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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(wàn)多個(gè)的數(shù)量在新增。截至5月底，移動(dòng)已建成14萬(wàn)個(gè)5G基站，電信與聯(lián)通累計(jì)共建共享了10多萬(wàn)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(wàn)站，電信與聯(lián)通完成總量將達(dá)到25萬(wàn)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(wàn)站左右，全球建設(shè)量在800萬(wàn)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(wàn)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(jiàn)，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(lái)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(guò)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(lái)不利的同時(shí)增加成本支出。為了解決上述問(wèn)題，行業(yè)中開(kāi)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。

顧名思義，小型金屬腔體濾波器是一種通過(guò)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(lái)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。

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(kāi)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(wú)實(shí)際案例。

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(méi)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(méi)降下來(lái)，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(lái)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(lái)陶瓷濾波器將占據(jù)5G濾波器的主要市場(chǎng)。

圖 | 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(wèn)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(guò)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。

表 | 四大主設(shè)備商的5G基站濾波器供應(yīng)商

信源 | 國(guó)信證券

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(kāi)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(kāi)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(jiàn)下表：

濾波器相關(guān)知名企業(yè)及其合作商基本情況

寫(xiě)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(kāi)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(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(kāi)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(shuō)。

筆者總結(jié)下來(lái)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。

審核編輯黃昊宇