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5G基站端射頻產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展新機(jī)遇

2019-05-08 09:24 5G哥

導(dǎo)讀:考慮到通信設(shè)備商的數(shù)量較少,目前華為、諾基亞、愛立信、中興幾乎壟斷全球運(yùn)營(yíng)商無線通信市場(chǎng)份額,對(duì)于天線供應(yīng)商來說下游將更為集中。

考慮到通信設(shè)備商的數(shù)量較少,目前華為、諾基亞、愛立信、中興幾乎壟斷全球運(yùn)營(yíng)商無線通信市場(chǎng)份額,對(duì)于天線供應(yīng)商來說下游將更為集中。因此,與設(shè)備商有深度合作,并在大規(guī)模陣列天線有較多技術(shù)儲(chǔ)備的龍頭天線廠商將有望獲得更多市場(chǎng)。

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【編者按】5G時(shí)代即將到來,第一批擁抱5G的企業(yè)在抓緊布局。本文從天線、PA、PCB、天線振子、濾波器、連接器等方向,深度探討5G基站端射頻產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展新機(jī)遇。

5G基站引入大規(guī)模陣列天線

MassiveMIMO,即大規(guī)模MIMO(Multiple-inputMultiple-output,多輸入多輸出)技術(shù),旨在通過更多的天線大幅提高網(wǎng)絡(luò)容量和信號(hào)質(zhì)量,原理上可類比高速公路拓展馬路道數(shù)來提高車流量。

采用MassiveMIMO的5G基站不但可以通過復(fù)用更多的無線信號(hào)流提升網(wǎng)絡(luò)容量,還可通過波束賦形大幅提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。

波束賦形技術(shù)通過調(diào)整天線增益空間分布,使信號(hào)能量在發(fā)送時(shí)更集中指向目標(biāo)終端,以彌補(bǔ)信號(hào)發(fā)送后在空間傳輸?shù)膿p耗,大幅提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。

相比較4G基站,采用支持大規(guī)模陣列天線技術(shù)的AAU是5G基站成本大幅增加的主要原因。

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天線尺寸與頻率相關(guān),5G天線或以64通道為主

根據(jù)無線通信原理,為了保證天線發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換效率最高,一般天線振子的間距必須要大于半個(gè)無線信號(hào)波長(zhǎng),而無線信號(hào)波長(zhǎng)與無線信號(hào)頻率成反比(λ=c/f,其中c為光速,f即無線信號(hào)頻率),即當(dāng)信號(hào)頻率越高,信號(hào)波長(zhǎng)越小。

未來國(guó)內(nèi)5G頻段或以3.5GHz和2.6GHz為主,根據(jù)此頻段得出半個(gè)波長(zhǎng)大概是4.3cm/5.8cm。

根據(jù)目前的5G測(cè)試來看,目前采用64通道的MassiveMIMO技術(shù)是各個(gè)設(shè)備商的主流測(cè)試選擇。

雖然通道數(shù)越多,網(wǎng)絡(luò)的性能越高,但綜合考慮天線尺寸大小/重量、天線性能以及成本因素,目前運(yùn)營(yíng)商也在考慮低成本的MassiveMIMO方案—16通道。

我們認(rèn)為,5G前期如果64通道天線成本未下降到運(yùn)營(yíng)商接受的范圍內(nèi),可能運(yùn)營(yíng)商在滿足部署和容量的情況下優(yōu)先考慮16通道方案。

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5G 基站架構(gòu)發(fā)生較大變化,天線有源化趨勢(shì)明顯

4G 宏基站主要分三個(gè)部分天線、射 頻單元 RRU 和部署在機(jī)房?jī)?nèi)的基帶處理單元 BBU。

5G 網(wǎng)絡(luò)傾向于采用 AAU+CU+DU 的 全新無線接入網(wǎng)構(gòu)架,如下圖所示。

天線和射頻單元 RRU 將合二為一,成為全新的單元 AAU(Active Antenna Unit,有源天線單元),AAU 除含有 RRU 射頻功能外,還將包含部 分物理層的處理功能。

