用于毫米波应用的可切换反射式相移器制造技术

本文公开的示例涉及一种用于毫米波应用的可切换反射式相移器。该可切换反射式相移器具有：可切换相移网络，该可切换相移网络具有用于响应于由控制模块提供的多个偏置电压而启动多个相位子范围的多个开关；以及反射式相移器，该反射式相移器用于生成在由多个开关中的给定开关启动的给定相位子范围内的相移。的给定开关启动的给定相位子范围内的相移。的给定开关启动的给定相位子范围内的相移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于毫米波应用的可切换反射式相移器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年2月26日提交的美国临时申请No.62/810,950的优先权，该美国临时申请通过引用以其整体并入本文。

技术介绍

[0003]毫米波应用已经出现，以解决对较高带宽和数据速率的需要。毫米波频谱覆盖在30与300GHz之间的频率，并且在波长处于1到10mm的范围内的情况下能够达到10Gbits/s或更高的数据速率。较短波长具有不同优势，包括更好的分辨率、高频率再利用和定向波束形成，这在无线通信和自动驾驶应用中至关重要。然而，较短波长易受高层大气衰减的影响并且具有有限的范围(稍高于千米)。
[0004]在许多此类应用中，需要相移器来实现全范围的相移，以将波束引导至期望方向。设计毫米波相移器具有挑战性，因为在微型电路中，必须将损失降至最低，同时提供0到360
°
内的任何相移。
附图说明
[0005]参考以下结合附图的具体实施方式，可以更充分地理解本申请，这些附图没有按比例绘制，并且在附图中，相同的附图标记始终指代相同的部分，并且其中：
[0006]图1是根据主题技术的各种实现方式的用于毫米波应用的可切换反射式相移器的示意图；
[0007]图2是如图1所示并且根据主题技术的各种实现方式的可切换反射式相移器的示意图；
[0008]图3是如图2所示并且根据主题技术的各种实现方式的基于变容二极管的反射式相移器的示意图；
[0009]图4是如图2所示并且根据主题技术的各种实现方式的可切换相位网络的示意图；
[0010]图5是如图2所示并且根据主题技术的各种实现方式的通过可切换反射式相移器生成期望相移的流程图；
[0011]图6示出了如图2所示并且根据主题技术的各种实现方式的可切换反射式相移器的相移、偏置电压和变容二极管控制电压的示例值；
[0012]图7示出了如图2所示并且根据主题技术的各种实现方式的可切换反射式相移器的MMIC布局；
[0013]图8是示出如图2所示并且根据主题技术的各种实现方式的可切换反射式相移器的跨相位的插入损失的图；
[0014]图9是示出如图2所示并且根据主题技术的各种实现方式的可切换反射式相移器所实现的相移的图；
[0015]图10示出了根据主题技术的各种实现方式的示例环境，在该示例环境中使用自动车辆中具有可切换反射式相移器的波束转向雷达系统来检测和识别对象；
[0016]图11是根据主题技术的各种实现方式的用于自动车辆的自动驾驶系统的示意图；
[0017]图12是如图11所示并且根据主题技术的各种实现方式的波束转向雷达系统的示意图；
[0018]图13是根据主题技术的各种实现方式的用于在用于对象识别的波束转向车辆雷达中转向RF波束的流程图；以及
[0019]图14示出了根据主题技术的各种实现方式的使用可切换反射式相移器的示例5G应用。
具体实施方式
[0020]公开了一种用于毫米波应用的可切换反射式相移器(“Switchable Reflective Phase Shifter,SRPS”)。通过使用能够在毫米波频率下操作的基于变容二极管的反射式相移器，SRPS能够生成0
°
到360
°
内的任何连续相移。SRPS采用稳健的拓扑设计，具有跨相位的低振幅变化、最小化的ESD效应和小型MMIC布局尺寸，使其成为诸如无线通信、ADAS和自动驾驶之类的许多毫米波应用的理想选择。
[0021]具体地，本文所描述的SRPS使得能够在目前自动驾驶系统的一小部分时间内快速扫描整个环境高达360
°
，并且具有改进的性能、全天气/全状况检测、通过传感器融合与多个车辆传感器进行高级决策和互动。本文所描述的示例提供了所发射RF信号的增强相移以实现自动车辆范围内的发射，该范围在美国为大约77GHz并且具有5GHz范围，具体来说就是76GHz到81GHz。本文所描述的示例还降低了雷达系统的计算复杂性，并且提高了其发射速度。
[0022]应当理解，在以下描述中，阐述大量具体细节以提供对示例的透彻理解。然而，应当理解，可以在不受限于这些具体细节的情况下实践这些示例。在其他情况下，可能没有详细描述众所周知的方法和结构，以避免不必要地使示例的描述变得模糊。此外，这些示例可以相互组合使用。
