无线射频收发模块(【行业深度】5G天线研究：终端天线变化铸就价值，新基建再造空间)

Posted 2023-05-28

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无线射频收发模块(【行业深度】5G天线研究：终端天线变化铸就价值，新基建再造空间)

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。

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，为实现高速、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。

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。

3、5G时代，天线迎双频段市场

5G具备三大应用场景：增强移动宽带(eMBB)、海量物联网业务(mMTC)、超高可靠性与超低时延业务(uRLLC)。5G技术在数据传输速率、移动性、传输时延及终端连接数量等具备优势，将进一步推动万物互联。其8个技术指标相比4G有所跃升。据德勤研究数据预测，2020-2035年全球5G产业链投资将达到3.5万亿美元，中国占比约30%，达1.05万亿美元。全球行业受5G驱动将创造超12万亿美元的销售额，涵盖制造、信息通信、批发零售、基础设施等多个行业。

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。

在手机天线工艺技术变迁上，天线经历了从金属弹片—FPC—LDS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，将导电银浆高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。为实现高速、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。根据射频器件公司Skyworks预测，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在我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）。当前我国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。

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。

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高速传输，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高速率的需求，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。据YoleDevelopment统计预测，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。

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。根据Bccresearch的预测，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；而根据YoleDevelopment的预测，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。

我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（Radio Access Network，RAN）的体系架构需要进行改进。4G LTE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=BBU（负责信号调制）+RRU（负责射频处理）+天线5G基站=BBU+AAU=CU（非实时）+DU（实时）+ AAU（包括天线）其中，原BBU的非实时部分被分割出来成为CU，用于处理非实时协议与服务；原BBU中剩余部分功能被定义为DU，负责处理物理层协议与实时服务；原BBU中的部分物理层功能与原RRU合并成为AAU。因此，5G相应的承载网也分为三个部分，AAU和DU间构成前传环节，CU以上为回传环节，另外新增加了CU和DU间的中传环节。

2020年5G建设加速，“新基建”的提出将5G基础建设推向高峰。根据Gartner预测，2020年全球5G基础设施收入将从2019年的22亿美元增长89%，到2021年达到68亿美元。目前国内疫情缓和，5G基建将加快建设，3月24日，工信部发布《关于推动5G加快发展的通知》，明确要求“进一步优化设备采购、查勘设计、工程建设等工作流程，抢抓工期，最大程度消除新冠肺炎疫情影响”。三大运营商资本开支结束5年下跌趋势，2019年资本支出回暖，行业景气回升。三大运营商2019年资本开支合计2999亿元，同比去年增长5%，其中，中国移动、中国联通、中国电信2019年分别投入资本开支1659亿元、564亿元、776亿元。

运营商5G资本开支翻倍增加，占2020年全部资本开支比例超50%。目前三大运营商均已发布2019年度业绩报告，三大运营商2020年资本开支计划合计达3348亿元，同比去年增长12%，其中5G资本开支计划达1803亿元，占总资本开支计划的54%，同比去年增长3.38倍。

2、基站数量与单体价值提升，天线投资规模扩大

5G时代天线投资规模相比4G时期将会有大幅提升。在5G基站天线特征方面，5G天线通道数量会比4G有所提升，4G时期多以4通道为主，而5G时期将扩至64通道。5G宏基站中AAU设备适用于中频频段与毫米波频段，在Sub-6G频段，AAU设备包括64T64R、32T32R、16T16R三种类型，64T64R AAU设备有64收发通道，多部署在密集城区等5G数据热点区域，其余区域则使用32收发通道或16收发通道。在毫米波频段，由于电磁信号传播特点AAU设备的通道数相对较少，一般低于8通道，需采用大规模天线陈列与波束赋形技术，提高信号覆盖能力。

5G基站数量相比4G有望增长，预计为4G的1.2-1.3倍。根据工信部最新发布的《2019年通信业统计公报》显示，截至2019年底，4G基站数达到544万站，占基站总数的64.7%；我国5G基站数超13万站，预计2020年我国5G基站建设数量在70万站左右。此外，5G基站天线需要满足高频高速大流量传输等特点，工艺难度与天线材质提升，天线单体价值提升，4G基站天线成本约800-1000元/副，5G基站天线成本预计为3000-4000元/副。5G基站数量与5G基站天线单体价值的提升，将助推5G基站天线投资规模同向增长。

