[发明专利]使用相控阵天线进行波束成形的系统和方法

说明书

一种技术，包括与天线阵列进行正交信号的通信。天线阵列包括多个天线单元对。该技术包括放大正交信号以及控制对正交信号的放大以调节天线阵列的波束图的方向性。

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别涉及一种使用相控阵天线进行波束成形的系统和方法。

背景技术

由于非授权的60吉赫兹(GigaHertz，GHz)频段的较大频谱可以支持高达7吉比特/秒(gigabits per second，Gbps)的数据传输速率，因此，无线站可从该频段中的无线通信中受益。由于墙壁和其他物体使高频无线信号(例如，60GHz频段中的信号)显著衰减，因此通常以高度定向的方式发送和接收60GHz频段中的无线通信。有利地，相比于与全向通信相关的收发器硬件，对于定向通信，可以使用较低功率的收发器硬件。

对于一对无线站之间的定向通信，可以使用称为“波束成形”的过程将该一对无线站的天线波束定向地转向彼此。通过这种方式，波束成形过程使无线站能够确定其天线波束图的方向性，从而使无线站可以将天线波束图的主瓣互相转向。

无线站可以具有相控阵天线，该相控阵天线由在空间上排列的天线单元阵列和波束成形电路形成，该波束成形电路以允许将与该天线单元阵列相关的天线波束的主瓣在特定方向转向的方式将与天线单元通信的信号合并。通过这种方式，波束成形电路可以包括放大器和可变移相器，控制该放大器和可变移相器以对信号应用选定的增益和相移，以使主瓣指向给定方向。

发明内容

相控阵列天线的波束成形电路可以包括可变移相器，该可变移相器对与阵列中的天线单元通信的信号的相位进行移位，以将天线波束转向期望的方向。然而，由于可变移相器引入了相位和幅度变化，波束成形电路可能难以产生分辨率足够高的天线波束来避免强干扰。而且，通常，在波束成形中实现更精细的粒度可能涉及使用多级可变移相器，这可能会导致温度不稳定并且功耗较高。根据本公开的方面，相控阵天线具有天线单元，这些天线单元以允许波束成形电路在不使用可变移相器的情况下控制相关天线波束的方向性的方式布置在子阵列中。通过这种方式，根据本公开的方面，每个子阵列可以包括进行正交信号的通信的天线单元对，并且可以在不使用可变移相器的情况下控制对这些正交信号的放大，以设置天线波束的主瓣角。因此，根据示例实施方式，与依赖可变移相器的相控阵天线相比，该相控阵天线相对易于校准，对温度波动表现出更高的稳定性，并且相对不太复杂。

根据本公开的一方面，提供了一种技术，该技术包括与天线阵列进行正交信号的通信。该天线阵列包括多个天线单元对。该技术包括放大正交信号，以及控制对正交信号的放大以调节天线阵列的波束图的方向性。

根据本公开的另一方面，提供了一种设备，该设备包括天线单元的平面阵列、波束成形电路、和控制器。天线单元被分组成多个子阵列，并且波束成形电路包括多个放大器。对于每个子阵列，波束成形电路与该子阵列中的第一天线单元进行第一信号的通信并与该子阵列中的第二天线单元进行第二信号的通信。第一信号和第二信号相互正交。该控制器调节放大器的增益，以调节与阵列相关的波束图的方向性。

根据本公开的另一方面，提供了一种设备，该设备包括无线电装置、连续相控阵天线、波束成形电路、和控制器。用于辐射电磁能并感测辐射的电磁能的连续相控阵天线耦合到无线电装置。相控阵天线包括成对布置的天线单元的平面阵列。每个天线单元对与幅度值和相位值相关，而该幅度值和该相位值与天线波束图相关。对于天线单元中给定的天线单元对，波束成形电路包括第一通信路径和第二通信路径。第一通信路径包括第一放大器，并且第一通信路径与给定的天线单元对中的第一单元进行第一信号的通信。第二通信路径包括第二放大器，并且第二通信路径与给定的天线单元对中的第二单元进行第二信号的通信。波束成形电路包括至少一个固定移相器，该至少一个固定移相器布置在第一通信路径和第二通信路径之一中并用于使第一信号和第二信号相互正交。对于给定的天线单元对，控制器用于设置第一放大器的第一增益以及设置第二放大器的第二增益，以调节天线波束图的方向性。