CN114389663A - 相控阵波束成型网络 - Google Patents

相控阵波束成型网络 Download PDF

Info

Publication number
CN114389663A
CN114389663A CN202111494320.3A CN202111494320A CN114389663A CN 114389663 A CN114389663 A CN 114389663A CN 202111494320 A CN202111494320 A CN 202111494320A CN 114389663 A CN114389663 A CN 114389663A
Authority
CN
China
Prior art keywords
network
path
gating switch
switch module
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111494320.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114389663B (zh
Inventor
贾海昆
黄向荣
邓伟
池保勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202111494320.3A priority Critical patent/CN114389663B/zh
Publication of CN114389663A publication Critical patent/CN114389663A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114389663B publication Critical patent/CN114389663B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842—Weighted combining
    • H04B7/086—Weighted combining using weights depending on external parameters, e.g. direction of arrival [DOA], predetermined weights or beamforming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24—Cell structures
    • H04W16/28—Cell structures using beam steering
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明提供一种相控阵波束成型网络，应用于毫米波相控阵波束，包括：第一选通开关模块、第二选通开关模块，第一功率合成网络和第二功率合成网络，第一选通开关模块输入端和第二选通开关模块输入端用于接入毫米波相控阵波束；第一选通开关模块的第一输出端用于连接第一功率合成网络的第一输入端，第一选通开关模块的第二输出端用于连接第二功率合成网络的第一输入端；第二选通开关模块的第一输出端用于连接第一功率合成网络的第二输入端，第二选通开关模块的第二输出端用于连接第二功率合成网络的第二输入端；第一功率合成网络输出端和第二功率合成网络输出端用于输出合成后的毫米波相控阵波束。本发明提高了波束成型网络集成度，降低了功耗。

Description

相控阵波束成型网络
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种相控阵波束成型网络。
背景技术
近年来，通信技术快速发展，人们对无线传输数据的需求越来越高，带宽成为了主要瓶颈。目前，主要的商用通信系统大多工作在6GHz以下，提升工作频率是解决这一瓶颈问题的有效方法。过去十年来，毫米波通信技术飞速发展，尤其是相控阵技术，由于能提高等效全向辐射功率(EIRP)、降低噪声系数、灵活调节波束方向而受到了广泛关注。毫米波相控阵的一个关键的挑战在于波束成型的设计。
相关技术可知，大多数波束成型方案采用数模混和结构的波束成型方式，通过这种方式，通道数量和所需天线数量较多，导致波束成型的网络集成度低，并且不利于频谱利用率和能量效率的提高。
发明内容
本发明提供一种相控阵波束成型网络，用以解决现有技术中波束成型方式的网络集成度低以及能量效率低的缺陷，实现了在不增加额外电路的前提下，提高了相控阵波束成型网络的网络集成度，降低了插入损耗。