四、国内相关标的

国内天线厂商除了在全球天线市场享有一定份额的立讯精密、信维通信、硕贝德以外，还有电连技术、合力泰、瑞声科技等公司。立讯精密终端天线布局传统天线、LCP天线和LTCC工艺三个业务模块，LCP天线模组产品提供给北美客户。信维通信已具备LCP、MPI等柔性传输线产品的设计、制造能力，正加快产能建设，公司的LCP传输线产品也已用于高通5G基带芯片和5G毫米波天线模组之间的连接。

1、立讯精密（002475.SZ）：多点布局的电子制造领导者

公司是消费电子领域的领导者，在全产业链上布局零部件、模组、整机业务。2019年实现营业收入623.80亿元，同比增长74.00%，归属于上市公司股东净利润47.21亿元，同比增长73.40%。虽然公司营业收入已经进入巨量级，作为一家电子制造公司，却仍在不断增加研发投入，研发投入比例保持在7%左右。业务贡献上，2019年中期，消费性电子营收贡献占比77.71%，通讯、电脑、汽车互联产品及精密组件贡献占比分别为7.22%、6.69%、4.97%，连接器贡献占比3.42%。公司布局终端天线与宏基站天线、天线振子、滤波器、光模块，2018年切入终端LCP天线与无线充电接收业务，基站天线与滤波器产品也与国内外客户在5G层面进展顺利，实现部分出货。公司有望凭借全产业链优势拓展其天线业务市场份额。

2、信维通信（300136.SZ）：大力布局终端天线的引领者

信维通信主营射频元器件业务，包括移动终端、基站端等的天线、无线充电模组、EMCEMI器件、连接器等。2019年上半年射频业务毛利率为35.40%，同比下降2.88%，主要由于部分工厂建设与搬迁影响引起的营业成本上升11.72%。目前搬迁完成，工厂产能得到释放，无线充电、LDS天线、EMC/EMI产品集中出货，2019年第3季度公司业绩扭亏为盈，第三季度营业收入增长5.73%，扣非后归属于上市公司股东净利润增长10.41%，毛利率达44.53%。上半年，公司持续加大研发投入，立足传统LDS天线，增加前沿项目投入包括5GSub-6MIMO天线与毫米波阵列天线，扩大管理人员的规模，研发费用较上年同期增长66.15%。目前已经申请5G通信8X8MIMO天线、5G通信的双频毫米波天线系统及手持设备、LCP材料的毫米波天线系统及移动终端、5G车联网天线系统等专利270项。

3、硕贝德（300322.SZ）：专业的无线通信终端天线供应商

5G建设提速助推公司在2019年实现盈利增长，19年营业收入达到17.5亿元，同比增长1.58%，归属于上市公司股东净利润0.93亿元，同比增长48.84%。收入的增长主要来自天线业务的贡献，天线业务目前营收占比57.20%，19年天线业务实现营业收入9.18亿元，同比增长37.21%。其天线业务包括终端天线、基站天线及车载天线。其中，终端天线是公司盈利贡献最大的产品，主要包括手机天线、笔电天线和可穿戴设备天线等；手机天线供货于全球头部手机厂商，笔电目前客户为戴尔、联想等；5G终端天线现已批量供货。基站天线，公司2018年年底以微基站天线为切口进入，2019年初正式进入宏基站天线领域，产品主要包括CPE、微基站天线、宏基站天线阵子阵列等，19年上半年出货5G微基站天线，下半年出货宏基站天线。2020年3月，公司投资5000万元设立苏州硕贝德通讯技术公司，聚焦新一代天线射频技术，成果将应用于5G、6G领域。车载天线，公司于2019年初专门设立子公司惠州硕贝德，主要产品为多合一鲨鱼鳍天线、V2X天线等。