多個客戶進入到商用階段,sub6GHz波導式陶瓷介質濾波器已實現小批量生產能力。主要客戶包括諾基亞、華為、愛立信、三星等全球最大的移動通信設備製造商。
從前述來看,華為扶持的陶瓷介質濾波器的供應商在產品和量產的成熟度較高,基本格局初定,包括東山精密、武漢凡谷、春興精工及大富科技等。但基於產能有限,加之新入局的麥捷科技、國華新材、順絡電子、瑞聲科技、三環集團等產能小批量開出或加速布局,目前整個陶瓷介質濾波器的市場處於供不應求的階段。
據市場數據顯示,華為目前5G基站出貨量超20萬,月均出貨量5萬。此外,華為創始人任正非在8月接受采訪時就表示,今年華為5G的供應量是60萬個基站,明年可能會達到150萬個,可見其市場需求量存在無限的上升空間。
相對華為的5G陶瓷介質濾波器供應格局初定,中興則在金屬濾波器領域深耕更多。目前,世嘉科技、通宇通訊、京信通信等都中興金屬濾波器的主力供應商。可以預見的是,中興也在向陶瓷介質濾波器轉移,但基於陶瓷介質濾波器在產能、工藝、良率及價格等多重壁壘影響下,金屬腔體濾波器向陶瓷介質濾波器的轉型並不容易。
與此同時,陶瓷介質濾波器的供不應求也將加速其他濾波器產品的升級迭代,以滿足5G基站的需求。據業內人士透露,隨著時間的推移,基於更多通道的需求,SAW/BAW濾波器在未來5-10年將是射頻前端濾波系統中滲透率最高的技術。(校對/GY)

㈢ 華為P50系列以後能升級支持5G嗎

上周四,華為P50系列發布後,最引人關注的就是只有4G版,沒有5G版。但即便如此,目前預訂P50系列,依然需要搶。

大家爭搶的原因無外乎以下幾個方面:一、華為P50系列足夠優秀,比如強大的影像能力、鴻蒙系統領先的設備協同能力等,太有吸引力了;二、對很多人來說,5G目前還沒有帶來顛覆性的體驗,因此不是剛需,4G手機完全可以再戰兩年;三、用實際行動支持華為手機渡過難關。

可能還有一個原因:也許以後華為P50系列能通過升級支持5G也說不定呢。

大家知道,為了迅速做大鴻蒙生態,華為在新機型銷量有限的情況下,需要盡可能地讓更多老機型也升級到鴻蒙系統,因此推出了舊機煥新計劃。華為、榮耀部分老機型包括內存、電池、屏幕、後殼等在內的零部件都可以換新升級。

既然啥都能升級,那麼以後P50系列能不能通過升級來支持5G?

這並不是信口開河,因為P50系列搭載的驍龍888、麒麟9000原本都是集成式5G SoC。也就是說,這兩款晶元的原版都是自帶5G基帶的。

這次華為P50系列使用的驍龍888 4G晶元由高通供應,可能是專門生產的4G版,砍掉了5G基帶。但麒麟9000肯定是帶有5G基帶的,因為它是華為趕在美國禁令生效前,搶先生產囤的貨,不會有專門的4G版。

既然麒麟9000支持5G,為什麼搭載它的華為P50 Pro卻不能用5G?

問題出在了射頻前端。大家來看一張手機通信的基本原理圖。

基帶部分華為已經解決,還處於全球領先地位。但在射頻前端部分,我們卡在了濾波器環節。 一個小小的濾波器,在整個射頻前端的價值比重超過了一半。

手機用的濾波器主要是聲學濾波器,分為有聲表面波(SAW)和聲體波(BAW)兩種,全球市場上被美日廠商壟斷,國產品牌基本沒有參與和競爭。

在SAW濾波器方面,國內廠商無錫好達針對部分國產手機廠商有出貨,用於中低端產品,市場佔有率據說僅在1-3%。在5G手機首選的BAW濾波器方面,我們還處在技術研發層面,中國電子 科技 集團二十六所在這方面的研究填補了國內空白。

美國的封殺,導致了濾波器供應困難。即使華為搶先囤下了不少支持5G的麒麟9000晶元,依然在新款旗艦P50系列上無法支持5G網路。

既然找到了問題所在,那麼等BAW濾波器實現國產化後,給華為P50系列換上,不就可以支持5G了嗎?

理論上是可以的,因為射頻前端模組一般獨立在SoC之外,但具體操作起來就一言難盡了,一方面這不是一朝一夕的事兒,另一方面至少華為自己得有相關前期准備。

㈣ 手機射頻測試國內外現狀、水平和發展趨勢

射頻器件是無線連接的核心,是實現信號發送和接收的基礎零件,有著廣泛的應用。隨著5G的到來,射頻器件的需求將大幅增加,預計到2025年射頻前端市場規模有望突破258億美元。快速增長的市場讓行業看到了機會,新的射頻公司在不斷地涌現出來,尤其是在國內,打造自主射頻供應鏈就成為很多廠商的追求,但縱觀現狀,似乎差距還是很明顯。不過,若通過提升設計能力,輔助調試工作來提升射頻性能,國內射頻產業還有很大的成長空間。

射頻器件是無線連接的核心,是實現信號發送和接收的基礎零件,有著廣泛的應用。射頻前端晶元包括射頻開關、射頻低雜訊放大器、射頻功率放大器、雙工器、射頻濾波器等晶元。

5G帶來量價齊升

5G的引入,使得已經很復雜的射頻前端變得更加復雜,隨著射頻前端的價格壓力增加,這種現象可能會加劇。預計5G發展到成熟階段,全網通的手機射頻前端的Filters數量會從70餘個增加為100餘個,Switches數量亦會由10餘個增為超30個,使得最終射頻模組的成本持續增加。從2G時代的約3美元,增加到3G時代的8美元、4G時代的28美元,預計在5G時代,射頻模組的成本會超過40美元。

市場規模不斷擴大

在LTE時代,射頻前端市場的增長來自於載波聚合和MIMO技術。5G要求增加頻段,實現雙重連接,下行方向過渡到4 x 4 MIMO,上行方向發展到2 x 2
MIMO,這將促進射頻前端市場增長。此外,伴隨著5G的商業化,現在已經形成的初步共識認為,5G標准下現有的移動通信、物聯網通信標准將進行統一,因為未來在統一標准下射頻前端晶元產品的應用領域會被進一步放大。

根據Yole數據,2018年全球射頻前端市場規模為150億美元。5G射頻前端物料成本價從4G的28美元提升至40美元,以假設2020年5G手機出貨量佔比為13%來測算,2020年射頻前端市場規模預計達到160億美元;到2025年預計達到258億美元,2018-2025年的復合年增長率為8%。

市場被四大廠商壟斷

美日歐廠商長期壟斷射頻市場。射頻前端領域設計及製造工藝復雜、門檻極高,現階段射頻前端市場主要集中在Skyworks、Broadcom、Murata、Qorvo四大IDM廠商,占據了超過九成的市場份額。此外,高通在LNA領域已經足夠強大,通過整合TDK
EPCOS的濾波器業務,大有趕超Qorvo之勢。

濾波器和PA是重頭戲

射頻器件包括射頻開關和LNA,射頻PA,濾波器,天線Tuner和毫米波FEM等。射頻前端中價值量佔比最高的是濾波器,其次是功率放大器,佔比分別約為53%和33%,其餘期間包括開關、諧波器、低雜訊放大器等,合計佔比約為14%。

數據表明,濾波器和PA是射頻器件的重頭戲,其中PA負責發射通道的信號放大,濾波器負責發射機接收信號的濾波。對於通信設備而言,沒有PA,信號覆蓋就會成為很大的問題;沒有濾波器的設備更是相當於一塊磚頭,通信設備上通常安裝30-40個濾波器就是為了避免干擾,讓設備實現正常通信。

濾波器——國產突破尚待時日

目前,濾波器市場也被國外廠商所瓜分。傳統SAW濾波器市場的主要供應商為Murata、TDK、太陽誘電等幾家日本廠商,總計占據了全球市場份額的80%以上。BAW濾波器市場被博通(Broadcom)和Qorvo壟斷。安華高和博通並購重組後,博通擁有了最具競爭力的產品組合,其推出的BAW濾波器目前在高端智能手機應用市場中占據統治地位。

