CN111726085B - 相移模块及天线设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及本地振荡器路径中具有增强的倍频器和温度补偿的相移模块。公开用于在诸如5G蜂窝技术的相控天线阵列的天线阵列中提供相移的系统和方法。在一方面，示例性相移模块可以包括移相器和倍频器。移相器被配置为接收本地振荡器(LO)信号，并输出相对于LO信号相移所需相移的信号。倍频器可以是增强的倍频器，被配置为不仅使用相移信号，而且还使用相移信号的反相版本来产生具有为LO信号频率倍数的频率的倍频信号。在另外方面，示例性相移模块可以被配置为将考虑相移随温度的变化的相移施加于LO信号。

Description

相移模块及天线设备
技术领域
本公开总体上涉及射频(RF)系统，并且更具体地涉及在这样的系统中使用的相移模块。
背景技术
无线电系统是指以电磁波形式在大约3千赫兹(kHz)至300吉赫兹(GHz)的RF范围内发送和接收信号的系统。无线电系统通常用于无线通信，蜂窝/无线移动技术是一个突出的例子。
相移模块是一种RF网络模块，可提供RF信号的可控相移。移相器可以用在相控阵中，在天线理论中，相控阵通常是指天线元件的电子扫描阵列，可产生无线电波束，该束无线电波可以电子指向不同方向而不会移动天线。在阵列天线中，来自发射机的RF电流以正确的相位关系被馈送到各个天线，从而使来自独立天线的无线电波加在一起以增加所需方向的辐射，而抵消以抑制不希望方向的辐射。在相控阵列中，来自发射机的功率通过由计算机系统控制的移相器馈送到天线，移相器可以通过电子方式改变相位，从而将无线电波束转向不同的方向。
附图说明
为了提供对本公开及其特征和优点的更完整的理解，结合附图参考以下描述，其中，相同的附图标记表示相同的部分，其中：
图1提供了根据本公开的一些实施例的在本地振荡器(LO)路径中具有相移模块的天线设备的示意图；
图2提供了根据本公开的一些实施例的具有增强的倍频器的相移模块的示意图。
图3提供了示出根据本公开的一些实施例的使用具有增强的倍频器的相移模块来实现相移的方法的框图；
图4A和图4B提供了根据本公开的一些实施例的增强的倍频器的开关布置的不同状态的示意图，该增强的倍频器被配置为将提供给乘法器的开关核心的信号从输入反相到乘法器。
图5A和图5B提供了根据本公开的一些实施例的增强的倍频器的开关布置的不同状态的示意图，该增强的倍频器被配置为将提供给乘法器的跨导放大器的信号从输入反相到乘法器。
图6A和图6B提供了根据本公开的一些实施例的增强的倍频器的开关布置的不同状态的示意图，该增强的倍频器被配置为反相从乘法器的跨导放大器提供给乘法器的开关核心的信号。
图7提供了根据本公开的一些实施例的具有温度补偿的相移模块的示意图。
图8提供了根据本公开的一些实施例的框图，该框图示出了使用具有温度补偿的相移模块来实现温度补偿的相移的方法。
图9提供了示出根据本公开的一些实施例的示例数据处理系统的框图，该示例数据处理系统可以被配置为实现或控制实现具有增强的倍频器和/或温度补偿的移相模块的至少一部分。
具体实施方式
综述
本公开的系统、方法和设备每个都具有几个创新方面，没有任何一个单独地负责本文公开的所有期望属性。在以下描述和附图中阐述了本说明书中描述的主题的一种或多种实现方式的细节。
为了说明本文提出的RF系统中的相移模块，首先理解在这种系统中可能起作用的现象可能是有用的。可以将以下基础信息视为可以适当地解释本公开的基础。提供此类信息仅出于解释目的，因此，不应以任何方式解释为限制本公开及其潜在应用的广泛范围。
在无线电系统的上下文中，天线是一种设备，它充当在空间中无线传播的无线电波与在与发射器或接收器一起使用的金属导体中移动的电流之间的接口。在传输期间，无线电发射机可以向天线的端子提供电流，并且天线可以将电流中的能量作为无线电波辐射出去。在接收期间，天线可能会截取无线电波的某些功率，以便在其终端产生电流，该电流随后可能会被接收器放大。天线是所有无线电设备的重要组成部分，并用于无线电广播、广播电视、双向广播、通信接收器、雷达、手机、卫星通信和其他设备中。
具有单个天线元件的天线通常将广播一个辐射图，该辐射图在球面波前的所有方向上均等地辐射。相控天线阵列(通常也称为“相位阵列”)通常是指天线的集合(其中各个天线通常称为“天线元件”)，用于将电磁能量聚焦在特定方向上，从而产生一个远光灯。相控阵比单天线系统具有许多优势，例如高增益、执行定向控制的能力以及同步通信。因此，相控阵被广泛用于各种不同的应用中，例如在移动技术、蜂窝电话和数据、Wi-Fi技术、汽车雷达和飞机雷达中。
相控阵列的每个单独的天线元件可以辐射成球形，但是，总的来说，多个这样的天线元件可以通过相长和相消干涉在特定方向上产生波前(这种波前通常称为“主波束”)。即，通过仔细地控制由不同天线元件辐射的信号的相位，不同天线元件的辐射方向图可以在所需方向上相长干涉，从而在该方向上产生主波束，同时在除主光束方向以外的其他几个方向上产生破坏性干涉。因此，相控阵通常包括相移模块(通常也称为“移相器”)，其被配置为控制由不同天线元件辐射的信号的相位。
在如上所述的相控阵列中，主波束方向的精度高度依赖于不同天线元件之间的相对相位的精度。不幸的是，仔细控制由不同天线元件发射的信号的相位并不是一件容易的事，并且由于不同的原因可能会出现相位误差。进行严格的相位控制具有挑战性的一个原因是，移相器本身可能会引入明显的损耗，从而影响相控阵系统的运行，这可能会导致增益和线性性能下降，并且可能会增加功耗(例如，由于需要额外的扩增阶段)。使仔细的相位控制具有挑战性的另一个原因是，相移器通常会出现温度变化，即，对于可能需要的给定相移，在不同温度下实际实现的相移量可能会有所不同，从而导致相位错误和阵列性能下降。随着移相器应该能够提供的相移范围的增加，挑战也变得更加严峻，而最新的射频系统要求能够在整个360度范围内提供相移。随着需要相位同步的RF网络模块数量的增加，挑战进一步加剧。例如，在第五代蜂窝技术(5G)相控天线阵列中，在将多个流组合在一起以形成一个流的情况下，同步各种上/下转换器(UDC)路径的相位很重要，这可能有助于缩放阵列大小和/或功率，并增加每个用户的信噪比(SNR)。
能够仔细控制相移的常见常规方法包括执行工厂校准，该校准要在将RF模块部署到现场之前执行。但是，这种工厂校准昂贵，费时且缺乏现场校准模块所需的灵活性。
本公开的各种实施例提供了旨在改善上述一个或多个挑战的系统和方法，所述挑战使得能够实现诸如但不限于5G蜂窝技术的相控天线阵列的天线阵列中的相移。
在本公开的一方面，示例性相移模块包括移相器和倍频器。移相器被配置为接收LO信号并输出相对于LO信号被期望的相移PS相移的信号。倍频器被配置为使用相移信号以及反相的相移信号(即，作为相移信号的反相版本的信号)来产生倍频信号，该倍频信号的频率是LO信号频率的倍数K(其中K大于1)。因为倍频器不仅使用相移信号本身，而且还使用其反相版本，所以可以将其称为“增强的倍频器”。由于移相器将相移应用于LO信号，因此可以将其描述为在LO路径中提供(即，在LO信号的路径中，该路径在LO与使用LO信号执行上变频或下变频的一个或多个混频器之间)。这与可以在信号路径中(即，在要发送的信号的路径中)实现的任何移相器形成对比，例如，在混频器通过将要传输的信号与LO信号或要传输的信号路径中的任何位置混合到混频器进行频率上变频之前执行了频率上变频之后。
在本公开的另一方面，在LO路径中提供示例性相移模块(即，由相移模块施加的相移被施加到LO信号)，并且被配置为将考虑相移随温度变化的相移应用于LO信号。为此，示例性天线设备可以包括温度补偿电路，该温度补偿电路被配置为确定要施加到将由相移模块施加的相移的温度补偿，所述相移模块可以被配置为将相移施加到LO信号以产生相移的LO信号，其中，所述相移基于由温度补偿电路确定的温度补偿和要施加的目标相移。然后，UDC电路的一个或多个混频器可以被配置为使用由相移模块生成的相移的LO信号来执行混频。
如本文所述，具有增强的倍频器和/或温度补偿的相移模块可以提供许多优点(例如，减少与移相器相关的损耗，减少相移对RF信号质量的负面影响，并启用内置的校准解决方案，例如，以实现5G相控阵中使用的不同UDC之间的LO相位同步)，下面重点介绍其中一些。
使用倍频器可以允许将移相器需要能够提供的相移范围减小1/K。增强的倍频器使用相移信号的反相版本的事实可以进一步允许将范围减小一半。结果，本文所述的具有增强的倍频器的相移模块可以允许显着减小相移器应当能够提供的相移的范围，从而有利地减少与移相器相关的损耗。例如，移相模块可以使用能够提供最大90度范围内的相移(例如，0至90度之间的相移)的移相器和增强的倍频器(其是能够实现360度的相移的双倍倍倍频器(即K＝2))。在另一示例中，相移模块可以使用能够提供最大45度范围内的相移(例如，0度至45度之间的相移)的移相器和增强的倍频器(其是能够实现360度相移的四倍倍频器(即K＝4))。
另外，与在信号路径中提供相移模块相比，在LO路径中提供相移模块，包括对LO路径中的相移变化实施温度补偿，可以有利地减少相移对RF信号质量的负面影响。
此外，本文所述的相移模块可能特别适合于使能在现场执行的内置校准解决方案，从而消除了对昂贵的工厂校准的需求或至少降低了对它们的要求。例如，本文所述的相移模块可用于执行相控阵校准，以实现在5G相控阵中使用的不同UDC电路之间的LO相位同步(例如，补偿、减少或消除相位失配)。
在各种实施例中，术语“UDC电路”可以用于包括这样的频率转换电路(例如，被配置为对用于无线传输的RF信号执行上变频的混频器，被配置为对所接收的RF信号进行下变频的混频器，或两者兼有)，以及该术语的广义含义中可能包含的任何其他组件，例如滤波器，模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、变压器以及通常与混频器结合使用的其他电路元件。在所有这些变体中，术语“UDC电路”涵盖了其中UDC电路仅包括与发射(TX)路径有关的电路元件的实施方式(例如，仅上变频混频器，而不用于下变频混频器；在此类实施方式中，UDC电路可用作/用于生成RF信号进行传输的RF发送器，例如，UDC电路可以使连接到UDC电路的校准探针或天线阵列的天线元件能够充当或用作发送器)、UDC电路仅包括与接收(RX)路径有关的电路元件(例如，仅下变频混频器，但不包括上变频混频器；在此类实现中，UDC电路可用作/在RF接收机中用于下变频所接收的RF信号，例如，则UDC电路可以使连接到UDC电路的校准探针或天线阵列的天线元件能够用作或用作接收器)的实施方式、以及UDC电路同时包含TX路径的电路元件和RX路径的电路元件(例如，上变频混频器和下变频混频器；在这样的实施方式中，UDC电路可以用作/在RF收发器中，例如，UDC电路可以使连接到UDC电路的校准探针或天线阵列的天线元件能够用作或用作收发器)的实施方式。
