UWB、WiMAX和UMTS應用推動天線技術發展
作者:電子系統設計
來源:RFID世界網
日期:2007-02-07 10:18:28
摘要:智能天線系統通過信號處理將不同天線部件整合在一起。這樣,它能根據信號環境自動優化采用的發射和接收模式。ArrayComm公司一直是該技術的先驅,其軟件目前被許多基站采用。
雷達天線在我們日常工作中起著至關重要的作用。許多雷達天線由能發射和接收高能量脈沖的反射體和天線饋源簡單組成。發射脈沖的到達時間(TOA)、到達角度(AOA)及其它特征給出了物體的準確位置及移動速度。在海運、國防、航空及其它數不清的應用中采用雷達天線。因對天線持續的需求,市場有包括羅德施瓦茨(Rhode & Schwarz)和Garmin等多家供應商。例如,M/A-COM公司提供一款2×2的互補陣列雷達測高天線,據說工作于4.2到4.3 GHZ頻率、峰值增益大于7.0dBi,在±22.5度的范圍內,其平均增益大于4.5dBi。另一款Rozendal Associates公司的雷達測高天線標稱工作于4.2到4.4 GHZ頻率,在50?范圍內,具有3dB的束寬和10dBi增益。
這種雷達天線能很好地實現設計功能。但與為移動應用設計的天線相比,這些天線的體積要大得多。例如,在可嵌入式片狀天線領域,Antenna Factor公司最近發布了兩款新型號(圖1)。通過采用多層、低溫共淬火陶瓷技術(LTCC),其片狀天線能做到16×3×2 mm。這兩款天線具有50Ω的特征阻抗、具有全向模式,其增益比采用線性極化的單位增益高;其可用帶寬分別為:10MHz(868和916MHz) 和 180MHz(2.45 GHz)。藍牙、IEEE 802.11、遙測、數據采集、工業過程監測和替代外接天線應用的場合只是其為數眾多的目標應用中的幾例。
在蜂窩天線領域,一個新寬帶天線要同時滿足頻帶的高低兩段,以確保可靠覆蓋通話的上/下行兩端。EMS Technologies公司的Controllable Radiating Aperture(Cobra)垂直電控下垂定位(downtitl)天線系列產品是為1710到2180MHz頻段設計的。除傳統的1900MHz頻譜外,QuadPol Cobra天線還支持不久將開放的1700MHz和2100MHz頻段。所以,它不僅可繼續用在1900MHz頻段,也能用在新投入使用的UMTS頻段。 QuadPol Cobra以一個12寸寬的天線提供兩個極交叉45度的天線網絡。其整個面板的回波損耗是17.5 dB。
Antenex公司也以其新三波段玻璃纖維天線滿足GSM/UMTS頻段的需要(圖2)。FGT880/21703天線鎖定多個頻段應用,其頻率覆蓋范圍包括:GSM900(870到960MHz)、GSM1800(1710到1880MHz)和 UMTS(1900到2170MHz)。該天線引人注目之處是其有一個經過紫外線處理能抵御陽光侵害的屏蔽罩,該天線在125英里/小時的風速下,仍能安然無恙。
超視域(Non-line-of-sight)寬帶無線同樣推動了天線的發展。Pacific Wireless公司推出一款900MHz、120o水平束寬、13dBi增益的垂直極化扇形天線。這款名為SA9-120-13的天線工作于860到960MHz頻段。這些扇形天線由鋁擠壓成型工藝制造、結實堅固,外套以一個抗紫外線的ABS屏蔽罩。
Pacific Wireless用于860到960MHz頻段的Yagi系列天線產品有9、11和13dBi三種可選增益。這一超視域系列天線系統由不銹鋼制造。其中各部分都與主骨架永久焊在一起。通過確保天線表面的高傳導率,這些焊連在一起的部件具有更一致的信號表現。據稱,這些天線有很高的增益及很好的前后向(front-to-back)性能,能將外部干擾降至最小。
上述所有產品都值得關注,但最近涌現出更先進的天線技術。特別是“智能”天線吸引了業界廣泛關注。智能天線系統通過信號處理將不同天線部件整合在一起。這樣,它能根據信號環境自動優化采用的發射和接收模式。ArrayComm公司一直是該技術的先驅,其軟件目前被許多基站采用。