PA——國產化有望突破

手機頻段持續增加,PA的數量也隨之增加。4G多模多頻手機所需PA晶元5-7顆,預計5G時代手機內的PA或多達16顆。4G時代,功率放大器材料主要以GaAs為主,而未來更高頻段的功率放大器將以GaN材料為主。當前PA市場主要被IDM巨頭壟斷,前三大廠商Skyworks、Qorvo、Broadcom合計佔有超90%的市場份額。

目前國產PA廠商也在積極地介入這一市場,國內廠商大多採用「Fabless+Foundary」的產業模式,主攻晶元設計,且產品主要集中在中低端市場,同質化現象比較嚴重。出於供應鏈安全形度的考慮,華為海思的射頻前端團隊於2018年成立,目前研發進展順利,首款PA模組Hi6D03已在Mate
20X上出現,預計海思將成為未來PA市場的重要力量。

產業鏈完整 國內廠商奮起直追

4G到5G的演進過程中,射頻器件的復雜度逐漸提升,產品在設計、工藝和材料等方面都將發生遞進式的變化。國產射頻器件替代空間大,但困難也大。目前國內射頻晶元產業鏈已經基本成熟,從設計到晶圓代工,再到封測,已經形成完整的產業鏈。從國際競爭力來講,國內的射頻設計水平還處在中低端。

PA和開關廠商,射頻晶元產品銷售額加起來大約5億美金,大陸射頻晶元廠商銷售額大約3億美金。全球PA和開關射頻產品需求金額大約60億美金。可見,國內廠商依然在起步階段,市場話語權有限;濾波器方面,國內廠商銷售總額不到1億美金,全球市場需求在90億美金。即以後通過提升設計能力,輔助調試工作來提升射頻性能,國內射頻產業還有很大的成長空間。

以上數據來源於前瞻產業研究院《中國射頻器件行業戰略規劃和企業戰略咨詢報告》。

㈤ 5G時代迎射頻大熱:離國產化還有多遠

據法國調研機構Yole的預計,受益5G,射頻前端市場有望從2016年101.1億美元增長到2022年的227.8億美元,6年復合增速14.5%。其中,濾波器變動最大,規模52.08億美元增長到163億美元。但目前這仍是一個海外巨頭占據強勢份額的領域,部分環節的國產替代進程仍需時日,國內也尚未完全形成良好的生態共建。更有機構認為,射頻領域的國產化替代處在初級階段。

由於5G的新增頻段屬於中高頻頻段,對器件的性能和技術要求都會提升。「比如移動端由於新增頻段對濾波器的需求就需要插入損耗更小和Q值更高的BAW(聲體波濾波器)濾波器支持;基站特別是宏基站的部分則需要GaN(化合物半導體:氮化鎵)的PA來支持。因此整體來說,對射頻器件廠商的技術水平要求會更高。」張琛琛認為,射頻領域的國產化進程已經在前幾年啟動,目前在2G、3G領域,PA國產化水平很高,4G剛啟動;開關等產品技術的規格與國際差距不大;但濾波器的國產化則非常薄弱。值得注意的是,恰恰是射頻前端中佔比最大的部分,也是國產化相對薄弱的地方。據Yole預計,到2023年,手機終端射頻器件整體市場規模中,濾波器佔比最大,將達60%;PA將佔比21%,是其中兩個規模較大的市場。

㈥ 國產5G射頻晶元落地!華為手機迎來轉機,正式步入量產

美國修改半導體晶元市場新規,導致華為智能手機因缺少5G射頻模組晶元而暫時丟失5G功能。這對麒麟晶元遭到斷供的華為來說是「雪上加霜」。缺少5G功能的華為新機P50系列,讓不少「花粉」感到遺憾,不過,這一問題很快會得到解決。

2022年1月14日消息。國內 科技 巨頭富滿微於2022年1月11日正式官宣:公司自研的5G射頻前端晶元步入量產階段,國產5G射頻晶元正式落地。相比較GPU、CPU;5G射頻模組晶元的研發難度要低一些。但因射頻晶元模組零部件繁多,想要實現射頻晶元模組的自給化,還是具備一定難度的。

不過伴隨著國產廠商晶元自研項目的展開,我們在5G射頻模組中取得了相當不錯的進展。距離華為手機5G功能重回的時間也越來越近。例如金信諾與華為就射頻連接器、射頻線纜、射頻組件、高速線纜等5G射頻晶元項目開展合作。飛驤 科技 推出100%國產化射頻晶元解決方案,助力國產廠商加速實現射頻晶元自給自足的目標。大富 科技 破冰基站濾波器壁壘,推出了技術、性能卓越的5G基站濾波器,獲得國家級製造業單項冠軍並成為華為的核心供應商。

回到富滿微 科技 這里,據了解,富滿微 科技 量產的射頻模組晶元,主要應用范圍是以智能手機為主的各類電子設備。補充一點,對於國內供應商來說,通訊天線和射頻模組都不是問題,難就難在射頻前端模組上。目前國產供應商需要向國外進口射頻前端晶元,而這也是導致華為手機無法使用5G的原因,好在這一問題很快被富滿微 科技 解決。

換句話說,富滿微 科技 推出的前端射頻晶元,補足了國產射頻晶元的最後一塊拼圖。這對華為等國產晶元商來說十分重要。有了它,華為手機有望在今年重回5G功能。值得一提的是:關於射頻晶元自研項目,華為海外市場負責人在2021年11月舉辦的華為大會中表示:目前華為上海海思研發機構正進行5G射頻晶元項目的研發,華為手機很快會重回5G。

對於國產晶元產業來說,富滿微 科技 實現前端射頻晶元的量產,將帶動國產自研晶元項目的發展,尤其是國產智能設備廠商的發展。畢竟在解決了射頻晶元卡脖子問題後,國產商的設備成本將會大幅降低,而與之相伴的則是附加值的提高。營收高了,發展自主權掌握在自己手中,有利於國產商的更好、更快發展。

祝願國產半導體廠商能夠早日解決核心技術卡脖子難題,掌握核心技術的發展自主權。對於富滿微 科技 前端射頻模組晶元正式投產這件事情,大夥有什麼想說的呢?結合目前我國的射頻晶元發展現狀,到2022年,我們能否實現射頻晶元自給自足的目標呢?

㈦ 射頻三大件國產替代路徑:國產替代已大勢所趨,國內廠商如何破局

近日,前瞻產業研究院發布《 橫跨數個百億賽道 國產射頻微波領域儀器儀表如何破局 》專題報道:

頻譜分析儀、矢量網路分析儀、射頻信號發生器並稱為射頻三大件,受益於近年來5G商用化進程、新基建工程、智能網聯 汽車 的快速推進,中國射頻三大件市場規模快速增長,且規模增速快於全球市場。同時,射頻三大件持續發揮著「小口徑、大帶動」的作用,通過自身的技術進步,帶動下游5G、半導體、物聯網等萬億級市場的進一步發展。
同時,隨著中國市場的快速發展,國產替代已經成為大勢所趨,如成都玖錦等國內廠商紛紛通過突破技術壁壘、傾力品牌打造、重視市場培育與建設等手段走出一條可持續發展的國產化替代之路。

1、中國射頻三大件市場發展現狀
——射頻三大件(頻譜分析儀、矢量網路分析儀、射頻信號發生器)概述


頻譜分析儀
根據國家標准《GB/T 11461-2013 頻譜分析儀通用規范》,頻譜分析儀是能夠在頻域上有效地顯示出構成時域信號的各個單獨頻譜分量(正弦波)的儀器。
頻譜分析儀能夠以模擬或數字方式顯示信號的頻域特性,實現信號失真度、調制度、穩定度等參數的測量,在射頻領域有「射頻萬用表」的美稱。傳統的頻譜分析儀基於「掃頻式」原理,前端電路是一定帶寬內可調諧的接收機,輸入信號經變頻器變頻後由濾波器輸出,濾波輸出作為垂直分量,頻率作為水平分量,在示波器屏幕上繪出坐標圖,就是輸入信號的頻譜圖。隨著集成電路技術、快速A/D變換技術、頻率合成技術、數字信號處理技術、微處理器技術的飛速發展,頻譜分析儀無論從功能還是性能都得到了極大的擴展和提升。

