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半導體技能的進步敦促了相控陣天線在整個行業(yè)的普及。早在幾年前，防務應用中已經開始呈現從機器轉向天線到有源電子掃描天線 (AESA) 的轉變，但直到近，才在衛(wèi)星通信和5G通信中取得快速成長。小型AESA具有多項優(yōu)勢，包羅可以或許快速轉向、生成多種輻射模式、具備更高的靠得住性；可是， 高壓電解電容，在IC技能取得重大希望之前，這些天線都無法遍及利用。平面相控陣需要回收高度集成、低功耗、高效率的設備，以便用戶將這些組件安裝在天線陣列之后，同時將發(fā)燒保持在可接管的程度。本文將扼要描寫相控陣芯片組的成長如何敦促平面相控陣天線的實現，并回收示例表明和說明。

在已往幾年里，我們在很是重視偏向性的場所遍及利用拋物線碟形天線來發(fā)射和吸收信號。個中很多系統(tǒng)表示精彩，在顛末多年優(yōu)化之后保持了相對較低的本錢。但這些機器轉向碟形天線存在一些缺點。它們體積復雜，操縱遲鈍，恒久靠得住性較差，并且只能提供一種所需的輻射模式或數據流。

相控陣天線回收電信號轉向機制，具有諸多利益，譬喻高度低，體積小、更好的恒久靠得住性、快速轉向、多波束等。相控陣天線設計的一個要害方面是天線元件的隔斷。大部門陣列都需要約莫半個波長的元件隔斷，因此在更高頻率下需要更巨大的設計，由此敦促IC在更高頻率下，實現更高水平的集成，越加先進的封裝辦理方案。

人們對將相控陣天線技能應用于各類應用規(guī)模發(fā)生了濃重的樂趣。可是，受限于今朝可用的IC，工程師無法讓相控陣天線成為現實。近期開拓的IC芯片組樂成辦理了這一問題。半導體技能正朝著先進的硅IC偏向成長，這讓我們可以將數字節(jié)制、存儲器和RF晶體管組合到同一個IC中。另外，氮化鎵 (GaN) 顯著提高了功率放大器的功率密度，可以輔佐大幅減小占位面積。

相控陣技能

在行業(yè)向體積和重量更小的小型陣列轉變期間，IC起到了重大的敦促浸染。傳統(tǒng)的電路板布局根基利用小型PCB板，其上的電子元件垂直饋入天線PCB的不和。在已往的20年中，這種要領不絕改造，以一連減小電路板的尺寸，從而減小天線的深度。下一代設計從這種板布局轉向平板式要領，平板設計大大減小了天線的深度，使它們能更容易地裝入便攜應用或機載應用傍邊。要實現更小的尺寸，需要每個IC足夠水平的集成，以便將它們裝入天線不和。

在平面陣列設計中，天線不和可用于IC的空間受到天線元件間距的限制。舉例來說，在高達60°的掃描角度下，要防備呈現光柵波瓣，大天線元件隔斷需要到達0.54 λ。圖1顯示了大元件間距（英寸）和頻率的干系。跟著頻率提高，元件之間的隔斷變得很是小，由此擠占了天線背后組件所需的空間。

圖1. 阻止在偏離對準線60°時發(fā)生光柵波瓣的天線元件隔斷。

在圖2中，左圖展示了PCB頂部的金色貼片天線元件，右圖顯示了PCB底部的天線模仿前端。在這些設計中，在其他層上陳設變頻級和分派網絡也長短常典范的。很明明可以看出，回收更多集成IC可以大幅低落在所需空間內陳設天線設計的難度。在我們將更多電子元件封裝到更小尺寸內，使得天線尺寸減小之后，我們需要回收新的半導體和封裝技能，讓辦理方案變得可行。

圖2. 平面陣列，圖中所示為PCB頂部的天線貼片，IC則位于天線PCB的不和。

半導體技能和封裝

圖3中顯示了作為相控陣天線構建模塊的微波和毫米波 (mmW) IC組件。在波束成型部門，衰減器調解每個天線元件的功率電平，以淘汰天線偏向圖中的柵瓣。移相器調解每個天線元件的相位以引導天線主波束，而且利用開關在發(fā)射器和路徑之間切換。在前端IC部門，利用功率放大器來發(fā)射信號，利用低噪聲放大器來吸收信號，后，利用另一個開關在發(fā)射器和之間舉辦切換。在已往的設置中，每個IC都作為獨立的封裝器件提供。更先進的辦理方案利用集成單芯片單通道化鎵 (GaAs) IC來實現這一成果。對付大部門陣列，在波束成型器之前都配有無源RF組合器網絡、/鼓勵器和信號處理懲罰器，這一點圖中未顯示。

圖片

圖3. 相控陣天線的典范RF前端。