5G 陶瓷濾波器帶動了射頻器件市場的擴張與變革？

5G 濾波器市場即將爆發(fā)？

5G 牌照發(fā)放已有一年多的時間，根據(jù)工信部最新統(tǒng)計顯示，我國 5G 基站正以每周 1 萬多個的數(shù)量在新增。截至 5 月底，移動已建成 14 萬個 5G 基站，電信與聯(lián)通累計共建共享了 10 多萬個 5G 基站。根據(jù)運營商 5G 基站建設(shè)計劃，至 2020 年底，移動完成總量將達到 30 萬站，電信與聯(lián)通完成總量將達到 25 萬站。另根據(jù)信達證券的預估，2020-2025 年中國 5G 基站建設(shè)規(guī)模在 400 萬站左右，全球建設(shè)量在 800 萬站左右。

5G 產(chǎn)業(yè)鏈中上游基站的升級，帶動了射頻器件市場的擴張與變革。以濾波器為例，4G LTE 時代，基站大多采用 2/4/8 通道天線（FDD 制式多為 2/4 通道，TDD 制式多為 8 通道），而 5G 引入了 Massive MIMO 技術(shù)，天線升級為 64 通道，甚至 128/192/256 通道（理論上講，天線數(shù)量越多，噪聲和干擾越?。?。每個天線都需要配備相應(yīng)的雙工器，并由相應(yīng)的濾波器進行信號頻率的選擇和處理。假設(shè)每個基站需要 3 副天線，一副 64TR 天線需要 64 個濾波器，那么一個 5G 基站就至少需要 192 個濾波器，再以國內(nèi) 400 萬站的基數(shù)預測計算，濾波器需求總量將達到 7.68 億個。肉眼可見，濾波器的需求量將大幅增加，據(jù) Yole Development 的預測，到 2023 年全球濾波器的市場規(guī)模將會達到 225 億美元，年復合增長為 18.81%，是名副其實的射頻前端元件成長之最。

陶瓷濾波器如何脫穎而出？

先來看看 4G 時代的濾波器，金屬同軸腔體濾波器是絕對的主流， 其工作原理是通過不同頻率的電磁波在腔體中振蕩， 保留達到濾波器諧振頻率的電磁波， 而其他頻率的電磁波在振蕩中耗散掉， 從實現(xiàn)濾波的功能。這種濾波器技術(shù)成熟、生產(chǎn)成本低，本應(yīng)是 5G 良選，但在 5G 通信中，遠端射頻單元（RRU）和天線將集成為主動天線單元（AAU）一起上塔，基站的高度集成化和小型化發(fā)展對于濾波器的尺寸、重量、功率和發(fā)熱性能有更高的要求（4G RRU 重量在 13-20kg 之間，5GAAU 重量在 38-47kg 之間）。而金屬同軸腔體濾波器體積大、重量大、發(fā)熱大等特點，價格相對又較貴（金屬濾波器初期價格為 120 元，由于原料成本較高，降價空間不大，到后期價格降為 80 元），將對安裝調(diào)試以及鐵塔負荷帶來不利的同時增加成本支出。為了解決上述問題，行業(yè)中開始關(guān)注小型金屬腔體濾波器、塑料濾波器和陶瓷介質(zhì)濾波器這 3 種方案。

小型金屬腔體濾波器

顧名思義，小型金屬腔體濾波器是一種通過工藝優(yōu)化實現(xiàn)在性能保持基本穩(wěn)定的前提下縮減濾波器的體積和重量的快速商用方案，但該方案受限于工藝瓶頸，目前主要應(yīng)用于 2.6GHz 以下的低頻段中，未來不會大規(guī)模覆蓋（金屬濾波器占比在初期為 50%，后期降到 20%），只會作為補償使用。

塑料濾波器

其次是塑料濾波器，出于對重量、剛性、價格的考慮，廠商開始考慮采用工程塑料制作濾波器腔體，但由于腔體形變要求較高，還處于研發(fā)試用階段，并無實際案例。

陶瓷介質(zhì)濾波器

最后講一下陶瓷介質(zhì)濾波器，陶瓷介質(zhì)濾波器以陶瓷為材料制作而成，沒有金屬腔體， 電磁波諧振發(fā)生在介質(zhì)材料內(nèi)部，具有高介電常數(shù)、高 Q 值、插入損耗小、體積小、重量輕、成本低、抗溫漂性能好等特點，可承受功率高， 具有良好的選頻作用，便于大規(guī)模集成。但陶瓷介質(zhì)濾波器生產(chǎn)精度要求高，目前成本還沒降下來，由于陶瓷粉體原料的價格低，一旦實現(xiàn)量產(chǎn)，成本可大幅降低（介質(zhì)濾波器單只價格在初期為 80 元，到建設(shè)后期由于越來越多的廠商加入競爭，且良品率提高，價格將降到 20 元），因此未來陶瓷濾波器將占據(jù) 5G 濾波器的主要市場。