現代的高端頻譜分析儀採用了快速傅里葉變換技術,這種技術一方面將被測信號分解成分立的頻率分量,達到與傳統頻譜分析儀同樣的結果,另一方面將被測信號數字化,使得頻譜分析儀具備了矢量信號分析功能和實時頻譜分析功能。基於此,當今的頻譜分析儀也可稱為矢量信號分析儀(或實時頻譜分析儀)。
在具體下游應用領域方面,矢量信號分析儀廣泛應用於衛星通訊、雷達、頻譜監測、半導體、新能源、人工智慧、物聯網、 汽車 電子、醫療電子、航空航天和國防、電子對抗、教育科研等行業。

矢量網路分析儀
根據行業標准《SJ/T 11433-2012 矢量網路分析儀通用規范》,矢量網路分析儀是一種能完成復傳輸和復反射S參數測量和分析的儀器,能夠對單埠、兩埠或多埠網路的S參數進行測量和分析,具有按某種誤差模型的要求,進行測量校準、自動修正誤差的能力。
矢量網路分析儀結合了頻譜分析儀技術、信號發生器技術以及矢量網路分析技術等各項技術,是射頻微波領域必備的測試測量儀器,並且是諸多行業專用儀器的基礎形態。
矢量網路分析儀會利用自帶的信號發生器向被測件發射信號,再通過對折返的信號進行分析,獲取待測件的信息屬性。


射頻信號發生器
射頻信號發生器可在各種頻率上產生射頻信號,具有高光譜純度、穩定的頻率和振幅,不僅可以生成任意波形信號,還可以將任意波形信號上變頻成射頻微波信號,是無線電設備和射頻微波器件研發、製造、維修、檢測的必要設備,具體功能包括生成矢量調制信號、電磁兼容、微波信號產生、時鍾測試和安規認證等。廣泛分布於通訊、半導體、新能源、 汽車 電子、醫療電子、消費電子、航空航天、教育科研等行業。


——射頻三大件市場規模穩步增長,中國市場增速快於全球市場增速
隨著航空航天、5G商用化、 汽車 智能化、物聯網、半導體等行業的快速發展,全球射頻三大件產品的市場需求快速增長。結合弗若斯特沙利文、Technavio等機構的統計測算數據,測算2021-2025年全球射頻三大件市場規模年復合增長率在5.7%左右,到2025年全球射頻三大件市場規模將達到270億元左右。

註:市場規模口徑包含頻譜和網路分析儀、信號發生器;市場規模數據依據2021年人民幣與美元平均匯率進行換算。
在中國市場方面,受益於5G商用化進程、新基建工程、智能網聯 汽車 的快速推進,中國射頻三大件市場在近幾年快速增長,且市場增速快於全球市場增速。結合Technavio、弗若斯特沙利文、灼識咨詢等機構測算數據,測算2021-2025年中國射頻三大件市場規模年復合增長率在8%左右,到2025年中國射頻三大件市場規模將接近100億元。


註:市場規模口徑包含頻譜和網路分析儀、信號發生器;市場規模數據依據2021年人民幣與美元平均匯率進行換算。
根據灼識咨詢的統計測算數據,在頻譜分析儀、網路分析儀和信號發生器這三大產品構成的市場中,頻譜分析儀市場佔比最大,達到39.7%,接近40%;信號發生器和矢量網路分析儀市場佔比相近,均在30%左右,具體佔比分別為30.5%和29.8%。

——射頻三大件帶動下游萬億級市場發展
射頻三大件與下游應用領域的發展是相輔相成的,射頻三大件本身市場規模雖然相對較小,但射頻三大件產品是下游應用領域發展所必須的基礎測量設備。
下游5G通信、商業航天、物聯網、半導體、毫米波雷達、衛星通信等領域產品和技術的升級與發展需要更高性能的儀器來實現相關指標的測量與測試。射頻三大件產品可以對復雜的信號進行頻譜測量分析、頻譜監測、調制與解調、電路網路分析、電磁兼容測試等,並且能夠結合相關軟體為下游應用提供全面的測量測試解決方案。因此射頻三大件是典型的「小口徑,大帶動」產品,射頻三大件產品技術與性能的提升,將輻射帶動下遊行業的快速發展。

典型下游應用領域的市場狀況方面,物聯網領域,根據賽迪統計測算數據,2021年中國物聯網市場規模達到2.63萬億元;5G領域,根據中國信息通信研究院統計測算數據,2021年5G直接帶動經濟總產出1.3萬億元;半導體領域,根據美國半導體行業協會(SIA)統計數據,2021年中國半導體行業銷售額達到1925億美元; 汽車 電子領域,根據中國 汽車 工業協會統計測算數據,2021年中國 汽車 電子市場規模達到8894億元;衛星通信領域,根據賽迪無線電管理研究所統計測算數據,測算2021年中國衛星通信產業市場規模在900億元左右。

在應用場景方面,射頻信號發生器是對無線電信號進行測量的必備工具,在高頻率范圍的信號中應用尤其廣泛;頻譜和矢量網路分析儀方面,主要用於研發、生產測試、現場維護和教育教學等,高端產品主要應用在高性能射頻器件開發、毫米波通信系統和前沿研究。

從具體的應用領域來看,射頻三大件的下游應用行業基本相同,具體包括半導體、消費電子、移動通信、 汽車 電子、自動駕駛、車聯網、物聯網、國防與航空航天、科研與教育等,其中多個下游應用行業加速發展,有望催化測量儀器需求的高速增長。


2、中國射頻三大件市場競爭格局
——產品技術端:國內廠商實現了高端化突破,電科思儀和成都玖錦處於第一梯隊
近年來,國內廠商在產品方面實現了高端化突破。成都玖錦、電科思儀等國內高端產品廠商信號發生器、信號分析儀和矢量網路分析儀等產品均突破了50GHz,均可對標國際一線品牌同類儀器指標。
綜合來看,在射頻三大件方面,國內廠商與國外廠商的技術水平差距已然不大,部分國內廠商具備一定的實力與國外廠商進行橫向比較。
在具體企業的產品性能方面,電科思儀在射頻三大件產品中均代表了國內廠商的最高水平,其次是成都玖錦,其射頻三大件產品性能緊隨其後,均接近國內廠商的最高水平。

根據國內企業各產品數據手冊以及企業公告等公開資料的整理和分析,對中國射頻三大件市場相關企業進行了技術層面的競爭格局劃分。電科思儀和成都玖錦處於產品性能的第一梯隊,鼎陽 科技 、普源精電、創遠儀器、優利德等企業位於產品性能的第二梯隊。


——市場布局端:國內廠商緊抓窗口機遇期,基本實現了高中低端市場的全面覆蓋

市場端方面,新冠疫情帶來的全球產業鏈重構為國內廠商帶來了窗口機遇期,國內廠商例如普源精電、鼎陽 科技 、優利德等,紛紛通過IPO募集資金,以期抓住機會窗口,進一步擴大在國內市場的影響力。
在原本外國廠商壟斷的高端市場實現國產化突破之後,以電科思儀、成都玖錦、鼎陽 科技 、普源精電等企業為代表的國內廠商已經基本實現了國內高中低端市場的全面覆蓋。

——市場競爭端:上市企業營收快速增長,國內廠商地位不斷提升,高端產品市場替代空間更為廣闊
此處選取了電子測量儀器行業中對射頻三大件相關業務進行數據披露的企業進行匯總分析,普源精電採用其射頻類儀器業務營收,鼎陽 科技 採用其波形和信號發生器、頻譜和矢量網路分析儀業務營收,創遠儀器採用其信號分析與頻譜分析、矢量網路分析業務營收。
通過匯總發現,2018-2020年選取企業射頻三大件相關業務增長勢頭迅猛,2019年選取企業射頻三大件相關業務營收增長29.92%,2020年選取企業射頻三大件相關業務營收增長24.41%;與此同時,選取企業射頻三大件相關業務在中國市場中的佔比也逐年提升。綜合以上數據,從一定程度上說明了中國市場中國內廠商的市場地位在不斷提升。

