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点对点无线通信系统的微波毫米波无源天线及器件
2018-06-16 10:57
来源:未知
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  极化是电的一大特性,在通信信道中采用正交的极化信号使得在频带不变的情况下信道容量增倍。目前点对点微波系统按照极化分为单极化,双极化和圆周极化三种,其中前两种相对成熟,双极化微波天线广泛用于XPIC微波通信系统中。图2-图3分别是通宇公司生产的两款单极化和双极化微波天线产品。值得注意的是,双极化产品可以认为是单极化产品和正交极化耦合器的组合产品。

  3.3 按照性能级别分类 According to Level of Performance

  根据天线中描述的天线性能参数不同,不同国家制定了不同的标准用以描述微波天线级别和差异。其中最常见的是欧洲电信标准协会ETSI标准,美国联邦通讯委员会FCC标准,巴西国家电信局ANATEL标准,通讯与管理局ACMA标准, 和工业部IC标准。业界中最为常用的是ETSI标准,它针对点对点天线辐射包络图的高低制定了Class1-Class4级别。目前市场上畅销的点对点微波天线天线具备更高的前后比及RPE要求,已经成为各大厂家积极开发的下一代产品。图4-图5是通宇通讯股份有限公司开发的Class3 (简称C3)和Class4(简称C4)天线方向辐射图测试结果。可以看出天线要满足这些国际标准,首先要使得其方向图曲线保罗线天线天线,它要求天线方向图压得更低,前后比更高,这使得在有限空间范围内,用户可以部署更多数量的微波天线。

  当然不同的标准也会有不同的级别划分方式,例如FCC,IC或ACMA分别有A和B两个等级。天线厂家针对不同的市场,充分论证自己天线的性能用于满足世界各地客户的需求。例如TYA06U38S和TYA06E38S是通宇公司两款微波天线产品,满足ETSI Class 3和FCC级别的天线采用了超高性能天线代码U,满足ETSI Class 4级别的天线则采用异高性能天线代码E来表示,它们分别代表了0.6m口径工作在38GHz的C3 和C4单极化天线 按照应用场景分类 According to Application Scenarios

  微波天线的应用场景分为电场景和场景两种。其中电场景是指微波天线在搭建无线电链的场合,其分为点对点(p2p)微波天线mp)微波天线两种。由于其使用场合不同,微波天线的辐射特性要求也不同。例如用于替代光纤这种单点对单点传输的微波天线,它们的三维方向图要具备类似铅笔光束(Pencil beam)的特性,其二维切面方向图需具备图1所示的效果。而用于多点覆盖的微波天线其特性类似常规的基站天线,目的是在大角度范围内实现信号播报,因此p2mp的微波天线三维方向图要具备扇形(Fan beam)的特征,其二维方向图须具备图6和图7所示的效果。

  按照场景来讲,微波天线主要分为普线,高抗腐天线和高抗风天线三种。后两种主要是针对特殊的应用场所例如高烟雾腐蚀的海边或飓风高发区域,需要做特殊的高抗腐表面处理或结构加强件设计。

  在一个完整的微波链通信系统,比天线更为重要的是室外有源无线发射接受机,也被称为Radio。天线厂家为了能够让自己的产品匹配不同厂家的Radio,往往为它们配备了特殊的结构连接件或天线匹配过渡单元。用户在采购天线的时候,也往往针对不同的Radio种类对天线是三款不同厂家的天线接口示意图。值得注意的是,对于天线性能来说,由于大多数部件是共用件,天线的性能一般被认为不以接口方式的改变而改变。

  极化分离类器件本身也是极化耦合器件,常见的这类器件有微波正交极化耦合器(OMT)和极化器(Polarizer)。前者已经在商用微波通信中广泛应用,其主要有分离式和直扣式两种,其中分离式主要是通过标准法兰与软波导相连,器件成本较低但是系统整体附件成本较高;直扣式主要是允许室外单元(ODU)或Radio直接连接到器件上,从而节省了高额的软波导。图11是该器件在接受双极化信号状态下的极化分离场分布示意图,利用类似原理,通宇公司已经成功开发全频段的分离和直扣OMT产品(见图12)。

