基于多输入多输出(MIMO)相控阵天线的波束成形技术似乎形成了整个5G蜂窝技术的一个组件。虽然多年来相控阵一直是雷达的基础部件,但它们正在无线通信中找到新的用武之地。在2017年6月檀香山举行的2017年国际微波研讨会上,ADI和Keysight两家公司进行了技术展示,虽然规模比较小。

ADI公司展示的是模拟波束成形IC。演示系统由12根接收天线组成,每根天线连接着由8个LED组成的灯条,用于指示信号的强度(图1)。

20170801-phasedarray-1

图1:使用12根接收天线、每根天线带一个LED灯条的波束成形演示系统。

这套演示系统是ADI公司雷达与相控阵应用经理Peter Delos搭建的。系统还使用一对射频收发器产生信号。模拟波束成形使用8个由两个4通道模拟波束成形IC驱动的发射单元实现。作为单个波束,由于工作在X波段(8GHz-12GHz),能在发射天线间操控,因此你可以看到反映信号强度的灯条发光变化。X波段信号一般用于军事和卫星通信,不能用于无线通信。今天,无线信号使用的频率通常在6GHz以下。未来的5G无线电设备可以工作在目前处于筹划阶段的28GHz和更高的频率。

Keysight公司也展示了波束成形,但使用了基于PXI的系统来为相控阵天线产生信号。在这套演示系统中,不仅发射的波束可以电气操控,而且发射天线也用了一个步进电机实现±45°的机械旋转。PXI信号发生器、调制器、频率基准和上变频器(图2)用于创建28GHz的发射信号——作为5G一部分的毫米波频率还在筹划阶段。机箱内还有一个信号分析仪,用于从固定的喇叭天线那里接收信号。

20170801-phasedarray-2

图2:IMS 2017大会上,基于PXI的系统生成一个64QAM信号用于波束成形演示。

发射天线(图3)包含一个用于发射64QAM信号的8×8相控阵。

20170801-phasedarray-3

图3:Keysight演示装置中的发射天线包含一个电动8×8阵列。该阵列可以在机械上改变角度或方位,并通过波束成形实现电气上的改变。

Keysight公司的Signal Studio软件可以显示星座图、接收信号功率和其他数据。

虽然与今后蜂窝铁塔中的需求相比这些演示规模都很小,但它们确实展示了使用相控阵天线的波束成形技术如何能将信号功率导向接收器。

《电子技术设计》2017年8月刊版权所有,转载请注明来源及链接。

20160630000123