二维点阵式多波束相控阵及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种二维点阵式多波束相控阵及其设计方法，其中二维点阵式多波束相控阵包括：多路并行的输入功分传输线、多路并行的输出功分传输线、多个幅相控制单元和多个可调电阻负载单元，多路并行的输入功分传输线与多路并行的输出功分传输线交错排布，每路输入功分传输线分出多路输入线，每路输入线分别与一个幅相控制单元连接，每路输出功分传输线分出多路输出线，每路输出线分别与一个幅相控制单元连接，每路输入功分传输线输出端和每路输出功分传输线输入端分别与一个可调电阻负载单元连接。本发明专利技术提供了一种尺寸较小、结构简单的二维点阵式多波束相控阵，有效提高了多波束相控阵芯片设计的集成度，降低成本，应用广泛。应用广泛。应用广泛。

【技术实现步骤摘要】
二维点阵式多波束相控阵及其设计方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种二维点阵式多波束相控阵及其设计方法。

技术介绍

[0002]随着相控阵雷达的不断发展，人们对天线波速控制的需求不断提高，对控制电路的研究也更加深入。多波束相控阵雷达通过同时形成多波束能实现快速扫描探测空域，并且还可以有效跟踪多个快速移动目标，是相控阵雷达一大优势。传统的多波束相控阵主要通过威尔金森结构等电长度相关尺寸的功分器实现信号的分配，随着波束的增加，这类功分器的分配网络会由于有多路走线且出现较多的交叉变得极为复杂，尺寸也成比例增加，这导致功率分配合成网络的尺寸会逐渐超过波束幅相控制单元，且插损成比例增加。
[0003]即使通过单片微波集成电路（MMIC）技术能有效减小相控阵的尺寸，但是多波束功率合成网络随着波束增加，设计难度也在增加，且所占用面积会成为限制芯片小型化、降低成本的主要难点。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是传统的多波束相控阵随着波束的增加，功分器的分配网络会变的极为复杂，尺寸成比例增加，导致功率分配合成网络的尺寸会逐渐超过波束幅相控制单元，且插损成比例增加。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种二维点阵式多波束相控阵，包括：多路并行的输入功分传输线、多路并行的输出功分传输线、多个幅相控制单元和多个可调电阻负载单元，其中，多路并行的输入功分传输线与多路并行的输出功分传输线交错排布，每路所述输入功分传输线分出多路输入线，每路所述输入线分别与一个所述幅相控制单元连接，每路所述输出功分传输线分出多路输出线，每路所述输出线分别与一个所述幅相控制单元连接，每个所述幅相控制单元分别与一路所述输入线和一路所述输出线连接，每路输入功分传输线输出端和每路输出功分传输线输入端分别与一个所述可调电阻负载单元连接。
[0006]优选地，所述输入功分传输线和所述输出功分传输线均包括互连传输段、负载吸收传输段和相位补偿传输段三种类型传输段；其中，所述互连传输段设置为特征阻抗为预设阻抗值的均匀传输段；所述负载吸收传输段用于与所述幅相控制单元连接，以使得所述负载吸收传输段和所述幅相控制单元连接整体的等效特征阻抗为预设阻抗值；所述相位补偿传输段用于对信号进行相位补偿，其特征阻抗为预设阻抗值。
[0007]优选地，所有所述输入功分传输线和所有所述输出功分传输线均为预设结构传输线，所述预设结构传输线的首段和尾段均设置为互连传输段，所述预设结构传输线的首段
和尾段之间设置有多段负载吸收传输段，相邻两段负载吸收传输段之间通过一段相位补偿传输段连接，每段所述负载吸收传输段中间分出所述输入线或所述输出线与所述幅相控制单元连接。
[0008]优选地，所述幅相控制单元包括依次连接的第一可调增益放大器、移相控制器和第二可调增益放大器。
[0009]优选地，所述幅相控制单元输入端与接地端之间连接有一个可调电容器，所述幅相控制单元输出端与接地端之间也连接有一个可调电容器。
[0010]优选地，所述可调电阻负载单元包括依次连接的电源供电网络、可调电阻器和旁路电容，其中所述电源供电网络用于隔离所述可调电阻负载单元输入信号中的交流信号并提供直流供电。
[0011]为了解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种所述二维点阵式多波束相控阵的设计方法，包括：确定预设结构传输线的预设阻抗值；测量每个幅相控制单元的输入阻抗和输出阻抗，并基于每个所述幅相控制单元的所述输入阻抗和所述输出阻抗设计与每个所述幅相控制单元连接的负载吸收传输段，以使得每个所述幅相控制单元与与其输入端连接的负载吸收传输段为整体时等效输入特征阻抗为所述预设阻抗值，每个所述幅相控制单元与与其输出端连接的负载吸收传输段为整体时等效输出特征阻抗为所述预设阻抗值；对所有所述幅相控制单元进行摆放，测量每个所述负载吸收传输段与与其相连的所述幅相控制单元作为整体时信号经过所产生的相移，并分别基于所述相移对用于连接于对应所述负载吸收传输段输出端的相位补偿传输段进行设计；基于所有所述幅相控制单元的摆放顺序，对所有设计好的所述负载吸收传输段和所有设计好的所述相位补偿传输段对应进行连接，以形成多路并行的临时输入功分传输线和多路并行的临时输出功分传输线，多路并行的临时输入功分传输线和多路并行的临时输出功分传输线交错排布，同时每段所述负载吸收传输段中间分出输入线或输出线与所述幅相控制单元对应连接；对所有可调电阻器进行摆放，并基于所有所述可调电阻器的摆放、所有信号输入接口和所有信号输出接口，在每路所述临时输入功分传输线两端和每路所述临时输出功分传输线两端分别设计互连传输段，再将所有设计好的互连传输段分别与对应所述临时输入功分传输线和所述临时输出功分传输线进行连接，形成多路并行的输入功分传输线和多路并行的输出功分传输线；通过地屏蔽隔离方式对所有所述输入功分传输线和所述输出功分传输线的交错接口进行设置，以使得所有所述交错接口处的所述输入功分传输线和所述输出功分传输线的信号传输不受影响。
