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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Bauelemente Passive

Bauelemente Passive Hochleistungs-Zweifachmischer erfüllen die Herausforderungen der 5G-MIMO-Empfänger Der weltweite Bedarf nach ständig steigenden Datenraten hat die Kapazität der heutigen drahtlosen 4G-Kommunikationsnetze an ihre Grenzen gebracht. Die 5G-Netzwerke der nächsten Generation müssen die Kapazität um mehr als das Zehnfache steigern, um mit dem künftigen Bedarf Schritt zu halten. Obwohl der 5G-Standard noch nicht endgültig festgelegt ist, stimmen die meisten - wenn nicht gar alle - Marktteilnehmer darin überein, dass die Bandbreite auf mindestens 100 MHz (vom derzeitigen 20-MHz- Spektrum) steigen muss und einige lehnen sich sogar für bis zu 200 MHz aus dem Fenster. Wenn das der Fall ist, wird das Frequenzspektrum auf bis zu 3,6 GHz und noch höher ansteigen. Um diese Anforderung zu erfüllen, bietet der passive, abwärts wandelnde Zweifach-Mischer LTC5593 von Linear Technology eine exzellente Linearität und einen hervorragenden Dynamikbereich bei 3,6 GHz und unterstützt dabei mehr als 200 MHz kontinuierliche Signalbandbreite, wie sie für einen besonders robusten MIMO-Empfänger (Multiple-Input Multiple- Output) benötigt werden. Die MIMO-Technik hat ihre Nützlichkeit durch eine deutliche Erhöhung von Durchsatz und Bill Beckwith, Staff Scientist, Xudong Wang Senior RFIC Design Engineer Tom Schiltz, RFIC Design Manager Linear Technology Corporation Empfang der Netto-Datenrate in Systemen wie Wi-Fi und 4G-Netzwerken in Zeiten mit begrenzter Spektrum-Bandbreite bewiesen. Da 5G-Systeme auf höhere Frequenzen übergehen bietet der LTC5593 von 2,3 GHz bis 4,5 GHz einen kontinuierlichen 50-Ohm-Abschluss und unterstützt damit Mehrbandempfänger mit den 2,6-GHz- und 3,6-GHz-Bändern. Für niederfrequentere Bänder sind weitere Mischer wie der LTC5590, LTC5591 und LTC5592 erhältlich, die alle anderen LTE- Empfänger abdecken. Die Frequenzabdeckung und typische 3,3-V-Leistung jedes dieser Mischer ist in Tabelle 1 aufgelistet. Diese Mischer liefern eine hohe Wandlungsverstärkung, kleine Rauschzahl (NF = noise figure) und hohe Linearität bei geringem DC-Leistungsbedarf. Die Hochleistungs-Zweifach- Mischer-Familie LTC5593 eignet sich ideal für MIMO- Empfänger in der drahtlosen Infrastruktur wie in einem RRH (Remote Radio Head). Solche Systeme sind extrem kompakt und sind, in wettergeschützten Gehäusen eingebaut, eigenständig und stellen durch den hohen Anteil an Elektronik besondere Herausforderungen bezüglich geringer Größe und dem thermischen Management dar. Die Zweikanal-Lösung reduziert die Komponentenanzahl, vereinfacht das Routen der LO-Signale und verkleinert die Leiterplattenfläche. Zusätzlich enthält jeder LTC5593 integrierte HFund LO-Symmetrieschaltungen (Balun), doppelt abgeglichene Mischer, LO-Buffer-Verstärker und differenzielle ZF-Verstärker, was weiterhin die Ausmaße, Komplexität und Kosten der Gesamtlösung reduziert. Mischer-Beschreibung Die vereinfachte Blockschaltung in Bild 1 zeigt die Zweifach-Mischer-Topologie, die passive, zweifach abgeglichene Mischerkerne nutzt, welche die ZF-Ausgangsverstärker treiben. Die Mischerkerne sind geschaltete Vierfach-MOSFETs, die typisch rund 7 dB an Wandlungsverlust aufweisen. In diesem Fall ist der Verlust jedoch durch die Verstärkung der nachfolgenden ZF-Verstärker auf dem Chip mehr als kompensiert, was in einer Mischverstärkung von insgesamt etwa 8 dB resultiert. Der differenzielle ZF-Ausgang wurde für ein Standard-200- Ohm-Interface optimiert, das differenzielle ZF-Filter und variable Gain-Verstärker direkt treiben kann, was die extern nötigen Komponenten minimiert. Der LO-Pfad benutzt eine gemeinsame Symmetrierschaltung (Balun), um den referenzbezogenen Eingang auf einen differenziellen LO umzusetzen, der dann unabhängige Buffer-Verstärker für jeden Kanal treibt. Diese separate LO-Treiber-Technik erhält die Phasenkohärenz des LO-Signals für beide Mischer und bietet gleichzeitig eine exzellente Entkopplung zwischen den Kanälen. Um zusätzlich unerwünschtes Load-Pulling und Störungen für den VCO zu vermeiden, wird in allen Betriebsarten ein konstanter Abschluss der LO-Eingangsimpedanz in Höhe von 50 Ohm beibehalten, selbst wenn eine oder beide Mischerstufen ein- und ausgeschaltet werden. Ein 50-Ohm-Impedanzabgleich von 2,1 GHz bis 3,4 GHz wird mit dem Hinzufügen eines externen 1,5-pF-Serienkondesators, C2, erzielt. Dieser Kondensator wird auch als Gleichspannungssperre benötigt. Für das höhere 3,6-GHz-Band bewirkt das Hinzufügen einer Shunt- Spule mit 10 nH an der Quellseite des Kondensators eine gute Rückflussdämpfung am LO. 42 hf-praxis 4/2017

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel