一种基于碳纳米管的相控阵列

本发明涉及相控阵列，尤其涉及一种基于碳纳米管的相控阵列。

背景技术：

1、相控阵系统是一种通过控制阵列天线中每个元素的相位和幅度来改变波束指向和形状的雷达或无线通信系统。随着无线移动通信技术的发展，相控阵系统已成为现代军用和商用雷达和无线通信系统的关键部件。为了进一步提升相控阵系统的性能，需要半导体具备高截止频率以及半导体同质在片数字和射频混合集成。然而，si半导体的载流子迁移率较低，限制了器件的运行速度，最高截止频率只达到500ghz；三五族半导体无法制作pmos器件，因此无法实现同质数字和射频的混合集成；由于石墨烯没有带隙，因此在器件层面关态性能很差，输出特性很难饱和。

2、此外，在实际应用中，在相控阵系统中，每个天线元素都需要一个独立的馈电网络，如果馈电网络不平衡，这可能会导致系统性能下降，甚至产生自干扰，而现有技术中实现天线的平衡馈电可能会非常复杂和困难，尤其是在大型相控阵系统中；在相控阵系统中，波束的指向是由阵列中每个天线元素的相位和幅度决定的，在现有技术中，要实现不同的转向角，可能需要改变每个天线元素的相位和幅度，这可能会非常复杂和困难。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种基于碳纳米管的相控阵列，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。

2、本发明提供的基于碳纳米管的相控阵列，包括：

3、在相控阵列的左右两侧对称且上下两侧对称的多个射频信号传输支路，用于对输入的射频信号进行传输；

4、设置在各个射频信号传输支路上的功率分配器，用于将射频信号传输支路上的射频信号再划分为多个等功率的射频信号；

5、与功率分配器的输出端连接的功率放大器，用于对经过功率分配器的射频信号进行放大处理；

6、与功率放大器的输出端连接的多级延迟电路，用于通过控制开关对经过功率放大器进行放大处理后的射频信号的相位偏移进行控制；

7、与多级延迟电路的输出端连接的天线，用于接收来自多级延迟电路的输出信号，基于多级延迟电路的输出信号获取转向角，并通过转向角来控制输出信号的等效全向辐射功率。

8、在上述的方案中，多级延迟电路中的各级延迟电路包括两个开关。

9、在上述的方案中，在两个开关中，其中一个开关的输出端连接移相器，且与另一个开关并联。

10、在上述的方案中，在闭合连接移相器的开关时，移相器控制经过功率放大器进行放大处理后的射频信号的相位偏移。

11、在上述的方案中，所述移相器采用加载线型移相器、开关线型移相器或低通滤波器型移相器。

12、在上述的方案中，通过控制多级延迟电路中的各级延迟电路的开关状态，可获取各个天线组成的天线阵列的转向角。

13、在上述的方案中，所述开关采用场效应管开关。

14、在上述的方案中，所述功率分配器采用1/2功率分配器。

15、在上述的方案中，所述功率放大器采用碳纳米管cmos器件。

16、在上述的方案中，所述天线采用定向天线、全向天线、针状波束天线或扇形波束天线。

17、本发明实施例包括以下优点：

18、本发明实施例提供的基于碳纳米管的相控阵列，通过对各个功率放大器均采用碳纳米管cmos器件，碳纳米管因其优越的本征优势，采用碳纳米管cmos器件可以实现相控阵列工作在高频频段，且能够实现同质数字和射频的混合集成，相对于现有技术中采用石墨烯器件作为功率放大器，在关态下，碳纳米管cmos器件的漏电流较小，因此具有较低的功耗，同时，由于碳纳米管的优异电学性能，碳纳米管cmos器件的关态性能也较好；在输出特性方面，碳纳米管cmos器件的输出电压和电流具有较小的变化范围，碳纳米管cmos器件的输出特性曲线在饱和状态下表现出良好的稳定性，从而提高了器件的可靠性；通过使得相控阵列的左右两侧的射频信号传输支路对称，且通过对各个功率分配器均采用1/2功率分配器，将各个射频信号传输支路上的射频信号均划分为两个等功率的射频信号，可进行功率平衡分布，这一结构实现了后续天线的平衡馈电，使得相控阵列的左右两侧对称且上下两侧对称度较高，相控阵列的左右两侧相对应的输出端口参数相同；通过控制各个多级延迟电路中的开关状态，使各个多级延迟电路的输出的相位偏移控制信号经历不同的时间延迟，可以实现各个天线通过不同的转向角来控制各个天线组成的天线阵列的输出信号的等效全向辐射功率。

技术特征：

1.一种基于碳纳米管的相控阵列，其特征在于，所述相控阵列包括：

2.根据权利要求1所述的基于碳纳米管的相控阵列，其特征在于，多级延迟电路中的各级延迟电路包括两个开关。

3.根据权利要求2所述的基于碳纳米管的相控阵列，其特征在于，在两个开关中，其中一个开关的输出端连接移相器，且与另一个开关并联。

4.根据权利要求3所述的基于碳纳米管的相控阵列，其特征在于，在闭合连接移相器的开关时，移相器控制经过功率放大器进行放大处理后的射频信号的相位偏移。

5.根据权利要求3所述的基于碳纳米管的相控阵列，其特征在于，所述移相器采用加载线型移相器、开关线型移相器或低通滤波器型移相器。

6.根据权利要求2所述的基于碳纳米管的相控阵列，其特征在于，通过控制多级延迟电路中的各级延迟电路的开关状态，可获取各个天线组成的天线阵列的转向角。

7.根据权利要求2所述的基于碳纳米管的相控阵列，其特征在于，所述开关采用场效应管开关。

8.根据权利要求1所述的基于碳纳米管的相控阵列，其特征在于，所述功率分配器采用1/2功率分配器。

9.根据权利要求1所述的基于碳纳米管的相控阵列，其特征在于，所述功率放大器采用碳纳米管cmos器件。

10.根据权利要求1所述的基于碳纳米管的相控阵列，其特征在于，所述天线采用定向天线、全向天线、针状波束天线或扇形波束天线。

技术总结
本发明涉及一种基于碳纳米管的相控阵列，属于相控阵列技术领域，该相控阵列包括：在相控阵列的左右两侧对称且上下两侧对称的多个射频信号传输支路；设置在各个射频信号传输支路上的功率分配器；与功率分配器的输出端连接的功率放大器；与功率放大器的输出端连接的多级延迟电路；与多级延迟电路的输出端连接的天线。本申请提供的相控阵列，通过对各个功率放大器均采用碳纳米管CMOS器件，可以实现相控阵列工作在高频频段；可进行功率平衡分布，使得相控阵列的左右两侧对称且上下两侧对称度较高，相控阵列的左右两侧相对应的输出端口参数相同；可以实现各个天线通过不同的转向角来控制各个天线组成的天线阵列的输出信号的等效全向辐射功率。

技术研发人员：仝其瑞,丁力
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27