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半导体技能的进步敦促了相控阵天线在整个行业的普及。早在几年前，防务应用中已经开始呈现从机器转向天线到有源电子扫描天线 (AESA) 的转变，但直到近，才在卫星通信和5G通信中取得快速成长。小型AESA具有多项优势，包罗可以或许快速转向、生成多种辐射模式、具备更高的靠得住性；可是， 高压电解电容，在IC技能取得重大希望之前，这些天线都无法遍及利用。平面相控阵需要回收高度集成、低功耗、高效率的设备，以便用户将这些组件安装在天线阵列之后，同时将发烧保持在可接管的程度。本文将扼要描写相控阵芯片组的成长如何敦促平面相控阵天线的实现，并回收示例表明和说明。

在已往几年里，我们在很是重视偏向性的场所遍及利用抛物线碟形天线来发射和吸收信号。个中很多系统表示精彩，在颠末多年优化之后保持了相对较低的本钱。但这些机器转向碟形天线存在一些缺点。它们体积复杂，操纵迟钝，恒久靠得住性较差，并且只能提供一种所需的辐射模式或数据流。

相控阵天线回收电信号转向机制，具有诸多利益，譬喻高度低，体积小、更好的恒久靠得住性、快速转向、多波束等。相控阵天线设计的一个要害方面是天线元件的隔断。大部门阵列都需要约莫半个波长的元件隔断，因此在更高频率下需要更巨大的设计，由此敦促IC在更高频率下，实现更高水平的集成，越加先进的封装办理方案。

人们对将相控阵天线技能应用于各类应用规模发生了浓重的乐趣。可是，受限于今朝可用的IC，工程师无法让相控阵天线成为现实。近期开拓的IC芯片组乐成办理了这一问题。半导体技能正朝着先进的硅IC偏向成长，这让我们可以将数字节制、存储器和RF晶体管组合到同一个IC中。另外，氮化镓 (GaN) 显著提高了功率放大器的功率密度，可以辅佐大幅减小占位面积。

相控阵技能

在行业向体积和重量更小的小型阵列转变期间，IC起到了重大的敦促浸染。传统的电路板布局根基利用小型PCB板，其上的电子元件垂直馈入天线PCB的不和。在已往的20年中，这种要领不绝改造，以一连减小电路板的尺寸，从而减小天线的深度。下一代设计从这种板布局转向平板式要领，平板设计大大减小了天线的深度，使它们能更容易地装入便携应用或机载应用傍边。要实现更小的尺寸，需要每个IC足够水平的集成，以便将它们装入天线不和。

在平面阵列设计中，天线不和可用于IC的空间受到天线元件间距的限制。举例来说，在高达60°的扫描角度下，要防备呈现光栅波瓣，大天线元件隔断需要到达0.54 λ。图1显示了大元件间距（英寸）和频率的干系。跟着频率提高，元件之间的隔断变得很是小，由此挤占了天线背后组件所需的空间。

图1. 阻止在偏离对准线60°时发生光栅波瓣的天线元件隔断。

在图2中，左图展示了PCB顶部的金色贴片天线元件，右图显示了PCB底部的天线模仿前端。在这些设计中，在其他层上陈设变频级和分派网络也长短常典范的。很明明可以看出，回收更多集成IC可以大幅低落在所需空间内陈设天线设计的难度。在我们将更多电子元件封装到更小尺寸内，使得天线尺寸减小之后，我们需要回收新的半导体和封装技能，让办理方案变得可行。

图2. 平面阵列，图中所示为PCB顶部的天线贴片，IC则位于天线PCB的不和。

半导体技能和封装

图3中显示了作为相控阵天线构建模块的微波和毫米波 (mmW) IC组件。在波束成型部门，衰减器调解每个天线元件的功率电平，以淘汰天线偏向图中的栅瓣。移相器调解每个天线元件的相位以引导天线主波束，而且利用开关在发射器和路径之间切换。在前端IC部门，利用功率放大器来发射信号，利用低噪声放大器来吸收信号，后，利用另一个开关在发射器和之间举办切换。在已往的设置中，每个IC都作为独立的封装器件提供。更先进的办理方案利用集成单芯片单通道化镓 (GaAs) IC来实现这一成果。对付大部门阵列，在波束成型器之前都配有无源RF组合器网络、/鼓励器和信号处理惩罚器，这一点图中未显示。

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图3. 相控阵天线的典范RF前端。