【導讀】相控陣天線通過移相器
、真zhen時shi延yan或huo二er者zhe的de組zu合he，使shi合he成cheng波bo束shu更geng精jing確que地di指zhi向xiang陣zhen列lie轉zhuan向xiang角jiao度du內nei的de所suo需xu方fang向xiang。本ben文wen將jiang介jie紹shao這zhe兩liang種zhong方fang法fa，以yi及ji更geng寬kuan帶dai寬kuan的de天tian線xian陣zhen列lie是shi如ru何he推tui動dong真zhen時shi延yan在zai其qi係xi統tong設she計ji中zhong的de應ying用yong。

相控陣天線通過移相器、真zhen時shi延yan或huo二er者zhe的de組zu合he
，使shi合he成cheng波bo束shu更geng精jing確que地di指zhi向xiang陣zhen列lie轉zhuan向xiang角jiao度du內nei的de所suo需xu方fang向xiang。本ben文wen將jiang介jie紹shao這zhe兩liang種zhong方fang法fa
，以yi及ji更geng寬kuan帶dai寬kuan的de天tian線xian陣zhen列lie是shi如ru何he推tui動dong真zhen時shi延yan在zai其qi係xi統tong設she計ji中zhong的de應ying用yong。

指向正確的方向

相xiang控kong陣zhen天tian線xian無wu需xu物wu理li移yi動dong天tian線xian即ji可ke改gai變bian輻fu射she波bo束shu的de形xing狀zhuang和he方fang向xiang。這zhe些xie天tian線xian通tong過guo獨du特te的de排pai列lie方fang式shi組zu成cheng一yi個ge更geng大da的de陣zhen列lie
，將jiang每mei個ge獨du立li振zhen子zi的de信xin號hao疊die加jia，以yi提ti升sheng增zeng益yi性xing能neng
，並bing在zai陣zhen列lie的de波bo束shu指zhi向xiang角jiao度du範fan圍wei內nei精jing確que控kong製zhi信xin號hao，如ru下xia圖tu所suo示shi。


隨著當前相控陣係統的帶寬增加以擴展其應用範圍和靈活性

，更寬的帶寬給係統帶來了挑戰，影響了波束的相移。由於這一趨勢，許多AESA係統需要真時延技術來消除更大帶寬情況下的波束傾斜。我們將在接下來的部分深入探討這一點。

相控陣背景知識

相控陣天線的大小與工作頻率成反比。因此，頻率越高，天線振子的間距就越小。對於較低頻率的應用，情況則相反。

那na麼me，如ru何he實shi現xian波bo束shu轉zhuan向xiang呢ne
？對dui於yu傳chuan統tong窄zhai帶dai陣zhen列lie，我wo們men使shi用yong移yi相xiang器qi在zai給gei定ding頻pin率lv下xia轉zhuan換huan所suo需xu的de信xin號hao延yan遲chi。在zai相xiang控kong陣zhen天tian線xian中zhong
，每mei個ge天tian線xian振zhen子zi都dou可ke以yi饋kui入ru不bu同tong的de移yi相xiang器qi。因yin此ci，通tong過guo改gai變bian每mei個ge振zhen子zi之zhi間jian的de相xiang移yi，可ke以yi引yin導dao陣zhen列lie的de波bo束shu方fang向xiang，從cong而er在zai相xiang關guan的de角jiao度du形xing成cheng波bo束shu。

例如
，假設我們有兩個天線振子，它們之間的距離為“d”
，如(ru)下(xia)圖(tu)所(suo)示(shi)。這(zhe)兩(liang)個(ge)振(zhen)子(zi)之(zhi)間(jian)的(de)相(xiang)移(yi)會(hui)改(gai)變(bian)波(bo)束(shu)方(fang)向(xiang)。在(zai)另(ling)一(yi)個(ge)天(tian)線(xian)振(zhen)子(zi)上(shang)使(shi)用(yong)移(yi)相(xiang)器(qi)，可(ke)以(yi)引(yin)導(dao)波(bo)束(shu)改(gai)變(bian)其(qi)方(fang)向(xiang)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)天(tian)線(xian)效(xiao)率(lv)。


在(zai)下(xia)圖(tu)中(zhong)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)天(tian)線(xian)陣(zhen)列(lie)中(zhong)的(de)波(bo)形(xing)指(zhi)向(xiang)會(hui)在(zai)給(gei)定(ding)角(jiao)度(du)上(shang)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)主(zhu)波(bo)瓣(ban)
，並(bing)最(zui)小(xiao)化(hua)旁(pang)波(bo)瓣(ban)。我(wo)們(men)還(hai)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)這(zhe)些(xie)波(bo)瓣(ban)的(de)相(xiang)位(wei)角(jiao)和(he)場(chang)圖(tu)的(de)測(ce)量(liang)數(shu)據(ju)。


以下是兩種常用的相控陣天線係統：

• 無源電子掃描陣列（PESA）——所有天線振子共用一個發射/接收模塊。

• 有源電子掃描陣列（AESA）——使用相控陣天線，每個天線振子都有專用的發射/接收模塊。


深入了解AESA

AESA作為第二代相控陣天線，其每個天線振子均由微控製器單獨控製的發射器驅動，這使得AESA比PESA更為先進，能夠同時向不同方向發送多個頻率的無線電信號。

隨著高性能和高分辨率係統的開發
，對波形帶寬的要求也在增加。這對於傳統上使用移相器進行波束方向控製的AESA來說是一個問題
，因為波束會隨頻率變化而產生傾斜。可以使用以下公式計算波束傾斜角度。


