随着 5G 网络在带宽、覆盖率、时延等技术全面提升，将人与物、物与物串连已不是遥不可及的梦想。根据 TrendForce 旗下拓墣产业研究院资料显示，在这波浪潮下，为射频前端市场营造出相当有利的发展空间，其组成元件发展受到关注；另一方面，5G 做为建构物联网、智慧城市、智慧制造的基础，中国厂商积极投入 5G 布局的情势如何？一起来了解。
谁为射频前端市场营造有利空间？
射频前端是无线通讯设备的核心组件，介于天线与基频芯片间，负责处理讯号接收与发送，主要由滤波器（Filter）、双工器（Duplexer）低噪音放大器（LNA）、功率放大器（PA）与开关（Switch）等组成。拓墣产业研究院指出，随着行动通讯系统从 2G 走向 5G，射频前端支援的频段越来越多，其内部各项元件的搭载数量也不断提高，以手机为例，2G 手机射频前端搭载的功率放大器约 1~2 颗，到了 5G 手机则需 16 颗以上。
在平均销售单价部分，4G 手机射频前端要价约 15~25 美元，5G 手机射频前端则介于 30~55 美元；此外，5G 手机若要支援 n257 和 n258 等毫米波（mmWave）频段，就得搭载更多天线与射频前端模组，才能避免讯号衰减，其射频前端价格可能在 70 美元以上。
由此可见，有了 5G 加入，未来架构的物联网世界，将进一步扩大射频前端市场规模。
▲ 2018~2022 年全球射频前端市场规模预估。（Source：拓璞产业研究院，2019/12）
各家元件厂商发展动态概述
拓墣产业研究院表示，射频前端市场各个组成元件技术门槛高，还没有单一厂商能为各元件提供最具竞争力的解决方案。以下将聚焦射频前端的内部元件，概述其发展动态。
▲ 射频前端的成本结构。（Source：拓璞产业研究院，2019/12）
1. 滤波器
- 滤波器（Filter）在射频前端中成本占比最高，由压电材料制成，主要功能是确保特定讯号通过，并将其他不必要的讯号衰减至最低，以实现高通、低通、带通或带阻（注 1）。目前主流的射频前端滤波器有表面声波（SAW）滤波器，以及体声波（BAW）滤波器。此外，5G 系统跨入毫米波频段，也为低温共烧陶瓷（LTCC）滤波器开创出全新商机。
- 从指标供应商来看，SAW 滤波器主要由日本 Murata、TDK、太阳诱电与美国 Skyworks、Qorvo 垄断，5 家厂商囊括约 96% 市占率；BAW 滤波器则由美国 Broadcom 独大，市占率约 85%。在 LTCC 滤波器部分，日本 Murata 为领导厂商，TDK、太阳诱电亦布局多年。
▲ 2019 年 SAW（左）与 BAW（右）滤波器供应商市场占有率推估。（Source：拓璞产业研究院，2019/12）
2. 双工器
- 双工器主要由滤波器组成，通常会形成 2 个带阻，将特定范围的讯号衰减至最低，并令其他讯号通过。
- 因双工器核心技术源自于滤波器，前述 Murata、TDK、太阳诱电、Broadcom、Skyworks 与 Qorvo 等滤波器厂商依然主导双工器市场。
3. 低噪音放大器
- 自天线接入的讯号通常较微弱，低噪音放大器（LNA）能将滤波器过滤后的特定讯号放大并抑制噪音，以利后续讯号处理，是讯号接收路径上的必要元件（注 2）。
- 在供应商部分，LNA 技术门槛不若滤波器和功率放大器，市场竞争者相对较多，主要供应商有美国 Broadcom、On Semiconductor、Texas Instrument、德国 Infineon 与荷兰 NXP，各家市占率介于 7~14%。
▲ 2019 年 LNA 供应商市场占有率推估。（Source：拓璞产业研究院，2019/12）
4. 功率放大器
- 为了确实将讯号稳定传递出去，功率放大器会（PA）将来自基频芯片的微弱讯号放大（注 3），使讯号能经由天线发送出去，属于讯号发射路径元件，也是射频前端内部功耗最高的元件，且成本占比仅次于滤波器。
- 主要供应商有美国 Skyworks、Qorvo、Broadcom 与日本 Murata，3 家美系厂商合计市占率高达 86%。估计未来基于 GaAs 的 PA 仍会是主流产品，而 InPHBT PA、GaN HEMT PA 需求量则有望于 5G 扩大商用的过程中逐步走高。
▲ 2019 年 PA 供应商市场占有率推估。（Source：拓璞产业研究院，2019/12）
5. 开关
- 开关的功用是管制讯号接收、发送路径上各元件间的讯号传递，可在接收、发送做切换，或将特定讯号导向指定路径。开关主要有 3 大类，分别是采用 CMOS 制程的 Switch、采用 SOI 制程的 Switch，以及基于 GaAs 的 Switch。（注 4）
- 主要供应商有美国 Skyworks、Qorvo、Broadcom 与日本 Murata，合计市占率约 76%，上述厂商也正积极布局 SOI Switch，开发整合 LNA 与 Switch 的解决方案。
