电子行业：5G时代射频前端行业趋势与格局解析-20200419-方正证券-60页.pdf

研究源于数据 1 研究创造价值 5G5G 时代，射频前端行业趋势与格局解析时代，射频前端行业趋势与格局解析 方正证券研究所证券研究报告方正证券研究所证券研究报告 行业专题报告 行业研究 电子行业电子行业 2020.04.19/推荐 首席电子分析师首席电子分析师 兰飞 执业证书编号：S1220518070003 E-mail： 分析师：分析师：贺茂飞 执业证书编号：S1220518090002 E-mail： 重要数据：重要数据：上市公司总家数上市公司总家数 280 总股本总股本(亿亿股股)3116.02 销售收入销售收入(亿元亿元)19318.02 利润总额利润总额(亿元亿元)1068.29 行业平均行业平均 PEPE 107.10 平均股价平均股价(元元)32.00 行业相对指数表现行业相对指数表现：数据来源：wind 方正证券研究所 相关研究相关研究 请务必阅读最后特别声明与免责条款 卓胜微（300782.SZ）：5G 大潮起，射频龙头延续高增长2020.04.08 1 1、频率升高、带宽增加是无线通信大趋势，频率升高、带宽增加是无线通信大趋势，单机射频价值量单机射频价值量持持续续扩张。扩张。无论是如火如荼的 5G 通信，Wifi6 还是未来的星链计划，无线通信领域频率不断增高，带宽持续增加是不可改变的大趋势，促使射频重要性不断提升，价值量持续增加。全球 5G网络新增 30 余个频段，新增频段带来增量射频需求，单部手机射频价值量大幅扩张。据 skyworks 数据，4G 高端旗舰机型射频价值量为 28 美金，5G 旗舰机型价值量增加至 40 美金。在基站侧，5G 基站采用 Massive MIMO 及小基站，基站数量和单个基站射频价值量双增。5G 时代，基站和终端全面迎来射频价值量提升。2 2、射频射频产业产业三大趋势三大趋势：1）5G 时代，射频迎来技术变革密集期，前瞻把握产业方向，布局新兴赛道。GaN PA 及 Baw/LTCC 滤波器更适合高频率通信，在 5G 时代迎来新增应用。2）射频模组化大势所趋。5G 网络处理的频段增多，射频前端愈来愈复杂，采用模组化的射频设计能够更好的处理干扰，大幅度减少射频模块的 PCB 面积占比，缩短终端射频设计周期，获得越来越多的终端厂商认可。3）国内射频厂商迎重大机遇，加速国产替代，国内一线手机品牌加快导入国产射频方案。3 3、五大五大巨头巨头垄断中高端射频市场垄断中高端射频市场。博通、Skyworks、Qorvo、村田、高通等五大射频巨头基本垄断中高端射频市场。高通通过“基带+射频”一站式服务策略，在 5G 初期占据先机。5G 需要处理更高频率的射频信号，高频滤波器设计成为一项关键能力，博通 Fbar 高频滤波器能力领先，深度绑定苹果、三星等客户。村田受益中美贸易摩擦，在华为导入更多新产品。Skyworks/Qorvo 在基站端优势地位牢固，手机市场份额受到竞争对手挤占。4 4、疫情影响疫情影响下游手机下游手机短期销售短期销售，射频国产替代趋势持续向上射频国产替代趋势持续向上。疫情影响下，手机市场销量有所下滑。但国内 5G 新基建提速，年内预计将开通 60 万座基站。随着 5G 网络的完善，5G 手机渗透率有望加速向上。同时，华为、Oppo、Vivo、小米等国内一线手机品牌导入国产射频方案的趋势不变，在今年有望给予国产射频厂商更多料号和份额。5 5、投资建议投资建议：1）坚定看好射频产业链，建议关注：卓胜微（射频前端芯片龙头）、韦尔股份（射频前端芯片）、三安光电（PA代工）、海特高新（PA 代工）、中芯国际（射频 CMOS 代工）、华天科技（射频封测）、信维通信（滤波器）、麦捷科技（滤波器）；2）看好高通、博通、Skyworks、Qorvo、TSMC 和稳懋等全球射频和代工龙头；6 6、风险提示风险提示：（1）全球宏观经济增速下滑甚至衰退的风险（2）全球 5G 网络建设放缓的风险。（3）疫情影响全球手机行业销售量，5G 手机终端出货量不及预期的风险。