相控陣天線設計方案

相控陣天線設計方案、相控陣天線需求分析1.天線應用場景圖1-(b)如圖1所示，定義XOY平面為天線安裝面，天線采用平板結(jié)構(gòu)外形，與天花板共形安裝。為了實現(xiàn)AP的遠距離覆蓋能力，天線需要在天花板平面具備高增益特性；在AP的高密度部署區(qū)域，需要天線波束集中于垂直向下區(qū)域，同時窄波束有利于降低AP之間的相互干擾。由此可知，天線需要具備高增益、大角度覆蓋的能力。2.天線指標要求圖25G頻段：4.9GHz?5.9GHz在xz/yz面：第一檔：theta=90° 增益大于5dB第二檔：theta=90° 增益比第一檔增益下降4dB第三檔：theta=90°/-90° 增益小于-9dBtheta=60°/-60°增益小于-6dB2.4G頻段：2.4GHz?2.49GHz在xz/yz面：第一檔：theta=90° 增益大于3dB第二檔：theta=90° 增益比第一檔增益下降4dB第三檔：theta=90°/-90° 增益小于-9dBtheta=60°/-60°增益小于-6dB根據(jù)圖2坐標定義，天線波束需要具備在±90°角度內(nèi)滿足大角度、高增益掃描狀態(tài)。

根據(jù)圖3陣列布局要求，每個天線子陣采用線陣形式，各自覆蓋俯仰0°~90°角度，最終實現(xiàn)整陣對于下半空間的全覆蓋。二、天線設計方案陣列天線的大角度掃描是陣列天線設計的一大難點。從理論上講陣列的天線增益滿足：陣列增益=單元增益+陣因子增益，天線單元的廣角輻射特性決定了陣列波束的寬角掃描特性。當陣列主波束掃描時，隨著掃描角度的不同，其增益也在天線單元方向圖的限制范圍內(nèi)改變。當陣列波束掃描至天線單元的增益降至-3dB的角度時，陣列增益將減小-3dB。因此，天線單元的3dB波束覆蓋范圍，也是陣列的3dB波束掃描范圍。如圖4,虛線是微帶單元增益曲線；實線是陣列天線波束掃描圖。所以，如何實線天線的寬角輻射特性是陣列天線大角度掃描的關鍵所在。單元類型：為了實現(xiàn)天線的廣角輻射特性，采用可重構(gòu)天線技術。天線的可重構(gòu)是基于調(diào)整集成于輻射口徑的諸如開關、變?nèi)荻O管等可變器件的狀態(tài)，實現(xiàn)對天線性能的重構(gòu)。根據(jù)對天線性能的需求分析，要求天線方向圖為半球形式，且具有較高的天線輻射增益。本設計天線采用方向圖重構(gòu)技術，天線結(jié)構(gòu)簡單，重構(gòu)易于實現(xiàn)，不需要增加多余的集成器件。如下圖所示：圖5-(b)天線單元由兩個180。對稱的折合陣子組成，陣子長度為入g/2（Xg介質(zhì)波長），每個陣子在中心處折疊90。，形成一個方環(huán)形狀，面積為入g/4*入g/4；為了保證大線輻射方向圖為半球狀，在距離輻射介質(zhì)板h2處設置大線反射地。陣子饋電端口分別在Portl和Port2，分別對Portl和Port2進行等幅同相和反相饋電，大線方向圖如下：ISO ISO圖6陣子天線在等幅同相饋電時，天線單元為側(cè)射形式，最大增益為法向；陣子天線在等幅反相饋電時，天線單元為水平全向形式，最大增益在水平面附近。通過以上單元形式，可實現(xiàn)方向圖重構(gòu)，大線單元具備廣角輻射特性。陣面設計根據(jù)大線增益要求，大線陣列采用1x5線陣形式實現(xiàn)。由于天線單元的重構(gòu)方向圖呈現(xiàn)全向和法向兩種波束狀態(tài)，當陣列采用等幅同相饋電時，天線波束最大指向為水平和垂直兩種狀態(tài)，分別對應大線的第一和第三檔波束要求；同時，在重構(gòu)方向圖為法向輻射

