基于高度复用真延时单元的波束合成架构制造技术

本发明专利技术涉及一种基于高度复用真时延单元的宽带波束合成架构，包括多个低噪声放大器模块，多个缓冲器和多个真时延单元，低噪声放大器模块位于多波束矩阵的前端，用以对来自空间的信号进行放大并降低噪声，缓冲器模块补偿插入损耗并起到隔离作用，其特征在于，利用复用的真时延单元，通过横向和纵向延时线产生精确时延进而实现相邻天线到输出端口的恒定延时差，从而弥补接收信号的时间差，对相干信号进行同相叠加。

【技术实现步骤摘要】
基于高度复用真延时单元的波束合成架构
本专利技术适用于雷达、卫星通信、军事等多领域的超宽带无线通信系统和MIMO系统，特别是宽带多波束形成领域，也对5G技术提供了一种新的实现思路。
技术介绍
波束合成的原理是：在接收信号时有用信号方向形成相长干涉，增强期望信号，而在其他角度形成相消干涉，抑制干扰信号，接收机的灵敏度能被明显地提高。多波束合成技术可以产生多个同时存在，方向各自独立的高增益波束，通过多个波束共同作用实现一定角度范围的覆盖。在无线通信中，多路信号干扰是不可避免的，并且限制了通信的质量，因此平稳、精确、宽带的群延时对相控阵来说极其重要。窄带相控阵中，不同方向的入射波到达每个天线的相位差较小，采用移相器调整固定的相位就能使得接收端信号同相加强。但是，超宽带通信系统采用短时脉冲进行信号传输，产生了宽带频率响应[1-3]，使用移相器则会导致形成的波束产生偏移，影响系统的性能。因此，需采用真时延单元取代移相器来实现超宽带信号的建设性叠加[2-4]。基于真时延单元的传统波束合成架构有许多，比如，Brute-force架构和Blass架构[2,5-6]，在四入四出时，总延时单元数均为48τ，ChuTS和HashemiH提出的路径共享真时延结构[7]，通过对延时单元的复用，总延时单元数为24τ。虽然均适用于超宽带通信系统，但是由于大的延时时间会占用大量芯片面积。相关文献：[1]MoallemiS,WelkerR,KitchenJ.Widebandprogrammabletruetimedelayblockforphasedarrayantennaapplications[C]//CircuitsandSystemsConference.IEEE,2017.[2]LiuY,ZhangW,LiuY.Afullyintegrated4-channelbeamformerbasedonTTDphasedarrayin0.18μmCMOS[J].MicroelectronicsJournal,2018:81-86.[3]AriyarathnaV,UdayangaN,MadanayakeA,etal.Designmethodologyofananalog9-beamsquint-freewidebandIFmulti-beamformerformmWapplications[C]//EngineeringResearchConference.IEEE,2017:236.[4]ChuTS,RoderickJ,HashemiH.AnIntegratedUltra-WidebandTimedArrayReceiverin0.13umCMOSUsingaPath-SharingTrueTimeDelayArchitecture[J].IEEEJournalofSolid-StateCircuits,2007,42(12):2834-2850.[5]ChuTS,HashemiH.ACMOSUWBCamerawith7×7SimultaneousActivePixels[C]//Solid-StateCircuitsConference,2008.ISSCC2008.DigestofTechnicalPapers.IEEEInternational.IEEE,2008:120-600.[6]ChuTS,HashemiH.True-Time-Delay-BasedMulti-BeamArrays[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheory&Techniques,2013,61(8):3072-3082.[7]ChuTS,HashemiH.Atruetime-delay-basedbandpassmulti-beamarrayatmm-wavessupportinginstantaneouslywidebandwidths[C].IEEEInternationalSolid-StateCircuitsConference.IEEE,2010:38-39.
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种波束合成架构，通过路径共享与真时延单元的高度复用，降低电路的复杂程度，在宽带内实现延时的稳定性，与波束合成的多方向性。且该专利技术架构满足中心对称心与可拓展性。本专利技术的技术方案如下：一种基于高度复用真延时单元的波束合成架构，包括多个低噪声放大器模块，多个缓冲器和多个真时延单元，低噪声放大器模块位于多波束矩阵的前端，用以对来自空间的信号进行放大并降低噪声，缓冲器模块补偿插入损耗并起到隔离作用，其特征在于，利用复用的真时延单元，通过横向和纵向延时线产生精确时延进而实现相邻天线到输出端口的恒定延时差，从而弥补接收信号的时间差，对相干信号进行同相叠加。设采用2M个天线输入和2M个输出，各个天线位于横向传输线上，输出端口位于纵向传输线上，横向传输线的延时时间为Mτ，纵向传输线的延时时间为(2K-1)τ，K＝1,2,……,M，各个真时延单元满足对称性与信号流动的双向性，以保证实现延时单元复用与延时的一致性。可以采用四天线，第一天线接收的空间信号依次经过第一低噪声放大器模块、第一缓冲器和第二缓冲器到第一输出端口，第二天线接收的空间信号依次经过第二低噪声放大器模块、第三缓冲器、第一3τ真时延单元和第二缓冲器到第一输出端口，第三天线接收的空间信号依次经过第三低噪声放大器模块、第一2τ真时延单元、第二2τ真时延单元、第三2τ真时延单元、第一缓冲器和第二缓冲器到第一输出端口；第四天线接收的空间信号依次经过第四低噪声放大器模块、第四2τ真时延单元、第五2τ真时延单元、第六2τ真时延单元、第三缓冲器、第一3τ真时延单元和第二缓冲器到第一输出端口；第一天线接收的空间信号依次经过第一低噪声放大器模块、第三2τ真时延单元、第四缓冲器和第五缓冲器到第二输出端口，第二天线接收的空间信号依次经过第二低噪声放大器模块、第六2τ真时延单元、第六缓冲器、第一τ真时延单元和第五缓冲器到第二输出端口，第三天线接收的空间信号依次经过第三低噪声放大器模块、第一2τ真时延单元、第二2τ真时延单元、第四缓冲器和第五缓冲器到第二输出端口，第四天线接收的空间信号依次经过第四低噪声放大器模块、第四2τ真时延单元、第五2τ真时延单元、第六缓冲器、第一τ真时延单元和第五缓冲器到第二输出端口；第一天线接收的空间信号依次经过第一低噪声放大器模块、第三2τ真时延单元、第二2τ真时延单元、第七缓冲器、第二τ真时延单元和第八缓冲器到第三输出端口，第二天线接收的空间信号依次经过第二低噪声放大器模块、第六2τ真时延单元、第五2τ真时延单元、第九缓冲器和第八缓冲器到第三输出端口，第三天线接收的空间信号依次经过第三低噪声放大器模块、第一2τ真时延单元、第七缓冲器、第二τ真时延单元和第八缓冲器到第三输出端口，第四天线接收的空间信号依次经过第四低噪声放大器模块、第四2τ真时延单元。第九缓冲器和第八缓冲器到第三输出端口；第一天线接收的空间信号依次经过第一低噪声放大器模块、第三2τ真时延单元、第二2τ真时延单元、第一2τ真时延单元、第十缓冲器、第二3τ真时延单元和第十一缓冲器到第四输出端口，第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高度复用真延时单元的波束合成架构，包括多个低噪声放大器模块，多个缓冲器和多个真时延单元，低噪声放大器模块位于多波束矩阵的前端，用以对来自空间的信号进行放大并降低噪声，缓冲器模块补偿插入损耗并起到隔离作用，其特征在于，利用复用的真时延单元，通过横向和纵向延时线产生精确时延进而实现相邻天线到输出端口的恒定延时差，从而弥补接收信号的时间差，对相干信号进行同相叠加，设采用2M个天线输入和2M个输出，各个天线位于横向传输线上，输出端口位于纵向传输线上，横向传输线的延时时间为Mτ，纵向传输线的延时时间为(2K‑1)τ，K＝1,2,……,M，各个真时延单元满足对称性与信号流动的双向性，以保证实现延时单元复用与延时的一致性。

