CN115954630A - 毫米波射频移相器 - Google Patents

毫米波射频移相器 Download PDF

Info

Publication number
CN115954630A
CN115954630A CN202310102161.0A CN202310102161A CN115954630A CN 115954630 A CN115954630 A CN 115954630A CN 202310102161 A CN202310102161 A CN 202310102161A CN 115954630 A CN115954630 A CN 115954630A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transmission line
taps
phase shifter
switching devices
millimeter wave
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.)
Pending
Application number
CN202310102161.0A
Other languages
English (en)
Inventor
S·切尔切拉鲁
O·帕若纳
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.)
Avicos Antenna Co Ltd Operating In Name Of Aesop Electronics Co ltd
Original Assignee
Avicos Antenna Co Ltd Operating In Name Of Aesop Electronics Co ltd
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 Avicos Antenna Co Ltd Operating In Name Of Aesop Electronics Co ltd filed Critical Avicos Antenna Co Ltd Operating In Name Of Aesop Electronics Co ltd
Publication of CN115954630A publication Critical patent/CN115954630A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2658—Phased-array fed focussing structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters
    • H01P1/184—Strip line phase-shifters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters
    • H01P1/185—Phase-shifters using a diode or a gas filled discharge tube
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/184—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being strip lines or microstrips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/32—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by mechanical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
    • H01Q3/38—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters the phase-shifters being digital
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/443—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element varying the phase velocity along a leaky transmission line

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)

Abstract

毫米波RF移相器包括输入和输出。RF移相器还包括耦合到输入的传输线。传输线可以包括多个抽头。RF移相器还可以包括多个开关设备。每个开关设备可以耦合在输出和多个抽头中的相应抽头之间。RF移相器可以包括可操作地耦合到多个开关设备的控制设备。控制设备可以被配置为控制多个开关设备的操作，以选择性地将多个抽头之一耦合到输出，从而控制在传输线上传播的RF信号的相移。

