分相阵列波束形成IC和系统设计

就像其他应用领域一样，集成技术的普及大大减小了系统的尺寸。物联网产品、电信、汽车等许多领域都从SoCs和其他集成电路提供的集成中受益。依赖波束成形的射频技术也在见证自己的集成水平，而相控阵波束成形集成电路正是紧凑系统实现波束成形的所需，特别是在5G能力系统中，还需要MIMO。

5G帮助使波束成形成为了一个新的技术热词，但波束成形在电信之外还有用途。啁啾雷达、远程无线电能传输和V2X是一些波束成形有用以提供更长范围数据/电能传输和方向控制的领域。当你的新系统需要相控阵控制时，考虑使用这些波束成形控制器。

相控阵波束成形中的波束控制

从平面表面（如PCB）进行波束成形可以通过相控天线阵列来实现。这些天线可以直接印刷在PCB上，或者可以是外部天线（例如，橡胶鸭天线）。发送到阵列中每个天线的信号会稍微相移，由于每个天线之间的干扰，形成了结果波束。通过在发送到不同天线的信号之间放置恰到好处的延迟，你可以控制结果波束的方向。

你的相控阵波束成形集成电路控制不同天线元件之间的这种延迟，从而控制发射的波束。这些集成电路是高频射频组件，通常与其他组件结合使用。下面的方框图显示了与波束成形集成的射频前端的典型架构。

此图中的各个模块可能在不同组件中以不同级别集成。对于波束成形控制器，前端的某些部分可能集成在集成电路中，因此在输出时添加额外的放大或过滤要小心。波束成形器只能连接到少量天线，因此控制更大的阵列需要多个波束成形集成电路，可能还需要多个收发器。像啁啾雷达模块这样的设备可能只需要多达4个中心馈电的贴片天线，而4x4或8x8 MIMO系统可能需要大量天线阵列来通过多个频道提供波束成形。单个射频收发器也可以通过天线开关来扩展阵列的大小。

相控阵波束形成集成电路（IC）很容易与时域双工（TDD）或频域双工（FDD）一起使用。对于TDD，天线端的一个开关简单地在相控阵波束形成控制器的Rx和Tx侧之间切换信号路径。对于FDD，你需要采取更有创意的方法，因为你需要同时在不同的频段发送和接收。研究社区仍在努力研究IC架构，以在单个收发器单元中实现FDD与波束形成。在此之前，有两通道的收发器单元用于FDD无线电，可以支持使用多个相控阵波束形成控制器的波束控制。

波束形成控制器的类型

在接收端，波束形成有两种类型，你需要选择适合任一类型波束形成的组件。注意，不同类型的波束形成也会影响你的PCB布局。这两种类型的波束形成是数字的和模拟的。

在模拟波束形成中，一个Tx信号通过一个相移元件（例如，滤波器和放大器）传送到一个天线元件。目前，模拟波束形成可以说是构建波束形成阵列最具成本效益的方式，但每个波束形成控制器只能用于单个波束。在数字波束形成中，每个天线元件的输入都转换为数字信号，通过集成的ADC实现。这提供了更准确的接收波束方向性重建。最后，混合波束形成是这两种类型波束形成的混合。

下面显示的相控阵波束形成控制器都是模拟波束形成控制器，因为数字波束形成仍在开发和商业化中，期待这个波束形成器的其他类别在未来广泛可用。

瑞萨电子，F5260AVGK

瑞萨电子的F5260AVGK波束形成控制器是一个在24至28 GHz范围内工作的8通道模拟波束形成器。这使它适用于如短程雷达模块等应用，具有一定的低方向性，例如，倒车传感器。该组件以半双工模式工作，用于相控阵应用的双极化。该频率范围也适用于带有4x4 MIMO的5G应用。每个通道包括集成的增益控制和精确的相位控制，用于准确的波束指向，具有长距离。通过SPI实现控制，最高可达50 MHz。瑞萨电子的F5XXX和F6XXX系列也提供其他频率范围的组件。

Anokiwave，AWMF-0139

Anokiwave的AWMF-0139波束成形IC是另一个支持5G大规模MU-MIMO的组件，尽管其频率输出适用于短程雷达或其他特殊RF应用。AWMF系列中的其他组件支持高达40 GHz的其他频率范围。这些组件还提供了半双工通信所需的精细增益和相位控制，使它们能与上面展示的Renesas组件竞争。AWMF-0139的理想应用包括5G和其他无线技术的MIMO系统。

Peregrine Semiconductor, PE19601

Peregrine Semiconductor的PE19601波束成形控制器非常适合X波段雷达应用（8-12 GHz），例如新车中的短程雷达。该组件提供集成放大功能，具有高线性度（OIP3为+40 dBm），并且相位移动可通过10位精度控制。每个天线馈线输出之间的隔离度也相当高（50 dB）。

相控阵波束成形的其他组件

RF前端的集成程度比以往任何时候都要高，频率也比以往任何时候都要高。当您需要在电路板上设计相控阵波束成形控制和接收时，这里是您系统所需的其他组件：

• RF功率放大器

• RF天线

• 匹配网络的无源元件

• RF收发器

由于相控阵波束成形控制器组件，波束成形变得更加容易。当您需要为下一个RF/无线产品寻找新的波束成形组件时，尝试使用Octopart中的高级搜索和过滤功能。Octopart为您提供完整的电子元件采购和供应链管理解决方案。查看我们的集成RF半导体页面开始寻找您需要的组件。

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