通過精確控制5G系統(tǒng)中的大規(guī)模MIMO天線各單元的幅度和相位,實(shí)現(xiàn)的波束賦形技術(shù)可以提高天線增益和空間復(fù)用能力,因此該種天線需要相對應(yīng)的校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)對天線陣列進(jìn)行定期校準(zhǔn)。提出了一種一體化設(shè)計(jì)的1分32路校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò),該校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)采用帶狀線結(jié)構(gòu)的印制板,在同一電路層上結(jié)合Wilkinson功分網(wǎng)絡(luò)和平行線定向耦合器,工作頻段為4.4～5.0 GHz。在工作頻帶內(nèi),所有端口駐波小于1.4,校準(zhǔn)端口至32路射頻端口的幅度一致性小于0.6 dB,相位一致性小于6.5°。測試結(jié)果表明該設(shè)計(jì)擁有良好的耦合度、幅相一致性及駐波特性,同時(shí)一體化設(shè)計(jì)降低了剖面高度并且使結(jié)構(gòu)緊湊易于天線陣面集成。 

【文章來源】：固體電子學(xué)研究與進(jìn)展. 2020,40(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

耦合器仿真模型

對于圖2中所示平行線定向耦合器，端口1為輸入端口，也是校準(zhǔn)端口，用于發(fā)射或接收校準(zhǔn)信號；端口2為直通端口，作為匹配端口，接50Ω負(fù)載；端口3為耦合端口，該端口與TR組件的射頻端口相連；端口4為隔離端口，該端口與天線的饋電端口相連。以接收通道校準(zhǔn)為例，校準(zhǔn)信號從輸入端1進(jìn)入，通過耦合器與天線端口4形成弱耦合，而天線耦合得到的能量直通傳輸?shù)絋R組件的端口3內(nèi)，進(jìn)而由信號處理模塊分析接收到能量的幅度和相位，使系統(tǒng)完成校準(zhǔn)功能。圖2中的耦合器奇偶模阻抗Z0o和Z0e與耦合線間距S、耦合線的線寬W和整個(gè)帶狀線的上下距離b由耦合線公式[8]確定。在奇偶模的特性阻抗及介質(zhì)厚度固定的情況下，W和S成反比。當(dāng)平行耦合線間距過小時(shí)，對加工精度要求大大提高，會(huì)導(dǎo)致成本上升成品率下降，為了降低對于加工精度的要求，在耦合段處減小耦合線寬W，從而實(shí)現(xiàn)增大耦合線間距的目的；另外，為了保證整個(gè)耦合線在改變了線寬后仍處于匹配狀況，改變線寬的耦合段線長為四分之一等效介質(zhì)波長。最后，經(jīng)過多次優(yōu)化，耦合段的線寬W=0.4 mm，耦合線間距S=0.26 mm，仿真結(jié)果如圖3所示。圖3中的S21(S43）代表直通段的損耗，為0.3 dB左右，S31代表耦合度，達(dá)到預(yù)計(jì)的13 dB，但是該耦合度僅僅為單個(gè)耦合器的耦合度，隨著校準(zhǔn)輸入端口1的走線增長，端口數(shù)變多，功率分配比及線損將會(huì)進(jìn)一步增加，最終導(dǎo)致整個(gè)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的耦合度變大。因此在和功分網(wǎng)絡(luò)的一體化設(shè)計(jì)中，耦合線的間距S還需進(jìn)一步縮小調(diào)整以滿足耦合度要求。

每一級功分器的隔離電阻及網(wǎng)絡(luò)末級的吸收負(fù)載對整個(gè)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)必不可少，但帶狀線的多層封閉結(jié)構(gòu)增加了金屬線上焊接電阻的難度，加工工藝復(fù)雜，成本較高，因此在大型陣列設(shè)計(jì)中的應(yīng)用中受到限制。為此，需要將電阻的焊盤從夾層中的金屬走線投影到表層的地面，通過金屬化通孔與金屬走線相連接，并在另一側(cè)的金屬地上開孔做絕緣處理，如圖4所示，這樣的設(shè)計(jì)能夠在保證良好性能的同時(shí)有效降低生產(chǎn)難度。1.3 帶狀線校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計(jì)

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3302565