CN117335822B - 射频前端接收电路、相控阵天线电路及芯片 - Google Patents

射频前端接收电路、相控阵天线电路及芯片 Download PDF

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CN117335822B CN202311621598.1A CN202311621598A CN117335822B CN 117335822 B CN117335822 B CN 117335822B CN 202311621598 A CN202311621598 A CN 202311621598A CN 117335822 B CN117335822 B CN 117335822B
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Abstract

本申请提供了一种射频前端接收电路、相控阵天线电路、天线接收装置及芯片,包括:第一放大器、移相器、多个并联的处理电路和第一加法器,其中,所述第一放大器用于从外部天线接收射频信号并放大,其中,所述射频信号包括多个频段;所述移相器的输入端与所述第一放大器的输出端连接,所述移相器的输出端分别与多个所述处理电路的输入端连接,所述移相器用于将经放大的射频信号进行相位,并输出多个移相信号;每个所述处理电路分别接收一个所述移相信号,所述处理电路对对应的所述移相信号进行滤波,每个所述处理电路的输出分别对应于所述多个频段中的一个频段信号;以及所述第一加法器用于合成每个所述处理电路的输出。

Description

射频前端接收电路、相控阵天线电路及芯片
技术领域
本发明涉及通信领域,特别涉及一种射频前端接收电路、相控阵天线电路及芯片。
背景技术
目前无人机在各个领域都得到了广泛应用。在相关技术中有将相控阵雷达应用于农业无人机中,以提高监测距离和适应复杂的地形。但是,在相关技术中采用双频同时接收的方式时通常是为每个天线单元配备一个接收电路,将多个接收电路进行合成得到相控阵列。并且,采用两套接收系统,每套接收系统接收一个频率的信号。这种方式会占用较多的硬件资源。
发明内容
本申请提供了一种射频前端接收电路、相控阵天线电路及芯片,可以降低硬件资源的消耗。
本申请的第一方面公开了一种射频前端接收电路,包括:第一放大器、移相器、多个并联的处理电路和第一加法器,其中,所述第一放大器用于从外部天线接收射频信号并放大,其中,所述射频信号包括多个频段;所述移相器的输入端与所述第一放大器的输出端连接,所述移相器的输出端分别与多个所述处理电路的输入端连接,所述移相器用于将经放大的射频信号进行移相,并输出多个移相信号;每个所述处理电路分别接收一个所述移相信号,所述处理电路对对应的所述移相信号进行滤波,每个所述处理电路的输出分别对应于所述多个频段中的一个频段信号;以及所述第一加法器用于合成每个所述处理电路的输出。
在上述第一方面的一种可能的实现中,所述射频信号包括第一频率的信号和第二频率的信号,并且所述多个处理电路包括第一处理电路和第二处理电路,所述第一处理电路输出的信号频率为所述第一频率,所述第二处理电路输出的信号频率为所述第二频率;其中,所述第一频率与所述第二频率不同。
在上述第一方面的一种可能的实现中,所述移相器为双频矢量调制型有源移相器,所述移相器输出第一相位信号和第二相位信号,所述第一相位信号输出给所述第一处理电路,所述第二相位信号输出给所述第二处理电路。
在上述第一方面的一种可能的实现中,所述移相器包括第一巴伦、正交信号产生器、第一可变增益放大器、第二可变增益放大器、第三可变增益放大器、第四可变增益放大器、第二加法器、第三加法器、第二巴伦和第三巴伦,其中,所述第一巴伦用于基于所述经放大的射频信号生成差分信号;所述正交信号产生器用于将所述差分信号分别转变为同相I信号和正交Q信号,并且所述正交信号产生器的输出端包括I+信号端,I-信号端,Q+信号端和Q-信号端;所述第一可变增益放大器的两个输入端分别与所述I+信号端和所述I-信号端连接,所述第二可变增益放大器的两个输入端分别与所述I+信号端和所述I-信号端连接,所述第三可变增益放大器的两个输入端分别与所述Q+信号端和所述Q-信号端连接,以及所述第四可变增益放大器的两个输入端分别与所述Q+信号端和所述Q-信号端连接;所述第二加法器用于将所述第一可变增益放大器和所述第三可变增益放大器的输出进行I/Q信号合成,所述第三加法器用于将所述第二可变增益放大器和所述第四可变增益放大器的输出进行I/Q信号合成;所述第二巴伦用于基于所述第二加法器的输出生成所述第一相位信号,所述第三巴伦用于基于所述第三加法器的输出生成所述第二相位信号。
在上述第一方面的一种可能的实现中,所述第一可变增益放大器和所述第三可变增益放大器与所述第一频率匹配,所述第二可变增益放大器和所述第四可变增益放大器与所述第二频率匹配。
在上述第一方面的一种可能的实现中,每个所述处理电路包括带通滤波器和增益调节单元,所述带通滤波器的输入端接收一个所述移相信号,所述带通滤波器的输出端连接所述增益调节单元的输入端,所述增益调节单元输出端连接所述第一加法器;以及在不同的所述处理电路中,所述带通滤波器抑制的频段不同。
