（报告出品方/作者：招商证券，鄢凡）

一、射频前端是手机无线通信模块的核心组件

1、射频前端是无线通信核心硬件之一，手机蜂窝是主要市场

射频前端（RadioFrequencyFront-End，RFFE）是无线通信模块的核心组件。无线通信模块主要包含天线、射频前端、主芯片三部分，用于信号发射、信号接收过程中二进制信号和无线电磁波信号的相互转换：在发射信号的过程中将二进制信号转换成高频率的无线电磁波信号；在接收信号的过程中将收到的电磁波信号转换成二进制数字信号。

按照下游来分，民用射频前端下游主要为移动终端（手机为主）、通信基站，其中手机是主要的下游市场。根据Yole的预测，年手机射频前端市场规模约亿美元，年通信基站射频前端市场约为27亿美元。随着4G/5G在手机中渗透率的提升，-年手机射频前端市场规模不断增长至亿美元。而通信基站的射频前端市场规模主要和运营商的资本开支有关，年基站射频前端市场规模约为27亿美元，预计在本轮5G基建周期中，基站射频前端市场将在年达到42亿美元市场规模顶峰，之后逐渐回落至年的36亿美元。

无线通信技术升级带动射频前端需求增长，5G和WiFi6是近几年主要增长点。无线通信传输包含众多技术，按照传输距离可以分为近距离和远距离无线通信技术，手机支持的近距离无线通信技术包含WiFi、蓝牙、GPS、NFC/RFID、UWB、Zigbee等；远距离无线通信技术包含2G、3G、4G、5G等蜂窝移动通信技术。

蜂窝（2G~5G）与WiFi的射频前端价值量占比高，从内部构造来看，蜂窝无线通信（4G/5G）射频前端电路比WiFi要复杂得多。根据Yole对蜂窝、WiFi、GNSS对应的射频前端市场空间的统计，年蜂窝移动通信（2G~5G）射频前端市场空间占比高达84%，年进一步上涨到85%；年WiFi射频前端市场空间占比为14%，年下降到13%；而GNSS（全球导航卫星系统）射频前端市场空间仅占1~2%。

射频前端对手机无线通信性能至关重要。射频前端决定了移动终端可以支持的通信模式、接收信号强度、通话稳定性、发射功率等重要性能指标，直接影响终端用户体验。除通信系统以外，手持设备中的无线连接系统（WiFi、GPS、Bluetooth、FM和NFC等）对射频前端芯片也有较强的需求。

不同通信制式对应的射频前端互相独立，5G射频前端是新增市场。信号传输分为接收、发射、分集接收三条通路，蜂窝移动通信（3G/4G/5G）、WiFi、蓝牙、GPS等都具备独立的无线通信模组和信号传输路径。也就是说，5G与WiFi的射频前端、天线不能公用、是两块独立的市场。其次，4G与5G之间也有独立的射频前端和天线，未来很长一段时间5G手机都将会兼容4G，因此5G射频前端及天线是一块独立的新增市场。

主集发射通路TX：用于手机信号向外部的发送，信号传输路径为“主芯片→射频前端→天线”；主集接收通路RX：用于外部信号向手机内部的接收，信号传输路径为“天线→射频前端→主芯片”；分集接收通路DRX：本质上也属于接收通路，用于辅助主集RX进行信号接收。

2、射频前端包含滤波器、功放、开关、低噪放四类器件

射频前端产业链从上游到下游依次为：原材料、射频前端分立器件、射频前端模组、移动通信设备，射频前端模组普遍外包给SiP封装厂商进行封装。

射频前端主要包含滤波器（Filter）、功率放大器（PA）、射频开关（Switch/Tuner）、低噪声放大器（LNA）四类器件组成。

滤波器（包含双工器、三工器等）：在发射及接收通路中都有应用，用于滤除特定频率的信号，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。双工器由两个不同频率的带阻滤波器组成，因为频分复用（FDD），接收和发射通道会同时运作，双工器用来防止接收信号被发射信号干扰，随着下行载波聚合要求（三载波、四载波甚至五载波聚合）的增加，三工器、四工器等多工器的需求也逐渐增加；功率放大器：应用于发射通道中，用于将射频信号放大；开关（包含Switch和Tuner）：传导开关（Switch）用于实现电路的切换功能，包含接收电路和发射电路的切换、不同频段间的切换等。天线调谐器（Tuner）主要由开关和被动元件组成，也叫做天线调谐开关，用于提升天线效率；低噪声放大器：是一种噪声系数微弱的放大器，应用于接收通道中，用于将接收通路中的小信号放大。

