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OPPO玩爆iphone/三星,小天線裡隱藏哪些門道

天線由於在電子產品中的存在形式較為隱蔽, 同時單機價值量相對較低, 成為經常被忽視的電子元器件。 根據IDC的資料, 2016年全球智慧手機出貨量約為14.7億台,

平板電腦出貨量約1.75億台, 筆記本出貨量約1.7億台, 可穿戴設備1.01億台, 在這些設備中存在著蜂窩通信、Wi-Fi、BT、GPS、NFC和無線充電線圈等多種天線形式。

本報告意在強調終端天線在消費電子產品設計中的重要性, 通過詳細梳理近年來電子產品中天線存在形式、製作工藝的變化歷程, 結合5G商用進度、智慧手機外觀創新、無線充電滲透率提高等行業大趨勢, 展望未來天線設計的演進路線, 深入挖掘潛在的投資機會

小天線裡藏有大門道, 技術創新驅動工業設計進步

小身材大作用, 天線是電磁波進行傳輸的“燈塔”

無線電波構築了現代通信系統的基礎, 雖然我們無法感受到它的存在, 但它無時無刻不在影響我們的生活,

而天線又是電磁波進行傳輸的核心元器件, 它像一座“燈塔”一樣, 將我們和廣闊的外部世界緊密聯繫在一起。 從微小尺度看, 在我們越來越依賴的智慧手機中, 就有移動通信天線、Wi-Fi/BT天線、GPS天線、NFC天線和無線充電線圈等;從宏大尺度看, 劉慈欣在《三體》中用超群的想像力為我們描述了用於宇宙通信的引力波天線:“天線是一個橫放的圓柱體, 有一千五百米長, 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。 ”

無論是宏觀還是微觀, 天線的本質都是在電磁場基本原理下, 通過電場和磁場的相互轉換, 完成電磁能量的輻射和接收。 除早已成熟的無線通訊技術之外,

近年來移動支付、無線充電等前沿技術, 底層原理仍然是利用電磁感應現象, 實現能量的相互轉換, 因此天線的應用領域在不斷擴大。

天線的應用領域非常廣泛, 本報告重點關注以智慧手機、平板電腦、筆記型電腦和可穿戴設備為代表的消費電子領域, 其中智慧手機由於出貨量大、技術更新換代快, 作為典型應用深入討論。

以三星最新的旗艦智慧機S8+為例, 內部除了集成傳統的移動通信天線(配合高通驍龍835基帶, 支持4X4 MIMO)、無線連接天線(Wi-Fi、BT、GPS)、近場通信天線(NFC, Near Field Communication)以外, 還集成了最先進的磁性安全傳輸線圈(MST, Magnetic Secure Transmission)和無線充電線圈。

從移動通信的角度看, 由於對資料傳輸速率的持續追求, 載波聚合(CA)技術和多輸入多輸出(MIMO)技術的應用更加廣泛, 驍龍835最高可支援4載波聚合, 並可配合MIMO技術將最高下載速率擴展到1Gbps, 從天線角度, 除了兩根主天線和兩根分集(Diversity)天線以外, 額外增加了一根用於載波聚合的主天線, 未來隨著5G技術的發展, 天線數量會繼續增加。

需要注意的是, 三星S8+使用玻璃背板, 不存在金屬背板對電磁波的遮罩現象, 因此降低了天線的設計難度。 由此可以引出移動終端天線的一個重要設計原則:天線的設計要配合系統整體方案, 背板材料選擇、內部空間規劃等都會對天線的設計起到決定性作用。

小器件大創新, 分立天線工藝不斷進步

猶記得模擬通信的“大哥大”時代,手機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置。

目前主流的內置分立天線工藝主要有FPC(Flexible Printed Circuits,柔性電路板)、LDS(Laser Direct Structuring,鐳射直接成型)。

FPC是一種具有高度可靠性的可撓性印刷電路板,主要特點是輕薄、彎折性好。在iPhone 3GS和之前的產品設計中,一直使用了FPC天線搭配支架的設計。

相比更為傳統的的金屬彈片配合塑膠支架的設計,FPC天線可以縮短研發週期,具有較低的模具開發成本,同時由於FPC板上的金屬圖案易於修改,因此具有更好的設計靈活性,易於滿足現代通信系統多模多頻的需求,因此FPC天線在功能機向智慧機發展的大潮中得到了廣泛應用。

