TWI646792B - Communication device - Google Patents

Abstract

一種通訊裝置，係包括一多相位信號產生電路、L個天線及一相位控制器，利用該多相位信號產生電路，產生K個不同相位訊號至該L個陣列排列的天線，再利用該相位控制器調整該K個相位訊號，並將該訊號傳遞至該L個陣列排列之天線，以達到同時控制多個陣列天線單元之目的。

Description

通訊裝置

本發明係關於一種通訊裝置，特別是關於一種同時控制多個陣列天線之通訊裝置。

在訊號處理系統的結構中，每一個天線的後端均會連接一組發射/接收模組及相移器，其中發射/接收模組包含低雜訊放大器(LNA,low noise amplifier)、功率放大器(PA,power amplifier)及功率衰減器等射頻元件。發射/接收模組的作用係為提供功率，而陣列天線與相移器的作用在於形成波束，其中降低發射/接收模組、相移器等的元件數量在系統成本中是很重要的因素；傳統的設計架構是將每個天線連結一發射/接收模組，然而此架構並不符合經濟效益，原因如下：射頻元件係均以數位化的方式控制，傳統週期陣列天線系統中的每一元件均須對應至一組控制線，若該元件係由N個天線單元組成，則該天線結構則需要N組控制線與N個控制單元；若各該天線連接至M個射頻元件，則該天線結構總共會需要N×M組控制線與N×M組控制器。如此龐大數目的控制線與控制模組不只會耗費製造成本，也會因此增加基板空間，另外過多的控制線與射頻元件也可能對訊號間產生相互干 擾，造成能量損耗及增加製程縮小化之困難度。

另外，若一陣列天線之週期過大，經常會產生旁瓣波(grating lobes)，而該旁瓣波會耗損主波束的能量，使該陣列天線的效能變差，這也是在設計陣列天線時最常遇到的困難。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明之主要目的在於提供一種用於天線陣列的通訊裝置，以同餘模數公式計算出一方向索引，配合K個相位訊號，產生對應L個第一頻率信號，以達到同時控制多個陣列天線之通訊裝置。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之一方案，該裝置係包括一多相位信號產生電路、L個天線及一相位控制器，利用該多相位信號產生電路，產生K個不同相位訊號至該L個陣列排列的天線，再利用該相位控制器調整該K個相位訊號，並將該訊號傳遞至該L個陣列排列之天線，以達到同時控制多個陣列天線單元之目的。

其中，該K個不同第一相位為0、δ φ、2 δ φ、...、(K-1)δ φ，該L個不同第一相位為0、△θ、2△θ、...、(L-1)△θ，該L個不同第二相位為0、△φ、2△φ、...、(L-1)△φ，其中δ φ是一相位解析度且等於2 π/K，△φ等於k δ φ，k是該方向索引且為整數，△θ等於l δ φ，l是該相位索引且為整數，且若M和K是互質整數， 則該同餘模數公式是M1≡k(mod K)，其中M是一除頻數。

其中該K個不同第一相位為0、δ φ、2 δ φ、...、(K-1)δ φ，該L個不同第一相位為0、△θ、2△θ、...、(L-1)△θ，該L個不同第二相位為0、△φ、2△φ、...、(L-1)△φ，其中δ φ是一相位解析度且等於2 π/K，△φ等於k δ φ，k是該方向索引且為整數，△θ等於l δ φ，l是該相位索引且為整數，且若M=P/Q以及P和Q是互質整數，則該同餘模數公式是Pl≡Qk(mod QK)，其中M是一除頻數。

其中，該相位相干鎖相迴路頻率合成器包括：一混頻器，用以接收該L個不同第一相位的該L個第一頻率信號中的對應一者和一除頻信號；一低通濾波器，連接該混頻器，用以對該混頻器的一輸出信號進行濾波；一壓控振盪器，連接該低通濾波器，用以根據該低通濾波器輸出的一控制電壓，生成該L個不同第二相位的該L個第二頻率信號中的對應一者；以及一除頻器，連接該混頻器及該壓控振盪器，用以根據對應的該第二相位的該第二頻率信號產生該除頻信號。

