DE102016123381B4

DE102016123381B4 - System und Verfahren für einen Strahlformer

Info

Publication number: DE102016123381B4
Application number: DE102016123381.1A
Authority: DE
Inventors: Michele Caruso; Alan Harvey; William Maclsaac; Angus McLachlan; Andrew Stonehouse; Marc Tiebout; Johann Würtele
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2019-11-21
Anticipated expiration: 2036-12-03
Also published as: KR101833646B1; US9935367B2; CN106921419B; US9680553B1; CN106921419A; US20170237164A1; US20170163328A1; DE102016123381A1; KR20170070816A

Abstract

Strahlformungsschaltung, umfassend:
ein Hochfrequenz- bzw. HF-Frontend; und
mehrere mit dem HF-Frontend gekoppelte Strahlformungs-Verzögerungsschaltungen, wobei jede der mehreren Strahlformungs-Verzögerungsschaltungen Folgendes umfasst:
eine gemeinsame Verzögerungsschaltung und
mehrere individuelle Verzögerungsschaltungen, die mit der gemeinsamen Verzögerungsschaltung gekoppelt sind, wobei jede der individuellen Verzögerungsschaltungen dafür ausgelegt ist, mit einem Antennenelement eines Strahlformungsarrays gekoppelt zu werden.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein eine elektronische Vorrichtung und insbesondere ein System und ein Verfahren für einen Strahlformer.
Eine elektronisch lenkbare Arrayantenne ist ein Antennensystem mit einem Array einzelner Antennenelemente, die dasselbe Hochfrequenz- bzw. HF-Signal mit verschiedenen relativen Phasen senden. Destruktive und konstruktive Interferenz dieser HF-Signale kann einen gerichteten Strahl bilden. Durch Justieren der Phasenbeziehung zwischen den durch diese jeweiligen Antennenelemente gesendeten Signalen kann die Richtung des Strahls unter Verwendung von in der Technik bekannten Strahllenkverfahren elektronisch lenkbarer Arrays justiert werden. Solche Strahlformungs- und Strahllenkungsverfahren können zum Beispiel auf eindimensionale elektronisch lenkbare Arrayantennen angewandt werden, die eine einzige Reihe von Antennenelementen aufweisen, wobei in diesem Fall der Strahl in eine einzige Richtung gelenkt werden kann. Diese Techniken können auch auf zweidimensionale Antennenarrays angewandt werden, wobei ein Strahl in zwei Dimensionen elektronisch gelenkt werden kann, um sowohl einen Azimut als auch eine Hebung des Strahls zu justieren.
Eine übliche Anwendung, die Strahllenktechniken elektronisch lenkbarer Arrays verwendet, ist die eines Radarsystems. Durch Verwendung einer elektronisch lenkbaren Arrayantenne kann die Richtung eines gesendeten und empfangenen Radarsignals unter Verwendung von elektronischen Strahllenktechniken justiert werden, anstelle einer mechanischen Bewegung einer Antenne. Eine weitere Anwendung elektronisch lenkbarer Arrays liegt in der Mobilfunkkommunikation. Durch Verwendung eines lenkbaren Strahls vergrößert räumliches Multiplexen die Netzkapazität durch Vervielfachen der spektralen Effizienz.
US 9 344 176 B2 offenbart eine passive Hochfrequenz-Antennenanordnung, die ein einzelnes Strahlformungsnetzwerk mit zwei Anschlüssen umfasst, um einen räumlich kohärenten Hauptstrahl mit einer Strahlneigung mit variabler Elevationsebene als Reaktion auf differentiell phasierte Signale oder differentiell amplitudengewichtete Signale zu erzeugen. Die passive Hochfrequenz-Antennenanordnung umfasst mehrere Antennenelemente. Ein RF-Phasenschieber wird auf einen von zwei Sendesignalzweigen angewendet, wobei die beiden Sendesignalzweige ein differentielles Phasensignalpaar erzeugen.
US 2012 / 0 162 011 A1 offenbart ein Verfahren zur Strahlformung eines Hochfrequenzarrays mit mehreren Antennenelementen. Das Verfahren umfasst ein Übertragen von Teilstrahlen eines modulierten Lichtstrahls durch ein Schaltnetz, das Verwenden einer Wellenlängenumschaltung und ein Umwandeln jedes Teilstrahls in ein Ansteuersignal für eines oder mehrere der Antennenelemente oder ein Empfangssignal von einem oder mehreren der Antennenelemente. Jeder Pfad durch das Schaltnetz hat eine ausgewählte Gesamtzeitverzögerung.
US 2014 / 0 357 319 A1 offenbart eine Antenne mit Antennenmodulen, die jeweils eine Anordnung von Antennenelementen umfassen. Die Antennenelemente sind mit einer Hochfrequenz-Strahlformungsschaltung gekoppelt. Die Hochfrequenz-Strahlformungsschaltung stellt die mit den Antennenelementen verbundenen Phasenverschiebungen ein, um einen dem Antennemodul zugeordneten Antennenstrahl zu erzeugen. Jedes Antennenmodul ist mit einer Verzögerungsschaltung gekoppelt. Ein zentrales Strahlformungsmodul, das mit jeder der Verzögerungsschaltungen gekoppelt ist, steuert den mit jedem der Antennenmodule verbundenen Antennenstrahl und stellt ferner mit den Verzögerungsschaltungen verbundene Signalverzögerungen ein.
US 9 154 167 B1 offenbart eine Hochfrequenz-Sendevorrichtung mit einem Leistungsteiler, der konfiguriert ist, um mehrere Sub-RF-Signale zu erzeugen, und mehreren Phasenverschiebungsschaltungen, die konfiguriert sind, um die Phase von Sub-RF-Signalen zu verschieben. Die Antennen sind so konfiguriert, dass sie die Sub-RF-Signale übertragen.
Die Veröffentlichung „Delay Control in Wide Band Front-End Components for Multi-Role/Multi-domain Phased-Array Systems“ (D. Carosi et al.) offenbart ein Phasen-Array-System, bei dem eine Laufzeitverschiebung unter Berechung eines Unter-Arrays analog implementiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Strahlformungsschaltung ein Hochfrequenz- bzw. HF-Frontend und mehrere mit dem HF-Frontend gekoppelte Strahlformungs-Verzögerungsschaltungen. Jede der mehrere Strahlformungs-Verzögerungsschaltungen umfasst eine gemeinsame Verzögerungsschaltung und mehrere mit der gemeinsamen Verzögerungsschaltung gekoppelte individuelle Verzögerungsschaltungen. Jede der individuellen Verzögerungsschaltungen ist dafür ausgelegt, mit einem Antennenelement eines Strahlformungsarrays gekoppelt zu werden.
