5G基站陶瓷濾波器發(fā)展趨勢及產(chǎn)業(yè)鏈格局 

進入5G時代，基站天線通道數(shù)量大幅成長，從現(xiàn)有4G的4、8通道逐步升級為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上、下行信號進行接收與發(fā)送，并由相應的濾波器進行信號頻率的選擇與處理，因此濾波器的需求量將大幅增加。根據(jù)Yole預估，全球射頻元件的市場將從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最快的零組件。

                                        2017-2023年5G射頻前端模塊的市場規(guī)模發(fā)展趨勢（來源：Yole）

預計2020年-2021年會大力安裝5G基站，濾波器是基站不可或缺的核心部件，濾波器供應商在這一兩年中會因為5G帶來很多訂單利潤，迎來爆發(fā)。由于5G設備的重量和體積相對于4G要求將更為嚴格，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時期宏基站介質(zhì)濾波器市場有望達到4G時期的2.5倍，小基站的建設也將加大陶瓷介質(zhì)濾波器的市場，市場潛力巨大，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)中對通信鏈路中的信號頻率進行選擇和控制，選擇特定頻率信號通過，抑制不需要的頻率信號，解決不同頻段，不同形式的通信系統(tǒng)之間的信號干擾問題，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，信號從輸入端口進入，經(jīng)過濾波器網(wǎng)絡作用，濾除雜波，然后信號從輸出端口輸出，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通信系統(tǒng)的性能指標。

陶瓷介質(zhì)濾波器的優(yōu)勢

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時代，金屬同軸腔體濾波器是市場主流選擇。

傳統(tǒng)應用的濾波器一般由金屬同軸腔體實現(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的主流選擇。在5G時代，陶瓷介質(zhì)濾波器將成為市場的主流選擇。

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)材料的相對介電常數(shù)較高，其Q值較高，損耗小，同時溫度漂移小，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，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，勢必會在移動通信領域中擁有廣闊的應用空間。

5G通信對濾波器的發(fā)展需求

5G大規(guī)模天線（Massive MIMO ）技術使得天線的數(shù)量倍數(shù)增長，通道數(shù)可能達到64甚至128個，而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，因此對于濾波器的需求量將大量增加；同時，5G通信把遠端射頻單元（RRU）和天線集成為主動天線單元（AAU），基站的高度集成化和小型化發(fā)展對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，且價格較貴，難以在高集成化天線中廣泛使用，因此各個濾波器生產(chǎn)企業(yè)都在積極研究能夠滿足5G應用的濾波器方案。

5G基站濾波器的發(fā)展趨勢

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爭力，但隨著頻率的升高，對濾波器要求也越高，工藝更難實現(xiàn)，因此未來小型金屬腔體濾波器市場較小，主要用于補償。

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際應用案例，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。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頻段上補償使用，所占市場較小，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，同時陶瓷粉體原料的價格低，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。

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行高溫燒結，經(jīng)過CNC打磨處理、金屬化和調(diào)試等工藝制造而成，所用到的設備有噴霧造粒機、干壓機、數(shù)控精雕機、燒結爐、電鍍設備、檢測設備等；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、風華高科、佳利電子、春興精工、順絡電子、金瑞欣等。

陶瓷濾波器產(chǎn)業(yè)鏈的挑戰(zhàn)

一個典型的純陶瓷介質(zhì)濾波器的生產(chǎn)工藝包含陶瓷粉體造粒、壓制成型、保溫燒 結、印制銀層、開設耦合窗口陶瓷諧振器、表面貼裝、涂覆銀層、再燒結、調(diào)制、 測試與包裝等步驟。

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

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，需要由多種化學原料按照科學的比例進行合成，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)試技術是濾波器生產(chǎn)的重點，或?qū)⒊蔀橹萍s介質(zhì)濾波器供應商產(chǎn)能的關鍵。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。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)試是對陶瓷諧振體進行調(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，需要進行大規(guī)模調(diào)試，則 需要自動化調(diào)試設備，當前只有少部分廠家擁有陶瓷介質(zhì)濾波器的自動化調(diào)試 設備與技術。

最后，自動化調(diào)試設備的核心算法目前并不完善，仍需進一步研究。

由于陶瓷粉體配方與制備難度大，將導致行業(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。進而導致行業(yè)競 爭環(huán)境與4G時期相比得到明顯改善，景氣周期拉長。

同時，雖然原材料價格下降，使得介質(zhì)濾波器的單價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)技術含量更高，競爭環(huán)境明顯改善等預期 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

