一、天線——信號收發的重要關卡

    天線的應用包括基站側與終端側，而無論在基站還是在終端，天線都是信號發射與接收的關卡，天線性能的好壞，直接影響通信的質量。

    1、終端天線概況

    手機終端的通信模塊主要分為天線、射頻前端模塊、射頻收發模塊、基帶信號處理。射頻前端介于天線與射頻收發之間，可以分為接收通道和發射通道，從線路看信號傳輸：其接收通道：信號—天線—天線開關—濾波器/雙工器—LNA—射頻開關—射頻收發—基帶；其發射通道：基帶—射頻收發—射頻開關—PA—濾波器/雙工器—天線開關—天線—信號。

智能手機通信系統結構示意圖

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    智研咨詢發布的《2020-2026年中國手機天線行業市場現狀調研及未來發展前景報告》數據顯示：天線用于無線電波的收發，連接射頻前端，是接收通道的起點與發射通道的終點。隨著信息技術的不斷發展，無線網絡頻段增加、頻率升高，驅使手機天線的使用增加，同時，為實現高速、多頻率、少損耗的傳輸，終端天線通過材料、結構、工藝的不斷改進實現性能的提升。天線整體經歷了從金屬片到FPC到LDS的演變，目前LDS在高端機上使用比較廣泛。而按功能分類，天線主要包括主天線、GPS定位天線、Wifi天線、NFC天線、FM天線等。

天線主要類型

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    2、基站天線概況

    基站天線與終端天線相似，也是信號的轉換器，但基站天線連接基站設備與終端用戶。基站天線的功能包括無線電波的發射與接收，信號發射時，基站調制的導行波經天線轉換為電磁波信號發送；信號接收時，終端調制后的電磁波信號經天線轉換為導行波，傳送到主設備。

天線工作原理示意圖

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    天線的主要工作原理為控制導線的距離改變輻射的強弱。天線導線間存在交變電流時，將輻射出電磁波，而輻射能力與導線的形狀與長度相關。導線形狀變化時，當導線間距離較近時，電場被束縛在兩導線之間，輻射微弱；兩導線張開時，電場散播在周圍空間中，輻射增強。導線長度變化時，當導線長度遠小于輻射電磁波波長時，輻射微弱；當導線長度與輻射的電磁波波長相似時，輻射較強。上述能產生顯著輻射的直導線稱為振子，振子就是一個簡單的天線。天線按不同的分類方式有多種種類。

基站天線分類

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    3、5G時代，天線迎雙頻段市場

    當前通信行業最大的投資機會莫過于5G，其核心在于多元化業務場景。5G的三大典型應用場景包括eMBB（移動寬帶增強）、uRLLC（超高可靠、超低時延通信）、mMTC（大規模物聯網），這意味著5G不僅要解決人與人之間的連接，還要滿足人與物、物與物之間的互聯。

5G主要業務場景及關鍵指標

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    二、終端天線可能發生的變化？

    1、材料變化：天線應用趨向LDS+LCP方向

    天線未來將走向LCP+LDS方向。在基材變遷上，天線經歷了從金屬片—PI（聚酰亞胺）—LCP（液晶聚合物）的過程，LCP材質具有低介電常數、低介電損耗的特質，適用于高頻信號的傳輸；低吸濕率的特質保證手機的防水性。LCP天線可以實現射頻傳輸、射頻傳輸線與天線集成，以及部分替代FPC、PCB的功能。但LCP成本較高，目前在中高端機中使用較為常見。另外，為改善PI的缺點，MPI（改性PI）目前使用也較為廣泛，MPI性能介于PI與LCP間，成本較LCP低廉，未來有望在中低頻擴大使用。

天線基材材料比較

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    在手機天線工藝技術變遷上，天線經歷了從金屬彈片—FPC—LDS的變化，LDS（Laser-Direct-Structuring）激光直接成型技術是利用激光鐳射技術，按數位線路燒除表面抗蝕刻阻劑，再在支架上化鍍形成金屬，完成將天線直接打印于手機外殼的目的。LDS天線不占用手機內部空間，增加了空間使用率；同時避免了內部元器件的干擾，保證手機信號；此外，天性性能較為穩定，精確度較高。目前除LDS技術外，還有泛友科技提出的LRP技術，它通過三維印刷工藝，將導電銀漿高速精準地涂敷到工件表面，形成天線形狀，然后通過三維控制激光修整，以形成高精度的電路互聯結構。

