天线资料汇总（外行科普贴）

rocflyforever

天线是将高频电流或波导形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去，或把来自一定方向的电磁波还原为高频电流的一种设备。无天线的应用包括基站侧与终端侧，而无论在哪侧，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。
终端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。
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。

一、基站天线
1、        基本定义
基站天线（非手机终端天线）是用户用无线方式与基站设备连接的信息出（下行、发射）入（上行、接收）口，是载有各种信息的电磁波能量转换器。
a.        信号发射：基站发射时，调制后的射频电流能量经基站天线转换为电磁波能量，并以一定的强度向预定区域（手机用户）辐射出去；
b.        信号接收：用户信息经调制后的电磁波能量，由基站天线接收，有效地转换为射频电流能量，传输至主设备。
基站天线性能的好坏，严重影响到移动通信的质量。基站天线主要应用于移动通信网络无线覆盖领域，涵盖2G、3G、4G、pre5G、5G以及其他通信网络。基站天线主要客户定位于国内外通信系统运营商与设备供应商。


2、        发展历程
a.空白期（2000年以前）：在2G以前，我国基站天线产业几乎空白，基站建设几乎100%依赖进口，天线单价较高。2000年5月信息产业部出台《移动通信系统基站天线技术条件》，标志着我国基站天线产业的真正起步。
b.进口替代期（2001-2010年）：此后10年内中国基站天线产业步入国产替代期，国内天线品牌本土市场占有率从2002年25%提升至2006年90%。
c.行业整合期（2011至今）：受运营商3G-4G和4G-5G过渡期内投资放缓的影响，资本、技术实力和成本控制能力较弱的天线厂商在激烈的竞争中逐步退出，行业向头部厂商集中的趋势增强。
3、        发展进程
a.第一代移动通信，几乎用的都是全向天线。(全向天线在同一水平面上辐射强度是相等的，适用于全向小区。)
b.第二代移动通信，技术引领大家进入蜂窝时代，这一阶段的天线逐渐演变成方向性的(定向天线通过金属反射板，使天线在水平面的辐射具备了方向性，适用于扇形小区)。八十年代的天线以单极化天线为主，并开始引入阵列概念。1997年，开始出现双极化天线（±45°交叉双极化天线）。(采用双线极化天线可以 减少天线数目，减少天线占地空间，降低成本。)
c.第三代移动通信，到了2.5G和3G时代，出现了多频段天线，系统趋向于复杂，例如GSM、CDMA等需要共存。
d.第四代移动通信，到了2013年，首次引入MIMO（多入多出技术）天线系统，并逐步从单一天线发展成阵列天线和多天线。

e.基站的构造变化：移动基站天线经历了一体化宏基站天线、基带处理单元和射频拉远模块分离、MIMO天线、有源天线、MassiveMIMO等发展阶段。  
【注】大规模多天线技术（MassiveMIMO）:是基于多用户波束成形以及空分复用的原理。基站端拥有多根天线，可以自动调节各个天线发射信号的相位，使其在手机接收点形成电磁波的叠加，效果就如同完成了基站端虚拟天线方向图的构造。
优势：a.提升信号集中度：发射能量可以汇集到用户所在位置，而不向其他方向扩散，并且基站可以通过监测用户的信号，对其进行实时跟踪。
      b.增加网络容量：利用空分复用使空间信号隔离，在同一频率资源上同时传输多路信号，增加网络容量。
      c.降低综合成本：取消了物理馈线端口、单天线功率降低，让部署和维护成本都降低。

4、        上下游
  
传统基站天线主要由辐射单元（振子）、反射板（底板）、功率分配网络（馈电网络）、封装防护（天线罩）、电调天线控制器RCU组成。
5G天线，频率更高，对应的波长越短，单个振子和滤波器可以做的更小。采用大规模天线技术会需要更多的通道数，零部件更多，集成化程度更高，振子、功放、滤波器都集成到PCB上。
天线产业链情况：天线行业上游竞争充分，下游设备商、运营商话语权较强，核心能力在于设计能力、工艺成熟度和经验积累。运营商可直接采购也可通过设备商打包采购通信设备系统，其资本开支往往决定产业的发展进度（公开招标）。

