按照業界的定義，天線是一種變換器
，它把傳輸線上傳播的導行波變換成在無界媒介（通常是自由空間）中(zhong)傳(chuan)播(bo)的(de)電(dian)磁(ci)波(bo)，或(huo)者(zhe)進(jin)行(xing)相(xiang)反(fan)的(de)變(bian)換(huan)，也(ye)就(jiu)是(shi)發(fa)射(she)或(huo)接(jie)收(shou)電(dian)磁(ci)波(bo)。通(tong)俗(su)點(dian)說(shuo)，無(wu)論(lun)是(shi)基(ji)站(zhan)還(hai)是(shi)移(yi)動(dong)終(zhong)端(duan)，天(tian)線(xian)都(dou)是(shi)充(chong)當(dang)發(fa)射(she)信(xin)號(hao)和(he)接(jie)收(shou)信(xin)號(hao)的(de)中(zhong)間(jian)件(jian)。

 

現在，下一代通信技術——5G已經進入了標準製定階段的尾聲，各大運營商也正在積極地部署5G設備。毋庸置疑，5G將給用戶帶來全新的體驗
，它擁有比4G快十倍的傳輸速率，對天線係統提出了新的要求。在5G通信中
，實現高速率的關鍵是毫米波以及波束成形技術，但傳統的天線顯然無法滿足這一需求。

 

電路特性與輻射特性是基站天線的重要表征指標,例如增益、波瓣寬度
、前後比、駐波比、隔離度、三階互調等。隨著天線使用年限的增加以及間斷性的高功率輸入，則會使射頻路徑溫度急速升高
，加速其材質老化
、導致其輻射特性衰減而影響整個基站係統。

 

天線參數影響因素與網絡性能的關聯

 

5G通信到底需要什麼樣的天線
？這是工程開發人員需要思考的問題。

 

yixinxijishuweidaibiaodexinyilunkejihechanyebiange，zhengzaizhubuyunyushengji。zaishipinliuliangjizeng
，yonghushebeizengchanghexinxingyingyongpujidetaishixia，poqiexuyaodiwudaiyidongtongxunxitong（5G）的技術快速成熟與應用，包括移動通信，Wi-Fi，gaosuwuxianshuchuanwuyiliwaidexuyaoxiangbixianzaigengkuaidechuanshusulv
，gengdidechuanshuyanshiyijigenggaodekekaoxing。weilemanzuyidongtongxindeduigaoshujusulvdexuqiu，yishixuyaoyinruxinjishutigaopinpuxiaolvhenengliangliyongxiaolv，ershixuyaotuozhanxindepinpuziyuan。

 

● 寬帶天線小型化

● 無源天線有源化

● 固定天線可重構化

● 高頻天線集成化

● 軍用天線民用化

 

兩大類新體製天線技術，包括：基於耦合諧振器去耦網絡的緊耦合終端天線；基於超材料（超表麵）的MIMO
，Massive MIMO天線陣耦合減小及性能提升技術。通過無源參數，有源參數和MIMO參數的測試和評估，證實了這兩類新體製天線在5G中的明顯優勢和廣闊應用場景。

 

在此背景下，大規模多輸入多輸出技術 （Massive MIMO）已經不可逆轉的成為下一代移動通信係統的中提升頻譜效率的核心技術。多輸入輸出技術(MIMO) 可ke以yi有you效xiao利li用yong在zai收shou發fa係xi統tong之zhi間jian的de多duo個ge天tian線xian之zhi間jian存cun在zai的de多duo個ge空kong間jian信xin道dao，傳chuan輸shu多duo路lu相xiang互hu正zheng交jiao的de數shu據ju流liu，從cong而er在zai不bu增zeng加jia通tong信xin帶dai寬kuan的de基ji礎chu上shang提ti高gao數shu據ju吞tun吐tu率lv以yi及ji通tong信xin的de穩wen定ding性xing。而erMassive MIMOjishuzaicijichuzhishanggengjinyibu，zaiyouxiandeshijianhepinlvziyuanjichushang，caiyongshangbaigetianxiandanyuantongshifuwuduodajishigedeyidongzhongduan，gengjinyibutigaoleshujutuntulvhenengliangdeshiyongxiaolv

