具有RF和基帶波束形成的模塊化天線陣列制造技術

通常，本公開提供用于使用射頻(RF)和基帶(BB)波束形成的模塊化天線陣列的系統和方法。系統可以包括多個天線模塊，每個天線模塊還包括被耦合到RF波束形成電路的天線元件的陣列，RF波束形成電路調整與天線元件相關聯的相位移動以生成與天線模塊相關聯的天線波束；以及被耦合到每個天線模塊的中央波束形成模塊，中央波束形成模塊控制與每個天線模塊相關聯的天線波束并且生成相對于每個天線模塊的信號調整，其中天線模塊的天線元件的陣列結合以作為復合天線波束形成陣列進行操作。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開涉及天線陣列波束形成(beamforming)，并且更具體地，本公開涉及使用射頻(RF)和基帶波束形成的天線陣列的模塊結構。
技術介紹
諸如膝上型計算機、筆記本計算機、上網本、個人數字助理(PDA)和移動電話之類的電子設備越來越趨向于，例如包括以增加的數據速率操作的各種無線通信能力。這些設備所使用的無線通信系統正在擴展為通信頻譜的更高的頻率范圍，例如毫米波區域，并且更具體地為60GHz波段。傳播損耗和衰減趨向于以這些更高的頻率增加，然而，以提供期望的增益和空間覆蓋的方式實施天線系統能夠變得困難。該波段中在大約50米或更遠距離處的通信，例如在戶外或在大空間中的通信，通常需要使用具有30-40dB或更多增益的高度定向天線以補償衰減損失。另外，通常有相對寬的部分覆蓋的需求以包括其它設備和站而不管位置。一些通信系統采用相控陣波束形成以將相對窄的波束引導在期望的方向中，但該方法通常需要大量天線元件被耦合到RF集成電路(RFIC)處理芯片，其中相控陣的增益與天線元件的數量有關。然而，耦合足夠多的天線元件以提供必要的增益通常是困難的和昂貴的，這是由于天線元件和RFIC之間的信號路由(供應線路)變得太復雜并且導致增加的信號衰減。這些天線陣列的成本通常隨陣列中的天線元件的數量不成比例地增長。附圖說明隨著下面的詳細描述的進行并且當參照附圖時，要求的主題的實施例的特征和優勢將成為顯而易見的，其中相似的標號描繪相似的部分，并且其中：圖1示出了與本公開一致的一個典型實施例的頂級系統圖；圖2示出了與本公開一致的一個典型實施例的框圖；圖3示出了與本公開一致的另一典型實施例的框圖；圖4示出了與本公開的一個實施例一致的典型相位調整；圖5示出了與本公開的另一實施例一致的典型相位調整；圖6示出了與本公開的一個實施例一致的典型波束形成；圖7示出了與本公開的另一實施例一致的典型波束形成；圖8示出了與本公開一致的另一典型實施例的框圖；圖9示出了與本公開一致的一個典型實施例的操作的流程圖；圖10示出了與本公開一致的一個典型實施例的平臺。雖然下面的詳細描述將參照說明性的實施例進行，但是其中的很多替代、修改和變型對本領域的技術人員來說將是顯而易見的。詳細描述通常，本公開提供用于天線陣列波束形成使用模塊架構以從較小的子陣列天線模塊中合成較大的復合天線陣列的系統和方法。子陣列天線模塊中的RF波束形成和子陣列天線模塊之間的基帶波束形成的組合例如在波束寬度、增益、覆蓋和波束引導(steering)中提供增加的波束形成能力。系統可以被配置為在RP頻譜的毫米波(mm-波，毫米波)區域中操作，并且更具體地為在與對例如無線個人區域網(WPAN)和無線局域網(WLAN)通信系統的使用相關聯的60GHz區域中進行操作。圖1示出了與本公開一致的一個典型實施例的頂級系統圖100。模塊化天線陣列系統102被示出，其可以被配置為發送和/或接收RP頻譜的毫米波區域中的數據。在一些實施例中，系統102可以形成諸如移動電話、膝上型計算機、平板計算機或基站之類的無線通信平臺的一部分。系統102可以被配置為生成天線波束圖型(pattern)108，天線波束圖型108在一些實施例中可以是可引導的波束。