用于5G移动通信和雷达的波束形成电路的制作方法

依据美国法典第35章第119条，本申请要求于2017年9月11日向韩国知识产权局(kipo)提交的韩国专利申请第10-2017-0115812号的优先权，该专利申请的全部内容以参考的方式并入本文中。

示例性实施例总体上涉及信号处理技术，更具体地涉及适用于波束形成系统的用于第五代(5g)移动通信和雷达的波束形成电路。

背景技术：

目前正在进行研究的第五代(5g)移动通信系统要求具有与作为第四代(4g)移动通信系统的长期演进(lte)技术相比约为数百至数千倍的网络容量。另外，业界正在对基于毫米波通信的通信技术进行研究以确保宽带宽。在毫米波段中，发送信号/接收信号弱于常规4g移动通信系统的频段，因此可利用诸如波束形成的技术来克服这个问题。

在无线通信中，波束形成是智能天线的技术，并且是用于将天线的波束仅发射到相应端子的技术。最近，用于布置天线及利用阵列中的各个信道之间的相位差来调整天线波束方向的波束形成技术已引起业界的关注。在这种情况下，因为各信道要求具有一个天线和一个波束形成电路，所以会增大总芯片尺寸和总功率消耗。为了解决这个问题，业界正在进行研究以实现相对简单的波束形成电路。

与此同时，常规的波束形成电路包括用于相位调整的移相器、及用于增益调整的可变增益放大器(vga)或衰减器。无源移相器具有相对较大的插入损耗，因此存在由于加入增益放大器以补偿插入损耗因而增大尺寸和功率消耗的问题。因为衰减器还具有相对较大的插入损耗，所以问题与无源移相器的相同，并且难以提供高分辨率。vga具有增益控制的动态范围较窄的问题。此外，当增益控制仅依赖于vga或衰减器时，存在难以提高总体效率和线性度的问题。

技术实现要素：

一些示例性实施例提供一种能够以超小尺寸、低功率和高性能特性而实现的用于第五代(5g)移动通信和雷达的波束形成电路。

根据示例性实施例，波束形成电路包括多模功率放大器、可变增益低噪声放大器、可变增益移相器、和第一开关电路。多模功率放大器放大基于第一rf输入信号而生成的第一无线射频(rf)中间信号，以便生成在发送模式中经由天线发送的第一rf输出信号，并且在发送模式中基于第一控制信号执行第一发送增益调整功能。可变增益低噪声放大器在接收模式中放大经由天线接收的第二rf输入信号以便生成第二rf中间信号，并且在接收模式中基于第二控制信号执行第一接收增益调整功能。可变增益移相器在发送模式中在同一时间控制第一rf输入信号的增益和相位以便生成第一rf中间信号，基于第三控制信号在同一时间执行第二发送增益调整功能和发送相位调整功能，在接收模式中在同一时间控制第二rf中间信号的增益和相位以便生成第二rf输出信号，并且在接收模式中基于第三控制信号在同一时间执行第二接收增益调整功能和接收相位调整功能。第一开关电路在发送模式中接收第一rf输入信号以便将第一rf输入信号提供至可变增益移相器，并且在接收模式中接收来自可变增益移相器的第二rf输出信号以输出第二rf输出信号。

在一些示例性实施例中，波束形成电路可进一步包括第二开关电路、第三开关电路和第四开关电路。第二开关电路可将多模功率放大器和第一开关电路中的一个与可变增益移相器连接。第三开关电路可将可变增益低噪声放大器和第一开关电路中的一个与可变增益移相器连接。第四开关电路可将多模功率放大器和可变增益低噪声放大器中的一个与天线连接。

在一些示例性实施例中，在发送模式中，可基于模式选择信号而启用第一路径，其中将第一开关电路、第三开关电路、可变增益移相器、第二开关电路、多模功率放大器、第四开关电路和天线顺序地连接。在接收模式中，可基于模式选择信号而启用第二路径，其中将天线、第四开关电路、可变增益低噪声放大器、第三开关电路、可变增益移相器、第二开关电路和第一开关电路顺序地连接。

在一些示例性实施例中，波束形成电路可进一步包括第一开关嵌入阻抗匹配电路、第二开关嵌入阻抗匹配电路和第三开关嵌入阻抗匹配电路。可将第一开关嵌入阻抗匹配电路设置在多模功率放大器、第一开关电路和可变增益移相器之间。可将第二开关嵌入阻抗匹配电路设置在可变增益低噪声放大器、第一开关电路和可变增益移相器之间。可将第三开关嵌入阻抗匹配电路设置在多模功率放大器、可变增益低噪声放大器和天线之间。

在一些示例性实施例中，第一开关嵌入阻抗匹配电路可包括第一传输线、第二传输线、第三传输线和第一开关元件。第一传输线可连接到多模功率放大器的输入端子。第二传输线可连接到第一开关电路的第一端子。第三传输线可连接到可变增益移相器的输出端子。第一开关元件可与第一传输线并联地连接到多模功率放大器的输入端子。

在一些示例性实施例中，在发送模式中，可将第一开关元件断开，并且可将来自可变增益移相器的第一rf中间信号输出经由第一、第二和第三传输线提供至多模功率放大器。在接收模式中，可将第一开关元件短路，并且可将来自可变增益移相器的第二rf输出信号输出经由第二和第三传输线提供至第一开关电路。

在一些示例性实施例中，第二开关嵌入阻抗匹配电路可包括第四传输线、第五传输线、第六传输线和第二开关元件。第四传输线可连接到可变增益低噪声放大器的输出端子。第五传输线可连接到第一开关电路的第二端子。第六传输线可连接到可变增益移相器的输入端子。第二开关元件可与第四传输线并联地连接到可变增益低噪声放大器的输出端子。

在一些示例性实施例中，在发送模式中，可将第二开关元件短路，并且可将从第一开关电路所接收的第一rf输入信号经由第五和第六传输线提供至可变增益移相器。在接收模式中，可将第二开关元件断开，并且可将来自可变增益低噪声放大器的第二rf中间信号输出经由第四、第五和第六传输线提供至可变增益移相器。

在一些示例性实施例中，第三开关嵌入阻抗匹配电路可包括第七传输线、第八传输线、第九传输线、第三开关元件和第四开关元件。第七传输线可连接到多模功率放大器的输出端子。第八传输线可连接到天线。第九传输线可连接到可变增益低噪声放大器的输入端子。第三开关元件可与第七传输线并联地连接到多模功率放大器的输出端子。第四开关元件可与第九传输线并联地连接到可变增益低噪声放大器的输入端子。

在一些示例性实施例中，在发送模式中，可将第三开关元件断开，可将第四开关元件短路，并且可将来自多模功率放大器的第一rf输出信号输出经由第七和第八传输线提供至天线。在接收模式中，可将第三开关元件短路，可将第四开关元件断开，并且可将从天线所接收的第二rf输入信号经由第八和第九传输线提供至可变增益低噪声放大器。

在一些示例性实施例中，当执行第一发送增益调整功能时，可以第一单位控制第一rf输出信号相对于第一rf输入信号的增益。当执行第二发送增益调整功能时，可由小于第一单位的第二单位控制第一rf输出信号相对于第一rf输入信号的增益。

在一些示例性实施例中，当执行第一接收增益调整功能时，可以以在第一增益区中的第三单位控制第二rf输出信号相对于第二rf输入信号的增益。当执行第二接收增益调整功能时，可以以在不同于第一增益区的第二增益区中的第二单位控制第二rf输出信号相对于第二rf输入信号的增益。

在一些示例性实施例中，可基于第一控制信号而改变多模功率放大器的放大模式。

在一些示例性实施例中，可变增益低噪声放大器可进一步基于第二控制信号而执行相位变化补偿功能。

在一些示例性实施例中，可变增益移相器通过基于第三控制信号和通过对至少两个同相矢量和至少两个正交矢量进行求和，调整至少两个同相矢量和至少两个正交矢量的幅值和方向并且，可在同一时间控制第一rf输入信号的增益和相位或者可在同一时间控制第二rf中间信号的增益和相位。