Description

毫米波射频移相器
本申请是申请日为2020年1月14日、申请号为202080007243.1、发明名称为“毫米波射频移相器”的发明专利申请的分案申请。
优先权声明
本申请基于美国临时申请第62/793,603号并要求其优先权，该美国临时申请题为“Wireless Radio Control for Sensors”，申请日为2019年1月17日，该美国临时申请通过引用合并于此。
技术领域
本公开总体上涉及毫米波射频(RF)移相器。
背景技术
为毫米波通信(例如，第五代移动通信)配置的天线系统可以包括RF移相器。示例RF移相器可以改变沿传输线传播的毫米波RF信号，以使得在传输线的输出测量的RF信号的相位相对于在传输线的输入测量的RF信号的相位不同。以这种方式，RF移相器可以控制RF信号的相移。具有RF移相器的示例天线系统可以包括包括有多个天线元件的相控阵天线系统。这样的天线系统的RF移相器可以控制由多个天线元件中的每一个发射的RF波的相移。替代地或附加地，RF移相器可以用于重构从多个不同方向接收的RF信号，而无需移动天线元件。
发明内容
本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中部分阐述，或者可以从描述中获知，或者可以通过实施例的实践获知。
一方面，提供了毫米波RF移相器。毫米波RF移相器包括输入和输出。RF移相器还包括耦合到输入的传输线。传输线可以包括多个抽头。RF移相器还可以包括多个开关设备。每个开关设备可以耦合在输出和多个抽头中的相应抽头之间。RF移相器可以包括可操作地耦合到多个开关设备的控制设备。控制设备可以被配置为控制多个开关设备的操作，以选择性地将多个抽头之一耦合到输出，从而控制在传输线上传播的RF信号的相移。
另一方面，提供了相控阵天线系统。相控阵天线系统包括配置为提供RF信号的RF源。相控阵天线系统还包括多个天线元件。此外，相控阵天线系统包括多个毫米波RF移相器。多个毫米波RF移相器中的每一个都包括可耦合到RF源的输入。多个毫米波RF移相器中的每一个还包括可耦合到多个天线元件中的相应天线元件的输出。多个毫米波RF移相器中的每一个都包括耦合到输入的传输线。传输线包括沿着该传输线彼此隔开的多个抽头。多个毫米波RF移相器中的每一个都包括多个开关设备。多个开关设备中的每一个都耦合在输出和多个抽头中的相应抽头之间。多个毫米波RF移相器中的每一个都包括可操作地耦合到多个开关设备的控制设备。控制设备可以被配置为控制多个开关设备的操作，以选择性地将多个抽头之一耦合到输出，从而调整传输线的电长度，以控制在传输线上传播的RF信号的相移。
在又一方面，提供了控制毫米波RF移相器操作的方法，该毫米波RF移相器具有包括多个抽头的传输线。该方法包括由一个或多个控制设备获得指示提供给毫米波RF移相器的输入的RF信号的期望相移的数据。该方法还可以包括由一个或多个控制设备控制多个开关设备的操作，以至少部分地基于指示RF信号的期望相移的数据来调整传输线的电长度。该方法还包括由一个或多个控制设备经由传输线的多个抽头之一向RF移相器的输出提供RF信号。
参考以下描述和所附权利要求，各种实施例的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书并构成其一部分的附图示出了本公开的实施例，并与说明书一起用于解释相关原理。
附图说明
参考附图，在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的实施例的详细讨论，其中：
图1描绘了根据本公开的示例实施例的相控阵天线系统的组件的框图；
图2描绘了根据本公开的示例实施例的毫米波RF移相器的组件的框图；
图3描绘了根据本公开的示例实施例的毫米波RF移相器的传输线；
图4描绘了根据本公开的示例实施例的毫米波RF移相器的传输线；
图5描绘了根据本公开的示例实施例的图4中描绘的传输线的一部分的放大视图；
图6描绘了根据本公开的示例实施例的毫米波RF移相器的传输线；
图7描绘了根据本公开的示例实施例的图6中描绘的传输线的一部分的放大视图；
图8描绘了根据本公开的示例实施例的毫米波RF移相器的示例实施方式的电路图；
图9描绘了根据本公开的示例实施例的毫米波RF移相器的示例实施方式的电路图；
图10描绘了根据本公开的示例实施例的毫米波RF移相器的差分放大器的电路图；
图11描绘了根据本公开的示例实施例的毫米波RF移相器的巴伦的电路图；
图12描绘了根据本公开的示例实施例的由毫米波RF移相器提供的相移的图形表示；
图13描绘了根据本公开的示例实施例的用于控制毫米波RF移相器的操作的方法的流程图；以及
图14描绘了根据本公开的示例实施例的控制设备的组件的框图。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，实施例的一个或多个示例在附图中示出。每个示例都是通过对实施例的解释来提供的，而不是对本公开的限制。事实上，对于本领域的技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对实施例进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本公开的方面旨在覆盖这些修改和变化。
本公开的示例方面针对毫米波RF移相器。基于毫米波的天线系统在非常高的频率(例如，15GHz以上)工作。这样的系统采用各种波束形成技术(例如，机械的和/或电气的)来控制毫米RF波的相位和振幅。以这种方式，可以操纵天线系统的辐射图案，而无需物理地移动天线系统的一个或多个天线元件。基于毫米波的传统天线系统包括具有传输线的RF移相器。具体而言，传统天线系统修改传输线的一个或多个参数(例如，电容和/或电感)，以改变在传输线上传播的毫米RF波的传播延迟(以及因此的相位)。
