功率放大器（PA）是射頻發(fā)射通路中的主要器件，其功能是將調(diào)制振蕩電路產(chǎn)生的射頻信號功率放大以饋送到天線上輻射出去。
在5G時代，由于Si材料存在高頻損耗、噪聲大和低輸出功率密度等特點，RF CMOS已經(jīng)不能滿足要求，手機射頻PA將開啟GaAs制程為主導(dǎo)的時代；在基站端，GaN材料憑借高頻、高輸出功率的優(yōu)勢，也將逐步替代Si LDMOS而大幅運用于基站功放器件中。
隨著5G 發(fā)展成為產(chǎn)業(yè)趨勢，2020年5G手機預(yù)估將開始放量，中小型基地臺等基礎(chǔ)建設(shè)步調(diào)也逐漸加快，將為廠商帶來新一波營運動能。本文將圍繞GaAs在手機PA中的中國市場及GaN在基站PA中的中國市場進(jìn)行分析。
5G時代GaAs將主導(dǎo)智能手機PA市場
4G時代手機端PA的工藝以CMOS和GaAs為主、SOI和SiGe為輔， 5G時代更高的功率、頻率及效率要求，對PA的性能也提出新的要求，GaAs材料的電子遷移率是Si的6倍，具有直接帶隙，故其器件相對Si器件具有高頻、高速的性能，在5G智能手機PA中將大量使用。
我國預(yù)計2019年Q4推出5G商用服務(wù)，由于在5G時代單部手機中PA的數(shù)量和單價都比4G時代有大幅的提升，據(jù)集邦咨詢顧問預(yù)測，隨著5G智慧型手機滲透率逐漸提升，將帶動中國手機GaAs PA市場從2019年的18.76億美元增長到2023年的57.27億美元，年復(fù)合增長率達(dá)到19.17%。
圖: 中國智能手機GaAs PA市場規(guī)模預(yù)測（Source: 集邦咨詢）
5G通信基站需要更高性能的GaN射頻器件
目前基站用功率放大器主要為LDMOS技術(shù)，但是LDMOS技術(shù)適用于低頻段，在高頻應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性，GaN帶寬更寬、功率密度更大、體積更小，能較好的適用于大規(guī)模MIMO，因此5G 基站GaN射頻PA將成為主流技術(shù)，逐漸侵占LDMOS的市場。
4G時代，天線形態(tài)基本是4T4R或者8T8R，按照三個扇區(qū)，對應(yīng)的射頻PA需求量為12個或者24個；5G基站以64T64R大規(guī)模天線陣列為主，對應(yīng)的PA需求量高達(dá)192個，PA數(shù)量將大幅增長。
根據(jù)集邦咨詢報告《中國5G氮化鎵PA產(chǎn)業(yè)及市場分析》中的研究數(shù)據(jù)表明，2018年由于5G通信試驗基站的建設(shè)，基站端GaN射頻器件達(dá)4.2億元；2019年為中國5G建設(shè)元年，基站端GaN放大器同比增長達(dá)71.4%；2020年為5G建設(shè)爆發(fā)年，基站端GaN放大器市場規(guī)模達(dá)32.7億元，同比增長340.8%；預(yù)計到2023年基站端GaN放大器市場規(guī)模達(dá)121.7億元，但2021-2023年同比增速逐漸下降。
圖: 中國5G基站GaN功放市場規(guī)模預(yù)測（Source: 集邦咨詢）
國內(nèi)GaAs與GaN PA市場巨大 但產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較為薄弱
全球GaAs射頻器件被國際巨頭壟斷，主要廠商有美國Skyworks、Qorvo、Broadcom，日本村田等，晶圓代工市場主要由臺灣廠商穩(wěn)懋、宏捷科技、環(huán)宇通訊等占有。
國內(nèi)GaAs PA技術(shù)薄弱，IDM中海威華芯的GaAs器件主要用于適用于20GHz以下通訊領(lǐng)域，F(xiàn)abless中漢天下、唯捷創(chuàng)芯、RDA、慧智微、國民飛驤涉足GaAs PA，但主要用于4G及白牌廠商的應(yīng)用，晶圓代工企業(yè)三安集成有3G/4G/Wifi PA生產(chǎn)線。
全球基站GaN射頻器件主要由Sumitomo Electric（日本住友集團旗下）、Wolfspeed（Cree旗下）、Qorvo、MACOM等國外企業(yè)占有，國內(nèi)發(fā)展 GaN 射頻技術(shù)較晚，做相關(guān)器件的廠商也不多，國內(nèi)GaN器件IDM企業(yè)有蘇州能訊、英諾賽科，代工企業(yè)有海威華芯和三安集成，中電科13所、55所主要是軍品產(chǎn)品線。
表: 中國主要GaAs/GaN PA相關(guān)企業(yè)
整體來看，國內(nèi)具備的GaAs和GaN產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較為薄弱，制造生產(chǎn)線缺乏，但伴隨著5G的到來，相關(guān)廠商持續(xù)投入及國產(chǎn)化替代的意愿加強，中國廠商將有望逐步縮小與國際大廠的技術(shù)差距，但要達(dá)到國際大廠的水平短期內(nèi)恐難實現(xiàn)。
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