幅相控制电路及多通道幅相控制矩阵的制作方法

本发明属于无线电电子信息领域，尤其涉及一种幅相控制电路及多通道幅相控制矩阵。

背景技术：

massivemimo(多路输入多路输出)仿真技术是5g网络和通信技术的关键技术之一，它能够帮助实现5g电磁信号应用环境仿真、ota波束成形算法研究以及5g阵列天线的开发、评估和测试。而多通道高精度幅相控制矩阵是massivemimo技术的硬件核心。然而目前市场上的幅相控制矩阵和模块普遍采用mmic(单片微波集成电路)数字式移相器结合数字式衰减器实现，而数字式移相器和数字式衰减器芯片的供应商大都提供的芯片在6ghz以下，目前只有个别厂家能够提供最小0.25db和1.4°衰减和相位步进，这意味着理论上最多只能实现+/-0.5db和+/-2.8°控制精度，实际产品精度很可能还不能达到理论值。并且在6ghz以上毫米波频段如25～40ghz，目前的芯片产品就更少，宽带产品就更难实现。现有的一些产品衰减和相位步进高于0.5db和5.6°，实际精度差于+/-1db和+/-11.2°理论值，这根本无法满足5g系统对精度的要求。因此受宽带器件精度水平的限制，获得高精度幅相控制矩阵还存在很多困难。5g相关技术的研究也因此受到制约。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是现有技术中幅度和相位控制精度不高、带宽不够宽的缺陷，提供一种幅相控制电路及多通道幅相控制矩阵。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种幅相控制电路，包括：校准控制模块和幅相控制模块；

所述幅相控制模块用于接收输入信号；

所述校准控制模块用于设定所述输入信号的目标相位和目标幅度，生成控制信号并将所述控制信号发送至所述幅相控制模块；

所述幅相控制模块还用于根据所述控制信号将所述输入信号的相位调整至目标相位、幅度调节至目标幅度后输出。

较佳地，所述控制信号为数字信号，所述校准控制模块还用于将所述控制信号转换为模拟信号后，发送至所述幅相控制模块。

较佳地，所述幅相控制模块包括90°电桥、两个180°双相调制器、两个第一衰减器、合路器和第二衰减器；

所述90°电桥的输入端输入所述输入信号，所述90°电桥的两个输出端分别通过一个所述180°双相调制器连接至一个所述第一衰减器的输入端，两个所述第一衰减器的输出端分别与所述合路器的两个输入端连接，所述合路器的输出端与所述第二衰减器的输入端连接，所述第二衰减器的输出端输出调整至目标相位、目标幅度后的输入信号；

所述控制信号用于调节所述180°双相调制器的相位，以及调节所述第一衰减器和第二衰减器的衰减值。

较佳地，所述校准控制模块包括：校准子模块和控制子模块；

所述校准子模块用于存储校准表，所述校准表记录有所述幅相控制模块在不同的控制指令下对应的幅度和相位；

所述控制子模块用于获取所述输入信号的目标相位和目标幅度，读取所述校准表，查询所述校准表中与所述目标相位和目标幅度最接近的相位和幅度，获取最接近的相位和幅度对应的控制指令，将获取的控制指令转化为控制信号并发送至所述180°双相调制器、所述第一衰减器和所述第二衰减器，所述180°双相调制器、所述第一衰减器和所述第二衰减器根据所述控制信号调节相位和衰减值。

较佳地，所述校准子模块还用于调用所述控制子模块向所述幅相控制模块发送不同的控制指令，通过网络分析仪测试所述幅相控制模块在不同的控制信号下的幅度和相位，并记录于所述校准表中。