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5G時(shí)代,天線通道數(shù)增加以及天線有源化對(duì)天線設(shè)計(jì)提出更高要求,小型化及輕量化是基礎(chǔ)。

4G時(shí)代,天線形態(tài)基本是4T4R(FDD)或者8T8R(TDD),根據(jù)目前測(cè)驗(yàn)的情況來看,5G時(shí)代可能以64T64R大規(guī)模陣列天線為主。

通道數(shù)同比增加了7-15倍,意味著天線對(duì)射頻器件需求量同比增加了7-15倍,同時(shí)天線無源部分將與RRU合為AAU,都對(duì)5G時(shí)代天線的體積及重量提出了更高的設(shè)計(jì)要求。

4G時(shí)代,無源天線+RRU重量大概在24-34kg,目前測(cè)試中的5GAAU重量大概在45kg左右,重量同比增加了32%~88%。所以在5G天線集成化的趨勢(shì)下,小型化及輕量化成為天線設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

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大規(guī)模陣列天線帶動(dòng)射頻組件需求量大幅增加

如上文所述,我們預(yù)計(jì)5G商用宏基站將以64通道的大規(guī)模陣列天線為主。天線單元主要包括天線罩、輻射單元和校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)綜合板三個(gè)部分。

從當(dāng)前5G產(chǎn)品的研發(fā)現(xiàn)狀來看,為實(shí)現(xiàn)波束賦形等新技術(shù),我們預(yù)計(jì)未來64通道的天線陣列將容納64個(gè)功率放大器、64個(gè)開關(guān)、64個(gè)鎖相環(huán)、64個(gè)低噪聲放大器和64個(gè)濾波器等器件。

我們認(rèn)為,射頻組件需求的提升將大幅提升基站射頻行業(yè)的市場(chǎng)空間,高度的集成化需求,也將推動(dòng)濾波器、功率放大器等射頻組件工藝進(jìn)一步升級(jí),產(chǎn)品將更加的小型化。

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大規(guī)模陣列天線驅(qū)動(dòng)5G天線價(jià)值量提升

采用MassiveMIMO的5G大規(guī)模天線不僅僅是數(shù)量的增加,天線的形式也將由無源轉(zhuǎn)向有源,可實(shí)現(xiàn)各個(gè)天線振子相位和功率的自適應(yīng)調(diào)整,顯著提高M(jìn)IMO系統(tǒng)的空間分辨率,提高頻譜效率,從而提升網(wǎng)絡(luò)容量。

另外,多天線振子的動(dòng)態(tài)組合也可適用于波束賦形技術(shù),從而讓能量較小的波束集中在一塊小型區(qū)域,將信號(hào)強(qiáng)度集中于特定方向和特定用戶,提高覆蓋范圍的同時(shí)提升用戶體驗(yàn)。

因此,由于MassiveMIMO技術(shù)的采用,導(dǎo)致5G規(guī)模陣列天線復(fù)雜度的大幅提升,產(chǎn)品的價(jià)格也因此而大幅上漲。

與4G相比,大規(guī)模陣列天線的價(jià)格預(yù)計(jì)將大幅上升。與市場(chǎng)的普遍認(rèn)知不同,天線的價(jià)格與天線單元數(shù)目的多少并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

以4G天線為例,近期常用的4通道FDD電調(diào)天線售價(jià)約在1400元每副,8通道TDD電調(diào)天線的售價(jià)約為每副2000元,而到了5G時(shí)代,據(jù)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)用5G基站的成本分析,初期64T64R規(guī)格的大規(guī)模陣列天線的天線單元(上游天線廠商制造部分)每扇區(qū)售價(jià)較貴,我們預(yù)計(jì)商用初期天線(AAU中無源天線+濾波器)采購(gòu)價(jià)將達(dá)到8000元左右,隨著規(guī)模量產(chǎn),我們預(yù)計(jì)未來每扇區(qū)的平均價(jià)格有望下降至3500元左右,但相較4G時(shí)期的平均天線價(jià)格仍然有較大幅度的提升。

