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毫米波的DPD挑戰,有源相控陣毫米波通信漸成主流

Robot Vision ? 來源:電子發燒友網 ? 作者:李寧遠 ? 2022-06-22 08:00 ? 次閱讀
5G新無線電技術標準中,SUB-6GHz頻率和毫米波頻率都可以用來提高吞吐量。除了降低延遲和提高可靠性,3GPP 5G NR的發展對高數據吞吐量的需求也無疑是其中非常關鍵的一環。DPD在蜂窩通信系統中也是隨處可見,使功率放大器(PA)能夠有效地為天線提供最大功率。隨著5G使基站中的天線數量增加,頻譜變得更加擁擠,DPD開始成為一項關鍵技術,支持開發經濟高效且符合規格要求的蜂窩系統。

作為一種很成熟的技術,DPD數字預失真通常被用于SUB-6GHz通信中,用來提高功率效率,在毫米波中則應用得不那么廣泛。原因在于雖然毫米波頻率的使用給數據吞吐量的提升帶來了許多便利,但是其中的挑戰也不那么容易解決。

毫米波應用DPD的挑戰在哪?

預失真是PA線性化的“利器”,預失真線性化技術不僅不存在穩定性問題,還有更寬的信號頻帶,能夠處理含多載波的信號。當然DPD本身會受制于時間、以及偏壓的變化而變化,通過DPD使PA高度線性化,這也是應用在毫米波上的問題所在。在5G NR中,蜂窩移動被分配了24.25GHz到52.6GHz的毫米波頻率,可用頻譜范圍的擴大帶來了單個通道里更高的頻率,也就是更高的吞吐量。但鏈路預算也更為吃緊了,因為高線性度的毫米波PA RF功率很低,而且效率不算高,路徑損耗和單個PA的更低功率讓鏈路預算極為吃緊。

如何解決吃緊的鏈路預算——有源相控陣天線

要解決吃緊的鏈路預算,必須將功率更準確地用在該用的位置上。有源相控陣天線可以解決此類挑戰。毫米波有源相控陣天線與傳統的天線相比,波束速度快、方向可控,擁有波束成型和波束轉向能力;毫米波有源相控陣天線不含活動部件,會更可靠些,即便陣列中少數天線單元失效,總體性能也不會受到太大影響,可以說集成毫米波有源相控天線的終端是未來毫米波通信的重要發展方向之一。

有源相控陣天線中有許多天線元件,每個元件由低功率放大器驅動來實現,這些元件能增加陣列的總輻射功率。這種解決辦法可能唯一的缺點在于,相控陣成本高,但隨著MMIC技術的發展,成本也在一步步降低。

目前國外有源相控天線的發展比國內成熟,不管是在核心芯片還是工藝上。ADI是采用了SOI CMOS工藝大大提高了有源波束成型器件的功效并降低了成本。憑借RF集成電路的高度集成,將輸入饋入單獨的放大器中,放大器后的每個路徑通過1:8功率分路器分成八個獨立的通道。總輻射功率以及陣列增益的提升,鏈路預算得以緩解壓力,以ADMV4828波束成型器為例,每一類AB PA可提供21 dBm峰值功率,比較其輸出功率,PA為峰值功率留出9 dB的裕量,可以滿足更多其他方面的需求。
(ADI)

解決鏈路預算挑戰后,在SUB-6GHz和毫米波中使用DPD,根據ADI的測試數據,在毫米波陣列中DPD帶來的節能功效并不明顯,但是元件數量會大大減少。這意味著在更高的功率輸出之外,大大降低陣列硬件成本并帶來更多的空間余量。

毫米波有源相控陣技術趨勢

縱觀市面上的毫米波有源相控陣器件,集成化不斷提高是最明顯的趨勢。其集成化主要集中在芯片和模塊化上。通過使用先進封裝技術和微系統集成工業,相控陣天線乃至后端射頻、數字處理部分都以一個完整的SIP和SoC出現。

瑞薩電子的相控陣有源波束成形IC系列里,每個波束形成IC都包含了多個獨立控制的有源通道,滿足電子掃描陣列天線(ESA)的元素級波形塑造要求,采用緊湊型IC提供平面BGA或QFN封裝,用以實現極小化相位陣列天線。值得一提的是瑞薩的動態陣列電源DAP、陣列傳感器ArraySense和高速波控RapidBeam等專有技術可滿足5G系統所需的所有波束形成功能,同時在任何硅技術中以高效率實現最高的線性射頻輸出功率。
(瑞薩)