 

 

移動通信基站天線的演進及趨勢

 

基ji站zhan天tian線xian是shi伴ban隨sui著zhe網wang絡luo通tong信xin發fa展zhan起qi來lai的de，工gong程cheng人ren員yuan根gen據ju網wang絡luo需xu求qiu來lai設she計ji不bu同tong的de天tian線xian。因yin此ci，在zai過guo去qu幾ji代dai移yi動dong通tong信xin技ji術shu中zhong，天tian線xian技ji術shu也ye一yi直zhi在zai演yan進jin。

 

  

第一代移動通信幾乎用的都是全向天線，當時的用戶數量很少，傳輸的速率也較低，這時候還屬於模擬係統。

 

到了第二代移動通信技術，我們才進入了蜂窩時代。這一階段的天線逐漸演變成了定向天線，一般波瓣寬度包含60°和90°以及120°。以120°為例，它有三個扇區。

 

bashiniandaidetianxianhaizhuyaoyidanjihuatianxianweizhu
，erqieyijingkaishiyinrulezhenliegainian。suiranquanxiangtianxianyeyouzhenlie
，danzhishichuizhifangxiangdezhenlie，danjihuatianxianjiuchuxianlepingmianhefangxiangxingdetianxian。congxingshilaikan，xianzaidetianxianhedierdaidetianxianfeichangxiangsi。

 

1997年
，雙極化天線（±45°交叉雙極化天線）開始走上曆史舞台。這時候的天線性能相比上一代有了很大的提升，不管是3G還是4G，主要潮流都是雙極化天線。

 

到了2.5G和3G時代，出現了很多多頻段的天線。因為這時候的係統很複雜，例如GSM、CDMA等等需要共存，所以多頻段天線是一個必然趨勢。為了降低成本以及空間，多頻段在這一階段成為了主流。

 

到了2013年
，我們首次引入了MIMO（多入多出技術，Multiple-Input Multiple-Output）天線係統。最初是4×4 MIMO天線。

 

MIMO技術提升了通信容量
，這時候的天線係統就進入了一個新的時代，也就是從最初的單個天線發展到了陣列天線和多天線。

 

但是
，現在我們需要把目光投向遠方，5G的部署工作已經啟動了
，天線技術在5G會扮演一個什麼樣的角色
，5G對天線設計會產生什麼影響
？這是我們需要探索的問題。

 

 

過去天線的設計通常很被動：係統設計完成後再提指標來定製天線。不過5G現在的概念仍然不明確，做天線設計的研發人員需要提前做好準備
，為5G通信係統提供解決方案，甚至通過新的天線方案或者技術來影響5G的標準定製以及發展。

 

 

從另一個視角看
，陣列天線

、多頻段天線
、多波束天線構成了基站天線發展的“魔術三角”。

 

 

Massive MIMO

基站端裝備大規模天線陣列，利用多根天線形成的空間自由度及有效的多徑分量，提高係統的頻譜利用效率。

 

 

多波束天線

 

多波束天線采用多波束使扇區分裂，從而增大容量。

 

 

2G到4G基站天線發展

 

2G/3G時代
，天線多為2端口。

 

GSM天線

 

CDMA天線

 

LTE-FDD 獨立2端口天線（2T2R）

 

到了4G時代
，隨著MIMO技術
、多頻段天線的大量使用，我們看到，鐵塔上天線就像是長出了大胡子。

 

LTE-FDD 獨立4端口天線（2T4R）

 

CDMA（1T2R）/LTE-FDD（2T4R） 6端口雙頻天線

 

LTE-TDD 8T8R 8端口天線

 

 

再加上鐵塔上的RRU，鐵塔上的場麵就相當壯觀…

 

 

未來的基站天線可能是什麼樣子
？

 

這是日本街頭的TD-LTE 3.5G基站天線...

 

 

華為Massive MIMO天線

 

 

 

中興Massive MIMO天線

 

 

愛立信15GHz天線裝備

 

 

NEC 支持28GHz有源天線係統

 

 

隨著C-RAN網絡結構的演進，RRU拉遠，將會出現各種隱性天線...

