【導讀】相控陣雷達和有源電子掃描陣列（AESA）yijingzaihangkonghangtianheguofangshichangzhongshiyonghebushuleshiduonian。zheyishiqizhuyaocongmoniboshuchengxingxitongkaishi，bingbuduanqianyidaogenggaoshuipingdeshuziboshuchengxing。xitonggongchengmubiaobuduanxuyaojiejinyuansudeshuziboshuchengxingshixian
，yishixiandelinghuoxinghekebianchengxing。

相控陣雷達和有源電子掃描陣列（AESA）yijingzaihangkonghangtianheguofangshichangzhongshiyonghebushuleshiduonian。zheyishiqizhuyaocongmoniboshuchengxingxitongkaishi，bingbuduanqianyidaogenggaoshuipingdeshuziboshuchengxing。xitonggongchengmubiaobuduanxuyaojiejinyuansudeshuziboshuchengxingshixian
，yishixiandelinghuoxinghekebianchengxing。

遷移到近元素數字波束成形存在許多挑戰。挑戰範圍包括校準、數字控製、時鍾分配
、LO、電源、處理數據量以及電子設備的物理尺寸限製。無線行業RF IC的大量進步繼續使RF設計具有更高集成度的能力，現在每個元件數字波束成形陣列的實際實現正在成為現實。

在本文中，我們將重點介紹電子產品的物理尺寸要求。討論了物理尺寸要求與工作頻率的關係
，並回顧了實際的實現方法。

天線元件間距與頻率的關係

首先，將天線元件間距視為頻率的函數。為了避免光柵瓣
，需要λ/2或更小的元件間距，其中λ是工作頻率波長。

極化多樣性也正在成為理想的係統目標。此功能提供了對各種天線極化進行編程的能力，包括水平
、垂chui直zhi或huo左zuo右you手shou圓yuan極ji化hua。實shi現xian此ci功gong能neng的de天tian線xian元yuan件jian實shi現xian是shi具ju有you兩liang個ge端duan口kou的de輻fu射she元yuan件jian，其qi中zhong每mei個ge端duan口kou都dou以yi正zheng交jiao極ji化hua輻fu射she。通tong過guo控kong製zhi每mei個ge端duan口kou的de相xiang對dui相xiang位wei和he幅fu度du
，可ke以yi產chan生sheng不bu同tong的de極ji化hua。雖sui然ran對dui係xi統tong來lai說shuo是shi一yi個ge顯xian著zhe的de好hao處chu，但dan不bu幸xing的de是shi
，此ci功gong能neng使shi所suo需xu的de天tian線xian端duan口kou數shu量liang增zeng加jia了le一yi倍bei
，並bing使shi支zhi持chi電dian子zi設she備bei複fu雜za化hua。

圖1顯示了元件間距與頻率的關係，假設有一個λ/2天線元件間距實現。通過概述這些物理尺寸限製，可以評估天線後麵的RF子係統，以評估滿足電子通道間隔與頻率所需的實現。

圖1.元素間距與頻率的關係。

頻率元素間距雙極 I/O 間距
3千兆赫50毫米，2英寸25毫米，1英寸
10千兆赫15 毫米，600 密耳7.5毫米
，300密耳
30千兆赫5 毫米，200 密耳2.5毫米，100密耳

波形發生器和接收器通道間距

圖2顯示了ADI收發器產品之一的評估板。該板包含兩個收發器。每個收發器包含兩個發射和接收通道（見圖3），因此實現了四個完整的波形發生器和接收器。該板還包括一個時鍾 IC 和幾個用於評估器件的其他 I/O 功能。

