Проектирование и реализация фазированных антенных решеток для устройств управления лучом и устройств MIMO. Часть 1

Преимущества фазированных антенных решеток перед всенаправленными антеннами включают более высокую направленность, быстрое электронное управление (лучи могут быть перенаправлены за миллисекунды), и возможность излучать несколько лучей одновременно для многофункциональных операций. Атрибуты радара для фазированных решеток включают диаграммы направленности антенн и управления лучом (включая адаптивное подавление помех), динамический диапазон, внутриполосную линейность, фазовый шум системы и точность измерения угла.

В итоге преимущества характерные для систем фазированных решеток, позволят основным новым коммерческим устройствам, включая 5G коммуникацию и автомобильные радары, использовать спектр миллиметровых волн (mmWave) – Рис.1. Как и их аналоги, используемые в космической и оборонной отраслях, эти системы фазированных решеток должны обладать высочайшей надежностью и эффективностью, при этом имея возможность работать в неблагоприятных внешних условиях. Но в отличии от устройств, созданных для космической и оборонной отраслей, эти устройства должны быть спроектированы для экономичного массового производства.

В данном документе исследуется основная теория фазированных решеток, а также возможности проектирования антенных систем следующего поколения. Также исследуются новые возможности недавно появившегося программного обеспечения для автоматизации электронного проектирования (EDA), такого как платформа NI AWR Design Environment. Платформа NI AWR обеспечивает процесс проектирования для разработки радиочастотного интерфейса, поддерживающего эти новые антенные системы, который должен быть оптимизирован по эффективности, надежности, компактности и стоимости. Чтобы спроектировать такую систему и базовые компоненты, проектировщику необходим комплексный процесс проектирования, который управляет данными по поведению различных блоков, из которых состоит решетка и питающая структура. Кроме того, проектировщик должен точно предсказать, как эти блоки будут работать совместно в одной системе, чтобы получить желаемую производительность в области сканирования, диапазон частот и другие операционные требования. Этот процесс проектирования должен также обеспечить возможность физической реализации индивидуальных компонентов, включая саму антенную решётку.