Migration aufs X-Band

Bild 4: PWB-Design eines HF-Aufwärts-/Abwärts-Wandlers für das X/Ku-Band. Das Channel-Spacing beträgt etwa 17,5 mm.

Bild 4: PWB-Design eines HF-Aufwärts-/Abwärts-Wandlers für das X/Ku-Band. Das Channel-Spacing beträgt etwa 17,5 mm. Analog Devices

Mit etwas zusätzlichem Aufwand lässt sich ein Elementabstand für das X-Band realisieren. Bild 4 zeigt die physikalischen Abmessungen eines passenden HF-Auf-/Abwärts-Wandlers. Dieses spezielle Board ist als zugehöriges Testboard für das Dual-Transceiver-Board vorgesehen und lässt sich ebenfalls zur Veranschaulichung der praktischen physikalischen Größenbeschränkungen für dieses HF-Subsystem heranziehen. Aufgebaut ist das Board mit Standard-Low-Cost-Methoden mit kommerziell verfügbaren Bauteilen. Auch dies zeigt erneut, dass diese Art der Implementierung jedes Antennenelement bis zum C-Band unterstützt. Eine Migration für das X-Band wäre mit weiterer SiP-Integration (System-in-Package) möglich.

Die beiden Boards zeigen, dass preiswerte kommerzielle Implementierungen alle Elemente für Beamforming-Phased-Arrays für Frequenzen bis zum C-Band unterstützen. Eine Implementierung von allen Elementen für das X-Band und darüber hinaus wäre mit weiterer Integration möglich, da alternative Beamforming-ICs zum Einsatz kommen können, um die Zahl der Wellenformgenerator- und Empfängerkanäle relativ zur Zahl der Elemente zu reduzieren. 4:1-X/Ku-Band-Beamformer sind perspektivisch kommerziell verfügbar und dienen als praktischer Ansatz für preiswerte digitale Beamforming-Phased-Arrays bei diesen Frequenzen.

Abstände von Ka-Band-Elementen

Bild 5: Die notwendige Grundfläche für die Arbeit im Ka-Band, rechts mit vier ICs für das Beamforming.

Bild 5: Die notwendige Grundfläche für die Arbeit im Ka-Band, rechts mit vier ICs für das Beamforming. Analog Devices

Als nächstes wird ein Antennenelementabstand für das Ka-Band betrachtet (Bild 5). Bei 30 GHz beträgt der λ/2-Abstand 5mm, was recht schwierig für die Elektronik ist. Es ist jedoch praktikabel, einen 4:1-Analog-Beamformer mit diesen Abständen direkt gegenüber den Antennenelementen zu implementieren. Die Herausforderung besteht jedoch darin, dass die physikalischen Größenbeschränkungen wenige Möglichkeiten für zusätzliche Bauteile bieten. Dies erfordert die Einbindung von rauscharmen Verstärkern (LNA) oder Leistungsverstärkern (PA) in das Beamforming-Gehäuse und die Unterbringung von passiven Bauteilen, wie zum Beispiel Entkoppelkondensatoren, in das PWB (Printed Wiring Board).

Ein Vorteil bei der Entwicklung von Ka-Band-Satellitensystemen ist, dass die meisten Systeme Übertragungs- und Empfangsfunktionen in gesonderten Antennen trennen. Dies ermöglicht die Entwicklung von Beamforming-ICs, die ausschließlich zur Übertragung oder zum Empfang dienen und für eine bestimmte Aufgabe optimiert sind.

Zusammenfassung

Die permanente Weiterentwicklung von HF-ICs für die Wireless-Branche ist zu einem Wegbereiter für die Verbreitung von digitaler Beamforming-Phased-Array-Technologie geworden. Es ist nun praktikabel, Digital-Beamforming-Phased-Arrays mit Standard-PWB-Technologie für Frequenzen so hoch wie das C-Band zu entwickeln. Bei höheren Frequenzen im X-Band ist eine Digital-Implementierung praktikabel, erfordert vermutlich jedoch zusätzlichen Entwicklungsaufwand für weitere Integration. Alternativ könnte ein 4:1-Analog-Beamformer zum Einsatz kommen, der zusätzlichen Platz für die Elektronik bietet und wiederum Standard-PWB-Implementierungsmethoden erlaubt. Beim Ka-Band sind physikalische Größenbeschränkungen eine große Herausforderung. Allerdings ist mit der Integration von Frontend-Elektronik in ein Beamformer-Gehäuse entweder eine Sub-Array-Antennenarchitektur oder ein Analog-Beamforming-System realisierbar.

Seite 2 von 212