卫星通信平面相控阵天线如何设计？

今天我们主要深入技术来看看平面相控阵天线的设计的具体实现途径，这里我们重点介绍英国的SatixFy公司产品，现在各家的产品解决方案大同小异，主要表现在天线单元的具体实现方式不同，馈电形式有所不同。

先让我们看看成品天线图片：

16*16集成收发模块的Ka波段天线

天线背面（集成了RF和控制IC）

整体特点，天线的高度很小，和我们传统的动中通及静中通有明显差异，这也是我们现在5G智能天线的一个方向，不仅支持波束扫描还支持多波束。如下图：

多波束示意图

SatixFy的相控阵技术原理：

一维线阵(不带移相器)和带延时线（等同于移相器）一维线阵

两种阵列的差别在于：(a)属于指向固定的阵列天线，随着频率不同，波束指向会存在偏差。(b)属于相控阵天线，存在可调节的延时线来实现不同频率下相同指向或者波束扫描。下面为两个接收信号的表达式。

举例说明：对于一个三音组合信号，19GHz, 20GHz和21GHz一维线阵接收到信号的波束如下图：

一维线阵不同频率下的波束指向偏移

而带有延时线的相控天线，可以确保在每个频点波束最大指向都在法向。

相控阵天线的波束指向

相控阵天线的波束成型网络主要有三种形式：纯模拟，通过控制射频信号的相位实现；纯数字形式和数模混合类型。

三种不同卫星相控阵架构

纯数字域的信号延时补偿处理

我们先看一下SatixFy公司天线指标：

下面讨论一下SatixFy公司的解决方案：

整体解决方案

波束成型芯片和射频收发芯片

射频芯片框图

支持4路IQ上变频发射和4路IQ下变频接收

支持Ku频段

TX：14-14.5GHz

RX:10.7~12.75GHz

发射带宽500MHz，接收带宽880MHz

支持线极化和圆极化实现

数字波束成型ASIC：支持32个收发天线单元，通过级联SERDES接口实现对天线G/T和EIRP的控制。每一个收发链路采用如下结构：

通过外部CPU控制相应的信号实现架构的可重构性能，每一路都是相互独立并且可控。整个系统的搭建级联会相对比较复杂，包括LO，电源和数字总线。

再了解一下天线的校准测试框图：