您可以感謝電信界在技術詞典中提供MIMO和波束形成新的流行語。這兩個概念不是很好理解，并且密切相關。波束成形是擴大5G和WiFi 6 / 6E覆蓋范圍以及通過單個天線陣列提供多用戶訪問的關鍵。

RF系統中使用了不同類型的波束成形，這些波束成形又與系統運行時控制天線的方式有關。RF PCB中的所有類型的波束成形都依賴于使用天線陣列來將波束轉向所需的方向，并提供與最終用戶的半雙工通信。在無線鏈路的發送和接收端還實施了復雜的信號處理算法，以確保在通信過程中不會丟失與用戶的連接。

如果要向系統添加波束成形，則需要在三個方面取得成功：DSP，天線設計和布局以及組件選擇以最大程度地減小系統尺寸。我將討論最后兩個領域，因為波束成形和MIMO系統的DSP通常足夠廣泛，足以保證其擁有自己的教科書。

波束成形的類型

根據詢問的對象，您會被告知有兩種類型的波束成形。這些是模擬或數字形式，或者是開關和自適應波束形成。然后，根據所使用的天線陣列的類型（線性，圓形，矩形等），被歸類為這些區域之一的任何事物都會再分為不同類別。這些不同類型的波束成形技術可用于掃描聲納，雷達（請參見上面的大型Duga-3相控陣），WiFi和5G中的MU-MIMO。

自適應與切換波束成形

窮人的波束成形方法是簡單地使用RF開關在不同方向的天線之間切換發射信號。在現代系統中沒有做到這一點，現代系統現在將自適應波束成形與相控陣天線一起使用。相控陣只是一組以規則間隔隔開的全向天線。通過控制到達不同天線的信號之間的相位差，可以在有限的范圍內嚴格控制輸出波束的方向。來自每個天線的輻射會干擾產生具有高方向性的波瓣。類似地，通過跟蹤陣列中接收到的信號之間的相位差，控制器可以確定發射器的方向。具有MU-MIMO的系統可以使用子陣列來仔細跟蹤與給定陣列進行交互的用戶或用戶組。

模擬與數字波束成形

模擬和數字波束成形之間的區別僅是指與天線陣列連接的RF前端的設計。現代系統涉及模擬和數字組件的某種融合，這被稱為混合波束成形。換句話說，這實際上取決于放置ADC / DAC部分的位置。

區分數字和模擬的主要因素是將相位延遲應用于發送到每條饋線的信號的方式。對于雙工MIMO系統，可以說數字波束成形是減少組件數量并更精確地控制饋線之間的相位延遲的最佳選擇。模擬波束成形涉及使用一些模擬相位延遲線，而在數字波束成形中，通過簡單地延遲從收發器輸出的信號來施加延遲。

盡管波束成形社區喜歡嘗試區分模擬方法和數字方法，但這兩種類型的波束成形在RF前端都包含一個模擬部分，需要仔細設計以防止信號衰減。要考慮的主要因素是系統中模擬饋線和數字部分之間的隔離，然后與PCB疊層設計和天線放置有關。之前，我已經討論過PCB疊層設計及其與信號完整性的關系，因此，我將重點介紹以下其他幾點。

元素之間的隔離

相控陣中的天線饋線需要彼此隔離以抑制模擬串擾。最簡單的方法是沿著表面饋線或布線在不同的層中放下保護通孔，在高GHz范圍內，后者成為不好的策略。理想情況下，在同一層上路由所有內容可在不同波束之間提供最精確的相位控制，因此您需要使用表面層上的元素來隔離天線。許多設計使用電子帶隙結構，共面波導布線（汽車雷達模塊是一個完美的例子）或基板集成的波導布線來提供所需的隔離度（最小20 dB是理想的）。

模擬和數字部分之間的隔離也很重要。屏蔽罐對于現代移動設備而言過于龐大，盡管它們在諸如無人機之類的設備中可能還不錯。除了與地面傾倒（例如在現代手機的PCB中）網格化一樣，天線的放置在這里也變得至關重要。

天線放置

天線陣列需要遠離數字部分放置，最好放置在帶有收發器/基帶芯片的自身板上（例如，在雷達模塊中），或者在板的邊緣（通常在WiFi路由器中）放置。這也將確定正確的接地策略，該策略應設計成不會干擾模擬和數字部分。如果您非常小心，則可以采用具有多個接地層的偽星形接地方法，以提供清晰的返回路徑。

無論您要在下一個系統中使用哪種類型的波束成形，正確進行設計都需要一些專業知識，以最大限度地提高功率輸出，確保隔離并最大程度地降低RF系統的功耗。當您要設計一個可以在高頻下工作的高級射頻系統時，與合適的設計公司合作是一個起點。