研究源于数据 2 研究创造价值 电子-行业专题报告 目录目录 1 手机射频前端架构及行业现状.7 1.1 射频前端芯片概况.7 1.2 5G 技术路线.9 1.2.1 5G NR.9 1.2.2 NSA 作为过渡方案，SA 方案渐成主流.10 1.2.3 5G 方案：Sub 6GHz 先行，mmWave 等待技术成熟.12 2 射频前端产业趋势：创新叠出，孕育国产机会.14 2.1 射频前端呈现模组化趋势.14 2.2 PA：GAAS为主流技术，氮化镓技术处于导入期.15 2.3 开关主要采用 RF-SOI 工艺.19 2.4 滤波器由金属腔体向陶瓷腔体转变.21 2.5 LNA：SIGE工艺开始兴起.22 3 5G 给射频带来价值量扩张.23 3.1 手机端：单机射频价值量扩张.23 3.2 基站端：大规模天线技术增加射频天线用量.25 3.2.1 5G 基站需求增长.25 3.2.2 大规模天线、工艺改进带来新增长点.26 4 射频前端产业链梳理.27 4.1 细分射频领域市场现状.27 4.1.1 PA.28 4.1.2 滤波器：SAW、BAW、LTCC 三种路线.29 4.1.3 开关.30 4.1.4 LNA.31 4.2 SOITEC 25 年深耕半导体创新，优化晶圆衬底.32 5 全球射频前端行业格局解析.34 5.1 高通捆绑 RF360，提供 5G 整合解决方案.34 5.1.1 RF360 完成整合，可提供 5G 射频前段模组整体解决方案.34 5.1.2 高通凭借平台优势，助 RF360 占得先机.36 5.1.3 高通是唯一提供毫米波解决方案的厂商.40 5.2 苹果以博通、SKYWORKS、QORVO为主力供应商.41 5.2.1 Qorvo 深耕 GaN，抢占化合物射频前端赛道.41 5.2.2 Skyworks 注重小基站射频应用.43 5.3 村田受益华为，5G 高端机型射频业务兴起.45 5.3.1 村田基本情况.45 5.3.2 村田为华为提供射频前端解决方案.46 5.4 博通专注苹果、三星.47 5.5 国产射频龙头：卓胜微.49 5.6 海思携手国产迎头赶上，国产替代远快于 4G.51 5.6.1 华为手机国产化供应链趋势明显.51 5.6.2 国内主导 5G 发展，渗透率快于 3G/4G.53 5.6.3 国内射频元器件主要厂商梳理.53 tOmQtRuMvN6MdNbRnPnNtRoOkPoOnRkPoMoM9PmNqOuOoOoOxNnOoQ 研究源于数据 3 研究创造价值 电子-行业专题报告 6 投资建议.55 6.1 卓胜微.55 6.2 三安光电.55 6.3 华天科技.56 6.4 信维通信.56 6.5 韦尔股份.57 6.6 麦捷科技.57 6.7 海特高新.58 6.8 中芯国际.58 7 风险提示.59 研究源于数据 4 研究创造价值 电子-行业专题报告 图表目录图表目录 图表 1：从“香农定律”看通信技术演进方向.7 图表 2：射频前端结构.8 图表 3：射频前端全球市场规模（十亿美元）.8 图表 4：2018 主要射频器件市场份额占比.9 图表 5：2018 年射频前端市场拆分.9 图表 6：5G 频段分布.10 图表 7：5G 网络架构演进.11 图表 8：5G 需求增多.11 图表 9：2G 网络到 5G 网络，时延与速度的变化.12 图表 10：全球 5G 频段分布.12 图表 11：世界各国在SUB 6GHZ频段分布.13 图表 12：世界各国在毫米波频段分布.13 图表 13：毫米波覆盖范围.13 图表 14：SUB 6GHZ覆盖范围.13 图表 15：5G NR 毫米波覆盖范围广.14 图表 16：射频前端模组化方案.14 图表 17：射频前端模组按频率划分.15 图表 18：典型 5G 射频前端设计方案.15 图表 19：AIP 模组.15 图表 20：一二三代半导体性能比较.16 图表 21：多级 GAAS PA 和等效 GAN PA 比较.16 图表 22：微波频率范围功率的工艺技术对比.16 图表 23：GAAS供应链.17 图表 24：2018 全球 GAAS设备市场份额.17 图表 25：2018 GAAS代工厂市场份额.17 图表 26：中国 5G 基站 GAN PA 市场规模预测（亿元）.18 图表 27：稳懋最近两年生产量和销售量.18 图表 28：稳懋目前已进入量产的产品.19 图表 29：GAAS代工竞争情况.19 图表 30：RF-SOI 工艺优势.19 图表 31：不同工艺射频开关性能比较.19 图表 32：中国 5G 基站 GAN PA 市场规模预测.20 图表 33：RF-SOI 的工艺供应链.20 图表 34：RF-SOI 主要产品及应用.20 图表 35：不同介质腔体滤波器性能对比.21 图表 