所有方向入射，這20個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——用少量天線個數，達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）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個單元天線作為饋源。

如左側所示，前面的透鏡是用超材料制成的屏幕透鏡，用兩層PCB刻成不同的形狀進行相位的調整，以實現特定方向的聚焦。右側可以看出7個輻射單元性能，波瓣寬度是6.8°，旁瓣是18dB以下，增益是24-25dB。

這一實驗驗證了電磁透鏡在基站上的應用，同時也驗證了超材料技術在天線小型化的作用。

毫米波的天線設計

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

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

這種天線主要基于兩個技術：空波導傳輸的時候介質帶來的損耗很小，所以可以用空波導來進行饋源傳輸。但這存在幾個問題，因為是空氣波導，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、大體積的應用場景；另一個是微帶線技術，它可以大規模生產，但它本身作為傳輸介質的損耗很大，而且很難構成大規模天線陣列。

基于這兩個技術就可以產生襯底集成的波導技術。這一技術最早由日本工業界提出來，他們在1998年發表了第一篇關于介質集成的波導結構論文，提到了在很薄的介質襯底上實現波導，用小柱子擋住電磁波，避免沿著兩邊擴。這不難理解，當兩個小柱子的間距小魚四分之一波長的時候，能量就不會泄露出去，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在LTCC上做出來的60GHz的天線，增益達到了25dB，尺寸8×8單元。

這一方案是適合于毫米波在基站上的應用，在移動終端上有另外一種方案。

第二個解決方案是把天線設計在封裝(package integrated antenna，即PIA)。

因為天線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，把天線設計進去會增加成本，所以在工程上幾乎無法得到大規模應用。如果用封裝（尺寸比芯片大）作為載體來設計天線，不僅能設計出單個天線，還能設計天線陣列，這就避免了硅上直接做天線在體積、損耗和成本上的限制。

另外有一點需要注意的問題是，能否用PCB板做天線？答案是肯定的。

關鍵的瓶頸并不是材料自身，而是材料帶來的設計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

未來天線必須要和系統一起設計而不是單獨設計，甚至可以說天線將會成為5G的一個瓶頸，如果不突破這一瓶頸，系統上的信號處理都無法實現，所以天線已經成為5G移動通信系統的關鍵技術。天線不只是一個輻射器，它有濾波特性、放大作用、抑制干擾信號，它不需要能量來實現增益，因此天線不僅僅是一個器件。

精彩問答

Q：國內做得好的天線企業有哪些？5G產業鏈的配套是否已經準備好？

A：國內有很多領先的天線企業，全世界最好的基站天線廠商十有七八在中國，其它幾家外資企業的工廠也在中國。5G現在有很多方案，我們不確定哪一個會最終被使用，但從目前來說，現有的器件基本都能滿足要求。

Q：在未來的5G終端上，天線位置的設計需要遵循什么原則？

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問題。目前，天線的設計還是跟著系統走，系統設計好了，才會考慮到天線的位置。從技術角度來講，離設備頭部越遠越好，目前手機上一般都是雙天線，主天線一般是在下半部，因為頭對能量有吸收遮擋；另外，天線之間盡量共用，減少天線占用的空間；第三個是多天線系統，原則上是越遠越好，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5G的挑戰就會大大減少，但這要看具體應用。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、波導縫隙天線，因為高頻波導的傳輸的歐姆損耗是比較小的，所以從整個系統的效率來看，用波導天線也是有可能的。如果僅限于某種形式的天線，會限制天線發揮的空間。

分享講師介紹：

陳志寧：雙博士，新加坡國立大學終身教授，國際電子電氣工程師學會會士(IEEE Fellow)，國際電子電氣工程師學會天線與傳播學會杰出演講人；現擔任IEEE Council on RFID (CRFID)副主席和杰出演講人；已發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，并擁有幾十項國際天線專利和成功的技術轉讓。