相控阵雷达与芯片系统在5G通信上的应用
5G毫米波相控阵天线频段
5G毫米波相控阵天线频段
5G毫米波相控阵天线频段是指5G通信技术中使用的一种天线技术，它可以实现高速、高带宽的无线通信。
相控阵天线是一种利用多个天线单元组成的阵列，通过控制每个天线单元的相位和幅度，可以实现对信号的定向发射和接收，从而提高信号的传输效率和可靠性。
在5G通信技术中，毫米波频段是一种新的频段，它的频率高达30GHz以上，具有较大的带宽和传输速率，但是由于其波长较短，信号传输距离较短，容易受到障碍物的影响，因此需要采用相控阵天线技术来解决这些问题。
相控阵天线技术可以实现对信号的定向发射和接收，从而提高信号的传输效率和可靠性。
在5G毫米波频段中，相控阵天线可以实现对信号的定向发射和接收，从而提高信号的传输效率和可靠性。
相比传统的天线技术，相控阵天线可以实现更高的天线增益和更低的辐射功率，从而减少了对环境的干扰和对人体的辐射。
5G毫米波相控阵天线频段的应用范围非常广泛，包括无线通信、雷达、卫星通信等领域。
在无线通信领域中，5G毫米波相控阵天线可以实现更高的数据传输速率和更低的延迟，从而支持更多的应用场景，如虚拟现实、增强现实、自动驾驶等。
在雷达领域中，5G毫米波相控阵天线可以实现更高的分辨率和更精确的目标跟踪，从而提高雷达的性能和可靠性。
在卫星通信领域中，5G毫米波相控阵天线可以实现更高的数据传输速率和更广泛的覆盖范围，从而支持更
多的应用场景，如互联网接入、广播电视等。
5G毫米波相控阵天线频段是5G通信技术中的一种重要技术，它可以实现更高的数据传输速率和更低的延迟，从而支持更多的应用场景。
随着5G技术的不断发展和应用，相信5G毫米波相控阵天线技术将会得到更广泛的应用和推广。
信道测量相控阵
信道测量相控阵一、信道测量相控阵的基本概念1.信道测量和相控阵这两个词一听就很高大上，是不是？不过别担心，我们慢慢来，搞明白它们的意思其实一点也不难。
先说说“信道测量”吧，它的意思就是对无线信号的传输过程进行监测和分析。
想象一下，你在一个大城市里打电话，手机信号时强时弱，可能会断断续续。
信道测量就是用来找到这些信号不稳定的“罪魁祸首”的。
那相控阵又是啥？顾名思义，就是通过阵列天线控制信号的方向，简单来说，就是可以让无线信号像打太极一样，想往哪儿去就往哪儿去，不受任何外力干扰。
而信道测量相控阵，就是把这两者结合起来，一边测量信道，一边通过相控阵技术调整信号的方向，做到精准无误。
这种技术一般应用在大范围的通信网络、雷达系统、甚至卫星通信里。
2.你可以把信道测量相控阵想象成一个“高精度的侦察兵”，它不仅能实时地监控信号的状况，还能“灵活地”调整方向，保证信息传递通畅。
比如说，在一个大型的无线通信网络中，信号可能会受到建筑物、天气或者其他因素的影响，这时如果能够实时测量信道的变化，并且动态调整信号的发射方向，就能大大提高通信质量。
你看，就是这么简单，它就像一位随时准备出发的军师，能准确判断局势并作出反应，保证通信顺畅。
3.而在一些极端的环境下，比如在战场或者空间站这种地方，信道的测量和信号的定向就更显得至关重要了。
设想一下，如果没有信道测量，通信就会像断了线的风筝，随风飘荡，信号不稳定，任务完成的效率就大大降低。
再加上相控阵的加持，不仅可以灵活调整信号的方向，避免障碍物阻挡，还能实时获取反馈数据，确保通讯的“百发百中”。
这种高效、智能的技术，真是为现代通信领域带来了革命性的改变。
二、信道测量相控阵的应用场景1.咱们接下来聊聊它的应用场景。
你有没有想过，信道测量相控阵能在哪些地方大显身手？答案可多着呢。
首先在无线通信中，这项技术就特别常见。
举个例子，像是5G通信这类超高速网络，你要保证网络信号的质量，那就离不开信道测量相控阵。
无线通信中天线阵列技术研究
无线通信中天线阵列技术研究在当今数字化、信息化的时代，无线通信技术的发展日新月异，深刻地改变了人们的生活和工作方式。
而天线阵列技术作为无线通信领域中的一项关键技术，正发挥着越来越重要的作用。
天线阵列，简单来说，就是由多个天线单元按照一定的规则排列组成的系统。
通过合理地设计和控制这些天线单元的参数和信号，天线阵列能够实现更高效、更可靠的无线通信。
天线阵列技术的核心优势之一在于其能够显著提高通信系统的容量和频谱效率。
在传统的单天线通信中，由于受到信道衰落和干扰等因素的影响，通信质量和数据传输速率往往受到限制。
而天线阵列可以通过空间分集和复用等技术，有效地抵抗信道衰落，同时在相同的频谱资源上传输更多的数据，从而大大提高了系统的容量和频谱效率。
另一个重要优势是增强信号的方向性和增益。
天线阵列可以通过调整各个天线单元的相位和幅度，形成特定方向的波束，将信号能量集中在目标方向上，从而提高信号的接收强度和传输距离。
这在诸如远距离通信、卫星通信等场景中具有极大的实用价值。
天线阵列技术还能够有效地抑制干扰。
在复杂的无线通信环境中，来自不同方向和源的干扰信号会严重影响通信质量。
通过天线阵列的波束形成技术，可以将波束指向期望的信号方向，同时在干扰方向上形成零陷，从而有效地抑制干扰信号，提高通信系统的抗干扰能力。
