相控陣技術的案例
Wabtec原奧林巴斯超聲相控陣無損檢測解決方案
從航空航天發動機焊縫的毫厘之爭，到石油化工管道的腐蝕監測，再到軌道交通關鍵部件的疲勞評估，超聲相控陣技術正以卓越的分辨率、靈活的聲束控制和智能化的數據處理能力，重新定義工業安全標準，在以后隨著AI輔助判讀與相控陣技術的深度融合，無損檢測將不再僅僅是發現缺陷的工具，更將成為預測設備壽命、優化維護策略的決策大腦。
5G仿真解決方案 | 相控陣仿真技術詳解
5G
天線是移動通信系統的重要組成部分，隨著移動通信技術的發展，天線形態越來越多樣化，并且技術也日趨復雜。進入5G時代，大規模MIMO、波束賦形等成為關鍵技術，促使天線向著有源化、復雜化的方向演進。天線設計方式也需要與時俱進，采用先進的仿真shou段應對復雜設計需求，滿足5G時代天線不斷提高的性能要求。
5G與相控陣
5G時代應用將極大豐富，5G網絡需要適應大帶寬、高可靠低時延、大連接等場景，這就要求5G天線具備支持更多通道，靈活實時的波束調節，并支持高頻段通信的能力，其關鍵的演進方向即為大規模MIMO有源天線。大規模MIMO相較于傳統MIMO能夠有效提升性能的核心就是基于相控陣技術。
所謂相控陣，是指通過控制陣列天線中輻射單元饋電相位來改變方向圖波束指向的一類陣列天線。
相控陣的主要目的是實現陣列波束的空間掃描，即所謂電掃描。相控陣早期主要應用于軍事方面——相控陣雷達。由于相控陣雷達掃描速度快，多任務能力強，現已廣泛應用到軍事雷達領域中，并成為軍事實力的標志之一。
展開 便攜式相控陣探傷儀OmniScan X3 系列探傷儀
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強大的相控陣工具箱
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OmniScan X3系列探傷儀是一款集成了先進全聚焦方式（TFM）和好用相控陣（PA）功能的全面無損檢測解決方案。這款便攜式設備專為提高檢測效率和準確性而設計，適用于各種復雜材料的缺陷識別。
</div><p><span style="color: rgb(25, 27, 31);">便攜式相控陣探傷儀:</span><a href="https://industrial.evidentscientific.com.cn/zh/phasedarray/" rel="noopener noreferrer" target="_blank">https://industrial.evidentscientific.com.cn/zh/phasedarray/</a></p><div contenteditable="false" width="100%">
核心特點與優勢：
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高效性能：采用堅固耐用且輕巧的設計，支持64晶片相控陣探頭，并能實現128晶片孔徑的TFM檢測，適合較厚或衰減性較強的材料。
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創新的TFM成像技術：提供高質量成像，增強對小缺陷的靈敏度及噪聲材料中的穿透力。聲學影響圖（AIM）工具幫助用戶提前確認TFM聲波覆蓋范圍，優化掃查計劃。
展開 基于CST相控陣天線快速設計方法
前言
在上世紀三十年代，相控陣技術就已經出現在軍事領域的雷達應用中。近年來隨著模擬微波/毫米波集成電路（MMIC）技術、數字波束形成技術、計算機及信號處理技術突飛猛進的發展，相控陣理論也得到了長足的發展，結合相控陣理論的天線技術也成為天線領域里的一個熱門話題。相控陣雷達成為近幾年快速發展的一種新型雷達，主要的優點在于其搜索跟蹤目標時，陣列天線是固定的，只要改變天線陣元間的相位差，即可達到使天線方向圖進行無慣性掃描的目的，避免了使陣列天線做機械轉動時的一系列問題。并且通過改變天線陣元饋電幅度的 大小，也可以使天線陣方向圖的形狀進行一定的改變，以便應對不同的需求。目前，相控陣雷達已經成為一個具有多目標搜索跟蹤、高自適應能力的先進檢測系統。
當前計算機技術和各種三維電磁軟件的發展，為天線設計提供了強大的輔助，目前使用較多的有FEKO，HFSS，CST等軟件，本文采用CST設計一款相控陣天線，實現波束掃描，相對于傳統方法，大大節省計算資源和時間。
1． 單元設計
這里方便起見，采用背饋的微帶天線，模型如下
本文設計在73.5GHZ左右，經過不斷優化仿真，得到回撥損耗如下圖
上圖可知，-10db帶寬為71GHz---76.5GHz
天線單元的增益比較重要，太小的話會影響天線陣列的性能，根據相關理論，天線單元沒翻倍，增益將增加3dB左右，當然這是在理想情況下，也就是耦合很小情況。
上圖可知，微帶單元的最大輻射方向垂直于貼片，最大增益為7.64dB，符合常規要求。
二.陣列快速建立
接下來打開CST陣列快速建模功能如下如，這里采用橢圓形，單元個數在x方向為30個，y方向為20個。間隔3mm。
為了有效減低副瓣，采用泰勒綜合功能
上圖可知，在周邊幅度盡量小，中心大，這樣可以有效得到低副瓣。
展開 
綜述 \\ 星載有源相控陣天線熱控技術研究進展
圖3 星載有源相控陣天線熱控技術分類
其中，熱量收集方面的研究主要包括高導熱材料、基于高導熱材料和新型封裝工藝的結構導熱技術及基于泵驅流體回路的近結微流體冷卻技術等；熱量傳輸環節主要包括基于不同類型熱管的被動式熱控技術和基于泵驅流體回路的主動式熱控技術；熱量排散環節主要討論了熱輻射器技術．
此外，相變材料因其獨特的性質而在熱控領域具有較好的前景，其應用貫穿了以上三個不同的傳熱環節，具體方式一般為與其他熱控技術相結合或者集成于其他熱控組件中．
結合目前我國在一些關鍵技術方面與國外先進技術水平的差距，進一步明確了我國星載有源相控陣天線熱控技術的發展方向，可為我國星載有源相控陣天線熱控系統的設計與技術革新提供參考．后續研究可從以下幾個方面開展．
a. 從熱量傳遞路徑的角度考慮，對于衛星平臺熱控系統中熱量的收集、傳輸與排散過程，其中任一環節設計上的改變都會對整個熱控系統的性能產生重要影響．因此，在熱控系統設計中有必要從全局出發，根據不同環節已有技術的可實現性制定系統性的熱控方案．
b. 整體上，對于已有研究中的星載平臺熱控系統，就系統級熱控方案而言主要分為主動式和被動式兩種．然而面向下一代星載有源相控陣天線高散熱功率、高溫控精度和穩定性的熱管理需求，結合不同熱控技術的技術特點，未來星載有源相控陣天線熱控系統或將向著全主動式的兩相泵驅流體回路熱控架構，或以主動式為主并耦合被動式毛細泵驅回路的復合式熱控架構發展和突破，如
表4
所示．
展開 中國魚10重型高速魚雷首次公開，或為世界第一種聲學相控陣魚雷
軍事觀察家根據上述有限公開資訊推測，魚-10--這種海軍潛艇部隊期盼已久的新一代重型反潛/反艦雙用途魚雷已正式列裝部隊，并且極有可能是世界上第一種“聲學相控陣”型智能化魚雷。
作為一種歷史悠久的海軍武器，魚雷具有隱蔽性好、破壞威力大、命中概率高等優點，然而現代魚雷更像一種“水下導彈”，能夠在水下自動航行、尋的與跟蹤、攻擊和摧毀水面或水下目標。隱身技術、制導技術和動力技術是現代魚雷的三大標志性關鍵技術，分別決定了魚雷武器的生存性能、精確打擊能力和打擊范圍，成為衡量21世紀發展起來的新一代現代化魚雷先進性的重要標志。
2013年年底，國內某權威媒體首次披露海軍某新型魚雷的定型消息：
“
“初秋，波飛浪卷的南海深處靜謐安詳，執行新型魚雷試驗任務的潛艇隱蔽出航。遠距離大深度狀態下發射出的新型魚雷靈巧繞過干擾“聲誘餌”，怒吼中將上千噸的靶船攔腰炸沉。這一聲海底驚雷，標志著我國高速智能魚雷定型試驗圓滿成功，我人民海軍魚雷裝備性能躍居世界先進行列。”
據2016年8月出版的《魚雷減振降噪技術》一書披露，由該書作者，中國造船學會水中兵器學委會魚雷總體學組組長尹韶平研究員參與的國家重點科研項目獲國家科技進步一等獎一項，國防科技進步特等獎、一等獎各一項，中船重工集團公司科技進步特等獎一項、一等獎二項，二、三等獎多項。
▲美軍MK-48Mod 7重型魚雷
除此之外，另有某公開消息稱，2016年獲得中船重工集團公司科技進步特等獎的正是“魚雷減振降噪技術研究專項”。
展開 一期一會 | 什么是相控陣列天線？
大家是否知曉其背后的技術原理和演進趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領域專家，圍繞Ansys全產品線的技術優勢，帶您深入解析流體、結構、電子設計及電磁仿真、光學、光子學、半導體、自動駕駛、汽車、聲學、航空航天、材料等多個關鍵領域，讓復雜的專業知識觸手可及。
相控陣列天線是一組排列成陣列的單元天線，其像單個天線一樣協同工作，通過電子方式控制發射無線電波，無需物理移動天線即可使其指向一個或多個方向。
在波束成形的過程中，相控陣列系統以相同頻率從每個天線單元發送信號，但每個單元的相位和大小各不相同。這樣做，就會在電磁波疊加時產生相長干涉和相消干涉，從而形成一種代表定向高增益波束的輻射方向圖。
大多數相控陣列天線是平面的，由成百上千個天線單元組成，這些單元可能排列成一條線、一個平面，或者是三維立體結構。工程師會利用仿真驅動的高頻電磁物理學來設計陣列元件、整體陣列配置，以及驅動天線的射頻（RF）硬件和電子電路。
相控陣列天線的基礎知識
相控陣列天線系統十分復雜且功能強大，包含電力電子設備、RF組件和天線設計。為了解設計團隊如何配置相控陣列天線系統，以及哪些應用最適合該技術，工程師應熟悉以下基礎知識。
無線電波振幅、相位、頻率和波長
無線電波是一種高頻電磁輻射，其波形是正弦波，在大約3 KHz至3,000 GHz的帶寬范圍內振蕩。此圖顯示了無線電波的基本特征：
波長是波在一個周期內傳播的距離。幅度是波的最大值，而相位是每個波的峰值之間的差值，或者說是它們的時間延遲。相控陣列天線的頻率通常是恒定的，只有微小的變化，但每個天線的相位和振幅都可以發生變化。
天線單元
天線單元是陣列中的單個天線。
展開 自適應微帶相控陣天線建模模塊
step3:依據天線口徑以及基板材料等參數，完成介質基板建模，最終完成微帶相控陣天線自動建模。
總結
本文介紹了一種微帶相控陣天線自適應建模方法，其依據天線口徑/貼片與饋線的結構參數/波束掃描角范圍，可實現微帶相控陣天線的自適應建模，相較于原模塊，建模效率更高，操作更加便捷。
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某有源相控陣天線冷板散熱仿真分析
來源：科學與技術 作者：蔣瑞 高天一
關鍵字：相控陣雷達 天線冷板 散熱仿真
本文根據某機載相控陣雷達天線艙內的空間布局，對天線冷板進行了結構設計，并運用有限元體積法的Icepak軟件對三維模型進行散熱效能仿真，對仿真結果進行分析，驗證了冷板的結構設計滿足了相控陣雷達天線陣面發熱插件通風散熱要求。
1 某機載雷達相控陣的構成
機載相控陣雷達主要由T/R組件、波控網絡、天線振子、電源、天線陣面、饋電網絡等部分組成。其中T/R組件是整個天線的核心以及發熱集中區域，因此如何將T/R組件工作時產生的熱量散發至外部環境成為熱設計的關鍵與難點。
2 天線陣面熱仿真
2.1 天線陣面模型建立及簡化
對于本模型，在進行散熱分析時，主要關注的是T/R組件基板上高功率芯片的發熱量以及冷板散熱能力，其他細小零件對整體模塊的散熱的影響不大進行了省略處理；對冷卻流體工質聯接導管、冷卻工質進出口、T/R組件等直接或間接影響散熱能力的部件進行模型簡化分析。
根據天線陣面冷卻系統技術參數：環境溫度：50℃；流體介質：65#防凍液；流體溫度：35℃，可以得到天線陣面熱邊界參數如表1：
表1 天線陣面熱設計邊界條件
表中T/R組件進出口溫差為串聯支路的溫差，其余皆為單個。
根據天線艙內的空間布局，以及上表中的熱邊界條件，對冷板進行了結構設計并建立ICEPAK模型如圖1所示。
圖1 雷達陣面熱仿真模型布置圖
2.2 熱仿真結果分析
對模型進行三維散熱效能仿真建模，其仿真條件：介質為65#防凍液，介質溫度=35℃，環境溫度=55℃，總功耗為15KW，系統總流量為2.048m3/h。
展開 有源相控陣雷達的科研利器—UltraLAB工作站集群推薦
有源相控陣雷達的研究和仿真是一個復雜而龐大的任務，需要充分考慮算法的可行性、計算資源的可用性和仿真結果的準確性。建議在進行有源相控陣雷達研究時，咨詢相關專業人員以獲取更準確和具體的建議。
電磁仿真HFSS單機/虛擬加速/集群硬件配置推薦
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展開 國內首款硅工藝全集成相控陣T/R芯片在安其威微電子誕生
相比傳統的組件式方案，采用ARW9621芯片裝貼的天線陣面體積小，通道一致性好，調試簡單，故障率低，硅工藝也使成本得以大幅下降。輸出功率達到1W的該類型芯片的研制成功在國內尚屬首例，為硅基單片全集成T/R芯片的大規模應用拉開了序幕。
公司芯片研發團隊正在同步研發X和Ku波段的全集成T/R芯片， 該技術將來可以應用到5G毫米波通信，相控陣衛星通信等多個應用領域。
智芯研報 | 氮化鎵（GaN）射頻器件市場：2026年預計達到24億美元以上
相較SiLDMOS和GaAs，在基站端GaN射頻器件更能有效滿足5G的高功率、高通信頻段和高效率等要求。盡管SiLDMOS可以輸出大功率，但在頻率方面，其僅在不超過3.5GHz頻譜范圍內有效，而GaAs功率放大器雖然頻率可以做大，但在輸出功率方面又顯著遜色于GaN器件，因此，在滿足高功率、高頻率、大帶寬的5G通信方面，GaN功率放大器是基站端的最佳選擇。
▌軍事應用——氮化鎵在雷達和電子戰系統中的優勢
射頻氮化鎵器件現在最大的市場是軍事與航天領域。大約十五年前，在美國國防部的資助下，研究人員開始投入到射頻氮化鎵技術的研究，這才催生了現在的射頻氮化鎵器件市場。
根據StrategyAnalytics的統計，國防和航天應用占了射頻氮化鎵總市場規模的40%，雷達和電子戰系統是射頻氮化鎵的最大應用市場。
2017年3月，雷神公司宣布其愛國者導彈防御系統采用了最新的基于氮化鎵技術的天線系統。愛國者導彈防御系統是一種陸基導彈防御系統，可攔截彈道導彈、無人機和飛機。
▲愛國者導彈
舊愛國者系統采用的雷達技術被稱為被動電子掃描陣列，新雷達系統改為主動電子掃描陣列（AESA），主動電子掃描陣列將提供給愛國者系統360度的雷達能力。
“雷神相信，升級到基于氮化鎵技術的主動電子掃描陣列雷達，可以使愛國者系統保持對新型進攻武器優勢。”雷神空中和導彈綜合防御業務發展副總裁TimGlaeser說道。
主動電子掃描陣列雷達是基于相控陣技術，相控陣設備包含一組可以單獨控制的天線，利用波束成形技術，可以讓這組天線轉向不同的方向。
值得注意的是，這些技術正在從軍用轉向商用。例如，主動電子掃描陣列和相控陣技術已經被用于60GHz毫米波Wi-Fi技術、汽車雷達系統和無線基站等。此外，5G中將廣泛采用相控陣技術。
展開 5G仿真解決方案之終端天線仿真關鍵技術 | 附最新白皮書下載
所以，相控陣技術對于毫米波天線在終端設備中的重要性不言而喻。
左：相控陣波束成形
右：相控陣技術實現波束切換
而為了將毫米波相控陣天線裝進手機終端產品中，毫米波天線實現形式也有了突破。目前毫米波天線陣列的實現的方式可分為AoC（Antenna on Chip)、AiP （Antenna in Package，封裝天線）兩種。其中AoC天線將輻射單元直接集成到射頻芯片的后端，該方案的優點在于，在一個面積僅幾平方毫米的單一模塊上，沒有任何射頻互連和射頻與基帶功能的相互集成。考慮到成本和性能，AoC技術更適用于較毫米波頻段更高頻率的太赫茲頻段（300GHz-3000GHz）。
