（文章來源：電子元件技術(shù)網(wǎng)）

這包括單個天線的設(shè)計以及系統(tǒng)層面上的技術(shù)，系統(tǒng)層面的上文有提到，例如多波束、波束成形、有源天線陣、Massive MIMO等。從具體天線設(shè)計來看，超材料為基礎(chǔ)的概念發(fā)展出來的技術(shù)將會大有裨益。目前超材料已經(jīng)在3G和4G上取得了成功，例如實現(xiàn)了小型化、低輪廓、高增益和款頻段。

第二個是，襯底或者封裝集成天線。這些天線主要用在頻率比較高的頻段，也就是毫米波頻段。雖然高頻段的天線尺寸很小，但天線本身的損耗非常大，所以在終端上最好把天線和襯底集成或者更小的封裝集成。第三個是電磁透鏡。透鏡主要應(yīng)用于高頻段，當波長非常小的時候，放上一個介質(zhì)可以去到聚焦的作用，高頻天線體積并不大，但是微波段的波長很長，這就導(dǎo)致透鏡很難使用，體積會很大。

第四個是MEMS的應(yīng)用。在頻率很低的時候，MEMS可以用作開關(guān)，在手機終端，如果能對天線進行有效的控制、重構(gòu)，就可以實現(xiàn)一個天線多用。

以電磁透鏡為例，這一設(shè)計引進了一個概念：在多單元的天線陣列前面放了一個電磁透鏡（這里指應(yīng)用于微波或毫米波低端頻段的透鏡，與傳統(tǒng)光學(xué)透鏡不同），當光從某一個角度入射后，就會在某一個焦平面上產(chǎn)生斑點，這個斑點上就集中了大量的能力，這就意味著在很小的區(qū)域內(nèi)把整個能力的主要部分接收下來。

當入射方向變化，斑點在焦平面上的位置也會發(fā)生變化。如上圖，當角度正投射的時候，產(chǎn)生了黑顏色的能量分布，如果是按照某個角度θ入射（紅顏色），主要能量就偏離了黑顏色區(qū)域。用這個概念可以區(qū)分能量是從哪里來的，入射的方向和能量在陣列上或者焦平面上的位置是一一對應(yīng)的。反之，在不同的位置激勵天線，天線就會輻射不同的方向，這也是一一對應(yīng)的。

如果用多個單元在焦平面上輻射，就可以產(chǎn)生多個載波束的輻射，也就是所謂的波束成形；如果在這些波束之間進行切換，就出現(xiàn)波束掃描的現(xiàn)象；如果這些天線同時用，就可以實現(xiàn)Massive MIMO。這個陣列可以很大，但在每個波束上只要用很少的陣列就可以實現(xiàn)高增益的輻射。

普通的陣列如果有同樣大小的口徑，每次收到的能量是要所有的單元必須在這個區(qū)域內(nèi)接收能量，如果在很大區(qū)域只放一個單元收到的能量只是非常小的一部分；和普通陣列不同的是，同樣的口徑在沒有任何損耗的情況下，只用很少的單元就可以接收到所有的能量，不同的角度進來，這些能量可以被不同的地方同時接收。

這大大簡化了整個系統(tǒng)，如果每次工作只有一個方向的時候，只要一個局部的天線工作就可以，這就減少了同時工作天線的個數(shù)。而子陣的概念不同，它是讓局部多天線構(gòu)成子陣，這時候通道數(shù)是隨著子陣單元數(shù)的增加而減少的。例如10×10的陣列，如果用5×5變成子陣的話，那么就變成了只有四個獨立的通道，整個信道數(shù)也就減少了。

上圖右側(cè)顯示的是在基帶上算出來透鏡對系統(tǒng)的影響，水平方向是天線個數(shù)，假設(shè)水平方向上一個線陣有20個單元，用透鏡的情況下，只用5個單元去接受被聚焦后的能量比不用透鏡全部20個單元都用上的效果要更好，前者的通信質(zhì)量更高以及成本、功耗更低。即便是最糟糕的情況，波從所有方向入射，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(shù)，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(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）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(cè)所示，前面的透鏡是用超材料制成的屏幕透鏡，用兩層PCB刻成不同的形狀進行相位的調(diào)整，以實現(xiàn)特定方向的聚焦。右側(cè)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(yīng)用，同時也驗證了超材料技術(shù)在天線小型化的作用。
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