本公開一般地涉及電子設(shè)備，并且更具體地涉及用于波束形成器的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

電子可操縱陣列天線是包括單獨(dú)天線元件的陣列的天線系統(tǒng)，所述單獨(dú)天線元件傳輸具有不同相對(duì)相位的相同射頻（rf）信號(hào)。這些rf信號(hào)的相消和相長(zhǎng)干涉可形成定向波束。通過調(diào)整由這些相應(yīng)天線元件傳輸?shù)男盘?hào)之間的相位關(guān)系，波束的方向可使用本領(lǐng)域已知的電子可操縱陣列波束操縱方法進(jìn)行調(diào)整。這樣的波束形成和波束操縱方法可應(yīng)用于例如具有單行天線元件的一維電子可操縱陣列天線，在該情況下可在單個(gè)方向上操縱波束。這些技術(shù)也可應(yīng)用于二維天線陣列，在二維天線陣列中波束可在兩個(gè)維度上進(jìn)行電子操縱以調(diào)整波束的方位角和仰角兩者。

使用電子可操縱陣列波束操縱技術(shù)的常見應(yīng)用為雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用。通過使用電子可操縱陣列天線，所傳輸和接收的雷達(dá)信號(hào)的方向可使用電子波束操縱技術(shù)而不是機(jī)械移動(dòng)天線進(jìn)行調(diào)整。電子可操縱陣列的另一應(yīng)用是在蜂窩通信中。通過使用可操縱波束，空間多路復(fù)用通過使頻譜效率增長(zhǎng)而提高了網(wǎng)絡(luò)容量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

依照實(shí)施例，波束形成電路具有射頻（rf）前端和耦合到rf前端的多個(gè)波束形成延遲電路。多個(gè)波束形成延遲電路中的每個(gè)包括公共延遲電路和耦合到公共延遲電路的多個(gè)單獨(dú)延遲電路。單獨(dú)延遲電路中的每個(gè)被配置成耦合到波束形成陣列的天線元件。

附圖說明

為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在對(duì)結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述做出參考，在附圖中：

圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子可操縱陣列rf系統(tǒng)；

圖2圖示了常規(guī)實(shí)時(shí)延遲（ttd）電子可操縱rf系統(tǒng)；

圖3圖示了ttd電子可操縱rf系統(tǒng)的實(shí)施例；

圖4圖示了8x8電子可操縱rf系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖；

圖5a-5b圖示了電子可操縱陣列集成電路的實(shí)施例的框圖；

圖6a-6b圖示了可編程放大器電路的實(shí)施例的示意圖；

圖7a-7b圖示了使用濾波器結(jié)構(gòu)的時(shí)間延遲電路的實(shí)施例的示意圖；

圖8a-8b圖示了使用可選擇延遲的時(shí)間延遲電路的實(shí)施例的示意圖；并且

圖9圖示了波束形成方法的實(shí)施例的框圖。

除非另有指示，否則不同圖中的對(duì)應(yīng)數(shù)字和符號(hào)一般指代對(duì)應(yīng)的部件。圖被繪制成清楚地圖示優(yōu)選實(shí)施例的相關(guān)方面且不一定按比例繪制。為了更清楚地圖示某些實(shí)施例，指示同一結(jié)構(gòu)、材料或工藝步驟的變型的字母可跟隨圖號(hào)。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)討論當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的制作和使用。然而，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是，本發(fā)明提供可體現(xiàn)在各種各樣特定上下文中的許多適用的發(fā)明概念。所討論的特定實(shí)施例僅僅說明制作和使用本發(fā)明的特定方式并且不限制本發(fā)明的范圍。

將關(guān)于特定上下文（用于波束形成天線系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法，波束形成天線系統(tǒng)可被用在諸如雷達(dá)系統(tǒng)和蜂窩通信系統(tǒng)之類的rf系統(tǒng)）中的優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明。本發(fā)明的實(shí)施例也可應(yīng)用于接收或傳輸定向rf信號(hào)的其他系統(tǒng)和應(yīng)用。

