Mikrowellen-Technik - Entwurf eines Ku-Band-Hochfrequenz-Kommunikationssystems

Heutzutage,Ku-Band Funkfrequenzkommunikation, Immer mehr Informationen werden von den Medien getragen, insbesondere hochauflösende Multimedia-Videostreams, die immer mehr Echtzeit-Informationsübertragung erfordern. Diese Forderungen fördern die schrittweise Erhöhung der Informationsübertragungsrate. Zur Zeit, Funkkommunikationstechnik boomt, und LTE- und 5G-Technologie kommen nacheinander. Nach Shannons Dieorem, die Geschwindigkeit der drahtlosen Kommunikation mit der Kanalbandbreite korreliert. Je größer die Bandbreite, Je höher die Rate und desto größer die Kapazität. In den unteren Frequenzbändern wie VHF, UHF, L, und S, Die Frequenzressourcen sind überfüllt und die verfügbare Bandbreite begrenzt. Daher, Die Entwicklung höherer Frequenzbänder, um eine breitere Kanalbandbreite zu erhalten, ist ein unvermeidlicher Trend der zukünftigen Kommunikationssystementwicklung.

1. Entwurf des Systems

The Ku-Band Funkfrequenzkommunikation Das in diesem Papier vorgeschlagene System verwendet Beamforming-Technologie, um den gesamten 360° Bereich mit einer 4-ebenen Array-Antenne abzudecken, die bei 90° verteilt ist.. Jedes Antennen-Array besteht aus vier Array-Elementen, die jeweils mit 4 TR Komponenten verbunden sind. Nach Amplituden- und Phasengewichtung, Sie werden in den gleichen Frequenzumwandlungskanal gesammelt, um einen 4*4 zu bilden*4 RF MIMO-System. Öffentliche Ressourcen und das obere Management sind alle in einer zentralen Einheit zentralisiert, um die Vernetzung zu erleichtern. In der Fahrzeugtypstruktur, Die Zentraleinheit wird über Steckverbinder zur Signalinteraktionssteuerung mit den TR-Komponenten verbunden, und jede TR-Komponente verfügt über eine unabhängige Basisband-Verarbeitungseinheit, which can also send the digital if to the CENTRAL processor for centralized processing (to achieve spatial diversity).

Verglichen mit dem traditionellen Einzelempfangssystem, Dieses System Schema basiert auf militärischer Taktik Anwendung von Anti-Einmischung und Geheimhaltung, hohe Geschwindigkeit, große Kapazität, Anpassung der Gesamtnachfrage, die umfassenden Überlegungen Ku Band Signal Wellenlänge selbst, Richtungsstark, große Übertragungsverluste nachteilige Faktoren, wie der Mainstream der OFDM-Modulationstechnologie, und macht das System stärker anti-jamming Fähigkeit, Zur gleichen Zeit, Hochfrequenzspektrum Nutzung kann erhalten werden. MIMO und intelligente Antennentechnologie werden angenommen, um die Leistung der Strahldiversität und des räumlichen Multiplexens der Antenne angemessen zu nutzen, damit das System Multi-User unterstützen kann, in mehreren Richtungen, möglichst adaptive Datenübertragung mit großer Kapazität, und kann wirksam sein. Widerstehen Sie dem Einfluss von Multipath Fading auf die Systemleistung während der Signalübertragung.

Gesamtsystemblockdiagramm

2. Entwurf des Teilsystems

2.1 Antennendesign

Um das Gesamtprofil des Systems zu reduzieren, wird im Antennenteil eine gleichmäßige lineare Array-Microstripantenne verwendet. Die Array-Beamforming-Technologie kann verwendet werden, um eine hohe Richtwirkung, breite Abdeckung und Anti-Fading zu erreichen. Diese Art von Antennendesign kann Mehrsektorscanning durch Amplituden-/Phasengewichtung der Anregungsquelle des Antennenanordnungselements realisieren. Darüber hinaus kann eine Richtungsfindung von Störquellen realisiert werden. Wenn Interferenzen erkannt werden, kann das Antennenmuster durch Strahlformung eine Nullfalle in Störrichtung bilden, um Interferenzen zu unterdrücken.

2.2 Transceiver Link Design

Transceiververbindung inkl. TR-Komponente und variablem Frequenzkanal kann nach Bedarf angepasst werden, in der Mikrowelle RF Digitaler Phasenverschiebdämpfer am Front-End, in Frequenzumwandlungsschaltung, der superheterodyne zweite Wechselrichterkreis, Mischweg als die hohe niederfrequente Schwingung, Verringerung der Schwierigkeit der Realisierung des Frequenzsynthesizers und des Schaltungsdesigns der AGC-Steuerkreise und der Schutzisolationsschaltung, Die Frequenzauswahlschaltung führt die Frequenzauswahl durch, Frequenzumrechnung, Linearisierung und Verstärkung des empfangenen Signals, und stellt es schließlich dem Basisbandprozessor zur Signaldemodulation zur Verfügung.

Vorläufige Auslegung des Systems

2.3 Frequenzsynthesizer Design

Im Allgemeinen gibt es drei Arten der Frequenzsynthese: direkte Frequenzsynthese (DS), indirekte Frequenzsynthese (PLL) und direkte digitale Frequenzsynthese (DDS).