向更高的頻段拓展也是大勢所趨,不管是通信領域的Ka波段、Q波段還是雷達領域的X波段、W波段乃至100GHz以上的頻段,廣闊的應用市場肯定會推動著技術向更高頻段發展。畢竟自動駕駛和智能感知領域對這類設備的需求還是相當火熱的。
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    HMC8100 800 MHz - 4000 MHz中頻接收器

    和特點 高線性度:支持高達1024 QAM的調制頻率 Rx IF范圍:80 MHz - 200 MHz Rx RF范圍:800 MHz - 4000 MHz Rx功率控制范圍:80 dB SPI可編程帶通濾波器 SPI控制接口 40引腳6 mm × 6 mm LFCSP封裝 產品詳情 HMC8100LP6JE是一款高度集成的IF接收器芯片,可將頻率范圍為800 MHz至4000 MHz的射頻(RF)輸入信號轉換為低至140 MHz的輸出端單端中頻(IF)信號。IF發射器芯片采用緊湊型6 mm x 6 mm LFCSP封裝,支持高達1024 QAM的復雜調制頻率。HMC8100LP6JE器件包括兩個VGA、三個功率檢波器、一個可編程AGC模塊和可選集成式帶通濾波器,具有14 MHz、28 MHz、56 MHz和112 MHz帶寬。HMC8100LP6JE還支持混頻器之后接基帶IQ接口以便芯片可采用ODU完全配置。HMC8100LP6JE支持6至42 GHz范圍內的全部標準微波頻段。應用 點對點通信 衛星通信 無線微波回程系統還請查看互補產品中頻發射器800 MHz - 4000 MHzHMC8200 。方框圖...
    發表于 02-22 15:34 ? 217次 閱讀
    HMC8100 800 MHz - 4000 MHz中頻接收器

    HMC8200 800 MHz - 4000 MHz中頻發射器

    和特點 高線性度: 支持高達1024 QAM的調制頻率 Tx IF范圍:200 MHz - 700 MHz Tx RF范圍:800 MHz - 4,000 MHz Tx功率控制范圍: 25 dB SPI控制接口 32引腳5 mm × 5 mm LFCSP封裝 產品詳情 HMC8200LP5ME是一款高度集成的中頻(IF)發射器芯片,可將行業標準300 MHz至400 MHz IF輸入信號轉換為輸出端的800 MHz至4000 MHz單端射頻(RF)信號。 中頻發射器芯片采用緊湊型5 mm × 5 mm LFCSP封裝,支持高達1024 QAM的復雜調制頻率。HMC8200LP5ME在大幅縮減尺寸和成本的同時可降低傳統微波無線電的設計復雜性。HMC8200LP5ME具有?31 dBm至+4 dBm的IF輸入功率范圍,以1 dB步長提供35 dB數字增益控制,且模擬電壓增益放大器(VGA)持續控制-20 dBm至+5 dBm的發射器輸出功率。 該器件還具有三個集成式功率檢波器。第一個檢波器(LOG_IF)可用于監控中頻輸入功率。第二個檢波器(SLPD_OUT)是一個平方律功率檢波器,用于監控進入混頻器中的功率。第三個功率檢波器(LOG_RF)用于監控輸出功率,可用于實現輸出功率的精細調整。 應用 點對點通信 衛星通信 無線微波回程系統 另請查...
    發表于 02-22 15:33 ? 336次 閱讀
    HMC8200 800 MHz - 4000 MHz中頻發射器

