高频通信材料及其制品的研发、生产和销售,主要为下游行业提供能够在高频条件下为信号载体提供稳定传输环境的高频材料。高频通信材料主要应用于高频通信行业,属于高频通信行业产业链中的前端产品。
参考观研天下发布《2018年中国高频通信行业分析报告-市场运营态势与发展前景研究》
1、高频通信行业概况
随着信息技术的发展和通讯产品走向大众,低频率无线电波日益拥挤,迫使通信传输向更高频率发展。高频信号一般指频率较高的电磁信号。在通信行业,高频一般定义为频率在 1GHz 以上。高频信号的频段相对于一般的低频信号更为宽广,能够同时完成数以千万计的电话、电视等相关信息的传输。移动通信行业从 1G、2G、3G 逐步发展至目前 4G、5G 正是通信行业从低频向高频发展的显著代表。高频通信业务的发展极大改善了居民的生活质量并改变了大众的生活方式。
除移动通信行业外,高频通信还广泛应用于卫星接收、基站、导航、医疗、运输、仓储等各个领域。随着高频通信行业的持续发展,高频设备还将在以下领域实现全方位覆盖:
应用场所 |
使用频率 |
全球卫星定位系统(GPS) |
1.2-1.6GHz |
汽车、个人接收卫星 |
2.4GHz |
家庭接收卫星 |
12-14GHz |
直播卫星系统 |
13GHz |
个人接收基地台或卫星发射 |
13-24GHz |
数字微波系统(基站对基站接收) |
10-38GHz |
无线电变频通讯系统 |
70-80GHz |
汽车防碰撞系统(CA) |
75GHz |
军事领域 |
90-100GHz |
卫星小型地面站 |
12-145GHz |
上述领域涵盖目前社会生活的众多领域以及未来可能给大众生活方式带来巨大影响的无人驾驶、车联网等多个领域。此外,高频通信由于其信息容量大、传输速度快、抗干扰能力强等特点也广泛应用于舰船通信、导弹控制、多维通信的军事领域,为国防安全提供有效的保障。高频通信领域相关设备产业的快速、稳定发展为公司的持续、高速增长以及公司核心技术的产品化、产业化提供了良好的外部环境。
2、高频通信材料是高频通信行业发展的基础
高频化是通信行业发展的必然趋势,传统应用于低频通信电路中的材料一般很难达到高频通信所必需的电性能要求。电子信号在电路中传输会产生传输损耗,根据信号传输相关理论,信号传输损失与通信频率和介质损耗因数成正比,因此,在高频通信中,要减少信号传输损失,必须选用介质损耗因数小的基材;越大。此外,就信号传输的速度而言,电信号传播的速度与介电常数平方根成反比,介电常数越低,信号传送速度越快。
因此,从技术角度而言,信息处理和信息传播的高频、高速化对通信材料在介电常数(Dk)、介质损耗(Df)、PIM 等方面的性能参数提出了更高的要求,为了适应高频和高速数据传输的需要,高性能的电路基材至关重要。高频通信要求相关的电子材料有精准且稳定的介电常数(Dk)和更小的介质损耗(Df);精准介电常数有利于提升对电路设计的匹配度,而稳定的介电常数有利于高速电路中抗阻的连续稳定进而保障信号传输的快速和稳定性;更小的介质损耗则有利于大限度的降低传播中的信号损失。因此,介质损耗低和电磁性能稳定的高频通信材料是通信高频化发展的重要基础。
普通覆铜板存在毫米波等高频信号传输性能不稳定及损耗大的缺陷,而高频覆铜板能够在高频信号传输中保证其信号传输稳定性的同时极大地降低信号的损耗,为通信行业的高频化提供材料支持。高频通信的发展和电子设备的高频化既为高频通信材料的发展提供良好的契机,又对高频通信材料的持续研发、升级提供了方向。高频通信材料的市场,特别是作为专业基础材料的高频覆铜板市场会随着电子技术和通讯的迅猛发展而得到快速的扩大。
以移动通信市场为例,目前印制电路板所用的覆铜板大多为环氧树脂玻璃布基材料(FR-4),其介电常数通常在 4.6 左右,介质损耗一般在 0.01 以上。而 3G、4G 移动通讯产品通常要求电路板的介电常数达到 4.0 以下,介质损耗需降低至 0.003 以下。因此,普通 FR-4 覆铜板已很难满足移动通信高频化的发展要求。目前,研发和生产在 10Ghz 以上高频电路中依然能够保持介电常数更稳定、介质损耗更低的非极性材料成为了移动通信行业实现从 4G 向 5G 稳步发展的必要条件。综上,高频通信的发展既对通信材料在介电常数、介质损耗等方面的性能参数提出了更高的要求,也为高频通信材料的发展提供了重要机遇。
