財經365(m.hand93.com)訊:眾所周知,5G離我們越來越近,18年12月初,國內三大運營商正式獲得全國范圍5G中頻段試驗頻率使用許可,相關投資機會也受到了資本市場的瘋狂追逐。
1,AAU(射頻前端)
5G基站當中最大的變化來自于將原本4G基站的天饋系統和RRU合并,形成全新部分AAU。AAU集成了RRU和傳統天線的功能,數字接口獨立控制每個天線振子,構成主動式天線陣列,由于射頻單元不在需要饋線與RRU連接而是直接用光纖連接DU,此前令人困擾的饋電損耗趨于零。新一代5G高低頻AAU,支持3GPP的5G NR新空口,支持業界5G主流頻段,采用Massive MIMO、Beam Tracking、Beam Forming等5G關鍵技術。
在全新5G基站中天線模塊發生了最大的變化,主要是來自于MassiveMIMO技術的推進,雖然在4G就有8T8R的MIMO技術,但是隨著5G應用場景的需求,預計在5G天線當中將會采用以陣列形式排列128天線,每兩個天線對應一個天線振子,即64個天線振子。選擇64T64R的原因主要是在5G要滿足泛在網的特點從而采用Massive MIMO,配合波束賦形共同實現,而每個通道之間需要最少間隔0.5倍波長,若采用0.5倍波長方案,根據λ=c/v,則在2Ghz的工作頻率下每個振子橫向需要相隔7.5cm,2Ghz以上的高頻段則較之縮短。考慮到面積的問題,所以在單扇區選擇64T64R的AN模塊是比較理想的技術路線。
所以在5G天線當中,我們可以看到天線振子有8倍的數量級的提升,無論是哪種組網方式,為了滿足應用場景,都得采用多通道的天線陣列來適應MassiveMIMO技術。在5G的四種天線振子候選方案中(分別為鈑金振子、壓鑄振子、貼片振子、塑料振子),3D塑料振子方案憑借高精度,低重量和低成本等優勢,有望替代傳統鈑金和金屬壓鑄振子方案,成為5G的主流方案,但是目前塑料振子由于材料的原因,單價較低,目前大概每個7元,未來將繼續降價。在4G時代,天線振子的基本類型通常分為半波振子和貼片振子,半波振子的材料主要為金屬,按照加工方法不同可以分為沖壓(鈑金)成型和一次性鑄造成型兩種,一次性鑄造成型表面有鍍層,抗腐蝕性好,但是成本較高。但是鈑金和壓鑄工藝到了3.5G、4.9G這樣的頻段時,已經超過了它所能達到的精度極限,在這個頻段,他們無法達到5G天線所要求的電器性質。全新工藝為3D選擇性電鍍塑料振子,即在塑料振子表面進行電鍍,3D塑料振子的制造工藝一般指的是注塑+激光,激光就是在塑料表面用激光進行3D打印電路板,實現部分PCB功能。
隨著信道數量的提升,每個天線振子背后將直接鏈接分布式的微型收發單元(Micro-radio),包括數字信號處理模塊(DSP),數模/模數轉換器(DAC/ADC),功率放大器(PA),低噪音放大器(LNA),濾波器(Filter),雙工器(Duplexer)。
以上零部件及結構件除了天線振子、LNA、和濾波器外,其他的零部件還需要向國外進行進口。所以接下來說的是另一個細分零部件,即基站濾波器。
基站濾波器在4G時代主要采用金屬腔體濾波器,但是前文提到5G天線中信道增加,并且對面積體積皆有一定的要求,所以由于金屬腔體濾波器體積較大并且其降價空間不足,所以可能會選擇人造材料陶瓷介質濾波器,陶瓷濾波器由于介質介電常數較大的問題會對電磁波產生衰減,所以需要相應的算法以及功放進行配合,但是陶瓷的介質損耗小,在64T64R的AN模塊當中對功率有正向影響,滿足5G低功耗特點。雖然濾波器較4G時代也有一個數倍的增長,但是陶瓷介質濾波器相對于金屬腔體濾波器的價格下降了約2/3,金屬介質濾波器單價約為150元,所以實際上5G濾波器單扇區價格較4G增長3.6倍。如果考慮到5G基站同比4G基站增加50%的條件下,濾波器在全球基站市場空間較4G時代增加5.3倍。
5G當中預計采用陶瓷介質濾波器,陶瓷由于介電常數大的關系在高頻環境中衰減較嚴重,需要搭配相應的功放(PA)和對應算法來解決。射頻通道數量的提升使得PA用量也將得到提升,并且在高頻環境中,傳統LDMOS技術在高頻應用領域存在局限性:LDMOS功率放大器的帶寬會隨著頻率的增加而大幅減少,LDMOS僅在不超過約3.5GHz的頻率范圍內有效,因此在3.5GHz頻段LDMOS的性能已開始出現明顯下滑。并且隨著5G基站對功率的要求,LDMOS很難滿足性能。隨著半導體材料工藝的進步,氮化鎵(GaN)正成為中高頻頻段PA主要技術路線,GaN技術優勢包括能源效率提高、帶寬更寬、功率密度更大、體積更小,使之成為LDMOS的天然繼承者。參考目前實驗5G基站的上游采購價格,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的價格大約超過了400美金,采用GaN工藝的功率放大器價格更是超過了700美金。