5G天線市場(chǎng)空間同比增長(zhǎng)124%~324%。假設(shè)5G建設(shè)周期為2020-2025年,預(yù)計(jì)建設(shè)高峰期(2020-2023年)宏基站天線市場(chǎng)每年空間可達(dá)114.2-184.4億元;相較4G建設(shè)高峰期國(guó)內(nèi)平均每年約50多億元(高峰期4G基站一年建設(shè)數(shù)為100萬站,單幅天線平均價(jià)格1700元)的宏基站天線市場(chǎng),5G市場(chǎng)空間同比增長(zhǎng)124%~324%。

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與基站設(shè)備商深度合作的天線制造商或?qū)⒊浞质芤?br/>

4G時(shí)代,華為躋身全球天線廠商第一。

根據(jù)全球權(quán)威第三方研究機(jī)構(gòu)ABIResearch發(fā)布的2017年全球基站天線研究報(bào)告--《天饋現(xiàn)代化,引領(lǐng)移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)》,2012-2013年,華為天線市場(chǎng)份額排名第二/第三,經(jīng)歷中國(guó)4G建設(shè)大潮,從2015年開始華為天線連續(xù)兩年蟬聯(lián)市場(chǎng)份額和技術(shù)創(chuàng)新及成果轉(zhuǎn)化能力第一,引領(lǐng)全球天線產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

其中2016年各大廠商占比分比是華為31.6%、凱瑟琳21.0%、康普15.2%、安費(fèi)諾7.3%、RFS5.2%,華為市場(chǎng)占有率比2013年有10.9pct的提升。

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天線市場(chǎng)商業(yè)模式轉(zhuǎn)變,市場(chǎng)份額向龍頭公司集中

由于5G基站天線將與RRU融合形成新的單元AAU,天線公司的下游客戶將由以往的運(yùn)營(yíng)商轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)備商。

考慮到通信設(shè)備商的數(shù)量較少,目前市場(chǎng)的前四名(華為、諾基亞、愛立信、中興)幾乎壟斷全球運(yùn)營(yíng)商無線通信市場(chǎng)份額(基站設(shè)備市場(chǎng)占比在90%以上),對(duì)于天線供應(yīng)商來說下游將更為集中。

因此,與設(shè)備商有深度合作,并且在大規(guī)模陣列天線有較多技術(shù)儲(chǔ)備的龍頭天線廠商將有望獲得更多的市場(chǎng)份額。

天線方面建議關(guān)注與設(shè)備商深度合作的上游企業(yè)。

隨著5G時(shí)代來臨,天線與基站設(shè)備實(shí)現(xiàn)更深層次的綁定,我們建議關(guān)注通宇通訊、世嘉科技、京信通信以及為華為公司天線產(chǎn)品提供精密加工服務(wù)的企業(yè)東山精密、鴻博股份(發(fā)布預(yù)案收購(gòu)弗蘭德30%股權(quán))、立訊精密。

輕量化需求推動(dòng)天線振子升級(jí)

天線振子是天線的核心部件。天線振子作為天線的主要組成部分,主要負(fù)責(zé)將信號(hào)放大和控制信號(hào)輻射方向,同樣可以使天線接收到的電磁信號(hào)更強(qiáng)。

根據(jù)天線的形態(tài),天線振子形態(tài)也包括多種多樣,有桿狀、面狀等;根據(jù)加工工藝,主要有鈑金、PCB、塑料等。傳統(tǒng)4G天線振子多以金屬鈑金為主。

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MassiveMIMO需要更多的天線振子

從設(shè)備商測(cè)試情況來看,在熱點(diǎn)高容量地區(qū)優(yōu)先選擇64通道的天線設(shè)備,同時(shí)因?yàn)?92振子天線設(shè)備相比128振子在覆蓋能力上能提升1.7dB,目前設(shè)備商測(cè)試64通道天線大都采用96個(gè)雙極化天線振子,即192個(gè)天線振子。