 

 

從過去幾年和移動通信公司的合作交流經驗來看，未來基站天線有兩大趨勢。

 

第一是從無源天線到有源天線係統。

 

這就意味著天線可能會實現智能化、小型化（共設計）
、定製化。

 

因yin為wei未wei來lai的de網wang絡luo會hui變bian得de越yue來lai越yue細xi，我wo們men需xu要yao根gen據ju周zhou圍wei的de場chang景jing來lai進jin行xing定ding製zhi化hua的de設she計ji，例li如ru在zai城cheng市shi區qu域yu內nei布bu站zhan會hui更geng加jia精jing細xi
，而er不bu是shi簡jian單dan的de覆fu蓋gai。5G通信將會應用高頻段，障礙物會對通信產生很大的影響
，定製化的天線可以提供更好的網絡質量。

 

第二個趨勢是天線設計的係統化和複雜化。

 

例如波束陣列（實現空分複用）
、多波束以及多/gaopinduan。zhexiedouduitianxiantichulehengaodeyaoqiu
，tahuishejidaozhenggexitongyijihuxiangjianrongdewenti，zaizhezhongqingkuangxiatianxianjishuyijingchaoyueleyuanqijiandegainian
，zhujianjinrulexitongdesheji。

 

 

天線技術的演進過程：最早從單個陣列的天線，到多陣列再到多單元
，從無源到有源的係統，從簡單的MIMO到大規模MIMO係統，從簡單固定的波束到多波束。

 

設計層麵的趨勢

 

 

對於基站而言，天線設計的一大原則就是小型化。

 

不同係統的天線是設計在一起的
，為了降低成本、節省空間就要做得足夠小，所以就需要天線是多頻段、寬頻段、多波束、MIMO/Massive MIMO
，MIMO對天線的隔離度。Massive MIMO對天線的混互耦都有一些特殊的要求。

 

另外，天線還需要可調諧。

 

第一代天線是靠機械來實現傾角
，第三代實現了遠程的電調，5G如果能實現自調諧，是非常有吸引力的。

 

 

對於移動終端而言，對天線的要求也是小型化、多頻段、寬頻段、可調諧。雖然這些特性現在也有，但5G的要求會更加苛刻。

 

除此之外，5G移動通信的天線還麵臨了一個新的問題——共存。

 

實現Massive MIMO，收發都需要多天線
，也就是同頻多天線（8天線、16天線...）。這樣的多天線係統給終端帶來最大的挑戰就是共存問題。

 

怎樣降低相互之間的影響以耦合，如何增加信道的隔離度....這對5G終端天線提出了新的要求。

 

具體來說會涉及以下三點：

 

1. 降低相互的影響，特別是不同功能模塊，不同頻段之間的互相幹擾

，之前學術界認為不會存在這種情況，但在工業界確實存在這個問題；

 

2. 去耦

，在MIMO係(xi)統(tong)裏(li)麵(mian)
，天(tian)線(xian)的(de)互(hu)耦(ou)不(bu)僅(jin)僅(jin)會(hui)降(jiang)低(di)信(xin)道(dao)的(de)隔(ge)離(li)度(du)，還(hai)會(hui)降(jiang)低(di)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)輻(fu)射(she)效(xiao)率(lv)。另(ling)外(wai)

，我(wo)們(men)不(bu)能(neng)指(zhi)望(wang)完(wan)全(quan)依(yi)賴(lai)於(yu)高(gao)頻(pin)段(duan)毫(hao)米(mi)波(bo)來(lai)解(jie)決(jue)性(xing)能(neng)上(shang)的(de)增(zeng)長(chang)，例(li)如(ru)25GHz
、28GHz...60GHz都存在係統上的問題；

 

3. 去相關性，這一點可以從天線和電路設計配合來解決，不過通過電路來解決方案帶寬非常受限，很難滿足所有頻段的帶寬。

 

5G係統的天線技術

 

