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5G基站即将海量增长材料机会时代!

发布日期:2019-06-28 09:25 来源:未知 点击:

  从5G的建设需求来看,5G将会采取“宏站+小站”组网覆盖的模式,历次基站的升级,都会带来一轮原有基站和新基站建设潮。

  根据赛迪顾问发布的《2018年中国5G产业与应用发展》,预计5G宏站增量将达到360-500万个,小基站数量将达到720-1000万个,合计基站总数量将是4G基站的3.3-4.6倍,奠定了海量增长空间。

  移动通信基站的天线阵列演化将带来高频材料需求大幅增加(资料来源:中国联通网络技术研究院,安信证券研究中心)

  根据主流的方案,5G基站将采用大规模天线关键技术(Massive MIMO),原本4G基站的天馈系统和RRU(射频拉远单元)合并,形成全新部分AAU(有源天线)。

  5G 有源天线的结构图:天线振子将集成在一张PCB 板上。(资料来源:CNKI,安信证券研究中心)

  在5G基站中,印刷电板(Printed Circuit Board,简称PCB)作为最基础的连接装置将被广泛使用。

  PCB是指在基材上按照预先设计好的形成点之间连接和印刷元件的基板。PCB的功能是让电子元器件按照预定电连接(就是关键互连件)。

  首先5G基站的天线阵子需要使用PCB作为连接;其次5G基站的滤波器等元器件将大幅增加,需要使用一块单独的PCB来连接这些元器件;最后5G基站的CU/DU等部分也需要使用PCB。

  5G建设初期,对于PCB的需求增量直接体现在无线网和传输网上,对PCB 背板、高频板、高速多层板的需求较大。

  目前PCB产业界广泛应用的基板材料是玻纤布增强的环氧型基材FR-4(环氧树脂玻纤布覆铜板),该材料是由一层或者多层浸渍过环氧树脂的玻璃纤维布构成。

  因为它成本较低,且电气和机械性能适于多方面的需求,所以是应用最广的一类基板材料。但是FR-4的介电(ε)高达4.2~4.8以上,介质损失因子(tanδ)大于0.0015,难以满足高频应用的需求。

  原材料中,铜箔是最主要的组成部分,约占覆铜板成本的30%-50%(取决于覆铜板的薄厚),它作为性能良好的导电体在PCB中起到导电和散热的作用。

  此外,玻璃纤维布和特殊树脂也是重要的原材料,玻璃纤维布作为增强材料,起着绝缘和增加强度的作用;特殊树脂作为填充材料,起着粘合和提升板材性能的作用。

  其中,PCB上游的特殊树脂领域目前国际领先的厂商还是以海外厂商为主,包括日本的三菱瓦斯、Panasonic、日立化成,美国的罗杰斯、伊索拉、泰康利,以及中国的联茂、台光等。

  为了满足高频高速PCB 产品的可靠性、复杂性、电性能和装配性能等诸多方面的要求,许多PCB基板材料的厂商对特殊树脂进行了不同的改进。

  在目前高速高频化的趋势下,较为主流的PCB材料包括聚四氟乙烯树脂(PTFE)、环氧树脂(EP)、双马来酰亚胺三嗪树脂(BT)、热固性氰酸脂树脂(CE)、热固性聚苯醚树脂(PPE)和聚酰亚胺树脂(PI),由此衍生出的覆铜板种类超过130种。

  对于基站PCB而言,最为重要的指标是介电特性、信号传输速度和耐热性,前两点上PTFE基板都具有较好的性能。

  它是目前为止发现的介电性能最好的有机材料,优异的介电性能有利于信号完整快速地传输,这角度而言PTFE是5G时代基站PCB板的优选树脂材料。

  根据国内PCB龙头企业深南电的招股说明书中的采购数据,可以知道PTFE板材在2017年的市场价格为600元(人民币:下同)/m2。

  假设其价格不变,五年之后也即2023年5G基站能全部建设完毕,可以推知单基站PTFE的价值为1875元,届时中国基站用PTFE需求空间为89.06亿元,全球基站用PTFE需求空间预期为127.23亿元。

  天线振子是天线的核心部件。天线振子作为天线的主要组成部分,主要负责将信号放大和控制信号辐射方向,同样可以使天线接收到的电磁信号更强。

  根据天线的形态,天线振子形态也包括多种多样,有杆状、面状等;根据加工工艺,主要有钣金、PCB、塑料等。传统4G天线振子多以金属钣金为主。

  从5G设备商测试情况来看,在热点高容量地区优先选择64通道的天线振子天线振子在覆盖能力上能提升1.7dB,目前设备商测试64通道天线个双极化天线个天线振子。

  天线振子加工方式主要有金属压铸/钣金、PCB贴片和塑料振子,4G时代更多以金属压铸/钣金方式加工,组装更多的靠人工,效率低下。

  5G时代由于频段更高且采用Massive-MIMO技术,天线振子尺寸变小且数量大幅增长,综合考虑天线性能及AAU安装问题,塑料天线振子方案具有一定的综合优势。

  为了应对 5G 新型天线的变化,市场上出现了全新的工艺——3D 选择性电镀塑料振子方案,其中代表企业为飞荣达。

  所谓的塑料天线振子即采用内含有机金属复合物的改性塑料材料,用注塑成型的方式将复杂的 3D 立体形状一次性制造出来,再利用特殊技术使塑料表面金属化。

  3D 塑料振子的制造工艺一般指注塑工艺+激光工艺,其中激光工艺指在新型的塑料件上用激光直接 3D 打印电板的技术。激光工艺中又分为选择性电镀和 LDS 两种工艺。

  而选择性电镀激光工艺适用于较大型的设备,包括宏基站天线D 塑料振子方案的分类图解(资料来源:安信证券研究中心整理)

  3D 塑料振子除了重量非常轻,还能满足钣金 和压铸工艺所不能实现的精度要求。注塑和选择性电镀都是精度非常高的工艺,将它们结合在一起,可以天线G 以上的高频场景要求。

  由于5G天线遵循MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)概念,意思是多输入多输出,这意味着一个基站内可安装多个天线,而这些天线的尺寸又很小,需要天线罩的。天线罩要具有良好的电磁波穿透特性,机械性能上要能外部恶劣的如暴风雨、冰雪、沙尘以及太阳辐射等。

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