[0023]图1是根据各种示例的用于毫米波应用的SRPS的示意图。SRPS 100具有两个主电路：可切换相位网络102和反射式相移器104。可切换相位网络102包括延迟线路和开关，以在一组相位子范围(例如，90
°
相位子范围、120
°
相位子范围等)中使能反射式相移器104中的相移。一组偏置电压106用于启动可切换相位网络102中的开关。每个偏置电压启动给定的开关，并且使能给定相位子范围中的相移。反射式相移器104被设计为生成每个子范围中的相移。在各种示例中，通过一组变容二极管来实现反射式相移器104，以实现针对一组变容二极管控制电压的连续相移。
[0024]变容二极管是一种可变电容二极管，其电容随所施加的变容二极管控制电压或反向偏置电压而改变。通过改变控制电压的值，变容二极管的电容在给定的值范围内改变。用于毫米波应用的变容二极管的设计受到品质因数和调谐范围的限制，并且品质因数远远低于期望水平。因此，在毫米波频谱中具有宽调谐范围的变容二极管难以实现，从而限制了它们在可能需要360
°
相移才能实现其全部潜力的毫米波应用中的使用。理想变容二极管(即，无损非线性电抗)具有约20到80fF的给定电容范围并且没有损耗(Rs＝0Ω)。理想变容二极管可提供约52
°
到126
°
的范围内的相移。在期望360
°
全相移的各种应用中，这种相移是不够的。
[0025]通过引入分布式变容二极管网络来生成0
°
到360
°
之间的任何期望相移，SRPS 100为这种有限的相移范围问题提供了解决方案。响应于由控制模块106提供的偏置电压而生成每个期望的相移。在波束转向车辆雷达应用中，控制模块106是感知模块，该感知模块基于对象的检测和识别而指示波束转向天线以转向RF波束。在无线通信应用中，控制模块106用于根据需要来转向RF波束，以改进对用户(诸如，非视距区域内的用户)的无线覆盖范围。
[0026]现在参考图2，图2示出了如图1所示并且根据各种示例实施的可切换反射式相移器的示意图。SRPS 200被示为具有可切换相位网络202和反射式相移器204。可切换相位网络202具有两个单刀三掷(“SP3T”)开关206
‑
208，以使能三个相位子范围，在这些子范围中反射式相移器204可产生精细相位控制。相位子范围210被启动以在反射式相移器104中生成0到120
°
的相移，相位子范围212本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种可切换反射式相移器，包括：可切换相移网络，包括用于响应于由控制模块提供的多个偏置电压而启动多个相位子范围的多个开关；以及反射式相移器，用于生成在由所述多个开关中的给定开关启动的给定相位子范围内的相移。2.根据权利要求1所述的可切换反射式相移器，其中，所述多个开关包括多个单刀三掷(“SP3T”)开关，所述多个SP3T开关由所述控制模块提供的所述多个偏置电压触发。3.根据权利要求2所述的可切换反射式相移器，其中，所述多个SP3T开关包括耦合到120
°
延迟线路和240
°
延迟线路的第一SP3T开关和第二SP3T开关。4.根据权利要求1所述的可切换反射式相移器，其中，所述多个相位子范围包括0
°
到120
°
的第一相位子范围、120
°
到240
°
的第二相位子范围，以及240
°
到360
°
的第三相位子范围。5.根据权利要求1所述的可切换反射式相移器，其中，所述反射式相移器包括分布式变容二极管网络，所述分布式变容二极管网络是通过朗格耦合器和多个阻抗线路来实现的。6.根据权利要求5所述的可切换反射式相移器，其中，所述朗格耦合器耦合到第一阻抗线路和第二阻抗线路，所述第一阻抗线路耦合到第一反射负载，所述第二阻抗线路耦合到第二反射负载。7.根据权利要求6所述的可切换反射式相移器，其中，所述第一反射负载包括第一变容二极管和第二变容二极管，所述第一变容二极管和所述第二变容二极管耦合到第三阻抗线路。8.根据权利要求6所述的可切换反射式相移器，其中，所述第二反射负载包括第三变容二极管和第四变容二极管，所述第三变容二极管和所述第四变容二极管耦合到第四阻抗线路。9.根据权利要求5所述的可切换反射式相移器，其中，所述反射式相移器以增大的相位范围来反射分散到所述多个阻抗线路的RF信号。10.一种用于对象识别的波束转向车辆雷达，包括：雷达模块，包括至少一个波束转向天线和至少一个RFIC，所述至少一个RFIC实施有可切换反射式相移器以在整个视野上转向RF波束并且接收经转向RF波束的反...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳尔，
申请(专利权)人：美波公司，
类型：发明
国别省市：