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來源：中國手機設計大賽研究組、《通信產業報》全媒體、賽迪智庫無線電管理研究所、賽迪智庫電子信息研究所

壹 總述

隨著5G腳步愈來愈近，截至2019年4月底，已經有包括OPPO、華為、vivo、小米、中興、聯想、三星、一加等諸多終端廠商發布了5G原型機（見表1：5G手機進程一覽）。中國聯通5G測試手機全部到位并已公布首批5G手機價格。可以肯定的是兩年后，5G手機將成為市場的絕對主角。

5G手機，正一觸即發。本報告將圍繞5G手機面臨的技術挑戰和設計獨特性，解構5G手機的發展路徑和背后產業鏈。

貳 5G手機的芯片

5G手機設計具有一般手機設計的通用性，但由于5G是全新的通信技術，面臨新的適配問題和技術特征，以下部分將從芯片、天線、材質、攝像頭、電池和其他等多方面解析5G手機設計關鍵及背后的產業鏈。

標準未定，芯片先行，只有一顆5G的芯片，才能根本定性5G手機身份。因此5G芯片是5G手機設計最關鍵一環。

1 5G芯片的進程

芯片和終端產品都需要一年到幾年不等的開發周期，如果等5G頻段確定后再進行產品的研發顯然難以在5G市場獲得競爭優勢。因此我們看到即便需要面對標準未定帶來的諸多挑戰，產業鏈各方早已積極投入5G研發（見表2：5G芯片進程一覽）。

在當前階段，已經發布或已有消息即將發布的5G基帶芯片共有7款，分屬于高通、海思、聯發科、紫光展銳、英特爾和三星這幾大產業鏈上核心廠商。

2 破解“捆綁式”5G芯片勢在必行

雖然各家基帶芯片看似蓄勢待發，但行至此刻，5G標準未定還是讓整個產業面臨亟需破局時刻，即如何破解“捆綁式”5G芯片（見圖：5G芯片時間進展）。

有分析認為，之所以目前的5G基帶芯片并未完全整合，并非廠商能力不足，而是廠商考慮到5G最終的標準還未完全落地，頻譜的分配方案和5G牌照的相關發放工作還在梳理，運營商的組網方式也在測試過程中，這時如果完全押寶一種方案，則存在的風險無法評估。

在這種情況下，手機廠商采用捆綁式5G芯片可以理解。采用捆綁式芯片，廠商能迅速實現5G網絡通信，見效最快、一針見血。同時一兩年內還是以4G為主，所以5G外掛4G是當下最合理的選擇。此外，5G手機的特點是多天線，干擾情況復雜，折中方案就是選擇外掛5G芯片，同時對于成本的降低也能做到最優。

叁 5G手機的天線

5G天線是5G手機收發裝置，因為5G天線特征，使得5G手機的天線收發設計成為5G手機的另一個主要環節。

1 5G低頻天線：累加而不是替代

在5G時代，由于頻段的客觀現狀，天線的適配正朝sub 6GHz和毫米波天線兩個方向發展，天線從2G/3G/4G到5G，是純粹的增量。5G手機中，此前4G/3G的功能都會同時存在，以前的天線也都會存在，因此對于天線而言，通信技術的升級，對于不同制式的天線是累加而不是替代。

為了提高傳輸速率，sub-6G將采用MIMO天線并且增大MIMO天線的數量，比如8x8MIMO、16x16MIMO等。

2 5G毫米波天線：擺放更復雜

而5G毫米波天線的分布則會復雜很多，業界將采用陣列天線，在天線制作原理以及加工工藝上與傳統天線都有很大的不同。

5G毫米波由于頻率高，傳輸距離短，只能通過陣列天線以及波束成型來增加天線的增益，以克服在空氣中傳輸距離短的問題，因此5G天線由原來4G的全向天線變為了定向天線。

波束成形模塊只提高了毫米波的傳輸能力，但沒有解決信號受到阻礙物衰減過快的問題，目前主要有兩種解決方案：一是利用數字相移器與衰減器的算法，來控制波束追蹤手機用戶，以維持訊號的穩定度；二是增加波束成形模塊的數量，以達到通信無死角的設計方案。