本公开的毫米波RF移相器可以包括具有多个抽头的传输线。多个抽头可以沿着传输线彼此隔开。RF移相器可以包括多个开关设备。多个开关设备中的每个开关设备可以耦合在RF移相器的输入和多个抽头中的相应抽头之间。RF移相器可以包括可操作地耦合到多个开关设备的控制设备。在一些实施方式中，控制设备可以控制开关设备的操作，以选择性地将多个抽头之一耦合到RF移相器的输出。以这种方式，一个或多个控制设备可以调整传输线的电长度，以控制沿着传输线传播的RF信号的相移。
在示例实施例中，多个开关设备可以包括第一多个开关设备和第二多个开关设备。多个第一开关设备中的每个第一开关设备可以选择性地耦合到传输线的相应抽头。例如，一个或多个控制设备可以被配置为一次仅向一个第一开关设备提供偏置信号。这样，一次只有一个第一开关设备可以耦合到传输线的相应抽头。以这种方式，一个或多个控制设备可以向第一开关设备提供偏置信号，当第一开关设备耦合到传输的相应抽头时，根据需要配置传输线的电长度，以提供在传输线上传播的RF信号的期望相移。此外，当第一开关设备耦合到相应抽头时，一个或多个控制设备可以向多个第二开关设备中相应第二开关设备提供控制信号，以选择性地将相应抽头耦合到RF移相器的输出。
在一些实施方式中，可以修改传输线的形状，以最小化传输在集成电路或印刷电路板上占据的空间量。例如，在一些实施方式中，传输线可以是具有一个或多个弯曲的曲折传输线。在替代实施方式中，传输线可以具有环形形状。环形形状的示例可以包括但不限于环形、圆形和椭圆形。在这样的实施方式中，可以实现从各个抽头到RF移相器输出的相同接入。
本公开的RF移相器提供了许多技术优势。例如，传输线的多个抽头允许改变传输线的电长度，以适应沿传输线传播的RF信号的期望相移。更具体地，传输线的电长度可以变化，而不需要传统RF移相器所需的附加元件。以这样的方式，与传统RF移相器在同一集成电路或印刷电路板上占据的空间量相比，本公开的RF移相器在集成电路或PCB上占据的空间量可以最小化。
如本文所使用，术语“大约”与数值结合使用指在所述量的20％以内。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以将一个组件与另一组件区分开来，并且不旨在表示各个组件的位置或重要性。此外，术语“毫米波”是指波长在0.5毫米至几十毫米(例如，小于100毫米)范围内的RF信号。
现在参考附图。图1描绘了根据本公开的示例实施例的相控阵天线系统100。如图所示，相控阵天线系统100可以包括RF源110和多个天线元件120。RF源110可以被配置为向多个天线元件120提供RF信号。在一些实施方式中，RF信号的频率可以在大约26.5GHz和大约33GHz之间。替代地或附加地，RF信号可以具有大约0.5毫米和12毫米之间的波长。
如图所示，相控阵天线系统100可以包括多个RF移相器200。在一些实施方式中，多个RF移相器200的每个RF移相器可以耦合在RF源110和多个天线元件120的相应天线元件之间。如下面将更详细讨论的，多个RF移相器200可以被配置为控制由RF源110生成的RF信号的相移。以这种方式，经由多个天线元件120发射的RF波的辐射图案可以在不物理移动天线元件120的情况下被操纵。
现在参考图2，根据本公开的示例实施例提供了RF移相器200之一的组件。如图所示，RF移相器200可以包括输入210和输出220。在一些实施方式中，输入210可以耦合到RF源，如上面参考图1讨论的相控阵天线系统100的RF源110。替代地或附加地，RF移相器200的输出220可以耦合到天线元件，如上面参考图1讨论的相控阵天线系统100的多个天线元件120之一。
尽管图2中所描绘的RF移相器200被示为发送(TX)电路的一部分，但是应当理解，本公开的毫米波RF移相器可以在接收(RX)电路中所述，其中RF信号经由一个或多个天线元件120接收，并经由RF移相器200提供给天线系统的一个或多个组件(例如，滤波器、处理器等)。例如，在这样的实施方式中，RF移相器200的输入210可以耦合到多个天线元件120之一，并且RF移相器200的输出220可以耦合到与阵列天线系统100相关联的控制设备。以这种方式，在天线元件120接收的RF信号可以经由RF移相器200提供给控制设备。
如图所示，多个RF移相器200的每个RF移相器可以包括传输线230。在一些实施方式中，传输线230可以耦合到RF移相器200的输入210。传输线230可以包括多个抽头232(仅示出一个)。在一些实施方式中，多个抽头232可以沿着传输线230的长度彼此隔开。如下文将讨论的，多个抽头232之一可以选择性地耦合到RF移相器200的输出220，以改变传输线230的电长度。以这种方式，可以控制沿着传输线230传播的RF信号的相移。
在一些实施方式中，RF移相器200可以包括耦合在传输线230和RF移相器200的输出220之间的多个开关设备240(仅示出一个)。例如，多个开关设备240的每个开关设备可以耦合在输出220和多个抽头232的相应抽头之间。以这种方式，多个开关设备240中的每个开关设备可以选择性地将传输线230的相应抽头232耦合到RF移相器200的输出220。在示例实施例中，多个开关设备240可以在第一状态和第二状态之间转换。当多个开关设备240的开关设备处于第一状态时，传输线的相应抽头232可以经由开关设备耦合到RF移相器200的输出220。相反，当开关设备处于第二状态时，相应抽头232不经由开关设备耦合到RF移相器200的输出220。以这种方式，可以控制多个开关设备240的操作，以根据需要调整(例如，延长或缩短)传输线230的电长度，从而提供在传输线230上传播的RF信号的期望相移。
