5G基站陶瓷濾波器發(fā)展趨勢(shì)及產(chǎn)業(yè)鏈格局 

進(jìn)入5G時(shí)代，基站天線通道數(shù)量大幅成長(zhǎng)，從現(xiàn)有4G的4、8通道逐步升級(jí)為16、32、64，及 128 通道。由于每一通道都需要一套完整的射頻元件對(duì)上、下行信號(hào)進(jìn)行接收與發(fā)送，并由相應(yīng)的濾波器進(jìn)行信號(hào)頻率的選擇與處理，因此濾波器的需求量將大幅增加。根據(jù)Yole預(yù)估，全球射頻元件的市場(chǎng)將從2017年的 150億美金提升至2023年的350億美金，其中，濾波器的部份則從80億美金提升至 225億美金。濾波器是未來(lái)幾年是射頻前端元件中成長(zhǎng)最快的零組件。

                                        2017-2023年5G射頻前端模塊的市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展趨勢(shì)（來(lái)源：Yole）

預(yù)計(jì)2020年-2021年會(huì)大力安裝5G基站，濾波器是基站不可或缺的核心部件，濾波器供應(yīng)商在這一兩年中會(huì)因?yàn)?G帶來(lái)很多訂單利潤(rùn)，迎來(lái)爆發(fā)。由于5G設(shè)備的重量和體積相對(duì)于4G要求將更為嚴(yán)格，濾波器必須小型化、集成化，體積更小、更輕的陶瓷介質(zhì)濾波器將取代傳統(tǒng)的金屬腔體濾波器成為主流。5G時(shí)期宏基站介質(zhì)濾波器市場(chǎng)有望達(dá)到4G時(shí)期的2.5倍，小基站的建設(shè)也將加大陶瓷介質(zhì)濾波器的市場(chǎng)，市場(chǎng)潛力巨大，濾波器主要廠家都在往陶瓷濾波器發(fā)展，并且加速布局陶瓷濾波器生產(chǎn)線。

什么是陶瓷介質(zhì)濾波器

射頻器件是基站的核心設(shè)備之一，射頻器件主要包括濾波器、雙工器、塔頂放大器、合路器等幾大類。

而濾波器在通信系統(tǒng)中對(duì)通信鏈路中的信號(hào)頻率進(jìn)行選擇和控制，選擇特定頻率信號(hào)通過(guò)，抑制不需要的頻率信號(hào)，解決不同頻段，不同形式的通信系統(tǒng)之間的信號(hào)干擾問(wèn)題，并且有效保持接收和發(fā)射頻帶的隔離。濾波器是提高通信質(zhì)量有力保障。

濾波器是一種兩端口網(wǎng)絡(luò)，信號(hào)從輸入端口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)濾波器網(wǎng)絡(luò)作用，濾除雜波，然后信號(hào)從輸出端口輸出，它的選擇特性是由系統(tǒng)要求決定。濾波器的性能優(yōu)劣往往直接影響整個(gè)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)。

陶瓷介質(zhì)濾波器的優(yōu)勢(shì)

濾波器作為射頻核心器件，其主要作用是使發(fā)送和接收信號(hào)中特定的頻率成分通過(guò)，而極大地衰減其他頻率成分。

在3G/4G時(shí)代，金屬同軸腔體濾波器是市場(chǎng)主流選擇。

傳統(tǒng)應(yīng)用的濾波器一般由金屬同軸腔體實(shí)現(xiàn)，是通過(guò)不同頻率的電磁波在同軸腔體濾波器中振蕩，達(dá)到濾波器諧振頻率的電磁波得以保留，其余頻率的電磁波則在振蕩中耗散掉的作用。在3G/4G時(shí)代，金屬同軸腔體憑借著較低的成本，較成熟的工藝成為了市場(chǎng)的主流選擇。在5G時(shí)代，陶瓷介質(zhì)濾波器將成為市場(chǎng)的主流選擇。

陶瓷介質(zhì)濾波器采用了一種更高Q值（品質(zhì)因數(shù)）的人工合成陶瓷介質(zhì)材料，與傳統(tǒng)的金屬腔體濾波器不同，在陶瓷介質(zhì)諧振濾波器中，電磁波主要在介質(zhì)材料制成的諧振器中發(fā)生振蕩，而不是金屬空腔中。

