5G基站天线射频器件国产替代任重道远

  • 2019-02-21
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我国是通信大国,5G若要尽快实现商用,第一步的基站部署刻不容缓。但是我国在基站天线射频元器件制造方面却远远落后于国外,部分关键器件国产替代严重不足。

        摘要:我国是通信大国,5G若要尽快实现商用,第一步的基站部署刻不容缓。但是我国在基站天线射频元器件制造方面却远远落后于国外,部分关键器件国产替代严重不足。

  5G天线和射频单元RRU集成为全新的有源天线AAU(ActiveAntennaUnit,有源天线单元)。射频器件是AAU的核心部件,在5G通信中负责处理二进制信号与电磁波信号在收发时的转换。可是限于国内技术的不成熟,关键射频器件如滤波器、功率放大器、数字中频和射频收发模块等器件依然依赖于进口,国产替代率严重不足。

  如图1所示。从功能上看,5G的AUU可大致分为天线单元、滤波器、功率放大器、数字中频+射频收发模块四个部分。数字中频模块用于上游光传输的调制解调、数字上下变频、数模转换等;射频收发模块完成中频信号到射频信号的变换,再经过功率放大器和滤波器,将射频信号通过天线口发射出去,最终的电磁波信号的收发皆由天线来完成。

 图1 AAU内部元器件分布

图1 AAU内部元器件分布

(资料来源:天风证券研究所)

  滤波器部分已能实现国产替代

  滤波器是射频器件中最重要的器件,其功能通过衰减其他频率成分从而达到特定频率信号的发送和接收的目的。由于滤波器可以滤除干扰信号以及进行频谱分析,因此滤波器性能的好坏直接关系到通信质量的优劣。

  目前,国内基站天线使用的滤波器主要有腔体滤波器和介质滤波器两大类。如表1所示,它们各有优缺点。其中陶瓷介质滤波器相比于金属腔体滤波器而言,具有尺寸小、量产成本低、高介电常数、高Q值等优点。我国基站滤波器产业成熟,市场主流的腔体滤波器技术壁垒较低,3/4G时期腔体滤波器厂家众多,并已全面实现国产化,主要生产厂商竞争的是制造效率和良品率。而新的陶瓷介质滤波器在国内仅有灿勤科技、东山精密旗下的艾福电子、风华高科旗下的国华新材料,以及通宇通讯拟收购的江佳电子在做相关研究。在高频应用的BAW和FBAR滤波器方面,中国仍然与国外有较大差距。

表1 滤波器分类及优缺点

表1 滤波器分类及优缺点

(资料来源:天风证券研究所)

  PA功率放大器仍然依赖进口

  功率放大器(PA,PowerAmplifier)的作用是将已调制的射频信号进行功率放大,从而得到足够大的射频输出功率,然后通过滤波器传送到天线上辐射出去。功放的关键技术主要包含高效率、大带宽、频段拓展等几大方向。

  横向扩散金属氧化半导体(LDMOS)功放器是此前市场主流的滤波器,而在高频段(1.8GHz以上)上GaN已经逐步取代LDMOS产品。GaN的原始密度是LDMOS的4倍,因此单位面积的功率可以扩大4-6倍,当仁不让的成为未来5G基站功率器件的首选。

  目前PA技术最好的供应商仍然以国外为主,如恩智浦、思佳讯(Skyworks)、英飞凌等,国内厂商如三安光电、中兴通讯等尚处于研发起步阶段。

  数字中频和射频收发模块依赖进口

  数字中频部分,华为和中兴公司已经自主研发调制解调器,但是其中的关键芯片包括FPGA、CPU和DSP等还要从美国进口。而对于射频收发部分,华为海思此前在数字/模拟转换器(DAC),模拟/数字转换器(ADC)等领域已有所突破。上海贝岭,以及航天电子子公司时代民芯也在研究高速ADC/DAC模块。中国振华电子集团子公司云芯微电子、中科院微电子所等科研企业也已在ADC/DAC芯片领域取得突破。但国内数字中频和射频收发等器件还没有取得完全能达到市场应用性能指标要求的研究成果,主要器件基本依赖国外进口。

  结语

  在天线市场上,华为已经成为市场的老大,三巨头华为、凯瑟琳、康普已经瓜分了市场65%的份额。可是如果不解决射频器件的国产化问题,真正的通信巨头就无从谈起,中兴通讯事件向我们说明了关键技术是不可以假手于人的。5G时代,在行业技术壁垒不断提高、行业集中度不断提升的情况下,核心技术才是企业的第一竞争力,国内企业的射频器件研发仍然任重而道远。

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