通信天線的未來：天線系統(tǒng)的先進(jìn)應(yīng)用

先進(jìn)的天線系統(tǒng)在現(xiàn)代通信中起著至關(guān)重要的作用。它們確保了地對地和地對空通信系統(tǒng)之間的無縫連接。在不斷演變的通信天線領(lǐng)域中，對提高性能的需求呈指數(shù)增長。通信天線的進(jìn)步和可用電磁頻譜的擴(kuò)展為提高信號速度、增加網(wǎng)絡(luò)容量和增強(qiáng)覆蓋范圍鋪平了道路。本文將探討諸如MIMO和分布式天線系統(tǒng)（DAS）等尖端技術(shù)，這些技術(shù)使得航空航天和地對地應(yīng)用中的無線通信進(jìn)入了現(xiàn)代時代。

天線系統(tǒng)依賴MIMO技術(shù)

過去，便攜式收音機(jī)背面只有一個可伸縮的天線。如今，許多現(xiàn)代天線系統(tǒng)采用多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)。MIMO利用多個天線同時在發(fā)射器和接收器處工作，以提高信號的數(shù)據(jù)吞吐量并改善其可靠性。通過空間復(fù)用技術(shù)，MIMO允許在相同頻帶上同時傳輸多個數(shù)據(jù)流。標(biāo)準(zhǔn)的MIMO通常使用2至6個發(fā)射天線和接收天線來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

擁有多個天線的衛(wèi)星和航空航天系統(tǒng)可以利用MIMO技術(shù)來提高地對空通信的數(shù)據(jù)傳輸速率和質(zhì)量。MIMO在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)接入、視頻流傳輸和數(shù)據(jù)密集型通信應(yīng)用中尤為有用。

大規(guī)模MIMO（簡稱為mMIMO）顯著擴(kuò)展了之前一代MIMO的規(guī)模。例如，愛立信（Ericsson）推出的現(xiàn)代mMIMO網(wǎng)絡(luò)天線，如AIR 6476產(chǎn)品，具備64個發(fā)射器和64個接收器支路。

mMIMO技術(shù)是5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵支持者。它可以在無線基站部署許多天線，增加網(wǎng)絡(luò)容量并提供更好的覆蓋范圍。先進(jìn)的天線軟件可以控制這些大規(guī)模MIMO陣列，感知干擾，智能地形成網(wǎng)絡(luò)分布單元并減少小區(qū)間干擾。

多路復(fù)用增加信號強(qiáng)度

多路復(fù)用是MIMO系統(tǒng)中常用的一種技術(shù)，用于通過不同的天線以相同或不同的頻率傳輸多個獨(dú)立的信息“流”。這些數(shù)據(jù)流隨后由獨(dú)立的天線接收，每個信號重新組合成原始信號。由于每個信號在天線之間傳播時都會有自己的信道失真，接收MIMO天線必須使用先進(jìn)的數(shù)字信號處理來調(diào)整各個信號流的失真，以重建原始信號。

多路復(fù)用技術(shù)，如正交振幅調(diào)制（QAM），可以增加整體信號強(qiáng)度并提高天線組件之間的數(shù)據(jù)傳輸速率。QAM可以同時通過多個天線信道傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)一步增加整個天線系統(tǒng)可傳輸?shù)目傂诺罃?shù)。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，QAM尤其有用，例如Starlink系統(tǒng)，因為有限的頻譜必須有效利用，以適應(yīng)多個用戶和高數(shù)據(jù)傳輸速率。

每個單獨(dú)的天線在每赫茲的傳輸數(shù)據(jù)量是固定的。通過將單一大信號分成適合單個天線容量的較小“流”，可以通過許多較小的天線動態(tài)地傳輸大數(shù)據(jù)信號。QAM旨在將單一天線信號分解為多個較小的數(shù)據(jù)流。多個天線可以通過添加相同信號頻率的附加信道來增加帶寬，并通過波束成形增加準(zhǔn)確性。

多路復(fù)用功能最初是為4G LTE開發(fā)的，現(xiàn)在在5G中起著至關(guān)重要的作用，它能夠在保持天線和頻譜效率的同時實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。

空間多樣性有助于信號覆蓋長距離

覆蓋大范圍的無線信號可能會受到衰落現(xiàn)象或受到障礙物或電磁干擾的影響。空間多樣性編碼技術(shù)可以被視為冗余的多通道通信。這些技術(shù)用于通過多個物理上分離的發(fā)射天線（即使已經(jīng)進(jìn)行了多路復(fù)用）發(fā)送多個相同信號的副本。