由于介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)較高，其Q值較高，損耗小，同時(shí)溫度漂移小，因此，相比傳統(tǒng)金屬腔諧振器，陶瓷介質(zhì)諧振濾波器具有高抑制、插入損耗小、溫度漂移特性好的特點(diǎn)，而且功率容量和無(wú)源互調(diào)性能都得到了很大的改善。

陶瓷介質(zhì)諧振濾波器代表著高端射頻器件的發(fā)展方向，憑借其優(yōu)良的性能，勢(shì)必會(huì)在移動(dòng)通信領(lǐng)域中擁有廣闊的應(yīng)用空間。

5G通信對(duì)濾波器的發(fā)展需求

5G大規(guī)模天線（Massive MIMO ）技術(shù)使得天線的數(shù)量倍數(shù)增長(zhǎng)，通道數(shù)可能達(dá)到64甚至128個(gè)，而每個(gè)天線都需要配備相應(yīng)的雙工器，并由相應(yīng)的濾波器進(jìn)行信號(hào)頻率的選擇和處理，因此對(duì)于濾波器的需求量將大量增加；同時(shí)，5G通信把遠(yuǎn)端射頻單元（RRU）和天線集成為主動(dòng)天線單元（AAU），基站的高度集成化和小型化發(fā)展對(duì)于濾波器的尺寸和發(fā)熱性能有更高的要求。

5G Massive MIMO基站系統(tǒng)

5G通信對(duì)濾波器的小型化、輕量化、低成本、高性能的需求明顯，但目前4G通信采用的腔體濾波器體積大，重量大，發(fā)熱多，且價(jià)格較貴，難以在高集成化天線中廣泛使用，因此各個(gè)濾波器生產(chǎn)企業(yè)都在積極研究能夠滿足5G應(yīng)用的濾波器方案。

5G基站濾波器的發(fā)展趨勢(shì)

目前，5G基站濾波器可有小型金屬腔體濾波器、塑料濾波器和陶瓷介質(zhì)濾波器3個(gè)方案。

1.小型金屬腔體濾波器

小型金屬腔體濾波器是通過(guò)提升金屬加工工藝使得濾波器在性能保持基本穩(wěn)定的前提下縮減濾波器的體積和重量，滿足5G基站系統(tǒng)的要求。相比于其他濾波器，小型金屬腔體濾波器性能穩(wěn)定，工藝成熟，能快速商用。在5G低頻段，小型金屬腔體濾波器仍具競(jìng)爭(zhēng)力，但隨著頻率的升高，對(duì)濾波器要求也越高，工藝更難實(shí)現(xiàn)，因此未來(lái)小型金屬腔體濾波器市場(chǎng)較小，主要用于補(bǔ)償。

金屬腔體濾波器

2.塑料濾波器

目前來(lái)說(shuō)，塑料濾波器還沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用案例，但是出于減重降本的目的，濾波器廠商開(kāi)始考慮采用工程塑料如PPS經(jīng)過(guò)電鍍制作濾波器腔體，相比于金屬腔體濾波器，塑料腔體具有較輕的重量，較強(qiáng)的剛性性能，不易受到外界溫度的影響，且成本低。但由于腔體輕微形變就會(huì)影響波形，因此塑料濾波器還需要發(fā)展突破，目前只是一個(gè)備選方案。

3.陶瓷介質(zhì)濾波器

陶瓷介質(zhì)濾波器具備高介電常數(shù)、高Q值、低損耗、體積小、重量輕、成本低、抗溫漂性能好等特點(diǎn)。相比于小型金屬腔體濾波器，陶瓷介質(zhì)濾波器的性能較低，這是由材質(zhì)的性質(zhì)決定。目前很多濾波器廠商已紛紛布局5G基站用陶瓷介質(zhì)濾波器，但由于陶瓷工藝技術(shù)尚未完全成熟，能夠量產(chǎn)的企業(yè)并不是很多。

