5G 濾波器市場即將爆發？

5G 牌照發放已有一年多的時間，根據工信部最新統計顯示，我國 5G 基站正以每周 1 萬多個的數量在新增。截至 5 月底，移動已建成 14 萬個 5G 基站，電信與聯通累計共建共享了 10 多萬個 5G 基站。根據運營商 5G 基站建設計劃，至 2020 年底，移動完成總量將達到 30 萬站，電信與聯通完成總量將達到 25 萬站。另根據信達證券的預估，2020-2025 年中國 5G 基站建設規模在 400 萬站左右，全球建設量在 800 萬站左右。

5G 產業鏈中上游基站的升級，帶動了射頻器件市場的擴張與變革。以濾波器為例，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 5G 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，到 2023 年全球濾波器的市場規模將會達到 225 億美元，年復合增長為 18.81%，是名副其實的射頻前端元件成長之最。

陶瓷濾波器如何脫穎而出？

先來看看 4G 時代的濾波器，金屬同軸腔體濾波器是絕對的主流， 其工作原理是通過不同頻率的電磁波在腔體中振蕩， 保留達到濾波器諧振頻率的電磁波， 而其他頻率的電磁波在振蕩中耗散掉， 從實現濾波的功能。這種濾波器技術成熟、生產成本低，本應是 5G 良選，但在 5G 通信中，遠端射頻單元（RRU）和天線將集成為主動天線單元（AAU）一起上塔，基站的高度集成化和小型化發展對于濾波器的尺寸、重量、功率和發熱性能有更高的要求（4G RRU 重量在 13-20kg 之間，5GAAU 重量在 38-47kg 之間）。而金屬同軸腔體濾波器體積大、重量大、發熱大等特點，價格相對又較貴（金屬濾波器初期價格為 120 元，由于原料成本較高，降價空間不大，到后期價格降為 80 元），將對安裝調試以及鐵塔負荷帶來不利的同時增加成本支出。為了解決上述問題，行業中開始關注小型金屬腔體濾波器、塑料濾波器和陶瓷介質濾波器這 3 種方案。

小型金屬腔體濾波器

顧名思義，小型金屬腔體濾波器是一種通過工藝優化實現在性能保持基本穩定的前提下縮減濾波器的體積和重量的快速商用方案，但該方案受限于工藝瓶頸，目前主要應用于 2.6GHz 以下的低頻段中，未來不會大規模覆蓋（金屬濾波器占比在初期為 50%，后期降到 20%），只會作為補償使用。

塑料濾波器

其次是塑料濾波器，出于對重量、剛性、價格的考慮，廠商開始考慮采用工程塑料制作濾波器腔體，但由于腔體形變要求較高，還處于研發試用階段，并無實際案例。

陶瓷介質濾波器

最后講一下陶瓷介質濾波器，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），因此未來陶瓷濾波器將占據 5G 濾波器的主要市場。

介質陶瓷介電性能參數

5G 陶瓷濾波器行業分析

壁壘知多少？

技術壁壘：

目前陶瓷濾波器的生產技術難點在于一致性，陶瓷粉體材料的配方、生產的自動化以及調試的良率和效率都是濾波器生產的難點所在。而作為濾波器廠商除了要攻堅跨越多科學領域的設計、生產制造關鍵技術外，還需要考慮降本的問題，這需要長時間的累積才能做到。

認證壁壘：

認證壁壘包括兩個方面，一是陶瓷濾波器設計生產過程中所涉及的質量控制相關測試認證，主要包括一般要求（尺寸 / 外觀 / 強度）、電學性能（絕緣電阻 / 耐電壓 / 介電損耗因子 / 抗靜電 / 溫升）、衰耗性能（通帶寬度 / 相對衰耗 / 插入衰耗 / 寄生衰耗 / 阻帶衰耗）、加工性能（耐焊接熱 / 可焊性）、可靠性能（溫度快速變化 / 振動 / 沖擊 / 穩態濕熱 / 耐久性等）和全球限用物質準入要求（RoHS/REACH/POPs/WEEE/CA56）。二是下游通信設備廠商對陶瓷濾波器供應商的批量供貨認證，由于該認證審核時間較長，一旦確定合作關系，除非供應商技術跟不上時代，否則不會輕易考慮更換，這也對濾波器供應商的自主研發和快速響應能力的考驗。

資金壁壘：

資金壁壘也包括兩個方面，一是濾波器的生產設備包括模具加工設備、壓鑄機、數控加工中心、網絡分析儀等高價值設備，批量生產前期投入資金較多。二是應對客戶的付款信用期也需要充裕資金。

四大主設備商的 5G 基站濾波器供應商

行業玩家幾何？

2000 年之前，微波陶瓷的核心生產技術主要掌握在日本和美國手中。3G 時代（2010 年前后）是國產替代初期階段，中外廠商開始共存，主要廠商包括國際巨頭 Powerwave、CommScope（Andrew）和 Kathrein，以及國內廠商大富科技、武漢凡谷、摩比發展等。4G 時代（2010-2014 年間）國外廠商基本退出中國市場競爭，本土廠商開始挑大梁。5G 時代是面對技術升級的新一輪優勝劣汰，相比 4G 時代在原材料、產品形態、生產工藝等方面都有了質的革新，目前濾波器相關知名企業及其合作商見下表：

濾波器相關知名企業及其合作商基本情況

寫在最后

一位有著 37 年微波陶瓷研究經驗的中國電科十三所老工程師周水杉表示，“微波陶瓷是從日本開始的，基礎研究（物理角度）已經基本結束了，目前微波介質陶瓷技術已成熟。”

“然而，中國陶瓷濾波器產業缺少完整的體系和生態鏈，行業工資待遇低，基本毛利只有 10%~30%。以濾波器材料行業為例，如果國外是 9 分，我國就是 2~3 分，因此加快橫向縱向展開合作才是當務之急。”北京中科納通董事長殷文鋼如是說。

筆者總結下來就是：陶瓷濾波器產業即將隨著 5G 產業的發展而蓄勢爆發，其基礎研究已成熟，但大面積量產和生態建設還需時日。
責任編輯:pj