应当理解，在传输线230上传播的RF信号可以在任何合适的位置生成。例如，在一些实施方式中，RF信号可以经由阵列天线系统100的RF源110(图1)生成。在替代实施方式中，RF信号可以经由与另一天线系统相关联的RF源生成，并且可以经由相控阵天线系统100的一个或多个天线元件120(图1)接收。
还应当理解，多个开关设备240可以包括被配置为选择性地将传输线230的相应抽头232耦合到RF移相器200的输出220的任何合适的设备。例如，在一些实施方式中，开关设备240可以包括一个或多个接触器。替代地，多个开关设备240可以包括一个或多个晶体管、一个或多个可控硅整流器(SCR)、一个或多个TRIAC、或者被配置为选择性地将传输线230的相应抽头232耦合到RF移相器200的输出220的任何其他合适的设备。
在一些实施方式中，RF移相器200可以包括可操作地耦合到多个开关设备240的一个或多个控制设备260。一个或多个控制设备260可以被配置为控制开关设备240的操作，以选择性地将传输线230的多个抽头232之一耦合到RF移相器200的输出220。这样，一个或多个控制设备260可以控制开关设备240的操作，以调整(例如，延长或缩短)传输线230的电长度。以这种方式，一个或多个控制设备260可以根据需要调整传输线230的电长度，以提供在传输线230上传播的RF信号的期望相移。
图3描绘了根据本公开提供的传输线230的示例实施例。如图所示，传输线230可以是在位于传输线230和接地面320之间的介电材料层310上实施的微带导体。替代地，传输线230可以在集成电路的金属板的顶部实现。如图所示，传输线230可以包括沿着传输线230的长度L彼此隔开的多个抽头232。例如，如图3中所描绘，传输线230可以具有三个单独的抽头232。然而，应当理解，传输线230可以包括更多或更少的抽头232。例如，在一些实施方式中，传输线230可以包括多达二十八个单独的抽头232。
图4描绘了根据本公开的传输线230的另一示例实施例。在一些实施方式中，传输线230可以实施在印刷电路板的接地面410的顶部。替代地，传输线230可以实现在集成电路的金属板的顶部。如图所示，传输线230可以在第一端234和第二端236之间延展。图4中所示出的传输线230是在第一端234和第二端236之间具有一个或多个弯曲的曲折传输线。与不包括一个或多个弯曲的传输线的长度相比，曲折传输线中的一个或多个弯曲可以减小曲折传输线的总长度，诸如上面参考图3讨论的传输线230。以这种方式，传输线230更紧凑，因此在集成电路或印刷电路板上占据更少的空间。
在一些实施方式中，传输线230的第一端234可以耦合到RF移相器200(图2)的输入210。以这种方式，经由RF源(例如，图1的RF源110)生成的一个或多个RF信号可以被提供给传输线230。替代地或附加地，RF移相器200(图2)可以包括耦合在接地GND和传输线230的第二端236之间的负载电阻器430。应当理解，负载电阻器430可以具有任何合适的电阻值。还应当理解，在耦合到输出220的抽头232处看到的负载值可以取决于位于负载电阻器430和当前耦合到输出220的抽头232之间的一个或多个抽头232的配置来修改。
如图所示，传输线230的抽头232可以沿着传输线230的长度L隔开。此外，尽管图4中描绘的传输线230包括二十八个单独的抽头232，但是应该理解，传输线230可以包括更多或更少的抽头232。现在简要参考图5，RF移相器200(图2)的多个开关设备240可以包括多个第一开关设备242和多个第二开关设备244。如下文将讨论的，多个抽头232的每个抽头可以经由RF移相器200(图2)的耦合电路440耦合到相应第一开关设备242。
在一些实施方式中，耦合电路440可以包括一个或多个组件(例如，电容器)，其被配置为经由交流(AC)耦合将传输线230的相应抽头232耦合到相应第一开关设备242。替代地，电路440可以包括一个或多个组件，该一个或多个组件被配置为经由直流(DC)耦合将传输线230的相应抽头232耦合到相应第一开关设备242。
应当理解，多个第一开关设备242和多个第二开关设备244可以包括任何合适类型的晶体管。例如，在一些实施方式中，多个第一开关设备242可以是双极结型晶体管(BJT)。在替代实施方式中，多个第一开关设备242可以是金属氧化物硅场效应晶体管(MOSFET)。
现在参考图6，根据本公开提供了传输线230的又一示例实施例。在一些实施方式中，传输线230可以实现在印刷电路板的接地面510的顶部。替代地，传输线230可以实施在集成电路的金属板上。如图6所示出的实施例所示，传输线230的形状可以对应于八边形。然而，应当理解，传输线230可以被配置为任何合适的形状或多边形。例如，在一些实施方式中，传输线230可以具有环形形状。环形形状的示例可以包括但不限于环形、圆形或椭圆形。
应当理解，图6中描绘的传输线230的长度可以是大约510微米。相反，图4中描绘的传输线230的长度L可以是大约560微米。这样，与图4的传输线230在同一PCB或集成电路上占据的空间量相比，图6的传输线230在PCB或集成电路上占据的空间量可以更少。
如图所示，传输线230的多个抽头232可以沿着传输线230隔开。此外，尽管图6中描绘的传输线230包括三十二个单独的抽头232，但是应该理解，传输线230可以包括更多或更少的抽头232。现在简要参考图7，被配置为选择性地将传输线230的多个抽头232之一(仅示出一个)耦合到RF移相器200的输出220(图2)的多个开关设备240可以包括上面参考图5讨论的多个第一开关设备242和多个第二开关设备244。