這包括單個天線的設計以及係統層麵上的技術

，係統層麵的上文有提到
，例如多波束、波束成形、有源天線陣、Massive MIMO等。

 

 

從具體天線設計來看，超材料為基礎的概念發展出來的技術將會大有裨益。目前超材料已經在3G和4G上取得了成功
，例如實現了小型化、低輪廓
、高增益和款頻段。

 

第di二er個ge是shi，襯chen底di或huo者zhe封feng裝zhuang集ji成cheng天tian線xian。這zhe些xie天tian線xian主zhu要yao用yong在zai頻pin率lv比bi較jiao高gao的de頻pin段duan，也ye就jiu是shi毫hao米mi波bo頻pin段duan。雖sui然ran高gao頻pin段duan的de天tian線xian尺chi寸cun很hen小xiao，但dan天tian線xian本ben身shen的de損sun耗hao非fei常chang大da，所suo以yi在zai終zhong端duan上shang最zui好hao把ba天tian線xian和he襯chen底di集ji成cheng或huo者zhe更geng小xiao的de封feng裝zhuang集ji成cheng。

 

disangeshidiancitoujing。toujingzhuyaoyingyongyugaopinduan，dangbochangfeichangxiaodeshihou，fangshangyigejiezhikeyiqudaojujiaodezuoyong，gaopintianxiantijibingbuda
，danshiweiboduandebochanghenchang，zhejiudaozhitoujinghennanshiyong，tijihuihenda。

 

第四個是MEMS的應用。在頻率很低的時候

，MEMS可以用作開關，在手機終端
，如果能對天線進行有效的控製、重構
，就可以實現一個天線多用。

 

 

以電磁透鏡為例
，這一設計引進了一個概念：在多單元的天線陣列前麵放了一個電磁透鏡（這裏指應用於微波或毫米波低端頻段的透鏡
，與傳統光學透鏡不同）
，當(dang)光(guang)從(cong)某(mou)一(yi)個(ge)角(jiao)度(du)入(ru)射(she)後(hou)，就(jiu)會(hui)在(zai)某(mou)一(yi)個(ge)焦(jiao)平(ping)麵(mian)上(shang)產(chan)生(sheng)斑(ban)點(dian)，這(zhe)個(ge)斑(ban)點(dian)上(shang)就(jiu)集(ji)中(zhong)了(le)大(da)量(liang)的(de)能(neng)力(li)
，這(zhe)就(jiu)意(yi)味(wei)著(zhe)在(zai)很(hen)小(xiao)的(de)區(qu)域(yu)內(nei)把(ba)整(zheng)個(ge)能(neng)力(li)的(de)主(zhu)要(yao)部(bu)分(fen)接(jie)收(shou)下(xia)來(lai)。

 

 

dangrushefangxiangbianhua
，bandianzaijiaopingmianshangdeweizhiyehuifashengbianhua。rushangtu，dangjiaoduzhengtoushedeshihou

，chanshengleheiyansedenengliangfenbu

，ruguoshianzhaomougejiaoduθ入射（紅顏色），主要能量就偏離了黑顏色區域。

 

用yong這zhe個ge概gai念nian可ke以yi區qu分fen能neng量liang是shi從cong哪na裏li來lai的de，入ru射she的de方fang向xiang和he能neng量liang在zai陣zhen列lie上shang或huo者zhe焦jiao平ping麵mian上shang的de位wei置zhi是shi一yi一yi對dui應ying的de。反fan之zhi，在zai不bu同tong的de位wei置zhi激ji勵li天tian線xian
，天tian線xian就jiu會hui輻fu射she不bu同tong的de方fang向xiang，這zhe也ye是shi一yi一yi對dui應ying的de。

 

如果用多個單元在焦平麵上輻射，就可以產生多個載波束的輻射
，也就是所謂的波束成形；如果在這些波束之間進行切換
，就出現波束掃描的現象；如果這些天線同時用，就可以實現Massive MIMO。這個陣列可以很大，但在每個波束上隻要用很少的陣列就可以實現高增益的輻射。

 

