TW202306361A - 射頻接收器與用於接收射頻輸入訊號的方法 - Google Patents

射頻接收器與用於接收射頻輸入訊號的方法 Download PDF

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Abstract

一種射頻接收器，其包含輻射元件、晶片及相移電路。該輻射元件用以接收射頻輸入訊號以產生複數個電訊號。該晶片包含放大器電路。該放大器電路用以分別自複數個輸入端接收複數個相移訊號，並放大該複數個相移訊號以產生射頻輸出訊號。該相移電路位於該晶片外，且耦接於該輻射元件與該複數個輸入端。該相移電路用以對該複數個電訊號進行移相操作，並據以產生該複數個相移訊號。該相移電路與該輻射元件形成於同一基板上。

Description

射頻接收器與用於接收射頻輸入訊號的方法
本揭示內容係關於相位陣列，尤指一種射頻傳輸器/接收器陣列，各射頻傳輸器/接收器均包含位於晶片外且與相對應之天線元件形成在同一基板上的同相/正交相移器。
於無線通訊應用（例如5G通訊網路或低軌道衛星星群（low Earth orbit satellite constellation，LEO satellite constellation））中，相位陣列天線（phased array antenna）越來越受歡迎。相位陣列系統可利用波束成型（beamforming）或波束控制（beamsteering）的技術，在各種方向上形成與控制輻射方向圖（radiation pattern）。例如，在相位陣列系統中，每一天線的輸入功率與相對相位（relative phasing）經調控即可改變輻射訊號的方向與塑型（shape），而無需移動天線。根據不同輻射訊號之間的相位差，可由電子控制的方式來調整輻射方向圖。相位陣列系統可聰明地結合若干個別天線，以實現較佳的訊號強度、增益及方向性（directivity）。此外，相位陣列系統可產生大量的波束、實現寬廣的涵蓋範圍（wide coverage），且適用於低軌道衛星星群。
本揭示的實施例提供了一種射頻傳輸器（其具有在同一基板上形成的相移器與輻射元件）、一種發射一射頻輸出訊號的方法、一種射頻接收器（其具有在同一基板上形成的相移器與輻射元件）、一種接收一射頻輸入訊號的方法，以及相關的相位陣列。
本揭示的某些實施例包含一種射頻接收器。該射頻接收器包含一輻射元件、一晶片以及一相移電路。該輻射元件用以接收一射頻輸入訊號以產生複數個電訊號。該晶片包含一放大器電路。該放大器電路用以分別自複數個輸入端接收複數個相移訊號，並放大該複數個相移訊號以產生一射頻輸出訊號。該相移電路位於該晶片外，且耦接於該輻射元件與該複數個輸入端。該相移電路用以對該複數個電訊號進行移相操作，並據以產生該複數個相移訊號。該相移電路與該輻射元件形成於同一基板上。
本揭示的某些實施例包含一種接收一射頻輸入訊號的方法。該方法包含：利用一輻射元件接收該射頻輸入訊號，以產生複數個電訊號；對該複數個電訊號進行移相操作以產生複數個相移訊號，並據以將該複數個相移訊號分別輸出至一晶片的複數個輸入端；以及利用位於該晶片中的一放大器電路來放大該複數個輸入端所接收之該複數個相移訊號，以產生一射頻輸出訊號。
藉由本揭示所提供的異質整合技術（其將主動元件與被動元件整合在相位陣列上），移相操作可在晶片外進行，從而減少所需的晶片尺寸。此外，由於晶片使用的基板的價格，通常會高於用來輻射元件所設置在的基板的價格，因此，晶片尺寸的減少有助於降低生產成本。本揭示所提供的異質整合技術另可減少在晶片內部進行訊號傳輸所造成的訊號損失。再者，射頻傳輸器/接收器能夠發射/接收的圓極化波的旋向是可選擇的。
以下揭示內容提供了多種實施方式或例示，其能用以實現本揭示內容的不同特徵。下文所述之參數值、元件與配置的具體例子係用以簡化本揭示內容。當可想見，這些敘述僅為例示，其本意並非用於限制本揭示內容。舉例來說，本揭示內容可能會在多個實施例中重複使用元件符號和/或標號。此種重複使用乃是基於簡潔與清楚的目的，且其本身不代表所討論的不同實施例及/或組態之間的關係。
此外，當可理解，若將一部件描述為與另一部件「連接（connected to）」或「耦接（coupled to）」，則兩者可直接連接或耦接，或兩者間可能出現其他中間（intervening）部件。
相位陣列可採用同相/正交（in-phase/quadrature，I/Q）相移器來發射或接收極化電磁波（polarized electromagnetic wave），例如圓極化（circularly polarized）電磁波。每一I/Q相移器均形成於積體電路（integrated circuit，IC）或晶片中，且每一I/Q相移器本身具有的同相路徑（I-path）與正交路徑（Q-path）之間存在90度的相移（phase shift）。於傳輸端所產生的相移訊號（phase shifted signal），可被放大並傳送到用來發射極化電磁波的天線元件。
例如，在實施為傳輸器陣列的相位陣列中，每一傳輸器包含一晶片與一天線元件。該晶片可包含一主動式雙向分配器（active two-way splitter）、一I/Q產生器（I/Q generator）、兩個可變增益放大器（variable gain amplifier，VGA）、一訊號加法器（signal adder）以及一功率放大器（power amplifier，PA）。該主動式雙向分配器用以將一射頻（radio frequency，RF）輸入訊號分為兩個輸入訊號。該I/Q產生器經由同相路徑與正交路徑的其中之一接收一輸入訊號，並產生一相移訊號，其落後該輸入訊號八分之一波長（例如，−45度）。此外，該I/Q產生器經由同相路徑與正交路徑的其中之另一接收另一輸入訊號，以產生另一相移訊號，其領先該另一輸入訊號八分之一波長（例如，+45度）。具有90度相位差的這兩個相移訊號係分別輸入至兩個可變增益放大器。該訊號加法器用以將這兩個可變增益放大器所輸出的兩個訊號相加，以產生該射頻輸入訊號的相移版本。該射頻輸入訊號的相移版本會被傳送至該功率放大器以產生一放大訊號。接下來，該放大訊號經由兩條傳輸線（transmission line）饋入至該天線元件的兩個饋點（feeding point），其中兩條傳輸線各自的長度相差四分之一波長。該天線元件可根據這兩個饋點上的訊號，發射圓極化電磁波。
然而，將多個電路元件整合至該晶片中，會增加所需的晶片尺寸及成本。此外，I/Q相移器（即I/Q產生器）容易受到晶片內部造成的訊號損失的影響。再者，由於上述兩饋點的訊號具有固定的相位差（例如90度），因此，從天線元件發射的電磁波係沿著固定的方向（例如順時針或逆時針方向）圓極化。
對於實施為接收器陣列的相位陣列來說，也會遇到相似的問題。例如，每一接收器包含一晶片與一天線元件。該晶片包含一低雜訊放大器（low noise amplifier，LNA）、一主動式雙向分配器、兩個可變增益放大器、一I/Q產生器以及一訊號加法器。當該天線元件接收一圓極化電磁波時，從該天線元件的兩個饋點各自輸出的訊號之間可具有90度的相位差。從這兩個饋點輸出的訊號經由兩條傳輸線分別輸入至該低雜訊放大器。上述兩條傳輸線各自的長度相差四分之一波長。因此，上述兩條傳輸線可用來補償90度的相位差，且上述兩個饋點所輸出的訊號可在該低雜訊放大器的輸入端同相相加（added up in phase）。該主動式雙向分配器用以將該低雜訊放大器的輸出分為兩個輸入訊號。上述兩個可變增益放大器用以放大這兩個輸入訊號，以產生相對應的兩個放大訊號。該I/Q產生器經由同相路徑與正交路徑接收這兩個放大訊號，據以產生兩個相移訊號。該訊號加法器用以將這兩個相移訊號相加。相加後得到的訊號會被傳送到輸出緩衝器，以完成後續操作。
相似地，將多個電路元件整合至該晶片中，會增加所需的晶片尺寸及成本。I/Q相移器（即I/Q產生器）容易受到晶片內部造成的訊號損失的影響。該接收器可接收的電磁波係沿著固定的方向（例如順時針或逆時針方向）圓極化。
本揭示提供了示例性的相位陣列，其中各相位陣列包含多個陣列單元（array element），其可實施為射頻傳輸器或射頻接收器。每一陣列單元（亦即，射頻傳輸器/接收器）包含在同一基板上形成的一相移電路（phase shifting circuit）與一輻射元件。例如，該相移電路可包含形成於晶片外的I/Q相移器，其可包含放大器電路或其他主動電路元件（active circuit element）。基於異質整合的方式，可將該晶片設置在該基板（該相移電路與該輻射元件形成於其上）。在某些實施例中，該晶片可包含一半導體晶片，主動電路元件係形成/安置於其上或其中。該相移電路與該輻射元件係形成於該基板上的一部分，而該半導體晶片則是以異質整合的方式設置在該基板上的另一部分。在某些實施例中，該相移電路與該輻射元件可形成在印刷電路板（printed circuit board，PCB）、玻璃基板、絕緣基板，或被動電路元件（passive circuit element）形成/安置於其上的各種被動基板（passive substrate）。將相移電路與輻射元件整合至同一基板可減少所需的晶片尺寸及生產成本，並減緩訊號衰減。進一步的說明如下。
圖1是依據本揭示某些實施例的示例性相位陣列的示意圖。相位陣列100包含基板102，以及排列為m列與n行的陣列單元104 1,1～104 m,n，其中m與n為正整數。每一陣列單元設置在基板102，並可實施為射頻傳輸器或射頻接收器。每一陣列單元包含（但不限於）一輻射元件、一晶片以及一相移電路。在某些實施例中，該晶片可包含主動元件（active device），諸如放大器電路。該晶片的基板可稱為主動基板（active substrate），表示主動元件或主動電路元件係形成/製備於其上。在某些實施例中，該輻射元件與該相移電路均形成於基板102上，並採用被動元件（passive device）來實施。基板102可稱為被動基板。
例如，陣列單元104 1,1包含輻射元件110 1,1、晶片120 1,1以及相移電路130 1,1。輻射元件110 1,1可藉由一天線元件（諸如微帶天線（microstrip antenna）或印刷天線（printed antenna））來實施。晶片120 1,1可藉由一半導體晶片（其包含一半導體基板）來實施。晶片120 1,1包含一放大器電路，其包含（但不限於）至少一可變增益放大器、至少一功率放大器或至少一低雜訊放大器。相移電路130 1,1可藉由被動元件（諸如傳輸線或微帶耦合器（microstrip coupler））來實施。基板102可藉由印刷電路板、玻璃基板或其他類型的絕緣基板來實施。此外，可採用異質整合的方式將晶片120 1,1（或其具有的半導體基板）設置在基板102上。
當相位陣列100應用於傳輸端時，相位陣列100可實施為相位陣列傳輸器（phased array transmitter）。陣列單元104 1,1～104 m,n中的每一陣列單元可實施為射頻傳輸器。輻射元件110 1,1～110 m,n中的每一輻射元件可稱為傳輸天線（transmitter antenna），其可用來發射電磁波。請連同圖1參閱圖2A，在相位陣列100實施為相位陣列傳輸器的某些實施例中，射頻傳輸器204A可用來實施陣列單元104 1,1～104 m,n的至少其一。射頻傳輸器204A用以根據一射頻輸入訊號R INA發射一射頻輸出訊號R OUTA。