介質(zhì)陶瓷介電性能參數(shù)

5G 陶瓷濾波器行業(yè)分析

壁壘知多少？

技術(shù)壁壘：

目前陶瓷濾波器的生產(chǎn)技術(shù)難點在于一致性，陶瓷粉體材料的配方、生產(chǎn)的自動化以及調(diào)試的良率和效率都是濾波器生產(chǎn)的難點所在。而作為濾波器廠商除了要攻堅跨越多科學領(lǐng)域的設(shè)計、生產(chǎn)制造關(guān)鍵技術(shù)外，還需要考慮降本的問題，這需要長時間的累積才能做到。

認證壁壘：

認證壁壘包括兩個方面，一是陶瓷濾波器設(shè)計生產(chǎn)過程中所涉及的質(zhì)量控制相關(guān)測試認證，主要包括一般要求（尺寸 / 外觀 / 強度）、電學性能（絕緣電阻 / 耐電壓 / 介電損耗因子 / 抗靜電 / 溫升）、衰耗性能（通帶寬度 / 相對衰耗 / 插入衰耗 / 寄生衰耗 / 阻帶衰耗）、加工性能（耐焊接熱 / 可焊性）、可靠性能（溫度快速變化 / 振動 / 沖擊 / 穩(wěn)態(tài)濕熱 / 耐久性等）和全球限用物質(zhì)準入要求（RoHS/REACH/POPs/WEEE/CA56）。二是下游通信設(shè)備廠商對陶瓷濾波器供應(yīng)商的批量供貨認證，由于該認證審核時間較長，一旦確定合作關(guān)系，除非供應(yīng)商技術(shù)跟不上時代，否則不會輕易考慮更換，這也對濾波器供應(yīng)商的自主研發(fā)和快速響應(yīng)能力的考驗。

資金壁壘：

資金壁壘也包括兩個方面，一是濾波器的生產(chǎn)設(shè)備包括模具加工設(shè)備、壓鑄機、數(shù)控加工中心、網(wǎng)絡(luò)分析儀等高價值設(shè)備，批量生產(chǎn)前期投入資金較多。二是應(yīng)對客戶的付款信用期也需要充裕資金。

四大主設(shè)備商的 5G 基站濾波器供應(yīng)商

行業(yè)玩家?guī)缀危?/p>

2000 年之前，微波陶瓷的核心生產(chǎn)技術(shù)主要掌握在日本和美國手中。3G 時代（2010 年前后）是國產(chǎn)替代初期階段，中外廠商開始共存，主要廠商包括國際巨頭 Powerwave、CommScope（Andrew）和 Kathrein，以及國內(nèi)廠商大富科技、武漢凡谷、摩比發(fā)展等。4G 時代（2010-2014 年間）國外廠商基本退出中國市場競爭，本土廠商開始挑大梁。5G 時代是面對技術(shù)升級的新一輪優(yōu)勝劣汰，相比 4G 時代在原材料、產(chǎn)品形態(tài)、生產(chǎn)工藝等方面都有了質(zhì)的革新，目前濾波器相關(guān)知名企業(yè)及其合作商見下表：

濾波器相關(guān)知名企業(yè)及其合作商基本情況

寫在最后

一位有著 37 年微波陶瓷研究經(jīng)驗的中國電科十三所老工程師周水杉表示，“微波陶瓷是從日本開始的，基礎(chǔ)研究（物理角度）已經(jīng)基本結(jié)束了，目前微波介質(zhì)陶瓷技術(shù)已成熟?！?/p>

“然而，中國陶瓷濾波器產(chǎn)業(yè)缺少完整的體系和生態(tài)鏈，行業(yè)工資待遇低，基本毛利只有 10%~30%。以濾波器材料行業(yè)為例，如果國外是 9 分，我國就是 2~3 分，因此加快橫向縱向展開合作才是當務(wù)之急。”北京中科納通董事長殷文鋼如是說。

筆者總結(jié)下來就是：陶瓷濾波器產(chǎn)業(yè)即將隨著 5G 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而蓄勢爆發(fā)，其基礎(chǔ)研究已成熟，但大面積量產(chǎn)和生態(tài)建設(shè)還需時日。
責任編輯:pj