TWI826794B - 多波束波束成形前端無線收發器用天線系統 - Google Patents

多波束波束成形前端無線收發器用天線系統 Download PDF

Info

Publication number
TWI826794B
TWI826794B TW110121526A TW110121526A TWI826794B TW I826794 B TWI826794 B TW I826794B TW 110121526 A TW110121526 A TW 110121526A TW 110121526 A TW110121526 A TW 110121526A TW I826794 B TWI826794 B TW I826794B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
antenna
feed
beams
antenna system
Prior art date
Application number
TW110121526A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202203598A (zh
Inventor
亞明 詹姆
艾維敘 寇查克柯沙里
Original Assignee
美商斯凱吉格有限責任公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商斯凱吉格有限責任公司 filed Critical 美商斯凱吉格有限責任公司
Publication of TW202203598A publication Critical patent/TW202203598A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI826794B publication Critical patent/TWI826794B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/24—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/02—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/28—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the amplitude
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0408—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas using two or more beams, i.e. beam diversity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0619—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal using feedback from receiving side
    • H04B7/0621—Feedback content
    • H04B7/0634—Antenna weights or vector/matrix coefficients
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0686—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission
    • H04B7/0695—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission using beam selection
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842—Weighted combining
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/046—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource the resource being in the space domain, e.g. beams

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Transceivers (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

一種天線系統包括一模組，該模組被電氣耦合到一前端電子電路層，該前端電子電路層被組配來處理一或多個波束。該模組包括一輻射層，該輻射層包括有一或多個輻射元件，該等輻射元件被組配來發射該等一或多個波束及接收該等一或多個波束中的至少一個；包括一饋入層，該饋入層包括有一或多個饋入元件，其中該等一或多個饋入元件被組配來激發該輻射層、發射該等一或多個波束、接收該等一或多個波束，或其之一組合。該模組更包括一分配網路層，該分配網路層包括有一波分配裝置，其中該波分配裝置被組配來把該等一或多個波束從該前端電子電路層分配到該饋入層。