傳統(tǒng)上，使用相位操縱方法來實(shí)現(xiàn)電子可操縱天線系統(tǒng)，在相位操縱方法中移相器用來調(diào)整由電子可操縱陣列天線的單獨(dú)天線元件傳輸?shù)拿總€(gè)信號(hào)的相位。通過調(diào)整每個(gè)移相器的相位，波束的方向可在針對(duì)特定頻率的特定方向上進(jìn)行調(diào)整。然而，當(dāng)傳輸?shù)念l率被改變時(shí)，rf信號(hào)與電子可操縱陣列天線的關(guān)系發(fā)生改變，從而引起波束方向的改變。這一方向改變有時(shí)被稱為偏斜（squint）。

相位操縱方法的一個(gè)替換方案是實(shí)時(shí)延遲（tdd）方法，在該方法中時(shí)間延遲元件用于延遲到多元件天線陣列的相應(yīng)元件的傳輸信號(hào)。通過使用ttd方法，傳輸波束的方向在針對(duì)用于時(shí)間延遲元件的一組給定延遲的變化頻率上基本保持恒定。使用ttd方法允許諸如線性調(diào)頻（chirp）雷達(dá)和脈沖雷達(dá)傳輸之類的寬帶雷達(dá)信號(hào)的定向傳輸，以及寬帶和多帶通信信號(hào)的定向傳輸。然而，ttd方法的一個(gè)問題是實(shí)現(xiàn)用來延遲到多元件天線陣列的信號(hào)的相對(duì)大延遲中的每個(gè)所需的電路面積。在本發(fā)明的實(shí)施例中，用來實(shí)現(xiàn)ttd電子可操縱陣列系統(tǒng)的延遲電路系統(tǒng)的總量通過使用單獨(dú)延遲元件和共享公共延遲元件的組合而被減小。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)陣列元件被耦合到多個(gè)對(duì)應(yīng)單獨(dú)延遲電路的第一端口。這些延遲電路中的每個(gè)的第二端口被組合且耦合到單個(gè)公共延遲電路，使得針對(duì)天線元件路徑的總延遲是相應(yīng)單獨(dú)延遲電路的延遲與公共延遲電路的延遲之和。在一些實(shí)施例中，每個(gè)單獨(dú)延遲電路中的延遲僅需要對(duì)于相鄰天線元件之間的波束形成的目的、而非對(duì)于完整天線而言是充足的。因此，這樣的天線的尺寸與其中每個(gè)單獨(dú)天線必須實(shí)現(xiàn)整個(gè)延遲的常規(guī)天線相比可在尺寸上被減小。

圖1圖示了包括控制器102、rf前端104、波束形成電路106和電子可操縱陣列天線108的電子可操縱陣列rf系統(tǒng)100的實(shí)施例。在操作期間，控制器102確定波束角θ，電子可操縱陣列天線108以該波束角θ經(jīng)由波束角控制端口傳輸和接收rf波束110。在利用ttd技術(shù)的實(shí)施例中，控制器102可為波束形成電路106內(nèi)的每個(gè)時(shí)間延遲電路或時(shí)間延遲電路群組提供全局相對(duì)時(shí)間延遲設(shè)置和/或時(shí)間延遲參數(shù)和設(shè)置。在一些實(shí)施例中，例如，在蜂窩通信系統(tǒng)中，控制器102可執(zhí)行基帶處理。rf前端104向波束形成電路106提供rf信號(hào)和/或從波束形成電路106接收rf信號(hào)。波束形成電路106向電子可操縱陣列天線108提供單獨(dú)rf信號(hào)，該單獨(dú)rf信號(hào)根據(jù)所請(qǐng)求的波束角和電子可操縱陣列天線108的天線元件之間的間距而被延遲。

雖然圖1僅示出電子可操縱陣列天線108為具有布置為一維陣列的八個(gè)天線元件，但是在本發(fā)明的可替換實(shí)施例中，電子可操縱陣列天線108可具有多于或少于八個(gè)元件和/或可使其元件布置成多維陣列。例如，在一個(gè)特定實(shí)施例中，可使用具有總共64個(gè)天線元件的8x8天線陣列。

圖2圖示了具有n個(gè)天線元件130和波束形成電路的常規(guī)ttd電子可操縱陣列rf系統(tǒng)120，波束形成電路包括n個(gè)時(shí)間延遲元件122，每個(gè)時(shí)間延遲元件具有不同的時(shí)間延遲τ1到τn。在操作期間，收發(fā)機(jī)124向陣列天線元件130傳輸rf信號(hào)和從陣列天線元件130接收rf信號(hào)，該rf信號(hào)被單獨(dú)延遲且經(jīng)由時(shí)間延遲元件122。

