2017年天線技術(shù)論文(2)
2017年天線技術(shù)論文篇二
新型天線技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析
摘要：本文對(duì)新型天線技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)和新型天線關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，詳細(xì)的闡述了新型天線技術(shù)和傳統(tǒng)的天線技術(shù)區(qū)別與聯(lián)系，對(duì)描述了新型天線對(duì)無線通信領(lǐng)域帶來哪些好處。
關(guān)鍵詞：天線技術(shù)、多制式、有源
1 未來天線技術(shù)發(fā)展預(yù)測(cè)
從無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)及運(yùn)營商面臨的各種挑戰(zhàn)來看，天線技術(shù)未來的發(fā)展必將遵循以下幾個(gè)方向。
⑴天線體積小型化
天線小型化是在保證天線性能基本不變的條件下，減小天線的體積。小型化是一個(gè)基礎(chǔ)性技術(shù)，是天線永恒的發(fā)展方向。
?、贫喾N制式網(wǎng)絡(luò)共天線應(yīng)用
未來多種制式共用一面超寬帶天線，不僅天線工作頻段覆蓋多個(gè)制式，而且可以根據(jù)系統(tǒng)的不同要求實(shí)現(xiàn)每一個(gè)制式的獨(dú)立調(diào)節(jié)。多制式天線的應(yīng)用將節(jié)省建站成本和天面資源，靈活滿足每種制式的網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求。
?、翘炀€功能模式向智能化功能方向發(fā)展
未來天線實(shí)現(xiàn)智能化的波束賦形、波束指向控制、波束分裂和遠(yuǎn)程控制，靈活滿足各種場(chǎng)景的應(yīng)用需求。通過天線的智能化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間互操作和資源的優(yōu)化利用，最終實(shí)現(xiàn)智能化的運(yùn)維方式。
?、忍炀€與射頻模塊連接由分離式向集中式發(fā)展
未來集中式的設(shè)備代替分離式的設(shè)備，光纖代替電纜，天線與主設(shè)備實(shí)現(xiàn)小型化和一體化并充分結(jié)合，實(shí)現(xiàn)天面資源的節(jié)約和靈活的部署方式，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)扁平化的發(fā)展趨勢(shì)。
2 新型天線關(guān)鍵技術(shù)分析
2.1小型化天線技術(shù)
天線小型化有兩種實(shí)現(xiàn)方式。第一種是通過優(yōu)化天線設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)外電平快速下降、壓低旁瓣和后瓣，降低交叉極化電平，采用低損耗、無表面波寄生輻射、低VSWR的饋電網(wǎng)絡(luò)等途徑提高天線輻射效率，從而實(shí)現(xiàn)同等增益下天線體積的縮小。這種方式天線的性能指標(biāo)不變，但是限于技術(shù)難度，體積下降程度有限，實(shí)現(xiàn)難度比較大而且成本較高。第二種實(shí)現(xiàn)方式是通過降低天線的增益來實(shí)現(xiàn)體積的減小。這種方式的體積下降明顯，增益每降3dB體積就會(huì)縮小一半，比較容易實(shí)現(xiàn)，但是小型化之后增益指標(biāo)的下降會(huì)限制天線的應(yīng)用范圍。為保證天線小型化后的性能滿足不同場(chǎng)景的應(yīng)用需求，未來天線小型化技術(shù)應(yīng)在第一種實(shí)現(xiàn)方式上發(fā)展。目前移動(dòng)通信天線通過第一種方式實(shí)現(xiàn)一定程度的小型化，業(yè)內(nèi)也有小型化天線的應(yīng)用案例，但限于各種因素，目前小型化天線的安裝仍需要一定的天面資源，而且性能指標(biāo)有待提高，工作頻段較窄。如果在網(wǎng)應(yīng)用，需要多個(gè)小型化天線同時(shí)工作才能全頻段覆蓋，這就失去了小型化的優(yōu)勢(shì)和意義。
2.2 多制式天線技術(shù)
多制式天線就是讓不同通信系統(tǒng)共用一副天線，以便有效地節(jié)約安裝空間。多制式天線的實(shí)現(xiàn)主要是通過在天線內(nèi)部合理的放置輻射單元實(shí)現(xiàn)天線工作頻段的寬帶化，以及通過信號(hào)合路和分路實(shí)現(xiàn)不同頻段信號(hào)的調(diào)節(jié)和控制多制式天線超越了傳統(tǒng)意義上的超寬帶天線，實(shí)現(xiàn)不同制式的獨(dú)立調(diào)節(jié)。目前超寬帶天線僅工作頻段覆蓋多個(gè)制式的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)制式無法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立靈活的調(diào)節(jié)，這就無法在不同制式需要不同下傾角的場(chǎng)景下應(yīng)用，而且較為嚴(yán)重的系統(tǒng)間干擾問題限制了超寬帶天線的應(yīng)用推廣。
2.3有源天線技術(shù)