在上述第一方面的一种可能的实现中,所述增益调节单元包括衰减器,或所述增益调节单元包括串联的衰减器和第二放大器。
在上述第一方面的一种可能的实现中,所述增益调节单元为可变增益放大器。
在上述第一方面的一种可能的实现中,所述衰减器为六个比特级联的π型数字衰减器。
在上述第一方面的一种可能的实现中,所述第一放大器为单端输入差分输出结构。
本申请的第二方面公开了一种相控阵天线电路,包括多个射频前端接收电路以及合路单元,所述合路单元连接每一所述射频前端接收电路的输出端,所述合路单元被配置为将每一所述射频前端接收电路的输出端进行合并;其中,所述射频前端接收电路为根据本申请第一方面的射频前端接收电路,所述射频前端接收电路的输出端为对应的所述第一加法器的输出端。
在上述第二方面的一种可能的实现中,所述合路单元包括将所述多个射频前端接收电路串联的多个第四加法器和多个馈线,其中,所述多个第四加法器与所述多个射频前端接收电路一一对应;所述第四加法器的第一输入端与上一级串联的第四加法器的输出端连接,所述第四加法器的第二输入端与对应的射频前端接收电路的输出端连接,所述第四加法器的输出端通过所述馈线与下一级串联的第四加法器的第一输入端连接。
在上述第二方面的一种可能的实现中,包括n个射频前端接收电路,n个第四加法器以及n-1个馈线, n为大于等于2的整数;其中,第1个第四加法器的第一输入端通过匹配负载接地, 第n个第四加法器的输出端为所述相控阵天线电路的输出端。
在上述第二方面的一种可能的实现中,所述第四加法器包括第一共源管,第二共源管,共栅管,其中,所述第一共源管的栅极对应于所述第一输入端,所述第二共源管的栅极对应于所述第二输入端,所述第一共源管的漏极和所述第二共源管的漏极与所述共栅管的源级连接,所述共栅管的漏极对应于所述输出端;或者,所述第四加法器包括第一共射管,第二共射管,共基管,其中,所述第一共射管的基极对应于所述第一输入端,所述第二共射管的基极对应于所述第二输入端,所述第一共射管的集电极和所述第二共射管的集电极与所述共基管的发射极连接,所述共基管的集电极对应于所述输出端。
本申请的第三方面公开了一种天线接收装置,所述天线接收装置包括如本申请第二方面所述的相控阵天线电路。
本申请的第四方面公开了一种芯片,包括如本申请第一方面所述的射频前端接收电路。
本申请提供的射频前端接收电路、相控阵天线电路、天线接收装置及芯片,一个天线可以同时接收多个不同频率的信号,一个天线对应连接一个第一放大器,多个不同频率的信号经第一放大器放大后,多个不同频率的信号进入同一移相器,移相器对不同频率的信号进行移相,生成多个移相信号,多个移相信号由不同的处理电路进行处理,处理后的多路信号经加法器相加后输出。这样一个射频前端接收电路可以接收多个频段的信号并进行波束处理,多个射频前端接收电路组成的相控阵天线电路即可实现对多个频段信号的接收、移相,从而获得多个频段信号的多波束,降低了硬件资源的消耗。
附图说明
图1为相关技术中射频前端接收电路100的结构示意图;
图2为相关技术中的相控阵列200的结构示意图;
图3为本申请一个实施例的射频前端接收电路300的电路结构图;
图4为本申请一个实施例的处理电路的结构示意图;
图5为本申请一个实施例的放大器的结构示意图;
图6为本申请一个实施例的移相器的结构示意图;
图7a-7b为本申请一个实施例的带通滤波器的电路结构示意图;
图8a-8b为本申请一个实施例的衰减器的结构图;
图9为本申请的一个实施例相控阵天线电路900结构示意图;
图10a-10b为本申请的一个实施例的加法器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本申请做进一步说明。可以理解的是,本公开的说明性实施例包括但不限于射频前端接收电路、相控阵天线电路、天线接收装置及芯片,此处描述的具体实施例仅仅是为了解释本申请,而非对本申请的限定。此外,为了便于描述,附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部的结构或过程。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。
目前无人机在航拍、农业、快递运输、灾难救援、娱乐等领域得到了广泛应用。以农业无人机为例,农业无人机不仅用于喷洒施药,还能进行撒肥、撒种、撒饲料等多种工作,以满足农户多样化需求,提高生产效率。在进行农业作业时,农业无人机需要在田间地头低空飞行,可能会遇到各种障碍物,如树木、电线杆、建筑物等。如果无人机没有避障功能,就有可能发生碰撞事故,导致无人机损坏或失控,甚至对周围环境和人员造成安全风险。因此,无人机的避障功能非常重要。
通常在相关技术中,可以采用声学雷达(如超声波雷达)和光学雷达(如激光雷达)等避障方式。但是这些方法存在精度低、功耗大、易被干扰等缺陷。因相控阵雷达监测距离远,同时可以避开复杂障碍物以适应复杂地形,在相关技术中有将相控阵雷达应用于农业无人机中。
