Tecnologia RF - Progettazione del sistema di comunicazione a radiofrequenza della banda Ku

Al giorno d'oggi, la comunicazione a radiofrequenza della banda Ku, sempre più informazioni sono trasportate dai media, in particolare i flussi video multimediali ad alta definizione, che richiedono sempre più trasmissione di informazioni in tempo reale. Queste richieste favoriscono un graduale aumento del tasso di trasmissione delle informazioni. Attualmente, la tecnologia di comunicazione wireless è in piena espansione e la tecnologia LTE e 5G si susseguono una dopo l'altra. Secondo il teorema di Shannon, il tasso di comunicazione wireless è correlato alla larghezza di banda del canale. Più ampia è la larghezza di banda, maggiore è la velocità e maggiore è la capacità. Nelle bande di frequenza più basse come VHF, UHF, L e S, le risorse dello spettro sono affollate e la larghezza di banda disponibile è limitata. Pertanto, lo sviluppo di bande di frequenza più alte per ottenere una larghezza di banda più ampia del canale è una tendenza inevitabile dello sviluppo futuro del sistema di comunicazione.

1. Progettazione del sistema

Il sistema di comunicazione a radiofrequenza a banda Ku proposto in questo articolo utilizza la tecnologia beamforming per coprire l'intera gamma di 360° con un'antenna array a 4 piani distribuita a 90°. Ogni array antenna è composto da 4 elementi array, che sono collegati rispettivamente con 4 componenti TR. Dopo l'ampiezza e la ponderazione di fase, sono raccolti nello stesso canale di conversione di frequenza per formare un sistema MIMO RF 4*4. Le risorse pubbliche e la gestione superiore sono tutte centralizzate in un'unità centrale per facilitare l'interconnessione. Nella struttura del tipo di veicolo, l'unità centrale è collegata ai componenti TR attraverso connettori per il controllo dell'interazione di segnalazione, e ogni componente TR ha un'unità di elaborazione indipendente in banda base, che può anche inviare il digitale if al processore CENTRAL per l'elaborazione centralizzata (per raggiungere la diversità spaziale).

Rispetto al sistema singolo tradizionale di ricezione, questo schema di sistema si basa sull'applicazione tattica militare di anti-interferenza e segretezza, ad alta velocità, grande capacità, domanda generale adattiva, le considerazioni complete della lunghezza d'onda del segnale della banda Ku stessa, forte direzionale, fattori avversi di perdita di trasmissione grandi, come il mainstream della tecnologia di modulazione OFDM, e rende il sistema più forte capacità anti-inceppamento, allo stesso tempo, l'utilizzo ad alta frequenza dello spettro può essere ottenuto. La tecnologia MIMO e l'antenna intelligente sono adottate per fare uso ragionevole delle prestazioni della diversità del fascio e del multiplexing spaziale dell'antenna in modo che il sistema possa supportare la trasmissione di dati multi-utente, multi-direzione, adattiva di grande capacità per quanto possibile e possa essere efficace. Resista all'influenza dello sbiadimento multipath sulle prestazioni del sistema durante la trasmissione del segnale.

Diagramma globale dei blocchi di sistema

2. Progettazione del sottosistema

2.1 Progettazione dell'antenna

Per ridurre il profilo complessivo del sistema, nella parte dell'antenna viene utilizzata un'antenna microtrip lineare uniforme. La tecnologia di formatura del fascio dell'array può essere utilizzata per raggiungere alta direttività, ampia copertura e anti-sbiadimento. Questo tipo di progettazione dell'antenna può realizzare la scansione multisettoriale dalla ponderazione di ampiezza/fase della sorgente di eccitazione dell'elemento dell'array dell'antenna. Inoltre, si può realizzare la ricerca della direzione delle sorgenti di interferenza. Se viene rilevata un'interferenza, il modello dell'antenna può formare una trappola zero nella direzione dell'interferenza attraverso il beam shaping per sopprimere l'interferenza.

2.2 Progettazione dei collegamenti ricetrasmettitori

Il collegamento del ricetrasmettitore compreso il componente TR e il canale di frequenza variabile può essere adattato secondo i requisiti, nell'attenuatore digitale di spostamento di fase adottato dal front-end RF a microonde, nel circuito di conversione di frequenza, il circuito del secondo inverter supereterodine, il modo di miscelazione come la vibrazione ad alta bassa frequenza, Ridurre la difficoltà della realizzazione del sintetizzatore di frequenza e della progettazione del circuito dei circuiti di controllo AGC e del circuito di isolamento protettivo, Il circuito di selezione di frequenza esegue la selezione di frequenza, la conversione di frequenza, la linearizzazione e l'amplificazione del segnale ricevuto e infine lo fornisce al processore di banda base per la demodulazione del segnale.

Struttura preliminare del sistema

2.3 Progettazione del sintetizzatore di frequenza

In generale, ci sono tre tipi di sintesi in frequenza disponibili: sintesi in frequenza diretta (DS), sintesi in frequenza indiretta (PLL) e sintesi in frequenza digitale diretta (DDS).

