浅谈面向点对点无线通信系统的微波毫米波无源天线及器件

当然不同的标准也会有不同的级别划分方式，例如FCC，IC或ACMA分别有A和B两个等级。天线厂家针对不同的市场，充分论证自己天线的性能用于满足世界各地客户的需求。例如TYA06U38S和TYA06E38S是通宇公司两款微波天线产品，满足ETSI Class 3和FCC级别的天线采用了超高性能天线代码‘U’，满足ETSI Class 4级别的天线则采用异高性能天线代码‘E’来表示，它们分别代表了0.6m口径工作在38GHz的C3和C4单极化天线。

3.4按照应用场景分类According to Application Scenarios

微波天线的应用场景分为电场景和环境场景两种。其中电场景是指微波天线在搭建无线电链路的场合，其分为点对点（p2p）微波天线和点对多点（p2mp）微波天线两种。由于其使用场合不同，微波天线的辐射特性要求也不同。例如用于替代光纤这种单点对单点传输的微波天线，它们的三维方向图要具备类似铅笔光束（Pencil beam）的特性，其二维切面方向图需具备图1所示的效果。而用于多点覆盖的微波天线其特性类似常规的基站天线，目的是在大角度范围内实现信号播报，因此p2mp的微波天线三维方向图要具备扇形（Fan beam）的特征，其二维方向图须具备图6和图7所示的效果。

按照环境场景来讲，微波天线主要分为普通天线，高抗腐天线和高抗风天线三种。后两种主要是针对特殊的应用场所例如高烟雾腐蚀的海边或飓风高发区域，需要做特殊的高抗腐表面处理或结构加强件设计。

3.5按照Radio接口分类According to Radio Interface Types

在一个完整的微波链路通信系统，比天线更为重要的是室外有源无线发射接受机，也被称为Radio.天线厂家为了能够让自己的产品匹配不同厂家的Radio，往往为它们配备了特殊的结构连接件或天线匹配过渡单元。用户在采购天线的时候，也往往针对不同的Radio种类对天线进行分类。图8－图10是三款不同厂家的天线接口示意图。值得注意的是，对于天线性能来说，由于大多数部件是共用件，天线的性能一般被认为不以接口方式的改变而改变。

微波器件分类及选型Microwave Component Classifications

微波器件也可以从多个角度分类，本文旨在从业界常规的如下四种分类方式展开讨论。

4.1极化分离类According to Polarization

极化分离类器件本身也是极化耦合器件，常见的这类器件有微波正交极化耦合器（OMT）和极化器（Polarizer）。前者已经在商用微波通信中广泛应用，其主要有分离式和直扣式两种，其中分离式主要是通过标准法兰与软波导相连，器件成本较低但是系统整体附件成本较高；直扣式主要是允许室外单元（ODU）或Radio直接连接到器件上，从而节省了高额的软波导。图11是该器件在接受双极化信号状态下的极化分离场分布示意图，利用类似原理，通宇公司已经成功开发全频段的分离和直扣OMT产品（见图12）。

4.2功分类According to Power Division

功率分配类的常见微波器件是功分器（Power divider）和定向耦合器（Directional coupler），它们都有分配或组合功率的特性，但有着本质的区别。前者把一路信号按照特定幅度或相位分为多路，常见于激励阵列天线单元；而后者一般指一种4端口器件，其输出两个端口一般并不会同时工作，给链路一种备份的功能。后一种产品常见与点对点微波通信系统中，用于微波天线后端提高链路的可靠性。图13－14是通宇公司开发的高性能微波定向耦合器及其天线连接效果图。

4.3频分类According to Frequency Division

频分类微波器件主要是指微波滤波器，微波双工器，多工器和室外分枝单元等产品。这些器件主要集成于天线室外单元的内部，用于实现滤波和信道整合等功能。微波滤波器多见于单路信道的滤波，双工器使链路收发可以共用一个天线，而多工器和室外分枝单元则可以完成多信道融合从而使单一点对点链路实现超宽带传输。图15－16演示一款定制双工器及其性能。

4.4功能类According to Functionalities

针对若干小型化的微波通信系统，多功能集合的微波器件已经变的越来越普遍。例如将正交极化耦合器和双工器集合在一体的器件已经被很多Radio厂家所采用；为了实现多工功能，多个滤波器与环形器级连也是一种较普遍的解决方案。在这里介绍一款由通宇公司独立开发的四端口耦合器件，如图17所示，该款产品有四个端口用于连接4个室外单元，另外一个端口连接双极化微波天线。该器件集成了一个正交极化耦合器和两个定向耦合器，使得XPIC系统每一个极化具备备份功能。图18是采用该器件搭建的天馈系统。

微波毫米波天线和器件发展趋势Development Trend of Microwave/Milimeter-wave Antennas and Components

微波毫米波天线和器件有如下的未来发展趋势：高性能化，低成本化，多极化，宽频化，高效率化，小型化，定制集成化，和高频化。值得提的是，随着LTE系统和未来5G的发展，小基站的系统将变的越来越普遍，单位空间内微波链路的数量将变的更多，这就要求微波天线及器件的性能更高，价格要更低；另外多极化，宽频化，高频化主要是为了满足日益增长的系统带宽的需求；越来越多的新型室外单元，为了减小整个系统体积，Radio厂家已经在和天线制造商合作开发小型化和定制集成化的天线系统，这使得未来的微波室外天馈系统趋于个性化和定制化。

总结Conclusion

综上所述，本文介绍了点对点无线通信中的无源微波毫米波天线和器件，围绕这些产品的性能和特征对现有产品架构进行了讨论，并简述了本行业的发展趋势。