芯耀
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几十年来，相控阵天线已在各种应用中得到使用。最近，随着频率的提高，相控阵天线在移动无线通信领域变得愈发重要，因为较高的频率使得更小尺寸的天线阵列成为可能。工作在频率范围2（FR2）频段（24.25GHz至52.6GHz）的 5G系统很好地利用了这些可操控的天线。
贴片天线
贴片天线是相控阵天线常见的基本组成单元。这种天线由一个安装在更大的扁平导体（通常称为接地平面）上方的扁平矩形导体（即贴片）构成（见图1）。如图所示，贴片是正方形的，但也可以采用其他形状。一种介电材料将贴片与接地平面分隔开来。馈线简单地表示为从左侧进入的一根导体，但你可以选择确切的连接点和连接方式来优化阻抗匹配。
图 1. 贴片天线由位于接地平面上方的矩形导体组成，二者由介电材料分隔开。一个正方形贴片天线的边长l=w≈λ/2 ，也就是半波长。贴片边缘的边缘效应会使其在电气性能上表现得更大，所以实际上贴片的尺寸会略小于半波长。此外，贴片与接地平面之间的介电材料会影响谐振频率，这也要求天线的尺寸更小一些。可以使用多种制造技术来制作贴片天线，对于尺寸较大的天线可采用金属薄板的方式，而对于小尺寸的天线，则可采用微带（印刷电路板）和单片微波集成电路（MMIC）技术。天线的最大辐射方向垂直于贴片且远离接地平面。典型的贴片天线增益大约为8dBi到9dBi，其半功率波束宽度约为65°。
尺寸很关键
无线系统中频率不断提高的总体趋势使得贴片天线变得更为常见。我们来考虑甚高频（VHF）范围内150MHz的频率。
在自由空间中，半波长由以下公式给出：
λ/2=150/f
其中λ单位m，f单位MHz
对于150MHz的天线，贴片天线的每边边长约为 1m。这个尺寸对于集成到现代智能手机或平板电脑中来说太大了。在接近1GHz的频率下，贴片天线的尺寸变得更易于处理，其半波长为15 cm。图2展示了一种常见的900MHz贴片天线。
图 2. 这种900MHz的贴片天线常用于无线通信系统中。
在5G的频率范围2（FR2）频段，天线的物理尺寸甚至更小。在28GHz的频率下，半波长约为5 mm。如前所述，贴片与接地平面之间使用的介电材料可以显著缩短半波长，幅度可能达到 30%甚至更多。
线性天线阵列
由于天线的几何尺寸变小，我们可以将多个天线组合成一个阵列，以提高天线增益。我们只需让所有的贴片天线同相馈电，就能获得比单个贴片天线更高的增益。不过，我们还可以控制传送到每个贴片天线的各个信号的相位，从而制造出一种电子可操控方向的天线。
图3展示了由单个发射机驱动的八元线性天线阵列。传送到每个天线单元的信号都由各自独立的移相器控制，移相器会对信号进行时间上的延迟。从底部的天线单元开始，它的相移最小，其上方的每个天线单元所施加的相移逐渐增大。当每个天线单元进行辐射时，会形成一个合成波前，波前的底部在更前方。较高位置的天线单元也会辐射信号，但存在额外的延迟。如果操作正确，这样就会产生一个辐射波，该辐射波相对于垂直于天线阵列的直线以角度θ传播。增加相移量会增大角度θ，这样天线的辐射方向图就可以被操控到所需的方向。
图 3. 通过控制线性阵列中每个贴片天线所接收信号的相位，就能打造出一个可操控方向的天线。
相控阵天线
线性阵列的概念可以通过使用贴片天线矩阵扩展到二维，如图4所示。图中展示的例子是一个 8×8的天线单元阵列，总共有64个单元。为了简化起见，图中没有显示馈线，但每个天线都可以单独驱动。
图4. 由64个贴片天线（8×8）组成的阵列共同构成了一个相控阵天线。
利用波束成形技术来优化向多个用户传输数据的速率（见图5）。通过将信号集中传输至多个移动设备，同时消除可能存在的干扰信号，无线系统的整体效能或许能够得到提升。这需要对辐射方向图进行先进的控制，而相控阵天线使这种控制成为可能。
图5. 相控阵天线可以将多束波束导向无线设备，从而优化整个系统的性能。
图6展示了一个用于28GHz频段的64单元天线阵列的实施方案。外围几排的贴片未被使用，仅使用了内部8×8的天线阵列，其直径大约为50mm（两英寸）。这是一个包含众多单元的紧凑型天线的很好范例。
图6. 这款适用于28GHz频段的紧凑型64单元相控阵天线总结：相控阵天线凭借贴片单元的小型化优势，成为高频移动通信的核心技术。随着5G FR2频段（24.25-52.6GHz）的部署，毫米波贴片天线通过介电材料与尺寸优化，实现半波长毫米级化（如28GHz下约5mm），推动阵列集成度跃升。
线性/二维阵列通过独立移相控制波束方向，结合波束成形技术，可动态聚焦多用户信号，显著提升频谱效率与抗干扰能力，为6G及智能通信系统奠定物理层基础。
