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5G天线电路方案中的密集辐射阵及其去耦装置设计

发布时间:2020-11-19 发布时间:
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密集辐射阵由N×M个辐射单元按照一定的横向间距dX和纵向间距dy组阵,中间辅以去耦装置,其设计需要考虑下面几个因素:

(1)辐射单元的结构形式;辐射单元的需要小型化设计,适合密集组阵列;辐射单元的馈电和安装结构需要与功分网络充分匹配,利用安装;从减低天线整机重量的目的出发,辐射单元需要进行轻量化设计;从提高天线生产效率考虑,辐射单元最好能实现辐射体和馈电片的一体化设计。如图2(a)所示为普通设计的铝合金半波振子,振子基材为铝合金压铸,辐射体和馈电片分离,辐射体和馈电片分别通过焊接固定在功分网络上。如图2(b)所示为改良设计的基于LCP(全称LIQUID CRYSTAL POLYMER,中文名称液晶聚合物)基材,采用3D-MID技术(全称Three –dimensional Molded Interconnect Device,中文名称三维模塑互连器件,简称共形电路),通过LDS(全称Laser Direct Structuring,中文名激光直接成型)工艺加工成型的微带辐射单元,他具有轻量化(重量只有铝合金振子的30%),辐射馈电一体化,全对称天然防呆、装配效率高等特点,非常适合大规模天线应用。

图2(a)铝合金半波振子

图2(b)LCP微带振子

(2)辐射单元组阵方式;5G大规模天线要实现-60°到+60°的业务波束扫描,其横向单元间距要<0.55λ,否则会出现扫描角度不够以及在±60度及附近大角度扫描时,副瓣电平过高,甚至高于主瓣电平的情况。密集阵列的单元个数和纵向间距大规模天线系统要求的增益决定。考虑到垂直赋型和单元模块的辐射单元个数组成,一般5G大规模天线的纵向间距<0.8λ。图3展示了由96个LCP双极化微带辐射振子组成的密集阵列。

图(3) 96单元密集阵列

(3)去耦设计;密集辐射阵由于单元数多,横向单元间距近(<0.55λ),各单元模块之间的互耦非常大,造成各射频通道的方向图畸变,一致性差,隔离度恶化。因此,要对密集阵列进行去耦设计,如图(3)所示的96单元密集阵列中各列辐射单元之间就有设置去耦装置。图(4)展示了去耦设计前后通道方向图的前后变化。改进前阵元的水平半功率波束宽度跨度33.8-75°,且方向图曲线变形严重,改进后的阵元水平半功率波束宽度跨度85-96°,收敛性较好,方向图曲线变得平滑。

图4(a)去耦前方向图

图4(b)去耦后方向图


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