Knowles：2022用创新滤波方法降低SWaP、 提高相控阵的性能白皮书（10页）.pdf

1、1 白皮书白皮书 今天的频谱环境正在迅速变化。它变得更加拥挤，导致了频谱噪声的增加。这给射频设计者带来了各种新的挑战，无论是在发射和接收信号所需的结构和功率方面，还是在接收器（Rx）和发射器（Tx）中滤波器需要执行的工作类型方面。而我们现在看到的变化只是一个开始。正如美国联邦通信委员会（FCC）委员Michael ORielly在2020年所说：在一个正不断增长的无线世界中，每兆赫兹都被激烈地争夺。任何将一个商业频段重新用于新的和不同的用途的尝试，没有一场巨大的斗争是无法成功的。这些带宽之争正在发生，因为许多公司正在制定未来三到五年的产品路线图，他们看到了限制。因此，在2020年，在美国有多起

2、关于几个射频频段的引人注目的冲突。一个正在进行的重大争端发生在12.2和12.7GHz之间的多频道视频分发和数据服务（MVDDS）频段。这个频段目前的用途是提供单向直接广播卫星（DBS）服务。然而，这个频段的主要利益相关者之一Dish Network正在游说允许在这个范围内进行双向通信，因为他们建立了5G移动和固定无线宽带服务。AT&T和SpaceX等公司强烈反对这一变化，认为12GHz频段的双向通信会对DBS构成干扰威胁。在政府层面，美国国防部（DoD）和FCC在将S和C频段的一部分从军事用途转换为商业用途的问题上，也发生了另一场类似的斗争。随着5G应用的增长，在这个范围内需要更多的商业频段

3、，在2020年，3.55-3.65GHz的频率被拍卖，2021年3.7-3.98 GHz的频率被拍卖，这场斗争可能会加剧。用创新滤波方法降低SWaP、提高相控阵的性能 白皮书白皮书 2 同样重要的是要注意到，随着第二次公告，额外的频率被重新分配，因为FCC要求这个范围内的现有卫星运营商将业务转移到4.0-4.2GHz，并且3.98-4.0GHz的频率被留作保护带。随着带宽争夺战的数量逐年增加，导致射频频谱更加拥挤，射频设计者将需要利用创新的设计，在提高信号传输功率的同时最大限度地减少干扰。由于相控阵能有效地使增益和信号指向性最大化，并使Tx和Rx的干扰最小化，射频设计者对这种结构的采用正在增加

4、。然而，这意味着射频设计人员正在寻求能够帮助满足当今射频应用所要求的尺寸、重量和功率（SWaP）要求和性能要求的滤波选项。本白皮书概述了相控阵可用的滤波选项，并解释了在相控阵的位置1（图1）进行滤波，虽然在较高频率下是一项具有挑战性的任务，但并不像以前认为的那样不可能。本文还讨论了在位置1进行滤波的解决方案如何能最大限度地减少频谱噪声和提高相控阵的链路效益，这两者都将有助于解决射频设计人员面临的持续降低SWaP的压力。相控阵中的滤波：三种选项相控阵中的滤波：三种选项 像任何射频系统一样，相控阵需要能完成三项主要工作的滤波器减轻杂散信号、满足干扰要求、并使系统噪声最小。在相控阵中，有三种滤波器的

5、位置选择来完成这些工作，如图1所示。图1.这个单一的TRX路径显示了可以在1、2、3号位置添加滤波器。随着带宽争夺战的数量逐年增加，导致射频频谱更加拥挤，射频设计者将需要利用创新设计，在提高信号传输功率的同时，最大限度地减少干扰。白皮书白皮书 3 今天，相控阵中的滤波器放置在混频器和天线馈接网络之间的位置3（F3）是最常见的。在F3位置，滤波器通常用于抑制LO本振信号、镜像干扰、杂散和噪声发射，并用于抑制混频器后意外落入中频频段的传入干扰。位置2（F2）的滤波与F3的滤波类似，只是它最适合于不太看重低损耗的应用，以及需要过滤相对远离工作频段的传入干扰。与F3或F2的滤波不同，位置1（F1）的滤

6、波是在天线单元后面或与天线单元一起进行的。在Rx链路中，F1滤波器抑制工作通道以外的干扰和发射，在Tx链路中，它防止信号溢出到相邻通道，抑制频谱噪声发射。在F1滤波不允许任何额外的谐波或来自最后一级放大器的噪声通过，不像F2或F3仍然允许最后一个放大器有机会拾取噪声，将其放大，并发送出去。为位置为位置1制定滤波方案的重要性制定滤波方案的重要性 如上所述，当把滤波器放在相控阵的F2或F3时，滤波器就在放大器甚至混频器的后面，这意味着需要更多的硬件来支持滤波工作。增加硬件通常会增加SWaP，这与目前大多数应用的要求正好相反，而且随着射频路径中额外组件的增加，可能会使阵列对损耗的变化更加敏感。当滤波