一种低成本Ka波段瓦片式有源相控阵天线

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

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