相控阵天线从军用到5G应用趋势

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尽管当今的数字相控阵无线电和差分RF前端正在改善收发链路的线性、噪声和动态范围，但效率仍然偏低。5G及更高版本需要的是，只需一步即可实现的、具有高宽带性能和低复杂度的天线阵列。毫米波频率要求可扩展性和可制造性，这方面仍在进展中。实现天线阵列的简化、降低成本、提高效率和增加宽扫描功能都是板上钉钉的事情。

www.eet-china.com/, Dec. 20, 2022 – 

相控阵技术远非新技术，已经在各种军事应用中用了几十年了。然而如今，该技术在频段2的5G系统中的应用正迅速获得关注，这是因为该技术能改善信号强度、增益、方向性和带宽等多方面的性能。

相控阵使用多个天线单元，通过改变每个单元的相对相位来控制辐射方向图或波束。通过微波传输线和功率分配器系统连接天线单元。在相控阵天线设计中，利用两个或多个辐射信号之间的干涉或"波束成形"，来控制发射波束的方向。该天线通过调整发送到阵列中每个发射器的驱动信号之间的相位差，来实现波束成形。相控阵天线中发射器的数量少则数个，多至数千个。

当来自每个发射器的信号完全同相时，它们会产生干涉，并在特定方向上产生强辐射。辐射方向可通过设置传输到不同发射器的信号相移来控制。而相移则由依次传输到相继发射器的信号之间的微小延迟来控制。使用移相器可以在相控阵天线中合成数百个波束。

相控阵天线类型包括：

•线阵列

将阵列单元配置在一条直线上，在这种情况下，只需要使用一个移相器。不过，波束方向被限制在一个单平面上。如要形成面天线，则需要在垂直方向上排列多个线阵列天线。

•平面阵列

这种阵列中，每个天线都配有一个移相器。通过单天线的矩阵排列，形成平面天线，波束可以在两个平面中偏转。但这种架构需要大量的移相器，增加了复杂性和成本。

•频率扫描阵列

这种架构中，天线不需要移相器。波束转向由发射机的频率来控制。

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