在实际应用中，天线阵列技术有着广泛的场景。
例如，在移动通信领域，5G 网络的大规模 MIMO（多输入多输出）技术就是基于天线阵列实现的。
通过在基站端部署大量的天线阵列，5G 网络能够实现更高的数据传输速率、更低的延迟和更好的覆盖范围。
在雷达系统中，天线阵列技术也得到了广泛应用。
相控阵雷达通过控制天线阵列中各个单元的相位，可以快速地改变雷达波束的指向，实现对目标的快速扫描和跟踪。
然而，天线阵列技术的实现也面临着一些挑战。
首先是硬件复杂度的问题。
随着天线单元数量的增加，系统的硬件复杂度和成本也会相应增加，这对天线阵列的设计和制造提出了更高的要求。
ADIADRV9009首款2G-3G-4G-5G通用平台解决方案
ADI ADRV9009首款2G/3G/4G/5G通用平台解决方案5G时代已经到来，但4G、3G和2G解决方案仍有市场，这就带来了一个重大挑战——如何为一些客户提供5G 服务的同时，仍满足其他客户的2G、3G和4G需求？ADI ADRV9009首款2G/3G/4G/5G通用平台解决方案ADRV9009是业界首款支持现有全部蜂窝标准的RF 收发器，可在75 MHz至 6 GHz的范围内调谐，支持2G/3G/4G/5G服务，因此蜂窝设备制造商可以采用单一紧凑型无线电设计来满足所有频段和功率要求。
作为唯一具有RF高性能的收发器平台，ADRV9009支持窄带应用、超宽带宽，开辟5G之路，多功能性，支持多载波GSM和窄带物联网，以及3GPP标准，单芯片解决方案可替代20多个分立器件，降低SWaP和设计复杂性，同时缩短产品上市时间。
这样，手机运营商就可以利用大规模MIMO实现网络密集化，仪器仪表制造商可设计出小型的便携式检测设备。
ADRV9009 扩展了ADI RadioVerse™ RF 生态系统的功能，它可提供市场上可用的带宽最宽、性能最高的单芯片TDD 解决方案。
对于先进的蜂窝和相控阵雷达系统，ADRV9009通过片内处理本振(LO)同步来简化数字波束成型设计，无需外部LO。
1对于蜂窝通信设备设计人员来说，ADRV9009使他们拥有了一个通用无线电平台来处理5G等新兴宽带应用，同时，该产品还能提供现有2G、3G和4G应用所需的高性能。
2为了加速使用ADRV9009 RF收发器的客户产品上市时间，RadioVerse生态系统提供JESD204B FPGA集成框架（一种带双通道ADRV9009器件的生产就绪RF系统化模块(RF-SoM)），并通过全球合作伙伴网络为客户提供额外的设计和技术服务。
圈粉无数的RadioVerse 生态系统RadioVerse技术和设计生态系统以便为客户提供整合式收发器技术、强固的设计环境和针对特定市场的技术专长，使其无线电设计能够快速从概念变为产品。
相控阵雷达功能特点及其应用浅谈
相控阵雷达功能特点及其应用浅谈1.高分辨率：相控阵雷达能够对目标进行高精度的定位和成像，具有较高的角度和距离分辨能力。
通过调整阵元的相位和幅度，相控阵雷达可以对信号进行波前束聚焦，从而实现高精度的目标探测和跟踪。
2.快速扫描速度：相控阵雷达的阵元可以独立进行相位和幅度的调整，因此能够实现快速而灵活的扫描速度。
相比传统的橫轴或纵轴旋转雷达系统，相控阵雷达能够快速扫描整个观测区域，提高了目标信号的采样率，从而提高了雷达系统的响应速度。
3.高抗干扰性：相控阵雷达通过控制相位和幅度，能够实现波束的定向和抑制干扰。
它可以快速地将波束对准目标，并抑制来自其他方向的杂波和干扰信号。
这一特点使得相控阵雷达具有较强的抗干扰能力，可以在复杂的电磁环境中工作。
4.多功能性：相控阵雷达系统可以实现多种功能，如跟踪、成像、空域和速度解析等。
它可以对大范围的目标进行检测和跟踪，也可以进行高分辨率的目标成像。
另外，相控阵雷达还可以实现目标的速度解析，可以对目标进行多波束跟踪和多普勒频率成像。
1.军事领域：相控阵雷达在军事领域中有着重要的应用。
它可以用于目标探测和跟踪，实现实时的目标监视和情报获取。
相控阵雷达还可以用于导弹防御系统和战斗机的目标与跟踪，提高作战效果和生存能力。
2.航空航天领域：相控阵雷达在航空航天领域中有着广泛的应用。
它可以用于飞机的导航和自动驾驶，实现精准的飞行控制和碰撞避免。
相控阵雷达还可以用于卫星和空间站的目标探测和跟踪，提供空间安全保障和卫星资源管理。
3.气象领域：相控阵雷达在气象领域中也有着重要的应用。
它可以用于天气预报和气候研究，实现对降水、风速、风向等气象参数的观测和分析。
相控阵雷达还可以用于灾害预警和风雨雷电监测，提高气象灾害的预警能力和救灾效果。
4.交通运输领域：相控阵雷达在交通运输领域中也有着广泛的应用。
它可以用于航空交通管制和车辆导航，实现对飞机和汽车等交通工具的精准定位和导航。
相控阵雷达还可以用于交通监控和智能交通系统，提高道路安全和交通效率。
ADI推出业界最宽带宽RF收发器ADRV9009 加速5G部署,支持2G-3G-4G
ADI 推出业界最宽带宽RF 收发器ADRV9009 加速
