用于操作毫米波無線電模塊中的相控陣天線的技術(shù)的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年7月8日提交的美國臨時(shí)申請No. 61/843,741的權(quán)益。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明一般設(shè)及毫米波射頻（R巧系統(tǒng)，且尤其設(shè)及此類無線電模塊中用于允許 高效信號傳播的相控陣天線的操作。 陽004] 背景 陽0化]60GHz頻帶是W大帶寬量和大全球交疊為特征的無執(zhí)照頻帶。大帶寬意味著非常 大量的信息能被無線地傳送。結(jié)果，各自要求傳輸大量數(shù)據(jù)的多個(gè)應(yīng)用可被開發(fā)W允許圍 繞60GHz頻帶周圍的無線通信。此類應(yīng)用的示例包括但不限于：無線高清TV(皿TV)、無線 巧站、無線千兆比特W太網(wǎng)、W及許多其他應(yīng)用。
[0006] 為了促成此類應(yīng)用，需要開發(fā)在60GHz頻率范圍中操作的集成電路（IC)，諸如放 大器、混頻器、射頻（R巧模擬電路、W及有源天線。RF系統(tǒng)通常包括有源和無源模塊。有源 模塊（例如，相控陣天線）需要控制信號和功率信號來進(jìn)行其操作，而運(yùn)些信號是無源模塊 (例如，濾波器）所不需要的。各種模塊被制造并被封裝為射頻集成電路（RFIC)，RFIC能 被組裝在印刷電路板（PCB)上。RFIC封裝大小的范圍可從幾平方毫米到幾百平方毫米。
[0007] 在消費(fèi)者電子產(chǎn)品市場，對電子設(shè)備的設(shè)計(jì)W及由此對其中集成的RF模塊的設(shè) 計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足最小成本、大小、功耗和重量的約束。對RF模塊的設(shè)計(jì)還應(yīng)當(dāng)考慮電子設(shè)備且 尤其是手持設(shè)備（諸如膝上型和平板計(jì)算機(jī)）的當(dāng)前組裝配置，W使得能夠?qū)崿F(xiàn)毫米波信 號的高效傳送和接收。此外，對RF模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)計(jì)及接收和傳送RF信號的最小功率損 耗并且計(jì)及最大無線電覆蓋。
[000引圖1中示出了設(shè)計(jì)用于毫米波信號的傳送和接收的RF模塊100的示意圖。RF模 塊100包括連接到RF電路系統(tǒng)或者IC120的有源天線（110-1到110-腳陣列。有源天線 110-1到IlO-N中的每個(gè)天線可W作為發(fā)射燈訝和/或接收（R訝天線來操作。有源天線 能夠被控制W在特定方向上接收/發(fā)射無線電信號W執(zhí)行波束成形，W及從接收模式切換 到發(fā)射模式。例如，有源天線可W是相控陣天線，其中每個(gè)福射振子可W被個(gè)體地且獨(dú)立地 控制W使得能夠使用波束成形技術(shù)。
[0009] 在發(fā)射模式中，RF電路系統(tǒng)120 -般使用混頻器（未在圖1中示出）來執(zhí)行上變 頻W將中頻（I巧信號轉(zhuǎn)換成射頻（RF)信號。隨后，RF電路系統(tǒng)120根據(jù)控制信號，通過 TX天線發(fā)射RF信號。在接收模式中，RF電路系統(tǒng)120通過有源RX天線接收RF信號并且 使用混頻器來執(zhí)行使用本振化0)信號向IF信號的下變頻，并且將IF信號發(fā)送到基帶模塊 (未在圖1中示出）。
[0010] 在接收與發(fā)射模式二者中，RF電路系統(tǒng)120的操作由基帶模塊使用控制信號來控 審IJ。該控制信號被用于諸如增益控制、RX/TX切換、功率電平控制、波束轉(zhuǎn)向操作W及等等 的功能。在特定配置中，基帶模塊也生成LO信號和功率信號，并且將此類信號傳遞到RF電 路系統(tǒng)120。運(yùn)些功率信號是給RF電路系統(tǒng)120的各種組件供電的DC電壓信號。正常情 況下，IF信號也在基帶模塊與RF電路系統(tǒng)120之間傳遞。
