32、5G移动通信网络中的射频技术：从前端设计到功率放大与串扰分析

5G移动通信网络中的射频技术：从前端设计到功率放大与串扰分析

1. 5G无源前端设计

在5G系统中，无源前端设计至关重要。所提出的无源前端辐射元件是一个8x8 SIW缝隙天线阵列，其设计遵循特定的分析方法。该天线在特定频段工作时，需具备4°至8°半功率波束宽度的笔形波束。天线模型还包含将输入信号分成八个等幅同相信号的馈电网络。

为避免相邻缝隙间的端到端互耦，需精确计算缝隙长度（SL）、缝隙间距（SS）、缝隙到顶部距离（ST）、缝隙偏移（SO）和缝隙宽度（SW）。天线的回波损耗S11在58.6 GHz至63 GHz范围内低于 -10 dB，半功率波束宽度在方位面和俯仰面分别为15.50°和10.70°，增益为21.64 dB，旁瓣电平在方位面和俯仰面均低于 -15 dB。

基于衬底集成波导（SIW）技术的60 GHz射频前端设计，包括滤波器双工器和天线。设计、仿真和优化使用Ansoft HFSS v.14完成。滤波器建模基于n阶IRIS波导带通滤波器分析，其等效电路根据SIW结构进行了适当调整。

设计了两个5阶切比雪夫带通信道滤波器，中心频率分别为59.8 GHz（59.3至60.3 GHz）和62.2 GHz（61.7至62.7 GHz）。仿真结果显示，中心频率为62.2 GHz的发射信道滤波器，带宽为1 GHz，插入损耗为1.5 dB，回波损耗在通带内低于20 dB，对接收信道中心频率（59.8 GHz）的抑制为90 dB；中心频率为59.8 GHz的接收信道滤波器，带宽同样为1 GHz，插入损耗约为2 dB，回波损耗在通带内低于20 dB，对发射信道中心频率（62.2 GHz）的抑制为66 dB。

为将信道滤波器集成到双工器中，设计了S