随着移动数据流量的快速增长，新一代移动通信技术面临着前所未有的挑战。天线与射频部分作为移动通信系统的重要组成部分，其功能和集成度需要有本质性的提高。传统基站上的阵列天线，其扇面波束覆盖范围和指向不能灵活调节。此外，连接天线与射频的馈线损耗会严重恶化系统的性能。随着第三代(3G)、第四代(4G)移动通信系统的部署，同一个基站需要支持多制式、多频段的通信系统。传统的远端射频单元(RRU)和无源天线阵列需要占用的空间会随着系统的复杂度提升而增大，且安装调试和后期维护的难度都会提高。采用能够支持多制式并具有高集成度、高性能、高效率等优点的有源一体化天线的新一代基站系统在这样的应用背景下得以提出并逐渐成为研究热点，国际上多家设备供应商已经提出有源一体化天线的概念或给出了实验样机。　　本论文主要研究适用于新一代移动通信的高效节能的有源一体化天线系统。首先分析了有源一体化天线对整个通信系统性能的改善，研究了有源一体化天线系统设计和实现的关键技术，包括分布式小型化的射频技术，高精度数字移相技术以及波束成形技术。然后分析了关键电路性能对系统整体指标的影响。在此基础上分别针对MIMO通信系统、WCDMA系统和TD-LTE系统分别设计和实现了具有波束扫描功能的有源一体化天线。此外，还设计实现了一种双频段双模式有源一体化天线以提高系统的集成度。论文的主要工作包括:　　第一章研究分析了有源一体化天线对整个通信系统性能的改善，主要分为发射和接收两部分。有源一体化天线系统能够提高通信系统的效率，提供先进的波束成形和指向扫描功能。在发射部分中可以用多个分布式的小型放大器代替传统的RRU中的大功率放大器，以降低系统成本和设计难度。在接收部分中因为天线单元直接与射频收发信机相连，避免了馈线损耗，降低了系统的噪声系数，提高了系统的接收灵敏度。本章分析和计算了幅度均匀分布和非均匀分布的有源一体化天线阵列对系统接收机噪声系数的改善。　　第二章研究了有源一体化天线设计中的一些关键技术。首先，针对小型化分布式射频收发信机的设计和实现，分析和对比了射频、中频和本振移相方案各自的特点并最终选择了适合在移动通信系统中使用的本振移相方案，并给出了两种不同的本振移相器设计方案。其次，分析了通道之间幅度和相位不平衡度对系统整体性能的影响，并通过仿真给出了系统设计时对射频通道相位和幅度不平衡度的要求。最后，提出了一种适用于有源一体化天线系统的校准方法。　　第三章提出并实现了一种用于MIMO通信系统的二维平面有源一体化天线，相比于传统的无源天线组建的MIMO通信系统，本章给出的MIMO系统中每个输入／输出通道均连接一个二维有源一体化天线，可以实现水平和垂直面内的波束扫描，能够实时改变通信信道的特性以增大系统的信道容量。　　第四章提出并实现了一种适用于WCDMA系统的有源一体化天线系统。针对发射和接收部分，分别设计了独立的相位控制电路，通过使用直接数字频率合成(DDS)和锁相环(PLL)相结合的方案来产生相位可控的多路本振信号。系统的发射和接收链路可以同时独立调节波束指向，以实现系统性能的最优化。此外，在设计时为了增加系统的灵活性和减小本振与其它电路之间的耦合，本振电路与其它部分电路使用了独立的PCB板来实现。整个系统包括了8个天线单元及其相连接的射频收发信机，组成均匀分布的线阵，测试结果验证了系统的波束指向精度。该有源一体化天线首次在WCDMA系统中通过本振移相方案实现了收发波束指向独立控制，并可远程调节波束指向。　　第五章提出和实现了一种适用于TD-LTE通信系统的有源一体化天线系统。TDD系统收发部分不同时工作，因此收发通道可以共用本振信号电路。为降低系统复杂度和提高移相精度，采用了DDS输出信号的谐波作为本振信号的方案。设计并制作了适用于TD-LTE的8单元一维均匀线性有源一体化天线阵列和4×8二维均匀平面阵列，后者能够在水平面和垂直面内同时提供波束扫描。　　第六章针对国家重大专项课题“高效节能的有源一体化天线”，提出并实现了一种双频双模式有源一体化天线的射频电路，包括1.8GHz和2.6GHz的TDD和FDD模式，提高了系统的集成度，测试结果表明设计的电路符合指标要求。该射频子系统与天线及外围控制电路构成了双频双制式的有源一体化天线系统，并在普天的LTE测试网内进行了测试。　　研究结果有些己在IEEE Trans.on Antennas Propag.国际核心刊物上发表，有些已在IEEE APMC、IWS等国际会议上发表，部分工作也申请了专利。