滤波器与功率放大器的价值量占比高。滤波器和功率放大器是射频前端的两大核心元件，滤波器、功率放大器各占射频前端总市场47%、32%，而射频开关和低噪声放大器分别占13%、8%。

3、结合设计与工艺壁垒，滤波器及PA技术难度较高

海外龙头主要采取IDM模式，国内企业早期以Fabless模式为主。射频前端器件采用特殊制造工艺，如化合物半导体、SOI、表面声波、体声波等，工艺壁垒较高。海外龙头历史悠久，主要采用IDM模式（实际上SOI、GaAs也开始转向委外代工），实现设计与制造的紧密结合。而国内厂商成立时间较短，不具备建设产线的实力，早期主要采用Fabless+Foundry模式，积累了一定的资本实力后，部分国内厂商也开始自建产线，走向IDM或者虚拟IDM模式。

国内厂商与海外龙头的差距体现在设计、工艺两方面：

1）设计壁垒：广义上来说，射频前端属于模拟器件，在设计过程中涉及大量know-how，不同频段的产品需要大量时间研发和调试。同时射频前端的产品种类繁多，不同器件之间差异很大，比如滤波器分为SAW滤波器、BAW滤波器、LTCC滤波器等，PA工艺分为CMOS、GaAs等，开关分为SOI、SiGe等，种类繁多，为国内厂商形成完整产品带来很高的壁垒。2）工艺壁垒：一方面，射频前端器件性能需要设计与工艺紧密结合，工程师对工艺的深刻理解对产品品质至关重要。另一方面，滤波器采用特殊工艺，下游代工业并不成熟；PA与开关采用化合物半导体、SOI工艺，虽然下游代工业比较成熟，但是产能比较有限，特殊时期可能面临产能不足问题。

工艺壁垒大小与对应代工工艺的成熟度相关。对PA、开关、LNA来说，主流使用化合物半导体、SOI工艺，代工厂工艺已经很成熟，所以Fabless+Foundry模式可以很好的运行，只要与下游代工厂维持良好的关系以保持特殊时期的产能供应。但对于滤波器来说，高端滤波器主要采用SAW、BAW特殊工艺，由于滤波器龙头都具备自己的产线，市场上并无优秀的代工厂，所以IDM模式或者虚拟IDM模式是当前高端滤波器的必经之路。综合来看，难度从大到小分别是：SAW/BAW滤波器、功率放大器、开关/LNA。

二、5G及WiFi6驱动手机射频前端量价齐升，模块化趋势不断演进

近几年5G与WiFi6成为手机射频前端市场增长驱动力，根据Yole对~年全球不同通信制式对应的手机射频前端市场规模的预测，5G（Sub6GHz）、5G毫米波射频前端市场规模复合增速分别为41%、48%，WiFi6连接芯片市场规模复合增速达到13%。那么5G、WiFi6带来的“新频段+新技术”是如何驱动射频前端市场规模增长的？这是本章讨论的重点。

1、Cecullar：5G驱动射频前端量价齐升，5G手机射频前端ASP至少增长40%

（1）-年手机端Sub6GHz及毫米波渗透率持续提升

5G分为Sub6GHz（FR1）、毫米波（FR2）。在海量数据传输需求下，5G以低延时、高速率、低功耗、超大容量的特性成为新一代蜂窝通信技术。3GPP将5G按照频率定义为Sub6GHz（FR1）、毫米波（FR2）两部分，由于毫米波频率高、波长短，相比之下信号分辨率、传输安全性以及传输速率更优，同时更宽的带宽可以避免低频段的拥堵；但是毫米波传输损耗大、距离短，基建成本很高。而Sub6GHz的基建投入远小于毫米波，可以在原有的4G基站上部署5G设备，同时在速率、时延等指标上Sub6GHz已经可以满足当前大部分应用。