Die unabhängigen Ansprüche definieren die Erfindung in verschiedenen Aspekten. Die abhängigen Ansprüche geben Merkmale von Ausführungsformen gemäß der Erfindung in verschiedenen Aspekten an.
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen. Als erstes werden die Zeichnungen kurz beschrieben:

1 zeigt ein elektronisch lenkbares Array-HF-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein herkömmliches elektronisch lenkbares HF-System mit echter Zeitverzögerung (TTD - True Time Delay);
3 zeigt eine Ausführungsform eines elektronisch lenkbaren TTD-HF-Systems;
4 zeigt eine Blockdarstellung einer Ausführungsform eines elektronisch lenkbaren 8x8-HF-Systems;
5a-5b zeigen Blockdarstellungen von Ausführungsformen elektronisch lenkbarer integrierter Arrayschaltungen;
6a-6b zeigen Schaltbilder von Ausführungsformen von programmierbaren Verstärkerschaltungen;
7a-7b zeigen Schaltbilder von Ausführungsformen von Zeitverzögerungsschaltungen mit Filterstruktur;
8a-8b zeigen Schaltbilder von Ausführungsformen von Zeitverzögerungsschaltungen mit auswählbaren Verzögerungen; und
9 zeigt eine Blockdarstellung einer Ausführungsform eines Strahlformungsverfahrens.

Entsprechende Zahlen und Symbole in verschiedenen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Teile, sofern es nicht anders angegeben wird. Die Figuren sind so gezeichnet, dass die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen deutlich dargestellt werden, und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet. Zur deutlichen Veranschaulichung bestimmter Ausführungsformen kann ein Buchstabe, der Varianten derselben Struktur, desselben Materials oder desselben Prozessschritts angibt, einer Figurenzahl folgen.
Nun werden beispielhafte Ausführungsformen ausführlich beschrieben. Die Herstellung und Verwendung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen werden nachfolgend ausführlich besprochen. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte bereitstellt, die in vielfältigen spezifischen Kontexten realisiert werden können. Die besprochenen spezifischen Ausführungsformen veranschaulichen lediglich spezifische Arten der Herstellung und Verwendung der Erfindung und beschränken nicht den Schutzumfang der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext beschrieben, einem System und Verfahren für ein Strahlformungs-Antennensystem, die in HF-Systemen verwendet werden können, wie etwa Radarsystemen und Mobilfunk-Kommunikationssystemen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch auf andere Systeme und Anwendungen angewandt werden, die gerichtete HF-Signale empfangen oder senden.
Traditionell wird ein elektronisch lenkbares Antennensystem unter Verwendung eines Phasenlenkungsansatzes implementiert, wobei Phasenschieber verwendet werden, um die Phase jedes durch individuelle Antennenelemente einer elektronisch lenkbaren Arrayantenne gesendeten Signals zu justieren. Durch Justieren der Phase jedes Phasenschiebers kann die Richtung eines Strahls in einer bestimmten Richtung für eine bestimmte Frequenz justiert werden. Wenn die Frequenz der Übertragung geändert wird, ändert sich jedoch die Beziehung des HF-Signals zu der elektronisch lenkbaren Arrayantenne, um dadurch eine Richtungsänderung des Strahls zu verursachen. Diese Richtungsänderung wird manchmal als Schielen bezeichnet.
Eine Alternative zu dem Phasenlenkungsansatz ist der Ansatz der echten Zeitverzögerung (TTD), bei dem Zeitverzögerungselemente verwendet werden, um das gesendete Signal an jeweilige Elemente des mehrelementigen Antennenarrays zu verzögern. Durch Verwendung des TTD-Ansatzes bleibt die Richtung des gesendeten Strahls über variierende Frequenz für eine gegebene Menge von Verzögerungen für das Zeitverzögerungselement im Wesentlichen konstant. Die Verwendung des TTD-Ansatzes erlaubt gerichtete Übertragung von Breitband-Radarsignalen, wie etwa von Chirp-Radar- und gepulsten Radarübertragungen, sowie die gerichtete Übertragung von breitbandigen und mehrbandigen Kommunikationssignalen. Ein Problem bei dem TTD-Ansatz ist jedoch die zur Implementierung jeder der relativ großen zum Verzögern der Signale an das mehrelementige Antennenarray verwendeten Verzögerungen benötigte Schaltungsfläche. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Gesamtmenge an zur Implementierung eines elektronisch lenkbaren TTD-Arraysystems verwendeten Verzögerungsschaltkreisen durch eine Kombination von individuellen Verzögerungselementen und gemeinsam benutzten Verzögerungselementen verringert. Zum Beispiel sind bei einer Ausführungsform mehrere Arrayelemente mit ersten Ports mehrerer entsprechender individueller Verzögerungsschaltungen gekoppelt. Der zweite Port jeder dieser Verzögerungsschaltungen ist mit einer einzigen gemeinsamen Verzögerungsschaltung kombiniert und gekoppelt, so dass die Gesamtverzögerung für den Antennenelementpfad eine Summe der Verzögerung der jeweiligen individuellen Verzögerungsschaltung und der Verzögerung der gemeinsamen Verzögerungsschaltung ist. Bei einigen Ausführungsformen muss die Verzögerung in jeder individuellen Verzögerungsschaltung nur für die Zwecke des Strahlformens zwischen angrenzenden Antennenelementen ausreichend sein, statt für die komplette Antenne. Dementsprechend kann die Größe einer solchen Antenne bezüglich Größe verglichen mit herkömmlichen Antennen verringert werden, bei denen jede individuelle Antenne die gesamte Verzögerung implementieren muss.
1 zeigt eine Ausführungsform eines elektronisch lenkbaren Array-HF-Systems 100, das eine Steuerung 102, ein HF-Frontend 104, eine Strahlformungsschaltung 106 und eine elektronisch lenkbare Arrayantenne 108 umfasst. Während des Betriebs bestimmt die Steuerung 102 einen Strahlwinkel θ, in dem die elektronisch lenkbare Arrayantenne 108 den HF-Strahl 110 sendet und empfängt, über einen Strahlwinkel-Steuerport. Bei Ausführungsformen, die TTD-Techniken benutzen, kann die Steuerung 102 eine globale relative Zeitverzögerungseinstellung und/oder Zeitverzögerungsparameter und -einstellungen für jede Zeitverzögerungsschaltung oder für Gruppen von Zeitverzögerungsschaltungen in der Strahlformungsschaltung 106 bereitstellen. Bei einigen Ausführungsformen, zum Beispiel in Mobilfunk-Kommunikationssystemen, kann die Steuerung 102 Basisbandverarbeitung ausführen. Das HF-Frontend 104 liefert und/oder empfängt ein HF-Signal an und von der Strahlformungsschaltung 106. Die Strahlformungsschaltung 106 führt der elektronisch lenkbaren Arrayantenne 108 individuelle HF-Signale zu, die gemäß dem angeforderten Strahlwinkel und dem Abstand zwischen Antennenelementen der elektronisch lenkbaren Arrayantenne 108 verzögert werden.
