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产品特写
 
Ku和Ka波段智能增益模块
材料来源:《微波杂志》2018年9/10月号           录入时间:2018/10/19 20:20:21

美国Anokiwave公司正式推出了一个系列共4款单通道的Ku和Ka波段硅集成电路(IC),该系列产品可提供完全的发送/接收功能,包含有源增益和相位控制功能。该系列集成电路模块的结构使得它们能被当作传统的增益模块使用,但却额外增加了对增益和相位的控制,因此我们把它称之为“智能增益模块”(IGB)。这一系列新产品的推出,使得设计人员可在射频信号传输链上使用相同的集成电路来实现多种功能,并比使用传统的分立器件砷化镓模块(GaAs IC)获得相同甚至更好的性能,同时还提高了软件控制能力。这款通用集成电路可应用于众多的场合,如卫星通信、雷达、5G及传感器领域。由于其集成度高且尺寸更小,非常适合应用于雷达和通信相控阵电路中,用于替换分立器件单功能模块。

IGB系列4款集成电路中的两款工作于10.5至16GHz (Ku波段),另外两款工作于26至30GHz (Ka波段)。每片集成电路都包含一个功放(PA)、一个低噪声放大器(LNA)和一个6位增益/相位控制器。两个集成电路为一组,组成一个传输电路,两组电路分别工作于不同频段(Ka和Ku波段),其中一组在其前端集成了一个发送/接收(T/R)开关,参考图1a;另外一组则取消了前端发送/接收开关,参考图1b。用户可根据需要选择是否通过减少开关来减少电路的损耗。IGB系列4款集成电路的性能参数汇总见1

1:由IGB组成的Ku波段和Ka波段的功能模块图,其中图(a)在LNA输入端和PA输出端之间设有发送/接收(T/R)开关,而图(b)不含此开关。

下面列举了IGB模块的几种应用方法:

有源阵列中的核心分布集成电路:在5G和卫星通信的有源天线阵列中,唯一的挑战就是对阵列的补偿,因为RF的输入是经过多次分开和合并后才反馈给波束赋形器模块,每次的分开和合并都会引起增益和相位的不匹配。所以,在波束赋形器模块中都必须同时建有增益和相位调整电路,通常的这种设计使得他们只要调整天线的波束即可。IGB模块可用于RF信号经过分开和合并的阵列后需要对增益和相位进行补偿的场合(见图2).

2IGB模块可在相控阵单元的信号分配环节对振幅和相位的变化分别实现补偿

用集成电路替代5G结构:在使用传统的列馈结构的5G电路中,可使用一个单通道的IGB模块来替代对前端控制部件多个列的控制,如图3所示。相比较以前的分立器件,一个这种结构的IGB就可以简化整体的设计、减小产品尺寸、减少零件数量以及降低材料的费用。

3:在一个列馈相控阵中,单个的IGB就可以对其中一列的振幅和相位进行控制,以替代多个分立器件的控制功能。

单功能模块:这种IGB模块集成了多种RF功能在一个硅集成电路之中,然而,它的每一种功能都可以像单功能分立器件一样单独使用。同样一个集成电路,既可以组成一个类似分立器件的含或不含前端开关的低噪声放大器(LNA),也可以组成一个含或不含前端开关的驱动放大器,或者组成一个可变增益放大器(VGA),还可以组成一个相位调制器或全矢量调制器。随着硅集成电路制造技术的进步,IGB模块在性能方面不仅能满足还能超越许多传统的砷化镓产品。

把IGB当作低噪声放大器(LNA)使用时,其工作于Ku波段的噪声系数为1.5dB,直流功耗为200mW;而当其工作于Ka波段时的噪声系数为2.5dB,直流功耗为220mW。如果增加SPDT(单刀双掷)输入开关,则Ku波段的噪声系数可提高到3.0dB,Ka波段的噪声系数可提升到5.0dB,而直流功耗仍保持原数值不变。

把IGB当作驱动放大器使用时,可获得较高的增益和中等的输出功率:1dB压缩点输出功率在Ku波段为13.5dBm,在Ka波段为13dBm,相对应的增益分别为25dB和19dB。如果因系统结构需要增加SPDT开关,则1dB压缩点输出功率在两个频段都是12dBm,对应的增益Ku波段为24dB、Ka波段为19dB。该集成电路的功耗,工作于Ku波段时为250mW,工作于Ka波段时为370mW。

作为一个可变增益放大器,使用该系列集成电路可提供最大增益25dB(Ku波段)和19dB(Ka波段),并可实现31.5dB动态增益控制。其6位设计提供了一个0.5dB的LSB(最低效位元),典型的RMS(均方根值)幅度误差为0.5dB。1dB压缩点输出功率Ku波段为13.5dBm、Ka波段为13dBm。

作为一个相位调制器,IGB模块拥有6位的相位分辨率,例如:LSB为5.625度时,其典型的RMS相位误差是5度。实现25dB(Ku波段)和19dB(Ka波段)的最大增益,相应地其1dB压缩点输出功率Ku波段为13.5dBm,Ka波段为13dBm。

作为一个矢量调制器,该系列集成电路可提供最大增益25dB(Ku波段)和19dB(Ka波段),其1dB压缩点输出功率在Ku波段为13.5dBm,在Ka波段为13dBm。增益控制范围及分辨率与可变增益放大器(VGA)是一样的,即增益为31.5dB时步长为0.5dB,RMS误差为0.5dB,同样地,6位的相位控制功能使得其RMS相位误差是5度。

集成模块:利用集成度高的优势,IGB模块可以替代多种功能单一、集成度低的RF射频集成电路。如图4所示,一个2.5mm x 2.5mm大小的IGB模块可以替代7个分立的砷化镓器件,而且性能毫不逊色。

4:一个2.5mm x 2.5mm尺寸的IGB模块集成了7个功能

美国Anokiwave公司新推出的IGB模块将重新定义Ku波段和Ka波段的产品设计,该系列产品可应用于研发工具包、小规模项目研发和大批量产品生产中。

Anokiwave

San Diego, Calif.

www.anokiwave.com


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