射频系列报告之一：小天线技术发展趋势

  无线电波构筑了现代通信系统的基础，虽然我们没办法感受到它的存在，但它无时无刻不在影响我们的生活，

  从微小尺度看，在我们越来越依赖的智能手机中，就有移动通信天线、Wi-Fi/BT天线、GPS天线、NFC天线和无线充电线圈等；从宏大尺度看，刘慈欣在《三体》中用超群的想象力为我们描述了用于宇宙通信的引力波天线：“天线是一个横放的圆柱体，有一千五百米长，直径五十多米，整体悬浮在距地面两米左右的位置。它的表面也是光洁的镜面，一半映着天空，一半映着华北平原。”无论是宏观还是微观，天线的本质都是在电磁场基础原理下，通过电场和磁场的相互转换，完成电磁能量的辐射和接收。

  除早已成熟的无线通信技术之外，近年来移动支付、无线充电等前沿技术，底层原理仍然是利用电磁感应现象，实现能量的相互转换，因此天线的应用领域在逐步扩大。天线的应用领域十分普遍，本报告着重关注以智能手机、平板电脑、笔记本电脑和可穿戴设备为代表的消费电子领域，其中智能手机由于出货量大、技术更新换代快，作为典型应用深入讨论。

  近场通信天线（NFC，Near Field Communication）以外，还集成了最先进的磁性安全传输线圈（MST，Magnetic Secure Transmission）和无线充电线圈。从移动通信的角度看，由于对数据传输速率的持续追求，载波聚合（CA）技术和多输入多输出（MIMO）技术的应用更广泛，骁龙835最高可支持4载波聚合，并可配合MIMO技术将最高下载速率扩展到1Gbps，从天线角度，除了两根主天线和两根分集（Diversity）天线以外，额外增加了一根用于载波聚合的主天线G技术的发展，天线数量会继续增加。

  在iPhone 3GS和之前的产品设计中，一直使用了FPC天线搭配支架的设计。

  相比更为传统的的金属弹片配合塑料支架的设计，FPC天线可以缩短研发周期，具有较低的模具开发成本，同时由于FPC板上的金属图案易于修改，因此具有更加好的设计灵活性，易于满足现代通信系统多模多频的需求，因此

  LDS天线是利用激光镭射技术，直接在模塑成型的塑料支架上进行化镀，形成金属天线图案。相比FPC天线，LDS天线由于采用了高精度的激光技术，因此性能更稳定，一致性更好，当然，这也付出了成本更高的代价。

  此外，当手机使用塑料后盖时，LDS技术能将天线整体性的镭射到后盖上面，从而大大节约手机内部空间，并能防止内部器件干扰。

  但是，金属后盖对天线设计却十分不友好，因而手机天线近几年的发展史同时也是工程师与金属后盖不停抗争的血泪史。

  本次天线革命源自iPhone 4，苹果对天线方案做了非常激进的改进，机身不锈钢边框被分成两段，分别成为Wi-Fi/BT/GPS天线和通信主天线。不锈钢边框上焊接了性状复杂的金属片，用于在不同通信模式和频段下进行匹配调谐。

  这是由于人体皮肤有可能导致两段天线的连接处发生短路，使天线的频率特性出现偏移。“天线门”迫使乔布斯亲自站台做危机公关，成为人类商业史上的一次经典案例。

  它一方面体现了天线的重要性，如此经典的划时代产品险些由于天线方面的问题提前谢幕，另一方面也体现了天线领域的创新活力

  金属边框天线的成功经验使得金属后盖工艺成为可能，无论是苹果阵营还是安卓阵营，在iPhone 4之后均在中高端机型中大面积使用金属后盖，而对于天线的解决方法，也产生了三种主流方案。