在圖2A所示的例子中，射頻傳輸器204A可作為陣列單元104 1,1的實施例。射頻傳輸器204A包含輻射元件210A、晶片220A以及相移電路230A，其可分別作為輻射元件110 1,1、晶片120 1,1以及相移電路130 1,1的實施例。輻射元件210A用以接收複數個電訊號{EI}以產生（或生成）射頻輸出訊號R OUTA。例如，輻射元件210A可採用雙饋點天線（dual-feed antenna）來實施。輻射元件210A可經由其具有的兩個饋點接收複數個電訊號{EI}，據以產生射頻輸出訊號R OUTA。又例如，輻射元件210A可採用四饋點天線（four-feed antenna）來實施。輻射元件210A可經由其具有的四個饋點接收複數個電訊號{EI}，據以產生射頻輸出訊號R OUTA。晶片220A包含放大器電路222A，其可用來放大射頻輸入訊號R INA，以分別在輸出端TA 1～TA P產生放大訊號AS 1～AS P。P是大於1的正整數。舉例來說，放大器電路222A可使用P個增益值來放大射頻輸入訊號R INA，以分別產生放大訊號AS 1～AS P。在某些實施例中，上述P個增益值的至少其一是可調整的。
相移電路230A位於晶片220A外，且耦接於輸出端TA 1～TA P與輻射元件210A。相移電路230A用以對放大訊號AS 1～AS P進行移相操作，並據以產生饋入至輻射元件210A的複數個電訊號{EI}。相移電路230A與輻射元件210A形成在同一基板上。應注意到，由於相移電路230A可負責相關的移相操作，因此，晶片220A可無需保留用於實現I/Q相移器的空間。相較於將I/Q相移器整合於其中的晶片來說，晶片220A可具有較小的尺寸。
在某些實施例中，當相位陣列100應用於接收端時，相位陣列100可實施為相位陣列接收器。陣列單元104 1,1～104 m,n中的每一陣列單元可實施為射頻接收器。輻射元件110 1,1～110 m,n中的每一輻射元件可稱為接收天線（receiver antenna），其可用來接收電磁波。請連同圖1參閱圖2B，在相位陣列100實施為相位陣列接收器的某些實施例中，射頻接收器204B可用來實施陣列單元104 1,1～104 m,n的至少其一。射頻接收器204B用以接收一射頻輸入訊號R INB以產生一射頻輸出訊號R OUTB。
在圖2B所示的例子中，射頻接收器204B可作為陣列單元104 1,1的實施例。射頻接收器204B包含輻射元件210B、晶片220B以及相移電路230B，其可分別作為輻射元件110 1,1、晶片120 1,1以及相移電路130 1,1的實施例。輻射元件210B用以接收射頻輸入訊號R INB以產生（或生成）複數個電訊號{EO}。例如，輻射元件210B可採用雙饋點天線來實施。輻射元件210B可接收射頻輸入訊號R INB，並於其具有的兩個饋點輸出複數個電訊號{EO}。又例如，輻射元件210B可採用四饋點天線來實施。輻射元件210B可接收射頻輸入訊號R INB，並於其具有的四個饋點輸出複數個電訊號{EO}。
晶片220B包含放大器電路222B，其可分別從輸入端TB 1～TB Q接收相移訊號PS 1～PS Q。Q是大於1的正整數。此外，放大器電路222B用以放大相移訊號PS 1～PS Q，以產生射頻輸出訊號R OUTB。舉例來說，放大器電路222B可分別使用Q個增益值來放大相移訊號PS 1～PS Q，以產生射頻輸出訊號R OUTB。在某些實施例中，上述Q個增益值的至少其一是可調整的。
相移電路230B位於晶片220B外，且耦接於輻射元件210B與輸入端TB 1～TB Q。相移電路230B用以對複數個電訊號{EO}進行移相操作，據以產生相移訊號PS 1～PS Q。相似地，由於相移電路230B可負責相關的移相操作，因此，晶片220B可無需保留用於實現I/Q相移器的空間。相較於將I/Q相移器整合於其中的晶片來說，晶片220B可具有較小的尺寸。
藉由本揭示所提供的異質整合（heterogeneous integration）技術（其將主動元件與被動元件整合在相位陣列上），移相操作可在晶片外進行，從而減少所需的晶片尺寸。此外，由於晶片使用的基板的價格，通常會高於輻射元件所設置在的基板的價格，因此，晶片尺寸的減少有助於降低生產成本。再者，本揭示所提供的異質整合技術可減少在晶片內部進行訊號傳輸所造成的訊號損失。
為方便理解本揭示的內容，以下給出了某些實施例以進一步說明本揭示所提供的異質整合方案。然而，這些實施例是出於方便說明的目的，並非用來限制本揭示的範圍。只要相位陣列的傳輸器/接收器包含了位於晶片外且負責I/Q移相操作的相移電路，並且此相移電路與相對應的天線元件形成於同一基板上，設計上相關的更動與替代方案均屬於本揭示的範圍。
圖3至圖5是依據本揭示某些實施例的圖2A所示的射頻傳輸器204A的實施方式。圖6至圖8是依據本揭示某些實施例的圖2B所示的射頻接收器204B的實施方式。在圖3至圖8所示的實施例中，位於射頻傳輸器/接收器的輻射元件係採用具有兩饋點的天線元件來實施。
首先請參閱圖3，射頻傳輸器304可作為圖2A所示的射頻傳輸器204A的實施例。射頻傳輸器304包含輻射元件310、晶片320以及相移電路330，其可分別作為圖2A所示的輻射元件210A、晶片220A以及相移電路230A的實施例。在圖3所示的例子中，輻射元件310包含兩個饋點FP V與FP H。饋點FP V用以接收電訊號EI V，而饋點FP H用以接收電訊號EI H。電訊號EI V與EI H可具有相同的振幅，且相位差為90度。輻射元件310可接收電訊號EI V與EI H，以產生圓極化電磁波（例如射頻輸出訊號R OUTA）。
晶片320包含放大器電路322，其用以放大射頻輸入訊號R INA以產生兩個放大訊號AS 1與AS 2。舉例來說（但本揭示不限於此），放大器電路322可包含兩個放大器341與342，其中每一放大器均可藉由可變增益放大器來實施。射頻輸入訊號R INA可被分為兩個同相的輸入訊號。藉由對從射頻輸入訊號R INA分出來的一相對應輸入訊號進行放大操作，放大器341與342中的每一放大器可放大射頻輸入訊號R INA，並據以產生相對應的一放大訊號。
相移電路330包含相移級（phase shifting stage）332與338。相移級332耦接於晶片320的輸出端TA 1與TA 2，用以對放大訊號AS 1與AS 2的至少其一進行移相操作，以產生彼此之間具有90度相位差的相移訊號SS 1與SS 2。相移級332可結合相移訊號SS 1與SS 2以產生一結合訊號CS A。舉例來說（但本揭示不限於此），相移級332可包含相移器334以及一訊號結合器（signal combiner）（也可稱為訊號加法器）336。相移器334可將放大訊號AS 2的相位移動90度，以產生相移訊號SS 2。訊號結合器336可結合相移訊號SS 1與相移訊號SS 2，以產生結合訊號CS A。
於此實施例中，由於放大器341與訊號結合器336之間未包含相移器，因此，放大訊號AS 1可作為相移訊號SS 1。然而，這是出於說明的目的，並非用來限制本揭示的範圍。在某些實施例中，只要相移訊號SS 1與SS 2之間可具有90度的相位差，放大器341與訊號結合器336之間可包含相移器。例如，位於放大器341與訊號結合器336之間的相移器可提供第一相移量（phase shift amount），而相移器334可提供第二相移量。第一相移量與第二相移量的總和可等於或實質上等於90度。
相移級338耦接於相移級332，用以對結合訊號CS A進行移相操作，以產生電訊號EI V與EI H。舉例來說（但本揭示不限於此），相移級338可藉由兩條具有不同長度的傳輸線來實施，其中一條傳輸線用來傳輸結合訊號CS A以產生電訊號EI V，另一條傳輸線用來傳輸結合訊號CS A以產生電訊號EI H。輻射元件310可根據電訊號EI V產生射頻輸出訊號R OUTA的垂直成分（例如垂直極化成分），以及根據電訊號EI H產生射頻輸出訊號R OUTA的水平成分（例如水平極化成分）。
圖4是依據本揭示某些實施例的圖3所示的射頻傳輸器304的實施方式。射頻傳輸器404包含輻射元件410、相移電路430以及圖3所示的晶片320。輻射元件410利用雙饋點貼片天線（dual-feed patch antenna）來實施，並可作為圖3所示的輻射元件310的實施例。相移電路430可包含分支線耦合器432以及傳輸線451與452。分支線耦合器432可作為圖3所示的相移級332的實施例。傳輸線451與452可作為圖3所示的相移級338的實施例。應注意到，分支線耦合器432與每一條傳輸線均可藉由（但不限於）微帶線（microstrip line）來實施。在輻射元件410是利用微帶天線來實施的情形下，分支線耦合器432、傳輸線451與452，以及輻射元件410可同時形成於位在晶片320外的被動基板上。
於此實施例中，分支線耦合器432包含兩個輸入端TI A1與TI A2以及兩個輸出端TO A1與TO A2。輸入端TI A1與TI A2分別用以接收放大訊號AS 1與AS 2。輸出端TO A1用以輸出結合訊號CS A，而輸出端TO A2被隔離（isolated）。例如，輸出端TO A2耦接於隔離電阻R I。
傳輸線451耦接於輸出端TO A1，用以將結合訊號CS A耦接於輻射元件410，並據以產生電訊號EI V。傳輸線452耦接於輸出端TO A1，用以將結合訊號CS A耦接於輻射元件410，並據以產生電訊號EI H。於圖4所示的實施例中，傳輸線452的長度大於傳輸線451的長度。電訊號EI V與EI H之間的相位差可根據傳輸線451與452各自的長度差距來決定/調整。例如，傳輸線451與452各自的長度可相差四分之一波長或四分之一波長的奇數倍。電訊號EI V與EI H之間因此可具有90度的相位差。
於操作中，分支線耦合器432可將放大訊號AS 1與AS 2耦接於輸出端TO A1，進而產生相移訊號SS 1與SS 2。相移訊號SS 1與SS 2可在輸出端TO A1結合，以產生結合訊號CS A。分支線耦合器432可作為90°相移器與訊號結合器兩者的結合。接下來，傳輸線451與452均可將結合訊號CS A耦接於輻射元件410，進而產生電訊號EI V與EI H，其具有相同的振幅，且相位差為90度。傳輸線451與452可作為另一個90°相移器。輻射元件410可根據電訊號EI V與EI H產生右旋圓極化（right-hand circularly polarized，RHCP）波或左旋圓極化（left-hand circularly polarized，LHCP）波。
應注意到，相移電路430（例如，兩個相移器）可連同輻射元件410一併設計，而不是連同晶片320的主動元件一併設計。也就是說，分支線耦合器432、傳輸線451與452，以及輻射元件410可形成或布局（layouted）在一被動基板上。晶片面積可保留給主動元件（諸如佔據相對較小面積的主動放大器），而不是保留給相移器。因此，本揭示所提供的異質整合技術（其將主動元件與被動元件整合在相位陣列傳輸器）不僅可減少所需晶片的面積及生產成本，並可降低訊號衰減與功耗。
