[发明专利]一种片上模拟多波束移相合成器

说明书

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种片上模拟多波束移相合成器，可应用于相控阵接收机中，单芯片支持多波束合成，且采用完全连接架构，每个波束都是有所有输入通道的接收信号经过移相合成产生的，相比于其他多波束架构，具有更高的合成增益，同时改善了接收机信噪比和波束指向性。多波束的意义还在于单个相控阵系统可同时对多个目标追踪、测控、通信，应用灵活度更高。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种片上模拟多波束移相合成器。

背景技术

随着集成电路生产工艺的不断发展，采用互补金属氧化物半导体工艺的相控阵系统实现了高集成度和低成本，在汽车雷达、卫星通信、毫米波成像、短距离高速无线通信等领域获得了广泛应用。相控阵系统通过对接收到的各路信号进行加权合成，形成具有规定指向的波束，这一过程也被称为波束成形。模拟波束移相合成由于其具有较低的功耗和设计复杂度而成为应用最为广泛的相控阵架构。

传统片上模拟波束合成器一般采用多天线输入单波束输出，或多天线输入分组合成为≤4个的波束，后者虽然支持多波束应用，但由于每个波束没有完全利用所有接收通道，因此牺牲了部分合成增益。在完全连接模拟多波束移相合成架构中，每个波束都由全部通道接收信号经移相合成产生，充分利用合成增益改善信噪比，提高空间选择性。多波束移相合成器应用于相控阵系统中，可实现同时定位、追踪、测控多个目标，或与不同方向的多个目标间通信。相比于单波束相控阵系统，多波束系统以单芯片面积、功耗的略微增大换取了整体性能的极大改进。模拟多波束移相合成的通信理论发展完备，但随着接收通道数量和合成波束数量的增加，单芯片多波束移相合成器的结构复杂度迅速提高，成为限制其应用的主要因素。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种片上模拟多波束移相合成器，应用于相控阵接收端，充分利用所有通道接收信号的合成增益，改善了接收机信噪比和空间选择性，能够同时对多个目标测控、通信，提高了系统集成度。实现本发明目的的技术方案如下：

一种片上模拟多波束移相合成器，其特征在于：其包括m个输入通道、树形合成网络和n个输出通道，m个输入通道的电路相同，m＝2^γ,γ＝0,1,2,...，n个输出通道的电路相同，n＝1,2,3,...；模拟多波束移相合成器的射频输入为m对差分信号(INP₁，INN₁)、(INP₂，INN₂)、……、(INP_m，INN_m)，射频输出为n对差分信号(OUTP₁，OUTN₁)、(OUTP₂，OUTN₂)、……、(OUTP_n，OUTN_n)；其中，每个输入通道包括一个正交信号合成器IQG和n个矢量调制器VM，IQG输入射频差分信号(INP，INN)，输出两路正交的射频差分信号(VIP，VIN)、(VQP，VQN)，这两路射频差分信号(VIP，VIN)、(VQP，VQN)连接至n个矢量调制移相器，每个矢量调制器均产生一组差分输出(BP，BN)，所有的差分输出均连接至后级的树形合成网络；树形合成网络共有m×n对差分输入(BP，BN)和n对差分输出(CP，CN)，每个输出通道均包括一个电流合成器C，其输入信号为(CP，CN)，输出信号为(OUTP，OUTN)。