Sub6GHz为商用主流频段，毫米波在特定环境应用。Sub6GHz目前是全球大部分地区（包括中国、欧洲等地区）的主流商用频段。美国由于Sub6GHz频段已经被卫星公司占用，前期一直坚持布局毫米波，但由于毫米波建设难度大、传输距离短，美国的5G基础建设一直落后于中国等布局Sub6GHz的国家和地区，于是美国在年宣布收回卫星公司使用的3.7GHz-4.2GHz频谱，用于5G网络建设。美国选择回归Sub6GHz意味着Sub6GHz正式成为国际主流的5G商用频段，而毫米波频段将主要应用于体育场馆、会议中心、地铁站等人流量大、对信号传输速率要求高的地区。

~年，5G智能手机渗透率持续提升。年是5G手机商用元年，根据IDC预测，年全球5G智能手机销量达到2.4亿部，5G渗透率达到18%；随着年疫情逐渐恢复、5G硬件成本价格降低，预计年全球5G智能手机销量达到5.5亿，渗透率超过40%；到年5G智能手机渗透率将达到69%。从~年，预计全球智能机出货量复合增速为3.3%，而5G智能机出货量复合增速高达34.3%。

受限于基建成本，毫米波渗透率提升较慢。目前主要是美国地区销售手机开始逐步采用毫米波，少部分日韩地区手机也会支持毫米波，预计年全球支持毫米波的智能手机销量为万台，到年增长到万台。

（2）Sub6GHz射频前端：“新频段+新技术”驱动射频前端量价齐升

为了实现5G“高速率、大容量、低延时”，四大技术助力——新增频段高频化、多天线（MIMO）、载波聚合（CA）、高阶调制，本章节将详细分析这些新技术对射频前端用量、性能的影响。

1）新增频段及高频化：驱动射频前端器件用量增长、性能提升

5G全球新增授权频段数量多达50+，传输带宽相对4G变宽。5G手机最直观的变化是支持新的频段，且频率更高、传输带宽更宽，从而提升数据传输速率。全球已授权的频段数量从4G时期的40+增长到90+，根据射频器件巨头Skyworks测算，到年5G授权频段数量新增到50个左右，全球2G/3G/4G/5G网络合计支持的频段达到90个以上。4G频段带宽为40-60MHz，5G频段提升到-MHz，5G传输带宽从4G的MHz提升到MHz、最高达到0MHz。

国内5G手机至少新增2个5GNR频段。5G频段分为毫米波（mmWave）、超高频（UHB）、高频（HB）、低频（LB），其中高频（HB）和低频（LB）的频率在3GHz以下，与原有的3G/4G频段接近。超高频是指3GHz~6GHz之间的频段——n77、n78、n79。n77、n78是国际上最成熟的主流频段，中国三大运营商5G核心频段为n41、n78、n79三个频段——n41和n79为中国移动频段，n78为中国电信和联通频段。由于现在国内销售的大多数是全网通手机，所以至少支持2个5GNR频段——N41和N77/N78，高端机还会支持N79。

不同价位的5G手机新增频段数量不同，除了支持必备的3个频段，中高端机也会支持其他5GNR频段。高端机支持的5G频段数量多，比如iPhone12（A）支持17个5GNR频段，华为MateG版支持9个5GNR频段；而低端机支持频段数量较少，售价元的RealmeNote10版仅支持3个5GNR频段——N1/N41/N78。

更高的频率、更宽的带宽提升射频前端性能要求。为了提升传输速率，5G传输带宽从4G的MHz提升到MHz，因此5G滤波器、PA需要支持更宽的带宽，LNA需要更高的信噪比。

2）多天线（MIMO）：驱动接收器件及Tuner用量增长

4*4MIMO将在5GUHB（高频段，N77/N78/N79）普及。MIMO指的是多输入多输出（MultipleInputMultipleOutput）技术，可以大幅提高信道容量，提高频谱应用效率。4GLTE主要应用2*2MIMO，即基站侧有两根天线，手机侧也有两根下行天线；而5G高频段4*4MIMO成为标配，即基站侧有四根天线，手机侧也有四根下行天线。

