小天線里藏有大門道,技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)工業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)步 1小身材大作用,天線是電磁波進(jìn)行傳輸?shù)摹盁羲?/h2>無(wú)線電波構(gòu)筑了現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基礎(chǔ),雖然我們無(wú)法感受到它的存在,但它無(wú)時(shí)無(wú)刻不在影響我們的生活,而天線又是電磁波進(jìn)行傳輸?shù)暮诵脑骷?,它像一座“燈塔”一樣,將我們和廣闊的外部世界緊密聯(lián)系在一起。從微小尺度看,在我們?cè)絹?lái)越依賴的智能手機(jī)中,就有移動(dòng)通信天線、Wi-Fi/BT天線、GPS天線、NFC天線和無(wú)線充電線圈等;從宏大尺度看,劉慈欣在《三體》中用超群的想象力為我們描述了用于宇宙通信的引力波天線:“天線是一個(gè)橫放的圓柱體,有一千五百米長(zhǎng),直徑五十多米,整體懸浮在距地面兩米左右的位置。它的表面也是光潔的鏡面,一半映著天空,一半映著華北平原?!?/span> 無(wú)論是宏觀還是微觀,天線的本質(zhì)都是在電磁場(chǎng)基本原理下,通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互轉(zhuǎn)換,完成電磁能量的輻射和接收。除早已成熟的無(wú)線通信技術(shù)之外,近年來(lái)移動(dòng)支付、無(wú)線充電等前沿技術(shù),底層原理仍然是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)能量的相互轉(zhuǎn)換,因此天線的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大。 天線的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,本報(bào)告重點(diǎn)關(guān)注以智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦和可穿戴設(shè)備為代表的消費(fèi)電子領(lǐng)域,其中智能手機(jī)由于出貨量大、技術(shù)更新?lián)Q代快,作為典型應(yīng)用深入討論。 以三星最新的旗艦智能機(jī)S8+為例,內(nèi)部除了集成傳統(tǒng)的移動(dòng)通信天線(配合高通驍龍835基帶,支持4X4 MIMO)、無(wú)線連接天線(Wi-Fi、BT、GPS)、近場(chǎng)通信天線(NFC,Near Field Communication)以外,還集成了最先進(jìn)的磁性安全傳輸線圈(MST,Magnetic Secure Transmission)和無(wú)線充電線圈。 從移動(dòng)通信的角度看,由于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的持續(xù)追求,載波聚合(CA)技術(shù)和多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛,驍龍835最高可支持4載波聚合,并可配合MIMO技術(shù)將最高下載速率擴(kuò)展到1Gbps,從天線角度,除了兩根主天線和兩根分集(Diversity)天線以外,額外增加了一根用于載波聚合的主天線,未來(lái)隨著5G技術(shù)的發(fā)展,天線數(shù)量會(huì)繼續(xù)增加。 需要注意的是,三星S8+使用玻璃背板,不存在金屬背板對(duì)電磁波的屏蔽現(xiàn)象,因此降低了天線的設(shè)計(jì)難度。由此可以引出移動(dòng)終端天線的一個(gè)重要設(shè)計(jì)原則:天線的設(shè)計(jì)要配合系統(tǒng)整體方案,背板材料選擇、內(nèi)部空間規(guī)劃等都會(huì)對(duì)天線的設(shè)計(jì)起到?jīng)Q定性作用。 2小器件大創(chuàng)新,分立天線工藝不斷進(jìn)步猶記得模擬通信的“大哥大”時(shí)代,手機(jī)天線也以霸氣的外置形式存在,直到1999年,諾基亞3210才首次做到了將天線內(nèi)置。 目前主流的內(nèi)置分立天線工藝主要有FPC(Flexible Printed Circuits,柔性電路板)、LDS(Laser Direct Structuring,激光直接成型)。 FPC是一種具有高度可靠性的可撓性印刷電路板,主要特點(diǎn)是輕薄、彎折性好。在iPhone 3GS和之前的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,一直使用了FPC天線搭配支架的設(shè)計(jì)。 相比更為傳統(tǒng)的的金屬?gòu)椘浜纤芰现Ъ艿脑O(shè)計(jì),F(xiàn)PC天線可以縮短研發(fā)周期,具有較低的模具開(kāi)發(fā)成本,同時(shí)由于FPC板上的金屬圖案易于修改,因此具有更好的設(shè)計(jì)靈活性,易于滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)多模多頻的需求,因此FPC天線在功能機(jī)向智能機(jī)發(fā)展的大潮中得到了廣泛應(yīng)用。 LDS天線是利用激光鐳射技術(shù),直接在模塑成型的塑料支架上進(jìn)行化鍍,形成金屬天線圖案。