5G 部署，支持2G/3G/4G
中国，北京—Analog Devices，Inc. （ADI）近日推出业界最宽带宽RF 收发器ADRV9009，以扩展其屡获殊荣的RadioVerse™技术和设计生态系统。
该收发器为设计人员提供单一无线电平台来加速5G 部署，支持
2G/3G/4G 覆盖范围，并简化相控阵雷达设计。
ADRV9009 RF 收发器提供两倍于前代器件的带宽（200 MHz），可取代多达20 个器件，功耗降低一半，封装尺寸减小60%。
凭借行业领先的性能以及更小的尺寸、重量与功耗，ADRV9009 收发器能够满足新兴5G 无线基础设施设备以及航空航天系统严
苛的天线密度和扩展网络容量要求。
ADRV9009 是业界首款支持现有全部蜂窝标准的RF 收发器。
该器件可在75 MHz 至6 GHz 的范围内调谐，支持2G/3G/4G/5G 服务，因此蜂窝设备制造商可以采用单一紧凑型无线电设计来满足所有频段和功率要求。
产品设计
时间最多可缩短一半，多频段、多标准通信设备的部署和维护也得以简化。
10454_相控阵培训DAY41
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相控阵优势与局限性
01
02
03
复杂度高
相控阵需要精确控制每个 天线元素的相位和幅度， 系统设计和实现相对复杂 。
2024/1/27
成本较高
由于需要使用大量的天线 元素和复杂的控制系统， 相控阵的成本通常较高。
功耗较大
相控阵需要为每个天线元 素提供馈电，因此功耗相 对较大。
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常见应用场景介绍
雷达系统
系统性能指标
包括探测距离、分辨率、测量精 度等。
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关键器件选型依据和建议
发射机
选择高效率、高功率的 发射机，确保足够的发
射能量。
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接收机
选择低噪声、高灵敏度 的接收机，提高接收信
号质量。
天线
信号处理
选择高性能的天线，确 保波束指向和波束形状
满足要求。
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选择高速、高精度的信 号处理器，确保数据处
接收模块功能
接收模块是相控阵系统中的另一个重要组成部分，其主要功能是接收来自目标反射的回波 信号，并进行放大、解调等处理。接收模块需要具备高灵敏度、低噪声、大动态范围等特 性。
发射/接收模块性能指标
发射/接收模块的性能指标包括工作频率、带宽、增益、噪声系数、线性度等，这些指标 直接影响相控阵系统的整体性能。
相控阵在雷达系统中广泛应用 ，能够实现快速扫描、多目标 跟踪和高分辨率成像等功能。
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卫星通信
相控阵可用于卫星通信地面站 ，实现高速、大容量的数据传 输和灵活的波束覆盖。
5G/6G移动通信
相控阵技术可用于5G/6G基站 天线，提高网络覆盖范围和通 信质量。
射电天文
2024版相控阵技术的基础原理PPT幻灯片共3文档
从20世纪60年代开始，相控阵技 术经历了从机械扫描到电子扫描的 发展历程，逐渐应用于雷达、通信、 电子对抗等领域。
应用领域及现状
应用领域
相控阵技术广泛应用于雷达、通信、 电子对抗、医学成像等领域，具有波 束指向灵活、抗干扰能力强、分辨率 高等优点。
现状
目前，相控阵技术已经成为现代无线 通信领域的重要技术之一，随着技术 的不断发展，其应用领域也在不断扩 展。
气象观测
相控阵雷达可用于气象观测，通过探测大气中的降水 粒子、风场等信息，为天气预报和气候研究提供数据 支持。
航空管制
相控阵技术可用于航空管制雷达，通过实时监 测飞机位置和速度等信息，确保航空安全。
科研领域应用案例分享
天文观测
相控阵技术可用于射电望远镜阵列，通过改变波束指向和 接收灵敏度，实现对宇宙深处天体的观测和研究。
地球物理学研究
相控阵技术可用于地震监测、资源勘探等地球物理学研究 领域，通过探测地下结构和物质分布等信息，为地质研究 和资源开发提供支持。
生物医学成像
相控阵技术可用于生物医学成像领域，如超声成像、核磁 共振成像等，通过改变波束指向和发射功率，实现对人体 内部组织和器官的精确成像。
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信号处理与接收原理
信号接收与处理流程
包括信号接收、下变频、模数转换（ADC）、数字信号处理（DSP）等步骤，实现对 回波信号的提取、分析和目标检测。
多普勒效应与动目标检测
利用多普勒效应对运动目标进行检测和测速，通过分析回波信号的多普勒频率实现目标 运动参数的提取。
杂波抑制与干扰对抗
采用空域滤波、时域滤波等技术抑制杂波干扰，提高雷达系统的抗干扰能力和目标检测 性能。
