未來五年,手機射頻前端市場充滿活力且技術創新層出不窮,預計復合年增長率高達14%,2022年將達到227億美元。

手機通信技術的演進

手機射頻(RF)前端模塊和組件市場發展很快,2016年其市場規模為101億美元,預計到2022年將達到227億美元,復合年增長率為14%。這樣的高速增長,惹得其它半導體市場中的廠商羨慕不已。但是,各種手機射頻前端組件的增速不一,如天線調諧器(Antenna tuners)的復合年增長率為40%,濾波器(Filters)的復合年增長率為21%,射頻開關(Switches)的復合年增長率為12%,而射頻功率放大器和低噪聲放大器(PAs & LNAs)的復合年增長率僅為1%。

2016~2022年手機射頻前端模塊和組件市場

濾波器是射頻前端市場中最大的業務板塊,其市場規模將從2016年的52億美元增長至2022年的163億美元。濾波器市場的驅動力來自于新型天線對額外濾波的需求,以及多載波聚合(CA)對更多的體聲波(BAW)濾波器的需求。

功率放大器(PA)和低噪聲放大器(LNA)是射頻前端市場中第二大的業務板塊,但是其增長乏力。高端LTE功率放大器市場的增長將被2G和3G市場的萎縮所平衡。由于新型天線的出現和增長,低噪聲放大器市場將穩步前行。

PA模塊

LNA LMM和LNA RDM

開關是射頻前端市場中第三大的業務板塊,其市場規模將從2016年的10億美元增長至2022年的20億美元。該市場將主要由天線開關業務驅動而增長。

最后,天線調諧器是射頻前端市場中最小的業務板塊,2016年市場規模約為3600萬美元,預計2022年將達到2.72億美元。該市場的主要增長原因是調諧功能被添加到主天線和分集天線中。

手機射頻前端市場的兩位數增長帶來了“甜蜜的煩惱”:增加了復雜性!

部署和接入3G及4G網絡加速了智能手機的發展,使得人們享受了更多的網絡服務,包括即時消息、音樂、照片、電影、視頻聊天等。高品質的視頻下載和上傳是對增強帶寬和峰值數據速率的“無限”驅動。

iPhone智能手機支持的頻段數量

移動數據的這種持續性增長已經導致需要使用更多的無線電頻譜。在移動通信中,隨著用戶數量和技術種類的激增,無線電頻譜成為稀缺資源。

為了應對上述的這種過度需求,手機必須滿足復雜的要求,例如:

- 支持區域和全球漫游的多頻帶

- 支持多種蜂窩模式,包括2G、3G、4G、WiFi、藍牙(Bluetooth)、近場通信(NFC)、全球定位系統(GPS)

- 利用多輸入多輸出(MIMO)改善通信質量,使得數據速率提高和有效范圍增加

- 利用智能天線技術(如波束成形或分集)來增強單個數據信號的性能

- 載波聚合(CA)支持更寬的帶寬,提升帶寬體驗,如提供更高的峰值數據速率、更大的總體網絡容量和更低的延遲等

所有這些要求(頻帶從低頻到高頻)給手機射頻前端架構、設計和制造帶來了巨大的挑戰!

因此,手機射頻前端產業對“創新”求賢若渴,其創新主要體現在三個方面:

- 材料:開發新的射頻SOI襯底,如SOITEC公司的e-Si襯底,以減少襯底漏電或減小寄生電容。

- 設計:新型內部組件設計,如ACCO公司的功率放大器,可以提高基于SOI的功率放大器性能,并可以與用于中低頻帶的砷化鎵(GaAs)功率放大器展開成本競爭。

- 架構:將三個雙工器(duplexer)集成到六工器(hexaplexer)中,或者構建多模多帶功率放大器模塊,可以工作于所有的低頻帶、高頻帶或中頻帶。

手機射頻前端的創新之處

博通(Broadcom)、Skyworks、Qorvo和村田(Murata)已經確立了在手機射頻前端市場中的領先優勢。而新廠商必須能夠大批量供應滿足手機行業需求的產品,同時還要獲得大客戶的支持。

另一方面,一旦新技術落地,可能在五年內占領市場,并改變制造商和供應商的產業格局。

舉個例子,在天線射頻開關(RF-switch)中,SOI開關從2010年的不到20%市場份額增長至2016年的95%市場份額,Peregrine等公司從藍寶石上硅(Silicon-on-Sapphire, SOS)切換至SOI。

當創新發生時,整個產業鏈和價值鏈將改變,廠商要么努力適應,要么黯然離開。襯底供應商和代工服務商將受到這種快速技術變革的深刻影響。

射頻前端產業的整合并購歷史

領先的廠商和潛在的“顛覆性技術”廠商

短期內,類似Cavendish Kinetics擁有低損耗RF MEMS xPxT開關的廠商可以實現射頻前端架構的創新,且無需昂貴的雙工器和多路復用器。

從長遠來看,潛在的技術創新甚至可以顛覆手機射頻產業。例如,Seamless Waves公司正在開發基于CMOS的可調諧模數轉換器和可調諧數模轉換器,其可以主動地聚焦于特定頻率,并調整帶寬,從而僅轉換輸入信號的所需部分。如果這項技術設法實現智能手機所需的低功耗和小尺寸,將很有可能改變射頻前端產業,并衍生出更多的創新發展!