[发明专利]相移振荡器和天线

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于发送和接收用来利用信息的无线电波能量的设备和处理，更具体来说，涉及相控阵天线及其在无线通信中的应用。 

背景技术

天线被设计用来发射和接收电磁波。相控阵天线是包括具有定向辐射模式(波束)的多个辐射器元件(多个辐射器)的天线，可以通过控制天线中的单个辐射器元件(辐射器)或辐射器元件组来控制所述定向辐射模式(波束)。一般来说，通过控制进入和来自辐射器元件的信号的相位来确定辐射模式的导引方向(steering direction)。在常规相控阵天线中，通过相移器实现相位控制。典型地，通过数字信号处理(DSP)子系统确定具体相位。 

相控阵天线的一个示例在序列号为6,759,980的美国专利申请中被公开，该专利申请公开了一种相控阵天线，该相控阵天线包括输入端、电耦合到该输入端的馈送网络、多个辐射器、用于在将信号发送到辐射器或者从辐射器接收信号之前为信号提供相移的多个相移器，以及用于控制相移器提供的相移的控制器。 

图1例示了总的标为100的系统的简要框图，系统100包括用于将参考信号101分发到一个或更多个发射器/接收器(T/R)模块的多功率分配器140，和本领域中已知的简单相控阵天线(PAA)150。图1例示了以电子的方式控制信号的波阵面。示出了三种可能的波阵面162、164、166。参考信号101被输入到多功率分配器140。参考信号通常由参考信号生成器(图1中未示出)生成。 

功率分配器140将参考信号101分发到四个相移器112、114、116、118。相移器112、114、116、118提供各自的相移s1度、s2度、s3度、 s4度(未示出)。波阵面162、164或166由相移器的相移s1、s2、s3、s4确定。相控阵天线150包括相移器112、114、116、118、放大器122、124、126、128，以及辐射器132、134、136、138。各相移器112、114、116、118连接到放大器122、124、126、128。各放大器122、124、126、128将经过放大并经过相移的信号传递到各自的辐射器。图1的PAA可以仅在一个维度(方位角(azimuth)维度或仰角(elevation)维度)上控制波阵面。 

示例性PAA包括一组辐射器，其中，以这种方式改变辐射器辐射的电磁信号的相对相位，即使相控阵天线的辐射模式处于期望的方向。在图1中，数字161例示辐射模式(波束)。 

图1例示的简化相控阵天线150通常包括一组T/R模块102、104、106、108和一组辐射器132、134、136、138。在图1的PAA的架构中，各辐射器被连接到一个T/R模块。在图1中，仅示出T/R模块102、104、106、108的发射部分。 

示例性PAA使用执行诸如将信号相位偏移预定的度数的功能的发射器(TR)或接收器(RX)或T/R模块。例如，图1中的T/R模块102使信号相移s1度。 

例示的常规T/R模块102包括相移器112和放大器122等。示例性PAA使用多个T/R模块，每个T/R模块都包括相移器(PS)。PS是使得能够以电子的方式在期望的方向上控制天线波束、而不用以机械的方式对PAA进行重新定位的电子器件。常规PAA极其昂贵并且具有较高功耗，因此它们主要用在军事应用中，例如飞行器雷达和导弹雷达。例如，在示例性PAA中，使用约4000个相移器；每个相移器价值几千美元，导致这种PAA的总成本为数百万美元。因此，存在对低成本相控阵天线的需要，该低成本相控阵天线提供和常规的高成本相控阵天线大致相同的性能。 

发明内容

本发明一些实施方式的一方面一般地涉及相控阵天线(“PAA”)系 统，更具体来说，涉及用于诸如Wi-Fi、Wi-Max、蜂窝通信或卫星移动电视的无线或电信网络中的PAA。 

本发明的PAA是有源相控阵天线。术语“有源”被用来强调该PAA是以电子而不是机械的方式进行控制，并且还通过对各辐射器使用T/R模块来控制该PAA。 

本发明一些实施方式的一方面涉及用于高质量视频业务、高速数据业务、基于网际协议的语音业务(VOIP)或互联网电话的PAA。本发明一些实施方式的一方面涉及新的后文中称为相移注入振荡器(phaseshifted injection oscillator：PSIO)的装置或电路。