相比FPC天線,LDS天線由于采用了高精度的激光技術(shù),因此性能更加穩(wěn)定,一致性更好,當(dāng)然,這也付出了成本更高的代價(jià)。此外,當(dāng)手機(jī)使用塑料后蓋時(shí),LDS技術(shù)可以將天線整體性的鐳射到后蓋上面,從而大大節(jié)約手機(jī)內(nèi)部空間,并且可以防止內(nèi)部器件干擾。 3金屬后蓋帶來(lái)的天線挑戰(zhàn),質(zhì)感提升源自技術(shù)創(chuàng)新隨著智能手機(jī)的滲透率不斷提高,改善型的換機(jī)需求逐步替代了曾經(jīng)的普及型需求,消費(fèi)者對(duì)手機(jī)的品質(zhì)要求越來(lái)越高,在蘋果的引領(lǐng)下,更具質(zhì)感的金屬后蓋成為了中高端智能手機(jī)的標(biāo)配。但是,金屬后蓋對(duì)天線設(shè)計(jì)卻十分不友好,因而手機(jī)天線近幾年的發(fā)展史同時(shí)也是工程師與金屬后蓋不???fàn)幍难獪I史。 本次天線革命源自iPhone 4,蘋果對(duì)天線方案做了非常激進(jìn)的改進(jìn),機(jī)身不銹鋼邊框被分成兩段,分別成為Wi-Fi/BT/GPS天線和通信主天線。不銹鋼邊框上焊接了性狀復(fù)雜的金屬片,用于在不同通信模式和頻段下進(jìn)行匹配調(diào)諧。 然而,如此極富創(chuàng)新精神的設(shè)計(jì)卻由于特定條件下的缺陷,導(dǎo)致了著名的“天線門”事件。蘋果用戶發(fā)現(xiàn),當(dāng)緊握手機(jī)下部時(shí),會(huì)出現(xiàn)信號(hào)質(zhì)量急劇下降的現(xiàn)象。這是由于人體皮膚有可能導(dǎo)致兩段天線的連接處發(fā)生短路,使天線的頻率特性出現(xiàn)偏移。“天線門”迫使喬布斯親自站臺(tái)做危機(jī)公關(guān),成為人類商業(yè)史上的一次經(jīng)典案例。 蘋果最終的解決方案是在后續(xù)的iPhone 4 CDMA版以及iPhone 4S中將天線改為了三段式設(shè)計(jì)方案,并且加入了接收分集功能,可以智能選擇信號(hào)較好的接收天線,接收靈敏度不再受手握的影響。 “天線門”是天線設(shè)計(jì)史上的一次經(jīng)典案例,它一方面體現(xiàn)了天線的重要性,如此經(jīng)典的劃時(shí)代產(chǎn)品險(xiǎn)些由于天線方面的問(wèn)題提前謝幕,另一方面也體現(xiàn)了天線領(lǐng)域的創(chuàng)新活力,持續(xù)不斷的技術(shù)創(chuàng)新為產(chǎn)品升級(jí)提供了原始驅(qū)動(dòng)力。 金屬邊框天線的成功經(jīng)驗(yàn)使得金屬后蓋工藝成為可能,無(wú)論是蘋果陣營(yíng)還是安卓陣營(yíng),在iPhone 4之后均在中高端機(jī)型中大面積使用金屬后蓋,而對(duì)于天線的處理方式,也產(chǎn)生了三種主流方案。 1)以iPhone 5S為代表的三段式后蓋結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是后蓋中部為大塊金屬,頂部和底部使用兩條玻璃或塑料材料,為內(nèi)置天線留出足夠的凈空。 2)以iPhone 6、iPhone 7為代表的納米注塑工藝 納米注塑工藝(NMT,Nano Molding Technology)是將金屬表面納米化處理之后,對(duì)其進(jìn)行注塑成型,形成金屬和塑料的一體化結(jié)構(gòu)的制作工藝。iPhone 6后蓋上的“白帶”即為使用納米注塑工藝加工的塑膠,它的主要作用是將頂部和底部的天線和后蓋大塊金屬隔離,以減小手持對(duì)天線接收信號(hào)的影響。 以iPhone 6為例,金屬后蓋經(jīng)過(guò)納米注塑工藝進(jìn)行加工后將不同段的金屬進(jìn)行分離,頂部的A段金屬和底部的E段金屬作為天線使用。其中A天線包括了Cellular副天線、雙頻Wi-Fi、藍(lán)牙、GPS、NFC等功能。 上部天線雖然是一根金屬,但通過(guò)在中間加入接地饋點(diǎn),作為多段天線使用,包括UAT1、UAT2、UAT3三個(gè)饋電端口和NFC的兩個(gè)饋電端口。UAT3包括了Wi-Fi 2.4G/BT/GPS/分集天線,UAT2為Wi-Fi 5.8G天線,UAT1主要用來(lái)對(duì)UAT3進(jìn)行匹配調(diào)諧。 底部的E天線主要用作蜂窩通信的主天線,并通過(guò)同軸射頻線連接到主板,如下圖所示。 iPhone 7和iPhone 6的天線設(shè)計(jì)方案類似,主要改變是iPhone 7修改了納米注塑條的設(shè)計(jì),去掉了水平方向的橫條,將“D字型”改為了“U字型”,主要目的是為了提高美觀度,使得后蓋更加渾然一體。 近期媒體Techweb爆出的新一代蘋果智能手機(jī)產(chǎn)品信息顯示,新一代iPhone大概率會(huì)采用金屬中框+2.5D玻璃的整體外觀架構(gòu),而從金屬邊框上的納米注塑帶來(lái)看,金屬邊框仍然具有天線功能,繼續(xù)發(fā)揮蘋果在金屬邊框天線上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 3)以三星Galaxy C9 Pro和OPPO R9 Plus為代表的微縫天線(Micro Slit Antenna,MSA) 微縫天線是使用高精度刀具在全金屬機(jī)身上切割出微縫,以阻隔金屬的導(dǎo)電效應(yīng),然后使用納米注塑技術(shù)填平微縫,保證觸感上的平整性。 