双频毫米波相控阵系统

1.双频毫米波相控阵系统，其特征在于，包括能接收和发射双频双极化信号的5G双频毫米波相控阵芯片，与5G双频毫米波相控阵芯片连接的用于传输双频双极化信号的多个双频双极化天线，5G双频毫米波相控阵芯片支持双频段三个模式，包括两个具有滤波响应的单频模式和一个双频组合的宽带模式，其上有由水平极化相控通道与垂直极化相控通道构成的多个双极化相控阵通道、宽带功分器和极化泄露抵消电路；双极化相控阵通道用于在发射和接收状态下对双频段的信号放大、调幅和调相，每个双频双极化天线连接一个双极化相控阵通道，每个双极化相控阵通道通过宽带功分器与极化泄露抵消电路连接，极化泄露抵消电路连接垂直极化端口和水平极化端口；接收模式下，接收的极化信号经过宽带功分器合成后射频通道的信号经极化泄露抵消电路后由垂直极化端口、水平极化端口输出；发射模式下，发射的极化信号经极化泄露抵消电路后通过宽带功分器功分输出至双极化相控阵通道后，由双频双极化天线发射出去。 2.如权利要求1所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述双极化相控阵通道的发射链路包括频率可重构功率放大器、与频率可重构功率放大器通过发射匹配网络连接的第一宽带可变增益放大器、与第一宽带可变增益放大器连接的第一宽带缓冲器、与第一宽带缓冲器连接的第一宽带移相器；发射模式下，发射信号由水平极化端口和\或垂直极化端口输入并通过极化泄露抵消电路后，经宽带功分器功率分配后进入双极化相控阵通道，经宽带开关后依次经第一宽带移相器对信号调相，第一宽带缓冲器进行固定增益放大，第一宽带可变增益放大器进行调幅以及频率可重构功率放大器进行功率放大，最后通过双频双极化天线发射；所述双极化相控阵通道的接收链路包括频率可重构低噪声放大器、与频率可重构低噪声放大器通过接收匹配网络连接的第二宽带移相器、与第二宽带移相器连接的第二宽带缓冲器、与第二宽带缓冲器连接的第二宽带可变增益放大器；接收模式下，双频双极化天线将接收信号依次通过频率可重构低噪声放大器放大，第二宽带移相器调相，第二缓冲放大器恒定增益放大以及第二可变增益放大器调幅，之后通过宽带开关进入宽带功分器完成极化通道功率合成，通过极化泄露抵消电路从水平极化端口和\或垂直极化端口输出；其中，所述第二宽带可变增益放大器、第一宽带移相器各通过一个匹配网络与宽带开关与连接，宽带开关用于发射链路与接收链路的切换。 3.如权利要求2所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述频率可重构的功率放大器工作在两个不同频段，形成三个工作模式，包括两个具有滤波响应的单频模式和一个双频组合的宽带模式，包括工作于不同频带的两个窄带驱动级和工作于宽带的一个宽带输出级，两个窄带驱动级在输出端并联后通过宽带级间匹配网络与宽带输出级的输入端连接；每个窄带驱动级包括一个窄带输入级放大器、与窄带输入级放大器通过级间匹配网络连接的一个窄带驱动级放大器；通过调节两个窄带驱动级的偏置实现三种工作模式的切换。 4.如权利要求2所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述频率可重构低噪声放大器能工作在两个不同频段，形成三个工作模式，包括一个工作于宽带的宽带低噪声输入级和两个工作于不同频带的窄带驱动级；两个窄带驱动级的输入端并联后通过宽带级间匹配网络与宽带低噪声输入级的输出端连接，每个窄带驱动级包括一个窄带驱动级放大器，与窄带驱动级放大器通过级间匹配网络连接的一个窄带输出级放大器，通过调节两个窄带驱动级的偏置实现三种工作模式的切换。 5.如权利要求2所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述频率可重构的功率放大器的宽带输出级以及频率可重构低噪声放大器的宽带低噪声输入级采用双向匹配的形式，共用匹配网络。 6.如权利要求1所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述双频双极化天线包括堆叠式贴片天线。 7.如权利要求6所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述堆叠式贴片天线包括高频天线层，半固化片层，低频天线层、接地层以及同轴线；所述半固化片层位于高频天线和低频天线中间，接地层处于结构最底层，同轴线一端连地，另一端向上层高频天线和低频天线进行馈电。 8.如权利要求1所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述宽带功分器为多个，每个垂直极化相控通道在及水平极化相控通道各自连接一个宽带功分器，垂直极化相控通道连接的宽带功分器通过一个总宽带功分器与极化泄露抵消电路连接，水平极化相控通道连接的宽带功分器通过另一个总宽带功分器与极化泄露抵消电路连接。 9.