毫米波天線需要新的加工工藝，可分為線陣、方陣。天線尺寸跟工作頻率成反比，毫米波的頻率變高，天線尺寸變小，簡單的加工形式精度不夠，還得借助于其他的加工形式，如高通毫米波天線模塊采用的LTCC工藝。

3 產業鏈上下受益

天線模組廠商也受益于5G時代。

高通于2018年最新發布的5G毫米波天線模組(QTM525)，同時支持6 GHz以下5G和LTE的全新單芯片14納米射頻收發器，以及6GHz以下射頻前端模組，提供面向全部主要頻譜頻段的新一代從調制解調器到天線的完整解決方案。

經過多年的投入，天線隱形冠軍廠商碩貝德也在5G射頻前端模組方面實現產品突破，已實現了從24GHz到43GHz全頻段覆蓋的技術突破。此外，國內外廠商立訊精密和Murata等廠商不斷加入戰局搶占份額，也將引起市場的多重變化。此外，在天線設備對應的射頻芯片方面，巨頭Qorvo、Skyworks將繼續領跑。（見圖：手機天線產業鏈市場占有率）。

不過需要注意的是，上述提及的天線供應商提供的并不是一體化的完整解決方案，手機廠商往往需要根據自身處理器類型等特點，進行手機構造設計和性能適配。而這項軟硬件的設計研發工作比4G時代要復雜得多，對智能手機廠商的研設計和量產都提出了新挑戰。

肆 5G手機的材料

散熱和電磁屏蔽是手機設計的基礎性環節，5G手機以其更高的運算動力和高頻多模特性，導致散熱和電磁屏蔽面臨新的挑戰。

1 散熱技術、材料需升級

因為智能手機設計對輕薄的過度追求，內部空間其實非常狹小，本身散熱難度已經較高。而5G手機使用時，高功耗芯片也必然會帶來大的發熱量，在不能從芯片層面解決問題的現狀下，只能寄望于散熱材料。

目前智能手機上采用的散熱技術主要包括石墨稀熱輻射貼片散熱、金屬背板散熱、導熱凝膠散熱以及導熱銅管散熱。

從以上四種散熱技術特點以及智能手機整體設計趨勢來看，適用于5G手機的散熱方案將向著超薄、高效的方向發展。如此來看，石墨烯熱輻射材料以及陶瓷等新品類導熱材料更符合5G手機的散熱需求（見表3：5G手機新型材料一覽），不過仍須有進一步的技術升級。

另外，全新的高性能導熱材料也是發展方向之一。以小米等手機廠商為例，開始將陶瓷材料進行部分實驗性應用。

供應鏈層面，有Laied、Choemerics、Bergquist、Graf Tech、碳元科技、中石科技、飛榮達等國內外企業。隨著國內供應鏈廠商技術不斷升級，5G手機時代有望長期綁定國內手機廠商。

2 電磁屏蔽，材料升級是重點

5G時代由于高頻、高速的通信需求，對智能手機內部的電磁屏蔽也有了新的要求。

同時，由于5G增加多個新頻段，并與3G、4G的頻段相兼容，在電磁方面的串擾也會比較嚴重；毫米波級別的傳播也對電磁屏蔽要求更高。因此，需要在電磁屏蔽材料方面進行大幅升級。

供應鏈層面，電磁屏蔽目前已經有著較為穩定的市場格局，材料主要由Laied、3M、Nolato等國外知名廠商壟斷。不過，在巨大市場需求的推動下，我國長盈精、中石科技、飛榮達等不斷自主研發，已經逐漸具備生產中高端電磁屏蔽材料和器件方面的能力。（見表4：電磁屏蔽材料、技術方向）。

分析指出，目前廣泛應用的電磁屏蔽器件主要包括導電塑料器件、導電硅膠、金屬屏蔽器件、導電布襯墊、吸波器件等，而屏蔽材料主要是金屬類和填充類。隨著5G手機的到來，電磁屏蔽材料將向屏蔽效能更高、屏蔽頻率更寬、綜合性能更優良的方向升級，新材料將在電磁屏蔽的創新應用中得到更多發展。諸如壓合覆蓋膜、電磁屏蔽膜，將成為解決電磁屏蔽問題的重要可選方案。

也有分析認為，可以將板級屏蔽罩與散熱產品加以融合，或將結構金屬屏蔽和各種吸波材料相結合，抑或組合不同種類的泡棉織物，利用一款集成解決方案，在設計和性能層面解決產業升級帶來的電磁屏蔽難題。