3、高频通信材料行业发展历程和国内发展状况
高频通信材料作为新兴材料,随着高频通信业务的发展而产生, 早应用于军工领域,欧美国家在上世纪中期就开始积极布局研发,进入 21 世纪后,高频通信材料虽然在移动通信领域大放异彩,但其核心材料仍由欧美国家主导。我国高频通信材料的研发起步相对较晚,技术水平目前仍落后于美国及日本。
以目前市场需求 大的高频覆铜板为例,行业巨头罗杰斯在上世纪 50 年代即开始持续投入对高频微波基板材料的研发;在 70 年代中期,其主打的短玻纤增强型的 PTFE 覆铜板已在军工、航空等领域有较好的应用;80 年代中期以后,罗杰斯研发成功了陶瓷填充型 PTFE 覆铜板和陶瓷填充的热固性树脂高频覆铜板,奠定了高频覆铜板行业的技术标准;90 年代初期,高频覆铜板进入商业应用发展时期,产品重点市场转为以移动通信为代表的民品市场;进入 20 世纪以来,高频覆铜板在移动通信行业有了爆发式增长,罗杰斯开发的 PTFE 高频覆铜板和碳氢树脂型覆铜板成功应用到基站天线和功率放大器系统中,有效提升了基站信号传输性能;近年来,罗杰斯将研发聚焦到 5G 通信和汽车领域,成功研发出适用于 5G 高频段通信和汽车毫米波雷达的 RO3000 型高频覆铜板,是目前行业内新的技术标尺。除罗杰斯外,美国的泰康利,日本的松下电工、日立化成等在高频高速覆铜板领域深耕多年,均有着自己独树一帜的产品。
国内 早研发高频通信材料的厂商为陕西华电材料总公司(国营 704 厂),作为国内覆铜板行业曾经的排头兵,国营 704 厂生产的聚苯醚型高频覆铜板曾用于国内军工领域,但产品一直未成为市场主流产品,高频通信材料在国内的市场一直高度依赖于进口,罗杰斯、泰康利、松下电工等国外厂商占据着较大的市场份额,我国虽为覆铜板生产大国,但是高频覆铜板、封装基板等技术含量高的板材每年进口额较大,覆铜板贸易持续逆差。
2007 年起,3G 通信开始在全球范围内布局,国内中英科技、泰州旺灵等公司率先认识到高频通信材料在未来通信中的重要作用,开始专门布局研发高频覆铜板产品。彼时正值消费电子工业高速发展阶段,FR-4 型、无卤型覆铜板市场需求量远高于高频基材,国内大的覆铜板厂商如生益科技、建滔化工、金安国纪、超华科技等主要集中于 FR-4 型等普通覆铜板生产规模的扩大,并没有将高频覆铜板作为主攻方向。
2013 年,国内 4G 网络正式实施,中国移动率先开始主导“TD-LTE”制式基站的建设,凭借本土优势,中英科技、泰州旺灵等少数公司的产品进入华为、京信通信、通宇通讯等通信设备生产商的合格产品目录,标志着国内高频通信材料生产商得以在该领域占有一席之地。2015 年以来,中英科技产品凭借良好的电性能及物理性能优势,先后通过全球知名通信设备生产商美国康普公司和德国罗森伯格的认证,进入国际市场,具备了在基站天线领域与行业龙头同台竞争的能力,市场份额及品牌知名度逐年提高。
国内 4G 建设进入高潮以后,意识到高频通信材料的巨大市场潜力,国内部分电子材料公司逐步开展了高频通信材料的研发与产业化工作,包括覆铜板生产商生益科技、超华科技、航宇新材,高频设备制造商高斯贝尔等。
4、加快发展高频通信材料是国内电子工业转型升级的应有之义
高频通信材料作为未来移动通信、汽车、军工等领域发展必须的关键基础材料,实现国产自主化生产是提升我国工业技术实力的必要前提。但相比于美国、日本企业,国内的高频通信材料仍处于相对落后状态。目前,在高频覆铜板领域,产品实现大批量销售的国内企业仅中英科技、泰州旺灵等少数企业。行业巨头罗杰斯、泰康利等依然占有相对较大的市场份额,我国对高频覆铜板等高技术附加值材料的进口依赖度依然较高。
