天线调谐器投资机会分析：受益5G与全面屏趋势，行业景气提升

一、天线调谐器:提高天线效率的重要射频芯片

(一)天线调谐器是提升天线性能的关键器件

天线调谐器是连接射频收发机芯片与天线的一种阻抗匹配网络。由于天线输入 阻抗随频率会发生变化，而发射机输出阻抗(接收机输入阻抗)是一定的，若发射 机与天线直接连接，当发射机频率改变时，发射机与天线之间阻抗不匹配，就会降 低辐射功率。因此为实现较大辐射功率，往往需要天线调谐器实现天线与后续电路 的阻抗匹配(一般为50Ω阻抗匹配)。

天线的辐射模式和效率取决于天线的尺寸、形状、外壳、与金属的接触程度以 及接地层的形状和大小。未调谐天线的效率低于经过调谐的天线，调谐天线的效率 越高，意味着它具有更高的辐射功率和更大的范围。智能手机可以使用两种方法进 行天线的调谐，阻抗调谐(Impedance Tuner)和孔径调谐(Aperture Tuner)。

1. 阻抗调谐:阻抗调谐将天线的阻抗与射频前端的阻抗匹配，从而优化传送 到天线的功率，通过优化匹配同样可达到改善总发射功率(TRP)和总全 向灵敏度 (TIS)的目的。阻抗调谐易于实现，但可调谐频率范围有限。

2. 孔径调谐:孔径调谐在天线与地之间连接一个开关，改变天线有效电长度 调节天线的谐振频率，以匹配手机通信当前使用的频率。在开关和和辐射 元件之间添加不同数值的调谐元件(电容或电感)，可实现谐振频率的调 解以支持不同频段通信的需求。

为了克服因天线面积和效率降低所导致的问题，手机中主要采用孔径调谐法。 中高档智能手机使用孔径和阻抗调谐组合方法，以支持不断扩大的频段范围。伴随 着5G通信频率提升，信号传播衰减加剧对天线发射功率和全向灵敏度提出更高要求， 预计孔径和阻抗调谐组合方法将逐渐成为主流天线调谐方式。

(二)天线调谐器由调谐开关与调谐组件构成

在元件组成上，天线调谐器主要由调谐开关(低损耗射频开关与偏置控制电路) 和调谐组件(高品质因数电容电感无源器件)组成。两模块实现功能不同，电容电 感取值取决于天线的物理参数，因此天线调谐开关与电容电感多采用分立设计方法， 天线调谐开关由射频前端芯片供应商提供，例如Skyworks和Qorvo，电容电感由无 源器件制造商提供，例如Murata。

调谐开关:天线调谐开关由射频开关、偏置电路以及数字控制电路组成，设计 的核心在于实现低导通状态电阻Ron与低断开状态电容Coff的开关以最小化系统损耗， 因此利用工艺特性是调谐开关设计优化的重要思路，目前主流工艺为RF SOI工艺。 同时单个天线调谐开关需要使用2G/3G/4G/5G的通讯频率范围，因此需要多个射频 开关，目前主流应用类型为SP4T和DP4T。

调谐组件:调谐器件由高品质因数的电容、电感器件组成，在调谐开关与天线 间使用电容电感，可以进一步调节谐振频率，以满足不同频段通信的需求。

二、需求侧:受益 5G 天线数目增多与全面屏趋势

天线调谐器的应用目的是改善天线的传输功率，因此其需求与天线紧密相关。 一方面天线传输功率受应用场景影响，在实际应用中衣物手掌的遮挡均会影响天线 的功率。与此同时，智能手机外壳现多采用手感、外观更好的金属外壳，一定程度 上也会造成对射频信号的屏蔽。另一方面，全面屏可以提供消费者更好的手机外观 以及娱乐体验，成为目前中高端智能手机的主流方案，屏占比的提升会进一步挤压 天线空间，降低天线效率。同时5G通信对于传输速率提出了更好的需求，因此多天 线发射接收的MIMO技术得到，天线调谐器作为改善天线功率的关键器件，其需求量 成比例提升。

展望未来，我们认为5G通信趋势下天线空间持续挤压以及MIMO技术应用将带 动天线调谐器需求快速提升。根据Yole Development数据显示，天线调谐器的市场 规模将从2018年5.14亿美元增长至2025年的12.25亿美元，年复合增长率高达13%。 同时我们认为2020-2021的早期增速有望高于年复合增速，主要原因为终端厂商早 期技术不成熟，为满足5G通讯速率需求，天线数目以及射频前端系统复杂度有望陡 峭提升，天线调谐器需求旺盛。天线调谐器相比天线成本较低，为尽可能提升天线 传输功率，孔径调谐与阻抗调谐组合的方式有望成为标配。