本发明提供一种相控阵波束成型网络，所述相控阵波束成型网络应用于毫米波相控阵波束，包括：第一选通开关模块、第二选通开关模块，第一功率合成网络和第二功率合成网络，其中，所述第一选通开关模块和所述第二选通开关模块镜像设置；所述第一功率合成网络和所述第二功率合成网络镜像设置；所述第一选通开关模块的输入端和所述第二选通开关模块的输入端分别用于接入所述毫米波相控阵波束；所述第一选通开关模块的第一输出端用于连接所述第一功率合成网络的第一输入端，所述第一选通开关模块的第二输出端用于连接所述第二功率合成网络的第一输入端；所述第二选通开关模块的第一输出端用于连接所述第一功率合成网络的第二输入端，所述第二选通开关模块的第二输出端用于连接所述第二功率合成网络的第二输入端；所述第一功率合成网络的输出端和所述第二功率合成网络的输出端用于输出合成后的所述毫米波相控阵波束。
根据本发明提供的一种相控阵波束成型网络，所述第一选通开关模块的输入端与所述第一选通开关模块的第一输出端构成选通开关第一通路，所述第一选通开关模块的输入端与所述第一选通开关模块的第二输出端构成选通开关第二通路，其中，所述选通开关第一通路设置有第一传输线，所述选通开关第二通路设置有第二传输线，所述选通开关第一通路和所述选通开关第二通路通过两个到地开关进行连接，所述两个到地开关呈镜像对称设置。
根据本发明提供的一种相控阵波束成型网络，所述第二选通开关模块的输入端与所述第二选通开关模块的第一输出端构成选通开关第三通路，所述第二选通开关模块的输入端与所述第二选通开关模块的第二输出端构成选通开关第四通路，其中，所述选通开关第三通路设置有第三传输线，所述选通开关第四通路设置有第四传输线，所述选通开关第三通路和所述选通开关第四通路通过两个到地开关进行连接，所述两个到地开关呈镜像对称设置。
根据本发明提供的一种相控阵波束成型网络，在靠近所述第一选通开关模块的第一输出端一侧，所述选通开关第一通路设置有第一电感元件；在靠近所述第一选通开关模块的第二输出端一侧，所述选通开关第二通路设置有第二电感元件。
根据本发明提供的一种相控阵波束成型网络，在靠近所述第二选通开关模块的第一输出端一侧，所述选通开关第三通路设置有第三电感元件；在靠近所述第二选通开关模块的第二输出端一侧，所述选通开关第四通路设置有第四电感元件。
根据本发明提供的一种相控阵波束成型网络，所述第一功率合成网络的第一输入端与所述第一功率合成网络的输出端构成功率合成网络第一通路，所述第一功率合成网络的第二输入端与所述第一功率合成网络的输出端构成功率合成网络第二通路，其中，在靠近所述第一功率合成网络的输出端一侧，所述功率合成网络第一通路设置有第五传输线以及所述功率合成网络第二通路设置有第六传输线，所述功率合成网络第一通路和所述功率合成网络第二通路通过到地开关连接。
根据本发明提供的一种相控阵波束成型网络，所述第二功率合成网络的第一输入端与所述第二功率合成网络的输出端构成功率合成网络第三通路，所述第二功率合成网络的第二输入端与所述第二功率合成网络的输出端构成功率合成网络第四通路，其中，在靠近所述第二功率合成网络的输出端一侧，所述功率合成网络第三通路设置有第七传输线以及所述功率合成网络第四通路设置有第八传输线，所述功率合成网络第三通路和所述功率合成网络第四通路通过到地开关连接。
根据本发明提供的一种相控阵波束成型网络，所述第一传输线至所述第八传输线中任意一种传输线包括抽头电感和到地电容，其中，所述到地电容与所述抽头电感的中心抽头连接。
根据本发明提供的一种相控阵波束成型网络，所述功率合成网络第一通路连接有第一控制电路，所述功率合成网络第二通路连接有第二控制电路，其中，所述第一控制电路或所述第二控制电路设置有电流镜和到地开关，所述第一控制电路的到地开关用于控制沿所述功率合成网络第一通路进行传输的第一波束的衰减值和相位值，所述第二控制电路的到地开关用于控制沿所述功率合成网络第二通路进行传输的第二波束的衰减值和相位值。
根据本发明提供的一种相控阵波束成型网络，所述功率合成网络第三通路连接有第三控制电路，所述功率合成网络第四通路连接有第四控制电路，其中，所述第三控制电路或所述第四控制电路设置有电流镜和到地开关，所述第三控制电路的到地开关用于控制沿所述功率合成网络第三通路进行传输的第三波束的衰减值和相位值，所述第四控制电路的到地开关用于控制沿所述功率合成网络第四通路进行传输的第四波束的衰减值和相位值。
本发明提供的相控阵波束成型网络，通过对第一选通开关模块和第二选通开关模块的不同输入端进行切换，基于第一功率合成网络和第二功率合成网络，可以确保毫米波相控阵波束实现不同的功率合成方案，进而实现了在不额外增加电路的基础上，提高了相控阵波束成型网络的网络集成度，降低了插入损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的相控阵波束成型网络的结构示意图；
图2是本发明提供的第一选通开关模块的结构示意图；