如所示的，波前126的每個(gè)元件彼此間隔距離d，并且波前126相對(duì)于陣列天線元件130的水平方向形成角α。因此，每個(gè)相鄰天線元件之間根據(jù)波前126的到達(dá)延遲的到達(dá)時(shí)間的差異為：

其中c為光速。因此，針對(duì)時(shí)間延遲元件122的時(shí)間延遲范圍與陣列天線元件130的數(shù)目、天線節(jié)距和最大操縱角成比例。在一個(gè)示例中，該延遲范圍對(duì)于具有n=8個(gè)天線元件、+/-60°的最大操縱角和每個(gè)天線元件之間15mm的距離d的電子可操縱陣列天線系統(tǒng)而言為約300ps。

圖3圖示了其中波束形成電路系統(tǒng)在公共延遲元件144與單獨(dú)延遲元件142之間被分開的電子可操縱陣列rf系統(tǒng)140的實(shí)施例。如所示的，收發(fā)機(jī)124被耦合到具有時(shí)間延遲τc1到τcm的m=n/2個(gè)公共延遲元件144，每個(gè)公共延遲元件被耦合到另外的單獨(dú)延遲元件142。因此，收發(fā)機(jī)124與每個(gè)天線元件130之間的總時(shí)間延遲具有由公共延遲元件144之一提供的其延遲的一部分和由單獨(dú)延遲元件142之一提供的另一部分。在一些實(shí)施例中，由單獨(dú)延遲元件之一提供的部分僅需對(duì)于相鄰天線元件之間的波束形成的目的而言，而非對(duì)于完整天線而言是充足的，并且因此在尺寸上可被大大減小。

在實(shí)施例中，兩個(gè)鄰近天線被配置成具有1*d*sin(α)的最大延遲差，使得每個(gè)單獨(dú)延遲元件142實(shí)現(xiàn)相對(duì)小的延遲范圍。例如，公共調(diào)諧元件可實(shí)現(xiàn)主要延遲范圍(n-1)*d*sin(α)，并且在兩個(gè)天線之間共享，從而導(dǎo)致提供針對(duì)每個(gè)天線信號(hào)路徑的總的合計(jì)總延遲約一半。在n=8和d=10mm的示例性實(shí)施例中，公共延遲元件144的延遲的范圍在約0ps和約400ps之間。在另一方面，單獨(dú)延遲元件142的延遲的范圍在約0ps和約60ps之間，并且以小于1ps的步長(zhǎng)是可編程的。在一些實(shí)施例中，單獨(dú)延遲元件142和/或公共延遲元件144具有連續(xù)可編程延遲范圍。

在本發(fā)明的可替換實(shí)施例中，公共延遲元件144可在大量單獨(dú)延遲元件142之間共享。例如，四個(gè)單獨(dú)延遲元件142可耦合到每個(gè)公共延遲元件144。本發(fā)明的實(shí)施例也可應(yīng)用于在方位角和仰角上具有相同或不同操縱角的二維電子可操縱陣列系統(tǒng)。

圖4圖示了8x8電子可操縱陣列rf系統(tǒng)200，其包括經(jīng)由16個(gè)四通道電子可操縱陣列ic2061到20616耦合到8x8電子可操縱陣列天線208的rf前端202和控制器204。在實(shí)施例中，每個(gè)電子可操縱陣列ic2061到20616包括經(jīng)由功率分配器/組合器235耦合到四個(gè)單獨(dú)延遲元件212的公共延遲元件210。公共延遲元件210的延遲τ2和單獨(dú)延遲元件212的延遲τ1是可由控制器204經(jīng)由電子可操縱陣列ic2061到20616中的每個(gè)上的串行外圍接口（spi）電路214編程的?？商鎿Q地，可以使用其他類型的數(shù)字接口，諸如sci、i²c或以太網(wǎng)。

電子可操縱陣列天線208包括天線元件2091到20916以形成8x8陣列的64個(gè)天線元件。然而，在本發(fā)明的可替換實(shí)施例中，208可具有不同的維數(shù)并且電子可操縱陣列ic206的數(shù)目可不同于如所示的16。

