1894年俄國科學家波波夫在金屬屑檢波器檢測電磁實驗偶然發現了導線會對電磁信號幹擾距離產生影響的問題,無線電天線由此問世。
對今天來說,天線對人類的貢獻是非常巨大的,它的出現直接改變了人類社會的生活方式和信息交流。眾所周知,我們所熟悉的無線電通信、廣播、電視、雷達、導航、電子對抗、遙感、射電天文等等工程系統,都是利用電磁波來傳遞信息的,它們依靠天線來進行工作。
天線技術隨著科技的發展在不斷地變革著。
以手機終端為例,隨著1G、2G、3G、4G的發展,手機通信使用的無線電波頻率在逐漸提高,其所需的天線技術也在不斷提高。1G時代最早的手機採用的天線是外置式的,從諾基亞開始才轉為內置式的天線。2G時代以來內置式天線經歷了由彈片天線到FPC天線再到LDS天線的技術轉變。5G時代的到來,手機通信表現的高頻化特性再次影響了天線材料的選擇。液晶聚合物的天線設計(LCP)因其介質和導體等良好性能與5G技術發展更具適配性有望登上新的天線舞臺。
手機天線發展史
一、什麼是天線
天線是一種變換器,它把傳輸線上傳播的導行波,變換成在無界媒介(通常是自由空間)中傳播的電磁波,或者進行相反的變換。在無線電設備中,用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。
天線的工作原理非常簡單。學過物理的都知道,當導體上通以高頻電流時,其周圍空間就會產生電場與磁場。科學家們會根據電磁場的空間分布特點對其進行區分。一般來說,傳播出去已不與導線上的電流、電壓有直接的聯繫的電磁波被叫做輻射場。發射天線正是利用輻射場的這種性質,使傳送的信號經過發射天線後能夠充分地向空間輻射,之後天線振子感應電動勢,若此時天線與接收設備相連,則在接收設備輸入端會產生高頻電流。
在不同的維度下,對天線的分類方式是多種多樣的。按工作性質可分為發射天線和接收天線;按用途可分為通信天線、廣播天線、電視天線、雷達天線等;按方向性可分為全向天線和定向天線等;按工作波長可分為超長波天線、長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線、微波天線等;按結構形式和工作原理可分為線天線和面天線等;按維數可分成一維天線和二維天線;按使用場合的不同可分手持臺天線、車載天線、基地天線。
二、天線產業鏈
天線產業鏈劃分較為簡單,大致為上遊原材料、中遊天線行業、下遊通信運營商和設備商,行業及客戶。
以移動通信為例,天線產業鏈上遊原材料包括五金材料和電子元器件。在上遊細分領域,生產天線振子的代表企業有飛榮達、東山精密、春興精工等;專注PCB板生產的有滬電股份、深南電路等;從事濾波器和射頻器件的企業如風華高科、世嘉科技、大富科技等等。中遊基站天線行業其中包括傳統天線廠商和天線代工廠商,傳統天線廠商有京信通信和盛路通信等;天線代工廠商有東山精密和春興精工等。下遊通信運營商和設備商,運營商主要以移動、聯通、電信為主;設備商主要有華為、中興等。
移動通信天線產業鏈
隨著5G的發展,5G天線產業鏈有望得到重構。原4G時期天線直接由運營商統一集採再交由設備商進行安裝的。在5G時期天線射頻一體化集成後,天線廠商需要提前和設備商進行有源天線的一體化研發測試,即傳統天線廠商完成天線的設計、加工和組裝等環節,設備商完成射頻部分的設計,再由天線廠商或者設備商組裝完成。設備商進行一體化測試後,天線隨基站設備進入運營商產品序列,天線廠商的下遊由運營商變成了設備商,主設備商將掌握天線環節的主動權。
5G重構天線產業鏈
三、天線市場現狀
2001年以前,國外廠商通過主設備與天線打包的方式壟斷了中國的市場,國外基站天線價格在國內曾經高達1萬元。直到2009年,僅Kathrein和Andrew兩家天線市場佔比仍達到了79%,其專利壁壘嚴重阻礙了中國天線品牌進入國際市場。隨著中國三大運營商拆包集中採購,打破專利壁壘後,國產天線佔比才持續提升,截止到2017年華為天線全球市場份額達到了32%,成為全球第一大天線生產商。
2017年全球天線廠商市場格局
數據來源:EJL wireless research,聯訊證券
5G促使國內天線將朝著多頻、有源等複雜天線方向發展,天線需求呈倍數級增長。4G時期,我國基站天線總產量自2014年開始處於高位橫盤的狀態,隨著4G建設的逐步完整並趨於穩定甚至略有下降。2017年國家預計對5G進行部署後,5G天線產量再度上升,同比增長了15.6%,且2018年增長趨勢繼續保持,2019年5G正式商用化後,天線產量只會更大規模增長。
四、5G迎來手機天線材料變革,受益相關廠商
液晶聚合物(LCP)是20世紀80年代初期發展起來的一種新型高性能工程塑料,是一種由剛性分子鏈構成的各向異性的芳香族聚酯類產品,具有極高的物理強度和結晶性,在一定的物理條件下既有液體的流動性又呈現晶體的各項異性的物理狀態(液晶態性能特殊),製品拉伸強度和彎曲模量可超過10年來發展起來的各種熱塑性工程塑料,因此被譽為超級工程塑料。
各種天線材料性能對比
現有4G手機天線的材質和工藝都不能直接用於5G手機天線,必須進行重大變革,採用全新的材料和製造工藝。各種天線材料比較下,LCP以其本身優異的性能成為適配5G天線技術的新材料。然而,LCP天線產業鏈主要由國外廠商主導,國內廠商僅參與模組製造。其中,模組製造是LCP天線的一大難點,市場上供應商少,目前主要廠商包括安費諾、立訊精密以及信維通信。
立訊精密(002475):為迎接5G高頻時代,公司強勢切入LCP天線業務,主要LCP產品為LCP連接器/線和LCP天線模組。公司LCP天線模組供應北美大客戶,目前LCP天線日峰值產能達20萬套以上,新品份額約50%,同時LCP天線產品生產良率符合預期。2018年立訊精密LCP天線已實現創收,並且成為全球最大的LCP天線模組供應商。
信維通信(300136):主要LCP產品有LCP連接器/線LCP天線模組LCP毫米波天線模組。公司能提供LCP天線(電路+模組)一站式解決方案,其中多層LCP天線已通過多個國際重要客戶的認可,可實現單/多根射頻傳輸線一體化設計,可集成天線和射頻前端。公司具備LCP模組能力,目前進入送樣測試階段。
除上述外,碩貝德、合力泰、瑞聲、電連技術等手握LCP天線技術,亦有望介入LCP天線模組領域。
(文章來源:解析投資)