隨著5G毫米波通信和寬帶低軌衛星通信的迅速崛起，毫米波有源相控陣天線開始了前所未有的發展，預計未來幾年內將主宰市場。

隨著新材料、新技術和新工藝的提升，毫米波頻段集成電路元件的技術難題迅速被攻克，毫米波在5G時代會迎來大規模應用。在衛星通信領域，毫米波有源相控陣天線與傳統的動中通天線相比，沒有體積龐大的伺服跟蹤系統，波束速度快、方向可控、可實時跟蹤衛星，并且重量輕，可進行大批量生產；毫米波有源相控陣天線不含活動部件，可靠性極佳，即便陣列中少數天線單元失效，天線總體性能也不會受到影響，集成毫米波有源相控天線的終端是未來毫米波衛星通信的重要發展方向之一。

一、毫米波有源相控陣天線國內外發展現狀

有源相控陣天線的優點是使用微波集成的方法，將移相器、濾波器、衰減器、功放和低噪放等芯片集成在芯片中，實現了設備的小型化、輕型化，波束指向精度較高和一定的波束旁瓣抑制能力；缺點是相控陣成本高，但隨著MMIC技術發展，成本會大幅降低。

（一）國內毫米波有源相控陣天線發展現狀

國內因核心芯片和新工藝等限制，毫米波相控陣研制起步較晚，但近幾年發展飛速。

01

安全紫金山實驗室研制的CMOS毫米波全集成4通道相控陣芯片，已完成芯片封裝和測試，每通道成本由1000元降至20元。同時，他們封裝集成1024通道天線單元的毫米波大規模有源天線陣列。芯片與天線陣列力爭2022年規模商用于5G系統。

02

成都天銳星通科技有限公司已發布多款微波、毫米波有源相控陣天線。包括KA頻段衛星通信相控陣天線、KU頻段衛星通信相控陣天線、Ka頻段5G通信相控陣天線、E頻段相控陣汽車雷達等。

03

若森智能：輕型相控陣衛星通信天線

04

西安安列德電子科技有限公司：Ka波段環形超稀疏相控陣天線

該樣機工作在35GHz波段，通過超稀疏設計將傳統設計所需的912陳元數量大幅降至僅需128陳元，大幅度縮減了后端通道數量，留下了充足的空間來解決高頻下的散熱問題。射頻通道數量的大幅度減少，節省了近800萬元的元器件成本。其充足的內部空間降低了設計加工難度、亦可進一步加裝相關裝置，下圖為樣機實體。

05

中實創（北京）科技有限公司：Ku和Ka頻段相控電磁表面地面終端系列

等效天線口徑0.3米，0.5米以上，采用相控電磁表面陣列技術，電控自動掃描，掃描范圍120度錐角，波束切換時間小于3ns，適用于低軌衛星地面終端，便攜站等應用場合。

06

中國電科某所研制的應用于5G毫米波通信和毫米波數據鏈的相控陣天線原理樣機，采用64元微帶陣列天線形式，性能指標未公布。

中國電科研制的毫米波相控陣天線原理樣機

07

成都某公司采用硅基多通道芯片研制的毫米波相控陣，垂直線極化，發射EIRP≥dBm（法向），接收G/T值≥-5dB/K（法向），使用最大占空比30%。

成都某公司研制的毫米波相控陣天線樣機

08

北京某公司研制的毫米波相控陣天線，采用高密度集成一體化設計，實現了多通道天線最短收發鏈路的構建；采用多接口集成波控模塊，內置多組波束方向快速調整數據，輕松實現多種環境下的快速運用；配置多功能接口電纜，靈活與外部設備構建同步控制系統，輕松開發和測試無線鏈路。天線能夠實現二維±60度波束掃描范圍，發射RIRP大于50dBm,適用于5G毫米波通信。

北京某公司研制的毫米波相控陣天線

（二）國外毫米波有源相控陣天線發展現狀

國外有源相控天線的發展比國內成熟，廣泛應用于雷達、衛星通信等領域。

01

Phasor 研制出了一款Ka頻段低剖面、電控相控陣天線，可適用于航空、海上和陸地的移動應用。Phasor的技術使用具有電子波束成型功能的專用集成電路（ASIC）微芯片，這些芯片與非常小的貼片天線組合組成一個單元，超過500個單元分布在經過射頻優化的面板上，構成了Phasor核心模塊的基礎。核心模塊可以組合成各種尺寸和配置來構建Phasor的相控陣天線，擁有前所未有擴展能力。Phasor獨特的設計將能夠生產出形狀適應性強，高度只有1~2英寸的天線，具備重量輕、面積小、精度高等特點，并且能夠以非常高的增益提供超過100Mbps的寬帶速度。

Phasor研制的相控陣

02

Kymeta天線使用超材料形成全息波束，這意味著可以使用軟件而不是機械部件來動態地調整天線指向，這也大大降低了天線的功耗。天線使用電子射頻波束指向控制，電子極化選擇和角度控制，衛星自動識別和跟蹤，可以廣泛應用于移動通信領域。

Kymeta研發的相控陣

03

2018年6月21日，C-COM衛星系統公司使用4×4收發組件模塊，成功地測試了其16×16子陣列相控陣天線，此次測試為2018年底前在兩顆低地球軌道衛星的演示做好了準備。在2016年5月，C-COM基于其專利移相器技術，成功測試了其首款4x4 Ka波段相控陣列模塊。4x4 Ka波段智能天線模塊采用基于創新架構的低成本多層平面電路，具有靈活度高、厚度小、模塊化、一致性和適應性強等特點。初步結果令人振奮，即使幾個天線元件關閉，模塊仍然能夠提供可接受的輻射方向圖，而不會顯著降低性能。天線的模塊化特性和曲面的適應能力使得其可以適用于汽車、船只、火車、公共汽車和飛機等載體。這一新系統及其對更高的毫米波頻段的擴展能力也使其在將來可以在5G及毫米波汽車雷達等電信領域得到應用。

C-COM 研制的16X16 相控陣

04

AAC Singapore Wireless Technology Centre 研制的?于5G帶射頻前端的集成毫米波相控陣天線，采用喇叭天線陣和微帶功分網絡饋電相結合的方式，仿真天線增益24dB，功分網絡插入損耗約1.8dB，并用6層PCB制作了相控陣天線實物，如圖4所示。

AAC 科技研制的64元相控陣天線

05

Anokiwave是毫米波相控陣行業引領者，它利用自研芯片設計了毫米波256元可重構全硅相控陣，DC+12V供電，重量約3kg，實現EIRP>1KW。

Anokiwave研制的毫米波相控陣天線

二、毫米波有源相控陣技術趨勢