圖5a圖示了可用來實(shí)現(xiàn)電子可操縱陣列ic2061到20616的電子可操縱陣列ic206的實(shí)施例的框圖。如所示的，電子可操縱陣列ic206包括耦合到公共rf接口管腳rfio的公共延遲元件210和經(jīng)由變壓器224耦合到接口管腳rfio1、rfio2、rfio3和rfio4的單獨(dú)延遲元件212。

如所示的，公共延遲元件210包括具有粗糙時(shí)間延遲電路234、236、238和240緩沖的可編程增益放大器228和226的雙向路徑。粗糙延遲元件234具有0ps、10ps和20ps的可選擇延遲，粗糙時(shí)間延遲電路236具有0ps和20ps的可選擇延遲，粗糙時(shí)間延遲電路238具有0ps和40ps的可選擇延遲，并且粗糙時(shí)間延遲電路240具有0ps和80ps的可選擇延遲。每個(gè)可選擇延遲的延遲可經(jīng)由數(shù)字控制電路215編程。應(yīng)當(dāng)理解的是，針對(duì)粗糙延遲元件234、236、238和240的各種延遲設(shè)置是示例延遲設(shè)置。在本發(fā)明的可替換實(shí)施例中，可以使用多于或少于四個(gè)粗糙延遲電路和/或其他延遲設(shè)置可與每個(gè)元件相關(guān)聯(lián)。

每個(gè)單獨(dú)延遲元件212包括經(jīng)由可編程增益放大器230和232耦合到io管腳的粗糙時(shí)間延遲電路242。還在單獨(dú)延遲元件212中包括精細(xì)時(shí)間延遲電路244，其具有可被編程為具有0ps和14ps之間的延遲的延遲?？商鎿Q地，可以使用其他時(shí)間延遲范圍。而且在其他技術(shù)中或者在較低頻率下，可使用開關(guān)而不是有源放大器來實(shí)現(xiàn)粗糙延遲選擇。功率分配器235分開來自公共延遲元件210的傳輸功率并且組合來自單獨(dú)延遲元件212的接收功率?？衫缡褂帽绢I(lǐng)域已知的3db功分器電路（諸如wilkinson分配器/組合器）來實(shí)現(xiàn)功率分配器235?？商鎿Q地，可以使用其他無源或有源電路。

圖5a還包括數(shù)字控制電路215，其包括數(shù)字接口、控制器和狀態(tài)機(jī)。在一些實(shí)施例中，使用耦合到總線dbus的spi接口來實(shí)現(xiàn)數(shù)字接口。在可替換實(shí)施例中，數(shù)字接口可使用例如根據(jù)iic、rffe、sci、以太網(wǎng)、其他接口標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行操作的其他串行和/或并行數(shù)字接口電路而被實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，可以省略數(shù)字控制電路215的數(shù)字接口功能。數(shù)字控制電路215也可用來根據(jù)從數(shù)字接口接收的命令控制單獨(dú)精細(xì)和粗糙延遲電路。在一些實(shí)施例中，數(shù)字控制電路215基于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器和/或查找表（lut）中的映射將從總線dbus接收的延遲設(shè)置命令映射到單獨(dú)精細(xì)和粗糙延遲設(shè)置中。

在各種實(shí)施例中，如圖5a中描繪的ic206可用來支持例如在具有5mm（1/2λ）的節(jié)距的8x8ttd天線陣列上的28ghz無線通信。在另外的實(shí)施例中，可通過調(diào)整各種延遲范圍來支持其他頻率和天線陣列維數(shù)。