  它的最大的作用是将顶部和底部的天线和后盖大块金属隔离，以减小手持对天线接收信号的影响。

  UAT3包括了Wi-Fi 2.4G/BT/GPS/分集天线G天线进行匹配调谐。

  底部的E天线主要用作蜂窝通信的主天线，并通过同轴射频线连接到主板，如下图所示。

  iPhone 7和iPhone 6的天线设计的具体方案类似，主要改变是iPhone 7修改了纳米注塑条的设计，去掉了水平方向的横条，将“D字型”改为了“U字型”，最大的目的是为了更好的提高美观度，使得后盖更加浑然一体。

  最终天线设计落实到产品上面，主要的性能指标为支持移动通信的模式和频段数量，以及接收的信号强度，从目前市场上主流的旗舰手机天线设计水平上看，苹果和三星依然最为优秀，华为在国内手机中水平领先。

  手机金属外壳的制作主要由CNC数字控制机床来完成，需要锻压成形-CNC粗铣-纳米成形-CNC精铣-阳极处理-落料几大工序，CNC数字控制机床的数量决定了企业的产能，目前，全球CNC数字控制机床产能如下图所示：

  总结来说，天线在消费电子科技类产品中虽然只是一个非常小的零部件，但其性能却决定了产品整体的使用者真实的体验，旗舰机型要求在保证全球移动通信系统全模式全频段的前提下，兼顾外观的整体性和质感。目前来看，还没再次出现一种能够完美解决所有痛点的天线G毫米波、全面屏、音射频一体化和无线充电技术又会对天线设计带来全新挑战，因此天线的创新空间依然非常巨大，产业链上的相关公司正处于卡位战的关键时期，跟踪产业创新发展大势是布局下一阶段投资的基础。

  公司在2010年上市时，基本的产品为应用于手机的移动终端天线。公司抓住智能手机的发展大潮，于2012年通过外延方式收购了当时在天线市场顶级规模的国际大厂Laird，获得面向高配置手机大客户的成熟生产管理流程和充足产能。

  收购前Laird的财报显示，2011年Laird的前五大客户分别为诺基亚、摩托罗拉、索尼爱立信、威图和LG，在智能手机时代新兴厂商冲击下，2011年亏损约3902万元，最终被信维通信以1.98亿元的价格收购。回头看，Laird的业绩下滑并非由于自身产品原因，而是由于大客户在智能手机市场上节节败退所致，

  对Laird的收购对公司的另外一个重要意义在于折价购入以LDS天线制造设备为代表的固定资产，公司原有LDS天线kk/年，在完成对Laird的整合后，能够达到100kk/年，进入世界前三。

  获得了三家子公司亚力盛、艾利门特和光线新材料，分别完成了对于连接器、金属陶瓷注塑成型、无线充电、NFC天线和磁性材料领域的布局。公司目前的定位是“以射频技术为核心，成为射频技术一体化解决方案的零、部件供应商。”

  在公司财务报表中，研发费用被归纳在管理费用一项中。我们将公司2012年至2016年的研发费用单独整理出来，结合公司研发人员数量变化，可以比较明确的把握公司的战略变化。

  2012年收购Laird后，公司对研发持续高投入，连续两年研发费用增长率均超过40%，2013年甚至在90%以上。同时期的研发人员数量却发生下降，体现了“蛇吞象”式收购之后对公司进行整合经历的阵痛。

  观察公司的营业收入和归母净利润情况，相对于研发费用的具有较为显著的滞后效应。

  从这个角度看，在2016年新一轮加强研发投入力度后，我们有理由对公司2017至2018年的业绩保持乐观态度。公司于2017年7月10日发布半年度业绩预告，预计归母净利润区间3.8亿元至4.1亿元，同比增长131.49%至149.77%。

  从公司2016年的营收结构来看，前三大客户占总营收比例超过60%，前五大客户占总营收比例超过70%，无论是从出货量的角度还是从单机价值量的角度来看，追踪大客户未来产品的研发动向都是预测公司未来业绩的主要依据。

