所有方向入射，這20個(gè)單元都用上和后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(gè)數(shù)，達(dá)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、降低復(fù)雜度、增加輻射效率，還可以增加天線陣列的濾波特性（屏蔽干擾信號(hào)）等等。

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

如左側(cè)所示，前面的透鏡是用超材料制成的屏幕透鏡，用兩層PCB刻成不同的形狀進(jìn)行相位的調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)特定方向的聚焦。右側(cè)可以看出7個(gè)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁透鏡在基站上的應(yīng)用，同時(shí)也驗(yàn)證了超材料技術(shù)在天線小型化的作用。

毫米波的天線設(shè)計(jì)

眾所周知，5G將會(huì)擁有低頻段和毫米波兩個(gè)頻段，而毫米波的波長(zhǎng)很短損耗很大，所以在5G通信里面，我們必須解決這一問題。

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

這種天線主要基于兩個(gè)技術(shù)：空波導(dǎo)傳輸?shù)臅r(shí)候介質(zhì)帶來的損耗很小，所以可以用空波導(dǎo)來進(jìn)行饋源傳輸。但這存在幾個(gè)問題，因?yàn)槭强諝獠▽?dǎo)，尺寸非常大，而且無法和其它電路集成，所以比較適合高功率、大體積的應(yīng)用場(chǎng)景；另一個(gè)是微帶線技術(shù)，它可以大規(guī)模生產(chǎn)，但它本身作為傳輸介質(zhì)的損耗很大，而且很難構(gòu)成大規(guī)模天線陣列。

基于這兩個(gè)技術(shù)就可以產(chǎn)生襯底集成的波導(dǎo)技術(shù)。這一技術(shù)最早由日本工業(yè)界提出來，他們?cè)?998年發(fā)表了第一篇關(guān)于介質(zhì)集成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)論文，提到了在很薄的介質(zhì)襯底上實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)，用小柱子擋住電磁波，避免沿著兩邊擴(kuò)。這不難理解，當(dāng)兩個(gè)小柱子的間距小魚四分之一波長(zhǎng)的時(shí)候，能量就不會(huì)泄露出去，這就可以形成高效率、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(shù)在LTCC上做出來的60GHz的天線，增益達(dá)到了25dB，尺寸8×8單元。

這一方案是適合于毫米波在基站上的應(yīng)用，在移動(dòng)終端上有另外一種方案。

第二個(gè)解決方案是把天線設(shè)計(jì)在封裝(package integrated antenna，即PIA)。

因?yàn)樘炀€在芯片上最大的問題就是損耗太大，而且芯片本身的尺寸很小，把天線設(shè)計(jì)進(jìn)去會(huì)增加成本，所以在工程上幾乎無法得到大規(guī)模應(yīng)用。如果用封裝（尺寸比芯片大）作為載體來設(shè)計(jì)天線，不僅能設(shè)計(jì)出單個(gè)天線，還能設(shè)計(jì)天線陣列，這就避免了硅上直接做天線在體積、損耗和成本上的限制。

另外有一點(diǎn)需要注意的問題是，能否用PCB板做天線？答案是肯定的。

關(guān)鍵的瓶頸并不是材料自身，而是材料帶來的設(shè)計(jì)問題和加工上的問題。不過PCB只適合在60GHz以下的頻段，在60GHz以后推薦用LTCC，但到200GHz后，LTCC也存在瓶頸。

總結(jié)

未來天線必須要和系統(tǒng)一起設(shè)計(jì)而不是單獨(dú)設(shè)計(jì)，甚至可以說天線將會(huì)成為5G的一個(gè)瓶頸，如果不突破這一瓶頸，系統(tǒng)上的信號(hào)處理都無法實(shí)現(xiàn)，所以天線已經(jīng)成為5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。天線不只是一個(gè)輻射器，它有濾波特性、放大作用、抑制干擾信號(hào)，它不需要能量來實(shí)現(xiàn)增益，因此天線不僅僅是一個(gè)器件。

精彩問答

Q：國(guó)內(nèi)做得好的天線企業(yè)有哪些？5G產(chǎn)業(yè)鏈的配套是否已經(jīng)準(zhǔn)備好？

A：國(guó)內(nèi)有很多領(lǐng)先的天線企業(yè)，全世界最好的基站天線廠商十有七八在中國(guó)，其它幾家外資企業(yè)的工廠也在中國(guó)。5G現(xiàn)在有很多方案，我們不確定哪一個(gè)會(huì)最終被使用，但從目前來說，現(xiàn)有的器件基本都能滿足要求。

Q：在未來的5G終端上，天線位置的設(shè)計(jì)需要遵循什么原則？

A：未來5G終端上到底有多少位置可以給我們部署天線是個(gè)問題。目前，天線的設(shè)計(jì)還是跟著系統(tǒng)走，系統(tǒng)設(shè)計(jì)好了，才會(huì)考慮到天線的位置。從技術(shù)角度來講，離設(shè)備頭部越遠(yuǎn)越好，目前手機(jī)上一般都是雙天線，主天線一般是在下半部，因?yàn)轭^對(duì)能量有吸收遮擋；另外，天線之間盡量共用，減少天線占用的空間；第三個(gè)是多天線系統(tǒng)，原則上是越遠(yuǎn)越好，但是面積有限，需要靠空間分集、極化分集，盡量減少天線之間的相關(guān)性。

Q：有一種說法是，5G天線就是陣列貼片，陳教授怎么看？

A：如果僅僅是陣列貼片，那整個(gè)5G的挑戰(zhàn)就會(huì)大大減少，但這要看具體應(yīng)用。5G通信最低的頻段是3GHz，這和LTE相差無幾，還是要用陣子天線。如果超過5GHz，可以用陣子或者貼片，但是到28GHz以后用貼片更適合，但也可以用透鏡天線、波導(dǎo)縫隙天線，因?yàn)楦哳l波導(dǎo)的傳輸?shù)臍W姆損耗是比較小的，所以從整個(gè)系統(tǒng)的效率來看，用波導(dǎo)天線也是有可能的。如果僅限于某種形式的天線，會(huì)限制天線發(fā)揮的空間。

分享講師介紹：

陳志寧：雙博士，新加坡國(guó)立大學(xué)終身教授，國(guó)際電子電氣工程師學(xué)會(huì)會(huì)士(IEEE Fellow)，國(guó)際電子電氣工程師學(xué)會(huì)天線與傳播學(xué)會(huì)杰出演講人；現(xiàn)擔(dān)任IEEE Council on RFID (CRFID)副主席和杰出演講人；已發(fā)表了五百余篇科技論文，其中一百多篇IEEE Trans，出版了五部英文專著，并擁有幾十項(xiàng)國(guó)際天線專利和成功的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。