Description

多波束波束成形前端無線收發器用天線系統
交叉引用到相關的申請
本申請優先於2020年6月11日所提交之美國臨時申請第63/038,043號並享有其權益。上述申請所揭露的內容被引入本文作為參考。本申請相關於同時提交之審查中的申請，其標題為「 SYSTEM AND METHOD FOR A MULTI-BEAM BEAMFORMING FRONT-END ARCHITECTURE FOR WIRELESS TRANSCEIVERS (用於無線收發器用多波束波束成形前端架構的系統及方法)」，其被共同歸屬於本申請並且其內容通過引用被併入到本文。 發明領域
本發明涉及無線電波收發器，並更具體地係涉及一種多波束波束成形前端天線系統。
發明背景
在本節中的陳述僅提供與本發明相關的背景資訊，並可能不構成現有技術。
無線電波無線技術無處不在並且被使用在各種應用中，包括但不侷限於：電信及衛星通信行業、移動平台中的感測器及導航系統(例如在汽車工業中的自動駕駛汽車)、等等。
無線通訊技術正轉移到更高的毫米波頻段。這些頻段的優勢在於可以使用更寬的頻寬來解放更高的連接速度。然而，儘管有這些優勢，與傳統無線技術相比，當前的無線技術可能會實現複雜的方法及架構。
例如，無線電波無線裝置可以包括天線、射頻(RF)電路、類比及數位電路、以及控制各種組件之該等操作及連接的該系統架構。該無線前端系統共同定義了該無線裝置的該性能及功能。對於高資料速率無線通訊，尤其是在高毫米波頻帶，具有窄波束、在傳輸時具高功率位準、及在接收時具靈敏度位準的高增益前端系統係有需要的以補償在實際範圍上的信號傳播損耗。因此，可能需要具有先進波束成形機制的高增益前端系統來啟用這種無線通訊技術。
有多種方法可以在無線前端實現波束成形，其中相位陣列系統及可調諧超材料天線通常被認為是常見的方法。這兩種方法都基於輻射元件在一孔徑上的分佈，並控制該等各個元件的相位及/或振幅以創建一所欲的波束成形特性。然而，該等相位陣列及超材料技術可能具有高頻譜效率低下、有限容量、以及高功率效率低下(尤其當使用大孔徑及/或大量元件時)等等的問題。更具體地說，當前類比相位陣列及超材料方法通常僅受限於用於信號傳輸及/或接收的單波束操作，這抑制了它們的容量、聚合吞吐量(用於通訊系統)、以及整體性能。此外，對於大孔徑，高RF損耗(尤其是在高增益前端中具有大量元件時)會導致在這些系統中的不良的功率效率。在另一方面，數位波束成形方法能夠進行多波束操作。但是，由於元件數量較多且工作頻寬較寬(尤其是在毫米波頻段)，這些方法可能無法被實施，因為在它們的數位及RF/類比電路(例如 DAC及ADC)中功耗過高及功率效率低下。
發明概要
本節提供了對本發明的一般概述，並不是對其全部範圍或所有特徵的一全面揭露。
本發明提供一種天線系統，其被組配成從複數個空間區域之一或多個空間區域中發射或接收一或多個波束。該天線系統包含被電氣耦合到一前端電子電路層的一模組，該前端電子電路層被組配來處理該等一或多個波束。該模組包括一輻射層，該輻射層包含有一或多個輻射元件，該等輻射元件被組配來發射該等一或多個波束及接收該等一或多個波束中的至少一個，以及一饋入層，該饋入層包含有一或多個饋入元件，其中該等一或多個饋入元件被組配來激發該輻射層、發射該等一或多個波束、接收該等一或多個波束，或其之一組合。該等模組包括一分配網路層，該分配網路層包含有一波分配裝置，其中該波分配裝置被組配來把該等一或多個波束從該前端電子電路層分配到該饋入層。
在一種形式中，該輻射層包括一像素化的天線孔徑、一連續天線孔徑、一平面天線孔徑、一保角天線孔徑、一固定天線孔徑、一可調諧天線孔徑、一被動天線孔徑、一透射天線孔徑、一反射天線孔徑、或其之一組合。
在一種形式中，該輻射層包含一或多個超材料元件，該等超材料元件被組配成發射該等一或多個波束及接收該等一或多個波束中的至少一個，其中該饋入層被組配成激發該等一或多個超材料元件來發射該等一或多個波束及接收該等一或多個波束中的至少一個。
在一種形式中，該輻射層包括一可調諧天線孔徑，並且該等複數個輻射元件包含一修改裝置，該修改裝置被組配來修改一信號的一相位、該信號的一振幅、該信號的一極化、該信號的一調變、或其之一組合。該修改裝置包含可諧調裝置、一主動裝置、一被動裝置、或其之一組合。
在一種形式中，該等一或多個輻射元件包含至少兩層，並且來自該等至少兩層中的每一層包含一介電基板、一充氣基板、一圖案化的金屬層、一背腔結構、一可諧調裝置、一主動裝置、或其之一組合。
在一種形式中，該等一或多個饋入元件包括一平面天線、一2.5D形狀天線、一3D形狀天線、一主動天線、一被動天線、一單埠天線、一多埠天線、一空氣填充天線、一電介質填充天線、或其之一組合。
在一種形式中，該波分配裝置係一或多個波導的一網路、一或多條傳輸線的一網路、一或多個分配器的一網路、一或多個合併器的一網路、波束成形器的一網路、透鏡結構的一網路，混合型耦合器的一網路、或其之一組合。
在一種形式中，該等一或多個波導包括一漏波波導、一槽孔式波導、一共面波導、一背腔波導、一平行板波導、或其之一組合。
在一種形式中，本發明提供了一種前端天線系統，其包含有一控制器及如本文所提供的該天線系統，以從複數個空間區域中之一或多個空間區域中輸出一或多個波束。
在一種形式中，該前端天線系統更包含複數個波束網路及複數個收發器，其中來自該等複數個波束網路中的每一個波束網路包括複數個波束成形電路、複數個開關電路、或其之一組合。來自該等一或多個饋入元件中的每一個饋入元件包括一或多個埠。來自該等一或多個埠中的每一個埠被電氣耦合到來自該等複數個波束網路中的一或多個波束網路。來自該等複數個波束網路中的每一個波束網路對應於一發射極化及一接收極化中之一個。
在一種形式中，來自該等一或多個模組中的每一個模組被設置在一第一基片層，來自該等一或多個模組中的每一個模組經由複數個連接器被電氣耦合到一第二基片層，其中該第二層包含有一或多個信號分配網路、一或多個電路、或其之一組合以把該等一或多個模組電氣耦合在一起。
在一種形式中，該模組被組配成可在該等一或多個波束上同時發射及接收一或多個信號流。
在一種形式中，該饋入層更包含一隔離元件，該隔離元件被組配來從該等一或多個饋入元件隔離出一組饋入元件，並且該隔離元件包括複數個通孔、一人造邊界平面、一屏蔽、一接地平面、一寄生元件、一腔體結構、一濾波器網路、一抵消網路、或其之一組合。
在一種形式中，來自該組饋入元件中的每一個饋入元件可在一發射模式、一接收模式、或其之一組合中操作，並且當來自該組饋入元件中的每一個饋入元件可同時在該發射模式及該接收模式中操作時，該組饋入元件包括一個饋入元件。
在一種形式中，當來自該組饋入元件中的每一個饋入元件可在該發射模式及該接收模式之一個中操作時，該組饋入元件包括兩個或更多個饋入元件，並且該等兩個或更多個饋入元件具有一平面排列及一非平面排列中的一種。
在一種形式中，該饋入層更包含一隔離元件，該隔離元件被組配來從該等一或多個饋入元件中隔離出一組饋入元件。該隔離元件包包含一抵消網路，該抵消網路被組配來針對該組饋入元件的一組埠、該組饋入元件的一組信號流、或其之一組合採樣一發射出的信號。對於一發射出的信號，該隔離元件被組配來把一輔助信號注入到一接收信號鏈中，其中該輔助信號被組配來抑制該發射出的信號在該接收信號鏈上的一干擾。
在一種形式中，該抵消網路包含一或多個信號分離器、一或多個濾波器電路、一或多個延遲元件、一或多個衰減器、一或多個合併器、或其之一組合，並且該抵消網路的每一個組件被設置在一射頻(RF)級、一中頻(IF)級、一數位級、一本地振盪器(LO)級、或其之一組合處。
在一種形式中，本發明提供一種前端天線系統，其包括如本文所提供的該天線系統以從複數個空間區域之一或多個空間區域中輸出一或多個波束。該前端天線系統更包含複數個波束網路及複數個收發器。
在一種形式中，該饋入層更包含一隔離元件，該隔離元件被組配來從該等一或多個饋入元件隔離出一組饋入元件，並且該隔離元件包括複數個通孔、一人造邊界平面、一屏蔽、一接地平面、一寄生元件、一腔體結構、一濾波器網路、一抵消網路、或其之一組合。來自該組饋入元件中的每一個饋入元件可在一發射模式、一接收模式、或其之一組合中操作，並且當來自該組饋入元件中的每一個饋入元件可同時在該發射模式及該接收模式中操作時，該組饋入元件包括一個饋入元件。該抵消網路被設置在一積體電路晶片上，並包括至少一個可調諧組件，並且該抵消網路的一或多個部分被設置在該等複數個波束網路、該等複數個收發器，或其之一組合處。
本發明提供一種天線系統，其被組配成可從複數個空間區域之一或多個空間區域中發射或接收一或多個波束。該天線系統包含被電氣耦合到一前端電子電路層的一模組，該前端電子電路層被組配來處理該等一或多個波束。該模組包括一輻射層，該輻射層包含有一或多個輻射元件，該等輻射元件被組配來發射該等一或多個波束及接收該等一或多個波束中的至少一個，以及一饋入層，該饋入層包含有一或多個饋入元件，其中該等一或多個饋入元件被組配來激發該輻射層、發射該等一或多個波束、接收該等一或多個波束，或其之一組合。該等模組包括一分配網路層，該分配網路層包含有一波分配裝置，其中該波分配裝置被組配來把該等一或多個波束從該前端電子電路層分配到該饋入層。
在一種形式中，該饋入層更包含一隔離元件，該隔離元件被組配來從該等一或多個饋入元件隔離出一組饋入元件，並且該隔離元件包括複數個通孔、一人造邊界平面、一屏蔽、一接地平面、一寄生元件、一腔體結構、一濾波器網路、一抵消網路、或其之一組合。
在一種形式中，該等一或多個饋入元件包括一平面天線、一2.5D形狀天線、一3D形狀天線、一主動天線、一被動天線、一單埠天線、一多埠天線、一空氣填充天線、一電介質填充天線、或其之一組合。
本發明提供一種天線系統，其被組配成可在複數個空間區域之一或多個空間區域中發射或接收一或多個波束。該天線系統包含被電氣耦合到一前端電子電路層的一模組，該前端電子電路層被組配來處理該等一或多個波束。該模組包括一輻射層，該輻射層包含有一或多個輻射元件，該等輻射元件被組配來發射該等一或多個波束及接收該等一或多個波束中的至少一個，其中該輻射層包括一像素化的天線孔徑、一連續天線孔徑、一平面天線孔徑、一保角天線孔徑、一固定天線孔徑、一可調諧天線孔徑、一被動天線孔徑、一透射天線孔徑、一反射天線孔徑、複數個超材料元件、或其之一組合。該模組包括一饋入層，該饋入層包含有一或多個饋入元件，其中該等一或多個饋入元件被組配來激發該輻射層、發射該等一或多個波束、接收該等一或多個波束，或其之一組合，並且其中該等一或多個饋入元件包括一平面天線、一2.5D形狀天線、一3D形狀天線、一主動天線、一被動天線、一單埠天線、一多埠天線、一空氣填充天線、一電介質填充天線、或其之一組合。該饋入層包括一隔離元件，該隔離元件被組配來從該等一或多個饋入元件隔離出一組饋入元件。該模組包括一分配網路層，該分配網路層包含有一波分配裝置，其中該波分配裝置被組配來把該等一或多個波束從該前端電子電路層分配到該饋入層，並且其中該波分配裝置係一或多個波導的一網路、一或多條傳輸線的一網路、一或多個分配器的一網路、一或多個合併器的一網路、或其之一組合。
另外的適用領域將從本文所提供的描述中變得明顯。應被理解的是，該描述及具體實例僅係用於說明的目的，並不旨在用於限制本發明的範圍。
較佳實施例之詳細說明
以下的描述本質上僅係示例性的，並不旨在限制本發明、應用、或用途。應被理解的是，在所有附圖中，對應的附圖號碼表示相同或對應的部件及特徵。
本發明提供了一種用於一無線前端收發器的天線系統架構，其提供了多波束波束成形、高功率效率、高頻譜效率、以及在操作中頻率與尺寸之可擴展性的一獨特組合。該天線系統可被使用作為一前端天線系統的一部分，並且該前端天線系統操作為一無線前端系統並且能夠啟用波束的產生及/或接收以及射頻(RF)場型及波束的電子控制其中係以高精準度及獨立的方式控制各種輻射參數，諸如該波束的一方向、一場型、一功率、一極化、及/或一相位角。在一種形式中，該前端天線系統發射、接收、或同時發射及接收一波束(例如，單波束操作/模式)或多個同時的波束(例如，多波束操作/模式)。
