《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一种低成本Ka波段瓦片式有源相控阵天线
2020年电子技术应用第12期
刘雪颖
成都瑞迪威科技有限公司，四川 成都611731
摘要： 提出了一种低成本、瓦片式Ka波段有源相控阵天线。该相控阵天线系统采用三维集成的方式将CMOS多功能芯片、GaAs芯片、天线阵列以及功分网络等集成在一块微波多层板上，极大地降低了整体高度。通过射频垂直互联以及低频插针实现相控阵天线射频部分与变频模块、波控模块和电源模块等部分互联。测试结果表明，在Ka频段内，该有源相控阵天线在所有平面内均实现了± 25°的扫描范围下可获得7.7%的带宽，且扫描范围内增益变化平稳，变化小于1 dB，副瓣电平优于14.5 dB。整个有源相控阵的整体高度小于52 mm，发射ERIP达66 dBm，接收G/T大于7.55 dB/K，收发切换小于150 ns。综上，该瓦片式有源相控阵天线具有高集成度、小型化、低成本等特点，有着很高的工程应用价值。
中圖分類號(hào)： TN82
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200493
中文引用格式： 劉雪穎. 一種低成本Ka波段瓦片式有源相控陣天線[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2020，46(12)：1-4，8.
英文引用格式： Liu Xueying. A low-cost millimeter wave Ka-band active phased array antenna[J]. Application of Electronic Technique，2020，6(12)：1-4，8.
A low-cost millimeter wave Ka-band active phased array antenna
Liu Xueying
RDW Technology Co.，Ltd.，Chengdu 611731，China
Abstract： In this paper, a low-cost, tiled millimeter wave active phased array antenna(APAA) is presented. The APAA integrates CMOS multi-function chips, GaAs chips, antenna array and power division network on a microwave multilayer print circuit board by a three-dimensional integration technology, then the height of the APAA has sharply decrease. The RF part of the APAA is interconnected with the frequency conversion module, wave control module and power supply module through the vertical interconnection of radio frequency and low frequency pins. The measured results show that the APPA can achieve 7.7% bandwidth in a scanning range of ± 25° in all planes in Ka-band, and the gain changes smoothly in the scanning range, less than 1 dB gain variation, and the sidelobe level is better than 14.5 dB. The APPA has low profile of 52 mm, ERIP is larger than 66 dBm, G/T is better than 7.5 dB/K, and the transceiver switch time is less than 150 ns. In summary, this tiled active APAA has characteristics of high integration, miniaturization and low cost，and has high engineering application value.
Key words : low-cost；tiled；active phased array antenna；Ka-band；CMOS multi-function chips

0 引言

    由于相控陣天線具有精度高、掃描速度快、靈活的波束成形能力等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在不同系統(tǒng)中已獲得廣泛研究和應(yīng)用，如雷達(dá)、電子戰(zhàn)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

    按集成方式分類，相控陣天線可以分為橫向集成的“瓦片式”結(jié)構(gòu)和縱向集成的“磚塊式”結(jié)構(gòu)。相對(duì)于傳統(tǒng)的磚塊式相控陣的重量大、厚度高、尺寸大等特點(diǎn)，新的瓦片式相控陣天線有著重量低、體積小、易于與平臺(tái)集成共形等特點(diǎn)[1-2]。但是其設(shè)計(jì)難度和加工工藝的復(fù)雜度也增大了很多。由于瓦片式結(jié)構(gòu)是基于三維微波集成電路的新一代TR組件結(jié)構(gòu)，使用多層構(gòu)架，通過(guò)垂直互聯(lián)技術(shù)將射頻、控制信號(hào)和電源整合連接。因此瓦片式結(jié)構(gòu)已成為當(dāng)今相控陣天線的發(fā)展主流。

    另一方面，隨著無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，低頻無(wú)線頻譜資源逐漸趨于枯竭。微波毫米波由于其波長(zhǎng)短、帶寬寬、干擾小等優(yōu)點(diǎn),能提供更高的傳輸速率，受到廣泛的關(guān)注[3]。

    綜上所述，毫米波相控陣天線已成為當(dāng)前天線微波領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。民用領(lǐng)域也對(duì)毫米波天線的產(chǎn)業(yè)化需求非常迫切，但是相控陣天線的成本嚴(yán)重制約著其應(yīng)用范圍[4]。文獻(xiàn)[5]介紹了一種應(yīng)用于X頻段的瓦片式TR組件，主要采用了倒裝芯片、毛鈕扣、多層基板實(shí)現(xiàn)集成。然而因?yàn)槊~扣的裝配要求高，使用比較局限，不利于大面積生產(chǎn)及返修。

    本文提出了一種瓦片式、Ka波段相控陣天線。所提出的相控陣天線采用三維集成的方式將天線單元、TR組件以及功分網(wǎng)絡(luò)等集成在一塊微波多層板上。高頻信號(hào)互連使用射頻垂直互連實(shí)現(xiàn)，低頻互連使用低頻插針實(shí)現(xiàn)。天線、TR組件和饋電網(wǎng)絡(luò)之間省去了連接器，既節(jié)省了連接器的費(fèi)用，也釋放了空間，易于大規(guī)模集成。通過(guò)樣機(jī)測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了方案的先進(jìn)性，該相控陣天線具有高集成度、小型化、低成本等優(yōu)點(diǎn)。




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作者信息：

劉雪穎

(成都瑞迪威科技有限公司，四川 成都611731)

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