[发明专利]用于操作毫米波无线电模块中的相控阵天线的技术

说明书

提供了用于操作多个辐射振子的方法与装置。在一方面，该方法包括测量该多个辐射振子中的每个辐射振子的相位和增益；基于相应辐射振子的测得相位和测得增益来确定该多个辐射振子中的每个辐射振子的馈送增益与馈送相位；以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辐射振子中的每个辐射振子。

相关申请的交叉引用

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

本发明一般涉及毫米波射频(RF)系统，且尤其涉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。

背景

60GHz频带是以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以允许围绕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(HDTV)、无线坞站、无线千兆比特以太网、以及许多其他应用。

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(RF)模拟电路、以及有源天线。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，而这些信号是无源模块(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。

在消费者电子产品市场，对电子设备的设计以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，以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。

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IC 120的有源天线(110-1到110-N)阵列。有源天线110-1到110-N中的每个天线可以作为发射(TX)和/或接收(RX)天线来操作。有源天线能够被控制以在特定方向上接收/发射无线电信号以执行波束成形，以及从接收模式切换到发射模式。例如，有源天线可以是相控阵天线，其中每个辐射振子可以被个体地且独立地控制以使得能够使用波束成形技术。

在发射模式中，RF电路系统120一般使用混频器(未在图1中示出)来执行上变频以将中频(IF)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(LO)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)。

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制。该控制信号被用于诸如增益控制、RX/TX切换、功率电平控制、波束转向操作以及等等的功能。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。这些功率信号是给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。

在常见设计技术中，有源天线(110-1到110-N)阵列被实现在其上还搭载有RF电路系统的IC的基板上。在多层式基板以及在各层之间连接的金属通孔上制造IC。多层式基板可以是金属与介电层的组合并且可以由诸如层压(例如，FR4玻璃环氧树脂、双马来酰亚胺三嗪)、陶瓷(例如，低温共烧陶瓷LTCC)、聚合物(例如，聚酰亚胺)、基于PTFE(聚四氟乙烯)的组合物(例如PTFE/陶瓷、PTFE/机织玻璃纤维)、以及机织玻璃增强材料(例如，机织玻璃加强树脂)、晶片级封装、以及其他封装、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。