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1、CIC中国通信学会 高频天线技术与应用高频天线技术与应用 前沿报告前沿报告 （20202020年年） 中国通信学会中国通信学会 2020年年12月月 CIC中国通信学会 版权声明版权声明 本前沿报告本前沿报告/ /白皮书白皮书版权属于版权属于中国通信学会中国通信学会，并受法律，并受法律 保护保护。转载、摘编或利用其它方式使用转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点本报告文字或者观点 的，应的，应注明注明“来源：来源：中国通信学会中国通信学会” 。违反上述声明者，本。违反上述声明者，本学学 会会将追究其相关法律责任。将追究其相关法律责任。 CIC中国通信学会 专家组和撰写组名单专家组和撰写。
2、组名单 顾问顾问( (以姓氏笔划为序以姓氏笔划为序) )： 杨银堂 西安电子科技大学 教授 中国通信学会天线与射频技术委员会 主任委员 高 鹏 中国移动通信集团设计院有限公司 教授级高工 中国通信学会天线与射频技术委员会 副主任委员 专家组：专家组： 组长：组长： 苗俊刚 北京航空航天大学 教授 长江学者 副组长：副组长： 刘 英 西安电子科技大学 教授 长江学者 张建华 北京邮电大学 教授 杰青 成员：成员： 姓名 单位 职务 胡伟东 北京理工大学 教授 陈文华 清华大学 教授 姚远 北京邮电大学 教授 康凯 电子科技大学 教授 马慧锋 东南大学 教授 程勇 南京邮电大学 教授 卜斌龙 京信。
3、通信技术（广州）有限公司 教授级高工 高峰 中国移动通信集团设计院有限公司 教授级高工 CIC中国通信学会 孙善球 京信通信技术（广州）有限公司 高级工程师 张申科 武汉虹信科技发展有限责任公司 高级工程师 华彦平 江苏亨鑫无线技术有限公司 总工程师 安涛 摩比天线技术有限公司 高级工程师 刘木林 广东通宇通讯股份有限公司 高级工程师 张涛 中国联通网络技术研究院 高级工程师 王大鹏 中国移动通信有限公司研究院 高级工程师 曹景阳 中国移动通信有限公司研究院 高级工程师 林鑫海 中国电子科技集团公司第七研究所凯 尔实验室 高级工程师 何骏涛 华为技术有限公司 高级专家 段滔 大唐移动通信设备有。
4、限公司 高级工程师 田珅 中兴通讯股份公司 高级工程师 撰写组撰写组： 单位 姓名 北京理工大学 李斌 航天 504 所 朱忠博 西安电子科技大学 赵鲁豫 深圳大学 黄冠龙 中国电信研究院 李艳芬 中国移动通信集团设计院有限公司 朱文涛 中国联通网络技术研究院 潘翔 国科量子通信网络有限公司 李新中 CIC中国通信学会 前前 言言 天线作为无线电通信、卫星通信、雷达和太空探索等系统中不可 缺少的装置，承担着通信系统收发信号的重要作用，已成为我国战略 性新兴产业的重要发展方向，是目前跨领域、综合性的研究热点。 目前我国已将高频天线产业上升到国家战略高度， 产业政策持续 利好。作为整个系统中最前端。
5、的组成部分，所有通信数据都需要通过 天线来进行传输， 因此天线性能的好坏直接影响着整个无线通信系统 的性能。移动通信、卫星通信、深空探测和军事设备作为无线通信的 重要领域，是一个国家综合实力的体现，天线在其中扮演着重要的角 色。 根据中国通信学会组织各专业委员会开展前沿报告的工作安排， 在 2020 年，天线与射频技术委员会组织我国高频天线技术产学研用 各领域专家撰写了高频天线技术与应用前沿报告 。 本报告分析了高频天线的全球发展态势和我国发展现状， 对天线 的趋向高频化与产业发展态势和技术预见进行了预测， 探讨了高频天 线在太赫兹通信领域的相关应用，提出了技术和产业政策建议。报告 内容涉及面。