Während 1 nur die elektronisch lenkbare Arrayantenne 108 mit acht Antennenelementen, die als ein eindimensionales Array angeordnet sind, zeigt, kann die elektronisch lenkbare Arrayantenne 108 bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mehr oder weniger als acht Elemente aufweisen und/oder ihre Elemente in einem mehrdimensionalen Array angeordnet haben. Zum Beispiel kann bei einer spezifischen Ausführungsform ein 8x8-Antennenarray mit insgesamt 64 Antennenelementen verwendet werden.
2 zeigt ein herkömmliches elektronisch lenkbares TTD-Array-HF-System 120 mit n Antennenelementen 130 und einer Strahlformungsschaltung mit n Zeitverzögerungselementen 122, die jeweils eine andere Zeitverzögerung τ₁ bis τ_n aufweisen. Während des Betriebs sendet und empfängt der Sendeempfänger 124 HF-Signale zu und von Arrayantennenelementen 130, die individuell über Zeitverzögerungselemente 122 verzögert werden.
Wie gezeigt, ist jedes Element der Wellenfront 126 um eine Distanz d voneinander beabstandet, und die Wellenfront 126 bildet mit Bezug auf eine horizontale Richtung von Arrayantennenelementen 130 einen Winkel α. Die Ankunftszeitdifferenz aus Ankunftsverzögerung der Wellenfront 126 zwischen jedem angrenzenden Antennenelement ist dementsprechend $\frac{d sin α}{c},$
wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. Der Zeitverzögerungsbereich für die Zeitverzögerungselemente 122 ist somit proportional zu der Anzahl der Arrayantennenelemente 130, dem Antennenrasterabstand und dem maximalen Lenkwinkel. In einem Beispiel liegt dieser Verzögerungsbereich für ein elektronisch lenkbares Arrayantennensystem mit n = 8 Antennenelementen, einem maximalen Lenkwinkel von +/-60° und einer Distanz d von 15 mm zwischen jedem Antennenelement bei etwa 300 ps.
3 zeigt eine Ausführungsform eines elektronisch lenkbaren Array-HF-Systems 140, wobei die Strahlformungsschaltkreise zwischen den gemeinsamen Verzögerungselementen 144 und den individuellen Verzögerungselementen 142 aufgeteilt sind. Wie gezeigt, ist der Sendeempfänger 124 mit m = n/2 gemeinsamen Verzögerungselementen 144 mit den Zeitverzögerungen τ_c1 bis τ_cm gekoppelt, die jeweils mit weiteren individuellen Verzögerungselementen 142 gekoppelt sind. Ein Teil der Gesamtzeitverzögerung zwischen dem Sendeempfänger 124 und jedem Antennenelement 130 wird dementsprechend durch eines der gemeinsamen Verzögerungselemente 144 bereitgestellt, und ein anderer Teil durch eines der individuellen Verzögerungselemente 142. Bei einigen Ausführungsformen muss der durch eines von individuellen Verzögerungselementen bereitgestellte Teil nur für die Zwecke der Strahlformung zwischen angrenzenden Antennenelementen ausreichend sein, statt für die komplette Antenne, und seine Größe kann deshalb stark reduziert werden.
Bei einer Ausführungsform sind zwei benachbarte Antennen dafür ausgelegt, eine maximale Verzögerungsdifferenz von 1*d*sin(α) aufzuweisen, so dass jedes individuelle Verzögerungselement 142 einen relativ kleinen Verzögerungsbereich implementiert. Zum Beispiel können gemeinsame Abstimmelemente den Hauptverzögerungsbereich (n-1)*d*sin(α) implementieren und werden von zwei Antennen geteilt, was zu etwa der Hälfte der insgesamten summierten Gesamtverzögerung für jeden Antennensignalpfad führt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform mit n=8 und d=10 mm liegen die Verzögerungen der gemeinsamen Verzögerungselemente 144 zwischen etwa 0 ps und etwa 400 ps. Verzögerungen von individuellen Verzögerungselementen 142 liegen dagegen zwischen etwa 0 ps und etwa 60 ps und sind in Schritten von weniger als 1 ps programmierbar. Bei einigen Ausführungsformen weisen individuelle Verzögerungselemente 142 und/oder gemeinsame Verzögerungselemente 144 einen kontinuierlich programmierbaren Verzögerungsbereich auf.
Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann sich eine größere Anzahl individueller Verzögerungselemente 142 ein gemeinsames Verzögerungselement 144 teilen. Zum Beispiel können mit jedem gemeinsamen Verzögerungselemente 144 vier individuelle Verzögerungselemente 142 gekoppelt sein. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch auf zweidimensionale elektronisch lenkbare Arraysysteme mit denselben oder anderen Lenkwinkeln bezüglich Azimut und Hebung angewandt werden.
4 zeigt ein elektronisch lenkbares 8x8-Array-HF-System 200 mit einem HF-Frontend 202 und einer Steuerung 204, die über 16 vierkanalige ICs 206₁ bis 206₁₆ des elektronisch lenkbaren Arrays mit einer elektronisch lenkbaren 8x8-Arrayantenne 208 gekoppelt ist. Bei einer Ausführungsform umfasst jedes IC 206₁ bis 206₁₆ des elektronisch lenkbaren Arrays ein gemeinsames Verzögerungselement 210, das über Leistungsteiler/- kombinierer 235 mit vier individuellen Verzögerungselementen 212 gekoppelt ist. Die Verzögerungen τ₂ des gemeinsamen Verzögerungselements 210 und τ₁ der individuellen Verzögerungselemente 212 sind durch die Steuerung 204 über eine SPI-Schaltung 214 (Serial Peripheral Interface) auf jedem der ICs 206₁ bis 206₁₆ des elektronisch lenkbaren Arrays programmierbar. Als Alternative können andere Arten von digitalen Schnittstellen verwendet werden, wie etwa SCI, I²C oder Ethernet.
Die elektronisch lenkbare Arrayantenne 208 umfasst Antennenelemente 209₁ bis 209₁₆ zur Bildung eines 8x8-Arrays von 64 Antennenelementen. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann 208 jedoch andere Abmessungen aufweisen, und die Anzahl von ICs 206 des elektronisch lenkbaren Arrays kann von den gezeigten 16 verschieden sein.
