5G引领射频滤波器市场爆发,技术发展趋势看这一篇就够了

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本文来自君鉴科技
 
移动通信技术,作为网络的基础和数字技术的支柱,其发展一定程度上引导了互联网和经济增长的发展方向。这一点从4G带动“应用经济”(APP Economy)就可见一斑。4G作为“应用经济”的发展基石,不仅改变了人们使用互联网的方式,还创造了新的经济机会和产业,带来了互联网经济。5G 采用无线电频谱,使其能用以比以往技术更高的速度和更高的可靠性传输大量数据。正是这种速度和可靠性的结合,将连接更多的设备,渗入我们生活的方方面面。5G将在医疗保健、汽车、机器人、娱乐以及我们尚未设想的创新领域带来新的、先进的服务。通过允许更多的设备以更高的速度、更安全的方式相互连接,5G将从根本上创造一个新的数字环境。
 
5G正在改变全球射频前端技术的发展状况,世界各大射频组件和模块供应商纷纷为5G提前布局,射频前端模块的市场需求增大,预计2023年市场规模将达到350亿美元。
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2017-2023年5G射频前端模块的市场规模发展趋势(来源:Yole) 
 
作为射频前端模块中的重要组成部分,随着5G时代的到来5G 产业链中上游基站的升级,滤波器的市场格局和技术特点都发生了不小的变化。在4G LTE 时代,基站大多采用 2/4/8 通道天线(FDD 制式多为 2/4 通道,TDD 制式多为 8 通道),而到了 5G时代 引入了 Massive MIMO 技术,天线升级为 64 通道,甚至 128/192/256 通道(理论上讲,天线数量越多,噪声和干扰越小)。每个天线都需要配备相应的双工器,并由相应的滤波器进行信号频率的选择和处理。假设每个基站需要 3 副天线,一副 64TR 天线需要 64 个滤波器,那么一个 5G 基站就至少需要 192 个滤波器,再以国内 400 万站的基数预测计算,滤波器需求总量将达到 7.68 亿个。肉眼可见,滤波器的需求量将大幅增加,据 Yole Development 的预测,预计滤波器的市场规模也将从2017年的80亿美元增加到2023年的225亿美元。
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(来源:Yole) 
 
在移动通信基站中,滤波器作为射频器件重要组成部分,承担了帮助基站选频的重任。一般来讲,不同基站有属于自己的明确的工作频段,因此基站必须有选择各种频率信号来进行收发的能力。而滤波器的主要功能负责对发送和接收信号进行滤波,可以剔除不需要频段的信号,从而保证发送和接受信号的准确度。
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在无线通信从4G时代飞速向5G时代过度的大背景下,滤波器市场需求不断增加,品质要求不断提升,蕴含着巨大的发展潜能。在巨大的机遇与变革的挑战面前,基站滤波器厂商市场格局也处于不断的变革与发展过程中,国内厂商积极布局,并在一系列技术领域取得突破,未来力图实现国产替代。
 
基站滤波器作为射频器件的一部分,应用于移动通信基站建设与使用,位处行业中游。产业链上游连接的是铝、银、铜等材料行业和与机械、电子相关的零部件行业,上游这些行业的特点是受原材料价格影响较大,市场格局分散,对产品的议价能力较低。处于基站滤波器下游行业则涉及通信运营和设备供应,在我国,通信运营商和设备供应商主要由国营和大型龙头等企业主导,形成寡头垄断的市场格局,厂商议价能力较高,对基站滤波器行业起决定作用。
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国外基站侧滤波器主要生产商为康普安德鲁(美国),国内具备一定研发实力、产能规模较大的企业主要包括东山精密、春兴精工、大富科技、武汉凡谷等。
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随着5G时代的到来,在新基站建设潮的推动下,滤波器也将迎来新一波需求高峰,在这样的背景下,国内优质滤波器厂商将有望利用自身优势实现快速扩张与发展,享受5G时代的红利。
 
通过运营商爆发式投资为滤波器行业短时间带来大量机遇并不现实。另一方面,在基站由金属腔体滤波器向陶瓷介质滤波器的转型过程中,仍有技术创新,工艺精细等诸多问题有待解决,加之近些年公司盈利能力下降,发展放缓,企业难以在短期内实现大规模高质量滤波器产出。总之,5G时代中虽然出现滤波器行业爆发式增长的可能性比较小,但在技术发展中巨大的滤波器需求量以及三大运营商在5G领域的持续投入仍会给滤波器行业带来巨大并可持续的市场空间。
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现在MIMO64×8成为了标准配置,即基站端采用64根天线,移动终端采用8根天线的配置模式。目前市场多数手机仅仅支持MIMO2×2技术,若采用MIMO64×8技术,基站天线的配置数量需要增长31倍,手机天线数量需要增长3倍。
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此外尤其在毫米波频段面临穿透力差、衰减大等问题,传统宏基站信号又存在弱覆盖或者盲点区域,无信号或质量差,同时,由于5G时代的终端设备数量或将呈爆炸增长,单位面积内的入网设备可能会增至千倍,宏基站将不能满足正常需求。因此5G通信是以宏基站为主,大量小基站为辅。运营商可以在每个城市中部署数千个小基站以形成密集网络,每个基站可以从其他基站接受信号并向任何位置的用户发送数据,从而弥补宏基站存在覆盖盲点的劣势。
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与金属腔体滤波器相比,陶瓷介质滤波器以陶瓷为材料制作而成,没有金属腔体, 电磁波谐振发生在介质材料内部,具有高介电常数、高 Q 值、插入损耗小、体积小、重量轻、成本低、抗温漂性能好等特点,可承受功率高, 具有良好的选频作用,便于大规模集成。但陶瓷介质滤波器生产精度要求高,目前成本还没降下来,由于陶瓷粉体原料的价格低,一旦实现量产,成本可大幅降低(介质滤波器单只价格在初期为 80 元,到建设后期由于越来越多的厂商加入竞争,且良品率提高,价格将降到 20 元)。
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随着5G时代所使用的电磁波频率提升,更加高效的毫米波将逐步开始使用。为了实现毫米波的信号覆盖与高密度连接,基站天线尺寸也将降至毫米级,逐步实现微型基站。而在此发展背景下,基站所使用的滤波器也将逐步缩小尺寸至毫米级,保持其与电磁波波长在同一级别。因此未来陶瓷介质滤波器将占据 5G 滤波器的主要市场。
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