6、广，可作为高校、研究机构以及通信、互联网、集成电路 等行业的技术产业发展参考，也可作为政府部门制定政策的参考。 中国通信学会天线与射频技术委员会 主任委员： 2020 年 12 月 CIC中国通信学会 目目 录录 一、一、 研究概述研究概述 . 1 二、二、 全球发展态势全球发展态势 . 1 (一) 系统热点分布 . 1 (二) 频率分布及分析 . 2 (三) 高频天线关键技术发展态势 . 4 1. 大规模 MIMO 技术 . 4 2. 同频全双工技术 . 5 3. 毫米波频段移动通信技术 . 6 4. 超宽带低复杂度信号处理 . 6 5. 网络组网架构和空口的优化 . 7 三、三、 我国发展。
7、现状我国发展现状 . 7 (一) 系统热点分布 . 7 (二) 频率分布及分析 . 8 四、四、 技术预见技术预见 . 9 (一) 高频天线研究现状 . 9 1. 天线形式 . 9 2. 天线频段 . 12 3. 天线应用场景 . 12 (二) 高频天线应用-太赫兹通信 . 15 1. 太赫兹通信概述 . 16 2. 太赫兹通信国内外现状 . 17 3. 太赫兹通信关键技术 . 23 4. 太赫兹通信系统举例 . 31 五、五、 工程难题工程难题 . 36 (一) 电大尺寸的设计和计算问题 . 36 (二) 大口径天线介质损耗 . 37 (三) 电磁兼容问题 . 38 (四) PCB 及工艺加。
8、工问题 . 38 六、六、 政策建议政策建议 . 40 (一) 加强高频天线技术总体规划部署和顶层设计 . 40 (二) 加快颁布国家高新技术有关政策 . 40 (三) 鼓励科研人员从事相关领域的研究 . 40 (四) 明确职责，加强协作 . 41 (五) 推进自主关键技术研发 . 41 CIC中国通信学会 1 一、 研究概述 天线作为无线电通信、卫星通信、雷达和太空探索等系统中不可 缺少的装置，承担着通信系统收发信号的重要作用。作为整个系统中 最前端的组成部分，所有通信数据都需要通过天线来进行传输，因此 天线性能的好坏直接影响着整个无线通信系统的性能。移动通信、卫 星通信和深空探测作为无线通。
9、信的重要领域， 是一个国家综合实力的 体现，天线在其中扮演着重要的角色。在军事方面，高质量的天线能 够更好地保障军事作战任务的成功。如今，信息化、数字化、大数据 时代已经到来，对于天线技术的发展也提出了更高的要求。通信系统 不断向更高频段、更大带宽进行发展，要求天线技术不断向高频段演 进。 目前，天线设计逐渐趋于系统化和复杂化，以应对多频段、多波 束、高频段等需求。天线的形式也多种多样，包括贴片天线、喇叭天 线、透镜天线、反射面天线等。为了应对更加复杂的应用场景，大规 模 MIMO 技术、 同频全双工技术、 超带宽低复杂度信号处理、 网络组 网机构和空口的优化等技术也逐渐涌现出来。 本报告通过。
10、分析天线技术在全球发展的态势和国内的发展现状， 对天线技术的现状和技术预见进行了预测， 探讨了高频天线技术研究 过程中会遇到的工程难题，并对产业政策提出建议。 二、 全球发展态势 (一一) 系统热点分布系统热点分布 传统微波通常被认为是频率在 300MHz 以上的电磁波， 随着移动 CIC中国通信学会 2 通信 5G、6G 以及空间通信技术的发展，毫米波和太赫兹波的应用已 经是必然的趋势，天线与射频技术正在向更高的频段演进。其应用范 围已经扩展到军事、医疗、农业、天文学、环境科学等各个方面。在 众多应用方面中，移动通信由于其快速的发展和变革，被认为是最新 兴和最有前景的领域之一。未来的移动网络。
11、（如 5G 和 6G，卫星网 络，无线 LANS，大型数据中心以及芯片内/芯片间通信）对高容量链 路的需求正在增加。这要求射频技术向能满足更大带宽的频段发展。 (二二) 频率分布及分析频率分布及分析 未来移动通信网络，不仅要针对点对点，还要面对点到多点的数 据传输。以目前最受关注的 5G 通信为例，与 4G 相比，5G 频谱效率 需要提升 515 倍，能量效率和成本效率提升百倍以上，5G 的容量预 计是 4G 的 1000 倍。这使得通信网络需要更宽的频谱带宽。目前情 况下，6GHz 以下频率资源匮乏，很难找到连续的大带宽满足 5G 系 统需求。移动通信行业的目光因此开始向高频段转移，高频段开。