註:普源精電與鼎陽 科技 尚未發布2021年整年細分產品數據,因此此處2021年數據僅包含普源精電和鼎陽 科技 相關業務的2021年上半年數據。
根據弗若斯特沙利文的統計及測算數據,在整個中國電子測量儀器市場中,是德 科技 、羅德與施瓦茨、安立、泰克、力科等國外廠商的市場份額總和在40%左右,由於高端產品市場幾乎被國外廠商壟斷,由此可見在高端產品市場,國外廠商的市場份額遠在40%以上。

上述上市公司產品主要定位於中端,但除此之外,國內已經實現高端化突破的企業,例如電科思儀、成都玖錦等,目前並未上市,其信號發生器、信號分析儀和矢量網路分析儀等產品均突破了50GHz,均可對標國際一線品牌同類儀器指標,已經成為了國外廠商在中國高端產品市場的直接競爭對手,因此在高端射頻三大件產品領域,存在著廣闊的競爭與國產化替代空間。


3、中國射頻三大件國產替代路徑:國產替代已是大勢所趨,國內廠商如何破局

——突破技術壁壘

射頻信號發生器、頻譜和矢量網路分析儀技術核心主要基於射頻微波電路和數字信號處理等學科,產品主要的技術門檻在於射頻微波電路設計以及數字信號分析演算法、軟體平台等,涉及到較多的微波電磁波和通信理論,應用的射頻晶元技術復雜且成本較高,前期研發投入大。

與此同時,隨著5G通信、雷達、物聯網、 汽車 電子、衛星通信等下游應用領域的快速發展,使得頻域信號測量的應用范圍得到擴展,下游應用領域對於頻域測量儀器的性能提出了更高的要求,因此要實現國產替代,必須需要突破中高端射頻三大件產品的技術壁壘 ,例如當產品達到26.5GHz的測量頻率范圍後,產品的射頻晶元、射頻材料、射頻連接、微波模擬、微組裝電路工藝等相關技術的設計難度和成本也迅速提升,因此中高端的射頻三大件產品具有較高的技術壁壘,需要迫切地實現中高端產品的自主可控。

突破技術壁壘就意味著需要投入大量的人力和資金,眾多國內廠商紛紛加大投入,加快自主研發腳步。以成都玖錦為例,其投入大量的研發人員與研發資金,其中研發人員佔比達到66%,研發費用佔比達到35%,均領先行業內的其他企業。這樣的做法帶來的成效也是極其顯著的,經過多年技術積累,成都玖錦通過自主掌握的「寬頻段超帶寬多通道信號生成及模擬技術」、「寬頻高隔離激勵源和多通道信號分離接收技術」、「寬頻段大動態寬頻信號接收和分析技術」、「高速數字採集與處理技術」等四大硬核技術,打破國際技術壁壘,開發了「信號分析儀」、「信號發生器」、「矢量網路分析儀」和「綜合測試儀」等產品線,正在國內高端電子測試測量儀器市場迅速崛起。

——傾力品牌打造

近年來黨和國家高度重視中國品牌的建設。自2017年起將每年5月10日設立為「中國品牌日」。新時代、新經濟、新賽道背景下,品牌價值對於企業的重要性已毋庸置疑,從中國製造到中國創造,隨著電子信息產業鏈的強化發展,高端科研儀器技術的國產替代,其難點不只在技術,更在於整個市場的一份「信任感」。

國產自主品牌的建設之道在於用互聯網思維打造工業品牌,例如成都玖錦從誕生之日起,就定位高端技術,秉持「一群人、一件事、一顆心、一輩子」的人文主義和長期主義精神,投入到了高端電子測試測量儀器儀表的研發工作上。2022年成都玖錦也備受國家重視,入選了中國品牌日。
同時,在疫情防控常態化下,國產自主品牌緊密結合新時代傳播渠道特色,創新打通線上線下進行國產品牌的傳播與推廣,打造自己的品牌陣地。


——重視市場培育與建設
在射頻三大件所屬的通用電子測試測量儀器領域,歐美有是德 科技 、泰克、力科和羅德與施瓦茨等行業優勢企業,培育了更為成熟的使用者,其能夠熟練理解和使用功能日趨復雜的通用電子測試測量儀器,在選擇相關儀器時能夠更好的鑒別產品的性能,選擇一些性價比高的品牌。

由此可見,企業對於市場消費者使用習慣的培育與建設尤為重要,是打造市場和品牌護城河的一項有力手段。例如成都玖錦通過對國內客戶消費/使用習慣的洞察,從市場需求和使用習慣的角度出發,使得其產品符合國內消費者的操作習慣,無需適應新的操作模式,極大地降低了產品使用的學習成本;除此之外,成都玖錦產品具有出色的可擴展性和兼容性,極大地降低了用戶相關產品生態的建設成本。上述兩種方式均是快速實現國產替代的有效手段和途徑。

再例如電科思儀最新發布的「天衡星」系列產品,除了在性能和功能方面具有優勢以外,「天衡星」系列產品採用高清大屏呈現測量結果,多種參數一覽無余,且支持多點觸控、自定義操控界面、「一鍵搜索」等功能,使操作更為簡潔高效。

4、總結:中國市場快速發展,國產化替代正當時

近年來中國射頻三大件市場規模快速增長,並且帶動下游萬億級市場進一步發展。與此同時,國內廠商無論是在市場地位方面還是產品性能方面均得到了不同程度的提升和發展,尤其是技術水平的差距進一步縮小。綜合來看,萬事俱備,國產化替代正當時。
在國產化替代方面,不同企業選擇了不同的實施路徑,部分企業著力於實現技術壁壘的突破,部分企業傾力於品牌的打造,部分企業重視市場培育與建設,部分企業則多管齊下,致力於走出一條可持續化發展的國產替代之路。


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㈧ 射頻前端模組,看這一篇就夠了

姓名:劉軒     學號:19020100412   學院:電子工程學院

轉自:https://zhuanlan.hu.com/p/297965743

【嵌牛導讀】射頻前端模組技術介紹

【嵌牛鼻子】射頻前端  濾波器  

【嵌牛提問】中國企業如何克服「拿來主義」,快速迭代發展?

【嵌牛正文】

射頻前端(RFFE, Radio Frequency Front-End)晶元是實現手機及各類移動終端通信功能的核心元器件,全球市場超過百億美金級別。過去10年本土手機的全面崛起,為本土射頻前端產業的發展奠定了堅實的產業基礎;而5G在中國的率先商用化,以及全球貿易環境的變化,又給本土射頻行業加了兩捆柴火。射頻前端晶元產業在我國也已經有了15年以上的發展歷史,創新和創業活動非常活躍,各類企業數十家,也是市場和資本高度關注的領域。本文作者有幸在射頻晶元行業從業11年,從2G時代做到今天的5G,也在外企、民企、國企都工作過,直接開發並大量量產過射頻的每一類型產品。這篇文章總結了作者與一些行業朋友近些年的討論,嘗試對射頻模組產品的技術市場及商業邏輯進行梳理。同時,本土射頻發展了十餘年,競爭是行業主線,合作與友誼是非常稀缺的資源。本文將會重點分享「模組化」的相關知識,也是希望更多的本土廠商去通過「合作」分享模組化的巨大機遇。

引言

根據魏少軍教授在「2020全球CEO峰會」的《人間正道是滄桑-關於大變局下的戰略定力》主題演講,統計得出對中國市場依賴度最高(依營收佔比計算)的美國公司,如下圖。我們可以看到SKYWORKS、Qualcomm、Qorvo、Broadcom這四家美國射頻巨頭(其中SKYWORKS和Qorvo以射頻業務為主;Qualcomm和Broadcom包含了射頻業務)恰好占據了排行榜前4名。

射頻前端的國際情況

射頻前端技術主要集中在濾波器(Filter)、功率放大器(PA, Power Amplifier)、低雜訊放大器(Low Noise Amplifier)、開關(RF Switch)。目前全球射頻市場由引言提到的四家美國射頻公司Skyworks、Qualcomm、Qorvo、Broadcom與日本Murata這五大射頻巨頭寡佔。

五家射頻巨頭在PA與LNA等市場佔有率超過九成。濾波器方面,則分為聲表面波(SAW, Surface Acoustic Wave)與體表面波(BAW, Bulk Acoustic Wave)濾波兩種主要技術。目前,SAW濾波器市場由Murata占據一半,Skyworks約10%,Qorvo約4%,其餘則被太陽誘電、TDK等大廠瓜分。BAW濾波器的市場則由美國企業占據9成市場。