[0011] 在常見設(shè)計(jì)技術(shù)中，有源天線（110-1到110-腳陣列被實(shí)現(xiàn)在其上還搭載有RF電 路系統(tǒng)的IC的基板上。在多層式基板W及在各層之間連接的金屬通孔上制造1C。多層式 基板可W是金屬與介電層的組合并且可W由諸如層壓（例如，F(xiàn)R4玻璃環(huán)氧樹脂、雙馬來酷 亞胺S嗦）、陶瓷（例如，低溫共燒陶瓷LTCC)、聚合物（例如，聚酷亞胺）、基于PTFE(聚四 氣乙締）的組合物（例如PTFE/陶瓷、PTFE/機(jī)織玻璃纖維）、W及機(jī)織玻璃增強(qiáng)材料（例 如，機(jī)織玻璃加強(qiáng)樹脂）、晶片級封裝、W及其他封裝、技術(shù)與材料制成。多層式基板的成本 是層的面積的函數(shù)；層的面積越大，基板的成本越高。
[0012] 有源天線（110-1到110-腳陣列的天線振子一般通過在多層式基板中具有金屬圖 案來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)天線振子可W利用數(shù)個(gè)基板層。在常規(guī)的用于毫米波通信的實(shí)現(xiàn)中，天線 振子被設(shè)計(jì)成占據(jù)多層基板側(cè)的單側(cè)。運(yùn)樣執(zhí)行是為了允許天線福射被正確地傳播。
[001引在RF系統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計(jì)中，有源天線110-1到IlO-N是相控陣。相控陣天線提供了 將許多天線振子的波束聚焦在指定方向上的能力。目P，相控陣天線如同它們是單個(gè)天線那 樣動(dòng)作。
[0014] 相控陣天線振子之間的連接通常通過使用將來自所有天線振子的饋送聯(lián)合成單 個(gè)饋送的加法器組件來執(zhí)行。該加法器組件能夠在沿著饋送的各種位置起作用。從基帶到 RF模塊的饋送路徑（如此，沿著該饋送路徑的信號的頻率）能夠從IF改變成RF頻率。
[0015] 相控陣的常規(guī)實(shí)現(xiàn)一般包括相同天線振子的陣列。每個(gè)天線振子獨(dú)立地受到可調(diào) 節(jié)控制的控制，該可調(diào)節(jié)控制調(diào)節(jié)該天線振子的饋送W與剩余天線振子相協(xié)調(diào)。因此，總體 波束被聚焦在特定方向上或者創(chuàng)建了特定波束形狀。
[0016] 因?yàn)檫\(yùn)些天線振子是相同的，所W知曉該可調(diào)節(jié)控制在對每個(gè)振子饋送有獨(dú)立相 位控制的情況下是最優(yōu)的。
[0017] 如圖2中所示，常規(guī)相控陣天線使用相同的振子210-1到210-4(下文個(gè)體地稱為 振子210,或合稱為振子210)。信號傳播的方向?qū)τ诿總€(gè)振子210產(chǎn)出大致相同的增益，而 振子210的相位是不同的。
[0018] 在甚高頻率中（例如，在30GHz與300GHz之間），常規(guī)相控陣天線是使用與較低頻 率中相同的原理來實(shí)現(xiàn)的。
[0019] 在甚高頻率中要產(chǎn)生具有接近于全向福射圖的天線振子有根本上的限制。運(yùn)意味 著常規(guī)相控陣天線中的每個(gè)振子具有窄波束寬度的特征。例如，具有大于4地i的貼片天線 振子或者具有大于2地i的地上偶極子振子可能不會很好地聚焦。具有N個(gè)相同振子的有 IOlog(N)巧地i增益的常規(guī)相控陣天線用能被配置成在個(gè)體的5地i振子圖內(nèi)很好地聚焦 的相控陣來結(jié)果實(shí)現(xiàn)。
[0020] 高頻衍射波比低頻傳輸引入更多的損耗。因此，在所有方向上高效發(fā)射的能力對 于在高頻中操作的天線陣列來說是重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。由此，相控陣天線的常規(guī)設(shè)計(jì)對于例 如60GHz頻帶處的毫米波信號的傳輸而言是效率低下的。
[0021] 因此，提供改進(jìn)相控陣天線的操作的技術(shù)方案將會是有益的。
[0022] 概述