5a zeigt eine Blockdarstellung einer Ausführungsform eines ICs 206 des elektronisch lenkbaren Arrays, die zur Implementierung der ICs 206₁ bis 206₁₆ des elektronisch lenkbaren Arrays verwendet werden kann. Wie gezeigt, umfasst das IC 206 des elektronisch lenkbaren Arrays ein gemeinsames Verzögerungselement 210, das mit dem gemeinsamen HF-Schnittstellenanschluss RFIO gekoppelt ist, und individuelle Verzögerungselemente 212, die über Übertrager 224 mit Schnittstellenanschlüssen RFIO1, RFIO2, RFIO3 und RFIO4 gekoppelt sind.
Wie gezeigt, umfasst das gemeinsame Verzögerungselement 210 einen bidirektionalen Pfad mit Grob-Zeitverzögerungsschaltungen 234, 236, 238 und 240 sowie gepufferte Verstärker 228 und 226 mit programmierbarer Verstärkung. Das Grob-Verzögerungselement 234 weist auswählbare Verzögerungen von 0 ps, 10 ps und 20 ps auf, die Grob-Zeitverzögerungsschaltung 236 weist auswählbare Verzögerungen von 0 ps und 20 ps auf, die Grob-Zeitverzögerungsschaltung 238 weist auswählbare Verzögerungen von 0 ps und 40 ps auf, und die Grob-Zeitverzögerungsschaltung 240 weist auswählbare Verzögerungen von 0 ps und 80 ps auf. Die Verzögerung jeder auswählbaren Verzögerung ist über eine digitale Steuerschaltung 215 programmierbar. Es versteht sich, dass verschiedene Verzögerungseinstellungen für die Grob-Verzögerungselemente 234, 236, 238 und 240 beispielhafte Verzögerungseinstellungen sind. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können mehr oder weniger als vier Grob-Verzögerungsschaltungen verwendet werden und/oder es können jedem Element andere Verzögerungseinstellungen zugeordnet sein.
Jedes individuelle Verzögerungselement 212 umfasst eine Grob-Zeitverzögerungsschaltung 242, die über Verstärker 230 und 232 mit programmierbarer Verstärkung mit einem IO-Anschluss gekoppelt sind. Außerdem sind in den individuellen Verzögerungselementen 212 Fein-Zeitverzögerungsschaltungen 244 enthalten, die Verzögerungen aufweisen, die so programmiert werden können, dass sie eine Verzögerung von zwischen 0 ps und 14 ps aufweisen. Als Alternative können andere Zeitverzögerungsbereiche verwendet werden. Außerdem kann die Grob-Verzögerungsauswahl in anderen Technologien oder bei niedrigeren Frequenzen unter Verwendung von Schaltern anstelle von aktiven Verstärkern implementiert werden. Die Leistungsteiler 235 teilen die von dem gemeinsamen Verzögerungselement 210 kommende Sendeleistung auf und kombinieren die von individuellen Verzögerungselementen 212 kommende Empfangsleistung. Die Leistungsteiler 235 können zum Beispiel unter Verwendung von in der Technik bekannten 3-dB-Leistungsteilerschaltungen, wie etwa Wilkinsonteilern/-kombinierern, implementiert werden. Als Alternative können andere passive oder aktive Schaltungen verwendet werden.
5a umfasst außerdem die digitale Steuerschaltung 215 mit einer digitalen Schnittstelle, einer Steuerung und einem Automaten. Bei einigen Ausführungsformen wird die digitale Schnittstelle unter Verwendung einer mit dem Bus DBUS gekoppelten SPI-Schnittstelle implementiert. Bei alternativen Ausführungsformen kann die digitale Schnittstelle unter Verwendung anderer serieller und/oder paralleler digitaler Schnittstellenschaltungen implementiert werden, die zum Beispiel gemäß IIC, RFFE, SCI, Ethernet oder anderen Schnittstellenstandards arbeiten, oder einer Nicht-Standard-Schnittstelle. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Funktionalität der digitalen Schnittstelle der digitalen Steuerschaltung 215 weggelassen werden. Die digitale Steuerschaltung 215 kann auch zur Steuerung der individuellen Fein- und Grob-Verzögerungsschaltungen gemäß von der digitalen Schnittstelle empfangenen Befehlen verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen bildet die digitale Steuerung 215 von dem Bus DBUS empfangene Verzögerungseinstellungsbefehle auf der Basis von in Speicher und/oder einer Nachschlagetabelle (LUT) gespeicherten Abbildungen auf individuelle Fein- und Grob-Verzögerungseinstellungen ab.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das in 5a abgebildete IC 206 zur Unterstützung zum Beispiel von drahtloser 28-GHz-Kommunikation über ein 8x8-TTD-Antennenarray mit einem Rasterabstand von 5 mm (1/2 λ) verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen können durch Justieren der verschiedenen Verzögerungsbereiche andere Frequenzen und Antennenarrayabmessungen unterstützt werden.
5b zeigt eine Blockdarstellung einer Ausführungsform eines IC 207 des elektronisch lenkbaren Arrays, mit dem die ICs 206₁ bis 206₁₆ des elektronisch lenkbaren Arrays implementiert werden können, die eine Weise zeigt, auf die die Grob-Zeitverzögerungselemente implementiert werden können. Wie gezeigt wird das gemeinsame Verzögerungselement 210 unter Verwendung mehrerer gepufferter Festverzögerungsschaltungen mit verschiedenen Verzögerungszeiten, die 0 ps, 10 ps, 40 ps und 80 ps umfassen, implementiert. Bei einer Ausführungsform sind drei parallele Verzögerungselemente mit festen Verzögerungen von etwa 0 ps, 10 ps und 20 ps mit dem Eingang COMMONIO gekoppelt. Während des Betriebs ist eines der 0-ps-, 10-ps- und 20-ps-Festverzögerungselemente aktiviert, während die übrigen zwei gesperrt sind. Somit kann eine auswählbare Verzögerung von 0 ps, 10 ps oder 20 ps gewählt werden. Ähnlich kann in der Stufenstufe des gemeinsamen Verzögerungselements 210 eine feste Verzögerung von 0 ps oder 20 ps gewählt werden, in der dritten Stufe kann eine feste Verzögerung von 0 ps von 40 ps gewählt werden und in der vierten Stufe kann eine feste Verzögerung von 0 ps oder 80 ps gewählt werden. Somit kann das gemeinsame Verzögerungselement 210 eine Verzögerung von zwischen etwa 0 ps bis etwa 160 ps aufweisen, die durch Freigeben und Sperren der entsprechenden gepufferten Verzögerungselemente ausgewählt wird.