[0012]优选地，测量每个幅相控制单元的输入阻抗和输出阻抗，并基于每个所述幅相控制单元的所述输入阻抗和所述输出阻抗设计与每个所述幅相控制单元连接的负载吸收传输段，以使得每个所述幅相控制单元与与其输入端连接的负载吸收传输段为整体时等效输入特征阻抗为所述预设阻抗值，每个所述幅相控制单元与与其输出端连接的负载吸收传输段为整体时等效输出特征阻抗为所述预设阻抗值步骤还包括：
在部分或全部所述幅相控制单元的输入端与接地端之间以及输出端与接地端之间分别连接一个可调电容器，并对当前设计好的所述负载吸收传输段进行调整，以使得每个连接有可调电容器的所述幅相控制单元与与其输入端连接的负载吸收传输段为整体时等效输入特征阻抗为所述预设阻抗值，每个连接有可调电容器的所述幅相控制单元与与其输出端连接的负载吸收传输段为整体时等效输出特征阻抗为所述预设阻抗值。
[0013]优选地，还包括：在所有所述可调电阻器输入端分别连接一个电源供电网络，在所有所述可调电阻器输出端分别连接一个旁路电容。
[0014]优选地，所述相位补偿传输段由右手传输段和互连传输段设计而成。
[0015]与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：应用本专利技术实施例提供的二维点阵式多波束相控阵，多路并行的输入功分传输线和多路并行的输出功分传输线交错排布形成的功率分配网络穿插在幅相控制单元之间，有效避免了传统功分结构所占用面积，同时减小了幅相控制单元的输入输出匹配网络尺寸，除此之外还避免多路输入功分传输线或多路输出功分传输线的交叉设置，减小传输线交叉耦合所产生的干扰，以实现任意输入输出波束的集成，在单芯片集成中具有较大的优势和应用空间以应用于半导体领域。即本专利技术提供了一种尺寸较小、结构简单的二维点阵式多波束相控阵，有效提高了多波束相控阵芯片设计的集成度，降低成本，可广泛应用于射频/微波/毫米波频段的无线通信系统当中。
附图说明
[0016]附图用来提供对本专利技术的进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维点阵式多波束相控阵，其特征在于，包括：多路并行的输入功分传输线、多路并行的输出功分传输线、多个幅相控制单元和多个可调电阻负载单元，其中，多路并行的输入功分传输线与多路并行的输出功分传输线交错排布，每路所述输入功分传输线分出多路输入线，每路所述输入线分别与一个所述幅相控制单元连接，每路所述输出功分传输线分出多路输出线，每路所述输出线分别与一个所述幅相控制单元连接，每个所述幅相控制单元分别与一路所述输入线和一路所述输出线连接，每路输入功分传输线输出端和每路输出功分传输线输入端分别与一个所述可调电阻负载单元连接。2.根据权利要求1所述的相控阵，其特征在于，所述输入功分传输线和所述输出功分传输线均包括互连传输段、负载吸收传输段和相位补偿传输段三种类型传输段；其中，所述互连传输段设置为特征阻抗为预设阻抗值的均匀传输段；所述负载吸收传输段用于与所述幅相控制单元连接，以使得所述负载吸收传输段和所述幅相控制单元连接整体的等效特征阻抗为预设阻抗值；所述相位补偿传输段用于对信号进行相位补偿，其特征阻抗为预设阻抗值。3.根据权利要求2所述的相控阵，其特征在于，所有所述输入功分传输线和所有所述输出功分传输线均为预设结构传输线，所述预设结构传输线的首段和尾段均设置为互连传输段，所述预设结构传输线的首段和尾段之间设置有多段负载吸收传输段，相邻两段负载吸收传输段之间通过一段相位补偿传输段连接，每段所述负载吸收传输段中间分出所述输入线或所述输出线与所述幅相控制单元连接。4.根据权利要求1所述的相控阵，其特征在于，所述幅相控制单元包括依次连接的第一可调增益放大器、移相控制器和第二可调增益放大器。5.根据权利要求4所述的相控阵，其特征在于，所述幅相控制单元输入端与接地端之间连接有一个可调电容器，所述幅相控制单元输出端与接地端之间也连接有一个可调电容器。6.根据权利要求1所述的相控阵，其特征在于，所述可调电阻负载单元包括依次连接的电源供电网络、可调电阻器和旁路电容，其中所述电源供电网络用于隔离所述可调电阻负载单元输入信号中的交流信号并提供直流供电。7.一种权利要求1
‑
6中任一项所述二维点阵式多波束相控阵的设计方法，包括：确定预设结构传输线的预设阻抗值；测量每个幅相控制单元的输入阻抗和输出阻抗，并基于每个所述幅相控制单元的所述输入阻抗和所述输出阻抗设计与每个所述幅相控制单元连接的负载吸收传输段，以使得每个所述幅相控制单元与与其输入端连接的负载吸收传输段为整体时等效输入特征阻抗为所述预设阻抗值，每个所述幅相...

【专利技术属性】
技术研发人员：周甲武，郑骎，刘利平，
申请(专利权)人：浙江铖昌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：