本發明該前端天線系統的該天線系統可被實現用於各種類型的信號或功率無線電波傳輸及/或接收，諸如前端天線系統、無線感測及成像系統、以及無線電力傳輸系統、等等。前端天線系統的實例包括但不侷限於：衛星信令、網路運營商及網際網路服務供應商(ISP)的無線通訊、寬頻、及/或通用電信。實例無線感測及成像感測系統包括但不侷限於：汽車雷達感測器系統、安保及安全成像及篩選感測器系統、醫學成像系統、等等。實例無線電力傳輸系統包括但不侷限於：使用無線電波傳輸電力/能量以對電子及電氣裝置進行無線充電的系統。
在一種形式中，該前端天線系統可被實現來用於毫米波頻帶通訊(例如5G/6G電信)，其中使用大孔徑及/或大量輻射元件(以及相關聯之收發器及波束成形電路)來減輕大量的信號傳播損失。由於大量的輻射元件，傳統前端天線系統消耗過多的功率(例如，數位波束成形方法所產生的功率消耗)、其功能受到限制(例如波束數量、天線增益、波束成形能力、等等。)、及/或需要限制孔徑大小之複雜的波束成形網路(例如大晶粒尺寸及數量、在元件之間複雜的路由及同步、等等)。
本發明的該前端天線系統更可在包括中頻帶及/或低頻帶(5G信令頻帶)、衛星通訊頻帶(例如X頻帶、Ku頻帶、Ka頻帶、V頻帶、W頻帶)、汽車雷達頻帶(例如 W頻帶)或其他經許可或未經許可的頻帶(例如 60 GHz)的電信頻帶中被實現。該前端天線系統也可以在其他的頻帶中被實現(例如，RF、微波、毫米波、次毫米波、兆赫、等等其他的頻帶中)。
在該多波束模式中，該相位陣列前端天線系統可作為一多重輸入/多重輸出(MIMO)信號系統，其使得可以同時及連續發射(及/或接收)多個RF波束，其中每一個波束能夠包括獨立或相關的信號，用於增強通訊及/或檢測目的。該等多個波束還可以對在一無線電力傳輸系統中多個充電裝置傳輸電力。該天線系統提供對每一個波束形狀(例如場型)、指向方向、功率位準、極化、等等之高精確度整形及控制，從而使一操作員能夠獨一無二地定義該等所欲的特性。
該前端天線系統可提供各式各樣的好處。但該系統及方法並不侷限於總是提供這樣子的好處，並且僅係以該系統及方法可如何被投入使用的示例性表現方式來做呈現。該等好處的列出並非意圖係窮舉性的，其他的好處可附加地或替代地存在。
作為一實例，該前端天線系統在無線通訊中提供增加的資訊負載容量(例如，聚合吞吐量或資料速率)。多個波束可以增加在一特定頻帶上的資訊傳輸，從而提該高頻譜效率及功率效率。
作為另一個實例，該前端天線系統提供可以提供與多個節點進行連續及同時連接的多個波束，從而提高速率並實現複雜的多節點通訊或更有效的無線通訊拓撲。
作為又一實例，該前端天線系統提供用於通訊的多波束MIMO操作，從而能夠針對頻率重覆使用、該無線電鏈路之增加的容量、以及在該前端天線系統中改善頻譜效率中啟用了空間多工的方法。
此外，傳統的相位陣列天線只有一單一波束，與多個位置的信號傳輸需要波束跳換。因此，藉由本發明之該相位陣列天線所提供的該多波束功能，提供了與多個位置之連續的連接，從而使波束跳換變得沒有必要。
本發明的該前端天線系統還提供了對移動信號源的追蹤，諸如行動電話使用者、飛機、衛星、以及汽車、等等。由本發明該前端天線系統所提供之連續的連接能夠實現連續信號追蹤並消除追蹤任何信號所需之任何的延遲，從而最小化該連接性延遲。
本發明的該前端天線系統可以附加地在一給定方向上或在一通訊網路中給定節點之間提供重疊的信號波束。因此，該前端天線系統在該通訊網路中提供了額外的冗餘。
作為另一實例，該前端天線系統向一或多個節點提供同時的發射及接收，這又減少了該通訊系統的等待時間並增加了該通訊網路的資料速率。
對於成像系統，本發明的該前端天線系統增加檢測解析度(例如，角度及/或距離解析度)。此外，例如與單一波束之波束控制系統相比，該前端天線系統的多波束操作能夠實現更快的成像及檢測。
對於無線電力傳輸系統，本發明該前端天線系統提供用於多個無線裝置同時充電之多個波束的產生。因此，該前端天線系統減少了充電時間並提高了每一個裝置的效率。
作為另一個實例，本發明的該前端天線系統降低了用於任何給定孔徑尺寸以及用於單一波束及多波束操作的複雜性、尺寸、以及功率。此外，本發明的該前端天線系統減少了對於給定孔徑尺寸的之該整體晶粒電路尺寸及數量要求。結果，該前端天線系統在該系統中提供減小的尺寸、減少的重量、以及減少的功耗。
在一種形式中，該前端天線系統包括一射頻(RF)級、一中頻(IF)級、及一數位級中的至少一個。雖然特定的級被提供，但該前端天線系統也可以包括其他的級諸如一本地振盪器級。
在一種形式中，參考圖1，一前端天線系統1包括複數個天線10(即，一天線陣列)、複數個收發器30、以及複數個波束網路50。在一種形式中，該等收發器30把該等天線10電氣連接到該波束網路50。在一種形式中，該前端天線系統1可操作為提供多個同時波束的一多重輸入/多重輸出(MIMO)系統並且可操作成獨立地控制該等信號波束輻射參數，諸如該波束的一方向、一場型、一功率、一極化、以及一相位角。在一種形式中，該前端天線系統1可操作成獨立地控制該等波束的一波束類型，諸如一發射型波束、一接收型波束、以及一同時接收及發射型波束。該波束類型包括一發射型波束、一接收型波束、以及一同時接收及發射型波束中的一種。在一種形式中，該前端天線系統1可被實現來用於數位及類比的信令發射。
在一種形式中，該前端天線系統1被組配來發射及接收無線電波的波束。在一種形式中，該前端天線系統1發射及/或接收具有不同方向、場型、功率位準、以及由一波束管理控制程序所限定之其他輻射參數的多個無線電波波束。在一種形式中，該前端天線系統1同時發射及接收一或多束無線電波波束。
在一種形式中，該天線10被組配來控制該前端天線系統1的該等輻射參數，諸如波/信號波束場型、方向、以及其他的輻射參數。實例天線10包括但不侷限於：平面天線(諸如貼片、槽孔、環狀、螺旋、領結形、等等)、背腔天線、以及薄膜天線。
在一種形式中，該等天線10可以包括一單一天線元件、一組輻射元件、或一連續輻射孔徑。作為一實例，該組天線10包括孔徑天線、連續孔徑天線、平面天線、透鏡天線(例如，一橢圓透鏡、一龍伯(Lunenberg)透鏡、等等)、平面透鏡天線(例如，一羅特曼(Rotman)透鏡)、導線天線、及/或反射器天線。作為另一實例，其可以包括超材料天線、漏波天線、法布里-珀羅(Fabry-Perot)天線、槽孔陣列天線、波導天線、等等。作為一特定的實例，該等經分組的元件可以包括超材料天線，該等超材料天線具有被佈置來為每個子集天線產生該所欲場型及輻射特性的超材料元件或元像素。
在一種形式中，該組天線10可以包括一單埠天線或多埠天線，並且可以包括任何數量/組合的單埠及多埠天線。作為一實例，對於該天線10的一多埠實現方式，每一個埠可以在一特定區域激發及產生一波束，其中該等波束共同展開一選擇的3D視場(FoV)空間。在一種形式中，一多埠天線的該等波束可以具有重疊區域/場型。該前端天線系統1之該多波束場型的產生可由經由該波束網路50由該等多埠天線組、該等天線陣列組、或其之一組合來實現。
在一種形式中，該等天線10可以是被動天線或主動天線。作為一實例，該等天線10可以包括一主動天線，該主動天線具有被整合在其中用於動態控制一給定天線特性(例如天線場型、波束場型、等等)之可調諧組件(諸如變容器、二極體、等等)及/或可調諧材料(例如鈦酸鍶鋇(BST)、液晶、等等)。在一些形式中，該主動天線係由一控制器被電子式地控制以產生該所欲的輻射特性，如下文會被進一步詳細描述的。
在一種形式中，該等天線10可被組配來執行附加的波束成形操作。作為一實例，當該等天線10係多埠天線時，該前端天線系統1可包括至少一組連接該組天線及其他系統組件的開關網路，從而啟用該等多埠天線之該等埠的控制功能，如在下文會被更詳細描述的。作為一實例，該等多埠天線可操作以發射該等複數個波束、接收該等複數個波束、或其之一組合，使得該等複數個波束具有一相同的極化、一相同的頻帶、或其之一組合。下面會更詳細地提供有關於該等模組的額外細節。
在一種形式中，該等收發器30被組配成藉由把該等天線10連接到該等波束網路50來選擇性地使該等天線10能夠發射/接收信號、方向性的波束、及/或多維度波束。在一種形式中，該等收發器30被實現為多組收發器30，其中來自一給定收發器組中的至少一個收發器30把來自該組天線中的一個天線10連接到一組波束網路50。在一種形式中，來自一給定收發器組中的至少一個收發器30把來自該組天線中的一個天線10連接到一組波束網路50。在一種形式中，連接到每一個天線10之該收發器30的數量係等於該天線10的該埠數。在一個變型中，連接到每一個天線10之該收發器30的數量可能不等於該天線10的該埠數。
在一種形式中，該等收發器30各自包括放大來訊及出訊信號之兩個或更多個放大器，諸如一功率放大器32及一低雜訊放大器34。在一種形式變型中，該等收發器30可以包括一或多個開關36，該等開關能夠在該功率放大器32與該低雜訊放大器34之間進行切換，從而能夠在接收與發射信號之間進行切換。或者，該功率放大器32及該低雜訊放大器34可以在沒有該等開關36的情況下被連接到該等天線10的該等天線埠以實現同時的Tx/Rx及/或以省略與該等開關36相關聯的該等損耗。
在一種形式中，該低雜訊放大器34被組配成放大由該天線10所接收的一信號，同時向該信號添加最小的雜訊/失真。該低雜訊放大器34可以具有各種增益、雜訊指數、線性度、及阻抗匹配特性。該低雜訊放大器34可以具有各種增益、雜訊指數、線性度、及阻抗匹配特性。在一種形式中，該功率放大器32被組配成把該信號放大到用於該天線埠之一給定的功率位準。因此，該功率放大器32可以具有增益及功率特性以根據在該給定方向/波束中該所欲之等效等方向性輻射功率(EIRP)來把該信號放大到該給定的功率位準。在一種形式中，該功率放大器32具有高線性及功率效率以支援各種調變信號，諸如正交分頻多工調變。在一些形式中，可以使用各種技術來增強該等功率放大器32所輸出的該功率，這些技術包括但不侷限於阻抗變換方法、功率合併技術、以及電晶體堆疊。這些技術可以在晶片外或晶片上被實現，諸如先進基於矽的工序(例如，基體CMOS次微米、矽晶絕緣體(SOI)、及/或SiGe BiCMOS技術)。
作為一實例，該功率放大器32可以是一Doherty功率放大器、一異相功率放大器、一Chireix異相功率放大器、或其之一組合。作為另一實例，該功率放大器32可以是一線性型功率放大器(例如，A類放大器、B類放大器)或一交換型功率放大器(例如，E類放大器、F-1 類放大器)。作為一附加的實例，該功率放大器32係一高功率放大器，當其在例如高頻毫米波系統(即，高頻包括30到300 GHz)中被實現時，其補償該前端天線系統1的信號傳播衰減損耗及高RF損耗。
在一種形式中，該功率放大器32可以包括一預失真電路以提高輸出信號的線性度。該預失真電路可被實現在該數位級、該類比級、或其之一組合中。在一個實例中，該預失真電路在該數位級中被實現並且係一數位預失真電路(DPD電路)。在一種形式中，DPD電路可以基於無記憶性模型(例如，無記憶性多項式演算法及/或基於查找表(LUT)的演算法)或基於具有記憶性的模型(例如，一記憶性多項式模型)。在另一個實例中，該DPD電路係基於來自該前端天線系統1之一或多個波束的該資訊來被實現，而非來自每一個功率放大器32的該資訊。
在一種形式中，該波束網路50包括一波束成形器網路51及/或開關網路58，它們被組配成藉由對往/來於該等天線10之該等信號進行建設性及破壞性的合併、選擇、及/或操縱，產生、提供、及/或改變信號流(來訊及出訊兩者)。該波束網路50被組配來為來自每一個天線10及/或每一組天線10中的每一個信號路徑中指定特定的信號相位、振幅、及/或選擇交替用於為該所欲的信號流/波束進行波束成形合併/處理。雖然該波束網路50被展示成包括有該波束成形器網路51及該開關網路58兩者，但應被理解的是，在一些變型中，該波束網路50可以僅包括該波束成形器網路51及該開關網路58中之一個。
在一種形式中，該波束網路50係成組地被提供。該等波束網路50的每一組被組配來產生用於多波束、多流信號發射及/或接收之多方向的及/或多維度的波束。該組波束網路50經由該等收發器30被連接到一給定天線10組的每一個天線10。在一種形式中，該等波束網路50及/或它們的該等組件可能被實現在不同的級，包括有一RF級、一中頻(IF)級、一基頻級、一數位級、或其之一組合處。在一些形式中，當該等天線10包括主動天線時，該等波束網路50可以與用於混合型波束網路的該等天線10合併。
