5G時(shí)代,陶瓷介質(zhì)濾波器有望成為新主流
射頻器件主要包括濾波器、雙工器、合路器和塔頂放大器等。其中,濾波器是射頻核心器件,其主要作用是使發(fā)送和接收信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò),而極大地衰減其他頻率成分。目前,我國(guó)基站濾波器產(chǎn)業(yè)成熟,3/4G 時(shí)期金屬腔體濾波器廠家眾多,并已實(shí)現(xiàn)全面國(guó)產(chǎn)化。
1、3G/4G時(shí)代,金屬同軸腔體濾波器是市場(chǎng)主流選擇
傳統(tǒng)應(yīng)用的濾波器一般由金屬同軸腔體實(shí)現(xiàn),是通過(guò)不同頻率的電磁波在同軸腔體濾波器中振蕩,達(dá)到濾波器諧振頻率的電磁波得以保留,其余頻率的電磁波則在振蕩中耗散掉的作用。在3G/4G時(shí)代,金屬同軸腔體憑借著較低的成本,較成熟的工藝成為了市場(chǎng)的主流選擇。
應(yīng)對(duì)無(wú)線環(huán)境干擾愈加復(fù)雜的情況,陶瓷介質(zhì)諧振濾波器迅速發(fā)展。隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,商用的無(wú)線頻段變的非常密集,導(dǎo)致了普通金屬腔體濾波器不能實(shí)現(xiàn)高抑制的系統(tǒng)兼容問(wèn)題,而采用陶瓷介質(zhì)材料來(lái)制作腔體濾波器可以解決上述問(wèn)題。
陶瓷介質(zhì)諧振濾波器采用了一種更高Q值(品質(zhì)因數(shù))的人工合成陶瓷介質(zhì)材料,與傳統(tǒng)的金屬腔體濾波器不同,在陶瓷介質(zhì)諧振濾波器中,電磁波主要在介質(zhì)材料制成的諧振器中發(fā)生振蕩,而不是金屬空腔中。
由于介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)較高,其Q值較高,損耗小,同時(shí)溫度漂移小,因此,相比傳統(tǒng)金屬腔諧振器,陶瓷介質(zhì)諧振濾波器具有高抑制、插入損耗小、溫度漂移特性好的特點(diǎn),而且功率容量和無(wú)源互調(diào)性能都得到了很大的改善。
陶瓷介質(zhì)諧振濾波器代表著高端射頻器件的發(fā)展方向,憑借其優(yōu)良的性能,勢(shì)必會(huì)在移動(dòng)通信領(lǐng)域中擁有廣闊的應(yīng)用空間。
2、5G時(shí)代,陶瓷介質(zhì)濾波器有望成為主流
5G時(shí)代,受限于Massive MIMO(大規(guī)模天線技術(shù))對(duì)大規(guī)模天線集成化的要求,濾波器需更加小型化和集成化,在限定腔體尺寸的情況下,由于自身材料的損耗,上述兩種濾波器無(wú)法取得很高的Q值,導(dǎo)致各項(xiàng)性能指標(biāo)都受到了限制。
因此,為了滿足5G基站濾波器對(duì)小型化的要求,更易小型化的陶瓷介質(zhì)濾波器有望成為主流解決方案。
陶瓷介質(zhì)濾波器中的電磁波諧振發(fā)生在介質(zhì)材料內(nèi)部,沒(méi)有金屬腔體,因此體積較上述兩種濾波器都會(huì)更小。與陶瓷介質(zhì)諧振濾波器的優(yōu)點(diǎn)類似,陶瓷介質(zhì)濾波器也具有Q值高、選頻特性好、工作頻率穩(wěn)定性好、插入損耗小等優(yōu)點(diǎn)。
與傳統(tǒng)腔體濾波器相比,介質(zhì)濾波器在產(chǎn)品性能上更加優(yōu)異,尺寸更小,功耗也更低,并且一旦實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)其成本也會(huì)更低。基于上述優(yōu)點(diǎn),陶瓷介質(zhì)濾波器有望在5G時(shí)期中低頻段繼續(xù)成為主流選擇。
3、上下游格局穩(wěn)定,過(guò)渡期業(yè)績(jī)承壓較大
從產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看,陶瓷介質(zhì)濾波器的上游是包括陶瓷粉體和介質(zhì)諧振器在內(nèi)的關(guān)鍵原材料,下游是基站設(shè)備。
陶瓷介質(zhì)濾波器的上游原材料主要是陶瓷粉體和介質(zhì)諧振器。陶瓷粉體對(duì)濾波器性能具有重要影響,高介電常數(shù)(εr)和低介質(zhì)損耗(Q×F值)是核心性能指標(biāo)。介質(zhì)諧振器由陶瓷粉體材料制作而成,其優(yōu)點(diǎn)是體積小、便于實(shí)現(xiàn)電路小型化、溫度穩(wěn)定性高,以及使用上不受頻率限制(包括毫米波頻段)。高介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗和高Q值是核心性能指標(biāo)。
