Design and Implementation of An Active Multibeam Antenna System with 64 RF Channels and 256 Antenna Elements for Massive MIMO Application in 5G Wireless Communications

This paper focuses on the design and implementation of an active multibeam antenna system for massive MIMO applications in 5G wireless communications.The highly integrated active multibeam antenna system is designed and implemented at 5.8 GHz with 64 RF Channels and 256 antenna elements.The 64-channel highly integrated active multibeam antenna system provides a verification platform for digital beamforming algorithm and massive MIMO channel estimation for next generation wireless communications.

高增益反射型超表面多波束双频天线设计

提出了一种高增益多波束双频天线,通过超表面的电磁调控特性实现在双频段的波束聚焦和波束偏转。所设计的多波束双频天线由反射型超表面和双频微带天线两部分组成。为实现焦距为40 mm的波束聚焦和±30°波束偏转,将双频微带天线放置在超表面下方40 mm的水平面上。根据天线上方相位近似于0和π的两个超表面单元合理排布,天线位于焦点正下方时在14.5 GHz和22.7 GHz实现了波束聚焦,天线偏离焦点±35 mm处时在14.5 GHz和22.7 GHz实现了±30°波束偏转。仿真结果表明,不同位置天线在双频段实现了不同的波束调控效果,相较于没有超表面时,天线低频段内增益增大了11.56~14.03 dBi,高频段内增益增大了10.74~13.07 dBi。所设计的超表面天线实现了在双频段的高增益、波束调控性能。

基于5G新空口的感知通信一体化多波束系统

由于多波束通信信道中的重要信号会受到传播距离的影响,存在串行干扰和噪声,致使天线方向图与实际数值不一致。针对该问题,设计一种基于5G新空口的感知通信一体化多波束系统。通过5G新空口多波束基站、多波束基站天线自动对准平台以及多波束采集控制平台三部分,设计感知通信一体化多波束系统硬件结构;并在系统硬件结构基础上设计系统软件部分,采用多波束形成方法设计5G新空口多波束赋形接收和发射子系统,获取天线方向图。在子系统内,通过5G新空口混合时空编码,采用QR分解构建多波束分解信道矩阵,消除编码过程中存在的串行干扰;根据信道分解结果,采用基于通道映射的方法提取多波束通信信道中的重要信号。通过系统硬件和软件设计构建基于5G新空口的感知通信一体化多波束系统。系统测试结果表明,所设计系统多波束成形是向中心点聚拢的,天线方向最大值为0,与理想图完全重合,能够实现多波束稳定传输。

基于脊间隙波导的低副瓣多波束阵列天线设计

为了克服毫米波频段传统多波束阵列天线损耗高、效率低以及等幅激励情况下副瓣电平较高的问题,该文提出了一种基于间隙波导技术的低副瓣多波束阵列天线设计方法。首先,设计了基于巴特勒矩阵的双层多波束馈电网络拓扑结构,将传统巴特勒矩阵的4个输出端口与不等功分器相连,拓展为8个输出端口,实现输出功率的重新分配,以达到低副瓣设计的目的。接着,设计了基于脊间隙波导的双层和单层定向耦合器、交叉结和不等功分器,完成了低副瓣多波束阵列天线的整体设计。最后,进行了天线实物加工和测试,测试与仿真结果较为吻合,副瓣电平得到了有效降低,验证了所提出的低副瓣多波束阵列天线的性能。

一种基于超表面的四波束天线

为了满足无线通信系统对天线性能的要求,提出了一种四波束超表面天线。首先通过增大接地板尺寸的方法使缝隙天线辐射出了四个波束,然后在缝隙天线上覆盖超表面,进一步提高了天线的峰值增益,并分析对比了超表面的参数和耦合缝隙的形状对天线性能的影响。仿真结果表明,该天线的-10-dB阻抗带宽为520 MHz(5.34~5.86 GHz)。同时,天线可以同时辐射出俯仰角θ分别为-140°、-40°、+40°和+140°的四个不同方向的波束,在工作频率5.6 GHz处,各波束的峰值增益分别为5.12 dBi、7.12 dBi、7.11 dBi和5.4 dBi。

