为了提⾼⽆线通信和雷达系统的性能，对天线架构的需求在不断增长。相⽐于传统的机械控制抛物⾯天线，在新型应⽤中需要功耗更⼩，剖⾯更低的天线。除了这些需求之外，还需要快速重新定位到新的威胁或⽤户，传输多个通道，并且有更长的使⽤期限。
基于阵列的相控天线设计正在席卷整个⾏业，使得这些挑战得以实现。先进的半导体技术正在解决相控阵天线过去的缺点，最终在尺⼨、重量和功率⽅⾯有所降低。
本⽂将简要介绍现有的天线解决⽅案以及电控天线具有的优势。然后，将介绍半导体技术如何帮助实现改进电控天线的SWaP-C的⽬标，接下来是以ADI 技术的实例来介绍。
引⾔
⽆线电⼦系统依赖于天线发送和接收信号已经运⾏100多年了。随着对精度、效率和更⾼级指标的需求变得越来越重要，这些电⼦系统继续在改进和完善。
抛物⾯天线已被⼴泛⽤于发射(Tx)和接收(Rx)信号，其中⽅向性⾄关重要，并且这些系统在经过多年优化后能以相对低的成本良好运⾏。这些抛物⾯天线拥有⼀个⽤于旋转辐射⽅向的机械臂，它们确实存在⼀些缺点，包括转向慢、体积⼤、长期可靠性差，以及仅具有⼀个符合要求的辐射⽅向图。 因此，⼯程师们已转向先进的相控阵天线技术来改进这些特征并增加新的功能。相控阵天线采⽤电动转向机制，相⽐于传统的机械转向天线具有诸多优点，例如：低剖⾯/体积⼩，更⾼的长期可靠性，快速转向和多波束等。凭借这些优势，相控阵天线已经在军事、卫星通信、车联⽹、5G通信等领域得到⼴泛应⽤。
相控阵技术
相控阵天线是组装在⼀起的天线阵元的集合，其中，每个单元的辐射图在结构上与相邻天线的辐射图合成形成称为主瓣的有效辐射图。主瓣在期望的⽅向辐射能量，⽽天线设计的⽬的是在不需要的⽅向上形成零点和旁瓣。
天线阵列设计⽤于最⼤化主瓣辐射的能量，同时将旁瓣辐射的能量降低到可接受的⽔平。可以通过改变馈⼊到每个天线单元的信号的相位来控制辐射⽅向。图1显⽰了如何调整每个天线中信号的相位，将有效波束控制在线性阵列⽬标⽅向上。结果是阵列中的每个天线具有独⽴的相位和幅度设置以形成期望的辐射⽅向图。
按摩脚盆
文字处理系统图1 相控阵单元基本理论框图
由于没有机械运动部件，所以很容易理解相控阵中波束快速转向的属性。基于IC的半导体相位调整可以在⼏纳秒内完成，这样我们就可以改变辐射图的⽅向，针对新的威胁或⽤户快速做出响应。
类似地，我们可以从辐射波束变为有效零点以吸收⼲扰物的信号，使该物体看起来不可见。重新定位辐射⽅向图或改变为有效零点，这些变化⼏乎可以⽴即完成，因为我们可以使⽤基于IC的器件⽽⾮机械部件，以电⽓⽅式改变相位设置。相
控阵天线相⽐机械天线的另⼀个优势是它能同时辐射多个波束，因⽽可以跟踪多个⽬标或管理多个通道的⽤户数据。这是通过在基带频率下对多个数据流进⾏数字信号处理来实现的。
阵列设计实例
家用水处理器恒温酒窖下⾯阵列的实现⽅式使⽤以等间隔⾏列配置的贴⽚天线元件，采⽤4×4式设计，总共有16个阵元。图2所⽰为⼀个⼩型4×4阵列，其中，贴⽚天线为辐射器。在地⾯雷达系统中，这种天线阵列可以变得⾮常⼤，可能有超过100,000个阵元。
图2 4×4单元阵列的辐射⽅向图展⽰
在设计时要考虑阵列⼤⼩与每个辐射元件的功率之间的权衡关系，这些会影响波束的⽅向性和有效辐射功率，可以通过考察⼀些常见的参数来预测天线的性能。
天线设计⼈员会考察天线增益、有效各向辐射功率(EIRP)及Gt/Tn。有⼀些基础等式可⽤于描述以下等式中所⽰的这些参数。我们可以看到，天线增益和
EIRP与阵列中元件的数量成正⽐。
其中，
双面斜纹布N：单元数量
Ge：单元天线增益
Gt：天线阵增益
Pt：总的发射功率桥壳
Pe：单元天线功率
Tn：噪声温度
相控阵天线设计的另⼀个关键⽅⾯是天线阵元的间隔。⼀旦我们通过设定阵元数量确定了系统⽬标，物理阵列直径很⼤程度上取决于每个单元构件的⼤⼩限制，其要⼩于⼤约⼆分之⼀波长，因为这样可以防⽌栅瓣。栅瓣相当于在⽆⽤⽅向上辐射的能量。
这对⽤于阵列的电⼦器件提出了严格的要求，必须做到体积⼩、功率低、重量轻。半波长间隔在较⾼频率下对设计特别具有挑战性，因为其中每个单元构
件的长度会变⼩。这推⾼了更⾼频率IC的集成度，促使封装解决⽅案变得更加先进，并且使困难不断增加的散热管理技术得到了简化。
