相控阵发送装置制造方法

相控阵发送装置制造方法
【专利摘要】通过发送输出检测单元(161、162)抽出多个发送分支(101、102)的发送输出，由分支间误差检测单元(110)检测各发送分支间的发送输出的合成信号电平，并得到误差检测信号。通过校正控制单元(130)，基于使各发送分支(101、102)的输出动作接通/关断所得的误差检测信号，计算发送分支间的振幅误差，基于使各发送分支(101、102)的相位变化所得的误差检测信号，计算发送分支间的相位误差，并通过相位控制单元(180)及振幅控制单元(190)来校正振幅误差及相位误差。分支间误差检测单元(110)可由利用检波单元的小型且可低功率地安装的简单电路构成。
【专利说明】相控阵发送装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及通过相控阵天线发送无线信号的相控阵发送装置。

【背景技术】
[0002]相控阵天线技术是在无线通信及雷达领域中广泛使用的技术，通过在发送装置中适用该技术，可进行波束指向性的形成和波束的电子扫描。例如，在无线通信领域中，通过形成波束来提高天线增益，并且对波束进行扫描，其结果能够扩大通信区域的范围、或根据在基站中容纳的用户数而动态地控制覆盖区域。此外，在对雷达的应用中，通过将由相控阵天线形成的指向性尖锐的波束从发送装置发射到探测对象物，能够抑制来自非探测对象物的反射(杂波反射)，具有提高有关对象物的位置的探测精度的效果。
[0003]使用了相控阵天线技术的发送装置，通过将多个天线元件配置为阵列状，适当地控制对各天线元件馈电的多个并行发送系统(以下称为“发送分支”)的各相位和振幅，作为天线得到期望的指向性增益。再有，各发送分支的相位和振幅需要高精度的控制，当相位或振幅上产生误差，例如，就会因波束的形状变形，而产生主波束的天线增益的劣化、或产生向不需要方向的较强的发射波束，则系统特性劣化。
[0004]在基于相控阵天线的无线发送中，在发送分支间的振幅和相位的控制中产生误差的情况下，要求对误差进行校正的技术。在产生误差的原因中，例如，考虑电路安装上的使用部件的性能偏差、集成电路上的工艺偏差、使用环境(例如，温度)造成的变化、各发送分支中使用的电源的性能偏差的各种各样的因素。
[0005]在基于相控阵天线的无线发送中，作为对相位误差及振幅误差进行校正的技术，有例如专利文献I?3所公开的以往例子。
[0006]专利文献I的阵列天线发送装置及接收装置，是包括对多个天线分别馈电的RF发送单元(无线发送单元)来形成波束的结构。另外设置用于检测各发送分支的振幅相位误差的校准用RF接收单元(校准用无线接收部)、快速傅立叶变换单元、校准值测定单元。为了实现误差校正，通过将由转换开关抽出的各发送分支的发送信号依次进行接收处理，计算用于误差检测和校正的校准值。然后，通过基于算出的校准值，反馈给各发送分支，对相位误差及振幅误差进行校正。
[0007]此外，专利文献2的通信装置，与专利文献I同样地动作，在用于检测各发送分支的振幅相位误差的校准单元中，另外设置RF和IF单元(无线频率和基带频率变换单元)、检波单元、校准权重计算单元。将由耦合器抽出的各发送分支的发送信号依次进行接收处理，并计算用于误差检测和校正的校准值，对误差进行校正。
[0008]此外，在专利文献3所公开的相控阵天线装置中，包括将校正相位信息保存的校正相位存储装置，以及获取与各实际时间延迟相移器的延迟时间有关的信息，指示与各实际时间延迟相移器的延迟时间对应的校正相位的校正相位指示电路，将各发送分支间的相位误差通过相移器和延迟器进行校正。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:(日本)特开2005-348236号公报
[0012]专利文献2:(日本)特开2006-279901号公报
[0013]专利文献3:(日本)特开2002-76743号公报


【发明内容】

[0014]发明要解决的问题
[0015]在以往的相控阵发送装置中，存在因设置了用于分别检测各发送分支的相位误差及振幅误差的校准用接收系统，导致电路规模及功耗增大的课题。此外，在校准用接收系统的电路安装时的布线中，有时会产生振幅及相位的检测误差。
[0016]本发明的目的在于，在基于相控阵天线的无线发送中，抑制电路的增大或功耗的增加，并通过安装容易的简单的结构，能够校正发送分支间的发送信号的相位误差及振幅误差。
[0017]解决问题的方案
[0018]本发明的相控阵发送装置包括:第一发送分支及第二发送分支，所述第一发送分支及第二发送分支具有:发送单元，发送无线频率的发送信号；相位调整单元，调整所述发送信号的相位；振幅调整单元，调整所述发送信号的振幅；以及发送输出检测单元，取出所述发送单元的一部分输出，所述相控阵发送装置还包括:分支间误差检测单元、校正控制单元、相位控制单元以及振幅控制单元，所述分支间误差检测单元包括:信号合成单元，将来自所述第一发送分支及所述第二发送分支各自的所述发送输出检测单元的输出进行合成；检波单元，对来自所述信号合成单元的输出电平进行检波；以及AD变换单元，将来自所述检波单元的模拟电压变换为数字值；所述校正控制单元根据来自所述分支间误差检测单元的输出检测所述第一发送分支和所述第二发送分支的相位及振幅；所述相位控制单元基于所述校正控制单元的相位检测结果控制所述相位调整单元；所述振幅控制单元，基于所述校正控制单元的振幅检测结果控制所述振幅调整单元。
[0019]发明的效果
[0020]根据本发明，在基于相控阵天线的无线发送中，抑制电路的增大或功耗的增加，并通过安装容易的简单的结构，能够校正发送分支间的发送信号的相位误差及振幅误差。

【专利附图】

【附图说明】
[0021]图1是表示本发明的第I实施方式的相控阵发送装置的结构的框图。
[0022]图2是表示分支间误差检测单元的结构的框图。
[0023]图3是表示相对两个发送分支的发送输出信号的相位差的来自分支间误差检测单元的输出的特性图。
[0024]图4是表示本发明的第2实施方式的相控阵发送装置的结构的框图。
[0025]图5是表示包含本发明的第3实施方式的相控阵发送装置的集成电路的结构的图。
[0026]标号说明
