淺析：5G浪潮下，射頻功率放大器產(chǎn)業(yè)發(fā)展

一、功率放大器在基站中的應(yīng)用

功率放大器作為射頻前端發(fā)射通路的主要器件，主要是為了將調(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的小功率的射頻信號(hào)放大，獲得足夠大的射頻輸出功率，才能饋送到天線(xiàn)上輻射出去，通常用于實(shí)現(xiàn)發(fā)射通道的射頻信號(hào)放大。

5G關(guān)鍵技術(shù)中的高密集組網(wǎng)(UDN)以及全頻譜接入將帶來(lái)基站數(shù)量的增加和頻譜的進(jìn)一步拓寬，對(duì)終端射頻器件帶來(lái)更多的需求。特別是5G時(shí)代基地臺(tái)設(shè)備升級(jí)及小型化，成為推動(dòng)射頻功率放大器市場(chǎng)規(guī)模成長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?。?jù)統(tǒng)計(jì)，功率放大器占基地臺(tái)成本比重約25～30%，具有舉足輕重角色。目前投入射頻功率放大器業(yè)者眾多，包括NXP、Qorvo、Ampleon、Infineon、Sumitomo、Gree、UMS等。

圖1 通信設(shè)備/移動(dòng)設(shè)備射頻組成部分

資料來(lái)源：華為

二、功率放大器發(fā)展趨勢(shì)

功率放大器日益小型化。隨著無(wú)線(xiàn)通訊新標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)的不斷發(fā)展，基站朝著寬帶化、多模化、集成化等方向不斷演進(jìn)，這要求提高射頻PA的各種性能，進(jìn)一步降低成本、減少尺寸與重量，同時(shí)擁有良好的線(xiàn)性度、高輸出功率及效率。5G對(duì)射頻組件需求的提升將大幅提升基站射頻行業(yè)的市場(chǎng)空間，高度的集成化需求，同時(shí)也將推動(dòng)功率放大器等射頻組件工藝進(jìn)一步升級(jí)，產(chǎn)品將更加的小型化。此外，在基站設(shè)備中，射頻功放的能耗占到總能耗的60%左右，因此，大帶寬、高效率、小體積，輕重量、低成本的射頻功率放大器成為了未來(lái)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商降低運(yùn)營(yíng)成本、實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能的最為有效的手段。

GAN功率器件將成為PA的主流技術(shù)。目前針對(duì)3G和LTE基站市場(chǎng)的功率放大器主要有硅基LDMOS和GaAS兩種。但隨著5G帶來(lái)的多頻帶載波聚合和大規(guī)模MIMO等新技術(shù)出現(xiàn)新要求，現(xiàn)有的硅基LDMOS和GaAS解決方案局限性不斷凸顯，氮化鎵成為中高頻段主要技術(shù)方向。

傳統(tǒng)LDMOS技術(shù)疲態(tài)已現(xiàn)

未來(lái)5G商用頻段主要在3.5GHz，LDMOS功率放大器的帶寬會(huì)隨著頻率的增加而大幅減少，LDMOS 僅在不超過(guò)約3.5GHz的頻率范圍內(nèi)有效，因此在3.5GHz頻段LDMOS的性能已開(kāi)始出現(xiàn)明顯下滑。5G基站AAU功率大幅提升，單扇區(qū)功率從4G時(shí)期的50W左右提升到5G時(shí)期的200W左右，傳統(tǒng)的LDMOS制程將很難滿(mǎn)足性能要求。

GaAs技術(shù)適用性有限

GaAs功率放大器雖然能夠滿(mǎn)足高頻通信的要求，但其輸出功率與GaN器件相比多有遜色。對(duì)于小基站（微基站）不需要很高的功率，現(xiàn)有GaAs技術(shù)仍具有優(yōu)勢(shì)。

GaN技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)

HEMT利用髙遷移率的二維電子氣2DEG工作，具有超高速，低功耗和低噪聲的優(yōu)點(diǎn)。GaN具有的壓電極化效應(yīng)可以顯著地提高HEMT中的2DEG遷移率和密度，采用GaN材料的HEMT具有高跨導(dǎo)、高工作頻率、飽和電流的顯著優(yōu)勢(shì)。隨著半導(dǎo)體材料工藝的進(jìn)步，氮化鎵（GaN）正成為中高頻頻段PA主要技術(shù)路線(xiàn)，GaN技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括能源效率提高、帶寬更寬、功率密度更大、體積更小，使之成為L(zhǎng)DMOS的天然繼承者。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2025年GaN將主導(dǎo)RF功率器件市場(chǎng)，搶占基于硅LDMOS技術(shù)的基站PA市場(chǎng)。

圖2 2015-2025年射頻功率市場(chǎng)不同技術(shù)路線(xiàn)的份額占比

資料來(lái)源：Yole

圖3 基站射頻PA技術(shù)路線(xiàn)比較

數(shù)據(jù)來(lái)源：Macom、Qorvo

三、功率放大器市場(chǎng)潛力巨大

在4G建設(shè)高峰期，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)平均每年功率放大器的市場(chǎng)空間約在42億元。考慮到單站功率放大器價(jià)格的大幅提升，到了5G時(shí)代，單站價(jià)格的大幅上漲將推動(dòng)功率放大器的總市場(chǎng)空間大幅提升。未來(lái)，隨著毫米波等高頻段技術(shù)的成熟，GaN 作為主流技術(shù)將成為必然。

5G基站引入大規(guī)模陣列天線(xiàn)，這將帶動(dòng)射頻組件需求量大幅增加。根據(jù)目前的5G測(cè)試來(lái)看，采用64通道的MassiveMIMO技術(shù)是各個(gè)設(shè)備商的主流測(cè)試選擇。未來(lái)64通道的天線(xiàn)陣列將容納64個(gè)功率放大器等器件。據(jù)華泰證券研究所統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)2025年國(guó)內(nèi)功率放大器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到40億元左右，而在2020年-2023年5G發(fā)展高峰期，功率放大器市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)100億元。