專欄文章

反射式陣列天線因具有平面化特性，可利用標準化印刷電路板製程實現，且適合整合於牆面或天花板場域，若能將饋源天線做適當架設，此天線型式能達到兼具涵蓋需求與環境高度整合之功效，可作為電信運營商之佈建選擇。

前述專欄已針對反射式陣列天線相關設計技術進行探討，本專欄將進一步針對反射式陣列天線之應用做說明。早期反射式陣列天線為用來取代拋物面碟型天線，以衛星通訊與軍事雷達應用居多，因該天線具有高增益與窄波束之特性，非常適合應用於遠距離傳輸。反射式陣列天線透過反射單元的大小、形狀與排列，每個反射單元皆會提供一相位偏移量，使得反射陣列整體的反射特性與拋物面天線相同。因此，漸漸取代拋物面天線在平面波上之應用。

由於反射式陣列天線之反射單元可在平面基板上分佈成型，因此，可利用標準化印刷電路板製程施作。再者，平面化結構若應用於室外通訊涵蓋，可整合與牆面或大型廣告看板等場域。文獻中提及在日本石垣島市區使用工作頻率11 GHz之反射式陣列天線並架設於大樓頂端，藉此改善非視線傳播(None-Line-of-Sight, NLOS)下之訊號盲區的涵蓋品質與網路容量。該通道量測系統之發射端天線在距離200 m外正向入射反射式陣列天線，隨即產生60度散射角度朝向欲涵蓋之街道區。接收天線則放置於車頂上進行動態行駛實測，其中發射端與接收端在非直視傳播路徑進行測試配置。在使用8x8多輸入多輸出(MIMO)之通道量測系統測試，其接收功率值與通道容量相較於無採用反射式陣列天線提升10 dB與4 bps/Hz，其中反射陣列單元數量高達1848個(42x44)，如圖一所示為反射式陣列天線架設與測試情境。

圖一、改善室外訊號涵蓋品質之反射式陣列天線佈建

如圖二所示為一種反射式陣列天線應用於無線區域網路之室內情境，其中此天線結構為X-band頻段應用，透過反射單元之分佈以合成寬波束場型。此佈建重點在於平面反射式陣列天線非常適合整合於室內天花板空間，類似行動網路室分天線系統之作法。因場型具有向下集中分佈特性，較易限縮涵蓋範圍，對於高網路容量需求之室內場域，有機會實現多細胞網路佈建。由於反射式陣列天線為固定式場型合成，因此，在網路佈建上需要預先進行涵蓋與擴容規劃，才能依照實務應用進行相關反射單元之佈排設計。

圖二、寬波束之反射陣列天線應用於室內場域情境

參考資料

[1] Qiang Chen, “Reflectarray Development for Improving NLOS Radio Channel＂ ,Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings, 2013.

[2] Qiang Chen, Jianfeng Li, Yusuke Kurihara, Kunio Sawaya, Qiaowei Yuan, Ngochao Tran, Yasuhiro Oda, “Measurement of reflectarray for improving MIMO channel capacity of outdoor NLOS radio channel”, IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI),  2013.

[3] Qiang Chen; Kunio Sawaya; Koichi Ito, “Recent research activities on antennas in Japan”, 7th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), 2013.

[4] PIYAPORN KRACHODNOK, RANGSAN WONGSAN, ”Design of broad-beam microstrip reflectarray”, WSEAS Transactions on Communications, 2008.