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帶來很多訂單利潤(rùn)，迎來爆發(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，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，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

目前來說，塑料濾波器還沒有實(shí)際應(yīng)用案例，但是出于減重降本的目的，濾波器廠商開始考慮采用工程塑料如PPS經(jīng)過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，一般來說，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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