介质谐振器天线,高频段天线的机遇
随着通信技术的不断发展,6GHz 以下频谱资源日益匮乏,更高频段的无线通信频谱资源成为兵家必争之地。更高频率的无线通信系统提供了更高的传输速率、更宽的工作带宽、更大的通信容量。对于无线通信系统最前端的硬件设备——天线,更高的频段同时也意味着更多的挑战。
高频率带来高损耗和高成本:以往常用的微带贴片天线在高频段会有较大的介质损耗和金属损耗,为了降低损耗,需要使用高价的材料作为介质基板,这会明显提高成本。
高频段天线不便于装配:另一个常用的天线形式是偶极子天线,随着辐射频率的不断升高,偶极子天线的尺寸会越来越小,最终会形成装配上的困难。
介质谐振器天线(DRA)可以很好的规避上述两个问题,与微带天线和偶极子天线相比,有以下几种优势:
馈电方式多样,设计自由度大,形状多变,加工简单,成本较低。
损耗更低,尤其在毫米波频段,DRA的优势更加明显。
高辐射效率在基站天线中大规模阵列应用中能有效降低能耗,达到节能减排的目的。
易于集成。
现今DRA已广泛应用于Bluetooth、PHS、WLAN等通信系统中,且在雷达系统、相控阵天线、移动卫星通信、5G等诸多领域展现了优越的应用潜力。
创新工艺与设计,助力介质谐振器天线商用化
介质谐振器天线经历数十年的发展,其理论和仿真设计流程已经比较成熟,且常见的谐振器都是半球形、圆柱形、矩形等易于加工的形状,但在在毫米波段下,每个天线阵面将由几百个介质谐振器单元组成,如果每个谐振器单独加工装配,会产生巨大的工作量且难以保证装配精度,单元排布的相对位置会与仿真模型产生较大偏差,这是造成天线实物和电磁理论设计不匹配的主要原因之一。所以DRA在毫米波段商用的过程中,真正的难点不是电磁设计,而是是采用何种工艺才能使实物最大程度的还原仿真模型以此来匹配其电磁理论设计,围绕这一问题,中兴通讯探索了大量的方案,希望能得出高可靠性、低成本的可批量生产方案。下面选取了四种具有代表性的方案进行简要的介绍。
机器加工保证精度,整面天线一体成形:机器加工可以很大程度的保证精度,将加工后的陶瓷板直接粘接射频电路板上,即可实现装配,过程简单、便捷。
一体化3D打印技术和一体化陶瓷烧结技术:这两项技术的核心是在加工过程中利用少量介质将各个谐振器连接起来,这样也可以在装配过程中精确地保持各单元间的相对位置。
辐射结构和馈电网络一体化PCB蚀刻加工方案:中兴通讯创造性提出一种将陶瓷介质和射频电路层粘合在一起,利用激光蚀刻加工成形的方。该方案避免了后续装配错位误差以及胶水等对介质天线电磁性能的影响,提高了天线的加工精度,为介质谐振器天线的未来批量生产打下了坚实基础。
低损耗高增益天线是毫米波频段通讯是不可或缺的部分,中兴通讯将继续思考、钻研如何实现更低成本、更高可靠性、更快装配,在毫米波段继续为客户提供最优质的通讯信号。