如本领域技术人员将理解的，可以以各种方式(例如作为方法、系统、计算机程序产品或计算机可读存储介质)来体现本公开的方面，特别是如本文所述的具有增强的倍频器和/或温度补偿的相移模块的方面。因此，本公开的方面可以采取完全硬件实施例，完全软件实施例(包括固件，驻留软件，微代码等)或结合了软件和硬件方面的实施例，这些方面在本文中通常都统称为“电路”、“模块”或“系统”。本公开中描述的功能可以被实现为由一台或多台计算机中的一个或多个硬件处理单元(例如，一个或多个微处理器)执行的算法。在各种实施例中，本文描述的任何方法的不同步骤和步骤的一部分可以由不同的处理单元执行。此外，本公开的方面可以采取体现在一种或多种计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，优选地是非暂时性的，其上具有例如被存储在其上的计算机可读程序代码。在各种实施例中，这样的计算机程序可以例如被下载(更新)到现有设备和系统(例如现有的有线通讯发射器、接收器和/或其控制器等)，或者在制造这些设备和系统时被存储。
以下详细描述给出了特定某些实施例的各种描述。但是，本文所述的创新可以以多种不同的方式体现，例如，如权利要求书或所选示例所定义和涵盖的那样。在以下描述中，参考附图，其中相似的附图标记可以指示相同或功能相似的元件。将理解的是，附图中示出的元件不必按比例绘制。而且，将理解的是，某些实施例可以包括比附图中示出的更多的元素和/或附图中示出的元素的子集。此外，一些实施例可以结合来自两个或更多个附图的特征的任何合适的组合。
该描述可以使用短语“在一实施例中”或“在实施例中”，其可以分别指代相同或不同实施例中的一个或多个。除非另有说明，否则使用序数形容词“第一”、“第二”和“第三”等来描述一个共同的对象，仅表示要引用相同对象的不同实例，而无意图暗示如此描述的对象必须在时间、空间、等级或以任何其他方式在给定序列中。使用本领域技术人员通常用来向本领域其他技术人员传达其工作实质的术语来描述示例性实施例的各个方面。术语“基本上”、“大约”、“大概”等可用于基于此处所述或本领域已知的特定值的上下文，通常指在目标值的+/-20％之内。为了本公开的目的，短语“A和/或B”或“A/B”表示(A)、(B)或(A和B)。为了本公开的目的，短语“A、B和/或C”是指(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。当参考测量范围使用时，术语“在...之间”包括测量范围的末端。如本文所用，“A/B/C”是指(A、B和/或C)。
在LO路径中具有相移模块的示例天线设备
图1提供了根据本公开的一些实施例的天线设备100的示意图，该天线设备例如是相控阵系统/设备。如图1所示，系统100可以包括天线阵列110、波束形成器阵列120和UDC电路140。
通常，天线阵列110可以包括一个或多个，通常是多个天线元件112(为了不使附图混乱，在图1中仅其中一个用参考数字标记)。在各种实施例中，天线元件112可以是辐射元件或无源元件。例如，天线元件112可以包括偶极子、开放式波导、开槽波导、微带天线等。在一些实施例中，天线元件112可以包括被配置为无线地发送和/或接收RF信号的任何合适的元件。尽管在附图中示出的一些实施例示出了一定数量的天线元件112，但是应当理解，这些实施例可以用任何数量的两个或更多个天线元件的阵列来实现。此外，尽管本公开可以将某些实施例讨论为一种类型的天线阵列，但是应当理解，本文公开的实施例可以用不同类型的天线阵列来实现，例如时域波束形成器、频域波束形成器、动态天线阵列、天线阵列、无源天线阵列等。
类似地，波束形成器阵列120可以包括一个或多个，通常是多个波束形成器122(为了不使附图混乱，在图1中仅用参考数字标记了其中之一)。波束形成器122可以被视为馈送到天线元件112的收发器(例如，可以发送和/或接收信号的设备，在这种情况下是RF信号)。在一些实施例中，波束形成器阵列120的单个波束形成器122与天线阵列110的单个天线元件112一一对应(即，不同的波束形成器122与不同的天线元件112相关联)。在其他实施例中，不止一个波束形成器122可以与单个天线元件112相关联，例如，如果例如这样的天线元件是双极化天线元件，则两个波束形成器122可以与单个天线元件112相关联。
在一些实施例中，每个波束形成器122可以包括开关124，以将路径从相应的天线元件112切换到接收机或发射机路径。尽管在图1中未具体示出，但是在一些实施例中，每个波束形成器122还可以包括另一开关，以将路径从信号处理器(也未示出)切换到接收机或发射机路径。如图1所示，在某些实施例中，每个波束形成器122的发射器路径(TX路径)可以包括移相器126和可变(例如，可编程)增益放大器128，而接收器路径(RX路径)可以包括相位调整的130和变量(例如，可编程)增益放大器132。移相器126可以被配置为调整要由天线元件112发送的RF信号(TX信号)的相位，并且可变增益放大器128可以被配置为调整要由天线元件112发送的TX信号的幅度。类似地，移相器130和可变增益放大器132可以被配置为在将RX信号提供给其他电路(例如，UDC电路140)、信号处理器(未示出)等之前，先调整天线元件112接收到的RF信号(RX信号)。波束形成器122可以被认为是天线设备100的“在RF路径中”，因为穿过波束形成器122的信号是RF信号(即，可以穿过波束形成器122的TX信号是由UDC电路140从低频信号例如从中频(IF)信号或从基带信号上变频的RF信号，而可能穿过波束形成器122的RX信号是尚未由UDC电路140下变频为低频信号例如IF信号或基带信号的RF信号)。
尽管在图1中示出了从发射机路径切换到接收路径的开关(即，开关124)，但是在波束形成器122的其他实施例中，可以使用其他组件，例如双工器。此外，尽管图1示出了波束形成器122包括移相器126、130(也可以称为“相位调节器”)和可变增益放大器128、132的实施例，但是在其他实施例中，波束形成器122中的任何一个可以包括其他部件，以调整TX和/或RX信号的大小和/或相位。在又一些实施例中，一个或多个波束形成器122可以不包括移相器126和/或移相器130，因为可替换地，可以使用LO路径中的相移模块来执行期望的相位调整，如下所述。在其他实施例中，如下所述，使用具有增强的倍频器的相移模块在LO路径中执行的相位调整可以与使用波束形成器122的移相器在RF路径中执行的相位调整相结合。
关于UDC电路的细节，通常，UDC电路140可包括上变频器和/或下变频器电路，即，在各种实施例中，UDC电路140可包括1)上变频器电路但不包括下变频器电路，2)下变频器电路，但没有上变频器电路，或者3)上变频器电路和下变频器电路。如图1所示，UDC电路140的下变频器电路可以包括放大器142和混频器144，而UDC电路140的上变频器电路可以包括放大器146和混频器148。此外，UDC电路140还包括相移模块150，将在下面更详细地描述。
在一些实施例中，单个UDC电路140可以向任何波束形成器122提供上变频的RF信号和/或从这些波束形成器122接收要下变频的RF信号。因此，单个UDC电路140可以与波束形成器阵列120的多个波束形成器122相关联(例如，在波束形成器阵列120中可能存在48个波束形成器122，与天线阵列110的48个天线元件112相关联)。这在图1中用虚线和虚线示意性地示出，该虚线和虚线连接波束形成器阵列120和UDC电路140的各个元件。即，图1示出了虚线连接UDC电路140的下变频器电路(即，放大器142)到两个不同波束形成器122的RX路径，并且虚线将UDC电路140的上变频器电路(即放大器146)连接到两个不同波束形成器122的TX路径。
UDC电路140的下变频器路径中的混频器144可具有[至少]两个输入和一个输出。混频器144的两个输入包括来自放大器142的输入(其可以例如是低噪声放大器(LNA))和来自相移模块150的输入。混频器144的一个输出是提供下变频信号156的输出，该信号可以例如是IF信号156。混频器144可以被配置为在已经被放大器142放大之后，在波束形成器122之一的RX路径的第一输入处接收RF RX信号，在其第一输入处接收并从相移模块150在其第二输入处接收信号，并将这两个信号混合以将RF RX信号下变频为较低频率，从而产生下变频的RX信号156，例如中频处的RX信号。因此，UDC电路140的下变频器路径中的混频器144可以被称为“下变频混频器”。
UDC电路140的上变频器路径中的混频器148可具有[至少]两个输入和一个输出。混频器148的两个输入包括来自相移模块150的输入和具有较低频率的TX信号158，例如IF的TX信号。混频器148的一个输出是到放大器146的输出，该放大器可以是例如功率放大器(PA)。混频器148可以被配置为在其第一输入处接收IF TX信号158(即，要发送的较低频率，例如IF信号)，并在其第二输入处接收来自相移模块150的信号，并且混合这两个信号以将IF TX信号上变频为所需的RF频率，产生上变频的RF TX信号，在放大器146将其放大后，提供给波束形成器122之一的TX路径。因此，UDC电路140的上变频器路径中的混频器148可被称为“上变频混频器”。
如在通信和电子工程学中已知的，IF是载波在发送或接收中的中间步骤所偏移的频率。通过在称为外差的过程中将载波信号与LO信号混合来创建IF信号，从而产生差频或拍频信号。出于多种原因，转换为IF可能会很有用。原因之一是，当使用几级滤波器时，都可以将它们全部设置为固定频率，这使得它们更易于构建和调整。另一个原因是低频晶体管通常具有较高的增益，因此可能需要较少的级数。另一个原因是提高频率选择性，因为在较低的固定频率下制作尖锐的选择性滤波器可能会更容易。
还应当注意，尽管本文提供的一些描述将信号156和158称为IF信号，但是这些描述同样适用于信号156和158为基带信号的实施例。在这样的实施例中，混频器144和148的频率混频可以是零中频混频(也称为“零中频转换”)，其中用于执行混合的LO信号(在此设置下，这可能是由相移模块150生成的相移LO信号)可能在RF RX/TX频率带中具有中心频率。
