相控阵天线设计方案

相控阵天线设计方案、相控阵天线需求分析1.天线应用场景图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。

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。如图4,虚线是微带单元增益曲线；实线是阵列天线波束扫描图。所以，如何实线天线的宽角辐射特性是阵列天线大角度扫描的关键所在。单元类型：为了实现天线的广角辐射特性，采用可重构天线技术。天线的可重构是基于调整集成于辐射口径的诸如开关、变容二极管等可变器件的状态，实现对天线性能的重构。根据对天线性能的需求分析，要求天线方向图为半球形式，且具有较高的天线辐射增益。本设计天线采用方向图重构技术，天线结构简单，重构易于实现，不需要增加多余的集成器件。如下图所示：图5-(b)天线单元由两个180。对称的折合阵子组成，阵子长度为入g/2（Xg介质波长），每个阵子在中心处折叠90。，形成一个方环形状，面积为入g/4*入g/4；为了保证大线辐射方向图为半球状，在距离辐射介质板h2处设置大线反射地。阵子馈电端口分别在Portl和Port2，分别对Portl和Port2进行等幅同相和反相馈电，大线方向图如下：ISO ISO图6阵子天线在等幅同相馈电时，天线单元为侧射形式，最大增益为法向；阵子天线在等幅反相馈电时，天线单元为水平全向形式，最大增益在水平面附近。通过以上单元形式，可实现方向图重构，大线单元具备广角辐射特性。阵面设计根据大线增益要求，大线阵列采用1x5线阵形式实现。由于天线单元的重构方向图呈现全向和法向两种波束状态，当阵列采用等幅同相馈电时，天线波束最大指向为水平和垂直两种状态，分别对应大线的第一和第三档波束要求；同时，在重构方向图为法向辐射

时，对阵列进行相控设计，实现天线的第二档波束要求。存在的难点天线带宽：对于5G天线，工作带宽为4.9GHz〜5.9GHz,相对带宽约为20%，对平板形式天线实现存在难度，建议工作带宽为5.6GHz〜5.9GHz。天线尺寸：对于5G天线，1x5线阵长度至少为100mm；对于2.4G天线，1x5线阵长度至少为200mm，所以采用图3的布阵形式实现，阵面尺寸至少为400mm*400mm。天线隔离度：天线的隔离度通常取决于天线间距以及方向图属性。当各个阵列间距增大时，可以有效改善天线隔离度；在受限于天线阵列尺寸的前提下，方向图分别处于三个不同状态时，阵列之间隔离度很难保证大于20dB。三、组件设计方案1收发组件概述:驱动增益补偿末级功放LNA限幅器数控 数控衰减 移相环形器驱动增益补偿末级功放LNA限幅器数控 数控衰减 移相环形器图7C波段收发组件包括发射支路和接收支路，在发射周期内，发射支路工作，接收支路不工作，发射支路将从信号处理单元传递过来的信号进行预防大、衰减、移相、最后通过末级功率放大器实现大信号功率输出，传递给辐射单元（天线）在接收周期内，接收支路工作，发射支路不工作，接收支路将从天线接收到的微弱信号，进行低噪声放大、移相、衰减、传递给信号处理单元；为了降低成本，简化电路，将数控衰减和数控移相设计在公共支路上，通过开关选择发射支路或者接收支路，数控移相器、数控衰减器用于对通道相位和幅度的控制，在组件内采用SPI总线对组件实现电源、信号统一控制，从而可以减少数字芯片数量和缩小组件体积，组件具备温度检测功能。2.功能要求和性能指标2.1功能要求发射支路的功能为：将收发处理模块输出的C频段信号进行预放大、移相、衰减、路径选择后，送入发射通道对信号进行功率放大，最终将所需幅度、相位的信号送至天线单元。接收支路的功能为:将天线接收到的信号进行低噪声放大、移相、衰减、增益补偿后，馈送至输出端口输出。2.2性能指标要求表4-1给出了发射组件的技术指标要求：表4-1收发组件技术指标序号项目技术要求备注1.工作频率5.4GHz(BWN500MHz)2.发射输入功率0dBm3.发射输出功率P]-1N30dBm全温范围4.发射功率平坦度W2dB（全带宽）；W0.5dB（任意20MHz带宽）；大功率状态

5.发射功率稳定性大功率状态时：在负载输入驻波比W3：1的情况下，工作稳定无自激；在负载输入驻波比W5：1的情况下，不烧毁；6.接收增益N20dB7.接收噪声系数W2dB8.接收增益平坦度W±1dB9.6位数控衰减器0.5dB步进；10.衰减精度±(0.5dB+10%Ai)11.衰减范围0.5dB~31.5dB12.6位数控移相器5.625°步进13.移相精度5°(RMS)14.移相范围0°--354.375°15.输入输出端口阻抗50Q设计保证16.输入驻波比<2：117.大功率工作时间N4小时（常温）整机液冷条件下18.温度测量精度W5笆，数字输出设计保