為提高性能，無線通信和雷達系統(tǒng)對天線架構(gòu)的需求不斷增長。只有那些功耗低于傳統(tǒng)機械操縱碟形天線的天線才能實現(xiàn)許多新的應用。除了這些要求以外，還需要針對新的威脅或新的用戶快速重新定位，傳輸多個數(shù)據(jù)流，并以超低的成本，延長工作壽命。有些應用需要抵消輸入阻塞信號的作用，降低攔截概率。正在席卷整個行業(yè)的相控天線設計為這些挑戰(zhàn)提供了解決辦法。人們開始采用先進的半導體技術(shù)解決相控陣天線過去存在的缺點，以最終減小這些解決方案的尺寸、重量和功率。本文將簡要介紹現(xiàn)有的天線解決方案以及電控天線的優(yōu)勢所在。在此基礎上，本文將介紹半導體技術(shù)的發(fā)展如何幫助實現(xiàn)改進電控天線SWaP-C這一目標，然后舉例說明ADI技術(shù)如何做到這一點。

　　依靠天線發(fā)送和接收信號的無線電子系統(tǒng)已經(jīng)運行了100多年。隨著精度、效率和更高級指標變得越來越重要，這些電子系統(tǒng)將繼續(xù)改進和完善。在過去幾年中，碟形天線已被廣泛用于發(fā)射（Tx）和接收（Rx）信號，其中方向性至關重要，并且經(jīng)過多年的優(yōu)化，許多這些系統(tǒng)都能以相對低的成本良好地運行。這些碟形天線擁有一個用于旋轉(zhuǎn)輻射方向的機械臂，它們的確存在一些缺點，包括轉(zhuǎn)向慢、物理尺寸大、長期可靠性差并且只有一個符合要求的輻射圖或數(shù)據(jù)流。因此，工程師們已轉(zhuǎn)向先進的相控陣天線技術(shù)來改進這些特性、添加新功能。相控陣天線采用電動轉(zhuǎn)向機制，相比傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)向天線具有諸多優(yōu)點，例如高度低/體積小、更好的長期可靠性、快速轉(zhuǎn)向、多波束等。憑借這些優(yōu)勢，相控陣已經(jīng)被軍事應用、衛(wèi)星通信和包括車聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的5G電信等應用中得到廣泛運用。

　　相控陣天線是組裝在一起的天線元件的集合，其中，每個元件的輻射圖均在結(jié)構(gòu)上與相鄰天線的輻射圖組合形成稱為主瓣的有效輻射圖。主瓣在期望位置發(fā)射輻射能量，而根據(jù)設計，天線負責破壞性地干擾無用方向上的信號，形成無效信號和旁瓣。天線陣列設計用于最大化主瓣輻射的能量，同時將旁瓣輻射的能量降低到可接受的水平?？梢酝ㄟ^改變饋入每個天線元件的信號的相位來操縱輻射方向。圖1展示了如何通過調(diào)整每個天線中信號的相位，將有效波束控制在線性陣列的目標方向上。結(jié)果，陣列中的每個天線都具有獨立的相位和幅度設置，以形成期望的輻射圖。由于沒有機械運動部件，所以很容易理解相控陣中波束快速轉(zhuǎn)向的屬性?；?a target='_blank' class='arckwlink_none'>IC的半導體相位調(diào)整可以在幾納秒內(nèi)完成，這樣我們就可以改變輻射圖的方向，針對新的威脅或用戶快速做出響應。類似地，我們可以從輻射波束變?yōu)橛行Я泓c以吸收干擾物的信號，使該物體看起來不可見，隱形飛機即是如此。重新定位輻射圖或改變?yōu)橛行Я泓c，這些變化幾乎可以立即完成，因為我們可以使用基于IC的器件而非機械部件，以電氣方式改變相位設置。相控陣天線相比機械天線的另一個優(yōu)勢是它能同時輻射多個波束，因而可以跟蹤多個目標或管理多個數(shù)據(jù)流的用戶數(shù)據(jù)。這是通過在基帶頻率下對多個數(shù)據(jù)流進行數(shù)字信號處理來實現(xiàn)的。