圖3與圖4所示的結構只是為了方便說明，並非用來限制本揭示的範圍。在某些實施例中，圖3所示的相移級332可藉由具有不同長度的傳輸線來實施，諸如圖4所示的傳輸線451與452。在某些實施例中，圖3所示的相移級338可藉由分支線耦合器來實施，諸如圖4所示的分支線耦合器432。
在某些實施例中，圖3所示的放大器電路322可包含其他電路元件。請參閱圖5，射頻傳輸器504可作為圖2A所示的射頻傳輸器204A的另一實施例。除了晶片520，射頻傳輸器504的結構與圖3所示的射頻傳輸器304大致相同/相似。於此實施例中，晶片520中的放大器電路522包含緩衝器501以及放大路徑541與542。
緩衝器 501用以緩衝射頻輸入訊號R INA，以產生一緩衝訊號BS A（亦即，射頻輸入訊號R INA的緩衝版本）。放大路徑541用以放大緩衝訊號BS A，以產生放大訊號AS 1。放大路徑542用以放大緩衝訊號BS A，以產生放大訊號AS 2。於此實施例中，放大路徑541包含放大器511及圖3所示的放大器341。放大路徑542包含放大器512及圖3所示的放大器342。放大器511與512均可藉由功率放大器（PA）來實施。由於所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀上述關於圖1至圖4的段落說明之後，應可瞭解圖5所示的射頻傳輸器504的操作細節，因此，進一步的說明在此便不再贅述。
圖6是依據本揭示某些實施例的圖2B所示的射頻接收器204B的實施方式。射頻接收器604包含輻射元件610、晶片620以及相移電路630，其可分別作為圖2B所示的輻射元件210B、晶片220B以及相移電路230B的實施例。在圖6所示的例子中，輻射元件610包含兩個饋點FP V與FP H。饋點FP V用以輸出電訊號EO V，而饋點FP H用以輸出電訊號EO H。電訊號EO V與EO H可具有相同的振幅，且相位差為90度。舉例來說，輻射元件610可接收圓極化電磁波（亦即射頻輸入訊號R INB）以產生電訊號EO V與EO H。電訊號EO V與EO H可分別因應射頻輸入訊號R INB的垂直成分與水平成分而產生。
晶片620包含放大器電路622，其用以從兩個輸入端TB 1與TB 2分別接收兩個相移訊號PS 1與PS 2。放大器電路622可放大相移訊號PS 1與PS 2，以產生射頻輸出訊號R OUTB。於此實施例中，放大器電路622可包含兩個放大器641與642以及訊號結合器626。放大器641與642中的每一放大器均可藉由可變增益放大器來實施。放大器641用以放大相移訊號PS 1以產生放大訊號SG 1。放大器642用以放大相移訊號PS 2以產生放大訊號SG 2。訊號結合器626用以結合放大訊號SG 1與SG 2，以產生射頻輸出訊號RF OUTB。
相移電路630包含相移級632與634。相移級632用以對電訊號EO V與EO H的至少其一進行移相操作，以在輸出端TC產生結合訊號CS B。舉例來說（但本揭示不限於此），相移級632可藉由兩條不同長度的傳輸線來實施，其中一條傳輸線用來傳輸電訊號EO V以產生一電訊號，另一條傳輸線用來傳輸電訊號EO H以產生另一電訊號。所產生的兩個電訊號可在輸出端TC同相（in phase）結合、疊加或相加，以產生結合訊號CS B。
相移級634用以對結合訊號CS B進行移相操作，以產生相移訊號PS 1與PS 2。舉例來說（但本揭示不限於此），相移級634可包含相移器636，其設置在輸出端TC與輸入端TB 2之間。結合訊號CS可被分為兩個輸入訊號，其中一個輸入訊號從結合訊號CS耦接到輸入端TB 1以產生相移訊號PS 1。相移器636可將另一個輸入訊號的相位移動90度，以產生相移訊號PS 2。
在某些實施例中，只要相移訊號PS 1與PS 2之間可具有90度的相位差，輸出端TC與輸入端TB 1之間可包含相移器。例如，位於輸出端TC與輸入端TB 1之間的相移器可提供第一相移量，而相移器636可提供第二相移量。第一相移量與第二相移量的總和可等於或實質上等於90度。
圖7是依據本揭示某些實施例的圖6所示的射頻接收器604的實施方式。射頻接收器704包含輻射元件710、相移電路730以及圖6所示的晶片620。輻射元件710可藉由雙饋點貼片天線來實施，並可作為圖6所示的輻射元件610的實施例。相移電路730可包含傳輸線731與732，以及分支線耦合器734。傳輸線731與732可作為圖6所示的相移級632的實施例。分支線耦合器734可作為圖6所示的相移級634的實施例。應注意到，傳輸線731、傳輸線732及分支線耦合器734可藉由（但不限於）微帶線來實施。在輻射元件710是利用微帶天線來實施的情形下，傳輸線731與732、分支線耦合器734以及輻射元件710可同時形成於位在晶片620外的被動基板上。
傳輸線731用以將電訊號EO V耦接於輸出端TC，並據以輸出電訊號EE V。傳輸線732用以將電訊號EO H耦接於輸出端TC，並據以輸出電訊號EE H。電訊號EE V與EE H可在輸出端TC同相結合、疊加或相加，以產生結合訊號CS B。於此實施例中，傳輸線732的長度大於傳輸線731的長度。例如，傳輸線731與732各自的長度可相差四分之一波長或四分之一波長的奇數倍。電訊號EE V與EE H因此可被同相相加。
分支線耦合器734包含兩個輸入端TI B1與TI B2以及兩個輸出端TO B1與TO B2。輸入端TI B1用以接收結合訊號CS B。輸入端TI B2被隔離。例如，輸入端TI B2耦接於隔離電阻R I。輸出端TO B1用以輸出相移訊號PS 1，而輸出端TO B2用以輸出相移訊號PS 2。
於操作中，輻射元件710可接收右旋圓極化波或左旋圓極化波，以輸出電訊號EO V與EO H，其具有相同的振幅，且相位差為90度。傳輸線731可將電訊號EO V耦接於輸出端TC，傳輸線732可將電訊號EO H耦接於輸出端TC。分支線耦合器734可將輸出端TC上的結合訊號CS B耦接於輸入端TB 1與TB 2。放大器電路622可放大輸入端TB 1與TB 2上的相移訊號PS 1與PS 2，進而產生射頻輸出訊號R OUTB。
應注意到，相移電路730（例如，兩個相移器）可連同輻射元件710一併設計，而不是連同晶片620的主動元件一併設計。也就是說，傳輸線731與732、分支線耦合器734以及輻射元件710可形成或布局在一被動基板上。晶片面積可保留給主動元件（諸如佔據相對較小面積的主動放大器），而不是保留給相移器。因此，本揭示所提供的異質整合技術（其將主動元件與被動元件整合在相位陣列接收器）不僅可減少所需晶片的面積及生產成本，並可降低訊號衰減與功耗。
圖6與圖7所示的結構只是為了方便說明，並非用來限制本揭示的範圍。在某些實施例中，圖6所示的相移級632可藉由分支線耦合器來實施，諸如圖7所示的分支線耦合器734。在某些實施例中，圖6所示的相移級634可藉由具有不同長度的傳輸線來實施，諸如圖7所示的傳輸線731與732。
在某些實施例中，圖6所示的放大器電路622可包含其他電路元件。請參閱圖8，射頻接收器804可作為圖2B所示的射頻接收器204B的另一實施例。除了晶片820，射頻接收器804的結構與圖6所示的射頻接收器604大致相同/相似。於此實施例中，晶片820中的放大器電路822包含放大路徑841與842、緩衝器801以及圖6所示的訊號結合器626。
放大路徑841用來放大相移訊號PS 1以產生放大訊號SG 1。放大路徑842用來放大相移訊號PS 2以產生放大訊號SG 2。於此實施例中，放大路徑841包含放大器811以及圖6所示的放大器641。放大路徑841包含放大器812以及圖6所示的放大器642。放大器811與812均可藉由低雜訊放大器來實施。訊號結合器626可結合放大訊號SG 1與SG 2以產生結合訊號BS B。緩衝器 801可緩衝結合訊號BS B以產生射頻輸出訊號RF OUTB（亦即，結合訊號BS B的緩衝版本）。由於所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀上述關於圖1至圖7的段落說明之後，應可瞭解圖8所示的射頻接收器804的操作細節，因此，進一步的說明在此便不再贅述。
圖9至圖12是依據本揭示某些實施例的圖2A所示的射頻傳輸器204A的實施方式。圖13至圖16是依據本揭示某些實施例的圖2B所示的射頻接收器204B的實施方式。在圖9至圖16所示的實施例中，位於射頻傳輸器/接收器的輻射元件係採用具有兩饋點的天線元件來實施。此外，射頻傳輸器/接收器能夠發射/接收的圓極化波的旋向（direction of rotation）是可選擇的。
首先請參閱圖9，射頻傳輸器904可作為圖2A所示的射頻傳輸器204A的實施例。射頻傳輸器904包含晶片920、相移電路930以及圖3所示的輻射元件310。晶片920與相移電路930可分別作為圖2A所示的晶片220A與相移電路230A的實施例。在圖9所示的例子中，電訊號EI V與EI H可具有相同的振幅，且相位差為90度。輻射元件310可接收電訊號EI V與EI H，以產生圓極化電磁波（亦即，射頻輸出訊號R OUTA）。
晶片920包含放大器電路922，其用以放大射頻輸入訊號R INA以產生四個放大訊號AS 1～AS 4。舉例來說（但本揭示不限於此），放大器電路922可包含緩衝器901以及四條放大路徑。緩衝器901用以緩衝射頻輸入訊號R INA以產生緩衝訊號BS X（亦即，射頻輸入訊號R INA的緩衝版本）。四個放大器941～944分別用來實施上述四條放大路徑。放大器941～944中的每一放大器均可藉由可變增益放大器來實施。緩衝訊號BS X可被分為四個同相的輸入訊號。藉由對從緩衝訊號BS X分出來的一相對應輸入訊號進行放大操作，每一放大器可放大射頻輸入訊號R INA，並據以產生相對應的一放大訊號。
相移電路930包含相移級931與932。相移級931耦接於晶片920的輸出端TA 1與TA 2以接收放大訊號AS 1與AS 2。相移級931用以對放大訊號AS 1與AS 2的至少其一進行移相操作，以產生彼此之間具有90度相位差的相移訊號SS 1與SS 2。相移級931可結合相移訊號SS 1與SS 2以產生電訊號EI V。於此實施例中，相移級931可藉由圖3所示的相移級332來實施。例如，相移級931可包含相移器933與訊號結合器935，其可分別藉由圖3所示的相移器334與訊號結合器336來實施。
相移級932耦接於晶片920的輸出端TA 3與TA 4以接收放大訊號AS 3與AS 4。相移級932用以對放大訊號AS 3與AS 4的至少其一進行移相操作，以產生彼此之間具有90度相位差的相移訊號SS 3與SS 4。相移級932可結合相移訊號SS 3與SS 4以產生電訊號EI H。於此實施例中，相移級932可藉由圖3所示的相移級332來實施。例如，相移級932可包含相移器934與訊號結合器936，其可分別藉由圖3所示的相移器334與訊號結合器336來實施。
