模拟式阵列天线波束成型器及其操作方法技术

本发明专利技术提供一种模拟式阵列天线波束成型器及其操作方法。模拟式阵列天线波束成型器包括中频放大电路、多个本地振荡器、多个混频器、多个射频放大电路、以及频率锁定电路。中频放大电路接收基带信号以提供中频信号。数个本地振荡器间彼此电源端或接地端连接一起，产生频率同步。同时形成相位差异，且提供多个频率一致但相位不相同的本地频率信号。混频器分别接收中频信号及本地频率信号的其中之一，以提供多个混频信号。数个射频放大电路接收混频信号以提供多个频率一致但相位不相同的射频信号至分别的天线，各天线辐射出的射频信号频率一致但存在相位差异，因而形成指向性的射频信号发送或接收。频率锁定电路仅锁定一个本地频率信号的频率。信号的频率。信号的频率。

【技术实现步骤摘要】
模拟式阵列天线波束成型器及其操作方法


[0001]本专利技术涉及一种波束成型器，且特别涉及一种模拟式阵列天线波束成型器及其操作方法。

技术介绍

[0002]波束成型器为提供指向性发射电磁波能量的重要电路，在军事用途的雷达已被广泛运用，近来也拓展在移动通信方面的使用。尤其在毫米波段以上，指向性发射有其必要性，随之波束成型器成为短波长的移动通信重点技术。
[0003]图1A至图1D为多种已知的阵列天线波束成型器架构的系统示意图，其中数字信号处理器(digital signal processor，DSP)及数字模拟转换器(Digital to Analog Converter，DAC)用以产生天线ANT1‑
ANT
n
所要传送的模拟信号。如图1A至图1D所示，阵列天线波束成型器架构中包含数个相移器(如PST1、PST2、PST3或PST4)，使用相移器的缺点是：相移器的信号损耗随频率的上升而变大，当来到5G毫米波波段时，信号损耗可达5
‑
6分贝(dB)；在图1A所示阵列天线波束成型器架构中，馈入相移器的信号为高频频段，且馈入信号的相位易受馈送路径长度差异而影响；在图1B至图1D所示阵列天线波束成型器架构中，增加使用多组混频器；在图1B所示阵列天线波束成型器架构中，在分配本地频率信号给不同混频器之前，一般须要加上放大器，以达到混频器本地频率端所需的功率大小；以及，在使用相移器的阵列天线波束成型器架构中，在以半导体工艺进行集成化设计时，传输线长度及电感的加入将占据不少芯片面积。