無(wú)論哪種方案,使用各種技術(shù)的主要目的有三個(gè):1)增加天線周圍凈空;2)減少用戶手持對(duì)天線的影響;3)支持移動(dòng)通信更多頻段。最終天線設(shè)計(jì)落實(shí)到產(chǎn)品上面,主要的性能指標(biāo)為支持移動(dòng)通信的模式和頻段數(shù)量,以及接收的信號(hào)強(qiáng)度,從目前市場(chǎng)上主流的旗艦手機(jī)天線設(shè)計(jì)水平上看,蘋果和三星依然最為優(yōu)秀,華為在國(guó)內(nèi)手機(jī)中水平領(lǐng)先。 手機(jī)金屬外殼的制作主要由CNC數(shù)控機(jī)床來(lái)完成,需要鍛壓成形-CNC粗銑-納米成形-CNC精銑-陽(yáng)極處理-落料幾大工序,CNC數(shù)控機(jī)床的數(shù)量決定了企業(yè)的產(chǎn)能,目前,全球CNC數(shù)控機(jī)床產(chǎn)能如下圖所示: 總結(jié)來(lái)說(shuō),天線在消費(fèi)電子產(chǎn)品中雖然只是一個(gè)非常小的零部件,但其性能卻決定了產(chǎn)品整體的用戶體驗(yàn),旗艦機(jī)型要求在保證全球移動(dòng)通信系統(tǒng)全模式全頻段的前提下,兼顧外觀的整體性和質(zhì)感。目前來(lái)看,還沒(méi)有出現(xiàn)一種能夠完美解決所有痛點(diǎn)的天線技術(shù),而未來(lái)5G毫米波、全面屏、音射頻一體化和無(wú)線充電技術(shù)又會(huì)對(duì)天線設(shè)計(jì)帶來(lái)全新挑戰(zhàn),因此天線的創(chuàng)新空間依然非常巨大,產(chǎn)業(yè)鏈上的相關(guān)公司正處于卡位戰(zhàn)的關(guān)鍵時(shí)期,跟蹤產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展大勢(shì)是布局下一階段投資的基礎(chǔ)。 從國(guó)內(nèi)天線雙雄的基本面成長(zhǎng)看行業(yè)發(fā)展歷史 1高速成長(zhǎng)的終端天線龍頭:信維通信1. 回顧發(fā)展歷史,把握產(chǎn)業(yè)周期適時(shí)外延成就全球龍頭 公司在2010年上市時(shí),主要產(chǎn)品為應(yīng)用于手機(jī)的移動(dòng)終端天線。公司抓住智能手機(jī)的發(fā)展大潮,于2012年通過(guò)外延方式收購(gòu)了當(dāng)時(shí)在天線市場(chǎng)規(guī)模最大的國(guó)際大廠Laird,獲得面向高端手機(jī)大客戶的成熟生產(chǎn)管理流程和充足產(chǎn)能。 收購(gòu)前Laird的財(cái)報(bào)顯示,2011年Laird的前五大客戶分別為諾基亞、摩托羅拉、索尼愛(ài)立信、威圖和LG,在智能手機(jī)時(shí)代新興廠商沖擊下,2011年虧損約3902萬(wàn)元,最終被信維通信以1.98億元的價(jià)格收購(gòu)?;仡^看,Laird的業(yè)績(jī)下滑并非由于自身產(chǎn)品原因,而是由于大客戶在智能手機(jī)市場(chǎng)上節(jié)節(jié)敗退所致,信維通信勇于在此時(shí)間節(jié)點(diǎn)上承接Laird的天線業(yè)務(wù),彰顯了對(duì)自身整合能力和新客戶拓展能力的信心。 對(duì)Laird的收購(gòu)對(duì)公司的另外一個(gè)重要意義在于折價(jià)購(gòu)入以LDS天線制造設(shè)備為代表的固定資產(chǎn),公司原有LDS天線產(chǎn)能36kk/年,在完成對(duì)Laird的整合后,可以達(dá)到100kk/年,進(jìn)入世界前三。 公司另一個(gè)快速擴(kuò)張期在2015年,在橫向一體化和縱向一體化并行的戰(zhàn)略下,通過(guò)增資收購(gòu),獲得了三家子公司亞力盛、艾利門特和光線新材料,分別完成了對(duì)于連接器、金屬陶瓷注塑成型、無(wú)線充電、NFC天線和磁性材料領(lǐng)域的布局。公司目前的定位是“以射頻技術(shù)為核心,成為射頻技術(shù)一體化解決方案的零、部件供應(yīng)商?!?/span> 2. 研發(fā)投入驅(qū)動(dòng)公司業(yè)績(jī)快速增長(zhǎng) 在公司財(cái)務(wù)報(bào)表中,研發(fā)費(fèi)用被歸納在管理費(fèi)用一項(xiàng)中。我們將公司2012年至2016年的研發(fā)費(fèi)用單獨(dú)整理出來(lái),結(jié)合公司研發(fā)人員數(shù)量變化,可以比較明確的把握公司的戰(zhàn)略變化。 2012年收購(gòu)Laird后,公司對(duì)研發(fā)持續(xù)高投入,連續(xù)兩年研發(fā)費(fèi)用增長(zhǎng)率均超過(guò)40%,2013年甚至在90%以上。同時(shí)期的研發(fā)人員數(shù)量卻發(fā)生下降,體現(xiàn)了“蛇吞象”式收購(gòu)之后對(duì)企業(yè)進(jìn)行整合經(jīng)歷的陣痛。 觀察公司的營(yíng)業(yè)收入和歸母凈利潤(rùn)情況,相對(duì)于研發(fā)費(fèi)用的具有較為明顯的滯后效應(yīng)。在經(jīng)歷了2012年和2013年對(duì)研發(fā)的高投入之后,公司在2014年開(kāi)始實(shí)現(xiàn)營(yíng)收和歸母凈利潤(rùn)的持續(xù)快速增長(zhǎng),營(yíng)業(yè)收入同比增速分別為129.28%、60.94%和85.61%,歸母凈利潤(rùn)增速分別為184.46%、278.22%和113.56%。 