天线行业发展概况及市场发展前景分析
天线行业发展概况及市场发展前景分析 一、天线信号收发的重要关卡 天线的应用包括基站侧与终端侧, 而无论在基站还是在终端, 天线都是信号发射与接收的关卡, 天线性能的好坏, 直接影响通信的质量. 1、终端天线概况 手机终端的通信模块主要分为天线、射频前端模块、射频收发模块、基带信号处理. 射频前端介于天线与射频收发之间, 可以分为接收通道和发射通道, 从线路看信号传输：其接收通道：信号天线天线开关滤波器/双工器LNA射频开关射频收发基带；其发射通道：基带射频收发射频开关PA滤波器/双工器天线开关天线信号. 智能手机通信系统结构示意图 天线用于无线电波的收发, 连接射频前端, 是接收通道的起点与发射通道的终点. 随着信息技术的不断发展, 无线网络频段增加、频率升高, 驱使手机天线的使用增加, 同时, 为实现飞速、多频率、少损耗的传输, 终端天线通过材料、结构、工艺的不断改进实现性能的提升. 天线整体经历了从金属片到FPC到LDS的演变, 目前LDS在高端机上使用比较广泛. 而按功能分类, 天线主要包括主天线、GPS定位天线、Wifi天线、NFC天线、FM天线等. 天线主要类型天线主要类型类型简介性能空间利用技术难度成本应用金属片天线金属质地良低低低功能机FPC天线柔性电路板，包括PI、LCP材质（液晶聚合物）良中中中中低端LDS天线利用激光画出电路图案，将天线镭射于手机外壳优高高高高端 2、基站天线概况 基站天线与终端天线相似, 也是信号的转换器, 但基站天线连接基站设备与终端用户. 基站天线的功能包括无线电波的发射与接收, 信号发射时, 基站调制的导行波经天线转换为电磁波信号发送；信号接收时, 终端调制后的电磁波信号经天线转换为导行波, 传送到主设备. 天线工作原理示意图 天线的主要工作原理为控制导线的距离改变辐射的强弱. 天线导线间存在交变电流时, 将辐射出电磁波, 而辐射能力与导线的形状与长度相关. 导线形状变化时, 当导线间距离较近时, 电场被束缚在两导线之间, 辐射微弱；两导线张开时, 电场散播在周围空间中, 辐射增强. 导线长度变化时, 当导线长度远小于辐射电磁波波长时, 辐射微弱；当导线长度与辐射的电磁波波长相似时, 辐射较强. 上述能产生显著辐射的直导线称为振子, 振子就是一个简单的天线. 天线按不同的分类方式有多种种类. 基站天线分类基站天线分类分类方式天线种类按工作性质发射天线、接收天线、收发共用天线按用途通信天线、广播天线、电视天线、雷达天线、导航天线、测向天线按载体车载天线、机载天线、星载天线、弹载天线按使用波段长波、超长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线按辐射方向强方向性天线、弱方向性天线、定向天线、全向天线、针状波束天线、扇形波束天线按应用频段WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA天线、FDD-LTE、TDD-LTE天线以及包含上述多个制式的多频多端口天线按频带特性有窄频带天线、宽频带天线、超宽频带天线按磁化方向水平极化、垂直极化、垂直/水平极化、±45度正交极化；或单极化、双极化 3、5G时代, 天线迎双频段市场 当前通信行业最大的投资机会莫过于5G, 其核心在于多元化业务场景. 5G的三大典型应用场景包括eMBB（移动宽带增强）、uRLLC（超高可靠、超低时延通信）、mMTC（大规模物联网）, 这意味着5G不仅要解决人与人之间的连接, 还要满足人与物、物与物之间的互联. 5G主要业务场景及关键指标 二、终端天线可能发生的变化？ 