在一種形式中，該波束成形器網路51包括移相器(PS)電路52的一網路、時間延遲電路54的一網路、一放大器網路56、分離器、合併器、或其之一組合。在一種形式中，該移相器電路52網路(以下被稱為「移相器52」)被組配來接收一來訊信號並改變與該來訊信號相關之該波束的該相位及該振幅。在一種形式中，該等移相器52可由類比電路、數位電路、或其之一種組合(例如，一混合模型)來被實現。該等移相器52可包括主動組件(例如，基於向量調變器的移相器52)、被動組件、或其之一組合。作為一實例，該等移相器52可以包括一反射型移相器(RTPS)、一加載線路移相器、一交換式傳輸線移相器(STPS)、一基於加載線路的被動移相器、或其之一組合。
在一種形式中，該時間延遲電路54網路(以下被稱為「時間延遲54」)更被組配來接收一來訊信號並改變與該來訊信號相關之該波束的該相位。作為一實例，該等時間延遲54被組配成把該信號延遲一可控的時間延遲，該可控的時間延遲係由一控制器來限定及/或動態地調整。在一種形式中，該等時間延遲54可以通過類比電路、數位電路、或其之一組合(例如，一混合模型)來被實現。
在一種形式中，該等移相器52及/或該等時間延遲54被實現作為一真實時間延遲(TTD)以最小化該等波束成形器網路51的波束偏斜或失真。在一種形式中，該等移相器52及該等時間延遲器54在本文中可被統稱為「延遲元件」。
在一種形式中，當該等波束成形器網路51係由類比電路來實現時，該等波束成形器網路51包括該放大器網路56。該放大器網路56被組配成修改一接收到或發射出信號的該振幅，使得該信號在信號合併、分離、及/或操縱被執行之前/之後，會有一給定的強度。作為一實例，該放大器網路56可以包括一或多個可變增益放大器，其被實現為一類比電路、一數位電路、或其之一組合(例如，一混合模型)。
在一些形式中，例如當該等天線10包括多埠天線時，該等波束網路50包括該開關網路58。作為一實例，對於每一個多埠天線，該前端天線系統1包括把該等多埠天線之埠的一子集連接到一組收發器30的一開關網路58。另外或替代地，該前端天線系統1可以包括把該組收發器連接到該組波束成形器網路51的一開關網路58 。在一些形式中，該開關網路58無需任何開關電路就可以把該等單埠/多埠天線的所有埠連接到該等收發器30。該開關網路58被組配來提供不同級別的組件連接性/活動性，從而合併或分離波束並控制波束方向。該開關網路58可以簡化該波束成形器的該複雜性及/或顯著地增強該前端天線系統1波束成形多波束、多流的功能。該開關網路58可以在各級被實現，諸如該RF級、該IF級、該基頻級、該數位級、或其之一組合處。在一種形式中，該開關網路58包括一或多個開關、一或多個合併器、一或多個分離器、一或多個濾波器、一或多條耦合線、或其之一組合。
在一種形式中，該波束成形器網路51可以是一類比波束成形器、數位波束成形器、或其之一組合(例如，一混合型波束成形器)。作為一實例，對於具有大量天線元件/組的大天線孔徑，由於一數位波束成形器的該過度功耗，該波束成形器網路51可以是一類比波束成形器或一混合型波束成形器。作為另一個實例，在較高頻帶(例如，毫米波頻帶)，該波束成形器網路51可以包括在該IF級被提供的一類比波束成形器以抑制在較高頻帶處RF組件及分配/合併網路的損耗及/或RF組件的該尺寸。在採用一IF實現方式或數位波束成形器的某些形式中，可以在所有的天線元件及/或天線組處執行本地振盪器(LO)信號的同步，伴隨在天線組及/或子組層級處實現混頻器。在一些形式中，該LO信號同步的實現可藉由一參考信號、一鎖相迴路(PLL)電路、一放大器電路、一混頻器、或其之一組合實現在天線元件、天線組、及/或天線子組層級處來達成。
在一些形式中，該前端天線系統1可以包括一控制器90。該控制器90被組配來操作該前端天線系統1的該等組件以實現一所欲的輸出。在一種形式中，該控制器90被連接到所有的主動組件並被組配來執行波束管理控制程序、波束追蹤程序、使用者管理程序、等等。作為一實例，該控制器90可以獨立地設置一功率位準、頻寬、波束方向、波束寬度、極化、信號流/使用者的數量、通訊範圍及調變、以及用於一或多個波束之其他的信號參數。在一種形式中，該控制器 90 可以是自動化的，使得該系統以一特定方式響應於往來於該前端天線系統1的輸入及輸出信號。在一種形式中，該控制器90使得使用者能夠管理任何及/或所有所欲的前端天線系統參數(例如信號放大位準、設置波束形及方向)。在一種形式中，該控制器90能夠管理在一通訊網路中的該信號流。
在一種形式中，該前端天線系統1可以被實現為一陣列(例如，一動態陣列、一固定陣列、一主動陣列、一被動陣列、一數位陣列、一類比陣列、或一混合型陣列、以及其他陣列類型)。作為一實例並如在圖2A-2B中所示，該前端天線系統1可包括共同形成一陣列2的一或多個模組70-1、70-2、70-3、…、70-n(在本文中它們被統稱為模組70)。該等模組70的每一個包括來自該等複數個天線10之一組天線10。作為一實例，該模組70-1可包括一組天線，其包括來自該等複數個天線10中的天線10-1、10-2、10-3。
在一種形式中，該等一或多個模組70可以彼此相同或不同。作為一實例，每一個模組70可以具有相同的幾何參數(例如，形狀、尺寸、方向、長度、寬度、深度、等等)，如在圖2B中所示。作為另一個實例，該等模組70中的兩個或更多個可以具有一組彼此不同的幾何參數，如在圖2A中所示。在一種形式中，該等模組70被隨機排列或被排列成一網格狀或一行。在一種形式中，該等一或多個模組70可具有各種平面、非平面、或保角形狀(例如，矩形、圓形、六邊形、等等)。此外，該等一或多個模組70可以以一平面方式、非平面方式、或一保角的方式被彼此整合。在一種形式中，該等一或多個模組70可以彼此交錯或重疊。在一種形式中，該等一或多個模組70形成一稀疏組配以擴大該前端孔徑，並且該等一或多個模組70可以相對於彼此被旋轉及移位以抑制旁瓣。
在一種形式中，該前端天線系統1的該尺寸及幾何形狀可基於陣列天線的該數量、每一個天線之該元件數、及/或一連續孔徑天線的尺寸。在一種形式中，該前端天線系統1的該尺寸及幾何形狀係基於一所欲的信號強度、頻率頻寬、信號負載容量、來訊/出訊信號的數量、以及其他信號發射及/或接收參數。作為一實例，在一5G實現方式中，該前端天線系統1包括具有236個元件(例如，16×16陣列)或1024個元件(32×32陣列)的陣列2。作為另一個實例，在一長距離通訊實現方式中，該陣列2包括2000個元件(或者當等該天線10係由一連續孔徑天線子陣列來被實現時一相當於2000個元件的尺寸)。
參考圖3，其展示出一給定模組70的各種層。在一種形式中，該模組70包括一輻射層72、一饋入層74、以及一分配網路層78。在一種形式中，該輻射層72被組配成發射及/或接收一或多個波束。在一種形式中，該饋入層74被組配成激發該輻射層72以發射及/或接收該等一或多個波束。應被理解的是，當該輻射層72與該饋入層74合併時，該饋入層74被組配成發射及/或接收該等一或多個。因此，當該輻射層72與該饋入層74被合併為一單一實體層時，該輻射層72及該饋入層74的該功能可以使用類似的元件來執行。雖然該輻射層72被展示成被設置在該饋入層74之上，但應被理解的是，當該輻射層72包括一反射材料時，該饋入層74可被設置在該輻射層72之上。
在一種形式中，該模組70被電氣耦合到一前端電子電路層76。在一種形式中，該前端電子電路層76被組配來形成該等一或多個波束。在一種形式中，該分配網路層78被組配成把該等一或多個波束從該前端電子電路層76分配到該饋入層74。在一種形式中，該分配網路層78被組配來形成該等複數個波束。應被理解的是，在其他的形式中，該等層的該順序、合併、及定位可以做變化。
在一種形式中，該前端電子電路層76包含一發射器或接收器。在一種形式中，該前端電子電路層76產生並放大一或多個發射信號。在另一種形式中，該前端電子電路層76接收、放大、及重建一或多個接收到的信號。在另一個實例中，該前端電子電路層76處理並改變被耦合到該等天線10之一或多個天線埠的一或多個信號流。
為了執行本文所描述的功能，該前端電子電路層76可以包括一頻率轉換器、一數位到類比轉換器(DAC)、一類比到數位轉換器(ADC)、一功率放大器(PA)(例如，該功率放大器32)、一低雜訊放大器(LNA)(例如，該低雜訊放大器34)、一混頻器、一開關、一移相器(例如，該移相器52)、一延遲線、一可變增益放大器(VGA)、一鎖相迴路(PLL)、一參考信號、一雙工器、或其之一組合。在一些形式中，該前端電子電路層76包含一波束成形器網路、一開關網路、一收發器、或其之一組合。
在一些形式中，該前端電子電路層76包含一波束網路(例如該波束網路50)、一收發器(例如，該收發器30)、或其之一組合。在一些形式中，該前端電子電路層76包含一或多個輸入埠、一或多個輸出埠、或其之一組合。在一些形式中，該前端電子電路層76包括一或多個電路晶片、一或多個積體電路(IC)晶片、一或多個射頻積體電路(RFIC)晶片、一或多個特定應用積體電路(ASIC)、一或多個系統單晶片(SoC)、等等。在一種形式中，該前端電子電路層76層包含被安裝在一基片上的一或多個晶片。在一些形式中，該前端電子電路層76被組配成提供一RF級、一IF級、一數位級、一LO級、或其之一組合。
參考圖4，其圖示出該輻射層72的一示意圖。在一種形式中，該輻射層72包括一或多個輻射元件82A，其被組配來發射及/或接收該等一或多個波束。因此，該饋入層74被組配來激發該等輻射元件82A以發射及/或接收一或多個波束。作為一實例，該等輻射元件82A可以包括但不侷限於：一像素化的天線孔徑、一連續天線孔徑、一平面天線孔徑、一保角天線孔徑、一固定天線孔徑、一可諧調天線孔徑、一被動天線孔徑、一透射天線孔徑、一反射天線孔徑、或其之一組合。作為另一個實例，該等輻射元件82A可以包括複數個超材料元件及/或元像素，其被組配來為每一個模組70產生該所欲的場型及輻射特性。
在一種形式中，該等輻射元件82A可具有複數個層(即，兩層或更多層)。在一種形式中，每一層可包括但不侷限於：一介電基片、一充氣基片、一圖案化金屬層、一背腔結構、一可諧調裝置、一主動裝置、或其之一組合。
在一種形式中，該等輻射元件82A更包含一修改裝置82B，該修改裝置82B被組配來修改該等複數個波束的一相位、振幅、極化、調變、或其之一組合。實例修改裝置82B包括但不侷限於：一可諧調裝置/材料、一主動裝置、或其之一組合。
在一種形式中，該等輻射元件82A係多層結構(例如，兩層或更多層)，其中每一層包含一介電層、一充氣層、一圖案化金屬層、一圖案化介電層、一主動裝置、一被動裝置、一可諧調裝置、或其之一組合。在一種形式中，該層數、每一層的該結構、該等層之整體形狀及尺寸、及/或該可諧調裝置增強了該頻寬(例如，寬頻寬、窄頻寬、多頻帶、頻寬選擇或抑制、等等)、該調諧範圍(例如調諧該相位變化、振幅變化、極化變化、頻率變化、調變變化、等等)，或該等輻射信號的其他參數。
參考圖5A，該饋入層74的一示意圖被示出。在一種形式中，該饋入層74包括複數個饋入元件84，其被組配來激發該輻射層72的該等輻射元件82A及/或發射/接收該等波束。例如，該饋入元件84可以包括但不侷限於：一平面天線、一2.5D形狀天線、一3D形狀天線、一主動天線、一被動天線、一單埠天線、一多埠天線、一空氣填充天線、一電介質填充天線、或其之一組合。
此外，該等饋入元件84具有各種空間佈置並可以在一發射模式、接收模式、或兩者中操作。作為一實例，如在圖5B中所示，饋入元件84-1、84-2被佈置在一給定的平面上，該饋入元件84-1可在該發射模式中操作，而該饋入元件84-2可在該接收模式中操作。作為另一實例並如在圖5C中所示，該饋入元件84-3可同時在該接收模式及發該射模式中操作。作為又另一個實例，如在圖5D中所示，饋入元件84-4、84-5實體上彼此重疊並且具有一非平面佈置使得該等饋入元件84-4、84-5中的一個被定位在另外一個饋入元件84-4、84-5的一輻射方向上。此外，該饋入元件84-4可操作在該發射模式中，並且該饋入元件84-5可操作在該接收模式中(或反之亦然)。