Ähnlich umfassen die individuellen Verzögerungselemente 212 der Grob-Verzögerungsschaltungen vier parallel geschaltete gepufferte Verzögerungselemente mit individuellen Verzögerungen von 0 ps, 10 ps, 20 ps und 30 ps, so dass Verzögerungen von 0 ps, 10 ps, 20 ps und 30 ps durch Aktivieren und Deaktivieren der entsprechenden Stufen ausgewählt werden können. Es versteht sich, dass die Aufteilung und individuellen Werte der Verzögerungsschaltungen in 5a und 5b lediglich Beispiele für viele mögliche Implementierungsausführungsformen sind. Bei alternativen Ausführungsformen können mehr oder weniger Verzögerungselemente mit anderen Verzögerungswerten verwendet werden.
6a und 6b zeigen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung, mit denen die Verstärker 226, 228, 230 und 232 mit programmierbarer Verstärkung implementiert werden können. Wie in 6a gezeigt, umfasst der Verstärker 260 mit programmierbarer Verstärkung ein degeneriertes Widerstands-Differenzpaar, das aus Widerständen R_E und Bipolarsperrschichttransistoren (BJT) Q_A und Q_B besteht, deren Kollektoren mit einer Stufe mit variabler Verstärkung gekoppelt sind, die aus BJTs Q₃ , Q₄ , Q₅ und Q₆ besteht. Mit zunehmender programmierbarer Verstärkungsvorspannung V_B wird mehr Signalstrom zu den Lastwiderständen R_L geroutet, und die Verstärkung nimmt dementsprechend zu. Mit abnehmender programmierbarer Verstärkungsvorspannung wird dagegen weniger Signalstrom zu Lastwiderständen R_L geroutet, und die Verstärkung nimmt ab. Bei einigen Ausführungsformen ist die programmierbare Verstärkungsvorspannung V_B über die in 4 gezeigte SPI-Schaltung 214 programmierbar.
6b zeigt den Verstärker 262 mit programmierbarer Verstärkung mit einem degenerierten Widerstands-Differenzpaar, das aus Widerständen R_E und Bipolarsperrschichttransistoren (BJT) Q_A und Q_2B besteht, deren Kollektoren mit einer Vierquadrantenstufe mit variabler Verstärkung gekoppelt sind, die aus BJTs Q₃ , Q₄ , Q₅ und Q₆ besteht. Durch Koppeln der Kollektoren von Q₁ und Q₃ mit einem Ausgangswiderstand R_L und Koppeln der Kollektoren von Q₂ und Q₄ mit dem anderen Ausgangswiderstand R_L können sowohl die Verstärkung als auch die Polarität des programmierbaren Verstärkers 262 justiert werden. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können neben BJT-Transistoren andere Transistorarten für die programmierbaren Verstärker 260 und 262 verwendet werden. Zum Beispiel können MOSFETs, JFETS und andere Transistorarten verwendet werden. Außerdem können bei weiteren alternativen Ausführungsformen abhängig von der konkreten Ausführungsform und ihren Spezifikationen auch oder in der Technik bekannte Verstärkerstrukturen mit variabler Verstärkung neben den in 6a und 6b gezeigten Schaltungen verwendet werden. Zum Beispiel kann bei einer Ausführungsform der mit den RFIO-Ports des ICs 206 des elektronisch lenkbaren Arrays wie in 5a und 5b gezeigt gekoppelte Verstärker 232 mit programmierbarer Verstärkung unter Verwendung einer rauschärmeren Schaltung implementiert werden, wie etwa eines LNA, der einer Stufe mit variabler Verstärkung, einer den Verstärkern 260 und 262 mit programmierbarer Verstärkung ähnlichen Schaltung ohne Degenerationswiderstände R_E oder einer Kombination davon vorausgeht.
7a zeigt Schaltbilder von passiven Filterschaltungen 270, 272 und 274, mit denen die in 5a und 5b gezeigte Fein-Zeitverzögerungsschaltung 244 sowie Zeitverzögerungsschaltungen in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung implementiert werden können. Die Filterschaltung 270 ist wie gezeigt ein Tiefpass-Leiterfilter mit zwei Induktivitäten L und zwei Kondensatoren C₁ . Das Filter 270 weist eine Gruppenverzögerung auf, die mit der Frequenz zunimmt. Das Filter 272 ist dagegen ein Brückenfilter mit Induktivitäten L und Kondensatoren C₂ und weist einen Allpass-Frequenzgang auf, bei dem die Gruppenverzögerung mit der Frequenz abnimmt. Durch Kombinieren der Tiefpasstopologie der Schaltung 270 mit der Allpasstopologie von 272 wird eine Hybridzellentopologie gebildet, die über die Frequenz hinweg abhängig von dem Verhältnis von C₁ zu C₂ eine linearere Gruppenverzögerungskurve aufweist. Die Impedanz der Filterschaltung 274 kann folgendermaßen ausgedrückt werden: $Z_{0} = \sqrt{\frac{L}{(C_{1} + C_{2})} {[1 - {(\frac{ω}{ω_{c}})}^{2}]}^{- 1}},$
wobei $ω_{c} = \frac{1}{\sqrt{L C_{1}}} .$
Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann man mit den Schaltungen 270, 272 und/oder 274 ein Element mit programmierbarer Verzögerung implementieren, indem die Werte der Induktivitäten L und/oder Kondensatoren C₁ und/oder C₂ programmiert werden. Die in den passiven Filterschaltungen 270, 272 und 274 gezeigten Kondensatoren können unter Verwendung einer justierbaren Kondensatorschaltung, wie etwa eines schaltbaren Kondensators für diskrete Kapazitätseinstellungen oder eines Varaktors für kontinuierlich einstellbare Einstellungen, implementiert werden.
7b zeigt eine programmierbare Filterstruktur 280, mit der die Fein-Zeitverzögerungsschaltung 244 implementiert werden kann. Die programmierbare Filterstruktur 280 weist Induktivitäten L und Varaktoren 282 auf, die jeweils unter Verwendung von zwei MOSFET-Transistoren implementiert sind, deren Kapazität durch Ändern der Gatespannung der MOSFETs justierbar ist. Die Kapazität der MOSFETs kann entweder im Akkumulationsmodus oder Verarmungsmodus justierbar sein. Die Induktivitäten L können unter Verwendung von in der Technik bekannten Induktivitätsstrukturen auf dem Chip implementiert werden. Zum Beispiel kann in einer ersten Metallschicht eine Spiralinduktivität implementiert werden und/oder auf einer zweiten Metallschicht, die entweder über oder unter der ersten Metallschicht liegt, eine zweite Spiralinduktivität implementiert werden. Obwohl die programmierbare Filterstruktur 280 mit sechs Stufen gezeigt ist, können Ausführungsformen der programmierbaren Filterstruktur 280 abhängig von der konkreten Ausführungsform und ihren Spezifikationen mehr oder weniger als sechs Stufen aufweisen.
