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5G投资启动,基站滤波器市场放量

杨慧明 2019-11-01 1889 0

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随着5G投资启动,我国运营商的重点投资在于5G基站的建设。由于5G基站的覆盖范围小,因此需要建设更多基站。同时5G阶段Massive MIMO技术的应用,需要的滤波器数量大幅增长,因此基站滤波器市场需求放量。

  摘要:随着5G投资启动,我国运营商的重点投资在于5G基站的建设。由于5G基站的覆盖范围小,因此需要建设更多基站。同时5G阶段Massive MIMO技术的应用,需要的滤波器数量大幅增长,因此基站滤波器市场需求放量。

  滤波器是通信系统关键环节

  滤波器通过对电源线中特定频率的频点以外的频率进行有效滤除来消除基站接发信号过程中的干扰,从而实现信号在特定频带上的传输,是基站射频核心器件。在3G/4G的通信基站中,滤波器作为射频拉远单元(RRU)中的选频器件,当信号经基带处理单元(BBU)处理后,先调制成中频信号,再变频为高频信号,接着经功率放大器(PA)放大后的信号进入滤波器实现无信号滤除,最后通过馈线送往发射天线向空中发射。

滤波器是基站射频前端核心元器件

  图1 滤波器是基站射频前端核心元器件

  (中国通信网,长江证券研究所,五度易链行研中心)

  介质滤波器将成为5G主流解决方案

  基站端需要功率大、稳定性高的滤波器,市场上主要有金属同轴腔体滤波器、陶瓷介质波导滤波器两种,此外还有部分金属与陶瓷相结合的金属腔体+陶瓷介质谐振杆滤波器。在3G/4G时代,滤波器以金属同轴腔体滤波器为主。传统滤波器依靠不同的金属腔体能够等效成电感并联电容,从而形成一个个谐振级,实现微波滤波功能。其特点是结构牢固,性能稳定可靠,Q值适中,散热性好。在3G/4G时代,金属同轴腔体凭借着成熟的工艺成为了市场的主流选择。

  目前4G主要采用2-8通道(FDD制式多为2/4通道,TDD制式多为8通道)方案,但5G时代Massive MIMO技术和有源天线的应用,导致天线数量将大幅增长到64通道甚至128通道,驱使滤波器向小型化和轻量化方向发展。如果继续采用同轴腔体滤波器,那么基站体积和重量将对安装调试与铁塔负荷增加难度。而介质谐振滤波器由于电磁波谐振发生在介质材料内部,没有金属腔体,因为体积和重量较小。因此在5G时代,介质谐振滤波器替代同轴腔体滤波器的趋势明显。目前华为在推进纯介质波导滤波器的应用上最为激进,其他主设备商以半介质或小型化金属滤波器为主。

  介质滤波器为介质陶瓷粉末成型加工,成本将大大降低。其生产流程包括粉体制造、模具压制、隧道炉烧结、机械打磨和调试等环节。由于原材料为陶瓷粉末且加工环节无需众多数控机床,因此在介质滤波器的良率上升后,其总体成本将较金属滤波器大大降低。此外由于其目前在调试环节的自动化程度低,随着滤波器需求大幅增加,产品调试将成为产能瓶颈,未来有能力显著提高调试环节自动化水平的厂商将拥有较大市场优势。

 陶瓷介质滤波器的生产环节

  图2 陶瓷介质滤波器的生产环节

  (北斗星通公告,信达证券研发中心,五度易链行研中心)

 滤波器技术对比

  图3 滤波器技术对比

  (信达证券研发中心,北斗星通公告,五度易链行研中心)

  5G基站结构变化,基站滤波器增长空间显著

  5G投资已于20199年开始,根据杰富瑞测算,我国三大运营商在5G通信方面的投资将达1800亿美元,是4G通信投资(1170亿美元)的1.54倍。5G投入中,无线接入网(RAN)是核心,约占总投资的50%-70%。RAN由众多基站组成,5G通信实现覆盖需要的基站数量远超4G,预计2020-2025年我国5G基站建设数量约为400万,按照我国5G基站总量约为全球基站总量的50%进行测算,未来全球5G基站的建设数量约为800万。

2019-2025 年 5G 国内基站建设数量预计(万站) 

  图4 2019-2025 年 5G 国内基站建设数量预计(万站)

  (信达证券研发中心,五度易链行研中心)

  滤波器是基站射频核心器件,处于通信产业链的上游,而移动基站属于通信网络的基础设施,其投资规模和速度与移动通信每10年更新换代的周期相关,因此滤波器厂家的营收增长曲线与运营商资本开支与具有高度相关性。2019年运营商开始试商用5G网络,2020 年即将开始规模布网,带动滤波器的需求重回增长轨道。

  5G Massive MIMO以64T 64R的64通道方案为主,一个基站3个扇区则需要192个滤波器,相较4G基站,5G基站对于滤波器的需求大幅增长,但也要考虑到单个滤波器价格将逐渐下降的情况。综合来看,整体5G滤波器的市场较4G有较大增长,市场在665亿元左右。具体是按照5G国内建站400万站,全球建站800万站来计算,总需求数量将达15亿只介质滤波器;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;金属滤波器初期价格为120元,由于原料成本较高,降价空间不大,到后期价格降为80元;金属滤波器占比在初期为50%,后期降到20%来进行测算

  表1 5G介质滤波器的全球市场空间预测

5G介质滤波器的全球市场空间预测 

  (信达证券研发中心,五度易链行研中心)

  此外,4G滤波器市场也未完全消失,金属小型化滤波器仍有一定市场空间。在5G预研阶段,金属小型化滤波器也是解决方案之一,主要原因是2.6G及以下频段的介质滤波器的产能和工艺目前尚未完全成熟,且金属小型化滤波器在体积上也能符合要求。目前华为的需求方案偏向介质滤波器,而其他设备商在前期以金属小型化解决方案为主。因此在5G建设初期金属小型化滤波器仍占据较大的市场空间,预计初期占比为50%。而5G目前建设中后期介质滤波器成熟后将成为主流方案,同时金属滤波器仍将在2.6GHz以下的低频段,以及一些电磁兼容性能要求更严格,需要更强的带外抑制的场合使用,预计未来市场占比将为20%。

  结语

  滤波器作为是通信系统关键环节,随着5G基站的建设中起到重要作用。介质滤波器将成为5G主流解决方案,以满足基站建设需要。随着5G基站结构变化,基站滤波器市场情景向好。

 

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