[0023] 本公開的若干示例方面的概述如下。此概述為方便讀者而被提供，從而提供對此 類方面的基本理解并且不完全限定本公開的廣度。此概述不是所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜 覽，并且既非旨在標(biāo)識出所有方面的關(guān)鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的 范圍。其唯一的目的是要W簡化形式給出一個(gè)或多個(gè)方面的一些概念W作為稍后給出的更 加詳細(xì)的描述之序。為了方便起見，術(shù)語"一些方面"在本文中可用來指本公開的單個(gè)方面 或多個(gè)方面。
[0024] 本公開在各種方面設(shè)及用于操作多個(gè)福射振子的方法。在一些實(shí)現(xiàn)中，該方法包 括測量該多個(gè)福射振子中的每個(gè)福射振子的相位和增益；基于相應(yīng)福射振子的測得相位和 測得增益來確定該多個(gè)福射振子中的每個(gè)福射振子的饋送增益和饋送相位；W及基于所確 定的饋送增益和饋送相位來獨(dú)立地設(shè)置該多個(gè)福射振子中的每個(gè)福射振子。
[0025] 本公開進(jìn)一步設(shè)及配置成用于通信的裝置的各種方面。該裝置包括多個(gè)福射振 子；W及配置成執(zhí)行W下操作的處理系統(tǒng)：測量該多個(gè)福射振子中的每個(gè)福射振子的相位 和增益；基于相應(yīng)福射振子的測得相位和增益來確定該多個(gè)福射振子中的每個(gè)福射振子的 饋送增益和饋送相位；W及基于所確定的饋送增益和饋送相位來獨(dú)立地設(shè)置該多個(gè)福射振 子中的每個(gè)福射振子的饋送增益和饋送相位。
[00%] 本公開的各種方面還提供了用于操作多個(gè)福射振子的設(shè)備。該設(shè)備包括用于測量 該多個(gè)福射振子中的每個(gè)福射振子的相位和增益的裝置；用于基于相應(yīng)福射振子的測得相 位和測得增益來確定該多個(gè)福射振子中的每個(gè)福射振子的饋送增益和饋送相位的裝置；W 及用于基于所確定的饋送增益和饋送相位來獨(dú)立地設(shè)置該多個(gè)福射振子中的每個(gè)福射振 子的裝置。
[0027] 本公開的各種方面進(jìn)一步提供了一種接入終端，其包括多個(gè)福射振子；處理系統(tǒng)， 其配置成：測量該多個(gè)福射振子中的每個(gè)福射振子的相位和增益；基于相應(yīng)福射振子的測 得相位和測得增益來確定該多個(gè)福射振子中的每個(gè)福射振子的饋送增益和饋送相位；針對 所確定的饋送增益和饋送相位來獨(dú)立地設(shè)置該多個(gè)福射振子中的每個(gè)福射振子；W及發(fā)射 機(jī)，其配置成經(jīng)由所設(shè)置的福射振子來發(fā)射信號。
[0028] 本公開的各種方面進(jìn)一步提供了一種包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。該 計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括指令，其可執(zhí)行W:測量多個(gè)福射振子中的每個(gè)福射振子的相位和增 益；基于相應(yīng)福射振子的測得相位和測得增益來確定該多個(gè)福射振子中的每個(gè)福射振子的 饋送增益和饋送相位；W及基于所確定的饋送增益和饋送相位來獨(dú)立地設(shè)置該多個(gè)福射振 子中的每個(gè)福射振子。
[0029] 附圖簡述
[0030] 本文中所公開的主體內(nèi)容在說明書的結(jié)束處的權(quán)利要求書中被特別指出并特異 地要求保護(hù)。本文中所公開的諸方面的前述W及其他的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將會從W下結(jié)合 附圖來理解的詳細(xì)描述來變得明了。
[0031] 圖1是解說具有有源天線陣列的RF模塊的示圖。
[0032]圖2是解說相控陣天線的常規(guī)實(shí)現(xiàn)中的信號傳播的示圖。
[0033] 圖3是解說根據(jù)一個(gè)方面所構(gòu)建的RFIC的福射圖的示圖。
[0034] 圖4是解說根據(jù)一個(gè)方面的天線陣列的布置的RFIC的橫截面示圖。
[0035] 圖5是用W描述各種所公開的方面的相控陣天線的示意圖。