▲ 2019 年 Switch 供应商市场占有率推估。（Source：拓璞产业研究院，2019/12）
拓墣产业研究院提醒，终端设备装置空间有限，如何进一步整合各元件以控制和缩小射频前端尺寸，就成为国际大厂可以努力的方向。
中国指标厂商的因应之道
目前各个组成元件技术几乎都由美国、日本所把持，即便华为、中兴通讯与大唐电信等指标性厂商已成功夺得 5G 技术发言权，不过在射频前端和光通讯元件上，中国仍高度依赖进口，技术上相较美国、日本与欧洲厂商仍有差距。
中、美贸易争端浮上擡面后，中国官方与民间企业更积极设法降低对美系厂商的依赖，那么，亟欲“去美化”的中国指标厂商，有谁已经投入相关领域谋求发展呢？
1. 滤波器
主要布局 SAW 滤波器的中国厂商有德清华茔、无锡好达、麦捷科技与信维通信，而致力开发 BAW 滤波器的厂商则有诺思和汉天下。
- 德清华莹：已具备 SAW 材料、元件与模组的解决方案，且 SAW 滤波器产品线完整，是当地最具实力的 SAW 供应商。
- 无锡好达：耕耘 SAW 滤波器多年，能满足 2G 和 3G 频段的工作需求，已供货给中兴通讯和魅族等手机制造商。
- 麦捷科技：本业为被动元件，以电感产品为主，近年切入 SAW 滤波器市场。
- 信维通信：本业为通讯基地台天线与连接元件，2017 年入股德清华茔，协议一同开发 SAW 滤波器技术和共享产品出海口。
- 诺思：专注于技术门槛较高的 BAW 滤波器，是中国当地唯一具备量产实力的厂商，产品涵盖军用与民用，后者以无人机和手机为主。
- 汉天下：初步跨入滤波器领域，正积极开发 BAW 及基于 BAW 的双工器。
2. 功率放大器、低噪音放大器、开关
现阶段主流的 PA、LNA 与 Switch 大多由化合物半导体制成，多数布局 PA 的中国厂商，往往也切入技术门槛相对较低的 LNA 或 Switch，主要厂商有前述信维通信、汉天下，以及紫光展锐、唯捷创芯、慧智微电子、国民飞骧与卓胜微电子。
- 信维通信：目标是量产适用于 5G 基地台的 GaN PA，以便与基地台天线本业整合。
- 汉天下：具备 CMOSPA 与 GaAs PA 技术，产品线已涵盖 2G、3G 与 4G 频段，主要供货给规模较小的当地手机制造商。
- 紫光展锐：PA、LNA 与 Switch 技术承继自锐迪科，产品线完整，可应用于 2G、3G 与 4G 频段。在 2G 和 3G 手机市场耕耘已久。
- 唯捷创芯：具备 GaAs PA 与 SOI Switch 技术，可应用于 2G、3G 与 4G 频段，是中国当地最大 4G GaAs PA 供应商，SOI Switch 获得众多中国厂商采用，最大客户为小米。
- 慧智微电子：开发应用在 4G、5G 频段的 PA、Switch，専注于整合射频前端元件的解决方案，以及可重构射频前端元件，在 SOI 制程上着墨较深。
- 国民飞骧：主要产品有应用于 2G、3G、4G 频段的 CMOS PA、GaAs PA，以及应用于 4G 频段的 Switch 与 FEM 解决方案，目前正针对 5G 的 n78、n79 频段开发 PA 与射频前端整合方案。
- 卓胜微电子：LNA、Switch 设计大厂，具备 GaAs LNA、SiGe LNA 与 SOI Switch 技术，其产品可应用于 2G、3G、4G 频段，已打入三星等一线手机品牌供应链。
以上可知，目前中国厂商提供的射频前端元件主要仍针对 2G、3G 市场，虽不少厂商已具备应用于 4G 市场的解决方案，但能抢市占率的产品，仅唯捷创芯的 PA 与卓胜微电子的 LNA、Switch。而在 5G 系统即将大规模商用前夕，中国厂商何时可以拉近与国际大厂的差距？如果中美贸易争端未能善了，中国内部无力自给 5G 射频前端的情况下，还能仰赖哪些供应商？更多深度分析请见拓墣产业研究院焦点报告。
注 1：高通是令高频讯号通过，并将截止频率以下讯号衰减至最低；低通是让低频讯号通过，并将截止频率以上讯号衰减至最低；带通是令 2 个截止频率间的讯号通过，将高截止频率以上和低截止频率以下讯号衰减至最低；带阻是令 2 个截止频率间的讯号衰减至最低，让高截止频率以上和低截止频率以下的讯号通过。
注 2：主要低噪音放大器有采用 SOI 制程的 LNA、基于神化录（GaAs）的假型高电。
注 3：主要功率放大器分别是采用 CMOS 制程的 PA，基于 GaAs 的高电子移动率晶体管（HEMT）PA、PHEMT PA 与 HBT PA，基于磷化锢（InP）的 HBT PA，以及基于氮化铱（GaN）的 HEMT PA 。
注 4：GaAs Switch 是市占率最高的 Switch 产品；CMOS Switch 的工作频率在 1GHz 以下，主要针对低阶市场；而SOI Switch 的成本和体积小于 GaAs Switch，且能与采用 SOI 制程的 LNA 整合。
（首图来源：shutterstock）
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