根据示例性实施例，波束形成电路包括多模功率放大器、可变增益低噪声放大器、第一可变增益移相器、第二可变增益移相器、第一开关电路和第二开关电路。多模功率放大器放大基于第一rf输入信号所生成的第一射频(rf)中间信号，以便生成在发送模式中经由天线所发送的第一rf输出信号，并且在发送模式中基于第一控制信号而执行第一发送增益调整功能。可变增益低噪声放大器在接收模式中放大经由天线所接收的第二rf输入信号以便生成第二rf中间信号，并且在接收模式中基于第二控制信号而执行第一接收增益调整功能。第一可变增益移相器在同一时间控制第一rf输入信号的增益和相位，以便在发送模式中生成第一rf中间信号，并且在发送模式中在同一时间基于第三控制信号而执行第二发送增益调整功能和发送相位调整功能。第二可变增益移相器在接收模式中在同一时间控制第二rf中间信号的增益和相位以便生成第二rf输出信号，并且在接收模式中基于第四控制信号在同一时间执行第二接收增益调整功能和接收相位调整功能。第一开关电路在发送模式中将第一rf输入信号提供至第一可变增益移相器，并且在接收模式中接收来自第二可变增益移相器的第二rf输出信号以输出第二rf输出信号。第二开关电路在发送模式中将第一rf输出信号提供至天线，并且在接收模式中将第二rf输入信号提供至可变增益低噪声放大器。

在一些示例性实施例中，在发送模式中，可基于模式选择信号而启用第一路径，其中将第一开关电路、第一可变增益移相器、多模功率放大器、第二开关电路和天线顺序地连接。在接收模式中，可基于模式选择信号而启用第二路径，其中将天线、第二开关电路、可变增益低噪声放大器、第二可变增益移相器和第一开关电路顺序地连接。

在一些示例性实施例中，当执行第一发送增益调整功能时，第一rf输出信号相对于第一rf输入信号的增益可被调整第一单位。当执行第二发送增益调整功能时，可以以小于第一单位的第二单位调整第一rf输出信号相对于第一rf输入信号的增益。

在一些示例性实施例中，当执行第一接收增益调整功能时，第二rf输出信号相对于第二rf输入信号的增益可以被调整第一增益区中的第三单位量。当执行第二接收增益调整功能时，第二rf输出信号相对于第二rf输入信号的增益可以调整在不同于第一增益区的第二增益区中的第二单位量。

在一些示例性实施例中，当执行第二接收增益调整功能时，可由第三单位量控制第二rf输出信号相对于第二rf输入信号的增益。当执行第一接收增益调整功能时，可由小于第三单位量的第四单位量调整第二rf输出信号相对于第二rf输入信号的增益。

因此，根据示例性实施例的波束形成电路可包括可变增益移相器，该可变增益移相器在同一时间独立地控制信号的相位和增益。通过包括可变增益移相器，在波束形成电路中可移除或省略vga或衰减器，因此可减小尺寸、面积和功率消耗。通过使用可变增益移相器，可减小插入损耗并且可使由于增益变化所导致的相位误差最小化。另外，一个可变增益移相器可由发送路径和接收路径所共用，因此可进一步减小尺寸、面积和功率消耗。此外，通过应用被合并入阻抗匹配电路中的开关电路，可进一步减小尺寸和面积。

根据示例性实施例的波束形成电路可利用多模功率放大器和可变增益移相器来分配发送增益调整功能。因此，可增大波束形成电路的发送增益调整的动态范围。另外，当应用多模功率放大器从而具有多种增益模式或放大模式时，可以以相对较低的功率并且在具有相对较低增益的区域提高效率，并且可应用有源级间匹配级(activeinter-stagematchingstage)以改善线性度。

根据示例性实施例的波束形成电路可利用可变增益低噪声放大器和可变增益移相器来分配接收增益调整功能。因此，可增大接收增益调整的动态范围并提高波束形成电路的分辨率。另外，可变增益低噪声放大器可进一步执行相位变化补偿功能，因此可进一步减小相位误差。

附图说明

图1是图解说明根据示例性实施例的波束形成电路的方框图。

图2a和图2b是用于描述图1的波束形成电路在发送模式和接收模式中的运行的图示。

图3是图解说明根据示例性实施例的波束形成电路的方框图。

图4a和图4b是用于描述根据示例性实施例的被包括在波束形成电路中的多模功率放大器的运行的图示。

图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图6c和图6d是用于描述根据示例性实施例的被包括在波束形成电路中的可变增益移相器的运行的图示。

图7是用于描述根据示例性实施例的在波束形成电路的发送模式中的增益调整的图示。

图8和图9是用于描述根据示例性实施例的被包括在波束形成电路中的可变增益低噪声放大器的运行的图示。

图10是用于描述根据示例性实施例的在波束形成电路的接收模式中的增益调整的图示。

图11是图解说明根据示例性实施例的波束形成电路的方框图。

图12是图解说明根据示例性实施例的波束形成电路的方框图。

图13a、图13b、图14a、图14b、图15a和图15b是用于描述图12的波束形成电路在发送模式和接收模式中的运行的图示。

图16是图解说明根据示例性实施例的波束形成电路的方框图。

图17a和图17b是用于描述图16的波束形成电路在发送模式和接收模式中的运行的图示。

图18a和18b是用于描述根据示例性实施例的在波束形成电路的发送模式和接收模式中的增益调整的图示。

图19是图解说明根据示例性实施例的包括波束形成电路的波束形成系统的方框图。

图20a和图20b是用于描述根据示例性实施例的波束形成系统的运行的图示。

具体实施例

下面将参照其中揭示各实施例的附图更充分地描述各种示例性实施例。然而，本发明可具体化为许多不同的形态并且不应被理解成局限于本文中所陈述的实施例。

相反，提供这些实施例使得本公开将是详尽和完全的，并且将把本发明的范围全面地传达给本领域技术人员。在整个本申请中，类似的附图标记指代类似的元件。

应当理解的是，尽管在本文中术语“第一”、“第二”等可用于描述各种元件，但这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语是用于将一个元件与另一个元件加以区别。例如，在不背离本发明范围的前提下，可以将第一元件称为第二元件，类似地可以将第二元件称为第一元件。如本文中所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列出物件的任意和全部组合。

应当理解的是，当一个元件是被称为“连接”或“联接”到另一个元件时，它可以直接地连接或联接到另一个元件或者可存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接地连接”或“直接地联接”到另一个元件时，则不存在介于中间的元件。用于描述各元件之间关系的其它词语应当以类似的方式进行解释(例如，“在之间(between)”相对于“直接地在---之间(directlybetween)”、“相邻(adjacent)”相对于“直接地相邻(directlyadjacent”等)。

本文中所使用的术语是用于描述具体实施例的目的，而并非意图限制本发明。本文中所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文中明确地指出。还应当理解的是，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(includes)”和/或“包含(including)”，当在本文中使用时，具体说明所陈述特征、整数、步骤、运行、元件、和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、运行、元件、和/或部件的存在或添加。

除非另有说明，本文中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域技术人员所理解的含义为相同的含义。还应当理解的是，在常用词典中所定义的术语，应当被解释为具有与它们在相关领域的背景中的含义一致的含义，并且将以理想化或过于正式的含义进行解释，除非本文中明确地如此定义。

通过详细地描述本发明的示例性实施例并参照附图，本发明的以上及其它特征将变得更加显见。在各附图中相同的附图标记是用于相同的元件，并且省略了用于相同元件的多余解释。

图1是图解说明根据示例性实施例的波束形成电路的方框图。图2a和图2b是用于描述图1的波束形成电路在发送模式和接收模式中的运行的图示。

参照图1，波束形成电路5000包括：多模功率放大器(mm-pa)5100、可变增益低噪声放大器(vg-lna)5200、可变增益移相器(vg-ps)5300和第一开关电路5410。波束形成电路5000可进一步包括：第二开关电路5420、第三开关电路5430和第四开关电路5440。

多模功率放大器5100在发送模式中放大发送信号以便经由天线5010而发送，并且在发送模式中基于第一控制信号cont1而执行用于发送信号的第一发送增益调整(或增益控制)功能。如将参照图4a和图4b所描述，多模式功率放大器5100的放大模式可基于第一控制信号cont1而改变。

可变增益低噪声放大器5200在接收模式中放大经由天线5010所接收的接收信号，并且在接收模式中基于第二控制信号cont2而执行用于接收信号的第一接收增益调整功能。如将参照图8和图9所描述，可变增益低噪声放大器5200可进一步基于第二控制信号cont2而执行相位变化补偿功能。