時，對陣列進行相控設計，實現(xiàn)天線的第二檔波束要求。存在的難點天線帶寬：對于5G天線，工作帶寬為4.9GHz?5.9GHz,相對帶寬約為20%，對平板形式天線實現(xiàn)存在難度，建議工作帶寬為5.6GHz?5.9GHz。天線尺寸：對于5G天線，1x5線陣長度至少為100mm；對于2.4G天線，1x5線陣長度至少為200mm，所以采用圖3的布陣形式實現(xiàn)，陣面尺寸至少為400mm*400mm。天線隔離度：天線的隔離度通常取決于天線間距以及方向圖屬性。當各個陣列間距增大時，可以有效改善天線隔離度；在受限于天線陣列尺寸的前提下，方向圖分別處于三個不同狀態(tài)時，陣列之間隔離度很難保證大于20dB。三、組件設計方案1收發(fā)組件概述:驅(qū)動增益補償末級功放LNA限幅器數(shù)控 數(shù)控衰減 移相環(huán)形器驅(qū)動增益補償末級功放LNA限幅器數(shù)控 數(shù)控衰減 移相環(huán)形器圖7C波段收發(fā)組件包括發(fā)射支路和接收支路，在發(fā)射周期內(nèi)，發(fā)射支路工作，接收支路不工作，發(fā)射支路將從信號處理單元傳遞過來的信號進行預防大、衰減、移相、最后通過末級功率放大器實現(xiàn)大信號功率輸出，傳遞給輻射單元（天線）在接收周期內(nèi)，接收支路工作，發(fā)射支路不工作，接收支路將從天線接收到的微弱信號，進行低噪聲放大、移相、衰減、傳遞給信號處理單元；為了降低成本，簡化電路，將數(shù)控衰減和數(shù)控移相設計在公共支路上，通過開關選擇發(fā)射支路或者接收支路，數(shù)控移相器、數(shù)控衰減器用于對通道相位和幅度的控制，在組件內(nèi)采用SPI總線對組件實現(xiàn)電源、信號統(tǒng)一控制，從而可以減少數(shù)字芯片數(shù)量和縮小組件體積，組件具備溫度檢測功能。2.功能要求和性能指標2.1功能要求發(fā)射支路的功能為：將收發(fā)處理模塊輸出的C頻段信號進行預放大、移相、衰減、路徑選擇后，送入發(fā)射通道對信號進行功率放大，最終將所需幅度、相位的信號送至天線單元。接收支路的功能為:將天線接收到的信號進行低噪聲放大、移相、衰減、增益補償后，饋送至輸出端口輸出。2.2性能指標要求表4-1給出了發(fā)射組件的技術指標要求：表4-1收發(fā)組件技術指標序號項目技術要求備注1.工作頻率5.4GHz(BWN500MHz)2.發(fā)射輸入功率0dBm3.發(fā)射輸出功率P]-1N30dBm全溫范圍4.發(fā)射功率平坦度W2dB（全帶寬）；W0.5dB（任意20MHz帶寬）；大功率狀態(tài)

5.發(fā)射功率穩(wěn)定性大功率狀態(tài)時：在負載輸入駐波比W3：1的情況下，工作穩(wěn)定無自激；在負載輸入駐波比W5：1的情況下，不燒毀；6.接收增益N20dB7.接收噪聲系數(shù)W2dB8.接收增益平坦度W±1dB9.6位數(shù)控衰減器0.5dB步進；10.衰減精度±(0.5dB+10%Ai)11.衰減范圍0.5dB~31.5dB12.6位數(shù)控移相器5.625°步進13.移相精度5°(RMS)14.移相范圍0°--354.375°15.輸入輸出端口阻抗50Q設計保證16.輸入駐波比<2：117.大功率工作時間N4小時（常溫）整機液冷條件下18.溫度測量精度W5笆，數(shù)字輸出設計保