陶瓷介質(zhì)濾波器

陶瓷濾波器或?qū)⒊蔀橹髁?/span>

塑料濾波器未來(lái)可能在低端產(chǎn)品上用，小型金屬腔體濾波器將在5G低頻段靠近4G頻段上補(bǔ)償使用，所占市場(chǎng)較小，而相比于小型金屬腔體濾波器，陶瓷濾波器具有更高的Q值，插損更低，高介電常數(shù)使得濾波器的尺寸更小、重量更低，同時(shí)陶瓷粉體原料的價(jià)格低，成本較金屬濾波器低。因此未來(lái)陶瓷濾波器將占據(jù)5G濾波器的主要市場(chǎng)。

陶瓷濾波器生產(chǎn)流程

陶瓷濾波器是由微波介質(zhì)陶瓷粉末壓制成型后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，經(jīng)過(guò)CNC打磨處理、金屬化和調(diào)試等工藝制造而成，所用到的設(shè)備有噴霧造粒機(jī)、干壓機(jī)、數(shù)控精雕機(jī)、燒結(jié)爐、電鍍?cè)O(shè)備、檢測(cè)設(shè)備等；目前陶瓷濾波器的生產(chǎn)企業(yè)有：燦勤、東山精密、武漢凡谷、大富科技、世嘉科技、風(fēng)華高科、佳利電子、春興精工、順絡(luò)電子、金瑞欣等。

陶瓷濾波器產(chǎn)業(yè)鏈的挑戰(zhàn)

一個(gè)典型的純陶瓷介質(zhì)濾波器的生產(chǎn)工藝包含陶瓷粉體造粒、壓制成型、保溫?zé)?/span> 結(jié)、印制銀層、開(kāi)設(shè)耦合窗口陶瓷諧振器、表面貼裝、涂覆銀層、再燒結(jié)、調(diào)制、 測(cè)試與包裝等步驟。

與腔體濾波器相比，5G主流采用的介質(zhì)濾波器技術(shù)難度更高，其難點(diǎn)主要在于陶 瓷粉體材料的配方、制備與大規(guī)模自動(dòng)化調(diào)試技術(shù)。

陶瓷粉體決定了介質(zhì)濾波器的性能，粉體的配方與制備的難度較高。介質(zhì)濾波器原 材料是陶瓷粉體，需要由多種化學(xué)原料按照科學(xué)的比例進(jìn)行合成，陶瓷粉體決定了 介質(zhì)濾波器的最終性能，只有擁有好的材料配方才能獲得在一定使用條件下的高Q 值介質(zhì)陶瓷。除了配方以外，粉體材料加工過(guò)程也具有復(fù)雜性，例如以碳酸鋇為原 料的水熱法包括溶解、鈦酰化、干燥、水熱、再次干燥等過(guò)程，酸堿控制不合理、 生成雜質(zhì)等都將損害粉體質(zhì)量。

大規(guī)模調(diào)試技術(shù)是濾波器生產(chǎn)的重點(diǎn)，或?qū)⒊蔀橹萍s介質(zhì)濾波器供應(yīng)商產(chǎn)能的關(guān)鍵。不論何種濾波器，調(diào)試向來(lái)是濾波器生產(chǎn)工藝中的重點(diǎn)。與腔體濾波器相比，陶瓷介質(zhì)濾波器的調(diào)試更為困難：

一方面，陶瓷介質(zhì)濾波器的調(diào)試是對(duì)陶瓷諧振體進(jìn)行調(diào)試，與腔體濾波器調(diào)試 需調(diào)諧螺釘不同，陶瓷介質(zhì)濾波器的調(diào)試中某些環(huán)節(jié)存在不可逆操作。若完全 采用手工調(diào)試，則很難保證一次調(diào)試成功，從而影響生產(chǎn)節(jié)奏。

另一方面，為了保證陶瓷介質(zhì)濾波器的大規(guī)模產(chǎn)能，需要進(jìn)行大規(guī)模調(diào)試，則 需要自動(dòng)化調(diào)試設(shè)備，當(dāng)前只有少部分廠家擁有陶瓷介質(zhì)濾波器的自動(dòng)化調(diào)試 設(shè)備與技術(shù)。

