电子行业走进“芯”时代系列深度之二十七“射频芯片”：射频芯片千亿空间国产替代曙光乍现

华西电子团队走进“芯”时代系列深度之二十七“射频芯片”,射频芯片千亿空间，国产替代曙光乍现,核心结论,2,射频赛道具备持续成长性。凡是接入移动互联网的设备均需要射频前 端芯片，随着联网设备数量持续增加，射频芯片市场持续增长。据Yole 数据，2018年全球移动终端射频前端市场规模为150亿美元，预计2025 年有望达到258亿美元，7年CAGR达到8%。 产业链公司具备高弹性。每一次通信制式升级，都是射频芯片价值量 提升的机遇。5G手机必然要兼顾2/3/4G，因此5G手机在保留2/3/4G射频 芯片的同时，支持5G新频段的射频芯片为全新增量。据Skyworks数据， 2G手机射频前端芯片价值量为3美元，3G手机上升到8美元，高端4G手机 为18美元，而5G手机射频芯片价值量达到2530美元。 优质公司有成为全球龙头的潜力。国内射频芯片厂商从相对成熟的分 立射频芯片起步，在5G手机广泛普及前的窗口期，逐步实现中低端机型 射频前端进口替代，同时积累模组能力，逐步走向全品类供应。国内已 经出现以卓胜微为代表的射频龙头公司，从射频开关、LNA芯片起家， 实现全球领先手机品牌如三星、小米、华为、vivo、OPPO等重点客户覆 盖，并在2019年实现射频模组产品从无到有的突破，未来有望逐步成为 全球射频芯片龙头。 重点推荐：卓胜微、韦尔股份、顺络电子、信维通信、三安光电； 产业关注：瑞微、唯捷创芯、紫光展锐、安谱隆，等等,目录 什么是射频芯片？ 市场空间有多大？ 竞争格局怎么样？ 行业内有哪些主流公司？ 风险提示,3,射频（ RF ，Radio Frequency），表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300kHz 300GHz之间。射频是一种高频交流变化电磁波的简称。 射频芯片，是能够将射频信号和数字信号进行转化的芯片，具体而言，包括RF收发机、功 率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、滤波器、射频开关（Switch）、天线调谐开关 （Tuner）等。 图：手机射频芯片逻辑关系图,4,资料来源：Qualcomm ，华西证券研究所,什么是射频芯片？,基带,RF收发机,功率放 大器,低噪声 放大器,滤波器,滤波器,开关,开关,双工器,分集开关,天线调谐,天线,射频前端芯片怎么实现的？,5,资料来源：Qorvo，华西证券研究所,射频前端器件均有由半导体工艺制备，用于手机端的功率放大器和低噪声放大器 主要基于GaN、GaAs、SOI、SiGe、Si（用于基站端的大功率功率放大器主要采用 GaAs和GaN）。滤波器主要品类有SAW和BAW两种，均采用压电材料做基底。RF开 关主要基于CMOS、Si、GaAs和GaN材料。 图：射频前端器件的工艺技术和应用,B1 B3,B40,B1 B3,B40,典型的4G手机需要支持约40个频段，如B1、B3、B5、B8、B38、B41等，每个频段都需要有1路发射和2路 接收。发射通路上需要滤波器、功率放大器、开关等，接收通路需要开关、低噪放、滤波器等器件。,4G时代1T2R，每个频段都是1路发射， 2路接收,资料来源： 英飞凌，华西证券研究所,6,在4G LTE频段划分中，有部分频率相近或重合的频段，可以形成射频前端器件共 用，业界通常将4G频段划分为低频（698960Mhz）、中频（17102200MHz）和高 频（24003800MHz），相应的，对应射频前端器件可以形成低频模组、中频模组 和高频模组。 图：4G手机射频架构,资料来源：RESONANT ，华西证券研究所,7,部分频段的射频前端可以共用，形成 低频、中频、高频分类,由于5G增加了新频段，支持新频段就需要增加配套的射频前端芯片。 简化来看，射频发射通路主要是PA和滤波器，接收通路主要是LNA和滤波器，其 他如射频开关、RFIC、电阻、电容、电感均为核心芯片的配套。 