

毫米波器件 無線通信系統 雷達 收發模塊 衛星通信鏈路 |
[2011-3-23] |
毫米波器件 無線通信系統 雷達 收發模塊 衛星通信鏈路
毫米波頻段為范圍雖然有限但屬于寬帶范疇的通信系統提供了新的極好的發展機遇。由于美國聯邦通信委員會(FCC) 和其它全球性管理機構允許毫米波頻點的帶寬指配或免費開放給點到點通信鏈路(參見2007年8月Microwaves & RF期刊第40頁),有許多系統級的公司對高頻鏈路的興趣越來越濃厚,而許多器件級的公司也表現出極大的熱情。全球對高速語音、數據和音頻互連需求的不斷增長推動了頻率規劃機構免費開放毫米波范圍的頻譜。 可接受的毫米波頻率通常在30到300GHz范圍內,其名字就來源于這些頻點的信號波長很短。在這些頻點工作的元器件通過采用波導互連,其對應于毫米波頻譜的波導物理尺寸具有很小的信號傳導損失。當然,許多同軸連接器公司現在已能為從直流到110GHz范圍內的寬帶應用(如寬帶測量)提供接口尺寸小至1毫米的連接器,不過大多數毫米波設備的工作頻率范圍只占總的30到300GHz頻譜的很小一部分。 BridgeWave Communications是能夠提供完整的點到點毫米波鏈路解決方案的公司之一,公司在全球部署有數千臺60和80GHz的無線千兆比特設備。該公司的毫米波無線設備支持局域網(LAN) 干線擴展、移動電話回傳應用以及大容量互聯網接入。他們提供的無線系統被稱為“無線光纖”系統,因為這些系統可以提供象光纖鏈路一樣的性能、可靠性和安全性,而且不存在安裝問題。 BridgeWave公司的點到點固定無線系統采用了專有的AdaptRate技術和前向糾錯技術(FER),可以在毫米波頻率所能達到的最長鏈路距離上獲得可靠的性能。BridgeWave公司最近還發布了新的AdaptPath技術,該技術可以實現AdaptRate毫米波鏈路與第二條采用有線或無線技術的補充性連接的集成,從而形成多技術解決方案,提高了可用性和覆蓋范圍。 通過組合公司的60或80GHz無線橋與較低速的第二條通信通道,如免許可的5GHz無線橋或有許可的6或11GHz鏈路,AdapPath鏈路切換技術可以創建全天候雙通道數據連接。當環境條件變化而降低了毫米波鏈路的性能時,AdaptPath技術可以在數據差錯發生之前自動將數據業務切換到第二條通道上。BridgeWave公司高級副總裁兼首席營銷官Gregg Levin指出,“AdaptPath是BridgeWave即將采取的下一步策略,旨在向企業、政府部門和網絡運營商提供更大的靈活性,以滿足他們對網絡容量、范圍和正常運行時間的要求。” BridgeWave公司的客戶對此非常支持。上述兩種技術的結合可以幫助寬帶服務提供商Roadstar Internet加速在華盛頓地區推廣可靠的互聯網服務。據該公司的創始人兼首席執行官Marty Dougherty表示,“先進的千兆以太網無線干線使我們有幸成為第一家為這個快速發展地區提供下一代接入服務的公司。BridgeWave公司AdaptRate和AdaptPath技術的組合使我們遙遙領先于業界目前的服務水平。” Roadstar和BridgeWave公司共同確定了服務地區毫米波信號的雨衰速率,然后聯合運用AdaptRate和AdaptPath技術,即使在下大雨的天氣也能提供最高性能的服務。當發生大雨天氣時,網絡將利用AdaptRate功能從全速千兆比特以太網(GigE)數據速率切換到較低的100Mb/s速率,必要時再利用AdaptPath功能將數據業務切換到第二個與雨天無關的40Mb/s 5GHz橋。一旦雨量足夠小,系統就會很快地返回到全速GigE。Dougherty還指出了BridgeWave技術的一些間接優點:“AdaptPath還能降低網絡設備成本和復雜性,因為我們不必再用外部以太網交換機和路由器配置冗余的無線通道。” 