如果UDC电路140是常规UDC电路，则如上所述，混频器144、148中的每个将在其两个输入之一处接收LO信号160以进行频率混合。与这种常规实施方式形成鲜明对比的是，UDC电路140在LO路径中包括相移模块150，该相移模块150被配置为在向混频器144、148提供LO信号之前，向LO信号160提供期望的相移。因此，不是在它们的输入之一处接收LO信号160(可能由LO产生)，而是每个混频器144、148接收LO信号160的相移版本。将相移操作移至LO路径(例如，在LO信号发生器与混频器144、148之间)、信号路径之外(例如，在处理信号156、158的数字电路与天线元件112之间，以及在无线域中经过天线元件112之间)可以有利地减少相移对信号质量的负面影响。
尽管未在图1中具体示出，但是在其他实施例中，UDC电路140还可以包括例如在TX和RX路径中的每个路径中的平衡器，该平衡器被配置为缓解由于不匹配导致的同相和正交(IQ)信号不平衡。
此外，尽管在图1中也未具体示出，但是在其他实施例中，天线设备100可以包括如本文所述的天线阵列110、波束形成器阵列120和UDC电路140的组合的其他实例。在一些这样的实施例中，这样的多个UDC电路140中的每一个中的相移模块150可以用于在天线设备100的不同UDC电路140之间执行相位同步/匹配。
天线设备100可以在特定方向上引导天线阵列110的电磁辐射图案，从而使天线阵列110能够在该方向上生成主波束而在其他方向上生成旁瓣。辐射方向图的主光束是基于发射的RF信号的相位基于发射的RF信号的推论而生成的。旁瓣电平可以由天线元件发送的RF信号的幅度确定。天线设备100可以例如通过使用移相模块150(可能与波束形成器122的移相器组合)提供天线元件112的移相器设置来生成期望的天线方向图。
随着时间的流逝，天线元件112之间的信号幅度和相对相位可能会偏离最初校准天线设备100时设置的值。漂移会导致天线方向图降级，从而降低主瓣的增益。在这种情况下，即使在天线设备100已经在现场部署之后，也可以使用校准来精确地测量和控制天线元件112的相位和幅度。为此，在一些实施例中，可以使用相位的相对测量值和/或振幅的绝对测量值来执行校准，例如，如美国专利申请No.15/904,045或美国专利申请No.16/246,917所述。在这样的实施例中，可以在天线元件112之间放置一个或多个探针(图1中未示出)，并且可以测量天线元件的相位和/或幅度。然后，可以评估相位或幅度以确定对连接到天线元件112的发射器/接收器/收发器进行的调整。特别是，可以使用相移模块150评估相位或幅度以确定要引入LO路径的相移。在一些实施例中，在校准期间，天线元件112可以发射信号，并且可以调整一个或多个天线元件112的相位，直到达到相对较高或最大和/或相对较低或最小的功率水平为止。一个或多个探针中的每一个可以包括被配置为无线地发送和/或接收RF信号(换句话说，每个探针都可以实现为天线元件，除了天线阵列110的天线元件112之外)。
具有增强的倍频器的相移模块
在一些实施方案中，如图2所示，相移模块150包括移相器252和增强的倍频器254，其提供了根据本公开的一些实施例的移相模块150的示意图。通常，在这样的实施例中，相移模块150可以被配置为对LO信号160施加相移和倍频，然后向混频器144、148提供LO信号160的这种倍频和相移版本。特别地，相移模块150可以被配置为使用移相器252将期望的相移施加到LO信号160，并且使用增强的倍频器254将相移的LO信号乘以因子K，因子K可以是大于1的任何数。由于可能的相移的最大范围可能较小，所以这种方法可以实现相对低损耗的移相器。现在将描述获得由上混频器和下混频器使用的LO信号160的倍频和相移版本的细节。
图2提供了根据本公开的一些实施例的图1中所示的相移模块150的更多细节的示意图。特别地，图2示出了方框，其示出了UDC 140、下变频混频器144、上变频混频器148、相移模块150、IF RX信号156、IF TX信号158和LO信号160，如参考所描述的。图1的流程图(因此，在此不再重复描述)。另外，图2呈现了各种组件(例如，PS_LO、K_LO等)之间的不同信号的标记，然后该标记可以用于参考图4A-6B来解释增强的倍频器254的不同实施例。
如图2所示，相移模块150的移相器252被配置为接收被表示为信号LO的LO信号160。移相器252被配置为将相移PS加到信号LO，使得在由增强的倍频器254进行倍频之后，来自增强的倍频器254的输出信号具有期望的相移。在一些实施例中，由移相器252添加到信号LO的相移可以是例如使用如上所述的探头测量来执行天线校准的相移。在一些实施例中，可以由控制逻辑220启用或控制将由移相器252相加的相移PS的量以及本文所述的其他操作，特别是与本文所述的天线设备100的任何组件的操作有关的其他操作。控制逻辑220在图2中被示为UDC电路140的一部分，但是通常，控制逻辑220可以以任何其他方式实现，例如，可以在UDC电路140的外部但是包括在天线设备100的其他地方，或者在云中实现，只要控制逻辑220通信地耦合到它所控制的天线设备100的组件即可。
作为将相移PS加到LO信号的结果，LO信号被PS相移，但仍然具有相同的频率fLO，并且从相移器252作为相移信号PS_LO输出，如图2所示。
然后将相移后的信号PS_LO提供给相移模块150的增强倍频器254。常规的倍频器仅将提供给它的信号用作产生倍频信号的基础。相反，增强倍频器254被配置为例如在由控制逻辑220指示这样做时，生成向其提供的信号的反相版本，并且基于提供给它的原始信号和所述信号的反相版本两者来生成倍频信号。如本文所用，除非另有说明，否则描述生成提供给增强倍频器254的信号的反相版本(即，信号PS_LO)既覆盖信号PS_LO本身的反相版本，也覆盖已经经历了其他转变的信号PS_LO的反相版本，例如，在跨导放大器处理信号PS_LO之后生成的信号的反相版本。如本领域中所使用的，信号的反相可以被视为向信号增加了180度的相移。
在一些实施方式中，倍频器可以被实现为吉尔伯特单元倍频器，其包括开关核心和跨导放大器，其中，将单元的输入信号提供给开关核心和跨导放大器，并且开关核心产生基于输入信号和跨导放大器的输出的输入信号的倍频信号。在增强的倍频器254是吉尔伯特单元倍频器的一些实施例中，可以在将信号PS_LO提供给开关核心之前执行输入信号PS_LO的信号反相(如图4B所示并且在下面更详细地描述)。在这样的实施例中，代替将信号PS_LO提供给增强倍频器254的开关核心，而是提供信号PS_LO的反相版本，其可以表示为信号I_PS_LO。在增强的倍频器254是吉尔伯特单元倍频器的其他实施例中，可以在将信号PS_LO提供给跨导放大器之前执行输入信号PS_LO的信号倒相(如图5B所示并且在下面更详细地描述)。在这样的实施例中，不是将信号PS_LO提供给增强倍频器254的跨导放大器，而是提供了信号PS_LO的反相版本，即信号I_PS_LO。仍然在增强的倍频器254是吉尔伯特单元倍频器的其他实施例中，可以执行输入信号PS_LO的信号反相，或者可以在跨导放大器基于信号PS_LO生成输出信号Gm_PS_LO之后并且在将来自跨导放大器的所述输出信号提供给开关核心之前(如图6B所示并且在下面更详细地描述)。在这样的实施例中，代替提供由增强倍频器254的跨导放大器生成的信号Gm_PS_LO，将信号Gm_PS_LO的反相版本(可以表示为信号I_Gm_PS_LO)提供给开关核心。
然后，增强倍频器254可以使用信号PS_LO来生成倍频信号。特别地，在某些时间点，增强倍频器254可以仅使用信号PS_LO，而不使用该信号的任何反相版本来生成可以表示为K_LO的倍频信号。信号K_LO是具有频率fK_LO的倍频信号，该频率是LO信号的频率fLO的K倍，即fK_LO＝K×fLO。由于这种倍频而没有使用信号PS_LO的任何反相版本，因此信号K_LO相对于信号LO被相移K×PS相移，从而有效地将由移相器252提供的相移增加因子K。此外，在其他时间点，增强倍频器254可以使用信号PS_LO和该信号的反相版本，例如信号I_PS_LO或信号I_Gm_PS_LO，来生成可以表示为I_K_LO的倍频信号。类似于信号K_LO，信号I_K_LO是具有频率fI_K_LO的倍频信号，该频率是LO信号的频率fLO的K的倍数，即，fI_K_LO＝K×fLO。然而，由于使用信号PS_LO的任何反相版本(例如，信号I_PS_LO或信号I_Gm_PS_LO)的倍频的结果，信号I_K_LO相对于信号LO相移了-K×PS相移，从而有效地将移相器252提供的相移增加一个系数K，但方向与信号K_LO相反(即，信号I_K_LO的相移符号与K_LO的相移符号相反，或者换句话说，信号K_LO和I_K_LO的相位相差180度)。
以这种方式，通过配置增强的倍频器254或者仅使用信号PS_LO而不使用该信号的任何反相版本，或者将信号PS_LO与该信号的反相版本一起使用，分别生成倍频信号K_LO或I_K_LO。由于信号K_LO和I_K_LO具有分别为K×PS或-K×PS的相移，所以与传统的倍频器相比，可以通过增强的倍频器254实现的相移范围被有效地加倍。即，可以通过常规倍频器实现的相移是K×PS，而可以通过增强倍频器254实现的相移是2×K×PS。
例如，考虑移相器252是90度移相器，即，可以在最大90度的范围内相加PS的移相器，例如，相移可以在0度和最大90度之间。进一步考虑用于倍频的因子K为2，即，增强的倍频器254是频率倍频器。在这样的示例中，增强的倍频器254可以生成最大相移最大为180度(2×90度)的信号K_LO，或者生成最大-180度(2×90度)最大相移的信号I_K_LO，因此仅使用90度移相器就可以实现360度的可能相移的整个范围。不能低估这种可能的大范围相移的有利实现，因为减少对移相器应能够提供的最大相移的需求可以大大减少与移相器相关的损耗。
在另一个示例中，考虑移相器252是45度移相器，即，可以在最大45度的范围内相加PS的移相器，例如，相移可以在0度和最大45度之间。进一步考虑用于倍频的因子K为4，即，增强的倍频器254是四倍倍频器。在这样的示例中，增强的倍频器254可以生成最大相移最大为180度(4×45度)的信号K_LO，或生成最大相移最大为-180度(-4×45度)的信号I_K_LO，因此仅使用45度移相器即可实现360度的可能相移的整个范围。