其中該多相位信號產生電路包括：一壓控延遲線，具有串聯連接的多個延遲單元，用以接收一參考時脈信號；一相位檢測器，連接該壓控延遲線，用以比較該參考時脈信號的一相位和該壓控延遲線之一輸出信號的一相位，以 輸出一比較信號；以及一低通濾波器，連接該相位檢測器和該壓控延遲線，用以對該比較信號進行濾波；其中該延遲單元的一延遲時間由該低通濾波器的一輸出信號所控制，該等延遲單元的多個輸入端用以輸出該K個不同第一相位的該K個第一頻率信號。

其中該多相位信號產生電路包括：一相位頻率檢測器，用以接收一參考時脈信號和一除頻信號，並且比較該參考時脈信號和該分頻信號的頻率和相位，以輸出一比較信號；一電荷泵，連接該相位頻率檢測器，用以升高該比較信號的一電壓；一迴路濾波器，連接到該電荷泵，用以對該電荷泵的一輸出信號進行濾波；一正交電壓控制振盪器，連接該迴路濾波器，用以接收該環路濾波器的一輸出信號，以生成多個正交相位的多個振盪信號；除頻器，連接到該正交壓控振盪器，用以接收該等正交相位的該等振盪信號中的其中一個，以產生該除頻信號；以及一注入鎖定除頻器，連接該正交壓控振盪器，用以接收該等正交相位的該等振盪信號，以生成該K個不同第一相位的該K個第一頻率信號。

更包括：一L路徑前端電路模組，包括L個前端電路，其中該前端電路包括：一混頻器，用以將一發射中頻信號與該L個不同第二相位的該L個第二頻率信號中的對應一者進行混頻；一濾波器，連接該混頻器，用以對該混頻器的一輸出信號進行濾波；以及一功率放大器，連接到該濾波 器，用以放大該濾波器的一輸出信號，以產生一輸出信號到相應的該天線。

其中該方向索引相關於該天線陣列的一相位、一主輻射方向和一輻射場型。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本創作達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本創作的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。

10‧‧‧多相位信號產生電路

20‧‧‧L個天線

30‧‧‧相位控制器

31‧‧‧確定電路

32‧‧‧切換盒

33‧‧‧頻率合成模組

110‧‧‧確定電路

120‧‧‧切換盒

130‧‧‧頻率合成模組

L‧‧‧天線數量

K‧‧‧相位數量

M‧‧‧除頻數

第1圖係為本發明通訊裝置示意圖；第2圖係為本發明通訊裝置之相位控制器示意圖；

以下係藉由特定的具體實例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之優點及功效。

請參閱第1圖，係為本發明通訊裝置示意圖，如圖所示，該結構係包括一多相位信號產生電路10、L個天線20及相位控制器30，該多相位信號產生電路10用以提供K個不同第一相位的K個第一頻率信號，該L個天線用以形成一天線陣列，該相位控制器30連接於該多相位信號產生電路與該L個天線之間，該相位控制器30包括：一用以確定該天線 陣列的一方向索引之確定電路31、一連接該確定電路31，用以根據該相位索引，自K個不同第一相位的K個第一頻率信號中選擇具有L個不同第一相位的L個第一頻率信號之切換盒32，及一連接該切換盒之頻率合成模組33，其中，該K個不同第一相位為0、δ φ、2 δ φ、...、(K-1)δ φ，該L個不同第一相位為0、△θ、2△θ、...、(L-1)△θ，該L個不同第二相位為0、△φ、2△φ、...、(L-1)△φ，其中δ φ是一相位解析度且等於2 π/K，△φ等於k δ φ，k是該方向索引且為整數，△θ等於l δ φ，l是該相位索引且為整數，且若M和K是互質整數，則該同餘模數公式是M1≡k(mod K)，該K個不同第一相位為0、δ φ、2 δ φ、...、(K-1)δ φ，該L個不同第一相位為0、△θ、2△θ、...、(L-1)△θ，該L個不同第二相位為0、△φ、2△φ、...、(L-1)△φ，其中δ φ是一相位解析度且等於2 π/K，△φ等於k δ φ，k是該方向索引且為整數，△θ等於l δ φ，l是該相位索引且為整數，且若M=P/Q以及P和Q是互質整數，則該同餘模數公式是Pl≡Qk(mod QK)，其中M是一除頻數。