在一種形式中，可在一發射模式及一接收模式之一個中操作的一對饋入元件84可以經由一隔離元件被隔離。作為一實例並如在圖5E中所示，饋入元件84-6、84-7係由複數個通孔85-1來隔離，該等通孔延伸穿透過該饋入層74並且共同地形成一通孔圍欄以抑制在該等饋入元件84-6、84-7之間的電磁耦合。作為另一個實例並如在圖5F中所示，饋入元件84-8、84-9係由一人工邊界平面85-2(例如，理想磁導體(PMC)壁、一理想電導體(PEC)壁、等等)來被隔離以抑制在該等饋入元件84-8、84-9之間的電磁耦合。作為一附加的實例並如在圖5G所示，饋入元件84-10、84-11係由接地屏蔽件(或接地平面)85-3來被隔離以抑制在該等饋入元件84-10、84-11之間的電磁耦合。
作為另一個實例並如在圖5H中所示，饋入元件84-12、84-13係由寄生元件85-4來被隔離，該等寄生元件被組配成控制由該等饋入元件84-12、84-13所發射及接收之該等信號的洩漏。具體地說，該等寄生元件85-4，其可操作為被動式或主動式諧振器，可以控制由該等饋入元件84-12、84-13所發射及接收之該等信號使得該干擾被改變、抑制、或抵消。在一種形式中，該等寄生元件85-4改變來自該等饋入元件84-12、84-13之該耦合信號的該相位及/或振幅。在一種形式中，該等寄生元件85-4透過來自該等饋入元件84-12、84-13之一特定耦合路徑來改變該被耦合信號的該相位及/或振幅。
作為一另外的實例並如在圖5I中所示，饋入元件84-14、84-15係由一濾波器網路85-5被隔離。在一種形式中，該濾波器網路85-5包括電容器及/或電感器，它們共同形成一PI型網路，一T型網路、一L型網路、或其之一組合，以抑制諧波及抑制在該等饋入元件84-14、84-15之間的電磁耦合。在一種形式中，該濾波器網路85-5包括寄生元件，該等寄生元件具有電容器及/或電感器的一等效電路模型，它們共同形成一PI型網路，一T型網路、一L型網路、或其之一組合，以抑制諧波及抑制在該等饋入元件84-14、84-15之間的電磁耦合。在一種形式中，該等寄生元件及/或濾波器被提供及/或被整合在該等天線10、該等天線埠或、或其之一組合中。
作為又另一個實例並如在圖5K中所示，饋入元件84-20、84-21係以空腔85-7被隔離以抑制在該等饋入元件84-20、84-21之間的電磁耦合。 雖然在圖5E-5K中所示的該等饋入元件84係以一種平面佈置被示出，但應被理解的是，在其他的形式中，該等各個饋入元件84中的任一個都可以具有一非平面佈置。
在一種形式中並如在圖5J中所示，饋入元件84-16、84-17係以一抵消網路85-6來被隔離。雖然該抵消網路85-6被展示成隔離該等饋入元件84-16、84-17，但應被理解的是，該抵消網路85-6可隔離可在該發射/接收模式之一個中操作的多對饋送元件84(例如，該抵消網路85-6把每一個發射模式饋入元件與每一個相應的接收模式饋入元件隔離，反之亦然)。
在一種形式中，該抵消網路85-6被組配成選擇性地把一輔助信號注入到一接收(Rx)信號鏈174-1上以抑制在一發射(Tx)信號鏈174-2上由一信號所引起之該Rx信號鏈174-1的干擾。在一種形式中，該Rx信號鏈174-1包括該前端天線系統1的各種組件，其被利用來在一或多個信號波束上接收該等一或多個信號流，並且該Tx信號鏈174-2包括該前端天線系統1之各種的組件，其被利來在複數個波束上發射多個信號流。在一種形式中，該抵消網路85-6被組配來對該饋入元件84-16之每一個埠及信號流的一發射信號進行採樣。對於一或多個發射信號，該抵消網路85-6被組配來把一輔助信號注入到該Rx信號鏈174-1上以抵消在該等Rx信號鏈上由該等發射出的信號所引起的該干擾。在一種形式中，抵消網路85-6係一可諧調網路，其中它控制及調整該等被採樣及/或被注入信號的該等參數。
為了執行本文所描述的該功能，該抵消網路85-6可以包括一或多個信號分離器、一或多個濾波器電路、一或多個移相器及/或時間延遲器、一或多個衰減器、一或多個合併器、一或多個可諧調組件、或其之一組合。在一種形式中，該抵消網路85-6被實現在一積體電路晶片中，其中該抵消網路85-6被設置在一射頻(RF)級、一中頻(IF)級、一數位級、一本地振盪器(LO)級、或其之一組合處。在一種形式中，該抵消網路85-6共享在該波束網路50及/或該等收發器30中該等組件、電路、或其之一組合的一部分。在一種形式中，來自該等信號鏈之該等採樣信號及/或注入信號被耦合到該波束網路50的一或多個埠以透過該波束網路50來實現該抵消網路85-6。
應被理解的是，該等隔離元件(即，該等複數個通孔85-1、該人工邊界平面85-2、該等接地屏蔽件85-3、該等寄生元件85-4、該濾波器網路85-5、該抵消網路85-6、以及該等空腔86-7)的任何組合可被設置在一對饋入元件84及/或多個饋入元件84之間。作為一實例並如在圖5K中所示，該饋入層74包括該等複數個通孔85-1、該人工邊界平面85-2、該等接地屏蔽件85-3、該等寄生元件85-4、濾波器網路85-5、該抵消網路85-6、以及該等空腔86-7的每一個以把各對該等饋入元件84彼此隔離。
參考圖6A-6B，其圖示出該模組70的一示意圖。在一種形式中，該輻射層72包括該等一或多個輻射元件82A，其被耦合到該饋入層74的一或多個饋入元件84。如上所述，該輻射層72及該饋入層74可以以某些形式被合併。在一種形式中，該前端電子電路層76包括被組配來產生該等複數個波束的一或多個電路86 (例如，一積體電路(IC)、一射頻IC(RFIC)、等等)。因此，該等一或多個電路86可以包括該前端天線系統1的各種組件，諸如該等收發器30、該等波束成形器網路50、及/或該控制器90。在一種形式中，該等一或多個電路86可以包括在一系統單晶片(SoC)組配中的基頻、數位、調變解調器、及/或控制電路用於執行本文所描述的該功能。在一種形式中，該等一或多個電路86中的每一個與該給定的模組70相關聯(即，該等一或多個電路86被電氣耦合到該給定模組70的該饋入層74)。應被理解的是，該等一或多個電路86可以與複數個模組70相關聯(例如，一單一IC 86被提供給複數個模組70)。在一種形式中，該模組70包括一或多個印刷電路板(PCB)層。
參考圖7A，複數個模組70-1、70-2與一第二層160的該整合被示意性地展示出。在一種形式中，該等模組70-1、70-2包括一或多個連接元件150。在一種形式中，該等連接元件150被組配成把被設置在一第一基片層上之該等模組70-1、70-2中的每一個電氣耦合到該第二層160，從而把該等模組70-1、70-2的該等各種組件彼此地電氣耦合。在一種形式中，該等連接元件150被設置在該第二層160上。在一種形式中，該第二層160係一印刷電路板(PCB)層。
在一種形式中，該第二層160包括一第一分配網路層78A、一第二分配網路層78B、該前端天線系統1的一電路、或其之一組合。在一種形式中，該前端天線系統1的該電路包括該等波束網路50、該等收發器30、或其之一組合。在一種形式中，該第二分配網路層78B包括該等一或多個波分配裝置88，該波分配裝置88包括一或多個波導、一或多條傳輸線、一或多個分配器、一或多個合併器、或其之一組合。實例波分配裝置88包括但不侷限於：一漏波波導、一槽孔式波導(例如，充氣波導、基片整合式波導、等等)、一共面波導、一背腔波導(例如具有自定形狀之空氣填充或電介質填充)、一平行板波導、一透鏡結構(一平面透鏡結構、一龍伯(Lunenberg)透鏡饋入網路、一羅特曼(Rotman)透鏡、等等)、一混合型耦合器(例如，一巴特勒(Butler)矩陣、一波束成型矩陣、等等)、一微帶結構、一H樹結構、或其之一組合。
參考圖3、圖6A-6B 、以及圖7A，該分配網路層78、78A包括波分配裝置88，其被組配來把該等複數個波束從該等RFIC層76分配到該等饋入層74。在一種形式中，該波分配裝置88包括一或多個波導、一或多條傳輸線、一或多個分配器、一或多個合併器、或其之一組合。實例波分配裝置88包括但不侷限於：一漏波波導、一槽孔式波導(例如，充氣波導、基片整合式波導、等等)、一共面波導、一背腔波導(例如具有自定形狀之空氣填充或電介質填充)、一平行板波導、一透鏡結構(一平面透鏡結構、一龍伯(Lunenberg)透鏡饋入網路、一羅特曼(Rotman)透鏡、等等)、一混合型耦合器(例如，一巴特勒(Butler)矩陣、一波束成型矩陣、等等)、一微帶結構、一H樹結構、或其之一組合。作為一個具體的實例並如在圖7B中所示，該波分配裝置88可以是一或多個矩形波導88A的一網路。作為另一個具體的實例並如圖在7C中所示，該波分配裝置88可以是一平行板波導88B。
參考圖8，其圖示出另一個實例模組70-3的一橫截面圖。在一種形式中，該模組70-3包括該輻射層72、該饋入層74、該分配網路層78、及一轉移層180。在一種形式中，該輻射層72的該等輻射元件82A包括複數個超材料元件，並且該饋入層74的該等饋入元件84包括複數個槽孔天線。在一種形式中，該輻射層72與該饋入層74係由一空氣隙來被隔開。在一種形式中，該等饋入元件84被設置在該波分配裝置88(例如，該矩形波導88A及該平行板波導88B之一個)上。在一種形式中，該前端電子電路層76的該分配網路層78及該RFIC 86係藉由該轉移層180來被耦合。在一種形式中，該轉移層係一共面波導(CPW)到波導轉移、一微帶到波導轉移、一平面轉移、一2.5D轉移、一階梯式轉移、一波導探針轉移、或其之一組合。
參考圖9 ，其圖示出另一個實例模組70-4的一橫截面圖。在一種形式中，該模組70-4包括該輻射層72、該饋入層74、及該分配網路層78。在一種形式中，該輻射層72的輻射元件82A包括複數個超材料元件，並且該饋入層74的該等饋入元件84包括複數個平面天線、微帶天線、線狀天線、槽孔天線、2.5D形狀天線、3D形狀天線、充氣天線、電介質天線、孔徑天線、等等。在一種形式中，該輻射層72與該饋入層74係由空氣隙被隔開。在一種形式中，該等饋入元件84經由該分配網路層78的一傳輸線88C(作為該波分配裝置88)被電氣耦合到該前端電子電路層76的該等一或多個電路86。
參考圖10，操作在一多波束模式中之該前端天線系統1的一功能方塊圖被展示出。在一種形式中，每一個天線 10-5包括一或多個埠18-1、18-2、…… 18-n(它們被統稱為「埠 18」)，並且該等埠18的每一個被耦合到一組該等開關網路58(例如，開關網路58-1、58-2、58-3、58-4 )。在一種形式中，該組開關網路58被連接到一組該等收發器30，其可以包括包含有功率放大器32-1及低雜訊放大器34-1的一第一收發器30-1，以及包含有功率放大器32-2及低雜訊放大器34-2的一第二收發器30-2。在一種形式中，該天線10-5的每一個埠18以一全雙工模式(即，同時操作在發射/接收模式中)被連接到一組該等收發器30。在這種形式中，該等隔離元件85(在圖10中未被示出)可被提供以隔離該天線10的該等發射及接收埠、該天線10的該等發射及接收鏈、或其之一組合。
在一種形式中，該等波束成形器網路51(在圖10中未被示出)、該等開關網路58-1、及該功率放大器32-1被組配來針對該前端天線系統1之每一個天線10-5的每一個埠18控制該等波束的一發射水平極化。在一種形式中，該等波束成形器網路50、該開關網路58-3、以及該功率放大器32-2被組配來針對該前端天線系統1之每一個天線10-5的每一個埠18控制該等波束的一發射垂直極化。在一種形式中，該等波束成形器網路50、該開關網路58-2、以及該低雜訊放大器34-1被組配來針對該前端天線系統1之每一個天線10-5的每一個埠18控制該等波束的一接收水平極化。在一種形式中，該等波束成形器網路50、該開關網路58-4、以及該低雜訊放大器34-2被組配來針對該前端天線系統1之每一個天線10-5的每一個埠18控制該等波束的一接收垂直極化。應被理解的是，該開關網路58-3、該功率放大器32-2、該低雜訊放大器34-3、該等天線10-5、以及該等埠18可被組配成用於一圓形極化、一橢圓形極化、一線性極化、或其之一組合。