【技术特征摘要】
1.一种基于高度复用真延时单元的波束合成架构，包括多个低噪声放大器模块，多个缓冲器和多个真时延单元，低噪声放大器模块位于多波束矩阵的前端，用以对来自空间的信号进行放大并降低噪声，缓冲器模块补偿插入损耗并起到隔离作用，其特征在于，利用复用的真时延单元，通过横向和纵向延时线产生精确时延进而实现相邻天线到输出端口的恒定延时差，从而弥补接收信号的时间差，对相干信号进行同相叠加，设采用2M个天线输入和2M个输出，各个天线位于横向传输线上，输出端口位于纵向传输线上，横向传输线的延时时间为Mτ，纵向传输线的延时时间为(2K-1)τ，K＝1,2,……,M，各个真时延单元满足对称性与信号流动的双向性，以保证实现延时单元复用与延时的一致性。2.根据权利要求1所述的波束合成架构，其特征在于，采用四天线，第一天线接收的空间信号依次经过第一低噪声放大器模块、第一缓冲器和第二缓冲器到第一输出端口，第二天线接收的空间信号依次经过第二低噪声放大器模块、第三缓冲器、第一3τ真时延单元和第二缓冲器到第一输出端口，第三天线接收的空间信号依次经过第三低噪声放大器模块、第一2τ真时延单元、第二2τ真时延单元、第三2τ真时延单元、第一缓冲器和第二缓冲器到第一输出端口；第四天线接收的空间信号依次经过第四低噪声放大器模块、第四2τ真时延单元、第五2τ真时延单元、第六2τ真时延单元、第三缓冲器、第一3τ真时延单元和第二缓冲器到第一输出端口；第一天线接收的空间信号依次经过第一低噪声放大器模块、第三2τ真时延单元、第四缓冲器和第五缓冲器到第二输出端口，第二天线接收的空间信号依次经过第二低噪声放大器模块、第六2τ真时延...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁煜，党艳杰，张为，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12