淺談有源陣列天線技術的應用

羅昕瑜

成都樹德中學（光華校區(qū)）

淺談有源陣列天線技術的應用

羅昕瑜

成都樹德中學（光華校區(qū)）

有源陣列天線技術是未來階段下天線技術的重要發(fā)展方向，在下一階段，會朝著低噪聲、高功率的方向發(fā)展，有源陣列天線的應用有效提升了設備的綜合性能。本文主要針對有源陣列天線的應用進行分析。

有源陣列天線 技術特點 應用

天線理論和技術自上世紀最后的二十年至今發(fā)生了很大的變化，有源天線(Active Antenna)尤其是有源陣列天線(Active Array Antenna)的深入研究可以說是其中一個相當重要的部分，并且現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛的應用。有源陣列天線是由有源電路和陣列中的輻射單元或者子陣通道連接組成的接受和發(fā)射電磁波的系統(tǒng)。有源陣列天線現(xiàn)在廣泛使用在雷達，通信，電子對抗等各領域中。它的主要作用是輻射和接受電磁信號，諧振、濾波和功率放大。電子器件的發(fā)展帶動了有源陣列天線的不斷發(fā)展，我們現(xiàn)在主要使用的有源陣列天線是建立在上世紀八十年代開始的MMIC與微帶天線技術迅速發(fā)展的基礎上的。在此之前，有源陣列天線經(jīng)歷了最早的電子管時代，當時的有源天線局限在單元天線的發(fā)展，上世紀六十年代到八十年底，經(jīng)歷了場效應管時代。在當今隨著數(shù)字信號處理和微波集成電路技術越來越成熟，有源陣列天線擁有美好的前景。

1 有源陣列天線的組成結構和技術特點

由天線和有源電路是有源陣列天線的基本組成部分。雙方各自發(fā)揮自己的作用，又互為電路的一部分，成為一個整體。這是基于改進系統(tǒng)性的要求而設計得到的。因為有源組件是直接和天線單元相連的，相對于傳統(tǒng)的無源陣列天線，可以使系統(tǒng)具有更高的信噪比，更好的阻抗匹配和更寬的頻帶。由多數(shù)量的T/R組件和輻射模塊組成的有源陣列天線，可以單獨控制每個輻射模塊的頻率、幅度、相位，形成或單個，或多個的波束。以及控制控制波束的指向和結構，達到大角度范圍靈活掃描的要求。有源陣列天線實現(xiàn)的功能遠遠超出了傳統(tǒng)的無源陣列天線，具體可以體現(xiàn)在采用了有源電路設計后能夠獲得了更大的帶寬，改善阻抗匹配，提高轉換效率。在射頻損耗大為減少，降低傳輸損耗的情況下，保證了較高的射頻能量發(fā)射和接收效率，對幅度和相位完成靈活的控制。由于組成有源陣列的部件采用了大量的微波單片集成電路器件，這樣可以縮小天線的體積，改善陣面的設計結構，既降低了成本，也降低了微波元器件的功率要求，這樣就可以對系統(tǒng)的可靠性，工作的有效性和天線的響應速度產生積極作用。有源發(fā)射陣列還可以通過空間功率合成的應用，實現(xiàn)大的等效輻射功率和干擾功率大小以及指向的靈巧控制。可以識別目標，易于進行發(fā)射功率管理，增強電磁隱蔽性，高數(shù)據(jù)率有利于實現(xiàn)更大的孔徑功率和更低的天線副瓣，在更遠覆蓋范圍的基礎上同時跟蹤多批目標，實現(xiàn)天線的設計標準化可以縮短系統(tǒng)的研制周期和降低天線的生產成本。

2 有源陣列天線中關鍵技術的應用

有源陣列天線是基于超大規(guī)模的集成電路、現(xiàn)代相控陣理論、現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術。先進固態(tài)器件。光電技術的基礎上產生的。其關鍵技術包括了T/R組件、饋電網(wǎng)絡、天線信號處理與數(shù)字波束形成技術、直接數(shù)字合成（DDS）技術。T/R組件稱得上是功能實現(xiàn)的基礎器件，構成了有源孔徑的核心部分，是發(fā)展有源陣列技術的關鍵，決定了有源陣列天線系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。有源陣列天線的饋電網(wǎng)絡是極低功率電平的集中強制饋電。有源天線先進的信號處理技術和數(shù)字波束形成技術可使系統(tǒng)的性能大幅提升，完成靈活的發(fā)射和接收波束輸出?？赏瑫r產生多個獨立可控的波束卻不損失信噪比，由矢量控制波束特性，實現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)采集率，減少波束駐留時間。有源天線所采用的DDS技術發(fā)揮了高穩(wěn)定密集跳頻特性，相位和頻率調整靈活，頻率轉換時間短相位噪聲低等優(yōu)點。

3 結論

有源陣列天線系統(tǒng)已經(jīng)越來越普遍的運用在現(xiàn)代通信、雷達、電子戰(zhàn)等各類信息領域中，并且發(fā)揮著十分重要的作用。隨著這些領域的不斷發(fā)展，對天線系統(tǒng)的要求也越來越高。不僅要求天線具備低的形面變形，低重量，低成本，易于組裝，可以使用微波集成電路，還要求實現(xiàn)多波段、多極化、可變視角和可變波束寬度，能夠實現(xiàn)頻率復用并能與使用相同頻段的其他天線實現(xiàn)較好的隔離等等。在電子戰(zhàn)方面更是提出了更高速更精確的要求。正是有源陣列天線理論和技術的高速發(fā)展使它的特性正好能夠滿足了以上的種種要求。有源陣列天線的發(fā)展方向正好是提高功率和頻譜利用率的有益措施，還可以縮小體積，增強功能，減少損耗，降低干擾。適合在地面以及各種移動平臺上使用。有源陣列天線已經(jīng)成為未來天線技術的發(fā)展方向之一，在各種應用領域中都具有非常大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

[1] 賴凡,王守祥,何晉滬.微系統(tǒng)技術創(chuàng)新發(fā)展策略研究[J].微電子學. 2015(01)

[2] 戈江娜,劉文杰,郝金中,李亞麗,劉杰.基于氮化鋁技術的X波段瓦片式T/R組件的研制[J]. 無線電工程. 2015(04)

[3] 陸振林,趙元富,焦燁,韓逸飛,趙光忠.基于局部動態(tài)自重構的微系統(tǒng)芯片低功耗設計研究[J]. 微電子學與計算機. 2015(11)

[4] 謝義水.毫米波有源相控陣射頻前端集成制造技術[J]. 機電產品開發(fā)與創(chuàng)新. 2013(06)