伍 5G手機的電池

高功耗是目前5G手機設計中難以避免的困窘，如此一來，電池續航方面的問題就會更加凸顯。

1 料突破瓶頸難除

鋰電池最早于1991年商用，之后成為電子設備的標配。從功能手機時代到智能手機時代，鋰電池的地位一直穩固，而5G手機時代將近，鋰電池或仍擔重任。

不過，新材料、新技術仍然是手機電池產業的重要探索方向。

以石墨烯材料為例，有著高導電性、高導熱性、高比表面積、高強度和剛度等諸多優良特性，在儲能、光電器件、化學催化等諸多領域已經獲得了廣泛的應用，也是目前高性能電池突破的關鍵性材料。

目前，中日韓美均有眾多企業選擇在石墨烯電池上進行技術攻關(見表7：石墨烯電池主要廠商一覽)，也印證了石墨烯電池將是未來電池產業上的制高點。無論是哪家成功將石墨烯材質電池投入量產并且封鎖相關專利，這都會給產業鏈上下游造成相關的專利壁壘，同時會給企業營收和全球地位提升帶來巨大的幫助。

但是，也有業內人士指出，石墨烯表面特性受化學狀態影響巨大，批次穩定性、循環壽命等問題也比較突出。目前，因為量產和成本問題，石墨烯電池無法在短期內徹底取代鋰電池，所以也只能從技術上對鋰電池進行補充完善。

六 5G手機的發展

基于上述設計要點的分析，我們對于5G手機的變革創新、市場規模、價格走勢、渠道和格局做出基本的判斷。

1 5G手機設計在變革中創新

毫無疑問，5G手機正在帶來手機的全新變革，改變手機設計的諸多模式。

在芯片方面，捆綁式5G芯片僅是權宜之計，未來基帶芯片集成到SoC上還是大趨勢；配套的天線環節，5G手機天線個數面臨增加而不是替代，毫米波天線擺放則更復雜，需要考慮功耗和纖薄化問題；而5G手機主流散熱技術則需升級，電磁屏蔽新材料需開發；此外，5G時代更多考慮攝像，而且是超高清視頻；在5G手機電池這一環節，材料瓶頸難除，快充技術將補材料短板；最后需要指出的是，5G融合AI將成為今后重要的趨勢。

隨著5G手機設計的創新，也將催生新的產業鏈和配套格局。5G芯片、天線、攝像頭、AI、電池等關鍵環節，正準備就緒，變局正來。

2 5G手機市場規模

根據預測，到2025年，5G相關的產品和服務的市場規模將達到15萬億美元。中國擁有5G基站數650萬，用戶數3億個，用戶覆蓋率達58%。

而5G換機高峰期將出現在2020-2023年，屆時手機出貨量將恢復增長。預計國內5G用戶滲透率將從10%提升到60%左右，5G換機潮將帶動國內智能手機出貨量恢復增長（見圖：中國5G手機出貨量預測）。

Gartner指出，到了2020年，5G手機的年銷量將會達到6500萬部，屆時產業鏈滲透率將突破100%，5G將成為通信市場的主導技術環節（見表9：5G手機市場發展預測）。

據Counterpoint數據，國產手機四大品牌華為、小米、OPPO以及vivo皆位居世界前六，其在國內共占據約八成市場份額，而在世界范圍內市占率為37%，目前國產手機成為國內乃至全球的重要主導力量。因此多維度綜合看來，在4G到5G的升級迭代上，中國廠商將成5G手機主要玩家。

3 5G手機價格走勢預測

首批5G手機將于2019年6月發布，價格將超過10000元，首批發布5G手機的品牌將有9家，分別是華為、OPPO、vivo、小米、一加、中興、努比亞、聯想和三星。

隨著用戶補貼等措施的推進，2020年初價格將回落至5000~6000元。到2020年9月，蘋果將發布5G手機加入戰局，國內5G手機價格繼續回落至2000元上下（見圖：5G手機價格走勢預測）。

千元5G手機將是5G普及的重要標志，按照4G時代的手機價格節奏，預計2022年5G千元手機將在市場中出現，而2023-2024年，5G手機的紅利周期基本殆盡，市場中1000元以下的5G手機將普遍存在。