圖10是依據本揭示某些實施例的圖9所示的射頻傳輸器904的實施方式。射頻傳輸器1004包含相移電路1030、圖4所示的輻射元件410，以及圖9所示的晶片920。相移電路1030可包含分支線耦合器1031與1032，其可分別作為圖9所示的相移級931與932的實施例。應注意到，分支線耦合器1031與1032可藉由（但不限於）微帶線來實施。在輻射元件410是利用微帶天線來實施的情形下，分支線耦合器1031與1032以及輻射元件410可同時形成於位在晶片920外的被動基板上。
於此實施例中，分支線耦合器1031與1032中的每一分支線耦合器均可藉由圖4所示的分支線耦合器432來實施。分支線耦合器1031包含兩個輸入端TI A11與TI A12以及兩個輸出端TO A11與TO A12。輸入端TI A11與TI A12分別用以接收放大訊號AS 1與AS 2。輸出端TO A11用以輸出電訊號EI V，而輸出端TO A12被隔離。例如，輸出端TO A12耦接於隔離電阻R I。相似地，分支線耦合器1032包含兩個輸入端TI A21與TI A22以及兩個輸出端TO A21與TO A22。輸入端TI A21與TI A22分別用以接收放大訊號AS 3與AS 4。輸出端TO A21用以輸出電訊號EI H，而輸出端TO A22被隔離。例如，輸出端TO A22耦接於隔離電阻R I。
於操作中，分支線耦合器1031可將放大訊號AS 1與AS 2耦接於饋點FP V，進而產生電訊號EI V。分支線耦合器1031可作為90°相移器與訊號結合器兩者的結合。分支線耦合器1032可將放大訊號AS 3與AS 4耦接於饋點FP H，進而產生電訊號EI H。分支線耦合器1032可作為90°相移器與訊號結合器兩者的結合。輻射元件410可根據電訊號EI V與EI H產生右旋圓極化波或左旋圓極化波。
應注意到，相移電路1030（例如，兩個相移器）可連同輻射元件410一併設計，而不是連同晶片920的主動元件一併設計。也就是說，分支線耦合器1031與1032以及輻射元件410可形成或布局在一被動基板上。晶片面積可保留給主動元件而不是相移器，進而減少所需晶片的面積及生產成本。此外，圖9與圖10所示的結構只是為了方便說明，並非用來限制本揭示的範圍。在某些實施例中，圖9所示的相移級931/932可藉由具有不同長度的傳輸線來實施。
圖9與圖10所示的射頻傳輸器可根據放大路徑各自的增益值，調整所發射的圓極化波的旋向。請再次參閱圖9，放大器941～944各自的增益值是可調整的。舉例來說（但本揭示不限於此），放大器941可使用一增益值（選自包含+a與−a的一組數值，a為實數）來放大射頻輸入訊號R INA，以產生放大訊號AS 1。放大器942可使用一增益值（選自包含+b與−b的一組數值，b為實數）來放大射頻輸入訊號R INA，以產生放大訊號AS 2。放大器943可使用一增益值（選自包含+b與−b的一組數值）來放大射頻輸入訊號R INA，以產生放大訊號AS 3。放大器944可使用一增益值（選自包含+a與−a的一組數值）來放大射頻輸入訊號R INA，以產生放大訊號AS 4。
在某些實施例中，當放大器941的增益值是放大器944的增益值的相反數，且放大器942的增益值等於放大器943的增益值時，輻射元件310所輸出的射頻輸出訊號R OUTA沿著一方向圓極化。在某些實施例中，當放大器941的增益值等於放大器944的增益值，且放大器942的增益值是放大器943的增益值的相反數時，輻射元件310所輸出的射頻輸出訊號R OUTA沿著另一方向圓極化。
圖11A是圖9所示的放大器電路922的示例性增益組態的示意圖。於此實施例中，射頻傳輸器904可根據放大器電路922的增益組態，發射左旋圓極化波。也就是說，射頻輸出訊號R OUTA可沿著左手指向（left-handed sense）或逆時針方向旋轉。為方便說明，射頻輸入訊號R INA可以是表示為cos(ꞷt)的餘弦波，其中ω是角頻率，t是時間。為了發射左旋圓極化波，輻射元件310可接收表示為+b∙cos(ꞷt)−a∙sin(ꞷt)的電訊號EI H，以及接收表示為+a∙cos(ꞷt)+b∙sin(ꞷt)的電訊號EI V。因此，當放大器941～944各自的增益值分別設為+a、+b、+b與−a時，輻射元件310可發射出左旋圓極化波。
圖11B是圖9所示的放大器電路922的示例性增益組態的示意圖。於此實施例中，射頻傳輸器904可根據放大器電路922的增益組態，發射右旋圓極化波。也就是說，射頻輸出訊號R OUTA可沿著右手指向（right-handed sense）或順時針方向旋轉。為方便說明，射頻輸入訊號R INA可以是表示為cos(ꞷt)的餘弦波，其中ω是角頻率，t是時間。為了發射右旋圓極化波，輻射元件310可接收表示為−b∙cos(ꞷt)+a∙sin(ꞷt)的電訊號EI H，以及接收表示為+a∙cos(ꞷt)+b∙sin(ꞷt)的電訊號EI V。因此，當放大器941～944各自的增益值分別設為+a、+b、−b與−a時，輻射元件310可發射出右旋圓極化波。
在某些實施例中，圖9所示的放大器電路922可包含其他電路元件。請參閱圖12，射頻傳輸器1204可作為圖2A所示的射頻傳輸器204A的另一實施例。除了晶片1220，射頻傳輸器1204的結構與圖9所示的射頻傳輸器904大致相同/相似。於此實施例中，晶片1220中的放大器電路1222包含放大路徑1241～124以及圖9所示的緩衝器901。
放大路徑1241用以放大緩衝訊號BS X，以產生放大訊號AS 1。放大路徑1242用以放大緩衝訊號BS X，以產生放大訊號AS 2。放大路徑1243用以放大緩衝訊號BS X，以產生放大訊號AS 3。放大路徑1244用以放大緩衝訊號BS X，以產生放大訊號AS 4。於此實施例中，放大路徑1241包含放大器1211以及圖9所示的放大器941。放大路徑1242包含放大器1212以及圖9所示的放大器942。放大路徑1243包含放大器1213以及圖9所示的放大器943。放大路徑1244包含放大器1214以及圖9所示的放大器944。放大器1211～1214均可藉由功率放大器來實施。由於所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀上述關於圖1至圖11B的段落說明之後，應可瞭解圖12所示的射頻傳輸器1204的操作細節，因此，進一步的說明在此便不再贅述。
圖13是依據本揭示某些實施例的圖2B所示的射頻接收器204B的實施方式。射頻接收器1304包含晶片1320、相移電路1330以及圖6所示的輻射元件610。晶片1320與相移電路1330可分別作為圖2B所示的晶片220B與相移電路230B的實施例。在圖13所示的例子中，電訊號EO V與EO H可具有相同的振幅，且相位差為90度。
晶片1320包含放大器電路1322，其用以從四個輸入端TB 1～TB 4分別接收四個相移訊號PS 1～PS 4。放大器電路1322可放大相移訊號PS 1～PS 4，以產生射頻輸出訊號R OUTB。於此實施例中，放大器電路1322可包含四條放大路徑、訊號結合器1326以及緩衝器1301。四個放大器1341～1344分別用來實施上述四條放大路徑。每一放大器均可藉由可變增益放大器來實施。
放大器1341用以放大相移訊號PS 1以產生放大訊號SG 1。放大器1342用以放大相移訊號PS 2以產生放大訊號SG 2。放大器1343用以放大相移訊號PS 3以產生放大訊號SG 3。放大器1344用以放大相移訊號PS 4以產生放大訊號SG 4。訊號結合器1326用以結合放大訊號SG 1～SG 4，以產生結合訊號BS Y。緩衝器 1301可緩衝結合訊號BS Y以產生射頻輸出訊號RF OUTB（亦即，結合訊號BS Y的緩衝版本）。
相移電路1330包含相移級1331與1332。相移級1331用以對電訊號EO V進行移相操作，以產生相移訊號PS 1與PS 2。相移級1332用以對電訊號EO H進行移相操作，以產生相移訊號PS 3與PS 4。於此實施例中，相移級1331與1332均可藉由圖6所示的相移級634來實施。舉例來說，相移級1331可包含相移器1333，其可藉由圖6所示的相移器636來實施。相移級1332可包含相移器1334，其可藉由圖6所示的相移器636來實施。
圖14是依據本揭示某些實施例的圖13所示的射頻接收器1304的實施方式。射頻接收器1404包含相移電路1430、圖7所示的輻射元件710，以及圖13所示的晶片1320。相移電路1430可包含分支線耦合器1431與1432，其可分別作為圖13所示的相移級1331與1332的實施例。應注意到，分支線耦合器1431與1432可藉由（但不限於）微帶線來實施。在輻射元件710是利用微帶天線來實施的情形下，分支線耦合器1431與1432以及輻射元件710可同時形成於位在晶片1320外的被動基板上。
於此實施例中，分支線耦合器1431與1432均可藉由圖7所示的分支線耦合器734來實施。分支線耦合器1431包含兩個輸入端TI B11與TI B12以及兩個輸出端TO B11與TO B12。輸入端TI B11用以接收電訊號EI V。輸入端TI B12被隔離。例如，輸入端TI B12耦接於隔離電阻R I。輸出端TO B11用以輸出相移訊號PS 1，而輸出端TO B12用以輸出相移訊號PS 2。相似地，分支線耦合器1432包含兩個輸入端TI B21與TI B22以及兩個輸出端TO B21與TO B22。輸入端TI B21用以接收電訊號EI H。輸入端TI B22被隔離。例如，輸入端TI B22耦接於隔離電阻R I。輸出端TO B21用以輸出相移訊號PS 3，而輸出端TO B22用以輸出相移訊號PS 4。
於操作中，輻射元件710可接收右旋圓極化波或左旋圓極化波，以輸出電訊號EO V與EO H，其具有相同的振幅，且相位差為90度。分支線耦合器1431可將饋點FP V上的電訊號EO V耦接於輸入端TB 1與TB 2。分支線耦合器1432可將饋點FP H上的電訊號EO H耦接於輸入端TB 3與TB 4。放大器電路1322位於輸入端TB 1～TB 4上的相移訊號PS 1～PS 4，進而產生射頻輸出訊號R OUTB。
應注意到，相移電路1430（例如，兩個90°相移器）可連同輻射元件710一併設計，而不是連同晶片1320的主動元件一併設計。也就是說，分支線耦合器1431與1432以及輻射元件710可形成或布局在一被動基板上。晶片面積可保留給主動元件而不是相移器，從而減少所需晶片的面積及生產成本。此外，圖13與圖14所示的結構只是為了方便說明，並非用來限制本揭示的範圍。在某些實施例中，圖13所示的相移級1331/1332可藉由具有不同長度的傳輸線來實施。
