마이크로웨이브 기술 - Ku 대역 무선 통신 시스템 설계

오늘날 Ku 대역의 무선 주파수 통신에서 점점 더 많은 정보가 미디어에 의해 호스팅되고 있으며, 특히 고화질 멀티미디어 비디오 스트리밍은 정보 전송에 대한 실시간 요구가 점점 더 높아지고 있습니다.이러한 요구는 정보 전송 속도의 점진적인 향상을 촉진시켰다.현재 무선 통신 기술이 번창하고 있으며 LTE와 5G 기술이 잇따르고 있다.섀넌의 정리에 따르면 무선 통신의 속도는 채널 대역폭과 관련이 있다.대역폭이 넓을수록, 속도가 높을수록, 용량이 커집니다.VHF, UHF, L 및 S와 같은 저대역에서는 스펙트럼 자원이 혼잡하고 사용 가능한 대역폭이 제한되어 있습니다.따라서 더 높은 주파수 대역을 개발하여 더 넓은 채널 대역폭을 얻는 것은 미래 통신 시스템 발전의 필연적인 추세이다.

1. 시스템 시나리오 설계

본고에서 제시한 Ku 주파수 대역 무선 주파수 통신 시스템은 빔 성형 기술을 사용하고 90 ° 에 분포된 4평면 어레이 안테나를 사용하여 360 ° 범위 전체를 커버한다.각 안테나 패턴은 4개의 TR 컴포넌트에 연결된 4개의 패턴 컴포넌트로 구성됩니다.폭과 위상 가중치를 거친 후, 그들은 4 * 4 RF MIMO 시스템을 형성하기 위해 동일한 주파수 변환 채널로 수집됩니다.공공 자원과 상부 관리는 모두 하나의 중앙 단원에 집중되어 있어 상호 연결을 편리하게 한다.모델 구조에서 중앙 유닛은 커넥터를 통해 TR 구성 요소에 연결되어 신호 인터렉션 제어에 사용되며, 각 TR 구성 요소에는 공간 분집을 위해 디지털 if를 central 프로세서로 보내 중앙 처리 (공간 분집을 실현) 할 수 있는 독립된 베이스밴드 처리 장치가 있다.

전통적인 단일 수신 단일 시스템에 비해 이 시스템 방안은 군사 전술 응용의 방해 방지와 보안성, 고속, 대용량, 자체 적응의 전체 수요를 바탕으로 Ku 주파수 대역 신호의 파장 자체, 방향성이 강하고 전송 손실이 큰 등 불리한 요소를 종합적으로 고려하여 OFDM 조정 기술의 주류이다.또한 시스템이 간섭에 강한 저항력을 가지게 하는 동시에 고주파 스펙트럼 이용률을 얻을 수 있다.MIMO와 스마트 안테나 기술을 사용하여 빔 분할 및 안테나 공간 재사용의 성능을 합리적으로 활용하여 시스템이 가능한 한 다중 사용자, 다방향, 적응형 대용량 데이터 전송을 지원하고 일정한 유효성을 가지도록 한다.신호 전송 과정에서 다경 쇠퇴가 시스템 성능에 미치는 영향에 저항한다.

전체 시스템 프레임맵

2. 서브시스템 시나리오 설계

2.1 안테나 설계

시스템의 전체적인 윤곽을 줄이기 위해 안테나 부분에 균일한 선형 배열 마이크로테이프 안테나를 사용했다.패턴 빔 형성 기술은 높은 지향성, 넓은 커버리지, 내쇠퇴를 실현할 수 있다.이러한 유형의 안테나 설계는 안테나 어레이 컴포넌트의 인센티브 소스의 폭/위상 가중치를 통해 다중 섹터 스캔을 수행할 수 있습니다.또한 간섭원에 대한 방향 측정이 가능합니다.간섭이 감지되면 안테나 방향도는 빔 성형을 통해 간섭 방향에 제로 함몰파를 형성하여 간섭을 억제할 수 있다.

2.2 트랜시버 링크 설계

송수신기 링크에는 TR 부품과 인버터 채널이 포함되어 있으며, 필요에 따라 사용자 정의할 수 있으며, 마이크로파 무선 주파수 앞부분에 디지털 위상 감쇠기를 사용하고, 인버터 회로, 초외차 제2 인버터 회로에서 혼합 주파수 방식은 고저주파 진동이다.주파수 합성기의 구현 난이도를 낮추고 AGC가 회로를 제어하고 격리 회로를 보호하는 회로 설계를 했다. 주파수 선택 회로는 수신 신호에 대한 주파수 선택, 주파수 변환, 선형화 및 증폭을 수행하며, 마지막에는 이를 베이스밴드 프로세서에 제공하여 신호를 변조한다.

