By Cadence
本文要點
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真時延是寬頻帶相位陣列天線的(de)關鍵元素之一。 |
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真時延透過在整個信號頻譜上應用(yòng)可(kě)變相移來消除波束斜視現象。 |
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在相位陣列中使用(yòng)時延單元或電路闆，以提供波束控制和(hé)相移。 |
市場越來越需要更快(kuài)、更可(kě)靠的(de)通(tōng)訊網路，而寬頻通(tōng)訊系統正在努力滿足這一需求。頻寬越高(gāo)，通(tōng)訊資料速率就越快(kuài)。但是，在寬頻通(tōng)訊中，由於信號在寬頻譜上的(de)分(fēn)佈，發射和(hé)接收信號都很困難。
天線技術已經得(de)到廣泛調整，以解決首要的(de)頻譜問題。相位陣列天線是眾多(duō)解決方案之一，具有高(gāo)效率、電子波束賦形、空間分(fēn)集功能和(hé)高(gāo)信噪比 (SNR) 等優勢特點。
移相器用(yòng)於引導相位陣列天線中的(de)波束，以提高(gāo)窄帶通(tōng)訊系統的(de)效率。「波束傾斜」的(de)現象限制了(le)寬頻帶相位陣列天線的(de)移相器性能。真時延可(kě)以在整個信號頻譜上應用(yòng)可(kě)變相移，從而消除這種波束傾斜現象，使其成為寬頻帶相位陣列天線的(de)關鍵技術。
波束傾斜現象
波束傾斜 (Beam squint) 指的(de)是相位陣列天線中的(de)波束轉向角發生了(le)一種隨頻率變化(huà)的(de)變形。在相位陣列天線中，所有陣列部件使用(yòng)相同的(de)相移，就會產生波束傾斜現象，即頻譜的(de)低端和(hé)高(gāo)端的(de)相移差異會使波束從一端指向另一端。由真時延電路提供的(de)可(kě)變相移可(kě)以減少波束傾斜，有助於實現高(gāo)解析度。
減少波束傾斜
選擇性波束控制可(kě)以透過一組時延線來實現。將時延線從最短到最長排列，可(kě)以提供必要的(de)轉向精細度和(hé)所需的(de)波束轉向。透過仔細設置真時延，可(kě)以應用(yòng)適當的(de)相移，使之與相位陣列天線的(de)信號頻譜相匹配。
如果要求在一維陣列天線中對垂直的(de)長方形波束進行方位轉向，可(kě)以在每一列子陣列之間放置真時延。在二維陣列天線中，也(yě)可(kě)以引入真時延。對於單一的(de)轉向方案，可(kě)以在各個元件之間使用(yòng)一個固定的(de)時延線。光(guāng)學版真時延方法也(yě)可(kě)用(yòng)於可(kě)變相移。
真時延單位
在相位陣列中使用(yòng)真時延單元或電路闆，以提供波束控制和(hé)相移。傳統的(de)時延單元是具有量化(huà)延遲的(de)交換式延遲線。當放置在陣列元件或子陣列的(de)信號路徑中時，這些時延線引入了(le)特定的(de)時延。然而，切換後的(de)真時延在參考單元和(hé)真時延單元之間產生了(le)插入損耗，而且損耗隨著頻率的(de)增加而增加。
真時延技術助力寬頻通(tōng)訊系統提供更快(kuài)速的(de)通(tōng)訊連接
如今，真時延可(kě)以透過以下(xià)幾種方式實現：
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交換線路 |
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互補金屬氧化(huà)物(wù)半導體 (CMOS) |
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微機電系統 (MEMS) |
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砷化(huà)鎵 (GaA) |
基於 MEMS、CMOS 和(hé)砷化(huà)鎵的(de)真時延單元屬於 trombone 走線或有源分(fēn)散式配置類時延。此外，市場上還有單片微波積體電路晶片 (MMIC)，可(kě)以引入特定的(de)或程式設計的(de)時延。
一般來說，時延單元是一個具有特殊功能的(de)移相器，在子陣列層面上使用(yòng)。它的(de)基本功能是利用(yòng)多(duō)路徑結構提供一個特定的(de)時間延遲。與移相器相比，真正的(de)延遲單元能夠提供多(duō)種相移波長，而且相移與頻率有關。這使得(de)由時延單元形成的(de)頻譜兩端的(de)群延遲差在所需頻寬上是平坦的(de)。這種群延遲的(de)平坦化(huà)減少了(le)波束傾斜，提高(gāo)了(le)頻寬。
用(yòng)於寬頻相位陣列天線的(de)基於 CMOS 的(de)真時延由真時延電路 (TTD)、數位步進式衰減器 (ATT) 電路、寬頻分(fēn)散式增益放大(dà)器 (WDGA) 和(hé)一個串列外設介面（SPI）組成。人(rén)工傳輸線、單刀(dāo)雙擲開關 (SPDT) 和(hé)雙刀(dāo)雙擲開關 (DPDT) 用(yòng)於衰減器和(hé)時間延遲塊。一個具有正增益的(de)寬頻增益放大(dà)器對系統中的(de)插入損耗進行補償。基於 CMOS 的(de)真時延單元設計緊湊，成本低，適合用(yòng)於寬頻帶相位陣列天線。
波束傾斜降低了(le)寬頻通(tōng)訊頻譜的(de)傳輸和(hé)接收效率，不利於建立更快(kuài)的(de)通(tōng)訊網路。真時延可(kě)以通(tōng)過提供可(kě)變相移來減少波束傾斜，是寬頻相位陣列天線的(de)一個關鍵因素。在相位陣列天線中使用(yòng)真時延單元引入精確的(de)時間延遲，可(kě)以改善系統頻寬和(hé)波束控制，搭建更快(kuài)的(de)通(tōng)訊網路。
譯文授權轉載出處
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