  从另外一个角度看，企业主要为大客户提供定制化一站式解决方案，产品研制和一线消费电子大厂新品研发深度绑定，而公司近几年的研发实力和技术储备已得到大客户的认可，拥有较强的客户粘性。

  公司目前在消费电子终端天线（包括LTE、GPS和Wi-Fi/BT）、射频连接器及隔离件、NFC天线/无线充电线圈这几个重点领域占据了相当的市场占有率，未来的成长性主要根据无线G给终端天线带来的新机遇，以及能否借助音射频一体化趋势切入音频市场。

  天线类（手机天线、笔记本电脑天线、无线接入点天线以及其他无线通信终端天线及配件）

  、精密结构件机壳、指纹模组、摄像头模组、FFC排线家控股子公司：苏州科阳光电科技有限公司、江苏凯尔生物识别科技有限公司、惠州硕贝德电子有限公司、深圳硕贝德精密技术股份有限公司和硕贝德科技(美国）有限公司；以及2家全资子公司：硕贝德韩国有限公司、台湾硕贝德无线科技有限公司。整体的产品分类和业务架构如下图所示。

  我们将公司天线类业务（手机天线、笔记本电脑天线、无线接入点天线以及其他无线通信终端天线及配件）每年的营收进行了加和整理，并列出了天线类业务占总营收的比例，能够正常的看到公司在上市初期天线业务贡献了几乎全部营业收入，并且保持了较高的增长率，但2015年和2016年天线业务营收有较为显著的下降，营收占比也在不断走低。

  可以看到，公司在2014年前五大客户营收占比54.62%，其中第一大客户TCL实现盈利收入约2.88亿元，占比34.34%，而2015年TCL实现盈利收入降至约1.11亿元，并且前五大客户营收占比下降至44.38%，2016年这一数据进一步下降至35.56%，

  公司也于2016年大力开展精密器件业务，并实现盈利收入约4.85亿元，将这块业务同归类为天线亿元，总营收占比提高至64.9%。

  从公司整体的产品路线图规划上看，依然会以天线业务为核心，随着无线通信系统的升级大趋势，在传统天线业务的基础上，重点发展可调谐天线、MIMO天线、NFC天线和无线充电元器件等业务。此外，在公司近几年外延发展的多项业务中，指纹识别模组和摄像头模组也成为营收重要贡献来源。

  信维通信和硕贝德作为传统的A股天线双雄，曾经主要面临的竞争压力来自海外，比如安费诺、Molex、泰科、Pulse和WNC等，近年来，一方面像立讯精密这样的国内厂商也向终端天线领域拓展，另一方面在集成度提高的大趋势下，瑞声科技、歌尔股份这样的声学巨头也希望借助音射频一体化切入这一市场。

  从产业链相关调研情况去看，5G的研发正在如火如荼的开展。运营商、设备商和终端厂商目前的目标均是在2020年实现正式商用。按照ITU的规划，5G系统的推进按照研究、标准化和产品化可大致分为四个主要阶段：

  2016年之前，ITU主要进行针对愿景、趋势和频谱的前期研究工作，而3GPP 将会开展针对过渡性技术方案的研究和标准化工作。第二阶段：2016至2017年，ITU将会定义5G的技术需求和评估方法，而3GPP自Release-14真正开始5G技术的研究工作，这部分工作大多分布在在SI（Study Item）阶段。

  2018年，ITU开始征集5G候选方案，3GPP的工作则会从SI向WI（Work Item）进行转换。在3GPP将于2018年9月发布的Release-15中，将会给出第一版5G技术标准，企业会以此标准为基础进入产品化阶段，5G商用将正式拉开序幕。

  2019年到2020年，ITU将真正开始5G标准化工作，3GPP将于2019年12月发布Release-16，公布增强版5G标准，主要是针对毫米波频段。2020年将进入正式商用阶段。根据ITU的规划，和4G移动网络相比，5G的峰值数据速率将从1Gbit/s提升至20Gbit/s，用户体验数据速度将从10Mbit/s提升至100Mbit/s，频谱效率将由1x提升至3x，支持移动速度将由350km/h提升至500km/h，通信延时将由10ms降低至1ms，设备连接密度（每平方千米）将由105提升至106，网络能量效率将由1x提升至100x，单位面积数据传输能力（每平方米）将由0.1Mbit/s提升至10Mbit/s。