今年初,Endwave公司推出了工作在71到86GHz(E波段)的發送器/接收器模塊對,它們主要用于寬帶點到點無線設備。這兩個毫米波模塊充分利用了公司的MLMSTM(Multilithic Microsystems)和Epsilon封裝技術,因此體積小,成本低,并且具有很高的性能。MLMS技術是單片微波集成電路(MMIC)的替代技術,采用了觸發器件和電磁(EM)耦合方法來減小電路板面積和綁定性數量。 MLMS方法支持在同一MLMS芯片上混合使用GaAs、磷化銦(InP)和硅鍺(SiGe)等各種有源器件實現工作頻率為100GHz的真正系統級芯片(SoC)設計。Endwave公司支持越來越龐大的MLMS模型庫做MLMS設計,庫中包含有混頻器、乘法器、電壓可變衰減器(VVA)、濾波器和蘭格耦合器等。 Epsilon封裝技術則用更低成本的注模金屬化塑料外殼和金屬化FR-4電路板代替了高成本的組件,如機械加工外殼。最終結果是一個不帶機械加工金屬部件的封裝,重量和體積都很小,可大批量生產。這種封裝技術允許整合表貼技術(SMT)、板級芯片和裸露芯片-導線方法等多種組裝技術,并集成進單個低成本的模塊中,最終提供毫米波頻率點的優良性能。 發送模塊一般提供+16dBm的輸出功率和15dB的轉換增益,并在發送輸出端有一個集成的功率檢測器。接收器具有好于9dB的噪聲系數和高于 25dB的射頻到中頻轉換增益。接收器的輸入1dB壓縮點為-25dBm。在71-71GHz和81-86GHz頻段有多種型號存在。 Endwave還在網站上提供了毫米波收發器技術的實例,它是PDH點到點形式的收發器,用在57-59GHz頻段。該收發器包含了組裝全功能時分復用(TDD)數字點到點無線設備所需的所有發送、接收器和原始功能。針對免許可頻段設計的這個半雙工產品采用了 20MHz的調制帶寬,在整個頻率范圍內具有+5dBm的飽和發送輸出功率。而工作在0.1到50.0MHz同相(I)和正交(Q)中頻(IF)輸出范圍的接收器部分具有12dB的雙副邊帶(DSB)噪聲系數(針對4MHz帶寬)和-20dBm的1dB壓縮點。該收發器模塊尺寸僅為51x51x8mm。 另外一家利用71-76GHz、81-86GHz和92-95GHz FCC允許頻段的公司是GigaBeam。該公司的WiFiber無線光纖鏈路產品線使用毫米波收發器可以在1英里距離內達到10Gb/s的性能。最近該公司從MetroNext公司收獲了兩條100Mb/s WiFiber鏈路的定單,后者是一家向美國東北部的波士頓和其它主要大城市提供無線服務的供應商。這兩條鏈路可能作為接入鏈路而向波士頓市中心提供商用服務。據GigaBeam公司主席兼首席執行官Lou Slaughter表示,“GigaBeam公司仍在繼續鞏固在美國東北部的競爭性優勢,這是全球人口密度最高和經濟最活躍的地區之一。”Slaughter還透露道,“幾個月前,GigaBeam公布了一份WiFiber鏈路定單,用于西班牙一所著名大學,這是公司的毫米波鏈路首次應用于西班牙這個潛力巨大的市場。 當然,并不是所有毫米波應用都是針對通信系統的。例如英國的Roke Manor Research公司最近發布了最新一代的迷你型雷達高度計(MRA),它可以幫助自動的無人駕駛飛機(UAV)執行軍事、準軍事、民用監視和測量任務。這個高度計符合RoHS條例和軍用標準,體積非常緊湊,重量輕,使用了帶天線?蔽器的集成式天線,可以實現低高度測量、高精度高度定位和低截獲概率(LPI)波形操作。這些緊湊型 MRA一改傳統雷達高度計又大又重又費功耗的特點,可以工作在76-77GHz頻率范圍,在離地面0.2到100米的高度范圍內可以達到0.02米的地平面以上中低高度的測量精度。加上工作在4.2-4.4GHz較低頻率的改良設備,這些MRA非常適合垂直起飛和降落(VTOL)應用以及地球物理學、波浪高度監視、機載地圖繪制、拖曳式機載目標、交通流量監視和沖撞避免等應用。 