系統102可以包括通過發送(Tx)和接收(Rx)數據鏈路112和控制鏈路110被耦合到中央波束形成模塊106的多個RF波束形成天線模塊104，其操作將在下面更詳細地進行解釋。在一些實施例中，中央波束形成模塊106可以在基帶、中頻(IF)處或在RF處進行操作。尚待被系統102發送或接收的數據可以通過數據端口被提供，數據端口將中央波束模塊106耦合到處理器或被配置為生成或接收數據的任何其它適當的系統。圖2示出了與本公開一致的一個典型實施例的框圖200。RF波束形成天線模塊104被示出為包括通過供應線路204((feed?line)，其可以是微帶饋線)被耦合到RF波束形成器RFIC?212的天線元件202的陣列。RFIC?212包括被耦合到加法器/分離器電路214的相移電路208的陣列。相移電路208被配置為調整從相關聯的天線元件202接收的或被發送到相關聯的天線元件202的RF信號的相位。相位移動的量可以通過被供應到相移器電路的控制信號206被確定。控制信號206可以是在RFIC?212內被生成的和/或來源于從中央波束形成模塊106被接收的控制鏈路110上的信號的加權系數。相位移動調整可以確定和控制波束寬度、增益和/或由天線元件202的陣列形成的天線波束的方向。在接收了信號的情況下，加法器/分離器電路214對接收的相位移動信號求和并且在數據鏈路112上將該和提供給中央波束形成模塊106。在發送了信號的情況下，加法器/分離器電路214在數據鏈路112上將提供的信號從中央波束形成模塊106分離并且將分離信號耦合到每個相移電路208。如將在先問更詳細地解釋的，從中央波束形成模塊106被接收的控制鏈路110上的信號，還可以調整加權系數以使得RF波束形成天線模塊104作為相較單獨的RF波束形成天線模塊104具有增加了的波束形成能力的單個較大的天線陣列執行操作。在一些實施例中，中央波束形成模塊106可以將可用的RF波束形成天線模塊104劃分為子組，其中每個子組可以被單獨地引導到不同的方向和/或被用于不同的目的(例如，不同的載波信號頻率)。在一些實施例中，正在被發送或接收的信號可以包括多個頻率分量并且中央波束形成模塊可以被配置為針對信號的多個頻率分量中的每個頻率分量應用不同的信號調整。頻率上轉換和下轉換(未示出)可以在發送和接收信號上(分別)被執行以在基帶(或IF)和RF之間轉換。在優選的實施例中，上/下頻率轉換可以由被包括在RFIC?212中的模塊執行。在一些其它實施例中，頻率轉換可以由RFIC?212和中央波束形成模塊106之間部署的模塊執行。圖3示出了與本公開一致的另一典型實施例的框圖300。包括中央波束形成模塊106的基帶處理器304被示出通過數據鏈路112和控制鏈路110被耦合到RF波束形成天線模塊104的平面陣列302。平面陣列的該示例配置針對二維(例如，方位角和仰角)中的波束引導尤其是有利的。雖然為了簡單起見僅示出了四個RF波束形成天線模塊104，但是任意數量的這樣的模塊104可以被采用以增加總的天線增益和性能。由于RF波束形成天線模塊104本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于天線波束形成的系統，所述系統包括：多個天線模塊，所述天線模塊中的每個包括被耦合到射頻RF波束形成電路的天線元件的陣列，所述RF波束形成電路調整與所述天線元件相關聯的相位移動以生成與所述天線模塊相關聯的天線波束；以及中央波束形成模塊，所述中央波束形成模塊被耦合到所述天線模塊中的每個，并且控制與所述天線模塊中的每個相關聯的所述天線波束并生成相對于所述天線模塊中的每個的信號調整，其中所述天線模塊的天線元件的所述陣列結合以作為復合天線波束形成陣列進行操作。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種用于天線波束形成的系統，所述系統包括：