如图所示，多个抽头232中的每个抽头可以经由上面参考图5讨论的耦合电路440耦合到相应第一开关设备242。在一些实施方式中，耦合电路440可以经由一个或多个导体442(例如，导线或金属迹线集成电路)耦合到多个抽头232的相应抽头。如下文将更详细讨论的，RF移相器200的控制设备260(图2)可以控制第一开关设备242和第二开关设备244的操作，以选择性地将多个抽头232之一耦合到RF移相器200的输出220(图2)。以这种方式，控制设备260可以控制第一开关设备242和第二开关设备244的操作，以调整(例如，延长或缩短)传输线230的电长度，从而提供在传输线230上传播的RF信号的期望相移。
现在参考图8和图9，根据本公开的示例实施例，提供了示出RF移相器200的示例实施方式的电路图。在一些实施方式中，多个第一开关设备242中的每一个可以经由RF移相器200(图2)的耦合电路440(图5和图7)耦合到多个抽头232(图2)的相应抽头。例如，在一些实施方式中，耦合电路440可以包括耦合在相应抽头232和相应第一开关设备242之间的一个或多个电容器C。
在一些实施方式中，RF移相器200(图2)的一个或多个控制设备260(图2)可以一次向多个第一开关设备242之一提供偏置信号。在这样的实施方式中，只有接收偏置信号的第一开关设备242可以经由耦合电路440(图5和图7)耦合到传输线230的相应抽头232。以这种方式，一个或多个控制设备260可以控制第一多个开关设备242的操作，以调整(例如，延长或缩短)传输线230的电长度。例如，传输线230的电长度可以对应于从传输线230的第一端234(图4)到相应抽头232的距离，其中该相应抽头232经由耦合电路440(图5和图7)耦合到相应第一开关设备242。
在一些实施方式中，多个第二开关设备244的每个第二开关设备可以耦合到多个第一开关设备242的相应第一开关设备。在这样的实施方式中，一个或多个控制设备260可以控制第二开关设备244的操作，以经由相应第一开关设备242选择性地将相应抽头232耦合到RF移相器200的输出220(图2)。
在一些实施方式中，传输线230的抽头232可以沿着传输线230的长度彼此隔开，以使得在传输线230上传播的RF信号的相移可以随着传输线230的电长度增加而以线性方式增加。例如，当传输线230的第一抽头耦合到RF移相器200的输出220时，RF信号的相移可以是大约5度。相反，当耦合到邻近第一抽头定位的第二抽头而其之间没有任何介于中间的抽头定位时，RF信号的相移可以是大约10度。这样，随着传输线230的电长度增加，RF信号的相移可以以大约5度的增量增加。在一些实施方式中，相移可以以大约5度的增量增加，直到传输线230的电长度提供大约一百八十度(180°)的最大相移。
在一些实施方式中，RF移相器200可以包括差分放大器，以提供超过经由调整传输线230的电长度所提供的相移的额外的RF信号相移。图10描绘了根据本公开的示例实施例的差分放大器800的电路。如图所示，差分放大器800可以包括第一开关设备810和第二开关设备820。第一开关设备810和第二开关设备820的示例可以包括任何合适类型的晶体管。例如，在一些实施方式中，第一开关设备810和第二开关设备820可以是双极结型晶体管(BJT)。在替代实施方式中，第一开关设备810和第二开关设备820可以是金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)。
第一开关设备810可以包括第一端子812、第二端子814和第三端子816。第一端子812可以经由一个或多个导体(例如，集成电路中的导线或迹线)耦合到RF移相器200(图2)的输入210(图2)。在一些实施方式中，差分放大器800可以包括耦合在第一端子812和RF移相器200的输入210(图2)之间的第一电容器C1。第二端子814可以经由一个或多个导体耦合到电源830。在一些实施方式中，差分放大器800可以包括耦合在第二端子814和电源830之间的第一电阻器R1。第三端子816可以经由一个或多个导体耦合到接地GND。在一些实施方式中，差分放大器800可以包括耦合在第三端子816和接地GND之间的电流源840。
第二开关设备820可以包括第一端子822、第二端子824和第三端子826。第一端子822可以经由一个或多个导体耦合到接地GND。在一些实施方式中，差分放大器800可以包括耦合在接地GND和第一端子822之间的第二电容器C2。第二端子824可以经由一个或多个导体耦合到电源830。在一些实施方式中，差分放大器800可以包括耦合在第二端子824和电源830之间的第二电阻器R2。第三端子826可以经由一个或多个导体耦合到接地GND。在一些实施方式中，电流源840可以耦合在第三端子826和接地GND之间。
在一些实施方式中，差分放大器800可以包括第一输出850和第二输出860。应当理解，经由第一输出50发射的RF信号的相位可以不同于经由第二输出860发射的RF信号的相位。例如，经由第二输出860发射的RF信号相对于经由第一输出850发射的RF信号可以异相位大约180度。
在一些实施方式中，RF移相器200(图2)可以包括巴伦。图10描绘了根据本公开的示例实施例的有源巴伦900的电路图。如图所示，有源巴伦900可以包括放大器910。放大器910的示例可以包括任何合适类型的晶体管。例如，在一些实施方式中，放大器910可以是双极结型晶体管(BJT)。在替代实施方式中，放大器910可以是金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)。
