一种可扩展E波段数字有源阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种可扩展E波段数字有源阵列，采用统一的信号处理单元，将数个子阵级联，形成可扩展的阵列，每个子阵采用相同电路的多通道单芯片有源射频子阵；更改子阵的排布形式，以更改毫米波数字化阵列的形态，将阵列配置为虚拟MIMO模式或相控阵模式，基于可扩展有源子阵设计理念，灵活度和通用性比较高；多个射频子阵与信号处理单元之间自由组合，形成不同规模的毫米波阵列，在异物检测、安检成像、汽车/直升机防撞等诸多领域有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种可扩展E波段数字有源阵列
本专利技术属于天线阵列
，具体涉及一种阵列扩展技术。
技术介绍
目前，频谱资源日益紧张，毫米波由于其波长短和带宽大的特点越来越受到关注。各种军用与民用系统的工作频率已逐渐从微波频段扩展到毫米波频段，特别是近些年来，超高速数据传输、5G通讯以及军用通信系统对毫米波阵列提出了越来越高的要求。传统的有源毫米波阵列多采用分立器件设计，包含滤波器、功分器、混频器、ADC、DAC等诸多分立部件，系统设计比较复杂，电路规模比较庞大。随着微波集成电路的快速发展，涌现了一大批高度集成、低功耗、小型化的商用微波器件。基于CMOS工艺的E波段微波数字传感芯片，包含了模拟混频、滤波、AD/DA变换等功能，甚至具有一定的数字信号处理DSP资源。此类芯片大多数为多通道收发的架构，可以实现通道级的数字化。其电路尺寸已经接近相应通道数天线阵列的尺寸，为子阵级的可扩展阵列设计提供了新的设计思路，可以应用于异物检测、安检安防、自动驾驶等诸多方面。针对不同的应用场景，毫米波阵列孔径规模大小不一，阵列收发通道数量也不相同。高精度的安检成像需要上万通道，而汽车防撞则仅需几个通道，不同的毫米波阵列具有各自不同的形态。利用单芯片的毫米波子阵，可以组成不同规模的阵列，以满足不同的应用需求。通过统一的数字信号处理平台，将阵列的工作模式设定为MIMO模式或者相控阵模式，具有较大的灵活性和通用性。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术存在的问题，提出了一种可扩展E波段数字有源阵列，为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案。采用统一的信号处理单元，将数个子阵级联，形成可扩展的阵列，每个子阵采用相同电路的多通道单芯片有源射频子阵；更改子阵的排布形式，以更改毫米波数字化阵列的形态，将阵列配置为虚拟MIMO模式或相控阵模式。进一步的，子阵包括同步电路、接口电路、收发芯片、电源，收发芯片采用3发4收通道的分置架构毫米波收发芯片，集成模拟混频、滤波、ADC/DAC、数字抽取滤波的E波段传感器，每个收发通道采用串馈微带贴片天线，在垂直方向的波束宽度较小，信号形式为调频连续波，最大信号带宽为4GHz。进一步的，子阵级联时，将一个射频子阵的芯片配置为主芯片，其它射频子阵的芯片配置为从芯片，主芯片产生时钟和数据同步信号，发送至信号处理单元的分路，产生多路相参时钟信号，发送至各子阵，使系统同步。主芯片产生本振信号，发送至外部本振源，产生多路相参本振信号，送至从芯片，使系统同步。信号处理单元产生参考时钟信号，发送至外部本振源，产生多路相参本振信号，发送至各子阵，使系统同步。进一步的，信号处理单元采用软排电缆连接10个以上紧密排列或稀疏排列的子阵，收发时钟和同步信号、高速的数字信号、低速的工作模式配置信号，采用FPGA、ARM芯片和SFP、FLASH、PHY时序器件处理数字信号。将数个信号处理单元级联，由上位机处理数据，进一步的扩展阵列。本专利技术的有益效果：基于可扩展有源子阵设计理念，利用单个毫米波感器芯片，设计数字化的射频有源子阵；基于E波段商用传感器芯片，通过主从设置，实现全系统数据、时钟、本振同步；由射频子阵实现通道级的数字化收发，信号带宽最大可以达到4GHz；通过数目不等的射频子阵的组合，可以满足不同场景下对阵列通道数目的要求，配置MIMO工作模式和相控阵工作模式，灵活度和通用性比较高；多个射频子阵与信号处理单元之间自由组合，形成不同规模的毫米波阵列，在异物检测、安检成像、汽车/直升机防撞等诸多领域有重要的应用价值。