在相关技术中,有源相控阵主要采用2.4GHz和5.8GHz频段的WIFI频段进行数据传输。这两个频段都是比较常见的无线通信频段,在不同的应用场景中都有广泛的应用。2.4GHz频段是传输距离较远时的首选,因为它的信号穿透力强,能够穿过障碍物或墙壁等遮挡物进行传输。2.4GHz频段通常用于传输控制信号和一些低带宽的数据信息。但是它也容易受到其他2.4GHz设备的干扰,比如说家庭路由器、蓝牙耳机等。
5.8GHz频段则是传输速度较快时的优选,其传输速率相对较高,适合传输大量数据或高清视频等高带宽内容,而且由于该频段使用率相对较低,所以在干扰方面相对较少。
若采用双频同时接收的方式,则可以实现更加稳定、高速的数据传输,提高农业无人机的工作效率和精度。另外,双频同时接收也可以用于增强信号的抗干扰能力。当一个频段的信号受到干扰时,可以快速切换到另一个频段进行接收,以保证数据传输的稳定性。
因此,双频同时接收可以充分利用多个频段的特点,提高数据传输的质量和效率,同时也可以增强信号的抗干扰能力,适用于许多应用场景。
在相关技术中,相控阵电路中每个天线单元配备一个接收电路,将多个接收电路进行合成得到相控阵列。图1示出了相关技术中射频前端接收电路100的结构示意图。
图1包括天线单元101,信号处理电路102,移相器103和衰减器104。其中,天线单元101用于接收特定频率的信号。信号处理电路102主要用于对接收的信号进行放大,并输出给后级处理。一般包括放大器,滤波器等器件。移相器103一般为数控移相器,用于控制阵列中各个辐射单元的馈电相位来改变方向图形状,实现在指定方向上接收信号,达到波束扫描的目的。衰减器104一般为数控衰减器,用于改变方向图形状,控制阵列中各个辐射单元的增益。
图2示出了相关技术中相控阵列200的结构示意图。在相控阵列200中的每个天线单元(天线1,天线2,…天线n)配备一个接收电路(接收电路1,接收电路2,…接收电路n),将n个接收电路利用合路器进行合成将合成信号输出。
为了实现双频接收信号,传统的相控阵接收前端会采用两套接收系统,每套接收系统接收一个频率的信号。即采用两组图2中的相控阵列200,每个相控阵列200接收一种频率的信号。这两个相控阵列200可以单独做成两个阵面,也可以在同一个阵面实现。这种方式需要两套接收系统会占用较多的硬件资源,同时还存在不同阵列之间的干扰和信号耦合的问题。
为了解决上述问题,本申请的一个实施例提供了一种射频前端接收电路,包括:第一放大器、移相器、多个并联的处理电路和第一加法器。第一放大器用于从外部天线接收射频信号并放大,其中,射频信号包括多个频段。移相器的输入端与第一放大器的输出端连接,移相器的输出端分别与多个处理电路的输入端连接。移相器用于将经放大的射频信号进行移相并输出多个移相信号。每个处理电路分别接收一个移相信号,处理电路对对应的移相信号进行滤波。每个处理电路的输出分别对应于多个频段中的一个频段信号。第一加法器用于合成每个处理电路的输出。
在该实施例中,在从同一个天线接收多个不同频率的信号后,多个不同频率的信号经一个放大器(第一放大器)放大后,多个不同频率的信号进入同一个移相器,该移相器对不同频率的信号进行移相,生成多个移相信号。多个移相信号由不同的处理电路进行处理,处理后的多路信号经加法器相加后输出。这样一个射频前端接收电路可以接收多个频段的信号并进行波束处理,从而多个射频前端接收电路组成的相控阵天线电路可实现对多个频段信号的接收、移相,进而获得多个频段信号的多波束,能够降低两套接收系统中硬件资源的消耗。
在一些实施方式中,从天线接收的射频信号包括两个不同频率的信号,即第一频率的信号和第二频率的信号。并且多个处理电路包括两个处理电路,即第一处理电路和第二处理电路,其中,第一处理电路输出的信号频率为第一频率,第二处理电路输出的信号频率为第二频率。
图3示出了本申请的一个实施例的射频前端接收电路300的结构示意图。射频前端接收电路300包括接收天线301,第一放大器302,移相器303,并联的处理电路304-1和304-2,以及第一加法器305。可以理解,在一些实例中,电路300可以不包括接收天线301。
在图3中,接收天线301用于接收多个频段的射频信号。接收天线301可以为双频天线或者宽带天线。第一放大器302用于从接收天线301接收包括多个频段的射频信号,输出放大后的多个频段的射频信号。第一放大器302可以为宽带设计,在图3的示例中第一放大器覆盖至少两个频点,输出两路信号。这两路信号可以等幅同相。在一些示例中,第一放大器302可以为低噪声放大器或者普通放大器。在一些示例中,第一放大器302可以为一级放大器或者多级放大器。在一些实施方式中,第一放大器302可以有前置的滤波器(未示出),用于滤除带外信号和噪声。
移相器303用于接收放大后的多个频段的射频信号,调整多个频段的射频信号相位,并输出多个频段的移相信号。在图3的示例中,移相器303为双频移相器,覆盖两个频点。移相器303输出的两路信号的幅度可以相同或者不同,相位可以相同或者不同。并联的处理电路304-1和处理电路304-2用于分别处理两个不同频段的射频信号,以对对应的移相信号进行滤波和/或调节信号的增益。加法器305用于合成两路的射频信号。在一些实施例中,加法器305可以为合路器。