相較于現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)(視天線通道數(shù)的不同,一般為10-40個(gè)天線振子),5G天線含有的振子數(shù)將大幅增加。

雖然在高頻段更容易降低天線振子間的間距,實(shí)現(xiàn)多天線的設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品的小型化,但其復(fù)雜度相較于現(xiàn)網(wǎng)天線產(chǎn)品依然會(huì)大幅提升。如下圖所示為5G大規(guī)模天線陣列原型機(jī)樣圖。

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塑料天線振子或成為首選方案

天線振子加工方式主要有金屬壓鑄/鈑金、PCB貼片和塑料振子,4G時(shí)代更多以金屬壓鑄/鈑金方式加工,組裝更多的靠人工,效率低下。

5G時(shí)代由于頻段更高且采用Massive-MIMO技術(shù),天線振子尺寸變小且數(shù)量大幅增長(zhǎng),綜合考慮天線性能及AAU安裝問題,塑料天線振子方案具有一定的綜合優(yōu)勢(shì)。

天線振子市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)可達(dá)64.1億元

一個(gè)基站需要三面天線,假設(shè)未來單面天線主流方案采用192振子,對(duì)應(yīng)需要一個(gè)基站需要3*192=576個(gè)振子。

考慮當(dāng)前塑料天線振子還未大規(guī)模量產(chǎn),根據(jù)調(diào)研,初始期一對(duì)振子大約7元,進(jìn)入成熟期價(jià)格可能下降到3元/對(duì)。

天線振子作為5G天線主要組成部分,可關(guān)注銀寶山新、碩貝德、飛榮達(dá)。

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小型化及輕量化推動(dòng)陶瓷介質(zhì)濾波器或成為主流方案

濾波器是射頻單元核心器件之一。

隨著移動(dòng)基站支持的網(wǎng)絡(luò)頻段越來越多,濾波器成為射頻模塊中不可獲取的一部分,天線會(huì)將所有能接受到的頻段信號(hào)都送往射頻前端模塊,但我們只希望選擇特定頻段的信號(hào)進(jìn)行處理,這時(shí)候就需要濾波器來消除干擾雜波,讓有用信號(hào)盡可能無衰減的通過,對(duì)無用信號(hào)盡可能的衰減。

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5G時(shí)代,天線通道數(shù)增加以及天線有源化對(duì)天線設(shè)計(jì)提出更高要求,小型化及輕量化是基礎(chǔ)。

4G時(shí)代,天線形態(tài)基本是4T4R(FDD)或者8T8R(TDD),根據(jù)目前測(cè)驗(yàn)的情況來看,5G時(shí)代可能以64T64R大規(guī)模陣列天線為主。

通道數(shù)同比增加了7-15倍,意味著天線對(duì)射頻器件需求量同比增加了7-15倍,同時(shí)天線無源部分將與RRU合為AAU,都對(duì)5G時(shí)代天線的體積及重量提出了更高的設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)圖表30,4G時(shí)代,無源天線+RRU重量大概在24-34kg,目前測(cè)試中的5GAAU重量大概在45kg左右,重量同比增加了32%~88%。

所以在5G天線集成化的趨勢(shì)下,小型化及輕量化成為天線設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

5G或以陶瓷介質(zhì)濾波器為主

3/4G時(shí)期,金屬濾波器憑借成熟的技術(shù)以及良好的性能成為那個(gè)時(shí)代的主流技術(shù)方案,進(jìn)入5G時(shí)代設(shè)備商以及天線廠商也在研發(fā)小型化金屬腔體濾波器來滿足5G需求。

根據(jù)草根調(diào)研,按照單通道計(jì)算,小型化金屬腔體濾波器的重量平均比介質(zhì)濾波器重20%左右。

正如上文所說,未來5G基站對(duì)器件的小型化及輕量化越來越重視,陶瓷介質(zhì)濾波器在滿足性能的前提條件下,憑借輕量化、抗溫漂性能好以及小型化優(yōu)勢(shì)成為主設(shè)備商主要選擇方案之一。