8a zeigt eine Blockdarstellung der Grob-Verzögerungsschaltung 286, mit der Ausführungsformen von Verzögerungsschaltungen, einschließlich der Grob-Verzögerungsschaltungen 234, 236, 238, 240 und 242 von 5a und 5b, implementiert werden können. Die Grob-Verzögerungsschaltung 286 umfasst wie gezeigt einen ersten Verzögerungspfad 287 mit der Verzögerung τ₀ und einen zweiten Verzögerungspfad 288 mit der Verzögerung τ₀ + XX ps. Bei einer Ausführungsform sind der erste und zweite Verzögerungspfad 287 und 288 unter Verwendung von Schaltern 279 und 289, die durch das Auswahlsignal Sei gesteuert werden, auswählbar. Der erste und zweite Verzögerungspfad 287 und 288 können unter Verwendung von hier offenbarten Verzögerungsschaltungen oder unter Verwendung anderer in der Technik bekannter Verzögerungsschaltungen implementiert werden. Während in 8a der leichteren Veranschaulichung halber nur zwei Verzögerungspfade gezeigt sind, kann die Grob-Verzögerungsschaltung 286 mehr als zwei Verzögerungspfade umfassen, um über die Möglichkeit zu verfügen, mehrere Verzögerungen auszuwählen.
8b zeigt eine Blockdarstellung der Grob-Verzögerungsschaltung 290, mit der Ausführungsformen von Verzögerungsschaltungen, einschließlich der Grob-Verzögerungsschaltungen 234, 236, 238, 240 und 242 von 5a und 5b, implementiert werden können. Wie gezeigt, umfasst die Grob-Verzögerungsschaltung 290 fünf angezapfte Übertragungsleitungssegmente 292, die durch Widerstände R abgeschlossen werden. Die Verstärker 293, 294 und 295 sind zwischen verschiedene Übertragungssegmente 292 geschaltet, um relative Verzögerungen von 0 ps, 10 ps bzw. 20 ps bereitzustellen. Jeder der Verstärker 293, 294 und 295 kann durch Einschalten des Vorstroms des den ausgewählten Übertragungsleitungssegmenten entsprechenden Verstärkers und Ausschalten des Vorstroms der nichtausgewählten Übertragungsleitungssegmenten entsprechenden Verstärker ausgewählt werden. Als Alternative können andere in der Technik bekannte Verstärkeraktivierungs- und -deaktivierungsverfahren zum Auswählen aus einem der Verstärker 293, 294 und 295 verwendet werden. Bei alternativen Ausführungsformen können mehr oder weniger als fünf Übertragungsleitungssegmente und drei Verstärker verwendet werden. Außerdem können durch Justieren der Länge und Anzahl von Übertragungsleitungssegmenten 292 andere auswählbare Verzögerungen als 0 ps, 10 ps und 20 ps bereitgestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Grob-Verzögerungsschaltung 290 dupliziert werden, um getrennte Verzögerungspfade in der Senderichtung und in der Empfangsrichtung bereitzustellen.
9 zeigt eine Blockdarstellung 300 einer Ausführungsform eines Strahlformungsverfahrens, das Senden eines ersten Hochfrequenzsignals zu einem mehrelementigen Antennenarray umfasst. In Schritt 302 wird das erste Hochfrequenzsignal unter Verwendung mehrerer gemeinsamer Verzögerungsschaltungen gesendet, um gemeinsam verzögerte Sendesignale zu bilden. Als Nächstes wird in Schritt 304 jedes der gemeinsam verzögerten Sendesignale unter Verwendung von individuellen Verzögerungsschaltungen verzögert, um individuell verzögerte Sendesignale zu bilden. Bei einigen Ausführungsformen ist jedes gemeinsam verzögerte Sendesignal mindestens zwei individuellen Verzögerungsschaltungen zugeordnet. In Schritt 306 wird jedes der individuell verzögerten Sendesignale an ein jeweiliges Element des mehrelementigen Antennenarrays angelegt. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die gemeinsamen Verzögerungsschaltungen und die individuellen Verzögerungsschaltungen unter Verwendung von hier beschriebenen Schaltungen und Verfahren implementiert werden.
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zusammengefasst. Andere Ausführungsformen können auch aus der vollständigen Beschreibung und den eingereichten Ansprüchen verstanden werden. Ein allgemeiner Aspekt umfasst eine Strahlformungsschaltung mit einem Hochfrequenz- bzw. HF-Frontend und mehreren mit dem HF-Frontend gekoppelten Strahlformungs-Verzögerungsschaltungen. Jede der mehreren Strahlformungs-Verzögerungsschaltungen umfasst eine gemeinsame Verzögerungsschaltung und mehrere individuelle Verzögerungsschaltungen, die mit der gemeinsamen Verzögerungsschaltung gekoppelt sind. Jede der individuellen Verzögerungsschaltungen ist dafür ausgelegt, mit einem Antennenelement eines Strahlformungsarrays gekoppelt zu werden.
Implementierungen können ein oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Die Strahlformungsschaltung, wobei jede individuelle Verzögerungsschaltung der mehreren individuellen Verzögerungsschaltungen genug Verzögerung für die Zwecke des Strahlformens nur zwischen angrenzenden Antennenelementen bereitstellt. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die gemeinsame Verzögerungsschaltung eine Grob-Verzögerungsschaltung mit diskreten auswählbaren Zeitverzögerungsschritten. Diese Grob-Verzögerungsschaltung kann zum Beispiel mehrere auswählbare Übertragungsleitungen umfassen. Die mehreren auswählbaren Übertragungsleitungen können eine erste Menge von Übertragungsleitungen für eine Senderichtung und eine zweite Menge von Übertragungsleitungen für eine Empfangsrichtung umfassen.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Grob-Verzögerungsschaltung mehrere auswählbare Allpassschaltungen. Die mehreren Allpassschaltungen können eine erste Menge von Allpassschaltungen für eine Senderichtung und eine zweite Menge von Allpassschaltungen für eine Empfangsrichtung umfassen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst jede individuelle Verzögerungsschaltung eine Fein-Verzögerungsschaltung mit einer kontinuierlich variablen Verzögerung. Die Fein-Verzögerungsschaltung kann abstimmbares Allpassfilter umfassen. Jede individuelle Verzögerungsschaltung kann zum Beispiel unter Verwendung einer Fein-Verzögerungsschaltung implementiert werden, die eine digital programmierbare Verzögerung aufweist. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Strahlformungs-Verzögerungsschaltung mehrere Strahlformungs-Verzögerungsschaltungen.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Strahlformungsschaltung ferner mehrere Antennenschnittstellenschaltungen, wobei jede der mehreren Antennenschnittstellenschaltungen mit entsprechenden individuellen Verzögerungsschaltungen der mehreren Strahlformungs-Verzögerungsschaltungen gekoppelt ist. Jede Antennenschnittstellenschaltung umfasst zum Beispiel einen Sendeverstärker und einen Empfangsverstärker. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das HF-Frontend einen Radar-Sendeempfänger. Die Strahlformungsschaltung kann ferner ein Antennenarray umfassen, das individuelle Antennenelemente aufweist, die mit entsprechenden individuellen Verzögerungsschaltungen der mehreren Strahlformungs-Verzögerungsschaltungen gekoppelt sind.
