相控阵天线原理图

一种ka频段相控阵天线近年来，随着通信技术的不断发展，相控阵天线作为一种重要的天线技术，被广泛应用于卫星通信、雷达、无线通信等领域。

在这些应用中，ka频段相控阵天线因其高频率、高速率和高带宽等特点，成为了研究的热点之一。

本文将介绍一种ka频段相控阵天线的设计和实现。

一、ka频段相控阵天线的基本原理相控阵天线是一种由多个天线单元组成的天线阵列，通过控制每个天线单元的相位和振幅，实现对天线阵列的辐射方向和波束宽度的控制。

ka频段相控阵天线的工作频率在26.5GHz至40GHz之间，具有高频率、高速率和高带宽等特点，因此在卫星通信、雷达、无线通信等领域有着广泛的应用。

二、ka频段相控阵天线的设计和实现本文设计的ka频段相控阵天线由16个天线单元组成，每个天线单元由一个微带天线和一个相位调节器组成。

微带天线采用圆形贴片天线，具有小尺寸、低成本、易制造等优点。

相位调节器采用PIN二极管，通过改变二极管的偏置电压，实现对天线单元的相位控制。

在实现相控阵的过程中，需要对每个天线单元的相位进行精确的控制。

为了实现这一目标，本文采用了一种基于DSP的相位控制方法。

具体来说，通过DSP芯片对每个天线单元的相位进行数字控制，实现对天线阵列的辐射方向和波束宽度的控制。

三、ka频段相控阵天线的性能测试为了验证本文设计的ka频段相控阵天线的性能，我们进行了一系列的实验。

实验结果表明，本文设计的相控阵天线具有较好的辐射特性和波束宽度控制能力。

在26.5GHz至40GHz的频段内，天线阵列的增益达到了20dB以上，波束宽度可控制在2度以内。

四、结论本文介绍了一种ka频段相控阵天线的设计和实现。

通过采用微带天线和PIN二极管相位调节器，实现了对天线阵列的相位控制。

同时，通过基于DSP的相位控制方法，实现了对天线阵列的辐射方向和波束宽度的精确控制。

实验结果表明，本文设计的相控阵天线具有较好的性能和应用前景。

干货！有源相控阵的天线设计的核心：T/R组件
有源相控阵天线设计的核心是T/R组件。

T/R组件设计考虑的主要因素有：不同形式集成电路的个数，功率输出的高低，接收的噪声系数大小，幅度和相位控制的精度。

同时，辐射单元阵列形式的设计也至关重要。

1 芯片设计理想情况下，所有模块的电路需要集成到一个芯片上，在过去的几十年，大家也都在为这个目标而努力。

然而，由于系统对不同功能单元需求的差别，现有的工程技术在系统性能与实现难度上进行了折衷的考虑，因此普遍的做法是将电路按功能进行了分类，然后放置于不同的芯片上，再通过混合的微电路进行连接，如图所示。

一个T/R模块的基本芯片设置包括了3个MMICs组件和1个数字大规模集成电路（VLSI），如图所示。

高功率放大器（MMIC）
低噪声放大器加保护电路（MMIC）
可调增益的放大器和可调移相器（MMIC）
数字控制电路（VLSI）
根据不同的应用需求，T/R模块可能还需要其他一些电路，如预功放电路需要将输入信号进行放大以满足高峰值功率需求。

大多数X波段及以上频段T/R组件都采用基于GaAs工艺的MMICs技术。

该技术有个缺点就是热传导系数极低，因此基于GaAs的电路需要进行散热设计。

未来T/R组件的发展方向是基于GaN和SiGe的设计工艺。

基于GaN的功率放大器可实现更高的峰值功率输出，从而提升雷达的灵敏度或探测距离，输出功率是基于GaAS工艺电路的5倍以上。

SiGe工艺虽然传输的功率不如GaAs，然而该材料成本较低，适用于未来低成本、低功率密度雷达系统的设计。

2 功率输出通常情况下，在给定阵列的口径后，雷达系统所需要的平均功率输出也基本确。

相控阵天线方向推导及仿真1、推导线阵天线方向图公式一个接收线阵，由等间距为d 的N 个各向同性单元组成，那么在θ方向，相邻单元接收信号的相位差为Ф=2πdλsinθ，线阵排列情况如图1所示。