图：5G手机射频架构图：简化示意图,资料来源：RESONANT ，华西证券研究所,8,5G新增频段，且SA模式要求2T4R,目录 什么是射频芯片？ 市场空间有多大？ 竞争格局怎么样？ 行业内有哪些主流公司？ 风险提示,9,据Yole Development数据，2018年全球移动终端射频前端市场规模为150亿美元，预计2025 年有望达到258亿美元，7年CAGR达到8%。 图：20182025年射频前端芯片市场空间（十亿美元） 功率放大器模组 接收模组 WiFi模组 AiP模组 分立滤波器、双工器 分立开关、低噪声放大器 天线调谐开关,10,资料来源：Yole ，华西证券研究所,市场空间有多大？,市场空间扩大来自于单机价值量提升,11,资料来源：Skyworks，华西证券研究所,射频前端单 机价值量,射频开关的作用是将多路射频信号中的任一路或几路通过控制逻辑连通，以实现不同信号路径的切换， 包括接收与发射的切换、不同频段间的切换等，以达到共用天线、节省终端产品成本的目的。射频开关 的主要产品种类有移动通信传导开关、WiFi开关、天线调谐开关等，广泛应用于智能手机等移动智能终 端。 以智能手机为例，由于移动通信技术的变革，智能手机需要接收更多频段的射频信号。2011年及之前智 能手机支持的频段数不超过10个，而随着4G通信技术的普及，至2016年智能手机支持的频段数已经接近 40个。5G应用支持的频段数量将新增50个以上，全球2G/3G/4G/5G网络合计支持的频段将超过91个。因 此，移动智能终端中需要不断增加射频开关的数量以满足对不同频段信号接收、发射的需求。 据Yole Development预测，分立射频开关开关的市场规模将从2018年的6亿美元增长至2025年的9亿美元， 年均复合增长率为5%。 图：典型射频开关的原理图图：2018-2025年分立式普通射频开关市场空间（亿美元）,射频开关（Switch）,资料来源： 卓胜微，Yole，华西证券研究所,12,6,9,6 4 2 0,8,10,20182025E,Tuner主要给天线做配套。全面屏的普及，紧凑的机身设计，智能手机留给天线的空间尺寸不断 受到限制，这导致天线系统的整体效率降低，需要天线调谐开关提高天线对不同频段信号的接收 能力，天线调谐开关的重要性和需求也日益增长。相较普通开关，天线调谐开关有着极高的耐压 要求，同时导通电阻和关断电容对性能影响极大，由此对产品提出了极高的设计和工艺要求。 4G手机一般需要46个天线，而5G手机至少需要610个天线，对应的天线Tuner需求适配性增长。 据Yole Development预测，天线调谐开关的市场规模将从2018年的5亿美元增长至2025年的12亿 美元，年均复合增长率为13%。,天线调谐开关（Tuner）,资料来源： Qorvo，Yole，华西证券研究所,图：典型Tuner的原理图,13,图：2018-2025年Tuner市场空间（亿美元）,5,12,4 2 0,6,12 10 8,14,2018,2025E,射频滤波器的作用是保留特定频段内的信号，将特定频段外的信号滤除，从而提高信号的抗干扰性及信 噪比。以声表面波滤波器为例，其工作原理：输入电信号被输入叉指换能器转换成同频率声波，经过输 出叉指能换器转换成电信号，实现频率选择。 滤波器的市场驱动主要源于新通信制式对额外滤波的需求。在4G以及5G频段的逐步实现，MIMO和载波聚 合的应用支持，Wi-Fi、蓝牙、GPS等无线技术的普及等，导致射频滤波器的需求增长迅速。 据Yole Development预测，从2018年至2025年，分立射频滤波器及双工器等市场规模将从约31亿美元增 长至51亿美元，其中滤波器从约17亿美元增长至27亿美元，年均复合增长率为7%；双工器从约10亿美元 增长至16亿美元，年均复合增长率为7%；多工器的市场增长最快，将从约1亿美元增长至5亿美元，年均 复合增长率为20%。