有源天线系统

文章：有源天线系统-迈向全新军事应用领域的射频技术

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引言

有源天线系统由多个分布式收发单元和辐射模块组成，每个辐射模块的频率、幅度、相位可控，能形成单个或多个波束，并可控制波束指向及波束重构，以实现更大范围的覆盖并提高网络容量。

 

有源天线系统的主要组成及工作原理

有源天线系统的设计思路源自有源相控阵雷达系统的设计架构（一般由上千个射频收发模块和天线辐射振子组成），通过将若干个射频部件（如功率放大器和收发信机）与天线辐射体综合在一起，每个天线单元所感应的信号相位和幅度都置于电子控制之下，以实现增加部署使用灵活性、增大网络容量、改进覆盖范围、减小体积、降低功耗以及支持多技术体制网络的目标，其主要组成和工作原理如图所示。

 

有源天线系统的主要性能特点

1） 综合集成将极大地减小发射塔台的物理空间尺寸

通过将RRH的功能综合到天线中去，就不再需要使用一些传统硬件，如同轴电缆、连接器和安装硬件等，从而可从总体上大大减小所需发射塔台物理空间尺寸，也可进一步降低功耗，提高系统工作可靠性。

2） 采用分布式体系架构以增强系统可用性

由于有源天线系统采用分布式体系架构，相比传统无源或基站收发信机天线系统而言，它可以消除由射频电缆所产生的大部分功率损失，甚至还能消除天线与RRU之间的跨接电缆，在支持电子控制波束下倾角时无需使用传统系统中的遥控电调下倾角（RET）馈电网络，从而进一步降低有源天线系统的功耗损失。除此之外，由于有缘天线系统将射频电路直接综合集成到天线中，并用多个小功率放大器代替了传统系统中的配置数量较少的大功率放大器，系统的热冗余和可靠性得以明显提高，因为这些小功率放大器一是可以减少热量的产生，二是可以通过天线结构直接散热。

有源天线系统采用分布式和冗余体系架构的另外一个优点就是具有一定的自我修复能力。当其中一路收发信机发生故障时，一是不会发生练级故障，二是其他天线单元的信号幅度和相位都会自动地数字调整，以补偿故障单元所引起的失真和覆盖丢失。

3） 具有电子调整下倾角波束的先进射频规划特性

有源天线系统的另外一个重要优点是其独特的电子调整天线下倾角波束能力，这是通过独立的基带相位、幅度控制以及对每一个天线单元上各个载波的延迟控制来实现的。这种特性能够支持多种技术体制的系统同时工作。

4）有源天线系统具有增强的自我优化网络（SON）特性

比如，有源天线系统能够根据用户密度或其他参数，对每个信号的下倾角（即覆盖区域和容量等）独立地进行控制和资源分配。