(一)边际变化一:空间缩小天线效率降低，调谐器成标配器件

天线效率在智能手机的整体 RF 性能中发挥着至关重要的作用。然而，当前的 RF 需求(尤其是即将过渡至 5G)以及智能手机工业设计的广泛趋势，意味着智能 手机必须要将更多的天线安装到更小的空间内。因此天线尺寸不断缩小。不断缩小 的天线尺寸会降低天线效率，导致发射机(Tx)和接收机(Rx)性能降低，电池续 航时间缩短以及连接信号较低等问题。

全球智能手机进入存量博弈时代，随着智能手机创新力度和深度的减弱，消费者的换机需求下降，直接拉长了用户换机周期，行业产业链相关的企业也进入存量博弈时代。在竞争压力加剧情况下，品牌厂商希望能够推出差异化的竞争产品来增强消费者的黏性、加快消费者的换机周期等。全面屏、多摄像头、大面积指纹识别均作为差异化功能得到推广，但也使手机内的可用空间进一步缩小。因此天线效率受到多方面影响，主要包括:

1、 将更多天线设计在更小的空间内意味着天线尺寸进一步减小，导致效率降低。

2、 空间缩小导致天线与屏幕边缘之间距离缩小，导致效率进一步降低。

3、 更多小尺寸天线导致手机对手握位置等环境变化更为敏感，导致效率降低以 及频率响应的偏移。

天线调谐器成必须元器件以满足宽频率范围工作需求。天线的尺寸、带宽与效 率存在权衡折中设计，早期2G通讯频率较低，天线尺寸较大，因此可以通过牺牲一 定效率获取较宽带宽。伴随着手机内部空间降低以及通讯频率提升，缩小尺寸的天 线仅可以在较窄频率范围内达到所需效率水平，因此为满足较宽频率范围内工作的 需求，天线调谐器成为全面屏手机天线设计的必须元件，以孔径调节为主，在中高 档智能手机使用孔径和阻抗调谐组合方法以提升最优的通信质量。

(二)边际变化二:MIMO 技术应用，受益天线数目提升

天线是射频器件的一种，用于接收和发射电磁波，是手机射频系统的重要组成 部分。手机中不同天线控制不同功能，近年来手机中的天线数量伴随着手机的功能 复杂化呈现不断上升的趋势。MIMO技术是一种描述多天线无线通信系统的模型，即 利用射频发射端的多个天线各自独立发送信号，同时在接收端用多个天线接受并复 原信息。MIMO技术通过增加基站和手机终端天线数量达到传输信道增加的目的，对 应的手机天线数也将从目前的2根或4根向8根甚至16根演进，与此同时，WiFi、蓝 牙、GPS、NFC等功能的实现也需要对应的天线，原有天线同样全部保留，单机天线数量明显增加。

以iPhone为例，天线阶数逐年上升，18年发布的iPhone XS/XS Max开始使用 4x4 MIMO。目前2x2MIMO是主流配置，2017-2018年期间4x4 MIMO开始商用，以 iPhone为例，15年苹果发布的iPhone 6s开始使用2x2 MIMO技术，但是仅于Wifi天 线;16年苹果发布的iPhone 7开始在LTE天线使用2x2 MIMO技术，18年的 iPhoneXS/XS Max则开始使用4x4 MIMO，从而实现更快的数据传输速度。

安卓手机以华为为例，华为2019年发布的Mate 30手机的5G版本内部集成了21 根天线，其中14根天线用于5G连接，相比与4G的天线数量大幅增加，价值量也大 幅增加。传统的4G手机往往需要4-6根天线，主要用于4×4MIMO或2×2MIMO的4G 通讯、2×2 MIMO的WIFI连接以及GPS/GLONASS连接，而到了5G智能手机单机 天线数目将高于11根，除原天线数目外，不考虑LAA非授权频段的话，短期内(不 考虑毫米波频段)有望新增5G LB、HB+MB、UHB频段，同时WIFI连接速率也有望 得到提升升级至4×4 MIMO型式，因此天线数目将新增5根(5G新增3+WIFI新增2)至14根(5G新增3×4+WIFI新增2)。

不同于4G机型天线调谐器主要用于低频段，5G智能手机天线数目的增加和天 线空间持续受到挤压将推动天线调谐器的需求增长，因此预计5G智能手机单机天线 调谐器需求量至少为4G智能手机的2-3倍。