最后，自動(dòng)化調(diào)試設(shè)備的核心算法目前并不完善，仍需進(jìn)一步研究。

由于陶瓷粉體配方與制備難度大，將導(dǎo)致行業(yè)壁壘升高；由于介質(zhì)濾波器大規(guī) 模調(diào)試的要求更高，將一定程度上限制行業(yè)產(chǎn)能的過(guò)度釋放。進(jìn)而導(dǎo)致行業(yè)競(jìng) 爭(zhēng)環(huán)境與4G時(shí)期相比得到明顯改善，景氣周期拉長(zhǎng)。

同時(shí)，雖然原材料價(jià)格下降，使得介質(zhì)濾波器的單價(jià)與腔體濾波器相比明顯下 降。但在生產(chǎn)工藝難度加大，生產(chǎn)技術(shù)含量更高，競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境明顯改善等預(yù)期 下，介質(zhì)濾波器廠商的盈利能力有望提高。

陶瓷濾波器產(chǎn)業(yè)鏈格局及趨勢(shì)

全球優(yōu)秀的介質(zhì)濾波器供應(yīng)商主要有日本的村田、京瓷，以及美國(guó)的CTS、康普。在介質(zhì)濾波器領(lǐng)域，由于美國(guó)公司產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)較高，此前國(guó)內(nèi)主設(shè)備商在濾波器 領(lǐng)域的海外供應(yīng)商主要為日本的村田、京瓷。

5G時(shí)期，中國(guó)企業(yè)的全球競(jìng)爭(zhēng)力將快速提升，提升國(guó)產(chǎn)品牌國(guó)內(nèi)占有率的同時(shí)， 有望走出國(guó)門。4G時(shí)期，國(guó)內(nèi)企業(yè)與海外公司相比尚存在差距，部分市場(chǎng)空間被 日企村田、京瓷占據(jù)。但從近年的情況來(lái)看，從技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)與海外公司的 差距快速縮小，已經(jīng)形成趕超之勢(shì)；從價(jià)格方面，國(guó)產(chǎn)企業(yè)由于在成本端具有優(yōu) 勢(shì)，價(jià)格與海外企業(yè)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。預(yù)計(jì)5G時(shí)期國(guó)產(chǎn)品牌的市場(chǎng)占有率將 得到大幅提升。此外，隨著中國(guó)在5G技術(shù)方面貢獻(xiàn)度的大幅提升，中國(guó)主設(shè)備企 業(yè)有望走出國(guó)門，相應(yīng)的上游配套行業(yè)（如濾波器等）也有望享受主設(shè)備商海外市 場(chǎng)占有率提升的紅利。

陶瓷粉體受重視，多數(shù)企業(yè)布局全產(chǎn)業(yè)鏈

介質(zhì)濾波器的產(chǎn)業(yè)鏈主要分為陶瓷粉體、介質(zhì)諧振器、介質(zhì)濾波器、主設(shè)備商四個(gè) 環(huán)節(jié)。其中：陶瓷粉體是工藝難點(diǎn)所在，粉體配方與制備決定了介質(zhì)濾波器的最終 性能，一般來(lái)說(shuō)，濾波器廠商所用陶瓷粉體材料需要得到主設(shè)備商的認(rèn)證與許可；介質(zhì)諧振器，介質(zhì)諧振器的諧振頻率、溫漂、損耗參數(shù)直接決定介質(zhì)濾波器的質(zhì)量 和工作性能；介質(zhì)濾波器，多個(gè)模式相同的介質(zhì)諧振器貼裝為介質(zhì)濾波器，最終供 應(yīng)給主設(shè)備商。

當(dāng)前多數(shù)企業(yè)布局介質(zhì)濾波器產(chǎn)業(yè)鏈多個(gè)環(huán)節(jié)，原材料陶瓷粉體決定了產(chǎn)品的性 能，受到企業(yè)的高度重視。原材料陶瓷粉體的配方和燒結(jié)是工藝難點(diǎn)，也是整個(gè)產(chǎn) 業(yè)鏈高附加值環(huán)節(jié)之一，多數(shù)公司希望在該領(lǐng)域具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，以提升產(chǎn)品供 應(yīng)實(shí)力。

在介質(zhì)濾波器的產(chǎn)業(yè)鏈中，燦勤科技、艾福電子（東山精密子公司）、順絡(luò)電子、 國(guó)華新材（風(fēng)華高科子公司）、大富科技、武漢凡谷等公司進(jìn)行了全產(chǎn)業(yè)鏈布局， 且多數(shù)企業(yè)參與了多個(gè)環(huán)節(jié)。各個(gè)環(huán)節(jié)參與者具體如下：

