绿色天线技术及产业发展趋势

摘要本文介绍了绿色天线的技术发展方向，包括为实现低损耗高效率所采用的选材和设计方法，以及低污染、低排放的绿色生产工艺等；指出了绿色天线在指标和评价方法上的变化，分析了采用绿色技术后对天线制造成本及产线带来的影响，最后总结了绿色天线产业发展趋势和挑战。

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背景及价值

在国家双碳战略的背景下，工信部出台了《信息通信行业绿色低碳发展行动计划 （2022-2025年）》，要求2025年对比2020年，单位信息流量综合能耗下降20%，单位电信业务总量综合能耗下降15%，5G基站能效提升20%。为实现这一目标，迫切需要运营商和产业共同努力，持续推动基站节能降耗。作为基站信号收发的关键部件，天线的绿色低碳设计有着重要意义。

绿色天线优化了原材料的环保属性，采用了先进的生产工艺，减少了生产过程中的能量消耗和有害物质排放，有助于制造企业实现绿色转型升级，达成双碳目标；对移动通信网络来说，绿色天线降低了自身对基站射频功率的损耗，使得相同的基站功率下可以比传统天线覆盖更大的范围，或同等覆盖能力下可以减少发射功率，实现基站节能减排。中国移动的外场试点结果显示，绿色天线在相同基站发射功率下可提升覆盖2~3dB，相同覆盖水平下可通过降低基站发射功率实现节能5%左右。

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绿色天线的设计方向

（一）低损高效设计

基站天线的部件组成中，馈电功分和移相网络为融合设计，共同构成了天线内部损耗的主要来源。为了减小馈电损耗，中国移动面向产业提出了少电缆技术，通过空气带线替代内部的同轴电缆连接。目前少电缆的设计方案可分为两类，一类是将移相器的出口设计得尽可能靠近振子，但仍有一小段电缆连接，在设计上保留一定的灵活性；另一类是将振子和移相器出口直接连接，以尽可能地降低损耗。这两类方式各有优缺点，在业界均有采用，厂商在设计时还可能根据需要对不同频段采用不同的设计方式。

其他方面，在振子阵列设计上，除了单独的振子单元，还需要考虑多频天线中高低频的去耦隔离。天线外罩的选材上，探索新型复合材料，在满足强度和可靠性要求的同时，实现低介电常数低、低损耗特性。天线的布局设计、其他零部件的优化等对于提升辐射效率也会起到积极作用。综合上述设计，绿色天线可以获得较传统天线更高的辐射效率，低频提升约10%，高频则更为明显，可在25%以上。

（二）低碳环保设计

低碳环保是绿色天线设计需要考虑的另一个重要方面，主要包括物料选择和生产工艺。物料方面的低碳环保设计，目前有以下方向：外罩采用新型复合外罩后替代传统的玻璃钢（FRP）和硬质聚氯乙烯（UPVC），在满足强度和可靠性要求的同时，优化了电性能，提高了可回收性。包材采用如瓦楞纸板、蜂窝纸板、淀粉发泡材料等更加环保的缓冲材料，并通过循环再利用等方式提升材料的利用率。再如探索采用高强度塑料等非金属材料，通过注塑工艺实现支架，无需再做热浸锌等防腐处理；通过反射板结构上的创新设计，在满足强度和可靠性要求的前提下减小厚度，减少铝材的使用等等。

绿色生产工艺包含以下方面：采用耦合馈电、激光熔焊、物理镀膜等工艺实现免电镀焊接；提倡无铅焊接工艺；采用钣金覆膜替代裸板直接加工，避免使用化学清洗药剂；采用模具成型的橡胶条和橡胶垫进行封装，避免使用硅酮胶等。

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绿色天线的指标评价

（一）天线能效评价

传统的无源基站天线基本上不包含有源部件，作为射频能量的转换装置，其对能量的利用能力主要考察辐射效率，即辐射到空间的功率与馈入到天线端口的输入功率之比。在此基础上，中国移动进一步提出将辐射效率和波束效率的乘积定义为天线能效，其物理意义即天线有效辐射角域范围内的主极化辐射功率与输入到天线端口的功率之比。通过定义这样一个复合指标，即能考察到和天线内部损耗、阻抗匹配相关的辐射效率，又能考虑到波束的有效覆盖范围，从能量有效利用的角度来说更为全面和准确。

