5G引領(lǐng)射頻濾波器市場爆發(fā)
移動通信技術(shù),作為網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)和數(shù)字技術(shù)的支柱,其發(fā)展一定程度上引導了互聯(lián)網(wǎng)和經(jīng)濟增長的發(fā)展方向。這一點從4G帶動“應(yīng)用經(jīng)濟”(APP Economy)就可見一斑。4G作為“應(yīng)用經(jīng)濟”的發(fā)展基石,不僅改變了人們使用互聯(lián)網(wǎng)的方式,還創(chuàng)造了新的經(jīng)濟機會和產(chǎn)業(yè),帶來了互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟。5G 采用無線電頻譜,使其能用以比以往技術(shù)更高的速度和更高的可靠性傳輸大量數(shù)據(jù)。正是這種速度和可靠性的結(jié)合,將連接更多的設(shè)備,滲入我們生活的方方面面。5G將在醫(yī)療保健、汽車、機器人、娛樂以及我們尚未設(shè)想的創(chuàng)新領(lǐng)域帶來新的、先進的服務(wù)。通過允許更多的設(shè)備以更高的速度、更安全的方式相互連接,5G將從根本上創(chuàng)造一個新的數(shù)字環(huán)境。
5G正在改變?nèi)蛏漕l前端技術(shù)的發(fā)展狀況,世界各大射頻組件和模塊供應(yīng)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(guī)模將達到350億美元。
2017-2023年5G射頻前端模塊的市場規(guī)模發(fā)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(chǎn)業(yè)鏈中上游基站的升級,濾波器的市場格局和技術(shù)特點都發(fā)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(shù),天線升級為 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)。每個天線都需要配備相應(yīng)的雙工器,并由相應(yīng)的濾波器進行信號頻率的選擇和處理。假設(shè)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(nèi) 400 萬站的基數(shù)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(jù) Yole Development 的預測,預計濾波器的市場規(guī)模也將從2017年的80億美元增加到2023年的225億美元。
(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(fā)的能力。而濾波器的主要功能負責對發(fā)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(fā)送和接受信號的準確度。
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(zhì)要求不斷提升,蘊含著巨大的發(fā)展?jié)撃堋T诰薮蟮臋C遇與變革的挑戰(zhàn)面前,基站濾波器廠商市場格局也處于不斷的變革與發(fā)展過程中,國內(nèi)廠商積極布局,并在一系列技術(shù)領(lǐng)域取得突破,未來力圖實現(xiàn)國產(chǎn)替代。
基站濾波器作為射頻器件的一部分,應(yīng)用于移動通信基站建設(shè)與使用,位處行業(yè)中游。產(chǎn)業(yè)鏈上游連接的是鋁、銀、銅等材料行業(yè)和與機械、電子相關(guān)的零部件行業(yè),上游這些行業(yè)的特點是受原材料價格影響較大,市場格局分散,對產(chǎn)品的議價能力較低。處于基站濾波器下游行業(yè)則涉及通信運營和設(shè)備供應(yīng),在我國,通信運營商和設(shè)備供應(yīng)商主要由國營和大型龍頭等企業(yè)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(yè)起決定作用。
國外基站側(cè)濾波器主要生產(chǎn)商為康普安德魯(美國),國內(nèi)具備一定研發(fā)實力、產(chǎn)能規(guī)模較大的企業(yè)主要包括東山精密、春興精工、大富科技、武漢凡谷等。
隨著5G時代的到來,在新基站建設(shè)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(nèi)優(yōu)質(zhì)濾波器廠商將有望利用自身優(yōu)勢實現(xiàn)快速擴張與發(fā)展,享受5G時代的紅利。
通過運營商爆發(fā)式投資為濾波器行業(yè)短時間帶來大量機遇并不現(xiàn)實。另一方面,在基站由金屬腔體濾波器向陶瓷介質(zhì)濾波器的轉(zhuǎn)型過程中,仍有技術(shù)創(chuàng)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(fā)展放緩,企業(yè)難以在短期內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模高質(zhì)量濾波器產(chǎn)出??傊?G時代中雖然出現(xiàn)濾波器行業(yè)爆發(fā)式增長的可能性比較小,但在技術(shù)發(fā)展中巨大的濾波器需求量以及三大運營商在5G領(lǐng)域的持續(xù)投入仍會給濾波器行業(yè)帶來巨大并可持續(xù)的市場空間。
現(xiàn)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(shù)手機僅僅支持MIMO2×2技術(shù),若采用MIMO64×8技術(shù),基站天線的配置數(shù)量需要增長31倍,手機天線數(shù)量需要增長3倍。
此外尤其在毫米波頻段面臨穿透力差、衰減大等問題,傳統(tǒng)宏基站信號又存在弱覆蓋或者盲點區(qū)域,無信號或質(zhì)量差,同時,由于5G時代的終端設(shè)備數(shù)量或?qū)⒊时ㄔ鲩L,單位面積內(nèi)的入網(wǎng)設(shè)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(shù)千個小基站以形成密集網(wǎng)絡(luò),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(fā)送數(shù)據(jù),從而彌補宏基站存在覆蓋盲點的劣勢。
與金屬腔體濾波器相比,陶瓷介質(zhì)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(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,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,目前成本還沒降下來,由于陶瓷粉體原料的價格低,一旦實現(xiàn)量產(chǎn),成本可大幅降低(介質(zhì)濾波器單只價格在初期為 80 元,到建設(shè)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)。
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(xiàn)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(xiàn)微型基站。而在此發(fā)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(zhì)濾波器將占據(jù) 5G 濾波器的主要市場。