從這個(gè)角度看,在2016年新一輪加強(qiáng)研發(fā)投入力度后,我們有理由對(duì)公司2017至2018年的業(yè)績(jī)保持樂(lè)觀態(tài)度。公司于2017年7月10日發(fā)布半年度業(yè)績(jī)預(yù)告,預(yù)計(jì)歸母凈利潤(rùn)區(qū)間3.8億元至4.1億元,同比增長(zhǎng)131.49%至149.77%。 3. 業(yè)績(jī)追蹤緊緊把握大客戶動(dòng)向,在申專利情況凸顯未來(lái)成長(zhǎng)布局 從公司2016年的營(yíng)收結(jié)構(gòu)來(lái)看,前三大客戶占總營(yíng)收比例超過(guò)60%,前五大客戶占總營(yíng)收比例超過(guò)70%,無(wú)論是從出貨量的角度還是從單機(jī)價(jià)值量的角度來(lái)看,追蹤大客戶未來(lái)產(chǎn)品的研發(fā)動(dòng)向都是預(yù)測(cè)公司未來(lái)業(yè)績(jī)的主要依據(jù)。 從另外一個(gè)角度看,公司主要為大客戶提供定制化一站式解決方案,產(chǎn)品研發(fā)和一線消費(fèi)電子大廠新品研發(fā)深度綁定,而公司近幾年的研發(fā)實(shí)力和技術(shù)儲(chǔ)備已經(jīng)得到大客戶的認(rèn)可,擁有較強(qiáng)的客戶粘性。 公司目前在消費(fèi)電子終端天線(包括LTE、GPS和Wi-Fi/BT)、射頻連接器及隔離件、NFC天線/無(wú)線充電線圈這幾個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域占據(jù)了相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額,未來(lái)的成長(zhǎng)性主要取決于無(wú)線充電技術(shù)的普及進(jìn)展,5G給終端天線帶來(lái)的新機(jī)遇,以及能否借助音射頻一體化趨勢(shì)切入音頻市場(chǎng)。 公司面向未來(lái)成長(zhǎng)的技術(shù)儲(chǔ)備也在持續(xù)進(jìn)行,截止2016年底,公司共申請(qǐng)專利473項(xiàng),在申請(qǐng)專利172項(xiàng)。部分在申專利中同樣可以印證我們對(duì)公司未來(lái)成長(zhǎng)方向所做布局的判斷。 2碩貝德的天線業(yè)務(wù)營(yíng)收變化印證大客戶和行業(yè)趨勢(shì)的重要性惠州碩貝德無(wú)線科技股份有限公司成立于2004年2月,2012年在深交所創(chuàng)業(yè)板上市,公司目前的主要營(yíng)收來(lái)源有天線類(手機(jī)天線、筆記本電腦天線、無(wú)線接入點(diǎn)天線以及其他無(wú)線通信終端天線及配件)、精密結(jié)構(gòu)件機(jī)殼、指紋模組、攝像頭模組、FFC排線等。 公司目前擁有5家控股子公司:蘇州科陽(yáng)光電科技有限公司、江蘇凱爾生物識(shí)別科技有限公司、惠州碩貝德電子有限公司、深圳碩貝德精密技術(shù)股份有限公司和碩貝德科技(美國(guó))有限公司;以及2家全資子公司:碩貝德韓國(guó)有限公司、臺(tái)灣碩貝德無(wú)線科技有限公司。整體的產(chǎn)品分類和業(yè)務(wù)架構(gòu)如下圖所示。 我們將公司天線類業(yè)務(wù)(手機(jī)天線、筆記本電腦天線、無(wú)線接入點(diǎn)天線以及其他無(wú)線通信終端天線及配件)每年的營(yíng)收進(jìn)行了加和整理,并列出了天線類業(yè)務(wù)占總營(yíng)收的比例,可以看到公司在上市初期天線業(yè)務(wù)貢獻(xiàn)了幾乎全部營(yíng)業(yè)收入,并且保持了較高的增長(zhǎng)率,但2015年和2016年天線業(yè)務(wù)營(yíng)收有較為明顯的下降,營(yíng)收占比也在不斷走低。 我們認(rèn)為產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因有兩個(gè):首先使用上個(gè)小節(jié)提到的大客戶業(yè)務(wù)分析法可以看到,公司在2014年前五大客戶營(yíng)收占比54.62%,其中第一大客戶TCL實(shí)現(xiàn)營(yíng)收約2.88億元,占比34.34%,而2015年TCL實(shí)現(xiàn)營(yíng)收降至約1.11億元,并且前五大客戶營(yíng)收占比下降至44.38%,2016年這一數(shù)據(jù)進(jìn)一步下降至35.56%,因此主要客戶市場(chǎng)表現(xiàn)下滑是一項(xiàng)重要因素;其次從整個(gè)天線的發(fā)展情況看,塑膠機(jī)殼和金屬機(jī)殼的天線一體化趨勢(shì)使眾多精密公司切入天線業(yè)務(wù),對(duì)傳統(tǒng)的天線供應(yīng)商產(chǎn)生較大威脅,在這種情況下公司也于2016年大力開(kāi)展精密器件業(yè)務(wù),并實(shí)現(xiàn)營(yíng)收約4.85億元,將這塊業(yè)務(wù)同歸類為天線后實(shí)現(xiàn)營(yíng)收11.2億元,總營(yíng)收占比提高至64.9%。 從公司整體的產(chǎn)品路線圖規(guī)劃上看,依然會(huì)以天線業(yè)務(wù)為核心,隨著無(wú)線通信系統(tǒng)的升級(jí)大趨勢(shì),在傳統(tǒng)天線業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)發(fā)展可調(diào)諧天線、MIMO天線、NFC天線和無(wú)線充電元器件等業(yè)務(wù)。