以覆铜板行业为例,我国的覆铜板市场占有率在全球占有绝对优势,但产能较多停留在普通覆铜板领域,高频高速板材技术的研发生产能力仍主要掌握在美国和日本等企业手中。根据 Prismark 统计,2011 年至 2016 年全球覆铜板产值从95 亿美元上升至 101.23 亿美元,中国产值占比从 59%提高至 65%;2016 年,我国覆铜板产量达到 4.06 亿平方米,已经高于其他发达国家之和,但产品的平均单价却远低于日本、美国和欧洲。
目前,全球 65%以上的覆铜板由中国制造,是全球覆铜板 主要的出口国之一,2016 年我国覆铜板净出口 2.37 万吨。但在覆铜板领域,我国也一直处于贸易逆差状态,且近年来呈不断扩大的趋势,2016 年贸易逆差高达 4.26 亿美元。
2016 年,我国出口覆铜板均价约 6.28 美元/kg,进口均价为 13.06 美元/kg,进口价格为出口价格的两倍,主要原因系:国内出口的覆铜板产品主要为低附加值的普通覆铜板产品,而高端的高频覆铜板、封装基板等大量依赖进口。
基于此状况,加快发展高频通信材料行业对我国电子、通信、汽车等行业未来的发展意义重大,为实现制造业转型升级、降低高频通信材料的进口依赖,国内高频通信材料行业有望迎来新的历史机遇。
(二)行业市场状况及发展前景
1、高频通信材料行业发展的市场驱动因素
目前,高频通信主要集中在移动通信、汽车、卫星导航、军工雷达和通信等对信号传输速度和质量要求较高的领域。其中,移动通信行业是高频通信 重要、市场规模 大的应用领域。
首先,全球迈入移动互联网时代,终端用户对数据流量的消费需求呈几何式增长,推动移动通信业务的全面快速增长。4G 移动通信网络已经在全球普及,用户数量突破 20 亿;2016 年,全球移动互联网应用市场规模突破 1.3 万亿美元,且仍会继续保持两位数的增长速度;根据思科 Visual Networking Index(VNI)全球移动数据流量预测,全球移动数据流量在 2016 年至 2021 年间将增长 7 倍,达到 587EB,相当于 2011 年生成的全球移动总流量的 122 倍。移动通信业务的高速发展,带动了移动运营商设备投资的增长,全球基站建设数量稳步提升。基站作为移动信号接受、处理、发送的核心设备,对信号传输的要求较高,在移动通信从低频到高频发展的背景下,基站的天线、功放等核心设备必须选用低损耗、高稳定性的高频通信材料。全球范围内的大规模移动通信设施建设是高频通信材料行业在近年以及未来持续增长的主要动因。
其次,在信息时代科技浪潮的推动下,智能驾驶目前已成为汽车行业变革的核心内容。自 2009 年,谷歌启动无人驾驶技术研究至今,宝马、奥迪、特斯拉、通用等全球知名汽车生产商均制定了各自的无人驾驶规划,丰田、宝马等公司提出在 2020 年实现无人驾驶汽车的商业化。美国、日本、欧盟等国政府也制定了明确的无人驾驶产业支持政策,我国工信部出台《车联网发展创新行动计划》,组织开展车联网试点以及相关技术标准的制定。为实现更快的信号传输速率、更高的准确度和解析度,在智能驾驶的毫米波雷达等设备中使用电性能更优良的高频通信材料已成必然趋势。
再次,全球卫星导航系统(GPS)民用完全放开以后,卫星导航得以在航空、海运、汽车、测绘、导航等大众消费领域大放异彩,卫星导航应用产业已成为继移动通信和互联网之后的全球第三大新经济增长点。目前,在军用、测绘/GIS、海用、时间等对精度要求较高的卫星导航领域对高频通信材料有着一定的需求。
最后,国防信息化是现代军事发展的必然方向,作为高频通信的传统应用领域,军事、雷达、航天等领域的发展离不开高频通信材料的支撑。
在高频通信产业链中的各项应用中,公司生产的产品目前主要应用于移动通信行业,因此公司的产品容量和发展前景与移动通信行业的市场发展密切相关。除移动通信行业外,未来高频通信材料在智能汽车、卫星通信终端、军工通信和雷达等领域也有着重要的应用。
2、移动通信业务市场发展前景广阔,是销量增长的重要保障