在2006年,ArrayComm宣布與TI合作。ArrayComm的Network MIMO軟件已被用在TI的1GHz TMS320TCI6482信號處理器中。經優化后的這款DSP具有比其它方案快近一倍的時鐘速度,其功耗才3W。受惠于DSP的軟件可編程特性,用戶可升級自己的方案以滿足不斷變化標準的需要。對運營商來說,將這些技術整合在一起,預期能將無線系統的覆蓋范圍擴大4倍、數據速率增加一倍以上、容量擴展10倍。
ArrayComm、TI合作的第一個成果是WiMAX基礎設施應用的參考設計。在整合了ArrayComm的Network MIMO軟件后,該設計支持多輸入/多輸出(MIMO)、自適應天線系統(AAS)和組合MIMO/AAS模式。軟件擔當所有WiMAX天線子集處理任務,這些任務是WiMAX論壇移動任務組(MTG)為IEEE 802.16e批準的。
另一家公司也信誓旦旦地表示要通過天線技術提升網絡能力。稱為DiversityPlus的RF芯片組產品線是圍繞Magnolia Broadband公司為CDMA、UMTS和 WiMAX移動終端研制的算法設計的。它通過一種獨特的方式將來自兩個天線的發射信號整合在一起,無線運營商在增加網絡容量的同時改善每個用戶的覆蓋范圍和數據速率。DiversityPlus算法內置于基帶IC內的ARM處理器中。4月,Magnolia Broadband宣布它與一位美國CDMA運營商一道對DiversityPlus進行了最終現場測試。測試結果顯示,該技術能將CDMA無線網絡的語音容量平均增加42%。
當然,天線也在測試應用中發揮關鍵作用。Schaffner EMC公司新推出的雙脊寬帶角狀天線就是其中一例。這款名為BHA 9118的天線能工作于1到18 GHz。它包括一個精密N連接器以提供上佳的功率處理能力和平均電壓住波比(VSWR),VSWR能達到1.5:1。在1 m條件下,BHA 9118的場強為250 V/m。其典型增益為5.5到15dBi。
因天線覆蓋如此眾多的領域、加之新天線技術層出不窮,所以業界必須改進天線評估方法。許多公司從事此類測試和測量工作。例如,Diamond Engineering發布了其第5版DAMS 6000天線測試系統。該軟件用雙軸精確運動和先進3D測量軟件表度被測天線。該平臺能測量DC到18 GHz的頻率范圍。它提供360度水平旋轉和±45度升降移動。第5版DAMS 6000能測試801種頻率、具有實時測量顯示、數據輸入/輸出功能及高分辨率3D圖形輸出。
這樣的測量系統將有助于業界接納新的天線技術。傳統上,新天線的形態和功能脫胎于老的類似雷達天線那樣的系統。這些傳統天線及其應用顯然仍至關重要。但隨著電訊業的發展,天線正以更迅猛的步伐發生改變。新一代天線的形態和功能將不停地改變以滿足蜂窩標準、超寬帶、WiMAX及其它應用的需要。無論這些天線是否內置軟件或采用最新的對頻率有選擇性的材料,業界都將集過去和現代天線技術的眾美于一身,為可預見的未來提供更好的天線。
這種雷達天線能很好地實現設計功能。但與為移動應用設計的天線相比,這些天線的體積要大得多。例如,在可嵌入式片狀天線領域,Antenna Factor公司最近發布了兩款新型號(圖1)。通過采用多層、低溫共淬火陶瓷技術(LTCC),其片狀天線能做到16×3×2 mm。這兩款天線具有50Ω的特征阻抗、具有全向模式,其增益比采用線性極化的單位增益高;其可用帶寬分別為:10MHz(868和916MHz) 和 180MHz(2.45 GHz)。藍牙、IEEE 802.11、遙測、數據采集、工業過程監測和替代外接天線應用的場合只是其為數眾多的目標應用中的幾例。
在蜂窩天線領域,一個新寬帶天線要同時滿足頻帶的高低兩段,以確保可靠覆蓋通話的上/下行兩端。EMS Technologies公司的Controllable Radiating Aperture(Cobra)垂直電控下垂定位(downtitl)天線系列產品是為1710到2180MHz頻段設計的。除傳統的1900MHz頻譜外,QuadPol Cobra天線還支持不久將開放的1700MHz和2100MHz頻段。所以,它不僅可繼續用在1900MHz頻段,也能用在新投入使用的UMTS頻段。 QuadPol Cobra以一個12寸寬的天線提供兩個極交叉45度的天線網絡。其整個面板的回波損耗是17.5 dB。
Antenex公司也以其新三波段玻璃纖維天線滿足GSM/UMTS頻段的需要(圖2)。FGT880/21703天線鎖定多個頻段應用,其頻率覆蓋范圍包括:GSM900(870到960MHz)、GSM1800(1710到1880MHz)和 UMTS(1900到2170MHz)。該天線引人注目之處是其有一個經過紫外線處理能抵御陽光侵害的屏蔽罩,該天線在125英里/小時的風速下,仍能安然無恙。
