新型天线技术发展趋势分析

drjiachen

1 未来天线技术发展预测

从无线网络发展趋势及运营商面临的各种挑战来看，天线技术未来的发展必将遵循以下几个方向。

⑴天线体积小型化

天线小型化是在保证

天线性能基本不变的条件下，减小天线的体积。小型化是一个基础性技术，是天线永恒的发展方向。

⑵多种制式网络共天馈应用

未来多种制式共用一面超宽带天线，不仅天线工作频段覆盖多个制式，而且可以根据系统的不同要求实现每一个制式的独立调节。多制式天线的应用将节省建站成本和天面资源，灵活满足每种制式的网络覆盖要求。

⑶天线功能模式向智能化功能方向发展

未来天线实现智能化的波束赋形、波束指向控制、波束分裂和远程控制，灵活满足各种场景的应用需求。通过天线的智能化实现系统间互操作和资源的优化利用，最终实现智能化的运维方式。

⑷天线与射频模块连接由分离式向集中式发展

未来集中式的设备代替分离式的设备，光纤代替电缆，天线与主设备实现小型化和一体化并充分结合，实现天面资源的节约和灵活的部署方式，适应网络扁平化的发展趋势。

2 新型天线关键技术分析

2.1 小型化天线技术

天线小型化有两种实现方式。第一种是通过优化天线设计方案，实现服务区外电平快速下降、压低旁瓣和后瓣，降低交叉极化电平，采用低损耗、无表面波寄生辐射、低VSWR的馈电网络等途径提高天线辐射效率，从而实现同等增益下天线体积的缩小。这种方式天线的性能指标不变，但是限于技术难度，体积下降程度有限，实现难度比较大而且成本较高。第二种实现方式是通过降低天线的增益来实现体积的减小。这种方式的体积下降明显，增益每降3 dB体积就会缩小一半，比较容易实现，但是小型化之后增益指标的下降会限制天线的应用范围。为保证天线小型化后的性能满足不同场景的应用需求，未来天线小型化技术应在第一种实现方式上发展。

目前移动通信天线通过第一种方式实现一定程度的小型化，业内也有小型化天线的应用案例，但限于各种因素，目前小型化天线的安装仍需要一定的天面资源，而且性能指标有待提高，工作频段较窄。如果在网应用，需要多个小型化天线同时工作才能全频段覆盖，这就失去了小型化的优势和意义。

未来运营商应引导产业优势力量，推动天线后端设备充分一体化，达到利用环境实现美化和隐身要求，实现天面资源的真正节约和灵活的部署方式。在推动天线小型化的同时，实现天线工作频段的宽带化，以利于减少天线数量和未来系统升级，充分体现小型化天线的优势。

2.2 多制式天线技术

多制式天线就是让不同通信系统共用一副天线，以便有效地节约安装空间。多制式天线的实现主要是通过在天线内部合理的放置辐射单元实现天线工作频段的宽带化，以及通过信号合路和分路实现不同频段信号的调节和控制，如图1所示。

多制式天线超越了传统意义上的超宽带天线，实现不同制式的独立调节。目前超宽带天线仅工作频段覆盖多个制式的网络，每个制式无法实现独立灵活的调节，这就无法在不同制式需要不同下倾角的场景下应用，而且较为严重的系统间干扰问题限制了超宽带天线的应用推广。

未来运营商在推动多制式天线技术发展和产品成熟的过程中，应挖掘新型器件和新型材料的应用，以解决不同频段的信号合路和分路问题；推动先进移相器技术在天线领域的应用，以解决独立调节所需的复杂移相器和控制难题；另外，推动解决多制式天线带来的不同系统间的干扰问题。

2.3 有源天线技术

有源天线是为了优化某项或者多项系统性能参数而将无线电波感应器或辐射器与有源射频电路结合为一体的天线设备。有源天线可分为叠加式有源天线和融合式有源天线。叠加式有源天线属于技术发展初期的产品形态，直接将射频模块与天线对接，通过叠加的方式实现有源射频设备和天线的一体化连接，可以减少天线与有源设备之间的馈线连接，降低天馈系统损耗，提高网络覆盖场强，如图2所示。融合式有源天线属于技术成熟期的产品形态，将射频处理单元独立地与每个天线辐射单元融合一体，实现每个辐射单元的收发独立控制，可以有效提高网络覆盖质量。

有源天线是未来网络发展的必然趋势。目前业内提出了有源天线的概念，并针对自身的产品做了大量宣传。但是有源天线还处于发展初期，天线辐射单元和射频模块通过物理叠加或简单组合实现有源化，工作频段相对较窄，无法实现有源天线的优越功能，而且天线有源化后，受限于基带信号传输接口，天线与主设备之间无法互联互通，不利于未来有源天线技术和产业的良性发展。

在有源天线技术的发展过程中，运营商应根据网络发展和应用要求，推动天线辐射单元与射频模块的一体化融合，实现真正意义上的有源天线；推动天线及射频器件的宽带化，实现有源天线的多制式灵活应用；更重要的一点是，推动基带信号传输接口的标准化，保证有源天线与后端设备的兼容性应用。

3 新型天线标准化和产品应用推动

相对现有天线新型天线具有明显的优势，但新型天线的技术成熟、产品开发及标准化工作的完成需要突破现有技术的各种限制，需要解决在此过程中出现的各种问题。这就需要业界共同推动，尽早实现新型天线的成熟和应用。

新型天线由于设计方案的改变，性能指标要求和测试方法相对会有较大的改变，目前现行的天线技术要求和测试方法无法满足未来新型天线的需求。比如，有源天线与无源天线的不同之处在于内部加入了有源器件，有源天线的输出能量不完全来自输入能量，天线本身也提供能量。这就使得有源天线具有单向的传输特性，不再具有发射和接收互易性，有源天线中的增益、噪声和非线性之间存在矛盾因而使得问题更加复杂化。另外，由于有源天线加入了有源器件导致稳定性降低，因此目前移动通信系统中无源天线相关技术要求和测试规范不能适用于有源天线系统。为了切实推动新型天线的产品开发及其在移动通信领域的应用，结合目前的网络运营需求和有源天线工作特性，有必要有针对性地提出新型天线的各项技术要求以及性能指标测试方法。

新型天线技术的成熟不可避免地要突破现有技术的限制。多制式天线的技术成熟要解决不同制式信号之间的干扰，实现不同制式的灵活控制，这就要求应用新型器件以适应新的技术要求，比如高性能的移相器、高隔离度的合路器等。智能化天线要实现天线波束在多个维度的扫描，实现远程控制技术以及寻求合适的赋形算法来降低实现难度等。有源一体化天线要突破现有器件体积和性能的限制，推广多频带芯片级的射频器件在天线系统中的应用，实现射频模块和天线模块的融合。

4 结束语

由无线通信网络的发展趋势来看，传统的天线越来越难以满足网络覆盖的需求，新型天线取代传统天线是天线技术发展的必然趋势。通过实现天线的小型化，有利于站址选取，节约天面资源，美化无线通信基站，降低选址难度和公众对于电磁辐射的恐慌度，实现无线通信与环境的和谐发展；实现天线的多制式，可有效减少天线数量，降低移动通信系统的建网与运维成本，有利于实现移动通信网络的共建共享；实现天线的有源化，可以有效提高网络覆盖的智能化程度，降低射频信号传输损耗，提高基站的功放效率，增强网络覆盖性能。

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未来通信对天线的要求不断提高