  总结来说，5G通信网络的技术特点为：更高的数据传输速率、更低的数据传输延时、更高的数据传输密度和更好的高速通信能力。

  CA配合MIMO在现有的4G方案中已有大规模应用，以高通最新的处理器平台骁龙835为例，在接收链路最高能支持4x4 MIMO，实现1Gbits/s的峰值下载速率。回顾我们前文图2所示的三星S8中的天线情况，能够准确的看出总共有五根天线用于蜂窝通信，两根主天线、两根分集（Diversity）天线和一根载波聚合天线，其中主天线和分集天线可以组成MIMO模式下的4根接收天线。

  对比来看，目前市场上大部分的中国自主研发的手机，用于蜂窝通信的天线只有两根（一根主天线，一根分集天线G时代时，单机价值量便有了超过一倍的潜在增长空间。

  预计在5G时代，智能手机至少会支持8x8 MIMO，保守估计天线根左右，市场潜力巨大。

  从手机方面来看，苹果从iPhone 6S产品开始支持2x2 MIMO Wi-Fi，但从第三方拆机报告中未发现存在两根独立Wi-Fi天线的证据，猜测当Wi-Fi使用MIMO模式时，需要复用一根蜂窝通信天线。

  反观在iPad产品和Macbook中，由于内部拥有足够的设计空间，因此均使用独立的两根天线 MIMO的Wi-Fi，这也是iPad/MacBook中Wi-Fi天线单机价值量更高的主要原因。

  从未来的发展的新趋势上看，随着手机、电视和电脑的屏幕分辨率慢慢的升高，人们对高清内容的需求越发迫切，以及AR/VR等应用的发展需要，为了尽最大可能避免Wi-Fi的成为影响用户使用体验的瓶颈，

  消费电子科技类产品中的Wi-Fi天线数量有望进一步增加，单机价值量同样具有较大空间

  另外的解决方案是引入毫米波，利用其高频率大带宽的特点，实现高下载速率。

  因此毫米波天线会采用阵列的方式存在，目前较为前沿的方案多采用4x4或者8x8的天线阵列。

  同时又由于毫米波的波长较短，天线的特征尺寸在毫米级，因此对制作流程与工艺的精准度要求较高，

  在高通于2016年10月发布发X50 5G modem解决方案中，便包括了工作在28GHz频段的毫米波射频收发芯片SDR051，可以整合32根毫米波天线Gbps。

  全面屏慢慢的变成了2017年智能手机领域最重要的创新点，三星Galaxy S8和S8+的发布给消费的人带来了较强的未来感，有着非常明显的视觉上的冲击力，两款手机均搭配18.5:9的屏幕，屏占比达到84%。

  在三星之前，夏普作为全面屏技术的先行者已经在14、15年推出了多款产品，但并未引起市场重视。直到2016年下半年，小米MIX（屏占比91.3%）、LG G6（屏占比78%）和联想ZUK EDGE（屏占比86.4%）等几款全面屏产品的惊艳发布终于引起了巨大反响。

  根据集邦咨询的数据，2017年全面屏机种的出货仍然主要由三星和苹果的旗舰机型贡献，整体渗透率约为10%，2018年有望大幅度的提高至37%，到2020年时全面屏手机的渗透率有望达到55%以上。

  全面屏手机为了将屏占比扩至极限，需要尽可能缩减手机盖板上的非显示区域，以及显示屏的BM（Black Matrix，俗称“黑边”）区域，最终的理想效果是有效显示区域（AA，Active Area）尽量接近金属边框。

