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。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。

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。

壹

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)。

貳

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。

叁

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。

肆

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)有限。

陶瓷介質(zhì)濾波器

伍

陶瓷濾波器或?qū)⒊蔀橹髁?/p>

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、思睿創(chuàng)等。

陸

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)?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(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。

審核編輯 ：李倩