具有rf和基带波束形成的模块化天线阵列的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及天线阵列波束形成(beamforming)，并且更具体地，本公开涉及使用射频(RF)和基带波束形成的天线阵列的模块结构。
【背景技术】
[0002]诸如膝上型计算机、笔记本计算机、上网本、个人数字助理(PDA)和移动电话之类的电子设备越来越趋向于，例如包括以增加的数据速率操作的各种无线通信能力。这些设备所使用的无线通信系统正在扩展为通信频谱的更高的频率范围，例如毫米波区域，并且更具体地为60GHz波段。传播损耗和衰减趋向于以这些更高的频率增加，然而，以提供期望的增益和空间覆盖的方式实施天线系统能够变得困难。
[0003]该波段中在大约50米或更远距离处的通信，例如在户外或在大空间中的通信，通常需要使用具有30-40dB或更多增益的高度定向天线以补偿衰减损失。另外，通常有相对宽的部分覆盖的需求以包括其它设备和站而不管位置。一些通信系统采用相控阵波束形成以将相对窄的波束引导在期望的方向中，但该方法通常需要大量天线元件被耦合到RF集成电路(RFIC)处理芯片，其中相控阵的增益与天线元件的数量有关。然而，耦合足够多的天线元件以提供必要的增益通常是困难的和昂贵的，这是由于天线元件和RFIC之间的信号路由(供应线路)变得太复杂并且导致增加的信号衰减。这些天线阵列的成本通常随阵列中的天线元件的数量不成比例地增长。
【附图说明】
[0004]随着下面的详细描述的进行并且当参照附图时，要求的主题的实施例的特征和优势将成为显而易见的，其中相似的标号描绘相似的部分，并且其中:
[0005]图1示出了与本公开一致的一个典型实施例的顶级系统图；
[0006]图2示出了与本公开一致的一个典型实施例的框图；
[0007]图3示出了与本公开一致的另一典型实施例的框图；
[0008]图4示出了与本公开的一个实施例一致的典型相位调整；
[0009]图5示出了与本公开的另一实施例一致的典型相位调整；
[0010]图6示出了与本公开的一个实施例一致的典型波束形成；
[0011]图7示出了与本公开的另一实施例一致的典型波束形成；
[0012]图8示出了与本公开一致的另一典型实施例的框图；
[0013]图9示出了与本公开一致的一个典型实施例的操作的流程图；
[0014]图10示出了与本公开一致的一个典型实施例的平台。
[0015]虽然下面的详细描述将参照说明性的实施例进行，但是其中的很多替代、修改和变型对本领域的技术人员来说将是显而易见的。
[0016]详细描沐
[0017]通常，本公开提供用于天线阵列波束形成使用模块架构以从较小的子阵列天线模块中合成较大的复合天线阵列的系统和方法。子阵列天线模块中的RF波束形成和子阵列天线模块之间的基带波束形成的组合例如在波束宽度、增益、覆盖和波束引导(steering)中提供增加的波束形成能力。系统可以被配置为在RP频谱的毫米波波，毫米波)区域中操作，并且更具体地为在与对例如无线个人区域网(WPAN)和无线局域网(WLAN)通信系统的使用相关联的60GHz区域中进行操作。
[0018]图1示出了与本公开一致的一个典型实施例的顶级系统图100。模块化天线阵列系统102被示出，其可以被配置为发送和/或接收RP频谱的毫米波区域中的数据。在一些实施例中，系统102可以形成诸如移动电话、膝上型计算机、平板计算机或基站之类的无线通信平台的一部分。系统102可以被配置为生成天线波束图型(pattern) 108，天线波束图型108在一些实施例中可以是可引导的波束。系统102可以包括通过发送(Tx)和接收(Rx)数据链路112和控制链路110被耦合到中央波束形成模块106的多个RF波束形成天线模块104，其操作将在下面更详细地进行解释。在一些实施例中，中央波束形成模块106可以在基带、中频(IF)处或在RF处进行操作。尚待被系统102发送或接收的数据可以通过数据端口被提供，数据端口将中央波束模块106耦合到处理器或被配置为生成或接收数据的任何其它适当的系统。
[0019]图2示出了与本公开一致的一个典型实施例的框图200 AF波束形成天线模块104被示出为包括通过供应线路204((feed line)，其可以是微带馈线)被耦合到RF波束形成器RFIC 212的天线元件202的阵列。RFIC 212包括被耦合到加法器/分离器电路214的相移电路208的阵列。相移电路208被配置为调整从相关联的天线元件202接收的或被发送到相关联的天线元件202的RF信号的相位。相位移动的量可以通过被供应到相移器电路的控制信号206被确定。控制信号206可以是在RFIC 212内被生成的和/或来源于从中央波束形成模块106被接收的控制链路110上的信号的加权系数。相位移动调整可以确定和控制波束宽度、增益和/或由天线元件202的阵列形成的天线波束的方向。在接收了信号的情况下，加法器/分离器电路214对接收的相位移动信号求和并且在数据链路112上将该和提供给中央波束形成模块106。在发送了信号的情况下，加法器/分离器电路214在数据链路112上将提供的信号从中央波束形成模块106分离并且将分离信号耦合到每个相移电路208。
[0020]如将在先问更详细地解释的，从中央波束形成模块106被接收的控制链路110上的信号，还可以调整加权系数以使得RF波束形成天线模块104作为相较单独的RF波束形成天线模块104具有增加了的波束形成能力的单个较大的天线阵列执行操作。在一些实施例中，中央波束形成模块106可以将可用的RF波束形成天线模块104划分为子组，其中每个子组可以被单独地引导到不同的方向和/或被用于不同的目的(例如，不同的载波信号频率)。在一些实施例中，正在被发送或接收的信号可以包括多个频率分量并且中央波束形成模块可以被配置为针对信号的多个频率分量中的每个频率分量应用不同的信号调整。
[0021]频率上转换和下转换(未示出)可以在发送和接收信号上(分别)被执行以在基带(或IF)和RF之间转换。在优选的实施例中，上/下频率转换可以由被包括在RFIC 212中的模块执行。在一些其它实施例中，频率转换可以由RFIC 212和中央波束形成模块106之间部署的模块执行。
[0022]图3示出了与本公开一致的另一典型实施例的框图300。包括中央波束形成模块106的基带处理器304被示出通过数据链路112和控制链路110被耦合到RF波束形成天线模块104的平面阵列302。平面阵列的该示例配置针对二维(例如，方位角和仰角)中的波束引导尤其是有利的。
[0023]虽然为了简单起见仅示出了四个RF波束形成天线模块104，但是任意数量的这样的模块104可以被采用以增加总的天线增益和性能。由于RF波束形成天线模块104通过可以以较低的频率(例如，基带或IF)操作的数据链路112被耦合，因此数据链路信号路由的长度不被限制到与天线元件202的供应线路相同的范围，天线元件202的供应线路限制给定模块阵列中的天线元件202的数量。例如，典型的天线阵列RFIC可以被限制到能够提供15-20dB的天线波束增益的8x8天线元件202的阵列尺寸。然而，毫米波区域中的通信可以要求大约