該切換盒包括：多個輸出線IN_0、IN_1、...、IN_K-1；多個輸入線OUT_0、OUT_1、...、OUT_K-1；以及多個開關r0、r1、r2、...、rLK-1，該等開關rnK到r(n+1)K-1 的多個第一端連接到該輸出線OUT_n，該等開關rnK到r(n +1)K-1的多個第二端分別連接到該等輸入線IN_0到IN_K-1，其中n是從0到L-1的整數；其中該等開關r0、r1、r2、...、rLK-1根據該相位索引導通或截止，以自該K個不同第一相位的該K個第一頻率信號中選擇出該L個不同第一相位的該L個第一頻率信號。

請參閱第2圖，係為本發明通訊裝置之相位控制器示意圖，如圖所示，該結構係包括一確定電路110、切換盒120及一頻率合成模組130，該確定電路110用以確定一天線陣列的一方向索引，並根據該方向索引根據一同餘模數公式計算一相位索引，該切換盒120連接該確定電路，用以根據該相位索引，自K個不同第一相位的K個第一頻率信號中選擇具有L個不同第一相位的L個第一頻率信號，且該L和K為大於1的整數，該頻率合成模組130電性連接該切換盒，且包括L個相位相干鎖相迴路頻率合成器，以接收該L個不同第一相位的該L個第一頻率信號，並產生L個不同第二相位的L個第二頻率信號到該天線陣列的L個天線，其中，該K個不同第一相位為0、δ φ、2 δ φ、...、(K-1)δ φ，該L個不同第一相位為0、△θ、2△θ、...、(L-1)△θ，該L個不同第二相位為0、△φ、2△φ、...、(L-1)△φ，其中δ φ是一相位解析度且等於2 π/K，△φ等於k δ φ，k是該方向索引且為整數，△θ等於l δ φ，l是該相位索引且為整數，且若M和K是互質整數，則該同餘模數公式是M1≡k(mod K)， M為一除頻數，該K個不同第一相位為0、δ φ、2 δ φ、...、(K-1)δ φ，該L個不同第一相位為0、△θ、2△θ、...、(L-1)△θ，該L個不同第二相位為0、△φ、2△φ、...、(L-1)△φ，其中δ φ是一相位解析度且等於2 π/K，△φ等於k δ φ，k是該方向索引且為整數，△θ等於l δ φ，l是該相位索引且為整數，且若M=P/Q以及P和Q是互質整數，則該同餘模數公式是Pl≡Qk(mod QK)。

上述之實施例僅為例示性說明本創作之特點及功效，非用以限制本創作之實質技術內容的範圍。任何熟悉此技藝之人士均可在不違背創作之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本創作之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (9)