[0027]11、12、13、14 天线单元
[0028]101、102、103、104 发送分支
[0029]110、111、112分支间误差检测单元
[0030]120发送信号发生单元
[0031]130校正控制单元
[0032]140波束角控制单元
[0033]150校正存储单元
[0034]161、162、163、164发送输出检测单元
[0035]170发送单元控制单元
[0036]171、172、173、174 发送单元
[0037]180相位控制单元
[0038]181、182、183、184 相位调整单元
[0039]190振幅控制单元
[0040]191、192、193、194 振幅调整单元
[0041]210信号合成单元
[0042]220检波单元
[0043]230 AD变换单元
[0044]410检波单元控制单元

【具体实施方式】
[0045]〈获得本发明的各实施方式的内容的经过〉
[0046]首先，在说明本发明的相控阵发送装置的实施方式之前，说明有关相控阵天线中的相位误差及振幅误差的校正技术中的课题。
[0047]在上述专利文献I及专利文献2的以往例中，作为校准用接收系统，另外设置了将各发送分支的回送信号(loopback signal)进行下变频处理，通过数字信号处理来分别检测相位误差及振幅误差的电路。校准用接收系统，与信号接收系统的电路同样，是进行RF发送信号(无线发送信号)的接收处理的电路，有电路规模及功耗变大的课题。
[0048]此外，在将各发送分支的回送信号输入到校准用接收系统的布线中，在布线长度或所付加的寄生元件(与其他电路之间的电耦合)上产生差异时，成为在振幅及相位的检测结果上产生误差的原因。特别是在RF信号(无线信号)为微波或毫米波这样的高频信号中，因校准用接收系统的布线造成的误差因素变大。例如，需要实施使回送信号的布线为相等长度、或设置屏蔽装置的对策，有难以进行电路的安装(组装)的课题。
[0049]此外，前述的专利文献3的以往例子，实际上未设置检测由各天线发送的发送信号的振幅和相位的装置。因包含温度的各种各样的因素所造成的发送信号的振幅及相位的误差，在时间变化的情况下，难以高精度地校正振幅及相位。
[0050]鉴于在上述的电流输出的快速上升中的课题，在本发明中，提供可通过安装容易的简单的结构实现的、可高精度地校正相位误差及振幅误差的相控阵发送装置。
[0051]<本发明的实施方式>
[0052]以下说明本发明的相控阵发送装置的实施方式。然而，在以下的实施方式中，对同一结构附加相同的标号，并且说明因重复而省略。在此，将采用了相控阵天线技术的无线发送装置(基于相控阵天线的无线发送装置)记载为“相控阵发送装置”。
[0053](第I实施方式)
[0054]图1是表示本发明的第I实施方式的相控阵发送装置的结构的框图。在第I实施方式中，作为多个并行发送系统表示了具有两个发送分支的结构例子。再有，在具有三个以上的发送分支的结构中也可适用。
[0055]第I实施方式的相控阵发送装置包括:发送分支101、102 ;分支间误差检测单元110 ;发送信号发生单元120 ;校正控制单元130 ;波束角控制单元140 ;校正存储单元150 ；发送单元控制单元170 ;相位控制单元180 ;以及振幅控制单元190。
[0056]发送分支101、102在相控阵发送装置中对多个天线的各天线馈电各个发送信号，具有上变频到发送信号的无线频率信号和控制相位及振幅的功能。各发送分支101、102具有相同的结构。
[0057]S卩，发送分支101包括天线单元11、发送输出检测单元161、发送单元171、相位调整单元181、以及振幅调整单元191，发送分支102包括天线单元12、发送输出检测单元162、发送单元172、相位调整单元182、以及振幅调整单元192。
[0058]天线单元11、12将发送信号发射到空间，通过多个天线的排列构成阵列天线。在相控阵天线中，根据单个天线的指向性、多个天线的配置间隔、向各天线馈电的发送信号的电平和相位，发送波束的形状在理论上就得到了确定。
[0059]发送输出检测单元161、162设置在各个天线单元11、12跟前的天线端附近，具有抽出所馈电的一部分发送信号的功能。考虑到发送信号的电平减少及质量劣化、和对天线端输出阻抗的影响，设定要抽出的信号的电平，以使其为发送信号的五分之一左右或五分之一以下。作为发送输出检测单兀161、162的具体的结构,例如,对于发送信号的传输路径，由进行电场耦合或磁场耦合的分布耦合线路或变压器、或通过将电容值比较小的电容、或电感值较大的扼流电感这样的无源电路进行耦合来实现。
[0060]发送单元171、172包括功率放大器1713、1723及混频电路1711、1721这样的高频电路(RF电路)，将发送信号上变频到无线频带，并具有使电平成为发送所需的输出电平的放大功能。
[0061]相位调整单元181、182具有在各发送分支101、102中调整发送信号的相位的功能，例如由相移器、延迟器这样的电路来实现。在相控阵发送装置中，根据发送波束的形状及方向、旁瓣抑制量这样的要求规格，理论上确定各发送分支所需的相位，通过相位调整单元181、182调整到所需的相移量。
[0062]再有，发送信号的相位调整，也可以对于基带信号和无线频率信号的任何一个进行。此外，也可以对于在将基带信号进行上变频的情况下使用的本机振荡信号进行相位调整。此外，也可以在发送单元使用中频的情况下对于中频进行相位调整。
[0063]S卩，相位调整单元181、182可以如图示例子那样设置在基带的电路中，也可以设置在无线频带的电路中。即，可以设置在发送单元171、172的内部，或也可以设置在发送输出检测单元161、162和发送单元171、172之间，也可以设置在未图示的本机振荡信号源和位于发送单元171、172中的上变频用的混频电路1711、1721之间。
[0064]振幅调整单元191、192具有在各发送分支101、102中调整发送信号的振幅的功能，例如由可变增益放大器、可变衰减器这样的电路实现。在相控阵发送装置中，从发送波束的形状及方向、旁瓣抑制量这样的要求规格，理论上确定各发送分支所需的振幅，通过振幅调整单元191、192调整到所需的信号电平(振幅)。