图3是本发明提供的第一功率合成网络的结构示意图；
图4是本发明提供的应用相控阵波束成型网络的场景示意图。
附图标记：
110：第一选通开关模块；1101：第一选通开关模块的输入端；1102：第一选通开关模块的第一输出端；1103：第一选通开关模块的第二输出端；120：第二选通开关模块；1201：第二选通开关模块的输入端；1202：第二选通开关模块的第一输出端；1203：第二选通开关模块的第二输出端；130：第一功率合成网络；1301：第一功率合成网络的第一输入端；1302：第一功率合成网络的第二输入端；1303：第一功率合成网络的输出端；140：第二功率合成网络；1401：第二功率合成网络的第一输入端；1402：第二功率合成网络的第二输入端；1403：第二功率合成网络的输出端。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
近年来，通信技术快速发展，人们对无线传输数据的需求越来越高，带宽成为了主要瓶颈。目前，主要的商用通信系统大多工作在6GHz以下，提升工作频率是解决这一瓶颈问题的有效方法。过去十年来，毫米波通信技术飞速发展，尤其是相控阵技术，由于能提高等效全向辐射功率(EIRP)、降低噪声系数、灵活调节波束方向而受到了广泛关注。毫米波相控阵的一个关键的挑战在于波束成型的设计。
当前，有多种实现毫米波相控阵波束成型的方法，包括以下三种主流方案：第一种方案是在每一个通道混频到数字基带部分之后，再在基带做波束的成型。这种方案虽然有较高的灵活性和数据容量，但是设计相对复杂且会消耗大量的功耗。第二种方案是将每一个通道的射频信号进行功率合成之后一起混频，再交给数字基带去处理。这种方式设计复杂度相对较低，波束扫描范围也能比较轻易的实现360°全覆盖，且大部分功耗只会消耗在射频部分，但是射频信号的多路合成会引入较大的插入损耗，尤其在E波段这种频率较高的毫米波段。第三种方案是数模混和结构的波束成型方式，这种方案更像是前两种方案的折衷，兼顾了两者的优势，因此，目前大部分设计都是基于这种架构。但是这种结构的一个主要问题是所需通道数量和天线数量较多，不利于频谱利用率和能量效率的提高。
基于以上三种波束成型的方案，本发明提出了一种全新的可重构的波束成型方案。
本发明提出的相控阵波束成型网络，采用了新的整体架构以及全新的全连接的功率分配方案和简易的模式切换开关，在不增加额外电路的基础上实现了三种不同模式的波束成型方式。实现了在不额外增加电路的基础上，提高了相控阵波束成型网络的网络集成度，降低了插入损耗。
本发明将结合下述实施例对相控阵波束成型网络的结构进行说明。
图1是本发明提供的相控阵波束成型网络的结构示意图。
在本发明一示例性实施例中，相控阵波束成型网络可以应用于毫米波相控阵波束。如图1所示，相控阵波束成型网络可以包括第一选通开关模块110、第二选通开关模块120、第一功率合成网络130和第二功率合成网络140，下面将分别介绍各模块。
在一种实施例中，第一选通开关模块110和第二选通开关模块120可以镜像设置。可以理解的是，第一选通开关模块110和第二选通开关模块120为一到二的开关，其作用效果相当于单刀双掷开关。在应用过程中，第一选通开关模块110或第二选通开关模块120可以把四路射频通道合成后的信号选择送到具有两路波束输出的其中一路或者两路进行输出。
在一种实施例中，第一功率合成网络130和第二功率合成网络140可以镜像设置。可以理解的是，第一功率合成网络130或第二功率合成网络140可以把输入的波束合并后再进行输出。
需要说明的是，第一选通开关模块110和第二选通开关模块120的结构可以是相同的，第一功率合成网络130和第二功率合成网络140的结构可以是相同的。
在一种实施例中，第一选通开关模块的输入端1101和第二选通开关模块的输入端1201分别可以用于接入毫米波相控阵波束。第一选通开关模块的第一输出端1102可以用于连接第一功率合成网络的第一输入端1301。第一选通开关模块的第二输出端1103可以用于连接第二功率合成网络的第一输入端1401。第二选通开关模块的第一输出端1202可以用于连接第一功率合成网络的第二输入端1302。第二选通开关模块的第二输出端1203可以用于连接第二功率合成网络的第二输入端1402。第一功率合成网络的输出端1303和第二功率合成网络的输出端1403可以用于输出合成后的毫米波相控阵波束。可以理解的是，当对第一选通开关模块110或第二选通开关模块120的输出端口进行切换时，可以实现不同的功率合成方案。
本发明提供的相控阵波束成型网络，通过对第一选通开关模块和第二选通开关模块的不同输入端进行切换，基于第一功率合成网络和第二功率合成网络，可以确保毫米波相控阵波束实现不同的功率合成方案，进而实现了在不额外增加电路的基础上，提高了相控阵波束成型网络的网络集成度，降低了插入损耗。
