5G系列行业深度报告之二：天线篇：终端天线变化铸就价值，新基建发力再造空间.pdf

本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨 请参阅 尾页的重要 声明 终 端 天线 变 化铸 就 价值 ， 新基 建 发力 再 造空 间 证券 研 究报告 所属部门 行 业公司 部 报告类别 行 业深度 所属行业 信 息科技/电子 行业评级 增 持评级 报告时间 2020/03/25 分 析师 周豫 证书编号：S1100518090001 010-66495613 zhouyucczq 联 系人 傅欣璐 证书编号：S1100119080001 010-66495910 fuxinlucczq 川 财研 究所 北京 西城区平安里西大街28 号中 海国际中心 15 楼，100034 上海 陆家嘴环路1000 号恒生大厦 11 楼，200120 深圳 福田区福华一 路 6 号免税商 务大厦21 层，518000 成都 中国 （四川） 自由贸易试验区 成 都 市 高 新 区 交 子 大 道 177 号中海国际中心 B 座17 楼， 610041 5G 系列 行业 深度报告 之 二：天 线篇 （20200325 ） 核心观点 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 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。 终端天线的 可能发生的 变化？ （1） 材料 变化： 天线未 来将走向LCP+LDS 方向 。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。 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。 LDS 激光直 接成型 技术是 利用激光 镭射技 术，将 天 线直接打 印于手 机外壳 ， 不 占用手机 内部空 间，增 加 了空间使 用率 。 （2） 数量 变化 ：5G 频段 增加， 单 机天线 数量提 升 。5G 应用 支持的 频段到2020 年 将新增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 天线 支持全 频 段波束赋 ，5G 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。 （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， 手 机内 部功能模 块增多 ；5G 手 机耗电量 大幅提 升，电 池 体积扩大 。为 使 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 Aip 营业 趋势 愈加明确 ，助推 手机内 部 天线价值 上升 。 根据 Bcc research 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 。 新基建发力，基站天线享增量空间 运营商 资 本开支 回暖， 三 大运营商2020 年 5G 资 本 开支计划 达 1803 亿元， 占 总资本计 划的 54%， 同比 增长 3.38 倍。5G 时代 天 线投资规 模相 比 4G 时期 将 会有大幅 提升 ： 首先，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 ； 其 次，5G 基 站数量相 比 4G 有 望增长 ， 预 计为 4G 的1.2-1.3 倍， 截 至 2019 年 底， 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； 再 次，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 。 相关标的 立讯精密 （002475 ） 、 信 维通信（300136） 、硕贝 德（300322 ） 风险提示 ：5G 推进不 及 预期 ，疫 情影响 消费需 求 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨请参 阅尾页 的 重要 声明 2/23 正文目录 . 4 1 . 4 2 . 5 3 5G . 6 . 8 1 LDS+LCP . 8 2 5G . 9 3 AiP . 11 4 2022 30 . 12 . 13 1 5G . 13 2 . 15 . 17 1 002475.SZ . 18 2 300136.SZ . 19 3 300322.SZ . 20 . 22 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨请参 阅尾页 的 重要 声明 3/23 图表目 录 . . . . . . . . . . . . 三类典 型业务 场景 . 架构 的重组变 化 . . 宏基站 设备 路标规 划 . 微基站 设备 路标规 划 . 我国 基 站数量 预测 . 全球 宏 基站天 线投 资规模 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨请参 阅尾页 的 重要 声明 4/23 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。 1 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。 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨请参 阅尾页 的 重要 声明 5/23 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。 表格 1 ：天线主要类型 FPC PI LCP LDS 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。 2 CSDN 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；两川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨请参 阅尾页 的 重要 声明 6/23 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。 表格 2 ：基站天线分类 WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA FDD-LTE TDD-LTE / 45 CSDN 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。 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨请参 阅尾页 的 重要 声明 7/23 3 5G 4 5G 8 4G I T U 5G 核心 技术主要包括 增加 基站密度、 采用 MIMO 技术与载波聚合技术、 提 高频段、 高阶调制提高频谱效率 等。其技术变化 围绕香农定理展开， = 2 （1 + + 1 ) 其中，C 为最大信息传送速率，BW 为 信道宽 度，S 为信道内所传信号的平 均功率， N 为信道内部的高斯噪声功率 ， S/(N+1) 为信噪比， m 为传输 和接收 天线的数量 ，1/n 为基 站网络密度 。 为了改善 数据传输效果， 可分别在 以下技术改进：1 ） 降低 n 值： 提高 网络 密 度， 增加 小型基站数量， 减少每个基站的用户数量 ； 2 ） 增加 M 值： 利用 MIMO 技术， 提高 MIMO 阶数，增加天线发射与接收数量；3 ）增加 BW 值 ：拓宽 信道宽度 ， 可以采取增加频段与 载波聚合的方式；4 ） 提高信噪比： 采用高阶 调制提高频谱效率。 5G 技术 的变化促使基站天线与终端天线 使用数量增加。 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨请参 阅尾页 的 重要 声明 8/23 5 5G 5GAmerica 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。 表格 3 ： 天 线基 材 材料 比 较 PI LCP MPI 0.1%-0.2% 0.01%-0.02% 0.1%-0.2% Dk 3.3 2.9 3.3 Df 0.006-0.008 0.001-0.002 0.003 川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨请参 阅尾页 的 重要 声明 9/23 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。 6 iPhone iFixit 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 iPhone 、iPhone 3G 、iPhone 3GS: 属 材 质 后 盖 ； FPC+ 架 ； 铜 箔 辐 射 iPhone4 、iPhone 4S: 属 边 框 做 天 线 ， FPC+ 边 框 iPhone5 、iPhone 5S: 三 段 式 设 计 ， FPC+ 边 框 iPhone 6/6 Plus 、 iPhone 6S/6S Plus : 三 段 式 ， Insert-Molding + 边 框 后 壳 iPhone 7/7 Plus: 上 下 边 缘 天 线 ， Insert-Molding + 边 框 后 壳 iPhone X : LCP+ 边 框 后 壳 iPhone 8/8 Plus: Insert-Molding+ 边 框 后 壳 iPhone 11 、 iPhone 11 Pro: PI/LCP川财证券研究报告 本 报告由 川财证 券有限 责任 公司 编制 谨请参 阅尾页 的 重要 声明 10/23 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