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文档简介

一种促使相控阵大规模应用的新技术和检验案例李世东,西安电子科技大学华山学者讲座教授技术特点概述:新型、最优相控阵布阵设计和加工结论都是稀布的大幅度降低成本或提高增益解决了缓热的难度更高的可靠性多维框架理论数学模型(立体或平面)What?前言传统和优化阵列的对比传统新技术PART01关键技术特点PART02技术验证和专家认定PART03Ka波段超稀布天线样机

CONTENTS目录PART05技术适用的领域PART06新技术在5G中的好作用PART01关键技术特点数学框架是函数空间里基的延伸:

框架也是用来表达一个函数,但框架一般具有冗余性。冗余使得函数的表达变的灵活,从而有优化的可能。阵列波赋形,无外乎就是函数空间中对函数的刻画。从框架理论来看,传统的半波长分布的阵列布局,用来合成这个子空间里的函数,一般都是有冗余的。可以简化和优化!

阵列和赋形–Aframetheoreticalpointofview关键技术特点TR组件过于昂贵是相控阵难以得到广泛应用的最大障碍。新技术下,阵元个数可以只是传统半波长满布阵的50%–

同样孔径,同样的±60°扫描。整个扫描空域内,增益没有明显变化。副瓣变的更低

–等幅、相扫加权,无需特殊加权。造价因此可降低50%–

不管TR的价格在大批量生产下,降到什么价位。阵元个数可以降到半波长满布阵的13%(更低的造价)

–如果扫描的空域角度为±30°。增益只降大致3dBi(传统理念下,阵元降低到13%,阵因子会降低8.86dBi)关键技术特点(续)满布阵散热难,是相控阵广泛应用的另一技术难题和障碍。

新技术下,减少了热源数,大幅度降低了高频下相控阵热设计

–有了方便的空间。5G无线通信中的基站天线需要连续工作,散热变得更为关键。天线的可靠性提高了。减少了A/D转换器和DSP部件的数量,进一步降低造价–因为通道数减少了。简化了后方信号处理的复杂性–同样是因为通道数的减少。关键技术特点(续)大幅度降低了天线的重量和天线占用空间

–这对卫星上和5G基站相控阵的应用有着很大意义。特别适用于宽带、超宽带阵列天线的设计

–为29所设计了一款两倍频的相控阵。可以设计双频共阵

–后续有2倍频,和7倍频案例的介绍。PART02

技术的验证情况

技术验证情况走访了40余家研究所、私人企业和著名专家。得到近10家独立、第三方验证。包括电子科技集团、航天科技集团、兵器工业集团、船舶重工集团等旗下相关研究所,如38所、206所、704所、35所、10所、29所、54所、51所,503所、504所,航天城空间中心,雷达威力,盟升电子,大学院校,等相关单位。获5份第三方正式验证报告–技术获得肯定和技术人员的鼓励。因此,应该能够推动相控阵的广泛应用,尤其在5G基站天线中有不错的应用价值。

技术验证情况新技术设计(18个阵元)HFSS验证结果单元模型阵列模型72%稀疏阵(满布阵抽取)-为成都某单位设计等幅加权,相扫(续)72%稀疏阵:HFSS仿真结果(续)72%稀疏阵:HFSS仿真结果等幅加权,相扫(续)稀疏阵:HFSS仿真结论小结

HFSS验证:50%稀布PART03

天线样机的研制Ka毫米波超稀疏相控阵天线样机超稀疏设计–将传统半波长满布阵的950阵元,大幅降至128阵元。解决了散热难题。降低了制造加工难度。缩减了近800+万元的TR组件成本。可用于探测、制导、特殊通信等领域。尤其可用在5G移动通信基站天线上。在通信、探测、制导等领域均可广泛使用,5G移动通信基站也可应用。105mm156mm投图前最后的HFSS结论128个单元增益=31.20dB副瓣=-18.26dB等幅同相加权!投图前最后的HFSS结论扫描20度增益

=29.62dB副瓣=-16.62dB等幅加权,相扫!对比:最新报道的环阵对比:最新报道的环阵的HFSS结论300个单元增益<30.75dB新技术适用的领域PART4新技术适用的领域领域二Ka,S动中通天线领域一5G无线通信领域四超稀疏相控阵气象雷达卫星通信的动中通天线。需要大角度扫描,但要薄。新技术可以做到薄和低成本。提高预报精度的答案,就是使用相控阵天线,用电扫。机械式的抛物面天线,转动扫描太慢。特大型的相控阵气象雷达太贵。日本在尝试,美国在关注。新技术用在这里,造价可以是传统相控阵天线的10%~20%使气象雷达中使用相控阵变成可能。国内市场需求很大。低成本,易散热,尤其在Ka波段。减少了一半的信号通道数。或以同样成本和信号通道数,以稀布提高增益。新技术适用的领域巨大领域三雷达天线雷达天线

相控阵的应用更是不用说。5G领域应用的潜力新技术对接5G基站中的MIMO相控阵天线的可行性很大。而且市场需求非常大。后续有新技术用在5G中的作用的分析。新技术在5G中的好作用PART5新技术在5G中的好作用5G网络总成本的降低程度可以很可观。减少阵元(通道)个数

相控阵天线成本降低。减少了A/D转换器和DSP个数,进一步降成本。简化了信号处理的算法。阵列增益可提高一倍(或3dB)

–相同通道数(成本)和扫描角度下。在传输质量不变的情况下,可以实现以下3个绿色亮点和2个技术优势。绿色亮点1:降低一半的基站发射功率,从全国(乃至全球)来看,能耗的减少意义重大。绿色亮点2:大幅度减少对人体的辐射,其意义或许是不可估量地重大。

绿色亮点3:5G用户终端的发射功率也得以降低

–因为基站天线增益的提高。进而减少终端的功耗,有实际产品需求!并对环保、节能意义同样非凡。

新技术在5G中的好作用(续)技术亮点1:可以动态地调整发射功率,进而大幅度提高通信带宽。技术亮点2:增益提高了一倍(3dB),却同时简化了散热的难度,简少了数据流个数,简化了信号处理的复杂度,并同时大幅度减小了天线体的重量。结合1和2两点,既可节省些成本,也可提高些增益(小于3dB)。从而同时享受上述的绿色亮点和技术亮点。结合新技术,从国家标准上,提高5G基站天线的增益指标?比如,把现有的天线增益指标提高3dB,因此,可同时降低一半发射功率(-3dB)。新技术下造价和通道数不变,但增益提高3dB,具有低能耗,低辐射等绿色优势【在±60°扫描要求下

,若增益高3dB,传统方法的造价将是新技术产品的2+2倍(2倍TR价格+2倍A/D转换器和DSP的价格)】。再比如,降低终端设备的能耗标准。这是用户市场需求很严峻的一个亮点。

2倍频双频共阵红点代表Ku的阵元绿点代表Ka的阵元红点代表Ku的阵元绿点代表Ka的阵元2倍频双频共阵@Ka高频2倍频双频共阵@Ku低频

7倍频双频共阵Ku和大S共阵

7倍频双频共阵@Ku高频

7倍频双频共阵@大S低频技术推广现状现有合作:38所,提供一个“只调相”的副瓣抑制方案(圆弧阵),副瓣较传统技术降了近3dB.35所的样机和实测(与设计吻合);54

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