普(pu)通(tong)的(de)陣(zhen)列(lie)如(ru)果(guo)有(you)同(tong)樣(yang)大(da)小(xiao)的(de)口(kou)徑(jing)，每(mei)次(ci)收(shou)到(dao)的(de)能(neng)量(liang)是(shi)要(yao)所(suo)有(you)的(de)單(dan)元(yuan)必(bi)須(xu)在(zai)這(zhe)個(ge)區(qu)域(yu)內(nei)接(jie)收(shou)能(neng)量(liang)
，如(ru)果(guo)在(zai)很(hen)大(da)區(qu)域(yu)隻(zhi)放(fang)一(yi)個(ge)單(dan)元(yuan)收(shou)到(dao)的(de)能(neng)量(liang)隻(zhi)是(shi)非(fei)常(chang)小(xiao)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)；和(he)普(pu)通(tong)陣(zhen)列(lie)不(bu)同(tong)的(de)是(shi)，同(tong)樣(yang)的(de)口(kou)徑(jing)在(zai)沒(mei)有(you)任(ren)何(he)損(sun)耗(hao)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，隻(zhi)用(yong)很(hen)少(shao)的(de)單(dan)元(yuan)就(jiu)可(ke)以(yi)接(jie)收(shou)到(dao)所(suo)有(you)的(de)能(neng)量(liang)
，不(bu)同(tong)的(de)角(jiao)度(du)進(jin)來(lai)，這(zhe)些(xie)能(neng)量(liang)可(ke)以(yi)被(bei)不(bu)同(tong)的(de)地(di)方(fang)同(tong)時(shi)接(jie)收(shou)。

 

這(zhe)大(da)大(da)簡(jian)化(hua)了(le)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)，如(ru)果(guo)每(mei)次(ci)工(gong)作(zuo)隻(zhi)有(you)一(yi)個(ge)方(fang)向(xiang)的(de)時(shi)候(hou)，隻(zhi)要(yao)一(yi)個(ge)局(ju)部(bu)的(de)天(tian)線(xian)工(gong)作(zuo)就(jiu)可(ke)以(yi)，這(zhe)就(jiu)減(jian)少(shao)了(le)同(tong)時(shi)工(gong)作(zuo)天(tian)線(xian)的(de)個(ge)數(shu)。而(er)子(zi)陣(zhen)的(de)概(gai)念(nian)不(bu)同(tong)，它(ta)是(shi)讓(rang)局(ju)部(bu)多(duo)天(tian)線(xian)構(gou)成(cheng)子(zi)陣(zhen)，這(zhe)時(shi)候(hou)通(tong)道(dao)數(shu)是(shi)隨(sui)著(zhe)子(zi)陣(zhen)單(dan)元(yuan)數(shu)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)減(jian)少(shao)的(de)。例(li)如(ru)10×10的陣列，如果用5×5變成子陣的話，那麼就變成了隻有四個獨立的通道
，整個信道數也就減少了。

 

上圖右側顯示的是在基帶上算出來透鏡對係統的影響
，水平方向是天線個數，假設水平方向上一個線陣有20個單元，用透鏡的情況下，隻用5個單元去接受被聚焦後的能量比不用透鏡全部20個單元都用上的效果要更好，前者的通信質量更高以及成本、功耗更低。即便是最糟糕的情況，波從所有方向入射
，這20個單元都用上和後者的效果也是一樣的。所以用透鏡可以改善天線的性能——用少量天線個數，達到以往大型陣列的效果。

 

 

從這張PPT可以看出，用電磁透鏡可以降低成本
、降低複雜度
、增加輻射效率

，還可以增加天線陣列的濾波特性（屏蔽幹擾信號）等等。

 

 

這張PPT展示的是用在28GHz毫米波頻段上的天線，並且用了7個單元天線作為饋源。

 

如左側所示，前麵的透鏡是用超材料製成的屏幕透鏡
，用兩層PCB刻成不同的形狀進行相位的調整
，以實現特定方向的聚焦。右側可以看出7個輻射單元性能，波瓣寬度是6.8°
，旁瓣是18dB以下，增益是24-25dB。

 