36：两种基站滤波器性能比较.21 图表 37：中国移动电话基站发展情况（万个）.22 图表 38：LNA 产品工艺性能对比.22 图表 39：英飞凌采用 SIGE设计 LNA.22 图表 40：亚德诺采用 SIGE设计 LNA.22 图表 41：TOWERJAZZ的 SIGE进展领先同行业厂商.23 图表 42：射频前端部件价、量提升.23 图表 43：5G 给 PA、滤波器带来新的挑战.23 图表 44：射频元器件市场不断增长.24 图表 45：第一代 5G RFFE 成本溢价（美元）.24 图表 46：NOTE 10+5G 天线模组.24 图表 47：5G 带来价值量提升（美元）.25 研究源于数据 5 研究创造价值 电子-行业专题报告 图表 48：中国宏基站数量（万个）.25 图表 49：全球小基站数量（千台）.25 图表 50：BTS 基站收发台出货量（百万件）.26 图表 51：RF LINEUP出货量（百万件）.26 图表 52：基站天线演进过程.26 图表 53：MIMO 演进情况示意图.26 图表 54：5G 基站带来 PA、LNA 数量增长.26 图表 55：微波频率范围功率电子设备的工艺技术对比.27 图表 56：基站应用射频市场空间（亿美元）.27 图表 57：射频前端产业链.27 图表 58：射频前端产业链收购兼并发展.27 图表 59：2017 年 PA 厂商市场份额比重.28 图表 60：射频芯片供应链梳理.29 图表 61：2017 年 SAW 厂商市场份额比重.29 图表 62：射频 SAW 供应链.29 图表 63：2017 年 BAW 厂商市场份额比重.30 图表 64：射频 BAW 供应链.30 图表 65：全球射频开关市场规模（亿美元）.30 图表 66：射频开关市场占比.30 图表 67：射频开关芯片供应链梳理.31 图表 68：全球射频 LNA 市场规模（亿美元）.31 图表 69：射频 LNA 市场占比.31 图表 70：射频 LNA 供应链.32 图表 71：SOI 晶圆应用情况.32 图表 72：主要 RF-SOI 加工工艺比较.33 图表 73：全球 SOI 晶圆需求估计（8 寸,千片）.33 图表 74：SOITEC在行业中的地位.34 图表 75：2018 年 SOITEC产品收入拆分.34 图表 76：2018 年 SOITEC在 SOI 收入份额.34 图表 77：2016 年高通和 TDK 合资.34 图表 78：射频前端部件价、量提升.34 图表 79：RF 360 发展历史.35 图表 80：EPCOS 滤波器+高通 PA 组成 PAMID.35 图表 81：高通拥有从基带 MODEM SOC，RFIC 到 FEM 完整解决方案.36 图表 82：高通调制解调器-射频前端系统.36 图表 83：V50 THINQ 5G 主板.37 图表 84：高通“射频前端+基带”解决方案：LG V50 THINQ 5G.37 图表 85：OPPO RENO 5G 主要射频前端组件.38 图表 86：OPPO RENO 5G 模块化 RFFE 设计.38 图表 87：MIX 3 5G 主要射频前端组件.39 图表 88：MIX 3 5G 采用完全模块化设计.39 图表 89：高通“射频前端+基带”解决方案：小米 10.40 图表 90：高通研究毫米波近 30 年.40 图表 91：毫米波频段分布.41 图表 92：美国毫米波技术市场规模（百万美元）.41 图表 93：QORVO产品及应用领域.41 图表 94：QORVO主要产品收入拆分（百万美元）.41 图表 95：APPLE RF 供应商.42 研究源于数据 6 研究创造价值 电子-行业专题报告 图表 96：QORVO主要客户收入占比.42 图表 97：每台IPHONE射频价值量（美元）.42 图表 98：全球基站数量（百万个）.43 图表 99：全球大规模天线射频收发芯片出货量（百万件）.43 图表 100：QORVO在 GAN 工艺发展路径.43 图表 101：SKYWORKS通过收购新公司来增强自身的产品线.44 图表 102：占 SKYWORKS营业收入比重大于 10%的客户.44 图表 103：SKYWORKS营业收入状况（百万美元）.45 图表 104：SKYWORKS净利润（百万美元）.45 图表 105：SKYWORKS研发费用（百万美元）.45 图表 106：村田主要产品收入占比.46 