此外,在公司近幾年外延發(fā)展的多項(xiàng)業(yè)務(wù)中,指紋識(shí)別模組和攝像頭模組也成為營(yíng)收重要貢獻(xiàn)來(lái)源。 3老牌龍頭和行業(yè)新銳匯聚,機(jī)遇與競(jìng)爭(zhēng)并存信維通信和碩貝德作為傳統(tǒng)的A股天線雙雄,曾經(jīng)主要面臨的競(jìng)爭(zhēng)壓力來(lái)自海外,比如安費(fèi)諾、Molex、泰科、Pulse和WNC等,近年來(lái),一方面像立訊精密這樣的國(guó)內(nèi)廠商也向終端天線領(lǐng)域拓展,另一方面在集成度提高的大趨勢(shì)下,瑞聲科技、歌爾股份這樣的聲學(xué)巨頭也希望借助音射頻一體化切入這一市場(chǎng)。 整合還是被整合,終端天線行業(yè)的機(jī)遇和競(jìng)爭(zhēng)并存,從產(chǎn)品的特點(diǎn)來(lái)看,終端天線需要為消費(fèi)電子產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)服務(wù),市場(chǎng)形勢(shì)的變化要把握準(zhǔn)行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì),我們會(huì)在下一章節(jié)做重點(diǎn)說(shuō)明。 天線市場(chǎng)處于重構(gòu)期,三大創(chuàng)新改變行業(yè)格局 15G提升天線單機(jī)價(jià)值量,眾廠商緊盯毫米波天線蛋糕從產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)調(diào)研情況來(lái)看,5G的研發(fā)正在如火如荼的開(kāi)展。運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商和終端廠商目前的目標(biāo)均是在2020年實(shí)現(xiàn)正式商用。按照ITU的規(guī)劃,5G系統(tǒng)的推進(jìn)按照研究、標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品化可以分為四個(gè)主要階段: 第一階段:2016年之前,ITU主要進(jìn)行針對(duì)愿景、趨勢(shì)和頻譜的前期研究工作,而3GPP 將會(huì)開(kāi)展針對(duì)過(guò)渡性技術(shù)方案的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。第二階段:2016至2017年,ITU將會(huì)定義5G的技術(shù)需求和評(píng)估方法,而3GPP自Release-14正式開(kāi)始5G技術(shù)的研究工作,這部分工作主要集中在SI(Study Item)階段。第三階段:2018年,ITU開(kāi)始征集5G候選方案,3GPP的工作則會(huì)從SI向WI(Work Item)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在3GPP將于2018年9月發(fā)布的Release-15中,將會(huì)給出第一版5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),企業(yè)會(huì)以此標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)進(jìn)入產(chǎn)品化階段,5G商用將正式拉開(kāi)序幕。第四階段:2019年到2020年,ITU將正式開(kāi)始5G標(biāo)準(zhǔn)化工作,3GPP將于2019年12月發(fā)布Release-16,公布增強(qiáng)版5G標(biāo)準(zhǔn),主要針對(duì)毫米波頻段。2020年將進(jìn)入正式商用階段。 根據(jù)ITU的規(guī)劃,和4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相比,5G的峰值數(shù)據(jù)速率將從1Gbit/s提升至20Gbit/s,用戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)速度將從10Mbit/s提升至100Mbit/s,頻譜效率將由1x提升至3x,支持移動(dòng)速度將由350km/h提升至500km/h,通信延時(shí)將由10ms降低至1ms,設(shè)備連接密度(每平方千米)將由105提升至106,網(wǎng)絡(luò)能量效率將由1x提升至100x,單位面積數(shù)據(jù)傳輸能力(每平方米)將由0.1Mbit/s提升至10Mbit/s。 總結(jié)來(lái)說(shuō),5G通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)為:更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更低的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)、更高的數(shù)據(jù)傳輸密度和更好的高速通信能力。 