产业
首页  >  产业  >  热点专题  >  中国信科亮相2018通信展:与您高飞云端  >  技术创新

澳门葡京网上娱乐

2018-09-25  来源:中国信息产业网  作者:

摘要:针对第5代移动通信的关键技术之一-大规模阵列天线,提出一种天线系统架构,包括密集辐射阵、功分网络、耦合校准网络、盲插型连接器和收发单元。并对5G大规模天线系统的每个组成部分进行详细介绍,对在技术开发过程中会遇到的技术难题提出解决措施建议,在此基础上,探讨后续5G大规模天线的发展趋势和优化方向。

关键词:5G 大规模天线 系统架构

人类社会对信息数据传输的巨大需求推动着通信技术的不断向前发展,每一次移动通信的升级,对应了下行速率约10倍的提升。作为5G关键技术之一的大规模天线技术,在基站端布置几十甚至上百个天线规模的天线阵,通过波束成形(beam forming)技术,构造朝向多个目标客户的不同波束,并有效减少各个波束之间的干扰,这种对空间资源的充分挖掘,可以有效利用宝贵而稀缺的频带资源并且几十倍地提升网络容量[1-3]。目前,针对5G大规模天线的研究还未形成统一的行业标准或国家标准,处于定制化开发满足5G系统应用时期,产品形态和方案等各有不同。本文作者根据多年的研究成果,提出一种工作于Sub-6G的5G大规模天线的系统架构,并对其各系统组成部分进行介绍。

1 5G大规模天线系统结构

如图1所示,展示一种5G大规模天线系统架构,包括密集辐射阵、功分网络、耦合校准网络、盲插型连接器和收发单元。密集辐射阵由若干双极化辐射单元按照一定的横向间距和纵向间距组阵。为减低密集组阵的互藕影响,提升各射频通道的方向图一致性和端口隔离度,密集辐射阵中设计有去耦装置。功分网络将每个单元模块包含的一组若干辐射单元进行激励和幅相配置,每组功分网络激励的辐射单元个数、辐射单元间距决定了单元模块增益。射频通道包括单元模块、功分网络和盲插型连接器。在射频通道数确定的情况下,单元模块的增益,单元模块之间的横、纵向间距决定了大规模天线整机的增益。耦合校准网络由多路耦合度一致的定向耦合器多级功分合路构成,每一组定向耦合器对应一组射频通道,实现对该射频通道的幅相信息进行精确检测。耦合校准的网络的作用就是对收发单元发送到每个射频通道的信号源幅相信息进行监控,如某个通道的幅相检测值偏离了预设值,则通过系统算法重新调整收发单元的发射功率和相位。这样,整个5G天线系统的工作原理就是,天线射频通道(包括多个辐射单元组成的单元模块)实现无线传输信号的收发;收发单元实现对射频通道RF信号发射和接受;耦合校准网络实现对收发单元发射到每个射频通道的发射功率和相位的监测;这样,系统赋型算法通过调节收发单元激励到每个单元模块(射频通道)的幅相权值配置实现大规模天线的精准3维波束方向图和3维扫描。要实现上述5G大规模天线功能,需对其各结构组成部分的性能指标进行精确设计。

图1 5G大规模天线系统架构图

2.密集辐射阵及其去耦装置

密集辐射阵由N×M个辐射单元按照一定的横向间距dX和纵向间距dy组阵,中间辅以去耦装置,其设计需要考虑下面几个因素:

(1)辐射单元的结构形式;辐射单元的需要小型化设计,适合密集组阵列;辐射单元的馈电和安装结构需要与功分网络充分匹配,利用安装;从减低天线整机重量的目的出发,辐射单元需要进行轻量化设计;从提高天线生产效率考虑,辐射单元最好能实现辐射体和馈电片的一体化设计。如图2(a)所示为普通设计的铝合金半波振子,振子基材为铝合金压铸,辐射体和馈电片分离,辐射体和馈电片分别通过焊接固定在功分网络上。如图2(b)所示为改良设计的基于LCP(全称LIQUID CRYSTAL POLYMER,中文名称液晶聚合物)基材,采用3D-MID技术(全称Three –dimensional Molded Interconnect Device,中文名称三维模塑互连器件,简称共形电路),通过LDS(全称Laser Direct Structuring,中文名激光直接成型)工艺加工成型的微带辐射单元,他具有轻量化(重量只有铝合金振子的30%),辐射馈电一体化,全对称天然防呆、装配效率高等特点,非常适合大规模天线应用。

     

图2(a)铝合金半波振子                               图2(b)LCP微带振子

(2)辐射单元组阵方式;5G大规模天线要实现-60°到+60°的业务波束扫描,其横向单元间距要<0.55λ,否则会出现扫描角度不够以及在±60度及附近大角度扫描时,副瓣电平过高,甚至高于主瓣电平的情况。密集阵列的单元个数和纵向间距大规模天线系统要求的增益决定。考虑到垂直赋型和单元模块的辐射单元个数组成,一般5G大规模天线的纵向间距<0.8λ。图3展示了由96个LCP双极化微带辐射振子组成的密集阵列。

关键词:5G 大规模天线 系统架构