登录
注册
UWB、WiMAX和UMTS应用推动天线技术发展
作者：电子系统设计
来源：RFID世界网
日期：2007-02-07 10:18:28
摘要：智能天线系统通过信号处理将不同天线部件整合在一起。这样，它能根据信号环境自动优化采用的发射和接收模式。ArrayComm公司一直是该技术的先驱，其软件目前被许多基站采用。
雷达天线在我们日常工作中起着至关重要的作用。许多雷达天线由能发射和接收高能量脉冲的反射体和天线馈源简单组成。发射脉冲的到达时间(TOA)、到达角度(AOA)及其它特征给出了物体的准确位置及移动速度。在海运、国防、航空及其它数不清的应用中采用雷达天线。因对天线持续的需求，市场有包括罗德施瓦茨(Rhode & Schwarz)和Garmin等多家供应商。例如，M/A-COM公司提供一款2×2的互补阵列雷达测高天线，据说工作于4.2到4.3 GHZ频率、峰值增益大于7.0dBi，在±22.5度的范围内，其平均增益大于4.5dBi。另一款Rozendal Associates公司的雷达测高天线标称工作于4.2到4.4 GHZ频率，在50?范围内，具有3dB的束宽和10dBi增益。
这种雷达天线能很好地实现设计功能。但与为移动应用设计的天线相比，这些天线的体积要大得多。例如，在可嵌入式片状天线领域，Antenna Factor公司最近发布了两款新型号(图1)。通过采用多层、低温共淬火陶瓷技术(LTCC)，其片状天线能做到16×3×2 mm。这两款天线具有50Ω的特征阻抗、具有全向模式，其增益比采用线性极化的单位增益高；其可用带宽分别为：10MHz(868和916MHz) 和 180MHz(2.45 GHz)。蓝牙、IEEE 802.11、遥测、数据采集、工业过程监测和替代外接天线应用的场合只是其为数众多的目标应用中的几例。
在蜂窝天线领域，一个新宽带天线要同时满足频带的高低两段，以确保可靠覆盖通话的上/下行两端。EMS Technologies公司的Controllable Radiating Aperture(Cobra)垂直电控下垂定位(downtitl)天线系列产品是为1710到2180MHz频段设计的。除传统的1900MHz频谱外，QuadPol Cobra天线还支持不久将开放的1700MHz和2100MHz频段。所以，它不仅可继续用在1900MHz频段，也能用在新投入使用的UMTS频段。 QuadPol Cobra以一个12寸宽的天线提供两个极交叉45度的天线网络。其整个面板的回波损耗是17.5 dB。
Antenex公司也以其新三波段玻璃纤维天线满足GSM/UMTS频段的需要(图2)。FGT880/21703天线锁定多个频段应用，其频率覆盖范围包括：GSM900(870到960MHz)、GSM1800(1710到1880MHz)和 UMTS(1900到2170MHz)。该天线引人注目之处是其有一个经过紫外线处理能抵御阳光侵害的屏蔽罩，该天线在125英里/小时的风速下，仍能安然无恙。
超视域(Non-line-of-sight)宽带无线同样推动了天线的发展。Pacific Wireless公司推出一款900MHz、120o水平束宽、13dBi增益的垂直极化扇形天线。这款名为SA9-120-13的天线工作于860到960MHz频段。这些扇形天线由铝挤压成型工艺制造、结实坚固，外套以一个抗紫外线的ABS屏蔽罩。
Pacific Wireless用于860到960MHz频段的Yagi系列天线产品有9、11和13dBi三种可选增益。这一超视域系列天线系统由不锈钢制造。其中各部分都与主骨架永久焊在一起。通过确保天线表面的高传导率，这些焊连在一起的部件具有更一致的信号表现。据称，这些天线有很高的增益及很好的前后向(front-to-back)性能，能将外部干扰降至最小。
上述所有产品都值得关注，但最近涌现出更先进的天线技术。特别是“智能”天线吸引了业界广泛关注。智能天线系统通过信号处理将不同天线部件整合在一起。这样，它能根据信号环境自动优化采用的发射和接收模式。ArrayComm公司一直是该技术的先驱，其软件目前被许多基站采用。
