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频率控制有源相控阵(原文出处:电器与电子工程师协微波和无线元器件论文第14卷3号,2004年3月)作者:电器与电子工程师协会学生会员:TakahideNishio、HaoXin、YuanxunWang、TatsuoItoh。摘要本文将介绍一个频率可控的有源相控阵,其在目前的基站应用上具有很好的经济效益。不借助任何相移组件,在固定的射频频率下通过控制本振频率进行波束简单的控制。通过使用外插混频的方法和新馈电网络,那些在一般的频率控制相控阵中常见的波束偏移和图形失真现象将会大大减少。这个MMIC放大器为20GHz射频信号提供超过20分贝增益,单边带抑制和降噪可达40分贝以上。该阵列在k波段发射时,、。关键字:波速控制;微波通信;相控天线阵;雷达应用一说明近年来,有源相控阵在雷达和无线通讯领域已经受到了广泛的关注。一般的相控阵是通过控制每一个阵元的相位滞后量,延时相加形成波束并通过成比例的增加阵元的数量来提高传输容量。然而,在商业应用上,这种相控阵需要大量高分辨率的射频移相器和复杂的控制电路才能满足我们的应用所需,其造价非常昂贵,所以并不切合实际。相对而言,频率控制相控阵,只使用固定的延迟线,通过延迟线来进行必要的相位移动从而轻松的改变辐射的频率来实现波束控制,而不必使用这些昂贵的射频移相器组件【1】。在实际的相控阵应用中,为了维持一个恒定的辐射频率,在【2】-【4】中提出了使用外差混频的模拟网络形成波束的几个方法,并且已经成功的出台了频率扫描阵列天线【5】,但是串馈网络设计和贴片天线的应用极大地限制了可操作的带宽,而且延迟线会造成阵元之间的辐射功率不同,进而导致接收的图像失真。此外,射频器前端没有有源器件和过滤器将极大地限制其在实际的应用中发射频率和接收灵敏度,而且外差混频器还会产生的带宽抑制、噪音和互扰的辐射等缺点。在本文中,成功推出一个在使用外插混合的概念的同时还能保持恒定的辐射频率的频率控制扫描的有源相控阵。该电路将侧重于限制波束偏移、改善幅度失衡、增加带宽以及抑制边带和噪声的设计方案并且通过一系列实验结果来进行验证。二电路的概述图1频率控制的有源相控阵结构图1所示,是一个频率控制有源相控发射器的框图。整个阵列是由本地振荡频率和中频馈电网络,延迟线、外插混频器、射频运算放大器、天线阵列组成。中频馈电网络提供振幅和相位分布相对应的调制信号,并运用多元的引线键合工艺与本机振荡器交叉连接。并且,这些引线是对称的,在必要的时候虚拟键合的引线也要保持对称,从而降低信号在相位和幅度上有可能出现的误差。与其信号必须都通过延迟线的一般的频率控制相控阵相比,其调制信号不会受到阵元之间的不等的相位滞后量的影响,从而避免了由延迟线造成的主波束偏斜现象。应该注意到,因为在该方案,只有一小部分带宽被使用,所以由于阵元之间的间距固定所引起的带宽不同导致的波束偏斜不显著。另外,再运用本地振荡馈电网络实现延迟线的相位级进分布,可以准确地控制波束的转向。本机振荡器频率为24GHz时,给定阵元间相位差,得到两个有效的波长,通过外差混频,分别确定阵元的射频信号的频率和相对相位如下:()()这个表达式是本机振荡馈电网络阵元之间的相位差和频率之间的函数关系式。理论上,当阵列中的阵元间距为半个波长时,将射频频率固定在2