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5G時代,陶瓷介質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,其主要作用是使發送和接收信號中特定的頻率成分通過,而極大地衰減其他頻率成分。目前,我國基站濾波器產業成熟,3/4G 時期金屬腔體濾波器廠家眾多,并已實現全面國產化。
1、3G/4G時代,金屬同軸腔體濾波器是市場主流選擇
傳統應用的濾波器一般由金屬同軸腔體實現,是通過不同頻率的電磁波在同軸腔體濾波器中振蕩,達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的主流選擇。
應對無線環境干擾愈加復雜的情況,陶瓷介質諧振濾波器迅速發展。隨著移動通信網絡的發展,商用的無線頻段變的非常密集,導致了普通金屬腔體濾波器不能實現高抑制的系統兼容問題,而采用陶瓷介質材料來制作腔體濾波器可以解決上述問題。
陶瓷介質諧振濾波器采用了一種更高Q值(品質因數)的人工合成陶瓷介質材料,與傳統的金屬腔體濾波器不同,在陶瓷介質諧振濾波器中,電磁波主要在介質材料制成的諧振器中發生振蕩,而不是金屬空腔中。
由于介質材料的相對介電常數較高,其Q值較高,損耗小,同時溫度漂移小,因此,相比傳統金屬腔諧振器,陶瓷介質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,而且功率容量和無源互調性能都得到了很大的改善。
陶瓷介質諧振濾波器代表著高端射頻器件的發展方向,憑借其優良的性能,勢必會在移動通信領域中擁有廣闊的應用空間。
2、5G時代,陶瓷介質濾波器有望成為主流
5G時代,受限于Massive MIMO(大規模天線技術)對大規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,上述兩種濾波器無法取得很高的Q值,導致各項性能指標都受到了限制。
因此,為了滿足5G基站濾波器對小型化的要求,更易小型化的陶瓷介質濾波器有望成為主流解決方案。
陶瓷介質濾波器中的電磁波諧振發生在介質材料內部,沒有金屬腔體,因此體積較上述兩種濾波器都會更小。與陶瓷介質諧振濾波器的優點類似,陶瓷介質濾波器也具有Q值高、選頻特性好、工作頻率穩定性好、插入損耗小等優點。
與傳統腔體濾波器相比,介質濾波器在產品性能上更加優異,尺寸更小,功耗也更低,并且一旦實現量產其成本也會更低。基于上述優點,陶瓷介質濾波器有望在5G時期中低頻段繼續成為主流選擇。
3、上下游格局穩定,過渡期業績承壓較大
從產業鏈來看,陶瓷介質濾波器的上游是包括陶瓷粉體和介質諧振器在內的關鍵原材料,下游是基站設備。
陶瓷介質濾波器的上游原材料主要是陶瓷粉體和介質諧振器。陶瓷粉體對濾波器性能具有重要影響,高介電常數(εr)和低介質損耗(Q×F值)是核心性能指標。介質諧振器由陶瓷粉體材料制作而成,其優點是體積小、便于實現電路小型化、溫度穩定性高,以及使用上不受頻率限制(包括毫米波頻段)。高介電常數、低介質損耗和高Q值是核心性能指標。
陶瓷粉體不是自然界天然存在的,需要通過多種材料按照一定的比例鑄壓而人工合成,制作工藝較為復雜。2000年之前,其核心生產技術掌握在日本和美國公司手中。目前,國內廠商已經掌握陶瓷粉體的生產工藝,以風華高科旗下子公司國華新材料為代表。介質諧振器一般均由濾波器廠商自主生產,根據公司官網信息,目前國華新材料和燦勤科技等均已掌握相關制造工藝。
濾波器下游直接客戶是通信主設備商。目前,全球通信設備商呈現四足鼎立的格局,華為、愛立信、諾基亞和中興市場份額分別為35%、29%、27%和9%(數據來源于OFweek光通訊網),因此對于業務結構單一的濾波器廠商來說,客戶集中度較高。
從歷史數據來看,根據濾波器行業相關上市公司年報,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,精密結構件占主營業務較高比重,前五大客戶收入占比在30%-50%之間。
總體來看,受到行業特性和產業鏈所處位置的影響,傳統濾波器廠商的客戶集中度都比較高,在造成公司業績變化呈現較高周期性的同時,議價能力也受到較大影響。統計國內濾波器上市公司的營業收入和毛利率,不難發現,從2014年以后,傳統濾波器廠商收入和毛利率持續下降。
4、5G時代濾波器市場空間有望倍增
總體而言,5G時代濾波器市場的催化因素有四方面:
(1)單基站用量:大規模天線Massive MIMO商用,導致射頻通道數增加,進而帶動濾波器需求量提升。4GTDD普遍是8T8R天線,8個通道;4GFDD普遍是2T2R,4個通道。目前來看,我國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個通道。按照一個通道一個濾波器計算,5G單基站濾波器用量將是4GFDD制式的16倍,TDD制式的8倍。
(2)單通道價格:濾波器需要滿足小型化的設計要求尺寸變得更小,兼顧到設計復雜度的增加,預計單通道濾波器價格較4G下降2/3左右。
(3)技術方案:受限于Massive MIMO對大規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5G時代通信頻段更高,處理的連續帶寬更寬,濾波器設計復雜度大幅提升。尺寸小、Q值高的陶瓷介質濾波器,憑借成熟的產業鏈以及性價比優勢有望成為發展主流。
(4)基站總量:5G時代為實現系統容量提升,同時滿足增強型移動寬帶等應用場景,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5G基站總量有可能達到4G基站數量的1.5倍。
綜合考慮用量的規模提升和價格的適當下降,粗略計算,5G基站單扇區的濾波器價值量可以達到4G的3.6倍,為3200元。進一步考慮到5G基站總量或將達到4G的1.5倍,國內為600萬個,全球為840萬個,則5G濾波器國內和全球市場空間將分別達到776億元和906億元。---鑫臺銘供。
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