此外，多個物理上分離的接收天線接收這些復(fù)制的信號，盡管這些信號可能已經(jīng)被破壞。然而，由于信號路徑的不同，每個單獨(dú)破壞的信號可以被合并，減少路徑衰落現(xiàn)象的影響，恢復(fù)信號的可靠性。

考慮到航空航天應(yīng)用中對長距離通信的需求，空間多樣性技術(shù)有效地最小化了航空航天通信中信號衰落和干擾的影響

波束成形有效地發(fā)送信號

波束成形是一種常見于多天線應(yīng)用（如MIMO和分布式天線系統(tǒng)）的先進(jìn)天線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)，其通過將無線電信號聚焦在特定方向上，以增加無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和容量。天線模式智能調(diào)整，使得個體電磁波在特定方向上產(chǎn)生正向干擾。這種策略實現(xiàn)了有針對性的信號放大、減少干擾以及最大程度的信號質(zhì)量。

波束成形通過調(diào)整單個射頻信號通過多個天線的相位和增益來實現(xiàn)。在MIMO應(yīng)用中，每個天線可以發(fā)送不同的信號，這些信號可以合并，并且每個信號加權(quán)以及具有自己的相位，從而形成多通道波束。這種波束成形可以使用單個MIMO天線陣列向多個方向發(fā)送完全不同的信號。

波束成形在航空航天通信系統(tǒng)中具有非常重要的意義，特別是對于地對空通信，其中功率效率至關(guān)重要。波束成形技術(shù)使得衛(wèi)星或飛機(jī)可以將其傳輸聚焦在特定位置，如地面站或其他飛機(jī)，以最大化信號質(zhì)量并最小化干擾。

分布式天線系統(tǒng)平均分布信號覆蓋

雖然現(xiàn)代的單獨(dú)天線組件在增加容量方面表現(xiàn)出色，但單一天線系統(tǒng)可能在所有環(huán)境中都不適用。在信號穿透性差或存在大量干擾的大型建筑物中，分布式天線系統(tǒng)（DAS）可以提供必要的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。DAS由分布在整個建筑物中的一系列天線組成，旨在協(xié)調(diào)工作，以最大化連接性并最小化浪費(fèi)信號。

DAS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計是為了增補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)基站（如4G和5G蜂塔），將網(wǎng)絡(luò)延伸到單一天線無法提供可靠覆蓋的建筑物內(nèi)部。分布式天線系統(tǒng)通常支持所有主要的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，可以概念上類比于Wi-Fi信號擴(kuò)展器，但適用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

DAS可以根據(jù)需要的建筑物規(guī)模而變化，從小型的10,000平方英尺的辦公空間，配備2-4個蜂窩信號中繼系統(tǒng)，到超過500,000平方英尺的高層建筑。室外的分布式天線系統(tǒng)可以覆蓋大型人口密集地區(qū)，包括繁忙的城市街道、動物園和活動場所。在航空航天應(yīng)用中，DAS系統(tǒng)通常用于大型飛機(jī)，以提供統(tǒng)一的無線覆蓋和容量。

航空航天應(yīng)用中的通信天線技術(shù)

先進(jìn)的天線技術(shù)在地對空和地對地通信系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵角色。可靠和高性能的無線連接解決方案對于航空航天應(yīng)用至關(guān)重要，包括衛(wèi)星通信、飛機(jī)對飛機(jī)通信、飛機(jī)對地通信以及飛行中乘客通信。隨著航空航天行業(yè)的發(fā)展，這些天線解決方案將在確保滿足不斷增長的通信需求時發(fā)揮關(guān)鍵作用，提供高效、可靠和安全的覆蓋。

天線（Antenna）是一種用于收發(fā)無線電波或電磁波的裝置。它是無線通信和電磁波傳輸中的重要組成部分，用于將電信號轉(zhuǎn)換為無線電波，并將無線電波接收后轉(zhuǎn)換回為電信號。天線可以用于多種應(yīng)用，如無線通信、衛(wèi)星通信、廣播、雷達(dá)、無線網(wǎng)絡(luò)、電視和無線電等領(lǐng)域。它們在現(xiàn)代通信和信息傳輸中起著關(guān)鍵的作用，使我們能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離的通信和數(shù)據(jù)傳輸。

審核編輯：湯梓紅