考慮中國(guó)移動(dòng)未來5G建設(shè)會(huì)基于2.6GHz頻段,2.6GHz16T16R天線單通道功率要求相比3.5GHz頻段64T64R天線更高,此時(shí)小型金屬腔體濾波器更占優(yōu),因此2.6GHz頻段下天線可能會(huì)選擇小型金屬化腔體濾波器。

介質(zhì)波導(dǎo)相比介質(zhì)腔體性能更好

陶瓷介質(zhì)濾波器技術(shù)方案主要有介質(zhì)腔體(Monoblock)和介質(zhì)波導(dǎo)(Waveguide)。因?yàn)榻橘|(zhì)腔體方案承受功率較小,性能相比介質(zhì)波導(dǎo)差,目前陶瓷介質(zhì)濾波器主流技術(shù)方案為介質(zhì)波導(dǎo)。

陶瓷介質(zhì)濾波器性能由粉體配方及生產(chǎn)工藝決定。陶瓷介質(zhì)濾波器性能主要由以下幾個(gè)因素決定:

1) 品質(zhì)因素Q:Q越大,則濾波器插入損耗越小,意味著選頻特性越好,成本越低;當(dāng)插入損耗為1dB,則信號(hào)功率被衰減20%,當(dāng)插入損耗為3dB,則信號(hào)功率被衰減50%;

2) 介電常數(shù)εr:介電常數(shù)越高,有利于器件的小型化、集成化;

3) 諧振頻率溫度系數(shù)tf:通信器件的工作溫度是不斷變化的,溫度變化同樣會(huì)引起諧振頻率變化,該系數(shù)越小則溫漂引起的諧振頻率變化越小;

陶瓷介質(zhì)濾波器上游材料主要有二氧鈦(TIO2)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(AIO3)、碳酸鋇(BaCO3)等,陶瓷介濾波器所需原材料量占整體上游原料比例較小,因此這些原材料采購(gòu)方便。

根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研,原料合成即陶瓷介質(zhì)粉體材料配方是決定濾波器性能好壞的關(guān)鍵因素之一,同時(shí)介質(zhì)濾波器生產(chǎn)過程中需盡力控制工藝以制出雜質(zhì)少、缺陷少、晶粒均勻分布的陶瓷,因此陶瓷介質(zhì)濾波器性能由粉體配方及生產(chǎn)工藝決定。

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目前國(guó)內(nèi)濾波器廠商在3/4G都是以生產(chǎn)金屬濾波器為主,未來升級(jí)生產(chǎn)小型金屬腔體濾波器難度較小。

陶瓷濾波器產(chǎn)業(yè)鏈目前以華為為主導(dǎo),國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)陶瓷介質(zhì)濾波器的公司主要有未上市的燦勤科技,上市公司中主要有東山精密(艾福電子),武漢凡谷,風(fēng)華高科(國(guó)華新材料),通宇通訊(江佳電子)以及北斗星通(佳利電子),港股上市公司京信通信表示也已經(jīng)有介質(zhì)波導(dǎo)濾波器生產(chǎn)能力。

海外能夠提供陶瓷介質(zhì)濾波器主要有美國(guó)的CTS和日本的村田公司,其中美國(guó)CTS為介質(zhì)濾波器鼻祖。

根據(jù)上文描述,運(yùn)營(yíng)商在5G實(shí)際建設(shè)中,可能根據(jù)覆蓋場(chǎng)景及容量要求選擇不同多天線方案(64T64R或者16T16R)。