由此可見,射頻前端是巨大的市場,能容納5家國際巨頭持續發展。國際巨頭的技術跨度大,模組化能力強;模組化產品是國際競爭的主賽道。每家巨頭都擁有BAW技術或其替代方案。

射頻前端的國內情況

關於射頻前端的國內情況有很多文章都曾提到,這里不贅述,只給幾個共識比較多的結論:

1.本土公司普遍以分立器件為主要方向;分立器件是當前本土競爭的主賽道。2.本土公司缺乏先進濾波器技術及產品,模組化能力普遍不強。

5G模組化挑戰及機遇的來源

PCB布線空間及射頻調試時間的挑戰,下沉到了入門級手機,打通了國產模組晶元的迭代升級路徑。

射頻模組晶元,不是一個新生的產品系列。事實上,射頻模組晶元的使用幾乎與LTE商業化同時發生。過去10年內,各種復雜的射頻模組已經普遍應用在了各品牌的旗艦手機中;與此同時,在大量的入門級手機上,分立器件的方案也完全能夠滿足各方面的要求。因此在過去10年就出現了涇渭分明的兩個市場:旗艦機型用模組方案;入門機型用分立方案。模組方案要求「高集成度和高性能」,因而價格也很高;而分立方案要求「中低集成度和中等性能」,售價相對而言就低不少。兩種方案之間存在巨大的技術和市場差異,我們可以把這個稱作4G時代的「模組鴻溝」。

4G時代的「模組鴻溝」

5G的到來,徹底改變了這個狀況。

相比於4G入門級手機的2~4根天線,5G入門級手機的天線數目增加到了8~12根;需要支持的頻段及頻段組合也在4G的基礎上顯著增加。大家知道,射頻元器件的數目,與天線數目及頻段強相關,這就意味著射頻元器件的數目出現了急劇地增長。與此同時,由於結構設計的要求,5G手機留給射頻前端的PCB面積是無法增加的,因此分立方案的面積大大超過了可用的PCB面積。這是空間帶來的約束。

還有一個挑戰,來自於調試時間。4G使用分立器件方案的射頻調試時間,一般在一周以內。隨著5G射頻復雜度的顯著提升,假設使用分立方案,可能會帶來3~5倍的調試時間增加;從成本上來講,還需要消耗更貴的5G測試設備、熟悉5G測試的工程師資源。如果使用模組,大部分的調試已經在模組設計過程中在內部實現了,調試工作量將更多地移到軟體端,因此調試效率大大提升。這是時間帶來的約束。

時間和空間的約束,強烈而普遍。因此在入門級5G手機中,就天然出現了對「中低性能和高集成度」模組的需求,與旗艦手機的「中高性能和高集成度」模組形成了管腳統一。既然都需要高集成度的模組,只是指標要求不一樣,這樣國產的模組晶元就可以從「中低性能」(5G入門級手機)向「中高性能」(5G旗艦手機)迭代演進。因此,「模組鴻溝」便被填平了。

任何事情都是兩面的。「模組鴻溝」被填平以後,分立市場的空間也出現了風險;對專長於分立晶元的本土企業來講,也需要巨大的資源和力量去在模組產品中找到自身的位置;如果不能突破,就會在不遠的未來進入到瓶頸階段。

在5G的早期階段,目前市場上也出現了一種混合方案,即用分立器件和模組混搭的方案。這個方案的出現,有很多客觀的原因,其中就包括歷史上形成的「模組鴻溝」。這種方案是妥協的產物,犧牲了一些關鍵指標,而且面積上也做了讓步。如果沒有專注做國產化模組的晶元公司,就不會有優秀的國產模組晶元;如果沒有優秀的國產模組晶元,模組方案的價格永遠高高在上。

濾波器技術簡要分類

BAW 濾波器: 即體聲波濾波器。具有插入損耗小、帶外衰減大等優點,同時對溫度變化不敏感,BAW濾波器的尺寸大小會隨著頻率升高而縮小,因此尤其適用於1.7GHz以上的中高頻通信,在5G與sub-6G的應用中有明顯優勢。

SAW濾波器: 即聲表面波濾波器。採用石英晶體、鈮酸鋰、壓電陶瓷等壓電材料,利用其壓電效應和表面波傳播的物理特性而製成的一種濾波專用器件。SAW濾波器具有性能穩定、使用方便、頻帶寬等優點,是頻率在1.6GHz以下的應用主流。但存在插入損耗大、處理高頻率信號時發熱問題嚴重等缺點,因此在處理1.6GHz以上的高頻信號時適用性較差。

LC型濾波器: 即電感電容型濾波器。LC濾波器一般是由濾波電容、電抗和電阻適當組合而成,電感與電容一起組成LC濾波電路。

射頻模組簡要分類

射頻前端模組是將射頻開關、低雜訊放大器、濾波器、雙工器、功率放大器等兩種或者兩種以上的分立器件集成為一個模組,從而提高集成度和性能,並使體積小型化。根據集成方式的不同,主集天線射頻鏈路可分為:FEMiD(集成射頻開關、濾波器和雙工器)、PAMiD(集成多模式多頻帶PA和FEMiD)、LPAMiD(LNA、集成多模式多頻帶PA和FEMiD)等;分集天線射頻鏈路可分為:DiFEM(集成射頻開關和濾波器)、LFEM(集成射頻開關、低雜訊放大器和濾波器)等。

主集天線射頻鏈路

分集天線射頻鏈路

射頻前端的「價值密度」

既然5G手機PCB面積是受限制的資源,同時我們需要在5G手機內「擠入」更多的射頻功能器件,因此我們評價每一類型射頻器件時,需要建立一個參數來進行統一描述,作為反映其價值與PCB佔用面積的綜合指標。

ValueDensity=(平均銷售價格ASP)/(晶元封裝大小)

接下來,我們使用VD值這個工具,分別分析一下濾波器、功率放大器、射頻模組三類產品的情況。

1. 濾波器的VD值

首先說明一點,由於通常情況下濾波器還需要外部的匹配電路,實際的VD值比器件的VD值還要再低一些。我們先忽略這個因素。根據以上的數據,我們可以得到一些結論:從LTCC到四工器,VD值持續增加,從1.2到10.0,增加比較快速。

2. 功率放大器的VD值

根據以上數據,也可以看到: a) 從2G到4G,VD值從0.6增加到了1.5。b) 4G向CAT1演進的小型化產品,以及向HPUE或者Phase5N演進的大功率PA,VD值增加到了2附近。

3. 射頻模組的VD值

根據以上數據,可以觀察到: a) 接收模組普遍的VD值在5附近;b) 接收模組中的小封裝H/M/L LFEM,VD值非常突出,大於10;c) 發射模組(除FEMiD以外),VD值在4~6之間;d) FEMiD具有發射模組最高的VD值。因此當FEMiD與VD值較低的MMMB PA混搭時,也能達到合理的PCB布圖效率。

表格匯總的同時,我們也增加了技術國產化率和市場國產化率的參考數據。一般來講,市場國產化率較低的、或者技術國產化率遠遠超過國產化率數字的細分品類,VD值會虛高一些。在本土相應產品市佔率提高以後,未來還會有比較明顯的降價空間。

射頻發射模組的五重山

發射1: PA與LC型濾波器的集成,主要應用在3GHz~6GHz的新增5G頻段,典型的產品是n77、n79的PAMiF或者LPAMiF。這些新頻段的5GPA設計非常有挑戰,但由於新頻段頻譜相對比較「干凈」,所以對濾波器的要求不高,因此LC型的濾波器(IPD、LTCC)就能勝任。綜合來看,這類產品屬於有挑戰但不復雜的產品,其技術和成本均由PA絕對掌控。

發射2: PA與BAW(或高性能SAW)的集成,典型產品是n41的PAMiF或者Wi-Fi的iFEM類產品,頻段在2.4GHz附近。這類產品的頻段屬於常見頻段,PA部分的技術規格有一定挑戰但並不高。由於工作在了2.4GHz附近,頻段非常擁擠,典型的產品內需要集成高性能的BAW濾波器來實現共存。這類產品由於濾波器的功能並不復雜,PA仍有技術控制力;但在成本方面,濾波器可能超過了PA。綜合來講,這類產品屬於有挑戰但不復雜的產品,PA有一定的控制力。