圖5b圖示了可用來實(shí)現(xiàn)電子可操縱陣列ic2061到20616的電子可操縱陣列ic207的實(shí)施例的框圖，其示出了可實(shí)現(xiàn)粗糙時(shí)間延遲元件的一種方式。如所示的，使用具有包括0ps、10ps、20ps、40ps和80ps的各種延遲時(shí)間的多個(gè)緩沖固定延遲電路來實(shí)現(xiàn)公共延遲元件210。在實(shí)施例中，具有約0ps、10ps和20ps的固定延遲的三個(gè)并行延遲元件被耦合到輸入commonio。在操作期間，0ps、10ps和20ps固定延遲元件之一被激活，而其余兩個(gè)固定延遲元件被禁用。因此，可選擇0ps、10ps或20ps的可選擇延遲。類似地，在公共延遲元件210的第二級(jí)中，可選擇0ps或20ps的固定延遲，在第三級(jí)中，可選擇0ps或40ps的固定延遲，并且在第四級(jí)中，可選擇0ps或80ps的固定延遲。因此公共延遲元件210可具有約0ps到約160ps之間的延遲，該延遲通過啟用和禁用適當(dāng)?shù)木彌_延遲元件進(jìn)行選擇。

類似地，粗糙延遲電路單獨(dú)延遲元件212包括并行耦合的具有0ps、10ps、20ps和30ps的單獨(dú)延遲的四個(gè)緩沖延遲元件，使得可通過激活和去激活適當(dāng)?shù)募?jí)來選擇0ps、10ps、20ps和30ps的延遲。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖5a和5b中的延遲電路的劃分和單獨(dú)值僅僅是許多可能實(shí)施例實(shí)現(xiàn)方式的示例。在可替換實(shí)施例中，可以使用具有不同延遲值的更多和更少延遲元件。

圖6a和6b圖示了可用來實(shí)現(xiàn)可編程增益放大器226、228、230和232的可編程增益放大器。如圖6a中所示，可編程增益放大器260包括電阻器退化差分對(duì)，其由電阻器re和具有耦合到可變?cè)鲆婕?jí)的集電極的雙極結(jié)型晶體管（bjt）qa和qb制成，可變?cè)鲆婕?jí)由bjtq3、q4、q5和q6制成。隨著可編程增益偏置電壓vb增大，更多信號(hào)電流被路由到負(fù)載電阻器rl并且增益相應(yīng)地增大。在另一方面，隨著可編程增益偏置電壓減小，更少信號(hào)電流被路由到負(fù)載電阻器rl并且增益減小。在一些實(shí)施例中，可編程增益偏置電壓vb是可經(jīng)由圖4中所示的spi電路214編程的。

圖6b圖示了具有由電阻器re和雙極結(jié)型晶體管（bjt）qa和q2b制成的電阻器退化差分對(duì)的可編程增益放大器262，雙極結(jié)型晶體管（bjt）qa和q2b具有耦合到由bjtq3、q4、q5和q6制成的四象限可變?cè)鲆婕?jí)的集電極。通過將q1和q3的集電極耦合到一個(gè)輸出電阻器rl并且將q2和q4的集電極耦合到另一個(gè)輸出電阻器rl，可調(diào)整可編程放大器262的增益和極性兩者。在本發(fā)明的可替換實(shí)施例中，除bjt晶體管之外的其他晶體管類型可用于可編程放大器260和262。例如可使用mosfet、jfet和其他晶體管類型。另外，在另外的可替換實(shí)施例中，取決于特定實(shí)施例及其規(guī)范，除圖6a和6b中所示的電路之外，或者也可使用本領(lǐng)域已知的可變?cè)鲆娣糯笃鹘Y(jié)構(gòu)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，耦合到圖5a和5b中所示的電子可操縱陣列ic206的rfio端口的可編程增益放大器232可使用較低噪聲電路來實(shí)現(xiàn)，較低噪聲電路諸如可變?cè)鲆婕?jí)之前的lna、類似于可編程增益放大器260和262而沒有退化電阻器re的電路或其組合。

圖7a圖示了可用來實(shí)現(xiàn)圖5a和5b中所示的精細(xì)時(shí)間延遲電路244以及本發(fā)明的其他實(shí)施例中的時(shí)間延遲電路的無源濾波器電路270、272和274的示意圖。如所示的，濾波器電路270是包括兩個(gè)電感器l和兩個(gè)電容器c1的低通梯型濾波器。濾波器270具有隨頻率而增大的群延遲。在另一方面，濾波器272是具有電感器l和電容器c2、且展示出其中群延遲隨頻率減小的全通頻率響應(yīng)的格型濾波器。通過將電路270的低通拓?fù)渑c濾波器272的全通拓?fù)湎嘟M合，形成混合單元拓?fù)?，取決于c1與c2的比率，該混合單元拓?fù)渚哂性陬l率上更平坦的群延遲特性。濾波器電路274的阻抗可表達(dá)為：