多個天線模塊，所述天線模塊中的每個包括被耦合到射頻RF波束形
成電路的天線元件的陣列，所述RF波束形成電路調整與所述天線元件相
關聯的相位移動以生成與所述天線模塊相關聯的天線波束；以及
中央波束形成模塊，所述中央波束形成模塊被耦合到所述天線模塊中
的每個，并且控制與所述天線模塊中的每個相關聯的所述天線波束并生成
相對于所述天線模塊中的每個的信號調整，其中所述天線模塊的天線元件
的所述陣列結合以作為復合天線波束形成陣列進行操作。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述信號調整包括信號幅度調整和/
或信號相位調整。
3.如權利要求1所述的系統，其中所述中央波束形成模塊被包括在基
帶處理器、中頻處理器或RF處理器中。
4.如權利要求1-3中的任何一項所述的系統，其中所述中央波束形成
模塊還控制所述復合天線波束形成陣列來生成復合天線波束，所述復合天
線波束相較與所述天線模塊相關聯的所述天線波束具有更高的增益和更窄
的波束寬度。
5.如權利要求1-3中的任何一項所述的系統，其中所述中央波束形成
模塊還控制所述復合天線波束形成陣列來生成復合天線波束，所述復合天
線波束相較與所述天線模塊相關聯的所述天線波束具有更寬的波束寬度。
6.如權利要求1所述的系統，其中所述中央波束形成模塊還控制所述
復合天線波束形成陣列來生成復合天線波束并且將所述復合天線波束從第
一方向引導到第二方向。
7.如權利要求1所述的系統，其中所述中央波束形成模塊還將所述復
合天線波束形成陣列分割成為多個復合子陣列，每個復合子陣列生成可被
獨立引導的天線波束。
8.如權利要求1所述的系統，其中所述中央波束形成模塊還應用多個
所述信號調整，所述多個信號調整中的每個信號調整與多個信號頻率組件

\t中的一個相關聯。
9.如權利要求1所述的系統，其中所述天線模塊被放置在多個平面
內，所述多個平面相對彼此朝向不同的方向。
10.如權利要求1所述的系統，其中所述天線元件和/或所述天線模塊
被以線性端射圖型布置。
11.如權利要求1所述的系統，其中所述RF波束形成電路是RF集成
電路RFIC并且/或者所述天線模塊在毫米波頻率范圍內進行操作。
12.如權利要求1所述的系統，其中所述天線元件通過微帶饋線被耦
合到所述RF波束形成電路。
13.一種用于天線波束形成的方法，所述方法包括：
調整與被包括在被耦合到RF波束形成電路的天線元件的陣列中的天
線元件相關聯的相位移動，調整由所述RF波束形成電路執行來生成天線
波束，所述天線波束與天線模塊相關聯，所述天線模塊包括天線元件的所
述陣列和所述RF波束形成電路；
控制與多個所述天線模塊的每個天線模塊相關聯的所述天線波束，所
述天線模塊被耦合到中央波束形成模塊，所述控制由所述中央波束形成模
塊執行；并且
生成相對于每個所述天線模塊的信號調整，生成由所述中央波束形成
模塊執行，其中所述天線模塊的天線元件的所述陣列結合以作為復合天線
波束形成陣列進行操作。
14.如權利要求13所述的方法，其中所述信號調整包括信號幅度調整
和/或信號相位調整。
15.如權利要求13或14所述的方法，還包括：控制所述復合天線波
束形成陣列來生成復合天線波束，所述復合天線波束相較與所述天線模塊
相關聯的所述天線波束具有更高的增益和更窄的波束寬度。
16.如權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：亞歷山大·馬爾特瑟夫，阿里·S·薩德里，理查德·B·尼科爾斯，雷扎·阿列菲，阿列克謝·達維多夫，威蒂姆·瑟格耶夫，
申請(專利權)人：英特爾公司，
類型：發明
國別省市：美國;US