[0065]再有，发送信号的振幅调整，也可以对于基带信号和无线频率信号的任何一个进行。此外，也可以通过对于在将基带信号进行上变频的情况下要使用的本机振荡信号进行振幅调整，调整发送信号的振幅。
[0066]即，与相位调整单元181、182同样，振幅调整单元191、192可以如图示例子那样设置在基带的电路中，或者也可以设置在无线频带的电路中。即，可以设置在发送单元171、172的内部，或也可以设置在发送输出检测单元161、162和发送单元171、172之间，也可以设置在未图示的本机振荡信号源和位于发送单元171、172中的上变频用的混频电路1711、1721之间。此外，也可以通过位于发送单元171、172内部的功率放大器1713、1723的偏置的控制来调整增益而实现。
[0067]此外，发送单元171、172、相位调整单元181、182、及振幅调整单元191、192的配置次序不限于图示的顺序，也可以以任何顺序排列配置。
[0068]分支间误差检测单元110基于从发送输出检测单元161及162输入的信号，检测与发送分支101及102的发送信号的各输出电平(振幅)和两个信号的相位差有关的信息，并作为误差检测信号输出到校正控制单元130。分支间误差检测单元110设置在发送分支101和发送分支102之间，与这些发送分支101、102的发送输出检测单元161、162连接。分支间误差检测单元110的结构及动作的细节后面论述。
[0069]发送信号发生单元120产生要发送的调制过的基带信号，对各发送分支101、102在相同的定时供给相同的发送信号。
[0070]波束角控制单兀140基于发送信号的输出电平、以及向想要发射发送信号的方向及不需要方向的发射量(指向性旁瓣)之间的抑制比这样的波束指向性的规格信息，计算各发送分支101、102中的发送信号的所需振幅量和所需相移量。
[0071]校正控制单元130基于从分支间误差检测单元110输入的发送分支101及102的误差检测信号，计算发送分支间的有关振幅及相位的误差量，计算将从波束角控制单元140输入的相对各发送分支101、102的所需振幅量及所需相移量的值根据误差量进行校正所得的振幅控制量和相移控制量。
[0072]校正存储单元150存储由校正控制单元130算出的各发送分支的相位及振幅的误差量、或有关校正后的振幅控制量和相移控制量的信息。此外，在校正控制单元130重新算出误差量的情况下，更新所存储的误差量或有关校正后的振幅控制量和相移控制量的信息。再有，也可以在校正存储单元150中存储振幅及相位的误差量和振幅控制量及相移控制量两者。
[0073]发送单元控制单元170根据校正控制单元130的指示，使各发送分支101、102的发送信号的输出单独地导通或断开。在图示例子中，表示了发送单元控制单元170控制发送单元171、172的例子，但例如也可以通过发送单元控制单元170控制发送信号发生单元120，控制各发送分支101、102有无输出。
[0074]相位控制单元180使用由校正控制单元130算出的相移控制量，控制发送分支101的相位调整单元181和发送分支102的相位调整单元182。例如在相位调整单元181、182使相移量根据模拟电压值或数字值而变化的情况下，相位控制单元180具有为了实现由校正控制单元130请求的相移控制量，将其变换为基于对相位调整单元181、182提供的模拟电压值或数字值的相移控制信号的功能。
[0075]振幅控制单元190使用由校正控制单元130算出的振幅控制量，控制发送分支101的振幅调整单元191和发送分支102的振幅调整单元192。例如在振幅调整单元191、192使振幅量根据模拟电压值或数字值而变化的情况下，振幅控制单元190具有为了实现由校正控制单元130请求的振幅控制量，将其变换为基于对振幅调整单元191、192提供的模拟电压值或数字值的振幅控制信号的功能。
[0076]校正控制单元130及校正存储单元150、和发送单元控制单元170、相位控制单元180、振幅控制单元190、波束角控制单元140，可通过包含处理器、存储器的信息处理电路的数字信号处理来实现，通过在处理器中使软件程序动作而执行规定的处理，能够实现各功能。
[0077]图2是表示图1中的分支间误差检测单元110的结构的框图。分支间误差检测单元I1包括信号合成单元210、检波单元220、以及AD变换单元230。
[0078]信号合成单元210具有将从图1的发送输出检测单元161、162输入的分支A信号(发送分支101)和分支B信号(发送分支102)的两个信号相加的功能。信号合成单元210，例如由将两个信号进行功率合成的威尔金森型功率合成器这样的无源电路来实现，可确保所连接的两个发送分支间的分离。信号合成单元210的输出，在两个输入信号为同相位的条件中相加输出为振幅最大。另一方面，在两个输入信号为反相位、即180度相位差的条件中相加输出为振幅最小。
[0079]检波单元220与信号合成单元210的输出端连接，具有根据检波单元控制信号对信号合成单元210的输出电平进行检波并输出(测定)的功能。检波单元220，例如是基于二极管或FET的平方律检波器这样的简单且小型的，而且可由低功耗的电路来实现。此外，检波单元220根据需要将放大器和检波器组合，能够提高检波性能。
[0080]AD变换单元230与检波单元220的输出端连接，具有将检波单元220输出的检波信号的模拟电压变换为校正控制单元130能够处理的数字值的误差检测信号的功能。AD变换单元230是将检波单元220通过平方律检波或包络线检波动作输出的直流的检波电压值变换为数字值的直流用的电路，能够利用低速动作的电路。即，在AD变换单元230中，不需要进行相当于发送信号的解调用途所使用的调制速度、或该速度以上的高速采样动作的电路。因此，AD变换单元230是简单且小型的，可由低功耗的电路实现。
[0081 ] 说明本实施方式中的、与各发送分支间的相位误差及振幅误差有关的误差校正的步骤。
[0082]作为第一步骤，校正控制单元130分别检测发送分支101和发送分支102的发送输出电平。首先，校正控制单元130使发送单元控制单元170对发送分支101发送，使分支间误差检测单元110检测发送分支101的发送信号。接着，校正控制单元130使发送单元控制单元170对发送分支102发送，使分支间误差检测单元110检测发送分支102的发送信号。通过以上，校正控制单元130掌握向振幅控制单元190对于各发送分支的相对振幅控制量的实际的发送输出电平。