可变增益移相器5300在发送模式中基于第三控制信号cont3在同一时间(或者在相同时间或同时地)独立地执行用于发送信号的第二发送增益调整功能和发送相位调整(或相位控制)功能，并且在接收模式中基于第三控制信号cont3在同一时间独立地执行用于接收信号的第二接收增益调整功能和接收相位调整功能。可变增益移相器5300可在发送模式和接收模式两种模式中使用。下面将参照图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图6c和图6d来描述可变增益移相器5300的详细运行。

第一开关电路5410包括：接收第一射频(rf)输入信号rf_tx_in或输出第二rf输出信号rf_rx_out的第一端子、连接到第二开关电路5420的第三端子的第二端子、和连接到第三开关电路5430的第三端子的第三端子。第二开关电路5420包括：连接到可变增益移相器5300的输出端子的第一端子、连接到多模功率放大器5100的输入端子的第二端子、和连接到第一开关电路5410的第二端子的第三端子。第三开关电路5430包括：连接到可变增益移相器5300的输入端子的第一端子、连接到可变增益低噪声放大器5200的输出端子的第二端子、和连接到第一开关电路5410的第三端子的第三端子。第四开关电路5440包括：连接到天线5010的第一端子、连接到多模功率放大器5100的输出端子的第二端子、和连接到可变增益低噪声放大器5200的输入端子的第三端子。例如，第一、第二、第三和第四开关电路5410、5420、5430和5440的每个电路可以以将第二和第三端子(或端口)中的一个端子(或端口)与第一端子(或端口)电性连接的单刀双掷(spdt)开关的形式而加以应用。

可基于模式选择信号msel来控制第一、第二、第三和第四开关电路5410、5420、5430和5440的每个开关电路的电连接状态。可基于模式选择信号msel将第一开关电路5410电性连接，以便接收第一rf输入信号rf_tx_in或者输出第二rf输出信号rf_rx_out。第二开关电路5420可基于模式选择信号msel将多模功率放大器5100和第一开关电路5410中的一个与可变增益移相器5300电性连接。第三开关电路5430可基于模式选择信号msel将可变增益低噪声放大器5200和第一开关电路5410中的一个与可变增益移相器5300电性连接。第四开关电路5440可基于模式选择信号msel将多模功率放大器5100和可变增益低噪声放大器5200中的一个与天线5010电性连接。

参照图2a，在发送模式中，基于模式选择信号msel，可将第一开关电路5410的第一和第三端子彼此电性连接，可将第二开关电路5420的第一和第二端子彼此电性连接，可将第三开关电路5430的第一和第三端子彼此电性连接，并且可将第四开关电路5440的第一和第二端子彼此电性连接。因此，第一路径被启用，其中将第一开关电路5410、第三开关电路5430、可变增益移相器5300、第二开关电路5420、多模功率放大器5100、第四开关电路5440和天线5010顺序地连接。第一路径可被称为发送路径。

第一开关电路5410接收来自外部(例如，来自外部信号处理器)的第一rf输入信号rf_tx_in。第一rf输入信号rf_tx_in经由第三开关电路5430被提供至可变增益移相器5300。可变增益移相器5300基于第三控制信号cont3在同一时间控制第一rf输入信号rf_tx_in的增益和相位，以便生成第一rf中间信号rf_tx_mid。第一rf中间信号rf_tx_mid经由第二开关电路5420被提供至多模功率放大器5100。多模功率放大器5100基于第一控制信号cont1放大第一rf中间信号rf_tx_mid，以便生成第一rf输出信号rf_tx_out。第一rf输出信号rf_tx_out经由第四开关电路5440被提供至天线5010，并且经由天线5010被发送至外部(例如，至外部通信端子)。

在发送模式中，多模功率放大器5100基于第一控制信号cont1执行第一发送增益调整功能，并且可变增益移相器5300基于第三控制信号cont3在同一时间执行第二发送增益调整功能和发送相位调整功能。换句话说，可在发送模式中利用多模功率放大器5100和可变增益移相器5300分配或扩展(spread)增益调整功能(或增益控制功能)。

参照图2b，在接收模式中，基于模式选择信号msel，可将第一开关电路5410的第一和第二端子彼此电性连接，可将第二开关电路5420的第一和第三端子彼此电性连接，可将第三开关电路5430的第一和第二端子彼此电性连接，并且可将第四开关电路5440的第一和第三端子彼此电性连接。因此，第二路径被启用，其中将天线5010、第四开关电路5440、可变增益低噪声放大器5200、第三开关电路5430、可变增益移相器5300、第二开关电路5420和第一开关电路5410顺序地连接。第二路径可被称为接收路径。

天线5010接收来自外部(例如，来自外部通信端子)的第二rf输入信号rf_rx_in。第二rf输入信号rf_rx_in经由第四开关电路5440被提供至可变增益低噪声放大器5200。可变增益低噪声放大器5200基于第二控制信号cont2放大第二rf输入信号rf_rx_in，以便生成第二rf中间信号rf_rx_mid。第二rf中间信号rf_rx_mid经由第三开关电路5430被提供至可变增益移相器5300。可变增益移相器5300基于第三控制信号cont3在同一时间控制第二rf中间信号rf_rx_mid的增益和相位，以便生成第二rf输出信号rf_rx_out。第二rf输出信号rf_rx_out经由第二开关电路5420和第一开关电路5410被输出，并且被提供至外部(例如，至外部信号处理器)。

在接收模式中，可变增益低噪声放大器5200基于第二控制信号cont2执行第一接收增益调整功能，并且可变增益移相器5300基于第三控制信号cont3在同一时间执行第二接收增益调整功能和接收相位调整功能。换句话说，可在接收模式中利用可变增益低噪声放大器5200和可变增益移相器5300分配或扩展增益调整功能。另外，可变增益低噪声放大器5200可进一步基于第二控制信号cont2执行相位变化补偿功能。

在常规的波束形成电路中，发送路径包括功率放大器、用于相位调整的移相器、和用于增益调整的可变增益放大器(vga)或衰减器，并且进一步包括用于损耗补偿的放大器。类似地，接收路径包括低噪声放大器、移相器、和vga或衰减器，并且进一步包括用于损耗补偿的放大器。常规的波束形成电路还包括用于启用发送路径和接收路径中的一个路径的两个开关。换句话说，应用常规的波束形成电路从而包括至少十个单独和不同的块，因此存在尺寸、面积和功率消耗相对较大的问题。

根据示例性实施例的波束形成电路5000可包括可变增益移相器5300，该移相器在同一时间独立地控制信号的相位和增益。通过包括可变增益移相器5300，在波束形成电路5000中可移除或省略vga或衰减器，因此可减小尺寸、面积和功率消耗。另外，一个可变增益移相器5300可由发送路径和接收路径所共用，因此可进一步减小尺寸、面积和功率消耗。通过使用可变增益移相器5300，可使由于增益变化所导致的相位误差最小化。

根据示例性实施例的波束形成电路5000可利用被包括在发送路径中的多模功率放大器5100和可变增益移相器5300来分配发送增益调整功能。因此，与仅利用功率放大器来控制增益的常规波束形成电路相比较，可增大波束形成电路5000的发送增益调整的动态范围。另外，当应用多模功率放大器5100从而具有多个增益模式或放大模式时，可以以相对较低的功率并且在具有相对较低增益的区域提高效率(例如，放大效率)，并且可应用有源级间匹配级(anactiveinter-stagematchingstage)以改善线性度。

根据示例性实施例的波束形成电路5000可利用被包括在接收路径中的可变增益低噪声放大器5200和可变增益移相器5300来分配接收增益调整功能。因此，与仅利用低噪声放大器来控制增益的常规波束形成电路相比较，可增大波束形成电路5000的接收增益调整的动态范围。另外，可变增益低噪声放大器5200可进一步执行相位变化补偿功能，因此可进一步减小相位误差。

图3是图解说明根据示例性实施例的波束形成电路的方框图。

参照图3，波束形成电路5000a包括：多模功率放大器5100a、可变增益低噪声放大器5200a、可变增益移相器5300a和第一开关电路5410。波束形成电路5000a可进一步包括：第二开关电路5420、第三开关电路5430、第四开关电路5440、第一阻抗匹配电路5510a、第二阻抗匹配电路5510b、第三阻抗匹配电路5520a、第四阻抗匹配电路5520b、第五阻抗匹配电路5530a和第六阻抗匹配电路5530b。

