T/R模塊的基本概念與知識要點

發(fā)射-接收（T/R）模塊是時間雙工射頻前端的基礎(chǔ)，位于天線陣元的正后方，用于雷達(dá)和通信（例如5G、衛(wèi)星）系統(tǒng)的波束形成陣列中。TR模塊通常由一個低噪聲放大器、一個功率放大器和一個TR開關(guān)組成。在此基礎(chǔ)之上，可以構(gòu)建各種級別的“智能”，允許TR模塊接管一些波束控制的任務(wù)，例如自動掃描和波束切換，通常還會集成數(shù)字控制和遙測接口以及功率控制系統(tǒng)。

T/R模塊通常與專門的天線元件緊密集成。根據(jù)應(yīng)用的不同，這些天線元件可以是平面的（貼片、Vivaldi等）或非平面的（螺旋等）。有時，天線陣列中還會集成多極化能力。開發(fā)定制天線和T/R模塊可使用商業(yè)上可用的組件，以適應(yīng)所需應(yīng)用，最高可達(dá)X/Ku波段。

從5G通信到大型相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)，射頻系統(tǒng)都會使用T/R模塊來控制發(fā)射和接收的功能。相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中一般會集成相位偏移和幅度控制，用于控制波束指向和塑造天線波束賦型。

將T/R模塊物理上放置在輻射元件附近從而得到最大的傳輸效率，此外，通過最小化天線饋電網(wǎng)絡(luò)中的傳輸損耗產(chǎn)生的噪聲，接收器的靈敏度得到了增強。

一維（線性）陣列呈“木板”形狀，當(dāng)與其他木板一起堆疊時，形成二維陣列（見圖4）。一維線性陣列可以提供在一個平面上的波束控制，而通過將多個這樣的一維陣列進(jìn)行堆疊，可以形成一個二維陣列，從而實現(xiàn)在三維空間中的波束控制。這種二維陣列提供了更高的靈活性和更精確的波束指向能力，這對于雷達(dá)和通信系統(tǒng)來說是非常重要的。

在一維線性陣列中，T/R模塊和天線元件通常按照直線排列，而在二維陣列中，這些線性陣列則按照特定的幾何形狀排列，比如矩形或者其他形狀，以滿足特定的波束覆蓋和掃描要求。

圖4可能展示了這種堆疊結(jié)構(gòu)的示意圖，其中不同的“木板”代表不同的線性陣列，它們共同工作以形成一個完整的二維陣列。這種設(shè)計允許系統(tǒng)在不需要機(jī)械移動部件的情況下，通過電子方式控制波束的指向，從而提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈活性。

每個T/R模塊都擁有自己的相位和幅度加權(quán)，這些可以實時更新，以允許波束掃描和目標(biāo)跟蹤功能。使用這樣的模塊，可以輕松實現(xiàn)單波束和單脈沖技術(shù)。

自適應(yīng)電子掃描陣列

地面通信系統(tǒng)（例如5G）和衛(wèi)星系統(tǒng)利用AESA技術(shù)來跟蹤用戶終端，并通過在干擾器/干擾源的方向上引導(dǎo)零點來減少干擾。雷達(dá)系統(tǒng)使用AESA功能進(jìn)行波束掃描，以及在民用和軍事應(yīng)用中進(jìn)行目標(biāo)跟蹤。

AESA的關(guān)鍵設(shè)計方面包括天線陣元間距、射頻信號分配、熱管理和數(shù)據(jù)接口。必須仔細(xì)選擇陣元間距以防止在天線波束中產(chǎn)生不希望的柵瓣。間距決定了T/R模塊外殼的尺寸。對于X波段及以上，非常重要的是T/R系統(tǒng)組件非常緊湊，以便它們能夠在物理上適應(yīng)由天線間距定義的空間。

射頻信號分配系統(tǒng)必須盡可能少地表現(xiàn)出損耗，尤其是在T/R模塊和天線之間。當(dāng)發(fā)射功率超過一兩瓦時，熱管理也會成為一個問題。在許多情況下，可能需要某種形式的冷卻（空氣、液體），特別是在炎熱環(huán)境中進(jìn)行高占空比、長時間運行時。當(dāng)需要實時更新T/R模塊相位/幅度數(shù)據(jù)以進(jìn)行掃描和跟蹤操作時，高速數(shù)據(jù)接口也是至關(guān)重要。

審核編輯：黃飛

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