在本发明一示例性实施例中，第一选通开关模块的输入端与第一选通开关模块的第一输出端可以构成选通开关第一通路。第一选通开关模块的输入端与第一选通开关模块的第二输出端可以构成选通开关第二通路。在应用过程中，通过第一选通开关模块的选择，可以使得四路射频通道合成后的信号沿选通开关第一通路进行传输，也可以使得四路射频通道合成后的信号沿选通开关第二通路进行传输。可以理解的是，由于选通开关第一通路和选通开关第二通路连接有不同的功率合成网络，因此，可以实现关于毫米波相控阵波束的不同功率合成方案。
本发明将结合下述实施例，对第一选通开关模块的结构进行说明。
图2是本发明提供的第一选通开关模块的结构示意图。
在一种实施例中，如图2所示，选通开关第一通路可以是由IO1至IO2形成的通路，选通开关第二通路可以是由IO1至IO3形成的通路。其中，选通开关第一通路可以设置有第一传输线，选通开关第二通路可以设置有第二传输线。其中，选通开关第一通路和选通开关第二通路通过两个到地开关M1进行连接，两个到地开关M1呈镜像对称设置。
在一示例中，第一传输线和第二传输线可以是四分之一波长传输线。在又一示例中，结合图2可知，第一传输线和第二传输线可以是由抽头电感L1和到地电容C1构成，其中，到地电容C1与抽头电感L1的中心抽头连接。在本示例中，将第一传输线和第二传输线用抽头电感代替，可以避免芯片上的不必要长走线，使得相控阵波束成型网络的版图更加紧凑。
在应用过程中，连接选通开关第一通路和选通开关第二通路的两个到地开关M1可以分别通过控制信号SW1和SW2进行开闭设置。可以理解的是，到地开关M1的不同开闭状态，可以实现选通开关第一通路和选通开关第二通路的不同导通状态。由于选通开关第一通路和选通开关第二通路连接有不同的功率合成网络，因此，可以实现关于毫米波相控阵波束的不同功率合成方案。
在一示例中，若某一通路工作在关断状态下，到地开关M1就会导通，呈现出一个到地的低阻状态。通过四分之一波长传输线的阻抗变换特性，其在输入端呈现的是一个高阻状态，对于另外一路工作状态的影响就比较小。因此，到地开关M1能保证在关断状态下有较好的隔离度。
在本发明又一示例性实施例中，继续结合图2进行说明。在靠近第一选通开关模块的第一输出端(IO2)的一侧，选通开关第一通路设置有第一电感元件L2。在靠近第一选通开关模块的第二输出端(IO3)的一侧，选通开关第二通路设置有第二电感元件L3。其中，第一电感元件L2和第二电感元件L3可以是相同的电感元件。在本实施例中，通过设置电感元件，可以与寄生电容谐振，进而实现较好的端口匹配。
在本发明一示例性实施例中，第二选通开关模块的输入端与第二选通开关模块的第一输出端可以构成选通开关第三通路。第二选通开关模块的输入端与第二选通开关模块的第二输出端可以构成选通开关第四通路。其中，选通开关第三通路设置有第三传输线，选通开关第四通路设置有第四传输线。选通开关第三通路和选通开关第四通路通过两个到地开关进行连接，两个到地开关呈镜像对称设置。可以理解的是，第二选通开关模块的结构与第一选通开关模块的结构相同，在本实施例中，不再对第二选通开关模块进行赘述。
在一示例中，第三传输线和第四传输线可以是四分之一波长传输线。在又一示例中，第三传输线和第四传输线可以是由抽头电感和到地电容构成，其中，到地电容与抽头电感的中心抽头连接。
在本发明又一示例性实施例中，在靠近第二选通开关模块的第一输出端的一侧，选通开关第三通路可以设置有第三电感元件。在靠近第二选通开关模块的第二输出端的一侧，选通开关第四通路可以设置有第四电感元件。可以理解的是，第三电感元件和第四电感元件的结构、设置方式，与第一电感元件和第二电感元件的结构、设置方式相同。在本实施例中，不再对第三电感元件和第四电感元件的结构、设置方式进行赘述。
本发明将结合下述实施例对第一功率合成网络的结构进行说明。
图3是本发明提供的第一功率合成网络的结构示意图。
在本发明一示例性实施例中，如图3所示，第一功率合成网络的第一输入端(IO4)与第一功率合成网络的输出端(IO6)可以构成功率合成网络第一通路。第一功率合成网络的第二输入端(IO5)与第一功率合成网络的输出端(IO6)可以构成功率合成网络第二通路。
在一种实施例中，结合图3可知，在靠近第一功率合成网络的输出端(IO6)的一侧，功率合成网络第一通路可以设置有第五传输线以及功率合成网络第二通路可以设置有第六传输线。其中，功率合成网络第一通路和功率合成网络第二通路通过到地开关M1连接。进一步的，连接功率合成网络第一通路和功率合成网络第二通路的到地开关M1可以分别通过控制信号EN1和EN2进行开闭设置。可以理解的是，到地开关M1的不同开闭状态，可以实现选功率合成网络第一通路和功率合成网络第二通路的不同导通状态。进而可以实现关于毫米波相控阵波束的不同功率合成方案。
