Conception de systèmes et de circuits intégrés pour la formation de faisceaux à réseau phasé

Tout comme dans d'autres domaines d'application, l'intégration est omniprésente et a contribué à réduire considérablement la taille des systèmes. Les produits IoT, les télécommunications, l'automobile et de nombreux autres domaines bénéficient de l'intégration offerte par les SoC et autres circuits intégrés. Les technologies RF qui reposent sur le beamforming connaissent leur propre niveau d'intégration, et un circuit intégré de beamforming à réseau phasé est exactement ce qu'il faut à un système compact pour fournir du beamforming et, dans les systèmes compatibles 5G, du MIMO.

La 5G a contribué à faire du beamforming un nouveau mot à la mode dans la technologie, mais le beamforming a des utilisations en dehors des télécoms. Le radar à modulation de fréquence, le transfert d'énergie sans fil à longue portée et le V2X sont quelques domaines où le beamforming est utile pour fournir un transfert de données/énergie à plus longue portée avec un contrôle directionnel. Lorsque vous avez besoin d'un contrôle de réseau phasé dans votre nouveau système, envisagez l'un de ces contrôleurs de beamforming.

Contrôle du faisceau dans le beamforming à réseau phasé

Le beamforming à partir d'une surface plane, telle qu'un PCB, peut être réalisé avec un réseau d'antennes phasées. Ces antennes peuvent être imprimées directement sur le PCB, ou elles peuvent être des antennes externes (par exemple, une antenne caoutchouc). Le signal envoyé à chaque antenne du réseau est légèrement déphasé, et le faisceau résultant est formé en raison de l'interférence entre chaque antenne. En plaçant juste le bon délai entre les signaux envoyés à différentes antennes, vous pouvez contrôler la direction du faisceau résultant.

Votre circuit intégré de beamforming à réseau phasé contrôle ce délai entre les différents éléments d'antenne, contrôlant ainsi le faisceau émis. Ces CI sont des composants RF haute fréquence qui sont généralement combinés avec d'autres composants. Le schéma de bloc ci-dessous montre l'architecture typique d'une extrémité avant RF intégrée avec le beamforming.

Les différents blocs de ce schéma peuvent être intégrés à différents niveaux dans divers composants. Pour le contrôleur de beamforming, certaines parties de l'extrémité avant peuvent être intégrées dans le CI, alors soyez prudent en ajoutant une amplification ou une filtration supplémentaire à la sortie. Le beamformer ne peut se connecter qu'à un petit nombre d'antennes, donc contrôler un réseau plus large nécessite plusieurs CI de beamforming, éventuellement avec plusieurs émetteurs-récepteurs. Un module radar à modulation de fréquence n'a besoin que de jusqu'à 4 antennes patch alimentées au centre, tandis qu'un système MIMO 4x4 ou 8x8 peut nécessiter un vaste réseau d'antennes pour fournir du beamforming sur plusieurs canaux. Un seul émetteur-récepteur RF pourrait être utilisé avec un commutateur d'antenne pour étendre la taille du réseau également.

Un circuit intégré de formation de faisceaux en réseau phasé est facile à utiliser avec le duplexage par domaine de temps (TDD) ou le duplexage par domaine de fréquence (FDD). Pour le TDD, un commutateur à l'extrémité de l'antenne change simplement le chemin du signal entre les côtés Rx et Tx du contrôleur de formation de faisceaux en réseau phasé. Pour le FDD, vous devrez adopter une approche plus créative car vous aurez besoin d'envoyer et de recevoir dans des bandes différentes simultanément. La communauté de recherche travaille encore sur l'architecture des circuits intégrés pour permettre le FDD avec formation de faisceaux dans une seule unité émetteur-récepteur. Jusqu'à ce moment, il existe des unités émetteur-récepteur à deux canaux pour la radio FDD qui peuvent supporter le contrôle de faisceau avec plusieurs contrôleurs de formation de faisceaux en réseau phasé.

Types de contrôleurs de formation de faisceaux

Sur le côté réception, la formation de faisceaux se présente sous deux variétés, et vous devrez sélectionner vos composants pour accommoder l'un ou l'autre type de formation de faisceaux. Notez que les différents types de formation de faisceaux affectent également la disposition de votre PCB. Ces deux types de formation de faisceaux sont numérique et analogique.