在一些实施例中，增强的倍频器254是仅使用信号PS_LO而不使用该信号的任何反相版本或将信号PS_LO与该信号的反相版本一起使用可以由控制逻辑220控制。当增强的倍频器254产生输出信号K_LO，它可以被描述为以其第一操作模式操作，而当增强的倍频器254产生输出信号I_K_LO时，可以被描述为以其第二操作模式操作(在一些实施例中，增强的倍频器254可以以比第一和第二模式更多的一种来操作)。控制逻辑220可以用于控制增强的倍频器254是否以第一或第二模式操作。例如，控制逻辑220可以被配置为将控制信号提供给增强的倍频器254，以将乘法器254配置为以其第一或第二模式操作。例如，在某些时间点，控制逻辑220可以提供第一控制信号，指示增强的倍频器254将仅使用信号PS_LO而不使用该信号的任何反相版本来执行倍频，从而生成输出信号K_LO；在其他时间点，控制逻辑220可以提供第二控制信号，该第二控制信号指示增强的倍频器254将使用信号PS_LO和该信号的反相版本两者来执行频率倍增，从而生成输出信号I_K_LO。然后可以将由倍频器254生成的倍频信号(即，如本文所述的K_LO或I_K_LO)提供给混频器144、148，如图2所示。
在一些实施例中，增强的倍频器254可以包括如图2所示的开关布置210，其被配置为执行信号PS_LO的反相(例如，当增强的倍频器254以第二模式操作时)或保持信号PS_LO不反相(例如，当增强的倍频器254以第一模式操作时)。当信号PS_LO是差分信号时，这样的实施例可能是特别有利的，因为可以通过简单地交换信号的两条线的极性来执行差分信号的反相。图2通过用双线示出了输入到增强的倍频器254和从增强的倍频器254输出的信号来示意性地示出了这样的实施例，表明这些信号可以是差分信号。然而，本公开的其他实施例不必使用如本文所示和所述的差分信号。
通常，如本文中所使用的，术语“开关”或“开关电路”或“开关布置”(例如，开关布置210)可以包括允许确保执行如上所述的切换功能的任何合适的开关布置(例如，开关的任何合适的组合)。开关布置210的一些示例实施例在下面描述的图4A-6B中示出。
通过增强的倍频器操作相移模块
图3提供了示出根据本公开的一些实施例的用于使用具有增强的倍频器的相移模块(例如，如本文所述，具有增强的倍频器254的相移模块150)来实现相移的方法300的框图。尽管参考图2中所示的系统组件描述了方法300的操作，但是总体上，配置为以任何顺序执行这些操作的任何系统都在本公开的范围内。在一些实施例中，控制逻辑220可以被配置为控制方法300的操作。
方法300可以在302处以移相器252接收LO信号并生成相移信号PS_LO开始。然后可以将相移信号PS_LO提供给增强的倍频器254，例如，提供给增强的倍频器254的开关布置210。
在304处，确定增强的倍频器254是要以第一操作模式还是第二操作模式操作。例如，控制逻辑220可以被配置为确定例如由增强的倍频器254基于哪个相位将产生相移，并且提供指示第一或第二操作模式的控制信号。
如果在304确定增强的倍频器254将以第一模式操作，则该方法可以从304进行到306，在306中，开关布置210处于不执行信号PS_LO的反相的状态。在开关布置210处于这种状态的情况下，增强的倍频器254然后可以在308处生成如上所述的倍频信号K_LO。
另一方面，如果在304处确定增强的倍频器254将以第二模式操作，则该方法可以从304进行到310，在310处，开关布置210处于执行信号PS_LO的反相的状态，即在其中生成反相信号I_PS_LO或反相信号I_Gm_PS_LO的情况。在开关布置210处于这种状态的情况下，增强的倍频器254然后可以在312处生成如上所述的倍频信号I_K_LO。
增强的倍频器的示例性开关布置
如上所述，在一些实施例中，增强的倍频器254可以包括在图2中示意性地示出的开关布置210，其被配置为执行信号PS_LO的反相(例如，当增强的倍频器254以第二模式操作时)或保持信号PS_LO不反相(例如，当增强的倍频器254以第一模式操作时)。开关布置210的一些示例实施例在图4A-6B中示出。特别地，图4A、5A和6A示出了开关布置210的不同实施例，其控制增强的倍频器254以本文所述的第一操作模式进行操作，而图4B、5B和6B示出了开关布置210的不同实施例，其控制增强的倍频器254以本文所述的第二操作模式进行操作。
转到图4A和4B的实施例(即，一起是图4A和4B)，图4A和4B中的每一个示出了增强的倍频器254，输入在图的底部显示，输出在图的顶部显示。用两条线示出了图4A和4B的各个组件之间的信号，这表明，在一些实施例中，所有这些都可以是差分信号。图4A和图4B中的每一个示出了这样的实施例，其中，增强的倍频器254被实现为吉尔伯特单元乘法器，其具有开关核心(在图4A和4B中显示为“SC”)和跨导放大器(在图4A和4B中显示为“gm”)，并且开关布置210设置在增强的倍频器254和开关核心SC之间。
在这样的实施例中，当增强的倍频器254以第一模式操作时，开关布置210可以处于如图4A所示的配置/状态400A。即，提供给增强的倍频器254的输入信号，即在图4A的左下侧的输入端子处示出的信号PS_LO，不反相到跨导放大器gm而被提供。如图4A所示，开关布置210处于这样的状态，即输入信号PS_LO经过开关布置210，并且也被提供给开关核心SC而没有反相。因此，在图4A的实施例中，开关核心SC从输入端子接收信号PS_LO，并且进一步接收信号Gm_PS_LO，该信号Gm_PS_LO是跨导放大器gm基于提供给它的信号PS_LO生成的输出。开关核心SC然后可以混合提供给它的两个输入信号，即信号PS_LO和Gm_PS_LO，以生成倍频信号K_LO，然后可以将其提供在增强的倍频器254的输出处，在图4A右上方的输出端子上显示。
替代地，具有设置在增强的倍频器254的输入与开关核心之间的开关布置210的增强的倍频器254可以在第二模式下操作，在这种情况下，开关布置210可以在如图4B所示的配置/状态400B中。在第二模式中，类似于图4A，仍然提供了提供给增强的倍频器254的输入信号，即在图4B的左下侧的输入端子处示出的信号PS_LO，而没有反相到跨导放大器gm。然而，与图4A不同，如图4B所示，开关布置210现在处于这样的状态，即，开关布置210将通过它的输入信号PS_LO反相，因此，开关布置向开关核心SC提供反相信号I_PS_LO。因此，在图4B的实施例中，开关核心SC从输入端子接收反相的信号I_PS_LO(由开关布置210反相)，并且进一步接收信号Gm_PS_LO，该信号Gm_PS_LO是跨导放大器gm根据提供给它的信号PS_LO生成的输出。然后，开关核心SC可以将提供给它的两个输入信号，即信号I_PS_LO和Gm_PS_LO进行混合，以生成倍频信号I_K_LO，然后可以将其提供在增强的倍频器254的输出处，如图4B右上方的输出端子所示。图4A和4B所示的开关布置210的状态400A和400B的比较说明，当输入端子到增强的倍频器254的信号连接与开关核心SC之间是差分连接时，则信号PS_LO的反相可以通过开关布置210简单地使差分信号连接的两条差分线上的每条极性反相来实现(图4A和4B的其他信号连接可以但不必是差分的)。
转向图5A和5B的实施例(即，图5A和5B一起)，类似于图4A和4B，图5A和5B中的每一个示出了增强的倍频器254，其输入在图的左下方显示，输出在图的右上方显示，并且图5A和5B的各个组件之间的信号用两条线示出，指示在一些实施例中，所有这些可以是差分信号。还与图4A和4B相似，图5A和5B中的每一个示出了一个实施例，其中增强的倍频器254被实现为具有开关核心(在图5A和5B中示出为“SC”)和跨导放大器(在图5A和5B中以“gm”表示)的Gilbert单元倍增器，但与图4A和4B不同，在增强的倍频器254的输入和跨导放大器gm之间提供图5A和5B的开关布置210。
在这样的实施例中，当增强的倍频器254以第一模式操作时，开关布置210可以处于如图5A所示的配置/状态500A。即，提供给增强的倍频器254的输入信号，即在图5A的左下侧的输入端子处示出的信号PS_LO，不反相到开关核心SC而被提供。如图5A所示，开关布置210处于这样的状态，即，输入信号PS_LO经过开关布置210，并且还被提供给跨导放大器gm而没有反相。因此，在图5A的实施例中，SC从输入端子接收信号PS_LO，并且进一步接收信号Gm_PS_LO，该信号是跨导放大器gm基于从开关布置210提供给它的信号PS_LO而产生的输出。开关核心SC然后可以混合提供给它的两个输入信号，即信号PS_LO和Gm_PS_LO，以生成倍频信号K_LO，然后可以将其提供到增强的倍频器254的输出上，如图5A右上方的输出端子所示。
替代地，具有设置在增强的倍频器254的输入与跨导放大器gm之间的开关布置210的增强的倍频器254可以在第二模式下操作，在这种情况下，开关布置210可以处于如图5B所示的配置/状态500B。在第二模式中，类似于图5A，仍然提供了提供给增强的倍频器254的输入信号，即，在图5B的左下侧的输入端子处示出的信号PS_LO，而没有反相到开关核心SC。然而，与图5A不同，如图5B所示，开关布置210现在处于这样的状态，即，开关布置210将通过它的输入信号PS_LO反相，该信号进入跨导放大器gm，因此，开关布置将反相信号I_PS_LO提供给跨导放大器gm。然后，跨导放大器gm基于输入信号I_PS_LO生成输出信号I_Gm_PS_LO。因此，在图5B的实施例中，开关核心SC从输入端子接收信号PS_LO，并且进一步接收信号I_Gm_PS_LO，该信号I_Gm_PS_LO是跨导放大器gm基于提供给它的信号I_PS_LO生成的输出，该输出由开关布置210反相。开关核心SC然后可以混合提供给它的两个输入信号，即信号PS_LO和I_Gm_PS_LO，以生成倍频信号I_K_LO，然后可以将其提供在增强的倍频器254的输出处，在图5B右上方的输出端子上显示。图5A和5B所示的开关布置210的状态500A和500B的比较说明，当输入端到增强的倍频器254的信号连接与跨导放大器gm之间的信号连接是差分连接时，则信号PS_LO的反相可以通过开关布置210简单地反相该差分信号连接的两条差分线的每条线上的极性来实现(图5A和5B的其他信号连接可以但不必是差分的)。
转向图6A和6B的实施例(即，图6A和6B一起)，类似于图4A、4B和图5A、5B，图6A和6B中的每一个示出了增强的倍频器254，输入在图的左下方显示，输出在图的右上方显示，并且在图6A和6B的各个组件之间的信号用两条线示出，指示在一些实施例中，所有这些可以是差分信号。还类似于图4A、4B和图5A、5B，图6A和图6B中的每一个示出了一个实施例，其中，增强的倍频器254被实现为具有开关核心(在图6A和图6B中显示为“SC”)和跨导放大器(在图6A和6B中显示为“gm”)的吉尔伯特单元倍增器，但是与图4A、4B和图5A、5B不同，图6A和6B的开关布置210设置在跨导放大器gm和开关核心SC之间。