全球優(yōu)秀的介質(zhì)濾波器供應商主要有日本的村田、京瓷，以及美國的CTS、康普。在介質(zhì)濾波器領域，由于美國公司產(chǎn)品價格相對較高，此前國內(nèi)主設備商在濾波器 領域的海外供應商主要為日本的村田、京瓷。

5G時期，中國企業(yè)的全球競爭力將快速提升，提升國產(chǎn)品牌國內(nèi)占有率的同時， 有望走出國門。4G時期，國內(nèi)企業(yè)與海外公司相比尚存在差距，部分市場空間被 日企村田、京瓷占據(jù)。但從近年的情況來看，從技術方面，國內(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；從價格方面，國產(chǎn)企業(yè)由于在成本端具有優(yōu) 勢，價格與海外企業(yè)相比具有明顯的優(yōu)勢。預計5G時期國產(chǎn)品牌的市場占有率將 得到大幅提升。此外，隨著中國在5G技術方面貢獻度的大幅提升，中國主設備企 業(yè)有望走出國門，相應的上游配套行業(yè)（如濾波器等）也有望享受主設備商海外市 場占有率提升的紅利。

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、主設備商四個 環(huán)節(jié)。其中：陶瓷粉體是工藝難點所在，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備商的認證與許可；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，多個模式相同的介質(zhì)諧振器貼裝為介質(zhì)濾波器，最終供 應給主設備商。

當前多數(shù)企業(yè)布局介質(zhì)濾波器產(chǎn)業(yè)鏈多個環(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是工藝難點，也是整個產(chǎn) 業(yè)鏈高附加值環(huán)節(jié)之一，多數(shù)公司希望在該領域具備自主知識產(chǎn)權，以提升產(chǎn)品供 應實力。

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）、順絡電子、 國華新材（風華高科子公司）、大富科技、武漢凡谷等公司進行了全產(chǎn)業(yè)鏈布局， 且多數(shù)企業(yè)參與了多個環(huán)節(jié)。各個環(huán)節(jié)參與者具體如下：

陶瓷粉體：國華新材（風華高科子公司）、燦勤科技、艾福電子（東山精密子 公司）、順絡電子、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）、順絡電子、國華新材 （風華高科子公司）、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）、順絡電子、國華新材 （風華高科子公司）、大富科技、武漢凡谷等。上述企業(yè)研發(fā)制造進度不盡相 同，并且預計未來還會有更多企業(yè)加入介質(zhì)濾波器的生產(chǎn)陣營。

掌握微波陶瓷技術的企業(yè)成為濾波器行業(yè)新進入者。由于微波陶瓷技術（包括陶瓷 材料配制、燒結等）是介質(zhì)濾波器核心技術之一，由此也為掌握微波陶瓷技術的企 業(yè)帶來了進入介質(zhì)濾波器市場的機會。

這類企業(yè)中，有國華新材、燦勤科技、艾福電子、順絡電子。其中，國華新材是基 于原材料陶瓷粉體技術，逐步向下游擴展，最終進入介質(zhì)濾波器領域并形成全產(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，逐步進行技術擴展， 最終進入介質(zhì)濾波器領域；順絡電子是基于片式電子元件研發(fā)的經(jīng)驗，進行了 LTCC（低溫共燒陶瓷）微波器件的技術積累，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域的路徑，與海外公司村田、京瓷類似。

為了順應變化，4G時代的主流濾波器供應商大富科技、武漢凡谷等此前也進行了 布局。4G時代的濾波器供應商大富科技、武漢凡谷等公司，面對5G對小型化、高 Q值濾波器的需求，也在此前進行了相關產(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 設計能力和相關技術；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。

我們認為：兩類企業(yè)各有優(yōu)勢，掌握微波陶瓷生產(chǎn)和大規(guī)模調(diào)試技術的國產(chǎn)企業(yè)將 在5G浪潮下更具競爭力。行業(yè)新進入者進入介質(zhì)濾波器領域，初期可能在微波陶 瓷技術方面具有一定優(yōu)勢；4G時代濾波器主流供應商也同樣在若干年前對介質(zhì)濾 波器技術進行了布局，在濾波器設計、行業(yè)經(jīng)驗、客戶資源等方面可能具有一定優(yōu) 勢。建議關注相關企業(yè)在客戶認證、訂單規(guī)模、以及產(chǎn)能提升等方面的進度。

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