毫米波/大规模MIMO/波束成形等，5G关键技术给天线设计带来了怎样的挑战？

本文摘要：如果要回答一个年轻人生活中最无法缺乏什么东西，我想要，这个答案十之八九都是手机。手机作为现在年轻人社交、娱乐的工具，如果丧失了通信能力，那就是一块“板砖”，而手机需要长时间通信，必不可少信号接管／升空组件－天线。 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转换出在无界媒介（一般来说是自由空间）中传播的电磁波，或者展开忽略的转换，也就是升空或接管电磁波。似乎，没有了天线，你手中的手机就丧失了最核心的功能，随着通信技术的大大发展，天线设计也开始显得更加简单。

如果要回答一个年轻人生活中最无法缺乏什么东西，我想要，这个答案十之八九都是手机。手机作为现在年轻人社交、娱乐的工具，如果丧失了通信能力，那就是一块“板砖”，而手机需要长时间通信，必不可少信号接管／升空组件－天线。

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转换出在无界媒介（一般来说是自由空间）中传播的电磁波，或者展开忽略的转换，也就是升空或接管电磁波。似乎，没有了天线，你手中的手机就丧失了最核心的功能，随着通信技术的大大发展，天线设计也开始显得更加简单。就拿现阶段最火热的5G技术来说，它享有比4G慢十倍的传输速率，毋庸置疑，5G将给用户带给全新的体验，但是它对天线系统也明确提出了新的拒绝。

5G的关键技术还包括毫米波、大规模MIMO、小基站技术、波束成形、非向量多址终端、信道编码、SDN／NFV等等，这些技术需要协助构建高速、较低时延、高容量的5G网络，那么它们不会对天线设计导致哪些挑战？下面就一起来想到笔者的分析。毫米波3GPP为5G定义了一套全新的空中接口标准，取名为5GNR（newradio），而这项规格粗分为了两种有所不同的频段，即FR1和FR2，FR1也就是我们经常说道的Sub6GHz，顾名思义，该频段的频率范围大于6GHz。

目前我国的三大运营商取得的频段皆归属于FR1，例如中国电信取得的是3400MHz～3500MHz的频段，联通取得的是3500MHz～3600MHz频段，移动则取得了额4800MHz～4900MHz频段。但是5G要想要构建高速率、高容量和较低时延，还得FR2的因应。FR2的频率范围为24GHz～300GHz，这就牵涉到到毫米波了。

在24GHz到50GHz的频段中，相连比特率可超过数千兆级，比起在Sub6GHz的100MHz比特率，其在速率和时延特性上将会有质的提高，就这为部分eMBB、URLLC业务获取了可能性，例如工业物联网由于正处于相同区域，又对网络品质具有低拒绝，用于毫米波频段来部署毫无疑问是个不俗的自由选择。但是毫米波移动通信不存在传输距离较短、击穿和绕射能力差、更容易不受气候环境影响等缺点。因此，打造出具备高增益、有自适应波束构成和波束控制能力的天线阵列，沦为毫米波天线设计的首要任务，此外，由于毫米波的传输距离较短，要超过较好的覆盖面积效果，必需用大量的毫米波天线构建覆盖面积，如何减少毫米波天线的成本也是一个急需解决的问题。

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