小型化MIMO基站天线技术.docx

小型化MIMO基站天线技术 摘要】4G建设的深入开展以及未来5G建设的实际需要，使得天线小型化显得越来越重要对MIMO天线小型化的辐射单元小型化、馈电网絡小型化、阵列方案小型化进行了研究，分析了一些具体的实现方法，最后总结了相关技术的应用场景以及未来的开展趋势关键词】MIMO天线；分频馈电；有源天线；辐射单元效率1引言随着4G的深入开展以及5G时代的到来，运营商运营的系统数量越来越多，天面资源紧张成为一个突出的问题，必须要缩小天面占用的体积，而缩小天面体积的重要方向是天线的小型化本文首先分析了天面小型化的必要性，因为天面资源的紧张要求天线必须实现小型化；其次对天线小型化的具体措施进行了研究，主要研究了辐射单元小型化、馈电网络小型化、阵列方案小型化等几个方面，也对几种综合的小型化技术进行了研究；最后总结归纳了基站天线小型化的关键点2基站天线小型化的必要性2.1减少风阻，降低建设本钱天线小型化以后，风载面积降低对制造商而言，减小尺寸和重量，可以降低包装本钱，节约运输本钱；对运营商而言，可以降低对基站铁塔的强度要求，进而使建设支出减少2.2节约天面资源4G网络以及现存的2G、3G网络，几乎所有的移动通信网络运营商都面临着同时运营多个不同频段网络的情况，这不可防止地出现需要使用多副天线的场景。

小型化的基站天线在布置空间、风载等方面均具有巨大的优势，可以有效地节约目前日趋紧张的天面资源2.3实现微基站的灵活布置随着数据流量业务需求增加，基站数量也不可防止地增加，许多场景需要使用微基站进行流量分流，这种场景下，小型化基站可以有效地加快部署速度2.4进行天线美化天线小型化以后可以有效地降低美化难度，美化的形式可以更加多样化，有效地降低了运营商建站物业协调的难度，加快了4G建设的速度3基站天线小型化的实现方式基站天线小型化的方向主要有辐射单元小型化、馈电网络小型化、阵列方案小型化等几个方面不同的实现方式都是在一定的限制条件下，多种小型化解决方案的结合3.1辐射单元小型化设计一般辐射单元设计采用四分之一波长的巴伦高度，通过优化辐射单元及对应的辐射边界，可以降低辐射单元高度，可从λ/4下降到λ/8主要采用振子片连接技术及馈电自消技术，这样可以克服以前必须要求馈电座高度四分之一波长的限制，从而实现八分之一甚至更矮的馈电高度情况下对称振子的辐射特性这种仅适合带宽较窄的PCB辐射单元辐射单元尺寸直接决定于单元的电长度，而不同介质对于特定频率的电磁响应是不同的，采用介质的介电常数越高，固定电长度对应的物理尺寸就越小，对于基站天线批量使用的压铸阵子而言，巴伦高度仅缩小约25%。

图1左侧为优化前的辐射单元，图1右侧为优化后的小型化辐射单元，巴伦高度和辐射面尺寸有明显缩小表1为优化前后单个辐射单元方向图仿真结果比照，可以看出方向图指标相当对应的阵列天线整机由截面尺寸〔宽和高〕320mm110mm缩小为250mm60mm，迎风面积同比缩小45%，基站天线端面优化前后比照图如图2所示3.2馈电网络小型化设计对于应用广泛的电调基站天线而言，关键的电调下倾角模块是移相器传统移相器的原理之一是改变移相单元的物理长度，即ΔL，这种形式的移相器的尺寸和移相量成线性比例关系，主要形式是腔体移相器、PCB移相器及局部空气带状线移相器传统移相器一般使用改变物理长度的方法实现移向，稳定而线性改变材料介电常数非常困难，而新型移相器由于采用了新型的介质材料，材料介电性能积极稳定，可采用改变物理长度和介电常数εe两种方案方案小型化设计共轴嵌套技术是阵列方案小型化的典型设计形式之一共轴嵌套技术是天线辐射单元共轴嵌套技术在多频天线的设计中将不同频段的辐射单元〔通常是频率较低的CDMA800或GSM900与频率较高的WCDMA2000或LTE〕进行重叠布置，如图4所示，黄色的辐射单元频率较高，红色的辐射单元频率较低。

与图5所示并排布置辐射单元的天线阵列常规方案相比，该方案显著提高了多频天线内部空间的利用率，使天线的宽度压缩30%以上此外，天线辐射单元共轴嵌套的多频天线还具有水平波宽偏移小，方向图畸变小等优点，且可以节约反射板等物料本钱但与并排布置方案方法具有一定的局限性，这是因为阵列天线的阵元个数和阵元间距是决定方向图特性的重要参数，因此以上几种方法集合在一起，合理利用天线内部空闲空间安放RRU的各个模块，实现天线和RRU的一体化，进一步压缩天馈系统占用的总空间，同时降低连接损耗，减少功率损失，弥补局部小型化导致的增益下降5G系统由于波束赋型的需要天线阵子可能直接连接后端射频链路，减少了馈线和连接器等占用的面积，天线体积减少1/3以上随着MassiveMIMO技术的不断开展，未来MassiveMIMO技术必将得到广泛应用，天线小型化有利于阵列天线的安装部署频段升高，基站数量增加也必将加强有源一体化天线的普及趋势，一体化基站子系统将会被广泛地应用4结束语本文主要对辐射单元小型化、馈电网络小型化、阵列方案小型化等几个方面的小型化做了一定的研究现阶段辐射单元小型化、馈电网络小型化、阵列方案小型化在目前的多制式频段天线中应用很多，也是目前实现天线小型化的主要技术。

随着未来5G天线的开展，大规模阵列天线的应用，天线将更加复杂，未来辐射单元小型化和阵列组合小型化会成为更受关注的研究方向参考文献：【1】吴坚林.新一代无线移动通信中的全向天线与MIMO多天线技术研究[D].成都：电子科技大学，2021.【2】许森，张光辉，曹磊.大规模多天线系统的技术展望[J].电信技术，2021〔12〕：25-28.【3】尤肖虎，潘志文，高西奇.5G移动通信开展趋势与假设干关键技术[J].中国科学：信息科学，2021，44〔5〕：551-563.【4】鲁照华，张晓丹，肖华华.大规模天线阵列系统技术探析[J].电视技术，2021，38〔5〕：132-135.【5】汪茅光，吕善伟.阵列天线分析与综合[M].西安：西安电子科技大学出版社，1989.【6】汪茂稳，周恒，郭宝平.一种新颖的宽频带双极化基站单元天线研究[J].现代雷达，2021，36〔4〕：56-60.【7】馮彬，张钦欣.小型化基站天线的开展与研究[J].电信技术，2021〔S2〕：67-69.[8]滕碧红.智能天线技术在移动通信中的应用[J].通信电源技术，2021〔2〕：61-62.[9]王建伟.基站建设及基站天线的研究[J].电子设计工程，2021〔11〕：189-192.[10]王永巍，姜兴.用于MIMO系统双极化基站端多天线的设计[J].电子技术应用，2021〔10〕：95-98.。