  功率分配类的常见微波器件是功分器(Power divider)和定向耦合器(Directional coupler),它们都有分配或组合功率的特性,但有着本质的区别。前者把一信号按照特定幅度或相位分为多,常见于激励阵列天线单元;而后者一般指一种4端口器件,其输出两个端口一般并不会同时工作,给链一种备份的功能。后一种产品常见与点对点微波通信系统中,用于微波天线后端提高链的可靠性。图13-14是通宇公司开发的高性能微波定向耦合器及其天线连接效果图。

  频分类微波器件主要是指微波滤波器,微波双工器,多工器和室外分枝单元等产品。这些器件主要集成于天线室外单元的内部, 用于实现滤波和信道整合等功能。微波滤波器多见于单信道的滤波,双工器使链收发可以共用一个天线,而多工器和室外分枝单元则可以完成多信道融合从而使单一点对点链实现超宽带传输。图15-16演示一款定制双工器及其性能。

  针对若干小型化的微波通信系统,多功能集合的微波器件已经变的越来越普遍。例如将正交极化耦合器和双工器集合在一体的器件已经被很多Radio厂家所采用;为了实现多工功能,多个滤波器与环形器级连也是一种较普遍的解决方案。在这里介绍一款由通宇公司开发的四端口耦合器件,如图17所示,该款产品有四个端口用于连接4个室外单元,另外一个端口连接双极化微波天线。该器件集成了一个正交极化耦合器和两个定向耦合器,使得XPIC系统每一个极化具备备份功能。图18是采用该器件搭建的天馈系统。

  微波毫米波天线和器件有如下的未来发展趋势:高性能化,低成本化,多极化,宽频化,高效率化,小型化,定制集成化,和高频化。值得提的是,随着LTE系统和未来5G的发展,小基站的系统将变的越来越普遍,单位空间内微波链的数量将变的更多,这就要求微波天线及器件的性能更高,价格要更低;另外多极化,宽频化,高频化主要是为了满足日益增长的系统带宽的需求;越来越多的新型室外单元,为了减小整个系统体积,Radio厂家已经在和天线制造商合作开发小型化和定制集成化的天线系统,这使得未来的微波室外天馈系统趋于个性化和定制化。

  综上所述,本文介绍了点对点无线通信中的无源微波毫米波天线和器件,围绕这些产品的性能和特征对现有产品架构进行了讨论,并简述了本行业的发展趋势。

  东君伟,博士,2009年毕业于美国弗吉尼亚理工大学电子工程系。2009-2011年受聘美国微波工程公司,任职研究科学家。2011年9月海归,现任通宇通讯股份有限公司首席技术副总监,同时承担微波部门的管理和运营工作。

  吴中林,广东通宇通讯股份有限公司董事长。1989年毕业于西安电子科技大学;1994年,成功研制国内第一面移动通信基站天线,打破了中国基站天线市场由国外产品垄断的局面;1996年,注册成立通宇通讯公司。

  美高森美宣布提供陶瓷四方扁平封装高速、耐辐射的RTG4 FPGA工程技术样品

  致力于在功耗、安全、可靠性和性能方面提供差异化半导体技术方案的领先供应商美高森美公司(Microsemi Corporation,纽约纳斯达克交易所代号:MSCC)发布采用陶瓷四方扁平封装(CQFP)的RTG4™高速度信号处理,耐辐射可编程逻辑器件(FPGA)工程样品。

  记者近日从获悉,该校精密测试技术及仪器国家重点实验室庞慰团队在柔性电子设备实现高速无线通讯能力方面取得突破性进展,成功开发出柔性射频滤波器,可直接应用于柔性电子无线射频通讯。未来有望让智能手机真正实现“能屈能伸”,随意折叠。该研究被最新一期国际权威期刊《SMALL》选为封面文章推荐发表。

  上世纪六十年代,特别是到了七十年代,由于微波半导体电的飞速发展,微波在无线电技术领域中占有越来越重要的地位。目前,它已广泛地应用于微波中继通信、卫星通信、雷达、制导、电子测量仪器及各种飞行器的电子设备中,因此从事无线电和电子技术的理论和工程技术人员在科研和生产实际中,将大量接触和使用各种微波电子线。

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