  但是，在金属后盖手机中，通信天线往往被集成到上下两个金属边框中，由于屏幕背板上面有很多金属成分存在，因此天线的净空会促进被限制，给设计工作带来非常大的困难，成为重要的技术瓶颈。

  另外一方面，金属后盖同时制约着5G毫米波和无线充电技术的应用，主要原因是

  综合以上两点，我们的结论是全面屏和无线充电技术将推动手机后盖由金属材质向玻璃或陶瓷转换。

  在手机后盖改为玻璃或者陶瓷之后，原有做在金属边框中的天线将会独立出来，从三星S8和小米MIX的解决方案上看，均采用了LDS天线制作流程与工艺，在塑料支架上制作天线。没有了金属后盖的限制之后，LDS天线既可以单独充当天线，也能配合金属边框充当天线。

  同时，这种方案也会推动音射频一体化的发展的新趋势。为了节约内部设计空间，手机下部独立出来的天线最好的解决方案是和扬声器模块集成到一起，要解决的核心问题是相互之间的干扰。

  无线充电技术在消费电子设备中已经被三星阵营和苹果阵营大范围的应用，三星从S6/S6 edge便开始支持无线充电功能，苹果Apple Watch同样支持无线充电，并准备在新一代手机产品中大规模应用。无线充电技术主要解决消费者必须贴身携带有线充电器和手机由于充电接口的存在防水性能难以提升两个痛点，长期看是智能设备的重要创新元素

  根据市场调查与研究机构Markets-and-Markets的数据，预计2014-2020年全球无线充电市场复合增长率将超过60%。

  根据能量传输方式的不同，无线充电可分为三类：磁感应式、磁谐振式和微波传输式。其中微波传输式对接收和发射器之间的方向限制很严格，并且受传输介质影响衰减较大，效率较低，主要使用在于传输距离较远、传输功率较小的场景中。近距离无线传输方案以磁感应式和磁谐振式为主，曾经有WPC、PMA和A4WP三大阵营，2015年1月后两大阵营合并为AirFuel，但从目前的发展状态看，仍然是WPC占据非常大的优势，其Qi方案目前应用最为广泛。

  WPC成员包括微软、松下、三星、索尼、东芝、LG等，其推出的Qi方案基于磁感应耦合原理，通过发射端和接收端两个靠近的线圈共享磁通量的变化，完成直流电-交流电-直流电的转换过程。Qi标准目前占据市场主流地位，普及率最高，被智能设备厂商大量采用。

  Qi无线充电标准工作频率通常在100KHz至360KHz，目前充电功率能够达到15W，充电效率能做到85%，已经接近有线%，技术上已经具备大规模应用的基本条件。

  以三星S8采用的方案为例进行深入分析，首先看发射端，三星S8提供无线充电附件供消费者做出合理的选择，内部主要由电能转换芯片和发射线圈构成，芯片方面采用了IDT（Integrated Device Technology）的整体解决方案，最大发射功率达到9W，发射线圈采用了三线圈的方式，以在充电位置上提供更高的灵活性。

  而在芯片方面，从目前产业链调研的信息看Broadcom方案处于领跑位置。

  我们认为，苹果新一代手机中加入无线充电功能将对整个产业链产生巨大的催化作用，会有更多的国产手机和可穿戴设备进行跟进，同时整个无线充电的生态环境会逐步改善，会有慢慢的变多的公共场所提供无线充电服务以增强客户粘性，充电“无尾化”革命继续进行。

  从国内无线充电产业链角度看，核心器件中芯片的技术壁垒较高，暂时难以直接切入，在传输线圈方面国内公司已占据了一席之地，除了上文提到的信维通信、立讯精密和东山精密之外，顺络电子满足Qi标准的发射、接收线圈已经获得了IDT和NXP的无线充电方案认证，并且已确定进入了华为的供应体系，硕贝德同样推出了无线充电有关产品。磁性材料方面，目前TDK、村田等国际巨头公司具备拥有较强优势，国内相关企业则有

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