Dies durch das Schema-Design des Frequenzsynthesizers unter Verwendung von DDS mit PLL-Frequenzverdoppelung Frequenzpunktquellenmischung erreicht die ultimative Quelle für Frequenzhopping einen Boost-Ausgang, Referenzquelle für die Kalibrierung der Empfangs- und Startphase wird direkt über das PLL-Frequenzhopping und die Art der Realisierung verwendet, das Gesamtfrequenzquellensyntheseschema, Das Schema der ganzen Idee ist, das Schwingungssignal von vier-Leistungsteilen in vier Straßen unterteilt zu kristallisieren, Ein Signal wurde als Takt der Sende- und Empfangsphasenkalibrierung Referenzfrequenzquelle verwendet, und das C-Band Signal wurde durch PLL Frequenz Hopping Verriegelung erzeugt, und dann wurde die Ku-Band Referenzfrequenzquelle durch Filtern und Doppelfrequenzdoppelung ausgegeben. Das andere Signal dient als Referenzuhr des Basisbandprozessors; Das dritte Signal, als Referenztakt der C-Band Punktfrequenzquelle, wird durch PLL gesperrt, um das C-Band-Punktfrequenzsignal zu erzeugen, und dann mit dem FH-Signalausgang von DDS gemischt, um das Hochkonvertierungs-C-Band-Hochfrequenzsignal zu erzeugen, und dann die zweite Frequenzverdoppelung, um das x-Band erste Schwingungssignal zu erzeugen. Endlich, Ein Signal wird als Referenztakt der l-Band Punktfrequenzquelle verwendet, das durch PLL gesperrt wird, um ein l-Band-Punktfrequenzsignal zu erzeugen. Dann, die Macht wird in zwei Arten geteilt. Eine Möglichkeit wird als die beiden lokalen Oszillatoren des Systems durch Filterung und Verstärkung verwendet, und die andere Weise wird als Referenzuhr von fH DDS verwendet, um fH Signal im VHF Band zu erzeugen. Nach dem Filtern, Verstärkung, und Doppelfrequenz, Das l-Band fH Signal wird generiert und die c-Band Punkt Frequenzquelle gemischt, gefiltert, verstärkt, und verdoppelt, um X-Band erstes Vibrationssignal zu erzeugen. Im Prozess der Frequenzquellenrealisierung, weil es viele PLL Frequenzsynthese beinhaltet, Frequenzmultiplikation, Mischen, Verstärkung, und andere Schaltungen, so die streunende Unterdrückung oder Vermeidung im Prozess der Funkfrequenzkommunikation Umwandlung ist besonders wichtig, sonst, Die Störung von Streuungssignalen beeinträchtigt die Kommunikationsqualität des Systems.

Schematische Darstellung der Antennenanlage und der Haupt- und Unterbüroscannung

Derzeit umfassen die allgemein verwendeten Wärmeableitungsmethoden in der Technik Flossenwärmeableitung, Phasenwechselkühlung, Wärmeübertragung von Wärmerohren, thermoelektrische Kühlung usw. Die am häufigsten verwendete Wärmeableitungsmethode ist Flossenwärmeableitungszähne, Entsprechend den verschiedenen Strukturen der Wärmeableitungszähne können in Plattenwärmeableitungszähne und Spaltentyp Wärmeableitungszähne unterteilt werden. Säulengradiatorzahnkanal ist nicht geschlossen, der Kühleffekt ist besser als Spankühlzahn ist offensichtlich, daher wird in diesem System die Spankühlung von Kühlmethoden verwendet, theoretischer Kühlzahn, je höher der Kühleffekt ist besser, aber die Breite des Zahns selbst und der Zahnabstand haben auch einen Einfluss auf den Wärmeableitungseffekt, Der Kühleffekt kann über thermische Entwurfssoftware bis hin zur Simulationsoptimierung (Flotherm) erfolgen. Die Wärmeableitungszähne bestehen aus Aluminium, um die Anforderung der Gewichtsreduktion zu erfüllen.

Zusätzlich zu der oben genannten Entwicklungsstrategie für die Hilfswärmeableitung werden im Projekt auch Wärmefett und Wärmekleber an der Unterseite des Leistungsverstärkers hinzugefügt. Unterdessen wird jede T/R-Komponente verteilt, um die Konzentration der Wärmequellen zu reduzieren und die Zuverlässigkeit des Systems zu erhöhen.

Prinzipblockdiagramm des Frequenzsynthesizers

3. Prüfung des technischen Entwurfs

Entsprechend dem System-Design-Schema, wir testen die Antenne, Die Testergebnisse des Frequenzsynthesizers ähneln dem Design, the typical frequency synthesizer DDS+PLL phase noise and Funkfrequenzkommunikation hopping time test curve

When the intermediate frequency input is 140MHz modulation signal, der Modulationsmodus ist 64QAM, der Rollfallfaktor ist auf 0 eingestellt.3, und die Symbolrate ist 30Mbps, der typische sendende EVM ist 6.09%.

4. Anwendungsszenario

Zur Zeit, Hochgeschwindigkeits-Breitband Funkfrequenzkommunikation System basierend auf Ku Band wird hauptsächlich in den Bereichen Punkt-zu-Punkt-Anwendung, Punkt-zu-Mehrpunkt, Relais, und mehrstufiges AD-Netzwerk, das die Leistung und Systemkapazität der Knotenkommunikation erheblich erweitern kann.