1. 一種通訊裝置，係包括：一多相位信號產生電路，用以提供K個不同第一相位的K個第一頻率信號；L個天線，用以形成一天線陣列；以及一相位控制器，連接於該多相位信號產生電路與該L個天線之間，包括：一確定電路，用以確定該天線陣列的一方向索引，並根據該方向索引根據一同餘模數公式計算一相位索引；一切換盒，連接該確定電路，用以根據該相位索引，自K個不同第一相位的K個第一頻率信號中選擇具有L個不同第一相位的L個第一頻率信號，其中L和K是大於1的整數，且L不大於K；以及一頻率合成模組，連接該切換盒，且包括L個相位相干鎖相迴路頻率合成器，以接收該L個不同第一相位的該L個第一頻率信號，並產生L個不同第二相位的L個第二頻率信號到該天線陣列的L個天線，其中該第二頻率信號的一第二頻率大於該第一頻率信號的一第一頻率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中，該K個不同第一相位為0、δ φ、2 δ φ、...、(K-1)δ φ，該L個不同第一相位為0、△θ、2△θ、...、(L-1)△θ，該L 個不同第二相位為0、△φ、2△φ、...、(L-1)△φ，其中δ φ是一相位解析度且等於2 π/K，△φ等於k δ φ，k是該方向索引且為整數，△θ等於l δ φ，l是該相位索引且為整數，且若M和K是互質整數，則該同餘模數公式是M1≡k(mod K)，其中M是一除頻數。
3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該K個不同第一相位為0、δ φ、2 δ φ、...、(K-1)δ φ，該L個不同第一相位為0、△θ、2△θ、...、(L-1)△θ，該L個不同第二相位為0、△φ、2△φ、...、(L-1)△φ，其中δ φ是一相位解析度且等於2 π/K，△φ等於k δ φ，k是該方向索引且為整數，△θ等於l δ φ，l是該相位索引且為整數，且若M=P/Q以及P和Q是互質整數，則該同餘模數公式是Pl≡Qk(mod QK)，其中M是一除頻數。
4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中，該切換盒包括：多個輸出線IN_0、IN_1、...、IN_K-1；多個輸入線OUT_0、OUT_1、...、OUT_K-1；以及多個開關r0、r1、r2、...、rLK-1，該等開關rnK到r(n+1)K-1的多個第一端連接到該輸出線OUT_n，該等開關rnK到r(n+1)K-1的多個第二端分別連接到該等輸入線IN_0到IN_K-1，其中n是從0到L-1的整數； 其中該等開關r0、r1、r2、...、rLK-1根據該相位索引導通或截止，以自該K個不同第一相位的該K個第一頻率信號中選擇出該L個不同第一相位的該L個第一頻率信號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中，該相位相干鎖相迴路頻率合成器包括：一混頻器，用以接收該L個不同第一相位的該L個第一頻率信號中的對應一者和一除頻信號；一低通濾波器，連接該混頻器，用以對該混頻器的一輸出信號進行濾波；一壓控振盪器，連接該低通濾波器，用以根據該低通濾波器輸出的一控制電壓，生成該L個不同第二相位的該L個第二頻率信號中的對應一者；以及一除頻器，連接該混頻器及該壓控振盪器，用以根據對應的該第二相位的該第二頻率信號產生該除頻信號。
6. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該多相位信號產生電路包括：一壓控延遲線，具有串聯連接的多個延遲單元，用以接收一參考時脈信號；一相位檢測器，連接該壓控延遲線，用以比較該參考時脈信號的一相位和該壓控延遲線之一輸出信號的一相位，以輸出一比較信號；以及 一低通濾波器，連接該相位檢測器和該壓控延遲線，用以對該比較信號進行濾波；其中該延遲單元的一延遲時間由該低通濾波器的一輸出信號所控制，該等延遲單元的多個輸入端用以輸出該K個不同第一相位的該K個第一頻率信號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，其中該多相位信號產生電路包括：一相位頻率檢測器，用以接收一參考時脈信號和一除頻信號，並且比較該參考時脈信號和該分頻信號的頻率和相位，以輸出一比較信號；一電荷泵，連接該相位頻率檢測器，用以升高該比較信號的一電壓；一迴路濾波器，連接到該電荷泵，用以對該電荷泵的一輸出信號進行濾波；一正交電壓控制振盪器，連接該迴路濾波器，用以接收該環路濾波器的一輸出信號，以生成多個正交相位的多個振盪信號；除頻器，連接到該正交壓控振盪器，用以接收該等正交相位的該等振盪信號中的其中一個，以產生該除頻信號；以及 一注入鎖定除頻器，連接該正交壓控振盪器，用以接收該等正交相位的該等振盪信號，以生成該K個不同第一相位的該K個第一頻率信號。
8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊裝置，更包括：一L路徑前端電路模組，包括L個前端電路，其中該前端電路包括：一混頻器，用以將一發射中頻信號與該L個不同第二相位的該L個第二頻率信號中的對應一者進行混頻；一濾波器，連接該混頻器，用以對該混頻器的一輸出信號進行濾波；以及一功率放大器，連接到該濾波器，用以放大該濾波器的一輸出信號，以產生一輸出信號到相應的該天線。
9. 如申請專利範圍第8項所述之通訊裝置，其中該方向索引相關於該天線陣列的一相位、一主輻射方向和一輻射場型。