图3中的多模功率放大器5100a、可变增益低噪声放大器5200a和可变增益移相器5300a可分别与图1中的多模功率放大器5100、可变增益低噪声放大器5200和可变增益移相器5300大致相同，除了多模功率放大器5100a、可变增益低噪声放大器5200a和可变增益移相器5300a各自是以差分形式应用。因此，在图3的实例中，第一rf输入信号rf_tx_in、第一rf中间信号rf_tx_mid、第一rf输出信号rf_tx_out、第二rf输入信号rf_rx_in、第二rf中间信号rf_rx_mid和第二rf输出信号rf_rx_out的每个信号可以是一对差分信号。图3中的第一、第二、第三和第四开关电路5410、5420、5430和5440可分别与图1中的第一、第二、第三和第四开关电路5410、5420、5430和5440大致相同。

第一阻抗匹配电路5510a可连接到多模功率放大器5100a的输入端子(例如，两个输入端子)。第二阻抗匹配电路5510b可连接到多模功率放大器5100a的输出端子(例如，两个输出端子)。第三阻抗匹配电路5520a可连接到可变增益低噪声放大器5200a的输入端子(例如，两个输入端子)。第四阻抗匹配电路5520b可连接到可变增益低噪声放大器5200a的输出端子(例如，两个输出端子)。第五阻抗匹配电路5530a可连接到可变增益移相器5300a的输入端子(例如，两个输入端子)。第六阻抗匹配电路5530b可连接到可变增益移相器5300a的输出端子(例如，两个输出端子)。例如，第一、第二、第三、第四、第五和第六阻抗匹配电路5510a、5510b、5520a、5520b、5530a和5530b的每个电路可包括传输线变压器(tlt)(其包括并联布置的两条传输线(或布线))，并且可充当或用作平衡-不平衡(balun)转换器和阻抗匹配网络。

第一阻抗匹配电路5510a和第二阻抗匹电路5510b可分别被称为用于多模功率放大器5100a的输入阻抗匹配电路和输出阻抗匹配电路。第三阻抗匹配电路5520a和第四阻抗匹配电路5520b可分别被称为用于可变增益低噪声放大器5200a的输入阻抗匹配电路和输出阻抗匹配电路。第五阻抗匹配电路5530a和第六阻抗匹配电路5530b可分别被称为用于可变增益移相器5300a的输入阻抗匹配电路和输出阻抗匹配电路。

图4a和图4b是描述根据示例性实施例的被包括在波束形成电路中的多模功率放大器的运行的图示。

参照图1、图3和图4a，可基于第一控制信号cont1改变多模功率放大器5100或5100a的放大模式。在图4a的实例中，可看出在第一放大模式mode1与第二放大模式mode2之间存在约8db的增益差。

在一些示例性实施例中，多模功率放大器5100或5100a可包括并联连接的两个放大级，并且可以以仅启用两个放大级中的一个或者启用两个放大级两者的方式而改变放大模式。

参照图1、图3和图4b，在其中多模功率放大器5100或5100a以第一放大模式mode1运行的实例中，可看出当在线性区(例如，约0db的区域)中减小约10db的增益时消耗约60mw的功率。另外，在其中多模功率放大器5100或5100a以第二放大模式mode2运行的实例中，可看出在相同的条件下功率消耗减小约一半，这意味着消耗约30mw的功率。

由此，可确定的是，当仅由功率放大器执行所有的增益调整时，难以确保期望的动态范围和功率效率两者。当与仅在单一模式(例如，第一放大模式mode1)中运行的常规功率放大器比较时，根据示例性实施例的被包括在波束形成电路5000或5000a中的多模功率放大器5100或5100a可具有相对较宽的动态范围，并且可利用多模式功能以相对较低的功率且在具有相对较低增益的区域提高效率。

尽管参照图4a和图4b描述了其中多模功率放大器5100或5100a以两个放大模式mode1和mode2的一个模式中运行的一个实例，但示例性实施例并不局限于此。例如，多模功率放大器可以三种或更多的放大模式的一种模式运行。

图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图6c和图6d是用于描述根据示例性实施例的被包括在波束形成电路中的可变增益移相器的运行的图示。

参照图5a，在常规的移相器中，通过调整或控制一个同相矢量vi+和一个正交矢量vq+的幅值和方向并且对一个同相矢量vi+与一个正交矢量vq+进行求和而生成输出信号。在这种情况下，这对于相位调整是有效的，然而存在难以执行增益调整的问题。换句话说，将图5a中的增益圆(例如，用实线表示的相对较大的圆)固定在常规的移相器中。

参照图1、图3、图5b和图5c，在根据示例性实施例的被包括在波束形成电路5000或5000a中的可变增益移相器5300或5300a中，通过基于第三控制信号cont3调整或控制至少两个同相矢量和至少两个正交矢量的幅值和方向并且通过对至少两个同相矢量与至少两个正交矢量进行求和，可生成输出信号。因此，可独立地且高效率地利用一个元件或块来调整或控制信号的相位和增益。

例如，如图5b中所示，可将全部的第一和第二同相矢量vi1+和vi2+及第一和第二正交矢量vq1+和vq2+设定为正矢量，可对第一和第二同相矢量vi1+和vi2+与第一和第二正交矢量vq1+和vq2+进行求和，因此可获得输出信号。就另一个实例而言，如图5c中所示，可将第一同相矢量vi1+和第一正交矢量vq1+设定为正矢量，可将第二同相矢量vi2-和第二正交矢量vq2-设定为负矢量，可对第一和第二同相矢量vi1+和vi2-与第一和第二正交矢量vq1+和vq2-进行求和，因此可获得输出信号。当与图5b中的增益圆(例如，用实线表示的相对较大的圆)比较时，可看出在图5c中的增益圆(例如，用实线表示的相对较大的圆)减小，因此可确认的是在图5c中增益减小。

如上所述，通过调整或控制在图5b中矢量vi1+、vi2+、vq1+和vq2+的幅值或者在图5c中矢量vi1+、vi2-、vq1+和vq2的幅值，可在第一象限中调整或控制输出信号的相位。尽管在图5b和图5c中未图示，但通过不同地设定矢量的方向可在第二、第三或第四象限中调整或控制输出信号的相位。尽管参照图5b和图5c描述了其中基于两个同相矢量和两个正交矢量而生成或获得输出信号的实例，但示例性实施例并不局限于此。例如，可基于三个或更多的同相矢量及三个或更多的正交矢量而生成或获得输出信号。

为了执行参照图5a所描述的运行，常规的移相器包括矢量求和电路，该矢量求和电路包括一个矢量求和单元和连接到该矢量求和单元的两个电流控制电路。矢量(例如，图5a中的矢量vi+和vq+)的方向是由矢量求和单元所决定，通过利用电流控制电路调整或控制流经矢量求和单元的电流的量(或比率)而调整或控制矢量的幅值，然后流经矢量求和单元的总电流的和保持恒定不变。

为了执行参照图5b和图5c所描述的运行，根据示例性实施例的被包括在波束形成电路5000或5000a中的可变增益移相器5300或5300a可包括矢量求和电路，与常规矢量求和电路相比该矢量求和电路的结构被改变或修改。

参照图6a，被包括在可变增益移相器5300或5300a中的矢量求和电路的第一实施例可包括：共同地连接到输出端子的两个矢量求和单元5310a和5310b、及连接到这两个矢量求和单元的两个电流控制电路5315a和5315b。图6a中所图示的结构可被称为单元分离结构。

第一同相矢量和第一正交矢量(例如，图5b中的矢量vi1+和vq1+)的方向可由矢量求和单元5310a所决定，并且第二同相矢量和第二正交矢量(例如，图5b中的矢量vi2+和vq2+)的方向可由矢量求和单元5310b所决定。第一与第二同相矢量之间的幅值比(或者第一与第二正交矢量之间的幅值比)可由矢量求和单元5310a与5310b的尺寸比(例如，被包括在矢量求和单元5310a和5310b中的晶体管的宽度/长度(w/l)比)所决定。第一同相矢量与第一正交矢量之间的幅值比(或者第二同相矢量与第二正交矢量之间的幅值比)可由电流控制电路5315a和5315b所决定。流经矢量求和单元5310a和5310b及电流控制电路5315a和5315b的总电流的和值可始终保持不变。