有源天線是為了優(yōu)化某項(xiàng)或者多項(xiàng)系統(tǒng)性能參數(shù)而將無線電波感應(yīng)器或輻射器與有源射頻電路結(jié)合為一體的天線設(shè)備。有源天線可分為疊加式有源天線和融合式有源天線。疊加式有源天線屬于技術(shù)發(fā)展初期的產(chǎn)品形態(tài)，直接將射頻模塊與天線對(duì)接，通過疊加的方式實(shí)現(xiàn)有源射頻設(shè)備和天線的一體化連接，可以減少天線與有源設(shè)備之間的饋線連接，降低天饋系統(tǒng)損耗，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋場(chǎng)強(qiáng)，如圖2所示。融合式有源天線屬于技術(shù)成熟期的產(chǎn)品形態(tài)，將射頻處理單元獨(dú)立地與每個(gè)天線輻射單元融合一體，實(shí)現(xiàn)每個(gè)輻射單元的收發(fā)獨(dú)立控制，可以有效提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量。有源天線是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前業(yè)內(nèi)提出了有源天線的概念，并針對(duì)自身的產(chǎn)品做了大量宣傳。但是有源天線還處于發(fā)展初期，天線輻射單元和射頻模塊通過物理疊加或簡單組合實(shí)現(xiàn)有源化，工作頻段相對(duì)較窄，無法實(shí)現(xiàn)有源天線的優(yōu)越功能，而且天線有源化后，受限于基帶信號(hào)傳輸接口，天線與主設(shè)備之間無法互聯(lián)互通，不利于未來有源天線技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。
3 新型天線標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品應(yīng)用推動(dòng)
相對(duì)現(xiàn)有天線新型天線具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但新型天線的技術(shù)成熟、產(chǎn)品開發(fā)及標(biāo)準(zhǔn)化工作的完成需要突破現(xiàn)有技術(shù)的各種限制，需要解決在此過程中出現(xiàn)的各種問題。這就需要業(yè)界共同推動(dòng)，盡早實(shí)現(xiàn)新型天線的成熟和應(yīng)用。
新型天線由于設(shè)計(jì)方案的改變，性能指標(biāo)要求和測(cè)試方法相對(duì)會(huì)有較大的改變，目前現(xiàn)行的天線技術(shù)要求和測(cè)試方法無法滿足未來新型天線的需求。比如，有源天線與無源天線的不同之處在于內(nèi)部加入了有源器件，有源天線的輸出能量不完全來自輸入能量，天線本身也提供能量。這就使得有源天線具有單向的傳輸特性，不再具有發(fā)射和接收互易性，有源天線中的增益、噪聲和非線性之間存在矛盾因而使得問題更加復(fù)雜化。另外，由于有源天線加入了有源器件導(dǎo)致穩(wěn)定性降低，因此目前移動(dòng)通信系統(tǒng)中無源天線相關(guān)技術(shù)要求和測(cè)試規(guī)范不能適用于有源天線系統(tǒng)。為了切實(shí)推動(dòng)新型天線的產(chǎn)品開發(fā)及其在移動(dòng)通信領(lǐng)域的應(yīng)用，結(jié)合目前的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營需求和有源天線工作特性，有必要有針對(duì)性地提出新型天線的各項(xiàng)技術(shù)要求以及性能指標(biāo)測(cè)試方法。
新型天線技術(shù)的成熟不可避免地要突破現(xiàn)有技術(shù)的限制。多制式天線的技術(shù)成熟要解決不同制式信號(hào)之間的干擾，實(shí)現(xiàn)不同制式的靈活控制，這就要求應(yīng)用新型器件以適應(yīng)新的技術(shù)要求，比如高性能的移相器、高隔離度的合路器等。智能化天線要實(shí)現(xiàn)天線波束在多個(gè)維度的掃描，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制技術(shù)以及尋求合適的賦形算法來降低實(shí)現(xiàn)難度等。有源一體化天線要突破現(xiàn)有器件體積和性能的限制，推廣多頻帶芯片級(jí)的射頻器件在天線系統(tǒng)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)射頻模塊和天線模塊的融合。
4 結(jié)束語
由無線通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)來看，傳統(tǒng)的天線越來越難以滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋的需求，新型天線取代傳統(tǒng)天線是天線技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。通過實(shí)現(xiàn)天線的小型化，有利于站址選取，節(jié)約天面資源，美化無線通信基站，降低選址難度和公眾對(duì)于電磁輻射的恐慌度，實(shí)現(xiàn)無線通信與環(huán)境的和諧發(fā)展;實(shí)現(xiàn)天線的多制式，可有效減少天線數(shù)量，降低移動(dòng)通信系統(tǒng)的建網(wǎng)與運(yùn)維成本，有利于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的共建共享;實(shí)現(xiàn)天線的有源化，可以有效提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋的智能化程度，降低射頻信號(hào)傳輸損耗，提高基站的功放效率，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能。
參考文獻(xiàn)
[1] 樊昌信《通信原理》 第五版2006年
[2] 王濤 基于nRF24L01的2.4GHz無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 《無線電通信技術(shù)》 2011年3月
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