[0083]作为第二步骤，校正控制单元130使发送分支101和发送分支102双方动作，检测发送分支间的相位误差量。使用图3进行说明。图3是表示对于两个发送分支101、102的发送输出信号的相位差的来自分支间误差检测单元I1的输出的特性图。在图3中，横轴表示发送分支间的相位差，纵轴表示分支间误差检测单元110的输出。从分支间误差检测单元110实际地输出的值，为由AD变换单元230进行AD变换后的数字值，但在图3中为了便于理解，作为检波单元220输出的模拟电压值来图示。
[0084]在图3中，若使分支间相位差从O度变化到360度来观测误差检测信号，则在相位差为同相的条件中示出最大值，在相位差为反相的180度的条件中示出最小值。此外，作为误差检测信号的参考值，例如在设定0.3V的参考电压值中，误差检测信号为参考值的相位值(相位差的值)存在两个。
[0085]在图3中，可知通过误差检测信号示出最大值及最小值的相移控制量而得到分支间相位差为同相及反相的相移控制量。但是，例如在反相条件中，误差检测信号为零的电压值或接近零的值的电压值，所以难以通过AD变换单元230将微小的误差检测信号高精度地检测并变换为数字值。此外，例如在相位差与180度偏离I度的情况下的输出的变化小到几毫伏左右，为了检测微小的电压差而需要具有很多位数的AD变换电路，有电路变大的课题。
[0086]因此，在本实施方式中，取代检测对于误差检测信号检测困难的微小的电压值，设定精度确保容易的参考电压值，并从误差检测信号的输出为参考电压值的相位值的相移控制量来得到同相及反相的相移控制量。即，利用误差检测信号相对相位差的对称性，检测与参考电压值对应的为同值的2点，求检测到的2点的中间值，得到相当于同相条件及反相条件的相移控制量。例如，设定参考电压值，作为误差检测信号的输出电平范围的中间附近的值，以使相对相位变化的误差检测信号的输出电平变化较大。
[0087]首先，校正控制单元130通过振幅控制单元190进行调整，以使发送分支101和发送分支102的发送输出电平相同。再有，要调整的电平，在实施的装置中，也可以包含规定的范围的误差。接着，校正控制单元130通过相位控制单元180将相位调整单元181的相移量固定，并控制相位调整单元182的相移量，使发送分支间的相位差从O度变化到360度。
[0088]获取来自分支间误差检测单元110的误差检测信号为预先设定的参考电压值的第一参考相移控制量及第二参考相移控制量(两个参考相移控制量(I)及(2))。最后，从相对相位调整单元182的第一参考相移控制量及第二参考相移控制量、以及相对相位变化的误差检测信号的输出电平变化之间的关系，分别计算发送分支间为同相及反相的相移控制量。
[0089]发送分支间为同相及反相的相移控制量，能够如以下那样计算。例如在图3中，将预先设定的参考电压值设为0.3V，在使相位控制单元180对相位调整单元182提供的相移控制量变化的情况下，作为两个参考相移控制量而得到A和B。
[0090]在使相移控制量从A变化到B，误差检测信号的输出电平减少后增加的情况下，假想为在这些相移控制量之间存在反相条件中的最小值，从相移控制量A到B之间的中间值成为得到发送分支间相位差的反相条件相移控制量C。此外，从相移控制量B到A之间的中间值成为得到发送分支间相位差的同相条件的相移控制量D。
[0091]如果相反地，在使相移控制量从A变化到B，误差检测信号的输出电平增加后减少的情况下，假想为在这些相移控制量之间存在同相条件中的最大值，从相移控制量A到B之间的中间值成为得到同相条件的相移控制量D，从相移控制量B到A之间的中间值成为得到反相条件的相移控制量C。
[0092]通过上述第二步骤，例如即使是发送单元171和发送单元172的相位特性因各种偏差的因素而不同的情况，也能够获取对使发送分支101和发送分支102成为同相及反相的相位调整单元182相对相位控制单元180的相移控制量。通过将相位控制单元180对相位调整单元182的相移控制量和相位控制单元180对相位调整单元181的相移控制量进行比较，能够掌握发送单元171和发送单元172的相位误差量。
[0093]求得的相位误差量，根据同相条件得到的相位误差量和根据反相条件得到的相位误差量基本上为相同量。因此，使用由一方条件得到的相位误差量，能够评价由另一方条件得到的相位误差量的恰当性。但是，例如因相位调整单元的非线性这样的因素，还考虑同相条件和反相条件的相位误差量不同的情况。对于同相条件和反相条件的各自条件，将相位误差量作为校正数据导出，对于O度和180度之间的相位设定，基于两个校正数据，通过插值能够计算校正数据。
[0094]再有，在第二步骤中，表示了首先将发送分支101和发送分支102的发送输出电平调整为相同电平的动作，但即使两个输出电平不同，也可通过相同步骤得到同相及反相的相移控制量。因此，在发送分支间的振幅误差残留的情况下，即使在波束形成动作时有意地使发送信号产生振幅差的情况下，也可进行相位误差及相移控制量的检测。
[0095]此外，在第二步骤中，表示了调整相位调整单元182，使发送分支间的相位差从O度变化到360度的例子，但也可以调整另一方的相位调整单元181，或调整相位调整单元181和182双方，使它们动作，以使发送分支间的相位差从O度变化到360度。
[0096]作为第三步骤，校正控制单元130计算振幅误差的校正值和相位误差的校正值。校正控制单元130从通过第一步骤对于各发送分支进行的相对振幅控制单元190的振幅控制量的实际的发送输出电平的比较结果，计算各发送分支的振幅误差的校正值。此外，校正控制单元130从通过第二步骤求得的发送分支间相位差的同相条件及反相条件的相移控制量，计算各发送分支的相位误差的校正值。然后，校正控制单元130将振幅误差的校正值和相位误差的校正值存储在校正存储单元150中。