参照图6b，被包括在可变增益移相器5300或5300a中的矢量求和电路的第二实施例可包括：共同地连接到输出端子的两个矢量求和单元5320a和5320b、及连接到这两个矢量求和单元的四个电流控制电路5325a、5325b、5325c和5325d。电流控制电路5325a和5325b可连接到矢量求和单元5320a，并且电流控制电路5325c和5325d可连接到矢量求和单元5320b。图6b中图示的结构可被称为电流分离结构。

第一同相矢量和第一正交矢量(例如，图5b中的矢量vi1+和vq1+)的方向可由矢量求和单元5320a所决定，并且第二同相矢量和第二正交矢量(例如，图5b中的矢量vi2+和vq2+)的方向可由矢量求和单元5320b所决定。第一同相矢量和第一正交矢量的幅值和比率可由电流控制电路5325a和5325b所决定，并且第二同相矢量和第二正交矢量的幅值和比率可由电流控制电路5325c和5325d所决定。流经矢量求和单元5320a和5320b及电流控制电路5325a、5325b、5325c和5325d的总电流的和值可始终保持不变。

参照图6c，被包括在可变增益移相器5300或5300a中的矢量求和电路的第三实施例可包括：共同地连接到输出端子的四个矢量求和单元5330a、5330b、5330c和5330d，及连接到这四个矢量求和单元的四个电流控制电路5335a、5335b、5335c和5335d。电流控制电路5335a和5335b可由矢量求和单元5330a和5330b所共用，并且电流控制电路5335c和5335d可由矢量求和单元5330c和5330d所共用。图6c中图示的结构可被称为混合结构，其中将单元分离结构与电流分离结构彼此合并。

包括矢量求和单元5330a和5330b及电流控制电路5335a和5335b的第一电路可以以类似于图6a的第一实施例的方式而运行，包括矢量求和单元5330c和5330d及电流控制电路5335c和5335d的第二电路液可以以类似于图6a的第一实施例的方式而运行。第一和第二电路可以以类似于图6b的第二实施例的方式而运行。流经矢量求和单元5330a、5330b、5330c和5330d及电流控制电路5335a、5335b、5335c和5335d的总电流的和值可保持恒定不变。

参照图6d，被包括在可变增益移相器5300或5300a中的矢量求和电路的第四实施例可包括：连接到输出端子的一个矢量求和单元5340、及连接该到矢量求和单元的四个电流控制电路5345a、5345b、5345c和5345d。

利用一个矢量求和单元5340在同一时间选择第一和第二同相矢量(例如，图5b中的矢量vi1+和vi2+)及第一和第二正交矢量(例如，图5b中的矢量vq1+和vq2+)。第一和第二同相矢量与第一和第二正交矢量的幅值和比率可由电流控制电路5345a、5345b、5345c和5345d所决定。流经矢量求和单元5340及电流控制电路5345a、5345b、5345c和5345d的总电流的和值可保持恒定不变。

图7是用于描述根据示例性实施例的在波束形成电路的发送模式中的增益调整的图示。

参照图1、图3和图7，在发送模式中，多模功率放大器5100或5100a基于第一控制信号cont1执行第一发送增益调整功能，并且可变增益移相器5300或5300a基于第三控制信号cont3在同一时间执行第二发送增益调整功能和发送相位调整功能。当考虑在发送路径上的布置时，可首先执行第二发送增益调整功能，然后可执行第一发送增益调整功能。

当执行第一发送增益调整功能时，可由第一单位量控制或调整第一rf输出信号rf_tx_out相对于第一rf输入信号rf_tx_in的增益(例如，功率增益)。当执行第二发送增益调整功能时，可以小于第一单位量的第二单位量控制或调整第一rf输出信号rf_tx_out相对于第一rf输入信号rf_tx_in的增益。

具体地，如图7中所示，当多模功率放大器5100或5100a在第一放大模式(例如，图4a中的第一放大模式mode1)中运行时可在增益区tx_pg1中控制或调整增益，当多模功率放大器5100或5100a在第二放大模式(例如，图4a中的第二放大模式mode2)中运行时可在不同于增益区tx_pg1(例如，低于增益区tx_pg1)的增益区tx_pg2中控制或调整的增益。例如，在图7中增益区tx_pg1的实线和增益区tx_pg2的实线可分别与图4a中的第一放大模式mode1的增益曲线和第二放大模式mode2的增益曲线大致相同。

可变增益移相器5300或5300a可执行参照图5b和图5c所描述的相位和增益调整运行，因此可控制或调整增益，如由增益区tx_pg1中的虚线或增益区tx_pg2中的虚线所表示。

换句话说，在发送模式中，可利用多模功率放大器5100或5100a由第一发送增益调整功能来执行增益调整的最高有效位(msb)部分，并且可利用可变增益移相器5300或5300a由第二发送增益调整功能来执行增益调整的最低有效位(lsb)部分。例如，增益区tx_pg1和tx_pg2中的一个可由第一发送增益调整功能所决定，并且可在增益区tx_pg1和tx_pg2中的一个中具体地由第二发送增益调整功能来控制或调整增益。利用多模功率放大器5100或5100a的第一发送增益调整功能可以是粗增益调整功能，并且利用可变增益移相器5300或5300a的第二发送增益调整功能可以是细增益调整功能。

如上所述，因为多模功率放大器5100或5100a负责增益调整的msb部分并且可变增益移相器5300或5300a负责增益调整的lsb部分，所以可增大增益调整的动态范围并且可高效率地实施细增益控制。

图8和图9是用于描述根据示例性实施例的被包括在波束形成电路中的可变增益低噪声放大器的运行的图示。

参照图1、图3和图8，可变增益低噪声放大器5200或5200a包括至少两个放大电路5210，还包括增益调整与相位补偿电路5220。

每个放大电路5210可具体化为差分共源共栅类型，并且可包括至少一个具有第一类型的晶体管。增益调整与相位补偿电路5220可连接到设置在末级(例如，放大电路的末级)的放大电路5210中的一个，可包括具有与第一类型相反的第二类型的第一晶体管，并且可进一步包括与第一晶体管并联地连接的第一电阻器。

增益调整与相位补偿电路5220可基于第二控制信号cont2调整或控制输出信号的增益，并且可进一步基于第二控制信号cont2补偿输出信号的相位变化。例如，第二控制信号cont2通常可作为包括在末级的放大电路中的具有第一类型的晶体管、和被包括在增益调整与相位补偿电路5220中的具有第二类型的第一晶体管的栅极偏压使用。通过适当地设定具有第一类型的晶体管的尺寸、具有第二类型的第一晶体管的尺寸、和施加到第一晶体管的体偏压vpb，可在同一时间或在同一时间一起或同时地一起执行增益调整功能和相位变化补偿功能。

参照图8和图9，当第二控制信号cont2的电平升高时，可改变具有第一类型的晶体管(例如，n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管)的阻抗，使得输入信号的相位与输出信号的相位之间的差增大(例如，s21的值在小于0的范围内逐渐地减小)，如图9中的caseb所表示。另外，当第二控制信号cont2的电平升高时，可改变具有第二类型的第一晶体管(例如，p型金属氧化物半导体(pmos)晶体管)的阻抗，使得输入信号的相位与输出信号的相位之间的差减小(例如，s21的值在小于0的范围中逐渐地增大)，如图9中的casec所表示。因此，当作为一个整体考虑可变增益低噪声放大器5200或5200a时(例如，当共同地考虑caseb和casec时)，在输入信号的相位与输出信号的相位之间的差可具有在参考范围rrng内的值，如图9中的casea所表示，并且基于具有第一类型的晶体管的阻抗变化与具有第二类型的第一晶体管的阻抗变化的和值可大致保持不变。换句话说，可确认的是增益调整功能和相位变化补偿功能是同时地执行。

通常，可主要地在低噪声放大器的第一放大级处决定低噪声放大器的噪声系数(nf)特性。因此，当增益调整与相位补偿电路5220连接到低噪声放大器的最后放大级的输出时(如图8中所示)，可充分地确保在第一放大级处的增益从而防止噪声系数特性的下降或劣化。

图10是用于描述根据示例性实施例的在波束形成电路的接收模式中的增益调整的图示。

参照图1、图3和图10，在接收模式中，可变增益低噪声放大器5200或5200a基于第二控制信号cont2执行第一接收增益调整功能，可变增益移相器5300或5300a基于第三控制信号cont3在同一时间执行第二接收增益调整功能和接收相位调整功能。当考虑在接收路径上的布置时，可首先执行第一接收增益调整功能，然后可执行第二接收增益调整功能。

