TD-SCDMA智能天線改進技術

如何大幅度降低智能天線的尺寸以解決“面子”問題，提高無線系統的集成化以解決“瘤子”問題，再加上光纖拉遠技術已解決的“辮子”問題，使之更適合實際應用，一直是人們不斷考慮的問題。

　　隨著我國擴大規模TD-SCDMA實驗網的順利實施，TD系統技術及應用得到了進一步的發展和完善，但由于TD-SCDMA系統中智能天線和塔放單元的體積偏大，給實際的工程建設和站址選擇等方面增加了一定的難度。為此，一些單位探索將傳統8陣元智能天線改為6陣元、變單極化為雙極化、通過修改天線陣的物理結構或是改變天線陣的排列方式等，并取得了一定的成績。但上述方式或多或少的都會影響TD系統的性能，或是增加了智能天線的制造難度，或是所改變的性能不夠大，距需要達到大幅度減小體積的期望值還有一定的差距。能不能有一種既不影響系統性能同時又大幅度減小現有智能天線體積的方案呢?人們對智能天線又提出了更高的要求。

　　就目前的天線技術發展狀況來講，天線的小型化、集成化可應用很多種技術：如介質天線技術、有源天線技術、多天線(MIMO)技術、新型的電磁材料天線技術、等離子天線技術等。

　　介質天線技術

　　近些年來，介質器件在無線領域得到了廣泛的應用，介質濾波器、微波電容器、片式多層微波濾波器、LC濾波器、雙工器、功能模塊、收發開關功能模塊、平衡-不平衡轉換器、耦合器、功分器等介質微波器件是一類新型微波器件，它是在微波系統的小型化的推動下發展起來的，現也得到廣泛的應用。介質微波器件的出現，大大推動了微波元器件向小型化、片式化和高頻化方向發展的進程，微波陶瓷器件也正向片式化、微型化甚至集成化方向發展。與此同時，普通型介質天線特別是微帶介質天線的應用也有了長足的發展，介質天線的一大優點就是在不改變天線性能的情況下，可以將天線的尺寸大幅度降低，能不能用介質智能天線來替代現有的普通智能天線呢?而且由于大規模的應用，使得現在對無線介質材料的電磁、機械、物理等方面特性已得到掌握，生產制造也十分成熟，這為介質智能天線的推出起到很好的作用。

由于電磁波在不同的介質傳播特性上有所不同，介質的存在就會影響電磁波的傳播，介質天線應用就是利用這些特性，介質天線是一種用低損耗高頻介質作為填充材料，結合適當的天線結構，在選擇適當形狀、介電常數以及饋電方式的情況下，介質諧振器可以作為天線來使用，其一大優點就是可以有效的降低天線的幾何尺寸，這也正是目前智能天線所急于解決的問題。那么將介質天線和智能天線結合是不是就可以產生幾何尺寸較小的介質智能天線來呢，答案是肯定的。如果我們能發揮介質天線的體積小，方向性好等優點，同時克服介質天線的損耗問題，提高介質天線的效率，將介質智能天線應用到實際是完全有可能的，相關單位應該對此進行進一步的研究和探討，做出可用于實際的尺寸較小的介質智能天線產品，當然這也意味著一些市場和機遇。

　　TD-SCDMA系統所使用的智能天線是由多個天線單元組成的天下陣，天線整體尺寸受系統所使用頻率即波長的控制，介質材料的使用不僅可以減小單個天線單元的尺寸，還可以減小天線之間的間距，從而減小智能天線整體尺寸，由此，TD-SCDMA系統的“面子”問題可基本解決。

　　從結構上來講，介質智能天線可以是傳統陣子的，也可是微帶貼片式的，也可是其他多種方式，從所用材料來講，可用普通高系數的介質材料，也可用陶瓷材料。介質天線的應用技術成熟可靠，在其他方面已得到廣泛應用，已經有多種可應用的介質材料來選擇，現有條件已經便于實際研發和生產。小型化的介質智能天線不僅減小了天線尺寸，同時，還降低了成本，便于實際工程安裝，對環境的影響減小，有很強的實際的可操作性。

　　有源天線技術

　　有源天線技術是近期興起的一項技術，有源天線就是將有源器件直接與天線結合，在天線接口或是天線內部加上有源器件如功率放大器等，比較適合像智能天線這樣的多單元、多陣列的天線。有源天線主要優點是減少了包括天線外部和內部的饋線損耗，提高系統增益，擴大了覆蓋范圍，提高了系統的指標余量，同時使得系統集成度大大提高。

從天線原理上講，如果天線的增益減少3dB，天線的輻射口徑就減少一半，也就是說天線的尺寸減少一半。就智能天線系統來講，有源天線的應用可減少系統約2dB的饋線損耗，由于饋線的損耗減少了，無線系統就可適當減少智能天線的增益，從而減小智能天線的天線單元，減少天線的尺寸。

　　由于有源天線集成化的提高，使系統省去了許多如饋線、接頭等器件，在提高系統性能的同時，還節約了成本，提高了系統的可靠性。有源天線的應用不僅可以提高系統的性能，而且一體化天線，還可使TD-SCDMA系統省去現有的塔放單元，由此，TD-SCDMA系統的“瘤子”問題可基本解決。

　　多天線(MIMO)技術

　　多天線(MIMO)技術是未來系統發展的方向，TD-SCDMA系統應該考慮智能天線系統向該技術的演進問題，天線屬于通信系統的一部分，天線技術必須服從系統演進和發展的方向，在B3G和4G研究中，MIMO技術都是一項關鍵技術。MIMO技術可以大大增加無線通信系統的容量，并有效改善無線通信系統的性能，非常適合未來移動通信系統中對高速率業務的要求。

　　MIMO技術在通信鏈路兩端均可使用多天線，發端將信源輸出的串行碼流轉換成多路并行子碼流，分別通過不同的發射天線元發送，接收方利用多徑引起的多個接收天線上信號的不相關性從混合信號中分離出各路子碼流。提高頻譜利用率和鏈路可靠性。帶來分集增益和復用增益。

　　智能天線技術可以形成能量集中的波束，增強有用信號并降低干擾，而MIMO技術可以充分利用多徑信息來提高系統容量，如果將兩者結合起來，充分利用兩種技術帶來的增益，將給系統性能和容量帶來極大的提升。由于性能的提高，系統冗余量加大，對天線尺寸要求則又可以相對地減少一些，這當然也是TD-SCDMA系統在未來的主要工作之一。

　　隨著現代材料科學與電子信息科學技術的交叉滲透和全面發展，介質智能天線及有源智能天線系統的出現，使得TD-SCDMA系統的智能天線實現小型化、高性能、集成化、低成本等得到可能。介質智能天線使得長期煩擾TD-SCDMA系統的“面子”問題得到解決，有源天線使得系統的集成化進一步提高，“瘤子”問題也可迎刃而解，再加上光纖拉遠技術已解決的“辮子”問題，長期困擾TD-SCDMA系統的三大問題就可以得到解決。小型化、集成化不僅使得系統在性能、價格、應用等方面更具競爭力，同時由于小型化還減少了視覺污染，再加上系統的低輻射，TD-SCDMA系統將成為真正意義的綠色環保的系統，TD-SCDMA系統也將更加具有生命力。TD-SCDMA實驗網的開展不僅給我國通信產業帶來了機遇，同時也極大地促進了我國移動通信技術的整體提高。