三、供给侧:受益行业景气提升，代工具备替代可能性

从供给侧来看，国内半导体各产业链受益行业景气提升明显。设计端来看，国 内射频前端设计企业虽然起步较晚，但同国际差距逐渐减小，相关优质企业有望受 益国产大客户的替代需求。代工端来看，天线调谐器工艺以RF-SOI为主，国内具备 该工艺布局的仅为中芯国际Lfoundry(2019年已出售)以及华虹宏力，国内代工厂 商具备主流工艺节点替代可能性，有望逐渐满足国内设计企业代工产能需求。封测 端来看，天线调谐器使用QFN的基本封装型式(表面贴装型封装之一)，国内封测厂 商基本均有布局，因此封测厂商直接受益行业景气提升。

(一)代工端:RF-SOI 为主流工艺，国内具备主流节点替代能力

SO(I Silicon-On-Insulator)技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层氧化埋层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点:可以实现 集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应。该 工艺具备寄生电容小、短沟道效应小、速度快等优势。不同于数字芯片应用的FD-SOI 工艺，RF SOI是专门用于制造智能手机和其他产品中的特定射频芯片(如开关和天 线调谐器)的专用工艺。

在4G通信时代，RF-SOI已经实现射频开关市占率的95%。相比CMOS工艺， RF-SOI寄生效应小，可工作频率更高，制造出来的射频开关芯片品质因数更高、损 耗更低、噪声系数更好。相比传统的GaAs与RF MEMS工艺相比，RF-SOI工艺成本 更低，同时可以很好的集成逻辑与控制电路，采用RF-SOI工艺可以将同工艺PA和控 制功能集成在一颗芯片上，在降低成本的同时节省了PCB的面积。因此在天线射频 开关(RF-switch)中，SOI开关从2010年的不到20%市场份额增长至2016年的95% 市场份额。展望5G通信时代，由于5G中低频段同4G HPUE(高性能用户设备)在频率、架构、性能要求差异较小，因此预计在5G智能手机射频开关与调谐器设计中， RF-SOI工艺占比依然高达90%以上。

国内晶圆代工厂商中芯国际与华虹宏力具备SOI工艺主流制程代工能力，具备 国产替代可能性。全球RF SOI代工厂包括Tower Jazz、格罗方德、台积电、华宏、 UMC等，其中国内代工厂商华虹宏力可以提供0.2um RF SOI工艺节点，主要用于无 线射频前端开关应用的定制和设计，工艺供电电压2.5V，具有更低的开关插入损耗、 更高的隔离度和更好的线性度。SMIC意大利产线Lfoundry也具备130nm主流制程代 工能力。由于射频开关、天线调谐开关多采用分立设计，无需同后续先进节点工艺 电路集成，性能指标更考验设计人员经验以及工艺理解力，因此多采用130nm - 250nm的成熟工艺制程。因此国内代工厂商具备替代可能性，有望逐渐满足国内设 计企业代工产能需求。

(二)设计端:受益行业景气提升与国产替代加速

目前射频前端竞争格局以美国和日本的IDM企业为主，包括Skyworks、Qorvo 以及村田等，主要核心竞争力来自于对自身代工工艺的理解深度和技术积累。全球 射频前端行业市场集中度较高，前四大企业(Skyworks、Qorvo、Avago、Murata) 合计占全球市场规模的85%。

国内射频前端设计企业起步较晚，在3G时代逐渐布局，4G时代逐渐实现量产并 实现技术差距缩小。就天线调谐器开关模块而言，国内部分优质企业已经实现大客 户端的产品导入，包括卓胜微、 迦美信芯等技术实力优异企业。目前大部分厂商积 极研发5G sub-6GHz频段射频前端芯片，由于5G中低频段同4G HPUE(高性能用 户设备)在频率、架构、性能要求差异较小，因此预计在4G智能手机实现产品切入 的国内厂商研发实力与国际水平相差不大。同时伴随着5G手机价位下沉至非旗舰机 型，预计在2020年下半年国产5G射频前端包括天线调谐器芯片将逐渐量产。国内射 频前端尤其是天线调谐器涉及企业将受益行业需求景气提升以及国产替代趋势，迎 来高速成长期。

四、投资建议

设计端来看，国内企业同国际差距逐渐减小，相关优质企业有望受益国产大客户的替代需求。代工端来看，天线调谐器工艺以RF-SOI为主，国内部分 代工厂商具备主流工艺节点替代可能性，有望逐渐满足国内设计企业代工产能需求。

（报告观点属于原作者，仅供参考。报告来源：广发证券）

编辑：沃巴查芒