1、材料变化：天线应用趋向LDS+LCP方向 天线未来将走向LCP+LDS方向. 在基材变迁上, 天线经历了从金属片PI（聚酰亚胺）LCP（液晶聚合物）的过程, LCP材质具有低介电常数、低介电损耗的特质, 适用于高频信号的传输；低吸湿率的特质保证手机的防水性. LCP天线可以实现射频传输、射频传输线与天线集成, 以及部分替代FPC、PCB的功能. 但LCP成本较高, 目前在中高端机中使用较为常见. 另外, 为改善PI的缺点, MPI（改性PI）目前使用也较为广泛, MPI性能介于PI与LCP间, 成本较LCP低廉, 未来有望在中低频扩大使用. 天线基材材料比较天线基材材料比较-PILCPMPI吸湿率0.1%-0.2%0.01%-0.02%0.1%-0.2%介电常数Dk3.32.93.3介电损耗Df0.006-0.0080.001-0.0020.003低频损耗高低中高频损耗高低中成本低高中可弯曲性高低中 在手机天线工艺技术变迁上, 天线经历了从金属弹片FPCLDS的变化, LDS（Laser-Direct-Structuring）激光直接成型技术是利用激光镭射技术, 按数位线路烧除表面抗蚀刻阻剂, 再在支架上化镀形成金属, 完成将天线直接打印于手机外壳的目的. LDS天线不占用手机内部空间, 增加了空间使用率；同时避免了内部元器件的干扰, 保证手机信号；此外, 天性性能较为稳定, 精确度较高. 目前除LDS技术外, 还有泛友科技提出的LRP技术, 它通过三维印刷工艺, 将导电银浆飞速精准地涂敷到工件表面, 形成天线形状, 然后通过三维控制激光修整, 以形成高精度的电路互联结构. 2、数量变化：5G频段增加, 单机天线数量提升 5G网络的部署采用两种频段FR1和FR2, FR1是低频段Sub-6GHz（频率范围450MHz-6GHz）,特征是传输距离远、覆盖面积大；FR2是高频段mmWave（频率范围24.25GHz-52.60GHz）,特征是传输速度快, 容量大, 但覆盖面积有限. 相比于4G, 5GNR除了包含部分LTE频段外, 同时新增部分频段. 为实现飞速、海量连接与低时延的体验, 5G网络无法使用3G/4G的固定广播波束, 5G波束是一组有合适宽度与多方向的窄波束, 而创建此种特征的波束意味着5G天线必须支持全频段, 全频段则需增加大量天线阵列. 到2020年, 5G应用支持的频段数量将实现翻番, 新增50个以上通信频段, 全球2G/3G/4G/5G合计支持的频段将达到91个以上. 5G在中国的布局大致分为三个阶段, 4.5G阶段（4G向5G过渡的阶段, NSA与SA网络并存）、5G初步阶段（以Sub-6GHz频段为主的5G阶段）、5G深入阶段（mmWave商用, Sub-6GHz与mmWave共存）. 当前中国5G仍处在4GLTE到5GNR的过渡阶段, 频段的利用以FR1为主. 2018年12月6日,工信部公布了运营商5G试验频率, 中国移动分配得到N41、N79频段、中国联通为N78频段、中国电信为N78频段, 全网通手机则涵盖N41、N78、N79频段, 5G频段数量确定性增加. 5GNR频段增加工信部划分中国5G频段 5G商用初期, 智能手机仍将以支持低频段为主, Sub-6GHz拥有更强的覆盖能力. 3GPPTS38.213协议中说明, 5G波束需满足5个边带（SSB）, 其中, 对于3GHz以下的频段, SSB波束的上限为4个, 对于3-6GHz的频段, 上限为8个. 为满足5G下不同场景高低频段需求, 5G天线支持全频段波束赋, 5G形成形波束的生成至少需要2个天线阵列. 若手机需支持全频段, 至少需要4个天线, 采用4T4RMIMO技术, 频段数量增长将直接驱动天线数量大幅增长. 