相控阵雷达与芯片系统在5G通信上的应用
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AESA是electronically scanned array的缩写，电子扫描阵列雷达是指一类通过改变天线阵列所发出波束的合成方式，来 改变波束扫描方向的雷达。这种设计有别于机械扫描的雷达天线 PPAR无源相控阵雷达
PPAR是Passive Phased Array Radar的缩写，即无源电子扫描阵列雷达的一种。“无源”的意思是指天线表面的阵列单元 只有改变“信号相位”的能力而没有发射信号的能力。
Type dielectric
Metal dielectric
Metal dielectric
Metal dielectric
Metal dielectric
Metal dielectric
Metal dielectric
Metal
Material PP1
copper PP3
copper PP1
copper PP2
7
© 2017 ANSYS, Inc.
July 31, 2017
ANSYS UGM 2017
Part I Antenna Unit Design
8
© 2017 ANSYS, Inc.
July 31, 2017
ANSYS UGM 2017
Antenna Unit Design
strip line feed Microstrip line feed
ANSYS UGM 2017
Why do we need phased array for mm-Wave system?
Friis Free SpaceEquation: PRX
PTX GTX GRX 2 where
4R2
PTXis transmit power
PRXis receive power
4
© 2017 ANSYS, Inc.
July 31, 2017
ANSYS UGM 2017
The Values and Goals of 5G Antenna
术语定义：
AoB天线
AoB即Antenna on Board，是一种基于PCB工艺的天线射频一体化的设计。天线印制在PCB上，并将已封装的射频芯片焊 接在该PCB同平面或者不同平面上，该PCB制成板称为AoB模块。AoB一般天线规模比较大，如256单元的天线阵列。
copper PP2
copper PP2
copper PP1
copper
Dielectric Fill PP1 PP3 PP2 PP2 PP2 PP2 PP1
antenna unit Geometry
Grd & aperture Geometry
Name layer 1 layer 2 layer 3 layer 4 layer 5 layer 6 layer 7 layer 8 layer 9 layer 10 layer 11 layer 12 layer 13 layer 14
相控阵雷达与芯片系统在5G通信上的应用
Enabling technologies for 5G
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Enabling technologies for 5G
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Phased Array Simulation Process
6
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July 31, 2017
ANSYS UGM 2017
Design Procedures
1. 完成天线单元原型设计 2. 完成天线单元floquet mode分析 3. 完成天线阵列设计 4. 完成波束成形与波束扫描设计 5. 射频馈线分析 6. 系统级联协同仿真
AiP天线
AiP天线即Antenna in Package，天线通过PCB\LTCC或其他工艺与射频裸片封装在一起的模块，或天线直接制作在裸片上 并封装在一起的模块，该模块一般带有BGA焊球，可直接焊接在PCB母板上使用。通常AiP天线阵列的规模较小。
双极化天线 双极化天线的特点是含水平与垂直或倾斜+\-45度两种极化方式。其优点是同时可以传输或接收双数据流，同时实现波 束任意指向而互不干扰。对于未来的5G通信，双极化天线优于单极化天线更高传输速率、更多灵活性、更加鲁棒性等 特点，满足5G通信中回传、AP、移动终端等场景要求。
瓦片式架构 军用领域常用术语，主要依赖密度集成技术(HDI) 和小型化、高性能高可靠射频垂直互联。采用瓦片式架构的相控阵 雷达非常利于散热，也就大大减少了功率自耗，大大增加了天线阵列的性能。
砖块式架构 是早期较流行的阵列结构，元器件放置方向垂直于相控阵天线孔径平面，辐射阵元通常采用偶极子或锥形槽天线。其 电路与结构设计遵循传统的分系统概念，信号互联、测试与封装技术继承性好，缺点是纵向尺寸大。 AESA有源相控阵技术
Fra Baidu bibliotek
GTX is transmitantennagain GRX is receiveantennagain
iswavelength
R is dis tan ce betweentransmitter and receiver
For WLAN system,fc = 2.4GHz, BW=20MHz, Linked budget loss : 20*log10(1/2.4)+10*log10(1/2e6) =-80dB For mm-wave antenna system like 60GHz, fc = 60GHz,BW=2GHz,Linked budget loss : 20*log10(1/60)+10*log10(1/2e9)=-128dB i.e. In order for mm-wave system to achieve similar link budget as WLAN system with similar PTX, we need to rely on directional antenna point to point communication with high gain GTX and GRX.