[0097]与校正控制单元130连接的校正存储单元150，保持振幅校正表及相位校正表。对于由波束角控制单元140输入的所需振幅量，振幅校正表具有对振幅控制单元190输入的对各发送分支的振幅控制量的信息。例如，对于作为所需振幅量的规定的振幅值，对每个发送分支，保持相对各振幅值的校正值或振幅控制量。对于由波束角控制单元140输入的所需相移量，相位校正表具有对相位控制单元180输入的对各发送分支的相位控制量的信息。例如，对于作为所需相移量的规定的相位值，对每个发送分支，保持相对各相位值的校正值或相位控制量。
[0098]校正控制单元130在校正存储单元150保持的振幅校正表及相位校正表中，附加存储算出的振幅校正值和相位校正值，在每次通过第一步骤及第二步骤得到与振幅误差及相位误差有关的校正值时，将振幅校正表及相位校正表更新。
[0099]通过以上的步骤，校正控制单元130获取并存储与各发送分支间的相位误差及振幅误差有关的校正值。校正控制单元130对于各发送分支101、102，基于相位校正表和振幅校正表的信息来控制相位调整单元181、182及振幅调整单元191、192，并校正相位及振幅的误差。
[0100]由此，从各发送分支101、102可输出具有进行了误差校正的所需的振幅和相位的发送信号。因此，在为了得到期望的波束指向性的相位及振幅的调整中，可以形成抑制了发送分支间的误差的发送波束。
[0101]再有，在实际的应用中，例如，由于发送分支间的误差的值因环境的变化而变化，所以上述误差校正的步骤也可以定期地进行。
[0102]再有，在发送分支101、102中，在相位误差因发送信号的输出电平而不同的情况下，例如只需对在实际使用时所需要的每个振幅求相位误差，进行校正即可。此外，在相位调整单元181、182的相移器的相移特性为非线性的情况下，例如只需对在实际使用时所需要的每个相移量求相位误差，进行校正即可。
[0103]如上所述，在第I实施方式中，在发送分支101和发送分支102之间设置分支间误差检测单元110，校正控制单元130基于分支间误差检测单元110输出的误差检测信号，计算多个发送分支间的相位误差及振幅误差，并通过相位控制单元180及振幅控制单元190校正相位误差及振幅误差。分支间误差检测单元110，可以通过小型且可低功率安装的信号合成单元、检波单元及AD变换单元来构成。因此，能够实现使用简单的结构，并且通过简单的步骤，就能够检测并校正两个发送分支间的振幅特性及相位特性的误差的相控阵发送装置。
[0104]此外，分支间误差检测单元110为小型电路，所以在集成电路或印刷基板上进行电路安装的情况下，在发送分支101和发送分支102的电路布局或电路安装图案(pattern)之间的空间上，具有更多的自由度而容易安装。因此，能够将从发送输出检测单元161、162连接到分支间误差检测单元110的高频的信号布线进行布线，以使其较短、相等长度、并且对称，成为安装性高的结构。
[0105]其结果，能够降低因抽出发送信号的布线有可能引起的振幅及相位的检测误差，能够实现精度闻的相位及振幅的校正。例如，具有相对电路的制造工艺造成的偏差、使用环境(例如，温度)的偏差、动作时的电源电压的偏差这样的各种偏差的抗性，还可进行偏差对策，能够高精度地检测振幅误差及相位误差。
[0106]此外，根据由本实施方式所不的发送输出检测单兀161、162从各发送分支抽出一部分发送信号的结构，能够避免专利文献I中所示的通过开关切换来抽出发送信号的结构中成为课题的、开关切换时的阻抗变化造成的天线特性变化的问题。
[0107]此外，不需要为了检测各发送分支的振幅误差及相位误差，而将发送信号下变频为基带信号进行接收处理的校准用接收系统的电路，能够使电路的增大、功耗的增加、以及成本增加得到抑制。
[0108]此外，本实施方式的相控阵发送装置，具有振幅调整单元191、192作为各发送分支单独地调整振幅的装置，所以通过将来自多个天线的发送输出电平加权，与使发送输出电平一样的情况比较，可进一步抑制发送波束的指向性旁瓣。
[0109]作为结果，在本实施方式的相控阵发送装置中，通过校准发送分支间的振幅相位调整，得到期望的波束指向性，能够抑制旁瓣抑制量的劣化。本实施方式的结构，与包括将发送信号通过混频器进行下变频的接收系统的以往方式的结构比较，可将校正所需要的付加电路以小型、低成本、低功率方式进行安装，在电路的集成化或印刷基板安装中也是安装性高的结构。
[0110](第2实施方式)
[0111]图4是表示本发明的第2实施方式的相控阵发送装置的结构的框图。在第2实施方式中，表示将图1所示的第I实施方式的结构作为基础，使发送分支数为三个的结构例子。
[0112]第2实施方式的相控阵发送装置是，除了发送分支101、102之外还设置了发送分支103的结构。而且，是设置了分支间误差检测单元111、以及与分支间误差检测单元110、111连接的检波单元控制单元410的结构。其他结构与第I实施方式同样，赋予了与图1相同标号的部分具有相同的功能，所以省略说明。
[0113]分支间误差检测单元111设置在发送分支102和发送分支103之间，与这些发送分支102、103的发送输出检测单元162、163连接。分支间误差检测单元111基于从发送输出检测单兀162及163输入的信号,检测与发送分支102及103的发送信号的各输出电平(振幅)和两个信号的相位差有关的信息，将其作为误差检测信号输出到校正控制单元130。分支间误差检测单元111的结构及动作，与由图2说明的分支间误差检测单元110是同样的。
[0114]检波单元控制单元410控制分支间误差检测单元110及111，以校正由校正控制单元130算出的各分支间误差检测单元的检测特性的误差。检波单元控制单元410为了得到分支间误差检测单元110和分支间误差检测单元111相同的检测特性，例如，调整位于各分支间误差检测单元内部的检波单元的电路的偏置，并校正检波特性的误差。
[0115]说明第2实施方式中的有关各发送分支间的相位误差及振幅误差的误差校正的步骤。第2实施方式的基本动作与第I实施方式是同样的，这里将以与第I实施方式不同的部分为中心进行说明。
[0116]在第2实施方式中，为了校正三个发送分支间的相位误差及振幅误差，通过第I实施方式所示的步骤检测并校正发送分支101和102之间的相位误差及振幅误差，并通过相同的步骤检测并校正发送分支102和103之间的相位误差及振幅误差。在具备三个以上的发送分支的情况下，通过检测、校正相邻的发送分支间的相对误差，能够使所有的发送分支101?103间的彼此的相位误差及振幅误差得到校正。