附图说明图1是阵列结构原理图，图2是子阵结构原理图，图3是阵列信号的同步原理图，图4是阵列的级联原理图。附图标记：1-接收天线，2-发射天线。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的技术方案做具体的说明。阵列结构如图1所示，包含多个射频子阵及信号处理单元，子阵包含多路收发天线、E波段传感器芯片、电源、接口电路及同步电路。子阵的核心器件为E波段传感器芯片，集成了模拟混频、滤波、ADC/DAC及数字抽取滤波等功能，信号形式为调频连续波，可以实现最大信号带宽为4GHz的通道级的数字化收发。同步电路完成数据同步信号及时钟信号的产生、放大功能，信号处理单元为射频子阵供电，在射频子阵上完成二次电源变换，产生多路电源供各模块使用。射频子阵与信号处理单元之间通过软排电缆互联，一个信号处理单元支持10个以上射频子阵级联。子阵结构如图2所示，采用3发4收的收发隔离方式，天线为E波段串馈微带贴片天线，天线之间间隔为间距为λ0/2，根据不同的应用场景，可替换为缝隙天线、喇叭天线等。每个子阵的电路形式一样，由信号处理单元配置为主芯片模式或者从芯片模式，可以紧密排列，也可以组成稀疏阵列，扩展后的毫米波阵列可以设置为MIMO工作模式或者相控阵工作模式。阵列信号的同步原理如图3所示，任选一个射频子阵，将其传感器芯片设置为主芯片，其余传感器芯片均设置为从芯片，系统时钟由主芯片产生，送至信号处理单元后完成分路，分别送给各射频子阵、信号处理单元内部的时序逻辑器件、本振源，作为系统时钟。或者系统本振由主芯片产生，通过射频电缆送至外部本振源完成放大、滤波、功分后，传递给包含主芯片在内的各个射频子阵，以达到本振同步的目的。或者将信号处理单元输出的时钟信号作为参考，送至外部本振源，产生多路相参的本振，送至各射频子阵，达到全系统本振相参的目的。阵列的级联原理如图4所示，信号处理单元包含FPGA、ARM、SFP+光电转换模块、DDR、FLASH等时序器件，多块板卡可以通过SFP+或者千兆以太网口连接至PC机，实现多个大规模阵列的级联工作，进一步增强了数字阵列的可扩展性。上述作为本专利技术的实施例，并不限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可扩展E波段数字有源阵列，其特征在于，包括：采用统一的信号处理单元，将数个子阵级联，形成可扩展的阵列，每个子阵采用相同电路的多通道单芯片有源射频子阵；更改子阵的排布形式，以更改毫米波数字化阵列的形态，将阵列配置为虚拟MIMO模式或相控阵模式。/n

【技术特征摘要】
20210427 CN 20211045880311.一种可扩展E波段数字有源阵列，其特征在于，包括：采用统一的信号处理单元，将数个子阵级联，形成可扩展的阵列，每个子阵采用相同电路的多通道单芯片有源射频子阵；更改子阵的排布形式，以更改毫米波数字化阵列的形态，将阵列配置为虚拟MIMO模式或相控阵模式。


2.根据权利要求1所述的可扩展E波段数字有源阵列，其特征在于，所述子阵，包括：同步电路、接口电路、收发芯片、电源，收发芯片采用3发4收通道的分置架构毫米波收发芯片，集成模拟混频、滤波、ADC/DAC、数字抽取滤波的E波段传感器，每个收发通道采用串馈微带贴片天线，在垂直方向的波束宽度较小，信号形式为调频连续波，最大信号带宽为4GHz。


3.根据权利要求1所述的可扩展E波段数字有源阵列，其特征在于，所述子阵级联，包括：
将一个射频子阵的芯片配置为主芯片，其它射频子阵的芯片配置为从芯片，主芯片产生时钟和数据同步信号，发送至信号处理单元的分路，产生多路相...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡啸，张金平，李斌，马天野，邓晔，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32