通信天線的未來：天線系統的先進應用

先進的天線系統在現代通信中起著至關重要的作用。它們確保了地對地和地對空通信系統之間的無縫連接。在不斷演變的通信天線領域中，對提高性能的需求呈指數增長。通信天線的進步和可用電磁頻譜的擴展為提高信號速度、增加網絡容量和增強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（DAS）等尖端技術，這些技術使得航空航天和地對地應用中的無線通信進入了現代時代。

天線系統依賴MIMO技術

過去，便攜式收音機背面只有一個可伸縮的天線。如今，許多現代天線系統采用多輸入多輸出（MIMO）技術。MIMO利用多個天線同時在發射器和接收器處工作，以提高信號的數據吞吐量并改善其可靠性。通過空間復用技術，MIMO允許在相同頻帶上同時傳輸多個數據流。標準的MIMO通常使用2至6個發射天線和接收天線來發送和接收數據。

擁有多個天線的衛星和航空航天系統可以利用MIMO技術來提高地對空通信的數據傳輸速率和質量。MIMO在衛星互聯網接入、視頻流傳輸和數據密集型通信應用中尤為有用。

大規模MIMO（簡稱為mMIMO）顯著擴展了之前一代MIMO的規模。例如，愛立信（Ericsson）推出的現代mMIMO網絡天線，如AIR 6476產品，具備64個發射器和64個接收器支路。

mMIMO技術是5G網絡的關鍵支持者。它可以在無線基站部署許多天線，增加網絡容量并提供更好的覆蓋范圍。先進的天線軟件可以控制這些大規模MIMO陣列，感知干擾，智能地形成網絡分布單元并減少小區間干擾。

多路復用增加信號強度

多路復用是MIMO系統中常用的一種技術，用于通過不同的天線以相同或不同的頻率傳輸多個獨立的信息“流”。這些數據流隨后由獨立的天線接收，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天線必須使用先進的數字信號處理來調整各個信號流的失真，以重建原始信號。

多路復用技術，如正交振幅調制（QAM），可以增加整體信號強度并提高天線組件之間的數據傳輸速率。QAM可以同時通過多個天線信道傳輸數據，進一步增加整個天線系統可傳輸的總信道數。在衛星通信系統中，QAM尤其有用，例如Starlink系統，因為有限的頻譜必須有效利用，以適應多個用戶和高數據傳輸速率。

每個單獨的天線在每赫茲的傳輸數據量是固定的。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地傳輸大數據信號。QAM旨在將單一天線信號分解為多個較小的數據流。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確性。

多路復用功能最初是為4G LTE開發的，現在在5G中起著至關重要的作用，它能夠在保持天線和頻譜效率的同時實現高速數據傳輸。

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象或受到障礙物或電磁干擾的影響。空間多樣性編碼技術可以被視為冗余的多通道通信。這些技術用于通過多個物理上分離的發射天線（即使已經進行了多路復用）發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制的信號，盡管這些信號可能已經被破壞。然而，由于信號路徑的不同，每個單獨破壞的信號可以被合并，減少路徑衰落現象的影響，恢復信號的可靠性。

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

波束成形有效地發送信號

波束成形是一種常見于多天線應用（如MIMO和分布式天線系統）的先進天線網絡優化技術，其通過將無線電信號聚焦在特定方向上，以增加無線網絡的覆蓋范圍和容量。天線模式智能調整，使得個體電磁波在特定方向上產生正向干擾。這種策略實現了有針對性的信號放大、減少干擾以及最大程度的信號質量。

波束成形通過調整單個射頻信號通過多個天線的相位和增益來實現。在MIMO應用中，每個天線可以發送不同的信號，這些信號可以合并，并且每個信號加權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送完全不同的信號。

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

分布式天線系統平均分布信號覆蓋

雖然現代的單獨天線組件在增加容量方面表現出色，但單一天線系統可能在所有環境中都不適用。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（DAS）可以提供必要的網絡覆蓋。DAS由分布在整個建筑物中的一系列天線組成，旨在協調工作，以最大化連接性并最小化浪費信號。

DAS網絡的設計是為了增補網絡基站（如4G和5G蜂塔），將網絡延伸到單一天線無法提供可靠覆蓋的建筑物內部。分布式天線系統通常支持所有主要的網絡運營商，可以概念上類比于Wi-Fi信號擴展器，但適用于蜂窩網絡。

DAS可以根據需要的建筑物規模而變化，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，到超過500,000平方英尺的高層建筑。室外的分布式天線系統可以覆蓋大型人口密集地區，包括繁忙的城市街道、動物園和活動場所。在航空航天應用中，DAS系統通常用于大型飛機，以提供統一的無線覆蓋和容量。

航空航天應用中的通信天線技術

先進的天線技術在地對空和地對地通信系統中扮演著關鍵角色。可靠和高性能的無線連接解決方案對于航空航天應用至關重要，包括衛星通信、飛機對飛機通信、飛機對地通信以及飛行中乘客通信。隨著航空航天行業的發展，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揮關鍵作用，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，用于將電信號轉換為無線電波，并將無線電波接收后轉換回為電信號。天線可以用于多種應用，如無線通信、衛星通信、廣播、雷達、無線網絡、電視和無線電等領域。它們在現代通信和信息傳輸中起著關鍵的作用，使我們能夠進行遠距離的通信和數據傳輸。

審核編輯：湯梓紅