图1 线阵排列示意图因为天线辐射方向图可以由天线上各种各样电流源辐射的单独贡献进行矢量叠加而得出，故各单元电压和为：E a =sin (ωt )+sin (ωt +ϕ)+sin (ωt +2ϕ)+⋯+sin⁡[ωt +(N −1)ϕ]将等式两边同时乘以2sin⁡(ϕ2)，根据积化和差、和差化积等相关数学公式，可得到如下公式：2sin (ϕ2)E a =cos (ωt −ϕ2)−cos (ωt +ϕ2)+cos (ωt +ϕ2)−cos (ωt −32ϕ)+⋯+cos (ωt +2N −32ϕ)−cos⁡(ωt +2N −12ϕ)整理得，2sin (ϕ2)E a =cos (ωt −ϕ2)−cos (ωt +2N−12ϕ)⁡⁡=2sin⁡(ωt +N −12ϕ)sin⁡(N2ϕ) 最终得到场强方向图，E a =sin⁡[ωt +(N −1)ϕ2⁄]sin⁡(Nϕ2⁄)sin⁡(ϕ2⁄)平方归一化后，得到辐射方向图（阵列因子）：|G a (θ)|=sin 2[Nπ(dλ)sinθ]N 2sin 2[π(dλ)sinθ]上式中，当(dλ)sinθ=0,±1,±2,···±n 时|G a (θ)|取得相等的最大值，但是我们只期望看到(dλ)sinθ=0的情况，取其他值产生的栅瓣是我们所不想见到的，为避免这种情况，特令d <λ。

前面的公式中认定主瓣指向为0°，当主瓣指向θ0方向时，则各向同性单元线阵的归一化辐射方向图为：G (θ)=sin 2[Nπ(dλ)(sinθ−sinθ0)]N 2sin 2[π(d λ)(sinθ−sinθ0)]此时，由于−2≤sin (θ)−sin (θ0)≤2，故防止产生栅瓣的条件为d <λ2⁄。

神通型动中通相控阵卫星天线北方神通,北京,通信技术有限公司神通?型动中通相控阵卫星天线系统产品描述:神通?型Ku卫星双向相控阵天线是国内卫星通信的革命性的、划时代的突破产品，神通?型的超薄(24cm厚度)相控阵天线系统是专为运动载体(飞机、火车、汽车、轮船)的“动中通”实时通信而设计的。

全新理念的天线系统自动搜索、捕获指定的卫星信号，并且在运动载体高速运动过程中，自动控制方位、仰角和极化角，自动跟踪并保持精确指向。

神通?型卫星双向相控阵天线具有非常广泛的应用，特别是应急通信，因为它可以为公共安全部门和第一响应单位提供高速移动的宽带卫星通信链路，不依赖于易受服务中断、自然灾害和人为破坏所影响的地面通信链路。

也由于它不依赖于地面网络，它可以应用于任何需要的领域，特别是那些偏远的、无电信运营商服务覆盖到的地区和专有军事领域。

产品适用领域有:应急体系、军队、武警、公安、国安、消防、交通、能源、环保、自然资源、运输等各行各业。

系统组成:神通?型由超薄的安装于移动载体的相控阵天线和内部的控制器组成。

外部安装天线内置BUC(可外置以增加发射功率)和LNB，控制器为天线提供电源并控制相控阵天线的运动。

系统特点:, 全自动对星;, 采用GPS信号，自动捕获并跟踪卫星(无GPS时可自动盲扫), 运动中自动寻找卫星信号最大值;, 控制系统可以使之快速从视线遮挡中恢复，天线使用机械和电子混合扫描，保持指向精度;, 邻星干扰保护:如果天线指向偏离大于0.5度，发射链路自动关闭，直到指向误差被天线的跟踪系统纠正。