圖13與圖14所示的射頻接收器可調整放大路徑各自的增益值，以接收沿著一預定方向旋轉的圓極化波。請再次參閱圖13，放大器1341～1344各自的增益值是可調整的。舉例來說（但本揭示不限於此），放大器1341可使用一增益值（選自包含+a與−a的一組數值）來放大相移訊號PS 1，以產生放大訊號SG 1。放大器1342可使用一增益值（選自包含+b與−b的一組數值）來放大相移訊號PS 2，以產生放大訊號SG 2。放大器1343可使用一增益值（選自包含+b與−b的一組數值）來放大相移訊號PS 3，以產生放大訊號SG 3。放大器1344可使用一增益值（選自包含+a與−a的一組數值）來放大相移訊號PS 4，以產生放大訊號SG 4。在某些實施例中，當放大器1341的增益值是放大器1344的增益值的相反數，且放大器1342的增益值等於放大器1343的增益值時，輻射元件610可接收沿著一方向圓極化的射頻輸入訊號R INB。在某些實施例中，當放大器1341的增益值等於放大器1344的增益值，且放大器1342的增益值等於放大器1343的增益值時，輻射元件610可接收沿著另一方向圓極化的射頻輸入訊號R INB。
圖15A是圖13所示的放大器電路1322的示例性增益組態的示意圖。於此實施例中，射頻接收器1304用以根據放大器電路1322的增益組態，接收左旋圓極化波。當輻射元件610接收左旋圓極化波時，電訊號EO V的相位會落後電訊號EO H的相位90度。為方便說明，電訊號EO H可以是表示為α∙sin(ꞷt)的正弦波，而電訊號EO V可以是表示為α∙cos(ꞷt)的餘弦波，其中α是振幅，ω是角頻率，t是時間。為了保存電訊號EO V與EO H所攜帶的資訊，放大器電路1322可將放大器1341～1344各自的增益值設為+a、+b、+b與−a，進而輸出表示為2α∙(a∙cos(ꞷt)+ b∙sin(ꞷt))的射頻輸出訊號R OUTB。
圖15B是圖13所示的放大器電路1322的示例性增益組態的示意圖。於此實施例中，射頻接收器1304用以根據放大器電路1322的增益組態，接收右旋圓極化波。當輻射元件610接收右旋圓極化波時，電訊號EO V的相位會超前電訊號EO H的相位90度。為方便說明，電訊號EO H可以是表示為α∙cos(ꞷt)的餘弦波，而電訊號EO V可以是表示為α∙sin(ꞷt)的正弦波，其中α是振幅，ω是角頻率，t是時間。為了保存電訊號EO V與EO H所攜帶的資訊，放大器電路1322可將放大器1341～1344各自的增益值設為+a、+b、+b與+a，進而輸出表示為2α∙(b∙cos(ꞷt)+ a∙sin(ꞷt))的射頻輸出訊號R OUTB。
在某些實施例中，圖13所示的放大器電路1322可包含其他電路元件。請參閱圖16，射頻接收器1604可作為圖2B所示的射頻接收器204B的另一實施例。除了晶片1620，射頻接收器1604的結構與圖13所示的射頻接收器1304大致相同/相似。於此實施例中，晶片1620中的放大器電路1622包含放大路徑1641～1644以及圖13所示的緩衝器1301。
放大路徑1641用來放大相移訊號PS 1以產生放大訊號SG 1。放大路徑1642用來放大相移訊號PS 2以產生放大訊號SG 2。放大路徑1643用來放大相移訊號PS 3以產生放大訊號SG 3。放大路徑1644用來放大相移訊號PS 4以產生放大訊號SG 4。於此實施例中，放大路徑1641包含放大器1611以及圖13所示的放大器1341。放大路徑1642包含放大器1612以及圖13所示的放大器1342。放大路徑1643包含放大器1613以及圖13所示的放大器1343。放大路徑1644包含放大器1614以及圖13所示的放大器1344。放大器1611～1614均可藉由低雜訊放大器來實施。由於所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀上述關於圖1至圖15的段落說明之後，應可瞭解圖16所示的射頻接收器1604的操作細節，因此，進一步的說明在此便不再贅述。
圖17至圖19是依據本揭示某些實施例的圖2A所示的射頻傳輸器204A的實施方式。圖20至圖22是依據本揭示某些實施例的圖2B所示的射頻接收器204B的實施方式。在圖17至圖22所示的實施例中，位於射頻傳輸器/接收器的輻射元件係採用具有四饋點的天線元件來實施。此外，射頻傳輸器/接收器能夠發射/接收的圓極化波的旋向是可選擇的。
首先請參閱圖17，射頻傳輸器1704可作為圖2A所示的射頻傳輸器204A的實施例。射頻傳輸器1704包含輻射元件1710、相移電路1730以及圖9所示的晶片920。輻射元件1710與相移電路1730可分別作為圖2A所示的輻射元件210A與相移電路230A的實施例。在圖17所示的例子中，輻射元件1710可包含四個饋點F1～F4，其分別用以接收電訊號EI H1、EI V2、EI H3與EI V4。輻射元件1710可接收電訊號EI H1、EI V2、EI H3與EI V4以產生圓極化訊號（亦即，射頻輸出訊號R OUTA）。舉例來說，輻射元件1710可根據電訊號EI V2與EI V4產生射頻輸出訊號R OUTA的垂直成分，以及根據電訊號EI H1與EI H3產生射頻輸出訊號R OUTA的水平成分。電訊號EI H1與EI V2可具有相同的振幅，且相位差為90度。電訊號EI H3與EI V4可具有相同的振幅，且相位差為90度。
相移電路1730包含相移級1731與1732。相移級1731用以對放大訊號AS 1與AS 2進行相移操作，以產生相位差為90度的電訊號EI H1與EI V2。於此實施例中，相移級1731可包含傳輸線1751與1752。傳輸線1751用以將放大訊號AS 1耦接於饋點F1，並據以產生電訊號EI H1。傳輸線1752用以將放大訊號AS 2耦接於饋點F2，並據以產生電訊號EI V2。傳輸線1751的長度大於傳輸線1752的長度。舉例來說，傳輸線1752可將放大訊號AS 2的相位移動+θ度，而傳輸線1751可將放大訊號AS 1的相位移動(+θ+90°)度。傳輸線1751與1752各自的長度可相差四分之一波長。
相移級1732用以對放大訊號AS 3與AS 4進行相移操作，以產生相位差為90度的電訊號EI H3與EI V4。於此實施例中，相移級1732可包含傳輸線1753與1754。傳輸線1753用以將放大訊號AS 3耦接於饋點F3，並據以產生電訊號EI H3。傳輸線1754用以將放大訊號AS 4耦接於饋點F4，並據以產生電訊號EI V4。傳輸線1754的長度大於傳輸線1753的長度。舉例來說，傳輸線1753可將放大訊號AS 3的相位移動+θ度，而傳輸線1754可將放大訊號AS 4的相位移動(+θ+90°)度。傳輸線1753與1754各自的長度可相差四分之一波長。
於操作中，傳輸線1751與1752可作為90°相移器，其可根據放大訊號AS 1與AS 2產生電訊號EI H1與EI V2。傳輸線1753與1754可作為90°相移器，其可根據放大訊號AS 3與AS 4產生電訊號EI H3與EI V4。輻射元件1710可根據電訊號EI H1、EI H3、EI V2與EI V4產生右旋圓極化波或左旋圓極化波。
應注意到，傳輸線1751～1754可藉由（但不限於）微帶線來實施。在輻射元件1710是利用微帶天線來實施的情形下，傳輸線1751～1754以及輻射元件1710可同時形成於位在晶片920外的被動基板上。也就是說，相移電路1730（例如，兩個相移器）可連同輻射元件1710一併設計，而不是連同晶片920的主動元件一併設計。傳輸線1751～1754以及輻射元件1710可形成或布局在一被動基板上。晶片面積可保留給主動元件而不是相移器，進而減少所需晶片的面積及生產成本。此外，圖17所示的結構只是為了方便說明，並非用來限制本揭示的範圍。在某些實施例中，圖17所示的相移級1731/1732可藉由一或多個分支線耦合器來實施。
射頻傳輸器1704可根據放大路徑各自的增益值，調整所發射的圓極化波的旋向。舉例來說（但本揭示不限於此），放大器941可使用一增益值（選自包含+a與−a的一組數值）來放大射頻輸入訊號R INA，以產生放大訊號AS 1。放大器942可使用一增益值（選自包含+a與−a的一組數值）來放大射頻輸入訊號R INA，以產生放大訊號AS 2。放大器943可使用一增益值（選自包含+b與−b的一組數值）來放大射頻輸入訊號R INA，以產生放大訊號AS 3。放大器944可使用一增益值（選自包含+b與−b的一組數值）來放大射頻輸入訊號R INA，以產生放大訊號AS 4。
在某些實施例中，當放大器941的增益值等於放大器942的增益值，且放大器943的增益值等於放大器944的增益值的相反數時，輻射元件1710所輸出的射頻輸出訊號R OUTA沿著一方向圓極化。在某些實施例中，當放大器941的增益值等於放大器942的增益值的相反數，且放大器943的增益值等於放大器944的增益值時，輻射元件1710所輸出的射頻輸出訊號R OUTA沿著另一方向圓極化。
圖18A是圖17所示的放大器電路922的示例性增益組態的示意圖。於此實施例中，射頻傳輸器1704可根據放大器電路922的增益組態，發射左旋圓極化波。也就是說，射頻輸出訊號R OUTA可沿著左手指向或逆時針方向旋轉。為方便說明，射頻輸入訊號R INA可以是表示為cos(ꞷt)的餘弦波，其中ω是角頻率，t是時間。為了發射左旋圓極化波，輻射元件1710可接收表示為+b∙cos(ꞷt)−a∙sin(ꞷt)的第一訊號成分，以及接收表示為+a∙cos(ꞷt)+b∙sin(ꞷt)的第二訊號成分。上述第一訊號成分係與左旋圓極化波的水平成分相關，而上述第二訊號成分係與左旋圓極化波的垂直成分相關。因此，放大器941～944各自的增益值可分別設為−a、−a、−b與+b。
圖18B是圖17所示的放大器電路922的示例性增益組態的示意圖。於此實施例中，射頻傳輸器1704可根據放大器電路922的增益組態，發射右旋圓極化波。也就是說，射頻輸出訊號R OUTA可沿著右手指向或順時針方向旋轉。為方便說明，射頻輸入訊號R INA可以是表示為cos(ꞷt)的餘弦波，其中ω是角頻率，t是時間。為了發射右旋圓極化波，輻射元件1710可接收表示為−b∙cos(ꞷt)+a∙sin(ꞷt)的第一訊號成分，以及接收表示為+a∙cos(ꞷt)+b∙sin(ꞷt)的第二訊號成分。上述第一訊號成分係與右旋圓極化波的水平成分相關，而上述第二訊號成分係與右旋圓極化波的垂直成分相關。因此，放大器941～944各自的增益值可分別設為+a、−a、+b與+b。
在某些實施例中，圖17所示的放大器電路922可包含其他電路元件。請參閱圖19，射頻傳輸器1904可作為圖2A所示的射頻傳輸器204A的另一實施例。除了採用圖12所示的晶片1220來放大射頻輸入訊號R INA以外，射頻傳輸器1904的結構與圖17所示的射頻傳輸器1704大致相同/相似。由於所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀上述關於圖1至圖18B的段落說明之後，應可瞭解圖19所示的射頻傳輸器1904的操作細節，因此，進一步的說明在此便不再贅述。
圖20是依據本揭示某些實施例的圖2B所示的射頻接收器204B的實施方式。射頻接收器2004包含輻射元件2010、相移電路2030以及圖13所示的晶片1320。輻射元件2010與相移電路2030可分別作為圖2B所示的輻射元件210B與相移電路230B的實施例。在圖20所示的例子中，輻射元件2010包含四個饋點F1～F4，其分別用以輸出電訊號EO H1、EO V2、EO H3與EO V4。舉例來說，輻射元件2010可接收圓極化電磁波（亦即，射頻輸入訊號R INB）以產生電訊號EO H1、EO V2、EO H3與EO V4。電訊號EO H1與EO H3可因應射頻輸入訊號R INB的垂直成分而產生。電訊號EO V2與EO V4可因應射頻輸入訊號R INB的水平成分而產生。電訊號EO H1與EO V2可具有相同的振幅，且相位差為90度。電訊號EO H3與EO V4可具有相同的振幅，且相位差為90度。
