qiufeng0299 发表于 2020-10-21 21:07:06

静下心来看产业,5G天线的奥秘解读

天线用于做信号的放大、传输和接收,说到天线,想必大家都不陌生。以前的电视机、收音机、大哥大都有一根很长的天线,信号不好的时候就扭一扭,找一个信号好的方向。


天线之所以重要,是因为电磁波厉害,电磁波来无影去无踪,是唯一能够不依赖任何介质进行传播的“神秘力量”。即使在真空中,它也能来去自如,甚至跑得更好。


能抓住电磁波心思的就是天线,天线就是一个“转换器”——把传输线上传播的导行波,变换成在自由空间中传播的电磁波,或者进行相反的变换。


后来天线就慢慢缩进去了,比如手机,虽然外表看着像是天线没有了,其实内在的天线更多了。


5G的波长更短,高中物理时学过,波长短对应的是频率高,波长和频率是成反比,再加上5G信号带宽更宽,这种高频率高带宽的无线电波可承载的信息量更大。


但是也有缺点,因为5G是高频,对应的就是波长很短,所以信号的衰减性就会增强,这种高频信号“穿墙”能力较弱。


不知道大家还记不记得小灵通,虽然小灵通的信号覆盖范围比较小,一般只在市区内,但是只要在覆盖范围内,小灵通通话质量能达到跟固定电话差不多,通话质量比当时的手机要好很多。这其实不是小灵通这个手机好,而是他使用的2G信号好,波长约长,就更容易穿墙,信号质量不容易出现损失。


5G时代,可能你前面的人稍微壮了点,就能把你从前面过来的信号挡住。


这个时候就需要更多的天线,运用到大规模天线技术,也就是 Massive MIMO 就会派上用场,MIMO(Massive Multiple Input Multiple Output)技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线,使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收,从而改善通信质量。


天线的数量从4G的4根8根,变成16根 64根 128根,甚至192根。



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为了解决5G信号不好的问题,需要的技术是波束赋形,通常呢,基站发射信号是射向四周平均发出去,波束赋形能使电磁波指向它所提供服务的设备,而且可以根据设备的移动转变方向,提高信号质量。以前相当于一顶大灯,5G的波束赋形相当于追光灯,追着手机跑。



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在波束赋形技术中,基站侧拥有多根天线,可以自动调节各个天线发射信号的相位,使其在手机接收点形成电磁波的有效叠加。产生更强的信号增益来克服损耗,从而达到提高接收信号强度的目的。


通信系统中,天线的数目越多、规模越大,波束赋形能够发挥的作用也就越明显。 


大规模的天线阵列是外在形态,波束赋形就是灵魂。两者相辅相成,缺一不可。
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5G时期,基站天线的结构更复杂,集成度更高,结构与形态上的变化包括:


1)4G天线以4/8通道为主,5G天线以64通道为主;


2)4G天线与射频分开,5G天线部分与RRU集成AAU(有源天线);


3)传统基站天线主要由辐射单元(振子)、反射板(底板)、功率分配网络(馈电网络)、封装防护(天线罩)、电调天线控制器RCU组成。5G天线,振子、功放、滤波器都集成到PCB上。


图:5G基站天线

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这些是天线在技术角度上的一些重要变化,那从产业链的角度来看,天线领域有一个非常重要的趋势,就是天线被纳入统一设计。


天线厂商过去是非常独立的,比如凯瑟琳、通宇通讯、京信通信等。以前天线由运营商采购,但是现在大部分天线开始由设备商采购,所以我们会看到天线厂商已经被纳入供应链,比如爱立信供应链,华为供应链,中兴供应链等等,被纳入统一设计,设备商的话语权会更强。其中也有一些天线厂家直接被设备商收购了,比如爱立信收购了凯瑟琳天线。


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从产业价值来看,天线行业在5G时代是有量价齐升的趋势,国内5G基站天线市场约为567亿元,建设高峰期每年市场约120亿元。


从数量上来看,很明显的,基站数比4G增多,天线需求更大。


从价格来看,4G天线最新报价约1200元/副,5G天线约合3500元/副。


另外大规模天线技术也会在天线材料方面带来机会,对比以前的天线和现在的天线,现在的天线排布非常密。那么将来天线做的这么大、这么密,一定会非常沉,那就不实用了。以前很多天线都是金属做的,现在有些公司提出用塑料镀铝降低重量,所以大规模天线也会带来天线材料上的一些机会。
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