[发明专利]二维点阵式多波束相控阵及其设计方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种二维点阵式多波束相控阵及其设计方法。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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。

为了解决上述技术问题，本发明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。

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。

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。

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。

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。

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。