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July 31, 2017
ANSYS UGM 2017
Animation of E filed for theta scan
E field for Theta 0 Phi 0 (broadside)
E field for Theta 0 Phi 90 (broadside)
E field for Theta 60 Phi 0
Return Loss of antenna unit
isolation of antenna unit
antenna unit realized gain
Antenna element in free space, S11<-15 dB，bandwidth of RL is 58~64GHz Isolation level between 57~66GHz is less than -30dB The realized gain of unit is 7.9dB，typical patch antenna pattern
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Phased Array Simulation Process
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Design Procedures
1. 完成天线单元原型设计 2. 完成天线单元floquet mode分析 3. 完成天线阵列设计 4. 完成波束成形与波束扫描设计 5. 射频馈线分析 6. 系统级联协同仿真
AiP天线
AiP天线即Antenna in Package，天线通过PCB\LTCC或其他工艺与射频裸片封装在一起的模块，或天线直接制作在裸片上 并封装在一起的模块，该模块一般带有BGA焊球，可直接焊接在PCB母板上使用。通常AiP天线阵列的规模较小。
双极化天线 双极化天线的特点是含水平与垂直或倾斜+\-45度两种极化方式。其优点是同时可以传输或接收双数据流，同时实现波 束任意指向而互不干扰。对于未来的5G通信，双极化天线优于单极化天线更高传输速率、更多灵活性、更加鲁棒性等 特点，满足5G通信中回传、AP、移动终端等场景要求。
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Antenna Unit in Array
Return Loss of antenna unit
isolation of antenna unit
antenna unit realized gain
antenna unit co-polar vs cross-polar realizedgain
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The Values and Goals of 5G Antenna
术语定义：
AoB天线
AoB即Antenna on Board，是一种基于PCB工艺的天线射频一体化的设计。天线印制在PCB上，并将已封装的射频芯片焊 接在该PCB同平面或者不同平面上，该PCB制成板称为AoB模块。AoB一般天线规模比较大，如256单元的天线阵列。
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2017/7/3
Antenna unit in infinite array, S11<-10 dB，Bandwidth is 60~64GHz，nearly 4GHz Isolation level between 57~66GHz is less than -30dB The Unit gain in infinite array is 2.8dB，the difference between co-polar & cross-polarization is 40dB.
copper PP2
copper PP2
copper PP1
copper
Dielectric Fill PP1 PP3 PP2 PP2 PP2 PP2 PP1
Property patch patch
microstrip ground Strip line ground ground
Stackup layers for antennaand PCB
It found the realized gain drops when beam scan from theta from 50~60 deg, it indicates there is scan blindness at phi=90 (E-plane)
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• Grid size • Frequency • Scan of range