發射3: LowBand發射模組。LB (L)PAMiD通常集成了1GHz以下的4G/5G頻段(例如B5、B8、B26、B20、B28等等),包括高性能功率放大器以及若干低頻的雙工器;在不同的方案里,還可能集成GSM850/900及DCS/PCS的2GPA,以進一步提高集成度。低頻的雙工器通常需要使用TC-SAW技術來實現,以達到最佳的系統指標。根據系統方案的需要,如果在LB PAMiD的基礎上再集成低雜訊放大器(LNA),這類產品就叫做LB LPAMiD。可以看到,這類產品的復雜度已經比較高:PA方面,需要集成高性能的4G/5GPA,有時候還需要集成大功率的2GPA Core;濾波器方面,通常需要3~5顆使用晶圓級封裝(WLP)的TC-SAW雙工器。總成本的角度來看(假設需要集成2GPA),PA/LNA部分和濾波器部分佔比基本相當。LB (L)PAMiD是需要有相對比較平衡的技術能力,因此第三級台階出現在了PA和Filter的交界處。

發射4: FEMiD。這類產品通常包含了從低頻到高頻的各類濾波器/雙工器/多工器,以及主通路的天線開關;並不集成PA。FEMiD產品通常需要集成LTCC、SAW、TC-SAW、BAW(或性能相當的I.H.PSAW)和SOI開關。村田公司定義了這類產品,並且過去近8年的時間內,占據了該市場的絕對主導權。三星、華為等手機大廠,曾經或正在大量使用這類產品在其中高端手機中。如前文所述,有競爭力的PAMiD供應商主要集中在北美地區;出於供應鏈多樣化的考慮,一些出貨量非常大的手機型號,就可能考慮使用MMMB(Multi-Mode Multi-Band) PA加FEMiD的架構。MMMB PA的合格供應商廣泛分布在北美、中國、韓國,而日本村田的FEMiD產能非常巨大(主要表現在LTCC和SAW)。又如前文所述,FEMiD的VD值非常高,整體方案的空間利用率也在合理范圍內。

發射5: M/H (L)PAMiD。這類產品是射頻前端最高市場價值也是綜合難度最大的領域,是射頻前端細分市場的巔峰。M/H通常覆蓋的頻率范圍是1.5GHz~3.0GHz。這個頻段范圍,是移動通信的黃金頻段。最早的4個FDDLTE 頻段Band1/2/3/4在這個范圍內,最早的4個TDD LTE頻段B34/39/40/41在這個范圍內,TDS-CDMA的全部商用頻段在這個范圍內,最早商用的載波聚合方案(Carrier Aggregation)也出現在這個范圍(由B1+B3四工器實現),GPS、Wi-Fi 2.4G、Bluetooth等重要的非蜂窩網通信也都工作在這個范圍。可以想像,這段頻率范圍最大的特點就是「擁擠」和「干擾」,也恰恰是高性能BAW濾波器發揮本領的廣闊舞台。由於這個頻率范圍商用時間較長,該頻率范圍內的PA技術相對比較成熟,核心的挑戰來自於濾波器件。

先解釋一下為什麼這段頻率是移動通信的黃金頻率。在很長的發展過程中,移動通信的驅動力來自移動終端的普及率,而移動終端普及的核心挑戰在於終端的性能和成本。過高的頻率,例如3GHz以上、10GHz以上,半導體晶體管的特性下降很快,很難做出高性能;而過低的頻率,例如800MHz以下、300MHz以下,需要天線的尺寸會非常巨大,同時用來做射頻匹配的電感值和電容值也會很大,在終端尺寸的約束下,超低頻段的射頻性能很難達到系統指標。簡而言之,從有源器件(晶體管)的性能角度出發,希望頻率低一些;從無源器件(電容電感和天線)的性能角度出發,希望頻率高一些。有源器件與無源器件從本質上的沖突,到應用端的折衷,再到模組內的融合,恰如兩股強大的冷暖洋流,在人類最波瀾壯闊的移動通信主航道上,相匯於1.5~3GHz的頻段,形成了終端射頻最復雜也最有價值的黃金漁場:M/HB (L)PAMiD。多麼地美妙!

這類高端產品的市場,目前主要由美商Broadcom、Qorvo、RF360等廠商占據。下圖是Qorvo公司在其官方公眾號上提供的晶元開蓋分析。可以看到,該類產品包含10顆以上的BAW,2~3顆的GaAs HBT,以及3~5顆SOI和1顆CMOS控制器,具有射頻產品最高的技術復雜度。該類產品通常需要集成四工器或者五/六工器這類超高VD值的器件。

M/H LPAMiD開蓋圖

射頻接收模組的五重山

接收模組的五重山模型,如上圖所述。

接收1: 使用RF-SOI工藝在單顆die上實現了射頻Switch和LNA。雖然僅僅是單顆die,但從功能上也屬於復合功能的射頻模組晶元。這類產品主要的技術是RF-SOI,在4G和5G都有一些應用。

接收2 :使用RF-SOI工藝實現LNA和Switch的功能,然後與一顆LC型(IPD或者LTCC)的濾波器晶元實現封裝集成。LC型濾波器適合3~6GHz大帶寬、低抑制的要求,適用於5G NR部分的n77/n79頻段。這類產品也是SOI技術主導,主要應用在5G。

接收3: 從接收3往上走,接收模組開始需要集成若干SAW濾波器,集成度越來越高。通常需要集成單刀多擲(SPnT)或者雙刀多擲(DPnT)的SOI開關,以及若干通路支持載波聚合(CA)的SAW濾波器。封裝方式上,由於「接收3」的集成程度還不極限,因此有多種可能的路徑。其中國際廠商的產品主要以WLP技術為主,除了在可靠度及產品厚度方面有優勢,主要還是可以在更高集成度的其他產品中進行復用。

接收4: 這類產品叫做MIMO M/H LFEM。主要是針對M/H Band的頻段(例如B1/3/39/40/41/7)應用了MIMO技術,增加通信速率,在一些中高端手機是屬於入網強制要求。看起來通信業對M/H這個黃金頻段果然是真愛啊。技術角度出發,這類產品以RF-SOI技術實現的LNA加Switch為基礎,再集成4~6個通路的M/H高性能SAW濾波器。國際廠商在這些頻段已經開始普遍使用TC-SAW的技術,以達到最好的整體性能。

接收5: 接收晶元的最高復雜度,就是H/M/L的LFEM。這類產品以非常小的尺寸,實現了10~15路頻段的濾波(SAW Filter)、通路切換(RF-Switch)以及信號增強(LNA),具有超高的Value Density值(10左右),在5G項目上能幫助客戶極大地壓縮Rx部分佔用的PCB面積,把寶貴的面積用在發射/天線等部分,提升整體性能。這類產品需要的綜合技能最高,也基本必須要用WLP形式的先進封裝方式才能滿足尺寸、可靠度、良率的要求。

總結

1.射頻模組的核心要求是多種元器件的小型化及模組集成。

2.無論是發射模組還是接收模組,純5G的模組是困難但不復雜,最有挑戰也最具價值的是4G/5G同時支持的高復雜度模組。

㈨ 5G突圍:國內率先啟動,晶元自主可控是關鍵

回答市場疑慮:在各種不確定性背景下如何繼續發展 5G 產業

我們認為 5G 發展應該分國內、國外分別看待。 華為、中興在 5G技術與商用能力上領先全球,貿易等外部問題很難撼動華為在通信設備上的領先優勢。

國內方面 ,工信部宣布近期將發放 5G商用牌照,體現了我國 5G建設進度沒有受到明顯影響。在牌照之後,運營商即可進行 5G商用,相比此前 2020年商用的目標,甚至會有所提前。網路的提前建設有利於華為,華為目前商用准備較充分,單月出貨基站數已達 2萬左右。而中興也有望受益於國內 5G建設。諾基亞、愛立信在國內的 5G 建設中由於准備相對較慢,份額可能較低。

干貨研報註: 本篇研報是6月5號發表的,但就在6月6號,我國直接發布了4張5G商用牌照,而不是4G時最初的試運營牌照,這將說明我們直接跳過5G試運營,直接進入大規模商用。這一個超預期的動作,也看出來了我們5G突圍的決心。