參考圖11，其展示出該前端天線系統1的一功能方塊圖，其包括以一全雙工模式來操作之複數個多埠天線10-6。如以上所述並如在圖11中所示，該等波束成形器網路50及/或其組件可以在各級被實現，包括有一RF級190、一中頻(IF)級192、及/或一數位級194。圖11的該功能方塊圖類似於如在圖10中所示的該功能方塊圖，但在這種形式中，每一個多埠天線10-6包括複數個埠19，其中每一個埠19可以發射及/或接收複數個有相同極化、相同頻帶、相同調變、或其之一組合的複數個波束。此外，在這種形式中，每一個埠19被耦合到該等開關網路58中之一個及該等收發器30中之一個。
參考圖12A，其圖示出被組配來執行混合型波束網路處理之該等前端天線系統1的一實例功能方塊圖。在一種形式中，該功能方塊圖的該等層對應於該等前端天線系統1的各種級/功能。雖然這些層各自地被展示出，但應被理解的是，在其他的形式中，該等層的任何一層都可被彼此合併在一起，並且不侷限於在這裡所描述的該佈置。
在一種形式中，該前端天線系統1包括一天線層300、一類比層310 、以及一數位層320。在一種形式中，該天線層300包括該等天線10的一分佈層302、一天線饋入層304、以及一輻射層306。在一種形式中，該類比層310包括一IF波束網路層312、一RF波束網路層314、以及一TRX層316用於執行本文所描述的該功能。在一種形式中，該數位層320包括用於執行基頻處理的一基頻層322、一數位波束網路層324、以及用於執行該類比到數位/數位到類比轉換的一DAC/ADC層326。應被理解的是，該數位層320可以包括調變解調器及其他數位系統組件。在一種形式中，該類比及數位分組的該分離可以提供該等類比電路及方塊在使用相同技術節點之一單一晶粒或一組晶粒上的整合。
參考圖12B，其圖示出該前端天線系統1的另一個實例功能方塊圖。除了係在該數位層320內提供該IF波束成形層312之外，在圖12B中所示的該功能方塊圖與在圖12A中所示的功能方塊圖類似。
參考圖12C，其圖示出該前端天線系統1之一額外的實例功能方塊圖。除了該RF層310及該數位層320係被設置在一積體電路層330內之外，在圖12C中所示的該功能方塊圖與在圖12A-12B中所示的功能方塊圖類似。
在一種形式中，該天線層300、該類比層310、該數位層320、及/或該積體電路層330可被設置在其上及/或包括其：一印刷電路板(PCB)；3D或2.5D模製及/或機器加工結構；電介質、金屬、及/或充氣結構及材料；被動及主動或電子裝置(例如可變電抗器、二極體、電晶體、薄膜電晶體(TFT)、等等)、可調諧材料(例如鈦酸鍶鋇(BST)基的材料、液晶、等等)、及或結構；等等。在一種形式中，該天線層300、該類比層310、該數位層320、及/或該積體電路層330可被設置在其上及/或包括其：RFIC、特定應用積體電路(ASIC)、SoC、及/或整合在該PCB上之一組此類的方塊(以及其他的方塊、組件、連接線、等等)。
參考圖13，其展示出一運算系統1000及該前端天線系統1之一種實現方式的一實例電腦架構圖。在一些實現方式中，該運算系統1000被實現在經由一通訊通道及/或網路被可通訊耦合之複數個裝置中。在一些形式中，該運算系統1000的該等組件被實現在分開的運算及或感測器裝置中。在一些形式中，該運算系統1000兩個或更多的組件被實現在該等相同的裝置中。該運算系統1000及其部件可以被整合到一運算及/或無線裝置中。
在一種形式中，一通訊通道1001介接處理器1002A-1002N、一記憶體組件(例如，一隨機存取記憶體(RAM)1003、一唯讀記憶體(ROM)1004、及/或一處理器可讀取儲存媒體1005)、一顯示器裝置1006、一使用者輸入裝置1007、一網路裝置1008、本文所描述的該前端天線系統1、及/或其他合適的運算裝置。
在一種形式中，該等處理器1002A-1002N可以包括中央處理單元(CPU)、一圖形處理單元(GPU)、微處理器、機器學習/深度學習(ML/DL)處理單元(例如，一張量處理單元)、FPGA(現場可規劃閘陣列、定制處理器、及/或任何合適類型的處理器。
在一種形式中，該等處理器1002A-1002N及該等記憶體組件1003共同形成一處理單元1010。在一些實施例中，該處理單元1010包括經由一匯流排被通訊耦合到該等記憶體組件1003、該ROM 1004、以及該處理器可讀取儲存媒體1005中一或多個的一或多個處理器以執行儲存在其中的指令。在一種形式中，該處理單元1010係一ASIC 、SoC、或其之一組合。
在一種形式中，該網路裝置1008提供一或多個有線或無線介面，用於在該運算系統1000及/或諸如外部裝置之類的其他裝置之間交換資訊。實例網路裝置1008包括，但不侷限於：一通用串列匯流排(USB)介面、一藍牙介面、無線保真(Wi-Fi)介面、一以太網路介面、一近場通訊(NFC)介面、一蜂巢式介面、等等。
在一種形式中，該處理器可讀取儲存媒體1005係一硬碟、一快閃碟、一DVD、一CD、一光碟、一軟碟、一快閃儲存器、一固態碟、一ROM、 一EEPROM、一電子電路、一半導體記憶體裝置、或其之一組合。該處理器可讀取儲存媒體1005可以包括一作業系統、軟體程式、裝置驅動器、及/或其他合適的子系統或軟體。
在描述本發明的範圍時，除非本文另有明確的說明，所有表示機械/熱性能、組成百分比、尺寸及/或公差、或其他特徵的數值都應被理解為由用詞「大約」或「大概」來修飾。由於各種原因，包括工業實踐、材料、製造、組裝公差、以及測試能力這種修飾係所欲的。
如在本文中所使用的，短語「 A、B、及C中的至少一個」及「其之一組合」應被解釋為意指邏輯(A或B或C)，使用一種非排他性的邏輯或，並且不應該被解釋為意指「A中的至少一個、B中的至少一個、以及C中的至少一個」。
在本申請中，術語「控制器」及/或「模組」可意指其、為其之一部分、或包括其：一特定應用積體電路(ASIC)；一數位、類比或混合類比/數位分立電路；一數位、類比或混合類比/數位積體電路；一組合邏輯電路；一現場可規劃閘陣列(FPGA)；執行代碼的一處理器電路(共享、專用、或群組)；儲存由該處理器電路所執行之代碼的一記憶體電路(共享、專用、或群組)；提供所描述功能之其他合適的硬體組件；或以上之部分或全部的一種組合，例如在一系統單晶片中。
該術語記憶體係該術語電腦可讀取媒體的一子集。此處所使用的該術語電腦可讀取媒體不包括透過一媒體(例如在一載波上)傳播之瞬時的電氣或電磁信號；因此，該術語電腦可讀取媒體可被認為是有形的且非暫時性的。一非暫時性、有形的電腦可讀取媒體的非限制性實例係非依電性記憶體電路(諸如一快閃記憶體電路、一可抹除式可規劃唯讀記憶體電路、或遮罩唯讀電路)、依電性記憶體電路(諸如一靜態隨機存取記憶體電路或一動態隨機存取記憶體電路)、磁性儲存媒體(諸如一類比或數位磁帶或一硬碟驅動器)、以及光儲存媒體(諸如一CD、一DVD、或一藍光光碟)。
本申請中所描述的該等裝置及方法可以部分地或完全的由一專用電腦來實現，該專用電腦的創建係藉由組配一通用電腦使之執行被體現在電腦程式中之一或多個特定的功能來達成的。上面所描述的該等功能方塊、流程圖成分、及其他元素可充當作為軟體規格，可由一熟練的技術人員或程式設計師的日常工作把該軟體規格翻譯成為該等電腦程式。
本發明的該描述本質上僅係示例性的，因此，不脫離本發明本質的變化旨在落入在本發明的範圍內。這種變化不應被視為脫離本發明的精神及範圍。
1:前端天線系統 2:陣列 10,10-1,10-2,10-3,10-5,10-6:天線 18-1,18-2,...,18-n,19:埠 30,30-1,30-2:收發器 32,32-1,32-2:功率放大器 34,34-1,34-2:低雜訊放大器 36:開關 50:波束網路 51:波束成形器網路 52:移相器電路網路 54:時間延遲電路網路 56:放大器網路 58,58-1,58-2,58-3,58-4:開關網路 70,70-1,70-2,70-3,...,70-n:模組 72:輻射層 74:饋入層 76:前端電子電路層 78:分配網路層 78A:第一分配網路層 78B:第二分配網路層 82A:輻射元件 82B:修改裝置 84,84-1,84-2,84-3,84-4,84-5,84-6,84-7,84-8,84-9,84-10,84-11,84-12,84-13,84-14,84-15,84-16,84-17,84-20,84-21:饋入元件 85-1:通孔 85-2:人工邊界平面 85-3:接地屏蔽件 85-4:寄生元件 85-5:濾波器網路 85-6:抵消網路 85-7:空腔 86:電路 88:波分配裝置 88A:矩形波導 88B:平行板波導 88C:傳輸線 90:控制器 150:連接元件 160:第二層 174-1:Rx鏈 174-2:Tx鏈 180:轉移層 190:RF級 192:IF級 194:數位級 300:天線層 302:分佈網路層 304:饋入層 306:輻射層 310:類比層 312:IF波束網路層 314:RF波束網路層 316:TRX層 320:數位層 322:基頻層 342:數位波束網路層 326:DAC/ADC層 330:IC層 1001:通訊通道 1002A-1002N:處理器 1003:記憶體 1004:ROM 1005:儲存媒體 1006:顯示器裝置 1007:使用者輸入裝置 1008:網路裝置
為了使本發明可被良好地理解，現在將參考該等附圖通過實例的方式描述本發明的各種形式，其中：
圖1根據本發明的教導係一實例實施例之一前端天線系統的一示意圖；
圖2A根據本發明的教導係在一種形式中所提供之一前端天線系統之一或多個模組的一示意圖；
圖2B根據本發明的教導係在另外一種形式中所提供之一前端天線系統之一或多個模組的一示意圖；
圖3根據本發明的教導係一前端天線系統之一模組其各種層的一示意圖；
圖4根據本發明的教導係一前端天線系統之一模組之一輻射層的一示意圖；
圖5A根據本發明的教導係一前端天線系統之一模組之一饋入層的一示意圖；
圖5B根據本發明的教導係一饋入層之發射及接收饋入元件的一示意圖；
圖5C根據本發明的教導係一饋入層之發射/接收饋入元件的一示意圖；
圖5D根據本發明的教導係一饋入層之重疊的發射及接收饋入元件的一示意圖；
圖5E根據本發明的教導係隔離一饋入層之發射及接收饋入元件之複數個通孔的一示意圖；
圖5F根據本發明的教導係隔離一饋入層之發射及接收饋入元件之一人工邊界平面的一示意圖；
圖5G根據本發明的教導係隔離一饋入層之發射及接收饋入元件之一隔離元件的一示意圖；
圖5H根據本發明的教導係隔離一饋入層之發射及接收饋入元件之複數個寄生元件的一示意圖；
圖5I根據本發明的教導係隔離一饋入層之發射及接收饋入元件之濾波器網路的一示意圖；
圖5J根據本發明的教導係隔離一饋入層之發射及接收饋入元件之抵消網路的一示意圖；
圖5K根據本發明的教導係隔離一饋入層之發射及接收饋入元件之空腔的一示意圖；
圖5L根據本發明的教導係該饋入層之複數個隔離元件及複數個饋入元件的一示意圖；
圖6A根據本發明的教導係該前端天線系統之一模組之一電路層的一示意圖；
圖6B根據本發明的教導係在另一種形式中該前端天線系統之一模組之一電路層的一示意圖；
圖7A根據本發明的教導係該前端天線系統之一模組之一分配網路層的一示意圖；
圖7B根據本發明的教導係該前端天線系統之一模組之一分配網路層的一示意圖；
圖7C根據本發明的教導係該前端天線系統之一模組之一分配網路層的一示意圖；
圖8根據本發明的教導係另一模組的一示意圖；
圖9根據本發明的教導係另一實例模組的一功能方塊圖；
圖10根據本發明的教導係被組配成以一全雙工模式操作之一前端天線系統的功能方塊圖；
圖11根據本發明的教導係具有一多埠天線被組配成以全雙工模式操作之一前端天線系統的一功能方塊圖；
圖12A根據本發明的教導係一前端天線系統的一功能方塊圖；
圖12B根據本發明的教導係另一前端天線系統的一功能方塊圖；
圖12C根據本發明的教導係又另一前端天線系統的一功能方塊圖；以及
圖13根據本發明的教導係一前端天線系統及一控制器的一功能方塊圖。
在此描述的附圖僅係用於說明目的，並不旨在以任何方式限制本發明的範圍。
1:前端天線系統
10:天線
30:收發器
32:功率放大器
34:低雜訊放大器
36:開關
50:波束網路
51:波束成形器網路
52:移相器電路網路
54:時間延遲電路網路
56:放大器網路
58:開關網路
90:控制器