LDS天線是利用鐳射鐳射技術,直接在模塑成型的塑膠支架上進行化鍍,形成金屬天線圖案。相比FPC天線,LDS天線由於採用了高精度的雷射技術,因此性能更加穩定,一致性更好,當然,這也付出了成本更高的代價。此外,當手機使用塑膠後蓋時,LDS技術可以將天線整體性的鐳射到後蓋上面,從而大大節約手機內部空間,並且可以防止內部器件干擾。

金屬後蓋帶來的天線挑戰,質感提升源自技術創新

隨著智慧手機的滲透率不斷提高,改善型的換機需求逐步替代了曾經的普及型需求,消費者對手機的品質要求越來越高,在蘋果的引領下,更具質感的金屬後蓋成為了中高端智慧手機的標配。但是,金屬後蓋對天線設計卻十分不友好,因而手機天線近幾年的發展史同時也是工程師與金屬後蓋不停抗爭的血淚史。

本次天線革命源自iPhone 4,蘋果對天線方案做了非常激進的改進,機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複雜的金屬片,用於在不同通信模式和頻段下進行匹配調諧。

然而,如此極富創新精神的設計卻由於特定條件下的缺陷,導致了著名的“天線門”事件。蘋果用戶發現,當緊握手機下部時,會出現信號品質急劇下降的現象。這是由於人體皮膚有可能導致兩段天線的連接處發生短路,使天線的頻率特性出現偏移。“天線門”迫使約伯斯親自月臺做危機公關,成為人類商業史上的一次經典案例。

蘋果最終的解決方案是在後續的iPhone 4 CDMA版以及iPhone 4S中將天線改為了三段式設計方案,並且加入了接收分集功能,可以智慧選擇信號較好的接收天線,接收靈敏度不再受手握的影響。

“天線門”是天線設計史上的一次經典案例,它一方面體現了天線的重要性,如此經典的劃時代產品險些由於天線方面的問題提前謝幕,另一方面也體現了天線領域的創新活力,持續不斷的技術創新為產品升級提供了原始驅動力。

金屬邊框天線的成功經驗使得金屬後蓋工藝成為可能,無論是蘋果陣營還是安卓陣營,在iPhone 4之後均在中高端機型中大面積使用金屬後蓋,而對於天線的處理方式,也產生了三種主流方案。

1)以iPhone 5S為代表的三段式後蓋結構

這種結構的主要特點是後蓋中部為大塊金屬,頂部和底部使用兩條玻璃或塑膠材料,為內置天線留出足夠的淨空。

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後,對其進行注塑成型,形成金屬和塑膠的一體化結構的製作工藝。iPhone 6後蓋上的“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後蓋大塊金屬隔離,以減小手持對天線接收信號的影響。

以iPhone 6為例,金屬後蓋經過納米注塑工藝進行加工後將不同段的金屬進行分離,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、藍牙、GPS、NFC等功能。

上部天線雖然是一根金屬,但通過在中間加入接地饋點,作為多段天線使用,包括UAT1、UAT2、UAT3三個饋電埠和NFC的兩個饋電埠。UAT3包括了Wi-Fi 2.4G/BT/GPS/分集天線,UAT2為Wi-Fi 5.8G天線,UAT1主要用來對UAT3進行匹配調諧。

底部的E天線主要用作蜂窩通信的主天線,並通過同軸射頻線連接到主機板,如下圖所示。

iPhone 7和iPhone 6的天線設計方案類似,主要改變是iPhone 7修改了納米注塑條的設計,去掉了水準方向的橫條,將“D字型”改為了“U字型”,主要目的是為了提高美觀度,使得後蓋更加渾然一體。

近期媒體Techweb爆出的新一代蘋果智慧手機產品資訊顯示,新一代iPhone大概率會採用金屬中框+2.5D玻璃的整體外觀架構,而從金屬邊框上的納米注塑帶來看,金屬邊框仍然具有天線功能,繼續發揮蘋果在金屬邊框天線上的技術優勢。

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身上切割出微縫,以阻隔金屬的導電效應,然後使用納米注塑技術填平微縫,保證觸感上的平整性。

無論哪種方案,使用各種技術的主要目的有三個:1)增加天線周圍淨空;2)減少使用者手持對天線的影響;3)支持移動通信更多頻段。最終天線設計落實到產品上面,主要的性能指標為支援移動通信的模式和頻段數量,以及接收的信號強度,從目前市場上主流的旗艦手機天線設計水準上看,蘋果和三星依然最為優秀,華為在國內手機中水準領先。

