2020年中國天線行業(yè)發(fā)展概況及市場發(fā)展前景分析：5G建設(shè)加速，基站天線投資規(guī)模擴(kuò)大[圖]

    一、天線——信號收發(fā)的重要關(guān)卡

    天線的應(yīng)用包括基站側(cè)與終端側(cè)，而無論在基站還是在終端，天線都是信號發(fā)射與接收的關(guān)卡，天線性能的好壞，直接影響通信的質(zhì)量。

    1、終端天線概況

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

智能手機(jī)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

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    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國手機(jī)天線行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及未來發(fā)展前景報告》數(shù)據(jù)顯示：天線用于無線電波的收發(fā)，連接射頻前端，是接收通道的起點與發(fā)射通道的終點。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)頻段增加、頻率升高，驅(qū)使手機(jī)天線的使用增加，同時，為實現(xiàn)高速、多頻率、少損耗的傳輸，終端天線通過材料、結(jié)構(gòu)、工藝的不斷改進(jìn)實現(xiàn)性能的提升。天線整體經(jīng)歷了從金屬片到FPC到LDS的演變，目前LDS在高端機(jī)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(zhuǎn)換器，但基站天線連接基站設(shè)備與終端用戶。基站天線的功能包括無線電波的發(fā)射與接收，信號發(fā)射時，基站調(diào)制的導(dǎo)行波經(jīng)天線轉(zhuǎn)換為電磁波信號發(fā)送；信號接收時，終端調(diào)制后的電磁波信號經(jīng)天線轉(zhuǎn)換為導(dǎo)行波，傳送到主設(shè)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(dǎo)線的距離改變輻射的強(qiáng)弱。天線導(dǎo)線間存在交變電流時，將輻射出電磁波，而輻射能力與導(dǎo)線的形狀與長度相關(guān)。導(dǎo)線形狀變化時，當(dāng)導(dǎo)線間距離較近時，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間，輻射微弱；兩導(dǎo)線張開時，電場散播在周圍空間中，輻射增強(qiáng)。導(dǎo)線長度變化時，當(dāng)導(dǎo)線長度遠(yuǎn)小于輻射電磁波波長時，輻射微弱；當(dāng)導(dǎo)線長度與輻射的電磁波波長相似時，輻射較強(qiáng)。上述能產(chǎn)生顯著輻射的直導(dǎo)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(dāng)前通信行業(yè)最大的投資機(jī)會莫過于5G，其核心在于多元化業(yè)務(wù)場景。5G的三大典型應(yīng)用場景包括eMBB（移動寬帶增強(qiáng)）、uRLLC（超高可靠、超低時延通信）、mMTC（大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)），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(lián)。

5G主要業(yè)務(wù)場景及關(guān)鍵指標(biāo)

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    二、終端天線可能發(fā)生的變化？

    1、材料變化：天線應(yīng)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(jīng)歷了從金屬片—PI（聚酰亞胺）—LCP（液晶聚合物）的過程，LCP材質(zhì)具有低介電常數(shù)、低介電損耗的特質(zhì)，適用于高頻信號的傳輸；低吸濕率的特質(zhì)保證手機(jī)的防水性。LCP天線可以實現(xiàn)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(jī)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(kuò)大使用。

天線基材材料比較

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    在手機(jī)天線工藝技術(shù)變遷上，天線經(jīng)歷了從金屬彈片—FPC—LDS的變化，LDS（Laser-Direct-Structuring）激光直接成型技術(shù)是利用激光鐳射技術(shù)，按數(shù)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(jī)外殼的目的。LDS天線不占用手機(jī)內(nèi)部空間，增加了空間使用率；同時避免了內(nèi)部元器件的干擾，保證手機(jī)信號；此外，天性性能較為穩(wěn)定，精確度較高。目前除LDS技術(shù)外，還有泛友科技提出的LRP技術(shù)，它通過三維印刷工藝，將導(dǎo)電銀漿高速精準(zhǔn)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(lián)結(jié)構(gòu)。

