生活中的光束，光束也是波束的一種

工程師利用波束已經有相當久的歷史。在二戰中，工程師已經將波束利用在雷達中，雷達通過掃描波束方向來探測整個空間中所有目標的位置。

另一個例子是衛星通訊，也即我們生活中常見用于衛星電視的“鍋蓋天線”。衛星和地面接收天線的距離非常遠，信號衰減非常大，于是衛星信號到達地面時能量已經非常小。因此，我們需要想方設法收取衛星發出的每一點信號能量。當衛星的信號向空間全方向輻射時，絕大多數能量并沒有被地面天線接收到，而是被浪費了。為了避免這種浪費，我們在接收和發射衛星信號時，都會使用波束。這樣，發射的電磁波信號都集中在一個方向上，只要接收天線能對準這個方向，就可以接收到盡可能多的信號。

波束的傳統應用是雷達（左）和衛星通訊（右）

如何實現波束成形

光束實現很簡單，只要用不透明的材料把其它方向的光遮住即可。這是因為可見光近似沿直線傳播，衍射能力很弱。然而，在無線通訊系統中，信號以衍射能力很強的電磁波的形式存在，所以無法使用生成光束的方法來實現波束成型，而必須使用其他方法。

無線通訊電磁波的信號能量在發射機由天線輻射進入空氣，并在接收端由天線接收。因此，電磁波的輻射方向由天線的特性決定。天線的方向特性可以由輻射方向圖（即天線發射的信號在空間不同方向的幅度）來描述。

普通的天線的輻射方向圖方向性很弱（即每個方向的輻射強度都差不多，類似電燈泡），而最基本的形成波束的方法則是使用輻射方向性很強的天線（即瞄準一個方向輻射，類似手電筒）。

然而，此類天線往往體積較大，很難安裝到移動終端上（想象一下iPhone上安了一個鍋蓋天線會是什么樣子）。另外，波束成形需要可以隨著接收端和發射端之間的相對位置而改變波束的方向。傳統使用單一天線形成波束的方法需要轉動天線才能改變波束的方向，而這在手機上顯然不可能。因此，實用的波束成形方案使用的是智能天線陣列。

普通天線（方向性弱）和智能天線陣列（方向性強）

智能天線陣列原理并不復雜。當由兩個波源產生的兩列波互相干涉時，有的方向兩列波互相增強，而有的方向兩列波正好抵消（如下圖）。

在波束成形中，我們有許多個波源（即天線陣列），通過仔細控制波源發射的波之間的相對延時和幅度我們可以做到電磁波輻射的能量都集中在一個方向上（即接收機所在的位置），而在其他地方電磁波輻射能量很小（即減少了對其他接收機的干擾）。

此外天線輻射的方向可以通過改變波源之間的相對延時和幅度來實現，可以輕松跟蹤發射端和接收端之間相對位置的改變。