【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天线技术，尤其涉及基于微波异质异构集成的相控阵天线设计方法及系统。
技术介绍
1、相控阵天线系统因其电子扫描能力强、波束灵活可控等优势，在现代通信、雷达和电子对抗等领域得到了广泛应用。随着5g/6g通信、毫米波雷达等技术的快速发展，对相控阵天线系统的性能、集成度和成本提出了更高的要求。传统的相控阵天线系统通常采用分立器件实现，存在体积大、功耗高、成本高等问题，难以满足新兴应用的需求。
2、近年来，微波集成电路技术的进步为解决上述问题提供了新的途径。特别是异质异构集成技术的发展，为实现高性能、高集成度的相控阵天线系统开辟了新的方向。异质异构集成技术通过在同一衬底上集成不同材料体系的器件，可以充分发挥各种材料的优势，实现性能和功能的优化。
3、然而，基于微波异质异构集成的相控阵天线设计仍面临诸多挑战：
4、材料兼容性：不同材料体系之间的晶格失配、热膨胀系数差异等问题可能导致器件性能下降和可靠性问题。热管理：高度集成的系统面临严重的热管理问题，热效应可能导致器件性能下降和系统可靠性降低。电磁兼容：在高度集成的系统中，各功能模块之间的电磁干扰成为一个严重问题，需要采取有效的隔离和屏蔽措施。可靠性和一致性：异质异构集成过程中的应力、界面缺陷等问题可能影响器件的可靠性和一致性，需要开发新的设计和制造工艺来解决。信号完整性：在高频、高速信号传输中，信号完整性问题变得更加突出，需要精心设计传输线和互连结构。
5、现有技术中，已有一些关于异质异构集成相控阵天线的研究。例如，有研究提出了
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供基于微波异质异构集成的相控阵天线设计方法及系统，能够解决现有技术中的问题。
2、本专利技术实施例的第一方面，
3、提供基于微波异质异构集成的相控阵天线设计方法，包括：
4、选取具有低介电损耗的有机基板作为天线辐射单元基板，并选取具有高介电常数的氮化铝陶瓷基板作为射频收发芯片基板；将所述有机基板和所述氮化铝陶瓷基板通过微波互连技术进行异质异构集成，形成一体化的异质异构集成基板；在所述异质异构集成基板的有机基板层上设计并加工多个微带天线单元，在所述异质异构集成基板的氮化铝陶瓷基板层上集成射频收发芯片；
5、基于所述异质异构集成基板，设计相控阵天线单元；所述相控阵天线单元包括辐射单元、馈电网络、相位移相器和功率放大器；其中，所述辐射单元采用宽带微带天线结构，通过在所述有机基板上设置多层金属化图形来实现；所述馈电网络采用微带线-槽线-微带线转换结构，通过在所述有机基板和所述氮化铝陶瓷基板之间的过渡层中设置来实现垂直互连；所述相位移相器和所述功率放大器集成在所述氮化铝陶瓷基板上；
6、将多个所述相控阵天线单元按照预设的几何排布进行阵列化设计，形成相控阵天线系统；在所述相控阵天线系统中集成波束控制单元，所述波束控制单元通过调节每个所述相控阵天线单元的相位移相器来实现波束方向的精确控制；设计并集成温度补偿电路，所述温度补偿电路通过实时监测所述异质异构集成基板的温度变化，动态调整所述相位移相器和所述功率放大器的工作参数，以保证所述相控阵天线系统在不同温度环境下的稳定性能；最后，通过数字波束形成算法对所述相控阵天线系统进行优化，实现波束的自适应调整和干扰抑制。
7、在一种可选的实施方式中，
8、将所述有机基板和所述氮化铝陶瓷基板通过微波互连技术进行异质异构集成，形成一体化的异质异构集成基板包括：
9、基板准备：选取有机基板作为天线辐射单元基板，选取氮化铝陶瓷基板作为射频收发芯片基板；在所述有机基板和所述氮化铝陶瓷基板上分别形成垂直互连过孔，所述垂直互连过孔的直径、深度和间距经过优化，使得所述垂直互连过孔在30ghz频段下的插入损耗控制在0.1db以内，回波损耗优于-20db；
10、电磁屏蔽结构设计：在所述垂直互连过孔周围设计多层金属环组成的电磁屏蔽结构，通过控制所述多层金属环的尺寸和间距，将串扰水平降低到-40db以下；
11、散热层制备：在所述有机基板和所述氮化铝陶瓷基板之间制备纳米碳管散热层，所述纳米碳管散热层的热导率大于2000 w/m·k，热膨胀系数小于1 ppm/k；
12、粘合剂制备：制备纳米银浆作为粘合剂，所述纳米银浆的固化温度为150°c，导热系数为200 w/m·k，通过优化所述纳米银浆的配方和固化工艺，使界面结合强度达到80mpa；
13、对准压合：采用红外全息干涉技术对所述有机基板和所述氮化铝陶瓷基板进行亚微米级精度对准，随后采用分步加压和温度梯度控制策略进行压合；
14、质量检测：利用x射线断层扫描技术和超声成像技术对压合后的异质异构集成基板进行检测，确认界面质量和内部结构完整性。