技术实现思路

[0004]本专利技术是针对一种不含相移器的模拟式阵列天线波束成型器及其操作方法，可免除信号流经相移器的功率消耗，并且可以有效避免相移器的振幅误差及相位误差，以利于避免参考符号接收功率(Reference Symbol Received Power，RSRP)的估计错误，以及在馈在线有利于实现毫米波段波束成型电路。
[0005]根据本专利技术的实施例，模拟式阵列天线波束成型器包括中频放大电路、多个本地振荡器、多个混频器、多个射频放大电路、以及频率锁定电路。中频放大电路接收基带信号以提供中频信号。数个本地振荡器间彼此电源端或接地端连接一起，产生频率同步。同时形成相位差异，且提供多个频率一致但相位不相同的本地频率信号，其中本地振荡器分别接受不同的频率频率控制信号。混频器分别接收中频信号及这些本地频率信号的其中之一，且混频器提供多个混频信号。数个射频放大电路接收混频信号以提供多个频率一致但相位不相同的射频信号到不同的天线。每一支天线接收的射频信号，频率一致但存在相位差异，因而形成指向性的射频信号发送或接收。频率锁定电路仅耦接本地振荡器的其中之一，以锁定所耦接本地振荡器的本地频率信号频率。
[0006]根据本专利技术的实施例，模拟式阵列天线波束成型器的操作方法，至少包括下列步骤。经由中频放大电路放大基带信号以产生中频信号。经由多个本地振荡器提供多个本地
频率信号，不同的本地振荡器可受不同的频率频率控制信号变动其自由振荡频率。其中不同的本地振荡器间彼此的电源端或接地端连接一起，电源端或接地端连接之后，所有本地振荡器的本地频率信号频率将与其中一个本地振荡器的频率相同一致，而与原具有的自由振荡频率不同。所有本地振荡器频率趋于一致且偏离原具有的自由振荡频率，但这些本地振荡器的本地频率信号间将存在相位差异。做为所有本地振荡器跟随之本地振荡器，其频率信号频率为经由频率锁定电路所锁定。再经由多个混频器分别对中频信号及本地频率信号的其中之一进行混频以产生多个混频信号的其中之一。经由多个射频放大电路对这些混频信号进行放大以提供多个相位不同的射频信号至多个天线。
[0007]在本专利技术实施例中，不同的本地振荡器间彼此的电源端或接地端连接的作法，可仅在电源端实施连接，或在接地端实施连接，或在电源端及接地端都实施连接。
[0008]基于上述，本专利技术实施例的模拟式阵列天线波束成型器及其操作方法，经由连接本地振荡器的电源端或接地端所形成谐振相位锁定网络来可达成相移器的相位调整功能。由于没有使用相移器所带来的缺点，可免除相移器的信号传输功率损耗且有效避免相移器的振幅误差及相位误差，以利于避免参考符号接收功率的估计错误，并且本地振荡器较相移器简单，因此电路面积会较小，有利于实现毫米波段波束成型电路。
[0009]为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
[0010]图1A至图1D为多种已知的阵列天线波束成型器架构的系统示意图。
[0011]图2为依照本专利技术的实施例，在电源端及接地端都实施连接的模拟式阵列天线波束成型器系统示意图。
[0012]图3为依照本专利技术实施例本地振荡器间接地端连接状态的模拟式阵列天线波束成型器的电路板嵌接示意图。
[0013]图4A为依照本专利技术实施例的模拟式阵列天线波束成型器于时域产生的相位差的波形示意图。
[0014]图4B为依照本专利技术实施例的模拟式阵列天线波束成型器的本地振荡器频率频率控制信号变动调整时的相位改变状况，对比其他频率频率控制信号未变动的另一本地振荡器仅有些微相位差变动的示意图。
[0015]图5A至图5C为依照本专利技术实施例的模拟式阵列天线波束成型器于不同输出相位差的场型示意图。
[0016]图6A至图6B为依照本专利技术实施例的模拟式阵列天线波束成型器的主波瓣指向与输出相位的关系示意图。
[0017]图7为依照本专利技术另一实施例，仅在电源端实施藉由组件的连接的模拟式阵列天线波束成型器系统示意图。
[0018]图8为依照本专利技术另一实施例，仅在接地端实施藉由组件的连接的模拟式阵列天线波束成型器系统示意图。
[0019]图9A为配合本专利技术在电源端及接地端都施加藉由组件的连接实施例的单一波束成型器集成电路系统方块示意图。
[0020]图9B为依照本专利技术在电源端及接地端都施加藉由组件的连接实施例，使用图9A所示单一集成电路的模拟式阵列天线波束成型器系统示意图。
[0021]图10A为配合本专利技术仅在电源端施加藉由组件的连接实施例的单一波束成型器集成电路系统方块示意图。
[0022]图10B为依照本专利技术仅在电源端施加藉由组件的连接实施例，使用图10A所示单一集成电路的模拟式阵列天线波束成型器系统示意图。
[0023]图11A为配合本专利技术仅在接地端施加藉由组件的连接实施例的单一波束成型器集成电路系统方块示意图。
[0024]图11B为依照本专利技术仅在接地端施加藉由组件的连接实施例，使用图11A所示单一集成电路的模拟式阵列天线波束成型器系统示意图。
[0025]图12为依照本专利技术实施例的模拟式阵列天线波束成型器的操作方法的流程示意图。
具体实施方式
[0026]现将详细地参考本专利技术的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟式阵列天线波束成型器，其特征在于，包括：中频放大电路，接收基带信号以提供中频信号；多个本地振荡器，所述多个本地振荡器的电源端或接地端连接一起以形成谐振相位锁定网络，且提供多个本地频率信号，其中所述多个本地振荡器接收不同的多个频率频率控制信号；多个混频器，分别接收所述中频信号及所述多个本地频率信号的其中之一，且所述多个混频器提供相位不同的多个混频信号；多个射频放大电路，接收相位不同的所述多个混频信号以提供相位不同的多个射频信号；多个天线，接收相位不同的所述多个射频信号；以及频率锁定电路，耦接所述多个本地振荡器的其中之一，以锁定所耦接的本地振荡器的本地频率信号的频率。2.根据权利要求1所述的模拟式阵列天线波束成型器，其特征在于，所述多个本地振荡器耦接于电源电压及接地电压之间。3.根据权利要求2所述的模拟式阵列天线波束成型器，其特征在于，所述谐振相位锁定网络还包括：第一电源端组件，具有耦接所述电源电压的一端；以及多个第二电源端组件，分别耦接于所述多个本地振荡器中对应的一个与所述第一电源端组件的另一端之间。4.根据权利要求3所述的模拟式阵列天线波束成型器，其特征在于，所述第一电源端组件及所述多个第二电源端组件分别包括电阻、电感、电容、微带线、同轴电缆及波导管的其中之一。5.根据权利要求3所述的模拟式阵列天线波束成型器，其特征在于，每一本地振荡器与所耦接的第二电源端组件、所耦接的混频器、以及相应的射频放大电路包封为单一集成电路。6.根据权利要求2所述的模拟式阵列天线波束成型器，其特征在于，所述谐振相位锁定网络还包括：第一接地端组件，具有耦接所述接地电压的一端；以及多个第二接地端组件，分别耦接于所述多个本地振荡器中对应的一个与所述第一接地端组件的另一端之间。7.根据权利要求6所述的模拟式阵列天线波束成型器，其特征在于，所述第一接地端组件及所述多个第二接地端组件分别包括电阻、电感、电容、微带线、同轴电缆及波导管的其中之一。8.根据权利要求6所述的模拟式阵列天线波束成型器，其特征在于，每一本地振荡器与所耦接的第二接地端组件、所耦接的混频器、以及相应的射频放大电路包封为单一集成电路。9.根据权利要求1所述的模拟式阵列天线波束成型器，其特征在于，所述谐振相位锁定网络还包括：第一电源端组件，具有耦接电源电压的一端；
多个第二电源端组件，分别耦接于所述多个本地振荡器中对应的一个与所述第一电源端组件的另一端之间；第一接地端组件，具有耦接接地电压的一端；以及多个第二接地端组件，分别耦接于所述多个本地振荡器中对应的一个与所述第一接...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建华，李唐宇，游铭杰，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：