Ein weiterer allgemeiner Aspekt umfasst ein Verfahren zur Strahlformung mit den Schritten des Sendens eines ersten Hochfrequenzsignals zu einem mehrelementigen Antennenarray, wobei das Senden Verzögern des ersten Hochfrequenzsignals unter Verwendung mehrerer gemeinsamer Verzögerungsschaltungen umfasst, um gemeinsam verzögerte Sendesignale zu bilden. Das Verfahren umfasst ferner Verzögern jedes der gemeinsam verzögerten Sendesignale unter Verwendung individueller Verzögerungsschaltungen, um individuell verzögerte Sendesignale zu bilden, und Anlegen jedes der individuell verzögerten Sendesignale an ein jeweiliges Element des mehrelementigen Antennenarrays. Jedes gemeinsam verzögerte Sendesignal kann mindestens zwei individuellen Verzögerungsschaltungen zugeordnet sein.
Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Verfahren umfasst ferner Empfangen eines zweiten Hochfrequenzsignals über das mehrelementige Antennenarray, wobei das Empfangen Folgendes umfasst: Empfangen mehrerer zweiter Hochfrequenzsignale von individuellen Elementen des mehrelementigen Arrays, Verzögern der mehreren zweiten Hochfrequenzsignale unter Verwendung entsprechender individueller Verzögerungsschaltungen, um individuell verzögerte Empfangssignale zu bilden, Kombinieren von Teilmengen individuell verzögerter Empfangssignale, um mehrere kombinierte individuell verzögerte Empfangssignale zu bilden, Verzögern jedes der mehreren kombinierten individuell verzögerten Empfangssignale unter Verwendung der mehreren gemeinsamen Verzögerungsschaltungen, um gemeinsam verzögerte Empfangssignale zu bilden, und Kombinieren der gemeinsam verzögerten Empfangssignale, um ein kombiniertes zweites Hochfrequenzsignal zu bilden. Das Verfahren kann ferner Erzeugen des ersten Hochfrequenzsignals unter Verwendung einer Hochfrequenz-Frontend-Schaltung und Empfangen des kombinierten zweiten Hochfrequenzsignals unter Verwendung der Hochfrequenz-Frontendschaltung umfassen.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst Erzeugen des ersten Hochfrequenzsignals Erzeugen eines Radarsignals. Das Verfahren kann auch Justieren von Verzögerungen der mehreren gemeinsamen Verzögerungsschaltungen und Justieren von Verzögerungen der individuellen Verzögerungsschaltungen umfassen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst Justieren der Verzögerungen der mehreren gemeinsamen Verzögerungsschaltungen Auswählen eines Übertragungspfads unter mehreren auswählbaren Übertragungsleitungen und Justieren der Verzögerungen der individuellen Verzögerungsschaltungen umfasst Justieren einer Frequenz eines Allpassfilters.
Ein weiterer allgemeiner Aspekt umfasst ein Hochfrequenzsystem mit einer Hochfrequenz-Frontendschaltung, einem mehrelementigen Antennenarray und mehreren Echt-Zeitverzögerungs-Strahlformungsschaltungen, die mit einem Schnittstellenport der Hochfrequenz-Frontendschaltung gekoppelt sind. Jede Echt-Zeitverzögerungs-Strahlformungsschaltung umfasst eine erste Verzögerungsschaltung mit einem ersten Port, der mit einem Schnittstellenport der Hochfrequenz-Frontendschaltung gekoppelt ist, und mehrere zweite Verzögerungsschaltungen, die zwischen einem zweiten Port der ersten Verzögerungsschaltung und entsprechende Elemente des mehrelementigen Arrays geschaltet sind.
Implementierungen können ein oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Hochfrequenzsystem, wobei jede der mehreren Echt-Zeitverzögerungsschaltungen auf einer integrierten Schaltung angeordnet ist. Das mehrelementige Array kann zum Beispiel ein 8x8-Array umfassen. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Richtung eines durch die mehreren Echt-Zeitverzögerungs-Strahlformungsschaltungen und das mehrelementige Antennenarray produzierten Strahls im Wesentlichen unabhängig von der Frequenz.
Zu Vorteilen einiger Ausführungsformen von gerichteten Kopplern gehört die Möglichkeit, einen lenkbaren Strahl in einem elektronisch lenkbaren Arraysystem mit echter Zeitverzögerung (TTD) unter Verwendung von weniger Schaltkreisen und weniger Strom bereitzustellen als ein TTD-System, das nur individuelle Zeitverzögerungen für jedes Antennenelement einer elektronisch lenkbaren Arrayantenne verwendet. Zu weiteren Vorteilen einiger Ausführungsformen gehört die Bereitstellung einer kosteneffizienten integrierten TTD-Schaltung, die weniger Schaltungen als herkömmliche Realisierungen auf Leiterplattenbasis mit Streifenleitern und HF-Schaltern verwendet.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, soll diese Beschreibung nicht im einschränkenden Sinne aufgefasst werden. Fachleuten werden bei Durchsicht der Beschreibung verschiedene Modifikationen und Kombinationen der beispielhaften Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung offensichtlich.

Claims

Strahlformungsschaltung, umfassend: ein Hochfrequenz- bzw. HF-Frontend; und mehrere mit dem HF-Frontend gekoppelte Strahlformungs-Verzögerungsschaltungen, wobei jede der mehreren Strahlformungs-Verzögerungsschaltungen Folgendes umfasst: eine gemeinsame Verzögerungsschaltung und mehrere individuelle Verzögerungsschaltungen, die mit der gemeinsamen Verzögerungsschaltung gekoppelt sind, wobei jede der individuellen Verzögerungsschaltungen dafür ausgelegt ist, mit einem Antennenelement eines Strahlformungsarrays gekoppelt zu werden.