    2、數(shù)量變化：5G頻段增加，單機(jī)天線數(shù)量提升

    5G網(wǎng)絡(luò)的部署采用兩種頻段FR1和FR2，F(xiàn)R1是低頻段Sub-6GHz（頻率范圍450MHz-6GHz）,特征是傳輸距離遠(yuǎn)、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(xiàn)高速、海量連接與低時延的體驗，5G網(wǎng)絡(luò)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(chuàng)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(yīng)用支持的頻段數(shù)量將實現(xiàn)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(dá)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(wǎng)絡(luò)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(dāng)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(lián)通為N78頻段、中國電信為N78頻段，全網(wǎng)通手機(jī)則涵蓋N41、N78、N79頻段，5G頻段數(shù)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(jī)仍將以支持低頻段為主，Sub-6GHz擁有更強(qiáng)的覆蓋能力。3GPPTS38.213協(xié)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(jī)需支持全頻段，至少需要4個天線，采用4T4RMIMO技術(shù)，頻段數(shù)量增長將直接驅(qū)動天線數(shù)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(jī)天線數(shù)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(jī)天線數(shù)量預(yù)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(shè)計難度提升，AiP封裝加快應(yīng)用

    5G手機(jī)功能增加，促使手機(jī)內(nèi)部功能模塊增多；此外，手機(jī)應(yīng)用增多使得5G手機(jī)耗電量大幅提升，為滿足日常需求，電池體積擴(kuò)大；而手機(jī)整體體積提升有限，因此內(nèi)部空間如何實現(xiàn)合理布局是5G手機(jī)的一大難題。為配合5G手機(jī)設(shè)計合理化，內(nèi)部天線的設(shè)計布局難度增加，制備復(fù)雜度提升，同時內(nèi)部模塊集成化的趨勢愈加明確，助推手機(jī)內(nèi)部天線價值上升。

    尤其發(fā)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(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，還可利用極密的空間復(fù)用度來增加容量。傳統(tǒng)通信利用基站與手機(jī)間單天線到單天線進(jìn)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(shù)，在基站側(cè)采用陣列天線，自動調(diào)節(jié)各天線發(fā)射信號的相位，使手機(jī)側(cè)可以收到疊加的電磁波增強(qiáng)信號強(qiáng)度。

    毫米波手機(jī)天線有多種應(yīng)用模式：一個手機(jī)對兩個基站、一個基站對一個手機(jī)、一個基站對幾個手機(jī)模式等不同應(yīng)用場景，影響終端手機(jī)天線布局。高頻毫米波的傳輸損耗大，因此毫米波手機(jī)可能會呈現(xiàn)以下布局特征：一是協(xié)同化設(shè)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(jī)內(nèi)部設(shè)計布局難度提升，AiP封裝加快應(yīng)用，射頻前端芯片價值提升。高端LTE智能手機(jī)中射頻芯片價值為15.30美元，5G制式下智能手機(jī)內(nèi)射頻前端芯片價值將繼續(xù)上升，5G低頻段單機(jī)手機(jī)射頻芯片價值預(yù)計達(dá)32美元，毫米波單機(jī)手機(jī)射頻芯片價值預(yù)計達(dá)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(dá)到30億美元

    5G手機(jī)滲透率的提升,以及5G頻段增加帶來的天線數(shù)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(yè)有望迎來高增長。2021年全球天線市場規(guī)模在225億美元，智能型天線市場規(guī)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(fù)合增速達(dá)到8.4%。隨著2021年后毫米波手機(jī)放量，預(yù)計截至2025年，手機(jī)市場中將存在34%連接5GSub-6GHz網(wǎng)絡(luò),20%連接5G毫米波網(wǎng)絡(luò)（數(shù)量預(yù)計為5.64億部）。長遠(yuǎn)來看，手機(jī)端天線行業(yè)市場空間廣闊。

