淺談面向點(diǎn)對點(diǎn)無線通信系統(tǒng)的微波毫米波無源天線及器件

當(dāng)然不同的標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)有不同的級別劃分方式，例如FCC，IC或ACMA分別有A和B兩個(gè)等級。天線廠家針對不同的市場，充分論證自己天線的性能用于滿足世界各地客戶的需求。例如TYA06U38S和TYA06E38S是通宇公司兩款微波天線產(chǎn)品，滿足ETSI Class 3和FCC級別的天線采用了超高性能天線代碼‘U’，滿足ETSI Class 4級別的天線則采用異高性能天線代碼‘E’來表示，它們分別代表了0.6m口徑工作在38GHz的C3和C4單極化天線。

3.4按照應(yīng)用場景分類According to Application Scenarios

微波天線的應(yīng)用場景分為電場景和環(huán)境場景兩種。其中電場景是指微波天線在搭建無線電鏈路的場合，其分為點(diǎn)對點(diǎn)（p2p）微波天線和點(diǎn)對多點(diǎn)（p2mp）微波天線兩種。由于其使用場合不同，微波天線的輻射特性要求也不同。例如用于替代光纖這種單點(diǎn)對單點(diǎn)傳輸?shù)奈⒉ㄌ炀€，它們的三維方向圖要具備類似鉛筆光束（Pencil beam）的特性，其二維切面方向圖需具備圖1所示的效果。而用于多點(diǎn)覆蓋的微波天線其特性類似常規(guī)的基站天線，目的是在大角度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信號播報(bào)，因此p2mp的微波天線三維方向圖要具備扇形（Fan beam）的特征，其二維方向圖須具備圖6和圖7所示的效果。

按照環(huán)境場景來講，微波天線主要分為普通天線，高抗腐天線和高抗風(fēng)天線三種。后兩種主要是針對特殊的應(yīng)用場所例如高煙霧腐蝕的海邊或颶風(fēng)高發(fā)區(qū)域，需要做特殊的高抗腐表面處理或結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件設(shè)計(jì)。

3.5按照Radio接口分類According to Radio Interface Types

在一個(gè)完整的微波鏈路通信系統(tǒng)，比天線更為重要的是室外有源無線發(fā)射接受機(jī)，也被稱為Radio.天線廠家為了能夠讓自己的產(chǎn)品匹配不同廠家的Radio，往往為它們配備了特殊的結(jié)構(gòu)連接件或天線匹配過渡單元。用戶在采購天線的時(shí)候，也往往針對不同的Radio種類對天線進(jìn)行分類。圖8－圖10是三款不同廠家的天線接口示意圖。值得注意的是，對于天線性能來說，由于大多數(shù)部件是共用件，天線的性能一般被認(rèn)為不以接口方式的改變而改變。

微波器件分類及選型Microwave Component Classifications

微波器件也可以從多個(gè)角度分類，本文旨在從業(yè)界常規(guī)的如下四種分類方式展開討論。

4.1極化分離類According to Polarization

極化分離類器件本身也是極化耦合器件，常見的這類器件有微波正交極化耦合器（OMT）和極化器（Polarizer）。前者已經(jīng)在商用微波通信中廣泛應(yīng)用，其主要有分離式和直扣式兩種，其中分離式主要是通過標(biāo)準(zhǔn)法蘭與軟波導(dǎo)相連，器件成本較低但是系統(tǒng)整體附件成本較高；直扣式主要是允許室外單元（ODU）或Radio直接連接到器件上，從而節(jié)省了高額的軟波導(dǎo)。圖11是該器件在接受雙極化信號狀態(tài)下的極化分離場分布示意圖，利用類似原理，通宇公司已經(jīng)成功開發(fā)全頻段的分離和直扣OMT產(chǎn)品（見圖12）。

4.2功分類According to Power Division

功率分配類的常見微波器件是功分器（Power divider）和定向耦合器（Directional coupler），它們都有分配或組合功率的特性，但有著本質(zhì)的區(qū)別。前者把一路信號按照特定幅度或相位分為多路，常見于激勵(lì)陣列天線單元；而后者一般指一種4端口器件，其輸出兩個(gè)端口一般并不會(huì)同時(shí)工作，給鏈路一種備份的功能。后一種產(chǎn)品常見與點(diǎn)對點(diǎn)微波通信系統(tǒng)中，用于微波天線后端提高鏈路的可靠性。圖13－14是通宇公司開發(fā)的高性能微波定向耦合器及其天線連接效果圖。

4.3頻分類According to Frequency Division

頻分類微波器件主要是指微波濾波器，微波雙工器，多工器和室外分枝單元等產(chǎn)品。這些器件主要集成于天線室外單元的內(nèi)部，用于實(shí)現(xiàn)濾波和信道整合等功能。微波濾波器多見于單路信道的濾波，雙工器使鏈路收發(fā)可以共用一個(gè)天線，而多工器和室外分枝單元?jiǎng)t可以完成多信道融合從而使單一點(diǎn)對點(diǎn)鏈路實(shí)現(xiàn)超寬帶傳輸。圖15－16演示一款定制雙工器及其性能。

4.4功能類According to Functionalities

針對若干小型化的微波通信系統(tǒng)，多功能集合的微波器件已經(jīng)變的越來越普遍。例如將正交極化耦合器和雙工器集合在一體的器件已經(jīng)被很多Radio廠家所采用；為了實(shí)現(xiàn)多工功能，多個(gè)濾波器與環(huán)形器級連也是一種較普遍的解決方案。在這里介紹一款由通宇公司獨(dú)立開發(fā)的四端口耦合器件，如圖17所示，該款產(chǎn)品有四個(gè)端口用于連接4個(gè)室外單元，另外一個(gè)端口連接雙極化微波天線。該器件集成了一個(gè)正交極化耦合器和兩個(gè)定向耦合器，使得XPIC系統(tǒng)每一個(gè)極化具備備份功能。圖18是采用該器件搭建的天饋系統(tǒng)。

微波毫米波天線和器件發(fā)展趨勢Development Trend of Microwave/Milimeter-wave Antennas and Components

微波毫米波天線和器件有如下的未來發(fā)展趨勢：高性能化，低成本化，多極化，寬頻化，高效率化，小型化，定制集成化，和高頻化。值得提的是，隨著LTE系統(tǒng)和未來5G的發(fā)展，小基站的系統(tǒng)將變的越來越普遍，單位空間內(nèi)微波鏈路的數(shù)量將變的更多，這就要求微波天線及器件的性能更高，價(jià)格要更低；另外多極化，寬頻化，高頻化主要是為了滿足日益增長的系統(tǒng)帶寬的需求；越來越多的新型室外單元，為了減小整個(gè)系統(tǒng)體積，Radio廠家已經(jīng)在和天線制造商合作開發(fā)小型化和定制集成化的天線系統(tǒng)，這使得未來的微波室外天饋系統(tǒng)趨于個(gè)性化和定制化。

總結(jié)Conclusion

綜上所述，本文介紹了點(diǎn)對點(diǎn)無線通信中的無源微波毫米波天線和器件，圍繞這些產(chǎn)品的性能和特征對現(xiàn)有產(chǎn)品架構(gòu)進(jìn)行了討論，并簡述了本行業(yè)的發(fā)展趨勢。