手機金屬外殼的製作主要由CNC數控機床來完成,需要鍛壓成形-CNC粗銑-納米成形-CNC精銑-陽極處理-落料幾大工序,CNC數控機床的數量決定了企業的產能,目前,全球CNC數控機床產能如下圖所示:

總結來說,天線在消費電子產品中雖然只是一個非常小的零部件,但其性能卻決定了產品整體的使用者體驗,旗艦機型要求在保證全球移動通信系統全模式全頻段的前提下,兼顧外觀的整體性和質感。目前來看,還沒有出現一種能夠完美解決所有痛點的天線技術,而未來5G毫米波、全面屏、音射頻一體化和無線充電技術又會對天線設計帶來全新挑戰,因此天線的創新空間依然非常巨大,產業鏈上的相關公司正處於卡位戰的關鍵時期,跟蹤產業創新發展大勢是佈局下一階段投資的基礎。

天線市場處於重構期,三大創新改變行業格局

15G提升天線單機價值量,眾廠商緊盯毫米波天線蛋糕

從產業鏈相關調研情況來看,5G的研發正在如火如荼的開展。運營商、設備商和終端廠商目前的目標均是在2020年實現正式商用。按照ITU的規劃,5G系統的推進按照研究、標準化和產品化可以分為四個主要階段:

第一階段:2016年之前,ITU主要進行針對願景、趨勢和頻譜的前期研究工作,而3GPP 將會開展針對過渡性技術方案的研究和標準化工作。第二階段:2016至2017年,ITU將會定義5G的技術需求和評估方法,而3GPP自Release-14正式開始5G技術的研究工作,這部分工作主要集中在SI(Study Item)階段。第三階段:2018年,ITU開始徵集5G候選方案,3GPP的工作則會從SI向WI(Work Item)進行轉換。在3GPP將於2018年9月發佈的Release-15中,將會給出第一版5G技術標準,企業會以此標準為基礎進入產品化階段,5G商用將正式拉開序幕。第四階段:2019年到2020年,ITU將正式開始5G標準化工作,3GPP將於2019年12月發佈Release-16,公佈增強版5G標準,主要針對毫米波頻段。2020年將進入正式商用階段。

根據ITU的規劃,和4G移動網路相比,5G的峰值資料速率將從1Gbit/s提升至20Gbit/s,使用者體驗資料速度將從10Mbit/s提升至100Mbit/s,頻譜效率將由1x提升至3x,支援移動速度將由350km/h提升至500km/h,通信延時將由10ms降低至1ms,設備連接密度(每平方千米)將由105提升至106,網路能量效率將由1x提升至100x,單位面積資料傳輸能力(每平方米)將由0.1Mbit/s提升至10Mbit/s。

總結來說,5G通信網路的技術特點為:更高的資料傳輸速率、更低的資料傳輸延時、更高的資料傳輸密度和更好的高速通信能力。

想要實現相比4G網路20倍的資料傳輸速率提升,主要的方式有兩種,首先是載波聚合技術(Carrier Aggregation,CA)配合MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多輸入多輸出)技術。簡單來說,載波聚合技術是將同一頻段或者不同頻段中的多個頻點組合到一起,實現更高頻寬,並不需要多根天線的配合;而MIMO技術是通過基站側的多根發射天線和接收端的多根接收天線,實現在同一頻點上接收多路信號,需要多根天線進行配合。

CA配合MIMO在現有的4G方案中已有大規模應用,以高通最新的處理器平臺驍龍835為例,在接收鏈路最高可以支持4x4 MIMO,實現1Gbits/s的峰值下載速率。回顧我們前文圖2所示的三星S8中的天線情況,可以看出總共有五根天線用於蜂窩通信,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。

對比來看,目前市場上大部分的國產手機,用於蜂窩通信的天線只有兩根(一根主天線,一根分集天線),還沒有進入5G時代時,單機價值量便有了超過一倍的潛在增長空間。

預計在5G時代,智慧手機至少會支援8x8 MIMO,保守估計天線數量在8到10根左右,市場潛力巨大。

再看以Wi-Fi為代表的無線連接天線(連接器),這也是國內公司在蘋果產品(iPhone、iPad和Mac)中的主要營收來源。從手機方面來看,蘋果從iPhone 6S產品開始支援2x2 MIMO Wi-Fi,但從協力廠商拆機報告中未發現存在兩根獨立Wi-Fi天線的證據,猜測當Wi-Fi使用MIMO模式時,需要複用一根蜂窩通信天線。