Strahlformungsschaltung nach Anspruch 1, wobei jede individuelle Verzögerungsschaltung der mehreren individuellen Verzögerungsschaltungen genug Verzögerung für die Zwecke der Strahlformung nur zwischen angrenzenden Antennenelementen bereitstellt.
Strahlformungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die gemeinsame Verzögerungsschaltung eine Grob-Verzögerungsschaltung mit diskreten auswählbaren Zeitverzögerungsschritten umfasst.
Strahlformungsschaltung nach Anspruch 3, wobei die Grob-Verzögerungsschaltung mehrere auswählbare Übertragungsleitungen umfasst.
Strahlformungsschaltung nach Anspruch 4, wobei die mehreren auswählbaren Übertragungsleitungen eine erste Menge von Übertragungsleitungen für eine Senderichtung und eine zweite Menge von Übertragungsleitungen für eine Empfangsrichtung umfassen.
Strahlformungsschaltung nach Anspruch 3, wobei die Grob-Verzögerungsschaltung mehrere auswählbare Allpassschaltungen umfasst.
Strahlformungsschaltung nach Anspruch 6, wobei die mehreren auswählbaren Allpassschaltungen eine erste Menge von Allpassschaltungen für eine Senderichtung und eine zweite Menge von Allpassschaltungen für eine Empfangsrichtung umfassen.
Strahlformungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jede individuelle Verzögerungsschaltung eine Fein-Verzögerungsschaltung mit einer kontinuierlich variablen Verzögerung umfasst.
Strahlformungsschaltung nach Anspruch 8, wobei die Fein-Verzögerungsschaltung abstimmbares Allpassfilter umfasst.
Strahlformungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jede individuelle Verzögerungsschaltung eine Fein-Verzögerungsschaltung mit einer digital programmieren Verzögerung umfasst.
Strahlformungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Strahlformungs-Verzögerungsschaltung mehrere Strahlformungs-Verzögerungsschaltungen umfasst.
Strahlformungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die ferner mehrere Antennenschnittstellenschaltungen umfasst, wobei die mehreren Antennenschnittstellenschaltungen jeweils mit entsprechenden individuellen Verzögerungsschaltungen der mehreren Strahlformungs-Verzögerungsschaltungen gekoppelt sind.
Strahlformungsschaltung nach Anspruch 12, wobei jede Antennenschnittstellenschaltung einen Sendeverstärker und einen Empfangsverstärker umfasst.
Strahlformungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das HF-Frontend einen Radar-Sendeempfänger umfasst.
Strahlformungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die ferner ein Antennenarray umfasst, das individuelle Antennenelemente aufweist, die mit entsprechenden individuellen Verzögerungsschaltungen der mehreren Strahlformungs-Verzögerungsschaltungen gekoppelt sind.
Verfahren zur Strahlformung, umfassend: Senden eines ersten Hochfrequenzsignals zu einem mehrelementigen Antennenarray, wobei Senden Folgendes umfasst: Verzögern des ersten Hochfrequenzsignals unter Verwendung mehrerer gemeinsamer Verzögerungsschaltungen, um gemeinsam verzögerte Sendesignale zu bilden. Verzögern jedes der gemeinsam verzögerten Sendesignale unter Verwendung von individuellen Verzögerungsschaltungen, um individuell verzögerte Sendesignale zu bilden, wobei das jede gemeinsam verzögerte Sendesignal mindestens zwei individuellen Verzögerungsschaltungen zugeordnet ist; und Anlegen jedes der individuell verzögerten Sendesignale an ein jeweiliges Element des mehrelementigen Antennenarrays.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner Empfangen eines zweiten Hochfrequenzsignals über das mehrelementige Antennenarray umfasst, wobei Empfangen Folgendes umfasst: Empfangen mehrerer zweiter Hochfrequenzsignale von individuellen Elementen des mehrelementigen Arrays; Verzögern der mehreren zweiten Hochfrequenzsignale unter Verwendung entsprechender individueller Verzögerungsschaltungen, um individuell verzögerte Empfangssignale zu bilden; Kombinieren von Teilmengen individuell verzögerter Empfangssignale, um mehrere kombinierte individuell verzögerte Empfangssignale zu bilden; Verzögern jedes der mehreren kombinierten individuell verzögerten Empfangssignale unter Verwendung der mehreren gemeinsamen Verzögerungsschaltungen, um gemeinsam verzögerte Empfangssignale zu bilden; und Kombinieren der gemeinsam verzögerten Empfangssignale, um ein kombiniertes zweites Hochfrequenzsignal zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend: Erzeugen des ersten Hochfrequenzsignals unter Verwendung einer Hochfrequenz-Frontendschaltung; und Empfangen des kombinierten zweiten Hochfrequenzsignals unter Verwendung der Hochfrequenz-Frontendschaltung.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei Erzeugen des ersten Hochfrequenzsignals Erzeugen eines Radarsignals umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, ferner umfassend: Justieren von Verzögerungen der mehreren gemeinsamen Verzögerungsschaltungen; und Justieren von Verzögerungen der individuellen Verzögerungsschaltungen.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei Justieren der Verzögerungen der mehreren gemeinsamen Verzögerungsschaltungen Auswählen eines Übertragungspfads unter mehreren auswählbaren Übertragungsleitungen umfasst; und Justieren der Verzögerungen der individuellen Verzögerungsschaltungen Justieren einer Frequenz eines Allpassfilters umfasst.
Hochfrequenzsystem, umfassend: eine Hochfrequenz-Frontendschaltung; ein mehrelementiges Antennenarray; und mehrere Echt-Zeitverzögerungs-Strahlformungsschaltungen, die mit einem Schnittstellenport der Hochfrequenz-Frontendschaltung gekoppelt sind, wobei jede Echt-Zeitverzögerungs-Strahlformungsschaltung eine erste Verzögerungsschaltung mit einem ersten Port, der mit einem Schnittstellenport der Hochfrequenz-Frontendschaltung gekoppelt ist, und mehrere zwischen einem zweiten Port der ersten Verzögerungsschaltung und entsprechende Elemente des mehrelementigen Arrays gekoppelte zweite Verzögerungsschaltungen umfasst.
Hochfrequenzsystem nach Anspruch 22, wobei jede der mehreren Echt-Zeitverzögerungsschaltungen auf einer integrierten Schaltung angeordnet ist.
Hochfrequenzsystem nach Anspruch 22 oder 23, wobei das mehrelementige Array ein 8x8-Array umfasst.
Hochfrequenzsystem nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei eine Richtung eines durch die mehreren Echt-Zeitverzögerungs-Strahlformungsschaltungen und das mehrelementige Antennenarray produzierten Strahls im Wesentlichen unabhängig von der Frequenz ist.