具有rf和基帶波束形成的模塊化天線陣列的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及天線陣列波束形成(beamforming)，并且更具體地，本公開(kāi)涉及使用射頻(RF)和基帶波束形成的天線陣列的模塊結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如膝上型計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)本、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)和移動(dòng)電話之類的電子設(shè)備越來(lái)越趨向于，例如包括以增加的數(shù)據(jù)速率操作的各種無(wú)線通信能力。這些設(shè)備所使用的無(wú)線通信系統(tǒng)正在擴(kuò)展為通信頻譜的更高的頻率范圍，例如毫米波區(qū)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(shí)施天線系統(tǒng)能夠變得困難。
[0003]該波段中在大約50米或更遠(yuǎn)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(bǔ)償衰減損失。另外，通常有相對(duì)寬的部分覆蓋的需求以包括其它設(shè)備和站而不管位置。一些通信系統(tǒng)采用相控陣波束形成以將相對(duì)窄的波束引導(dǎo)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(shù)量有關(guān)。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(hào)路由(供應(yīng)線路)變得太復(fù)雜并且導(dǎo)致增加的信號(hào)衰減。這些天線陣列的成本通常隨陣列中的天線元件的數(shù)量不成比例地增長(zhǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0004]隨著下面的詳細(xì)描述的進(jìn)行并且當(dāng)參照附圖時(shí)，要求的主題的實(shí)施例的特征和優(yōu)勢(shì)將成為顯而易見(jiàn)的，其中相似的標(biāo)號(hào)描繪相似的部分，并且其中:
[0005]圖1示出了與本公開(kāi)一致的一個(gè)典型實(shí)施例的頂級(jí)系統(tǒng)圖；
[0006]圖2示出了與本公開(kāi)一致的一個(gè)典型實(shí)施例的框圖；
[0007]圖3示出了與本公開(kāi)一致的另一典型實(shí)施例的框圖；
[0008]圖4示出了與本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例一致的典型相位調(diào)整；
[0009]圖5示出了與本公開(kāi)的另一實(shí)施例一致的典型相位調(diào)整；
[0010]圖6示出了與本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例一致的典型波束形成；
[0011]圖7示出了與本公開(kāi)的另一實(shí)施例一致的典型波束形成；
[0012]圖8示出了與本公開(kāi)一致的另一典型實(shí)施例的框圖；
[0013]圖9示出了與本公開(kāi)一致的一個(gè)典型實(shí)施例的操作的流程圖；
[0014]圖10示出了與本公開(kāi)一致的一個(gè)典型實(shí)施例的平臺(tái)。
[0015]雖然下面的詳細(xì)描述將參照說(shuō)明性的實(shí)施例進(jìn)行，但是其中的很多替代、修改和變型對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的。
[0016]詳細(xì)描沐
[0017]通常，本公開(kāi)提供用于天線陣列波束形成使用模塊架構(gòu)以從較小的子陣列天線模塊中合成較大的復(fù)合天線陣列的系統(tǒng)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(dǎo)(steering)中提供增加的波束形成能力。系統(tǒng)可以被配置為在RP頻譜的毫米波波，毫米波)區(qū)域中操作，并且更具體地為在與對(duì)例如無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(WPAN)和無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)通信系統(tǒng)的使用相關(guān)聯(lián)的60GHz區(qū)域中進(jìn)行操作。
[0018]圖1示出了與本公開(kāi)一致的一個(gè)典型實(shí)施例的頂級(jí)系統(tǒng)圖100。模塊化天線陣列系統(tǒng)102被示出，其可以被配置為發(fā)送和/或接收RP頻譜的毫米波區(qū)域中的數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)102可以形成諸如移動(dòng)電話、膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)或基站之類的無(wú)線通信平臺(tái)的一部分。系統(tǒng)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(shí)施例中可以是可引導(dǎo)的波束。系統(tǒng)102可以包括通過(guò)發(fā)送(Tx)和接收(Rx)數(shù)據(jù)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(gè)RF波束形成天線模塊104，其操作將在下面更詳細(xì)地進(jìn)行解釋。在一些實(shí)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(jìn)行操作。尚待被系統(tǒng)102發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)可以通過(guò)數(shù)據(jù)端口被提供，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的任何其它適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)。
[0019]圖2示出了與本公開(kāi)一致的一個(gè)典型實(shí)施例的框圖200 AF波束形成天線模塊104被示出為包括通過(guò)供應(yīng)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(diào)整從相關(guān)聯(lián)的天線元件202接收的或被發(fā)送到相關(guān)聯(lián)的天線元件202的RF信號(hào)的相位。相位移動(dòng)的量可以通過(guò)被供應(yīng)到相移器電路的控制信號(hào)206被確定?？刂菩盘?hào)206可以是在RFIC 212內(nèi)被生成的和/或來(lái)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(hào)的加權(quán)系數(shù)。相位移動(dòng)調(diào)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(hào)的情況下，加法器/分離器電路214對(duì)接收的相位移動(dòng)信號(hào)求和并且在數(shù)據(jù)鏈路112上將該和提供給中央波束形成模塊106。在發(fā)送了信號(hào)的情況下，加法器/分離器電路214在數(shù)據(jù)鏈路112上將提供的信號(hào)從中央波束形成模塊106分離并且將分離信號(hào)耦合到每個(gè)相移電路208。
[0020]如將在先問(wèn)更詳細(xì)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(hào)，還可以調(diào)整加權(quán)系數(shù)以使得RF波束形成天線模塊104作為相較單獨(dú)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(gè)較大的天線陣列執(zhí)行操作。在一些實(shí)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(gè)子組可以被單獨(dú)地引導(dǎo)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(hào)頻率)。在一些實(shí)施例中，正在被發(fā)送或接收的信號(hào)可以包括多個(gè)頻率分量并且中央波束形成模塊可以被配置為針對(duì)信號(hào)的多個(gè)頻率分量中的每個(gè)頻率分量應(yīng)用不同的信號(hào)調(diào)整。
[0021]頻率上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換(未示出)可以在發(fā)送和接收信號(hào)上(分別)被執(zhí)行以在基帶(或IF)和RF之間轉(zhuǎn)換。在優(yōu)選的實(shí)施例中，上/下頻率轉(zhuǎn)換可以由被包括在RFIC 212中的模塊執(zhí)行。在一些其它實(shí)施例中，頻率轉(zhuǎn)換可以由RFIC 212和中央波束形成模塊106之間部署的模塊執(zhí)行。
[0022]圖3示出了與本公開(kāi)一致的另一典型實(shí)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(guò)數(shù)據(jù)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(duì)二維(例如，方位角和仰角)中的波束引導(dǎo)尤其是有利的。
[0023]雖然為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)僅示出了四個(gè)RF波束形成天線模塊104，但是任意數(shù)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通過(guò)可以以較低的頻率(例如，基帶或IF)操作的數(shù)據(jù)鏈路112被耦合，因此數(shù)據(jù)鏈路信號(hào)路由的長(zhǎng)度不被限制到與天線元件202的供應(yīng)線路相同的范圍，天線元件202的供應(yīng)線路限制給定模塊陣列中的天線元件202的數(shù)量。例如，典型的天線陣列RFIC可以被限制到能夠提供15-20dB的天線波束增益的8x8天線元件202的陣列尺寸。然而，毫米波區(qū)域中的通信可以要求大約