радиоэлектронная система, работающая на посылке и приёме сигналов от антенны более 100 лет. As accuracy, эффективность, and higher-level indicators become more and more important, эти электронные системы будут постоянно совершенствоваться. In the past few years, dish antennas have been widely used for transmitting (Tx) and receiving (Rx) signals, направленность очень важна, and after years of optimization, Многие из этих систем могут эффективно использоваться при относительно низких затратах. ход. These dish antennas have a robotic arm for rotating the radiation direction. у них действительно есть некоторые недостатки, including slow turning, большой размер, poor long-term reliability, только один режим излучения или поток данных отвечает требованиям. Therefore, Инженеры переключились на передовую фазированную антенную технологию для улучшения этих функций и добавления новых. механизм электрического поворота антенны фазовой решетки, which has many advantages compared with traditional mechanical steering antenna, низкая высота/small size, большая долгосрочная надежность, fast steering, многолучевой, сорт. With these advantages, фазированная решетка имеет широкое военное применение, satellite communications, сцепление вагонов, 5G communications and other fields.
техника фазовой решетки
антенна с фазовой решеткой представляет собой набор сборок антенн, where the radiation pattern of each element is structurally combined with the radiation pattern of the adjacent antenna to form an effective radiation pattern called the main lobe. энергия излучения главного лепестка в требуемом положении, and according to the design, сигнал антенны, ответственного за разрушающие помехи в бесполезном направлении, forming invalid signals and side lobes. антенная решетка предназначена для максимизации энергии главного лепестка при одновременном сокращении энергии излучения побочных лепестков до приемлемого уровня. можно регулировать направление излучения, изменяя фазу сигнала, подаваемого в каждый элемент антенны. Figure 1 shows how to control the effective beam in the target direction of the linear array by adjusting the phase of the signal in each antenna. поэтому, each antenna in the array has independent phase and amplitude settings to form the desired radiation pattern. Потому что нет механических, возможность быстрого управления лучом в фазовой решетке легко понять. IC-basedsemiconductor phase adjustment can be completed within a few nanoseconds, Таким образом, мы сможем изменить направление радиационных режимов, быстро реагировать на новые угрозы или пользователи. так же, we can change from a radiation beam to an effective null point to absorb the interference signal, сделать объект невидимым, as is the case with invisible aircraft. изменить режим излучения на нуль, Эти изменения можно сделать почти сразу, because we can use IC-based devices instead of mechanical parts to electrically change the phase setting. Другое преимущество фазированной решетки по сравнению с механической антенной состоит в том, что она может одновременно излучать несколько лучей, Таким образом, он может отслеживать несколько целей или управлять несколькими потоками данных для пользователей. Это достигается за счет цифровой обработки сигналов по нескольким потокам данных на частоте базовой полосы.
типичная особенность этой решетки состоит в том, что она рассчитана с использованием панелей антенн, расположенных по строкам и столбцам, с использованием 4 - го модуля, что означает наличие в общей сложности 16 модулей. На рисунке 2 показан небольшой массив размером 4... 4, где прикрепленная антенна является радиатором. в наземной радиолокационной системе эта антенная решетка может стать очень большой и может насчитывать более 100 000 единиц.
при проектировании следует учитывать компромисс между размером решетки и мощностью каждой ячейки излучения. эти элементы будут влиять на направление луча и эффективную мощность излучения. можно предсказать свойства антенны, проверяя некоторые общие факторы массы. как правило, конструкторы антенн принимают во внимание усиление антенны, эффективную мощность изотропного излучения (EIRP) и Gt / Tn. как мы видим, усиление антенны и эйрп прямо пропорциональны числу элементов в решетке.
где: N = число элементов; Ge = усиление элемента; Gt = усиление антенны; Pt = полная мощность передатчика; Pe = мощность каждого элемента; Tn = температура шумов.
Другой ключевой аспект конструкции фазированной решетки - это расстояние между антенными элементами. как только мы определяем количество компонентов для определения цели системы, физический диаметр решетки в значительной степени зависит от размера каждого элемента, который ограничен размером менее половины длины волны, так как он предотвращает лепестки растра. лепестки растра соответствуют энергии излучения в бесполезном направлении. это налагает строгие требования на электронное оборудование, входящее в решетку, которое должно быть небольшим, маломощным и легким по весу. для проектирования более высоких частот расстояние между полуволной является особенно сложным, поскольку длина каждого элемента становится меньше. это стимулирует интеграцию высокочастотных интегральных схем, делает решение проблемы герметизации более современным и упрощает все более сложные методы теплового контроля.
When we build the entire antenna, перед конструкцией матрицы стоит много проблем, including control circuit routing, Управление питанием, pulse circuits, управление теплоотводом, environmental considerations, сорт. There is a huge driving force in the industry that urges us to move towards small and light low-profile arrays. миниатюрное использование традиционной структуры платы печатная плата board, on which the electronic components are fed vertically into the back of the antenna печатная плата. За последние 20 лет, this method has been continuously improved to continuously reduce the size of the circuit board, тем самым снижается глубина антенны. The next-generation design shifts from this board structure to a flat-panel method, каждый IC имеет достаточно высокую степень интеграции, чтобы просто установить на обратной стороне антенной доски, значительно снижает глубину антенны и облегчает ее загрузку в портативные приложения или в приложения на колесах. на рис., the left image shows the golden patch antenna element on the top of the печатная плата, на правой диаграмме показан аналог антенны в нижней части экрана печатная плата. Это просто набор антенн, where a frequency conversion stage may occur at one end of the antenna; it is also a distribution network that is responsible for routing from a single RF input to the entire array. очевидно, more integrated ICs significantly reduce the challenges in antenna design, с уменьшением антенны, все больше электронных элементов интегрируются во все меньше пространство, and antenna design requires new Semiconductor technology to help improve the feasibility of the solution.
антенный щиток печатная плата, and the IC is located on the back of the antenna печатная плата.
Digital beamforming and analog beamforming
Most phased array antennas designed in the past few years have used analog beamforming technology, фазовая коррекция на радиочастоте или на промежуточной частоте, and the entire antenna uses a set of data converters. формирование цифрового луча все больше привлекает внимание, Каждый элемент антенны имеет преобразователь данных, and the phase adjustment is done digitally in the FPGA or some data converters. формирование цифрового луча имеет много преимуществ, from the ability to easily transmit multiple beams to even instantly changing the number of beams. такая большая гибкость во многих случаях очень привлекательна, and it also plays a role in promoting its popularization. постоянное улучшение работы преобразователя данных снижает энергопотребление и распространяется на более высокую частоту. RF sampling in the L-band and S-band makes this technology applicable to radar systems. при одновременном рассмотрении параметров моделирования и формирования цифрового луча, many factors need to be considered, Но анализ обычно зависит от количества требуемых лонжеронов, power consumption, Цель затрат. The digital beamforming method usually has high power consumption because each component is equipped with a data converter, Но он очень гибок и удобен при построении нескольких балк. Data converters also require a higher dynamic range, Потому что отказ блокировать формирование луча может быть произведено только после оцифровки.