较佳地，所述幅相控制电路还包括：输入模块；

所述输入模块用于输入所述输入信号的相位需求值和幅度需求值，并将所述相位需求值和所述幅度需求值发送至所述校准控制模块；

所述校准控制模块还用于将所述相位需求值设定为所述目标相位，将所述幅度需求值设定为所述目标幅度。

较佳地，所述输入模块包括人机交互界面。

一种多通道幅相控制矩阵，包括：校准控制单元和幅相控制单元；

所述幅相控制单元用于接收m路输入信号，m为正整数且m≥2；

所述校准控制单元用于设定每一路输入信号的目标相位和目标幅度，生成控制信号并将所述控制信号发送至所述幅相控制单元；

所述幅相控制单元还用于根据所述控制信号，将每一路输入信号的相位调整至目标相位、幅度调节至目标幅度后输出。

较佳地，所述多通道幅相控制矩阵还包括：功分模块；

所述功分模块用于输入n路待处理信号，并将所述n路待处理信号分为m路输出信号，并将所述m路输出信号作为输入信号输出至所述幅相控制单元，n为正整数且n＜m。

较佳地，所述控制信号为数字信号，所述校准控制单元还用于将所述控制信号转换为模拟信号后，发送至所述幅相控制单元。

较佳地，所述幅相控制单元包括m条幅相控制支路，每一条幅相控制支路分别用于将1路输入信号的相位调整至目标相位、幅度调节至目标幅度后输出。

较佳地，所述幅相控制支路包括90°电桥、两个180°双相调制器、两个第一衰减器、合路器和第二衰减器；

所述90°电桥的输入端输入1路输入信号，所述90°电桥的两个输出端分别通过一个所述180°双相调制器连接至一个所述第一衰减器的输入端，两个所述第一衰减器的输出端分别与所述合路器的两个输入端连接，所述合路器的输出端与所述第二衰减器的输入端连接，所述第二衰减器的输出端输出调整至目标相位、目标幅度后的输入信号；

所述控制信号用于调节所述180°双相调制器的相位，以及调节所述第一衰减器和第二衰减器的衰减值。

较佳地，所述校准控制单元包括：校准子单元和控制子单元；

所述校准子单元用于存储校准表，所述校准表记录有所述幅相控制支路在不同的控制指令下对应的幅度和相位；

所述控制子单元用于获取每一路输入信号的目标相位和目标幅度，读取所述校准表，查询所述校准表中与所述目标相位和目标幅度最接近的相位和幅度，获取最接近的相位和幅度对应的控制指令，将获取的控制指令转化为控制信号并发送至所述180°双相调制器、所述第一衰减器和所述第二衰减器，所述180°双相调制器、所述第一衰减器和所述第二衰减器根据所述控制信号调节相位和衰减值。

较佳地，所述校准子单元还用于调用所述控制子单元向所述幅相控制支路发送不同的控制指令，通过网络分析仪测试所述幅相控制支路在不同的控制信号下的幅度和相位，并记录于所述校准表中。

较佳地，所述多通道幅相控制矩阵还包括：输入单元；

所述输入单元用于输入每一路输入信号的相位需求值和幅度需求值，并将所述相位需求值和所述幅度需求值发送至所述校准控制单元；

所述校准控制单元还用于将所述相位需求值设定为所述目标相位，将所述幅度需求值设定为所述目标幅度。

较佳地，所述输入单元包括人机交互界面。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明没有用通常芯片数控移相器衰减器的方式来实现幅相控制，而是通过先做模拟电路再量化的方式进行设计，这样使得宽带和高精度的幅相控制目标得以实现。因此，本发明利用数字量化的方式控制模拟的幅相控制模块，使得产品在宽频带内具有极佳的幅度和相位平坦度和性能重复性，能够得到非常好的幅度和相位控制精度、更宽的频率带宽、更高的幅度控制动态范围。