在2006年，ArrayComm宣布与TI合作。ArrayComm的Network MIMO软件已被用在TI的1GHz TMS320TCI6482信号处理器中。经优化后的这款DSP具有比其它方案快近一倍的时钟速度，其功耗才3W。受惠于DSP的软件可编程特性，用户可升级自己的方案以满足不断变化标准的需要。对运营商来说，将这些技术整合在一起，预期能将无线系统的覆盖范围扩大4倍、数据速率增加一倍以上、容量扩展10倍。
ArrayComm、TI合作的第一个成果是WiMAX基础设施应用的参考设计。在整合了ArrayComm的Network MIMO软件后，该设计支持多输入/多输出(MIMO)、自适应天线系统(AAS)和组合MIMO/AAS模式。软件担当所有WiMAX天线子集处理任务，这些任务是WiMAX论坛移动任务组(MTG)为IEEE 802.16e批准的。
另一家公司也信誓旦旦地表示要通过天线技术提升网络能力。称为DiversityPlus的RF芯片组产品线是围绕Magnolia Broadband公司为CDMA、UMTS和 WiMAX移动终端研制的算法设计的。它通过一种独特的方式将来自两个天线的发射信号整合在一起，无线运营商在增加网络容量的同时改善每个用户的覆盖范围和数据速率。DiversityPlus算法内置于基带IC内的ARM处理器中。4月，Magnolia Broadband宣布它与一位美国CDMA运营商一道对DiversityPlus进行了最终现场测试。测试结果显示，该技术能将CDMA无线网络的语音容量平均增加42%。
当然，天线也在测试应用中发挥关键作用。Schaffner EMC公司新推出的双脊宽带角状天线就是其中一例。这款名为BHA 9118的天线能工作于1到18 GHz。它包括一个精密N连接器以提供上佳的功率处理能力和平均电压住波比(VSWR)，VSWR能达到1.5：1。在1 m条件下，BHA 9118的场强为250 V/m。其典型增益为5.5到15dBi。
因天线覆盖如此众多的领域、加之新天线技术层出不穷，所以业界必须改进天线评估方法。许多公司从事此类测试和测量工作。例如，Diamond Engineering发布了其第5版DAMS 6000天线测试系统。该软件用双轴精确运动和先进3D测量软件表度被测天线。该平台能测量DC到18 GHz的频率范围。它提供360度水平旋转和±45度升降移动。第5版DAMS 6000能测试801种频率、具有实时测量显示、数据输入/输出功能及高分辨率3D图形输出。
这样的测量系统将有助于业界接纳新的天线技术。传统上，新天线的形态和功能脱胎于老的类似雷达天线那样的系统。这些传统天线及其应用显然仍至关重要。但随着电讯业的发展，天线正以更迅猛的步伐发生改变。新一代天线的形态和功能将不停地改变以满足蜂窝标准、超宽带、WiMAX及其它应用的需要。无论这些天线是否内置软件或采用最新的对频率有选择性的材料，业界都将集过去和现代天线技术的众美于一身，为可预见的未来提供更好的天线。
这种雷达天线能很好地实现设计功能。但与为移动应用设计的天线相比，这些天线的体积要大得多。例如，在可嵌入式片状天线领域，Antenna Factor公司最近发布了两款新型号(图1)。通过采用多层、低温共淬火陶瓷技术(LTCC)，其片状天线能做到16×3×2 mm。这两款天线具有50Ω的特征阻抗、具有全向模式，其增益比采用线性极化的单位增益高；其可用带宽分别为：10MHz(868和916MHz) 和 180MHz(2.45 GHz)。蓝牙、IEEE 802.11、遥测、数据采集、工业过程监测和替代外接天线应用的场合只是其为数众多的目标应用中的几例。
在蜂窝天线领域，一个新宽带天线要同时满足频带的高低两段，以确保可靠覆盖通话的上/下行两端。EMS Technologies公司的Controllable Radiating Aperture(Cobra)垂直电控下垂定位(downtitl)天线系列产品是为1710到2180MHz频段设计的。除传统的1900MHz频谱外，QuadPol Cobra天线还支持不久将开放的1700MHz和2100MHz频段。所以，它不仅可继续用在1900MHz频段，也能用在新投入使用的UMTS频段。 QuadPol Cobra以一个12寸宽的天线提供两个极交叉45度的天线网络。其整个面板的回波损耗是17.5 dB。
