5G預計將在2020年正式商用。從整體的推進過程來看,5G推進過程分為5G研究階段、5G標準化階段和產(chǎn)品研發(fā)階段。從國際電信聯(lián)盟(ITU)的IMT-2020(5G)工作計劃,以及國際移動通信行業(yè)主要標準組織3GPP的工作計劃來看,目前處于5G標準化階段。同時,各國積極進行5G標準研究,有序推進5G標準化工作,歐盟、美國、中國、日本、韓國等均預計2020年實現(xiàn)5G商用,其中韓國將在2018年平昌冬奧會實現(xiàn)5G部分商用。
國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了5G愿景,5G有三大應用場景:eMBB,mMTC和URLLC。eMBB對應的是超高清視頻等大流量移動寬帶業(yè)務,mMTC對應的是大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務,URLLC對應的是如無人駕駛、工業(yè)自動化等需要低時延高可靠連接的業(yè)務。IMT-2020(5G)推進組作為我國5G標準化工作的主要承擔者,也發(fā)布了5G愿景,這個遠景和ITU發(fā)布的愿景結(jié)論基本一致。IMT-2020(5G)推進組定義的5G主要場景包括連續(xù)廣覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接和低時延高可靠。
在這種愿景下,5G潛在應用市場廣闊。5G高帶寬和低時延的性能特點將使自動駕駛、AR/VR、物聯(lián)網(wǎng)等潛在應用成為現(xiàn)實,同時可以提升目前已經(jīng)實現(xiàn)的監(jiān)控、視頻流、即時游戲、災害預警等應用的體驗。
實現(xiàn) 5G 的關鍵是射頻技術,手機射頻器件配套升級勢在必行。在一個無線通訊系統(tǒng)中,需要使用三個集成電路——基頻(BB),中頻(IF),和射頻(RF)——將接收到的訊號進行轉(zhuǎn)換和傳輸,實現(xiàn)通信功能。
簡單而言,射頻負責接收及發(fā)射高頻信號,基頻負責信號處理及儲存等,中頻則是射頻與基頻的中介橋梁,使信號能順利由在高頻信號和基頻信號之間轉(zhuǎn)換。
射頻(RF)是Radio Frequency的縮寫,表示可以輻射到空間電磁波的頻率,同時也是有遠距離傳輸能力的高頻電磁波的簡稱。如前述,射頻器件是手機等各種無線通訊設備的關鍵部件,主要負責產(chǎn)生發(fā)送及接收處理高頻電磁波的工作。與負責將模擬信號與二進制數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換的AD/DA技術不同,射頻技術負責將微弱的低頻模擬信號放大成高頻電磁波將信息傳遞出去,并且將從外界接受到的高頻電磁波進行過濾等工序后轉(zhuǎn)化為低頻模擬信號供基帶芯片處理。
可以說,沒有射頻技術,無線通訊就無從談起??v觀移動通信技術發(fā)展史,每一代移動通信技術的成功提升,都離不開射頻技術的進步。作為手機無線通訊系統(tǒng)的核心部件,射頻模塊在信號發(fā)射過程中實現(xiàn)低頻模擬信號到高頻電磁波信號的轉(zhuǎn)化,在信號接收過程中實現(xiàn)高頻電磁波信號到低頻模擬信號的轉(zhuǎn)化。
射頻器件包括功率放大器(PA)、濾波器、雙工器、射頻開關、低噪放大器、天線等。
濾波器潛在空間廣闊
通信技術的復雜化對射頻器件的數(shù)量、性能都提出了新的要求,未來手機射頻器件的應用數(shù)量、價值量都將增加。智能手機的射頻系統(tǒng)不僅需要提供基礎的通信功能,滿足3G、4G、5G不同頻段的需求,還要支持藍牙、WiFi、GPS等無線連接功能,手機射頻系統(tǒng)向著復雜化、集成化方向發(fā)展,射頻器件如功放、濾波器、開關、天線等均實現(xiàn)了配置數(shù)量的增加和性能上的提升。
受益于5G商用,移動終端射頻市場規(guī)模將實現(xiàn)持續(xù)增長。2015年,全球移動終端射頻器件市場規(guī)模約有110億美金;根據(jù)高通半導體的預測,移動終端的射頻前端模塊在2015-2020年間的復合增速在13%以上;Qorvo預計到2020年市場規(guī)模將超過180億美金。
SAW 濾波器技術不斷發(fā)展,BAW 濾波器專攻高頻段。首先,濾波器是目前射頻前端總價值量最高的部分。濾波器負責發(fā)射及接收信號的濾波,可以讓特定頻率范圍的電磁波通過以實現(xiàn)頻率的篩選,價值占比約50%。
其次,通信頻段的增加會在“量”和“價”兩方面帶動濾波器市場的增長。
