5G浪潮下，无线射频与基站天线的技术革新与市场机遇
5G浪潮下，无线射频与基站天线的技术革新与市场机遇
5G时代的到来，不仅改变了人们的生活方式，也推动了无线通信技术的快速发展。其中，无线射频前端和基站天线作为通信系统的关键组成部分，正经历着前所未有的技术革新。本文将深入探讨5G时代下，无线射频与基站天线的技术发展及其带来的市场机遇。
无线射频，宛如通信世界的“神经脉络”，由众多射频器件协同构成。这些器件的核心使命，是在电磁波信号与射频信号（二进制数字信号）之间搭建起转换的桥梁。它们所组成的射频前端（RFFE），宛如一个精密的“信号枢纽”，巧妙地安插在天线与收发机之间。
我们日常接触到的天线与天线之间穿梭的无线电信号，实则是电磁波信号，因其频率颇高，必须经过一系列预处理，诸如滤波、移频、放大等，才能够作为合格的“原料”，输送至基带芯片的输入端。反之，基带芯片产出的二进制数字信号，同样需要历经一番“雕琢”，才能华丽变身为可在空间传播的无线电信号。
从射频前端信号的走向来看，其通路清晰地分为发射通路与接收通路。发射通路里，功率放大器（PA）、滤波器（Filters）以及天线开关（RF Antenna Switch）等器件各司其职，协同合作，将信号“精心包装”后发射出去；接收通路中，低噪声放大器（LNA）、滤波器、射频开关（RF Switch）以及天线开关等器件则默契配合，高效地接收并处理信号。
随着5G时代的大幕拉开，对射频前端的技术需求如火箭般蹿升，这无疑也为射频器件单机价值量的提升创造了绝佳契机。
基站天线，堪称基站的“信息触角”，在整个通信系统中占据着举足轻重的地位。它如同一位忠诚的“信息使者”，在基站设备与终端用户之间，精准地进行着信息能量的转换。在信号发射时，它能将传输在线的射频信号巧妙地转化为电磁波能量，并按照预定的区域，将其辐射出去；在信号接收时，一旦捕获到用户经调制后发出的电磁波能量，便迅速将其转化为射频信号，传递至主设备。
可以毫不夸张地说，基站天线性能的优劣，直接关乎着移动通话功能的质量高低。传统的射频信号借助同轴射频馈线传输到天线，但因其损耗较大，如今设备商纷纷采用将射频模块独立部署的方式，成功降低了馈线损耗，这一方案也顺势成为当下的主流选择。
天线行业的发展，与运营商和设备商紧密相连。在行业上游，生产环节的竞争焦点集中在设计能力、技术成熟度以及经验积累等方面，目前该领域市场化已较为成熟。而下游的需求方，则主要以通信运营商（如中国移动、中国联通、中国电信等）、通信设备集成商（像华为、中兴、诺基亚、爱立信等）以及超大型客户（例如铁路、电网等）为主。
当下，下游的运营商和设备商在市场中拥有较强的话语权，无疑是天线行业最为关键的需求驱动力量。
5G时代的浪潮，正猛烈地冲击着天线市场。一方面，由于5G采用了较高频段，使得基站数量大幅增加，进而带动了基站天线需求量的迅猛增长。回顾移动通信从2G到4G的发展历程，每一次制式的升级，都伴随着频率的攀升。随着低频资源的逐渐饱和，通信频段不断向高频段拓展。
在相同的覆盖面积下，高频段组网所需的基站数量更多。这是因为频率越高，波长越短，信号传输距离越远，天线传输损耗就越大，接收到的信号功率会显著降低，导致基站覆盖半径进一步缩小。以三大运营商的频谱为例，2G频谱约在1GHz附近，3G频谱处于2-2.2GHz区间，4G频谱位于2.6GHz，而根据工信部去年对5G频谱的划分，5G初期三大运营商的频谱主要集中在3.5GHz。
从基站数量来看，3G基站数量约为2G的4.5倍，4G基站数量约是2G的9倍。鉴于5G使用高频段（毫米波），单基站覆盖范围进一步缩小，据估算，5G基站数量约为4G的1.5倍，即约为2G的13.5倍，这无疑使得基站天线的需求量也随之水涨船高。
另一方面，天线单价也因技术结构的升级而显著提升。从4G迈向5G，基站天线朝着小型化、多频段、高效率的方向不断演进。从2G到5G，天线技术历经了单极化天线、电调单极化天线、电调双极化天线、多频双极化天线、MIMO天线，直至如今的有源天线的发展历程，其技术含量与价值不断攀升。