PCB板高頻高速化,單基站PCB價(jià)值量提升7倍以上

電路板是組裝電子器件的關(guān)鍵互連件。

印制電路板(PCB),是指通用基材上按預(yù)定設(shè)計(jì)形成點(diǎn)間連接及印制元件的印制板,其主要功能是使各種電子零組件形成預(yù)定電路的連接,起中繼傳輸作用。不僅為電子元器件提供電氣連接,也承載著電子設(shè)備數(shù)字及模擬信號(hào)傳輸、電源供給和射頻微波信號(hào)發(fā)射與接收等業(yè)務(wù)功能,下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,因而被稱為“電子產(chǎn)品之母”。PCB種類較多,排除封裝基板,一般按照材質(zhì)物理性質(zhì)將PCB分為剛性版(單面板、雙面板、多層板)、撓性板、剛繞結(jié)合板等。

從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看,當(dāng)前PCB市場(chǎng)中多層板仍占主流地位。

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通信領(lǐng)域PCB板主要集中在無線、傳輸、數(shù)據(jù)通信等應(yīng)用領(lǐng)域,產(chǎn)品涵蓋了背板、高速多層板、高頻微波板等。不同于消費(fèi)電子類PCB產(chǎn)品多為撓性板(FPC)和高密度互聯(lián)印刷電路板(HDI),通信用PCB多為剛性多層板。

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4G基站僅RRU+BBU有PCB需求。4G基站架構(gòu)主要包括無源天線、射頻拉遠(yuǎn)單元(RRU)和基帶單元(BBU),其中無源天線內(nèi)部主要采用射頻線纜連接,RRU內(nèi)PCB板主要包括射頻板,BBU內(nèi)PCB板主要包括基帶板和背板。

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5G基站新架構(gòu)及新技術(shù)提升PCB需求量

如前文所述,5G基站架構(gòu)中無源天線將和RRU合成新的單元-AAU,AAU將包含部分物理層功能;而BBU將可能拆分為CU和DU。

參考當(dāng)前5G實(shí)驗(yàn)網(wǎng)AAU設(shè)備的設(shè)計(jì),預(yù)計(jì)每個(gè)AAU將包含2塊電路板:1個(gè)功分板,1個(gè)TRX板。功分板主要集成了功分網(wǎng)絡(luò)和校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò),一般為一個(gè)雙層板+一個(gè)四層板,或者集成在一個(gè)六層板;TRX板主要集成功率放大器(PA)+濾波器+64通道的收發(fā)信機(jī)、電源管理等器件集成在同一電路板上,一般為12-16層復(fù)合板。

由于AAU設(shè)備的內(nèi)部連接更多采用PCB形式,5G時(shí)期單站PCB的數(shù)量相較4G時(shí)期會(huì)大幅提升。

高頻及高速要求推升單板價(jià)格,5GAAUPCB價(jià)值量提升7倍以上。

考慮到5G對(duì)天線系統(tǒng)的集成度提出了更高的要求。AAU射頻板需要在更小的尺寸內(nèi)集成更多的組件。在這種情況下,為滿足隔離的需求,需要采用更多層的印刷電路板技術(shù)。

另外,AAU射頻電路板相較于4G時(shí)期的尺寸也會(huì)更大,考慮到5G基站發(fā)射功率的提升,工作頻段也更高,因此5G的射頻電路板對(duì)于材料的高速性能以及高頻性能也提出了更高的要求。

因此綜合來看,層數(shù)增加,尺寸增大,材料要求提升,5GAAUPCB板的價(jià)值量相較4GRRUPCB大幅提升。

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國(guó)內(nèi)天線射頻側(cè)PCB市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)可達(dá)470.3億元。

經(jīng)過測(cè)算,5G單基站射頻側(cè)PCB價(jià)值量約9120元,4G單基站射頻側(cè)PCB價(jià)值量約1080元,可以發(fā)現(xiàn),單基站價(jià)值量提升7倍以上。

如上文所述,我們預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)5G宏基站規(guī)??蛇_(dá)506.4萬站,考慮到近幾年P(guān)CB價(jià)格穩(wěn)定且略有上漲,假設(shè)PCB價(jià)格不變,對(duì)應(yīng)5G時(shí)期射頻側(cè)PCB規(guī)模可達(dá)461.8億元。