　
圖2.收發器通道間距。

　
圖3.收發器產品線包括雙波形發生器和接收器。

雖(sui)然(ran)該(gai)板(ban)不(bu)是(shi)為(wei)了(le)盡(jin)可(ke)能(neng)高(gao)的(de)集(ji)成(cheng)度(du)，但(dan)該(gai)板(ban)提(ti)供(gong)了(le)對(dui)波(bo)形(xing)發(fa)生(sheng)器(qi)和(he)接(jie)收(shou)器(qi)部(bu)分(fen)的(de)實(shi)際(ji)尺(chi)寸(cun)限(xian)製(zhi)的(de)深(shen)入(ru)了(le)解(jie)。從(cong)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)可(ke)以(yi)很(hen)快(kuai)看(kan)出(chu)，收(shou)發(fa)器(qi)產(chan)品(pin)線(xian)支(zhi)持(chi)每(mei)個(ge)元(yuan)件(jian)的(de)數(shu)字(zi)天(tian)線(xian)間(jian)距(ju)到(dao)C波段，並且通過一些額外的努力，可以實現X波段元件間距。

接下來
，配接RF上/下變頻器的物理尺寸如圖4所示。該特定板旨在用作雙收發器板的測試板配套
，並再次可用於考慮該RF子zi係xi統tong的de實shi際ji物wu理li尺chi寸cun限xian製zhi。該gai板ban采cai用yong標biao準zhun的de低di成cheng本ben方fang法fa，使shi用yong所suo有you市shi售shou部bu件jian。同tong樣yang，這zhe表biao明ming這zhe種zhong類lei型xing的de實shi現xian支zhi持chi每mei個ge元yuan件jian數shu字zi天tian線xian，可ke達daC波段。如果遷移到X波段，每個數字元件都可以實現，從而能夠與SiP（係統級封裝）集成進一步集成。

這兩塊電路板概述了低成本商業實現支持頻率高達C波段的數字波束成形相控陣中的每個元件。X波段及以上的每個元件實現可以通過進一步集成來實現
，或者作為替代波束成形IC可用於減少波形發生器和接收器通道的數量相對於元件的數量。4：1 X/Ku波段波束成形器現已商業化
，是這些頻率下低成本數字波束成形相控陣的實用方法。

Ka波段元素間距

接下來，考慮Ka波段天線元件間距

，如圖5所示。在 30 GHz 時，λ/2 間距為 5 mm，如圖所示
，這對電子設備來說是相當具有挑戰性的。然而，在與天線元件正對的這個間距內實現4：1模擬波束成形器是可行的。挑戰在於物理尺寸限製幾乎沒有機會使用其他組件。這就需要在波束成形封裝中包含LNA或PA，並將去耦電容等無源元件埋在PWB內。

Ka波bo段duan衛wei星xing係xi統tong的de一yi個ge幸xing運yun的de設she計ji優you勢shi是shi，大da多duo數shu係xi統tong將jiang發fa射she和he接jie收shou功gong能neng分fen離li到dao單dan獨du的de天tian線xian中zhong。這zhe為wei設she計ji僅jin發fa射she或huo僅jin接jie收shou針zhen對dui特te定ding任ren務wu優you化hua的de波bo束shu成cheng形xingIC提供了機會。

總結

無線行業RF IC的持續發展已成為數字波束成形相控陣技術普及的推動因素。現在，使用標準PWB技術設計每個元件的數字波束成形相控陣對於高達C波段的頻率是可行的。在更高頻率的X波段
，每個元素的數字實現都是可行的
，但可能需要額外的設計工作來進一步集成。或者，可以使用4：1模擬波束成形器，為電子設備提供額外的空間，並再次允許使用標準的PWB實現方法。在Ka波bo段duan物wu理li尺chi寸cun約yue束shu下xia，這zhe可ke能neng變bian得de具ju有you挑tiao戰zhan性xing。然ran而er
，通tong過guo將jiang前qian端duan電dian子zi元yuan件jian集ji成cheng到dao波bo束shu成cheng形xing器qi封feng裝zhuang中zhong，現xian在zai可ke以yi實shi現xian子zi陣zhen列lie天tian線xian架jia構gou或huo全quan模mo擬ni波bo束shu成cheng形xing係xi統tong。

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