相移電路2030包含相移級2031與2032。相移級2031用以對電訊號EO H1與EO V2進行移相操作，以產生相移訊號PS 1與PS 2。於此實施例中，相移級2031可包含傳輸線2051與2052。傳輸線2051用以將電訊號EO H1耦接於輸入端TB 1，並據以產生相移訊號PS 1。傳輸線2052用以將電訊號EO V2耦接於輸入端TB 2，並據以產生相移訊號PS 2。傳輸線2051的長度大於傳輸線2052的長度。舉例來說，傳輸線2052可將電訊號EO V2的相位移動+θ度，而傳輸線2051可將電訊號EO H1的相位移動(+θ+90°)度。傳輸線2051與2052各自的長度可相差四分之一波長。
相移級2032用以對電訊號EO H3與EO V4進行移相操作，以產生相移訊號PS 3與PS 4。於此實施例中，相移級2032可包含傳輸線2053與2054。傳輸線2053用以將電訊號EO H3耦接於輸入端TB 3，並據以產生相移訊號PS 3。傳輸線2054用以將電訊號EO V4耦接於輸入端TB 4，並據以產生相移訊號PS 4。傳輸線2054的長度大於傳輸線2053的長度。舉例來說，傳輸線2053可將電訊號EO H3的相位移動+θ度，而傳輸線2054可將電訊號EO V4的相位移動(+θ+90°)度。傳輸線2053與2054各自的長度可相差四分之一波長。
於操作中，輻射元件2010可根據電訊號EO H1、EO H3、EO V2與EO V4產生右旋圓極化波或左旋圓極化波。傳輸線2051與2052可作為90°相移器，其可根據電訊號EO H1與EO V2產生相移訊號PS 1與PS 2。傳輸線2053與2054可作為90°相移器，其可根據電訊號EO H3與EO V4產生相移訊號PS 3與PS 4。放大器電路1322可放大輸入端TB 1～TB 4上的相移訊號PS 1～PS 4，進而產生射頻輸出訊號R OUTB。
應注意到，相移電路2030（例如，兩個90°相移器）可連同輻射元件2010一併設計，而不是連同晶片1320的主動元件一併設計。傳輸線2051～2054以及輻射元件2010可形成或布局在一被動基板上。晶片面積可保留給主動元件而不是相移器，進而減少所需晶片的面積及生產成本。此外，圖20所示的結構只是為了方便說明，並非用來限制本揭示的範圍。在某些實施例中，圖20所示的相移級2031/2032可藉由一或多個分支線耦合器來實施。
射頻接收器2004可調整放大路徑各自的增益值，以接收沿著一預定方向旋轉的圓極化波。舉例來說（但本揭示不限於此），放大器1341可使用一增益值（選自包含+a與−a的一組數值）來放大相移訊號PS 1，以產生放大訊號SG 1。放大器1342可使用一增益值（選自包含+a與−a的一組數值）來放大相移訊號PS 2，以產生放大訊號SG 2。放大器1343可使用一增益值（選自包含+b與−b的一組數值）來放大相移訊號PS 3，以產生放大訊號SG 3。放大器1344可使用一增益值（選自包含+b與−b的一組數值）來放大相移訊號PS 4，以產生放大訊號SG 4。
在某些實施例中，當放大器1341的增益值等於放大器1342的增益值，且放大器1343的增益值是放大器1344的增益值的相反數時，輻射元件2010可接收沿著一方向圓極化的射頻輸入訊號R INB。在某些實施例中，當放大器1341的增益值是放大器1342的增益值的相反數，且放大器1343的增益值等於放大器1344的增益值時，輻射元件2010可接收沿著另一方向圓極化的射頻輸入訊號R INB。
圖21A是圖20所示的放大器電路1322的示例性增益組態的示意圖。於此實施例中，射頻接收器1304用以根據放大器電路1322的增益組態，接收左旋圓極化波。也就是說，輸入至輻射元件2010的射頻輸入訊號R INB可沿著左手指向或逆時針方向旋轉。輻射元件2010可分別因應左旋圓極化波的水平成分與垂直成分輸出第一訊號成分與第二訊號成分。上述第一訊號成分與第二訊號成分可分別表示為α∙sin(ꞷt)與α∙cos(ꞷt)，其中α是振幅，ω是角頻率，t是時間。舉例來說，電訊號EO H1與EO H3可分別表示為0.5α∙sin(ꞷt)與−0.5α∙sin(ꞷt)。電訊號EO V2與EO V4可分別表示為0.5α∙cos(ꞷt)與−0.5α∙cos(ꞷt)。為了保存電訊號EO H1、EO V2、EO H3與EO V4所攜帶的資訊，放大器電路1322可將放大器1341～1344各自的增益值分別設為−a、−a、−b與+b，進而輸出表示為α∙(a∙cos(ꞷt)+ b∙sin(ꞷt))的射頻輸出訊號R OUTB。
圖21B是圖20所示的放大器電路1322的示例性增益組態的示意圖。於此實施例中，射頻接收器1304用以根據放大器電路1322的增益組態，接收右旋圓極化波。也就是說，輸入至輻射元件2010的射頻輸入訊號R INB可沿著右手指向或順時針方向旋轉。輻射元件2010可分別因應右旋圓極化波的水平成分與垂直成分輸出第一訊號成分與第二訊號成分。上述第一訊號成分與第二訊號成分可分別表示為α∙cos(ꞷt)與α∙sin(ꞷt)，其中α是振幅，ω是角頻率，t是時間。舉例來說，電訊號EO H1與EO H3可分別表示為0.5α∙cos(ꞷt)與−0.5α∙cos(ꞷt)。電訊號EO V2與EO V4可分別表示為0.5α∙sin(ꞷt)與−0.5α∙sin(ꞷt)。為了保存電訊號EO H1、EO V2、EO H3與EO V4所攜帶的資訊，放大器電路1322可將放大器1341～1344各自的增益值分別設為+a、−a、−b與−b，進而輸出表示為α∙(b∙cos(ꞷt)+ a∙sin(ꞷt))的射頻輸出訊號R OUTB。
在某些實施例中，圖20所示的放大器電路1322可包含其他電路元件。請參閱圖22，射頻接收器2204可作為圖2B所示的射頻接收器204B的另一實施例。除了採用圖16所示的晶片1620來輸出射頻輸出訊號R OUTB以外，射頻接收器2204的結構與圖20所示的射頻接收器2004大致相同/相似。由於所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀上述關於圖1至圖21B的段落說明之後，應可瞭解圖22所示的射頻接收器2204的操作細節，因此，進一步的說明在此便不再贅述。
圖23是依據本揭示某些實施例的相位陣列的陣列單元之間的互連結構示意圖。相位陣列2300可作為圖1所示的相位陣列100的實施例。相位陣列2300包含訊號耦合器301～315以及陣列單元2304 1,1～2304 4,4。訊號耦合器301～315採用二元樹的結構（binary tree configuration）而彼此耦接。舉例來說，訊號耦合器301～308中的每一訊號耦合器處於第一階層（level），用以將兩個陣列單元耦接於處於第二階層的另一訊號耦合器，其中第二階層高於第一階層。訊號耦合器309～312中的每一訊號耦合器處於第二階層，用以將處於第一階層的兩個訊號耦合器耦接於處於第三階層的另一訊號耦合器，其中第三階層高於第二階層。
陣列單元2304 1,1～2304 4,4可作為圖1所示的陣列單元104 1,1～104 m,n的實施方式。於此實施例中，當相位陣列2300實施為相位陣列傳輸器時，陣列單元2304 1,1～2304 4,4均可藉由圖17所示的射頻傳輸器1704來實施。也就是說，陣列單元2304 1,1～2304 4,4中的每一陣列單元均可包含圖17所示的輻射元件（標註為A）、晶片（標註為C）以及四條傳輸線。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可瞭解，陣列單元2304 1,1～2304 4,4中的每一陣列單元均可藉由上文所述的任何一個射頻傳輸器來實施，而不會悖離本揭示的範圍。此外，訊號耦合器301～315中的每一訊號耦合器可操作為功率分配器（power splitter）。射頻輸入訊號R IN可傳送到射頻埠2301。
當相位陣列2300實施為相位陣列接收器時，陣列單元2304 1,1～2304 4,4均可藉由圖20所示的射頻接收器2004來實施。也就是說，陣列單元2304 1,1～2304 4,4中的每一陣列單元均可包含圖20所示的輻射元件、晶片以及四條傳輸線。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可瞭解，陣列單元2304 1,1～2304 4,4中的每一陣列單元均可藉由上文所述的任何一個射頻接收器來實施，而不會悖離本揭示的範圍。此外，訊號耦合器301～315中的每一訊號耦合器可操作為功率合成器（power combiner）。射頻輸出訊號R OUT可從射頻埠2301輸出。
由於所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀上述關於圖21至圖22的段落說明之後，應可瞭解圖23所示的相位陣列2300的操作細節，因此，進一步的說明在此便不再贅述。
圖24是依據本揭示某些實施例的相位陣列的陣列單元之間的互連結構示意圖。相位陣列2400可作為圖1所示的相位陣列100的實施例。相位陣列2400包含傳輸線461～464、電阻元件R1～R4、訊號耦合器401～403以及圖23所示的陣列單元2304 1,1～2304 4,4。位於同一列的陣列單元係耦接於同一傳輸線。訊號耦合器401與402中的每一訊號耦合器用以將兩條傳輸線耦接於訊號耦合器403。
當相位陣列2400實施為相位陣列傳輸器時，陣列單元2304 1,1～2304 4,4均可實施為射頻傳輸器。射頻輸入訊號R IN可傳送到射頻埠2401。訊號耦合器401～403均可操作為功率分配器。一射頻訊號可經由相對應的電壓接頭（voltage tap）VT輸入至位於同一列的每一射頻傳輸器。當相位陣列2400實施為相位陣列接收器時，陣列單元2304 1,1～2304 4,4均可實施為射頻接收器。訊號耦合器401～403均可操作為功率合成器。位於同一列的每一射頻接收器所輸出的一射頻訊號（例如，電流訊號）可傳送到相對應的功率合成器。射頻輸出訊號R OUT可從射頻埠2401輸出。
由於所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀上述關於圖1至圖22的段落說明之後，應可瞭解圖24所示的相位陣列2400的操作細節，因此，進一步的說明在此便不再贅述。
圖25是依據本揭示某些實施例的用於發射一射頻輸出訊號的方法的流程圖。參照至少一前述射頻傳輸器來說明的操作，可簡單歸納於圖25所示的流程圖。為了方便說明，以下基於圖2A所示的射頻傳輸器204A來說明方法2500。應注意到，圖1所示的每一陣列單元在實施為射頻傳輸器的情形下，均可採用方法2500來運作。例如，參照圖3至圖5、圖9至圖12以及圖17至圖19來說明的射頻傳輸器的至少其一均可採用方法2500來運作。又例如，參照圖23與圖24來說明的至少一陣列單元均可採用方法2500來運作。此外，在某些實施例中，方法2500可包含其他步驟/操作。
