前言 《5G投资入门学习（一）》《5G投资入门学习（二）》简单介绍了5G技术的特点和优势； 而《5G学习：射频前端》介绍了5G技术改革给射频前端带来的变化和机会。 对于5G技术，为了满足高速率、低延时、高可靠性的要求，除了对射频前端提出了很高的要求外，对天线（发射端和接收端）也提出了很高的要求。 接下来本文将围绕天线技术展开说明和讨论。 理论基础 《5G投资入门学习（二）》中曾说过5G商业化过程中存在的一个技术难题：Massive MIMO技术。 那什么是Massive MIMO技术，首先从MIMO技术说起。 1）MIMO MIMO技术，首先是Multiple-Input Multiple-Output的缩写，顾名思义，多根天线发送，多根天线接收。 实际上，MIMO技术在4G LTE上已经有所应用，只不过更多的并不是用来提高分集增益，而是为了提高信道的可靠性。这涉及到MIMO的两个目的，一是空间分集，二是空分复用。 a）空间分集 空间分集是指利用多根天线将具有相同信息的信号通过不同的路径发送出去，同时在接收端获得同一个数据的多个独立衰落的信号，克服信道的瑞利衰落，提高接受可靠性，降低掉包率。 b）空分复用 空分复用是指不同天线将不同信息的信号通过相同频段发送出去，同时在接收端通过信号重组获得数据，提升传输速率和频谱利用率。简单而言，就是将信号拆分后发送充分利用子信道，在保证可靠性的前提下避免闲置。 MIMO技术就是主要采用了空分复用技术，但接收端又是如何从纷繁复杂的信号中识别出属于自己的信号呢？这就属于数学范畴内的知识了，公式如下： 简单来说，这就是一个矩阵求解。当发射端和接收端数量都较少时，为了避免信道间的干扰和和影响，求解采用非线性算法，而且采用beam foring方式编码，控制信号相位，不控制功率。 2）Massive MIMO Massive MIMO技术是MIMO技术的升级版。进入5G时代后，频率提高后，天线尺寸随着缩短，使得原本空间能够塞下更多的天线数量。 量变带来质变，足够多的天线数量带来的大数定律有效克服了信号的瑞利衰落，同时大规模MIMO系统使得信号处理方法上采用线性算法就能实现较好的系统性能，这些都是5G技术得以推广的前提。 天线数量增加虽然带来了些好处，但仍存在很多新的问题和挑战，不仅仅是技术上的，更多的是效率和成本上的。 a）信道测量和建模。 天线数量增加后具体的信号特性（衰退特性、时延扩展等）亟需测量研究，这是后续通讯的基础； b）导频资源的不足 天线数量增加后导频（用于提高不同频段切换成功率）资源会成为禁锢效率的瓶颈。如何设计导频、分配导频则成为新的需要攻克的技术； c）precoding技术研究 precoding技术（用于提高数据峰值传递速度）的研究直接关系到信号传递效率，也直接影响射频前端的硬件设计和开支； d）成本端压力 如何在满足信号要求的前提下尽量降低硬件成本，提高准确性； e）。。。。。 总而言之，天线技术是5G商业化过程中的重要技术，只有Massive MIMO技术得到突破后，5G才能真正推广。而目前来看，5G技术仍有很长的路要走。 Massive MIMO技术是一门通讯技术，更是一门数学科学，因此门槛很高。对于投资者来说，只需要知晓其中的难度，明白个中技术要点，能够简单甄别明显的坑点即可。 天线原理及组成 Massive MIMO技术奠定了5G时代通讯的基础。因此天线也成为5G时代继射频前端后的另一个爆发性增长的器件，其中基站天线占比20%，而终端天线占比80%。 对于基站天线和终端天线，作用基本一致，是用于辐射和接收电磁波的一种装置；原理也基本一致，是通过电磁效应将编码后的电信号转化为磁信号或将磁信号转化为电信号。 1）具体原理 天线最基础的理论是电磁感应原理，通过有规律的电场循环产生可解读的电磁波信号或通过接收电磁波信号再将其转化为电信号。而用于实现这个功能的装置都称为天线。 对于基站天线，主要由辐射单元（振子）、反射板（底板）、功率分配网络（馈电网路）和封装防护（天线罩）组成； 对于终端天线，FPC天线、LDS天线和LPC天线的结构则各不相同，各有各的特点。 在分析5G时代的天线之前，先简单回顾下1G~4G时代的天线特点。 1G时代天线基本都是全向天线，频率低，辐射距离大。此时用户量少，传输速率需求低，全向天线已经能够满足需求； 2G时代进入蜂窝时代，频率提高，辐射距离随之变短。