天华中威科技微波小课堂_2023年度十大天线技术进展

微凸天线

微凸天线代表着一种全新结构和工作机理的基本天线系统。其发明标志着印刷和集成天线结构设计由二维平面向三维立体的范式转变。微凸天线的问世有效地解决了极薄基片微带天线辐射效率低的问题。以腔模（TM01）与球模（TM10）微凸天线为例，研究发现其辐射效率相比于工作在腔模（TM01）的微带天线提高了数倍。采用特定芯片封装材料和工艺，微带天线的辐射效率实测值为10.9%，而微凸天线达到了49.5%，是微带天线辐射效率的4.5倍。另一方面，采用不同芯片集成材料和工艺，微带天线的辐射效率理论与仿真值分别是35.12%及38.72%，而微凸天线达到了85%及85.6%，是微带天线辐射效率的2.2倍。微凸天线辐射效率高的原因主要在于降低了金属损耗，同时二模协同辐射也发挥了重要作用。图1展示了太赫兹片上微凸天线的显微照片。

图1 太赫兹片上微凸天线显微照片（芯片尺寸2 x 2 平方毫米）

柔性天线

柔性天线是由南京邮电大学科学家使用碳化钛材料代替传统金属，首次采用“分子胶水”界面改性工艺和挤压印刷技术相结合的策略构建的。这种柔性超宽带碳化钛单极子天线能够在弯曲状态下实现流畅的无线通信传输。相比传统的金属材料，碳化钛具有高电导率、轻质柔性和易加工等特性。该天线在工艺测试中表现出色，是一项具有潜在广泛应用前景的创新技术。图2展示了柔性天线的实物照片。

图2 柔性天线实物照片               

灵犀天线

灵犀天线是由华为首创的一项技术，实现了在36000公里高轨道卫星通信，即使没有地面网络，也能进行卫星电话通信，并可以编辑卫星消息。这项技术采用内置式宽波束天线技术和多天线聚合增强技术。图3展示了内置灵犀天线的智能手机与卫星通信的示意图。

图3  内置灵犀天线的智能手机与卫星通信示意图

屏上天线

屏上天线是由维信诺（Visionox）研发的双频双极化5G毫米波屏上天线技术。该技术将毫米波天线阵列集成内嵌入OLED显示屏，克服了与光学和触控的兼容挑战。维信诺的屏上天线设计在2023年的全球年度显示领域顶级会议上展出，并获得了多个奖项。图4展示了配置了屏上天线的屏体照片。

图4 维信诺配置AoD 的屏体照片    

纯金属高增益发射阵列天线

纯金属高增益发射阵列天线是由东南大学和南京航空航天大学科学家使用紫外光刻技术与微电铸技术相结合成功开发的。该天线在0.91 THz时达到峰值36.47 dBi的增益，具有优异的性能。图5展示了该阵列天线的照片和扫描电子显微镜图像。

图5 纯金属结构高增益THz透射阵列天线照片及扫描电子显微镜图像

通用超表面天线

通用超表面天线是由香港城市大学与东南大学科学家合作研发的，能够个别或同时调控电磁幅射的波幅、相位、频率、极化及方向。这项技术有望在第六代(6G)无线通信系统中得到应用。图6展示了通用超表面天线的实物照片。

图6 通用超表面天线实物照片

银河航天星载相控阵天线

2023年7月23日银河航天灵犀03星在太原卫星发射中心发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。银河航天在灵犀03星上成功实现了终端到终端低轨卫星通信测试。灵犀03星数字载荷中的相控阵天线，采用了新型螺旋线式阵列排布技术和混合波束成形天线架构，相比于传统的排布方式，生成的多波束能量更集中，信号干扰更小，集成度更高，体积更小巧。后续，银河航天将进一步在轨验证下一代低轨宽带卫星通信技术，包括星上交换、信令波束等，不断探索通信卫星应用新模式，为我国卫星互联网建设提供技术支撑。图7是银河航天可堆叠平板卫星示意图。

图7 银河航天可堆叠平板卫星示意图

中国之眸

2023年9月20日，中国参与研制的国际大科学工程平方公里阵列射电望远镜（SKA）进入建设阶段以来建成的首台中频天线，在中国电科网络通信研究院测试现场正式吊装，不久后将运往位于南非的目的地。之后，中国电科将陆续完成SKA建设阶段首批64台中频天线的生产。中频天线结构是SKA中频阵列的核心设施。首台中频天线的研制成功，标志着SKA中频天线结构已经基本达到技术就绪和批量生产状态，正式进入建设阶段。图8是国际大科学工程平方公里阵列射电望远镜首台中频天线吊装照片。

图8 国际大科学工程平方公里阵列射电望远镜首台中频天线吊装照片

千眼天珠

中国之眸是指中国参与研制的国际大科学工程平方公里阵列射电望远镜（SKA）中的中频天线。首台中频天线已经进入建设阶段，标志着SKA中频天线结构已经达到技术就绪和批量生产状态。这是中国电科网络通信研究院测试现场吊装的首台中频天线，将用于监测太阳和日地空间传播链条。图8展示了国际大科学工程平方公里阵列射电望远镜首台中频天线吊装的照片。

千眼天珠是指位于四川省稻城县噶通镇的圆环阵太阳射电成像望远镜。该望远镜由313部直径6米的抛物面天线构成，被称为“千眼天珠”，是全球规模最大的综合孔径射电望远镜之一。图9展示了圆环阵太阳射电成像望远镜的照片。

图9 圆环阵太阳射电成像望远镜照片    

媲美“天眼”的 110 米大口径天线

新疆奇台110米口径全向可动射电望远镜是由中国电科39所提出的基于主副伺协同控制的大口径天线高精度控制技术。这项技术利用全数字信号提高了伺服控制精度和反应速度，确保射电望远镜观测的高质量。图10展示了新疆奇台110米口径全向可动射电望远镜的效果图。

图10 新疆奇台110米口径全向可动射电望远镜效果图