电磁波的传输距离与发射功率成正比，射频PA的性能直接决定了通信距离、信号质量和待机时间(或功耗)。Yole数据显示，手机射频前端中射频PA的市场规模约为50亿美元，占整个射频前端的35%，仅次于滤波器，也是射频前端价值最高的单芯片。
1.射频功率放大器是射频前端的核心器件，是决定无线通信质量的关键因素。
射频模块是无线通信设备的核心模块。
无线通信主要是利用电磁波来实现多个设备之间的信息传输。射频是可以辐射到空的电磁频率，频率范围是300 kHz到300 GHz。射频模块是用于在两个设备之间发送和/或接收无线电信号的电子设备，是无线通信设备发送和接收信号的核心模块。
图:手机射频架构
图:基站的射频架构
射频前端架构基本相似。
射频前端包括接收通道和发射通道两部分。一般来说，它由射频开关、低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA)、双工器、射频滤波器、天线调谐器等组成。
图:手机射频架构
发射通道和接收通道的工作原理
传输通道使用基带信号(语音、视频、数据或其他信息)对中频正弦波信号进行调制，然后通过混频器将中频信号上移至所需的射频传输频率，通过功率放大器提高发射机的输出功率，并驱动天线将调制后的载波信号转换为可以自由传播的电磁波空。
图:发射通道和接收通道的架构
接收通道是发射通道的逆过程。天线将在相对较宽的频率范围内接收来自许多辐射源的电磁波。带通滤波器将滤除不想要的接收信号。然后，低噪声放大器将放大可能接收到的弱信号，并最小化进入接收信号的噪声的影响。混频器将接收的RF信号下变频到较低的频率。中频放大器将提升信号的功率水平，以便于解调和获取信息。
射频功率放大器是决定通信质量的关键设备。
功率放大器是一种放大器电路，可以向天线提供足够的信号功率。其主要作用是将调制振荡器电路产生的低功率(缓冲级、中间放大级和末级放大级)射频信号放大后馈入天线进行辐射。它是无线通信设备射频前端的核心部件。其性能直接决定了无线终端的通信距离、信号质量和待机时间(或功耗)，也是射频前端功耗最大的器件。
射频功率放大器广泛应用于雷达、无线通信、导航、卫星通信、电子对抗设备等系统，是现代无线通信的关键设备。
图:手机射频前端架构图
PA也是射频前端器件中价值较大的器件。
目前，手机仍然是射频前端最大的终端应用市场。在所有射频前端器件中，射频PA的值仅次于滤波器，是射频前端器件中值较大的器件。根据Yole的数据，2017年手机射频前端中射频PA的市场规模约为50亿美元，占整个射频前端的34%，仅次于滤波器。
图:手机射频前端各组件价值占比(2017)
功放的核心是晶体管。
放大器电路一般由晶体管、偏置和稳定电路、输入和输出匹配电路等组成。功率放大器的核心是利用三极管的电流控制功能或场效应管的电压控制功能，将电源的功率转换成随输入信号变化的电流，从而放大电流和电压。
作为晶体管射频放大器的核心器件，它用小信号控制DC电源，产生随其变化的大功率信号，从而将电源的DC功率转换成满足辐射要求的功率信号。
就工程应用而言，提高PA性能的方法大多依赖于技术。以手机射频PA为例。目前主流技术是第二代半导体材料砷化镓。从第一代半导体材料发展而来的技术(如CMOS、SOI、SiGe技术)在无线通信技术的发展中遇到了瓶颈，很难通过设计来弥补技术的不足。因此，该技术是射频功率放大器整体设计和生产的基础。
图:射频功率放大器工作原理
射频晶体管发展了多种材料工艺。
射频半导体从第一代半导体到第三代半导体主要经历了三个发展阶段，其制造工艺结构也经历了从基本的BJT和FET到更复杂的HBT、LDMOS和HEMT等的发展。
图:射频晶体管的制造过程
不同材料的性能和成本差别很大。
不同流程结构图
BJT由电流控制，FET由电压控制。HBT具有功率密度高、相位噪声低、线性度好的特点，GaAs HBT是目前手机射频PA的主流技术。硅基LDMOS器件广泛应用于基站的射频PA中。HEMT是一种场效应晶体管。近年来，GaN HEMT因其良好的高频特性引起了广泛的关注。
不同的应用场景需要不同的PA性能指标。
