[發明專利]一體化毫米波有源相控陣天線

有效

• 申請號: 201310341730.3
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN103457015A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 何慶強;何海丹;趙青
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十研究所
• 主分類號: H01Q1/12
• 分類號: H01Q1/12;H01Q1/38;H01Q3/30
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

技術領域

本發明涉及一種陣列天線和毫米波有源相控陣天線技術。

背景技術

最近幾年，隨著動中通業務的快速發展，毫米波單片集成電路和高速數字處理芯片的飛速進步，使得高密度集成的毫米波有源相控陣天線的應用成為可能。我國在軌衛星系統和通信數據鏈的廣泛應用，機載、彈載、箭載等平臺對相控陣天線的傳輸速率及安裝空間要求越來越高，要求相控陣天線具備增益高、體積小、重量輕、波束掃描靈活、覆蓋范圍寬等要求，使得毫米波有源相控陣天線的應用非常迫切。

毫米波有源相控陣天線及其技術的高度發展，受到國內外各方面的高度重視，比如，在1987年，J.Kinzel等人發表的文獻“V-band?space-based?phased?arrays”（MicrowaveJournal）首先提出了毫米波有源相控陣天線的磚塊式子陣和瓦片式子陣技術的概念。在毫米波有源相控陣天線中，磚塊式子陣采用元器件放置方向垂直于相控陣天線陣面孔徑，線子陣電路采用縱向集成橫向組裝（LITA）。瓦片式子陣將元器件放置方向平行于相控陣天線陣面孔徑，面子陣電路采用橫向集成縱向組裝（TILA）。但該文獻沒有給出磚塊式子陣和瓦片式子陣的具體設計方案和實現方法。在1995年，D.Mcpherson等人發表的文獻“Active?phased?arrays?for?millimeter?wave?communications?applications”（IEEE?Military?Communications?Conference）公開了美國Lockheed?Martin公司的用于衛星通信的60GHz的磚塊式有源相控陣天線，該毫米波相控陣天線由5塊1×16單元的磚塊式子陣組成，每個磚塊式子陣有6個有源單元，其它10個無源單元接匹配負載，采用強迫風冷進行散熱設計。遺憾的是，磚塊式子陣技術很難將天線罩集成到毫米波有源相控陣天線之中，不能實現毫米波有源相控陣天線結構功能的一體化設計。

在2010年，S.Holzwarth等人發表的文獻“Highly?integrated8x8antenna?array?demonstrator?on?LTCC?with?integrated?RF?circuitry?and?liquid?cooling”（The?Fourth?European?Conference?on?Antennas?and?Propagation）報道了德國IMST公司為衛星通信終端開發的Ka頻段8×8瓦片式毫米波相控陣天線，該毫米波相控陣天線采用LTCC技術實現了微流道散熱設計，采用數字波束形成（DBF）技術實現了相控陣天線掃描。由于采用的是DBF技術體制，該毫米波相控陣天線的波束掃描是在設備終端的數字基帶上實現的，因此對采用移相器芯片設計的毫米波有源相控陣天線的參考價值不大。

2012年，趙青在“電訊技術”期刊上發表了一篇題為“一種Ka頻段瓦片式TR組件子陣集成方案”的文獻，給出了一種采用多層電路技術，內置帶狀線功率分配網絡，脊波導-微帶探針等手段進行設計的毫米波瓦片式TR組件子陣集成方案。該方案的不足之處在于，TR組件的每個通道單獨使用一個移相器，導致芯片數量和高低頻互聯線多，無法做到低成本和可靠性設計。此外，該文獻也沒有給出高密度集成的毫米波TR組件的散熱設計方案，無法保證TR組件的長時、可靠工作，不具備工程可實現性。

2012年，J.Hacker等人發表的文獻“A16-element?transmit/receive?Q-band?electronically?steerable?subarray?tile”（IEEE?MTTS,Microwave?Symposium）報道了美國Teledyne?Scientific公司的44GHz瓦片式有源相控陣天線，該瓦片式有源相控陣天線采用4×4子陣進行設計，每個子陣的體積為13.64mm×13.6mm×1.1mm，能實現±45°掃描，單通道輸出功率3.5mw。其不足之處是，該瓦片式有源相控陣天線沒有考慮熱設計，設計的單通道輸出功率小，不適合單通道輸出功率大于50mw的毫米波有源相控陣天線設計。在天線結構設計上也沒有考慮結構承載功能，不能形成與系統平臺結構高度融合并直接承載環境載荷的毫米波有源相控陣天線。