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射频前端是无线通信系统的核心部件,是实现无线模拟信号和数字信号互相转换的基础部件。射频前端主要包括RF收发器、功率放大器(PA)、滤波器、低噪声放大器(LNA)、射频开关(Switch)、天线调谐器(Tuner)等。
5G手机的普及带动射频前端市场快速增长。5G手机需要在保留2G/3G/4G射频芯片的同时,增加支持5G新频段的射频前端。来自Skyworks公司的数据显示,2G手机射频前端价值3美元,3G手机提升到8美元,高端4G手机为18美元,而5G手机射频前端价值达到25-30美元。滤波器作为射频前端的核心器件,其价值占比最大,达53%。由此推算,年全球射频滤波器市场规模将达到约亿美元。
移动通信中常用的射频滤波器可分为声表面波(SAW)和体声波(BAW)滤波器。其中,声表面波滤波器又可细分为NormalSAW、TC-SAW(温度补偿声表面波滤波器)、TF-SAW(薄膜声表面波滤波器);体声波滤波器可细分为BAW-SMR,FBAR和XBAR。
SAW是一种沿着固体表面传播的声波,一个基本的SAW滤波器由压电材料和两个IDT(interdigitaltransducer)组成;与SAW滤波器不同,声波在BAW滤波器中是垂直传播的。BAW滤波器采用石英晶体作为基板,基本结构是两个金属电极夹着压电薄膜;FBAR与之前的滤波器不同,采用硅底板,借助MEMS技术和薄膜技术制造而来,包含硅反面刻蚀型(Membranetype)和空气隙型(Airgaptype)。
SAW方面,TF-SAW是新一代滤波器,采用了新的结构,使表面声波的能量聚焦在衬底表面,从而使波在衬底上无损耗传播,具有高稳定性、体积小、高Q值、散热性好等优点。与TC-SAW滤波器相比,其高频工作性能更佳,在部分高频工作环境中,TF-SAW滤波器凭借性价比优势,可与BAW滤波器争夺市场份额。
BAW滤波器适用频率显著高于SAW滤波器,其中,XBAR产品最高适用频率可达8GHz。而由Murata(村田)率先推出的IHP-SAW滤波器最高适用频率达3.5GHz,可与常规BAW滤波器高频性能媲美。
目前,市场上SAW的使用率还很高,随着以5G为代表的高频通信的普及,BAW市占率越来越高。另外,为了实现5G在EMBB(增强移动宽带)、URLLC(低时延高可靠)、MMTC(海量大连接)三大场景的应用,射频前端器件的需求量也要相应提高,频段增加和载波聚合技术的应用使得传统的多模多频模组已经无法满足要求,射频模组PAMID逐渐成为主流,天线数量的增加推动对滤波器需求的增加,来自Skyworks的数据显示,单部手机里的滤波器数量从4G时代的40个上升到5G时代的70个。
产业格局
全球范围内,射频滤波器市场主要由国外厂商占据。Murata、TDK、TaiyoYuden(太阳诱电)、Skyworks四大厂商合计占据全球SAW市场95%的份额,Broad
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