国内毫米波有源相控天线发展现状

国内因核心芯片和新工艺等限制，毫米波相控阵研制起步较晚，目前大多处于论证或预研阶段，能见报道的很少。

01

中国电科某所研制的应用于5G毫米波通信和毫米波数据链的相控阵天线原理样机，采用64元微带阵列天线形式，性能指标未公布。

图1：中国电科研制的毫米波相控阵天线原理样机

02

成都某公司采用硅基多通道芯片研制的毫米波相控阵，垂直线极化，发射EIRP≥dBm（法向），接收G/T值≥-5dB/K（法向），使用最大占空比30%。

图2：成都某公司研制的毫米波相控阵天线样机

03

北京某公司研制的毫米波相控阵天线，采用高密度集成一体化设计，实现了多通道天线最短收发链路的构建；采用多接口集成波控模块，内置多组波束方向快速调整数据，轻松实现多种环境下的快速运用；配置多功能接口电缆，灵活与外部设备构建同步控制系统，轻松开发和测试无线链路。天线能够实现二维±60度波束扫描范围，发射RIRP大于50dBm,适用于5G毫米波通信。

图3：北京某公司研制的毫米波相控阵天线

润芯公司预研的硅基毫米波芯片

目前，润芯公司预研的毫米波硅基芯片将集成功率放大器、数字移相器、数字衰减器、驱动放大器、低噪声放大器、滤波器和功分网络等，收发芯片能够支持相控阵扫描的全部功能，可以与毫米波平面阵列天线组成相控阵天线射频前端。

发射通道芯片

发射通道芯片原理框图

① 频率：27.5-30GHz；
② 尺寸：<6*6*0.5 mm
③ P1dB：17dBm；
④ 支持左旋、右旋、线极化
⑤ 每个通道G>22dB；
⑥ 增益平坦度:2dB;
⑦ 效率>15%@P1dB；
⑧ 5bit数字移相：
⑨ 5bit数字衰减：
⑩ VSWR<1.8:1
⑪ SPI数据控制接口
⑫ 预留功率、温度等检测口

接收通道芯片

接收通道芯片原理框图

① 频率：17.7-21.2GHz；
② 尺寸：<6*6*0.5 mm；
③ NF<3.0dB；
④ G>22dB；
⑤ 支持左旋、右旋、线极化；
⑥ 增益平坦度:2dB；
⑦ 效率>15%；
⑧ 5bit数字移相；
⑨ 5bit数字衰减；
⑩ VSWR<1.8:1；
⑪ SPI数据控制接口；
⑫ 预留功率、温度等检测口。

未来展望

未来，用于5G和卫星通信的有源毫米波天线在未来几年将实现空前的量产，那何种工艺才更利于实现量产呢？

基于GaAs或GaN工艺，IC位于天线阵列外的传统相控阵方式虽然EIRP非常高，但损耗及自校准缺失所造成的接收性能差，成本很难降低；基于全硅多功能芯片的毫米波有源天线虽然每个单元的发射功率有限，但容易实现大规模生产，且制造成本低，是实现毫米波相控天线的必然趋势。

综上所述，展望未来，毫米波相控天线发展方向会朝着宽带、共形和超材料方向发展：

▶ 宽带超宽带阵列天线可广泛应用于多频段卫星通信系统，支持多波束使用，减少天线数量；

▶ 天线阵列、射频元器件等与平台一体化设计，天线作为载体的一部分，推动天线向小型化、集成化、低剖面、芯片化方向发展。

▶ 超材料技术通过人工对于某些复合材料的微结构设计，使材料具备了超出自然材料的某些电磁波响应特性，天线向小型化、共形、隐身方向发展。