推動天線市場變革的三大動力

天線由於在電子產品中的存在形式較為隱蔽,同時單機價值量相對較低,成為經常被忽視的電子元器件。根據IDC的資料,2016年全球智慧手機出貨量約為14.7億台,平板電腦出貨量約1.75億台,筆記本出貨量約1.7億台,可穿戴設備1.01億台,在這些設備中存在著蜂窩通信、Wi-Fi、BT、GPS、NFC和無線充電線圈等多種天線形式。

天線設計與手機外觀設計聯繫緊密,過去幾年創新緊密圍繞金屬機身設計。金屬合金機身由於其外形美觀、富有光澤和質感、抵抗劃痕能力強等優點,在過去幾年成為智慧手機的主流發展方向。而天線設計成為全金屬機身應用的主要瓶頸,蘋果自iPhone 4起應用的金屬邊框天線成為主流選擇,多種技術方案被提出以克服天線淨空、手持干擾和頻段覆蓋等問題。在這個過程中,天線的價值量被集成至金屬外殼中,對傳統的FPC/LDS天線供應商業績產生一定的負面影響。

站在當前時間節點,我們認為天線市場將迎來新一輪的重要變革期和市場重構期,主要的推動力有三個:

5G商用將對天線單機價值量產生明顯拉動效應。5G的發展是平緩的產業升級過程,目前正處於4.5G階段,但對天線的價值量拉動效應已有體現。從三星S8和華為P10的天線設計看,蜂窩天線共有4至5根,支援4x4 MIMO,相比以前的一主一副2根天線數量上有明顯提高。5G時代MIMO有望擴展至8x8,並且毫米波天線陣列會形成全新的價值增量。另外,手機Wi-Fi天線也會向MIMO方向演進,單機價值量同樣存在一定提升空間。 分立天線工藝不斷進步

猶記得模擬通信的“大哥大”時代,手機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置。

目前主流的內置分立天線工藝主要有FPC(Flexible Printed Circuits,柔性電路板)、LDS(Laser Direct Structuring,鐳射直接成型)。

FPC是一種具有高度可靠性的可撓性印刷電路板,主要特點是輕薄、彎折性好。在iPhone 3GS和之前的產品設計中,一直使用了FPC天線搭配支架的設計。

相比更為傳統的的金屬彈片配合塑膠支架的設計,FPC天線可以縮短研發週期,具有較低的模具開發成本,同時由於FPC板上的金屬圖案易於修改,因此具有更好的設計靈活性,易於滿足現代通信系統多模多頻的需求,因此FPC天線在功能機向智慧機發展的大潮中得到了廣泛應用。

LDS天線是利用鐳射鐳射技術,直接在模塑成型的塑膠支架上進行化鍍,形成金屬天線圖案。相比FPC天線,LDS天線由於採用了高精度的雷射技術,因此性能更加穩定,一致性更好,當然,這也付出了成本更高的代價。此外,當手機使用塑膠後蓋時,LDS技術可以將天線整體性的鐳射到後蓋上面,從而大大節約手機內部空間,並且可以防止內部器件干擾。

金屬後蓋帶來的天線挑戰,質感提升源自技術創新

隨著智慧手機的滲透率不斷提高,改善型的換機需求逐步替代了曾經的普及型需求,消費者對手機的品質要求越來越高,在蘋果的引領下,更具質感的金屬後蓋成為了中高端智慧手機的標配。但是,金屬後蓋對天線設計卻十分不友好,因而手機天線近幾年的發展史同時也是工程師與金屬後蓋不停抗爭的血淚史。

本次天線革命源自iPhone 4,蘋果對天線方案做了非常激進的改進,機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複雜的金屬片,用於在不同通信模式和頻段下進行匹配調諧。

然而,如此極富創新精神的設計卻由於特定條件下的缺陷,導致了著名的“天線門”事件。蘋果用戶發現,當緊握手機下部時,會出現信號品質急劇下降的現象。這是由於人體皮膚有可能導致兩段天線的連接處發生短路,使天線的頻率特性出現偏移。“天線門”迫使約伯斯親自月臺做危機公關,成為人類商業史上的一次經典案例。

蘋果最終的解決方案是在後續的iPhone 4 CDMA版以及iPhone 4S中將天線改為了三段式設計方案,並且加入了接收分集功能,可以智慧選擇信號較好的接收天線,接收靈敏度不再受手握的影響。

