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作者：豐寧
5G時代打開了射頻行業(yè)的天花板。鑒于消費者對移動智能終端的需求顯著增長，并且移動數據的數據傳輸量與速度大幅提高，這對射頻芯片提出了更高的要求。
其中，射頻功率放大器（RF PA）是無線通信領域中不可或缺的關鍵元件。那么，究竟什么是射頻功率放大器？在了解射頻PA之前，要簡要了解一下射頻前端芯片是什么？發(fā)揮著哪些作用？以及射頻PA在這個“工作站”中充當哪一角色？
?01、射頻PA，究竟為何？
射頻前端模塊位于無線通訊系統(tǒng)中基帶芯片的前端，是無線電系統(tǒng)的接收機和發(fā)射機，可實現(xiàn)射頻信號的傳輸、轉換和處理功能，是移動終端通信的核心組件。其中天線主要負責射頻信號和電磁信號之間的相互轉換，射頻芯片主要負責射頻信號和基帶信號之間的相互轉換（即高頻率電磁波信號與二進制信號的相互轉換），射頻前端負責將接收和發(fā)射的射頻信號進行放大和濾波。
射頻前端芯片包括射頻開關（Switch）、射頻低噪聲放大器（LNA）、射頻功率放大器（PA）、雙工器（Duplexer）、射頻濾波器（Filter）等芯片。這些器件可并不是各做各的任務，而是彼此協(xié)調聯(lián)動。
其中，射頻PA是發(fā)射系統(tǒng)中的主要部分，其重要性不言而喻。射頻PA可以將微弱信號放大為功率較高的信號，其性能直接決定信號的強弱、穩(wěn)定性等重要因素，直接影響終端的用戶體驗。
隨著5G的商用，射頻芯片的重要性也隨之提升?？梢哉f，5G時代給了射頻行業(yè)一方更廣闊的舞臺。從當前的競爭格局來看，目前PA市場主要由國外廠商主導，市場份額集中在Skyworks、Qorvo和博通等國際廠商；中國射頻PA芯片廠商依然處于起步階段，市場話語權有限。不過，在這條充滿挑戰(zhàn)與機遇的細分賽道上，已涌現(xiàn)出數家標桿企業(yè)。
?02、射頻PA的四大應用場景
手機PA
國內射頻PA有手機、基站、WiFi 、NB-IoT四大市場,手機為其國內最大終端應用市場。據 YoleDevelopment 數據，手機約占國內 PA 模組下游市場的 65%，其次為 WiFi占比 20%，基站市場約占 10%。得益于5G換機周期和5G手機內PA所需量增加。
據悉，一臺4G手機所需的射頻PA芯片為5-7顆，而5G時代將達到16顆之多，且單顆芯片價值比4G芯片更高，市場需求暴漲一倍有余。根據市場調查機構 Counterpoint Research 公布的最新報告，預估 2024 年上半年全球每售出 3 臺智能手機，就有 2 臺具備 5G 功能，滲透率為 66.7%。該機構表示自 2019 年首款支持 5G 的智能手機問世以來，OEM 廠商正加速推廣和普及 5G 技術；在 2023 年，支持 5G 的智能手機出貨量超過 20 億部。國產手機射頻PA分為：2G PA、3G PA、4G PA、5G PA。
從手機PA的競爭格局來看，在這一賽道里，國際廠商基本已經放棄了2G PA市場，并且國內本土的2G PA在各方面性能都不輸國外產品，成本更低、優(yōu)勢更大。而本土的3G PA整體性能已媲美國外產品，具有成本優(yōu)勢；國產4G PA也已經做出一些成績，在高功率5G PA方面，國產廠商與國際廠商還存在一些差距。
目前國內主要的手機PA廠商包括：唯捷創(chuàng)芯、慧智微、卓勝微、昂瑞微、飛驤科技、銳石創(chuàng)芯、紫光展銳等。再看基站PA。
基站PA
近日，工信部公布了2024年上半年通信行業(yè)的經濟運行情況，披露了5G網絡建設的持續(xù)進展情況。截至6月末，中國移動電話基站總數已經達到了1188萬個，較去年末增加了26.5萬個；5G基站的數量達到了391.7萬個，自去年末以來凈增了54萬個，占到了移動基站總數的33%。這一占比相較于一季度提高了2.4個百分點。
從市場規(guī)模來看，相較于4G，5G基站用到的PA數加倍增長。4G基站采用4T4R方案，按照三個扇區(qū)，對應的射頻PA需求量為12個，5G基站中64T64R成為主流方案，對應的PA需求量高達192個。5G基站射頻PA市場規(guī)模遠遠大于4G，有望迎來量價齊升。
5G基站PA主要有三種：基于硅的橫向擴散金屬氧化物半導體（Si LDMOS）、砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN），分別代表第一、二、三代半導體材料。其中LDMOS與GaN功率放大器適用于宏基站，GaAs功率放大器適用于小基站。LDMOS功率放大器僅在3.5GHz頻率范圍內有效，而GaN功率放大器則能有效滿足5G的高功率、高通信頻段和高效率等要求。LDMOS是一種成熟且價格低廉的技術，在4G基站市場上率先領先。LDMOS 適用于較低頻段，一些移動運營商正在為 5G 部署低頻段和高頻段。LDMOS功率放大器市場主要由Freescale、NXP、Infineon壟斷。