, 设备采用标准机架安装，同时优化设计适用于移动载体，易于安装和维护。

北方神通,北京,通信技术有限公司神通?型性能指标1. 天线主体型号:ST-2K技术指标:频率范围: 极化调整误差: <1?发送: 14.0-14.5 GHz 天线单元:接收: 12.25-12.75 GHz 尺寸: 1360×1200×248mm(L×W×H)数据速率:重量:?40Kg 发送(回传链路):64kbps,4096 Kbps电性能指标 (外置40W BUC)(根据不同的卫星和地区会有变电源: 30VDC化) 功耗: ?70W 接收(前向链路):大于15 Mbps电源接头: TNC 增益:TX: 33.5dBi 射频接头: TNCRX: 33.5dBi 机械性能指标极化:线极化/圆极化(自动控制)俯仰范围: 20? - 70? 上行 EIRP: 49.5dBw(40w BUC)G/T: 9 dB/K @30度方位范围: 360?连续旁瓣电平:<-14dB 跟踪速率: 60?/s 交叉极化:,27dB极化范围: -90º , +90º IF输入/输出: L频段950-2050MHz工作温度 : 捕获和跟踪:信号捕获并锁定:自动，<60秒天线主体单元: -40?,+55?C极化角调整:自动贮存温度: -50º ,+70ºC 跟踪速率: 45?/秒相对湿度: <90% 重新捕获: <20秒仰角捕获误差:<0.3? 运动速度: ?350 Km/h极化角捕获误差:<0.35?北方神通,北京,通信技术有限公司2. 天线控制器天线控制器作为系统的室内单元，主要完成供电，给天线提供控制信号，以及完成人机操作等工作。

相控阵天线设计方案一、相控阵天线需求分析1.天线应用场景图1-(a)图1-(b)如图1所示，定义XOY平面为天线安装面，天线采用平板结构外形，与天花板共形安装。

为了实现AP的远距离覆盖能力，天线需要在天花板平面具备高增益特性；在AP的高密度部署区域，需要天线波束集中于垂直向下区域，同时窄波束有利于降低AP之间的相互干扰。

由此可知，天线需要具备高增益、大角度覆盖的能力。

2.天线指标要求图25G频段：4.9GHz~5.9GHz在xz/yz面：第一档：theta=90°增益大于5dB第二档：theta=90°增益比第一档增益下降4dB第三档：theta=90°/-90°增益小于-9dBtheta=60°/-60°增益小于-6dB2.4G频段：2.4GHz~2.49GHz在xz/yz面：第一档：theta=90°增益大于3dB第二档：theta=90°增益比第一档增益下降4dB第三档：theta=90°/-90°增益小于-9dBtheta=60°/-60°增益小于-6dB根据图2坐标定义，天线波束需要具备在±90°角度内满足大角度、高增益扫描状态。

图3根据图3阵列布局要求，每个天线子阵采用线阵形式，各自覆盖俯仰0°~90°角度，最终实现整阵对于下半空间的全覆盖。

二、天线设计方案阵列天线的大角度扫描是阵列天线设计的一大难点。

从理论上讲阵列的天线增益满足：阵列增益=单元增益+阵因子增益，天线单元的广角辐射特性决定了阵列波束的宽角扫描特性。

当阵列主波束扫描时，随着扫描角度的不同，其增益也在天线单元方向图的限制范围内改变。

当阵列波束扫描至天线单元的增益降至-3dB 的角度时，阵列增益将减小-3dB。

因此，天线单元的3dB 波束覆盖范围，也是阵列的3dB 波束扫描范围。