2G~5G与未来天线技术

doatello

过去二十年，我们见证了移动通信从1G到4G LTE的转变。在这期间，通信的关键技术在发生变化，处理的信息量成倍增长。而天线，是实现这一跨越式提升不可或缺的组件。

按照业界的定义，天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换，也就是发射或接收电磁波。通俗点说，无论是基站还是移动终端，天线都是充当发射信号和接收信号的中间件。

现在，下一代通信技术——5G已经进入了标准制定阶段的尾声，各大运营商也正在积极地部署5G设备。毋庸置疑，5G将给用户带来全新的体验，它拥有比4G快十倍的传输速率，对天线系统提出了新的要求。在5G通信中，实现高速率的关键是毫米波以及波束成形技术，但传统的天线显然无法满足这一需求。

电路特性与辐射特性是基站天线的重要表征指标,例如增益、波瓣宽度、前后比、驻波比、隔离度、三阶互调等。随着天线使用年限的增加以及间断性的高功率输入，则会使射频路径温度急速升高，加速其材质老化、导致其辐射特性衰减而影响整个基站系统。

天线参数影响因素与网络性能的关联

5G通信到底需要什么样的天线？这是工程开发人员需要思考的问题。

以信息技术为代表的新一轮科技和产业变革，正在逐步孕育升级。在视频流量激增，用户设备增长和新型应用普及的态势下，迫切需要第五代移动通讯系统（5G）的技术快速成熟与应用，包括移动通信，Wi-Fi，高速无线数传无一例外的需要相比现在更快的传输速率，更低的传输延时以及更高的可靠性。为了满足移动通信的对高数据速率的需求，一是需要引入新技术提高频谱效率和能量利用效率，二是需要拓展新的频谱资源。

两大类新体制天线技术，包括：基于耦合谐振器去耦网络的紧耦合终端天线；基于超材料（超表面）的MIMO，Massive MIMO天线阵耦合减小及性能提升技术。通过无源参数，有源参数和MIMO参数的测试和评估，证实了这两类新体制天线在5G中的明显优势和广阔应用场景。

在此背景下，大规模多输入多输出技术 （Massive MIMO）已经不可逆转的成为下一代移动通信系统的中提升频谱效率的核心技术。多输入输出技术(MIMO) 可以有效利用在收发系统之间的多个天线之间存在的多个空间信道，传输多路相互正交的数据流，从而在不增加通信带宽的基础上提高数据吞吐率以及通信的稳定性。而Massive MIMO技术在此基础之上更进一步，在有限的时间和频率资源基础上，采用上百个天线单元同时服务多达几十个的移动终端，更进一步提高了数据吞吐率和能量的使用效率

移动通信基站天线的演进及趋势

基站天线是伴随着网络通信发展起来的，工程人员根据网络需求来设计不同的天线。因此，在过去几代移动通信技术中，天线技术也一直在演进。

第一代移动通信几乎用的都是全向天线，当时的用户数量很少，传输的速率也较低，这时候还属于模拟系统。

到了第二代移动通信技术，我们才进入了蜂窝时代。这一阶段的天线逐渐演变成了定向天线，一般波瓣宽度包含60°和90°以及120°。以120°为例，它有三个扇区。

八十年代的天线还主要以单极化天线为主，而且已经开始引入了阵列概念。虽然全向天线也有阵列，但只是垂直方向的阵列，单极化天线就出现了平面和方向性的天线。从形式来看，现在的天线和第二代的天线非常相似。

1997年，双极化天线（±45°交叉双极化天线）开始走上历史舞台。这时候的天线性能相比上一代有了很大的提升，不管是3G还是4G，主要潮流都是双极化天线。

到了2.5G和3G时代，出现了很多多频段的天线。因为这时候的系统很复杂，例如GSM、CDMA等等需要共存，所以多频段天线是一个必然趋势。为了降低成本以及空间，多频段在这一阶段成为了主流。

到了2013年，我们首次引入了MIMO（多入多出技术，Multiple-Input Multiple-Output）天线系统。最初是4×4 MIMO天线。

MIMO技术提升了通信容量，这时候的天线系统就进入了一个新的时代，也就是从最初的单个天线发展到了阵列天线和多天线。

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