對於這些具有較寬瞬時帶寬的波形和較窄波束寬度的應用，波束傾斜可能足以使波束偏離目標
，從而影響信號質量、準確性和分辨率。

AESA —— 移相器 vs 真時延

AESA使用移相器

、時延電路，或二者的組合，在陣列的轉向角度範圍內將信號波束指向所需方向。

如(ru)下(xia)圖(tu)所(suo)示(shi)，移(yi)相(xiang)器(qi)用(yong)於(yu)在(zai)相(xiang)控(kong)陣(zhen)天(tian)線(xian)中(zhong)引(yin)導(dao)波(bo)束(shu)
，並(bing)有(you)助(zhu)於(yu)提(ti)高(gao)窄(zhai)帶(dai)係(xi)統(tong)的(de)效(xiao)率(lv)。移(yi)相(xiang)器(qi)在(zai)市(shi)場(chang)上(shang)占(zhan)據(ju)主(zhu)導(dao)地(di)位(wei)，在(zai)兩(liang)個(ge)狀(zhuang)態(tai)之(zhi)間(jian)提(ti)供(gong)固(gu)定(ding)的(de)插(cha)入(ru)相(xiang)位(wei)差(cha)。它(ta)們(men)通(tong)常(chang)用(yong)於(yu)帶(dai)寬(kuan)較(jiao)低(di)的(de)應(ying)用(yong)，因(yin)為(wei)寬(kuan)帶(dai)移(yi)相(xiang)更(geng)加(jia)困(kun)難(nan)，且(qie)常(chang)伴(ban)隨(sui)著(zhe)插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao)增(zeng)加(jia)和(he)在(zai)整(zheng)個(ge)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)帶(dai)寬(kuan)內(nei)的(de)相(xiang)位(wei)精(jing)度(du)降(jiang)低(di)等(deng)問(wen)題(ti)。這(zhe)兩(liang)種(zhong)狀(zhuang)態(tai)在(zai)時(shi)延(yan)上(shang)僅(jin)略(lve)有(you)不(bu)同(tong)，路(lu)徑(jing)長(chang)度(du)差(cha)異(yi)小(xiao)於(yu)一(yi)個(ge)波(bo)長(chang)。移(yi)相(xiang)器(qi)在(zai)每(mei)個(ge)天(tian)線(xian)振(zhen)子(zi)處(chu)引(yin)導(dao)波(bo)束(shu)，但(dan)不(bu)提(ti)供(gong)真(zhen)時(shi)延(yan)。如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)這(zhe)種(zhong)真(zhen)時(shi)延(yan)，波(bo)束(shu)在(zai)較(jiao)大(da)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)會(hui)發(fa)生(sheng)失(shi)真(zhen)或(huo)“傾斜”
，如下圖所示。隨著新型、更寬帶寬陣列係統的出現，波束傾斜問題變得更為突出；真時延單元則可以用於減輕這種傾斜效應。


shiyandanyuannenggoutigongduogebochangdexiangyi

，qiexiangyiyupinlvyangechengzhengbi。zheshidelianggezhuangtaizhijiandequnshiyanchayinenggouzaizhenggepinlvdaikuanneichanshengpingtandexiangwei。


從上麵的圖中可以看出
，時間延遲單元在整個帶寬頻率上顯著減少了波束傾斜，從而提高了更寬帶寬範圍內的雷達圖像分辨率。

真時延 MMIC

時延可以通過多種方式實現
，如同軸電纜、光纖、微帶線和帶狀線等。由於尺寸緊湊且成本效益高
，使用MMIC的電子方法更為流行。如上圖所示，典型的多比特位時延單元包括開關、時shi延yan元yuan件jian和he均jun衡heng器qi，以yi形xing成cheng參can考kao路lu徑jing和he時shi延yan路lu徑jing。整zheng體ti延yan遲chi範fan圍wei和he延yan遲chi步bu長chang可ke以yi通tong過guo切qie換huan不bu同tong的de路lu徑jing組zu合he來lai生sheng成cheng。參can考kao線xian和he時shi延yan元yuan件jian通tong常chang使shi用yong不bu同tong長chang度du的de傳chuan輸shu線xian來lai創chuang建jian。隨sui著zhe線xian路lu長chang度du的de增zeng加jia

，插cha入ru損sun耗hao和he頻pin率lv也ye會hui增zeng加jia。均jun衡heng器qi通tong常chang用yong於yu在zai頻pin率lv範fan圍wei內nei改gai善shan整zheng體ti時shi延yan平ping坦tan度du。

近(jin)年(nian)來(lai)半(ban)導(dao)體(ti)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)和(he)建(jian)模(mo)技(ji)術(shu)的(de)進(jin)步(bu)使(shi)得(de)能(neng)夠(gou)製(zhi)造(zao)出(chu)物(wu)理(li)尺(chi)寸(cun)更(geng)小(xiao)的(de)時(shi)延(yan)電(dian)路(lu)，這(zhe)對(dui)於(yu)高(gao)頻(pin)陣(zhen)列(lie)應(ying)用(yong)非(fei)常(chang)有(you)用(yong)。此(ci)外(wai)，還(hai)可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)使(shi)用(yong)不(bu)同(tong)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)技(ji)術(shu)，如(ru)CMOS
、GaAs和MEMS，以幫助優化某些應用的性能要求。

主要結論

對於當今的寬帶陣列天線應用而言
，需要采用真時延技術來減輕波束傾斜問題。如上所述
，理解TDU與移相器之間的差異
，或者如何將二者結合使用，是提升AESA係統級性能的關鍵。

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