陶瓷粉體：國(guó)華新材（風(fēng)華高科子公司）、燦勤科技、艾福電子（東山精密子 公司）、順絡(luò)電子、大富科技、武漢凡谷。

介質(zhì)諧振器：燦勤科技、艾福電子（東山精密子公司）、順絡(luò)電子、國(guó)華新材 （風(fēng)華高科子公司）、大富科技、武漢凡谷、波發(fā)特（世嘉科技子公司）、國(guó)人通信。

介質(zhì)濾波器：燦勤科技、艾福電子（東山精密子公司）、順絡(luò)電子、國(guó)華新材 （風(fēng)華高科子公司）、大富科技、武漢凡谷等。上述企業(yè)研發(fā)制造進(jìn)度不盡相 同，并且預(yù)計(jì)未來(lái)還會(huì)有更多企業(yè)加入介質(zhì)濾波器的生產(chǎn)陣營(yíng)。

掌握微波陶瓷技術(shù)的企業(yè)成為濾波器行業(yè)新進(jìn)入者。由于微波陶瓷技術(shù)（包括陶瓷 材料配制、燒結(jié)等）是介質(zhì)濾波器核心技術(shù)之一，由此也為掌握微波陶瓷技術(shù)的企 業(yè)帶來(lái)了進(jìn)入介質(zhì)濾波器市場(chǎng)的機(jī)會(huì)。

這類企業(yè)中，有國(guó)華新材、燦勤科技、艾福電子、順絡(luò)電子。其中，國(guó)華新材是基 于原材料陶瓷粉體技術(shù)，逐步向下游擴(kuò)展，最終進(jìn)入介質(zhì)濾波器領(lǐng)域并形成全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋；燦勤科技與艾福電子，則是由提供介質(zhì)諧振器開(kāi)始，逐步進(jìn)行技術(shù)擴(kuò)展， 最終進(jìn)入介質(zhì)濾波器領(lǐng)域；順絡(luò)電子是基于片式電子元件研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了 LTCC（低溫共燒陶瓷）微波器件的技術(shù)積累，產(chǎn)品包括天線與濾波器。這些公司 由陶瓷產(chǎn)品逐步切入無(wú)線和濾波器領(lǐng)域的路徑，與海外公司村田、京瓷類似。

為了順應(yīng)變化，4G時(shí)代的主流濾波器供應(yīng)商大富科技、武漢凡谷等此前也進(jìn)行了 布局。4G時(shí)代的濾波器供應(yīng)商大富科技、武漢凡谷等公司，面對(duì)5G對(duì)小型化、高 Q值濾波器的需求，也在此前進(jìn)行了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的布局。大富科技，自2011年起建立 了介質(zhì)材料博士后工作站，擁有具備介質(zhì)材料研發(fā)、配方工藝、介質(zhì)射頻產(chǎn)品整體 設(shè)計(jì)能力和相關(guān)技術(shù)；武漢凡谷，2013年成立陶瓷材料公司，致力于微波陶瓷材料、微波陶瓷介質(zhì)諧振器、微波陶瓷介質(zhì)濾波器的研制。

我們認(rèn)為：兩類企業(yè)各有優(yōu)勢(shì)，掌握微波陶瓷生產(chǎn)和大規(guī)模調(diào)試技術(shù)的國(guó)產(chǎn)企業(yè)將 在5G浪潮下更具競(jìng)爭(zhēng)力。行業(yè)新進(jìn)入者進(jìn)入介質(zhì)濾波器領(lǐng)域，初期可能在微波陶 瓷技術(shù)方面具有一定優(yōu)勢(shì)；4G時(shí)代濾波器主流供應(yīng)商也同樣在若干年前對(duì)介質(zhì)濾 波器技術(shù)進(jìn)行了布局，在濾波器設(shè)計(jì)、行業(yè)經(jīng)驗(yàn)、客戶資源等方面可能具有一定優(yōu) 勢(shì)。建議關(guān)注相關(guān)企業(yè)在客戶認(rèn)證、訂單規(guī)模、以及產(chǎn)能提升等方面的進(jìn)度。

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