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TechnicalFeature 技术特写

Analog
Beam Steering Analog Elements
Control ICs on Antenna Element Beam or
Front Side on Back Side Weights LNAs Columns
Φ
Power Φ
Combiner
Φ
ADC ∑ Φ
Mixer Φ
Φ
Φ
Φ

图8：模拟波束赋形。
Analog
图6：全硅架构使得射频前端能够嵌入阵 Elements
or
列内，即安置在天线背面。 Mixer LNAs Columns
ADC
ADC
ADC
Digital ADC
Beam
Weights ADC
ADC
图7：Anokiwave出品的全硅天线阵，含
256个单元。 ADC
ADC
一步抬高了系统成本。为了在开关机过
程中保护这些器件，需要引入直流定序 图9：数字波束赋形。
器以保证正负电压同时流通，这又增加
了系统复杂度、加大了成本。 为它们极需要压低成本。此架构的其他
优点包括：
全硅阵列 • 硅芯片与主机之间可以实现遥测，
第二种有源天线架构是全硅阵列， 对于管控系统运行状态及安排预防
其波束控制IC位于内部（图6）。波束 性维护措施十分有用
导向控制IC包含了发射输出、接收输 • 只需要一个电源电压
入、增益控制以及相位控制器件，全部 • 无需直流定序器，从而降低了系统
集成在一块硅片上。芯片可以是单一发 的成本和复杂度。
射器、单一接收器或是半双工发射/接 全硅架构的问题有：
收器。将硅片置于阵列内，能够减小芯 • 每个阵列所需的IC数量为N/4，其中
片与发射单元之间的馈电损耗。此种平 N为阵列中的发射单元的个数；每个
面结构中，控制IC安装在多层PCB的前 控制IC驱动四个天线单元
面，发射单元位于背面。如图6所示，每 • 每个单元的发射功率通常限定在
个控制IC驱动四个发射单元。 +20dBm，远低于GaAs或GaN工艺所
该架构的优点在于可以将馈电损耗 能实现的功率。
尽可能地降低，从而使发射EIRP和接收 不过，只要采用最低成本的半导
G/T的效率达到最大。同时，由于各个 体工艺就足以抵消此结构对IC数量需求
发射单元振幅和相位设置均不同，便可 大的劣势。有源发射天线的EIRP值为
以实现LEO/MEO卫星通信、移动卫星通 20log(N)，通过扩展阵列，便可以充分
信和高密度城区所需的全幅二维扫描。
这种架构只采用了硅工艺，产能高、成 表1 模拟波束赋形
本最低、供应商充沛，无疑是另一大优
优点 缺点
势。一块硅晶片直径一般为12英寸，其
表面积是6英寸GaAs和GaN片的四倍。 硬件最容易实现
硅材料集成度高，能够实现片上系统， 在高频段，硬件仍可以置
于阵内（仅限全硅阵列） 受硬件限制，波束
因此可以植入一些功能来免去阵列校准 数量固定
的必要。这些对毫米波卫星通信和5G有 全阵增益可影响到波束
源天线等大规模市场而言非常重要，因 系统直流功率最低

62 Microwave Journal China 微波杂志 Mar/Apr 2018