一方面,隨著通信技術的發(fā)展,通信頻段數(shù)量將會進一步提升、從而增加所需濾波器數(shù)量。通信頻段從2G時代的4個增加到3G時代的26個,目前4G時代頻段數(shù)量達到41個。根據(jù)Skyworks的預測,未來5G將新增50個頻段,總頻段數(shù)量將達到91個。一般而言,每增加一個頻段將需要增加2個濾波器,因此頻段增加會直接為手機濾波器市場帶來量的增加。
另一方面,由于手機內(nèi)空間有限,5G時代的濾波器將不再是單純的數(shù)量疊加,而是會進一步集成化和小型化,這對于濾波器的設計和制造將會提出更高要求,從而推升單位價值量。
由于濾波器大多是集成在濾波器組中,以蘋果手機為例,每臺iPhone 7 中有兩個大的濾波器組及兩顆單獨的濾波器,濾波器的數(shù)量與頻段數(shù)量并不是簡單的線性關系,通信頻段增加勢必帶來射頻被動器件進一步價值的大幅增加。
另外,Mobile Experts的預測也顯示了手機濾波器行業(yè)受益于5G最為明顯,預計在2015-2020年會實現(xiàn)21%的年復合增長率。
BAW濾波器在高頻波段具有不可替代性。SAW和BAW兩種濾波器濾波原理不同,濾頻的性能也不一樣。SAW濾波器目前的技術在很高的頻段上濾波仍有困難,因為需要濾出的波頻率越高,根據(jù)公式推導,IDT叉指之間的間距就需要做的越小,從技術層面考慮很難達到,而且隨之帶來的還有散熱及電遷移問題。部分高頻濾波功能目前還是要依靠BAW濾波器實現(xiàn)。
BAW濾波器的優(yōu)點是具有極低的損耗和極好的頻率選擇性,即使在高寬帶設計中,其性能對溫度的變化也不敏感,在高頻段(高于1.5GHz)具有明顯的性能優(yōu)勢。但是同時BAW濾波器也有一定的局限性,雖然是在更大晶圓上制造的,每片晶圓產(chǎn)出的BAW濾波器數(shù)量多了約4倍,但是其制造工藝步驟是SAW濾波器的10倍,相對復雜。因此BAW濾波器的制造成本仍然遠遠高于SAW濾波器以及TC-SAW濾波器。
SAW濾波器和BAW濾波器在5G時代都將得到大量運用。SAW濾波器制造工藝簡單,生產(chǎn)成本低,但是溫度性能以及高頻段頻率選擇性不及BAW濾波器,因此適用于工作頻率在1.5GHz及以下的場合以節(jié)約成本。而BAW濾波器具有更低的損耗,在高頻段(1.5GHz以上)具有明顯的性能優(yōu)勢,在2GHz以上的頻段是唯一可用方案,勢必在5G智能手機產(chǎn)業(yè)內(nèi)占到不可或缺的份額,但是制造工藝復雜,生產(chǎn)成本高。
綜上所述,在目前的手機射頻系統(tǒng)中,對于高性能要求的高頻段,應采用BAW濾波器,其余頻段可使用SAW濾波器以控制成本。未來伴隨SAW濾波器的技術不斷延伸,SAW濾波器有望延伸至更高頻段使用;同時伴隨BAW濾波器工藝水平的不斷成熟,兩者在5G時代有望得到更廣泛的應用。
手機天線迎來量價齊升,公司作為國內(nèi)天線龍頭廠商將持續(xù)受益
5G通信時代下,多輸入多輸出(Multi-input Multi-output, MIMO)技術和陣列天線技術將是核心技術。與MIMO技術應用相配套的陣列天線技術將顯著提高天線需求量。MIMO技術是一種描述多天線無線通信系統(tǒng)的模型,即利用射頻發(fā)射端的多個天線各自獨立發(fā)送信號,同時在接收端用多個天線接受并復原信息。
這種技術可以在不需要增加信道帶寬或者總發(fā)送功率損耗的情況下大幅地增加數(shù)據(jù)吞吐量以及發(fā)送距離,有效地提升了無線通信系統(tǒng)的頻譜效率、傳輸速率以及通信質(zhì)量,被視為下一代移動通信的核心技術。
MIMO天線單元的規(guī)模將從4G時代的2*2、4*4變?yōu)?*8甚至16*16,即是手機中的天線數(shù)量將從2、4根變?yōu)?根甚至16根,大大提高天線的需求數(shù)量。
無線天線數(shù)量的增加疊加全面屏時代下凈空區(qū)域縮減,更微型、穩(wěn)定的天線工藝成為迫切需求,先進無線天線工藝憑借其優(yōu)勢滲透率將進一步提升,將再次推高手機單機的天線搭載價值。天線設計需要凈空區(qū),而全面屏時代下手機凈空區(qū)域縮減,無線天線數(shù)量的增加對天線位置提出了更高的要求,同時5G時代下天線數(shù)量可能增加到16根,形成天線點陣。
而對于16個小的米粒大小的天線,不可能用16根屏蔽線引出信號到射頻芯片了,需要就地解決與芯片連接的難題。一般用一個芯片管理四個點陣,因此天線做成了點陣天線模組的形式,這將進一步提高單價。
5G時代下,手機天線數(shù)量和結(jié)構上的變化將對射頻廠商提出更高的要求。
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