高通量卫星多波束天线馈电系统PIM控制技术

介绍了无源互调(PIM)产生的机理和控制方法,重点研究了高通量卫星多波束天线馈电系统PIM控制技术,通过采用馈电系统高隔离度优化设计、馈源单元法兰面扼流槽设计、馈源阵安装板PIM源控制设计、Ka频段PIM试验系统低PIM设计等手段,将某Ka频段多波束天线馈电单元的7阶PIM性能控制在高低温(-60~+100℃)环境下≤-135 dBm,馈源阵7阶PIM性能控制在常温状态下≤-140 dBm。产品的实际应用验证了所述PIM控制技术的有效性,在工程问题中起到指导作用。

一种多波束可旋转的金属波导太赫兹阵列天线

随着移动通信的高速发展和通讯环境的日益复杂,多波束天线在多目标雷达、卫星通信以及多点无线通信等领域有着广泛的应用需求。轨道角动量是电磁波的基本属性之一,它具有螺旋形波前,可独立于振幅、相位、偏振等基本属性,能为电磁波提供新的复用维度。基于亚波长金属波导阵列对电磁波优异的调控能力,我们设计了一种多波束可旋转的太赫兹(THz)阵列天线,通过调控入射波两正交偏振分量的相位分布,可将其分别转化成强度分布一致、阶数相反的涡旋波束。通过改变两分量的相位差,可实现45°偏振方向上波束的干涉图样发生旋转。此外,该阵列天线还展现出了高增益(31 dBi)和宽带宽(61 GHz)的特性。该工作可为基于多波束阵列天线的方位角测量提供新的思路,对丰富THz频段的阵列天线设计具有重要意义。

一种应用于5G毫米波通信的双极化有源相控阵模组

针对5G毫米波通信,研制了一种双极化有源相控阵天线模组。厚度为2 mm的多层PCB正面印制阵列天线,在其背面集成多通道波束成形芯片,通过中间层实现天线与芯片的互连以及供电、控制等。测试结果表明,研制的板状4×4双极化相控阵模组在E面和H面均实现了不小于±40度的波束扫描范围(不大于3 dB的电平下降)和低于-18 dB的归一化交叉极化电平,在24~27.5 GHz的频率范围内实现了V极化和H极化分别为42.6~45.7 dBm和43.5~46.1 dBm的等效全向辐射功率(EIRP)。

全空域多目标测控系统研究综述

随着在轨航天器数量向着千颗量级发展,传统测控系统“一对一”测控方式已经难以适应未来大规模在轨航天器测控管理任务。为适应航天领域的发展需求,全空域多目标测控系统应运而生。全空域多目标测控系统是球面相控阵技术与数字多波束合成技术在测控系统中的首次应用,具备空间多个目标同时测控的能力。首先,介绍了全空域多目标测控系统的基本结构和原理;其次,综述了全空域多目标测控系统国内外研究现状、应用及实现的关键技术;最后,指出了全空域多目标测控系统存在的主要问题及未来的主要研究方向,可为多目标测控系统的后续研究提供参考。

基于SICL的宽频带毫米波多波束阵列天线设计

为实现第五代移动通信技术(5G)毫米波阵列天线的多波束扫描,提出了一种基于基片集成同轴线(Substrate Integrated Coaxial Line,SICL)的宽频带毫米波多波束阵列天线。多波束阵列天线主要包括基于SICL的宽频带毫米波罗特曼透镜和基于SICL馈电的宽频带磁电偶极子天线,罗特曼透镜腔体采用平板波导结构,移相段采用非色散结构SICL,设计了一种平板波导透镜腔体和SICL移相段的宽频带匹配结构实现宽频带罗特曼透镜。采用SICL耦合馈电的宽频带磁电偶极子天线作为多波束阵列的辐射单元,易于直接与基于SICL的罗特曼透镜连接使用,可实现宽频带波束扫描。基于此设计了一种7个波束端口、9个阵列单元的宽频带多波束阵列天线。仿真结果表明,该罗特曼透镜的-10 dB阻抗带宽约为42%(20.5~31.5 GHz),磁电偶极子天线的-10 dB阻抗带宽约为45%(20.5~32.5 GHz),组成的多波束阵列天线在20.5~31.5 GHz(约42%)频带内可实现±30°的波束扫描,天线结构简单紧凑、剖面低、易集成且能实现宽频带波束扫描,适用于5G毫米波通信。