陶瓷粉體不是自然界天然存在的,需要通過(guò)多種材料按照一定的比例鑄壓而人工合成,制作工藝較為復(fù)雜。2000年之前,其核心生產(chǎn)技術(shù)掌握在日本和美國(guó)公司手中。目前,國(guó)內(nèi)廠商已經(jīng)掌握陶瓷粉體的生產(chǎn)工藝,以風(fēng)華高科旗下子公司國(guó)華新材料為代表。介質(zhì)諧振器一般均由濾波器廠商自主生產(chǎn),根據(jù)公司官網(wǎng)信息,目前國(guó)華新材料和燦勤科技等均已掌握相關(guān)制造工藝。
濾波器下游直接客戶是通信主設(shè)備商。目前,全球通信設(shè)備商呈現(xiàn)四足鼎立的格局,華為、愛立信、諾基亞和中興市場(chǎng)份額分別為35%、29%、27%和9%(數(shù)據(jù)來(lái)源于OFweek光通訊網(wǎng)),因此對(duì)于業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)單一的濾波器廠商來(lái)說(shuō),客戶集中度較高。
從歷史數(shù)據(jù)來(lái)看,根據(jù)濾波器行業(yè)相關(guān)上市公司年報(bào),大富科技前五大客戶收入占比在70%左右,武漢凡谷前五大客戶收入占比在95%左右,春興精工由于在濾波器之外,精密結(jié)構(gòu)件占主營(yíng)業(yè)務(wù)較高比重,前五大客戶收入占比在30%-50%之間。
總體來(lái)看,受到行業(yè)特性和產(chǎn)業(yè)鏈所處位置的影響,傳統(tǒng)濾波器廠商的客戶集中度都比較高,在造成公司業(yè)績(jī)變化呈現(xiàn)較高周期性的同時(shí),議價(jià)能力也受到較大影響。統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)濾波器上市公司的營(yíng)業(yè)收入和毛利率,不難發(fā)現(xiàn),從2014年以后,傳統(tǒng)濾波器廠商收入和毛利率持續(xù)下降。
4、5G時(shí)代濾波器市場(chǎng)空間有望倍增
總體而言,5G時(shí)代濾波器市場(chǎng)的催化因素有四方面:
(1)單基站用量:大規(guī)模天線Massive MIMO商用,導(dǎo)致射頻通道數(shù)增加,進(jìn)而帶動(dòng)濾波器需求量提升。4GTDD普遍是8T8R天線,8個(gè)通道;4GFDD普遍是2T2R,4個(gè)通道。目前來(lái)看,我國(guó)5G主流頻段將集中在3-5GHz的中頻段,將采用TDD制式,大概率采用64T64R天線,也就是64個(gè)通道。按照一個(gè)通道一個(gè)濾波器計(jì)算,5G單基站濾波器用量將是4GFDD制式的16倍,TDD制式的8倍。
(2)單通道價(jià)格:濾波器需要滿足小型化的設(shè)計(jì)要求尺寸變得更小,兼顧到設(shè)計(jì)復(fù)雜度的增加,預(yù)計(jì)單通道濾波器價(jià)格較4G下降2/3左右。
(3)技術(shù)方案:受限于Massive MIMO對(duì)大規(guī)模天線集成化的要求,濾波器必須更加小型化和集成化。同時(shí)5G時(shí)代通信頻段更高,處理的連續(xù)帶寬更寬,濾波器設(shè)計(jì)復(fù)雜度大幅提升。尺寸小、Q值高的陶瓷介質(zhì)濾波器,憑借成熟的產(chǎn)業(yè)鏈以及性價(jià)比優(yōu)勢(shì)有望成為發(fā)展主流。
(4)基站總量:5G時(shí)代為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容量提升,同時(shí)滿足增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶等應(yīng)用場(chǎng)景,將使用更高頻通信(3GHz以上)。由于頻段越高,基站覆蓋范圍越小,未來(lái)5G基站總量有可能達(dá)到4G基站數(shù)量的1.5倍。
綜合考慮用量的規(guī)模提升和價(jià)格的適當(dāng)下降,粗略計(jì)算,5G基站單扇區(qū)的濾波器價(jià)值量可以達(dá)到4G的3.6倍,為3200元。進(jìn)一步考慮到5G基站總量或?qū)⑦_(dá)到4G的1.5倍,國(guó)內(nèi)為600萬(wàn)個(gè),全球?yàn)?40萬(wàn)個(gè),則5G濾波器國(guó)內(nèi)和全球市場(chǎng)空間將分別達(dá)到776億元和906億元。---鑫臺(tái)銘供。
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