5G天线发展

5G移动通信天线的研究近况
未来对更高数据速率的需求日益增加,第五代(5G)移动通信系统的研究和技术扩展以及开始实行商用化。5G移动通信具有数据高速率传输、超低时延、超高带宽、超高容量、多天线技术并向下兼容等特点。针对5G通信的发展需求与发展趋势,在目前的研究阶段,毫米波(mmW窑链ave)技术,波束成形,Massive MIMO 三者是最为核心的三个技术方向。
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针对5G通信的一个重要部分,天线在移动通信突飞猛进的发展进程下也迅速的更新换代,从2G到5G,天线经历有全天线到定向天线,由单频天线到多频天线,由单极化天线到双极化天线,由有源天线到无源天线以及从智能天线到MIMO天线,再到Massive MIMO 天线等发展过程。其中,智能天线、MIMO天线以及Massive MIMO的提出,是应用于移动天线发展历程上的里程碑。
智能天线是移动通信有2G迈向3G的关键技术,是一项信号传播技术。其可以通过调节天线阵列阵元之间的激励幅度,相位差等参数,将阵列产生的波束具有定向辐射功能。是信号加倍,有效扩展信息容量。智能天线能够满足全向天线所具有的优势外,同时更具备高增益,高定向性,抗干扰,低路径损耗等特性。但随着3G网络技术的普及,智能天线信号传输通道
单一的弊端凸显出来。为了解决这一问题,MIMO通信以及相关的的天线技术被提出。MIMO技术是以无线通道的多径传播特性为基础的,收发两端同时采用多天线系统,在不增加发射功率和带宽的情况下获得分集增益和复用增益。具有数据速率提高,频谱利用率提高和可靠性的增强等优势,但在频谱效率和能量效率方勉提升有限。
随着数据速率、高安全性和大系统容量的需求,突破现有蜂窝系统的局限,形成了大规模MIMO系统。Massive MIMO技术有M设备集电环IMO技术为基础,其核心思想是:当天线阵列配置的天线达到百千级别时,在可以形成多个并行数据传输通道,以确保在相同的时频资源内面向多用户,大大提升频谱效率,同时由于新型材料的加载,5G通信在能量效率方面也有很大的提升。
尽管5G通信技术带来的更快速稳定的数据传输体验,但在如此现今如此复杂的电磁环境中,终端天线和天线的设计难度同样不可小觑。对于基于Massive MIMO架构的天线中配置有大量天线,而的体积又有一定的限制。因此,天线单元具备小型化,高隔离度,低剖面多频段的等特性。
砭石枕目前天线也多为双极化电磁偶极子天线。大多都采用平面电磁偶极子,在隔离和性能上大同小异。在中科大(陆地)的文章中,提出碎片化平面结构的领结型电磁偶极子天线,将天线平面进行碎片化设计,大大降低了天线结构中的电流,降低了天线之间的隔离度。平面单极子天线具有低剖面,宽频带等优势,在天线阵列应用中具有较大的前景,但在有限体积中放置多天线也是个具有挑战的问题。在天线阵列中,常用到的隔离手段为利用去耦隔离臂以及中和线等技术构成去耦网络,解决天线单元间耦合的问题。
终端设备中,由于金属化,高屏占比,窄边框、多功能等发展事态,使得终端天线的具有极小的净空区域,同样宽屏带,低剖面及MIMOaoi测试技术意味着终端天线的复杂程度剧增。MIMO技术带来的天线单元之间的耦合也同样是设计的难点。
自iPhone4高增益天线问世以来,金属化边框的设计带来终端天线设计的走向边框化,经历了:金属边框开缝;金属边框分段接地;金属后盖分段接地;保持边框完整性,通过改变馈电方式,在馈电结构增加调谐元件实现金属边框完整化。以电子科技大学班永灵提出的方法为典型,通过在适当位置将边框接地处理,形成金属环,从而消除金属边框的影响。
但常用的终端天线还是以倒F天线,PIFA天线,单极子天线和环天线等结构结合而成,实现多频段及宽频的设计,主要设计技术归结为:
1) 耦合技术:采用耦合馈电结构以及耦合寄生元件,使得在天线结构中形成多频段谐振。
2) 匹配网络技术:采用集总元件分布式加载或者调节馈电网络,实现多频段匹配。
3) 可重构技术:通过外加开关或者可变电抗性元件的方式改变天线的谐振结构使天线工作在不同的状态,从而实现多频覆盖。
终端MIMO天线的设计同样需要考虑隔离,常用的去耦方法:
1) 缺陷地去耦,通过改变地板结构,改变电流走向,从而达到去耦目的。
2) 寄生单元去耦技术,通过在原有天线单元之间引入寄生单元,寄生单元分别与两个天线单元耦合,通过场的抵消来达到去耦。
3) 中和线去耦,在合适的位置在天线单元之间建立一条电流路径,达到抵消电流,降低耦合的目的。
4) 去耦网络技术,在天线馈电端口或者天线之间引入对应的网络结构,达到匹配的同时实现去耦效果。

本文发布于:2024-09-21 17:21:29,感谢您对本站的认可!

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