用于操作毫米波无线电模块中的相控阵天线的技术的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年7月8日提交的美国临时申请No. 61/843,741的权益。
技术领域
[0003] 本发明一般设及毫米波射频（R巧系统，且尤其设及此类无线电模块中用于允许 高效信号传播的相控阵天线的操作。 阳004] 背景 阳0化]60GHz频带是W大带宽量和大全球交叠为特征的无执照频带。大带宽意味着非常 大量的信息能被无线地传送。结果，各自要求传输大量数据的多个应用可被开发W允许围 绕60GHz频带周围的无线通信。此类应用的示例包括但不限于：无线高清TV(皿TV)、无线 巧站、无线千兆比特W太网、W及许多其他应用。
[0006] 为了促成此类应用，需要开发在60GHz频率范围中操作的集成电路（IC)，诸如放 大器、混频器、射频（R巧模拟电路、W及有源天线。RF系统通常包括有源和无源模块。有源 模块（例如，相控阵天线）需要控制信号和功率信号来进行其操作，而运些信号是无源模块 (例如，滤波器）所不需要的。各种模块被制造并被封装为射频集成电路（RFIC)，RFIC能 被组装在印刷电路板（PCB)上。RFIC封装大小的范围可从几平方毫米到几百平方毫米。
[0007] 在消费者电子产品市场，对电子设备的设计W及由此对其中集成的RF模块的设 计应当满足最小成本、大小、功耗和重量的约束。对RF模块的设计还应当考虑电子设备且 尤其是手持设备（诸如膝上型和平板计算机）的当前组装配置，W使得能够实现毫米波信 号的高效传送和接收。此外，对RF模块的设计应当计及接收和传送RF信号的最小功率损 耗并且计及最大无线电覆盖。
[000引图1中示出了设计用于毫米波信号的传送和接收的RF模块100的示意图。RF模 块100包括连接到RF电路系统或者IC120的有源天线（110-1到110-脚阵列。有源天线 110-1到IlO-N中的每个天线可W作为发射灯讶和/或接收（R讶天线来操作。有源天线 能够被控制W在特定方向上接收/发射无线电信号W执行波束成形，W及从接收模式切换 到发射模式。例如，有源天线可W是相控阵天线，其中每个福射振子可W被个体地且独立地 控制W使得能够使用波束成形技术。
[0009] 在发射模式中，RF电路系统120 -般使用混频器（未在图1中示出）来执行上变 频W将中频（I巧信号转换成射频（RF)信号。随后，RF电路系统120根据控制信号，通过 TX天线发射RF信号。在接收模式中，RF电路系统120通过有源RX天线接收RF信号并且 使用混频器来执行使用本振化0)信号向IF信号的下变频，并且将IF信号发送到基带模块 (未在图1中示出）。
[0010] 在接收与发射模式二者中，RF电路系统120的操作由基带模块使用控制信号来控 审IJ。该控制信号被用于诸如增益控制、RX/TX切换、功率电平控制、波束转向操作W及等等 的功能。在特定配置中，基带模块也生成LO信号和功率信号，并且将此类信号传递到RF电 路系统120。运些功率信号是给RF电路系统120的各种组件供电的DC电压信号。正常情 况下，IF信号也在基带模块与RF电路系统120之间传递。
[0011] 在常见设计技术中，有源天线（110-1到110-脚阵列被实现在其上还搭载有RF电 路系统的IC的基板上。在多层式基板W及在各层之间连接的金属通孔上制造1C。多层式 基板可W是金属与介电层的组合并且可W由诸如层压（例如，FR4玻璃环氧树脂、双马来酷 亚胺S嗦）、陶瓷（例如，低溫共烧陶瓷LTCC)、聚合物（例如，聚酷亚胺）、基于PTFE(聚四 氣乙締）的组合物（例如PTFE/陶瓷、PTFE/机织玻璃纤维）、W及机织玻璃增强材料（例 如，机织玻璃加强树脂）、晶片级封装、W及其他封装、技术与材料制成。多层式基板的成本 是层的面积的函数；层的面积越大，基板的成本越高。
[0012] 有源天线（110-1到110-脚阵列的天线振子一般通过在多层式基板中具有金属图 案来实现。每个天线振子可W利用数个基板层。在常规的用于毫米波通信的实现中，天线 振子被设计成占据多层基板侧的单侧。运样执行是为了允许天线福射被正确地传播。
[001引在RF系统的常规设计中，有源天线110-1到IlO-N是相控阵。相控阵天线提供了 将许多天线振子的波束聚焦在指定方向上的能力。目P，相控阵天线如同它们是单个天线那 样动作。
[0014] 相控阵天线振子之间的连接通常通过使用将来自所有天线振子的馈送联合成单 个馈送的加法器组件来执行。该加法器组件能够在沿着馈送的各种位置起作用。从基带到 RF模块的馈送路径（如此，沿着该馈送路径的信号的频率）能够从IF改变成RF频率。