國外方面 ,部分運營商如歐洲抉擇是否採用華為 5G 設備將導致 5G 建設放緩,而日本等國放棄使用華為設備有可能導致華為 5G 份額下滑。 另外, 4G 網路由於海外存量較大,性價比高,替換成本高,因此華為在海外 4G 份額短期將不會明顯下滑。

但 5G 網路的第一批建設主要圍繞中美日韓,而歐洲等國家的 5G 本身並不緊迫,因此我們認為目前時點,我國 5G 的牌照對華為、中興存在利好。但應跟蹤美對於我國 5G 牌照可能做出的進一步反應。

圖表 1: 通信基站結構

但5G 也帶來了機遇與挑戰,核心是:技術變革帶動市場規模提升,半導體自主可控為突圍重點

通信基站建設主要風險來自於 客戶 供應鏈 兩方面。我們認為中國5G 進展快於海外,利好國內產業鏈。但目前我國在半導體領域(晶元等)仍存在短板, 亟待自主可控。

機遇與挑戰1:半導體領域自主可控為突圍的主要方向。供應鏈角度,半導體領域存在短板,自主可控為解決方案。

中國大陸供應商在1)天線環節實力較強,2)在 PA/LNA、濾波器等射頻前端擁有一定的市場地位、但仍有較大的進口替代空間。

3)國產替代空間較大的環節主要處於半導體領域,包括 PA、基帶晶元、數字晶元、模擬晶元、電源晶元等。5G 相比 4G 的性能提升很大程度上依賴於晶元的設計和選用,我們認為晶元領域的自主可控是我國 5G 基站建設突圍的重點。

機遇與挑戰2:5G 特性帶動 PCB、天線振子、PA、介質濾波器等基站器件需求提升。

5G 高頻高速特點帶動 PCB/CCL、天線、PA、濾波器的 材料與工藝發生變化 ,多通道/大帶寬則主要帶動 PCB、天線、PA、開關、濾波器等 用量顯著提升。

全球通信設備市場規模隨著技術的換代升級呈現波動趨勢,而目前全球無線電信網路正在經歷從 4G 向 5G 發展的轉折點。隨著 5G 建設期到來,市場規模出現提升趨勢。

以基站及無線通信設備市場為例,Gartner 預測,從 2018 年起,全球無線設備市場規模將呈現提升趨勢。根據 Gartner 的數據顯示,2018 年通信設備市場中我國廠商華為、中興市場份額排名領先,其中 華為排名第一,份額達到 27%

從技術方面來看,華為、中興經過了 4G 時代的專業積累,在 5G 實現了技術反超。專利層面, 華為、中興在 5G 專利比例方面排名全球第一和第五 。在商業化方面,中國企業也領先全球。19 年 5 月,華為宣布已經出貨 5G 基站超過 10 萬,中興通訊 4 月也曾表示 5G 基站累計出貨量超過 1 萬站。

根據 GSA 統計,截至 4Q18,全球 4G 用戶數達到 39.9 億。全球 4G 在各洲的滲透率不同。而真正早期布局 5G 的國家主要將為韓國、美國、中國、日本、中東和歐洲部分國家等4G 滲透率較高國家。GSA 預測到 2023 年,全球預計有 13 億 5G 用戶。

截至 2019 年 4 月初,全球 4G 運營商 720 家,准備提供 4G 服務的運營商 116 家。5G 方面,88 個國家的 224 家運營商開啟了 5G 網路的測試、試驗、試商用或商用。其中試商用或商用的運營商達到 39 家,商用的運營商為 15 家。

華為 預計 2025 年全球將有 650 萬個 5G 基站 、28 億用戶,覆蓋全球 58%的人口。我們基於對產業鏈的調研和判斷,認為 2019 年是 5G 基站出貨的元年,而中國將成為未來三年5G 建設的主力。

► 中國: 三大運營商在全國各地的 5G網路建設熱情高漲。北京截至 5月下旬建設了4700個 5G基站建設,年底將實現五環內 5G覆蓋;上海電信 2019年將建設超過 3000 個 5G基站,到 2021年底建設 1萬個 5G基站;廣東截至 5月已建 5G基站超 14,200 個,其中廣州 5G基站超過 7100個。廣東移動在全省 21個地市已開通 5G網路;湖北移動 2019 年將在全省投資 10 億元人民幣,建設 2000 個 5G 基站;山東聯通年內宣布在全省 16 地市正式開通 5G 試驗網。

► 韓國: 三大運營商 KT、SK、LGU+ 2019年 4月 3日起開啟了全國 5G運營,單月用戶數突破 26 萬。當時 LG U+共架設約 1.18 萬個 5G 基站,主要供應商包括 華為 。而KT 和 SK 供應商包括 愛立信和三星 。

► 美國: 5G採用 28GHz、24GHz、37GHz、39GHz和 47GHz進行 5G部署。5月末美國完成了第二次頻譜拍賣。目前美國的 5G主要用於家庭無線寬頻接入。而近期美國FCC表示將批准國內第三大、第四大無線運營商 Sprint和 T-Mobile的合並。合並後的運營商在中頻段將活動 130MHz帶寬,可考慮用於 5G部署。美國目前 5G設備的提供商包括 愛立信、諾基亞和三星 。

► 日本: 5G 也在建設中,《朝日新聞》報道稱,預計 2020年春天將提供服務。根據朝日新聞,日本三大運營商 NTTDocomoInc.,KDDICorp., SoftBankGroupCorp.以及新興運營商樂天移動 RakutenMobileInc.將主要選擇 愛立信、諾基亞、三星和本土公司 的 5G設備。

► 歐洲、中東: 部分運營商在進行 5G的試驗和試商用過程。如歐洲運營商 Telia將在1-2個歐洲國家開展 5G服務。中東運營商 Etisalat1H19將會在 300個城市推出 5G 服務。

華為的角度, 通信設備產業鏈屬於軟硬體聯合開發,目標是將板卡組合形成系統,通過測試實現商用。 而在板卡的設計製造中,原材料主要包括各類晶元和 PCB 板,通過代工的方式加工成商用板卡,而在 PCB 設計和晶元的設計過程中,需要使用 EDA 等軟體開發環境。

目前國產替代空間較大的產業環節

►晶元環節: 基站通信系統的性能和穩定性的要求導致了其晶元選用十分苛刻。

►EDA等開發環境環節: 我們認為華為將主要通過現有已購軟體實現生產。

►測試環境環節: 類似於 EDA 等開發環境,測試儀器儀表主要由海外廠商提供,但其中部分廠商如羅德史瓦茨等公司為非美國企業。

中國廠商如何應對

►短期依靠存貨。 華為的晶元設計公司海思已經十分成熟,EDA、測試環境等規模已經可以支持現有研發。而晶元短板短期難以解決,需要通過存貨的方式短期應對。但經歷了 2018年中興事件,華為在存貨的准備上更加從容,原材料規模從 2017年末的 190 億元提升至 2018 年末的 354億元。以 FPGA為例,華為通過渠道不斷積累FPGA 存貨,導致 4FQ19,FPGA 提供商 Xilinx 通信板塊收入達到 歷史 最高水平。

►長期依靠國產化。 晶元的設計需要不斷的投入和試錯。而國內產業鏈也已經涌現出了一批可以在相關產業鏈提供備選方案的公司,通過不斷打磨,國產化存在較大可能性。

4G 份額難以撼動

基站本身在中國移動等運營商的采購體系中被認為是非充分競爭領域,一個重要原因是現網基站需要不斷維護、升級,難以更換現網基站供應商。華為在 4G基站領域排名前二, 服務運營商客戶覆蓋全球。目前情況難以判斷持續性,現有 4G客戶如更換供應商需要投入大量資本開支。對於華為的現有客戶而言,客觀上替換華為的基站存在一定難度。

另一方面,華為的產品在業內以高性價比聞名,在現有全球運營商增長乏力的背景下, 運營商客戶主觀上也不願意放棄華為設備。一個典型的例子是沃達豐。沃達豐在其全球網路中選擇了華為基站和核心網設備。但在貿易不確定性背景下,沃達豐不得不放棄華為的核心網設備,但保留其基站設備供應商資格。

