用于波束形成器的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于波束形成器的系统和方法。依照实施例，波束形成电路具有射频（RF）前端和耦合到RF前端的多个波束形成延迟电路。多个波束形成延迟电路中的每个包括公共延迟电路和耦合到公共延迟电路的多个单独延迟电路。单独延迟电路中的每个被配置成耦合到波束形成阵列的天线元件。

System and method for a beamformer

The present invention relates to a system and method for a beamformer. In accordance with embodiments, the beam forming circuit has a radio frequency (RF) front end and a plurality of beam forming delay circuits coupled to the RF front end. Each of the plurality of beam forming delay circuits includes a common delay circuit and a plurality of individual delay circuits coupled to the common delay circuit. Each antenna element in a separate delay circuit is configured to be coupled to a beam forming array.

【技术实现步骤摘要】
用于波束形成器的系统和方法
本公开一般地涉及电子设备，并且更具体地涉及用于波束形成器的系统和方法。
技术介绍
电子可操纵阵列天线是包括单独天线元件的阵列的天线系统，所述单独天线元件传输具有不同相对相位的相同射频（RF）信号。这些RF信号的相消和相长干涉可形成定向波束。通过调整由这些相应天线元件传输的信号之间的相位关系，波束的方向可使用本领域已知的电子可操纵阵列波束操纵方法进行调整。这样的波束形成和波束操纵方法可应用于例如具有单行天线元件的一维电子可操纵阵列天线，在该情况下可在单个方向上操纵波束。这些技术也可应用于二维天线阵列，在二维天线阵列中波束可在两个维度上进行电子操纵以调整波束的方位角和仰角两者。使用电子可操纵阵列波束操纵技术的常见应用为雷达系统的应用。通过使用电子可操纵阵列天线，所传输和接收的雷达信号的方向可使用电子波束操纵技术而不是机械移动天线进行调整。电子可操纵阵列的另一应用是在蜂窝通信中。通过使用可操纵波束，空间多路复用通过使频谱效率增长而提高了网络容量。
技术实现思路
依照实施例，波束形成电路具有射频（RF）前端和耦合到RF前端的多个波束形成延迟电路。多个波束形成延迟电路中的每个包括公共延迟电路和耦合到公共延迟电路的多个单独延迟电路。单独延迟电路中的每个被配置成耦合到波束形成阵列的天线元件。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优点，现在对结合附图进行的以下描述做出参考，在附图中：图1图示了根据本专利技术实施例的电子可操纵阵列RF系统；图2图示了常规实时延迟（TTD）电子可操纵RF系统；图3图示了TTD电子可操纵RF系统的实施例；图4图示了8x8电子可操纵RF系统的实施例的框图；图5a-5b图示了电子可操纵阵列集成电路的实施例的框图；图6a-6b图示了可编程放大器电路的实施例的示意图；图7a-7b图示了使用滤波器结构的时间延迟电路的实施例的示意图；图8a-8b图示了使用可选择延迟的时间延迟电路的实施例的示意图；并且图9图示了波束形成方法的实施例的框图。除非另有指示，否则不同图中的对应数字和符号一般指代对应的部件。图被绘制成清楚地图示优选实施例的相关方面且不一定按比例绘制。为了更清楚地图示某些实施例，指示同一结构、材料或工艺步骤的变型的字母可跟随图号。具体实施方式下面详细讨论当前优选实施例的制作和使用。然而，应当领会的是，本专利技术提供可体现在各种各样特定上下文中的许多适用的专利技术概念。所讨论的特定实施例仅仅说明制作和使用本专利技术的特定方式并且不限制本专利技术的范围。将关于特定上下文（用于波束形成天线系统的系统和方法，波束形成天线系统可被用在诸如雷达系统和蜂窝通信系统之类的RF系统）中的优选实施例描述本专利技术。本专利技术的实施例也可应用于接收或传输定向RF信号的其他系统和应用。传统上，使用相位操纵方法来实现电子可操纵天线系统，在相位操纵方法中移相器用来调整由电子可操纵阵列天线的单独天线元件传输的每个信号的相位。通过调整每个移相器的相位，波束的方向可在针对特定频率的特定方向上进行调整。然而，当传输的频率被改变时，RF信号与电子可操纵阵列天线的关系发生改变，从而引起波束方向的改变。这一方向改变有时被称为偏斜（squint）。相位操纵方法的一个替换方案是实时延迟（TDD）方法，在该方法中时间延迟元件用于延迟到多元件天线阵列的相应元件的传输信号。通过使用TTD方法，传输波束的方向在针对用于时间延迟元件的一组给定延迟的变化频率上基本保持恒定。使用TTD方法允许诸如线性调频（chirp）雷达和脉冲雷达传输之类的宽带雷达信号的定向传输，以及宽带和多带通信信号的定向传输。然而，TTD方法的一个问题是实现用来延迟到多元件天线阵列的信号的相对大延迟中的每个所需的电路面积。在本专利技术的实施例中，用来实现TTD电子可操纵阵列系统的延迟电路系统的总量通过使用单独延迟元件和共享公共延迟元件的组合而被减小。例如，在一个实施例中，多个阵列元件被耦合到多个对应单独延迟电路的第一端口。这些延迟电路中的每个的第二端口被组合且耦合到单个公共延迟电路，使得针对天线元件路径的总延迟是相应单独延迟电路的延迟与公共延迟电路的延迟之和。在一些实施例中，每个单独延迟电路中的延迟仅需要对于相邻天线元件之间的波束形成的目的、而非对于完整天线而言是充足的。因此，这样的天线的尺寸与其中每个单独天线必须实现整个延迟的常规天线相比可在尺寸上被减小。图1图示了包括控制器102、RF前端104、波束形成电路106和电子可操纵阵列天线108的电子可操纵阵列RF系统100的实施例。在操作期间，控制器102确定波束角θ，电子可操纵阵列天线108以该波束角θ经由波束角控制端口传输和接收RF波束110。在利用TTD技术的实施例中，控制器102可为波束形成电路106内的每个时间延迟电路或时间延迟电路群组提供全局相对时间延迟设置和/或时间延迟参数和设置。在一些实施例中，例如，在蜂窝通信系统中，控制器102可执行基带处理。RF前端104向波束形成电路106提供RF信号和/或从波束形成电路106接收RF信号。波束形成电路106向电子可操纵阵列天线108提供单独RF信号，该单独RF信号根据所请求的波束角和电子可操纵阵列天线108的天线元件之间的间距而被延迟。虽然图1仅示出电子可操纵阵列天线108为具有布置为一维阵列的八个天线元件，但是在本专利技术的可替换实施例中，电子可操纵阵列天线108可具有多于或少于八个元件和/或可使其元件布置成多维阵列。例如，在一个特定实施例中，可使用具有总共64个天线元件的8x8天线阵列。图2图示了具有n个天线元件130和波束形成电路的常规TTD电子可操纵阵列RF系统120，波束形成电路包括n个时间延迟元件122，每个时间延迟元件具有不同的时间延迟τ1到τn。在操作期间，收发机124向阵列天线元件130传输RF信号和从阵列天线元件130接收RF信号，该RF信号被单独延迟且经由时间延迟元件122。如所示的，波前126的每个元件彼此间隔距离d，并且波前126相对于阵列天线元件130的水平方向形成角α。因此，每个相邻天线元件之间根据波前126的到达延迟的到达时间的差异为：其中c为光速。因此，针对时间延迟元件122的时间延迟范围与阵列天线元件130的数目、天线节距和最大操纵角成比例。在一个示例中，该延迟范围对于具有n=8个天线元件、+/-60°的最大操纵角和每个天线元件之间15mm的距离d的电子可操纵阵列天线系统而言为约300ps。图3图示了其中波束形成电路系统在公共延迟元件144与单独延迟元件142之间被分开的电子可操纵阵列RF系统140的实施例。如所示的，收发机124被耦合到具有时间延迟τc1到τcm的m=n/2个公共延迟元件144，每个公共延迟元件被耦合到另外的单独延迟元件142。因此，收发机124与每个天线元件130之间的总时间延迟具有由公共延迟元件144之一提供的其延迟的一部分和由单独延迟元件142之一提供的另一部分。在一些实施例中，由单独延迟元件之一提供的部分仅需对于相邻天线元件之间的波束形成的目的而言，而非对于完整天线而言是充足的，并且因此在尺寸上可被大大减小。在实施例中，两个邻近天线被配置成具有1*d*sin(α)的最大延迟差，使得每个单独延迟元件142实现相对小的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波束形成电路，包括：射频（RF）前端；以及多个波束形成延迟电路，耦合到RF前端，多个波束形成延迟电路中的每个包括公共延迟电路，和多个单独延迟电路，耦合到公共延迟电路，其中单独延迟电路中的每个被配置成耦合到波束形成阵列的天线元件。