愛爾蘭公司Farran Technology在毫米波器件和系統設計創新方面具有悠久的歷史。公司與當地的學術機構(如科克Tyndall學院)合作開發出了許多用于空間和軍事用途的毫米波產品。該公司最近與OSIS公司簽署了一份提供毫米波子系統的合約,用于推行先進的監測功能。OSIS開發的石油泄漏識別系統(OSIS)能夠全天候在線監測泄漏至海洋環境中的石油。船只和海面建筑被認為是每年流入海洋環境超過50萬噸石油的兩大主要來源。這種監測功能能夠比以前更密切地監示和控制石油泄漏。希望這種新技術能進一步加強環境法規的實施,為未來環境組織控制海洋石油的泄漏打下良好基礎。 在軍事領域,具有悠久歷史的毫米波技術提供商Millitech公司最近從美國陸軍通信電子研發與工程中心(CERDEC)收獲了價值3700萬美元的合同,用于設計開發下一代移動式衛星通信(SOTM)的天線系統。這份為期兩年的合同涉及提供5個原型系統,以及可能對原型產品長達三年的支持。 這種創新的有源準光陣列(AQA)天線系統設計用于移動車輛,可以提高*的通信能力。這種專利待批的AQA天線融合了傳統天線技術和相位陣列天線技術的最佳性能,能以可承受的價格提供空前卓越的性能。Millitech公司總裁兼首席運營官Kent Whitney指出,“該系統設計用于向在非常惡劣的地形中全速前進的車輛內的士兵提供關鍵的信息。這是下一代通信系統中最關鍵的技術之一,同時具有軍用和商用價值。” ELVA-1公司的毫米波事業部也成功開發出94GHz的頻率調制連續波(FMCW)雷達前端設備,可用于車輛沖撞告警和結構級檢測應用。這個 FMCW模塊采用公司設計的基于Impatt二極管的有源倍頻器(AFM),通過修改可以工作在20到150GHz的頻率范圍內。為了提高靈敏度和精度,發送器的頻率掃描是線性化的,其線性化電路被實現為開環系統。FMCW模塊還采用了AFM技術,可以使用低成本壓控振蕩器(VCO)產生毫米波頻率。由于具有約200mW的發送功率和良好的接收靈敏度,FMCW雷達模塊可以在數百米距離內有效地發揮作用。 在元器件領域,ARRA公司可以提供各種無源的微波和毫米波器件,包括從2.*0GHz的喇叭形天線。這些天線可以提供最低15dBi最高 18dBi的增益。這種精確加工的鋁制天線非常適合高頻接收和發送應用,具有1.25:1的最大VSWR。低頻型號提供同軸連接器,毫米波型號提供波導法蘭。 另外,公司還提供多種毫米波十字定向耦合器,包括覆蓋22-33GHz頻率范圍的WR-34 model 34-600和26.5-40GHz頻率范圍的WR-28 model 28-600。這兩種耦合器都具有20-60dB的耦合性能,并具有15dB的方向性,最大VSWR為1.15:1,最大頻率靈敏度為±1.3dB。 Spacek Labs公司也提供各種毫米波頻率的器件,比如型號為P34-1的低噪聲混頻/預放可以在Ka波段提供26GHz的帶寬和2GHz寬本地振蕩器(LO)以及WR-28波導處理的射頻帶寬。這個多功能器件具有25dB的典型射頻到中頻增益,10到500MHz的中頻帶寬和2.5dB的典型DSB噪聲系數。最近,公司推出了型號為AW-8X的倍頻器。這個8X部件可以將9.35-13.75GHz的輸入轉換成75-100GHz的輸出,并提供0dBm或以上的輸出功率。 Dorado International公司則提供大部分波導頻段的無源毫米波器件,包括用于60-90GHz E波段應用的衰耗器、耦合器和移相器。全波段60-90GHz耦合器具有3、6、10和20dB的耦合值,最高40dB的方向性,以及小于1.20:1的 VSWR。固定和可變60-90GHz衰耗器在毫米波頻率范圍內最多可提供30dB的衰耗。 毫米波技術將是未來通信無線領域的發展趨勢。 |
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