相控阵天线集成技术_彭祥龙

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1、微波学报2010年8月相控阵天线集成技术彭祥龙(西南电子技术研究所成都610036)摘要：低成本、更高频段与可扩展是推动相控阵天线集成技术发展的主要动力。本文综述了砖块式与瓦片式两种相控阵天线集成阵列结构，以及多功能芯片与射频晶圆集成技术的发展，指出开发多功能芯片是当前发展毫米波相控阵天线的重要途径。关键词：相控阵天线，低成本，集成技术，多功能芯片，毫米波PhasedArrayAntennasIntegrationTechnologyPENGXiang-long（SouthwestChinaInstit

2、uteofElectronicTechnology,Chengdu610036）Abstract：Low-cost，higherfrequencyandscalabilityarethemainimpetusestothedevelopmentofphasedarrayantennasintegrationtechnology.Inthispaper,theprogressesinarchitectureofphasedarrayantennas(brick-typeandtile-typebuildi

3、ngblocks)andRFcircuitintegrationtechnology(chipswithmulti-functionandRF-waferscaleintegration)arereviewed.Finally,itispointedoutthatdevelopmentofchipsperformingmulti-functionisanimportantwaytodevelopmillimeter-wavephasedarrayantennas.Keywords：Phasedarray

4、antennas,lowcost,integrationtechnology,multi-functionchips,millimeter-wave控阵仍然是代价不菲的，以机载有源相控阵雷达为例，迄今为止，仅仅美国换装了部分战斗机。在保引言证同样战技指标的条件下，提高相控阵天线集成度随着微电子与计算机技术的发展，相控阵系统是降低成本最有力的措施。逐渐应用于战术层面，如战斗机、直升机、无人机、相控阵天线集成阵列结构有两种：砖块式与瓦精确制导等领域，通常工作于X、Ku与Ka频段。这片式。电路集成技术由多芯片

5、模块（MCM）向多些武器平台空间狭小，自身价值有限或者雷达实际功能集成芯片与晶圆级单片相控阵发展。使用寿命很短，但是相控阵系统的战术技术指标要1阵列结构与封装求却依然很高。大型天基通信与雷达探测也日益强将多个通道在电路与结构上封装为一个整体，调采用相控阵技术，成本虽非首要因素，但是体积、作为阵列装配的基础积木块或在线可更换单元重量与功耗要求却非常苛刻。民用智能通信天线尤（LRU），是相控阵天线最基本的集成手段。基础其关注成本控制。阵列模块通常集成了多个T/R组件，射频馈电网络，相控阵天线是相控阵系统的核

6、心部分，特别是控制与直流偏置等电路；如果还集成了天线辐射阵两维有源相控阵天线，其集成水平决定了整个系统元，可称为子阵。的性能与成本。工作频率愈高，每个阵元的面积（～相控阵天线集成的阵列结构有两种：基于砖块2λ/4）愈小，集成度要求愈高。式线子阵的纵向集成横向组装；基于瓦片式面子阵传统的有源相控阵天线，当应用平台或者功能的横向集成纵向组装。通常砖块式用于较高频段，项目变化，需要扩大或者缩小阵列天线的口径时，瓦片式用于较低频段，但是还要兼顾相控阵天线的除了要增加或减少T/R组件的数量，还需要重新设用途与技术

7、参数。脉冲工作的雷达系统，阵元数多计相控阵其它分系统，以适应射频、中频、数字信且间距小，功耗大，砖块式设计相对容易；通信系号与电源接口数量以及负荷能力的变化。开放式可统的发射功率要求不高，阵元数少且间距宽，瓦片扩展阵列天线，以子阵模块为基本单元，不仅封装式集成难度比较小；而共形相控阵天线必须采用瓦了多个相控阵天线通道，还集成了相控阵其它分系片式集成技术。统（如波束形成与幅相校正网络，电源、波束控制、子阵模块集成能够大幅度减少相控阵天线与频率源、波形产生等）的部分功能，大幅度减少接波束形成网络、控制电路、

8、电源组件等分系统之间口类型与数量，实现模块化、通用化，提高可扩展的信号互联，降低损耗，提高效率与电磁兼容水平；性能。减少机械装配结构件，降低重量；简化封装与装配过去十年间，单片微波集成电路迅速发展，在程序，提高相控阵天线的测试性、维修性与可扩展相控阵天线上得到广泛应用，提高了系统可靠性，性。在较高的频段，还有利于降低机械公差要求，减小了体积，降低了重量与成本。但是两维有源相725微波学报2010年8月实现更小的阵元间距，扩大波束无栅瓣扫描范