低轨卫星星座通信系统的分析与发展

随着我国卫星通信技术的发展和进步,其应用领域不断扩大。与此同时,低轨道地球(Low Earth Orbit,LEO)卫星星座通信系统也走上了发展快车道,无论是发展潜力还是发展空间都比较大。低轨卫星星座通信系统的优势明显,以其独一无二的特点在各个领域得到了广泛运用。相较于静止轨道卫星通信系统,低轨卫星星座通信系统的特点突出,系统运行模式和应用模式也有了新的发展趋势。以低轨卫星星座通信系统的基本情况为出发点,对其市场前景、相关产业链、运行模式以及关键技术等进行分析,希望对相关工作者有所裨益。

基于极小极大值算法的多波束天线优化设计

为了以多个性能近似一致的点波束覆盖服务区,提出了一种新型赋形多波束天线设计方法。优化过程中将天线口径投影面内的相位分布和各个馈源的位置作为优化变量,然后以不同位置波束的增益和旁瓣作为目标函数,最后利用极小极大值算法获得高增益低旁瓣多波束覆盖。数值仿真结果表明了优化设计的有效性,解决了传统标准单口径单馈源多波束天线旁瓣电平高、波束交叠增益低的问题。

卫星多波束天线赋形波束的最优化计算

主要介绍了卫星多波束天线的基本原理和数学模型 ;说明了卫星多波束天线赋形问题的本质是一个优化问题 ;用两种可行有效的优化方法——最小 p乘法和最小最大法分别对矩形区域和中国本土进行了赋形 。

赋形反射面多波束天线优化设计与分析

为了以较低的技术难度实现多个点波束对服务区的高增益、低旁瓣覆盖,提出了一种新型的赋形单口径多波束天线设计方法,通过对反射面赋形来解决传统单口径多波束天线旁瓣电平与波束宽度之间的矛盾.在对反射面优化过程中,将天线口径投影面内的相位分布作为优化变量,利用基于实数编码的遗传算法对其进行调整来获得满足要求的多波束覆盖.数值仿真结果表明:在保证增益大于40dBi、旁瓣电平低于20dBi的前提下,该设计能够将波束宽度拓宽为1°,可有效地提高了波束交叠增益,降低了旁瓣电平.

卫星多波束天线综述

卫星通信的发展及对卫星通信的容量和效率要求的不断提高，导致了卫星多波束天线的出现。文章对目前使用的阵馈单反射面多波束天线，成形反射面多波束天线，有源多元阵多波束天线及镜像多波束天线的结构、分析方法、适用范围等进行了综述，并给出了相应的例子。

抛物环面天线增益和旁瓣特性的研究

本文给出了抛物环面天线的参数方程和辐射场公式。利用给出的公式研究了抛物环面天线的增益和旁瓣特性。最后，对一个实际天线的方向图进行了理论计算，与测量值比较，两者吻合得很好，从而验证了理论分析和计算的正确性。

基站智能天线多波束合成技术

采用数字波束形成的技术 ,给出了基站智能天线多波束合成的有效算法。对圆环阵分布的基站天线多波束方向图进行了综合 ,得到了空间隔离度很好的多个波束 ,并将副瓣控制在 30dB以下 ,结果令人满意。该方法可用于任意单元构成的不均匀阵列天线 。

基于菲涅尔区修正结构的多波束自适应天线

菲涅尔区相位修正结构具有类似于二次曲面的聚焦特性和更好的偏轴扫描特性，将该结构与馈源阵列相组合，并通过用改进的ＬＭＳ算法对馈源阵列输出的自适应信号处理，实现了对来波方向的估计和数字波束形成，从而构成了一类新型的多波束自适应天线。计算机模拟的有关结果证实了其可行性。

测控通信系统中的天线新技术

探讨了测控通信系统中的天线新技术,分析了目前测控天线面临的技术困境和相应的解决办法。详细研究了天线组阵、数字多波束天线以及共形有源相控阵天线的可行性,并对目前的技术趋势作了探讨。最后给出了测控天线发展的新方向和形式,指出在测控通信系统中,测控天线将会向智能蒙皮、大规模集成、超宽带、小型化、低RCS等方向发展;频段将由微波频段向毫米波频段,甚至光波段延伸;新兴天线将会融合多种技术,性能必将进一步提升,更能满足用户需求。

五波束抛物环面天线

本文首先给出了抛物环面天线的辐射场公式,然后利用给出的公式设计和研制出一个90°角域的五波束抛物环面天线,并示出了该天线五个波束的测试方向图和中心波束的计算方向图,计算值和测量值吻合很好。最后,还介绍了中心波束和边缘波束的增益测量值。