根据应用场景分为大功率(基站等。)和低功耗(手机等。).基站PA的应用指标在于其高功率和高效率，而手机PA的应用指标在于其高线性度、低功耗和高效率。
表:射频功率放大器性能指数和说明
不同应用场景下射频功率放大器的竞争格局
基站射频PA主要供应商有飞思卡尔、恩智浦、英飞凌等。2015年，恩智浦以约118亿美元的价格收购飞思卡尔，随后将恩智浦自有的射频功率晶体管业务剥离给北京建光资本。这部分被剥离的业务后来成立为Ampleon。
手机用射频PA的主要供应商有Skyworks、博通(Avago)、Qorvo等。
不同材质和工艺的PA行业分工略有不同。
常见的硅工艺集成电路和砷化镓/氮化镓化合物集成电路芯片的生产工艺类似，但与硅工艺不同，化合物半导体工艺由于外延工艺复杂，已经形成了独立的外延产业。
外延是指半导体器件制造过程中使用的一种技术，在原芯片上生长新的晶体，制作新的半导体层，也称为外延生长。
由于化合物晶圆和Si的性能有很大的差异，化合物晶圆制造中的设备和工艺也和硅有很大的不同，所以化合物半导体有自己独立完整的产业链。
PA行业同时有两种商业模式。
PA行业既有IDM(集成器件制造)模式，也有无厂模式。
IDM模式是指垂直整合厂商独自完成IC设计、晶圆制造和封装测试的所有环节。这种模式是集成电路产业发展初期最常见的模式，但由于对技术和资金实力要求较高，目前只有少数大型企业采用。历史上比较成熟的厂商Skyworks、Qorvo、Broadcom都采用IDM模式。
在无厂模式下，IC设计、晶圆制造和封装测试分别由专业化公司完成。该模式涉及的企业类型主要有芯片设计制造商、晶圆制造商和外包封装测试企业。随着技术的成熟和代工能力的上升，代工模式的比重也会增加。以手机射频功放为例，中国台湾地区的厂商已经是GaAs射频技术非常成熟的代工厂。高通、卓胜伟等新人更倾向于无晶圆厂，专注于IC设计，制造、封测需要外部合作。
图:射频功放行业的两种商业模式
二、从手机、基站到物联网，万物互联时代射频PA市场广阔。
到2035年，5G将带动12万亿美元的经济活动。
HIS发布的《5G经济:5G技术将如何帮助全球经济》报告预测，5G技术未来将为全球经济带来12万亿美元的经济增长，2020年至2035年5G技术带来的全球GDP增长相当于一个印度的GDP。到2035年，5G价值链本身将同时创造3.5万亿美元的经济产出和2200万个就业岗位，其中中国的总产出为9840亿美元，就业岗位为950万个，位居世界第一。
5G应用场景
5G关键技术
5G新高频带
新的5G频段主要分为6GHz以下和毫米波。6GHz以下的全球主流频段主要有N1/N3/N8/N20/N28/N41/N77/n78/N79等。国内5G网络的频段主要是中国电信(3400MHz-3500MHz)和中国联通(3500MHz-3600MHz)。除了n41频段接近4G频段，n78和n79频段相对高于4G频段。
图:全球5G频段
5G的带宽更大
4G走向5G的另一个显著变化是，手机必须支持更大的带宽，增加带宽是针对新5G频段实现更高数据速率的关键。LTE频段不高于3GHz，单载波带宽只有20MHz。5G时代，FR1的信道/单载波带宽高达100MHz，FR2高达400MHz。
中国电信和中国联通的5G频段n78带宽为100MHz分别；中国移动n79频段带宽100MHz，n41频段带宽高达160MHz。
图:4G和5G带宽对比
图:国内三大运营商5G频段带宽
智能手机市场规模大，5G会刺激更新换代。
Yole数据显示，2018年全球智能手机销售额达到4220亿美元(约合人民币3万亿元)，基于14亿的出货量，智能手机平均售价达到301美元(约合人民币2000元)。
爱立信数据显示，2018年全球智能手机有50亿部，预计到2024年全球智能手机存量将达到72亿部。
2018年和2019年，全球智能手机出货量同比下降。我们判断主要原因是智能手机周期性创新乏力，性能过剩导致更新换代周期延长，手机市场急需新动力。5G有望刺激消费者换机，为市场增长注入动力。
5G全网通手机至少要加3个主要频段。
根据市场研究公司Strategy Analytics最近发布的最新报告，2020年第一季度全球对5G手机的需求大幅上升，其今年第一季度的出货量超过了去年的1870万部至2410万部。