a.        基站天线行业的上游主要为五金材料和电子元器件供应商。五金材料及电缆价格主要受国际与国内期货市场金属期货价格的影响，电子元器件生产供应充裕，上游产业市场化程度较高。
b.        基站天线行业的下游主要是运营商、设备商以及一些行业级客户（铁路、电网、政府等）。设备商具有“巨头”属性，都会经营自己的生态链，往往决定上游竞争格局。下游通信运营商是天线设备的最终客户拥有较强议价权，可直接采购也可通过设备商打包采购通信设备系统，其资本开支往往决定产业的发展进度（公开招标）。可以说，运营商CAPEX决定基站天线、滤波器产业发展进度，设备商决定行业竞争和生态格局。
5G时代，采购模式或将改变，天线厂商的竞争力将更有赖于下游通信设备商。5G时代，随着有源天线将或成为主流，天线厂商需要和设备商集成后再一起卖给运营商，而不是由运营商直接采购。这一变化，一方面削弱了天线厂商的话语权和盈利能力，另一方面也意味着需要获得设备商的认同才能进入供应体系，门槛变高。
5、        市场规模
全球市场规模：
4G时代：14-17年的国内4G建设高峰期，总天线市场规模约320亿，对应新建的320万左右的4G基站，约一个基站的天线价值量在1万左右（3副天线）。同期海外市场规模约为130亿美金，对应200万左右4G基站。
5G时代：5G基站数将是4G的1.5~2倍。而5G基站天线的单体价值量或是4G的3-4倍，两项叠加（暂不考虑单基站天线数量的增加），5G时期的天线总规模或是4G的4.5-8倍，对应5000-9000亿人民币的全球市场，取中间值为7000亿。
而发展中国家4G建设方兴未艾，海外基站天线市场空间广阔。亚太、中东、北非等发展中国家目前处于4G建设期中，相应需求景气度高。
中国市场规模:
基站天线投资比例在整个无线网络中仅占2%左右，但是其对基站通信系统中网络指标的影响超过5成，因此，也一直在通信技术演进的过程中扮演着重要的角色。
在移动通信系统升级之际，基础上游的基站天线需求有望倍增，相应市场会快速放大，在4G建设起始的2013-2014年，国内天线市场规模迅速增长，而5G来临之际的2020-2021年，这一增长弹性将进一步放大。
未来随着5G落地，MassiveMIMO基站（128，256根甚至更多天线）的大规模应用将促使基站天线数量增长（排除有源无源的差别后，单价相对会下降）。
同时，5G对毫米波的技术要求，也促进了移动终端和基站端天线的更新换代和数量的增长。天线向有源方向发展将带动单个天线的价值提升。 【注】毫米波技术：5G天线发展的另一种技术趋势，即微波向高频的延伸和光波向低频的发展。目前处在毫米波频段上（3GHz～60GHz）的资源尚未被充分开发利用，因此5G将在毫米波频段开展技术研究。随着基站天线规模的增加，要求在有限的空间内部署更多天线而且通信的波长不能太长。毫米波阵列天线相较于低频段的阵列天线具备体积小型化、重量轻量化、宽带化、固态化和集成化等特点。但是用于民用移动通信还需要考虑规模化量产和低成本等一系列问题。

6、        竞争格局
根据EJL Wireless Research于2017年发布的报告，全球基站天线市场份额排名靠前的企业依次为HUAWEI（32%）、京信通信（13%）、康普（12%）、摩比发展（8%）、Ace（8%）、通宇通讯（7%）、凯仕琳（5%）等。
7、        核心厂商梳理
a.5G基站天线主要参与厂商

b.5G基站天线振子主要参与厂商

天线振子作为天线的重要组成部分，市场空间具备弹性，受益于基站数增长和单面天线振子数的成倍增长。4G时代基站天线一般有10-40个天线振子，5G天线单面振子数将达到128-256个，且5G基站数量将达到4G时代的1.5-2倍以上。
c.5G基站滤波器供应商

5G基站中使用的滤波器有两种方案，分别是小型化金属滤波器和陶瓷介质滤波器，目前来看，前者是4G向5G的过渡方案，后者是未来基站滤波器的主流方案。目前除了HUAWEI在陶瓷介质滤波器应用上较为激进外，其他大部分主设备商，如中兴通讯、爱立信、诺基亚等选择兼顾两条路线，并在5G商用前期先采用小型化金属滤波器。
根据测算，4G时期，国内滤波器市场空间约214.83亿元，全球市场空间约429.66亿元5G时期，国内滤波器市场空间为362.2亿元（是4G的1.68倍），全球市场约713.8亿元（是4G的1.66倍）（数据来源自国信证券）



二、终端天线
1、基本定义
手机天线是手机用来接收和发射信号的设备，无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。到达接收地点后，同样是天线接收（仅仅接收一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。
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：
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。

一般而言，信号传播频率越高，天线的长度越短，同时驱动手机天线的使用增加。目前手机中多采用的天线是内置天线。在手机通信技术发展的过程中，随着通信波段、带宽以及使用技术的不断发展和变化，手机天线也需要做出相应的调整。在5G时代，毫米波高频率通信、载波聚合技术带来的信道拓宽、MIMO多天线技术的采用等都会对天线技术和射频前端产生关键性影响。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。甚至，现在逐渐流行的无线充电，用的充电线圈也是一种天线。

2、未来趋势
（1）        材料变化：天线应用趋向LDS+LCP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。
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。
a.FPC（flexible printed board circuit）柔性电路板是以柔性覆铜板（FCCL）制成的一种具有高可靠性，可挠性的印刷电路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。
软板使用塑料膜中间夹着铜薄膜做成的导线，在几乎所有电子产品中都有应用，例如硬盘的带状引线、数码相机、仪器仪表、医疗设备和汽车电子中。软式印刷电路板可以三度空间布线且外型可顺空间的局限做改变，从而达到元器件装配和导线连接的一体化。


与传统的PCB中情况类似，决定FPC性能最重要的材料就是基材，要想提高FPC整体的技术参数，就要提高基材的性能。基材的作用是提供导体载体，作为导体之间的绝缘介质，并且要有弯曲和挠性特性。
PI材质具有耐热性和优秀的电学特性，这也是它被用作FPC基材的一个重要原因。但是PI也有其缺点，例如吸湿性差和延展性差的特点。
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Pl的缺点，MPI（改性Pl）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。
b.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，天线性能较为稳定，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
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。
3、市场份额
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Bcc research的预测，2021年全球天线市场规模在225亿美金，智能型天线市场规模在76亿美金；而根据Yole Development的预测，终端天线市场空间将由2018年的22.3亿美金增加到2022年的30.8亿美金，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天线曾供应苹果X，在毫米波天线模组方面已经实现商业化。
4、核心厂商梳理