一种低成本Ka波段瓦片式有源相控阵天线-AET-电子技术应用

一种低成本Ka波段瓦片式有源相控阵天线

2020年电子技术应用第12期

刘雪颖

成都瑞迪威科技有限公司，四川成都611731

摘要：提出了一种低成本、瓦片式Ka波段有源相控阵天线。该相控阵天线系统采用三维集成的方式将CMOS多功能芯片、GaAs芯片、天线阵列以及功分网络等集成在一块微波多层板上，极大地降低了整体高度。通过射频垂直互联以及低频插针实现相控阵天线射频部分与变频模块、波控模块和电源模块等部分互联。测试结果表明，在Ka频段内，该有源相控阵天线在所有平面内均实现了± 25°的扫描范围下可获得7.7%的带宽，且扫描范围内增益变化平稳，变化小于1 dB，副瓣电平优于14.5 dB。整个有源相控阵的整体高度小于52 mm，发射ERIP达66 dBm，接收G/T大于7.55 dB/K，收发切换小于150 ns。综上，该瓦片式有源相控阵天线具有高集成度、小型化、低成本等特点，有着很高的工程应用价值。

关键词： 低成本瓦片式有源相控阵天线 Ka波段 CMOS多功能芯片

中图分类号：TN82
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200493
中文引用格式：刘雪颖. 一种低成本Ka波段瓦片式有源相控阵天线[J].电子技术应用，2020，46(12)：1-4，8.
英文引用格式：Liu Xueying. A low-cost millimeter wave Ka-band active phased array antenna[J]. Application of Electronic Technique，2020，6(12)：1-4，8.

A low-cost millimeter wave Ka-band active phased array antenna

Liu Xueying

RDW Technology Co.，Ltd.，Chengdu 611731，China

Abstract：In this paper, a low-cost, tiled millimeter wave active phased array antenna(APAA) is presented. The APAA integrates CMOS multi-function chips, GaAs chips, antenna array and power division network on a microwave multilayer print circuit board by a three-dimensional integration technology, then the height of the APAA has sharply decrease. The RF part of the APAA is interconnected with the frequency conversion module, wave control module and power supply module through the vertical interconnection of radio frequency and low frequency pins. The measured results show that the APPA can achieve 7.7% bandwidth in a scanning range of ± 25° in all planes in Ka-band, and the gain changes smoothly in the scanning range, less than 1 dB gain variation, and the sidelobe level is better than 14.5 dB. The APPA has low profile of 52 mm, ERIP is larger than 66 dBm, G/T is better than 7.5 dB/K, and the transceiver switch time is less than 150 ns. In summary, this tiled active APAA has characteristics of high integration, miniaturization and low cost，and has high engineering application value.

Key words :low-cost；tiled；active phased array antenna；Ka-band；CMOS multi-function chips

0 引言

由于相控阵天线具有精度高、扫描速度快、灵活的波束成形能力等优点，近年来在不同系统中已获得广泛研究和应用，如雷达、电子战和卫星通信系统。

按集成方式分类，相控阵天线可以分为横向集成的“瓦片式”结构和纵向集成的“砖块式”结构。相对于传统的砖块式相控阵的重量大、厚度高、尺寸大等特点，新的瓦片式相控阵天线有着重量低、体积小、易于与平台集成共形等特点^[1-2]。但是其设计难度和加工工艺的复杂度也增大了很多。由于瓦片式结构是基于三维微波集成电路的新一代TR组件结构，使用多层构架，通过垂直互联技术将射频、控制信号和电源整合连接。因此瓦片式结构已成为当今相控阵天线的发展主流。

另一方面，随着无线通信技术的飞速发展，低频无线频谱资源逐渐趋于枯竭。微波毫米波由于其波长短、带宽宽、干扰小等优点,能提供更高的传输速率，受到广泛的关注^[3]。

综上所述，毫米波相控阵天线已成为当前天线微波领域内的研究热点。民用领域也对毫米波天线的产业化需求非常迫切，但是相控阵天线的成本严重制约着其应用范围^[4]。文献[5]介绍了一种应用于X频段的瓦片式TR组件，主要采用了倒装芯片、毛钮扣、多层基板实现集成。然而因为毛纽扣的装配要求高，使用比较局限，不利于大面积生产及返修。

本文提出了一种瓦片式、Ka波段相控阵天线。所提出的相控阵天线采用三维集成的方式将天线单元、TR组件以及功分网络等集成在一块微波多层板上。高频信号互连使用射频垂直互连实现，低频互连使用低频插针实现。天线、TR组件和馈电网络之间省去了连接器，既节省了连接器的费用，也释放了空间，易于大规模集成。通过样机测试结果验证了方案的先进性，该相控阵天线具有高集成度、小型化、低成本等优点。

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作者信息：

刘雪颖

(成都瑞迪威科技有限公司，四川成都611731)

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