放大器910可以包括第一端子912、第二端子914和第三端子916。第一端子912可以经由一个或多个导体(例如，导线)耦合到RF移相器200(图1)的输入210(图2)。在一些实施方式中，有源巴伦900可以包括耦合在第一端子912和RF移相器200的输入210(图2)之间的电容器C。第二端子814可以经由一个或多个导体耦合到电源930。在一些实施方式中，有源巴伦900可以包括耦合在第二端子914和电源930之间的第一电阻器R1。第三端子916可以经由一个或多个导体耦合到接地GND。在一些实施方式中，有源巴伦900可以包括耦合在第三端子916和接地GND之间的第二电阻器R2。
如图所示，有源巴伦900可以包括第一输出950和第二输出960。应当理解，经由第一输出950发射的RF信号的相位可以不同于经由第二输出960发射的RF信号的相位。例如，经由第二输出960发射的RF信号相对于经由第一输出950发射的RF信号可以异相位大约180度(例如，180°)。
现在参考图12，根据本公开的示例实施例，基于调整RF移相器的传输线的电长度而发生的RF信号的相移的图形表示。如图所示，图12中的图形示出了RF移相器输出的RF信号的相位(沿垂直轴以度数表示)作为频率(沿水平轴以GHz表示)的函数。更具体地，图12中的图形示出了随RF移相器的传输线的电长度被调整(例如，延长或缩短)而发生的RF相移(以度为单位测量)。图12中的图形中描绘的多条曲线中的每条曲线指示当经由开关设备240(图5)选择时相应抽头(例如，32个抽头)的行为。尽管图12的曲线图描绘了在从26.5GHz到33GHz的频率宽度范围上发生的RF信号的相移，但是应当理解，本公开的RF移相器可以在任何合适的频率范围上提供与该RF信号相同或相似的相移。
现在参考图13，根据本公开的示例实施例，提供了用于控制毫米波RF移相器的操作的方法400的流程图。总的来说，方法400将在这里参照上面参照图2描述的毫米波RF移相器进行讨论。然而，尽管图13出于说明和讨论的目的描绘了以特定顺序执行的步骤，但是这里讨论的方法不限于任何特定顺序或布置。使用本文提供的公开内容，本领域技术人员将理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以以各种方式省略、重新布置、组合和/或适配本文公开的方法的各种步骤。
在(402)，方法400包括由一个或多个控制设备获得指示提供给RF移相器的RF信号的期望相移的数据。在示例实施例中，RF信号可以是具有频率在大约26.5GHz和大约33GHz之间的毫米RF信号。然而，应当理解，RF信号可以具有任何合适的频率。
在(404)，方法400可以包括由一个或多个控制设备控制RF移相器的多个开关设备，以至少部分地基于指示期望相移的数据来调整RF移相器的传输线的电长度。在示例实施例中，控制多个开关设备的操作可以包括由一个或多个控制设备向多个开关设备的第一开关设备提供偏置信号，以将第一开关设备耦合到传输线的相应抽头。另外，控制多个开关元件的操作可以包括由一个或多个控制设备向多个开关设备中的第二开关设备提供控制信号，以经由第一开关设备将传输线的相应抽头耦合到RF移相器的输出。
在(406)，方法400可以包括由一个或多个控制设备经由在(404)处耦合到输出的多个抽头之一向RF移相器的输出提供RF信号。在示例实施例中，RF移相器的输出可以耦合到作为相控阵天线系统的一部分而包括的多个天线元件中的一个天线元件。
图14示出了根据本公开的示例实施例的控制设备260的合适组件的一个实施例。如图所示，控制设备260可以包括一个或多个处理器262，该一个或多个处理器262被配置为执行各种计算机实施的功能(例如，执行这里公开的方法、步骤、计算等)。如这里所使用的，术语“处理器”不仅指本领域中称为包含在计算机中的集成电路，还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和其他可编程电路。
如图所示，控制设备260可以包括存储器设备264。存储器设备264的示例可以包括计算机可读介质，该计算机可读介质包括但不限于非暂时性计算机可读介质，如RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存驱动器或其他合适的存储器设备。存储器设备264可以存储由一个或多个处理器262可访问的信息，包括可以由一个或多个处理器262执行的计算机可读指令266。计算机可读指令266可以是当被一个或多个处理器262执行时使一个或多个处理器262执行操作的任何指令集。计算机可读指令266可以是用任何合适的编程语言编写的软件，或者可以用硬件实施。
在一些实施方式中，计算机可读指令266可以由控制设备260执行以执行操作，诸如生成一个或多个控制动作来控制多个开关设备240(图2)的操作。在一些实施例中，控制动作可以包括经由多个开关设备240之一将传输线230(图2)的多个抽头232(图2)之一耦合到RF移相器200的输出220(图2)。以这种方式，控制设备260可以调整传输线230的电长度，以控制沿着传输线230传播的RF信号的相移。
虽然已经关于本主题的具体示例实施例详细描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在获得了对前述内容的理解之后，可以容易地对这样的实施例进行变更、变化和等同。因此，本公开的范围是以示例的方式，而不是限制的方式，并且本主题公开不排除对本主题的这样的修改、变化和/或添加，如对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。