在这样的实施例中，当增强的倍频器254以第一模式操作时，开关布置210可以处于如图6A所示的配置/状态600A。即，提供给增强的倍频器254的输入信号，即在图6A的左下侧的输入端子处示出的信号PS_LO，不反相地提供给开关核心SC和跨导放大器gm中的每一个。如图6A所示，跨导放大器gm然后基于提供给其的输入信号PS_LO生成输出Gm_PS_LO。如图6A进一步所示，开关布置210处于这样的状态，使得由跨导放大器gm产生的输出信号Gm_PS_LO通过开关布置210并且被提供给开关核心SC而没有反相。因此，在图6A的实施例中，SC从输入端子接收信号PS_LO，并且还从开关布置210接收信号Gm_PS_LO，该信号Gm_PS_LO是跨导放大器gm基于从增强的倍频器254的输入端提供的信号PS_LO生成的输出。开关核心SC然后可以混合提供给它的两个输入信号，即信号PS_LO和Gm_PS_LO，以产生倍频信号K_LO，然后可以将其提供到增强的倍频器254的输出端，在图6A的右上方的输出端子处示出。
可替代地，具有设置在跨导放大器gm与开关核心SC之间的开关布置210的增强的倍频器254可以在第二模式下操作，在这种情况下，开关布置210可以处于如图6B所示的配置/状态600B。。在第二模式中，提供给增强的倍频器254的输入信号，即在图6B的左下侧的输入端子处示出的信号PS_LO，仍被如此提供给开关核心SC和跨导放大器gm中的每一个，类似于图6A。同样类似于图6A，跨导放大器gm仍然基于向其提供的输入信号PS_LO生成输出Gm_PS_LO，如图6B所示。然而，与图6A不同，如图6B所示，开关布置210现在处于这样的状态，即，开关布置210将跨导放大器gm产生的输出信号Gm_PS_LO反相，因此，开关布置210向开关核心SC提供跨导放大器gm的输出的反相版本，即信号I_Gm_PS_LO。因此，在图6B的实施例中，开关核心SC从输入端子接收信号PS_LO，并且进一步接收信号I_Gm_PS_LO，该信号I_Gm_PS_LO是跨导放大器gm基于提供给它的信号PS_LO生成的输出信号的反相版本(由开关布置210反相)。开关核心SC然后可以混合提供给它的两个输入信号，即信号PS_LO和I_Gm_PS_LO，以产生倍频信号I_K_LO，然后可以将其提供在增强的倍频器254的输出处，在图6B右上方的输出端子上显示。图6A和6B所示的开关布置210的状态600A和600B的比较说明，当跨导放大器gm和增强的倍频器254的开关核心SC之间的信号连接是差分连接时，然后可以通过开关布置210简单地反相该差分信号连接的两条差分线上的极性(图6A和6B的其他信号连接可以但不必是差分的)来实现信号Gm_PS_LO的反相(这是基于信号PS_LO的信号)。
LO路径中具有温度补偿的相移模块
在一些实施方案中，LO路径中提供的相移模块150还可以被配置为实现温度补偿，以减小或最小化跨温度的相移的温度变化。图7提供了根据本公开的一些实施例的图1所示的相移模块150的进一步细节的示意图，该相移模块150现在被配置为实现温度补偿。特别地，图7示出了方框，其示出了UDC 140、下变频混频器144、上变频混频器148、相移模块150、IF RX信号156、IF TX信号158和LO信号160，如参考图1所描述的(因此，在此不再重复描述)。另外，图7还示出了控制逻辑720和温度补偿电路730。
应当注意，在一些实施例中，图7所示的UDC电路140的相移模块150可以是如上所述的具有增强的倍频器的相移模块150，例如，如参考图2-6所描述的。然而，在其他实施例中，图7的UDC电路140的相移模块150可以是被配置为实现期望的相移的任何其他模块。
控制逻辑720可以类似于控制逻辑220，因此这里不再重复对其的描述。控制逻辑720可以被配置为控制本文描述的温度补偿的至少一些操作。
温度补偿电路730可以被配置为确定要施加到将由相移模块150施加的相移的温度补偿，并且相移模块150可以被配置为将相移施加到LO信号160以产生相移的LO信号740，该相移基于由温度补偿电路730确定的温度补偿和要施加的目标(即，期望的)相移。如图7所示，然后可以将相移的LO信号740提供给混频器144、148，使得混频器可以使用相移的LO信号740来执行频率混合。
如本文所使用的，“温度补偿”是指除了期望的相移之外还应用于LO信号160以实现LO信号160中的期望的相移的指示相移的量(可以是正的或负的)，其中附加的相移旨在减少或最小化实际设备中实际实现的相移可能会根据设备的温度而有所不同。例如，考虑以下情形：要添加到LO信号160的期望相移是35度。进一步考虑已经确定(例如，通过如下所述的测量)，在天线设备的当前操作温度下，如果将35度的相移施加到LO信号160，则实际实现的相移将为33度。在这种情况下，要施加的温度补偿可以指示该2度差(35-33＝2)，并且温度补偿电路730可以向相移模块150指示为了实现期望的35度相移，移相模块150可能需要施加约37度的移相。例如，温度补偿电路730可以指示相移模块150施加37.5度，因为已经确定在天线设备的当前操作温度下，是否将37.5度的相移施加到LO信号160，实际实现的相移将是35度。
在一些实施例中，温度补偿电路730可以被配置为基于指示相移模块150、一个或多个混频器144、148和天线阵列的多个天线元件112中的一个或多个的温度的温度信号来确定温度补偿。例如，在一些实施例中，天线设备100可以包括温度传感器(在本图中未具体示出)，该温度传感器被配置为生成指示温度的信号，该信号可以例如被提供给温度补偿电路730。在其他实施例中，温度传感器可以是远程的(即，不包括在天线设备100中)。
在一些实施例中，为了使温度补偿电路730确定要施加的温度补偿，可以向温度补偿电路730提供指示相移如何随温度变化的信息。在一些这样的实施例中，该信息可以被预先确定并提供给温度补偿电路730，例如可以被预先编程和/或存储在温度补偿电路730的存储器中。然而，在其他实施例中，一旦天线设备100已经在现场部署，例如每次打开天线设备100时，在特定时间段之后(例如，每15分钟)定期或在某些特定时间打开，或在某些特定时间(例如，如由控制逻辑720触发，如由天线设备100的操作人员触发)，可能希望产生这样的信息。在一些这样的实施例中，温度补偿电路730可以被配置为执行如图8所示的方法。
图8提供了根据本公开的一些实施例的框图，该框图示出了使用配置为实现温度补偿的相移模块150来实现温度补偿的相移的方法800。尽管参考图7所示的系统组件描述了方法800的操作，但是总体上，配置为以任何顺序执行这些操作的任何系统都在本公开的范围内。在一些实施例中，控制逻辑220可以被配置为控制方法800的操作。
尽管未在图8中具体示出，但是方法800可以以温度补偿电路730选择要提供校准测量以产生相移如何依赖于温度的函数的温度范围开始。如图8所示，在802，方法800可以包括温度补偿电路730，其接收在两个或更多个不同温度下执行的所述测量。
在一组实施例中，在802处接收到的测量值可以指示在某个点处的TX信号的相位。例如，在一些这样的实施例中，测量可以指示在UDC电路140的输出处，例如在上变频混频器148的输出处的TX信号的相位。在其他这样的实施例中，测量可以指示由天线阵列110的一个或多个天线元件112发送的TX信号的相位。在其他这样的实施例中，测量值可以指示在天线设备100中的任何其他点截取的TX信号的相位。
在另一组实施例中，在802处接收到的测量值可以指示在某个点的RX信号的相位。例如，在一些这样的实施例中，测量可以指示在UDC电路140的输出处，例如在下变频混频器144的输出处的RX信号的相位。在其他这样的实施例中，所述测量可以指示在一个或多个天线元件112的输出处由天线阵列110的一个或多个天线元件112接收的RX信号的相位。在其他这样的实施例中，测量可以指示在天线设备100中的任何其他点截取的RX信号的相位。
在一些实施例中，在802处接收到的测量可以包括测量，可以包括上述示例测量的任意组合。
在一些实施例中，在802处接收的测量可以包括仅在两个不同温度下执行的测量。在其他实施例中，在802处接收的测量可以包括在两个以上不同温度下执行的测量。在各种实施例中，在802处接收到的测量可以包括例如对于给定温度的多个测量，以便可以对所得值进行平均。接收至少两个不同测量值的测量值将使温度补偿电路730能够确定相移如何随温度变化，但是在两个以上不同温度下接收测量值可以提高温度补偿的精度/分辨率。
在804，温度补偿电路730可以使用在804接收的测量结果来确定相移函数，即，确定指示取决于温度的相移变化的函数。在各种实施例中，可以通过例如线性插值、多项式、外推、数值曲线拟合函数等来确定相移函数。例如，在804处，温度补偿电路730可以定义跨温度的所需相移斜率。
在804确定功能允许温度补偿电路730在806确定要实现目标相移的温度补偿，如图8所示。例如，在一些实施例中，温度补偿电路730可以被配置为，如上所述，基于温度信号确定温度补偿。
示例数据处理系统
图9提供了示出示例数据处理系统900的框图，该示例数据处理系统900可以被配置为利用本文所述的增强的倍频器和/或温度补偿来实现或控制相移模块的至少一部分的实现，例如，根据本发明公开的一些实施例，具有参照图2-6B描述的具有增强的倍频器254的移相模块150或具有参照图7-8描述的温度补偿电路730的移相模块150的结构。例如，在一些实施例中，控制逻辑220、控制逻辑720或温度补偿电路730中的任何一个可以被实现为数据处理系统900。
如图9所示，数据处理系统900可以包括至少一个处理器902，例如硬件处理器902，其通过系统总线906耦合到存储器元件904。这样，数据处理系统可以将程序代码存储在存储器元件904内。此外，处理器902可以执行经由系统总线906从存储元件904访问的程序代码。一方面，数据处理系统可以被实现为适合于存储和/或执行程序代码的计算机。然而，应当理解，数据处理系统900可以以包括能够执行本公开内所描述的功能的处理器和存储器的任何系统的形式来实现。
在一些实施例中，处理器902可以执行软件或算法以执行本说明书中所讨论的活动，特别是与使用具有增强的倍频器和/或具有温度补偿的相移模块来实现相移的活动有关，如上所述。处理器902可以包括提供可编程逻辑的硬件、软件或固件的任何组合、包括但不限于微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、专用集成电路(IC)(ASIC)或虚拟机处理器。处理器902可以例如以直接存储器访问(DMA)配置通信地耦合到存储元件904，使得处理器902可以从存储元件904读取或向其写入。