图3的射频前端接收电路300中,天线301可以同时接收两个不同频率的信号,例如Freq1信号和Freq2信号。Freq1信号和Freq2信号可以为2.4GHz和5.8GHz中的任一种,也可以为其它频率。经双频或宽带第一放大器302放大后,Freq1信号和Freq2信号进入双频或宽带的移相器303,接收的信号进行矢量调整以移相。
在一些示例中,移相器为双频矢量调制型有源移相器,移相器输出第一相位信号和第二相位信号,分别输出给第一处理电路和第二处理电路。在图3中,移相器输出的信号进入并联的处理电路304-1和304-2。并联的处理电路304-1和304-2分别对两路信号进行处理,处理后的两路信号经加法器305相加输出。这样采用了一套接收系统可以同时接收和传输两种频率的信号,实现同时双频,降低了硬件资源的消耗。并且,同一个接收电路能同时处理两种频率的信号,使得两种频率的信号可以使用同一天线阵列,避免了使用两种天线阵列之间的干扰和信号耦合的问题。另外,移相器位于并联处理电路的前级,无需在每个处理电路中设置相应的移相器,从而能够降低接收电路的尺寸。
多个并联的处理电路用于对经过移相的不同频率的信号进行调整。在一些示例中,每个处理电路包括带通滤波器和增益调节单元,带通滤波器的输入端接收一个移相信号,带通滤波器的输出端连接增益调节单元的输入端,增益调节单元输出端连接第一加法器。在不同的处理电路中,带通滤波器抑制的频段可以不同。
图4示出了本申请的一个实施例的处理电路304-i的结构示意图,图4中器件的编号末尾的“i”表示处理电路的编号,i可以为1-n之间的整数。每个处理电路304中可以包括串联的带通滤波器401,衰减器402和放大器403(第二放大器)。带通滤波器401用于使频带内的信号通过,抑制异频信号的噪声。例如,在处理电路304-1中的带通滤波器401-1仅通过中心频率为Freq1的信号,在处理电路304-2中的带通滤波器401-2仅通过中心频率为Freq2的信号。衰减器402可以为经过带通滤波处理的信号进行衰减处理。放大器403对前级信号做进一步的放大。可以理解,衰减器402和放大器403是对接收的信号进行增益的调整,两者的组合可以根据具体情况对接收的信号做处理以符合该路信号的整体要求。其中,带通滤波器401连接移相器303的输出端,可以有效节省芯片面积。
图4仅示出了带通滤波器401,衰减器402和放大器403的一种设置方式示例,在其它的示例中,带通滤波器401,衰减器402和放大器403的前后位置可以灵活调整。
在其它的一些实施方式中,在已有电路结构中增益足够的情况下,图4中的处理电路中可以仅包括带通滤波器和衰减器,而不包括放大器,即增益调节单元仅包括衰减器。
在其它的一些实施方式中,图4中的处理电路中的衰减器和放大器可以通过可变增益放大器(VGA)取代,即增益调节单元为可变增益放大器。
图5示出了本申请的一个实施例中的第一放大器302的结构示意图。在图5的示例中,第一放大器302为单级放大器。在其它的示例中,第一放大器302还可以为多级放大器。在图5中的放大器302为共源共栅结构,包括串联的两个NMOS管M1和M2,输入匹配网络,输出匹配网络以及RC反馈网络。M2的源极与M1的漏极连接。放大器302中的C1,L1,L2组成输入匹配网络与M1的栅极连接。L3,L4,L5,C3组成输出匹配网络与M2的漏极连接。M1为共源管,M2为共栅管。R1,C2组成RC反馈网络,一端与M1的栅极连接另一端与输出匹配网络连接。与共源极放大器或者共栅极放大器相比,共源共栅的结构具有更高的输出阻抗以及更高的电压增益。
图6示出了本申请的一个实施例中的移相器303的结构示意图。在图6的示例中,移相器为双频矢量调制型有源移相器结构,包括第一巴伦-第三巴伦(巴伦1、巴伦2和巴伦3),正交信号产生器,四个可变增益放大器(VGA)以及第二加法器和第三加法器(加法器1和加法器2)。巴伦(balun)为实现单端信号和差分信号切换的三端口器件。
进入移相器303的输入信号经巴伦1,分成In+和In-两路差分信号,再经过正交信号产生器产生差分输出的四路正交信号(同相I信号和正交Q信号),即I+,I-,Q+,Q-。正交信号产生器的输出端包括I+信号端,I-信号端,Q+信号端和Q-信号端。
四个可变增益放大器VGA1、VGA2、VGA3和VGA4的增益分别为A1、A2、A3和A4。第一可变增益放大器VGA1的两个输入端分别与I+信号端和I-信号端连接,第二可变增益放大器VGA2的两个输入端分别与I+信号端和I-信号端连接,第三可变增益放大器VGA3的两个输入端分别与Q+信号端和Q-信号端连接,以及第四可变增益放大器VGA4的两个输入端分别与Q+信号端和Q-信号端连接。通过不同的VGA后,输出信号变成A1 x I+, A1 x I-, A2 x I+,A2 x I-, A3 x Q+,A3 x Q-,A4 x Q+,A4 x Q-。
