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    5G给滤波器带来空间,陶瓷将成主流
     

    5G基站构造的三大变化和建站数量的成倍增加均将带动相关领域的投资机会。

    5G 万亿投资开启,基站射频器件或将率先受益
    移动通信基站主要由基带处理单元 BBU(Base Band Unit)、射频处理单元 RRU(Remote Radio Unit)和天馈系统三个部分组成。基带单元(BBU)负责集中控制与管理整个基站系统,完成上下行基带处理功能,并提供与射频单元、传输网络的物理接口,完成信息交互。射频单元(RRU)通过基带射频接口与 BBU 通信,完成基带信号与射频信号的转换。天线是电路信号与空间辐射电磁波的转换器,向空间辐射或者接受电磁波,是独立承担末端链路 的连接。
    为满足 5G 时代丰富的应用场景和网络性能需求,基站侧各组成单元的软件和硬件架构都出现了显著变化:
    BBU 方面,3GPP 提出面向 5G 的无线接入网重构方案,将 BBU 拆分为 CU-DU 两级 架构。其中 DU(Distributed Unit)是分布单元,负责满足实时性需求同时具有部分底层基带协议处理功能,CU(Centralized Unit)是中央单元,具有非实时的无线高层协议功能。
    天线方面,Massive MIMO(大规模天线)技术有望快速实现商用。该技术基于波束成 形的原理,在基站端布臵几百根天线,对几十个目标接收机调制各自的波束,通过空间信号隔离,在同一频率资源上同时传输几十条信号,可以极大地提高频谱利用效率和网络容量。
    RRU 方面,Massive MIMO 技术的应用将推动 AAU(Active Antenna Unit,有源天线) 成为发展主流。在目前广泛应用的分布式基站中,RRU 拉远并且通过馈线与天线相连。未来,随着 Massive MIMO 的商用,每个天线振子背后将直接连接分布式的微型收发单元(micro-radio),包括数字信号处理模块(DSP)、数模(DAC)/模数(ADC)转换器、放大器(PA)、低噪音放大器(LNA)、滤波器(filter)和双工器(duplexer)等。RRU 与天线的合并,不仅可以减少站点租赁和运营成本,还能降低馈线造成的信 号损失,进一步改进传输质量。
    5G 基站构造的三大变化和建站数量的成倍增加均将带动相关领域的投资机会。首先,BBU 两级架构分离有望激发光纤光缆、光模块和光传输设备等领域的规模化需求;其次,Massive MIMO 技术的成功商用有望推动印制电路板(PCB)、覆铜板(CCL)和天线振子的市场空间提升;再次,AAU 的广泛应用将带动射频器件的技术更新和需求增长,推动射频器件量价齐升。关于 5G 产业链投资时钟、Massive MIMO 对天线产业链的重构以及 5G 在 PCB、CCL 和天线振子领域的投资机会,详情参考系列深度报告(详见 5G 系列二、系列六和系列七),本研究报告将重点关注 5G 射频器件领域的弹性空间。
         射频器件作为 5G 确定性的投资方向之一,有望实现量价齐升。数量上,基于有源天线和 Massive MIMO 技术的应用,射频单元内的器件数量将规模化增加。传统 4G 基站所配臵 MIMO 基本是 2T2R、4T4R 和 8T8R,而 Massive MIMO 以阵列的形式排列,可以达到 64T64R,甚至 128T128R。如果以 64T64R 基站为例,每个通道需要一套射频器件来计算,则射频器件套数将为传统 4FDD 2T2R 基站的 16 倍。单价上,5G 通信频段带宽将大幅增加,且逐步向频段更高的毫米波拓展,因此滤波器的设计更为复杂,其单体价值也会有 较大提升。量价齐升,射频单元相关器件将在 5G 产业链中显著受益。