在一示例中，第五传输线或第六传输线可以是四分之一波长传输线。在又一示例中，结合图3可知，第五传输线和第六传输线可以是由抽头电感L1和到地电容C1构成，其中，到地电容C1与抽头电感L1的中心抽头连接。在本示例中，将第一传输线和第二传输线用抽头电感代替，可以避免芯片上的不必要长走线，使得相控阵波束成型网络的版图更加紧凑。
在本发明一示例性实施例中，继续结合图3进行说明。功率合成网络第一通路连接有第一控制电路，功率合成网络第二通路连接有第二控制电路。其中，第一控制电路或第二控制电路设置有电流镜(IDAC)和到地开关(M2)。第一控制电路的到地开关(M2)用于控制沿功率合成网络第一通路进行传输的第一波束的衰减值和相位值。第二控制电路的到地开关(M2)用于控制沿功率合成网络第二通路进行传输的第二波束的衰减值和相位值。在应用过程中，可以通过合理调整到地开关(M2)栅端的电压控制其导通电阻，实现不同挡位的信号衰减，进而达到串扰波束信号消除的目的。
在本发明一示例性实施例中，第二功率合成网络的第一输入端与第二功率合成网络的输出端可以构成功率合成网络第三通路。第二功率合成网络的第二输入端与第二功率合成网络的输出端可以构成功率合成网络第四通路。其中，在靠近第二功率合成网络的输出端一侧，功率合成网络第三通路设置有第七传输线以及功率合成网络第四通路设置有第八传输线。进一步的，功率合成网络第三通路和功率合成网络第四通路通过到地开关连接。
在一示例中，第七传输线或第八传输线可以是四分之一波长传输线。在又一示例中，第七传输线或第八传输线可以是由抽头电感和到地电容构成，其中，到地电容与抽头电的中心抽头连接。在本示例中，将第七传输线和第八传输线用抽头电感代替，可以避免芯片上的不必要长走线，使得相控阵波束成型网络的版图更加紧凑。
在本发明一示例性实施例中，功率合成网络第三通路连接有第三控制电路。功率合成网络第四通路连接有第四控制电路。其中，第三控制电路或第四控制电路设置有电流镜和到地开关。第三控制电路的到地开关用于控制沿功率合成网络第三通路进行传输的第三波束的衰减值和相位值。第四控制电路的到地开关用于控制沿功率合成网络第四通路进行传输的第四波束的衰减值和相位值。
可以理解的是，第一功率合成网络的结构与第二功率合成网络的结构相同，在本实施例中，不再对第二功率合成网络的结构进行赘述。
需要说明的是，本发明提供的相控阵波束成型网络可以采用CMOS工艺制作。相比其他工艺具有低功耗、集成度高、芯片面积小等有点。
本发明可以提供一种关于66GHz-76GHz可重构的波束成型网络。其中，波束成型网络采用新型的系统架构，其版图面积小，插入损耗低，并且方便在不同波束合成模式之间切换，以及衰减挡位调节灵活。
为了进一步介绍本发明提供的相控阵波束成型网络，本发明将结合下述实施例对应用相控阵波束成型网络的场景进行说明。
图4是本发明提供的应用相控阵波束成型网络的场景示意图。
在本发明一示例性实施例中，如图4所示，本发明提出的可重构的相控阵波束成型网络，可以包括一到二的开关模块以及可重构的二到一的功率合成网络。其中，一到二的开关模块可以把四路射频通道合成后的信号选择送到具有两路波束输出的其中一路或者两路进行输出。对于一个八通道的系统而言，左右的四个通道各自合成相应的一路信号后，可以与两个波束输出通道之间形成一个可重构的二到二的全连接。
结合图2至4可知，应用相控阵波束成型网络的场景示意图可以包括三种模式。
对于模式1，为正常的二到一的威尔森功率合成网络，此时整个网络系统呈现的就是一个常规的八通道的相控阵结构。在应用过程中，控制一到二开关模块的SW1和SW2信号均为低电平，可重构的二到一功率合成网络中EN1和EN2信号均为高电平，保证到地开关M1的导通，SW1和SW2均控制选择器选择EN1和EN2的反相信号，从而保证到地开关M2的关断。
对于模式2，可以将其中一路完全关断，此时网络系统表现为两个相对独立的四通道的相控阵，左右两部分的四个通道可以成型为不同方向的波束。在应用过程中，一到二开关模块的SW1和SW2信号其中之一可以为高电平，另一个为低电平。可重构的二到一功率合成网络中EN1和EN2信号其中之一为低电平，保证到地开关M1的关断。SW1和SW2均控制选择器选择EN1和EN2的反相信号，从而保证晶体管其中的一个M2的关断和另外一个的导通。
对于模式3，两路信号分别进行不同程度的衰减，同时左右两部分的每个通道都进行特性的相移，使得其中一个波束方向的信号基本能够抵消因各种不希望的耦合而串扰到另外一个波束方向去的信号，实现波束串扰消除的功能。在应用过程中，一到二开关模块的SW1和SW2信号均为低电平，可重构的二到一功率合成网络中EN1和EN2信号均为高电平，保证到地开关M1的导通，SW1和SW2均控制选择器选择IDAC产生的模拟电压信号，合理调整地开关M2栅端的电压，从而控制其导通电阻实现不同档位下的信号衰减，进而达到串扰波束信号消除的目的。