“天線門”是天線設計史上的一次經典案例,它一方面體現了天線的重要性,如此經典的劃時代產品險些由於天線方面的問題提前謝幕,另一方面也體現了天線領域的創新活力,持續不斷的技術創新為產品升級提供了原始驅動力。

金屬邊框天線的成功經驗使得金屬後蓋工藝成為可能,無論是蘋果陣營還是安卓陣營,在iPhone 4之後均在中高端機型中大面積使用金屬後蓋,而對於天線的處理方式,也產生了三種主流方案。

1)以iPhone 5S為代表的三段式後蓋結構

這種結構的主要特點是後蓋中部為大塊金屬,頂部和底部使用兩條玻璃或塑膠材料,為內置天線留出足夠的淨空。

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後,對其進行注塑成型,形成金屬和塑膠的一體化結構的製作工藝。iPhone 6後蓋上的“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後蓋大塊金屬隔離,以減小手持對天線接收信號的影響。

以iPhone 6為例,金屬後蓋經過納米注塑工藝進行加工後將不同段的金屬進行分離,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、藍牙、GPS、NFC等功能。

上部天線雖然是一根金屬,但通過在中間加入接地饋點,作為多段天線使用,包括UAT1、UAT2、UAT3三個饋電埠和NFC的兩個饋電埠。UAT3包括了Wi-Fi 2.4G/BT/GPS/分集天線,UAT2為Wi-Fi 5.8G天線,UAT1主要用來對UAT3進行匹配調諧。

底部的E天線主要用作蜂窩通信的主天線,並通過同軸射頻線連接到主機板,如下圖所示。

iPhone 7和iPhone 6的天線設計方案類似,主要改變是iPhone 7修改了納米注塑條的設計,去掉了水準方向的橫條,將“D字型”改為了“U字型”,主要目的是為了提高美觀度,使得後蓋更加渾然一體。

近期媒體Techweb爆出的新一代蘋果智慧手機產品資訊顯示,新一代iPhone大概率會採用金屬中框+2.5D玻璃的整體外觀架構,而從金屬邊框上的納米注塑帶來看,金屬邊框仍然具有天線功能,繼續發揮蘋果在金屬邊框天線上的技術優勢。

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身上切割出微縫,以阻隔金屬的導電效應,然後使用納米注塑技術填平微縫,保證觸感上的平整性。

無論哪種方案,使用各種技術的主要目的有三個:1)增加天線周圍淨空;2)減少使用者手持對天線的影響;3)支持移動通信更多頻段。最終天線設計落實到產品上面,主要的性能指標為支援移動通信的模式和頻段數量,以及接收的信號強度,從目前市場上主流的旗艦手機天線設計水準上看,蘋果和三星依然最為優秀,華為在國內手機中水準領先。

手機金屬外殼的製作主要由CNC數控機床來完成,需要鍛壓成形-CNC粗銑-納米成形-CNC精銑-陽極處理-落料幾大工序,CNC數控機床的數量決定了企業的產能,目前,全球CNC數控機床產能如下圖所示:

總結來說,天線在消費電子產品中雖然只是一個非常小的零部件,但其性能卻決定了產品整體的使用者體驗,旗艦機型要求在保證全球移動通信系統全模式全頻段的前提下,兼顧外觀的整體性和質感。目前來看,還沒有出現一種能夠完美解決所有痛點的天線技術,而未來5G毫米波、全面屏、音射頻一體化和無線充電技術又會對天線設計帶來全新挑戰,因此天線的創新空間依然非常巨大,產業鏈上的相關公司正處於卡位戰的關鍵時期,跟蹤產業創新發展大勢是佈局下一階段投資的基礎。

天線市場處於重構期,三大創新改變行業格局

15G提升天線單機價值量,眾廠商緊盯毫米波天線蛋糕

從產業鏈相關調研情況來看,5G的研發正在如火如荼的開展。運營商、設備商和終端廠商目前的目標均是在2020年實現正式商用。按照ITU的規劃,5G系統的推進按照研究、標準化和產品化可以分為四個主要階段:

第一階段:2016年之前,ITU主要進行針對願景、趨勢和頻譜的前期研究工作,而3GPP 將會開展針對過渡性技術方案的研究和標準化工作。第二階段:2016至2017年,ITU將會定義5G的技術需求和評估方法,而3GPP自Release-14正式開始5G技術的研究工作,這部分工作主要集中在SI(Study Item)階段。第三階段:2018年,ITU開始徵集5G候選方案,3GPP的工作則會從SI向WI(Work Item)進行轉換。在3GPP將於2018年9月發佈的Release-15中,將會給出第一版5G技術標準,企業會以此標準為基礎進入產品化階段,5G商用將正式拉開序幕。第四階段:2019年到2020年,ITU將正式開始5G標準化工作,3GPP將於2019年12月發佈Release-16,公佈增強版5G標準,主要針對毫米波頻段。2020年將進入正式商用階段。