這一實驗驗證了電磁透鏡在基站上的應用
，同時也驗證了超材料技術在天線小型化的作用。

 

毫米波的天線設計

 

5G另外一個關鍵技術就是高頻段（毫米波）傳輸。傳統移動通信係統，包括3G
，4G移動通信係統
，其工作頻率主要集中在3GHzyixia，pinpuziyuanyijingyichangyongji。ergongzuozaigaopinduandetongxinxitong，qikeyongdepinpuziyuanfeichangfengfu，gengyoukenengzhanyonggengkuandelianxupindaijinxingtongxin，congermanzu5G對信道容量和傳輸速率等方麵的需求。因此
，在2015年11月，世界無線電通信大會WRC-15，除了確定了470~694/698 MHz、1427~1518 MHz

、3300~3700 MHz、以及4800~4990 MHz作為5G部署的重要頻率之外

，又提出了對24.25~86GHz內的若幹頻段進行研究，以便確定未來5G發展所需要的頻段。

 

5G將會擁有低頻段和毫米波兩個頻段，而毫米波的波長很短損耗很大，所以在5G通信裏麵

，我們必須解決這一問題。

 

5G低頻頻段：主要是指6GHz以下的頻段。

 

近日，我國工信部發布意見稿表明，3.3G-3.40GHz頻段基本被確認為5G頻段，原則上限於室內使用；4.8G-5.0GMHz頻段，具體的頻率分配使用根據運營商的需求而定。新增4.4G-4.5GMHz頻段，但不能對其他相關無線電業務造成有害幹擾。

 

5G高頻頻段：主要是指20GHz以上的頻段。

 

我國主要在24.75-27.5GHz
、37-42.5GHz高頻頻段正在征集意見，國際上主要使用28GHz進行試驗。

 

 

毫米波移動通信也存在傳輸距離短
、穿透和繞射能力差、容易受氣候環境影響等缺點。因此，高增益、有自適應波束形成和波束控製能力的天線陣列，自然成為5G在毫米波段應用的關鍵技術。

 

然而，考慮到上述係統、天線陣的實際應用場景和應用環境
，帶有Massive MIMO天線陣的5G基站建站時

，由於實際空間受限，天線陣的體積不能很大。天線陣物理尺寸受限的情況下
，多個天線單元之間的互相耦合、幹擾
，必然會造成天線性能的下降，主要表現在以下幾個方麵：

 

（1）造成天線副瓣較高，對陣列的波束掃描能力有較大的影響
；

 

（2）由於天線單元之間互相的幹擾，造成信噪比變差，進而直接影響數據吞吐率
；

 

（3）使得能夠有效輻射的能量減少
，造成天線陣增益降低
，能量利用效率低下。

 

綜上所述，在5G適用的低頻段和高頻段，迫切需要尋找行之有效的改善空間受限的Massive MIMO天線陣列的性能的理論和設計方法，能夠即縮小天線陣體積
，又保持原有的天線陣性能。

 

 

第一個方案是，襯底集成天線（substrate integrated antenna，即SIA）。

 

這種天線主要基於兩個技術：空(kong)波(bo)導(dao)傳(chuan)輸(shu)的(de)時(shi)候(hou)介(jie)質(zhi)帶(dai)來(lai)的(de)損(sun)耗(hao)很(hen)小(xiao)，所(suo)以(yi)可(ke)以(yi)用(yong)空(kong)波(bo)導(dao)來(lai)進(jin)行(xing)饋(kui)源(yuan)傳(chuan)輸(shu)。但(dan)這(zhe)存(cun)在(zai)幾(ji)個(ge)問(wen)題(ti)，因(yin)為(wei)是(shi)空(kong)氣(qi)波(bo)導(dao)，尺(chi)寸(cun)非(fei)常(chang)大(da)，而(er)且(qie)無(wu)法(fa)和(he)其(qi)它(ta)電(dian)路(lu)集(ji)成(cheng)，所(suo)以(yi)比(bi)較(jiao)適(shi)合(he)高(gao)功(gong)率(lv)、大體積的應用場景
；另一個是微帶線技術，它可以大規模生產
，但它本身作為傳輸介質的損耗很大，而且很難構成大規模天線陣列。