图表 107：村田营收状况（百万美元）.46 图表 108：村田毛利率和净利率.46 图表 109：村田收购时间线.46 图表 110：MATE30 系列主要供应商.47 图表 111：博通主要业务、市场、客户.47 图表 112：博通发展历程.47 图表 113：博通营收状况（百万美元）.48 图表 114：博通主要产品收入占比.48 图表 115：公司 FBAR 设计主要产品.48 图表 116：AFEM-8092.49 图表 117：IPHONE XS MAX-A2101.49 图表 118：博通主要收入厂商占比.49 图表 119：卓胜微各类型产品、主要功能及量产时间表.50 图表 120：卓胜微主要客户销售额占比.50 图表 121：卓胜微营收状况（百万元）.50 图表 122：卓胜微研发投入（百万元）.50 图表 123：MATE30 PRO 5G 半导体 BOM.51 图表 124：P30、P40 供应链对比.52 图表 125：全球 5G 普及率及预测.53 图表 126：全球 LTE、5G 渗透率对比.53 图表 127：5G 基站规划.53 图表 128：中国各频段手机出货占比.53 图表 129：国内主要射频前端芯片厂商.54 图表 130：国内射频产业链.55 图表 131：卓胜微盈利预测.55 图表 132：三安光电半导体化合物产能规划.56 图表 133：三安光电盈利预测.56 图表 134：华天科技盈利预测.56 图表 135：信维通信盈利预测.57 图表 136：韦尔股份盈利预测.57 图表 137：麦捷科技盈利预测.58 图表 138：海特高新微电子业务收入.58 图表 139：海特高新盈利预测.58 图表 140：中芯国际盈利预测.59 研究源于数据 7 研究创造价值 电子-行业专题报告 1 手机射频前端架构及手机射频前端架构及行业现状行业现状 1.1 射射频频前端芯片概况前端芯片概况 射频前端射频前端芯片是无线通信的核心零部件芯片是无线通信的核心零部件，包括，包括 PA、波滤器、波滤器、LNA、开关和开关和 Tuner 等芯片等芯片。香农定律是通信领域的基础定律。回顾通信从 2G 到 5G 网络的发展，基本沿着香农定律的脉络进行演绎。5G 网络通信速率高达 10Gbps，高速率的核心技术来源于四个方面。（1）MIMO 天线：多根天线的应用提高了信道容量。（2）小基站：网络密集化需要更多蜂窝基站数量，相应的 5G 基站端投资大于 4G 网络。（3）载波聚合：将多个频率的无线信号进行载波聚合，以提高传输速度。（4）高阶调制。使用更高阶的调制方式，增加通信容量。通信技术沿着香农定律指出的四个方向不断向前演进。在香农定律趋势下，通信系统（基站端、手机等终端）对射频前端芯片的性能及复杂度要求愈来愈高。图表1：从“香农定律”看通信技术演进方向 资料来源：Yole，方正证券研究所 射频前端系统包含的芯片品类较多，包括如下细分产品方向。功率放大器功率放大器 PA：用于发射链路，将微弱信号放大为功率较高的信号。滤波器滤波器：用于筛选信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率。开关：开关：用于接收、发射通道之间的切换。低噪放：低噪放：用于接收来自天线中的小信号并放大信号功率。多工器：多工器：是一组非叠加的滤波器，帮助通道的数位信号输往单一的接收端。Tuner:用于发射机和天线之间，调谐后实现阻抗匹配。Envelop Tracker:用于提高承载高峰均功率比信号的功放效率。PaMid:由 PA、滤波器、双工器、开关组合构成的模块。研究源于数据 8 研究创造价值 电子-行业专题报告 DRx Module:将开关电源、数字功放集成到一起的功率放大模块。Transceiver:安装在一个部件上并共用一部分相同电路的无线电发报机和收报机。图表2：射频前端结构 基带芯片收发器开关开关开关滤波器双工器双工器开关LNALNALNAPAPAPA 资料来源：卓胜微、方正证券研究所 根据根据 Yole 预测，预测，2018-2025 年全球射频前端的市场规年全球射频前端的市场规模模将将由由 150 亿美亿美元增长到元增长到 258 亿美元，年复合增速高达亿美元，年复合增速高达 8%。其中增速最大的 Tuner市场规模将从 2018 年的 5 亿美元增长到 2025 年的 12 亿美元，复合增长率高达 13%。