5GUHB频段应用了4*4MIMO技术，与4G频段相比RX通路数量翻倍。4G及3GHz以下的5G频段大多数采用2*2MIMO，采用1发射2接收架构（1T2R）,每个频段拥有两条接收通路（其中1条为分集接收通路）；5GUHB采用4*4MIMO，采用1发射4接收（1T4R）或者2发射4接收（2T4R），每个频段拥有四条接收通路（其中2~3条为分集接收通路），与4G频段相比RX通路数量翻倍，相应的射频前端增量翻倍。

4*4MIMO增加了天线用量，天线调谐开关（Tuner）用量快速提升。5G天线变小叠加全面屏的影响，天线的效率和带宽有所降低。因此5G手机需要天线调谐器对天线进行调谐，使天线在多个频段内高效率工作。因此随着5G渗透率提升，天线调谐开关（Tuner）市场规模快速增长。

3）载波聚合（CA）：驱动滤波器及Tuner用量及性能提升

载波聚合（CarrierAggregation，CA）是为了实现更高传输带宽，从而提升传输速率。载波聚合术可以将2～5个成员载波（ComponentCarrier，CC）聚合在一起，实现更高的传输带宽，提升传输速率。载波聚合最早在LTE-A时代诞生，为了满足LTE-A下行1Gbps、上行Mbps的峰值速率要求，需要有MHz传输带宽，而这么宽的连续频谱很稀缺，于是提出了将多个载波单元聚合的技术，最多可以将5个20MHz带宽的4G频段聚合在一起形成MHz传输带宽，5载波也叫5CC。

5G时代载波聚合技术进一步深化，最高支持16CC，载波聚合数量从5~10个提升到个。LTE-APro将5CC提升到了32CC，最高传输带宽提升到了MHz。5G本身频段更宽，Sub6GHz和毫米波频段分别为MHz和MHz，且5G最高支持16CC，如果将16个Sub6GHz频段聚合，则最大可支持1.6GHz传输带宽；如果将16个毫米波频段聚合，可支持6.4GHz传输带宽。

载波集合技术提升使滤波器（多工器）、天线开关的需求量及性能要求提升。实现载波聚合需要多个频段同时通信，射频前端需要支持天线和收发器之间的多条发射/接收路径，这些路径的隔离需要多路复用滤波器或者物理分离天线，物理分离天线驱动射频开关（包含Tuner和Switch）数量增长，同时载波聚合机型需要复杂的滤波器如及联同向双工器、三工器、四工器甚至更高的多工器。同时这些滤波器需要具备低插入损耗，从而使发射端功耗降低并且提升接收灵敏度。

4）高阶调制：驱动射频前端器件性能提升

更高的调制阶数可以提升频谱利用效率、提升传输速率，5G将从4GLTE的64QAM提升到QAM。通信信号的传输是调制、传输、解调的过程，QAM（QuadratureAmplitudeModulation，正交幅度调制）是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式，QAM利用正弦波与余弦波的正交性，可以同时调制两路信号，提高了调制效率。根据QAM的幅度变化等级分为4QAM、16QAM、64QAM、QAM以及QAM等，代表一个调制符号分别可以传送2、4、6、8、10比特的信息，16QAM及以上常称为高阶调制。

调整阶数越高，对射频器件的性能要求越高。当调制阶数变高，不同信号点的幅度变化越小，为了准确识别不同的信号点，PA和LNA需要有更高的线性度，滤波器需要有更高的信噪比，开关需要有更高的隔离度。在保持高性能的同时，射频前端器件还需要维持较低功耗，对射频前端设计提出了更高的要求。

（3）毫米波射频前端：采用AiP封装工艺，与天线高度集成

由于高传输损耗，毫米波手机天线数量大幅增加，将采用阵列天线。随着频率的上升，毫米波段单个天线的尺寸可缩短至毫米级别，由于毫米波的自由空间路损更大，气衰、雨衰等特性都不如低频段，毫米波的覆盖将受到严重的影响，终端侧大规模天线阵列将会是毫米波得以商用的关键因素之一。毫米波终端的天线数可达到16根甚至更多，所有的天线将集成为一个毫米波天线模组。终端侧使用大规模天线阵列可获得更多的分集增益，提高毫米波终端的接收和发射性能，能够在一定程度弥补毫米波覆盖不足的缺点。