2018年12月，中国三大运营商获得n41、n78、n79频段；
工信部规定手机可以转网，实现全网通功能。新的5G手机不仅要向后兼容2G、3G和4G，还要兼容所有5G频段。
4G时代的1T2R，1路发射，2路接收。
一部典型的4G手机需要支持大约40个频段，如B1、B3、B5、B8、B38、B41等。每个频带需要有一个传输通道和两个接收通道。传输路径需要滤波器、功率放大器、开关等。，而接收路径需要开关、低噪声放大器、滤波器等器件。
图:4G时代1T2R示意图
某些频段的射频前端可以共享。
在4G LTE频段划分中，射频前端设备可以共享一些频率相近或重叠的频段。业界通常将4G频段分为低频(698~960Mhz)、中频(1710~2200MHz)和高频(2400~3800MHz)，对应的射频前端器件可以形成低频模块、中频模块和高频模块。
图:4G手机射频架构
5G新频段，SA模式需要2T4R
归根结底，既然5G增加了新的频段，那么支持新的频段就需要增加匹配的射频前端芯片。简单来说，射频发射路径主要是PA和滤波器，接收路径主要是LNA和滤波器，其他如射频开关、RFIC、电阻、电容、电感等都与核心芯片匹配。
图:5G手机射频架构
RF PA独立移动电话的使用大大增加。
增加一个频段将增加两个PA芯片的使用量，增加三个频段将增加约六个PA芯片，4G多模多频手机需要5-7个PA芯片，预测5G多模多频手机PA芯片最多16个。
图:3G、4G、5G手机的射频前端器件大幅增加。
PA市场稳步增长。
根据QYR电子研究的数据，2011-2018年，全球射频功率放大器市场规模从25.33亿美元增长到31.05亿美元，年复合增长率为2.95%。预计到2023年，市场规模将达到35.71亿美元。PA市场整体增速低于其他射频前端芯片，主要是因为高端4G和5G PA市场将保持增长，但2G/3G PA市场将逐渐下滑。
手机射频功放模块市场有望突破100亿美元
因为射频前端模块化是大势所趋，而射频PA是有源器件，是射频前端最耗电的器件，决定了手机通信的质量，所以射频PA厂商往往主导着PA模块的市场。
根据Yole Development的统计和预测，2018年射频前端市场规模将达到150亿美元，年复合增长率为8%，预计到2025年将达到258亿美元。其中，功放模块市场规模预计为104亿美元，接收模块预计为29亿美元，WiFi连接模块预计为31亿美元，天线模块预计为13亿美元，分立滤波器和双工器预计为51亿美元，分立射频低噪声放大器和普通开关预计为17亿美元，天线调谐开关预计为12亿美元。
理论上5G基站的覆盖比4G基站低。
基站电磁波的自由空损耗可以从Friis传输方程得到，即电磁波波长与传输距离成正比，即电磁波频率与传输距离成反比。理论上，在其他条件相同的情况下，频率越高，基站的覆盖范围越小，即5G基站的覆盖范围理论上低于4G基站。
采用3D MIMO技术提高天线增益来改善下行覆盖和下行用户体验，使下行覆盖接近4G。但是考虑到终端(手机等)的电量限制。)，上行是扩大覆盖的瓶颈。
GIV预测，2025年全球将有650万个5G基站。
中国基站建设数量领先全球。
2019年，全国移动电话基站174万个，总数841万个，其中4G基站总数544万个。中国的4G基站占全球4G基站的一半以上。
中国5G基站建设全球占比预计将延续4G格局。根据赛迪顾问的数据，到2020年底，全球5G商用网络将从2019年的60个增加到170个，基站数量将从2019年的50万个增加到150万个，全球5G用户数量预计将从1000多万个增加到2.5亿个，而中国将占全球5G基站建设的50%以上，占全球用户的70%以上。
宏基站单站扩音的使用率有了很大的提高。
根据中国联通5G基站设备技术白皮书，对于6GHz以下频段，AAU设备主要包括64T64R、32T32R、16T16R三种。这三种设备的主要区别在于接收和发送通道的数量不同。与4G基站采用的4T4R方案相比，收发信道数量大大增加，每个收发信道对应一个射频单元。与4G基站相比，5G宏基站单站射频功率放大器的使用大大提高。
基站射频市场有望在未来几年翻倍。