附图说明

图1为本发明实施例1的幅相控制电路的示意框图。

图2为本发明实施例1的幅相控制电路的幅相控制模块对于输入信号的幅相控制示意图。

图3为本发明实施例1的幅相控制电路的幅相控制模块的电路示意图。

图4为本发明实施例2的多通道幅相控制矩阵的示意框图。

图5为本发明实施例2的多通道幅相控制矩阵的幅相控制单元对于m路输入信号的幅相控制示意图。

图6为本发明实施例2的多通道幅相控制矩阵的幅相控制支路的电路示意图。

图7为本发明实施例2的多通道幅相控制矩阵的另一种实施方式的示意框图。

图8为图7中的多通道幅相控制矩阵对1路待处理信号的幅相控制示意图。

图9为一种2×32多通道幅相控制矩阵的示意图。

图10为另一种2×32多通道幅相控制矩阵的示意图。

图11为一种4×16多通道幅相控制矩阵的示意图。

图12为另一种4×16多通道幅相控制矩阵的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

图1示出了本实施例的幅相控制电路，其用于调整输入信号的相位和幅度。所述幅相控制电路包括：校准控制模块101和幅相控制模块102。

所述幅相控制模块102用于接收输入信号。

所述校准控制模块101用于设定所述输入信号的目标相位和目标幅度，生成控制信号并将所述控制信号发送至所述幅相控制模块102。

所述幅相控制模块102还用于根据所述控制信号将所述输入信号的相位调整至目标相位、幅度调节至目标幅度后输出。

其中，所述目标相位和目标幅度可以由用户根据实际需求自行设定，为了便于用户的这一设定，本实施例的幅相控制电路还包括：输入模块103。所述输入模块103用于输入所述输入信号的相位需求值和幅度需求值，并将所述相位需求值和所述幅度需求值发送至所述校准控制模块101；所述校准控制模块101将所述相位需求值设定为所述目标相位，将所述幅度需求值设定为所述目标幅度。具体地，所述输入模块103可以包括人机交互界面，所述人机交互界面能够实现gui(图形用户界面)，允许用户输入输入信号的相位需求值和幅度需求值。

图2示出了本实施例的幅相控制模块102对于输入信号的幅相控制示意图。输入信号输入幅相控制模块102后，会进行相位和幅度的调整，然后输出。图3示出了幅相控制模块102的具体电路。所述幅相控制模块102包括90°电桥1021、两个180°双相调制器1022、两个第一衰减器1023、合路器1024和第二衰减器1025；

所述90°电桥1021的输入端输入所述输入信号，所述90°电桥1021的两个输出端分别通过一个所述180°双相调制器1022连接至一个所述第一衰减器1023的输入端，两个所述第一衰减器1023的输出端分别与所述合路器1024的两个输入端连接，所述合路器1024的输出端与所述第二衰减器1025的输入端连接，所述第二衰减器1025的输出端输出调整至目标相位、目标幅度后的输入信号；

所述控制信号用于调节所述180°双相调制器1022的相位，以及调节所述第一衰减器1023和第二衰减器1025的衰减值。

本实施例中，所述控制信号为数字信号，所述校准控制模块101还用于将所述控制信号转换为模拟信号后，发送至所述幅相控制模块102。经所述控制信号的控制，所述幅相控制模块102输出的信号的相位等于目标相位，幅度等于目标幅度。本实施例的幅相控制模块102可以实现宽带模拟相位幅度的连续控制，可以对模拟的180°双相调制器和第一衰减器、第二衰减器的控制进行数字量化处理，实现数字控制，控制的位数可以根据所要求的幅相控制电路的控制精度进行选择，具体地确定控制的位数的公式如：

360°/2ⁿ×3≤要求的相位精度

60db/2ⁿ×3≤要求的幅度精度

其中，n为控制的位数。

如要达到5°控制精度，可选择8bit相位控制，0.5db精度，可选择9bit幅度控制等。

本实施例中，所述校准控制模块101包括：校准子模块和控制子模块。

所述校准子模块用于存储校准表，所述校准表记录有所述幅相控制模块102在不同的控制指令下对应的幅度和相位。

其中，所述校准子模块具体可以通过以下方式建立所述校准表：

调用所述控制子模块向所述幅相控制模块102发送不同的控制指令，通过网络分析仪测试所述幅相控制模块102在不同的控制信号下的幅度和相位，并记录于所述校准表中。其中，网络分析仪是一种能在宽频带内进行扫描测量以确定网络参量的综合性微波测量仪器，可直接测量有源或无源、可逆或不可逆的双口和单口网络的复数散射参数，并以扫频方式给出各散射参数的幅度、相位频率特性。