於操作2502中，利用位於一晶片中的一放大器電路來放大一射頻輸入訊號，以分別在該晶片的複數個輸出端產生複數個放大訊號。舉例來說，放大器電路222A可放大射頻輸入訊號R INA，以分別在輸出端TA 1～TA P產生放大訊號AS 1～AS P。
於操作2504中，對該晶片之該複數個輸出端所輸出的該複數個放大訊號進行移相操作，以產生複數個電訊號。舉例來說，位於晶片220A外的相移電路230A可接收放大訊號AS 1～AS P，並對放大訊號AS 1～AS P進行移相操作以產生電訊號{EI}。
於操作2506中，將該複數個電訊號饋入一輻射元件，以從該輻射元件發射該射頻輸出訊號。舉例來說，輻射元件210A可因應饋入的電訊號{EI}，發射出射頻輸出訊號R OUTA。
在某些實施例中，饋入至該輻射元件的該複數個電訊號可包含兩個電訊號，其具有相同的振幅，且相位差為90度。例如，輻射元件210A可藉由雙饋點天線來實施。輻射元件210A可經由其具有的兩個饋點接收兩個電訊號，據以產生射頻輸出訊號R OUTA。
在某些實施例中，饋入至該輻射元件的該複數個電訊號可包含四個電訊號，其中兩個電訊號具有相同的振幅，且相位差為90度。另外兩個電訊號具有相同的振幅，且相位差為90度。例如，輻射元件210A可藉由四饋點天線來實施。輻射元件210A可經由其具有的四個饋點接收四個電訊號，據以產生射頻輸出訊號R OUTA。
在某些實施例中，所發射的射頻輸出訊號可以是圓極化波，其旋向是可調整的。例如，射頻輸出訊號R OUTA的旋向可因應放大器電路222A的增益組態而改變。
在某些實施例中，上述移相操作（亦即操作2504）可在該晶片（其用於進行該射頻輸入訊號的放大操作）的外部執行。例如，上述移相操作可藉由在一基板（該輻射元件形成於其上）上形成的一相移電路來執行。該基板可藉由印刷電路板、玻璃基板或其他類型的絕緣基板來實施。又例如，該相移電路可藉由被動電路元件（諸如微帶線）來實施。該相移電路與該輻射元件可形成或布局在同一被動基板。
由於所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀上述關於圖1至圖24的段落說明之後，應可瞭解方法2500的操作細節，因此，進一步的說明在此便不再贅述。
圖26是依據本揭示某些實施例的用於接收一射頻輸入訊號的方法的流程圖。參照至少一前述射頻接收器來說明的操作，可簡單歸納於圖26所示的流程圖。為了方便說明，以下基於圖2B所示的射頻接收器204B來說明方法2600。應注意到，圖1所示的每一陣列單元在實施為射頻接收器的情形下，均可採用方法2600來運作。例如，參照圖6至圖8、圖13至圖16以及圖20至圖22來說明的射頻接收器的至少其一均可採用方法2600來運作。又例如，參照圖23與圖24來說明的至少一陣列單元均可採用方法2600來運作。此外，在某些實施例中，方法2600可包含其他步驟/操作。
於操作2602中，利用一輻射元件接收該射頻輸入訊號，以產生複數個電訊號。舉例來說，輻射元件210B可接收射頻輸入訊號R INB，以產生電訊號{EO}。
於操作2604中，對該複數個電訊號進行移相操作以產生複數個相移訊號，並據以將該複數個相移訊號分別輸出至一晶片的複數個輸入端。舉例來說，相移電路230B可對電訊號{EO}進行移相操作以產生相移訊號PS 1～PS Q，並據以將相移訊號PS 1～PS Q分別輸出至輸入端TB 1～TB Q。
於操作2606中，利用位於該晶片中的一放大器電路來放大該複數個輸入端所接收之該複數個相移訊號，以產生一射頻輸出訊號。舉例來說，放大器電路222B可接收並放大相移訊號PS 1～PS Q，進而產生射頻輸出訊號R OUTB。
在某些實施例中，該輻射元件所輸出的該複數個電訊號可包含兩個電訊號，其具有相同的振幅，且相位差為90度。例如，輻射元件210B可藉由雙饋點天線來實施。輻射元件210B可因應射頻輸入訊號R INB，分別在其具有的兩個饋點產生兩個電訊號。
在某些實施例中，該輻射元件所輸出的該複數個電訊號可包含四個電訊號，其中兩個電訊號具有相同的振幅，且相位差為90度。另外兩個電訊號具有相同的振幅，且相位差為90度。例如，輻射元件210B可藉由四饋點天線來實施。輻射元件210B可因應射頻輸入訊號R INB，分別在其具有的四個饋點產生四個電訊號。
在某些實施例中，該射頻輸入訊號可藉由一圓極化波來實施。即使該圓極化波的旋向改變，仍可成功地接收該圓極化波。例如，射頻接收器204B可因應射頻輸入訊號R INB的旋向，選擇性地調整放大器電路222B的增益組態，進而成功地接收射頻輸入訊號R INB。
在某些實施例中，上述移相操作（亦即操作2604）可在該晶片（其用於進行該相移訊號的放大操作）的外部執行。例如，上述移相操作可藉由在一基板（該輻射元件形成於其上）上形成的一相移電路來執行。該基板可藉由印刷電路板、玻璃基板或其他類型的絕緣基板來實施。又例如，該相移電路可藉由被動電路元件（諸如微帶線）來實施。該相移電路與該輻射元件可形成或布局在同一被動基板。
由於所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀上述關於圖1至圖24的段落說明之後，應可瞭解方法2600的操作細節，因此，進一步的說明在此便不再贅述。
上文的敘述簡要地提出了本揭示某些實施例的特徵，而使得所屬領域之通常知識者能夠更全面地理解本揭示的多種態樣。本揭示所屬領域之通常知識者當可理解，其可輕易地利用本揭示內容作為基礎，來設計或更動其他製程與結構，以實現與此處所述之實施方式相同的目的及/或到達相同的優點。本揭示所屬領域之通常知識者應當明白，這些均等的實施方式仍屬於本揭示內容的精神與範圍，且其可進行各種變更、替代與更動，而不會悖離本揭示內容的精神與範圍。
100, 2300, 2400:相位陣列 102:基板 104 1,1~104 m,n, 2304 1,1~2304 4,4:陣列單元 110 1,1~110 m,n, 210A, 210B, 310, 410:輻射元件 610, 710, 1710, 2010, A:輻射元件 120 1,1~120 m,n, 220A, 220B, 320, 520:晶片 620, 820, 920, 1220, 1320, 1620, C:晶片 130 1,1~130 m,n, 230A, 230B, 330, 430:相移電路 630, 730, 930, 1030, 1330, 1430, 1730, 2030:相移電路 204A, 304, 404, 504, 904, 1004, 1204, 1704, 1904:射頻傳輸器 204B, 604, 704, 804, 1304, 1404, 1604, 2004, 2204:射頻接收器 222A, 222B, 322, 522, 622:放大器電路 822, 922, 1222, 1322, 1622:放大器電路 301~315, 401~403:訊號耦合器 332, 338, 632, 634, 931, 932:相移級 1331, 1332, 1731, 1732, 2031, 2032:相移級 334, 636, 933, 934, 1333, 1334:相移器 336, 626, 935, 936, 1326:訊號結合器 341, 342, 511, 512, 641, 642, 811, 812:放大器 941~944, 1211~1214, 1341~1344, 1611~1614:放大器 432, 734, 1031, 1032, 1431, 1432:分支線耦合器 451, 452, 461~464, 731, 732, 1751~1754, 2051~2054:傳輸線 501, 801, 901, 1301:緩衝器 541, 542, 841, 842, 1241~1244, 1641~1644:放大路徑 2301, 2401:射頻埠 2500, 2600:方法 2502, 2504, 2506, 2602, 2604, 2606:操作 TA 1~TA P, TO A1, TO A2, TC, TO B1, TO B2:輸出端 TO A11, TO A12, TO A21, TO A22, TO B11, TO B12, TO B21, TO B22:輸出端 TB 1~TB Q, TI A1, TI A2, TI B1, TI B2:輸入端 TI A11, TI A12, TI A21, TI A22, TI B11, TI B12, TI B21, TI B22:輸入端 FP V, FP H, F1~F4:饋點 R I:隔離電阻 VT:電壓接頭 AS 1~AS P, SG 1~SG 4:放大訊號 PS 1~PS Q, SS 1~SS 4:相移訊號 {EI}, {EO}, EI V, EI H, EO V, EO H, EE V, EE H:電訊號 EI H1, EI V2, EI H3, EI V4:電訊號 R INA, R INB, R IN:射頻輸入訊號 R OUTA, R OUTB, R OUT:射頻輸出訊號 CS A, CS B:結合訊號 BS A, BS B, BS X, BS Y:緩衝訊號
搭配附隨圖式來閱讀下文的實施方式，可清楚地理解本揭示的多種態樣。應注意到，根據本領域的標準慣例，圖式中的各種特徵並不一定是按比例進行繪製的。事實上，為了能夠清楚地描述，可任意放大或縮小某些特徵的尺寸。 圖1是依據本揭示某些實施例的示例性相位陣列的示意圖。 圖2A是依據本揭示某些實施例的射頻傳輸器的方塊示意圖。 圖2B是依據本揭示某些實施例的射頻接收器的方塊示意圖。 圖3至圖5是依據本揭示某些實施例的圖2A所示的射頻傳輸器的具體實施方式。 圖6至圖8是依據本揭示某些實施例的圖2B所示的射頻接收器的具體實施方式。 圖9至圖12是依據本揭示某些實施例的圖2A所示的射頻傳輸器的具體實施方式。 圖13至圖16是依據本揭示某些實施例的圖2B所示的射頻接收器的具體實施方式。 圖17至圖19是依據本揭示某些實施例的圖2A所示的射頻傳輸器的具體實施方式。 圖20至圖22是依據本揭示某些實施例的圖2B所示的射頻接收器的具體實施方式。 圖23是依據本揭示某些實施例的相位陣列的陣列單元之間的互連結構示意圖。 圖24是依據本揭示某些實施例的相位陣列的陣列單元之間的互連結構示意圖。 圖25是依據本揭示某些實施例的用於發射一射頻輸出訊號的方法的流程圖。 圖26是依據本揭示某些實施例的用於接收一射頻輸入訊號的方法的流程圖。
204B:射頻接收器
210B:輻射元件
220B:晶片
222B:放大器電路
230B:相移電路
{EO}:電訊號
PS1~PSP:相移訊號
RINB:射頻輸入訊號
ROUTB:射頻輸出訊號
TB1~TBQ:輸入端

Claims (20)