【技术特征摘要】
2015.12.04 US 14/9597941.一种波束形成电路，包括：射频（RF）前端；以及多个波束形成延迟电路，耦合到RF前端，多个波束形成延迟电路中的每个包括公共延迟电路，和多个单独延迟电路，耦合到公共延迟电路，其中单独延迟电路中的每个被配置成耦合到波束形成阵列的天线元件。2.权利要求1所述的波束形成电路，其中多个单独延迟电路中的每个单独延迟电路出于仅在相邻天线元件之间进行波束形成的目的而提供充足延迟。3.权利要求1所述的波束形成电路，其中公共延迟电路包括具有离散可选择时间延迟步长的粗糙延迟电路。4.权利要求3所述的波束形成电路，其中粗糙延迟电路包括多个可选择传输线。5.权利要求4所述的波束形成电路，其中多个可选择传输线包括针对传输方向的第一组传输线和针对接收方向的第二组传输线。6.权利要求3所述的波束形成电路，其中粗糙延迟电路包括多个可选择全通电路。7.权利要求6所述的波束形成电路，其中多个可选择全通电路包括针对传输方向的第一组全通电路和针对接收方向的第二组全通电路。8.权利要求1所述的波束形成电路，其中每个单独延迟电路包括具有连续可变延迟的精细延迟电路。9.权利要求1所述的波束形成电路，其中每个单独延迟电路包括具有数字可编程延迟的精细延迟电路。10.权利要求8所述的波束形成电路，其中精细延迟电路包括可调谐全通滤波器。11.权利要求1所述的波束形成电路，其中波束形成延迟电路包括多个波束形成延迟电路。12.权利要求1所述的波束形成电路，还包括多个天线接口电路，其中多个天线接口电路中的每个被耦合到多个波束形成延迟电路中的对应单独延迟电路。13.权利要求12所述的波束形成电路，其中每个天线接口电路包括传输放大器和接收放大器。14.权利要求1所述的波束形成电路，其中RF前端包括雷达收发机。15.权利要求1所述的波束形成电路，还包括天线阵列，具有耦合到多个波束形成延迟电路中的对应单独延迟电路的单独天线元件。16.一种波束...

【专利技术属性】
技术研发人员：M卡鲁索，A哈维，W麦尔萨克，A麦克拉兰，A斯通豪斯，M蒂布特，J韦尔特勒，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE