T/R模块的基本概念与知识要点

发射-接收（T/R）模块是时间双工射频前端的基础，位于天线阵元的正后方，用于雷达和通信（例如5G、卫星）系统的波束形成阵列中。TR模块通常由一个低噪声放大器、一个功率放大器和一个TR开关组成。在此基础之上，可以构建各种级别的“智能”，允许TR模块接管一些波束控制的任务，例如自动扫描和波束切换，通常还会集成数字控制和遥测接口以及功率控制系统。

T/R模块通常与专门的天线元件紧密集成。根据应用的不同，这些天线元件可以是平面的（贴片、Vivaldi等）或非平面的（螺旋等）。有时，天线阵列中还会集成多极化能力。开发定制天线和T/R模块可使用商业上可用的组件，以适应所需应用，最高可达X/Ku波段。

从5G通信到大型相控阵雷达系统，射频系统都会使用T/R模块来控制发射和接收的功能。相控阵雷达系统中一般会集成相位偏移和幅度控制，用于控制波束指向和塑造天线波束赋型。

将T/R模块物理上放置在辐射元件附近从而得到最大的传输效率，此外，通过最小化天线馈电网络中的传输损耗产生的噪声，接收器的灵敏度得到了增强。

一维（线性）阵列呈“木板”形状，当与其他木板一起堆叠时，形成二维阵列（见图4）。一维线性阵列可以提供在一个平面上的波束控制，而通过将多个这样的一维阵列进行堆叠，可以形成一个二维阵列，从而实现在三维空间中的波束控制。这种二维阵列提供了更高的灵活性和更精确的波束指向能力，这对于雷达和通信系统来说是非常重要的。

在一维线性阵列中，T/R模块和天线元件通常按照直线排列，而在二维阵列中，这些线性阵列则按照特定的几何形状排列，比如矩形或者其他形状，以满足特定的波束覆盖和扫描要求。

图4可能展示了这种堆叠结构的示意图，其中不同的“木板”代表不同的线性阵列，它们共同工作以形成一个完整的二维阵列。这种设计允许系统在不需要机械移动部件的情况下，通过电子方式控制波束的指向，从而提高了系统的响应速度和灵活性。

每个T/R模块都拥有自己的相位和幅度加权，这些可以实时更新，以允许波束扫描和目标跟踪功能。使用这样的模块，可以轻松实现单波束和单脉冲技术。

自适应电子扫描阵列

地面通信系统（例如5G）和卫星系统利用AESA技术来跟踪用户终端，并通过在干扰器/干扰源的方向上引导零点来减少干扰。雷达系统使用AESA功能进行波束扫描，以及在民用和军事应用中进行目标跟踪。

AESA的关键设计方面包括天线阵元间距、射频信号分配、热管理和数据接口。必须仔细选择阵元间距以防止在天线波束中产生不希望的栅瓣。间距决定了T/R模块外壳的尺寸。对于X波段及以上，非常重要的是T/R系统组件非常紧凑，以便它们能够在物理上适应由天线间距定义的空间。

射频信号分配系统必须尽可能少地表现出损耗，尤其是在T/R模块和天线之间。当发射功率超过一两瓦时，热管理也会成为一个问题。在许多情况下，可能需要某种形式的冷却（空气、液体），特别是在炎热环境中进行高占空比、长时间运行时。当需要实时更新T/R模块相位/幅度数据以进行扫描和跟踪操作时，高速数据接口也是至关重要。

审核编辑：黄飞