通常，存储元件904可以包括任何合适的易失性或非易失性存储技术，包括双倍数据速率(DDR)随机存取存储器(RAM)、同步RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、闪存、只读存储器(ROM)、光学介质、虚拟内存区域、磁或磁带存储器或任何其他合适的技术。除非另有说明，否则本文讨论的任何存储元件应被解释为涵盖在广义术语“存储器”内。可以在任何数据库、寄存器、控制列表、高速缓存或存储结构中提供被测量、处理、跟踪或发送到数据处理系统900的任何组件或从数据处理系统900的任何组件发送的信息，所有这些都可以在任何合适的时间范围内引用。任何这样的存储选项可以被包括在本文所使用的广义术语“存储器”内。类似地，本文描述的任何潜在处理元件，模块和机器都应被解释为包含在广义术语“处理器”内。当前附图中所示的每个元件(例如，图1-2和图4A-7中所示的任何电路/组件)还可以包括用于在网络环境中接收、传输和/或以其他方式传递数据或信息的合适接口，以使得它们可以与例如这些元件中的另一个的数据处理系统900通信。
在某些示例性实施方式中，用于实现如本文概述的具有增强的倍频器和/或具有温度补偿的相移模块的机制可以通过在一种或多种有形介质中编码的逻辑来实现，该逻辑可以包括非暂时性介质，例如，在ASIC中提供的嵌入式逻辑，在DSP指令中，由处理器或其他类似机器执行的软件(可能包括目标代码和源代码)等。在这些情况中，存储元件，例如图9所示的存储元件904，可以存储用于本文描述的操作的数据或信息。这包括能够存储被执行以执行本文描述的活动的软件、逻辑、代码或处理器指令的存储元件。处理器可执行与数据或信息相关联的任何类型的指令，以实现本文详述的操作。在一个示例中，诸如图9中所示的处理器902之类的处理器可以将元件或物品(例如，数据)从一种状态或事物转换为另一种状态或事物。在另一个例子中，可以使用固定逻辑或可编程逻辑(例如，由处理器执行的软件/计算机指令)来实现此处概述的活动，并且此处标识的元件可以是某种类型的可编程处理器、可编程数字逻辑(例如，FPGA、DSP、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM))或包含数字逻辑、软件、代码、电子指令的ASIC或其任何合适的组合。
存储元件904可以包括一个或多个物理存储设备，例如本地存储器908和一个或多个大容量存储设备910。本地存储器可以指在程序代码的实际执行期间通常使用的RAM或其他非持久性存储设备。大容量存储设备可以被实现为硬盘驱动器或其他持久性数据存储设备。处理系统900还可包括一个或多个高速缓冲存储器(未示出)，其提供至少一些程序代码的临时存储，以便减少在执行期间必须从大容量存储设备910检索程序代码的次数。
如图9所示，存储元件904可以存储应用程序918。在多种实施方案中，应用程序918可以存储在本地存储器908、一个或多个大容量存储设备910中，或者与本地存储器和大容量存储设备分开存储。应当理解，数据处理系统900可以进一步执行可以促进应用918的执行的操作系统(图9中未示出)。以可执行程序代码的形式实现的应用918可以通过数据处理系统900例如由处理器902执行。响应于执行应用程序，数据处理系统900可以被配置为执行本文所述的一个或多个操作或方法步骤。
描绘为输入设备912和输出设备914的输入/输出(I/O)设备可以可选地耦合至数据处理系统。输入设备的示例可以包括但不限于键盘，诸如鼠标之类的定点设备等。输出设备的示例可以包括但不限于监视器或显示器、扬声器等。在一些实施方案中，输出设备914可以是任何类型的屏幕显示器，例如等离子显示器、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、电致发光(EL)显示器或任何其他指示器，例如刻度盘、气压计或LED。在一些实施方式中，系统可以包括用于输出设备914的驱动器(未示出)。输入和/或输出设备912、914可以直接或通过中间的I/O控制器耦合到数据处理系统。
在一个实施例中，输入和输出设备可以被实现为组合的输入/输出设备(在图9中以虚线示出，其围绕输入设备912和输出设备914)。这种组合设备的示例是触敏显示器，有时也称为“触摸屏显示器”或简称为“触摸屏”。在这种实施方案中，可以通过在触摸屏显示器上或附近的诸如触摸笔或用户的手指的物理对象的移动来提供对设备的输入。
网络适配器916还可以可选地耦合到数据处理系统，以使其能够通过中间的专用或公共网络耦合到其他系统、计算机系统、远程网络设备和/或远程存储设备。网络适配器可以包括：数据接收器，用于接收由所述系统、设备和/或网络发送到数据处理系统900的数据；以及数据发送器，将数据从数据处理系统900传输到所述系统、设备和/或网络。调制解调器、电缆调制解调器和以太网卡是可以与数据处理系统900一起使用的不同类型的网络适配器的示例。
选择例子
例子1提供一种用于实现RF系统中RF信号的相移的相移模块。相移模块包括移相器和倍频器。移相器被配置为接收LO信号并输出相对于本地振荡器信号由相移PS相移的相移信号(PS_LO)。倍频器是增强的倍频器，被配置为基于相移信号(PS_LO)和反相的相移信号(I_PS_LO或I_Gm_PS_LO)(即是相移信号的反相版本的信号)产生倍频信号(I_K_LO)，该倍频信号的频率是所述本地振荡器信号的频率的K倍(其中K大于1)。
例子2提供根据例子1的相移模块，其中相移信号PS_LO是差分信号，并且倍频器包括开关布置，被配置为通过使差分相移信号的两条线中的每条线的极性反相来使所述相移信号反相以产生反相的相移信号(I_PS_LO)。
例子3提供根据例子2的相移模块，其中倍频器是包括开关核心和跨导放大器的Gilbert cell倍频器，开关布置被配置为向所述开关核心提供所述反相的相移信号，并且跨导放大器被配置为接收相移信号。
例子4提供根据例子2的相移模块，其中倍频器是包括开关核心和跨导放大器的Gilbert cell倍频器，所述开关布置被配置为向所述跨导放大器提供所述反相的相移信号，和所述开关核心被配置为接收所述相移信号。
例子5提供根据例子1的相移模块，其中倍频器是包括开关核心和跨导放大器的Gilbert cell倍频器，并且基于所述相移信号和所述反相的相移信号产生倍频信号的倍频器包括基于向所述开关核心和所述跨导放大器中的每一个提供相移信号并基于向所述开关核心提供反相的跨导放大器信号来产生倍频信号的倍频器，其中反相的跨导放大器信号是由所述跨导放大器基于提供给它的相移信号产生的信号的反相版本。
例子6提供根据例子5的相移模块，其中由所述跨导放大器产生的信号是差分信号，并且倍频器包括开关布置，该开关布置被配置为通过使由所述跨导放大器产生的信号的两条线中的每条线的极性反相，使由所述跨导放大器产生的信号反相以产生所述反相的跨导放大器信号。
例子7提供根据前述任一例子的相移模块，其中所述倍频信号是第一倍频信号，并且倍频器进一步被配置为基于相移信号产生第二倍频信号，该第二倍频信号的频率是LO信号的频率的K倍，其中所述第二倍频信号是第一倍频信号的反相版本。
例子8提供根据例子7的相移模块，其中所述倍频器被配置为响应于接收到第一控制信号而从控制逻辑产生所述第一倍频信号，并且所述倍频器被配置为响应于接收到第二控制信号而从控制逻辑产生所述第二倍频信号。以这种方式，控制逻辑可以控制在给定时间倍频器产生第一还是第二倍频信号。
例子9提供例子1-8中任一例子的相移模块，其中移相器被配置为通过不大于90度地相移PS对LO信号进行相移。
例子10提供根据例子9的相移模块，其中倍数K等于2(即倍频器是频率加倍器)。
例子11提供例子1-8中任一例子的相移模块，其中移相器被配置为通过不大于45度地相移PS对LO信号进行相移。
例子12提供根据例子11的相移模块，其中倍数K等于4(即倍频器是频率四倍器)。
例子13提供根据前述任一例子的相移模块，还包括温度补偿电路，被配置为确保由移相器施加到LO信号的相移是针对温度变化补偿。
例子14提供一种用于使用一个或多个探针校准天线阵列的多个天线元件中的一个或多个的天线设备，其中一个或多个探针中的每个包括被配置为无线发送和/或接收RF信号的元件。天线设备包括：UDC电路，包括一个或多个混频器；和还包括相移模块。相移模块包括：移相器，被配置为接收LO信号并输出相对于本地振荡器信号由相移PS相移的相移信号(PS_LO)；和倍频器，被配置为基于相移信号(PS_LO)和反相的相移信号(I_PS_LO)(即是相移信号的反相版本的信号)产生倍频信号(I_K_LO)，该倍频信号的频率是所述本地振荡器信号的频率的K倍(其中K大于1)。UDC电路的一个或多个混频器使用由所述倍频器产生的倍频信号执行混频。
例子15提供根据例子14的天线设备，其中UDC电路与天线阵列通信耦合。
例子16提供根据例子14或15的天线设备，还包括一个或多个波束形成器，其通信耦合到UDC电路和天线阵列中的每一个。
例子17提供根据例子14-16中任一例子的天线设备，其中所述一个或多个混频器、所述移相器和所述倍频器设置在单个芯片上。
例子18提供根据例子17的天线设备，其中芯片包括第一面和第二面，第二面与第一面相对，多个天线元件和一个或多个探头位于芯片的第一面，并且一个或多个混频器、移相器和倍频器位于芯片的第二面。
例子19提供根据例子14-18中任一例子的天线设备，还包括校准布置，被配置为：识别至少一个天线元件与耦合到UDC电路的至少一个探针之间的一种或多种关系；和基于所述一种或多种关系，确定用于校准一个或多个天线元件的校准信息，其中由所述移相器引入LO信号的相移PS基于所述校准信息。
例子20提供根据例子19的天线设备，其中确定校准信息包括确定等等多个天线元件中的两个或更多个之间的相对幅度关系或相对相位关系中的至少一种。
例子21提供一种用于使用天线阵列的多个天线元件无线地接收和发送RF信号的天线设备。天线设备包括：UDC电路，包括一个或多个混频器。天线设备还包括相移模块和温度补偿电路。温度补偿电路被配置为确定要施加于由所述相移模块施加的相移的温度补偿。相移模块被配置为将相移施加于LO信号以产生相移的LO信号，所述相移基于由所述温度补偿电路和要施加的目标相移确定的温度补偿。UDC电路的一个或多个混频器使用由所述相移模块产生的相移的LO信号执行混频。
例子22提供根据例子21的天线设备，其中温度补偿电路被配置为基于指示一个或多个相移模块、一个或多个混频器和所述天线阵列的多个天线元件中的温度的温度信号来确定温度补偿。
例子23提供根据例子22的天线设备，还包括配置为产生所述温度信号的温度传感器。