Claims (27)

  1. 一種天線系統，其被組配成從複數個空間區域之一或多個空間區域中發射或接收一或多個波束，該天線系統包含有：一模組，該模組被電氣耦合到一前端電子電路層，該前端電子電路層被組配來處理該等一或多個波束，該模組包含有：一輻射層，該輻射層包含有一或多個輻射元件，該等輻射元件被組配來進行以下動作中之至少一者：發射該等一或多個波束及接收該等一或多個波束，其中該輻射層包含一或多個超材料元件，該等一或多個超材料元件被組配來進行以下動作中之至少一者：發射該等一或多個波束及接收該等一或多個波束；一饋入層，該饋入層包含有一或多個饋入元件，其中該等一或多個饋入元件被組配來激發該輻射層、發射該等一或多個波束、接收該等一或多個波束，或其之一組合，其中該饋入層被組配成激發該等一或多個超材料元件以進行以下動作中之至少一者：發射該等一或多個波束及接收該等一或多個波束；以及一分配網路層，該分配網路層包含有一波分配裝置，其中該波分配裝置被組配來把該等一或多個波束從該前端電子電路層分配到該饋入層。
  2. 如請求項1之天線系統，其中該輻射層包括一像素化的天線孔徑、一連續天線孔徑、一平面天線孔徑、一保角天線孔徑、一固定天線孔徑、一可調諧天線孔徑、一被動天線孔徑、一透射天線孔徑、一反射天線孔徑、或其之一組合。
  3. 如請求項1之天線系統，其中：該輻射層包括一可調諧天線孔徑；該等複數個輻射元件包含一修改裝置，該修改裝置被組配來修改一信號的一相位、該信號的一振幅、該信號的一極化、該信號的一調變、或其之一組合； 以及該修改裝置包含一可諧調裝置、一主動裝置、一被動裝置、或其之一組合。
  4. 如請求項1之天線系統，其中：該等一或多個輻射元件包含至少兩層；以及來自該等至少兩層中的每一層包含一介電基板、一充氣基板、一圖案化的金屬層、一背腔結構、一可諧調裝置、一主動裝置、或其之一組合。
  5. 如請求項1之天線系統，其中該等一或多個饋入元件包括一平面天線、一2.5D形狀天線、一3D形狀天線、一主動天線、一被動天線、一單埠天線、一多埠天線、一空氣填充天線、一電介質填充天線、或其之一組合。
  6. 如請求項1之天線系統，其中該波分配裝置係一或多個波導的一網路、一或多條傳輸線的一網路、一或多個分配器的一網路、一或多個合併器的一網路、數個波束成形器的一網路、數個透鏡結構的一網路、數個混合型耦合器的一網路、或其之一組合。
  7. 如請求項6之天線系統，其中該等一或多個波導包括一漏波波導、一槽孔式波導、一共面波導、一背腔波導、一平行板波導、或其之一組合。
  8. 一種前端天線系統，其包含有一控制器及如請求項1之天線系統，其中該控制器被組配成基於數個輻射參數控制該天線系統以發射該等一或多個波束、接收該等一或多個波束、或其之一組合。
  9. 如請求項8之前端天線系統，其更包含有複數個波束網路及複數個收發器，其中來自該等複數個波束網路中的每一個波束網路包括複數個波束成形電路、複數個開關電路、或其之一組合，並且其中：來自該等一或多個饋入元件中的每一個饋入元件包括一或多個埠；來自該等一或多個埠中的每一個埠被電氣耦合到來自該等複數個波束網路中的一或多個波束網路；以及 來自該等複數個波束網路中的每一個波束網路對應於一發射極化及一接收極化中之一者。
  10. 如請求項1之天線系統，其中：來自該等一或多個模組中的每一個模組被提供在一第一基片層上；來自該等一或多個模組中的每一個模組經由複數個連接器被電氣耦合到一第二基片層；以及其中該第二層包含有一或多個信號分配網路、一或多個電路、或其之一組合，以把該等一或多個模組電氣耦合在一起。
  11. 如請求項1之天線系統，其中該模組被組配成可在該等一或多個波束上同時發射及接收一或多個信號流。
  12. 如請求項1之天線系統，其中：該饋入層更包含一隔離元件，該隔離元件被組配成從該等一或多個饋入元件中隔離出一組饋入元件；以及該隔離元件包含複數個通孔、一人造邊界平面、一屏蔽件、一接地平面、一寄生元件、一腔體結構、一濾波器網路、一抵消網路、或其之一組合。
  13. 如請求項12之天線系統，其中：來自該組饋入元件中的每一個饋入元件可操作在一發射模式中、一接收模式中、或其之一組合中；以及當來自該組饋入元件中的每一個饋入元件在該發射模式中及該接收模式中皆可操作時，該組饋入元件包括一個饋入元件。
  14. 如請求項12之天線系統，其中：當來自該組饋入元件中的每一個饋入元件可在一發射模式及一接收模式其中之一者中操作時，該組饋入元件包括兩個或更多個饋入元件；以及該等兩個或更多個饋入元件具有一平面排列及一非平面排列中的一種。
  15. 如請求項1之天線系統，其中：該饋入層更包含一隔離元件，該隔離元件被組配來從該等一或多個饋入元件中隔離出一組饋入元件；該隔離元件包含一抵消網路，該抵消網路被組配來為該組饋入元件的一組埠、該組饋入元件的一組信號流、或其之一組合採樣一發射出的信號；以及對於一發射出的信號，該隔離元件被組配來把一輔助信號注入到一接收信號鏈中，其中該輔助信號被組配來在該接收信號鏈上抑制該發射出的信號的一干擾。
  16. 如請求項15之天線系統，其中：該抵消網路包含一或多個信號分離器、一或多個濾波器電路、一或多個延遲元件、一或多個衰減器、一或多個合併器、或其之一組合；以及該抵消網路的每一個組件被提供在一射頻(RF)級、一中頻(IF)級、一數位級、一本地振盪器(LO)級、或其之一組合處。
  17. 一種前端天線系統，其包含有複數個波束網路、複數個收發器、以及如請求項15的天線系統，其中：該抵消網路被提供在一積體電路晶片上並包括至少一個可諧調元件；以及該抵消網路的一或多個部分被提供在該等複數個波束網路、該等複數個收發器、或其之一組合處。
  18. 一種天線系統，其被組配成可在複數個空間區域之一或多個空間區域中輸出一或多個波束，該天線系統包含有：一模組，該模組被電氣耦合到一前端電子電路層，該前端電子電路層被組配來處理該等一或多個波束，該模組被組配來在該等一或多個波束上同時發射及接收一或多個信號流，該模組包含有：一輻射層，該輻射層包含有一或多個輻射元件，該等輻射元件被組配來 進行以下動作中之至少一者：發射該等一或多個波束及接收該等一或多個波束；一饋入層，該饋入層包含有一或多個饋入元件，其中該等一或多個饋入元件被組配來激發該輻射層、發射該等一或多個波束、接收該等一或多個波束，或其之一組合，其中該饋入層更包含一隔離元件，該隔離元件被組配成從該等一或多個饋入元件中隔離出一組饋入元件，並且來自該等一或多個饋入元件中之該組饋入元件包括一個饋入元件，該一個饋入元件在該發射模式中及該接收模式中皆可操作；以及一分配網路層，該分配網路層包含有一波分配裝置，其中該波分配裝置被組配來把該等一或多個波束從該前端電子電路層分配到該饋入層。
  19. 如請求項18之天線系統，其中：該隔離元件包含複數個通孔、一人造邊界平面、一屏蔽件、一接地平面、一寄生元件、一濾波器網路、一腔體結構、一抵消網路、或其之一組合。
  20. 如請求項18之天線系統，其中該等一或多個饋入元件包括一平面天線、一2.5D形狀天線、一3D形狀天線、一主動天線、一被動天線、一單埠天線、一多埠天線、一空氣填充天線、一電介質填充天線、或其之一組合。
  21. 如請求項18之天線系統，其中：該隔離元件包含一抵消網路，該抵消網路被組配來為該組饋入元件的一組埠、該組饋入元件的一組信號流、或其之一組合採樣一發射出的信號；以及對於一發射出的信號，該隔離元件被組配來把一輔助信號注入到一接收信號鏈中，其中該輔助信號被組配來在該接收信號鏈上抑制該發射出的信號的一干擾。
  22. 如請求項21之天線系統，其中：該抵消網路包含一或多個信號分離器、一或多個濾波器電路、一或多個延遲元件、一或多個衰減器、一或多個合併器、或其之一組合；以及 該抵消網路的每一個組件被提供在一射頻(RF)級、一中頻(IF)級、一數位級、一本地振盪器(LO)級、或其之一組合處。
  23. 一種前端天線系統，其包含有複數個波束網路、複數個收發器、以及如請求項21的天線系統，其中：該抵消網路被提供在一積體電路晶片上並包括至少一個可諧調元件；以及該抵消網路的一或多個部分被提供在該等複數個波束網路、該等複數個收發器、或其之一組合處。
  24. 一種天線系統，其被組配成可從複數個空間區域之一或多個空間區域中輸出一或多個波束，該天線系統包含有：一模組，該模組被電氣耦合到一前端電子電路層，該前端電子電路層被組配來處理該等一或多個波束，該模組被組配來在該等一或多個波束上同時發射及接收一或多個信號流，該模組包含有：一輻射層，該輻射層包含有一或多個輻射元件，該等輻射元件被組配來進行以下動作中之至少一者：發射該等一或多個波束及接收該等一或多個波束；一饋入層，該饋入層包含有一或多個饋入元件，其中該等一或多個饋入元件被組配來激發該輻射層、發射該等一或多個波束、接收該等一或多個波束，或其之一組合，其中該饋入層進一步包含一隔離元件，該隔離元件被組配來從該等一或多個饋入元件中隔離出一組饋入元件，其中該組饋入元件包括兩個或更多個饋入元件，來自該組饋入元件中的每一個饋入元件可在一發射模式及一接收模式其中之一者中操作，且該等兩個或更多個饋入元件具有一平面排列及一非平面排列中的一種；以及一分配網路層，該分配網路層包含有一波分配裝置，其中該波分配裝置被組配來把該等一或多個波束從該前端電子電路層分配到該饋入層。
  25. 如請求項24之天線系統，其中： 該隔離元件包含一抵消網路，該抵消網路被組配來為該組饋入元件的一組埠、該組饋入元件的一組信號流、或其之一組合採樣一發射出的信號；以及對於一發射出的信號，該隔離元件被組配來把一輔助信號注入到一接收信號鏈中，其中該輔助信號被組配來在該接收信號鏈上抑制該發射出的信號的一干擾。
  26. 如請求項25之天線系統，其中：該抵消網路包含一或多個信號分離器、一或多個濾波器電路、一或多個延遲元件、一或多個衰減器、一或多個合併器、或其之一組合；以及該抵消網路的每一個組件被提供在一射頻(RF)級、一中頻(IF)級、一數位級、一本地振盪器(LO)級、或其之一組合處。
  27. 一種前端天線系統，其包含有複數個波束網路、複數個收發器、以及如請求項25的天線系統，其中：該抵消網路被提供在一積體電路晶片上並包括至少一個可諧調元件；以及該抵消網路的一或多個部分被提供在該等複數個波束網路、該等複數個收發器、或其之一組合處。
TW110121526A 2020-06-11 2021-06-11 多波束波束成形前端無線收發器用天線系統 TWI826794B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063038043P 2020-06-11 2020-06-11
US63/038,043 2020-06-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202203598A TW202203598A (zh) 2022-01-16
TWI826794B true TWI826794B (zh) 2023-12-21