시스템 초기 레이아웃

2.3 주파수 합성기 설계

일반적으로 직접 주파수 합성(DS), 간접 주파수 합성(PLL), 직접 디지털 주파수 합성(DDS) 등 세 가지 유형의 주파수 합성을 사용할 수 있습니다.

이는 주파수 합성기의 시나리오 설계를 통해 DDS와 PLL 배주파수 포인트 소스 혼합 주파수를 이용하여 주파수 점프의 최종 소스인 하나의 승압 출력을 실현하고, 수신 및 송신 위상 교정 참조 소스는 PLL 주파수 점프와 실현 방식을 직접 사용한다.전체 사상의 방안은 네 개의 출력 분배기의 결정 진동 신호를 네 갈래로 나누는 것이다. 한 갈래 신호는 위상 교정 참조 주파수 소스를 발사하고 수신하는 시계로서 PLL 점프 잠금을 통해 C 주파수 대역 신호를 생성한 후 필터와 배주파수를 통해 Ku 대역 참조 주파수 소스를 출력한다.또 다른 신호는 베이스밴드 프로세서의 참조 시계로 사용됩니다.세 번째 신호는 C 밴드 포인트 주파수 소스의 참조 시계로서 PLL 잠금을 통해 C 밴드 포인트 주파수 신호를 생성한 다음 DDS에서 출력되는 FH 신호와 혼합하여 인버터 C 밴드 무선 주파수 신호를 생성한 다음 두 번째 주파수는 x 밴드 1 진동 신호를 생성합니다.마지막으로, 신호를 l-밴드 포인트 주파수 신호를 생성하기 위해 PLL에 잠긴 l-밴드 포인트 주파수 소스의 참조 시계로 사용합니다.그리고 권력은 두 가지 방식으로 나뉜다.한 방향은 필터와 증폭을 통해 시스템의 두 개의 로컬 발진기로, 다른 한 방향은 fH DDS의 참조 시계로 VHF 대역의 fH 신호를 생성합니다.필터링, 증폭 및 배주파수를 거쳐 l대역 fH신호를 생성하고 c대역 점주파수원을 혼합주파수, 필터링, 증폭, 배주파수로 하여 X대역 제1진동신호를 생성한다.주파수 소스 구현 과정에서 많은 PLL 주파수 합성, 배주파수, 혼합 주파수, 증폭 등 회로와 관련되기 때문에 무선 주파수 통신 전환 과정 중의 잡산 억제 또는 회피가 특히 중요하다. 그렇지 않으면 잡산 신호의 간섭은 시스템의 통신 품질에 영향을 줄 것이다.

안테나 어레이 및 주 부국 스캐닝 설명도

현재 공정에서 흔히 사용되는 방열 방식은 날개 방열, 상변 냉각, 열관 전열, 열전기 냉각 등이다. 가장 많이 사용되는 방열 방법은 날개 방열치이다.방열치 구조에 따라 판식 방열치와 기둥식 방열치로 나눌 수 있다.기둥 히트싱크 기어는 닫히지 않고 냉각 효과가 부스러기 냉각치보다 뚜렷하기 때문에 이 시스템에서 부스러기 냉각의 냉각 방법을 사용했다. 이론적으로 냉각치의 냉각 효과는 높을수록 좋지만 치아 자체의 너비와 치간도 냉각 효과에 영향을 미친다.냉각 효과는 열 설계 소프트웨어를 통해 시뮬레이션 최적화(Flotherm)할 수 있습니다.방열 이빨은 알루미늄으로 만들어져 무게를 줄이는 요구를 만족시킨다.

이 프로젝트는 위의 보조 발열 설계 전략 외에도 전력 증폭기 하단에 열 유지와 열 접착제를 추가했습니다.또한 각 T/R 구성 요소는 분산되어 있어 열원 집중을 줄이고 시스템의 신뢰성을 향상시킵니다.

주파수 합성기 원리 상자도

3. 엔지니어링 검증

시스템 설계 시나리오에 따라 안테나를 테스트했습니다. 주파수 합성기의 엔지니어링 테스트 결과는 설계와 비슷합니다. 일반적인 주파수 합성기 DDS + PLL 위상 잡음 및 무선 주파수 통신 홉 시간 테스트 곡선

중간 주파수 입력이 140MHz 변조 신호, 변조 모드가 64QAM, 롤러 강하 계수가 0.3, 기호율이 30Mbps일 때 일반적인 발사 EVM은 6.09% 이다.

4. 장면 적용

현재 Ku 대역 기반 고속 광대역 무선 주파수 통신 시스템은 주로 포인트 투 포인트, 포인트 투 멀티 포인트, 트렁크 및 다중 레벨 AD 네트워크 등의 분야에 응용되며 노드 통신의 성능과 시스템 용량을 크게 확장 할 수 있습니다.