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5G引領射頻濾波器市場爆發

作者:本站收錄
來源:君鑒科技
日期:2020-08-17 14:51:48
摘要:移動通信技術,作為網絡的基礎和數字技術的支柱,其發展一定程度上引導了互聯網和經濟增長的發展方向。
關鍵詞:射頻濾波器

移動通信技術,作為網絡的基礎和數字技術的支柱,其發展一定程度上引導了互聯網和經濟增長的發展方向。這一點從4G帶動“應用經濟”(APP Economy)就可見一斑。4G作為“應用經濟”的發展基石,不僅改變了人們使用互聯網的方式,還創造了新的經濟機會和產業,帶來了互聯網經濟。5G 采用無線電頻譜,使其能用以比以往技術更高的速度和更高的可靠性傳輸大量數據。正是這種速度和可靠性的結合,將連接更多的設備,滲入我們生活的方方面面。5G將在醫療保健、汽車、機器人、娛樂以及我們尚未設想的創新領域帶來新的、先進的服務。通過允許更多的設備以更高的速度、更安全的方式相互連接,5G將從根本上創造一個新的數字環境。

5G正在改變全球射頻前端技術的發展狀況,世界各大射頻組件和模塊供應商紛紛為5G提前布局,射頻前端模塊的市場需求增大,預計2023年市場規模將達到350億美元。


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2017-2023年5G射頻前端模塊的市場規模發展趨勢(來源:Yole)

作為射頻前端模塊中的重要組成部分,隨著5G時代的到來5G 產業鏈中上游基站的升級,濾波器的市場格局和技術特點都發生了不小的變化。在4G LTE 時代,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),而到了 5G時代 引入了 Massive MIMO 技術,天線升級為 64 通道,甚至 128/192/256 通道(理論上講,天線數量越多,噪聲和干擾越小)。每個天線都需要配備相應的雙工器,并由相應的濾波器進行信號頻率的選擇和處理。假設每個基站需要 3 副天線,一副 64TR 天線需要 64 個濾波器,那么一個 5G 基站就至少需要 192 個濾波器,再以國內 400 萬站的基數預測計算,濾波器需求總量將達到 7.68 億個。肉眼可見,濾波器的需求量將大幅增加,據 Yole Development 的預測,預計濾波器的市場規模也將從2017年的80億美元增加到2023年的225億美元。


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(來源:Yole)

在移動通信基站中,濾波器作為射頻器件重要組成部分,承擔了幫助基站選頻的重任。一般來講,不同基站有屬于自己的明確的工作頻段,因此基站必須有選擇各種頻率信號來進行收發的能力。而濾波器的主要功能負責對發送和接收信號進行濾波,可以剔除不需要頻段的信號,從而保證發送和接受信號的準確度。


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在無線通信從4G時代飛速向5G時代過度的大背景下,濾波器市場需求不斷增加,品質要求不斷提升,蘊含著巨大的發展潛能。在巨大的機遇與變革的挑戰面前,基站濾波器廠商市場格局也處于不斷的變革與發展過程中,國內廠商積極布局,并在一系列技術領域取得突破,未來力圖實現國產替代。

基站濾波器作為射頻器件的一部分,應用于移動通信基站建設與使用,位處行業中游。產業鏈上游連接的是鋁、銀、銅等材料行業和與機械、電子相關的零部件行業,上游這些行業的特點是受原材料價格影響較大,市場格局分散,對產品的議價能力較低。處于基站濾波器下游行業則涉及通信運營和設備供應,在我國,通信運營商和設備供應商主要由國營和大型龍頭等企業主導,形成寡頭壟斷的市場格局,廠商議價能力較高,對基站濾波器行業起決定作用。


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國外基站側濾波器主要生產商為康普安德魯(美國),國內具備一定研發實力、產能規模較大的企業主要包括東山精密、春興精工、大富科技、武漢凡谷等。


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隨著5G時代的到來,在新基站建設潮的推動下,濾波器也將迎來新一波需求高峰,在這樣的背景下,國內優質濾波器廠商將有望利用自身優勢實現快速擴張與發展,享受5G時代的紅利。

通過運營商爆發式投資為濾波器行業短時間帶來大量機遇并不現實。另一方面,在基站由金屬腔體濾波器向陶瓷介質濾波器的轉型過程中,仍有技術創新,工藝精細等諸多問題有待解決,加之近些年公司盈利能力下降,發展放緩,企業難以在短期內實現大規模高質量濾波器產出。總之,5G時代中雖然出現濾波器行業爆發式增長的可能性比較小,但在技術發展中巨大的濾波器需求量以及三大運營商在5G領域的持續投入仍會給濾波器行業帶來巨大并可持續的市場空間。


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現在MIMO64×8成為了標準配置,即基站端采用64根天線,移動終端采用8根天線的配置模式。目前市場多數手機僅僅支持MIMO2×2技術,若采用MIMO64×8技術,基站天線的配置數量需要增長31倍,手機天線數量需要增長3倍。


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此外尤其在毫米波頻段面臨穿透力差、衰減大等問題,傳統宏基站信號又存在弱覆蓋或者盲點區域,無信號或質量差,同時,由于5G時代的終端設備數量或將呈爆炸增長,單位面積內的入網設備可能會增至千倍,宏基站將不能滿足正常需求。因此5G通信是以宏基站為主,大量小基站為輔。運營商可以在每個城市中部署數千個小基站以形成密集網絡,每個基站可以從其他基站接受信號并向任何位置的用戶發送數據,從而彌補宏基站存在覆蓋盲點的劣勢。


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與金屬腔體濾波器相比,陶瓷介質濾波器以陶瓷為材料制作而成,沒有金屬腔體, 電磁波諧振發生在介質材料內部,具有高介電常數、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,可承受功率高, 具有良好的選頻作用,便于大規模集成。但陶瓷介質濾波器生產精度要求高,目前成本還沒降下來,由于陶瓷粉體原料的價格低,一旦實現量產,成本可大幅降低(介質濾波器單只價格在初期為 80 元,到建設后期由于越來越多的廠商加入競爭,且良品率提高,價格將降到 20 元)。


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隨著5G時代所使用的電磁波頻率提升,更加高效的毫米波將逐步開始使用。為了實現毫米波的信號覆蓋與高密度連接,基站天線尺寸也將降至毫米級,逐步實現微型基站。而在此發展背景下,基站所使用的濾波器也將逐步縮小尺寸至毫米級,保持其與電磁波波長在同一級別。因此未來陶瓷介質濾波器將占據 5G 濾波器的主要市場。