需要说明的是，为了实现波束串扰消除，到地开关M2栅端的电压可以存在由0到1V之间的64个档位。通过一个二进制码到温度码的编码器，实际只需要6bit的控制字就可以遍历所有的状态，且二到一功率合成网络中的两路能分开独立调节，灵活性上能有进一步的改善。可以理解的是，到地开关M2的控制信号既可以选择为数字高电平或低电平EN信号，也可以选择为IDAC电流流经电阻产生的电压。在本实施例中，电阻R1和晶体管M1的导通电阻之和可以控制在100ohm左右，以保证正常状态下威尔森功率合成模式的效果。
根据上述描述可知，本发明提供的相控阵波束成型网络，可以在不增加额外通道数和硬件电路的基础上实现了三种不同模式的波束成型方案，同时整个发明均为无源结构，自然具有双向性，具备同时支持基站测和终端侧使用场景的能力，在系统架构的层面保留了较大的灵活性。
进一步可以理解的是，本发明实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种相控阵波束成型网络，其特征在于，所述相控阵波束成型网络应用于毫米波相控阵波束，包括：第一选通开关模块、第二选通开关模块、第一功率合成网络和第二功率合成网络，其中，
所述第一选通开关模块和所述第二选通开关模块镜像设置；
所述第一功率合成网络和所述第二功率合成网络镜像设置；
所述第一选通开关模块的输入端和所述第二选通开关模块的输入端分别用于接入所述毫米波相控阵波束；
所述第一选通开关模块的第一输出端用于连接所述第一功率合成网络的第一输入端，所述第一选通开关模块的第二输出端用于连接所述第二功率合成网络的第一输入端；
所述第二选通开关模块的第一输出端用于连接所述第一功率合成网络的第二输入端，所述第二选通开关模块的第二输出端用于连接所述第二功率合成网络的第二输入端；
所述第一功率合成网络的输出端和所述第二功率合成网络的输出端用于输出合成后的所述毫米波相控阵波束。
2.根据权利要求1所述的相控阵波束成型网络，其特征在于，所述第一选通开关模块的输入端与所述第一选通开关模块的第一输出端构成选通开关第一通路，所述第一选通开关模块的输入端与所述第一选通开关模块的第二输出端构成选通开关第二通路，其中，
所述选通开关第一通路设置有第一传输线，所述选通开关第二通路设置有第二传输线，所述选通开关第一通路和所述选通开关第二通路通过两个到地开关进行连接，所述两个到地开关呈镜像对称设置。
3.根据权利要求2所述的相控阵波束成型网络，其特征在于，所述第二选通开关模块的输入端与所述第二选通开关模块的第一输出端构成选通开关第三通路，所述第二选通开关模块的输入端与所述第二选通开关模块的第二输出端构成选通开关第四通路，其中，
所述选通开关第三通路设置有第三传输线，所述选通开关第四通路设置有第四传输线，所述选通开关第三通路和所述选通开关第四通路通过两个到地开关进行连接，所述两个到地开关呈镜像对称设置。
4.根据权利要求2所述的相控阵波束成型网络，其特征在于，在靠近所述第一选通开关模块的第一输出端一侧，所述选通开关第一通路设置有第一电感元件；在靠近所述第一选通开关模块的第二输出端一侧，所述选通开关第二通路设置有第二电感元件。
5.根据权利要求3所述的相控阵波束成型网络，其特征在于，在靠近所述第二选通开关模块的第一输出端一侧，所述选通开关第三通路设置有第三电感元件；在靠近所述第二选通开关模块的第二输出端一侧，所述选通开关第四通路设置有第四电感元件。
6.根据权利要求3所述的相控阵波束成型网络，其特征在于，所述第一功率合成网络的第一输入端与所述第一功率合成网络的输出端构成功率合成网络第一通路，所述第一功率合成网络的第二输入端与所述第一功率合成网络的输出端构成功率合成网络第二通路，其中，
在靠近所述第一功率合成网络的输出端一侧，所述功率合成网络第一通路设置有第五传输线以及所述功率合成网络第二通路设置有第六传输线，所述功率合成网络第一通路和所述功率合成网络第二通路通过到地开关连接。
7.根据权利要求6所述的相控阵波束成型网络，其特征在于，所述第二功率合成网络的第一输入端与所述第二功率合成网络的输出端构成功率合成网络第三通路，所述第二功率合成网络的第二输入端与所述第二功率合成网络的输出端构成功率合成网络第四通路，其中，
在靠近所述第二功率合成网络的输出端一侧，所述功率合成网络第三通路设置有第七传输线以及所述功率合成网络第四通路设置有第八传输线，所述功率合成网络第三通路和所述功率合成网络第四通路通过到地开关连接。
8.根据权利要求7所述的相控阵波束成型网络，其特征在于，所述第一传输线至所述第八传输线中任意一种传输线包括抽头电感和到地电容，其中，所述到地电容与所述抽头电感的中心抽头连接。