GaAs PA的主要廠家有Skyworks、Qorvo、Broadcom、日本村田；GaN PA的主要國外廠家有住友電工、Cree、Qorvo 和 MACOM，其中住友電工與Cree是行業(yè)龍頭，市場占有率均超過30%。國產基站PA廠商有至晟微、安其威微、芯百特、明夷科技等。
相比國外主流廠商，國產廠商大都成立時間短且規(guī)模小，因此在技術/產品成熟度、解決方案以及市場推廣能力、穩(wěn)定供貨等多方面存在諸多短板。
WiFi PA
WiFi 射頻前端的性能優(yōu)化的重點也在于 PA。隨著WiFi 通信協(xié)議的不斷更新，WiFi PA也迎來更多的市場機遇。隨著IEEE協(xié)議從802.11n（WiFi 4）演進到802.11ac（WiFi 5），雙頻路由器(2.4GHz+5GHz)得到普遍使用，同時傳統(tǒng)的兩條2.4G天線逐漸轉變?yōu)閮蓷l2.4G和兩條5G天線配置，每條天線均需要對應一顆PA芯片。
在當前的發(fā)展階段中，WiFi 6仍為主流，WiFi 7協(xié)議正在成為整個通信行業(yè)關注的焦點，相關的技術研發(fā)競賽已然拉開帷幕，想必WiFi PA廠商也正在苦練技術內功，以便在Wi - Fi 7時代來臨時，能夠迅速響應。主要的國產WiFi PA廠商為卓勝微、三伍微、康希通信等。
NB-IoT PA
NB-IoT（窄帶寬物聯(lián)網)具有“大連接、廣覆蓋、低成本、低功耗的特點”。隨著5G建設進程的加速，NB-IOT作為物聯(lián)網的一個重要分支，也將迎來產業(yè)化發(fā)展的新階段，主要覆蓋市場為智能燃氣表、智能水表、智能煙感器、智能鎖等細分行業(yè)。
眾所周知，NB-IoT網絡本身具有低功耗特性，而NB-IoT PA作為射頻前端的關鍵組件，其設計和優(yōu)化也致力于降低功耗。例如，將PA集成進SoC就是一個不錯的解決辦法，采用SoC內置功放PA可以降低對終端Flash存儲空間、終端尺寸、終端射頻等的要求，從而極大降低NB-IoT的終端成本和功耗。目前主要的國產NB-IoT SoC廠商有紫光展銳、翱捷科技、芯翼信息等。
總結來看，中國廠商似乎在手機PA方向的發(fā)展更為顯著。隨著未來5.5G與WiFi 7技術的持續(xù)推進，中國廠商將迎來更大的發(fā)展空間，然而，要在射頻 PA 領域實現(xiàn)全面突破和領先，中國企業(yè)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。
?03、高階射頻PA，進展如何了？
中國射頻PA市場的領軍企業(yè)有唯捷創(chuàng)芯、卓勝微、飛驤科技、慧智微、銳石創(chuàng)芯等。國產廠商的路線主要由單一產品逐步向模組化產品演進，從 2-4G 頻段切入，逐步向 5G 滲透，通過提升設計能力、積累設計經驗來彌補差距。目前這些廠商在中低集成度 2-4G PA 模組已具備和海外一線龍頭對標的能力，5G PA 模組國產化率還比較低，只有10%左右。
在與國際大廠的競爭中，國產廠商雖無法選擇正面迎戰(zhàn)，但是也有自己的“小辦法”。L-PAMiD （集成了功率放大器、低噪聲放大器、耦合器、射頻開關、濾波器、雙/多工器等的射頻前端模組）是手機射頻前端中難度最大、集成度最高的模組。
當國際大廠產能受限時，它們傾向于優(yōu)先生產PAMiD、L-PAMiD等高價值模組，國內廠商則趁機在中低端PA模組市場取得了進展。比如：Qorvo 全力保障發(fā)射模組，讓出部分接收模組及分立器件市場；Skyworks 由于對蘋果依賴度較高，優(yōu)先保供核心大客戶蘋果，使得 OPPO、vivo 等安卓客戶面臨供應不足，將部分訂單轉向國內廠商。
小米、OPPO、華為、榮耀等國內主流品牌手機對國產 PA 模組接受度較高，國產 4G PA 模組份額已超過 60%。5G PA 模組方面，唯捷創(chuàng)芯、卓勝微、慧智微等國內 PA 廠商已相繼取得進步，均有產品量產，甚至其中部分公司在 L-PAMiD 模組也有所突破。
唯捷創(chuàng)芯、慧智微：L-PAMiD模組的領頭羊
唯捷創(chuàng)芯是率先量產L-PAMiD模組的公司。2019年唯捷創(chuàng)芯便推出5G NR的多模多頻PA模組，2020年已實現(xiàn)量產貢獻營收，在Sub3GHz頻段的Phase5N方案上積累較深。