 

基於這兩個技術就可以產生襯底集成的波導技術。這一技術最早由日本工業界提出來，他們在1998年(nian)發(fa)表(biao)了(le)第(di)一(yi)篇(pian)關(guan)於(yu)介(jie)質(zhi)集(ji)成(cheng)的(de)波(bo)導(dao)結(jie)構(gou)論(lun)文(wen)，提(ti)到(dao)了(le)在(zai)很(hen)薄(bo)的(de)介(jie)質(zhi)襯(chen)底(di)上(shang)實(shi)現(xian)波(bo)導(dao)，用(yong)小(xiao)柱(zhu)子(zi)擋(dang)住(zhu)電(dian)磁(ci)波(bo)，避(bi)免(mian)沿(yan)著(zhe)兩(liang)邊(bian)擴(kuo)。這(zhe)不(bu)難(nan)理(li)解(jie)，當(dang)兩(liang)個(ge)小(xiao)柱(zhu)子(zi)的(de)間(jian)距(ju)小(xiao)魚(yu)四(si)分(fen)之(zhi)一(yi)波(bo)長(chang)的(de)時(shi)候(hou)
，能(neng)量(liang)就(jiu)不(bu)會(hui)泄(xie)露(lu)出(chu)去(qu)
，這(zhe)就(jiu)可(ke)以(yi)形(xing)成(cheng)高(gao)效(xiao)率(lv)

、高增益、低輪廓、低成本、易集成、低損耗的天線。

 

上圖右下方是利用這一技術在LTCC上做出來的60GHz的天線

，增益達到了25dB，尺寸8×8單元。

 

這一方案是適合於毫米波在基站上的應用，在移動終端上有另外一種方案。

 

 

第二個解決方案是把天線設計在封裝(package integrated antenna，即PIA)。

 

因(yin)為(wei)天(tian)線(xian)在(zai)芯(xin)片(pian)上(shang)最(zui)大(da)的(de)問(wen)題(ti)就(jiu)是(shi)損(sun)耗(hao)太(tai)大(da)，而(er)且(qie)芯(xin)片(pian)本(ben)身(shen)的(de)尺(chi)寸(cun)很(hen)小(xiao)，把(ba)天(tian)線(xian)設(she)計(ji)進(jin)去(qu)會(hui)增(zeng)加(jia)成(cheng)本(ben)，所(suo)以(yi)在(zai)工(gong)程(cheng)上(shang)幾(ji)乎(hu)無(wu)法(fa)得(de)到(dao)大(da)規(gui)模(mo)應(ying)用(yong)。如(ru)果(guo)用(yong)封(feng)裝(zhuang)（尺寸比芯片大）作為載體來設計天線，不僅能設計出單個天線，還能設計天線陣列，這就避免了矽上直接做天線在體積、損耗和成本上的限製。

 

實際上，天線不僅可以在封裝內部
，還可設計在封裝的頂部、底部以及周圍。

 

另外有一點需要注意的問題是，能否用PCB板做天線？答案是肯定的。

 

關鍵的瓶頸並不是材料自身

，而是材料帶來的設計問題和加工上的問題。不過PCB隻適合在60GHz以下的頻段，在60GHz以後推薦用LTCC，但到200GHz後，LTCC也存在瓶頸。

 

 

總結

 

未來天線必須要和係統一起設計而不是單獨設計，甚至可以說天線將會成為5G的一個瓶頸，如果不突破這一瓶頸
，係統上的信號處理都無法實現

，所以天線已經成為5G移動通信係統的關鍵技術。天線不隻是一個輻射器，它有濾波特性、放大作用、抑製幹擾信號

，它不需要能量來實現增益，因此天線不僅僅是一個器件。

 

本文整理自

 

● 《深度解析5G與未來天線技術》新加坡國立大學終身教授、IEEE Fellow陳誌寧為大家講解5G移動通信中的未來天線技術。

● 《詳解5G新體製天線技術》趙魯豫，西安電子科技大學副教授；香港中文大學電子工程係博士後。

 

 

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