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Scan blindness Simulation(realized gain vs frequency)
Realized Gain calculated directly from Floquet Transmission Coefficients
相控阵雷达与芯片系统在5G通信上的应用
Enabling technologies for 5G
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July 31, 2017
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Enabling technologies for 5G
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AESA是electronically scanned array的缩写，电子扫描阵列雷达是指一类通过改变天线阵列所发出波束的合成方式，来 改变波束扫描方向的雷达。这种设计有别于机械扫描的雷达天线 PPAR无源相控阵雷达
PPAR是Passive Phased Array Radar的缩写，即无源电子扫描阵列雷达的一种。“无源”的意思是指天线表面的阵列单元 只有改变“信号相位”的能力而没有发射信号的能力。
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Why do we need phased array for mm-Wave system?
Friis Free SpaceEquation: PRX
PTX GTX GRX 2 where
4R2
PTXis transmit power
PRXis receive power
Antenna unit design use “cross slot” aperture structure, two feeding structure are micro-strip and strip line for dual-polarization antenna, the antenna unit performance has RL<-15dB with 9 GHz bandwidth.
Type dielectric
Metal dielectric
Metal dielectric
Me dielectric
Metal dielectric
Metal dielectric
Metal
Material PP1
copper PP3
copper PP1
copper PP2
G 4A 2
TM 0,0 2 TE0,0 2
cos(s)
Realized gain at Phi=0 frequencysweep
Realized gain at Phi=90 frequencysweep
From Floquet mode simulation, the realized gain doesn’t degraded when beam scan from theta 0~60 degree, it indicates no scan blindness were found between 56~71GHz
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Part II floquet mode analysis for Scan Blindness
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Floquet mode Analysis
GTX is transmitantennagain GRX is receiveantennagain
iswavelength
R is dis tan ce betweentransmitter and receiver
For WLAN system,fc = 2.4GHz, BW=20MHz, Linked budget loss : 20*log10(1/2.4)+10*log10(1/2e6) =-80dB For mm-wave antenna system like 60GHz, fc = 60GHz,BW=2GHz,Linked budget loss : 20*log10(1/60)+10*log10(1/2e9)=-128dB i.e. In order for mm-wave system to achieve similar link budget as WLAN system with similar PTX, we need to rely on directional antenna point to point communication with high gain GTX and GRX.