引言
进入5G时代以后，融合了射频和天线功能的大规模阵列产品(MassiveMIMO)成为基站无线设备的主流形态，产品形态的变化对基站天线技术和产业的发展都产生了深远的影响。在技术方面，通信制式的发展促使对基站天线的需求向五个方向转变：从宽波束向窄波束转变，从单波束向多波束转变，从小阵列向大阵列转变，从单频段向多频段转变，从静态覆盖向动态扫描转变。在产业方面，天线形态和需求的转变也促使传统天线产业革新生产技术，研发新材料和新工艺，推出塑料一体化振子、天线滤波器一体化等创新方案，同时也更加注重产品的集成化、小型化和轻量化，以适应新技术新形态新需求。
5G NR将广播信道定义为多个可动态扫描的SSB,使广播波束也可以像业务波束一样成为窄波束，利用窄波束提高天线波束的增益，增强基站的覆盖能力；而随着频率的不断升高，传播和穿透的损耗显著增加，与提升射频发射功率等其他方法相比，提*天升**线增益仍是同时改善上下行能力中最具性价比的方法，同时也是降低基站设备功耗，实现绿色5G双碳目标的重要途径。因此可以预见，天线阵列的规模还会越来越大，波束也会越来越窄。另一方面，窄波束的组网方式也促进了网络的精细化设计，针对立体覆盖的差异化需求，天线波束的数量、层数、宽度及分布等都可以进行针对性的设计，以增强基站的覆盖质量；与之对应地，波束的灵活性和多样化又给网络的运维优化提出了巨大挑战，需要基站天线的调整能够更加智能、更加高效。这将使得基站系统与天线间的耦合越来越紧密，天线的设计需要与系统协同进行。为了增强天线的实时调控能力，天线也在阵列中引入越来越多的数字器件，形成如数模正交新架构，和基带数字通道一起塑造天线的波束赋形能力。可以说，波束更窄、增益(效率)更高、覆盖更准、赋形更智，是网络演进对天线技术提出的长期需求。
从应用的角度来看，5G将移动通信的网络覆盖延伸到了前所未有的范围，上至航线，下至矿井，远至深海，天线的场景化应用需求也越来越丰富，基站天线切实发挥了5G触角的作用。根据不同场景的环境特征与覆盖需求，设计针对性的天线方案，并与5GNR特性相结合，场景化的天线设计可以比4G时代的特型天线更进一步，成为5G精准覆盖的高性价比方案。
在这些多元化的解决方案中，一些采用了新材料、新技术、新形态的天线方案也受到越来越多的关注。如采用了人工可控介电常数材料的透镜天线，发挥了介质损耗低、聚焦能力强等特色，在网络中逐步获得了应用。再如透明材料天线，通过新型高透导电材料的应用，不仅提高了天线部署的环境适应性，还使得天线在玻璃、车窗等特殊载体上应用成为可能，并拓展出了频率选择表面、波束增透等新应用方向。这些新材料、新技术、新形态的出现，拓展了5G网络的覆盖广度，也为天线产业的发展打开了新的窗口。
随着双碳战略的发布和实施，绿色低碳也将成为天线技术和产业发展的重要驱动力。5G基站的能耗问题在建设初期引起了各方的关注，运营商和产业也在不断提出新的技术方案，持续推动基站设备的节能降耗。基站天线作为无线能量转换的媒介，也越来越需要考虑生产和应用中的碳排放和能量损耗，需要从设计、生产和应用等各个环节开展研究和技术革新，以适应绿色低碳的时代要求，保持和提高天线行业的全球长期竞争力。
本白皮书将着眼于上述演进需求和新技术方向，对后5G时代基站天线的能力要求、关键技术和推进方向进行初步阐述，希望能够为产业在规划设计产品和解决方案时提供参考。第一章阐述大规模阵列天线的架构和技术演进；第二章从绿色低碳的需求视角描述天线的设计、生产和指标评价体系；第三章探讨场景化应用对天线的需求和创新方向；第四章对天线的前沿技术进行展望。
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来源：中国移动研究院