由于基站建设的周期性，基站射频市场也呈现出一定的周期性。根据赛迪顾问的数据，中国基站射频市场规模预计将从2020年的不到50亿元增长到2023年的110亿元以上，整体市场份额将增长一倍以上，之后市场份额将逐年下降。
5G时代室内流量占80%。
5G技术将广泛应用于智能家居、远程医疗、远程教育、工业制造和物联网，包括千兆移动宽带数据接入、3D视频、高清视频、云服务、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、工业制造自动化、应急救援、自动驾驶、现代物流等典型业务应用。其中高清视频、AR、VR、远程医疗、工业制造自动化、现代物流管理等。主要发生在建筑物的室内场景。
在2019中国无线电大会上，中国铁塔通信技术研究院无线技术总监邹勇发表演讲称，相比4G时代的70%，5G时代室内流量占比80%，包括语音、ARVR等应用，对网络时延提出了更高的要求。但是5G的频段很高，传输损耗和穿透损耗都很大，从外到内很难通过。所以解决室内信号覆盖是5G时代需要解决和发展的一个方向。
小型基站有望迎来发展机遇。
4T4R以上的室内数字分布基站有望部署。
据工信部通信技术委员会常务副主任魏乐平在2019中国光网研讨会上透露，2021-2027年我国将建设数千万个小型基站。
Wi-Fi网络建立了分布式连接架构。
Wi-Fi称为无线保真，是指无线局域网范畴内的“无线兼容性认证”，本质上是一种商业认证，是一种无线组网技术。Wi-Fi主要定位为小范围、热点覆盖，工作在2.4GHz或5GHz两个免执照频段。Wi-Fi标准由IEEE标准协会制定。
Wi-Fi网络建立了分布式连接架构，使得Wi-Fi能够承载绝大多数的无线流量，在房屋、楼宇、设备密集的室外区域等提供宽带连接。
Wi-Fi已经成为当今世界无处不在的技术，为数十亿设备提供连接，也是越来越多用户接入互联网的首选方式，并有逐渐取代有线接入的趋势。
Wi-Fi技术在不断发展，以满足更多的需求。
随着视频会议、无线互动VR、移动教学等业务的应用越来越多，Wi-Fi接入终端也越来越多。物联网的发展带来了更多的移动终端接入无线网络，即使是过去接入终端较少的家庭Wi-Fi网络，也会随着越来越多智能家居设备的接入而变得拥挤。因此，Wi-Fi网络仍然需要不断提高速度，同时需要考虑是否能够接入更多的终端，以满足不断扩大的客户端设备数量和不同应用的用户体验需求。
为了适应新的业务应用，减少与有线网络带宽的差距，每一代802.11标准都在大幅提高其速率。
Wi-Fi 6性能全面提升。
Wi-Fi 6是新一代802.11 ax标准的简称。其核心技术包括OFDMA频分复用技术、DL/UL MU MIMO技术、高阶调制技术(1024 QAM)、空分复用技术SR BSS着色机制、扩展覆盖(er)等。支持2.4 GHz频段，具有目标唤醒时间(TWT)功能。Wi-Fi 6连接数量翻倍，传输速率最高可达9.6Gbps，延迟低，功耗更低。2019年Q3正式启动认证计划。
802.11ax的设计初衷是适用于高密度无线接入和大容量无线业务，如室外大型公共场所、高密度场馆、室内高密度无线办公、电子教室等场景。据预测，到2020年，全球移动视频流量将占移动数据流量的50%以上，80%以上的移动流量将由Wi-Fi承载。
Wi-Fi 6普及率持续提升。
IDC于3月4日发布的《2019年第三季度中国WLAN市场季度跟踪报告》显示，WLAN市场整体规模仍处于稳定增长态势，其中Wi-Fi 6从去年第三季度开始从部分主流厂商出现，第一款Wi-Fi 6产品去年第三季度的销售规模为470万美元。IDC预测，今年Wi-Fi 6将在无线市场大放异彩，仅在中国市场的规模就接近2亿美元。IDC预测，到2023年国内Wi-Fi市场将超过12亿美元，Wi-Fi 6将在未来几年快速渗透。
中承科技为客户提供世界领先的无线射频测试、无线综合测试仪、通信测试仪表、无线通信测量、WiFi6e测试仪、蓝牙综测仪等解决，帮助客户提高产品质量、降低生产成本、提升综合竞争力。
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