本文將考察一個簡單的大規模天線陣列示例,借以探討毫米波無線電的最優技術選擇。現在深入查看毫米波系統無線電部分的框圖,我們看到一個經典超外差結構完成微波信號到數字信號的變換, 然后連接到多路射頻信號處理路徑,這里主要是運用微波移相器和衰減器來實現波束賦形。 傳統上,毫米波系統是利用分立器件構建,導致其尺寸較大且 成本較高。這樣的系統里面的器件使用CMOS、SiGe BiCMOS和 GaAs等技術,使每個器件都能得到較優的性能。例如,數據轉換器現在采用CMOS工藝開發,使采樣速率達到GHz范圍。上下變頻和波束賦形功能可以在SiGe BiCMOS中有效實現。根據系統指標要求,可能需要基于GaAs功率放大器和低噪聲放大器,但如果 SiGe BiCMOS能夠滿足要求,利用它將能實現較高的集成度。
對于5G毫米波系統,業界希望將微波器件安裝在天線基板背面,這要求微波芯片的集成度必須大大提高。例如,中心頻率為 28 GHz的天線的半波陣子間距約為5 mm。頻率越高,此間距越小,芯片或封裝尺寸因而成為重要考慮因素。理想情況下,單波束的整個框圖都應當集成到單個IC中;實際情形中,至少應將上下變頻器和RF前端集成到單個RFIC中。集成度和工藝選擇在某種程度上是由應用決定的,在下面的示例分析中我們將體會到這一點。
示例分析:天線中心頻率為28 GHz, EIRP為60 dBm
此分析考慮一個典型基站天線系統,EIRP要求為60 dBm。使用如下假設條件:
- 天線陣子增益 = 6 dBi(瞄準線)
- 波形PAPR = 10 dB(采用QAM的OFDM)
- P1dB時的功率放大器PAE = 30%