当执行第一接收增益调整功能时，可控制或调整第二rf输出信号rf_rx_out相对于第二rf输入信号rf_rx_in的增益(例如，功率增益)第一增益区中的第三单位量。当执行第二接收增益调整功能时，第二rf输出信号rf_rx_out相对于第二rf输入信号rf_rx_in的增益可被控制或调整在不同于第一增益区的第二增益区中的第二单位量。第三单位量可不同于或者可与第二单位量大致相同。

具体地，如图10中所示，可变增益低噪声放大器5200或5200a可执行参照图8和图9所描述的增益调整和相位变化补偿运行，因此可控制或调整增益，如在图10的增益区rx_pg2中的虚线所表示。

可变增益移相器5300或5300a可执行参照图5b和5c所描述的相位和增益调整运行，因此可控制或调整增益，如由在图10的增益区rx_pg1中的虚线所表示。因为相同的可变增益移相器5300或5300a是在发送模式和接收模式的两种模式中使用，所以在图10的增益区rx_pg1中虚线的布置可与在图7的增益区tx_pg1中虚线的布置大致相同。

换句话说，在接收模式中，可利用可变增益低噪声放大器5200或5200a由第一接收增益调整功能执行增益调整的第一lsb部分，并且可利用可变增益移相器5300或5300a由第二接收增益调整功能执行增益调整的第二lsb部分。使用可变增益低噪声放大器5200或5200a的第一接收增益调整功能和使用可变增益移相器5300或5300a的第二接收增益调整功能两者均可以是细增益调整功能。

如上所述，可变增益低噪声放大器5200或5200a和可变增益移相器5300或5300a两者均负责增益调整的lsb部分。具体地，因为当可变增益低噪声放大器5200或5200a的增益被大幅地改变时噪声系数特性下降，所以可变增益低噪声放大器5200或5200a可负责较低的增益区。因此，可增大增益调整的动态范围同时防止噪声系数特性的下降或劣化。

图11是图解说明根据示例性实施例的波束形成电路的方框图。

参照图11，波束形成电路6000包括：多模功率放大器6100、可变增益低噪声放大器6200、可变增益移相器6300和第一开关电路6410。波束形成电路6000可进一步包括：第一开关嵌入阻抗匹配电路6610、第二开关嵌入阻抗匹配电路6620和第三开关嵌入阻抗匹配电路6630。

图11的波束形成电路6000可与图1的波束形成电路5000大致相同，除了图11中的开关嵌入阻抗匹配电路6610、6620和6630是通过将在图1中的开关电路5420、5430和5440合并入阻抗匹配电路中而实现。图11中的多模功率放大器6100、可变增益低噪声放大器6200、可变增益移相器6300和第一开关电路6410可分别与图1中的多模功率放大器5100、可变增益低噪声放大器5200、可变增益移相器5300和第一开关电路5410大致相同。

可将第一开关嵌入阻抗匹配电路6610设置或定位在多模功率放大器6100、第一开关电路6410和可变增益移相器6300之间。可将第二开关嵌入阻抗匹配电路6620设置或定位在可变增益低噪声放大器6200、第一开关电路6410和可变增益移相器6300之间。可将第三开关嵌入阻抗匹配电路6630设置或定位在多模功率放大器6100、可变增益低噪声放大器6200和天线6010之间。

可基于模式选择信号msel控制第一、第二和第三开关嵌入阻抗匹配电路6610、6620和6630的每个电路的电连接状态。第一、第二和第三开关嵌入阻抗匹配电路6610、6620和6630的每个电路的运行可与图1中的第二、第三和第四开关电路5420、5430和5440的每个开关电路的运行大致相同。

根据示例性实施例的波束形成电路6000可包括在同一时间独立地控制信号的相位和增益的可变增益移相器6300。一个可变增益移相器6300可由发送路径和接收路径所共用，因此可减小尺寸、面积和功率消耗。另外，通过应用被合并在阻抗匹配电路中的开关电路，可减少被包括在波束形成电路6000中的单独和不同块(block)的数量，因此可进一步减小尺寸和面积。

在根据示例性实施例的波束形成电路6000中，通过使用可变增益移相器6300，可使由于增益变化所导致的相位误差最小化。另外，通过使用多模功率放大器6100，可增大发送增益调整的动态范围，可以以相对较低的功率且在具有相对较低增益的区域提高效率，并且可改善线性度。此外，通过使用可变增益低噪声放大器6200，可增大接收增益调整的动态范围，并且可进一步减小相位误差。

图12是图解说明根据示例性实施例的波束形成电路的方框图。

参照图12，波束形成电路6000a包括：多模功率放大器6100a、可变增益低噪声放大器6200a、可变增益移相器6300a和第一开关电路6410。波束形成电路6000a可进一步包括：第一开关嵌入阻抗匹配电路6610a、第二开关嵌入阻抗匹配电路6620a和第三开关嵌入阻抗匹配电路6630a。

图12中的多模功率放大器6100a、可变增益低噪声放大器6200a、可变增益移相器6300a和第一开关电路6410可分别与图3中的多模功率放大器5100a、可变增益低噪声放大器5200a、可变增益移相器5300a和第一开关电路5410大致相同。

第一开关嵌入阻抗匹配电路6610a可包括：第一传输线m11、第二传输线m12、第三传输线m13和第一开关元件sw1。第一传输线m11可连接到多模功率放大器6100a的输入端子(例如，两个输入端子)。第二传输线m12可连接到第一开关电路6410的第二端子和接地端子。第三传输线m13可连接到可变增益移相器6300a的输出端子(例如，两个输出端子)。第一开关元件sw1可与第一传输线m11并联地连接到多模功率放大器6100a，并且可基于模式选择信号msel而开启或关闭。第一和第二传输线输入端子m11和m12可用作多模功率放大器6100a的输入阻抗匹配电路，并且第二和第三传输线m12和m13可用作可变增益移相器6300a的输出阻抗匹配电路。换句话说，一条传输线m12可由多模功率放大器6100a的输入阻抗匹电路和可变增益移相器6300a的输出阻抗匹配电路所共用。例如，各传输线可包含任意的导电材料(如金属)。

第二开关嵌入阻抗匹配电路6620a可包括：第四传输线m21、第五传输线m22、第六传输线m23和第二开关元件sw2。第四传输线m21可连接到可变增益低噪声放大器6200a的输出端子(例如，两个输出端子)。第五传输线m22可连接到第一开关电路6410的第三端子和接地端子。第六传输线m23可连接到可变增益移相器6300a的输入端子(例如，两个输入端子)。第二开关元件sw2可与第四传输线m21并联地连接到可变增益低噪声放大器6200a的输出端子，并且可基于模式选择信号msel而开启或关闭。第四和第五传输线m21和m22可用作可变增益低噪声放大器6200a的输出阻抗匹配电路，并且第五和第六传输线m22和m23可用作可变增益移相器6300a的输入阻抗匹配电路。换句话说，一条传输线m22可由可变增益低噪声放大器6200a的输出阻抗匹配电路和可变增益移相器6300a的输入阻抗匹配电路所共用。

第三开关嵌入阻抗匹配电路6630a可包括第七传输线m31、第八传输线m32、第九传输线m33、第三开关元件sw31和第四开关元件sw32。第七传输线m31可连接到多模功率放大器6100a的输出端子(例如，两个输出端子)。第八传输线m32可连接到天线6010和接地端子。第九传输线m33可连接到可变增益低噪声放大器6200a的输入端子(例如，两个输入端子)。第三开关元件sw31可与第七传输线m31并联地连接到多模功率放大器6100a的输出端子，并且可基于模式选择信号msel而开启或关闭。第四开关元件sw32可与第九传输线m33并联地连接到可变增益低噪声放大器6200a的输入端子，并且可基于模式选择信号msel而开启或关闭。第七和第八传输线m31和m32可用作多模功率放大器6100a的输出阻抗匹配电路，并且第八和第九传输线m32和m33可用作可变增益低噪声放大器6200a的输入阻抗匹配电路。换句话说，一条传输线m32可由多模功率放大器6100a的输出阻抗匹配电路和可变增益低噪声放大器6200a的输入阻抗匹配电路所共用。

图13a、图13b、图14a、图14b、图15a和图15b是用于描述图12的波束形成电路在发送模式和接收模式中的运行的图示。图13a、图13b、图14a和图14b图解说明了与第一和第二开关嵌入阻抗匹配电路6610a和6620a相关的运行，图15a和图15b图解说明了与第三开关嵌入阻抗匹配电路6630a相关的运行。