根據ITU的規劃,和4G移動網路相比,5G的峰值資料速率將從1Gbit/s提升至20Gbit/s,使用者體驗資料速度將從10Mbit/s提升至100Mbit/s,頻譜效率將由1x提升至3x,支援移動速度將由350km/h提升至500km/h,通信延時將由10ms降低至1ms,設備連接密度(每平方千米)將由105提升至106,網路能量效率將由1x提升至100x,單位面積資料傳輸能力(每平方米)將由0.1Mbit/s提升至10Mbit/s。

總結來說,5G通信網路的技術特點為:更高的資料傳輸速率、更低的資料傳輸延時、更高的資料傳輸密度和更好的高速通信能力。

想要實現相比4G網路20倍的資料傳輸速率提升,主要的方式有兩種,首先是載波聚合技術(Carrier Aggregation,CA)配合MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多輸入多輸出)技術。簡單來說,載波聚合技術是將同一頻段或者不同頻段中的多個頻點組合到一起,實現更高頻寬,並不需要多根天線的配合;而MIMO技術是通過基站側的多根發射天線和接收端的多根接收天線,實現在同一頻點上接收多路信號,需要多根天線進行配合。

CA配合MIMO在現有的4G方案中已有大規模應用,以高通最新的處理器平臺驍龍835為例,在接收鏈路最高可以支持4x4 MIMO,實現1Gbits/s的峰值下載速率。回顧我們前文圖2所示的三星S8中的天線情況,可以看出總共有五根天線用於蜂窩通信,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。

對比來看,目前市場上大部分的國產手機,用於蜂窩通信的天線只有兩根(一根主天線,一根分集天線),還沒有進入5G時代時,單機價值量便有了超過一倍的潛在增長空間。

預計在5G時代,智慧手機至少會支援8x8 MIMO,保守估計天線數量在8到10根左右,市場潛力巨大。

再看以Wi-Fi為代表的無線連接天線(連接器),這也是國內公司在蘋果產品(iPhone、iPad和Mac)中的主要營收來源。從手機方面來看,蘋果從iPhone 6S產品開始支援2x2 MIMO Wi-Fi,但從協力廠商拆機報告中未發現存在兩根獨立Wi-Fi天線的證據,猜測當Wi-Fi使用MIMO模式時,需要複用一根蜂窩通信天線。

推動天線市場變革的三大動力

天線由於在電子產品中的存在形式較為隱蔽,同時單機價值量相對較低,成為經常被忽視的電子元器件。根據IDC的資料,2016年全球智慧手機出貨量約為14.7億台,平板電腦出貨量約1.75億台,筆記本出貨量約1.7億台,可穿戴設備1.01億台,在這些設備中存在著蜂窩通信、Wi-Fi、BT、GPS、NFC和無線充電線圈等多種天線形式。

天線設計與手機外觀設計聯繫緊密,過去幾年創新緊密圍繞金屬機身設計。金屬合金機身由於其外形美觀、富有光澤和質感、抵抗劃痕能力強等優點,在過去幾年成為智慧手機的主流發展方向。而天線設計成為全金屬機身應用的主要瓶頸,蘋果自iPhone 4起應用的金屬邊框天線成為主流選擇,多種技術方案被提出以克服天線淨空、手持干擾和頻段覆蓋等問題。在這個過程中,天線的價值量被集成至金屬外殼中,對傳統的FPC/LDS天線供應商業績產生一定的負面影響。

站在當前時間節點,我們認為天線市場將迎來新一輪的重要變革期和市場重構期,主要的推動力有三個:

5G商用將對天線單機價值量產生明顯拉動效應。5G的發展是平緩的產業升級過程,目前正處於4.5G階段,但對天線的價值量拉動效應已有體現。從三星S8和華為P10的天線設計看,蜂窩天線共有4至5根,支援4x4 MIMO,相比以前的一主一副2根天線數量上有明顯提高。5G時代MIMO有望擴展至8x8,並且毫米波天線陣列會形成全新的價值增量。另外,手機Wi-Fi天線也會向MIMO方向演進,單機價值量同樣存在一定提升空間。
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