[0117]这里，要实现高精度的校正，分支间误差检测单元110、111的误差检测特性相同很重要。在本实施方式中，为了使分支间误差检测单元110、111的检波特性相同，进行以下的步骤。
[0118]作为第一步骤，校正控制单元130通过发送单元控制单元170将发送分支101、103断开而使发送分支102进行发送动作。发送输出检测单元162设计成向分支间误差检测单元110、111的两个输出为等电平，向分支间误差检测单元110、111双方以相同电平输入发送分支102的发送信号。
[0119]作为第二步骤，校正控制单元130将分别从分支间误差检测单元110、111输入的两个误差检测信号进行比较，对检波单元控制单元410指示控制，以使两者相同。检波单元控制单元410例如通过偏置来调整位于分支间误差检测单元110、111各自内部的检波单元的任何一方或双方的检波特性，并进行控制，以使分支间误差检测单元110、111各自输出的两个误差检测信号相同。
[0120]再有，作为分支间误差检测单元110、111的检波单元的初始设定，例如，可以使检波单元控制单元410检查各检波单元的偏置电流，并进行初始调整以使这些偏置电流相同。由此，能够使位于检波单元中的检波电路的检波特性、即输出检波电压值与输入信号电平之间的关系在某种程度上一致，能够在执行第一步骤前事先减小误差。
[0121]通过以上的步骤，在进行了校正以使所有的分支间误差检测单元具有相同的检波特性后，与第I实施方式同样，校正控制单元130检测各发送分支的发送输出电平。即，校正控制单元130通过发送单元控制单元170使所有的发送分支101?103依次动作，探测信号电平，检测所有的发送分支的输出电平，比较所有发送分支的发送输出电平，并检测发送分支间的振幅误差。之后，振幅控制单元190计算各发送分支101?103的振幅误差的校正值，根据校正后的振幅控制量分别调整发送分支101?103的振幅调整单元191?193，并校正振幅特性。
[0122]此外，对于相位误差，也与第I实施方式同样，检测发送分支间的相位误差量，计算相位误差的校正值，并根据校正后的相移控制量分别调整发送分支101?103的相位调整单元181?183，并校正相位特性。
[0123]如上所述，根据第2实施方式，在使用三个以上的天线的相控阵发送装置中，与第I实施方式同样，能够检测所有的发送分支间的振幅特性及相位特性的误差，并且能够通过简单的步骤，校正相位误差及振幅误差。由此，在通过控制许多天线，形成指向性更高的波束的发送装置中，能够实现可形成高精度的波束的相控阵发送装置。
[0124]再有，在具有四个以上发送分支的结构中，也可适用本实施方式中所示的结构。例如，在有N个发送分支的情况下，通过在发送分支间设置(N-1)个分支间误差检测单元，依次检测相邻的发送分支间的相位误差及振幅误差，从而掌握所有的发送分支间的误差，能够同样地校正。
[0125]根据本实施方式，对于具有N个发送分支的相控阵发送系统，不需要对所有的组合(ΝΧ(Ν-1)/2)设置分支间误差检测单元，只需设置更少的(N-1)的电路即可。因此，抑制电路的增大或功耗的增加，可通过小型、安装容易的结构进行对相控阵发送系统整体的误差校正。
[0126]再有，在图4的结构中，表示了发送输出检测单元162具有通向分支间误差检测单元110及111的两个输出，发送输出检测单元161和163分别具有通向一个分支间误差检测单元110、111的输出的非对称的结构，但不限于该结构。对于相同的发送信号电平，只要设计成使在通向各发送输出检测单元的输出中抽出的信号电平完全相同，则动作上没有问题。
[0127]此外，例如安装上难以设计成使所有的分支间误差检测单元的输出相同，进行作为执行理想的动作的电路的设计有困难，在产生检测误差的情况下，也可以考虑检测误差并进行校正的结构。由于电路的设计误差能够预先估计，所以只要考虑设计误差进行使校正控制单元130对相位误差及振幅误差进行校正，或检波单元控制单元410对误差检测信号进行校正的控制，则动作上没有问题。
[0128](第3实施方式)
[0129]图5是表示包含本发明的第3实施方式的相控阵发送装置的集成电路的结构的图。第3实施方式表示将具有四个发送分支的相控阵发送系统的电路安装在集成电路中的结构例子。
[0130]在构成相控阵发送装置的集成电路200中，在半导体芯片上布局安装了四个发送分支101、102、103、104的电路。在发送分支101?104的端部，分别形成焊盘201、202、203、204，在各焊盘201?204中分别构成可连接天线单元11、12、13、14。再有，在图示例子中，表示了将天线单元11?14设置在外部而连接到焊盘201?204的结构，但也可以是不设置焊盘201?204而将天线单元11?14形成在半导体芯片上的结构。
[0131]与第I实施方式同样,各发送分支101?104具有发送输出检测单兀161?164、发送单元171?174、相位调整单元181?184、以及振幅调整单元191?194。此外，在发送分支101和102之间配置分支间误差检测单元110，在发送分支102和103之间配置分支间误差检测单元111，在发送分支103和104之间配置分支间误差检测单元112。
[0132]此外，在集成电路200中，配置发送信号发生单元120、校正控制单元130。再有，包含相位控制单元180、振幅控制单元190的电路也同样地配置在集成电路200中，但省略图示。
[0133]本实施方式的分支间误差检测单元110?112，与接收信号的处理中使用的接收电路比较，能够通过简单的电路小型地构成，可以安装于较小的空间中。通过将分支间误差检测单元布局在各发送分支之间，能够缩短从发送输出检测单元161?164到分支间误差检测单元110?112的布线211?216。
[0134]通过避免布线环绕，可进行降低其他电路及与布线之间的寄生元件(电耦合)的布局设计(布线)。此外，可以使各发送分支101?104到分支间误差检测单元110?112的布线211?216的长度为相等长度。作为结果，由于寄生元件少，信号的相位变化及振幅变化在各布线中相同，所以能够降低布线环绕造成的振幅误差、相位误差，能够高精度地进行校正。
