2020年中国天线行业发展概况及市场发展前景分析：5G建设加速，基站天线投资规模扩大[图]

    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

数据来源：公开资料整理

    智研咨询发布的《2020-2026年中国手机天线行业市场现状调研及未来发展前景报告》数据显示：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。

天线主要类型

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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。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。

5GNR频段增加

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工信部划分我国5G频段

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    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

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    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。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

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    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

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全球天线市场规模预测

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    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（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=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。

5G三类典型业务场景

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5GRAN架构的重组变化

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    2020年5G建设加速，“新基建”的提出将5G基础建设推向高峰。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。

三大运营商资本开支与计划

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    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。

三大运营商2020年资本支出计划

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    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，64T64RAAU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宏基站数量大约是4G宏基站数量的1.2-1.5倍。所以相较于4G时代百万级别的基站（宏基站）数量规模，5G基站（宏基站+微基站）规模突破千万级别。

5G基站建设数量预测

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    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。

全球5G宏基站天线投资规模

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