綜合以上,我們認(rèn)為5G基站電路板市場(chǎng)將有望量增價(jià)漲。

傳統(tǒng)與創(chuàng)新并進(jìn),國(guó)資收購(gòu)功放標(biāo)的有望填補(bǔ)A股空白3/4G時(shí)期以橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)工藝為主。

射頻功率放大器是無線發(fā)射機(jī)的核心部件,用以使無線信號(hào)具備足夠的發(fā)射功率向外輻射。

目前基站用功率放大器主要采用基于硅的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)技術(shù)。

LDMOS有局限性,氮化鎵(GaN)成為中高頻段主要技術(shù)方向。未來5G商用頻段主要在3.5GHz附近,LDMOS技術(shù)在高頻應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性:LDMOS功率放大器的帶寬會(huì)隨著頻率的增加而大幅減少,LDMOS僅在不超過約3.5GHz的頻率范圍內(nèi)有效,因此在3.5GHz頻段LDMOS的性能已開始出現(xiàn)明顯下滑。

除此之外,5G基站AAU功率大幅提升,單扇區(qū)功率從4G時(shí)期的50W左右提升到5G時(shí)期的200W左右,傳統(tǒng)的LDMOS制程將很難滿足性能要求。

隨著半導(dǎo)體材料工藝的進(jìn)步,氮化鎵(GaN)正成為中高頻頻段PA主要技術(shù)路線,GaN技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括能源效率提高、帶寬更寬、功率密度更大、體積更小,使之成為L(zhǎng)DMOS的天然繼承者。

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Massive-MIMO天線要求器件小型化,GaN尺寸為L(zhǎng)DMOS尺寸1/6至1/4。

GaN相比LDMOS每單位面積可將功率提高4到6倍。

也就是說,相同發(fā)射功率規(guī)格下,GaN裸片尺寸為L(zhǎng)DMOS裸片尺寸的1/6至1/4。

受基站內(nèi)功率放大器尺寸要求和材料能量密度的限制,LDMOS在3.5GHz附近最大發(fā)射功率會(huì)大幅度下降,導(dǎo)致需要更多LDMOS器件,基于此,GaN具有更高功率密度特性,能夠?qū)崿F(xiàn)更小器件封裝,因而非常適用于5G的Massive-MIMO天線系統(tǒng)。

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參考目前實(shí)驗(yàn)5G基站的上游采購(gòu)價(jià)格,目前用于3.5GHz頻段的5G基站,采用LDMOS工藝的功率放大器單扇區(qū)的價(jià)格大約超過了400美金,采用GaN工藝的功率放大器價(jià)格更是超過了700美金。

而當(dāng)前4G功放單扇區(qū)的價(jià)格200美金左右,5G功率放大器的價(jià)格達(dá)到了4G時(shí)期的2~3.5倍。

GaN技術(shù)雖然性能出眾,但考慮到GaN昂貴的成本,預(yù)計(jì)初期5G功率放大器可能會(huì)以LDMOS與GaN混合為主,隨著成本的不斷下降,后續(xù)逐漸被GaN完全取代。

考慮到功率放大器行業(yè)的壟斷性,我們預(yù)計(jì)5G規(guī)模建網(wǎng)期間降價(jià)空間比較有限。

預(yù)計(jì)功率放大器市場(chǎng)空間大幅增加

在4G建設(shè)高峰期,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)平均每年功率放大器的市場(chǎng)空間約在42億元。考慮到單站功率放大器價(jià)格的大幅提升,到了5G時(shí)代,單站價(jià)格的大幅上漲將推動(dòng)功率放大器的總市場(chǎng)空間大幅提升,假設(shè)5G建設(shè)周期為2020-2025年,預(yù)計(jì)建設(shè)高峰期(2020-2023)宏基站功率放大器市場(chǎng)空間每年可達(dá)約108.2-188.9億元,相較4G規(guī)模建設(shè)期,市場(chǎng)空間同比增長(zhǎng)158%-350%。

