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5G天線技術(shù)說明文

今天，小編給大家講講5G天線技術(shù)。
 
過去二十年，我們見證了移動通信從1G到4G LTE的轉(zhuǎn)變。在這期間，通信的關(guān)鍵技術(shù)在發(fā)生變化，處理的信息量成倍增長。而天線，是實(shí)現(xiàn)這一跨越式提升不可或缺的組件。
 
按照業(yè)界的定義，天線是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波變換成在無界媒介(通常是自由空間)中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換，也就是發(fā)射或接收電磁波。通俗點(diǎn)說，無論是基站還是移動終端，天線都是充當(dāng)發(fā)射信號和接收信號的中間件。
 
現(xiàn)在，下一代通信技術(shù)——5G已經(jīng)進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)制定階段的尾聲，各大運(yùn)營商也正在積極地部署5G設(shè)備。毋庸置疑，5G將給用戶帶來全新的體驗(yàn)，它擁有比4G快十倍的傳輸速率，對天線系統(tǒng)提出了新的要求。在5G通信中，實(shí)現(xiàn)高速率的關(guān)鍵是毫米波以及波束成形技術(shù)，但傳統(tǒng)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(biāo),例如增益、波瓣寬度、前后比、駐波比、隔離度、三階互調(diào)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(zhì)老化、導(dǎo)致其輻射特性衰減而影響整個(gè)基站系統(tǒng)。
 
天線參數(shù)影響因素與網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)聯(lián)
 
5G通信到底需要什么樣的天線?這是工程開發(fā)人員需要思考的問題。
 
以信息技術(shù)為代表的新一輪科技和產(chǎn)業(yè)變革，正在逐步孕育升級。在視頻流量激增，用戶設(shè)備增長和新型應(yīng)用普及的態(tài)勢下，迫切需要第五代移動通訊系統(tǒng)(5G)的技術(shù)快速成熟與應(yīng)用，包括移動通信，Wi-Fi，高速無線數(shù)傳無一例外的需要相比現(xiàn)在更快的傳輸速率，更低的傳輸延時(shí)以及更高的可靠性。為了滿足移動通信的對高數(shù)據(jù)速率的需求，一是需要引入新技術(shù)提高頻譜效率和能量利用效率，二是需要拓展新的頻譜資源。
 
移動通信基站天線的演進(jìn)及趨勢
 
基站天線是伴隨著網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)展起來的，工程人員根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求來設(shè)計(jì)不同的天線。因此，在過去幾代移動通信技術(shù)中，天線技術(shù)也一直在演進(jìn)。
 
第一代移動通信幾乎用的都是全向天線，當(dāng)時(shí)的用戶數(shù)量很少，傳輸?shù)乃俾室草^低，這時(shí)候還屬于模擬系統(tǒng)。
 
到了第二代移動通信技術(shù)，我們才進(jìn)入了蜂窩時(shí)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(gè)扇區(qū)。
 
八十年代的天線還主要以單極化天線為主，而且已經(jīng)開始引入了陣列概念。雖然全向天線也有陣列，但只是垂直方向的陣列，單極化天線就出現(xiàn)了平面和方向性的天線。從形式來看，現(xiàn)在的天線和第二代的天線非常相似。
 
1997年，雙極化天線(±45°交叉雙極化天線)開始走上歷史舞臺。這時(shí)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(shí)代，出現(xiàn)了很多多頻段的天線。因?yàn)檫@時(shí)候的系統(tǒng)很復(fù)雜，例如GSM、CDMA等等需要共存，所以多頻段天線是一個(gè)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。
 
但是，現(xiàn)在我們需要把目光投向遠(yuǎn)方，5G的部署工作已經(jīng)啟動了，天線技術(shù)在5G會扮演一個(gè)什么樣的角色，5G對天線設(shè)計(jì)會產(chǎn)生什么影響?這是我們需要探索的問題。
 
過去天線的設(shè)計(jì)通常很被動：系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后再提指標(biāo)來定制天線。不過5G現(xiàn)在的概念仍然不明確，做天線設(shè)計(jì)的研發(fā)人員需要提前做好準(zhǔn)備，為5G通信系統(tǒng)提供解決方案，甚至通過新的天線方案或者技術(shù)來影響5G的標(biāo)準(zhǔn)定制以及發(fā)展。
 
從另一個(gè)視角看，陣列天線、多頻段天線、多波束天線構(gòu)成了基站天線發(fā)展的“魔術(shù)三角”。
 
基站端裝備大規(guī)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，提高系統(tǒng)的頻譜利用效率。
 
從過去幾年和移動通信公司的合作交流經(jīng)驗(yàn)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系統(tǒng)。

 
這就意味著天線可能會實(shí)現(xiàn)智能化、小型化(共設(shè)計(jì))、定制化。
 
因?yàn)槲磥淼木W(wǎng)絡(luò)會變得越來越細(xì)，我們需要根據(jù)周圍的場景來進(jìn)行定制化的設(shè)計(jì)，例如在城市區(qū)域內(nèi)布站會更加精細(xì)，而不是簡單的覆蓋。5G通信將會應(yīng)用高頻段，障礙物會對通信產(chǎn)生很大的影響，定制化的天線可以提供更好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。
 
第二個(gè)趨勢是天線設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化和復(fù)雜化。
 
例如波束陣列(實(shí)現(xiàn)空分復(fù)用)、多波束以及多/高頻段。這些都對天線提出了很高的要求，它會涉及到整個(gè)系統(tǒng)以及互相兼容的問題，在這種情況下天線技術(shù)已經(jīng)超越了元器件的概念，逐漸進(jìn)入了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
 
天線技術(shù)的演進(jìn)過程：最早從單個(gè)陣列的天線，到多陣列再到多單元，從無源到有源的系統(tǒng)，從簡單固定的波束到多波束。

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