想要實(shí)現(xiàn)相比4G網(wǎng)絡(luò)20倍的數(shù)據(jù)傳輸速率提升,主要的方式有兩種,首先是載波聚合技術(shù)(Carrier Aggregation,CA)配合MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多輸入多輸出)技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),載波聚合技術(shù)是將同一頻段或者不同頻段中的多個(gè)頻點(diǎn)組合到一起,實(shí)現(xiàn)更高帶寬,并不需要多根天線的配合;而MIMO技術(shù)是通過(guò)基站側(cè)的多根發(fā)射天線和接收端的多根接收天線,實(shí)現(xiàn)在同一頻點(diǎn)上接收多路信號(hào),需要多根天線進(jìn)行配合。 CA配合MIMO在現(xiàn)有的4G方案中已有大規(guī)模應(yīng)用,以高通最新的處理器平臺(tái)驍龍835為例,在接收鏈路最高可以支持4x4 MIMO,實(shí)現(xiàn)1Gbits/s的峰值下載速率?;仡櫸覀兦拔膱D2所示的三星S8中的天線情況,可以看出總共有五根天線用于蜂窩通信,兩根主天線、兩根分集(Diversity)天線和一根載波聚合天線,其中主天線和分集天線可以組成MIMO模式下的4根接收天線。 對(duì)比來(lái)看,目前市場(chǎng)上大部分的國(guó)產(chǎn)手機(jī),用于蜂窩通信的天線只有兩根(一根主天線,一根分集天線),還沒(méi)有進(jìn)入5G時(shí)代時(shí),單機(jī)價(jià)值量便有了超過(guò)一倍的潛在增長(zhǎng)空間。 預(yù)計(jì)在5G時(shí)代,智能手機(jī)至少會(huì)支持8x8 MIMO,保守估計(jì)天線數(shù)量在8到10根左右,市場(chǎng)潛力巨大。 再看以Wi-Fi為代表的無(wú)線連接天線(連接器),這也是國(guó)內(nèi)公司在蘋果產(chǎn)品(iPhone、iPad和Mac)中的主要營(yíng)收來(lái)源。從手機(jī)方面來(lái)看,蘋果從iPhone 6S產(chǎn)品開(kāi)始支持2x2 MIMO Wi-Fi,但從第三方拆機(jī)報(bào)告中未發(fā)現(xiàn)存在兩根獨(dú)立Wi-Fi天線的證據(jù),猜測(cè)當(dāng)Wi-Fi使用MIMO模式時(shí),需要復(fù)用一根蜂窩通信天線。 反觀在iPad產(chǎn)品和Macbook中,由于內(nèi)部擁有足夠的設(shè)計(jì)空間,因此均使用獨(dú)立的兩根天線以支持2x2 MIMO的Wi-Fi,這也是iPad/MacBook中Wi-Fi天線單機(jī)價(jià)值量更高的主要原因。 從未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)上看,隨著手機(jī)、電視和電腦的屏幕分辨率越來(lái)越高,人們對(duì)高清內(nèi)容的需求越發(fā)迫切,以及AR/VR等應(yīng)用的發(fā)展需要,為了避免Wi-Fi的下載速度成為影響用戶使用體驗(yàn)的瓶頸,消費(fèi)電子產(chǎn)品中的Wi-Fi天線數(shù)量有望進(jìn)一步增加,單機(jī)價(jià)值量同樣具有較大空間,回顧圖2也可以看到三星S8中已經(jīng)應(yīng)用了支持MU-MIMO的雙Wi-Fi天線。 回到5G提高下載速率的問(wèn)題上,除了按照原有4G路線圖進(jìn)一步發(fā)展,即使用更多的載波聚合技術(shù)和MIMO技術(shù)之外,另外的解決方案便是引入毫米波,利用其高頻率大帶寬的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)高下載速率。 毫米波通信對(duì)于未來(lái)的移動(dòng)終端來(lái)說(shuō)是完全的增量,由于毫米波的頻率非常高,存在著空氣中傳播衰減較快的問(wèn)題,同樣需要前文中提到的波束成型技術(shù)來(lái)抵抗衰減,因此毫米波天線會(huì)采用陣列的方式存在,目前較為前沿的方案多采用4x4或者8x8的天線陣列。同時(shí)又由于毫米波的波長(zhǎng)較短,天線的特征尺寸在毫米級(jí),因此對(duì)制作工藝的精準(zhǔn)度要求較高,存在形式也和傳統(tǒng)天線不同,由于頻率太高,為降低衰減需要減少走線長(zhǎng)度,最好的解決方案是和芯片緊靠在一起,甚至不排除未來(lái)集成到芯片內(nèi)部的可能性。 對(duì)于毫米波天線這一塊新鮮蛋糕,無(wú)論是傳統(tǒng)天線公司,還是射頻前端芯片公司(Skyworks、Broadcom和Qorvo等),甚至包括高通這樣的基帶公司,均產(chǎn)生極大興趣并不斷加大研發(fā)投入。在高通于2016年10月發(fā)布發(fā)X50 5G modem解決方案中,便包括了工作在28GHz頻段的毫米波射頻收發(fā)芯片SDR051,可以整合32根毫米波天線,X50最高下行速率可以達(dá)到5Gbps。 2外觀創(chuàng)新推動(dòng)高端手機(jī)放棄金屬后蓋,天線獨(dú)立產(chǎn)生增量市場(chǎng)1.全面屏將成為2017年智能手機(jī)最重要的創(chuàng)新方向 全面屏已經(jīng)成為2017年智能手機(jī)領(lǐng)域最重要的創(chuàng)新點(diǎn),三星Galaxy S8和S8+的發(fā)布給消費(fèi)者帶來(lái)了較強(qiáng)的未來(lái)感,具有明顯的視覺(jué)沖擊力,兩款手機(jī)均搭配18.5:9的屏幕,屏占比達(dá)到84%。 