Dans la formation de faisceaux analogique, l'un des signaux Tx est alimenté à un élément d'antenne en le faisant passer par un élément de déphasage, (par exemple, des filtres et des amplificateurs). Actuellement, la formation de faisceaux analogique est sans doute la manière la plus rentable de construire un réseau de formation de faisceaux, mais chaque contrôleur de formation de faisceaux ne peut être utilisé qu'avec un seul faisceau. Dans la formation de faisceaux numérique, l'entrée à chaque élément d'antenne est convertie en un signal numérique avec un convertisseur analogique-numérique intégré. Cela permet une reconstruction de la directionnalité reçue du faisceau plus précise. Enfin, la formation de faisceaux hybride est un mélange entre ces deux types de formation de faisceaux.

Les contrôleurs de formation de faisceaux en réseau phasé présentés ci-dessous sont tous des contrôleurs de formateurs analogiques car la formation de faisceaux numérique est encore en cours de développement et de commercialisation, attendez-vous à ce que cette autre classe de formateurs devienne largement disponible à l'avenir.

Renesas, F5260AVGK

Le contrôleur de formation de faisceaux F5260AVGK de Renesas est un formateur analogique à 8 canaux fonctionnant de 24 à 28 GHz. Cela le rend utile pour des applications comme les modules radar à courte portée avec une directionnalité quelque peu faible, par exemple, les capteurs de recul. Ce composant fonctionne en mode semi-duplex avec une double polarisation pour les applications de réseau phasé. La gamme de fréquences est également utile dans les applications 5G avec MIMO 4x4. Chaque canal comprend un contrôle de gain intégré et un contrôle de phase précis pour une direction précise du faisceau à longue portée. Le contrôle est réalisé via SPI jusqu'à 50 MHz. D'autres composants fonctionnant dans d'autres gammes de fréquences sont également disponibles dans la ligne F5XXX et F6XXX de Renesas.

Anokiwave, AWMF-0139

Le circuit de formation de faisceaux AWMF-0139 d'Anokiwave est un autre composant permettant le MU-MIMO massif dans la 5G, bien que la sortie de fréquence soit appropriée pour le radar à courte portée ou d'autres applications RF spécialisées. D'autres composants de la série AWMF prennent en charge d'autres gammes de fréquences jusqu'à 40 GHz. Ces composants fournissent également un contrôle fin du gain et de la phase nécessaire pour la communication en demi-duplex, les rendant compétitifs avec le composant Renesas montré ci-dessus. Les applications idéales pour l'AWMF-0139 incluent les systèmes MIMO pour la 5G et d'autres technologies sans fil.

Peregrine Semiconductor, PE19601

Le contrôleur de formation de faisceaux PE19601 de Peregrine Semiconductor est idéal pour les applications radar en bande X (8-12 GHz) où la formation de faisceaux est requise (par exemple, radar à courte portée dans les nouvelles voitures). Ce composant offre une amplification intégrée avec une haute linéarité (OIP3 à +40 dBm) avec des déphasages contrôlés avec une précision de 10 bits. L'isolation entre chaque sortie de ligne d'antenne est également assez élevée (50 dB).

Autres composants pour la formation de faisceaux à réseau phasé

Les extrémités avant RF connaissent une intégration plus importante que jamais, et à des fréquences plus élevées que jamais. Lorsque vous devez concevoir votre carte avec un contrôle et une réception de formation de faisceaux à réseau phasé, voici d'autres composants dont vous aurez besoin pour votre système :

• Amplificateurs de puissance RF

• Antennes RF

• Passifs pour les réseaux d'adaptation

• Transceivers RF

La formation de faisceaux devient plus facile grâce aux composants de contrôleur de formation de faisceaux à réseau phasé. Lorsque vous avez besoin de trouver de nouveaux composants de formation de faisceaux pour votre prochain produit RF/sans fil, essayez d'utiliser les fonctionnalités de recherche avancée et de filtrage sur Octopart. Octopart vous offre une solution complète pour l'approvisionnement en électronique et la gestion de la chaîne d'approvisionnement. Jetez un œil à notre page de semi-conducteurs RF intégrés pour commencer à rechercher les composants dont vous avez besoin.

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