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5G 陶瓷濾波器帶動(dòng)了射頻器件市場(chǎng)的擴(kuò)張與變革?

lhl545545 ? 來源:與非網(wǎng) ? 作者: 夏珍 ? 2020-08-13 11:55 ? 次閱讀

5G 濾波器市場(chǎng)即將爆發(fā)?

5G 牌照發(fā)放已有一年多的時(shí)間,根據(jù)工信部最新統(tǒng)計(jì)顯示,我國(guó) 5G 基站正以每周 1 萬多個(gè)的數(shù)量在新增。截至 5 月底,移動(dòng)已建成 14 萬個(gè) 5G 基站,電信與聯(lián)通累計(jì)共建共享了 10 多萬個(gè) 5G 基站。根據(jù)運(yùn)營(yíng)商 5G 基站建設(shè)計(jì)劃,至 2020 年底,移動(dòng)完成總量將達(dá)到 30 萬站,電信與聯(lián)通完成總量將達(dá)到 25 萬站。另根據(jù)信達(dá)證券的預(yù)估,2020-2025 年中國(guó) 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(jí),帶動(dòng)了射頻器件市場(chǎng)的擴(kuò)張與變革。以濾波器為例,4G LTE 時(shí)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(jí)為 64 通道,甚至 128/192/256 通道(理論上講,天線數(shù)量越多,噪聲和干擾越小)。每個(gè)天線都需要配備相應(yīng)的雙工器,并由相應(yīng)的濾波器進(jìn)行信號(hào)頻率的選擇和處理。假設(shè)每個(gè)基站需要 3 副天線,一副 64TR 天線需要 64 個(gè)濾波器,那么一個(gè) 5G 基站就至少需要 192 個(gè)濾波器,再以國(guó)內(nèi) 400 萬站的基數(shù)預(yù)測(cè)計(jì)算,濾波器需求總量將達(dá)到 7.68 億個(gè)。肉眼可見,濾波器的需求量將大幅增加,據(jù) Yole Development 的預(yù)測(cè),到 2023 年全球?yàn)V波器的市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)達(dá)到 225 億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)為 18.81%,是名副其實(shí)的射頻前端元件成長(zhǎng)之最。

陶瓷濾波器如何脫穎而出?

先來看看 4G 時(shí)代的濾波器,金屬同軸腔體濾波器是絕對(duì)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(dá)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(shí)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(yuǎn)端射頻單元(RRU)和天線將集成為主動(dòng)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(duì)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(diǎn),價(jià)格相對(duì)又較貴(金屬濾波器初期價(jià)格為 120 元,由于原料成本較高,降價(jià)空間不大,到后期價(jià)格降為 80 元),將對(duì)安裝調(diào)試以及鐵塔負(fù)荷帶來不利的同時(shí)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(shí)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(huì)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(huì)作為補(bǔ)償使用。

塑料濾波器

其次是塑料濾波器,出于對(duì)重量、剛性、價(jià)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(shí)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(diǎn),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(jià)格低,一旦實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),成本可大幅降低(介質(zhì)濾波器單只價(jià)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(jìng)爭(zhēng),且良品率提高,價(jià)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(chǎng)。

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(diǎn)在于一致性,陶瓷粉體材料的配方、生產(chǎn)的自動(dòng)化以及調(diào)試的良率和效率都是濾波器生產(chǎn)的難點(diǎn)所在。而作為濾波器廠商除了要攻堅(jiān)跨越多科學(xué)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、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(zhǎng)時(shí)間的累積才能做到。

認(rèn)證壁壘:

認(rèn)證壁壘包括兩個(gè)方面,一是陶瓷濾波器設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中所涉及的質(zhì)量控制相關(guān)測(cè)試認(rèn)證,主要包括一般要求(尺寸 / 外觀 / 強(qiáng)度)、電學(xué)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(duì)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(dòng) / 沖擊 / 穩(wěn)態(tài)濕熱 / 耐久性等)和全球限用物質(zhì)準(zhǔn)入要求(RoHS/REACH/POPs/WEEE/CA56)。二是下游通信設(shè)備廠商對(duì)陶瓷濾波器供應(yīng)商的批量供貨認(rèn)證,由于該認(rèn)證審核時(shí)間較長(zhǎng),一旦確定合作關(guān)系,除非供應(yīng)商技術(shù)跟不上時(shí)代,否則不會(huì)輕易考慮更換,這也對(duì)濾波器供應(yīng)商的自主研發(fā)和快速響應(yīng)能力的考驗(yàn)。

資金壁壘:

資金壁壘也包括兩個(gè)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(jī)、數(shù)控加工中心、網(wǎng)絡(luò)分析儀等高價(jià)值設(shè)備,批量生產(chǎn)前期投入資金較多。二是應(yīng)對(duì)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(guó)手中。3G 時(shí)代(2010 年前后)是國(guó)產(chǎn)替代初期階段,中外廠商開始共存,主要廠商包括國(guó)際巨頭 Powerwave、CommScope(Andrew)和 Kathrein,以及國(guó)內(nèi)廠商大富科技、武漢凡谷、摩比發(fā)展等。4G 時(shí)代(2010-2014 年間)國(guó)外廠商基本退出中國(guó)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),本土廠商開始挑大梁。5G 時(shí)代是面對(duì)技術(shù)升級(jí)的新一輪優(yōu)勝劣汰,相比 4G 時(shí)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(yàn)的中國(guó)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。”

“然而,中國(guó)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(guó)外是 9 分,我國(guó)就是 2~3 分,因此加快橫向縱向展開合作才是當(dāng)務(wù)之急。”北京中科納通董事長(zhǎng)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(shì)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(shí)日。
責(zé)任編輯:pj

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