如权利要求8所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述宽带功分器包含两个一分四功分网络，共八个端口，其中一个一分四功分网络具有四个垂直极化通道，另一个一分四功分网络具有四个水平极化通道；每个一分四功分网络包含一个一阶传输线匹配网络以及两个二阶集总元件匹配网络；一阶传输线匹配网络的输出端与两个二阶集总元件匹配网络的输入端连接。 10.如权利要求1所述双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述极化泄露抵消电路，根据接收模式和发射模式调节信号传输方向和信号通路，产生与极化信号幅度相同、相位相反的极化抵消信号，与泄露的极化信号相互抵消，包括第一功分器和第三功分器，第一功分器的一路经第一开关与第一移相器、第一缓冲器、第一可变增益放大器依次连接形成的第一发射抵消单元以及第三移相器、第三缓冲器、第三可变增益放大器依次连接形成的第一接收抵消单元连接，第一可变增益放大器与第三移相器通过第二开关连接第二功分器，第一移相器与第三移相器连接第一开关，第一功分器的另一路经第三开关连接第一功率放大器的输出端、第三功率放大器的输入端，第一功率放大器的输出端、第三功率放大器的输入端通过第四开关连接到第四功分器；第三功分器的一路经过第五开关与第二移相器、第二缓冲器、第二可变增益放大器依次连接形成的第二发射抵消单元以及由第四移相器、第四缓冲器、第四可变增益放大器依次连接形成的第二接收抵消单元连接，第四移相器及第二可变增益放大器与第六开关连接，第六开关连接第四功分器，第五开关与第二移相器及第四可变增益放大器连接；第三功分器的另一路经过第七开关与第二功率放大器的输入端、第四功率放大器的输出端连接，第二功率放大器的输出端、第四功率放大器的输入端通过第八开关连接第二功分器的第二分量输入输出接口。 11.如权利要求2所述双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述可重构功率放大器的输入匹配模块，采用基于传输线实现的共面波导完成输入级与源阻抗的匹配，基于传输线实现双频信号分路，具有一个信号输入端以及两个信号输出端，两个信号输出端输出不同频率的信号，在不影响所在频带内匹配的同时，将传输线在另一频段下变为高阻状态，使得两个通路传输信号时相互之间不影响。 12.如权利要求2所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述第一宽带移相器以及第二宽带移相器采用结构相同的宽带移相器，所述宽带移相器结构包括一个宽带多相滤波器和两个可变增益放大器，宽带多相滤波器的输出端与两个可变增益放大器的输入端连接；差分信号经过宽带多相滤波器后输出正交信号，两个可变增益放大器对输出的正交信号的幅度分别调节。 13.如权利要求12所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述宽带多相滤波器包括多个正交耦合单元，多个正交耦合单元高阶级联在一起，形成级联正交信号生成电路。 14.如权利要求2所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述第一宽带可变增益放大器以及所述第二宽带可变增益放大器采用相同的宽带可变增益放大器，所述宽带可变增益放大器从输入端到输出端，包括依次连接的差分共栅晶体管和数控共栅晶体管电路、寄生补偿电路、提供恒定电流的晶体管电路；所述差分共栅晶体管和数控共栅晶体管电路交叉耦合，用于实现数字控制的可变增益信号放大；所述寄生补偿电路用于补偿共栅晶体管和数控共栅晶体管的输出寄生参数；所述提供恒定电流的晶体管电路同时提供合适的输出阻抗，以便于匹配差分信号进入差分数控共栅晶体管构成的开关阵列，经过寄生补偿电路和恒流源电路，实现宽带可控增益放大。 15.如权利要求14所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述宽带可变增益放大器采用交叉耦合电流舵结构通过中心节点的电感实现阻抗匹配，并且补偿开关阵列寄生电容，实现宽带低寄生相移的可控增益放大。 16.如权利要求1所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述双频双极化天线、双极化相控阵通道、宽带功分器以及极化泄露抵消电路整体采用天线封装技术(AIP)进行封装，包括嵌入式晶圆级球栅阵列封装。 17.如权利要求1所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，所述双极化相控阵通道、宽带功分器以及极化泄露抵消电路整体采用晶圆级芯片封装技术(WLCSP)封装后，再与芯片外部的双频双极化天线相连。 18.如权利要求1所述的双频毫米波相控阵系统，其特征在于，双频毫米波相控阵系统在PCB上二维扩展，组成高阶相控阵系统阵列。