超視域(Non-line-of-sight)寬帶無線同樣推動了天線的發展。Pacific Wireless公司推出一款900MHz、120o水平束寬、13dBi增益的垂直極化扇形天線。這款名為SA9-120-13的天線工作于860到960MHz頻段。這些扇形天線由鋁擠壓成型工藝制造、結實堅固,外套以一個抗紫外線的ABS屏蔽罩。
Pacific Wireless用于860到960MHz頻段的Yagi系列天線產品有9、11和13dBi三種可選增益。這一超視域系列天線系統由不銹鋼制造。其中各部分都與主骨架永久焊在一起。通過確保天線表面的高傳導率,這些焊連在一起的部件具有更一致的信號表現。據稱,這些天線有很高的增益及很好的前后向(front-to-back)性能,能將外部干擾降至最小。
上述所有產品都值得關注,但最近涌現出更先進的天線技術。特別是“智能”天線吸引了業界廣泛關注。智能天線系統通過信號處理將不同天線部件整合在一起。這樣,它能根據信號環境自動優化采用的發射和接收模式。ArrayComm公司一直是該技術的先驅,其軟件目前被許多基站采用。
在2006年,ArrayComm宣布與TI合作。ArrayComm的Network MIMO軟件已被用在TI的1GHz TMS320TCI6482信號處理器中。經優化后的這款DSP具有比其它方案快近一倍的時鐘速度,其功耗才3W。受惠于DSP的軟件可編程特性,用戶可升級自己的方案以滿足不斷變化標準的需要。對運營商來說,將這些技術整合在一起,預期能將無線系統的覆蓋范圍擴大4倍、數據速率增加一倍以上、容量擴展10倍。
ArrayComm、TI合作的第一個成果是WiMAX基礎設施應用的參考設計。在整合了ArrayComm的Network MIMO軟件后,該設計支持多輸入/多輸出(MIMO)、自適應天線系統(AAS)和組合MIMO/AAS模式。軟件擔當所有WiMAX天線子集處理任務,這些任務是WiMAX論壇移動任務組(MTG)為IEEE 802.16e批準的。
另一家公司也信誓旦旦地表示要通過天線技術提升網絡能力。稱為DiversityPlus的RF芯片組產品線是圍繞Magnolia Broadband公司為CDMA、UMTS和 WiMAX移動終端研制的算法設計的。它通過一種獨特的方式將來自兩個天線的發射信號整合在一起,無線運營商在增加網絡容量的同時改善每個用戶的覆蓋范圍和數據速率。DiversityPlus算法內置于基帶IC內的ARM處理器中。4月,Magnolia Broadband宣布它與一位美國CDMA運營商一道對DiversityPlus進行了最終現場測試。測試結果顯示,該技術能將CDMA無線網絡的語音容量平均增加42%。
當然,天線也在測試應用中發揮關鍵作用。Schaffner EMC公司新推出的雙脊寬帶角狀天線就是其中一例。這款名為BHA 9118的天線能工作于1到18 GHz。它包括一個精密N連接器以提供上佳的功率處理能力和平均電壓住波比(VSWR),VSWR能達到1.5:1。在1 m條件下,BHA 9118的場強為250 V/m。其典型增益為5.5到15dBi。
因天線覆蓋如此眾多的領域、加之新天線技術層出不窮,所以業界必須改進天線評估方法。許多公司從事此類測試和測量工作。例如,Diamond Engineering發布了其第5版DAMS 6000天線測試系統。該軟件用雙軸精確運動和先進3D測量軟件表度被測天線。該平臺能測量DC到18 GHz的頻率范圍。它提供360度水平旋轉和±45度升降移動。第5版DAMS 6000能測試801種頻率、具有實時測量顯示、數據輸入/輸出功能及高分辨率3D圖形輸出。
這樣的測量系統將有助于業界接納新的天線技術。傳統上,新天線的形態和功能脫胎于老的類似雷達天線那樣的系統。這些傳統天線及其應用顯然仍至關重要。但隨著電訊業的發展,天線正以更迅猛的步伐發生改變。新一代天線的形態和功能將不停地改變以滿足蜂窩標準、超寬帶、WiMAX及其它應用的需要。無論這些天線是否內置軟件或采用最新的對頻率有選擇性的材料,業界都將集過去和現代天線技術的眾美于一身,為可預見的未來提供更好的天線。