9.根据权利要求6所述的相控阵波束成型网络，其特征在于，所述功率合成网络第一通路连接有第一控制电路，所述功率合成网络第二通路连接有第二控制电路，其中，所述第一控制电路或所述第二控制电路设置有电流镜和到地开关，所述第一控制电路的到地开关用于控制沿所述功率合成网络第一通路进行传输的第一波束的衰减值和相位值，所述第二控制电路的到地开关用于控制沿所述功率合成网络第二通路进行传输的第二波束的衰减值和相位值。
10.根据权利要求7所述的相控阵波束成型网络，其特征在于，所述功率合成网络第三通路连接有第三控制电路，所述功率合成网络第四通路连接有第四控制电路，其中，所述第三控制电路或所述第四控制电路设置有电流镜和到地开关，所述第三控制电路的到地开关用于控制沿所述功率合成网络第三通路进行传输的第三波束的衰减值和相位值，所述第四控制电路的到地开关用于控制沿所述功率合成网络第四通路进行传输的第四波束的衰减值和相位值。
CN202111494320.3A 2021-12-08 2021-12-08 相控阵波束成型网络 Active CN114389663B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111494320.3A CN114389663B (zh) 2021-12-08 2021-12-08 相控阵波束成型网络

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111494320.3A CN114389663B (zh) 2021-12-08 2021-12-08 相控阵波束成型网络

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114389663A true CN114389663A (zh) 2022-04-22
CN114389663B CN114389663B (zh) 2024-07-09

Family

ID=81195074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111494320.3A Active CN114389663B (zh) 2021-12-08 2021-12-08 相控阵波束成型网络

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114389663B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117595833A (zh) * 2024-01-16 2024-02-23 南京迈矽科微电子科技有限公司 功率分配器及电子设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016183797A1 (zh) * 2015-05-19 2016-11-24 华为技术有限公司 一种相控阵芯片、相控阵波束扫描方法和装置
CN110391787A (zh) * 2019-07-25 2019-10-29 广东工业大学 一种功率合成器及功率放大器集成电路
CN112202413A (zh) * 2020-10-10 2021-01-08 北京博瑞微电子科技有限公司 多波束相控阵小型化非对称功率合成网络结构及校准方法
CN112736494A (zh) * 2020-12-01 2021-04-30 北京遥感设备研究所 一种低成本双极化相控阵天线及处理方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016183797A1 (zh) * 2015-05-19 2016-11-24 华为技术有限公司 一种相控阵芯片、相控阵波束扫描方法和装置
CN110391787A (zh) * 2019-07-25 2019-10-29 广东工业大学 一种功率合成器及功率放大器集成电路
CN112202413A (zh) * 2020-10-10 2021-01-08 北京博瑞微电子科技有限公司 多波束相控阵小型化非对称功率合成网络结构及校准方法
CN112736494A (zh) * 2020-12-01 2021-04-30 北京遥感设备研究所 一种低成本双极化相控阵天线及处理方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117595833A (zh) * 2024-01-16 2024-02-23 南京迈矽科微电子科技有限公司 功率分配器及电子设备