图表3：射频前端全球市场规模（十亿美元）资料来源：Yole、方正证券研究所 滤波器和滤波器和 PA 是射频前端领域最大的两个细分方向，是射频前端领域最大的两个细分方向，合计占射频前端 研究源于数据 9 研究创造价值 电子-行业专题报告 市场的 61%。其中滤波器约占 21%，PA 放大器占 40%，开关和 LNA占 6%。图表4：2018 主要射频器件市场份额占比 资料来源：Yole、方正证券研究所 目前全球射频前端市场集中度较高，目前全球射频前端市场集中度较高，前四大厂商占据全球 85%的市场份额，分别为 Skyworks（24%）、Qorvo（21%）、Avago（Broadcom）（20%）、Murata（20%）。目前各细分市场均为日美巨头垄断，市场集中度较高。国内卓胜微等射频厂商已在开关、LNA 等领域实现突破，实力比肩国际一线厂商。图表5：2018 年射频前端市场拆分 资料来源：Yole、方正证券研究所 1.2 5G 技术技术路线路线 1.2.1 5G NR 通过通过 5G NR，信息传递将实现超低时延、高可靠性。，信息传递将实现超低时延、高可靠性。5G NR 是在 OFDM的基础上设计出的全球性 5G 标准，能够为下一代蜂窝移动技术打下坚实基础，能兼容之前 4G 的技术，数据带宽达到 10Gbps。5G 可部署频段分成了两个范围：FR1 和 FR2。FR1：450 MHz-6000 MHz；FR2：24250 MHz-52600 MHz。研究源于数据 10 研究创造价值 电子-行业专题报告 图表6：5G 频段分布 FR1 中的 NR 工作频带（FDD 模式）NR 操作频段 上行链路（UL）工作频段 下行链路（DL）工作频段 双工模式 BS 接收/UE 发送 BS 发送/UE 接收 FUL_low-FUL_high FDL_low-FDL_high n1 1920 MHz-1980 MHz 2110 MHz-2170 MHz FDD n2 1850 MHz-1910 MHz 1930 MHz-1990 MHz FDD n3 1710 MHz-1785 MHz 1805 MHz-1880 MHz FDD n5 824 MHz-849 MHz 869 MHz-894 MHz FDD n7 2500 MHz-2570 MHz 2620 MHz-2690 MHz FDD n8 880 MHz-915 MHz 925 MHz-960 MHz FDD n12 699 MHz-716 MHz 729 MHz-746 MHz FDD n20 832 MHz-862 MHz 791 MHz-821 MHz FDD n25 1850 MHz-1915 MHz 1930 MHz-1995 MHz FDD n28 703 MHz-748 MHz 758 MHz-803 MHz FDD n34 2010 MHz-2025 MHz 2010 MHz-2025 MHz TDD n38 2570 MHz-2620 MHz 2570 MHz-2620 MHz TDD n39 1880 MHz-1920 MHz 1880 MHz-1920 MHz TDD n40 2300 MHz-2400 MHz 2300 MHz-2400 MHz TDD n41 2496 MHz-2690 MHz 2496 MHz-2690 MHz TDD n51 1427 MHz-1432 MHz 1427 MHz-1432 MHz TDD n66 1710 MHz-1780 MHz 2110 MHz-2200 MHz FDD n70 1695 MHz-1710 MHz 1995 MHz-2020 MHz FDD n71 663 MHz-698 MHz 617 MHz-652 MHz FDD FR1 中的 NR 工作频带（SDL、TDD、SUL 模式）NR 操作频段 上行链路（UL）工作频段 下行链路（DL）工作频段 双工模式 BS 接收/UE 发送 BS 发送/UE 接收 FUL_low-FUL_high FDL_low-FDL_high n75 N/A 1432 MHz-1517 MHz SDL n76 N/A 1427 MHz-1432 MHz SDL n77 3300 MHz-4200 MHz 3300 MHz-4200 MHz TDD n78 3300 MHz-3800 MHz 3300 MHz-3800 MHz TDD n79 4400 MHz-5000 MHz 