全球手機(jī)天線市場格局

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全球天線市場規(guī)模預(yù)測

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    我國企業(yè)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(jù)一定比例的市場份額，但在高端技術(shù)天線生產(chǎn)上仍以美系廠商Amphenol安費諾和日系廠商Murata村田領(lǐng)先。安費諾的LCP天線模組以進(jìn)入蘋果手機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈，2018年占據(jù)供應(yīng)商份額65%左右；村田的LCP天線曾供應(yīng)iPhoneX，在毫米波天線模組方面已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化。

    三、新基建發(fā)力，基站天線享增量空間

    1、5G基站實現(xiàn)架構(gòu)重組，運營商資本開支回暖

    5G定義了三類典型業(yè)務(wù)場景，為了滿足5G網(wǎng)絡(luò)大帶寬和低時延的要求，無線接入網(wǎng)（RadioAccessNetwork，RAN）的體系架構(gòu)需要進(jìn)行改進(jìn)。4GLTE網(wǎng)絡(luò)中BBU+RRU兩級架構(gòu)將過渡至5G網(wǎng)絡(luò)的CU+DU+AAU架構(gòu)。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(fù)責(zé)信號調(diào)制）+RRU（負(fù)責(zé)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(xié)議與服務(wù)；原BBU中剩余部分功能被定義為DU，負(fù)責(zé)處理物理層協(xié)議與實時服務(wù)；原BBU中的部分物理層功能與原RRU合并成為AAU。因此，5G相應(yīng)的承載網(wǎng)也分為三個部分，AAU和DU間構(gòu)成前傳環(huán)節(jié)，CU以上為回傳環(huán)節(jié)，另外新增加了CU和DU間的中傳環(huán)節(jié)。

5G三類典型業(yè)務(wù)場景

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5GRAN架構(gòu)的重組變化

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    2020年5G建設(shè)加速，“新基建”的提出將5G基礎(chǔ)建設(shè)推向高峰。2020年全球5G基礎(chǔ)設(shè)施收入將從2019年的22億美元增長89%，到2021年達(dá)到68億美元。目前國內(nèi)疫情緩和，5G基建將加快建設(shè)，3月24日，工信部發(fā)布《關(guān)于推動5G加快發(fā)展的通知》，明確要求“進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備采購、查勘設(shè)計、工程建設(shè)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(jié)束5年下跌趨勢，2019年資本支出回暖，行業(yè)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(lián)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(fā)布2019年度業(yè)績報告，三大運營商2020年資本開支計劃合計達(dá)3348億元，同比去年增長12%，其中5G資本開支計劃達(dá)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(shù)量與單體價值提升，天線投資規(guī)模擴(kuò)大

    5G時代天線投資規(guī)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(shù)量會比4G有所提升，4G時期多以4通道為主，而5G時期將擴(kuò)至64通道。5G宏基站中AAU設(shè)備適用于中頻頻段與毫米波頻段，在Sub-6G頻段，AAU設(shè)備包括64T64R、32T32R、16T16R三種類型，64T64RAAU設(shè)備有64收發(fā)通道，多部署在密集城區(qū)等5G數(shù)據(jù)熱點區(qū)域，其余區(qū)域則使用32收發(fā)通道或16收發(fā)通道。在毫米波頻段，由于電磁信號傳播特點AAU設(shè)備的通道數(shù)相對較少，一般低于8通道，需采用大規(guī)模天線陳列與波束賦形技術(shù)，提高信號覆蓋能力。

    5G宏基站數(shù)量大約是4G宏基站數(shù)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(shù)量規(guī)模，5G基站（宏基站+微基站）規(guī)模突破千萬級別。

5G基站建設(shè)數(shù)量預(yù)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?shù)忍攸c，工藝難度與天線材質(zhì)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(yù)計為3000-4000元/副。5G基站數(shù)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(guī)模同向增長。

全球5G宏基站天線投資規(guī)模

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