[0015] 相控阵的常规实现一般包括相同天线振子的阵列。每个天线振子独立地受到可调 节控制的控制，该可调节控制调节该天线振子的馈送W与剩余天线振子相协调。因此，总体 波束被聚焦在特定方向上或者创建了特定波束形状。
[0016] 因为运些天线振子是相同的，所W知晓该可调节控制在对每个振子馈送有独立相 位控制的情况下是最优的。
[0017] 如图2中所示，常规相控阵天线使用相同的振子210-1到210-4(下文个体地称为 振子210,或合称为振子210)。信号传播的方向对于每个振子210产出大致相同的增益，而 振子210的相位是不同的。
[0018] 在甚高频率中（例如，在30GHz与300GHz之间），常规相控阵天线是使用与较低频 率中相同的原理来实现的。
[0019] 在甚高频率中要产生具有接近于全向福射图的天线振子有根本上的限制。运意味 着常规相控阵天线中的每个振子具有窄波束宽度的特征。例如，具有大于4地i的贴片天线 振子或者具有大于2地i的地上偶极子振子可能不会很好地聚焦。具有N个相同振子的有 IOlog(N)巧地i增益的常规相控阵天线用能被配置成在个体的5地i振子图内很好地聚焦 的相控阵来结果实现。
[0020] 高频衍射波比低频传输引入更多的损耗。因此，在所有方向上高效发射的能力对 于在高频中操作的天线阵列来说是重要的设计准则。由此，相控阵天线的常规设计对于例 如60GHz频带处的毫米波信号的传输而言是效率低下的。
[0021] 因此，提供改进相控阵天线的操作的技术方案将会是有益的。
[0022] 概述
[0023] 本公开的若干示例方面的概述如下。此概述为方便读者而被提供，从而提供对此 类方面的基本理解并且不完全限定本公开的广度。此概述不是所有构想到的方面的详尽综 览，并且既非旨在标识出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的 范围。其唯一的目的是要W简化形式给出一个或多个方面的一些概念W作为稍后给出的更 加详细的描述之序。为了方便起见，术语"一些方面"在本文中可用来指本公开的单个方面 或多个方面。
[0024] 本公开在各种方面设及用于操作多个福射振子的方法。在一些实现中，该方法包 括测量该多个福射振子中的每个福射振子的相位和增益；基于相应福射振子的测得相位和 测得增益来确定该多个福射振子中的每个福射振子的馈送增益和馈送相位；W及基于所确 定的馈送增益和馈送相位来独立地设置该多个福射振子中的每个福射振子。
[0025] 本公开进一步设及配置成用于通信的装置的各种方面。该装置包括多个福射振 子；W及配置成执行W下操作的处理系统：测量该多个福射振子中的每个福射振子的相位 和增益；基于相应福射振子的测得相位和增益来确定该多个福射振子中的每个福射振子的 馈送增益和馈送相位；W及基于所确定的馈送增益和馈送相位来独立地设置该多个福射振 子中的每个福射振子的馈送增益和馈送相位。
[00%] 本公开的各种方面还提供了用于操作多个福射振子的设备。该设备包括用于测量 该多个福射振子中的每个福射振子的相位和增益的装置；用于基于相应福射振子的测得相 位和测得增益来确定该多个福射振子中的每个福射振子的馈送增益和馈送相位的装置；W 及用于基于所确定的馈送增益和馈送相位来独立地设置该多个福射振子中的每个福射振 子的装置。
[0027] 本公开的各种方面进一步提供了一种接入终端，其包括多个福射振子；处理系统， 其配置成：测量该多个福射振子中的每个福射振子的相位和增益；基于相应福射振子的测 得相位和测得增益来确定该多个福射振子中的每个福射振子的馈送增益和馈送相位；针对 所确定的馈送增益和馈送相位来独立地设置该多个福射振子中的每个福射振子；W及发射 机，其配置成经由所设置的福射振子来发射信号。
[0028] 本公开的各种方面进一步提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品。该 计算机可读介质包括指令，其可执行W:测量多个福射振子中的每个福射振子的相位和增 益；基于相应福射振子的测得相位和测得增益来确定该多个福射振子中的每个福射振子的 馈送增益和馈送相位；W及基于所确定的馈送增益和馈送相位来独立地设置该多个福射振 子中的每个福射振子。
[0029] 附图简述
[0030] 本文中所公开的主体内容在说明书的结束处的权利要求书中被特别指出并特异 地要求保护。本文中所公开的诸方面的前述W及其他的目的、特征及优点将会从W下结合 附图来理解的详细描述来变得明了。
[0031] 图1是解说具有有源天线阵列的RF模块的示图。
[0032]图2是解说相控阵天线的常规实现中的信号传播的示图。
[0033] 图3是解说根据一个方面所构建的RFIC的福射图的示图。
[0034] 图4是解说根据一个方面的天线阵列的布置的RFIC的横截面示图。
[0035] 图5是用W描述各种所公开的方面的相控阵天线的示意图。