在三星之前,夏普作為全面屏技術(shù)的先行者已經(jīng)在14、15年推出了多款產(chǎn)品,但并未引起市場(chǎng)重視。直到2016年下半年,小米MIX(屏占比91.3%)、LG G6(屏占比78%)和聯(lián)想ZUK EDGE(屏占比86.4%)等幾款全面屏產(chǎn)品的驚艷發(fā)布終于引起了巨大反響。 展望2017年下半年,全面屏手機(jī)依然會(huì)是各大廠家的發(fā)布重點(diǎn),我們預(yù)計(jì)各品牌旗艦將會(huì)不約而同的使用全面屏,掀起新一輪高潮。三星Note 8、iPhone 8、Vivo X11/plus、OPPO R11/plus、華為 Mate10/pro等可能采用全面屏的重量級(jí)產(chǎn)品有望先后亮相。 根據(jù)集邦咨詢的數(shù)據(jù),2017年全面屏機(jī)種的出貨仍然主要由三星和蘋果的旗艦機(jī)型貢獻(xiàn),整體滲透率約為10%,2018年有望大幅提升至37%,到2020年時(shí)全面屏手機(jī)的滲透率有望達(dá)到55%以上。 2.全面屏將成為2017年智能手機(jī)最重要的創(chuàng)新方向 全面屏手機(jī)為了將屏占比擴(kuò)至極限,需要盡量縮減手機(jī)蓋板上的非顯示區(qū)域,以及顯示屏的BM(Black Matrix,俗稱“黑邊”)區(qū)域,最終的理想效果是有效顯示區(qū)域(AA,Active Area)盡量接近金屬邊框。 但是,在金屬后蓋手機(jī)中,通信天線往往被集成到上下兩個(gè)金屬邊框中,由于屏幕背板上面有很多金屬成分存在,因此天線的凈空會(huì)進(jìn)一步被限制,給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)巨大的困難,成為重要的技術(shù)瓶頸。 另外一方面,金屬后蓋同時(shí)制約著5G毫米波和無(wú)線充電技術(shù)的應(yīng)用,主要原因是金屬對(duì)于電磁能量的傳輸具有天然的阻礙作用。毫米波方面,由于頻率極高,對(duì)傳輸損耗非常敏感,需要盡量縮短芯片到天線的距離;無(wú)線充電方面,充電線圈面積較大,且通常位于后蓋中心位置。綜合來(lái)看,具有普適性、順應(yīng)時(shí)代潮流的方案是采用玻璃或者陶瓷的后蓋方案。 綜合以上兩點(diǎn),我們的結(jié)論是全面屏和無(wú)線充電技術(shù)將推動(dòng)手機(jī)后蓋由金屬材質(zhì)向玻璃或陶瓷轉(zhuǎn)換。這一現(xiàn)象已經(jīng)在三星S8和小米MIX兩款產(chǎn)品上得到了印證,而蘋果的iPhone 8同樣有望采用雙面玻璃加不銹鋼中框的外觀架構(gòu),行業(yè)整體趨勢(shì)已經(jīng)形成。 3.后蓋“去金屬化”利好LDS天線廠商,音射頻一體化市場(chǎng)格局未定 在手機(jī)后蓋改為玻璃或者陶瓷之后,原有做在金屬邊框中的天線將會(huì)獨(dú)立出來(lái),從三星S8和小米MIX的解決方案上看,均采用了LDS天線制作工藝,在塑料支架上制作天線。沒(méi)有了金屬后蓋的限制之后,LDS天線既可以單獨(dú)充當(dāng)天線,也可以配合金屬邊框充當(dāng)天線。 我們預(yù)計(jì),在未來(lái)的手機(jī)中,會(huì)廣泛采用這種方案,天線逐步從金屬邊框中獨(dú)立出來(lái),無(wú)疑會(huì)為L(zhǎng)DS天線供應(yīng)商帶來(lái)新的機(jī)會(huì),信維通信、碩貝德、立訊精密、光韻達(dá)、安費(fèi)諾、Molex和Tyco等廠商均會(huì)迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。 同時(shí),這種方案也會(huì)推動(dòng)音射頻一體化的發(fā)展趨勢(shì)。為了節(jié)省內(nèi)部設(shè)計(jì)空間,手機(jī)下部獨(dú)立出來(lái)的天線最好的解決方案是和揚(yáng)聲器模塊集成到一起,需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是相互之間的干擾。 音射頻一體化的趨勢(shì)已被業(yè)內(nèi)認(rèn)可,射頻龍頭(如信維通信)和聲學(xué)龍頭(如AAC、歌爾股份)均做了重點(diǎn)布局,但最終誰(shuí)能勝出,還要依靠和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)表現(xiàn)去檢驗(yàn)。 3無(wú)線充電滲透率快速提升中,國(guó)內(nèi)廠商已進(jìn)入三星、蘋果產(chǎn)業(yè)鏈無(wú)線充電技術(shù)在消費(fèi)電子設(shè)備中已經(jīng)被三星陣營(yíng)和蘋果陣營(yíng)廣泛應(yīng)用,三星從S6/S6 edge便開(kāi)始支持無(wú)線充電功能,蘋果Apple Watch同樣支持無(wú)線充電,并準(zhǔn)備在新一代手機(jī)產(chǎn)品中大規(guī)模應(yīng)用。無(wú)線充電技術(shù)主要解決消費(fèi)者必須隨身攜帶有線充電器和手機(jī)由于充電接口的存在防水性能難以提升兩個(gè)痛點(diǎn),長(zhǎng)期看是智能設(shè)備的重要?jiǎng)?chuàng)新元素,并且會(huì)推動(dòng)家居等行業(yè)的變革。 