光束转向:5G的组件之一

5G最终将成为众多技术的组合New Radio,通常称为5GNR,将包含64QAM和256QAM调制。另一个重要方面是波束控制,它正在用新的IC和天线取得进展。 在2018年费城国际微波研讨会上,是德科技与Anokiwave和Ball Aerospace合作展示了一种真正的光束转向系统。Anokiwave和Ball Aerospace开发了一系列由Anokiwave IC驱动的相控阵天线。在下面的视频中,您可以看到天线从视轴旋转±30°,天线阵列直接指向接收器。因为波束控制与发射天线角度同步,所以接收功率保持恒定。 





图1中 的阵列天线由256个天线组成,排列在16×16网格中。天线阵列以28GHz发送64QAM数据信号。 

anokiwave天线阵
图1 Ball Aerospace和Anokiwave的256个天线阵列使用16×16网格来控制光束。摄影:Martin Rowe

该阵列采用模拟波束控制,由64个Anokiwave AWMF-0108四核IC组成,每个IC驱动四个天线元件。天线可以使用所有256个元件或四个独立可控波束形成单个可控波束,其中每个波束使用64个元件。 在模拟(也称为RF)波束控制中(图2

),单个ADC提供八个天线的信号。虽然模拟波束控制最大限度地减少了ADC的数量,但必须谨慎管理诸如相移,RMS相位误差和作为频率函数的RMS幅度误差的问题。此外,所有信号处理 - 相移和信号衰减/放大 - 必须在天线上进行,这使其仅适用于高度集成的硅IC技术。模拟光束转向在可形成的光束数量方面没有灵活性。 

模拟波束控制
图2模拟天线系统对所有天线使用单个ADC,并在天线处进行波束控制。资料来源:Anokiwave

全数字信号链每个天线使用专用的ADC / DAC对。虽然这提供了最大的波束形成灵活性,但它也是不切实际的。ADC的高成本和它们产生的过多热量也使得数字波束控制对于天线元件之间的间隔非常小的高频天线是不实用的。因此,混合方法正在占据上风。图3显示了图2中相同的八个天线,由两个ADC驱动,每个ADC处理四个天线。这种方法很受欢迎,因为它可以在不受数字波束形成挑战的情 

混合梁转向
图3在该混合系统中,每个ADC为四个天线生成信号。资料来源:Anokiwave

图4显示了AWMF-0108的框图 Anokiwave的Logan Minard在微波研讨会之后的电话中解释了信号链。“公共”不是指共同的信号返回,而是指分别包含在发送和接收信号链中的ADC和DAC电路。来自ADC的模拟信号转到Wilkinson功率分配器,然后是幅度和相位控制以及功率放大器(PA)。另一个开关将信号连接到天线。 

AWMF-0108框图
图4 Anokiwave的框图
AWMF-0108
显示发送和接收信号链。资料来源:Anokiwave

在接收方面,Minard解释说,接收信号首先通过低噪声放大器(LNA),然后通过Wilkinson组合器和温度补偿器,根据温度调整信号增益。 在微波研讨会上展示的示范中,光束从视轴转向±30°,尽管该阵列能够从瞄准线转向±60°。“一旦你从视轴超过60度,”Minard说,“过度的扫描损失会使天线增益下降到可接受的水平以下。” 图5的屏幕图像显示了天线阵列的发射信号的所有旁瓣。 



文本
图5 Keysight Technologies的软件显示了从天线阵列发送的信号的分级波瓣。摄影:Martin Rowe 

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