Claims (15)

1.一种毫米波射频(RF)移相器，包括：
输入；
输出；
传输线，耦合到所述输入，所述传输线具有多个抽头；
多个第一开关设备，每个第一开关设备耦合到所述多个抽头中的相应抽头；
多个第二开关设备，每个第二开关设备耦合到所述输出与相应第一开关设备之间；
控制设备，可操作地耦合到所述多个第一开关设备以及所述多个第二开关设备，所述控制设备被配置为控制所述多个第一开关设备以及所述多个第二开关设备的操作，以选择性地将所述多个抽头之一耦合到所述输出，从而调整所述传输线的电长度，以控制在所述传输线上传播的RF信号的相移；
其中所述控制设备被配置为：
一次向所述多个第一开关设备中的仅一个第一开关设备提供偏置信号，以将所述第一开关设备耦合到所述多个抽头中的抽头；以及
向所述多个第二开关设备中的相应第二开关设备提供控制信号，以将所述抽头耦合到所述毫米波RF移相器的输出。
2.根据权利要求1所述的毫米波RF移相器，其中，所述多个抽头沿着所述传输线的长度彼此隔开。
3.根据权利要求1所述的毫米波RF移相器，其中，所述多个第一开关设备中的每一个经由交流(AC)耦合被耦合到所述多个抽头中的相应抽头。
4.根据权利要求1所述的毫米波RF移相器，其中所述多个第一开关设备中的每一个经由直流(DC)耦合被耦合到所述多个抽头中的相应抽头。
5.根据权利要求1所述的毫米波RF移相器，其中所述RF信号的波长范围从大约0.5毫米到大约12毫米。
6.根据权利要求1所述的毫米波RF移相器，其中所述传输线是曲折传输线，所述曲折传输线在所述曲折传输线的第一端和所述曲折传输线的第二端之间具有一个或多个弯曲。
7.根据权利要求1所述的毫米波RF移相器，其中所述多个抽头中的每一个沿着所述传输线彼此隔开，以使得与两个相邻抽头相关联的相移的差为大约5度。
8.一种相控阵天线系统，包括：
RF源，被配置为提供RF信号；
多个天线元件；以及
多个毫米波RF移相器，每个毫米波RF移相器包括：
输入，可耦合到RF源；
输出，可耦合到所述多个天线元件中的相应天线元件；
传输线，耦合到所述输入，所述传输线具有沿着所述传输线彼此隔开的多个抽头；
多个第一开关设备，每个第一开关设备耦合到多个抽头中的相应抽头；
多个第二开关设备，每个第二开关设备耦合到所述输出与相应第一开关设备之间；
控制设备，可操作地耦合到所述多个第一开关设备以及所述多个第二开关设备，所述控制设备被配置为控制所述多个第一开关设备以及所述多个第二开关设备的操作，以选择性地将所述多个抽头之一耦合到所述输出，从而调整所述传输线的电长度，以控制在所述传输线上传播的RF信号的相移；
其中所述控制设备被配置为：
一次向所述多个第一开关设备中的仅一个第一开关设备提供偏置信号，以将所述第一开关设备耦合到所述多个抽头中的抽头；以及
向所述多个第二开关设备中的相应第二开关设备提供控制信号，
以将所述抽头耦合到所述毫米波RF移相器的输出。
9.根据权利要求8所述的相控阵天线系统，其中，所述多个抽头沿着所述传输线的长度彼此隔开。
10.根据权利要求8所述的相控阵天线系统，其中，所述多个第一开关设备中的每一个经由交流(AC)耦合被耦合到所述多个抽头中的相应抽头。
11.根据权利要求8所述的相控阵天线系统，其中所述多个第一开关设备中的每一个经由直流(DC)耦合被耦合到所述多个抽头中的相应抽头。
12.根据权利要求8所述的相控阵天线系统，其中所述传输线的形状是环形的。
13.根据权利要求8所述的相控阵天线系统，其中所述传输线是曲折传输线，所述曲折传输线在所述曲折传输线的第一端和所述曲折传输线的第二端之间具有一个或多个弯曲。
14.根据权利要求8所述的相控阵天线系统，其中所述多个抽头沿着所述传输线彼此隔开，以使得与两个相邻抽头相关联的相移的差为大约5度。
15.一种控制毫米波RF移相器的操作的方法，所述毫米波RF移相器包括具有多个抽头的传输线，所述方法包括：
由一个或多个控制设备获得指示提供给所述毫米波RF移相器的输入的、RF信号的期望相移的数据；
由所述一个或多个控制设备控制多个开关设备的操作，以至少部分地基于指示所述RF信号的期望相移的数据来调整传输线的电长度；和
由所述一个或多个控制设备经由所述传输线的所述多个抽头之一将所述RF信号提供给所述RF移相器的输出；
其中，由所述一个或多个控制设备控制多个开关设备的操作包括：
一次向多个第一开关设备中的仅一个第一开关设备提供偏置信号，以将所述第一开关设备耦合到所述多个抽头中的抽头；以及
向多个第二开关设备中的相应第二开关设备提供控制信号，以将所述抽头耦合到所述毫米波RF移相器的输出。
CN202310102161.0A 2019-01-17 2020-01-14 毫米波射频移相器 Pending CN115954630A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962793603P 2019-01-17 2019-01-17
US62/793,603 2019-01-17
PCT/US2020/013422 WO2020150178A1 (en) 2019-01-17 2020-01-14 Millimeter wave radio frequency phase shifter
CN202080007243.1A CN113228407A (zh) 2019-01-17 2020-01-14 毫米波射频移相器