参照图13a，在发送模式中，可将第一开关元件sw1电性断开(例如，切断)，并且可将第二开关元件sw2电性短路(例如，接通)。在这种情况下，可将从第一开关电路6410所接收的第一rf输入信号rf_tx_in经由第五和第六传输线m22和m23提供至可变增益移相器6300a。可变增益移相器6300a可基于第三控制信号cont3和第一rf输入信号rf_tx_in而生成第一rf中间信号rf_tx_mid，并且可将来自可变增益移相器6300a的第一rf中间信号rf_tx_mid输出经由第一、第二和第三传输线m11、m12和m13提供至多模功率放大器6100a。多模功率放大器6100a可基于第一控制信号cont1和第一rf中间信号rf_tx_mid而生成第一rf输出信号rf_tx_out。在此时，可利用被短路的第二开关元件sw2防止向可变增益低噪声放大器6200a的信号泄漏。

参照图13b，在接收模式中，可将第一开关元件sw1电性短路，并且可将第二开关元件sw2电性断开。在这种情况下，可变增益低噪声放大器6200a可基于第二控制信号cont2和第二rf输入信号rf_rx_in而生成第二rf中间信号rf_rx_mid，并且可将来自可变增益相位低噪声放大器6200a的第二rf中间信号rf_rx_mid输出经由第四、第五和第六传输线m21、m22、和m23提供至可变增益移相器6300a。可变增益移相器6300a可基于第三控制信号cont3和第二rf中间信号rf_rx_mid而生成第二rf输出信号rf_rx_out，并且可将来自可变增益移相器6300a的第二rf输出信号rf_rx_out输出经由第二和第三传输线m12和m13提供至第一开关电路6410。第一开关电路6410可输出第二rf输出信号rf_rx_out。在此时，可利用被短路的第一开关元件sw1防止向多模功率放大器6100a的信号泄漏。

参照图14a，图14a中图示的运行可与图13a中图示的运行大致相同，除了电感器l11、l12、l13、l21、l22和l23及开关元件sw12和sw22被进一步包括在图14a的实例中之外。可看出，可变增益低噪声放大器6200a是由被短路的第二开关元件sw2及被包括在第二开关嵌入阻抗匹配电路6620a中的电感器l21和l22所断开或分离。另外，当开启被包括在第一开关嵌入阻抗匹配电路6610a中的开关元件sw12以使地线可见并且在经过电感器l13的第二传输线m12处所看见的实际阻抗值在发送模式中似乎是无限的时，可改善隔离特性达约20db或更多，因此可应用具有相对较宽动态范围(例如，大于约18db)的可变增益移相器。

参照图14b，在图14b中图示的运行可与在图13b中图示的运行大致相同，除了电感器l11、l12、l13、l21、l22和l23及开关元件sw12和sw22被进一步包括在图14b的实例中之外。可看出，多模功率放大器6100a是由被短路的第一开关元件sw1及被包括在第一开关嵌入阻抗匹配电路6610a中的电感器l11和l12所断开或分离。另外，当开启被包括在第二开关嵌入阻抗匹配电路6620a中的开关元件sw22以使地线可见并且在经过电感器l23的第五传输线m22处所看见的实际阻抗值在接收模式中似乎是无限的时，可改善隔离特性，因此可应用具有相对较宽动态范围的可变增益移相器。

根据示例性实施例，通过在图14a和图14b中包括电感器l11、l12、l21和l22并且在图14a和图14b中通过省略电感器l13和l23及开关元件sw12和sw22可实现开关嵌入阻抗匹配电路6610a和6620a，或者通过在图14a和14b中仅包括电感器l13和l23及开关元件sw12和sw22并且通过省略图14a和14b中的电感器l11、l12、l21和l22可实现开关嵌入阻抗匹配电路6610a和6620a。

参照图15a，在发送模式中，可将第三开关元件sw31电性断开，并且可将第四开关元件sw32电性短路。在这种情况下，多模功率放大器6100a可基于第一控制信号cont1和第一rf中间信号rf_tx_mid而生成第一rf输出信号rf_tx_out。可将来自多模功率放大器6100a的第一rf输出信号rf_tx_out输出经由第七和第八传输线m31和m32提供至天线6010，并且可经由天线6010而输出。在此时，可利用被短路的第四开关元件sw32防止向可变增益低噪声放大器6200a的信号泄漏。

参照图15b，在接收模式中，可将第三开关元件sw31电性短路，并且可将第四开关元件sw32电性断开。在这种情况下，可将从天线6010所接收的第二rf输入信号rf_rx_in经由第八和第九传输线m32和m33提供至可变增益低噪声放大器6200a，并且可变增益低噪声放大器6200a可基于第二控制信号cont2和第二rf输入信号rf_rx_in而生成第二rf中间信号rf_rx_mid。

尽管在图15a和图15b中未图示，但第三开关嵌入阻抗匹配电路6630a可进一步包括根据示例性实施例的电感器，如参照图14a和图14b所描述。

图16是图解说明根据示例性实施例的波束形成电路的方框图。图17a和图17b是用于图16的波束形成电路在发送模式和接收模式中的运行的图示。

参照图16，波束形成电路7000包括：多模功率放大器7100、可变增益低噪声放大器7200、第一可变增益移相器7300、第二可变增益移相器7350、第一开关电路7410和第二开关电路7420。

图16的波束形成电路7000可与图1的波束形成电路5000大致相同，除了将图1中的可变增益移相器7300分解成两个可变增益移相器7300和7350并且将图1中的第二和第三开关电路5420和5430省略之外。图16中的多模功率放大器7100、可变增益低噪声放大器7200和第二开关电路7420可分别与图1中的多模功率放大器5100、可变增益低噪声放大器5200和第四开关电路5440大致相同。

第一可变增益移相器7300独立地执行第二发送增益调整功能和发送相位调整功能，以便在发送模式中在同一时间基于第三控制信号cont3发送信号。第二可变增益移相器7350独立地执行第二接收增益调整功能和接收相位调整功能，以便在接收模式中在同一时间基于第四控制信号cont4接收信号。根据示例性实施例，第一和第二可变增益移相器7300和7350可属于相同的类型或不同的类型。

第一开关电路7410可基于模式选择信号msel电性连接到第一和第二可变增益移相器7300和7350中的一个。

参照图17a，在发送模式中，基于模式选择信号msel，可将第一开关电路7410的第一和第二端子彼此电性连接，并且可将第二开关电路7420的第一和第二端子彼此电性连接。因此，可启用第一路径，其中将第一开关电路7410、第一可变增益移相器7300、多模功率放大器7100、第二开关电路7420和天线7010顺序地连接。第一路径可被称为发送路径。

第一开关电路7410接收来自外部(例如，来自外部信号处理器)的第一rf输入信号rf_tx_in，以便将第一rf输入信号rf_tx_in提供至第一可变增益移相器7300。第一可变增益移相器7300基于第三控制信号cont3在同一时间控制第一rf输入信号rf_tx_in的增益和相位，以便生成第一rf中间信号rf_tx_mid。多模功率放大器7100基于第一控制信号cont1放大第一rf中间信号rf_tx_mid，以便生成第一rf输出信号rf_tx_out。第一rf输出信号rf_tx_out经由第二开关电路7420被提供至天线7010，并且经由天线7010被发送至外部(例如，至外部通信端子)。

在发送模式中，多模功率放大器7100基于第一控制信号cont1执行第一发送增益调整功能，并且第一可变增益移相器7300基于第三控制信号cont3在同一时间执行第二发送增益调整功能和发送相位调整功能。换句话说，可利用多模功率放大器7100和第一可变增益移相器7300在发送模式中分配或扩展增益调整功能。

参照图17b，在接收模式中，基于模式选择信号，可将第一开关电路7410的第一和第三端子彼此电性连接，并且可将第二开关电路7420的第一和第三端子msel彼此电性连接。因此，可启用第二路径，其中将天线7010、第二开关电路7420、可变增益低噪声放大器7200、第二可变增益移相器7350和第一开关电路7410顺序地连接。第二路径可被称为接收路径。