例子24提供根据例子21-23中任一例子的天线设备，其中温度补偿电路被配置为接收在至少两种不同温度下进行的测量，其中测量指示将在UDC电路的输出处发送的信号的相位或由所述天线阵列的一个或多个天线元件发送的信号的相位，和/或在所述一个或多个天线元件的输出处由所述天线阵列的一个或多个天线元件接收的信号的相位，或基于由所述一个或多个天线元件接收的信号由UDC电路产生的信号的相位。温度补偿电路新一步被配置为基于接收到的测量值确定指示相移变化随温度变化的相移函数，以及基于所述相移函数，确定要施加于由所述相移模块施加的相移的温度补偿。
例子25提供根据例子24的天线设备，其中温度补偿电路被配置为进一步基于指示一个或多个相移模块、一个或多个混频器和所述天线阵列的多个天线元件中的温度的温度信号来确定温度补偿。
例子26提供一种操作相移模块以实现RF系统的RF信号中的相移的方法。该方法包括：使用相移模块的相移器以基于LO信号产生相移信号PS_LO；和将相移模块配置为在第一模式或第二模式下操作。当相移模块在第一模式下操作时，该方法还包括使用相移模块的倍频器以基于相移信号PS_LO产生倍频信号K_LO。当相移模块在第二模式下操作时，该方法还包括使用相移模块的倍频器以基于相移信号PS_LO和相移信号的反相版本PS_LO来产生倍频信号I_K_LO。
例子27提供一种包括用于执行的指令的非暂时性计算机可读存储介质，当由处理器执行时，该指令可操作以执行根据示例26的方法的操作。
在另外的例子中，根据例子27的非暂时性计算机可读存储介质可以进一步包括可操作以执行由根据前述例子中的任何一个的相移模块和/或天线阵列的任何部分执行的操作的指令。
变体和实现
尽管上面参考如图1-9所示的示例性实施方式描述了本公开的实施例，但是本领域技术人员将意识到，上述各种教导可应用于多种其他实施方式。例如，相同的原理可以应用于雷达系统、汽车雷达、频率生成电路(例如，锁相环等)。
在某些情况下，本文讨论的特征可以适用于汽车系统、医疗系统、科学仪器、无线和有线通信、无线电、雷达和基于数字处理的系统。
在以上实施例的讨论中，系统的组件，例如移相器、混频器、放大器和/或其他组件，可以容易地被替换、替代或以其他方式修改，以适应特定的电路需求。此外，应当注意，互补电子设备、硬件、软件等的使用为实现与具有如本文所述的增强的倍频器和/或温度补偿的相移模块有关的本公开的教导，本发明提供了同样可行的选择。
如本文所提出的用于实现具有增强的倍频器和/或温度补偿的相移模块的各种系统的部分可以包括电子电路，以执行本文所描述的功能。在某些情况下，系统的一个或多个部分可以由专门配置用于执行本文所述功能的处理器提供。例如，处理器可以包括一个或多个专用组件，或者可以包括被配置为执行本文描述的功能的可编程逻辑门。该电路可以在模拟域、数字域或混合信号域中运行。在某些情况下，处理器可以被配置为通过执行存储在非暂时性计算机可读存储介质上的一个或多个指令来执行本文所述的功能。
在一个示例实施例中，可以在相关联的电子设备的板上实现当前附图的任意数量的电路。该板可以是通用电路板，其可以容纳电子设备的内部电子系统的各种组件，并且进一步提供用于其他外围设备的连接器。更具体地说，该板可提供电连接，系统的其他组件可通过该电连接进行电通信。可以基于特定的配置需求、处理需求、计算机设计等，将任何合适的处理器(包括DSP、微处理器、支持芯片组等)、计算机可读非暂时性存储元件等适当地耦合到板上。其他组件(例如外部存储器、附加传感器、用于音频/视频显示的控制器和外围设备)可以通过电缆作为插入卡连接到板上，也可以集成到板上。在各种实施例中，本文中描述的功能可以以仿真形式实现为在以支持这些功能的结构布置的一个或多个可配置(例如，可编程)元件内运行的软件或固件。可以在包括允许处理器执行那些功能的指令的非暂时性计算机可读存储介质上提供提供仿真的软件或固件。
在另一个示例实施例中，当前附图的电路可以被实现为独立模块(例如，具有关联的组件和电路的设备，该设备和电路配置为执行特定的应用程序或功能)或被实现为电子设备的专用硬件中的插入模块。注意，本公开的特定实施例可以容易地部分地或整体地包括在片上系统(SOC)封装中。SOC代表将计算机或其他电子系统的组件集成到单个芯片中的IC。它可能包含数字、模拟、混合信号以及通常的RF功能：所有这些功能都可以在单个芯片基板上提供。其他实施例可以包括多芯片模块(MCM)，其中多个分离的IC位于单个电子封装内并且被配置为通过电子封装彼此紧密地相互作用。
还必须注意，本文概述的所有规格、尺寸和关系(例如，图1-2，图4A-9等系统中显示的组件数)仅出于示例和教导的目的而提供。在不脱离本公开的精神或所附权利要求的范围的情况下，可以对这些信息进行相当大的改变。应当理解，可以以任何合适的方式来合并系统。沿着类似的设计替代方案，可以以各种可能的配置组合本发明的任何图示的电路、组件、模块和元件，所有这些显然都在本说明书的广泛范围内。在前面的描述中，已经参考特定处理器和/或组件布置描述了示例实施例。在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。
同样重要的是要注意，与此处提出的与使用具有增强的倍频器和/或温度补偿的相移模块来实现相移的功能仅说明了可由RF系统或在RF系统中执行的某些可能功能。这些操作中的一些可以在适当的地方被删除或移除，或者可以在不脱离本公开的范围的情况下对这些操作进行相当大的修改或改变。本文描述的实施例提供了很大的灵活性，因为可以提供任何合适的布置、时序、配置和定时机制，而不背离本公开的教导。

Claims (25)

1.用于射频系统的相移模块，包括：
移相器，被配置为接收本地振荡器信号并输出相对于所述本地振荡器信号被相移了一相位偏移的相移信号；和
倍频器，被配置为基于所述相移信号并且进一步基于反相的相移信号产生倍频信号，该倍频信号的频率是所述本地振荡器信号的频率的K倍，其中K大于1，
其中:
所述相移信号是差分信号，和
所述相移模块被配置用于通过将所述差分相移信号的两条线中的每条线的极性反相来产生所述反相的相移信号。
2.根据权利要求1所述的相移模块，其中:
所述倍频器包括开关核心和跨导放大器，
所述开关核心被配置为对所述反相的相移信号进行操作，和
所述跨导放大器被配置为对所述相移信号进行操作。
3.根据权利要求1所述的相移模块，其中:
所述倍频器包括开关核心和跨导放大器，
所述跨导放大器被配置用于对所述反相的相移信号进行操作，和
所述开关核心被配置为对所述相移信号进行操作。
4.根据权利要求1所述的相移模块，其中:
所述倍频器包括开关核心和跨导放大器，和
基于所述相移信号和所述反相的相移信号产生倍频信号的所述倍频器包括：通过向所述开关核心和所述跨导放大器中的每一个提供所述相移信号并通过向所述开关核心提供反相的跨导放大器信号来产生倍频信号的倍频器，其中所述反相的跨导放大器信号是由所述跨导放大器基于提供给它的所述相移信号产生的信号的反相版本。
5.根据权利要求4所述的相移模块，其中:
所述由所述跨导放大器产生的信号是差分信号，和
所述相移模块被配置为通过包括开关布置来使所述差分相移信号的两条线中的每条线的极性反相而产生所述反相的相移信号，该开关布置被配置为通过使由所述跨导放大器产生的信号的两条线中的每条线的极性反相，来使由所述跨导放大器产生的信号反相以产生所述反相的跨导放大器信号。
6.根据权利要求1所述的相移模块，其中:
所述倍频信号是第一倍频信号，和
所述倍频器进一步被配置为基于所述相移信号产生第二倍频信号，该第二倍频信号的频率是所述本地振荡器信号的频率的K倍，其中所述第二倍频信号是第一倍频信号的反相版本。
7.根据权利要求6所述的相移模块，其中:
所述倍频器被配置为响应于接收到第一控制信号而产生所述第一倍频信号，和
所述倍频器被配置为响应于接收到第二控制信号而产生所述第二倍频信号。
8.根据权利要求1所述的相移模块，其中所述移相器被配置为将所述本地振荡器信号相移不大于90度的相位偏移，并且其中倍数K等于2。
9.根据权利要求1所述的相移模块，其中所述移相器被配置为将所述本地振荡器信号相移不大于45度的相位偏移，并且其中倍数K等于4。
10.根据权利要求1所述的相移模块，还包括温度补偿电路，被配置为使得能够针对温度变化补偿所述相位偏移。
11.一种天线设备，包括：
上变频器和/或下变频器(UDC)电路，其包括一个或多个混频器；和
相移模块，包括：
移相器，被配置为接收本地振荡器信号并产生相对于所述本地振荡器信号被相移一相位偏移的相移信号，和
倍频器，被配置为基于所述相移信号和进一步基于反相的相移信号产生倍频信号，该倍频信号的频率是所述本地振荡器信号的频率的K倍，其中K大于1，
其中所述UDC电路的一个或多个混频器被配置为使用由所述倍频器产生的所述倍频信号执行混频。
12.根据权利要求11所述的天线设备，其中所述一个或多个混频器、所述移相器和所述倍频器设置在单个芯片上。
13.根据权利要求11所述的天线设备，还包括校准布置，被配置为：
识别天线阵列的至少一个天线元件与耦合到所述UDC电路的探针之间的一个或多个关系，所述探针被配置用于无线地传送和/或接收射频信号，和
启用利用基于所述一个或多个关系确定的校准信息对一个或多个天线元件的校准。
14.根据权利要求13所述的天线设备，其中确定校准信息包括：确定所述多个天线元件中的两个或更多个之间的相对幅度关系或相对相位关系中的至少一种。
15.根据权利要求11所述的天线设备，其中：
所述相移信号是差分信号，和
所述相移模块被配置用于通过将所述差分相移信号的两条线中的每条线的极性反相来产生所述反相的相移信号。
16.根据权利要求11所述的天线设备，其中：
所述倍频信号是第一倍频信号，和
所述倍频器进一步被配置为基于所述相移信号产生第二倍频信号，该第二倍频信号的频率是所述本地振荡器信号的频率的K倍，其中所述第二倍频信号是第一倍频信号的反相版本。
17.根据权利要求11所述的天线设备，其中所述移相器被配置为将所述本地振荡器信号相移不大于45度的相位偏移，并且其中倍数K等于4。
18.根据权利要求13所述的天线设备，其中通过所述移相器引入到所述本地振荡器信号的所述相位偏移是基于所述校准信息的。
19.根据权利要求13所述的天线设备，还包括所述天线阵列和所述探针。
20.一种天线设备，包括：
温度补偿电路，被配置为基于在两个不同温度进行的测量确定指示相移变化随温度变化的相移函数，所述测量指示下种的至少一个：
将在上变频器和/或下变频器UDC电路的输出处测量的要发送的信号的相位，
由天线阵列的至少一个天线元件发送的信号的相位，
在所述天线阵列的一个或多个天线元件的输出处测量的由所述一个或多个天线元件接收的信号的相位，以及
由所述UDC电路基于由所述一个或多个天线元件接收的信号产生的信号的相位；以及
相移模块，被配置为将相位偏移施加于本地振荡器信号以产生相移的本地振荡器信号，所述相位偏移基于所述相移函数。