加法器1(第二加法器)将来自VG1和VG3的信号A1 x I+,A1 x I-,A3 x Q+,A3 xQ-进行I/Q信号合成,加法器2(第三加法器)将来自VG2和VG4的信号A2 x I+,A2 x I-,A4 xQ+,A4 x Q-进行I/Q信号合成。
因巴伦是可以双向使用的器件,巴伦2(第二巴伦)将加法器1(第二加法器)输出的差分信号合成为单端信号。巴伦2基于加法器1的输出产生相位发生θ1角度变化的输出信号1,即第一相位信号。巴伦3(第三巴伦)将加法器2(第三加法器)输出的差分信号合成为单端信号,巴伦3基于加法器2的输出产生相位发生θ2角度变化的输出信号2,即第二相位信号。可以理解,通过VGA1-4的增益A1-A4的调整来实现相位角的调节。
图6中的中巴伦1和正交信号产生器都是宽带的,可以覆盖Freq1和Freq2。而VGA可以是宽带的,也可以是窄带的。可以理解,这里的宽带和窄带是相对的,表示频率范围。当VGA是宽带时,后面的加法器(加法器1、加法器2)和巴伦(巴伦2、巴伦3)也是宽带的,输出1和输出2都是宽带信号,即均覆盖Freq1和Freq2。后续可以设置滤波器进行频率的选择。在不同的处理电路中,滤波器(比如带通滤波器)抑制的频段可以不同。
在一些示例中,第一可变增益放大器和第三可变增益放大器可以与第一频率匹配,第二可变增益放大器和第四可变增益放大器可以与第二频率匹配。例如,当VGA是窄带时,比如VGA1和VGA3仅覆盖Freq1,VGA2和VGA4仅覆盖Freq2,则输出信号1的频率为Freq1,输出信号2的频率为Freq2。即图6的移相器将从天线接收的包含两种频率的信号区分为频率为Freq1的输出信号1和频率为Freq2的输出信号2。
在一些示例中,第一放大器302可以为单端输入差分输出结构。在该示例中,移相器303的输入信号为差分信号,此时图6中的巴伦1至3可以省略。
在一些实施方式中,本申请的带通滤波器401可以为RC型滤波器或者2阶LC型滤波器中的任一种。图7a-7b示出了本申请的一个实施例中的带通滤波器的电路结构示意图。
在一些示例中,例如在图7a中,R1,C1组成低通网络,截止频率为f2;R2,C2组成高通网络,截止频率为f1。频率在f1~f2之间的信号可以通过带通滤波器。在其它的一些示例中,例如在图7b中,C1、L1组成第1级带通网络;C2、L2组成第2级带通网络。
在一些实施方式中,本申请的衰减器可以为六个比特级联的无源数控衰减器。图8a-8b示出了本申请的一个实施例的衰减器的结构图。在图8a中,衰减器402由6个比特级联,分别实现0.5dB,1dB,2dB,4dB,8dB,16dB衰减。在图8b中示出了图8a中的一个比特的结构示意图。在图8b的示例中,单个衰减器为π型数字衰减器的结构,并且其处于插损状态。在图8b中开关S1处于闭合状态,而两个开关S2处于断开状态。当开关S1处于断开状态,而两个开关S2处于闭合状态时,π型数字衰减器处于衰减状态。两种状态的插损之差就是衰减的量。在一些示例中,开关S2可以为MOS结构。
为了提高天线接收系统的信噪比,可以使用阵列天线的方法。相控阵天线电路结构具有波束转换迅速,波束形状快速变化、抗干扰、可靠性高等特点。本申请提供了一种相控阵电线电路,包括多个射频前端接收电路以及合路单元,合路单元连接每一射频前端接收电路的输出端,合路单元被配置为将每一射频前端接收电路的输出端进行合并。射频前端接收电路为如上述的任一射频前端接收电路,射频前端接收电路的输出端为对应的第一加法器的输出端。
在一些实施方式中,可以通过加法器以及串联列馈方式组成相控阵天线电路。合路单元包括将多个射频前端接收电路串联的多个加法器(第四加法器)和多个馈线。多个加法器可以与多个射频前端接收电路一一对应。每个加法器的第一输入端与上一级串联的加法器的输出端连接,每个加法器的第二输入端与对应的射频前端接收电路的输出端连接,每个加法器的输出端通过馈线与下一级串联的加法器的第一输入端连接。
图9示出了本申请的一个实施例相控阵天线电路900的结构示意图。相控阵天线电路900包括n个射频前端接收电路300i,n个加法器和n-1个馈线i,其中n为大于等于2的整数。第1个加法器的第一输入端通过匹配负载接地,第n个加法器的输出端为相控阵天线电路的输出端。相控阵天线电路900通过加法器2和馈线将相邻的两个接收通道的信号进行求和,并传递给下一个接收通道的加法器2,即通过加法器2实现了各个接收通道的信号的逐级串联。
具体地,图9中示出了相控阵天线电路900中串联的3个射频前端接收电路300 i-1,300 i和300 i+1,分别对应于天线单元i-1,i和i+1,多个加法器2和馈线i-1,i,i+1。其中,射频前端接收电路之间通过加法器和馈线串联。每个射频前端接收电路的结构对应于图3-4的结构,即AMP1、PS、加法器1分别对应于图3中的第一放大器302,移相器303、第一加法器305;用于不同频率Freq的且串联的BPF、DSA、AMP对应于图4中的带通滤波器401,衰减器402和第二放大器403。