5G波束需要更多天线 综合来看, 典型4G手机天线数量为2-4个, 包括2个通信天线, 1个Wifi天线, 1个GPS天线. 而5G手机天线数量预计为8-10个, 包括2个4G通信天线, 4个5G通信天线, 2个Wifi天线, 1个GPS天线等. 3、布局变化：设计难度提升, AiP封装加快应用 5G手机功能增加, 促使手机内部功能模块增多；此外, 手机应用增多使得5G手机耗电量大幅提升, 为满足日常需求, 电池体积扩大；而手机整体体积提升有限, 因此内部空间如何实现合理布局是5G手机的一大难题. 为配合5G手机设计合理化, 内部天线的设计布局难度增加, 制备复杂度提升, 同时内部模块集成化的趋势愈加明确, 助推手机内部天线价值上升. 尤其发展至后期, 5G毫米波段使用成熟. 毫米波作为高频段, 将以大带宽实现数据的飞速传输, 还可利用极密的空间复用度来增加容量. 传统通信利用基站与手机间单天线到单天线进行电磁波传播, 5G时代为满足大容量与飞速率的需求, 引入波束成形技术, 在基站侧采用阵列天线, 自动调节各天线发射信号的相位, 使手机侧可以收到叠加的电磁波增强信号强度. 毫米波手机天线有多种应用模式：一个手机对两个基站、一个基站对一个手机、一个基站对几个手机模式等不同应用场景, 影响终端手机天线布局. 高频毫米波的传输损耗大, 因此毫米波手机可能会呈现以下布局特征：一是协同化设计, 天线与芯片位置靠近, 将天线与射频前端集成化, 即采用基于SiP封装的AiP（Antenna-in-Package）, 减少高频短波下的信号损耗；二是采用两组线性相控阵, 可以同时寻找新信号与识别旧信号. 这将使得手机内部设计布局难度提升, AiP封装加快应用, 射频前端芯片价值提升. 高端LTE智能手机中射频芯片价值为15.30美元, 5G制式下智能手机内射频前端芯片价值将继续上升, 5G低频段单机手机射频芯片价值预计达32美元, 毫米波单机手机射频芯片价值预计达38.50美元. 射频芯片价值变迁 4、终端天线市场2022年达到30亿美元 5G手机渗透率的提升,以及5G频段增加带来的天线数量的增加,以及频率升高,空间减小带来的天线工艺的升级,天线行业有望迎来高增长. 2021年全球天线市场规模在225亿美元, 智能型天线市场规模在76亿美元；终端天线市场空间将由2018年的22.3亿美元增加到2022年的30.8亿美元, 复合增速达到8.4%. 随着2021年后毫米波手机放量, 预计截至2025年, 手机市场中将存在34%连接5GSub-6GHz网络,20%连接5G毫米波网络（数量预计为5.64亿部）. 长远来看, 手机端天线行业市场空间广阔. 全球手机天线市场格局全球天线市场规模预测 中国企业在天线市场的市场份额占比相比射频器件境况较好, 信维通信、硕贝德、立讯精密均占据一定比例的市场份额, 但在高端技术天线生产上仍以美系厂商Amphenol安费诺和日系厂商Murata村田领先. 安费诺的LCP天线模组以进入苹果手机产业链, 2018年占据供应商份额65%左右；村田的LCP天线曾供应iPhoneX, 在毫米波天线模组方面已经实现商业化. 三、新基建发力, 基站天线享增量空间 1、5G基站实现架构重组, 运营商资本开支回暖 5G定义了三类典型业务场景, 为了满足5G网络大带宽和低时延的要求, 无线接入网（RadioAccessNetwork, RAN）的体系架构需要进行改进. 4GLTE网络中BBU+RRU两级架构将过渡至5G网络的CU+DU+AAU架构. 4G基站中天线单独存在, 而5G基站中天线与原BBU中部分物理层处理功能以及原RRU合并成为AAU. 4G基站=B
