本文出现在Microwaves＆Rf.并经允许在此发表。
你会学到什么：
- 如何利用大面积的电子设备来制造一个千兆赫相控阵天线。
- 这种方法相对于离散组件的潜在优势。
- 使用的测试布置以及三元分数阵列天线上的一些测试结果。
相控阵天线在诸如5G等MIMO系统中扮演着越来越重要的角色，因为它们可以提供所需的动态、全电子天线转向和方向性。然而，它们有一个特性，使其物理和电气制造复杂化——它们是由多个相同的、离散的天线元件组成的，其形状因素无法适应大规模生产技术。
为了应对这种困境，普林斯顿大学的一个团队设计并测试了一种技术，用于制造可电子操控的、ghz范围的相控阵天线组件，作为大面积电子设备(LAE)。他们将用于电子电路的制造工艺应用于薄而柔软的材料上。
该团队适应了LAE薄膜技术的缩放和电子特性，并在Gigahertz频率下运行的电感 - 电容振荡器以及高速，自对准氧化锌薄膜晶体管（TFT）。振荡器电路包含电磁相控阵列所需的频率锁定和相位调谐（图。1）．
1.设计相位阵列系统的架构，由λ/ 2间距的线性阵列组成：每个天线由局部振荡器（OSCI）驱动，该振荡器（OSCI）产生正弦电压信号作为激励。差分参考信号通过50Ω传输线耦合到每个振荡器，用于喷射锁定。相对于参考信号，每个振荡器的相位独立调谐。
研究人员创造了一个30厘米的三个连接和可控天线的线性阵列（图2）．晶体管和其他部件在玻璃基板上制造，但是它们表示类似的过程可用于在柔性塑料上产生电路，从而使其能够符合不规则或弯曲的表面。
2.LAE的D/λ值和器件优化:(a) LAE和Si-CMOS技术可实现的孔径尺寸和频率的比较。(b)底部栅极LAE ZnO TFT的截面示意图，以及对应的自对准底层栅极的通道区域的顶视图SEM图像。(c)玻璃上制备的ZnO TFT的显微镜图像。TFT有6个相同的手指，每个手指宽25.0µm，长0.7µm。(插图:通道区域的放大图像)。(d)自对齐ZnO TFT的MAG和|H21|值随频率的变化。0-dB交点的频率表示f最大限度和fT.值。
正如该研究的主要作者、斯坦福大学博士后研究员吴灿(音译)所指出的那样，“大面积电子技术是一种薄膜技术，所以我们可以在长达数米的柔性衬底上建造电路，我们可以将所有的组件整合成一张纸的形状。”今年早些时候。
“人们已经尝试了数百个微型芯片的离散集成。但这是不实用的——它不低成本，不可靠，无法在无线系统的水平上扩展，”高级研究作者Naveen Verma补充道，他是电子和计算机工程教授，普林斯顿大学凯勒工程教育创新中心主任。
测试系统
系统测试装置由相控阵的相位可调振荡器、任意函数发生器(AFG)、矢量网络分析仪(VNA)、低电压降稳压器(LDOs)和接在后面的低噪声放大器的接收天线组成（图3）．测试由一台PC控制，在VNA中开始双端口散射测量，这立即触发AFG产生85 μs宽的脉冲。这使得电压调节器能够为电容器组提供偏置电压。
3.系统演示：（a）测试设置的照片;插图显示了三个元素相控阵。分阶段阵列安装在旋转刚性底座上。通过VNA提供参考（注射锁定）信号（所有电缆涂覆有EMI屏蔽材料以避免近场干扰）。接收器天线位于远地3.4米;其输出之后是低噪声放大器，其输出反馈到VNA，并测量来自分阶段阵列的辐射信号的大小。（分别）在F处测量和模拟远场辐射图案的测量和模拟0. = 982 MHz when the beam was steered to θ = 0°; at f0. = 982 MHz when the beam was steered to θ = 15°; at f0. = 982 MHz when the beam was steered to θ = –30°; and at f0. = 982 MHz when the beam was steered to θ = 30°. In the simulated pattern, the phase and magnitude variations are accounted for, and ideal omnidirectional antennas are assumed.
接下来，10μs后，AFG允许向上启动振荡器的电压调节器65μs以产生电磁脉冲。振荡器通过4位数字代码参考注射锁定信号进行频率同步和相位调谐。接收器天线的放大器的输出连接回VNA的端口2。结果，辐射信号的幅度被测量为S.21.参数。
这项工作得到了美国国防高级研究计划局(DARPA)大脑启发计算中心和普林斯顿等离子体科学与技术项目的部分支持。细节在他们的论文中。”基于在Gigahertz频率下运行的大区域电子设备的相控阵“ 出版于电子性质．
他们的冗长贴了补充信息文件提供了关于模型，数学分析，仿真，制造，测试设置，校准，测量与模拟性能的额外详细信息，以及更多。它结束了一个有趣的表，其中它们比较了他们的方法与八个其他发布的和引用技术相对于关键性能属性，例如元素，频率，灵活性，集成数量，兼容性等等。