以射频前端接收电路300 i中的加法器2为例,加法器2的第一输入端与300 i-1中的加法器2的输出端连接,加法器2的第二输入端与通道i的输出端连接,加法器2的输出端与300 i+1中的加法器2的第一输入端连接。300 i-1,300 i和300 i+1中的各个加法器2之间通过馈线连接。
图9中的相控阵天线电路900通过加法器2和馈线将相邻的两个射频前端接收电路的信号进行求和,并传递给下一个射频前端接收电路的加法器2,即通过加法器2实现了各个射频前端接收电路的信号的逐级串联,可以保证每一级的求和比例都能保持1:1的关系。相控阵天线电路900中逐级串联的方式能够避免相关技术中无源功分器单级相对带宽的不足,能保证更宽的带宽降低插损;并且级联连接的结构使得布线更加灵活;此外相控阵天线电路900的电路结构的尺寸较小,易实现载体共形。
图9所示的相控阵天线电路900用于一个相控阵天线阵列,相控阵天线阵列包括相控阵天线电路900以及对应的天线单元,该相控阵天线阵列用于电子设备进行信号的接收。该相控阵天线电路900与对应的天线单元组合,使用一个相控阵天线阵列就可以同时接收多个频率的信号,可以减少电子设备中相控阵天线阵列的数量。相控阵天线电路900输出的信号可以发给解调器进行解调。
在其他实施例中,合路单元还可为多个功分器形成的合路器。
在一些实施方式中,加法器包括场效应晶体管(FET)。在一些示例中,加法器的加工工艺不限于硅基电路,也可为三五族电路。图10a-10b示出了本申请的一个实施例中的加法器的结构示意图。
在一些实施方式中,当加法器包括场效应晶体管时,该结构中可以包括三个场效应晶体管,参见图10a的加法器。加法器包括第一共源管,第二共源管,共栅管,即两个共源管(M1)203和共栅管(M2)205。第一共源管203的栅极对应于第一输入端RF1_in,第二共源管203的栅极对应于第二输入端RF2_in,两个共源管(M1)203的漏极与共栅管(M2)205的源级连接,共栅管(M2)205的漏极对应于输出端RF_out。
202为栅极偏置网络,201为施加于共源管(M1)203的栅极的输入匹配网络。204为施加于共栅管(M2)205的输出匹配网络。第一输入端RF1_in和第二输入端RF2_in接收两路射频信号进入天线电路进行合成,合成后的信号通过共栅管(M2)205输出。
在图10a的实施方式中,共源管(M1)203为单级场效应晶体管的结构。在其它的一些实施方式中,共源管(M1)203可以为共源共栅结构(cascode structure, CSCG)以提高加法器的隔离度。
下面参考图10b,图10b示出了加法器包括双极性结型晶体管(BJT)时的结构,包括三个BJT管,分别为第一共射管,第二共射管,共基管,即两个共射管(BJT1)208和共基管210。第一共射管208的基极对应于第一输入端RF1_in,第二共射管208的栅极对应于第二输入端RF2_in,第一共射管208的集电极和第二共射管208的集电极与共基管210的发射极连接,共基管210的集电极对应于输出端RF_out。
207为基极偏置网络,206为施加于共射管(BJT1)208的射频输入匹配网络,209为施加于共基管(BJT2)210的输出匹配网络。第一输入端RF1_in和第二输入端RF2_in接收两路射频信号进入天线电路进行合成,合成后的信号通过共基管(BJT2)210输出。
在图10b的实施方式中,共射管(BJT1)208为单级BJT结构。在其它的一些实施方式中,共射管(BJT1)208可以为共源共栅结构(cascode structure, CSCG)以提高加法器的隔离度。
本申请的一个实施例公开了一种天线接收装置,包括前述的本申请任一实施方式的相控阵天线电路。
本申请的一个实施例公开了一种芯片,包括前述的本申请任一实施方式的射频前端电路。芯片的制备工艺可以是SOI,CMOS或GaAs工艺中的任一种。
值得注意的是,在附图中,以特定布置和/或顺序示出一些结构或方法特征。然而,应该理解,可以不需要这样的特定布置和/或排序。在一些实施例中,这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式和/或顺序来布置。另外,在特定图中包含结构或方法特征并不意味着暗示在所有实施例中都需要这样的特征,并且在一些实施例中,可以不包括这些特征或者可以与其他特征组合。
应当理解的是,虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元或是数据,但是这些单元或数据不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个特征与另一个特征进行区分。举例来说,在不背离示例性实施例的范围的情况下,第一特征可以被称为第二特征,并且类似地第二特征可以被称为第一特征。
应注意的是,在本说明书中,相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例,已经对本发明进行了图示和描述,但本领域的普通技术人员应该明白,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (16)