    基站射频器件行业周期特征明显,从 3G、4G 发展经验来看,基站器件投资往往在网络建设初期率先启动。2009 年初工信部正式颁发 3G 牌照,我国进入 3G 周期;2013 年底工信部正式颁发 4G 牌照,我国进入 4G 周期。在 2009 年的 3G 初期及 2014 年的 4G 初期,基站射频器件相关企业营收增速就到达顶峰;从净利润来看,大部分相关企业在周期初期触顶,在过渡期到达低点,利润在投入初期到达高点后逐步下滑。因此,我们认为随着 2020 年迎 来 5G 正式商用,基站天线和射频器件投资或将率先启动。
    滤波器是射频核心器件,5G 时代市场空间有望倍增
    射频器件主要包括滤波器、双工器、合路器和塔顶放大器等。其中,滤波器是射频核心器件,其主要作用是使发送和接收信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减其他频率成分。
    3G/4G 时代,金属同轴腔体滤波器是市场主流选择。传统应用的滤波器一般由金属同轴腔体实现,是通过不同频率的电磁波在同轴腔体滤波器中振荡,达到滤波器谐振频率的电磁波得以保留,其余频率的电磁波则在振荡中耗散掉的作用。在 3G/4G 时代,金属同轴腔体凭借着较低的成本,较成熟的工艺成为了市场的主流选择。
    应对无线环境干扰愈加复杂,陶瓷介质谐振滤波器迅速发展。随着移动通信网络的发展,商用的无线频段变的非常密集,导致了普通金属腔体滤波器不能实现高抑制的系统兼容问题,而采用陶瓷介质材料来制作腔体滤波器可以解决上述问题。
    陶瓷介质谐振滤波器采用了一种更高 Q 值(品质因数)的人工合成陶瓷介质材料,与传统的金属腔体滤波器不同,在陶瓷介质谐振滤波器中,电磁波主要在介质材料制成的谐振器中发生振荡,而不是金属空腔中。由于介质材料的相对介电常数较高,其 Q 值较高,损耗小,同时温度漂移小,因此,相比传统金属腔谐振器,陶瓷介质谐振滤波器具有高抑制、插入损耗小、温度漂移特性好的特点,而且功率容量和无源互调性能都得到了很大的改善。陶瓷介质谐振滤波器代表着高端射频器件的发展方向,凭借其优良的性能,势必会在移动通信领域中拥有广阔的应用空间。
    5G 时代,陶瓷介质滤波器有望成为主流。5G 时代,受限于 Massive MIMO 对大规模天线集成化的要求,滤波器需更加小型化和集成化,因此在限定腔体尺寸的情况下,由于自身材料的损耗,上述两种滤波器无法取得很高的Q 值,导致各项性能指标都受到了限制。因此,为了满足 5G 基站滤波器对小型化的要求,更易小型化的陶瓷介质滤波器有望成为主流解决方案。
    陶瓷介质滤波器中的电磁波谐振发生在介质材料内部,没有金属腔体,因此体积较上述两种滤波器都会更小。与陶瓷介质谐振滤波器的优点类似,陶瓷介质滤波器也具有 Q 值高、选频特性好、工作频率稳定性好、插入损耗小等优点。因此,与传统腔体滤波器相比,介质滤波器在产品性能上更加优异,尺寸更小,功耗也更低,并且一旦实现量产其成本也会更低。基 于上述优点,我们认为陶瓷介质滤波器有望在 5G 时期中低频段继续成为主流选择。
    总体而言,5G 时代滤波器市场的催化因素有四方面:
    (1)单基站用量:大规模天线 Massive MIMO 商用,导致射频通道数增加,进而带动滤波器需求量提升。4G TDD 普遍是 8T8R 天线,8 个通道;4G FDD 普遍是 2T2R,4 个通道。目前看,我国 5G 主流频段将集中在 3~5GHz 的中频段,将采用 TDD 制式,大概率采用64T64R 天线,也就是 64 个通道。按照一个通道一个滤波器计算,5G 单基站滤波器用量将是 4G FDD 制式的 16 倍,TDD 制式的 8 倍。
    (2)单通道价格:滤波器需要满足小型化的设计要求尺寸变得更小,兼顾到设计复杂度的增加,预计单通道滤波器价格较 4G 下降 2/3 左右。
    (3)技术方案: 受限于 Massive MIMO 对大规模天线集成化的要求,滤波器必须更加小型化和集成化。同时 5G 时代通信频段更高,处理的连续带宽更宽,滤波器设计复杂度大幅提升。我们判断尺寸小、Q 值高的陶瓷介质滤波器有望成为发展主流。
    (4)基站总量:5G 时代为实现系统容量提升,同时满足增强型移动宽带等应用场景,将使用更高频通信(3GHz 以上)。由于频段越高,基站覆盖范围越小,我们认为未来 5G 基站总量有可能达到 4G 基站数量的 1.5 倍。