其中

。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，電路270、272和/或274可用來通過對(duì)電感器l和/或電容器c1和/或c2的值進(jìn)行編程而實(shí)現(xiàn)可編程延遲元件。無源濾波器電路270、272和274中所示的電容器可使用可調(diào)整電容器電路來實(shí)現(xiàn)，可調(diào)整電容器電路諸如針對(duì)離散電容設(shè)置的可切換電容器或針對(duì)連續(xù)可調(diào)整設(shè)置的變?nèi)萜鳌?/p>

圖7b圖示了可用來實(shí)現(xiàn)精細(xì)時(shí)間延遲電路244的可編程濾波器結(jié)構(gòu)280?？删幊虨V波器結(jié)構(gòu)280具有電感器l和變?nèi)萜?82，電感器l和變?nèi)萜?82每個(gè)都使用兩個(gè)mosfet晶體管來實(shí)現(xiàn)，mosfet晶體管的電容通過改變mosfet的柵極電壓而可調(diào)整。mosfet的電容在累積模式或耗盡模式下可以是可調(diào)整的。電感器l可使用本領(lǐng)域已知的片上電感器結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。例如，可在第一金屬層中實(shí)現(xiàn)螺旋電感器和/或可在在第一金屬層之上或之下的第二金屬層上實(shí)現(xiàn)第二螺旋電感器。雖然可編程濾波器結(jié)構(gòu)280被示出為具有六個(gè)級(jí)，但是取決于特定實(shí)施例及其規(guī)范，實(shí)施例可編程濾波器結(jié)構(gòu)280可具有多于或少于六個(gè)級(jí)。

圖8a圖示了可用來實(shí)現(xiàn)包括圖5a和5b中所示的粗糙延遲電路234、236、238、240和242的實(shí)施例延遲電路的粗糙延遲電路286的框圖。如所示的，粗糙延遲電路286包括具有延遲τ0的第一延遲路徑287和具有延遲τ0+xxps的第二延遲路徑288。在實(shí)施例中，第一和第二延遲路徑287和288是使用由選擇信號(hào)sel控制的開關(guān)279和289可選擇的。第一和第二延遲路徑287和288可使用本文中公開的延遲電路或使用本領(lǐng)域已知的其他延遲電路的其他延遲電路來實(shí)現(xiàn)。雖然出于圖示方便在圖8a中僅示出了兩個(gè)延遲路徑，但是針對(duì)選擇多個(gè)延遲的能力，粗糙延遲電路286可包括多于兩個(gè)延遲路徑。

圖8b圖示了可用來實(shí)現(xiàn)包括圖5a和5b中所示的粗糙延遲電路234、236、238、240和242的實(shí)施例延遲電路的粗糙延遲電路290的框圖。如所示的，粗糙延遲電路290包括由電阻器r終止的五個(gè)分接傳輸線分段292。放大器293、294和295耦合在各種傳輸分段292之間以便分別提供0ps、10ps和20ps的相對(duì)延遲。放大器293、294和295中的每個(gè)可通過接通對(duì)應(yīng)于所選擇的傳輸線分段的放大器的偏置電流并且關(guān)閉對(duì)應(yīng)于未選擇的傳輸線分支接頭的放大器的偏置電流來選擇?？商鎿Q地，本領(lǐng)域已知的其他放大器激活和去激活方法可用來從放大器293、294和295之一中選擇。在可替換實(shí)施例中，可以使用多于或少于五個(gè)傳輸線分段和三個(gè)放大器。而且，可通過調(diào)整傳輸線分段292的長(zhǎng)度和數(shù)目來提供除0ps、10ps和20ps之外的其他可選擇延遲。在一些實(shí)施例中，可復(fù)制粗糙延遲電路290以便在傳輸方向上和在接收方向上提供分離的延遲路徑。