國(guó)內(nèi)稀缺功率器件標(biāo)的正尋找A股上市

傳統(tǒng)基站功率放大器領(lǐng)域,主要由恩智浦(NXP)、飛思卡爾(Freescale)和英飛凌(Infineon)三家公司壟斷,2015年NXP完成收購(gòu)Freescale,為了規(guī)避反壟斷調(diào)查,NXP便將自己的RFPower部門以18億美元的價(jià)格出售給國(guó)內(nèi)的北京建廣資本,收購(gòu)的恩智浦RFPower部門現(xiàn)改組為Ampleon公司,截止到2016年底,Ampleon在全球基站功率放大器領(lǐng)域的市場(chǎng)占有率達(dá)到了約38%,排名世界第二。

2018年6月,國(guó)內(nèi)A股上市公司旋極信息發(fā)布公告,與合肥瑞成股東之一北京嘉廣資產(chǎn)管理中心簽訂《合作意向書》,擬購(gòu)買其持有的合肥瑞成股權(quán),從而間接收購(gòu)Ampleon股權(quán)。

未來,隨著毫米波等高頻段技術(shù)的成熟,GaN作為主流技術(shù)將成為必然,化合物半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈公司將深度受益。

5GAAU內(nèi)射頻連接以板對(duì)板盲叉連接器為主

3/4G時(shí)期以饋電網(wǎng)絡(luò)方式存在,通過饋線連接。

3/4G時(shí)期,天線與RRU之間、天線內(nèi)部天線振子與射頻器件相連都是通過饋線連接。

天線與RRU之間的射頻饋線主要包括主饋線和跳線,跳線為基站天線和主饋線、主饋線和BTS之間提供連接,一般為1/2”電纜;主饋線為機(jī)房到天線平臺(tái)之間連接,一般采用7/8”電纜。

天線內(nèi)部饋線主要為半柔電纜。

5G時(shí)代通道數(shù)變多以及集成化,射頻連接以板對(duì)板盲叉連接器為主

5G時(shí)代天線有源化,AAU內(nèi)功分網(wǎng)絡(luò)和基帶處理板將以PCB形式存在,傳統(tǒng)饋線連接方式已不能滿足需求,此時(shí)板對(duì)板之間需要由射頻連接器進(jìn)行連接。

盲插型連接器分別電連接在天線射頻通道的輸入端和收發(fā)組件的輸出端口,盲插型連接器的種類和形式較多,可以自由選型。

SMP板對(duì)板連接器組件是一個(gè)浮動(dòng)的結(jié)構(gòu),由一個(gè)與PCB焊接連接的snap座子,另一個(gè)與PCB焊接連接的slide座子以及中間的轉(zhuǎn)接器bullet構(gòu)成。

兩個(gè)座子分別焊接在兩塊PCB板上,三個(gè)連接器與兩塊PCB板組成一個(gè)連接器電路板組件。

國(guó)內(nèi)連接器的主要廠商:西安華達(dá)、金信諾、中航光電(電連接器產(chǎn)品在航空領(lǐng)域市場(chǎng)占有率達(dá)60%)、通茂電子(6908廠子公司)、中電科55所等。

海外連接器主要廠商:TEConnectivity泰科電子(美國(guó))、Amphenol安費(fèi)諾(美國(guó))、Rosenberger羅森伯格(德國(guó))、RADIALL雷迪埃(法國(guó))等。

射頻連接器市場(chǎng)可達(dá)94.4億元。一個(gè)基站需要三面天線,假設(shè)未來單面天線主流方案采用64T64R,對(duì)應(yīng)一個(gè)基站需要盲叉連接器的數(shù)量為66*3=198個(gè)。

根據(jù)草根調(diào)研目前SMP盲插連接器國(guó)內(nèi)廠商價(jià)格大概15元/個(gè),未來成熟期有望下降到6元/個(gè)。假設(shè)5G建設(shè)周期為2020-2025年,預(yù)計(jì)建設(shè)高峰期(2020-2023)宏基站連接器市場(chǎng)空間每年可達(dá)約14.1-26.8億元。