所述控制子模块用于获取所述输入信号的目标相位和目标幅度，读取所述校准表，查询所述校准表中与所述目标相位和目标幅度最接近的相位和幅度，获取最接近的相位和幅度对应的控制指令，将获取的控制指令转化为控制信号并发送至所述180°双相调制器、所述第一衰减器和所述第二衰减器，所述180°双相调制器、所述第一衰减器和所述第二衰减器根据所述控制信号调节相位和衰减值。

本实施例的幅相控制电路可以针对1路输入信号进行幅度和相位的调整，其中，所述校准控制模块101通过对幅相控制模块102的幅度相位频率进行测试和校准，可以准确地获取想要达到目标相位和目标幅度所需要的控制信号，实现对幅相控制模块102的精准控制。所述校准控制模块101可以采用软件编程实现，其存储有能够实现所述校准子模块和所述控制子模块的计算机程序。由于所述幅相控制电路中的器件较易实现宽带设计，所以所述幅相控制电路的频率带宽可达1.7-6ghz，24-40ghz，全频段内可获得50db和360°动态范围，0.2db幅度控制精度和2°相位控制精度。即在动态范围内，可在人机交互界面上以最小0.1db和1°步进输入任意幅度和相位值，然后点击设置键，则网络分析仪可测得实际的幅度和相位值且偏差在0.2db和2°以内。

实施例2

图4示出了本实施例的多通道幅相控制矩阵，其用于调整m路输入信号的相位和幅度，其中，m为正整数且m≥2。所述多通道幅相控制矩阵包括：校准控制单元201和幅相控制单元202。

所述幅相控制单元202用于接收m路输入信号。

所述校准控制单元201用于设定每一路输入信号的目标相位和目标幅度，生成控制信号并将所述控制信号发送至所述幅相控制单元202。

所述幅相控制单元202还用于根据所述控制信号，将每一路输入信号的相位调整至目标相位、幅度调节至目标幅度后输出。

其中，所述目标相位和目标幅度可以由用户根据实际需求自行设定，为了便于用户的这一设定，本实施例的多通道幅相控制矩阵还包括：输入单元203。所述输入单元用于输入每一路输入信号的相位需求值和幅度需求值，并将所述相位需求值和所述幅度需求值发送至所述校准控制单元201；所述校准控制单元201将所述相位需求值设定为所述目标相位，将所述幅度需求值设定为所述目标幅度。具体地，所述输入单元203可以包括人机交互界面，所述人机交互界面能够实现gui(图形用户界面)，允许用户输入每一路输出信号的相位需求值和幅度需求值。

图5示出了本实施例的幅相控制单元202对于m路输入信号的幅相控制示意图。m路输入信号输入幅相控制单元202后，会对每一路输入信号分别进行相位和幅度的调整，然后输出。具体地，所述幅相控制单元202包括m条幅相控制支路2021，每一条幅相控制支路2021分别用于将1路输入信号的相位调整至目标相位、幅度调节至目标幅度后输出。

图6示出了所述幅相控制支路的具体电路，其包括90°电桥20211、两个180°双相调制器20212、两个第一衰减器20213、合路器20214和第二衰减器20215。

所述90°电桥20211的输入端输入1路输入信号，所述90°电桥20211的两个输出端分别通过一个所述180°双相调制器20212连接至一个所述第一衰减器20213的输入端，两个所述第一衰减器20213的输出端分别与所述合路器20214的两个输入端连接，所述合路器20214的输出端与所述第二衰减器20215的输入端连接，所述第二衰减器20215的输出端输出调整至目标相位、目标幅度后的输入信号；

所述控制信号用于调节所述180°双相调制器20212的相位，以及调节所述第一衰减器20213和第二衰减器20215的衰减值。其中，所述第二衰减器20215可以用来增加幅相控制矩阵的动态范围，获得超过20db以上的衰减值。

