點對點無線通信系統的微波毫米波無源天線及器件

背景 Background

隨著近代無線電技術發展，無線通信系統在點對點信息傳輸中變的越來越為普遍。與電纜和光纖通信相比，微波通信有可移植性好、性價比高、投資回報快等眾多優點。在很多國家，它們已經成為電訊基站間光纖連接的替代產品，例如在美國、日本，眾多運營商85％以上的基站回程通信已經采用微波傳輸，在英國有的比例高達90％。從有線到無線的點對點解決方案日前在發展中國家例如印度也變的越來越為普遍。調查顯示全球微波天線年需求量以每年大概5％速度增長。不僅如此，商場、超市、公園等大眾場合的無線寬頻接入的需求也越來越普遍，小基站已經成為流行的解決方案，該類型通信系統的后端點對點解決方案有望采用毫米波頻段天線，這些給毫米波頻段的天線及外圍器件提供了市場前景。

本文談及的微波毫米波（下簡稱微波）產品主要是指工作在4～86GHz頻段的無源天線和器件。它們使通信系統在不需要電源模塊的情況下具備較高的動態范圍和實現寬帶模擬信道傳輸，屬于現代點對點無線通信系統中核心天饋部件。文章首先介紹微波天線和器件的相關術語，旨在交代核心指標與系統性能的關系；微波產品頻帶跨度大種類繁多，本文主要從不同角度闡術當前市場上微波天線和器件的類別以及在產品設計和選型時的一些技術關注點和特性。考慮到微波技術商用化時間短，在國內可以說是新興產業，很多公司都是在近10年內才配備較全面的微波毫米波測試設備，因此產品和技術依然不是很完善，本文將抽出一個章節淺談微波技術的未來產業發展之趨勢。

吳中林董事長

東君偉博士

微波天線及器件基礎 Fundamentals on Microwave Antennas and Components

了解任何產品首先需要了解這些產品的特性，不同的指標以及指標好壞如何影響產品的使用。對于點對點無線通信系統，產品的好壞影響系統的增益，效率，鏈路干擾以及使用壽命。本章節分別從天線和器件角度解析部分常規術語以及它們與點對點無線通信系統的關系。

2.1 天線常規術語 General Terminologies for Antennas

表1列出了天線常規術語以及它們潛在影響的系統性能。天線作為把能量轉變為自由空間無線電磁能量的核心器件，其輻射特性是最關鍵的指標，圖1列出了用于描述

天線輻射特性的若干核心指標，除增益外，其中前后比和輻射包絡圖是點對點通信天線選型中最為關注的兩個指標。

表1 微波天線常規術語及系統的關系

2.2 器件常規術語 General Terminologies for Components

表2列出了器件常規術語以及它們潛在影響的系統性能。其中差損和隔離往往是點對點微波器件選型中最為關注的兩個指標，當器件和天線級連之后，它們直接影響天饋系統的增益以及方向圖交叉極化等特性。

表2 微波器件常規術語及系統的關系

2.3 產品可靠性常規術語 General Terminologies for Stabilities

我們將產品可靠性作為產品必不可少的一部分指標，表3列出了針對點對點通信中天線和器件相關的可靠性和環境適應性實驗術語，它們的好壞直接關系到通信系統的使用壽命或部件維護周期。

表3 微波天線及器件產品可靠性常見術語

微波天線分類及選型 Microwave Antennas Classifications

微波天線可以從多個角度分類，本文旨在從業界常規的如下五種分類方式展開分析。

3.1 按照頻率及尺寸分類 According to Frequency and Size

微波天線最常見也是普遍被業界認可的分類方式是頻段和天線大小，天線生產廠家也基本以此來定義各自的產品編碼（Product Number）。表4是通宇通訊股份有限公司產品頻段和尺寸對應表格（其中綠色，淺綠和紅色分別代表2011－2013不同年度發布的產品），表5是各個頻率的頻帶定義。值得提的是，雖然微波天線覆蓋4－86GHz，大口徑天線并非全頻段覆蓋，這主要是因為大口徑天線一般用于遠距離的微波傳輸，隨著頻率增高空間損耗變的難以體現大口徑高增益的優勢，另外頻率越高波束寬度越窄，太高頻率的大口徑天線也會使得鏈路對調成為問題。另外，傳統微波天線大概有10％左右的帶寬，近期通宇開始推出20％的寬頻天線，這是為何表5部分頻點含有窄頻和寬頻兩種規格。

表5 微波天線頻率列表