對比 4 家主要無線廠商運營商板塊各地區的業務結構,這里華為、中興和諾基亞運營商業務不僅限於基站,光網路設備、IP 網路設備等產品也在其中。如果僅對比基站業務, 由於愛立信主要產品為基站產品,因此海外廠商佔比應該略高。

中國區域 :市場規模為全球 31%。華為 2018 年佔比 65%,市場穩定。

► 5G進度: 中國將於 2020年開啟 5G建設,按照運營商最新的反饋 2020年正式開啟5G商用的目標沒有變化。而工信部表示,近期預計中國的 5G商用牌照將落地。隨著年內 5G牌照的發放,我國網路建設將進入新階段。中國移動 2019年即將在 40 個城市建設 5G網路。因此我國的 5G牌照發放沒有受到華為事件的影響。

► 份額: 華為和中興通訊作為本土供應商,2018年獲得運營商市場份額超過 80%。而2018年中興通訊二季度曾被美國發出 DenialOrder。然而愛立信、諾基亞的份額沒有明顯的提升。我國運營商和華為、中興在研發等方面保持了緊密的合作,在 5G 領域的份額有望進一步提升。我國的 5G牌照近期發放,對技術領先廠商如華為、中興進一步有利,因此牌照發放後如果建設速度加快,國內廠商的份額可能進一步提升。

亞太(不包括中國)區域: 市場規模為全球的 17%,華為 2018 年佔比 45%,市場存在競爭。

► 5G進度: 不同國家 5G進度不一,領先者如日韓正在進行 5G建設,大部分國家正在進行 4G網路的建設和推廣。5G建設需要等待時間。部分國家在 5G建設中可能考慮在華為事件落地後再進行 5G建設。此次事件無形中對 5G建設造成了影響。

► 份額: 可能由於貿易不確定性的影響,日本軟銀近期沒有選擇華為、中興合作 5G 網路。因此日本沒有同中國廠商合作。而韓國只有 LGU+選擇了部分華為設備,其他運營商 SK、KT均沒有和國內廠商合作,但韓國廠商並沒有排斥華為的設備。兩國基站的主要供應商為愛立信、諾基亞和三星。其他國家中,愛立信、諾基亞在澳大利亞、新加坡、越南等國份額較高;而華為、中興通訊在柬埔寨、泰國、緬甸、孟加拉國等國份額較高。目前這些國家中沒有明顯受到華為事件的影響。目前這些國家還沒有 5G 需求,4G 的選型部分原因在於華為和中興設備的性能優異和價格適中。而長期發展中,這些國家的 5G 網路也預計將採用華為和中興的設備。

其他區域: 市場規模為全球的 52%,華為 2018 年佔比 39%,市場存在激烈競爭。

► 5G進度: 美國是 5G建設的先鋒;歐洲的 5G建設類似於部分亞洲國家,存在因為貿易不確定性而短暫觀望的情況,因此將對部分國家的 5G進度造成影響。部分國家如英國、德國、荷蘭等歐洲國家仍然沒有最後決定。近期英國運營商 EE採用華為5G設備進行了無線直播,獲得良好效果。

► 份額: 華為在歐洲、中東和非洲市場 2018年營收 2045億元人民幣;美洲市場營收479 億人民幣。以上營收包含消費者業務和政企業務。華為事件有可能導致其中部分運營商在 5G 建設選擇非華為的設備。 但由於華為在現網中的應用,部分國家難以瞬間轉換。

註:標*公司為中金覆蓋,採用中金預測數據;其餘使用市場一致預期收盤價信息更新於北京時間 2019年 6月 4 日

半導體:5G 推動射頻前端及基帶晶元發展

半導體是基站的核心部件,是基站價值量佔比最大的組成部分 。5G 宏基站主要以 AAU+ DU+CU 的模式呈現,其中 AAU 是原本的射頻部分 RRU 疊加有源天線所組成,同時基帶部分 BBU 分立成 CU 中央單元以及 DU 分布處理單元。

其中 AAU 主要半導體晶元隸屬於模擬大類,如射頻晶元(濾波器、功率放大器、射頻開關等),而DU/CU主要以數字晶元為核心(如基帶處理晶元等,具體形態為ASIC或FPGA)。DU/CU/AAU都配以電源管理晶元以保證供電持續穩定。基站內光纖傳輸,光電介面晶元同樣必不可少。

隨著 5G 基站的建設強度提升,基站用半導體市場也將迎來高速成長期。而根據 STMicro 的預測,2021 年單個基站內,射頻相關/數字相關半導體價值占總半導體元素比重均達到32%,而高性能模擬及光電/功率及感測器價值佔比分別為 26%/10%。

基站相關半導體國產化進展現狀: 目前國內廠商在基站相關半導體器件實現了部分「自主可控」。

數字部分來看,1)國內主要的通信設備商華為、中興在基站領域有多年經驗, 已經均擁有 ASIC 自行設計能力,可以通過台積電等合作夥伴代工生產,

2)對於基帶處理/介面用的 FPGA 晶元,目前主要依靠海外廠商供應,但設備商華為也在先前進行了大量的存貨積累。我國 紫光同創、安路信息、高雲半導體 分別都有商用產品推出,但產品性能及出貨規模與 Xilinx、Altera、Lattice 等頭部廠商仍存在巨大差距;雖然部分國內廠商有布局功率放大器業務,如蘇州能訊(未上市)、三安光電(600703.SH),但基站供應商采購核心器件領域中國與海外仍然存在較大差距;

濾波器方面,風華高科(000636.SZ)、武漢凡谷(002194.SZ)生產的陶瓷介質濾波器已可以用於 5G 基站;

數模轉換/電源管理晶元方面,隨著技術實力的不斷提高,聖邦股份(300661.SZ)在未來有望進一步切入基站側市場。

光器件方面,目前低速(100G 以下)晶元已經實現國產替代,主要廠商涉及光迅 科技 (002281.SZ),昂納光通信(0877.HK)等,但高速晶元仍然空缺。

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㈩ 華為5G有戲了國產5G射頻晶元來了,可用於所有主流手機

眾所周知,從P40系列開始,華為就只能推出4G手機了。其中最重要的原因,就是沒有5G射頻晶元,所以雖然P40系列中,有使用5G晶元麒麟9000,但依然也只能是4G手機。

從全球市場來看,2021年 Skyworks、村田、高通、Qorvo 和博通五大廠商共同占據了射頻前端市場 84% 的份額,其中Skyworks 21%、村田 17%、高通 16%、Qorvo 15%和博通 15%,中國廠商佔了大約10%左右份額。

而在5G射頻晶元方面,國內的份額基本為0,全部是國外廠商壟斷著的。國產廠商的份額,更多的還是集中在2G/3G/4G等領域。或者只在一些單獨的細分項目上。

為何國內在5G射頻晶元方面,沒有什麼建樹? 原因在於5G射頻器件涉及到的產業鏈眾多,包含PA模組、FEM模組、AIP模組、分立濾波器、分離開關、分立LNA、天線tuner和RFIC等產品。

這些產品,需要的不僅僅是技術,還有時間、經驗積累等,也需要一個完整的產業鏈,而國內廠商在本來就落後的情況之下,雖然奮起直追,不斷努力,但一時之間確實也很難追上,要補的課比較多。

不過,近日有媒體報道稱,國產晶元廠商富滿微在互動平台表示,公司5G射頻晶元產品可用於所有主流手機及模組平台方案,從選取工藝到設計水平均處於國內領先水平。

雖然富滿微因為商業機密的關系,沒有透露究竟是哪些廠商使用了,但之前已經有媒體表示,至少有3家國產手機廠商已經在洽談測試了。

另外富滿微的這個消息,也說至少可以說明其5G射頻晶元,已經取得了巨大進展,可以解決華為手機的5G問題了。

考慮到當前5G射頻晶元並不需要多麼先進的晶元,更多的是成熟工藝製造的,所以也不會含太多的美國技術,可以不受長臂管轄的限制,向華為出貨,也不需要美國的許可證。

所以我們可以預計,接下來華為很快就會推出基於國產5G射頻晶元的5G手機了。

不過在搞定5G射頻晶元的同時,華為還有另外一個問題要解決,那就是現在華為麒麟9000晶元的庫存,估計不多了,高通提供的晶元又是4G的,還需要搞定5G晶元才行。