Questo attraverso la progettazione dello schema del sintetizzatore di frequenza utilizzando DDS con la miscelazione del punto di frequenza del raddoppio della frequenza PLL raggiunge la fonte finale di frequenza saltando un'uscita di spinta e la sorgente di riferimento di calibrazione della fase di ricezione e lancio è direttamente utilizzata il salto di frequenza PLL e il modo di realizzazione, lo schema di sintesi della sorgente di frequenza totale, Lo schema dell'intera idea è quello di cristallo del segnale di vibrazione di quattro splitter di potenza diviso in quattro strade, un segnale è stato utilizzato come l'orologio di trasmissione e ricezione della sorgente di frequenza di riferimento di calibrazione di fase e il segnale della banda C è stato generato dal blocco di salto di frequenza PLL e quindi la sorgente di frequenza di riferimento della banda Ku è stata emessa filtrando e raddoppiando la doppia frequenza. L'altro segnale funge da orologio di riferimento del processore in banda base; Il terzo segnale, come l'orologio di riferimento della sorgente di frequenza del punto della banda C, è bloccato da PLL per generare il segnale di frequenza del punto della banda C e quindi mescolato con l'uscita del segnale FH da DDS per generare il segnale di frequenza della banda C di conversione su e quindi il secondo raddoppio di frequenza per generare il primo segnale di vibrazione della banda x. Infine, un segnale è usato come orologio di riferimento della sorgente di frequenza punto a banda l, che è bloccato da PLL per generare un segnale di frequenza punto a banda l. Poi, il potere è diviso in due modi. Un modo è utilizzato come i due oscillatori locali del sistema attraverso il filtraggio e l'amplificazione, e l'altro modo è utilizzato come orologio di riferimento del DDS fH per generare segnale fH nella banda VHF. Dopo il filtraggio, l'amplificazione e la doppia frequenza, il segnale fH della banda l viene generato e la sorgente di frequenza del punto della banda c è mista, filtrata, amplificata e raddoppiata per produrre il primo segnale di vibrazione della banda X. Nel processo di realizzazione della sorgente di frequenza, perché coinvolge molti PLL sintesi di frequenza, moltiplicazione di frequenza, miscelazione, amplificazione e altri circuiti, quindi la soppressione vaga o l'evitare nel processo di conversione della comunicazione a radiofrequenza è particolarmente importante, altrimenti, l'interferenza dei segnali vaganti influenzerà la qualità della comunicazione del sistema.

Diagramma schematico della matrice di antenne e della scansione principale e sub-ufficio

Attualmente, i metodi comunemente usati di dissipazione del calore nell'ingegneria includono la dissipazione del calore dell'aletta, il raffreddamento del cambiamento di fase, il trasferimento del calore del tubo di calore, la refrigerazione termoelettrica e così via. Secondo le diverse strutture dei denti di dissipazione del calore possono essere suddivisi in denti di dissipazione del calore di tipo piatto e denti di dissipazione del calore di tipo colonna. Il condotto del dente del radiatore del pilastro non è chiuso, l'effetto di raffreddamento è migliore del dente di raffreddamento del chip è ovvio, quindi, in questo sistema ha utilizzato il raffreddamento del chip dei metodi di raffreddamento, dente di raffreddamento teorico, maggiore è l'effetto di raffreddamento è migliore, ma la larghezza del dente stesso e la distanza tra i denti avranno anche un impatto sull'effetto di dissipazione del calore, Il suo effetto di raffreddamento può essere attraverso software di progettazione termica all'ottimizzazione della simulazione (Flotherm). I denti di dissipazione del calore sono fatti di alluminio per soddisfare il requisito di riduzione del peso.

Oltre alla suddetta strategia di progettazione ausiliaria di dissipazione del calore, nel progetto vengono aggiunti anche grasso termico e colla termica al fondo dell'amplificatore di potenza. Nel frattempo, ogni componente T/R è distribuito per ridurre la concentrazione di fonti di calore e migliorare l'affidabilità del sistema.

Diagramma a blocchi di principio del sintetizzatore di frequenza

3. Verifica della progettazione ingegneristica

Secondo lo schema di progettazione del sistema, testiamo l'antenna, i risultati dei test di ingegneria del sintetizzatore di frequenza sono simili alla progettazione, al rumore di fase tipico del sintetizzatore di frequenza DDS+PLL e alla curva di prova del tempo di salto della comunicazione a radiofrequenza

Quando l'ingresso di frequenza intermedia è il segnale di modulazione 140MHz, la modalità di modulazione è 64QAM, il fattore di caduta del rotolo è impostato a 0,3 e la velocità del simbolo è 30Mbps, il tipico EVM trasmittente è 6,09%.

4. Scenario di applicazione

Attualmente, un sistema di comunicazione a banda larga ad alta velocità basato sulla banda Ku viene applicato principalmente nei campi della rete AD punto a punto, punto a multipunto, relè e multistadio, che può notevolmente espandere le prestazioni e la capacità del sistema della comunicazione del nodo.