    ADF4602 單芯片、多頻段3G毫微微蜂窩收發器

    和特點 單芯片多頻段3G收發器兼容3GPP 25.104第9版WCDMA/HSPA標準 覆蓋UMTS頻段頻段I至VI和VIII至X的本地區域BS級 直接變頻發射機和接收機 WCDMA和GSM接收基帶濾波器選項 易于使用,校準工作量極小自動Rx直流失調控制簡便的增益、頻率和模式編程 低電源電流接收電流:50 mA(典型值)發射電流:50 mA至100 mA(隨輸出功率變化) 6 mm × 6 mm、40引腳LFCSP封裝 只需極少的外部器件集成多頻段多模式監控無Tx SAW或Rx級間SAW濾波器集成電源管理集成頻率合成器,包括PLL環路濾波器集成PA偏置控制DAC/GPO 欲了解更多特性,請參考數據手冊 產品詳情 ADF4602是一款3G收發器IC,具有無與倫比的集成度和特性集合,非常適合提供蜂窩固定移動融合(FMC)服務的高性能3G毫微微蜂窩。只需少數幾個外部器件,便能實現完整的多頻段收發器。單個器件支持UMTS頻段1至6和8至10。接收機基于直接變頻架構,這種架構是高度集成的寬帶CDMA (WCDMA)接收機的理想選擇,可通過完全集成所有級間濾波來減少物料用量。前端含有三個高性能單端低噪聲放大器(LNA),使該器件能支持三頻段應用。單端輸入結構可簡...
    發表于 02-22 15:33 ? 1018次 閱讀
    ADF4602 單芯片、多頻段3G毫微微蜂窩收發器

    HMC7586 71 GHz至76 GHz,E頻段I/Q下變頻器

    和特點 轉換增益: 12.5 dB(典型值) 鏡像抑制: 28 dBc(典型值) 噪聲系數: 5 dB(典型值) 針對1 dB壓縮(P1dB)的輸入功率: -9 dBm(典型值) 輸出三階交調截點(IP3): -1 dBm(典型值) 輸出二階交調截點(IP2): 20 dBm(典型值) RFIN上6倍本振(LO)泄漏: -40 dBm(典型值) IFOUT上1倍LO泄漏: -50 dBm(典型值) 射頻(RF)回波損耗: 5 dB(典型值) LO回損: 20 dB(典型值) 裸片尺寸: 3.599 mm × 2.199 mm × 0.05 mm產品詳情 HMC7586是一款集成E頻段的砷化鎵(GaAs)單芯片微波集成電路(MMIC)同相和正交(I/Q)下變頻器芯片,工作頻率范圍為71 GHz至76 GHz。 HMC7586在整個頻段內提供12.5 dB小信號轉換增益和28 dBc鏡像抑制性能。 該器件采用低噪聲放大器,后接由6倍倍頻器驅動的圖像抑制混頻器。 該鏡像抑制混頻器使得低噪聲放大器之后無需使用濾波器。 可針對直接變頻應用提供差分I和Q混頻器輸出。 或者,可利用外部90°混合型器件和兩個外部180°混合型器件將輸出合并,以實現單邊帶應用。 所有數據包括IF端口上1 mil金線焊的效應。應用 E頻段通信系統 高容量無線回程 測試與測量...
    發表于 02-22 15:31 ? 155次 閱讀
    HMC7586 71 GHz至76 GHz,E頻段I/Q下變頻器

    HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

    和特點 頻段:57 - 64 GHz RF信號帶寬:最高達1.8 GHz 噪聲系數:8 dB(典型值) 接收器增益:0 - 70 dB 數字和模擬RF和IF增益控制 可編程基帶增益和濾波器帶寬 集成頻率合成器 集成鏡像抑制濾波器 部分外置的環路濾波器 支持外部LO 片內溫度傳感器 支持256-QAM調制 集成AM和FM檢波器 通用模擬I/Q基帶接口 三線式串行數字接口 符合RoHS標準的75引腳晶圓級球柵陣列封裝 產品詳情 HMC6301是一款完整的毫米波接收器集成電路,采用符合RoHS標準的6 mm × 4 mm晶圓級球柵陣列(WLBGA)封裝,包括低噪聲放大器(LNA)、鏡像抑制濾波器、RF至IF下變頻器、IF濾波器、I/Q下變頻器和頻率合成器。該接收器的工作頻率范圍為57 GHz至64 GHz,雙邊調制帶寬高達1.8 GHz。集成式頻率合成器在250 MHz、500 MHz或540 MHz步長下進行調諧,具有出色的相位噪聲,支持高達64 QAM的調制。或者,可以注入外部LO,它支持用戶可選LO特性或相位相干發射和接收操作以及高達256 QAM的調制。通過通用模擬基帶I/Q接口提供對各種調制格式的支持。接收器器件還內置AM和FM檢波器以便解調開關鍵控(OOK)、頻移鍵控(FSK)或最小...
    發表于 02-22 15:14 ? 299次 閱讀
    HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