,滤波器（Filter）,图：射频滤波器原理图,图：2018-2025年滤波器市场空间（亿美元）,17,27,10,16,1,5,0,10,20,30,40,60 50,2018,2025E,普通滤波器双工器多工器,14,资料来源： 卓胜微，Yole，华西证券研究所,低噪声放大器的功能是把天线接收到的微弱射频信号放大，尽量减少噪声的引入，在移动智能终端上实 现信号更好、通话质量和数据传输率更高的效果。根据适用频率的不同，分为全球卫星定位系统射频低 噪声放大器、移动通信信号射频低噪声放大器、电视信号射频低噪声放大器、调频信号射频低噪声放大 器。 低噪声放大器的工作原理：输入的射频信号被输入匹配网络转化为电压，经过放大器对电压进行放大， 同时在放大过程中最大程度降低自身噪声的引入，最后经过输出匹配网络转化为放大后功率信号输出。 随着5G逐渐普及，智能手机中天线和射频通路的数量增多，对射频低噪声放大器的数量需求迅速增加， 据Yole Development预测，分立射频低噪声放大器市场规模将从2018年的约3亿美元增长至2025年的8亿 美元，年均复合增长率将达到16%。 图：LNA原理图图：2018-2025年LNA市场空间（亿美元）,15,资料来源： 卓胜微，Yole，华西证券研究所,低噪声放大器（LNA）,3,8,9 8 7 6 5 4 3 2 1 0,2018,2025E,功率放大器（ PA，Power Amplifier），是各种无线发射机的重要组成部分，将调制振荡 电路所产生的射频信号功率放大，以输出到天线上辐射出去。PA的性能直接决定了无线终 端的通讯距离、信号质量和待机时间，也是射频前端功耗最大的器件。 根据QYR Electronics Research 数据，2011-2018 年，全球射频功率放大器的市场规模从 25.33亿美元增长至31.05亿美元，年均复合增长率2.95%；预计至2023年，市场规模将达 35.71亿美元。PA市场整体增速较其他射频前端芯片增速低，主要是因为高端4G和5G PA市 场将保持增长，但是2G/3G PA市场将会逐步衰退。,功率放大器（PA）,图：PA芯片引脚功能框图,图：2011-2023年年PA市场空间（亿美元）,25,31,36,40 35 30 25 20 15 10 5 0,2011,2018,2023E,16,资料来源： 卓胜微，QYR，华西证券研究所,射频前端模组是将射频开关、低噪声放大器、滤波器、双工器、功率放大器等两种或者两种以上的分立 器件集成为一个模组，从而提高集成度与性能并使体积小型化。根据集成方式的不同可分为DiFEM（集 成射频开关和滤波器）、LFEM(集成射频开关、低噪声放大器和滤波器)、FEMiD（集成射频开关、滤波 器和双工器）、PAMiD（集成多模式多频带PA和FEMiD）等模组组合。 持续增加的射频前端器件数量和PCB板可用面积趋紧之间的矛盾促进射频前端模组化发展，越来越多的 分立式射频前端芯片通过SiP技术封装在同一颗大芯片里面。从Broadcom的发展来看，20072010年主要 是分立的射频前端器件，20112013年是单颗PA模组，2014年以来持续升级，已经实现多频段PA模组整 合。与此同时，Skyworks、Qorvo、村田、高通等射频前端芯片大厂均已推出多品类射频前端模组产品。 图：Broadcom射频前端器件演进,17,资料来源：Broadcom，华西证券研究所,射频芯片：分立式和模组,射频芯片：分立式和模组,4527,5339,6101,6639,7009,7392,7772,8099,10473,11396,12450,13691,15166,16186,17112,17745,0,5000,10000,15000,2018,2019,2020E,2021E,2022E,2023E,2024E,2025E,据Yole Development的统计与预测，分立器件与射频模组共享整个射频前端市场。2018年 射频模组市场规模达到105亿美元，约占射频前端市场总容量的70%。到202