此时为提高辐射距离，天线辐射逐渐有了方向性，分扇区，一般波瓣宽度包含60°、90°和120°，天线数量也随之变多。2G时代的天线仍以单极化天线为主，但出现了阵列，阵列以垂直方向为主； 3G时代频率提高，频宽增加，辐射距离缩短。基于成本和效率考虑，分频段多天线成为了必然趋势。低频段天线要求低，高频段电线要求高，通过合理搭配，在满足信号强度的情况下尽可能降低成本。 而4G时代引入了MIMO天线，多天线和阵列天线逐渐结合，成为了新的发展趋势，而4*4MIMO天线成为了4.5G时代的最高水平。 最后，5G时代呢？频率提高，辐射距离大幅缩短，迫切需要提高天线的辐射距离和增益。此时，Massivo MIMO是发展方向，频率提高带来了天线尺寸降低，使得通过128天线或256天线弥补辐射距离和增益成为了可能。 5G天线有很多重要参数，但其中最重要的特性是辐射距离和增益。 a）辐射距离 增加辐射距离最好的方式是把全向改成定向，5G时代则更极端，采用多振子将信号更加集中于主瓣。 什么是主瓣？这又是多振子带来的一个特性。多振子带来的辐射方向是对称的，再在中间加上一个发射板，则能够方向切半，增益加倍，也就自然形成了主瓣为主，上旁瓣和下旁瓣为辅的特性。 多振子的布置同样也有自己的特点，双极化天线更能满足3维空间辐射距离要求，通过左旋、右旋、垂直和水平等极化方式实现。 具体实现实现最优主瓣形状和振子布置方式则需要通过技术手段实现，技术难度较高，未深研。 b）增益 增益是衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，是天线的重要参数之一。天线增益越高，方向性越好，能量越集中，天线也越长，但波瓣越窄，覆盖区域也更窄。 因此在选择天线增益时，需要合理考虑覆盖区域和信号强度以及信号干扰之间的关系，相互权衡，做到最优。 2）结构组成 天线基本分为基站天线和终端天线。其中在5G发展的时间链上，基站天线先行，终端天线随后。 a）基站天线 目前基站天线的结构设计主要由四部分组成： 辐射单元（对称振子）对称振子是最经典、应用最广泛的天线，由两根等长等粗细的导线组成。若每臂长度为四分之一波长，则为半波对称振子；若臂长和波长等长，则为全波对称振子。 按照材料分类，5G时代的振子有钣金振子（通宇、京信、盛路等）、铸造振子（通宇、京信、盛路等）、贴片振子（PCB板企业）和塑料振子（飞荣达）方案。 反射板（底板）通过增加发射板，天线信号的接收灵敏度能够得以提高，同时还能起到阻挡、屏蔽来自背面方向的其他电波，避免干扰；通常反射板由铝板或PCB板组成。 功率分配网络（馈电网路）馈电网络用于给天线供电。 封装防护（天线罩）天线罩用于保护天线系统免受外部环境影响的结构物。 5G时代除了提高基站天线的技术要求外，也带来了设备需求上的增量。 终端天线通过分裂扇区来提高传输容量和承载容量，从4G时代的8TR变为5G时代的64TR，自然设备及零配件的需求量也会大增，这其中蕴含着几倍的机会。 b）终端天线 不同于基站天线，终端天线的瓶颈在于日益增长的天线数量同狭窄的空间之间的矛盾。 首先明确下，终端天线指的不仅仅是通讯天线，更包括了Wifi天线、蓝牙天线、GPS天线和NFC天线等等。 回顾下终端天线的技术类型。 陶瓷天线陶瓷天线应用最多的地方是物联网领域，即GPS天线和蓝牙天线等。 陶瓷天线分块状陶瓷天线和多层陶瓷天线。块状天线是使用高温将整块陶瓷体一次烧结再将天线金属部分印在陶瓷块的表面上；多层天线烧制采用低温共烧（LTCC技术）方式将多层陶瓷迭压对位后再以高温烧结。 陶瓷本身介电常数比PCB电路板要高，所以陶瓷天线能够有效缩小天线尺寸，但陶瓷天线很难做到多频段。此外，陶瓷天线对电路板净空要求较高，因此也不适合特别紧凑的产品。 PCB天线PCB天线是指画在PCB板上的特定长度的导线，通常应用于蓝牙模块，WIFI模块等单一频段的模块电路板。 PCB天线的优点在于空间占用少，成本低廉、不需要单独组装天线，但PCB天线会带来一些劣势，首先是插损高、效率低、其次是易受干扰，和金属物体间要求一定净空，最后则是不同批次间性能存在差异的问题。 FPC天线FPC天线采用的是将PCB板上的天线线路外延后用外部金属代替的方案，简单说就是塑料膜中间夹着铜薄膜做成导线，通常是用于频段负责的中低端移动终端和智能硬件。 