1.一种射频前端接收电路,其特征在于,包括:第一放大器、移相器、多个并联的处理电路和第一加法器,其中,
所述第一放大器用于从外部天线接收射频信号并放大,其中,所述射频信号包括多个频段;
所述移相器的输入端与所述第一放大器的输出端连接,所述移相器的输出端分别与多个所述处理电路的输入端连接,所述移相器用于将经放大的射频信号进行移相,并输出多个移相信号;
每个所述处理电路分别接收一个所述移相信号,所述处理电路对对应的所述移相信号进行滤波,每个所述处理电路的输出分别对应于所述多个频段中的一个频段信号;以及
所述第一加法器用于合成每个所述处理电路的输出;
其中,所述移相器包括正交信号产生器、第一可变增益放大器、第二可变增益放大器、第三可变增益放大器、第四可变增益放大器、第二加法器、第三加法器,其中,
所述正交信号产生器用于将所述经放大的射频信号分别转变为同相I信号和正交Q信号,并且所述正交信号产生器的输出端包括I+信号端,I-信号端,Q+信号端和Q-信号端;
所述第一可变增益放大器的两个输入端分别与所述I+信号端和所述I-信号端连接,所述第二可变增益放大器的两个输入端分别与所述I+信号端和所述I-信号端连接,所述第三可变增益放大器的两个输入端分别与所述Q+信号端和所述Q-信号端连接,以及所述第四可变增益放大器的两个输入端分别与所述Q+信号端和所述Q-信号端连接;
所述第二加法器用于将所述第一可变增益放大器和所述第三可变增益放大器的输出进行I/Q信号合成,所述第三加法器用于将所述第二可变增益放大器和所述第四可变增益放大器的输出进行I/Q信号合成,所述第二加法器和所述第三加法器用于形成多个所述移相信号。
2.根据权利要求1所述的射频前端接收电路,其特征在于,所述射频信号包括第一频率的信号和第二频率的信号,并且所述多个处理电路包括第一处理电路和第二处理电路,所述第一处理电路输出的信号频率为所述第一频率,所述第二处理电路输出的信号频率为所述第二频率;其中,所述第一频率与所述第二频率不同。
3.根据权利要求2所述的射频前端接收电路,其特征在于,所述移相器为双频矢量调制型有源移相器,所述移相器输出第一相位信号和第二相位信号,所述第一相位信号输出给所述第一处理电路,所述第二相位信号输出给所述第二处理电路。
4.根据权利要求3所述的射频前端接收电路,其特征在于,所述移相器还包括第一巴伦、第二巴伦和第三巴伦,其中,
所述第一巴伦用于基于所述经放大的射频信号生成差分信号,并将所述差分信号输入至所述正交信号产生器;
所述第二巴伦用于基于所述第二加法器的输出生成所述第一相位信号,所述第三巴伦用于基于所述第三加法器的输出生成所述第二相位信号。
5.根据权利要求4所述的射频前端接收电路,其特征在于,所述第一可变增益放大器和所述第三可变增益放大器与所述第一频率匹配,所述第二可变增益放大器和所述第四可变增益放大器与所述第二频率匹配。
6.根据权利要求1至5中任一所述的射频前端接收电路,其特征在于,每个所述处理电路包括带通滤波器和增益调节单元,所述带通滤波器的输入端接收一个所述移相信号,所述带通滤波器的输出端连接所述增益调节单元的输入端,所述增益调节单元输出端连接所述第一加法器;以及在不同的所述处理电路中,所述带通滤波器抑制的频段不同。
7.根据权利要求6所述的射频前端接收电路,其特征在于,所述增益调节单元包括衰减器,或所述增益调节单元包括串联的衰减器和第二放大器。
8.根据权利要求6所述的射频前端接收电路,其特征在于,所述增益调节单元为可变增益放大器。
9.根据权利要求7所述的射频前端接收电路,其特征在于,所述衰减器为六个比特级联的π型数字衰减器。
10.根据权利要求1至5中任一所述的射频前端接收电路,其特征在于,所述第一放大器为单端输入差分输出结构。
11.一种相控阵天线电路,其特征在于,包括多个射频前端接收电路以及合路单元,所述合路单元连接每一所述射频前端接收电路的输出端,所述合路单元被配置为将每一所述射频前端接收电路的输出端进行合并;
其中,所述射频前端接收电路为如权利要求1至10中任一所述的射频前端接收电路,所述射频前端接收电路的输出端为对应的所述第一加法器的输出端。
12.根据权利要求11所述的相控阵天线电路,其特征在于,所述合路单元包括将所述多个射频前端接收电路串联的多个第四加法器和多个馈线,其中,
所述多个第四加法器与所述多个射频前端接收电路一一对应;
所述第四加法器的第一输入端与上一级串联的第四加法器的输出端连接,所述第四加法器的第二输入端与对应的射频前端接收电路的输出端连接,所述第四加法器的输出端通过所述馈线与下一级串联的第四加法器的第一输入端连接。
13. 根据权利要求12所述的相控阵天线电路,其特征在于,包括n个射频前端接收电路,n个第四加法器以及n-1个馈线, n为大于等于2的整数;其中,
第1个第四加法器的第一输入端通过匹配负载接地,
第n个第四加法器的输出端为所述相控阵天线电路的输出端。