根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Markets-and-Markets的數(shù)據(jù),預(yù)計(jì)2014-2020年全球無(wú)線充電市場(chǎng)復(fù)合增長(zhǎng)率將超過(guò)60%。IHS則認(rèn)為2016年支持無(wú)線充電技術(shù)的設(shè)備出貨量超過(guò)1.2億組,至2024年出貨量將超過(guò)20億組;同時(shí),無(wú)線充電市場(chǎng)將從2015年的17億美元,快速增長(zhǎng)至2020年的125億美元左右,而到2024年,這一數(shù)字則有望達(dá)150億美元。 根據(jù)能量傳輸方式的不同,無(wú)線充電可分為三類:磁感應(yīng)式、磁諧振式和微波傳輸式。其中微波傳輸式對(duì)接收和發(fā)射器之間的方向限制非常嚴(yán)格,并且受傳輸介質(zhì)影響衰減較大,效率較低,主要應(yīng)用于傳輸距離較遠(yuǎn)、傳輸功率較小的場(chǎng)景中。 近距離無(wú)線傳輸方案以磁感應(yīng)式和磁諧振式為主,曾經(jīng)有WPC、PMA和A4WP三大陣營(yíng),2015年1月后兩大陣營(yíng)合并為AirFuel,但從目前的發(fā)展?fàn)顟B(tài)看,仍然是WPC占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其Qi方案目前應(yīng)用最為廣泛。 WPC成員包括微軟、松下、三星、索尼、東芝、LG等,其推出的Qi方案基于磁感應(yīng)耦合原理,通過(guò)發(fā)射端和接收端兩個(gè)靠近的線圈共享磁通量的變化,完成直流電-交流電-直流電的轉(zhuǎn)換過(guò)程。Qi標(biāo)準(zhǔn)目前占據(jù)市場(chǎng)主流地位,普及率最高,被智能設(shè)備廠商大量采用。 Qi無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)工作頻率通常在100KHz至360KHz,目前充電功率可以達(dá)到15W,充電效率可以做到85%,已經(jīng)接近有線充電的90%,技術(shù)上已經(jīng)具備大規(guī)模應(yīng)用的基本條件。 以三星S8采用的方案為例進(jìn)行深入分析,首先看發(fā)射端,三星S8提供無(wú)線充電附件供消費(fèi)者進(jìn)行選擇,內(nèi)部主要由電能轉(zhuǎn)換芯片和發(fā)射線圈構(gòu)成,芯片方面采用了IDT(Integrated Device Technology)的整體解決方案,最大發(fā)射功率達(dá)到9W,發(fā)射線圈采用了三線圈的方式,以在充電位置上提供更高的靈活性。 其次看接收端,芯片方面同樣采用IDT方案。天線模組方面,將NFC天線、MST線圈和WPC無(wú)線充電線圈集成在一起,單機(jī)價(jià)值量在3.5美元到4美元左右,信維通信目前已經(jīng)切入三星供應(yīng)鏈,占據(jù)了一定份額,我們認(rèn)為未來(lái)有望繼續(xù)提升。 蘋果產(chǎn)業(yè)鏈方面,立訊精密占據(jù)了Apple Watch無(wú)線充電線圈的主要份額,并有望延伸至新一代蘋果手機(jī)的無(wú)線充電模組中,有可能占據(jù)發(fā)射端的全部份額和接收端的大部分份額。東山精密則借由收購(gòu)美國(guó)FPC電路板制造商M-Flex,有望占據(jù)一定的接收端線圈份額。而在芯片方面,從目前產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研的信息看Broadcom方案處于領(lǐng)跑位置。 我們認(rèn)為,蘋果新一代手機(jī)中加入無(wú)線充電功能將對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生巨大的催化作用,會(huì)有越來(lái)越多的國(guó)產(chǎn)手機(jī)和可穿戴設(shè)備進(jìn)行跟進(jìn),同時(shí)整個(gè)無(wú)線充電的生態(tài)環(huán)境會(huì)逐步改善,會(huì)有越來(lái)越多的公共場(chǎng)所提供無(wú)線充電服務(wù)以增強(qiáng)客戶粘性,充電“無(wú)尾化”革命繼續(xù)進(jìn)行。 從國(guó)內(nèi)無(wú)線充電產(chǎn)業(yè)鏈角度看,核心器件中芯片的技術(shù)壁壘較高,暫時(shí)難以直接切入,在傳輸線圈方面國(guó)內(nèi)公司已經(jīng)占據(jù)了一席之地,除了上文提到的信維通信、立訊精密和東山精密之外,順絡(luò)電子滿足Qi標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射、接收線圈已經(jīng)獲得了IDT和NXP的無(wú)線充電方案認(rèn)證,并且已經(jīng)進(jìn)入了華為的供應(yīng)體系,碩貝德同樣推出了無(wú)線充電相關(guān)產(chǎn)品。磁性材料方面,目前TDK、村田等國(guó)際巨頭公司具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì),國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)則有橫店?yáng)|磁、天通股份等。 來(lái)源:海通電子研究 作者:陳平 謝磊 石堅(jiān) 尹苓 張?zhí)炻?/span> |
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