21.根据权利要求20所述的天线设备，其中所述温度补偿电路被配置为基于指示所述相移模块、所述UDC电路的一个或多个混频器和所述天线阵列的一个或多个天线元件中的一个或多个的温度的温度信号来确定所述温度补偿。
22.根据权利要求21所述的天线设备，还包括配置为产生所述温度信号的温度传感器。
23.根据权利要求20所述的天线设备，其中所述相位偏移进一步基于指示所述相移模块、所述UDC电路的一个或多个混频器和所述天线阵列的一个或多个天线元件中一个或多个的温度的温度信号。
24.根据权利要求20所述的天线设备，其中：
所述天线设备还包括上变频器和/或下变频器UDC电路，所述上变频器和/或下变频器UDC电路包括一个或多个混频器，
所述UDC电路的所述一个或多个混频器被配置用于利用通过所述相移模块产生的所述相移的本地振荡器信号进行混频。
25.根据权利要求20所述的天线设备，还包括所述天线阵列，所述天线阵列包括多个天线元件。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019074402A (ja) * 2017-10-16 2019-05-16 株式会社東芝 電波到来方向推定装置、アレーアンテナ装置および電波到来方向推定方法
WO2019082866A1 (ja) * 2017-10-23 2019-05-02 日本電気株式会社 位相調整回路及びアレイアンテナ装置
JP7154386B2 (ja) * 2019-03-25 2022-10-17 三菱電機株式会社 レーダ装置
US11658690B2 (en) 2021-07-21 2023-05-23 Qualcomm Incorporated Transceiver droop calibration

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5550871A (en) * 1993-12-29 1996-08-27 Hyundai Electronics Industries, Co., Ltd. Satellite communication receiving apparatus
US5596417A (en) * 1993-11-30 1997-01-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Color signal processor for inverting R-Y axis of chrominance signal
US6211708B1 (en) * 1999-06-28 2001-04-03 Ericsson, Inc. Frequency doubling circuits, method, and systems including quadrature phase generators
DE10226889A1 (de) * 2002-06-17 2004-01-08 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Frequenzverdoppler
CN103716080A (zh) * 2012-10-05 2014-04-09 Nxp股份有限公司 相控阵发射机、接收机及其方法
CN107209214A (zh) * 2015-01-23 2017-09-26 华为技术有限公司 用于天线阵列的相位控制

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3710329A (en) 1970-07-16 1973-01-09 Nasa Phase control circuits using frequency multiplication for phased array antennas
US4308539A (en) 1978-12-26 1981-12-29 Raytheon Company Compensated phased array antenna
US4388626A (en) 1981-03-05 1983-06-14 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Phased array antennas using frequency multiplication for reduced numbers of phase shifters
US5140198A (en) * 1989-08-30 1992-08-18 Seiko Corporation Image canceling mixer circuit on an integrated circuit chip
DE69018906T2 (de) 1989-09-11 1995-08-24 Nec Corp Phasengesteuerte Gruppenantenne mit Temperaturkompensation.
US5764187A (en) 1997-01-21 1998-06-09 Ail Systems, Inc. Direct digital synthesizer driven phased array antenna
JP3554218B2 (ja) * 1999-03-17 2004-08-18 富士通株式会社 電力制御回路および送信機
US6593881B2 (en) 2000-12-12 2003-07-15 Harris Corporation Phased array antenna including an antenna module temperature sensor and related methods
US6824307B2 (en) * 2000-12-12 2004-11-30 Harris Corporation Temperature sensor and related methods
US20040087294A1 (en) 2002-11-04 2004-05-06 Tia Mobile, Inc. Phases array communication system utilizing variable frequency oscillator and delay line network for phase shift compensation
US20050195103A1 (en) 2004-01-13 2005-09-08 Davis Dennis W. Phased arrays exploiting geometry phase and methods of creating such arrays
US7161443B2 (en) * 2004-09-30 2007-01-09 Broadcom Corporation Temperature compensated crystal oscillator
JP4776928B2 (ja) * 2005-01-11 2011-09-21 三菱電機株式会社 周波数逓倍器
US8260143B2 (en) * 2008-03-12 2012-09-04 Hypres, Inc. Digital radio frequency tranceiver system and method
GB2467773B (en) 2009-02-13 2012-02-01 Socowave Technologies Ltd Communication system, apparatus and methods for calibrating an antenna array
US8870454B2 (en) * 2011-12-13 2014-10-28 Stichting Voor De Technische Wetenschappen Multiple electrothermal-filter device
US10107625B2 (en) * 2013-01-22 2018-10-23 MCube Inc. Integrated inertial sensing device
US9673846B2 (en) 2014-06-06 2017-06-06 Rockwell Collins, Inc. Temperature compensation system and method for an array antenna system
CA3055223A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-14 Kaveh Fereidani Adaptive phased array antenna architecture

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5596417A (en) * 1993-11-30 1997-01-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Color signal processor for inverting R-Y axis of chrominance signal
US5550871A (en) * 1993-12-29 1996-08-27 Hyundai Electronics Industries, Co., Ltd. Satellite communication receiving apparatus
US6211708B1 (en) * 1999-06-28 2001-04-03 Ericsson, Inc. Frequency doubling circuits, method, and systems including quadrature phase generators
DE10226889A1 (de) * 2002-06-17 2004-01-08 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Frequenzverdoppler
CN103716080A (zh) * 2012-10-05 2014-04-09 Nxp股份有限公司 相控阵发射机、接收机及其方法
CN107209214A (zh) * 2015-01-23 2017-09-26 华为技术有限公司 用于天线阵列的相位控制

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