这背后的原因在于，终端侧信号的接收功率受到基站天线发射功率、距离、材料以及天线数量等多种因素的影响。相较于4G基站，5G基站Massive MIMO技术的加持下，发生了诸多变化。在单面天线中，天线振子数量从传统的2/8大幅提升至64个、128个甚至更多（5G时代可能以64T64R大规模数组天线为主，而4G时代天线形态基本是4T4R（FDD）或者8T8R（TDD））；在PCB板方面，传统的PCB板已难以满足5G信号高频高速传输的需求，因而需要更高质量的高频PCB板应用于Massive MIMO天线中；在滤波器方面，5G天线逐渐趋向于采用天线+滤波器的一体化解决方案。
基于这些变化，市场预期单扇4G天线价格约2000元，而5G天线价格将提升至4000-6000元，3扇天线总价约1.2-1.8万元，宏基站的5G天线单价相对4G可提升6-9倍，天线市场规模呈现出迅猛增长的态势。
国内基站天线厂商经过多年的深耕细作，如今已在全球舞台上崭露头角，掌握了核心技术。在发展初期，也就是2000年以前，国内天线产业几乎完全依赖进口，处于一片空白。从2001年到2010年，进入进口替代期，国内天线品牌在本土市场的占有率从2002年的25%一路飙升至2006年的90%。自2011年至今，受运营商过去5年投资放缓的影响，天线行业进入整合期。
据EJL的数据显示，国内天线厂商份额占比显著提高，2017年，在全球宏基站天线发货量453万中，中国企业在前十大天线厂商中占据半数，发货量占比超过60%。其中，华为的天线市场份额全球最高，约达32%，京信通信占13%，摩比占8%，通宇占比约7%。
在5G时代，有源天线的市场占有率正稳步提升。在4G时代，4G宏基站主要由天线、射频单元RRU和部署在机房内的基带处理单元BBU三部分构成。而到了5G时代，5G网络倾向于采用AAU+CU+DU的全新无线接入网构架。此时，天线和射频单元RRU合二为一，演变为全新的单元AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元），AAU不仅集成了RRU的射频功能，还涵盖了部分物理层的处理功能。
由于5G频谱提升、频段增多，对容量和覆盖的需求更为迫切，基站天线技术的升级使得5G基站天线有源化、小型化和一体化成为未来的必然趋势。与4G相比，5G基站天线具有诸多优势，比如简化安装流程，通过将远程射频模块（RRU）和天线整合，大大提升了部署效率；同时，网络覆盖性能也得到显著提升。
随着5G基站天线广泛应用Massive MIMO技术，有源天线在全球的应用将进一步拓展。据ABI数据，2016年有源天线的市占率为5.1%，预计到2021年将提升至10.1%。此外，以往通信运营商或主设备商多采用“捆包模式”采购基站天线，这在一定程度上限制了个别基站天线生产商的竞争优势，而如今电讯运营商已转向“拆包模式”采购基站天线，这种直接采购模式有助于天线厂商与设备商深化合作，提升自身盈利水平。例如通宇通讯通过中兴通讯的5G天线认证，便有望与设备商展开更深入的合作。
Massive MIMO技术的应用，将极大地提升5G对天线的需求。随着网络性能和覆盖能力的提升，5G技术迎来了全方位的升级，在网络带宽、连接密度、时延、同步、成本和效率等方面都提出了更高的要求。在天线领域，相较于2G/3G/4G时代，2G/3G天线以2端口为主，4G以多频段天线为主。而在5G时代，由于频段升高、波长减小，接收信号减弱，促使天线阵子数量大幅增加，因此5G基站引入了大规模数组天线（Massive MIMO，即Multiple-input Multiple-output，多输入多输出）这一优选方案。
同时，天线形式也从无源转向有源，能够实现各个天线振子相位和功率的自我调整，有效提高MIMO系统空间分辨率，提升频谱效率以及网络容量。
5G时代为无线射频与基站天线带来了巨大的发展机遇与挑战。从无线射频器件的升级，到基站天线在技术、需求、市场等多方面的变革，整个行业正处于快速发展与深刻转型之中。国内厂商在全球市场已取得了显著成绩，未来，随着技术的持续创新与应用的不断拓展，无线射频与基站天线领域必将迎来更为辉煌的明天，为5G通信的广泛普及与深入发展奠定坚实基础。