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080007243.1A Division CN113228407A (zh) 2019-01-17 2020-01-14 毫米波射频移相器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115954630A true CN115954630A (zh) 2023-04-11

Family

ID=71610086

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310102161.0A Pending CN115954630A (zh) 2019-01-17 2020-01-14 毫米波射频移相器
CN202080007243.1A Pending CN113228407A (zh) 2019-01-17 2020-01-14 毫米波射频移相器

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080007243.1A Pending CN113228407A (zh) 2019-01-17 2020-01-14 毫米波射频移相器

Country Status (7)

Country Link
US (3) US11063352B2 (zh)
EP (1) EP3878046A4 (zh)
JP (1) JP7308270B2 (zh)
KR (1) KR102608813B1 (zh)
CN (2) CN115954630A (zh)
IL (1) IL282989B2 (zh)
WO (1) WO2020150178A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11489255B2 (en) * 2019-06-26 2022-11-01 Analog Devices International Unlimited Company Phase shifters using switch-based feed line splitters
US12062859B2 (en) * 2021-09-24 2024-08-13 Qualcomm Incorporated True time phase shifter for MM-wave radio
CN115995662B (zh) * 2023-03-22 2023-06-23 普罗斯通信技术（苏州）有限公司 一种移相器

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5180998A (en) 1991-11-05 1993-01-19 Itt Corporation Switched transmission line phase shifter apparatus employing multiple jets
JP3062367B2 (ja) * 1993-02-09 2000-07-10 シャープ株式会社 マイクロ波位相シフタ
JP3293585B2 (ja) 1999-03-05 2002-06-17 日本電気株式会社 移相器
JP3356130B2 (ja) 1999-09-10 2002-12-09 日本電気株式会社 移相器
CN2562496Y (zh) * 2002-08-15 2003-07-23 信息产业部电子第五十五研究所 射频微机械系统移相器
US7292124B2 (en) * 2004-02-03 2007-11-06 Ntt Docomo, Inc. Variable resonator and variable phase shifter
US7907096B2 (en) 2008-01-25 2011-03-15 Andrew Llc Phase shifter and antenna including phase shifter
KR101263927B1 (ko) 2011-06-07 2013-05-13 고려대학교 산학협력단 스위치-라인 형태의 반사부하를 이용한 반사형 위상변환기
WO2013046278A1 (ja) * 2011-09-30 2013-04-04 株式会社日立製作所 可変移相器及びフェイズドアレイ型受信機
JP5828767B2 (ja) * 2012-01-05 2015-12-09 パナソニック株式会社 直交ハイブリッドカプラ、増幅器、無線通信装置及び直交ハイブリッドカプラの制御方法
US8988165B2 (en) * 2012-01-27 2015-03-24 Freescale Semiconductor, Inc Delay line phase shifter with selectable phase shift
US9444140B2 (en) * 2012-05-23 2016-09-13 Intel Corporation Multi-element antenna beam forming configurations for millimeter wave systems
US9319021B2 (en) * 2012-11-30 2016-04-19 Qualcomm Incorporated Digitally controlled phase shifter
US10148265B2 (en) * 2015-01-30 2018-12-04 Psemi Corporation Radio frequency switching circuit with distributed switches
CN105356014B (zh) * 2015-11-30 2018-05-08 中国科学院微电子研究所 微带开关型移相器及应用其的移相模块
US10498417B2 (en) 2015-12-21 2019-12-03 Intel IP Corporation Methods for communication and communication devices
US10033349B2 (en) * 2016-02-05 2018-07-24 Psemi Corporation Low loss multi-state phase shifter
US10816658B2 (en) * 2016-09-07 2020-10-27 OmniPreSense Corporation Radar enabled weapon detection system
WO2018176028A1 (en) 2017-03-24 2018-09-27 Ethertronics, Inc. Null steering antenna techniques for advanced communication systems
US10680581B2 (en) * 2017-11-22 2020-06-09 International Business Machines Corporation RF signal switching, phase shifting and polarization control

Also Published As

Publication number Publication date
US20240097327A1 (en) 2024-03-21
WO2020150178A1 (en) 2020-07-23
IL282989B2 (en) 2024-02-01
JP2022517798A (ja) 2022-03-10
US11757182B2 (en) 2023-09-12
JP7308270B2 (ja) 2023-07-13
US20210344112A1 (en) 2021-11-04
CN113228407A (zh) 2021-08-06
US20200235472A1 (en) 2020-07-23
KR102608813B1 (ko) 2023-12-04
US11063352B2 (en) 2021-07-13
KR20210106018A (ko) 2021-08-27
IL282989B1 (en) 2023-10-01
EP3878046A4 (en) 2022-08-03
IL282989A (en) 2021-06-30
EP3878046A1 (en) 2021-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11757182B2 (en) Millimeter wave radio frequency phase shifter
AU2020226298B2 (en) Switchable patch antenna
CN110114938B (zh) 可重配置径向线缝隙天线阵列
CN111048877B (zh) 具有不对称接地的微型慢波传输线和相关移相器系统
US9711849B1 (en) Antenna reconfigurable circuit
EP3758134A1 (en) Phase shifters using switch-based feed line splitters
EP2973867A1 (en) Electrically steerable passive array radiator antenna with reconfigurable radiation pattern and method of configuring the same
US20210367339A1 (en) Phase shifters using switch-based feed line splitters
JP5933871B1 (ja) アンテナ装置およびアレーアンテナ装置
CN111699593B (zh) 圆顶形相控阵天线
US10622728B2 (en) System and method for a mobile antenna with adjustable resonant frequencies and radiation pattern
CN106207449A (zh) 天线装置及移动终端
CN107221761B (zh) 智能型天线及无线通信装置
US20200212570A1 (en) Dual band compatible antenna device
CN111684659B (zh) 管状相控阵天线
JP2018037928A (ja) 導波管型可変移相器および導波管スロットアレーアンテナ装置
JP5280973B2 (ja) アンテナ
GB2547917A (en) Antenna reconfigurable circuit
WO2017183123A1 (ja) 無線通信装置
JP2017050685A (ja) アンテナ装置

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