PPAR是Passive Phased Array Radar的缩写，即无源电子扫描阵列雷达的一种。“无源”的意思是指天线表面的阵列单元 只有改变“信号相位”的能力而没有发射信号的能力。
Type dielectric
Metal dielectric
Metal dielectric
Metal dielectric
Metal dielectric
Metal dielectric
Metal dielectric
Metal
Material PP1
copper PP3
copper PP1
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Part I Antenna Unit Design
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Why do we need phased array for mm-Wave system?
Friis Free SpaceEquation: PRX
PTX GTX GRX 2 where
4R2
PTXis transmit power
PRXis receive power
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The Values and Goals of 5G Antenna
术语定义：
AoB天线
AoB即Antenna on Board，是一种基于PCB工艺的天线射频一体化的设计。天线印制在PCB上，并将已封装的射频芯片焊 接在该PCB同平面或者不同平面上，该PCB制成板称为AoB模块。AoB一般天线规模比较大，如256单元的天线阵列。
copper PP2
copper PP2
copper PP1
copper
Dielectric Fill PP1 PP3 PP2 PP2 PP2 PP2 PP1
antenna unit Geometry
Grd & aperture Geometry
Name layer 1 layer 2 layer 3 layer 4 layer 5 layer 6 layer 7 layer 8 layer 9 layer 10 layer 11 layer 12 layer 13 layer 14
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Enabling technologies for 5G
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Phased Array Simulation Process
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Design Procedures
1. 完成天线单元原型设计 2. 完成天线单元floquet mode分析 3. 完成天线阵列设计 4. 完成波束成形与波束扫描设计 5. 射频馈线分析 6. 系统级联协同仿真
AiP天线
AiP天线即Antenna in Package，天线通过PCB\LTCC或其他工艺与射频裸片封装在一起的模块，或天线直接制作在裸片上 并封装在一起的模块，该模块一般带有BGA焊球，可直接焊接在PCB母板上使用。通常AiP天线阵列的规模较小。
双极化天线 双极化天线的特点是含水平与垂直或倾斜+\-45度两种极化方式。其优点是同时可以传输或接收双数据流，同时实现波 束任意指向而互不干扰。对于未来的5G通信，双极化天线优于单极化天线更高传输速率、更多灵活性、更加鲁棒性等 特点，满足5G通信中回传、AP、移动终端等场景要求。
瓦片式架构 军用领域常用术语，主要依赖密度集成技术(HDI) 和小型化、高性能高可靠射频垂直互联。采用瓦片式架构的相控阵 雷达非常利于散热，也就大大减少了功率自耗，大大增加了天线阵列的性能。
砖块式架构 是早期较流行的阵列结构，元器件放置方向垂直于相控阵天线孔径平面，辐射阵元通常采用偶极子或锥形槽天线。其 电路与结构设计遵循传统的分系统概念，信号互联、测试与封装技术继承性好，缺点是纵向尺寸大。 AESA有源相控阵技术
Fra Baidu bibliotek
GTX is transmitantennagain GRX is receiveantennagain
iswavelength
R is dis tan ce betweentransmitter and receiver
For WLAN system,fc = 2.4GHz, BW=20MHz, Linked budget loss : 20*log10(1/2.4)+10*log10(1/2e6) =-80dB For mm-wave antenna system like 60GHz, fc = 60GHz,BW=2GHz,Linked budget loss : 20*log10(1/60)+10*log10(1/2e9)=-128dB i.e. In order for mm-wave system to achieve similar link budget as WLAN system with similar PTX, we need to rely on directional antenna point to point communication with high gain GTX and GRX.