    2、數量變化：5G頻段增加，單機天線數量提升

    5G網絡的部署采用兩種頻段FR1和FR2，FR1是低頻段Sub-6GHz（頻率范圍450MHz-6GHz）,特征是傳輸距離遠、覆蓋面積大；FR2是高頻段mmWave（頻率范圍24.25GHz-52.60GHz）,特征是傳輸速度快，容量大，但覆蓋面積有限。相比于4G，5GNR除了包含部分LTE頻段外，同時新增部分頻段。為實現高速、海量連接與低時延的體驗，5G網絡無法使用3G/4G的固定廣播波束，5G波束是一組有合適寬度與多方向的窄波束，而創建此種特征的波束意味著5G天線必須支持全頻段，全頻段則需增加大量天線陣列。到2020年，5G應用支持的頻段數量將實現翻番，新增50個以上通信頻段，全球2G/3G/4G/5G合計支持的頻段將達到91個以上。5G在我國的布局大致分為三個階段，4.5G階段（4G向5G過渡的階段，NSA與SA網絡并存）、5G初步階段（以Sub-6GHz頻段為主的5G階段）、5G深入階段（mmWave商用，Sub-6GHz與mmWave共存）。當前我國5G仍處在4GLTE到5GNR的過渡階段，頻段的利用以FR1為主。2018年12月6日,工信部公布了運營商5G試驗頻率，中國移動分配得到N41、N79頻段、中國聯通為N78頻段、中國電信為N78頻段，全網通手機則涵蓋N41、N78、N79頻段，5G頻段數量確定性增加。

5GNR頻段增加

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工信部劃分我國5G頻段

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    5G商用初期，智能手機仍將以支持低頻段為主，Sub-6GHz擁有更強的覆蓋能力。3GPPTS38.213協議中說明，5G波束需滿足5個邊帶（SSB），其中，對于3GHz以下的頻段，SSB波束的上限為4個，對于3-6GHz的頻段，上限為8個。為滿足5G下不同場景高低頻段需求，5G天線支持全頻段波束賦，5G形成形波束的生成至少需要2個天線陣列。若手機需支持全頻段，至少需要4個天線，采用4T4RMIMO技術，頻段數量增長將直接驅動天線數量大幅增長。

5G波束需要更多天線

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    綜合來看，典型4G手機天線數量為2-4個，包括2個通信天線，1個Wifi天線，1個GPS天線。而5G手機天線數量預計為8-10個，包括2個4G通信天線，4個5G通信天線，2個Wifi天線，1個GPS天線等。

    3、布局變化：設計難度提升，AiP封裝加快應用

    5G手機功能增加，促使手機內部功能模塊增多；此外，手機應用增多使得5G手機耗電量大幅提升，為滿足日常需求，電池體積擴大；而手機整體體積提升有限，因此內部空間如何實現合理布局是5G手機的一大難題。為配合5G手機設計合理化，內部天線的設計布局難度增加，制備復雜度提升，同時內部模塊集成化的趨勢愈加明確，助推手機內部天線價值上升。

    尤其發展至后期，5G毫米波段使用成熟。毫米波作為高頻段，將以大帶寬實現數據的高速傳輸，還可利用極密的空間復用度來增加容量。傳統通信利用基站與手機間單天線到單天線進行電磁波傳播，5G時代為滿足大容量與高速率的需求，引入波束成形技術，在基站側采用陣列天線，自動調節各天線發射信號的相位，使手機側可以收到疊加的電磁波增強信號強度。

    毫米波手機天線有多種應用模式：一個手機對兩個基站、一個基站對一個手機、一個基站對幾個手機模式等不同應用場景，影響終端手機天線布局。高頻毫米波的傳輸損耗大，因此毫米波手機可能會呈現以下布局特征：一是協同化設計，天線與芯片位置靠近，將天線與射頻前端集成化，即采用基于SiP封裝的AiP（Antenna-in-Package），減少高頻短波下的信號損耗；二是采用兩組線性相控陣，可以同時尋找新信號與識別舊信號。

    這將使得手機內部設計布局難度提升，AiP封裝加快應用，射頻前端芯片價值提升。高端LTE智能手機中射頻芯片價值為15.30美元，5G制式下智能手機內射頻前端芯片價值將繼續上升，5G低頻段單機手機射頻芯片價值預計達32美元，毫米波單機手機射頻芯片價值預計達38.50美元。