    ADF5904 4通道、24 GHz接收機下變頻器

    和特點 用于單端接收機(Rx)輸入和本振(LO)輸入的集成巴倫 Rx通道增益: 22 dB 噪聲系數(NF): 10 dB P1dB: ?10 dBm LO輸入范圍: -8 dBm至+5 dBm Rx至IF隔離: 30 dB RF信號帶寬: 250 MHz Rx輸出阻抗: 900 Ω差分 LO輸入緩沖器: 24 GHz RF和LO S11(50 Ω時): -5 dB 集成模擬輸出的溫度傳感器:±5° 靜電放電(ESD)性能 人體模型(HBM):2000 V 充電器件模型(CDM):500 V 通過汽車應用認證 產品詳情 ADF5904是一款4通道、24 GHz接收機下變頻器。 每個通道包含一個集成片內巴倫的單端RF輸入,后接差分低噪聲放大器(LNA),以及集成差分輸出緩沖器的下變頻混頻器。 RF LO路徑還有片內巴倫。 片內寄存器通過簡單的三線式接口進行控制。 ADF5904采用緊湊型32引腳、5 mm × 5 mm LFCSP封裝。 應用 汽車雷達 工業雷達 微波(μW)雷達傳感器 方框圖...
    發表于 02-22 15:07 ? 519次 閱讀
    ADF5904 4通道、24 GHz接收機下變頻器

    ADMV4420 具有集成小數 N 分頻 PLL 和 VCO 的 K 波段下變頻器

    和特點 RF 前端集成了 RF 巴倫和 LNA雙平衡有源混頻器,帶高動態范圍 IF 放大器具有低相位噪聲和多核 VCO 的小數 N 頻率合成器采用集成 LDO 穩壓器的 5 V 電源供電輸出 P1dB:7 dBm輸出 IP3:16 dBm轉換增益:36 dB噪聲指數:7 dBRF 輸入頻率范圍:16.95 GHz 至 22.05 GHz內部 LO 頻率范圍:16.75 GHz 至 21.15 GHzIF 頻率范圍:900 MHz 至 2500 MHz單端 50 Ω 輸入阻抗和 75 Ω IF 輸出阻抗可通過 4 線 SPI 編程32 引腳, 5 mm × 5 mm LFCSP 產品詳情 ADMV4420 是一款高度集成的雙平衡有源混頻器,集成了小數 N 分頻頻率合成器,非常適合下一代 K 波段衛星通信。RF 前端由集成的 RF 巴倫和低噪聲放大器(LNA)組成,可實現最佳的 7 dB 單邊帶噪聲指數,同時最大限度地減少外部元件。此外,高動態范圍 IF 輸出放大器提供 36 dB 的標稱轉換增益。集成的低相位噪聲、小數 N 分頻鎖相環(PLL),帶有多核壓控振蕩器(VCO)和內部 2 倍乘法器,可為雙平衡混頻器產生必要的片內 LO 信號,無需外部頻率合成。多核 VCO 使用內部自動校準程序,使得 PLL 可選擇必要設置,并鎖定約 400 μs。...
    發表于 02-22 15:07 ? 271次 閱讀
    ADMV4420 具有集成小數 N 分頻 PLL 和 VCO 的 K 波段下變頻器