[0135]在集成电路中，如果在布线中产生寄生元件，则它就会成为使信号的相位及振幅变化的原因，产生振幅及相位的检测误差。就算如以往例子那样，在设置一系统的校准用接收系统对各发送分支的发送输出进行接收检波的结构中，也是在集成电路的某个位置上配置接收单元。而由于将布线将各发送分支的输出环绕连接至设置在一个位置的接收单元的输入，所以特别是难以获得对于高频信号使由布线造成的相位振幅变化相同的特性。因此，由布线造成的误差和发送分支中内在的误差难以区别，产生难以进行精度高的校准的课题。
[0136]对此，在本实施方式中，能够使通向发送分支间的分支间误差检测单元的布线缩短并且为相等长度，所以能够将电路的布线布局造成的误差抑制到最小限度。再有，在分支间误差检测单元110?112和校正控制单元130之间传输的误差检测信号是表示检波电平的数字信号，不是高频信号，所以即使布线较长也没有问题，也没有相等长度布线的限制。
[0137]如上所述，本发明的相控阵发送装置，通过校正发送分支间的相位误差和振幅误差，能够形成精度高的发送波束，能够提高主波束方向的指向性增益，能够抑制不需要方向的发射电平。例如，作为振幅误差及相位误差的目标精度，在使旁瓣抑制电平的劣化容许量为3dB的情况下，需要确保振幅误差为IdB以下、相位误差为5度以下的精度，而如果适用本实施方式的结构，则足够应对。由此，这对于在无线通信中的通信区域的控制、链路预算的改善、或雷达中的来自不需要方向的杂波反射或多路径的抑制造成的探测精度的提高上是有效的。
[0138]此外，本发明的相控阵发送装置，能够安装通过简单的电路检测误差的分支间误差检测单元。因此，能够实现电路的低功耗，对于毫米波段这样的高频的发送信号也容易确保特性，可适用于利用高频的系统。
[0139]此外，在对高频波段的适用中，将分支间误差检测单元及发送输出检测单元这样的高频信号进行处理的电路部分，可以使用对集成化兼容性高的电路来安装，也可进行系统整体的小型安装。而且，即使在分支间误差检测单元这样的误差检测用的电路上产生偏差，成为校正误差的因素的情况下，也能够校正误差检测用的电路本身，作为系统整体能够实现精度高的振幅及相位的误差校正。
[0140]作为本发明的实施方式的各种方式，包含以下方式。
[0141]第I发明的相控阵发送装置包括:第一发送分支及第二发送分支，具有:发送单元，发送无线频率的发送信号；相位调整单元，调整所述发送信号的相位；振幅调整单元，调整所述发送信号的振幅；以及发送输出检测单元，取出所述发送单元的一部分输出，所述相控阵发送装置还包括:分支间误差检测单元、校正控制单元、相位控制单元以及振幅控制单元，所述分支间误差检测单元包括:信号合成单元，将来自所述第一发送分支及所述第二发送分支各自的所述发送输出检测单元的输出进行合成；检波单元，对来自所述信号合成单元的输出电平进行检波；以及AD变换单元，将来自所述检波单元的模拟电压变换为数字值；所述校正控制单元根据来自所述分支间误差检测单元的输出检测所述第一发送分支和所述第二发送分支的相位及振幅；所述相位控制单元，基于所述校正控制单元的相位检测结果控制所述相位调整单元；所述振幅控制单元，基于所述校正控制单元的振幅检测结果控制所述振幅调整单元。
[0142]根据该结构，通过抑制电路的增大或功耗的增加，能够进行偏差对策的简单的电路的安装性高的结构，能够对发送分支间的发送信号的相位误差及振幅误差以高精度进行校正，在相控阵天线中能够形成精度高的发送波束。
[0143]第2发明的相控阵发送装置，在上述第I发明的相控阵发送装置中，所述校正控制单元通过由所述相位控制单元使所述第一发送分支和所述第二发送分支的至少一方的相位调整单元变化，使两个发送分支间的相位变化360度，检测所述分支间误差检测单元的输出成为预先设定的参考值的两个相位值，所述两个相位值的中间值作为所述第一发送分支及第二发送分支间的相位差为同相条件及反相条件的相位值来计算相位误差，所述相位控制单元基于所述校正控制单元算出的相位误差，调整所述第一发送分支的相位调整单元及第二发送分支的相位调整单元，校正两个发送分支间的相位误差。
[0144]第3发明的相控阵发送装置，在上述第I发明或第2发明的相控阵发送装置中，还包括:发送单元控制单元，控制所述发送单元的动作，所述校正控制单元由所述发送单元控制单元使所述第一发送分支及第二发送分支的一方动作，根据所述分支间误差检测单元的输出检测所述第一发送分支和所述第二发送分支各自的发送输出电平，计算所述第一发送分支及第二发送分支间的振幅误差，所述振幅控制单元基于所述校正控制单元算出的振幅误差，调整所述第一发送分支的振幅调整单元及第二发送分支的振幅调整单元，校正两个发送分支间的振幅误差。
[0145]第4发明的相控阵发送装置，在上述第I发明至第3发明中任意一项公开的相控阵发送装置中，还包括:校正存储单元，存储由所述校正控制单元产生的有关相位及振幅的检测结果的信息，所述校正存储单元保持:相位校正表，具有用于校正所述第一发送分支及第二发送分支的各发送分支中的相位误差的校正值或相位控制量；以及振幅校正表，具有用于调整所述第一发送分支及第二发送分支的各发送分支中的振幅误差的校正值或振幅控制量，所述校正控制单元生成或更新所述相位校正表及所述振幅校正表，根据所述相位校正表的校正值或相位控制量调整所述相位调整单元，并根据所述振幅校正表的校正值或振幅控制量调整所述振幅调整单元。
[0146]第5发明的相控阵发送装置，在上述第I发明的相控阵发送装置中，还包括:三个以上的发送分支，其包含所述第一发送分支及第二发送分支；分支间误差检测单元，将所述三个以上的发送分支之中的两个作为所述第一发送分支及第二发送分支，在所述第一发送分支及第二发送分支间具有包含所述信号合成单元、所述检波单元及所述AD变换单元，所述校正控制单元进行调整，以使多个所述分支间误差检测单元的检测特性相同。
[0147]第6发明的相控阵发送装置，在上述第5发明的相控阵发送装置中，还包括:N个发送分支，其包含所述第一发送分支及第二发送分支；以及(N-1)个所述分支间误差检测单元，分别连接到所述N个发送分支间。