射頻芯片價值變遷

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    4、終端天線市場2022年達到30億美元

    5G手機滲透率的提升,以及5G頻段增加帶來的天線數量的增加,以及頻率升高,空間減小帶來的天線工藝的升級,天線行業有望迎來高增長。2021年全球天線市場規模在225億美元，智能型天線市場規模在76億美元；終端天線市場空間將由2018年的22.3億美元增加到2022年的30.8億美元，復合增速達到8.4%。隨著2021年后毫米波手機放量，預計截至2025年，手機市場中將存在34%連接5GSub-6GHz網絡,20%連接5G毫米波網絡（數量預計為5.64億部）。長遠來看，手機端天線行業市場空間廣闊。

全球手機天線市場格局

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全球天線市場規模預測

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    我國企業在天線市場的市場份額占比相比射頻器件境況較好，信維通信、碩貝德、立訊精密均占據一定比例的市場份額，但在高端技術天線生產上仍以美系廠商Amphenol安費諾和日系廠商Murata村田領先。安費諾的LCP天線模組以進入蘋果手機產業鏈，2018年占據供應商份額65%左右；村田的LCP天線曾供應iPhoneX，在毫米波天線模組方面已經實現商業化。

    三、新基建發力，基站天線享增量空間

    1、5G基站實現架構重組，運營商資本開支回暖

    5G定義了三類典型業務場景，為了滿足5G網絡大帶寬和低時延的要求，無線接入網（RadioAccessNetwork，RAN）的體系架構需要進行改進。4GLTE網絡中BBU+RRU兩級架構將過渡至5G網絡的CU+DU+AAU架構。4G基站中天線單獨存在，而5G基站中天線與原BBU中部分物理層處理功能以及原RRU合并成為AAU。4G基站=BBU（負責信號調制）+RRU（負責射頻處理）+天線5G基站=BBU+AAU=CU（非實時）+DU（實時）+AAU（包括天線）其中，原BBU的非實時部分被分割出來成為CU，用于處理非實時協議與服務；原BBU中剩余部分功能被定義為DU，負責處理物理層協議與實時服務；原BBU中的部分物理層功能與原RRU合并成為AAU。因此，5G相應的承載網也分為三個部分，AAU和DU間構成前傳環節，CU以上為回傳環節，另外新增加了CU和DU間的中傳環節。

5G三類典型業務場景

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5GRAN架構的重組變化

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    2020年5G建設加速，“新基建”的提出將5G基礎建設推向高峰。2020年全球5G基礎設施收入將從2019年的22億美元增長89%，到2021年達到68億美元。目前國內疫情緩和，5G基建將加快建設，3月24日，工信部發布《關于推動5G加快發展的通知》，明確要求“進一步優化設備采購、查勘設計、工程建設等工作流程，搶抓工期，最大程度消除新冠肺炎疫情影響”。三大運營商資本開支結束5年下跌趨勢，2019年資本支出回暖，行業景氣回升。三大運營商2019年資本開支合計2999億元，同比去年增長5%，其中，中國移動、中國聯通、中國電信2019年分別投入資本開支1659億元、564億元、776億元。

三大運營商資本開支與計劃

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    運營商5G資本開支翻倍增加，占2020年全部資本開支比例超50%。目前三大運營商均已發布2019年度業績報告，三大運營商2020年資本開支計劃合計達3348億元，同比去年增長12%，其中5G資本開支計劃達1803億元，占總資本開支計劃的54%，同比去年增長3.38倍。

三大運營商2020年資本支出計劃

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    2、基站數量與單體價值提升，天線投資規模擴大

    5G時代天線投資規模相比4G時期將會有大幅提升。在5G基站天線特征方面，5G天線通道數量會比4G有所提升，4G時期多以4通道為主，而5G時期將擴至64通道。5G宏基站中AAU設備適用于中頻頻段與毫米波頻段，在Sub-6G頻段，AAU設備包括64T64R、32T32R、16T16R三種類型，64T64RAAU設備有64收發通道，多部署在密集城區等5G數據熱點區域，其余區域則使用32收發通道或16收發通道。在毫米波頻段，由于電磁信號傳播特點AAU設備的通道數相對較少，一般低于8通道，需采用大規模天線陳列與波束賦形技術，提高信號覆蓋能力。

    5G宏基站數量大約是4G宏基站數量的1.2-1.5倍。所以相較于4G時代百萬級別的基站（宏基站）數量規模，5G基站（宏基站+微基站）規模突破千萬級別。

5G基站建設數量預測

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    此外，5G基站天線需要滿足高頻高速大流量傳輸等特點，工藝難度與天線材質提升，天線單體價值提升，4G基站天線成本約800-1000元/副，5G基站天線成本預計為3000-4000元/副。5G基站數量與5G基站天線單體價值的提升，將助推5G基站天線投資規模同向增長。

全球5G宏基站天線投資規模

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