15、在一种可选的实施方式中，
16、在所述相控阵天线系统中集成波束控制单元，所述波束控制单元通过调节每个所述相控阵天线单元的相位移相器来实现波束方向的精确控制包括：
17、初始化波束控制单元：采用xilinx virtex ultrascale+ fpga作为核心处理器，所述fpga的时钟频率为1.5 ghz；
18、高精度相位控制：采用16位分辨率、2.5 gsps更新率的高速数模转换器，通过设计时钟分配网络和抖动清除电路，将所述高速数模转换器的有效数字位数提高到14.5位，实现0.022°的相位控制精度；
19、高速数据传输：使用jesd204b高速串行接口连接所述fpga和所述高速数模转换器，优化jesd204b的链路层参数，将接口延迟控制在100ns以内；
20、自适应干扰抑制：在所述波束控制单元中集成基于空时自适应处理技术的干扰抑制模块，采用改进的qr-rls算法进行干扰信号抑制，通过硬件加速和流水线处理将算法处理延迟控制在5μs以内；
21、模块化系统集成：将所述波束控制单元划分为数字处理模块、数模转换模块和射频前端模块，通过高速背板实现模块间互连；
22、自检和校准：设计自检和校准系统，实时监测各模块工作状态，根据温度和老化因素对系统参数进行动态补偿；
23、波束控制：通过所述fpga计算每个相控阵天线单元的相位权重，并通过所述高速数模转换器将相位控制信号发送至每个相控阵天线单元的相位移相器。
24、在一种可选的实施方式中，
25、在所述波束控制单元中集成基于空时自适应处理技术的干扰抑制模块，采用改进的qr-rls算法进行干扰信号抑制包括：
26、接收相控阵天线系统的输入信号，将所述输入信号转换本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于微波异质异构集成的相控阵天线设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述有机基板和所述氮化铝陶瓷基板通过微波互连技术进行异质异构集成，形成一体化的异质异构集成基板包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述相控阵天线系统中集成波束控制单元，所述波束控制单元通过调节每个所述相控阵天线单元的相位移相器来实现波束方向的精确控制包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述波束控制单元中集成基于空时自适应处理技术的干扰抑制模块，采用改进的QR-RLS算法进行干扰信号抑制包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设计并集成温度补偿电路，所述温度补偿电路通过实时监测所述异质异构集成基板的温度变化，动态调整所述相位移相器和所述功率放大器的工作参数，以保证所述相控阵天线系统在不同温度环境下的稳定性能包括:
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过数字波束形成算法对所述相控阵天线系统进行优化，实现波束的自适应调整和干扰抑制包括：
7.基于微波异质异构
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1至6中任意一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.基于微波异质异构集成的相控阵天线设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述有机基板和所述氮化铝陶瓷基板通过微波互连技术进行异质异构集成，形成一体化的异质异构集成基板包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述相控阵天线系统中集成波束控制单元，所述波束控制单元通过调节每个所述相控阵天线单元的相位移相器来实现波束方向的精确控制包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述波束控制单元中集成基于空时自适应处理技术的干扰抑制模块，采用改进的qr-rls算法进行干扰信号抑制包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设计并集成温度补...
【专利技术属性】
技术研发人员：武锦，刘洋洲，
申请(专利权)人：中科芯苏州微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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