    ADF5902 24 GHz、ISM 頻段、多頻道 FMCW 雷達變送器

    和特點 24 GHz 至 24.25 GHz VCO(工業、科學和醫療(ISM)射頻頻段) 雙通道 24 GHz 功率放大器,輸出為 8 dBm 單端輸出 具有靜音功能的雙通道多路復用輸出 可編程輸出功率 LO 輸出緩沖區 射頻頻率范圍:24 GHz 至 24.25 GHz 功率控制檢波器 輔助 8 位 ADC 高速和低速 FMCW 斜坡生成 25 位固定模數可實現亞赫茲頻率分辨率 PFD 頻率高達 110 MHz 歸一化相位本底噪聲為 ?222 dBc/Hz 可編程電荷泵電流 ±5°C 溫度傳感器 4 線 SPI ESD 性能 HBM:2000 V CDM:250 V 符合汽車應用要求 產品詳情 ADF5902 是一款 24 GHz 變送器(Tx)單片微波集成電路(MMIC),具有片內 24 GHz 壓控振蕩器(VCO)。VCO 具有分數 N 頻率合成器,并具有波形生成功能、可編程網格陣列(PGA)和用于雷達系統的雙變送器通道。片內 24 GHz VCO 為兩個變送器通道和本地振蕩器(LO)輸出生成 24 GHz 信號。每個變送器通道包含一個功率控制電路。還有一個片內溫度傳感器。所有片內寄存器的控制都是通過簡單的四線串行外設接口(SPI)實現的。ADF5902 采用緊湊式 32 引腳 5 mm × 5 mm LFCSP 封裝。應用...
    發表于 02-22 15:06 ? 377次 閱讀
    ADF5902 24 GHz、ISM 頻段、多頻道 FMCW 雷達變送器

    ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA輸出

    和特點 24 GHz至24.25 GHz壓控振蕩器(VCO) 具有8 dBm輸出的2通道24 GHz功率放大器(PA) 單端輸出 具有靜音功能的2通道Muxed輸出 可編程輸出功率 N分頻器TX輸出(鑒頻器) 24GHz LO輸出緩沖器 250MHz信號帶寬 電源控制檢波器 輔助8位ADC ±5°C溫度傳感器 4線式串行外設接口(SPI) 靜電放電(ESD)性能 人體模型(HBM):2000 V 充電器件模型(CDM):250 V 通過汽車應用認證 產品詳情 ADF5901是一款24 GHz Tx單片微波集成電路(MMIC),片內集成24 GHz VCO和PGA,并有兩個Tx通道,適用于雷達系統。片內24 GHz VCO產生用于2個Tx通道和LO輸出的24 GHz信號。每個Tx通道包含一個功率控制電路。還有一個片內溫度傳感器。所有片內寄存器均通過簡單的4線式接口進行控制。ADF5901采用緊湊型32引腳、5 mm × 5 mm LFCSP封裝。應用 汽車雷達 工業雷達 微波雷達傳感器 工業傳感器 精密儀器 油箱液位傳感器 智能傳感器 開門 節能 商用傳感器:對象檢測和跟蹤 汽車、船舶、飛機和UAV(無人機):防撞 智能運輸系統:智能交通監控和控制 監控和安全 方框圖...
    發表于 02-22 15:05 ? 687次 閱讀
    ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA輸出

    HMC6300 60 GHz毫米波發射器,57 GHz - 64 GHz

    和特點 頻段:57 - 64 GHz RF信號帶寬:最高達1.8 GHz 針對1 dB壓縮的輸出功率:15 dBm 增益:5 - 35 dB 數字和模擬RF和IF增益控制 集成頻率合成器 集成鏡像抑制濾波器 部分外置的環路濾波器 支持外部LO 片內溫度傳感器 支持256-QAM調制 集成MSK調制器 通用模擬I/Q基帶接口 三線式串行數字接口 符合RoHS標準的65引腳晶圓級球柵陣列封裝 產品詳情 HMC6300BG46是一款完整的毫米波發射器集成電路,采用符合RoHS標準的6 mm x 4 mm晶圓級球柵陣列(WLBGA)封裝,工作頻率范圍為57 GHz至64 GHz,調制帶寬高達1.8 GHz。集成式頻率合成器在250、500或540 MHz步長下進行調諧,具有出色的相位噪聲,支持高達64-QAM的調制。或者,可以注入外部LO,它支持用戶可選LO特性或相位相干發射和接收操作以及高達256-QAM的調制。通過通用模擬基帶IQ接口提供對各種調制格式的支持。發射器芯片還支持專用FSK、MSK、OOK調制格式,從而實現更低成本和功耗的串行數據鏈路,而無需使用高速數據轉換器。差分輸出向100 Ω負載提供高達15 dBm的線性輸出功率。同時支持單端操作,最高12 dBm。與HMC6301BG46一起,完整的60 G...
    發表于 02-22 12:05 ? 456次 閱讀
    HMC6300 60 GHz毫米波發射器,57 GHz - 64 GHz
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