[0148]第7发明的相控阵发送装置，在上述第5发明或第6发明的相控阵发送装置中，还包括:发送单元控制单元，控制所述发送单元的动作；以及检波单元控制单元，调整所述检波单元的检波特性，所述校正控制单元，在调整多个所述分支间误差检测单元的检测特性的情况下，通过所述发送单元控制单元进行控制，以使与所述调整对象的多个分支间误差检测单元双方连接的发送分支动作，并通过所述检波单元控制单元调整所述多个分支间误差检测单元中的检波单元的检波特性，以使所述多个分支间误差检测单元的输出相同。
[0149]第8发明的集成电路包括上述第I发明至第7发明中任意一项发明的相控阵发送装置，在所述第一发送分支和所述第二发送分支之间，配置有包含所述信号合成单元、所述检波单元及所述AD变换单元的分支间误差检测单元。
[0150]以上，参照【专利附图】

【附图说明】了各种实施方式，但本发明不限于这些例子。只要是本领域技术人员，就能够理解在权利要求书所记载的范畴内，能够想到各种变更例或修正例，并认可它们当然也属于本发明的技术的范围。此外，在不脱离发明的宗旨的范围内，也可以将上述实施方式中的各结构因素进行任意地组合。
[0151]本申请基于2013年3月14日申请的日本专利申请(特愿2013-052224)，其内容在此作为参考而引入。
[0152]工业实用性
[0153]通过安装容易的简单的结构，本发明具有能够校正发送分支间的发送信号的相位误差及振幅误差的效果。本发明的相控阵发送装置，能够实现比以往的装置小型、低成本、低功耗并且抑制了旁瓣的精度高的波束形成，对需要进行波束形成的无线通信系统中的发送装置(例如，基站)、通过波束形成提高了探测精度的雷达装置、或实现它们的无线芯片等是有用的。
【权利要求】
1.相控阵发送装置，包括: 第一发送分支及第二发送分支，具有: 发送单元，发送无线频率的发送信号； 相位调整单元，调整所述发送信号的相位； 振幅调整单元，调整所述发送信号的振幅；以及 发送输出检测单元，取出所述发送单元的一部分输出， 所述相控阵发送装置还包括:分支间误差检测单元、校正控制单元、相位控制单元以及振幅控制单元， 所述分支间误差检测单元包括:信号合成单元，将来自所述第一发送分支及所述第二发送分支各自的所述发送输出检测单元的输出进行合成；检波单元，对来自所述信号合成单元的输出电平进行检波；以及AD变换单元，将来自所述检波单元的模拟电压变换为数字值； 所述校正控制单元根据来自所述分支间误差检测单元的输出检测所述第一发送分支和所述第二发送分支的相位及振幅； 所述相位控制单元基于所述校正控制单元的相位检测结果控制所述相位调整单元；所述振幅控制单元基于所述校正控制单元的振幅检测结果控制所述振幅调整单元。
2.如权利要求1所述的相控阵发送装置， 所述校正控制单元通过由所述相位控制单元使所述第一发送分支和所述第二发送分支的至少一方的相位调整单元变化，使两个发送分支间的相位变化360度，检测所述分支间误差检测单元的输出成为预先设定的参考值的两个相位值，所述两个相位值的中间值作为所述第一发送分支及第二发送分支间的相位差为同相条件及反相条件的相位值来计算相位误差， 所述相位控制单元基于所述校正控制单元算出的相位误差，调整所述第一发送分支的相位调整单元及第二发送分支的相位调整单元，校正两个发送分支间的相位误差。
3.如权利要求1或2所述的相控阵发送装置，还包括: 发送单元控制单元，控制所述发送单元的动作， 所述校正控制单元由所述发送单元控制单元使所述第一发送分支及第二发送分支的一方动作，根据所述分支间误差检测单元的输出检测所述第一发送分支和所述第二发送分支各自的发送输出电平，计算所述第一发送分支及第二发送分支间的振幅误差， 所述振幅控制单元基于所述校正控制单元算出的振幅误差，调整所述第一发送分支的振幅调整单元及第二发送分支的振幅调整单元，校正两个发送分支间的振幅误差。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的相控阵发送装置，还包括: 校正存储单元，存储由所述校正控制单元产生的有关相位及振幅的检测结果的信息， 所述校正存储单元保持: 相位校正表，具有用于校正所述第一发送分支及第二发送分支的各发送分支中的相位误差的校正值或相位控制量；以及 振幅校正表，具有用于调整所述第一发送分支及第二发送分支的各发送分支中的振幅误差的校正值或振幅控制量， 所述校正控制单元生成或更新所述相位校正表及所述振幅校正表，根据所述相位校正表的校正值或相位控制量调整所述相位调整单元，并根据所述振幅校正表的校正值或振幅控制量调整所述振幅调整单元。
5.如权利要求1所述的相控阵发送装置，还包括: 三个以上的发送分支，其包含所述第一发送分支及第二发送分支； 分支间误差检测单元，将所述三个以上的发送分支之中的两个作为所述第一发送分支及第二发送分支，在所述第一发送分支及第二发送分支间包含所述信号合成单元、所述检波单元及所述AD变换单元， 所述校正控制单元进行调整，以使多个所述分支间误差检测单元的检测特性相同。
6.如权利要求5所述的相控阵发送装置，还包括: N个发送分支，其包含所述第一发送分支及第二发送分支；以及 (N-1)个所述分支间误差检测单元，分别连接到所述N个发送分支间。
7.如权利要求5或6所述的相控阵发送装置，还包括: 发送单元控制单元，控制所述发送单元的动作；以及 检波单元控制单元，调整所述检波单元的检波特性， 所述校正控制单元，在调整多个所述分支间误差检测单元的检测特性的情况下，通过所述发送单元控制单元进行控制，以使与所述调整对象的多个分支间误差检测单元双方连接的发送分支动作，并通过所述检波单元控制单元调整所述多个分支间误差检测单元中的检波单元的检波特性，以使所述多个分支间误差检测单元的输出相同。
8.集成电路,包括: 权利要求1至7中任意一项所述的相控阵发送装置， 在所述第一发送分支和所述第二发送分支之间，配置有包含所述信号合成单元、所述检波单元及所述AD变换单元的分支间误差检测单元。
【文档编号】H04B7/10GK104335507SQ201480001291
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2013年3月14日
【发明者】松尾道明, 佐藤润二, 向井裕人 申请人:松下电器产业株式会社