12、始成 为移动通信发展的重要研究方向。ITU（国际电信联盟）-RWP5D 为 5G 定义了 eMBB（增强移动宽带） 、uRLLC（高可靠低时延） 、mMTC （海量机器类通信）三大场景，如图 1 所示。 CIC中国通信学会 3 图 1 5G 关键场景及性能指标 其中 eMBB 场景是速率的提升， 主要应对密集城区、 室内热点等 大流量场景； uRLLC 场景是降低网络时延， 主要应用于无人驾驶、 智 能工厂等低时延场景； mMTC 场景是海量大连接， 对应的是物联网等 海量机器类通信的场景。为达到上述愿景，5G 频率将涵盖低、中、 高频段：6GHz 以下的中、低频段覆盖能力强，能够实现全网覆盖。
13、， 满足高可靠低时延场景和海量机器类通信场景；6GHz 以上的高频段 拥有连续大带宽，满足增强的移动宽带场景，如图 2 所示1。 图 2 5G 关键场景对应频谱 国际来看，为抢占市场先机，美国、欧盟、韩国等全球主要国家 纷纷制定 5G 频谱政策，针对高频频谱进行了分配，如表 1 所示2。 CIC中国通信学会 4 表 1 各国频谱分配现状与计划 国家国家 高频段频谱分配情况高频段频谱分配情况 新加坡 重点关注 28GHz 毫米波频段 日本 计划于 2019 年 3 月分配 2729.5GHz 的 5G 毫米波频段 韩国 2017 年初发布国家宽带/频谱计划，高频段 27.528.5GHz 频段，。
14、计 划于 2019 年 3 月开始 5G 商用 俄罗斯 计划于 2020 年开始部署 5G，2024 年覆盖所有大城市，目前 5G 测 试高频段为 25.2529.5GHz 频段 德国 确认 26GHz（24.2527.5GHz） 、28GHz（27.529.5GHz）和 32GHz （31.833.4GHz）为 5G 毫米波频段，并认为 26GHz 最重要 英国 确定 24.2527.5 GHz 作为 5G 的高频段 美国 规划 4 大高频段用于 5G 移动网络和固定无线：27.528.35GHz （28GHz） 、3738.6GHz（37GHz） 、38.640GHz（39GHz）和 64。
15、 71GHz。其中，28GHz、37GHz 以及 39GHz 为授权频谱，6471GHz 为未授权频谱，合计约 11GHz 带宽 中国 2017 年， 工信部批复了 24.7527.5GHz 和 3742.5GHz 高频段用于 5G 技术研发试验，这样可确保未来每家运营商平均获得至少 2000MHz 带宽的 5G 高频段 (三三) 高频天线关键技术发展态势高频天线关键技术发展态势 1. 大规模大规模 MIMO 技术技术 大规模 MIMO 技术，也称为多天线技术，已经在无线通信领域 得到了广泛的应用，比如 4G，在人们的日常生活中，MIMO 技术主 要用于通信网络和 WIFI 热点。从理论可知，。
16、天线的数量对通信系统 的频率效率、传输速率和可靠性都有直接影响，为了保证未来 5G 系 统的通信服务质量， 5G 基站配备了大量的天线， 提高了 5G 通信频谱 效率。 同时， 采用大规模 MIMO 技术使通信波束集中在规划范围内， CIC中国通信学会 5 有效地避免了信号在不同区域（均为 5G）之间的干扰问题，可以大 大降低通信的传输功率。最后，大规模 MIMO 技术的应用显著提高 了网络覆盖能力和通信系统的能力， 帮助电信运营商充分利用现有的 基站地址和频谱资源，这为 5G 通信系统的开发和实现提供了巨大的 资源放大的便利4。但大规模 MIMO 技术的实施依然建立在基站的 基础上，而在对该技术进行研究时，多数都忽视了导频数目缺乏带来 的不良影响，即导频污染，对大规模 MIMO 技术的容量性能造成严 重影响。基于对这个问题的考虑，有专家认为可以对大规模 MIMO 技术服务的用户进行分类，以此达到所需的导频支出的目的。 2. 同频全双工技术同频全双工技术 未来使用 5G 移动通信技术，除了要求有高水平的频谱资源支撑 以外，还需要对频谱资源进行全面细致的分析，这就需要使用同频全 双工技术。