4400 MHz-5000 MHz TDD n80 1710 MHz-1785 MHz N/A SUL n81 880 MHz-915 MHz N/A SUL n82 832 MHz-862 MHz N/A SUL n83 703 MHz-748 MHz N/A SUL n84 1920 MHz-1980 MHz N/A SUL n86 1710 MHz-1780 MHz N/A SUL FR2 中的 NR 工作频带（TDD 模式）NR 操作频段 上行链路（UL）和下行链路（DL）工作频段 双工模式 n257 26500 MHz-29500 MHz TDD n258 24250 MHz-27500 MHz TDD n260 27000 MHz-40000 MHz TDD n261 27500 MHz-28350 MHz TDD 资料来源：ittbank，方正证券研究所 1.2.2 NSA 作为过渡方案，作为过渡方案，SA 方案渐成主流方案渐成主流 NSA 作为过渡方案，作为过渡方案，SA 方案渐成主流方案渐成主流。制定 5G 标准的 3GPP 将接入 研究源于数据 11 研究创造价值 电子-行业专题报告 网（5G NR）和核心网（5G Core）拆开，在 5G 时代各自发展。5G核心网向分离式架构演进，实现网络功能、控制面和用户面的分立，以此满足不同人群对不同服务的需求。5G NR（new radio）工作在1GHz到 100GHz 中，不后向兼容 LTE。其中的原因就在于 5G 网络不仅仅是提供移动宽带设计，同时还要面向 eMBB（增强型移动宽带）、URLLC（超可靠低时延通信）和 MTC（大规模机器通信）三大场景。针对不同的场景也就推出了 5G NR、5G 核心网、4G 核心网和 LTE 混合搭配，组成多种网络部署选项。NSA 和 SA 主要有三大区别：（1）NSA 没有核心网组，而 SA 相反，拥有自己的核心网络。（2）在手机系统性设计上，NSA 上搭载了 2 条链路，一个 4G 一个 5G，互相连通。在 SA/NSA 共存模式下，手机端搭载了三条通道，2 条 5G 通道及 1 条 4G 通道。（3）NSA 的终端双连接需要 LTE 和 NR 两种无线接入技术，而在SA 情况下只需要 NR 无线接入技术。图表7：5G 网络架构演进 资料来源：华为、方正证券研究所 5G 三大场景定义万物互联时代：增强型移动宽带（三大场景定义万物互联时代：增强型移动宽带（eMBB）、海量物）、海量物联网（联网（mMTCL）、高可靠低时延（）、高可靠低时延（uRLLC）。）。其中 eMBB 相当于 3G-4G网络速率的变化，而 mMTCL 和 uRLLC 是针对行业推出的全新场景，推动科技由移动物联网时代向万物互联时代转变。图表8：5G 需求增多 资料来源：36 氪，方正证券研究所 由于在使用 NSA 组网的情况下，终端天线要采用 LTE 和 NR 两种无线接入技术，一根天线连接 NR，另外一根连接 LTE。而在而在 SA 上，上，研究源于数据 12 研究创造价值 电子-行业专题报告 两根天线都连接了两根天线都连接了 NR，大大提升了上行效率，因此，大大提升了上行效率，因此 5G 网络架构会网络架构会从从 NSA 逐渐向逐渐向 SA 演进。演进。图表9：2G 网络到 5G 网络，时延与速度的变化 1.20 0.49 0.28 0.12 0.09 0.2 0.3 0.4 1.3 12.1 0.02.04.06.08.010.012.014.00.00.20.40.60.81.01.21.42G3G3.5G4G5G时延（Ms）速度（Gbps）资料来源：Skyworks，方正证券研究所 图表10：全球 5G 频段分布 资料来源：Yole，方正证券研究所 1.2.3 5G 方案：方案：Sub 6GHz 先行，先行，mmWave 等待技术成熟等待技术成熟 中日韩和欧洲选择中日韩和欧洲选择 sub 6GHz 方案方案，美国由美国由 mmWave 转向转向 Sub 6GHz方案方案。在 sub6GHz 中，韩国和日本是最主要的 Ultra LTE 频谱使用者。两个国家都考虑使用 5G NR 扩展 UHB 频谱。预计 UHB 5G 频谱还将在欧洲、中国、俄罗斯和印度扩展。在美国 FCC 尚未决定扩展到 UHB频道。而在毫米波频谱中，N257 波段是在美国、韩国和日本推出的5G 毫米波段的主要波段，欧洲、中国和世界其他地区在 2020 年晚些时候将重点放在 N258 波段。