現代雷達和通信系統(tǒng)依靠相控陣天線來提供波束成形和波束控制等基本功能。

波束成形為無線通信鏈路提供了許多優(yōu)勢，包括：

● 減少干擾

● 增加范圍

● 擴展服務數量

● 提高安全性

什么是相控陣天線？          

天線陣列需要多個單獨的天線作為一個整體協同工作。相控陣天線使用數百甚至數千個天線單元。每個天線單元的輻射方向圖與相鄰天線結合，形成稱為主瓣的有效輻射方向圖。相控陣天線 （PAA） 通過算法改變每個天線元件的振幅和相位將天線輻射方向圖設置到特定方向，同時并減少旁瓣水平。 

天線陣列設計在波束成形的過程中最大限度地提高主瓣輻射的能量，同時減少旁瓣輻射的能量。

相控陣天線的工作原理

相控陣天線以電子方式進行波束控制，因此通常將相控陣稱為電子掃描陣列（ESA）。

過去主導經典雷達系統(tǒng)的天線陣列是機械掃描的。一個轉子操縱輻射元件，一個巨大的天線接收信號。這種方法導致系統(tǒng)笨重、緩慢，容易出現單點故障。自從發(fā)展到ESA技術以來，相控陣天線繼續(xù)以更小的占地面積提高整體可靠性。

電子掃描相控陣的兩種類型是：

● 無源電子掃描相控陣 （PESA）

● 有源電子掃描相控陣 （AESA）    

相控陣天線的關鍵是波束賦型，波束賦型的關鍵是實現對相位和幅度的控制，

相位偏移有多種方法可以實現。最簡單的方法是在電路中加入移相器和數控衰減器。 

相控陣天線通過對電路中幅度和相位調整，實現幾乎瞬時的波束控制。 

瞬時波束控制使相控陣成為現代通信系統(tǒng)應用的理想選擇，因為與跟蹤多個目標的雷達系統(tǒng)一樣，多個波束可以同時與手機、地面站或衛(wèi)星進行通信。

相控陣的缺點是什么？

相控陣天線具有顯著優(yōu)勢，包括波束控制、靈活性。但是，相控陣必須考慮關鍵的權衡，尤其是技術復雜性和成本。

AESA 集成了單個天線元件和相關發(fā)射功率放大器（PA）、接收低噪聲放大器（LNA）、移位器、衰減器、開關和基帶控制器都集成到 T/R 模塊中。    

相控陣天線系統(tǒng)依賴于對每個天線單元信號的相位和幅度的精確控制。這種復雜性需要復雜的硬件和軟件來管理陣列的操作，與簡單的天線系統(tǒng)相比，這反過來又使設計、實施和維護更具挑戰(zhàn)性和時間密集性。

除了設計和開發(fā)的復雜性外，集成眾多組件（如移相器、放大器和控制系統(tǒng)）也會導致相控陣天線的高成本。 

盡管存在這些缺點，但相控陣天線在許多高級應用中的優(yōu)勢大于缺點。

相控陣天線和線陣天線有什么區(qū)別？

相控陣和線性陣列天線都是天線陣列類型，它們由多個天線組成，它們一起工作以發(fā)送或接收信號。然而，線性天線陣列由以直線（線性）配置排列的元件組成。

與相控陣天線相比，線性陣列天線為能夠承受固定波束的應用提供了更簡單、更具成本效益的解決方案。當相控陣天線以電子波束控制時，天線元件的物理排列決定了線性陣列的波束方向。要改變波束方向，整個天線陣列必須移動。

相控陣天線有哪些應用？  

雷達一直是相控陣天線拓撲結構的主要應用領域。發(fā)射/接收 （T/R） 模塊和 GaN 功率放大器 （PA） 等組件技術的發(fā)展讓組件的尺寸越來越小。

除了雷達，5G和衛(wèi)星通信行業(yè)的商業(yè)通信也在使用相控陣天線。在5G應用中，大規(guī)模機器類型通信（mMTC）數據吞吐量取決于相控陣技術。同樣，相控陣為新空間領域和衛(wèi)星通信中日益常見的低地球軌道（LEO）衛(wèi)星提供了必要的快速跟蹤和連續(xù)連接。