14.根据权利要求12所述的相控阵天线电路,其特征在于,所述第四加法器包括第一共源管,第二共源管,共栅管,其中,所述第一共源管的栅极对应于所述第一输入端,所述第二共源管的栅极对应于所述第二输入端,所述第一共源管的漏极和所述第二共源管的漏极与所述共栅管的源级连接,所述共栅管的漏极对应于所述输出端;或者,
所述第四加法器包括第一共射管,第二共射管,共基管,其中,所述第一共射管的基极对应于所述第一输入端,所述第二共射管的基极对应于所述第二输入端,所述第一共射管的集电极和所述第二共射管的集电极与所述共基管的发射极连接,所述共基管的集电极对应于所述输出端。
15.一种天线接收装置,其特征在于,所述天线接收装置包括权利要求11-14中任一所述的相控阵天线电路。
16.一种芯片,其特征在于,所述芯片包括如权利要求1至10中任一所述的射频前端接收电路。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117856762B (zh) * 2024-03-06 2024-05-03 成都通量科技有限公司 一种基于功分器架构的双向有源中和移相器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08330801A (ja) * 1995-05-31 1996-12-13 Murata Mfg Co Ltd 高周波複合部品
JP2013026853A (ja) * 2011-07-21 2013-02-04 Ricoh Co Ltd 直交信号生成回路、直交信号生成回路の調整方法、及び無線通信装置
CN103856234A (zh) * 2012-12-05 2014-06-11 Nxp股份有限公司 并发多频带收发器
CN106848608A (zh) * 2017-01-25 2017-06-13 东南大学 宽带混合波束成形一体化天线阵
WO2022104762A1 (zh) * 2020-11-23 2022-05-27 华为技术有限公司 多频段低噪声放大器、相控阵和电子设备
WO2022198755A1 (zh) * 2021-03-24 2022-09-29 华为技术有限公司 一种相控阵装置及通信设备
CN115149970A (zh) * 2022-09-06 2022-10-04 上海安其威微电子科技有限公司 相控阵天线电路和天线接收装置
CN116783838A (zh) * 2021-03-26 2023-09-19 华为技术有限公司 一种相控阵装置及通信设备

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8068795B2 (en) * 2009-03-24 2011-11-29 Freescale Semiconductor, Inc. RF multiband transmitter with balun
CN107615678B (zh) * 2015-05-12 2020-11-27 华为技术有限公司 一种双频相控阵
KR102105449B1 (ko) * 2017-09-11 2020-05-29 한국과학기술원 5g 이동통신 및 레이더용 빔포밍 회로
US10886612B2 (en) * 2018-09-17 2021-01-05 Qualcomm Incorporated Bi-directional active phase shifting
WO2022067609A1 (zh) * 2020-09-30 2022-04-07 华为技术有限公司 多频段相控阵和电子设备

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08330801A (ja) * 1995-05-31 1996-12-13 Murata Mfg Co Ltd 高周波複合部品
JP2013026853A (ja) * 2011-07-21 2013-02-04 Ricoh Co Ltd 直交信号生成回路、直交信号生成回路の調整方法、及び無線通信装置
CN103856234A (zh) * 2012-12-05 2014-06-11 Nxp股份有限公司 并发多频带收发器
CN106848608A (zh) * 2017-01-25 2017-06-13 东南大学 宽带混合波束成形一体化天线阵
WO2022104762A1 (zh) * 2020-11-23 2022-05-27 华为技术有限公司 多频段低噪声放大器、相控阵和电子设备
WO2022198755A1 (zh) * 2021-03-24 2022-09-29 华为技术有限公司 一种相控阵装置及通信设备
CN116783838A (zh) * 2021-03-26 2023-09-19 华为技术有限公司 一种相控阵装置及通信设备
CN115149970A (zh) * 2022-09-06 2022-10-04 上海安其威微电子科技有限公司 相控阵天线电路和天线接收装置

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