封装天线（AntennainPackage，AiP）是基于封装材料与工艺，将天线与芯片（主要是前端芯片）集成在模块内，实现系统级无线功能的一门技术。AiP技术顺应了硅基半导体工艺集成度提高的潮流，为系统级无线芯片提供了良好的天线与封装解决方案。AiP技术很好地兼顾了天线性能、成本及体积，与传统分立式天线架构比较，AiP具有电路排布面积小的优势，另外，天线到RF端口传输路径短，减少信号传输损耗，有助于提升发射端效能及改善接收端的信号质量，亦能有效降低组装成本与加速产品上市时间。几乎所有的60GHz无线通信和手势雷达芯片都采用了AiP技术，毫米波AiP模组内部集成了阵列天线、射频前端、射频收发器及电源管理芯片（PMIC），几乎涵盖了除基带芯片外所有的通信元件。

从市场规模来看，毫米波主要应用在美国地区销售的手机，以及少部分日韩地区销售的手机，因此短期内毫米波AiP模组市场空间较为有限。一部手机通常会使用3~4个AiP。根据Yole测算，年毫米波AiP模组的平均单机价值量约为18美金。预计年全球市场规模为1.9亿美元，年增长到13.3亿美元。

2、WiFi：WiFi6驱动射频前端量价齐升，PA工艺持续升级

（1）-年手机及路由器端WiFi6渗透率不断提升

WiFi是射频前端的重要战场之一。智能手机支持的近距离通信技术包含WiFi、蓝牙、GPS、UWB等，WiFi的特点是传输速度快、距离长、建设成本低，缺点是功耗较高、安全性较低。和蓝牙、GPS相比，WiFi技术迭代较快、射频前端复杂度较高，是射频前端厂商的重要战场之一。

自首个WiFi标准发布以来，WiFi经历了数次升级。WiFi升级驱动力是数据传输量的提升对传输速度提出更高要求，升级方向是更宽的带宽、更强的信号、更低的功耗、更高的安全性。

-年，WiFi6在手机中的渗透率持续提升，预计年超过60%。年iPhone11开始支持WiFi6；年安卓高端机开始支持WiFi6，如三星GalaxyNote20（售价起）、华为P40（售价起）、OPPOReno5（售价起）、小米10（售价起）等；预计年WiFi6将在安卓机型中进一步下沉到中端机，根据中关村在线搜索结果，WiFi6最低已经下沉到元的RealmeQ3Pro。根据TSR的预测，年WiFi6手机出货占比约8%，年上升到25%，预计年支持WiFi6（包含6GHzWiFi）的手机占比将超过60%。

WiFi6在路由器中的渗透速度比手机更快，预计年超过90%。-年华为、荣耀、小米、TP-LINK等厂商陆续发布WiFi6路由器产品，目前WiFi6已经下沉到+价位，年华为推出AX2Pro，支持2.4GHz、5GHz双频，售价仅元。根据TSR预测，年WiFi6路由器出货占比约18%，年上升到37%，预计年支持WiFi6（包含6GHzWiFi）的路由器占比将超过90%。

WiFi射频前端以PA为核心器件。根据Skyworks、Qorvo等厂商产品列表，Wi-Fi射频前端模组集成了PA、LNA、开关以及控制芯片，其中PA是价值量占比最高的器件。

WiFi射频前端的性能优化的重点在于PA。评价PA性能主要是输出功率、线性度、功耗三个指标，让PA在低功耗的同时拥有更高的线性度和输出功率，线性度对吞吐率有决定性影响，线性输出功率影响设备的信号传输距离及覆盖率。目前WiFiPA和4G/5GPA一样以GaAs作为主流工艺，部分厂商采用SiGe工艺。

（2）路由器WiFi：~年射频前端市场规模从7亿美元提升至18亿美元

由于MU-MIMO技术的采用，WiFi6最高支持的通道数量从WiFi5的8通道提升到12通道，驱动路由器WiFiFEM平均用量从4颗提升到6颗。WiFi5只支持下行MU-MIMO且最高支持8*8MIMO，而WiFi6上行及下行都应用了MU-MIMO技术，最高支持12*12MIMO。

根据国内WiFiFEM龙头康希通信

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