AoC天線與AiP天線（網絡圖片）
而AiP是基于封裝材料與工藝，將天線與芯片集成在封裝內，實現系統級無線功能的技術。AiP技術利用硅基半導體工藝集成度提高，兼顧了天線性能、成本及體積，是近年來天線技術的重大成就及5G毫米波頻段終端天線的技術升級方向。
展開 活動 | 激光雷達種類那么多，究竟誰才是高級別自動駕駛的終極解決方案
OPA運用相干原理，采用多個光源組成陣列，通過調節發射陣列中每個發射單元的相位差，來控制輸出的激光束的方向，有著體積小、掃描速度快、精度高、可控性強等優點。FLASH激光雷達則是采用垂直腔面發射激光器（VCSEL），通過短時間直接發射出一大片覆蓋探測區域的激光，再以高度靈敏的面陣接收器，來完成對環境周圍圖像的繪制，從而一次性實現全局成像來完成探測，無需考慮運動補償。全固態激光雷達被普遍認為是未來激光雷達的發展趨勢，但目前技術還在發展中，在抗干擾能力、角分辨率、探測距離等方面仍有提升空間。
除了以上提到的三大類激光雷達以外，調頻連續波（FMCW）激光雷達也是行業內的一個熱點方向。與常見的飛行時間（ToF）測距原理不同，FMCW激光雷達的優勢在于可實現更高的探測靈敏度和精度，適合硅光子和相控陣技術低成本批量生產，并且可以有效阻止其他雷達的干擾。但是，該技術對元件的功耗處理能力要求很高，若要獲得市場認可，其中的激光器必須要在調頻速度、調頻范圍、線性度、激光相干性、是否滿足車規以及能否低成本量產等多方面取得進展。
綜上所述，在激光雷達市場繁榮發展的今天，各種類型的產品都有其優勢與可提升的空間。值此之際，由希邁商務咨詢（上海）有限公司主辦的智能汽車激光雷達創新技術論壇將于8月5日在上海召開，本次會議聚焦于車載激光雷達的研發、制造、檢測、應用、發展等熱點話題，旨在舉辦一場高專業性與高精準度的行業技術與商務交流大會，為產業鏈上各環節的企業與專家同仁們提供溝通和展示的平臺。
展開 各類傳感器百家爭鳴，自動駕駛趕上了好時代
先進的CMOS圖像傳感器可以提供適用于新一代駕駛輔助和自動駕駛系統的分辨率，這些圖像傳感器有助于對象的分類，從而實現更安全的導航
滿足自動駕駛車輛需求的另一種方法是推出新技術。美國加州的激光雷達創業公司Quanergy Systems便提供了一個案例。Quanergy Systems首席執行官兼聯合創始人Louay Eldada稱，該公司的核心專長在于光學相控陣技術。
通過數千個光學天線元件之間的干涉，該公司的芯片可以在不使用任何運動部件的情況下形成并偏轉光束。據Eldada稱，Quanergy的激光雷達產品比同等性能的機械式激光雷達更小、更可靠。并且，這種系統功耗更低，可以用高幀率的低強度激光覆蓋周圍環境。
“這是一種紅外激光束。我們的工作波長為905 nm，因為我們希望發射器和接收器等所有芯片都采用硅材料和工藝，”Eldada說。
多激光雷達組合應用
Eldada指出，每輛車上可能需要多個激光雷達。自動駕駛汽車必須能夠精確地“看到”周圍的一切，汽車制造商希望刷新率能夠達到50 fps，而單個激光雷達很難實現。如果激光雷達傳感器的安裝位置不影響車身設計，則意味著車輛本身將會阻擋傳感器的部分視線。“因此，每輛自動駕駛汽車將需要3~5個激光雷達，”Eldada說，“其中，4個是最優的組合。因而每個激光雷達的價格需要降到數百美元區間。”
加拿大激光雷達創業公司LeddarTech則帶來了另一種達到成本和性能目標的方案。LeddarTech總裁兼首席執行官Frantz Saintellemy表示，該公司開發了自己的核心傳感技術，并為客戶提供如何為汽車應用構建激光雷達系統的完整解決方案。
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