CN117595833B (zh) * 2024-01-16 2024-04-26 南京迈矽科微电子科技有限公司 功率分配器及电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN114389663B (zh) 2024-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110301103B (zh) 用于5g移动通信和雷达的波束形成电路
Meng et al. A 57-to-64-GHz 0.094-mm 2 5-bit passive phase shifter in 65-nm CMOS
US11398853B2 (en) Transformer-based antenna switching network
Li et al. A four-element 7.5–9-GHz phased-array receiver with 1–8 simultaneously reconfigurable beams in 65-nm CMOS
Chin et al. A 25-GHz compact low-power phased-array receiver with continuous beam steering in CMOS technology
KR101481852B1 (ko) 상호변조 왜곡을 감소시키기 위해 선택가능한 위상 시프팅 모드를 갖는 스위칭 디바이스
US20210203375A1 (en) Switch control circuit, carrier aggregation method and device, and communication apparatus
CN114389663B (zh) 相控阵波束成型网络
Chang et al. Novel design of a 2.5-GHz fully integrated CMOS Butler matrix for smart-antenna systems
CN111292922B (zh) 一种具有低插入损耗的8字形四路功率合成器
Shimura et al. Low power consumption vector-sum phase shifters using zero-pi amplifiers for millimeter-wave beamforming
Elshirkasi et al. Performance study of a MIMO mobile terminal with upto 18 elements operating in the sub-6 GHz 5G band with user hand
US11581641B2 (en) Adjustable unequal power combiner and switch
Suh et al. A 7-GHz CMOS bidirectional variable gain amplifier with low gain and phase imbalances
Banbury et al. A CMOS 5.5/2.4 GHz dual-band smart-antenna transceiver with a novel RF dual-band phase shifter for WLAN 802.11 a/b/g
US10389420B1 (en) Antenna switching system
CN112653439B (zh) 一种多频带的单刀双掷开关
WO2009051558A1 (en) Circuit-based multi port antenna
Choi et al. A $ D $-Band Low-Noise and High-Gain Receiver Front-End Adopting $ G_ {\max} $-Driven Active Mixer
Li et al. A $ C $-Band Slat-Type Phased-Array Receiver With Co-Aperture Concurrent Eight Beams
US20240039155A1 (en) Partially-connected phase progression matrixes
CN116601882A (zh) 射频电路、通道切换方法和通信装置
CN114285388A (zh) 毫米波功率分配网络
WO2023216148A1 (zh) 电子设备和通信系统
WO2023193129A1 (en) Power and hardware efficient tranceiver device with configurable antenna array architecture

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant