2017年天線技術論文(2)
2017年天線技術論文篇二
新型天線技術發展趨勢分析
摘要：本文對新型天線技術進行預測和新型天線關鍵技術進行分析，詳細的闡述了新型天線技術和傳統的天線技術區別與聯系，對描述了新型天線對無線通信領域帶來哪些好處。
關鍵詞：天線技術、多制式、有源
1 未來天線技術發展預測
從無線網絡發展趨勢及運營商面臨的各種挑戰來看，天線技術未來的發展必將遵循以下幾個方向。
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。小型化是一個基礎性技術，是天線永恒的發展方向。
⑵多種制式網絡共天線應用
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制式，而且可以根據系統的不同要求實現每一個制式的獨立調節。多制式天線的應用將節省建站成本和天面資源，靈活滿足每種制式的網絡覆蓋要求。
⑶天線功能模式向智能化功能方向發展
未來天線實現智能化的波束賦形、波束指向控制、波束分裂和遠程控制，靈活滿足各種場景的應用需求。通過天線的智能化實現系統間互操作和資源的優化利用，最終實現智能化的運維方式。
⑷天線與射頻模塊連接由分離式向集中式發展
未來集中式的設備代替分離式的設備，光纖代替電纜，天線與主設備實現小型化和一體化并充分結合，實現天面資源的節約和靈活的部署方式，適應網絡扁平化的發展趨勢。
2 新型天線關鍵技術分析
2.1小型化天線技術
天線小型化有兩種實現方式。第一種是通過優化天線設計方案，實現服務區外電平快速下降、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的饋電網絡等途徑提高天線輻射效率，從而實現同等增益下天線體積的縮小。這種方式天線的性能指標不變，但是限于技術難度，體積下降程度有限，實現難度比較大而且成本較高。第二種實現方式是通過降低天線的增益來實現體積的減小。這種方式的體積下降明顯，增益每降3dB體積就會縮小一半，比較容易實現，但是小型化之后增益指標的下降會限制天線的應用范圍。為保證天線小型化后的性能滿足不同場景的應用需求，未來天線小型化技術應在第一種實現方式上發展。目前移動通信天線通過第一種方式實現一定程度的小型化，業內也有小型化天線的應用案例，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，而且性能指標有待提高，工作頻段較窄。如果在網應用，需要多個小型化天線同時工作才能全頻段覆蓋，這就失去了小型化的優勢和意義。
2.2 多制式天線技術
多制式天線就是讓不同通信系統共用一副天線，以便有效地節約安裝空間。多制式天線的實現主要是通過在天線內部合理的放置輻射單元實現天線工作頻段的寬帶化，以及通過信號合路和分路實現不同頻段信號的調節和控制多制式天線超越了傳統意義上的超寬帶天線，實現不同制式的獨立調節。目前超寬帶天線僅工作頻段覆蓋多個制式的網絡，每個制式無法實現獨立靈活的調節，這就無法在不同制式需要不同下傾角的場景下應用，而且較為嚴重的系統間干擾問題限制了超寬帶天線的應用推廣。
2.3有源天線技術
有源天線是為了優化某項或者多項系統性能參數而將無線電波感應器或輻射器與有源射頻電路結合為一體的天線設備。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發展初期的產品形態，直接將射頻模塊與天線對接，通過疊加的方式實現有源射頻設備和天線的一體化連接，可以減少天線與有源設備之間的饋線連接，降低天饋系統損耗，提高網絡覆蓋場強，如圖2所示。融合式有源天線屬于技術成熟期的產品形態，將射頻處理單元獨立地與每個天線輻射單元融合一體，實現每個輻射單元的收發獨立控制，可以有效提高網絡覆蓋質量。有源天線是未來網絡發展的必然趨勢。目前業內提出了有源天線的概念，并針對自身的產品做了大量宣傳。但是有源天線還處于發展初期，天線輻射單元和射頻模塊通過物理疊加或簡單組合實現有源化，工作頻段相對較窄，無法實現有源天線的優越功能，而且天線有源化后，受限于基帶信號傳輸接口，天線與主設備之間無法互聯互通，不利于未來有源天線技術和產業的良性發展。
3 新型天線標準化和產品應用推動
相對現有天線新型天線具有明顯的優勢，但新型天線的技術成熟、產品開發及標準化工作的完成需要突破現有技術的各種限制，需要解決在此過程中出現的各種問題。這就需要業界共同推動，盡早實現新型天線的成熟和應用。
新型天線由于設計方案的改變，性能指標要求和測試方法相對會有較大的改變，目前現行的天線技術要求和測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雜化。另外，由于有源天線加入了有源器件導致穩定性降低，因此目前移動通信系統中無源天線相關技術要求和測試規范不能適用于有源天線系統。為了切實推動新型天線的產品開發及其在移動通信領域的應用，結合目前的網絡運營需求和有源天線工作特性，有必要有針對性地提出新型天線的各項技術要求以及性能指標測試方法。
新型天線技術的成熟不可避免地要突破現有技術的限制。多制式天線的技術成熟要解決不同制式信號之間的干擾，實現不同制式的靈活控制，這就要求應用新型器件以適應新的技術要求，比如高性能的移相器、高隔離度的合路器等。智能化天線要實現天線波束在多個維度的掃描，實現遠程控制技術以及尋求合適的賦形算法來降低實現難度等。有源一體化天線要突破現有器件體積和性能的限制，推廣多頻帶芯片級的射頻器件在天線系統中的應用，實現射頻模塊和天線模塊的融合。
4 結束語
由無線通信網絡的發展趨勢來看，傳統的天線越來越難以滿足網絡覆蓋的需求，新型天線取代傳統天線是天線技術發展的必然趨勢。通過實現天線的小型化，有利于站址選取，節約天面資源，美化無線通信基站，降低選址難度和公眾對于電磁輻射的恐慌度，實現無線通信與環境的和諧發展;實現天線的多制式，可有效減少天線數量，降低移動通信系統的建網與運維成本，有利于實現移動通信網絡的共建共享;實現天線的有源化，可以有效提高網絡覆蓋的智能化程度，降低射頻信號傳輸損耗，提高基站的功放效率，增強網絡覆蓋性能。
參考文獻
[1] 樊昌信《通信原理》 第五版2006年
[2] 王濤 基于nRF24L01的2.4GHz無線通信系統設計 《無線電通信技術》 2011年3月
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