它适用于几乎所有的小型电子产品，能够实现复杂频段的通信要求，小能耗，成本低，但它需要每个产品单独调试，调试成本高。 FPC天线搭配的基材通常为聚酰亚胺（PI），但PI介电常数和损耗因子较大，吸潮性较大，可靠性也差，因此目前FPC不适用10G频率以上的高频段。 LDS天线LDS天线是利用激光直接成型技术将导电图形通过激光头罩到三维塑料器件上直接活化出电路图案，形成金属天线。 LDS天线具有很多优势：性能稳定、一致性好、故障率低、生产效率高、制造流程短、避免干扰等，但LDS天线的价格要比FPC天线价格贵一个数量级且对产品外表面的工艺的要求也高些。 LCP天线LCP天线是采用液晶高分子聚合物（Liquid Crystal Polymer）制造的天线，具有高频段低损耗、介电常数稳定、密封性好的优点，非常适合制造高频器件，但多层LCP天线制造难度很高，良品率高，成本高。 另外，LCP材料兼顾了大容量传输和厚度较薄的优势，满足天线小型化的需求，损耗因子小的特点则满足了日益减少的净空间要求。 MPI天线MPI天线是改进配方的PI天线，该工艺改进了基材配方，使得其在10GHz~15GHz的高频性能和LCP天线差不多。 MPI天线最大优势在于其价格低，以较低的价格实现较好的性能，因此具有很大的价格优势。MPI的劣势呢？主要在于超过4层板以上的板子性能难以达到LCP性能，4层以下的能够满足要求。 回顾了各种类型的天线，对各自的优势劣势有了大致的参考。 而相比于4G，5G天线设计提出了更高要求：天线净空区缩小/屏幕更靠近天线（屏幕有劣化作用）。因此目前来LCP天线具有性能优势，而MPI天线更具成本优势。 行业格局及相关企业 因为贸易战的影响，未来几年内电子通讯行业需要的零部件国产化比例大幅度提高，预计带来一波较为可观的增量。因此后面讨论的范畴仅限于国内企业，不考虑境外公司。 目行业仍处于导入投资期，在未来的一两年里预计会有存在一个导入期末端估值回调和经典成长投资期。因此很有必要对当前的行业格局及相关企业做个摸排。 尽管现在看来时间略晚，但种一棵树最好的时间是十年前或现在。 1）基站天线（宏基站和微基站） 目前国内宏基站天线主要有华为、京信通信、通宇通讯、摩比发展等少数几家。其中华为一家独大，占比约32%，京信通信占比13%，摩比发展占比8%，通宇通讯占比7%。 本质上讲宏基站天线供应商的市场份额占比由其技术能力决定，而这点上华为毫无疑问居于榜首，预计后期市场份额将继续增大，而华为产业供应链存在机会。 而微基站相较于宏基站投入小些，则可能出现百花齐放的格局，例如京信通信、邦讯技术、三元达等从传统室分业务起家的企业，后期可适当。 2）终端天线 终端天线种类较多，包括了通讯天线、Wifi天线、NFC天线和蓝牙天线等。而在这些天线供应商中，安费诺、Pulse和Molex为国外供应商，略过不表。 国内供应商主要由硕贝德、信维通信、瑞声科技、杰盛康和辉登等，其中硕贝德和信维通信为其中细分龙头。 信维通信是国内唯一进入全球天线行业第一梯队的公司，服务客户涵盖了苹果、三星、华为、Oppo等品牌。2012年通过外延式并购提高了市场占有率和市场份额，并获得LDS技术。4G时代信维通信进入苹果产业链后，业绩大幅增长，股价飙升10倍，是4G时代天线行业弄潮儿。目前信维通信成功进入华为供应链，并积极布局5G天线和射频器件，积极扩大产能满足需求。 硕贝德是3G时代的天线龙头，但在4G时代时被信维通信超越，后重新进行产业布局，剔除部分低毛利率资产，积极布局射频端器件，并在2022年进入华为供应链，前景则取决于在供应链的地位（一供/二供）。 结论 通过学习和自我认知，结论如下： 1）基于技术难度和良品率考虑，LCP技术仍需要攻克，在现阶段并无法贡献产量和利润；基于成本考虑，LCP天线的价格远高于LDS和MPI天线，需要考虑量能； 2）Sub 6G早期，LDS天线仍能满足性能要求，价格优势大，因此LDS天线仍为目前能够量产和规模化供应的种类； 3）MPI天线对于低端移动终端而言是个很好的替代材料，有望在后期万物互联阶段迎来一波增量，加强相关企业。 4）华为供应链上的上市公司预计在后期逐渐进行财报分析和解读。 本文仅用作个人学习，非科班出生，有借鉴抄袭也可能存在错误，但全是自我理解。 更多内容请移步微信“人是能思想的苇草”