Antenex公司也以其新三波段玻璃纤维天线满足GSM/UMTS频段的需要(图2)。FGT880/21703天线锁定多个频段应用，其频率覆盖范围包括：GSM900(870到960MHz)、GSM1800(1710到1880MHz)和 UMTS(1900到2170MHz)。该天线引人注目之处是其有一个经过紫外线处理能抵御阳光侵害的屏蔽罩，该天线在125英里/小时的风速下，仍能安然无恙。
超视域(Non-line-of-sight)宽带无线同样推动了天线的发展。Pacific Wireless公司推出一款900MHz、120o水平束宽、13dBi增益的垂直极化扇形天线。这款名为SA9-120-13的天线工作于860到960MHz频段。这些扇形天线由铝挤压成型工艺制造、结实坚固，外套以一个抗紫外线的ABS屏蔽罩。
Pacific Wireless用于860到960MHz频段的Yagi系列天线产品有9、11和13dBi三种可选增益。这一超视域系列天线系统由不锈钢制造。其中各部分都与主骨架永久焊在一起。通过确保天线表面的高传导率，这些焊连在一起的部件具有更一致的信号表现。据称，这些天线有很高的增益及很好的前后向(front-to-back)性能，能将外部干扰降至最小。
上述所有产品都值得关注，但最近涌现出更先进的天线技术。特别是“智能”天线吸引了业界广泛关注。智能天线系统通过信号处理将不同天线部件整合在一起。这样，它能根据信号环境自动优化采用的发射和接收模式。ArrayComm公司一直是该技术的先驱，其软件目前被许多基站采用。
在2006年，ArrayComm宣布与TI合作。ArrayComm的Network MIMO软件已被用在TI的1GHz TMS320TCI6482信号处理器中。经优化后的这款DSP具有比其它方案快近一倍的时钟速度，其功耗才3W。受惠于DSP的软件可编程特性，用户可升级自己的方案以满足不断变化标准的需要。对运营商来说，将这些技术整合在一起，预期能将无线系统的覆盖范围扩大4倍、数据速率增加一倍以上、容量扩展10倍。
ArrayComm、TI合作的第一个成果是WiMAX基础设施应用的参考设计。在整合了ArrayComm的Network MIMO软件后，该设计支持多输入/多输出(MIMO)、自适应天线系统(AAS)和组合MIMO/AAS模式。软件担当所有WiMAX天线子集处理任务，这些任务是WiMAX论坛移动任务组(MTG)为IEEE 802.16e批准的。
另一家公司也信誓旦旦地表示要通过天线技术提升网络能力。称为DiversityPlus的RF芯片组产品线是围绕Magnolia Broadband公司为CDMA、UMTS和 WiMAX移动终端研制的算法设计的。它通过一种独特的方式将来自两个天线的发射信号整合在一起，无线运营商在增加网络容量的同时改善每个用户的覆盖范围和数据速率。DiversityPlus算法内置于基带IC内的ARM处理器中。4月，Magnolia Broadband宣布它与一位美国CDMA运营商一道对DiversityPlus进行了最终现场测试。测试结果显示，该技术能将CDMA无线网络的语音容量平均增加42%。
当然，天线也在测试应用中发挥关键作用。Schaffner EMC公司新推出的双脊宽带角状天线就是其中一例。这款名为BHA 9118的天线能工作于1到18 GHz。它包括一个精密N连接器以提供上佳的功率处理能力和平均电压住波比(VSWR)，VSWR能达到1.5：1。在1 m条件下，BHA 9118的场强为250 V/m。其典型增益为5.5到15dBi。
因天线覆盖如此众多的领域、加之新天线技术层出不穷，所以业界必须改进天线评估方法。许多公司从事此类测试和测量工作。例如，Diamond Engineering发布了其第5版DAMS 6000天线测试系统。该软件用双轴精确运动和先进3D测量软件表度被测天线。该平台能测量DC到18 GHz的频率范围。它提供360度水平旋转和±45度升降移动。第5版DAMS 6000能测试801种频率、具有实时测量显示、数据输入/输出功能及高分辨率3D图形输出。
这样的测量系统将有助于业界接纳新的天线技术。传统上，新天线的形态和功能脱胎于老的类似雷达天线那样的系统。这些传统天线及其应用显然仍至关重要。但随着电讯业的发展，天线正以更迅猛的步伐发生改变。新一代天线的形态和功能将不停地改变以满足蜂窝标准、超宽带、WiMAX及其它应用的需要。无论这些天线是否内置软件或采用最新的对频率有选择性的材料，业界都将集过去和现代天线技术的众美于一身，为可预见的未来提供更好的天线。