最早出现的毫米波芯片将会支持 N257、N261 和 N260。研究源于数据 13 研究创造价值 电子-行业专题报告 图表11：世界各国在 sub 6GHz 频段分布 图表12：世界各国在毫米波频段分布 资料来源：Yole，方正证券研究所 资料来源：Skyworks，方正证券研究所 毫米波技术还毫米波技术还未未成熟，成熟，sub 6Ghz 在目前阶段具有成本优势。在目前阶段具有成本优势。国内和欧洲对于毫米波的反映普遍比较冷淡，一方面是由于毫米波成本高，尽管高通推出的下一代 5G 解决方案能够兼容，但是技术不成熟导致性能不够稳定。另一方面毫米波基础建设成本高，网络没有完全覆盖。根据谷歌测算，在相同的资本支出上，sub 6GHz 能够覆盖毫米波近 4倍的范围。美国政府之前采用毫米波方案的原因是 sub 6GHz 频段被军方使用，无法商用。但由于毫米波覆盖面积小、传输不稳定等因素影响用户使用体验，美国开始由毫米波转向 sub 6GHz。图表13：毫米波覆盖范围 图表14：Sub 6GHz 覆盖范围 资料来源：Google，方正证券研究所 资料来源：Google，方正证券研究所 毫米波的难度在于，毫米波基板要求能够实现高频高速毫米波的难度在于，毫米波基板要求能够实现高频高速，这对于材料、，这对于材料、加工精度加工精度要求大大提高。要求大大提高。毫米波的信号传输有点像水管，水管越光滑，信号损失越小，精度差一点信号马上衰减。研究源于数据 14 研究创造价值 电子-行业专题报告 图表15：5G NR 毫米波覆盖范围广 资料来源：Yole、方正证券研究所 2 射频射频前端产业趋势：创新叠出，孕育国前端产业趋势：创新叠出，孕育国产机产机会会 2.1 射频前端呈现模组化趋势射频前端呈现模组化趋势 射频前端模组化射频前端模组化是趋势，苹果等一线旗舰机型使用大量模组化射频组是趋势，苹果等一线旗舰机型使用大量模组化射频组件件。做成单个分立器件相对容易，但模组化产品需要厂商具备强大的射频设计能力。手机射频前端设计呈模组化趋势，射频模组化将带来以下优势：解决多频段带来的射频复杂性挑战，提供全球载波聚合模块化平台，缩小RF 元件体积，加快手机产品上市时间等。图表16：射频前端模组化方案 PAPAPASwitchFliterFliterUHB PAMiDHB PAMiDHB PAMiDSwitchFliterFliterMB/HB PAMiDLB PAMiDPASwitchFliterFliterLNASwitchFliterDAxMLNASwitchFliterDAxMLNASwitchFliterDAxMLNASwitchFliterDAxMLNAFliterFliterASMASMASMDiplexerMultiplexerTunerTunerTunerTunerTunerTunerDual connectivity and the use of UHBMore DL CA LNA integrationMore BandsMore FiltersMHBUHB PAMiDLBIntegration&densification in PAMiDMore independent streamMove from diplexer to multiplexerGood path isolation,while enabling high CAMore DL CA/44 MIMO proliferation of DRxM44 MIMOAt least 4 antennaMain MB/HBMain LBDiversity MB/HBDiversity LB 资料来源：Yole、方正证券研究所 研究源于数据 15 研究创造价值 电子-行业专题报告 5G 驱动驱动射频射频前端模组化。前端模组化。目前 5G 对于低频段的射频前端模组影响有限，中低端手机主要采用 SAW、BAW、PA 等分立方案。中高端手机逐渐开始采用模组化方案。从由低到高的集成度来看，模组化方案包括了 ASM、FEM、Div FEM 等低集成度方案，以及 LNA Div FEM、PaMid 等高集成度方案。我们预计，随着我们预计，随着 5G 手机的普及，低集成度手机的普及，低集成度射频模组射频模组方案会率先向中低端手机渗透。方案会率先向中低端手机渗透。