【導讀】相控陣雷達和有源電子掃描陣列（AESA）已(yi)經(jing)在(zai)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)和(he)國(guo)防(fang)市(shi)場(chang)中(zhong)使(shi)用(yong)和(he)部(bu)署(shu)了(le)十(shi)多(duo)年(nian)。這(zhe)一(yi)時(shi)期(qi)主(zhu)要(yao)從(cong)模(mo)擬(ni)波(bo)束(shu)成(cheng)形(xing)係(xi)統(tong)開(kai)始(shi)，並(bing)不(bu)斷(duan)遷(qian)移(yi)到(dao)更(geng)高(gao)水(shui)平(ping)的(de)數(shu)字(zi)波(bo)束(shu)成(cheng)形(xing)。係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)目(mu)標(biao)不(bu)斷(duan)需(xu)要(yao)接(jie)近(jin)元(yuan)素(su)的(de)數(shu)字(zi)波(bo)束(shu)成(cheng)形(xing)實(shi)現(xian)
，以(yi)實(shi)現(xian)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)和(he)可(ke)編(bian)程(cheng)性(xing)。

相控陣雷達和有源電子掃描陣列（AESA）已(yi)經(jing)在(zai)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)和(he)國(guo)防(fang)市(shi)場(chang)中(zhong)使(shi)用(yong)和(he)部(bu)署(shu)了(le)十(shi)多(duo)年(nian)。這(zhe)一(yi)時(shi)期(qi)主(zhu)要(yao)從(cong)模(mo)擬(ni)波(bo)束(shu)成(cheng)形(xing)係(xi)統(tong)開(kai)始(shi)，並(bing)不(bu)斷(duan)遷(qian)移(yi)到(dao)更(geng)高(gao)水(shui)平(ping)的(de)數(shu)字(zi)波(bo)束(shu)成(cheng)形(xing)。係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)目(mu)標(biao)不(bu)斷(duan)需(xu)要(yao)接(jie)近(jin)元(yuan)素(su)的(de)數(shu)字(zi)波(bo)束(shu)成(cheng)形(xing)實(shi)現(xian)，以(yi)實(shi)現(xian)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)和(he)可(ke)編(bian)程(cheng)性(xing)。

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
、chuizhihuozuoyoushouyuanjihua。shixiancigongnengdetianxianyuanjianshixianshijuyoulianggeduankoudefusheyuanjian，qizhongmeigeduankoudouyizhengjiaojihuafushe。tongguokongzhimeigeduankoudexiangduixiangweihefudu
，keyichanshengbutongdejihua。suiranduixitonglaishuoshiyigexianzhedehaochu，danbuxingdeshi，cigongnengshisuoxudetianxianduankoushuliangzengjialeyibei，bingshizhichidianzishebeifuzahua。

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。

suirangaibanbushiweilejinkenenggaodejichengdu
，dangaibantigongleduiboxingfashengqihejieshouqibufendeshijichicunxianzhideshenrulejie。congdianlubanshangkeyihenkuaikanchu，shoufaqichanpinxianzhichimeigeyuanjiandeshuzitianxianjianjudaoC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RFzixitongdeshijiwulichicunxianzhi。gaibancaiyongbiaozhundedichengbenfangfa，shiyongsuoyoushishoubujian。tongyang
，zhebiaomingzhezhongleixingdeshixianzhichimeigeyuanjianshuzitianxian，kedaC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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