    综合考虑用量的规模提升和价格的适当下降,粗略计算,5G 基站单扇区的滤波器价值量可以达到 4G 的 3.6 倍,为 3200 元。进一步考虑到 5G 基站总量或将达到 4G 的 1.5 倍,国内1为 600 万个,全球为 840 万个 ,则 5G 滤波器国内和全球市场空间将分别达到 576亿元和806 亿元。
    滤波器行业周期性显著,技术升级是业绩核心拐点
    滤波器行业具有一定的进入壁垒,主要涉及认证、技术和资金三个方面。认证方面,滤波器生产商通过下游主设备商的认证并批量供货需要经过较长时间的考察、审核;技术方面,滤波器生产商需要掌握多种关键技术,同时由于移动通信技术的持续升级,滤波器生产商需要具备快速响应和快速研发的能力;资金方面,滤波器生产商需要高额资金购臵生产设备。目前,国内参与者主要包括大富科技、武汉凡谷、国人通信、摩比发展、春兴精工、东山精密、国华新材料(以下简称国华)和灿勤等,国外参与者主要包括 Powerwave 和 CommScope (Andrew)等。
    此外,由于上游结构件对滤波器性能具有重要影响,相关结构件生产商逐步切入滤波器行业。春兴精工于 2011 年收购迈特通信进入射频器件市场,目前结构件和射频器件业务占比分别为 42.60%和 44.05%。东山精密于 2017 年 9 月公告以 1.7 亿元收购艾福电子 70%股权,艾福电子主营各类滤波器产品,包括介质滤波器、腔体封装滤波器和陶瓷波导滤波器等。
    从 3G 时代开始,移动通信射频器件行业持续向中国转移。主要原因是通信主设备商从降低成本的角度考虑,主动寻求低价的上游供应商。中国厂商在原材料和劳动力上具备优势,同时具备成熟的滤波器技术和生产实力,因而可以逐步抢占国外主流供应商的市场份额。根据相关厂商上市期间披露的数据,2006~2009 年期间,全球滤波器龙头厂商 Powerwave 和 Andrew 收入持续下滑,而国内滤波器竞争者收入大幅增长。
     5G 时代陶瓷介质滤波器有望成为发展主流。从产业链来看,陶瓷介质滤波器的上游是包括陶瓷粉体和介质谐振器在内的关键原材料,下游是基站设备。
    陶瓷介质滤波器的上游原材料主要是陶瓷粉体和介质谐振器。陶瓷粉体对滤波器性能具有重要影响,高介电常数(εr)和低介质损耗(Q×F 值)是核心性能指标。介质谐振器由陶瓷粉体材料制作而成,其优点是体积小、便于实现电路小型化、温度稳定性高,以及使用上不受频率限制(包括毫米波频段)。高介电常数、低介质损耗和高 Q 值是核心性能指标。
    陶瓷粉体不是自然界天然存在的,需要通过多种材料按照一定的比例铸压而人工合成,制作工艺较为复杂。2000 年之前,其核心生产技术掌握在日本和美国公司手中。目前,国内厂商已经掌握陶瓷粉体的生产工艺,以风华高科旗下子公司国华新材料为代表。介质谐振器一般均由滤波器厂商自主生产,根据公司官网信息,目前国华新材料和灿勤科技等均已掌握相 关制造工艺。
    滤波器下游直接客户是通信主设备商。目前,全球通信设备商呈现四足鼎立的格局,华为、爱立信、诺基亚和中兴市场份额分别为 35%、29%、27%和 9%(数据来源于 OFweek 光通讯网),因此对于业务结构单一的滤波器厂商来说,客户集中度较高。从历史数据来看,根据滤波器行业相关上市公司年报,大富科技前五大客户收入占比在 70%左右,武汉凡谷前五大客户收入占比在 95%左右,春兴精工由于在滤波器之外,精密结构件占主营业务较高比重,前五大客户收入占比在 30%~50%之间。
    总体来看,受到行业特性和产业链所处位臵的影响,传统滤波器厂商的客户集中度都比较高,在造成公司业绩变化呈现较高周期性的同时,议价能力也受到较大影响。统计国内滤波器上市公司的营业收入和毛利率,不难发现,从 2014 年以后,传统滤波器厂商收入和毛利率持 续下降。

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    日期:2018-8-9   阅读:2632次
     
     
     
     
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