探究5G移動通信天線技術(shù)的發(fā)展

方徐高，呂志博，潘建民

西寧聯(lián)勤保障中心

探究5G移動通信天線技術(shù)的發(fā)展

方徐高，呂志博，潘建民

西寧聯(lián)勤保障中心

進入到21世紀之后，科學技術(shù)進行著日新月異的發(fā)展，技術(shù)不斷在進行著更新與取代。本文就對5G移動通信天線技術(shù)中的毫米波天線以及未來天線的發(fā)展趨勢作簡要探討。

5G；移動通信天線技術(shù)；毫米波天線

一、5G的概念與應用簡介

經(jīng)過長期的不斷演變，從原來的IG模擬逐漸發(fā)展為4G技術(shù)[1]，現(xiàn)階段移動通信系統(tǒng)在全世界范圍內(nèi)得到極其廣泛的使用，總?cè)藬?shù)超全球總?cè)藬?shù)的1/3，是人類日常生活當中不可或缺的一部分。當今4G得到較為廣泛的應用，5G對于人們來講還較為生疏，并且產(chǎn)業(yè)以及學術(shù)界也沒有為5G進行較為明確的定義。現(xiàn)階段只是較為片面的將每秒能夠達到100兆的傳輸速率稱之為5G，屬于下一代移動通信技術(shù)[2]。美國著名雜志《時代》也采取過一說法。

METIS是歐盟對5G進行研發(fā)的一個項目，在該項目當中提出5G需要采取無線技術(shù)來實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)進行構(gòu)建，與傳統(tǒng)的智能化自主網(wǎng)絡(luò)有著極大的差異，5G主要是把用戶體驗作為中心。

二、5G系統(tǒng)的天線技術(shù)

第五代移動通信技術(shù)，即5G，根據(jù)相關(guān)研究表明，在2020年之后5G才會得到廣泛的應用與推廣，目前技術(shù)還不夠成熟[4]。根據(jù)當前移動網(wǎng)絡(luò)所呈現(xiàn)出來的發(fā)展規(guī)律來看，5G會近一步增強頻譜能效以及利用率。其次5G技術(shù)還會以4G技術(shù)為基礎(chǔ)，使得無線移動網(wǎng)絡(luò)當中所包含的無線傳輸以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)近一步增強，對無線空間維度當中的資源進行探究，使得功率與效率持續(xù)增強[5]。另外，多天線接收（multiple-input multiple-output，MIMO）以及多天線發(fā)送技術(shù)，將是5G在天線技術(shù)上增強頻譜效率的主要方式[6]。

三、面向5G的毫米波天線分析

毫米波天線是當前較為成熟的一項通信技術(shù)，可以將其分成兩大類，即新理念設(shè)計天線以及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)天線[7]。前者所包括的有極化、微帶、行波以及類微帶天線等等，而后者包括的有喇叭、透鏡、反射以及陳列天線等等。在5G網(wǎng)絡(luò)當中，前者當中所包含的微帶天線能夠很好的應用到MIMO終端天線當中，而后者所包含的陣列天線能夠應用到規(guī)模較大的MIMO基站天線當中。其中，終端MIMO天線在對波束賦形與分集增益進行獲取時，天線所需要的振子數(shù)在二十個左右[8]。而應用到規(guī)模較大的大小基站當中的MIMO天線陣列，在進行獲取時振子數(shù)可以達到上百個，并且還能夠更多，根據(jù)空分多址的方式，可以將這些振子組成幾個用戶天線集群，將一個集群作為一個單獨的陣列，以便波束賦形以及分集增益能夠更好地提供給用戶。

其次，毫米波當中的類微帶天線還可以稱為波導天線以及集成天線，主要是指將輻射單元以及有源器件通過集成的方式組合在一塊印刷電路板當中，或者集成在砷化鎵（Ga As）基片當中，形成一個微型天線，通過集成技術(shù)能夠使得有源器件與天線阻抗得到完美的匹配。

四、未來天線技術(shù)發(fā)展預測

從現(xiàn)階段無線網(wǎng)絡(luò)所呈現(xiàn)出來的發(fā)展趨勢以及各大運營商所面臨的問題來看，未來的天線技術(shù)發(fā)展必定會遵循以下幾點：

（一）縮小天線體積

在不影響天線性能的條件下，使天線的體積減到最小。將天線縮小是天線發(fā)展的基礎(chǔ)，也是其發(fā)展一個不變的方向。

（二）多種制式網(wǎng)絡(luò)得到廣泛應用

未來多種制式共用一面超寬帶天線，并且天線工作頻段方面將會有多個制式進行覆蓋，還能夠根據(jù)不同的系統(tǒng)要求，來對單個制式進行獨立調(diào)節(jié)[9]。在未來多制式天線的全面應用會使得天面資源以及建站成本得到大幅度的降低，并充分滿足各種制式網(wǎng)絡(luò)所需要的覆蓋要求。

（三）天線功能模式更為智能化

波束的分裂與賦形以及指向與遠程控制將會在未來實現(xiàn)智能化，能夠?qū)Ω鞣N場景所要求達到的應用水準得到充分滿足[10]。天線實現(xiàn)智能化之后，系統(tǒng)之間進行相互操作以及資源利用得到近一步的優(yōu)化，從而使運維方式全面實現(xiàn)智能化的運轉(zhuǎn)。

（四）天線與射頻模塊連接由分離式向集中式發(fā)展

在未來分離式設(shè)備將會被集中式所取代，電纜也會被光纖所取代，實現(xiàn)主設(shè)備與天線之間能夠一體化以及體積更為小型化，使得天面資源能夠得到合理的利用與科學的部署，符合網(wǎng)絡(luò)進行扁平化發(fā)展的需求。

結(jié)語

現(xiàn)階段在5G方面雖然取得了一定的研究成果，但對其的探究還有較長的一段路要走，本文就5G移動通信天線技術(shù)在毫米波天線以及未來的發(fā)展發(fā)表了一些筆者自身的看法。另外，在5G天線技術(shù)方面還有許多有待我們?nèi)ソ鉀Q的問題，需要我們不斷的去進行探索與研究。

[1]劉浩男.5G移動通信的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017，（09）：35.

[2]曾偉鋒.5G移動通信天線的研究與設(shè)計[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應用，2017，（04）：122+124.

[3]何慶強，何海丹，張云，藍海.測控通信系統(tǒng)中的天線新技術(shù)[J].微波學報，2010，（05）：87-91.

[4]趙繼德，魏德芳.無線通信系統(tǒng)中的MEMS天線[J].激光雜志，2008，（02）：57-58.

[5]趙紹剛.未來無線通信中智能天線技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].數(shù)字通信世界，2006，（07）：56-60.

[6]趙紹剛.無線通信智能天線技術(shù)的未來發(fā)展趨勢[J].電信技術(shù)，2005，（09）：56-59.

[7]馬延爽.毫米波天線技術(shù)[J].無線電工程，1987，（05）：75-83+32.

[8]藍海.毫米波通信二維有源相控陣天線[J].中國新通信，2014，（03）：32-34.

[9]宋文杰.5G移動通信技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].數(shù)字通信世界，2015，（08）：39-42.

[10]李章明.5G移動通信技術(shù)及發(fā)展趨勢的分析與探討[J].廣東通信技術(shù)，2015，（04）：44-46.