（二）碳足迹评价

绿色基站天线作为产品，其碳足迹体现了在原料、制造、运输、销售、使用、废弃和回收等全生命周期中所产生的碳排放。基于ISO 14067:2018，绿色天线产品的碳足迹可以采用生命周期评价法评估（LCA）。将天线的全生命周期大致分为原材料提取、生产制造、周转运输、在网使用、生命周期末端等五个阶段，据此对天线产品进行系统评估，计算各个阶段的碳足迹占比。

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绿色天线对产品成本和生产的影响

由于绿色天线在物料选择和制造工艺上的革新，在产品化的初期会带来生产成本上的上升。其中馈电功分和移相网络采用空气带线后，随着移相器的长度增加，物料成本上升较多，对于中国移动的4448天线，总体物料成本的增加在千元左右。振子阵列、外罩等其他部分的成本变化在百元以内。同时，伴随着绿色天线对设计和生产工艺的优化，需要对天线产线进行升级改造，增加一些新技术设备。这其中的主要设备投资是焊接设备。对于短电缆方式，将移相器组件的传统PCB焊接方式升级为激光焊接，单套设备的投资在20万元左右，采用阵列级的激光焊设备成本则达上百万元。行业头部厂家仅在焊接设备的投入就可以达800-1000万元。

另一方面，采用先进的设计和制造工艺后，绿色天线在生产效率和一次性通过率方面都有了明显的提升。采用少电缆方案后，天线内部的模块化程度提升，产能相比于传统天线可提升30%以上，部分厂家叠加自动化组装技术后，生产效率可提升50%。测试方面，由于焊点数量的大幅减少和自动焊接技术的应用，有效减少了虚焊等问题的发生，一次性通过率可以提升10%~20%。此外，生产效率的提升也意味着单天线的生产工时压缩和能耗下降，实现了低碳排放。

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绿色天线的挑战与应对

绿色天线技术是未来一段时间基站天线技术演进和产业发展的主旋律。作为新兴的技术方向，也会面临一些问题和挑战，包括以下方面：

技术路线方面，针对绿色天线的性能实现，目前存在多种技术路线齐头并进，需要运营商结合网络需求和应用效果加以合理引导，推动绿色天线技术的有序发展。

物料成本方面，绿色天线采用空气带线、新材料外罩等升级方案后，加工难度和物料成本上升，需要运营商积极倡导和给予政策支持，以引导产业积极投入，通过规模化应用降低物料成本，加速绿色天线产业成熟。

工艺制造方面，绿色天线带来很多生产工艺上的重大革新，在制造设备和产线上需要不小的初期投入，需要企业勇于突破和摸索，实现绿色转型升级。

评价体系方面，绿色天线对效率、能效指标提出了新的定义和计算方法，还需要尽快推动标准化工作，形成行业共识，以指导企业的研发和产品化工作。同时，也需要运营商和测试机构针对性地完善测试环境和测试工具，实现绿色天线核心指标的快速测量和评价。

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总结与展望

绿色低碳技术是国内外制造企业和运营商都在关注的重要课题，也是实现产业转型升级的重要契机。中国移动积极鼓励产业投入绿色天线产品研发，2020年就面向产业提出了低损馈电的少电缆设计方向，并于今年完成了绿色天线相关产品的实验室测试和外场验证，即将率先启动采购应用；同步开展了绿色天线指标评价体系的研究，并在CCSA里主导立项了多项绿色天线行业标准。中国移动将继续与产业协同发力，积极开展绿色低碳的探索与尝试，不断推进节能减排的创新与实践，保持我国基站天线产品在全球的技术领先和市场竞争力。

[参考文献]

[1] 工业和信息化部：《信息通信行业绿色低碳发展行动计划 （2022-2025年）》,2022-8。

[2] 中国通信学会：《T/ZGTXXH 083-2023绿色低碳基站天线设计及评价规范》，2023-11。

[3] 中国移动通信研究院：《天线新技术新生态与产业发展白皮书》，2023-6。

审稿：无线与终端技术研究所 | 李男

本文作者

曹景阳   无线与终端技术研究所
就职于中国移动研究院，主要从事基站天线、OTA、射频连接器等领域研究工作。

邵哲   无线与终端技术研究所
就职于中国移动研究院，负责硬件创新产品及天线技术团队、主要从事国产化基站、无线硬件创新产品、基站天线等领域研究工作。

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