移动通信是当今全球信息产业 具活力的发展领域之一,全球移动通信用户数保持着持续增长,大幅带动了通信系统设备制造业及各子行业的迅猛发展。全球移动通信网络的技术已经走过了第一代模拟技术(1G)、第二代数字技术(2G)和第三代宽带数字技术(3G),目前正处在第四代移动通信技术(4G)高速普及并向第五代移动通信技术(5G)过渡的阶段。
技术代际 |
国内商业运营时间 |
代表性制式 |
中心频率(GHz) |
技术特点 |
主要性能 |
1G |
1987 年 |
TACS |
0.9 |
模拟移动通信系统 |
蜂窝网络布局,实现大区域覆盖,支持移动终端跨区切换,实现移动幻境下不间断通信 |
2G |
1993 年 |
GSM/CDMA |
0.8/0.9/1.8 |
数字移动通信系统 |
支持短信等非语音通信业务,频谱利用率大大高于 1G |
3G |
2009 年 |
CAMA2000/ WCDMA/ TD-SCDMA |
1.9/2.1 |
数字移动通信系统 |
支持高速度数据传输,能将无线通信与国际互联网等多媒体通信相结合为用户提供语音通信、文本信息、图像、音乐、视频、网页浏览等服务。 |
4G |
2013 年 |
TD-LTE/ FDD-LTE |
2.1/2.6 |
高速数据传输数字移动通信系统 |
比 3G 更高的数据传输速度,更低的时延和更高的频谱利用率,能给用户带来更好的无限多媒体服务体验。 |
全球范围内 4G 通信建设为高频通信材料行业带来稳定的市场需求
4G 通信技术凭借其快速、稳定、大容量的信号传输能力,在极大地提高通讯便利程度的同时保障了自身的高速发展。GSMA(全球移动通信系统协会)数据表明,得益于 4G 通信网络建设,2010 年至 2015 年,全球无线通信资本支出逐年增长,2015 年达到 1,930 亿美元。一方面,伴随着全球主要国家和地区的4G 通信网络建设进入后期,全球 4G 网络覆盖率有较大提升,2016 年以来全球无线通信资本支出有所降低;另一方面,由于各个国家的移动通信网络建设情况差异较大,许多发展中国家仍在推进 4G 通信网络的建设。因此,虽然 2016 年以来全球无线通信资本支出有所降低,但每年仍保持在 1,600 亿美元左右,为高频通信材料行业带来稳定的市场需求。预计 2019 年以后,5G 通信网络的建设将进一步促进全球无线通信资本支出的增长,高频通信材料行业将迎来发展的新机遇。
根据 GSMA 的统计数据,4G 覆盖全球人口的数量从 2015 年底的 48%上升到 2016 年底的 66%。2016 年底,全球已有 188 个国家、580 个通信运营商启用4G 网络。预计到 2020 年,4G 网络的通信运营商有望再增加三分之一,将覆盖全球 79%的人口。
从国内看,国内 4G 建设在 2013 年至 2017 年间发展迅速。根据工信部数据,2017 年,全国净增移动通信基站 59.3 万个,总数达 619 万个,是 2012 年的 3 倍。其中 4G 基站净增 65.2 万个,总数达到 328 万个。
从 4G 移动网络扩张的角度看,中国移动起步最早、投入最大,截至 2017 年末,其 4G 基站数量达到 187 万个,是全球最大的 4G 运营商,其 4G 用户数量达到 6.5 亿人;中国电信和中国联通的 4G 业务起步稍晚,在网络建设上落后于中国移动,截至 2017 年末,4G 基站数量分别为 117 万个和 85 万个。从 2017 年开始,随着三家运营商对 5G 通信的商用计划已经提上日程,4G 基站的新建数量有减少趋势。自 2013 年起,各年末三大运营商 4G 基站数量如下图所示:
此外,随着终端支持的无线连接协议越来越多,从 初的 2G 网络到现在的NFC、3G/4G 网络、WiFi、蓝牙、FM 等,通信终端的射频器件单机价值量增长了数倍。展望未来,4G 的渗透率尚未饱和,渗透率提升将继续驱动射频器件单机价值量增长。因此,4G 通信设备的持续投入是高频通信材料行业快速发展的保证。
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