天线7010接收来自外部(例如，来自外部通信端子)的第二rf输入信号rf_rx_in。第二rf输入信号rf_rx_in经由第二开关电路7420被提供至可变增益低噪声放大器7200。可变增益低噪声放大器7200基于第二控制信号cont2放大第二rf输入信号rf_rx_in，以便生成第二rf中间信号rf_rx_mid。第二可变增益移相器7350基于第四控制信号cont4在同一时间控制第二rf中间信号rf_rx_mid的增益和相位，以便生成第二rf输出信号rf_rx_out。第二rf输出信号rf_rx_out经由第一开关电路7410被输出，并且被提供至外部(例如，至外部信号处理器)。

在接收模式中，可变增益低噪声放大器7200基于第二控制信号cont2执行第一接收增益调整功能，并且第二可变增益移相器7350基于第四控制信号cont4在同一时间执行第二接收增益调整功能和接收相位调整功能。换句话说，可利用可变增益低噪声放大器7200和第二可变增益移相器7350在接收模式中分配或扩展增益调整功能。另外，可变增益低噪声放大器7200可进一步基于第二控制信号cont2而执行相位变化补偿功能。

根据示例性实施例的波束形成电路7000可包括可变增益移相器7300和7350，每个增益移相器在同一时间独立地控制信号的相位和增益，因此可减小尺寸、面积和功率消耗。通过使用可变增益移相器7300和7350，可使由于增益变化所导致的相位误差最小化。另外，通过使用多模功率放大器7100，可增大发送增益调整的动态范围，可以以相对较低的功率且在相对较低增益的区域提高效率，并且可改善线性度。此外，通过使用可变增益低噪声放大器7200，可增大接收增益调整的动态范围，并且可进一步减小相位误差。

尽管在图16中未图示，但可将第一和第二开关电路7410和7420合并入阻抗匹配电路中，以便应用根据示例性实施例的开关嵌入阻抗匹配电路，如参照图12所描述。

在一些示例性实施例中，第一和第二可变增益移相器7300和7350可属于相同的类型。在这种情况下，如参照图7所描述，可利用多模功率放大器7100由第一发送增益调整功能在发送模式中执行增益调整的msb部分，并且可利用第一可变增益移相器7300由第二发送增益调整功能在发送模式中执行增益调整的lsb部分。另外，如参照图10所描述，可利用可变增益低噪声放大器7200由第一接收增益调整功能在接收模式中执行增益调整的第一lsb部分，并且可利用第二可变增益移相器7350由第二接收增益调整功能在接收模式中执行增益调整的第二lsb部分。

在其它示例性实施例中，第一和第二可变增益移相器7300和7350可属于不同的类型。在这种情况下，如参照图7所描述，可利用多模功率放大器7100由第一发送增益调整功能在发送模式中执行增益调整的msb部分，并且可利用第一可变增益移相器7300由第二发送增益调整功能在发送模式中执行lsb部分的增益调整。另外，就图7的实例(尽管未图示)而言，可利用第二可变增益移相器7350由第二接收增益调整功能在接收模式中执行增益调整的msb部分，并且可利用可变增益低噪声放大器7200由第一接收增益调整功能在接收模式中执行增益调整的lsb部分。因为可变增益低噪声放大器7200负责增益调整的lsb部分，所以可防止噪声系数特性的下降或劣化。

图18a和图18b是用于描述根据示例性实施例的在波束形成电路的发送模式和接收模式中的增益调整的图示。

参照图18a，第一可变增益移相器7300可始终负责发送增益调整的lsb部分，因此可实施细增益控制。当第二可变增益移相器7350属于与第一可变增益移相器7300相同的类型时，也可由第二可变增益移相器7350实施细增益控制。

参照图18b，当第二可变增益移相器7350属于与第一可变增益移相器7300不同的类型时，第二可变增益移相器7350可负责发送增益调整的msb部分，因此可增大增益调整的动态范围。

图19是图解说明根据示例性实施例的包括波束形成电路的波束形成系统的方框图。

参照图19，波束形成系统8000包括：收发器8100，多个波束形成电路阵列8200a、8200b、...、8200h，天线阵列8300和控制逻辑8400。尽管图19中示出了8×8信道有源相位阵列系统，但根据示例性实施例可改变被包括在波束形成系统中的元件或块的数量。

在发送模式中，收发器8100执行诸如针对被传输数据的编码/解码、加密/解密和/或调制/解调的运行，以便顺序地将数据转换成基带信号、中间信号和rf信号，并且将经转换信号提供至多个波束形成电路阵列8200a～8200h。在接收模式中，收发器8100执行诸如针对从天线阵列8300和多个波束形成电路阵列8200a～8200h中所接收rf信号的编码/解码、加密/解密和/或调制/解调的运行，以便顺序地将rf信号转换成中间信号、基带信号和数据。

多个波束形成电路阵列8200a～8200h包括多个波束形成电路。例如，波束形成电路阵列8200a包括第一至第八波束形成电路bfic1-1、bfic1-2、...、bfic1-8。尽管在图19中未示出，但每个波束形成电路阵列8200b～8200h也可各自包括多个波束形成电路。

被包括在多个波束形成电路阵列8200a～8200h中的多个波束形成电路(例如，波束形成电路bfic1-1、bfic1-2、...、bfic1-8)的每个波束形成电路可以是根据示例性实施例的波束形成电路。例如，各波束形成电路可包括多模功率放大器、可变增益低噪声放大器和至少一个可变增益移相器，并且可具有超小的特性及减小的尺寸和面积、低功率特性及减小的功率消耗、和高性能特性及低插入损耗(例如，低损耗特性)和在增益调整中的低相位误差(例如，高线性特性)。因此，波束形成系统8000可具有改善或增强的性能。

天线阵8300包括多个天线。各天线可连接到相应的波束形成电路以便发送/接收信号。

控制逻辑8400生成用于控制多个波束形成电路(例如，波束形成电路bfic1-1、bfic1-2、...、bfic1-8)的控制信号cont。例如，控制信号cont可包括多个第一控制信号(例如，第一控制信号cont1)、多个第二控制信号(例如，第二控制信号cont2)和多个第三控制信号(例如，第三控制信号cont3)，并且可进一步包括多个四控制信号(例如，第四控制信号cont4)。

图20a和图20b是用于描述根据示例性实施例的波束形成系统的运行的图示。

参照图20a，当全部的天线在不同方向上发出相同尺寸的波束时，会发生能量的浪费。例如，射频能量的集中会是困难的，因为在期望方向上的波束db和非期望方向上的波束以相同的强度辐射。

参照图20b，可保持在期望方向上的波束db，通过利用波束形成电路调整增益和相位可将在非期望方向上的波束ub转换成受抑制波束sb，因此可高效率地将射频能量集中在期望方向上。

尽管描述了其中波束形成电路仅包括多模功率放大器5100、5100a、6100、6100a或7100，可变增益低噪声放大器5200、5200a、6200、6200a或7200，及可变增益移相器5300、5300a、6300、6300a、7300或7350的实例，但示例性实施例并不局限于此。例如，可将另一个增益放大器设置在可变增益移相器的前级或后级以便进一步增加增益，并且/或者可添加用于增益增加、相位误差减小、线性度提高等的至少一个块。另外，在发送路径上的可变增益移相器和/或在接收路径上的可变增益移相器可被有源移相器和vga所代替。

上述的实施例可适用于包括波束形成电路的各种通信装置和系统、及包括各种通信装置和系统的各种电子设备和系统。例如，示例性实施例可适用于诸如移动电话、智能手机、平板电脑、笔记本电脑、个人数字助理(pda)、便携式多媒体播放器(pmp)、数字照相机、掌上型游戏机、导航装置、可穿戴装置、增强现实(ar)装置、机器人装置等的装置或系统。

具体地，示例性实施例可适用于诸如5g移动通信系统(例如，约28ghz、40ghz等)、军事雷达和通信系统(例如，x波段、ku波段、w波段等)、卫星通信系统(例如，ka波段等)、汽车雷达(例如，自主车辆或自动驾驶车辆)(例如，约79ghz等)、无线功率发送(例如，约5.8ghz等)等的系统。

前面的只是示例性实施例的例证而不应被理解成对其的限制。尽管已描述了一些示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不实质上背离本发明的新教示和优点的前提下在示例性实施例中的许多修改是可行的。因此，所有的这种修改意图是包括在权利要求所限定的本发明的范围内。因此，应当理解，前面的只是各种示例性实施例的例证而不应被理解成局限于所公开的具体示例性实施例，并且对所公开示例性实施例的修改以及其它示例性实施例意图是包括在附权利要求的范围内。