Page 52 - MWJC_MarApr2018_eMag

TechnicalFeature 技术特写

构，以及这两种架构各自的要求。 式设计为以与路径损耗相同的速率相对
一维或二维扫描 地增加，从而为远近用户提供更均匀的
阵列中有源信道的数量取决于许多 网络覆盖。标称半功率波束宽度可以近
因素。我们先来了解一下方位角和仰角 似表示为102°/N ANT ，而阵列增益幅度 射频开关解决方案
扫描要求，以及典型的FWA部署是否需 为10log 10 （N ANT ）+5dBi。借助无源天
要使用二维波束成型，亦或只使用复杂 线组合，可集中仰角波，并增加固定天 从DC至110GHz
性更低的一维（仅方位角）波束成型阵 线增益，如表2所示。对于郊区FWA部
列即可。这个决定对功率放大器（PA） 署，采用13至26°的波束宽度就够了，
有一定影响。图8显示了两种FWA部署 同时利用4至8个天线单元的无源列阵列
场景。在郊区部署中，信号塔高度为15 组合。然而，在城市部署场景中，仰角 在所有高频测试中您都可以信赖
至25m，蜂窝半径为500至1000m，住宅 扫描要求更高，且使用的系统仅限于1至 Ducommun的射频产品。
平均高度为10m。正如传统的宏蜂窝系 2个无源单元。
统那样，该部署场景中无需采用完全自 图9b说明了逐个单元馈电的有源 Ducommun提供高达46GHz
适应仰角扫描。通过共同馈电多个无源 阵列。逐个单元馈电的阵列和按列馈电 的同轴开关和高达110GHz的
天线单元，可向下聚焦仰角波束，如图 的阵列架构具有相同的天线增益，但按
9a所示。辐射单元的垂直层叠列旨在最 列馈电的阵列具有固定仰角波束模式。 pin二极管全系产品。
大程度地减少住宅上方的辐射，并覆盖 逐个单元馈电的阵列支持更宽的扫描角
地面上的任何零位区域。此外，增益模 度，但所需的PA、相移器和可变增益组
件数量是包含4个单元的天线的4倍。为
实现相同的EIRP，用于驱动由4根天线
15-25 m 组成的按列馈电阵列的PA需要提供至少
(a) 4倍的输出功率，而这很容易改变半导
体选择。我们有理由认为，郊区BTS将
使用无源天线增益比城市部署高6至9dB DC-46GHz 同轴开关
的天线。因此，相控阵只需更少的有源 • 2.4mm, 2.92mm, SMA, TNC, N
• 出色的射频性能
信道，就能够实现相同的EIRP，从而显 • 内置50Ω端子

著减少了有源组件数量并降低了集成复 • 高功率、真空、热切换
(b) 杂性。
图8：阵列复杂性取决于部署场景所需的 阵列前端密度 射频开关矩阵
扫描范围：郊区(a)或城市(b)。 早期的毫米波FWA BTS设计采用单 • 图形化用户界面
独的单极化发射和接收天线阵列，这使 • USB/RS-232/以太网控制接口
• 无NRE（非经常性工程）费用
得电路板有更多的空间来容纳组件。另 • 模块化设计
外，这类设计避免了T/R开关的额外插
入损耗和线性度难题。然而，使用集成
台式开关
式T/R双极化阵列已成为架构发展的一
• 可配置开关
大趋势（图10），这使RFFE密度不断增 • USB、以太网控制接口
加。关键原因在于空间相关性。自适应 • 图形用户界面（GUI）
• 低成本方案
波束成型性能取决于接收和发射阵列之
• 组件减少为1/N 间的相对校准能力。因此，集成双极化
• PA增大N倍 发射和接收信道就变得非常重要，这样 空间开关
• 馈电损耗更高 阵列就可以共用一套通用的天线单元和 • SPDT、转换、多掷和
• 固定仰角模式 开关矩阵配置
(a) RF路径。最终结果就是，RFFE的电路 • 超过30年的空间开关经验
密度要为早期系统的4倍。
使用毫米波频率时，相控阵单元之
间的格栅间距变得非常小，例如39GHz Pin 二极管开关
时为3.75mm。为最大限度地减少馈电 • SPST至SP8T配置
1:4分频器 损耗，务必将前端组件置于靠近辐射单 • 纳秒（ns）级开关
• 0.03GHz至110GHz
元的位置。因此，必须缩小RFFE的占
• 反射式和吸收式
用面积，同时将多种功能整体集成在裸
片上或多芯片模块封装内。要在很小的
面积内部署所有这些功能，需要极小的
• 组件增加N倍 PA，而这就要求阵列大小成倍增大或使
• PA缩小为1/N 用GaN等高功率密度技术。此外，采用
• 馈电损耗更低 能够耐受较高结温的半导体技术至关重
(b) • 仰角波束控制
要。温度高于150℃时，SiGe的可靠性会 更多信息请联系我们的销售团队：
图9：按列馈电的有源阵列(a)和逐个单 急剧下降，而GaN-on-SiC的额定温度为 310-513-7256 或 rfsales@ducommun.com
元馈电的有源阵列(b)。 225℃。这一75℃的结温优势对热设计有
See us at EDI CON China 331
Microwave Journal China 微波杂志 Mar/Apr 2018 49