  1. 一種射頻接收器，包含： 一輻射元件，用以接收一射頻輸入訊號以產生複數個電訊號； 具有一放大器電路之一晶片，其中該放大器電路用以分別自複數個輸入端接收複數個相移訊號，並放大該複數個相移訊號以產生一射頻輸出訊號；以及 一相移電路，位於該晶片外，且耦接於該輻射元件與該複數個輸入端，該相移電路用以對該複數個電訊號進行移相操作，並據以產生該複數個相移訊號，其中該相移電路與該輻射元件形成於同一基板上。
  2. 如請求項1所述之射頻接收器，其中該晶片係以異質整合的方式設置在該基板上。
  3. 如請求項1所述之射頻接收器，其中該輻射元件包含： 一第一饋點，用以輸出該複數個電訊號中的一第一電訊號；以及 一第二饋點，用以輸出該複數個電訊號中的一第二電訊號，其中該第一電訊號與該第二電訊號具有相同的振幅，且相位差為90度。
  4. 如請求項3所述之射頻接收器，其中該相移電路包含： 一第一相移級，耦接於該第一饋點與該第二饋點，該第一相移級用以對該第一電訊號與該第二電訊號兩者的至少其一進行移相操作，以在該第一相移級之一輸出端產生一結合訊號；以及 一第二相移級，耦接於該第一相移級之該輸出端，該第二相移級用以對該結合訊號進行移相操作，以產生該複數個相移訊號之中的一第一相移訊號與一第二相移訊號，其中該第一相移訊號與該第二相移訊號之間的相位差為90度。
  5. 如請求項4所述之射頻接收器，其中該第一相移級包含： 一第一傳輸線，用以將該第一電訊號耦接於該輸出端，並據以產生一第三電訊號；以及 一第二傳輸線，用以將該第二電訊號耦接於該輸出端，並據以產生一第四電訊號，其中該第三電訊號與該第四電訊號具有相同的相位，第二傳輸線的長度大於該第一傳輸線的長度，以及該第三電訊號與該第四電訊號係於該輸出端結合以產生該結合訊號。
  6. 如請求項4所述之射頻接收器，其中該第二相移級包含： 一分支線耦合器，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端與一第二輸出端，其中該第一輸入端用以接收該結合訊號，該第二輸入端被隔離，該第一輸出端用以輸出該第一相移訊號，該第二輸出端用以輸出該第二相移訊號。
  7. 如請求項3所述之射頻接收器，其中該相移電路包含： 一第一相移級，耦接於該第一饋點，該第一相移級用以對該第一電訊號進行移相操作以產生該複數個相移訊號之中的一第一相移訊號與一第二相移訊號，其中該第一相移訊號與該第二相移訊號之間的相位差為90度；以及 一第二相移級，耦接於該第二饋點，該第二相移級用以對該第二電訊號進行移相操作以產生該複數個相移訊號之中的一第三相移訊號與一第四相移訊號，其中該第三相移訊號與該第四相移訊號之間的相位差為90度。
  8. 如請求項7所述之射頻接收器，其中該第一相移級包含： 一分支線耦合器，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端與一第二輸出端，其中該第一輸入端用以接收該第一電訊號，該第二輸入端被隔離，該第一輸出端用以輸出該第一相移訊號，該第二輸出端用以輸出該第二相移訊號。
  9. 如請求項7所述之射頻接收器，其中該放大器電路包含： 一第一放大路徑，用以使用一第一增益值來放大該第一相移訊號，以產生一第一放大訊號； 一第二放大路徑，用以使用一第二增益值來放大該第二相移訊號，以產生一第二放大訊號； 一第三放大路徑，用以使用一第三增益值來放大該第三相移訊號，以產生一第三放大訊號； 一第四放大路徑，用以使用一第四增益值來放大該第四相移訊號，以產生一第四放大訊號，其中該第一放大訊號、該第二放大訊號、該第三放大訊號與該第四放大訊號的結合作為該射頻輸出訊號； 其中當該輻射元件所接收之該射頻輸入訊號係沿著一方向圓極化時，該第一增益值是該第四增益值的相反數，且該第二增益值等於該第三增益值；當該輻射元件所接收之該射頻輸入訊號係沿著另一方向圓極化時，該第一增益值等於該第四增益值，且該第二增益值等於該第三增益值。
  10. 如請求項3所述之射頻接收器，其中該輻射元件另包含： 一第三饋點，用以輸出該複數個電訊號中的一第三電訊號；以及 一第四饋點，用以輸出該複數個電訊號中的一第四電訊號，其中該第三電訊號與該第四電訊號具有相同的振幅，且相位差為90度； 其中該射頻輸出訊號係為包含一水平成分與一垂直成分的一圓極化訊號；該輻射元件用以根據該圓極化訊號之該水平成分產生該第一電訊號與該第三電訊號，以及根據該圓極化訊號之該垂直成分產生該第二電訊號與該第四電訊號。
  11. 如請求項10所述之射頻接收器，其中該複數個相移訊號包含一第一相移訊號、一第二相移訊號、一第三相移訊號與一第四相移訊號；該相移電路包含： 一第一傳輸線，用以將該第一電訊號耦接於該複數個輸入端之一第一輸入端，並據以產生該第一相移訊號； 一第二傳輸線，用以將該第二電訊號耦接於該複數個輸入端之一第二輸入端，並據以產生該第二相移訊號，其中該第一傳輸線的長度大於該第二傳輸線的長度； 一第三傳輸線，用以將該第三電訊號耦接於該複數個輸入端之一第三輸入端，並據以產生該第三相移訊號；以及 一第四傳輸線，用以將該第四電訊號耦接於該複數個輸入端之一第四輸入端，並據以產生該第四相移訊號，其中該第四傳輸線的長度大於該第三傳輸線的長度。
  12. 如請求項10所述之射頻接收器，其中該複數個放大訊號包含一第一相移訊號、一第二相移訊號、一第三相移訊號與一第四相移訊號；該放大器電路包含： 一第一放大路徑，用以使用一第一增益值來放大該第一相移訊號，以產生一第一放大訊號； 一第二放大路徑，用以使用一第二增益值來放大該第二相移訊號，以產生一第二放大訊號； 一第三放大路徑，用以使用一第三增益值來放大該第三相移訊號，以產生一第三放大訊號； 一第四放大路徑，用以使用一第四增益值來放大該第四相移訊號，以產生一第四放大訊號，其中該第一放大訊號、該第二放大訊號、該第三放大訊號與該第四放大訊號的結合作為該射頻輸出訊號； 其中當該輻射元件所接收之該射頻輸入訊號係沿著一方向圓極化時，該第一增益值等於該第二增益值，且該第三增益值是該第四增益值的相反數；當該輻射元件所接收之該射頻輸入訊號係沿著另一方向圓極化時，該第一增益值是該第二增益值的相反數，且該第三增益值等於該第四增益值。
  13. 一種用於接收一射頻輸入訊號的方法，包含： 利用一輻射元件接收該射頻輸入訊號，以產生複數個電訊號； 對該複數個電訊號進行移相操作以產生複數個相移訊號，並據以將該複數個相移訊號分別輸出至一晶片的複數個輸入端；以及 利用位於該晶片中的一放大器電路來放大該複數個輸入端所接收之該複數個相移訊號，以產生一射頻輸出訊號。
  14. 如請求項13所述之方法，其中利用該輻射元件接收該射頻輸入訊號以產生該複數個電訊號的步驟包含： 接收該射頻輸入訊號，以從該輻射元件的一第一饋點輸出該複數個電訊號之中的一第一電訊號；以及 接收該射頻輸入訊號，以從該輻射元件的一第二饋點輸出該複數個電訊號之中的一第二電訊號，其中該第一電訊號與該第二電訊號具有相同的振幅，且相位差為90度。
  15. 如請求項14所述之方法，其中對該複數個電訊號進行移相操作以產生該複數個相移訊號的步驟包含： 對該第一電訊號與該第二電訊號兩者之至少其一進行移相操作，以產生一第三電訊號與一第四電訊號； 結合該第三電訊號與該第四電訊號以產生一結合訊號；以及 對該結合訊號進行移相操作以產生該複數個相移訊號之中的一第一相移訊號與一第二相移訊號，其中該第一相移訊號與該第二相移訊號之間的相位差為90度。
  16. 如請求項14所述之方法，其中對該複數個電訊號進行移相操作以產生該複數個相移訊號的步驟包含： 對該第一電訊號進行移相操作，以產生該複數個相移訊號之中的一第一相移訊號與一第二相移訊號，其中該第一相移訊號與該第二相移訊號之間的相位差為90度；以及 對該第二電訊號進行移相操作，以產生該複數個相移訊號之中的一第三相移訊號與一第四相移訊號，其中該第三相移訊號與該第四相移訊號之間的相位差為90度。
  17. 如請求項16所述之方法，其中利用該放大器電路放大該複數個相移訊號以產生該射頻輸出訊號的步驟包含： 使用一第一增益值來放大該第一相移訊號，以產生一第一放大訊號； 使用一第二增益值來放大該第二相移訊號，以產生一第二放大訊號； 使用一第三增益值來放大該第三相移訊號，以產生一第三放大訊號；以及 使用一第四增益值來放大該第四相移訊號，以產生一第四放大訊號，其中該第一放大訊號、該第二放大訊號、該第三放大訊號與該第四放大訊號的結合作為該射頻輸出訊號； 其中當該輻射元件所接收之該射頻輸入訊號係沿著一方向圓極化時，該第一增益值是該第四增益值的相反數，且該第二增益值等於該第三增益值；當該輻射元件所接收之該射頻輸入訊號係沿著另一方向圓極化時，該第一增益值等於該第四增益值，且該第二增益值等於該第三增益值。
  18. 如請求項14所述之方法，其中該射頻輸出訊號係為包含一水平成分與一垂直成分的一圓極化訊號；利用該輻射元件接收該射頻輸入訊號以產生該複數個電訊號的步驟包含： 接收該射頻輸入訊號，以從該輻射元件的一第三饋點輸出該複數個電訊號之中的一第三電訊號；以及 接收該射頻輸入訊號，以從該輻射元件的一第四饋點輸出該複數個電訊號之中的一第四電訊號，其中該第三電訊號與該第四電訊號具有相同的振幅，且相位差為90度； 其中該第一電訊號與該第三電訊號是因應該圓極化訊號之該水平成分而產生，以及該第二電訊號與該第四電訊號是因應該圓極化訊號之該垂直成分而產生。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該複數個相移訊號包含一第一相移訊號、一第二相移訊號、一第三相移訊號與一第四相移訊號；對該複數個電訊號進行移相操作以產生該複數個相移訊號的步驟包含： 將該第一電訊號經由一第一傳輸線耦接於該複數個輸入端之一第一輸入端，以產生該第一相移訊號； 將該第二電訊號經由一第二傳輸線耦接於該複數個輸入端之一第二輸入端，以產生該第二相移訊號，其中該第一傳輸線的長度大於該第二傳輸線的長度； 將該第三電訊號經由一第三傳輸線耦接於該複數個輸入端之一第三輸入端，以產生該第三相移訊號；以及 將該第四電訊號經由一第四傳輸線耦接於該複數個輸入端之一第四輸入端，以產生該第四相移訊號，其中該第四傳輸線的長度大於該第三傳輸線的長度。
  20. 如請求項18所述之方法，其中該複數個相移訊號包含一第一相移訊號、一第二相移訊號、一第三相移訊號與一第四相移訊號；利用該放大器電路放大該複數個相移訊號以產生該射頻輸出訊號的步驟包含： 使用一第一增益值來放大該第一相移訊號，以產生一第一放大訊號； 使用一第二增益值來放大該第二相移訊號，以產生一第二放大訊號； 使用一第三增益值來放大該第三相移訊號，以產生一第三放大訊號；以及 使用一第四增益值來放大該第四相移訊號，以產生一第四放大訊號，其中該第一放大訊號、該第二放大訊號、該第三放大訊號與該第四放大訊號的結合作為該射頻輸出訊號； 其中當該輻射元件所接收之該射頻輸入訊號係沿著一方向圓極化時，該第一增益值等於該第二增益值，且該第三增益值是該第四增益值的相反數；當該輻射元件所接收之該射頻輸入訊號係沿著另一方向圓極化時，該第一增益值是該第二增益值的相反數，且該第三增益值等於該第四增益值。
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