Family

ID=76797131

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110121526A TWI826794B (zh) 2020-06-11 2021-06-11 多波束波束成形前端無線收發器用天線系統
TW110121527A TWI806070B (zh) 2020-06-11 2021-06-11 用於無線收發器用多波束波束成形前端架構的系統及方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110121527A TWI806070B (zh) 2020-06-11 2021-06-11 用於無線收發器用多波束波束成形前端架構的系統及方法

Country Status (8)

Country Link
US (2) US11652524B2 (zh)
EP (2) EP4165726A2 (zh)
JP (2) JP2024514230A (zh)
KR (2) KR20230040987A (zh)
CN (2) CN116472646B (zh)
CA (2) CA3186895A1 (zh)
TW (2) TWI826794B (zh)
WO (2) WO2021252928A2 (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230040987A (ko) * 2020-06-11 2023-03-23 스카이기그, 엘엘씨 멀티빔 빔형성 프론트엔드 무선 트랜시버용 안테나 시스템
US11460372B2 (en) * 2020-09-03 2022-10-04 Ciena Corporation Characterizing integrated photonics devices
US11791800B2 (en) 2020-12-23 2023-10-17 Skyworks Solutions, Inc. Apparatus and methods for phase shifting
EP4020712A1 (en) * 2020-12-24 2022-06-29 INTEL Corporation Lensing system for wireless communications
US11901977B2 (en) * 2022-01-14 2024-02-13 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Delay compensated analog beam forming network
CN114978355B (zh) * 2022-04-11 2023-06-16 北京邮电大学 基于超外差中频泄露感知的太赫兹链路发现方法
CN115051722B (zh) * 2022-05-25 2023-08-18 中国船舶集团有限公司第七二三研究所 一种舰载多波束体制微波阵面前端接收装置
US20240007157A1 (en) * 2022-06-30 2024-01-04 Innophase, Inc. Digital Beam-Formed Data Packet Communication Across Serially-Connected Transceivers
WO2024009865A1 (ja) * 2022-07-04 2024-01-11 Ａｇｃ株式会社 アンテナ
WO2024015663A1 (en) * 2022-07-12 2024-01-18 Commscope Technologies Llc Radios configured to split power for a combined signal,and related methods of operating radios
US20240162993A1 (en) * 2022-11-14 2024-05-16 Pharrowtech Bv Systems and methods for wireless systems with multiple radio front ends
CN116488740B (zh) * 2023-04-17 2023-11-07 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 一种空间太赫兹通信载荷系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150263780A1 (en) * 2013-12-12 2015-09-17 Kumu Networks, Inc. Systems and methods for hybrid self-interference cancellation
US20150318618A1 (en) * 2014-05-02 2015-11-05 Searete Llc Surface scattering antennas with lumped elements
WO2020028579A1 (en) * 2018-08-02 2020-02-06 Viasat, Inc. Antenna element module

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2059364A1 (en) * 1991-01-30 1992-07-31 Eric C. Kohls Waveguide transition for flat plate antenna
GB0512805D0 (en) * 2005-06-23 2005-08-03 Quintel Technology Ltd Antenna system for sharing of operation
TW201032388A (en) 2008-12-23 2010-09-01 Skycross Inc Dual feed antenna
US7893867B2 (en) * 2009-01-30 2011-02-22 The Boeing Company Communications radar system
AU2010200313B2 (en) * 2009-01-30 2015-10-29 Teledyne Uk Limited Apparatus and method for assisting vertical takeoff vehicles
WO2013028584A1 (en) * 2011-08-19 2013-02-28 Quintel Technology Limited Method and apparatus for providing elevation plane spatial beamforming
WO2016044208A1 (en) * 2014-09-15 2016-03-24 Massachusetts Institute Of Technology Miniature ultra-wideband multifunctional antennas and related techniques
TWI586119B (zh) * 2015-08-17 2017-06-01 智邦科技股份有限公司 自主式無線電控制方法及其系統
TWI720052B (zh) 2015-11-10 2021-03-01 美商Ｉｄａｃ控股公司 無線傳輸/接收單元和無線通訊方法
KR102635791B1 (ko) * 2016-12-21 2024-02-08 인텔 코포레이션 무선 통신 기술, 장치 및 방법
US10420063B2 (en) * 2017-02-02 2019-09-17 Qualcomm Incorporated On-demand user equipment positioning
CN107342454B (zh) * 2017-06-09 2020-02-21 宁波大学 一种波导缝隙阵列天线
WO2019045429A1 (ko) * 2017-08-31 2019-03-07 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 참조 신호 송수신 방법 및 이를 위한 장치
EP3695522B1 (en) * 2017-10-12 2023-12-06 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (PUBL) Beam forming for synchronization signals
US11258164B2 (en) 2018-07-31 2022-02-22 Nokia Technologies Oy Antenna arrays
CN111585049B (zh) * 2020-05-18 2021-04-16 宁波大学 一种低副瓣平板阵列天线
KR20230040987A (ko) * 2020-06-11 2023-03-23 스카이기그, 엘엘씨 멀티빔 빔형성 프론트엔드 무선 트랜시버용 안테나 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150263780A1 (en) * 2013-12-12 2015-09-17 Kumu Networks, Inc. Systems and methods for hybrid self-interference cancellation
US20150318618A1 (en) * 2014-05-02 2015-11-05 Searete Llc Surface scattering antennas with lumped elements
WO2020028579A1 (en) * 2018-08-02 2020-02-06 Viasat, Inc. Antenna element module

Also Published As

Publication number Publication date
US20210391903A1 (en) 2021-12-16
WO2021252928A2 (en) 2021-12-16
JP2024514230A (ja) 2024-03-29
EP4165726A2 (en) 2023-04-19
WO2021252928A9 (en) 2022-03-03
CA3186897A1 (en) 2021-12-16
JP2024514229A (ja) 2024-03-29
WO2021252929A1 (en) 2021-12-16
US11621757B2 (en) 2023-04-04
CA3186895A1 (en) 2021-12-16
US20210391904A1 (en) 2021-12-16
CN116472646B (zh) 2024-04-05
EP4165729A1 (en) 2023-04-19
TW202203599A (zh) 2022-01-16
KR20230040987A (ko) 2023-03-23
CN116472646A (zh) 2023-07-21
TWI806070B (zh) 2023-06-21
CN116325366A (zh) 2023-06-23
US11652524B2 (en) 2023-05-16
KR20230040986A (ko) 2023-03-23
TW202203598A (zh) 2022-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI826794B (zh) 多波束波束成形前端無線收發器用天線系統
US11462831B2 (en) Antenna module and radio frequency apparatus including the same
US20200395660A1 (en) Antenna module
US20180287266A1 (en) Apparatus and Method for RF Isolation in a Packaged Integrated Circuit
US11177550B2 (en) Multi-fed patch antennas and devices including the same
US11489255B2 (en) Phase shifters using switch-based feed line splitters
US10720985B1 (en) Beam forming module implementation for high isolation and low noise figure systems
Amendola et al. Low-Earth orbit user segment in the Ku and Ka-band: An overview of antennas and RF front-end technologies
CN112151964A (zh) 使用基于开关的馈线功分器的移相器
Capelli-Mouvand et al. 5G millimeter wave active phased-array antenna active load pulling evaluation on power amplifiers
Nakagawa et al. 28GHz active phased array antenna employing GaAs frontend module for massive MIMO in 5G
Saeed et al. A review of beamforming microstrip patch antenna array for future 5G/6G networks
Sadhu et al. Phased arrays for 5G millimeter-wave communications
Madany et al. Miniaturized beam-switching array antenna with MIMO Direct Conversion Transceiver (MIMO-DCT) system for LTE and wireless communication applications
Maletic et al. Experimental Evaluation of a 60 GHz Beamforming Solution with 32-Dipole Printed Array
Umar et al. Antenna-Duplexed Passive Beamforming Front-end for Joint Communication and Sensing
He A 37-40 ghz dual-polarized 16-element phased-array antenna with near-field probes
TW202315216A (zh) 雙束發射器
Guoming et al. Digital phased antenna array transceiver with multibeam radiation pattern