本实施例中，所述控制信号为数字信号，所述校准控制单元201还用于将所述控制信号转换为模拟信号后，发送至所述幅相控制单元202。经所述控制信号的控制，所述幅相控制支路输出的信号的相位等于目标相位，幅度等于目标幅度。本实施例的幅相控制单元202可以实现宽带模拟相位幅度的连续控制，可以对模拟的180°双相调制器和第一衰减器、第二衰减器的控制进行数字量化处理，实现数字控制，控制的位数可以根据所要求的幅相控制矩阵的控制精度进行选择，具体地确定控制的位数的公式如：

360°/2ⁿ×3≤要求的相位精度

60db/2ⁿ×3≤要求的幅度精度

其中，n为控制的位数。

如要达到5°控制精度，可选择8bit相位控制，0.5db精度，可选择9bit幅度控制等。

本实施例中，所述校准控制单元201包括：校准子单元和控制子单元。

所述校准子单元用于存储校准表，所述校准表记录有所述幅相控制支路在不同的控制指令下对应的幅度和相位。

其中，所述校准子单元具体可以通过以下方式建立所述校准表：

调用所述控制子单元向所述幅相控制支路发送不同的控制指令，通过网络分析仪测试所述幅相控制支路在不同的控制信号下的幅度和相位，并记录于所述校准表中。其中，网络分析仪是一种能在宽频带内进行扫描测量以确定网络参量的综合性微波测量仪器，可直接测量有源或无源、可逆或不可逆的双口和单口网络的复数散射参数，并以扫频方式给出各散射参数的幅度、相位频率特性。

所述控制子单元用于获取每一路输入信号的目标相位和目标幅度，读取所述校准表，查询所述校准表中与所述目标相位和目标幅度最接近的相位和幅度，获取最接近的相位和幅度对应的控制指令，将获取的控制指令转化为控制信号并发送至所述180°双相调制器、所述第一衰减器和所述第二衰减器，所述180°双相调制器、所述第一衰减器和所述第二衰减器根据所述控制信号调节相位和衰减值。

本实施例中，所述校准控制单元201通过对幅相控制支路的幅度相位频率进行测试和校准，可以准确地获取想要达到目标相位和目标幅度所需要的控制信号，实现对幅相控制支路的精准控制。所述校准控制单元201可以采用软件编程实现，其存储有能够实现所述校准子单元和所述控制子单元的计算机程序。

由于所述幅相控制支路中的器件较易实现宽带设计，所以所述多通道幅相控制矩阵的频率带宽可达1.7-6ghz，24-40ghz，全频段内可获得50db和360°动态范围，0.2db幅度控制精度和2°相位控制精度。即在动态范围内，可在人机交互界面上以最小0.1db和1°步进输入任意幅度和相位值，然后点击设置键，则网络分析仪可测得实际的幅度和相位值且偏差在0.2db和2°以内。

本实施例中，所述m路输入信号可以为由上级装置输出并直接输入至幅相控制单元202的m路信号，m根据实际需求设定。

本实施例中，所述m路输入信号还可以为由上级装置输出后经功分模块划分后得到的m路信号，如图7所示，所述功分模块204的输出端连接于幅相控制单元202的输入端，用于输入n路待处理信号，并将所述n路待处理信号分为m路输出信号，并将所述m路输出信号作为输入信号输出至所述幅相控制单元202，其中n为正整数且n＜m。所述功分模块204具体可以采用功分器实现，功分器的数量可以根据待处理信号的数量而定，如有n路待处理信号，那么功分模块就设置n个功分器，每个功分器分别对应一路待处理信号，如图8所示，1路待处理信号输入至功分器2041后分为多路输出信号，每一路输出信号作为输入信号分别输入至1条幅相控制支路2021，每一条幅相控制支路2021分别对输入的信号进行相位和幅度调节，最后输出调节后的信号。其中，m和n的取值可以根据实际需求自主选择，如，如图9-10所示的两种n＝2、功分模块选用两个32路功分器且m＝64构成的2×32多通道幅相控制矩阵，或，如图11-12所示的两种n＝4、功分模块选用4个16路功分器且m＝64构成的4×16多通道幅相控制矩阵，或其它组合的多通道幅相控制矩阵。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。