2023年，國產射頻公司陸續(xù)開始推出L-PAMiD產品，并于2023年上半年實現(xiàn)低頻&中高頻L-PAMiD量產出貨。2023年是唯捷創(chuàng)芯L-PAMiD產品量產銷售的元年，新訂單的交付主要在2024年，2024年公司依然有望受益于新品滲透率提升的過程。
唯捷創(chuàng)芯的客戶有小米、OPPO、vivo等?；壑俏⒌漠a品線涵蓋了2G、3G、4G、5G等多種通信制式，包括5G新頻段L-PAMiF發(fā)射模組、5G新頻段接收模組、5G重耕頻段發(fā)射模組、4G發(fā)射模組等數十款產品，兼容目前國際主流SoC平臺廠商的主要產品系列，可為客戶提供全面的射頻前端解決方案。
慧智微不僅在4G領域實現(xiàn)了MMMB PAM的量產，并在2019年中國集成電路產業(yè)促進大會中獲評第十四屆“中國芯”優(yōu)秀市場表現(xiàn)產品，而且在5G領域率先推出了L-PAMiF和L-FEM等高端產品，覆蓋了3GHz-6GHz的5G新頻段。2020年，慧智微領先推出的5G新頻段L-PAMiF全集成收發(fā)模組支持n77/n79/n79頻段，集成PA、LNA、濾波器、SRS開關、耦合器等，是集成度最高的5G模組。依靠技術積累和團隊優(yōu)勢，慧智微做到了與國際廠商同步推出新協(xié)議下的高集成模組產品。該產品成功導入三星、OPPO等國際品牌終端手機中，實現(xiàn)大規(guī)模應用。此后，慧智微產品快速迭代，持續(xù)保持領先。
慧智微陸續(xù)推出支持n77/n78/n79頻段的1T2R（集成1路發(fā)射通路、2路接收通路）L-PAMiF、支持n77/n78頻段的1T1R/1T2R L-PAMiF、以及支持相應頻段的接收模組L-FEM，該等產品均已成功量產并實現(xiàn)銷售。近年來，慧智微實現(xiàn)了從中低端向高端的產品升級，此外，慧智微在實現(xiàn)L-PAMiF產品領先突破后，又率先投入L-PAMiD開發(fā)。
慧智微2023年10月發(fā)布的投資者調研紀要顯示，目前公司5G 低頻段和中高頻段L-PAMiD 模組已經小規(guī)模量產出貨，處于客戶推廣階段。對于整個國產射頻芯片行業(yè)，慧智微認為，伴隨著國內產業(yè)鏈的發(fā)展，從技術端來看，國內射頻產業(yè)鏈已經陸續(xù)有公司具備L-PAMiD 大模組的量產能力，整體射頻產業(yè)鏈已經完成了從0 到1 的發(fā)展階段，開始逐步走向更加高端化的產品形態(tài)。
今年5月，慧智微披露投資者關系活動記錄表顯示，公司在Phase7LE方案的低頻段和中高頻段 L-PAMiD產品預計2024年規(guī)模出貨，海內外的安卓品牌客戶是近些年公司重點拓展的領域。
卓勝微：另辟蹊徑
卓勝微是通過濾波器及分立方案多維入手，進一步研發(fā) L-PAMiD產品。雖然PAMiD模組化方案有諸多的性能優(yōu)勢，但其供應劣勢也相對明顯：廠商必須要同時掌握有源（PA及LNA，Switch）及無源（SAW、BAW或FBAR）等能力，才有辦法設計出PAMiD模組。而同時掌握這些資源的廠商只有Skyworks、Qorvo、Broadcom及Qualcomm等少數具有完整資源的廠商。
于是，華為、三星等終端公司著手推動FEMiD方案。FEMiD是將天線開關及濾波器整合為一個模組，交由濾波器公司提供；PA依然采用分立方案，由PA公司提供。這種方案有效的發(fā)揮了無源公司與有源公司的特長。華為、三星等終端也因此擺脫了對PAMiD廠商的絕對依賴。2016年，PAMiD與FEMiD的主要供應商為村田和高通。卓勝微依托于自身濾波器優(yōu)勢，從接收端出發(fā)，于2023年Q2成功研發(fā)L-FEMiD模組，并于2023年Q3進入客戶送樣推廣階段，助推高端模組更全面的產品覆蓋。此外，該公司在技術路線上雙線并舉，從Phase5N方案出發(fā)補齊發(fā)射端能力。
截至2023年8月投關記錄，公司MMMBPA模組產品已處于向客戶送樣推廣階段，該產品既是研發(fā)L-PAMiD產品的重要模塊，也是研發(fā)L-PAMiD產品的必要技術。同時公司也將不斷提升射頻濾波器、射頻功率放大器的技術和產品能力，助推射頻前端中技術復雜度、集成度最高的“明珠型”產品L-PAMiD研發(fā)。今年5月，卓勝微在2023年年度業(yè)績說明會上披露，截至今年第一季度末，集成公司自產MAX-SAW的L-PAMiD產品實現(xiàn)從“0”到“1”的突破，已處于工程樣品階段。
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