图表17：射频前端模组按频率划分 图表18：典型 5G 射频前端设计方案 模组 集成器件 集成度 ASM 射频开关、天线 低 FEM 射频开关、滤波器 低 Div FEM 集成 FEM 中 FEMiD 射频开关、天线、双工器 中 PAiD PA、双工器 中 SMMB PA 支持单模式多频带 PA 中 MMMB PA 支持多模式多频带 PA 中 Tx Module PA、射频开关 中 PAMiD FEMiD、MMMD PA 高 LNA Div FEM Div FEM、LNA 高 资料来源：Yole、方正证券研究所 资料来源：Yole、方正证券研究所 5G 毫米波阶段将采用模组化射频方案。毫米波阶段将采用模组化射频方案。毫米波阶段采用 AiP 模块方案，使射频前端模块集成天线以及射频前端功能。AiP 是基于封装材料与工艺将天线与芯片集成在封装内实现系统级无线功能的技术，具备缩短路径损耗、性价比高、符合小型化趋势等优点。从 AiP 产业链结构来看，主要的模块设计方案厂商是高通、三星，主要制造和封测厂商有台积电、日月光等。AIP 的材料较为特殊，国内厂商相比海外还有一定差距。图表19：AiP 模组 资料来源：Hindawi、方正证券研究所 2.2 PA：GaAs 为主流技术，氮化镓为主流技术，氮化镓技术技术处于导入期处于导入期 根据所用半导体材料不同根据所用半导体材料不同，射频，射频 PA 可以分为可以分为 CMOS、GaAs、GaN 研究源于数据 16 研究创造价值 电子-行业专题报告 三大技术路线三大技术路线。CMOS 是使用最为廉价的沙子作为原材料制备硅，这是第一代半导体材料。CMOS PA 于 2000 年便已经出现，于 2G 时代进入手机市场，目前大多数电子产品中的元器件都是基于硅的标准CMOS 工艺制作，技术成熟且产能稳定。图表20：一二三代半导体性能比较 CMOS GaAs GaN 禁带宽度 1.12 1.42 3.42 击穿场强（106V/cm）0.6 0.7 3.5 热传导率(W/cm.K)1.5 0.6 1.3 电子迁移率(cm2/V.s)1350 8500 1500 饱和电子速率(107cm/s)1 0.8 2.5 材料成本 低 中 高 工艺发展情况 成熟 发展中 初期 资料来源：EETOP、方正证券研究所整理 相比于第一代的硅（相比于第一代的硅（Si），锗（），锗（Ge）之类的单质）之类的单质半半导体材料，第二代导体材料，第二代半导体材料主要使用半导体材料主要使用 GaAs 或或 SiGe。随着手机信号从 2G 进化到 3G和 4G，虽然电子设备中的其他原件仍然可以使用硅，但硅已经难以满足射频器件的要求。CMOS 击穿电压弱，电子迁移率低，饱和电子速率低，特别是带宽会随着频率增加迅速减少，CMOS 仅在 3.5GHz频率内有效。而 GaAs 电子迁移率比硅高 6 倍，有较高的击穿电压，可以用于超高速、超高频器件应用，比同样的 Si 元件更适合操作在高功率的场合。目前移动端 3G/4G 主要采用 GaAs PA，除了前述的 GaAs工艺在性能上的优势，更是因为其技术成熟稳定可靠，比起更新的半导体材料如 GaN 来说，更适合民用市场。图表21：多级 GaAs PA 和等效 GaN PA 比较 图表22：微波频率范围功率的工艺技术对比 资料来源：analog、方正证券研究所 资料来源：analog、方正证券研究所 全球最大全球最大 GaAs 晶圆代工服务厂商稳懋（晶圆代工服务厂商稳懋（Win Semiconductor）是该是该市场上的龙头公司。市场上的龙头公司。根据 Strategy Analytics 数据，2018 年全球砷化镓元件市场（含 IDM 厂的组件产值）总产值约为 88.7 亿美元，创历史新高。其中稳懋的市占率全球第四，约为 6.0%。在砷化镓晶圆代工市 研究源于数据 17 研究创造价值 电子-行业专题报告 场，2018 年代工市场规模为 7.47 亿美元。稳懋于 2010 年起成为全球第一大砷化镓晶圆代工半导体厂商，2018 年市占率为 71.1%。图表23：GaAs 供应链 供应链 供应链厂商 砷化镓基板 Freiberger,AXT Inc.,Sumitomo 砷化镓泵晶圆 IQE,全新,SCIOCS,Sumika,英特磊,联亚 砷化镓 IC 设计 Microsemi,络达,RDA,立积 砷化镓整合元件厂 Skyworks，Qorvo，博通，Lumentum，II-VI，Finisar 砷化镓晶圆代工 稳懋,宏捷，環宇，联颖 砷化镓 IC 封装 同欣,