电子行业走进“芯”时代系列深度之三十一“射频PA”：射频PA革新不止，万物互联广袤无限

射频PA革新不止，万物互联广袤无限请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明仅供机构投资者使用证券研究报告孙远峰/王臣复/张大印/王海维/郑敏宏SAC NO:S11205190800052020年7月29日华西电子团队—走进“芯”时代系列深度之三十一“射频PA”引言：PA国产化，推进射频产业链共进成长！11、射频PA是射频前端中价值量最高的单类型芯片电磁波传输距离和发射功率成正比，射频PA性能直接决定通讯距离、信号质量和待机时间（或耗电量），根据Yole数据显示，2017年手机射频前端中射频PA市场规模约50亿美元，在整个射频前端中价值量占比34%，仅次于滤波器，也是射频前端价值量最高的单类型芯片。2、从手机、基站到万物互联，射频PA市场空间快速打开5G时代SA模式要求2T4R，新增三个频段需增加6颗PA，设计难度增加带来单颗价值量提升，射频PA单机价值量有望大幅度提升。基站端，电磁波频率越高传播越短，理论上5G基站的信号覆盖面积将大大低于4G基站，GIV预测2025年全球将有650万个5G基站，基站射频PA市场巨大；5G时代室内流量占比将高达80%，5G更高频段信号穿墙效果更差，4T4R以上的室内数字化分布基站有望得到部署，Wi-Fi 6标准大幅度提升进而带来相关路由器产业和终端应用的快速渗透。3、无线通讯技术不断迭代推动射频PA技术创新不断不同终端对射频PA设计需求不同。手机端，砷化镓有望继续主导；基站端，传统的硅基LDMOS工艺虽拥有成本优势，但由于难以满足更高频率工作需求，或将被氮化镓射频工艺取代。4、国产替代大趋势下，设计与代工各自迎来发展机遇国内主要市场是手机和Wi-Fi，不同于滤波器厂商以IDM主导，稳懋等化合物半导体代工工艺成熟，一系列因素都给国内射频PA厂商带来发展机遇。未来随着5G的普及，在性能可以满足需求的情况下，国产厂商有替代的机会，与此同时，国内化合物半导体代工将迎来发展机会。5、重点推荐：卓胜微、信维通信、顺络电子、韦尔股份、三安光电；产业关注：䀚瑞微、唯捷创芯、紫光展锐、安谱隆、无锡好达、德清华莹，等等6、风险提示：中美贸易摩擦导致需求不确定的风险；行业竞争加剧的风险；技术创新风险。目录2射频PA是射频前端核心器件，决定无线通信质量的关键要素从手机、基站到物联网，万物互联时代射频PA市场广阔通信技术持续迭代，射频PA行业技术革新永不止步海外厂商拥有先发优势，国内厂商奋起直追前景可期相关标的风险提示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实现多个设备之间的信息传输。射频是可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从300KHz～300GHz之间。射频模块是用于发射和/或接收两个装置之间的无线电信号的电子设备，是无线通信设备实现信号收发的核心模块。3资料来源：百度文库，华西证券研究所图：手机射频架构图：基站射频架构图：无线通信图射频前端架构基本类似4资料来源： Qualcomm ，搜狐，华西证券研究所射频前端包括接收通道和发射通道两大部分。一般由射频开关（Switch）、射频低噪声放大器(LNA, Low Noise Amplifier)、射频功率放大 器 (PA ， PowerAmplifier) 、 双 工 器(Duplexers)、射频滤波器(Filter)、天线调谐器(Antenna tuners) 等组成。图：手机射频架构图：基站射频架构发射通道和接收通道工作原理5资料来源：射频微波电路设计，华西证券研究所发射通道是使用基带信号（语音、视频、数据或其他信息）去调制中频正弦波信号，然后中频信号再通过混频器往上搬移到所需的射频发射频率，通过功率放大器来增加发射机的输出功率并驱动天线将已调制好的载波信号变换成能够在自由空间传播的电磁波。接收通道是发射通道的逆过程，天线将在相对宽的频率范围内接收到来自很多辐射源的电磁波，带通滤波器将滤掉不需要的接收信号，随后低噪声放大器放大可能接收的微弱信号并使进入到接收信号中的噪声影响最小化，混频器将接收到的射频信号下变频到较低的频率，中频放大器将提升信号的功率电平以便于解调并得到信息。图：发射通道和接收通道架构射频PA是决定通信质量的关键器件 功率放大器是能够向天线提供足够信号功率的放大电路，主要功能是将调制振荡电路所产生的功率很小的射频信号放大（缓冲级、中间放大级、末级功率放大级）并馈送到天线上辐射出去，是无线通信设备射频前端最核心的组成部分，其性能直接决定了无线终端的通讯距离、信号质量和待机时间（或耗电量），它也是射频前端功耗最大的器件。 射频功率放大器在雷达、无线通信、导航、卫星通信、电子对抗设备等系统中有着广泛的应用，是现代无线通信的关键设备。6资料来源：GlobalFoundries ,华西证券研究所图：手机射频前端架构图PA也是射频前端器件中价值量较大的器件手机目前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的价值量仅次于滤波器，是射频前端器件中价值量较大的器件。根据Yole的数据显示，2017年手机射频前端中射频PA市场规模约50亿美元，在整个射频前端中价值量占比34%，仅次于滤波器。7资料来源：Yole,华西证券研究所Filters54%PAs34%Switches7%Antenna tuners3%LNAs2%图：手机射频前端各器件价值量占比（2017年）射频PA的核心是晶体管 放大器的电路一般由晶体管、偏置及稳定电路、输入输出匹配电路等组成。功率放大器核心是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换成按照输入信号变化的电流，起到电流电压放大的作用。 晶体管作为射频放大器的核心器件，它通过用小信号来控制直流电源，产生随之变化的高功率信号，从而实现将电源的直流功率转换成为满足辐射要求的功率信号。 工程应用方面，提升PA性能的方法大多依赖工艺，以手机射频PA为例，目前主流工艺是采用第二代半导体材料砷化镓，由第一代半导体材料发展出的工艺技术（如CMOS、SOI和SiGe工艺）在无线通信技术发展过程中遇到瓶颈，通过设计来弥补工艺的不足难度很大，因此在整体的射频PA器件设计生产过程中工艺是基础。8资料来源：百度文库 ,华西证券研究所图：射频功率放大器工作原理射频晶体管发展出多种材料工艺射频半导体主要经历了由第一代半导体到第三代半导体的三个阶段的发展，其制造工艺结构也经历了由基础的BJT、FET向更复杂的HBT、LDMOS和HEMT等的发展。9资料来源：射频功率放大器的设计研究，华西证券研究所射频晶体管制造工艺BJTHBTFETMOSFETVDMOSLDMOSMESFETHEMTP-HEMTM-HEMT半导体材料晶体管类型SiSi BJTSi VDMOSSi LDMOSGaAsGaAs MESFETGaAs HBTInPInP PHEMTInP HBTSiGeSiGe HBTSiCSiC MESFETSiC LDMOSGaNGaN HEMTGaN on SiCGaN on SiC HEMT图：射频晶体管制造工艺表：射频半导体晶体管类型不同材料的性能及成本差别较大10资料来源：百度文库，华西证券研究所指标SiGaAsGaN材料分类第一代第二代第三代禁