圖9圖示了包括向多元件天線陣列傳輸?shù)谝簧漕l信號(hào)的實(shí)施例波束形成方法的框圖300。在步驟302中，第一射頻信號(hào)使用多個(gè)公共延遲電路來傳輸以形成公共延遲的傳輸信號(hào)。接著，在步驟304中，使用單獨(dú)延遲電路延遲公共延遲的傳輸信號(hào)中的每個(gè)以形成單獨(dú)延遲的傳輸信號(hào)。在一些實(shí)施例中，每個(gè)公共延遲的傳輸信號(hào)與至少兩個(gè)單獨(dú)延遲電路相關(guān)聯(lián)。在步驟306中，將單獨(dú)延遲的傳輸信號(hào)中的每個(gè)應(yīng)用于多元件天線陣列的相應(yīng)元件。在各種實(shí)施例中，公共延遲電路和單獨(dú)延遲電路可使用本文中描述的電路和方法來實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的實(shí)施例總結(jié)于此。其他實(shí)施例也可被理解以形成本文中提交的說明書和權(quán)利要求的完整性。一個(gè)一般方面包括一種波束形成電路，其包括射頻（rf）前端和耦合到rf前端的多個(gè)波束形成延遲電路。多個(gè)波束形成延遲電路中的每個(gè)包括公共延遲電路和耦合到公共延遲電路的多個(gè)單獨(dú)延遲電路。單獨(dú)延遲電路中的每個(gè)被配置成耦合到波束形成陣列的天線元件。

實(shí)現(xiàn)方式可包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。波束形成電路，其中多個(gè)單獨(dú)延遲電路中的每個(gè)單獨(dú)延遲電路出于僅在相鄰天線元件之間進(jìn)行波束形成的目的而提供充足延遲。在一些實(shí)施例中，公共延遲電路包括具有離散可選擇時(shí)間延遲步長(zhǎng)的粗糙延遲電路。該粗糙延遲電路可包括例如多個(gè)可選擇傳輸線。多個(gè)可選擇傳輸線可包括針對(duì)傳輸方向的第一組傳輸線和針對(duì)接收方向的第二組傳輸線。

在一些實(shí)施例中，粗糙延遲電路包括多個(gè)可選擇全通電路。多個(gè)全通電路可包括針對(duì)傳輸方向的第一組全通電路和針對(duì)接收方向的第二組全通電路。在一些實(shí)施例中，每個(gè)單獨(dú)延遲電路包括具有連續(xù)可變延遲的精細(xì)延遲電路。精細(xì)延遲電路可包括可調(diào)諧全通濾波器。每個(gè)單獨(dú)延遲電路可例如使用具有數(shù)字可編程延遲的精細(xì)延遲電路來實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，波束形成延遲電路包括多個(gè)波束形成延遲電路。

在實(shí)施例中，波束形成電路還包括多個(gè)天線接口電路，其中多個(gè)天線接口電路中的每個(gè)被耦合到多個(gè)波束形成延遲電路中的對(duì)應(yīng)單獨(dú)延遲電路。每個(gè)天線接口電路包括例如傳輸放大器和接收放大器。在一些實(shí)施例中，rf前端包括雷達(dá)收發(fā)機(jī)。波束形成電路還可包括天線陣列，其具有耦合到多個(gè)波束形成延遲電路中的對(duì)應(yīng)單獨(dú)延遲電路的單獨(dú)天線元件。

另一一般方面包括一種波束形成的方法，其包括向多元件天線陣列傳輸?shù)谝簧漕l信號(hào)的步驟，其中傳輸包括使用多個(gè)公共延遲電路來延遲第一射頻信號(hào)以形成公共延遲的傳輸信號(hào)。該方法還包括使用單獨(dú)延遲電路來延遲公共延遲的傳輸信號(hào)中的每個(gè)以形成單獨(dú)延遲的傳輸信號(hào)以及將單獨(dú)延遲的傳輸信號(hào)中的每個(gè)應(yīng)用于多元件天線陣列中的相應(yīng)元件。每個(gè)公共延遲的傳輸信號(hào)可與至少兩個(gè)單獨(dú)延遲電路相關(guān)聯(lián)。

實(shí)現(xiàn)方式可包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。該方法還包括經(jīng)由多元件天線陣列接收第二射頻信號(hào)，其中接收包括：接收來自多元件陣列的單獨(dú)元件的多個(gè)第二射頻信號(hào)，使用對(duì)應(yīng)的單獨(dú)延遲電路來延遲多個(gè)第二射頻信號(hào)以形成單獨(dú)延遲的接收信號(hào)，組合單獨(dú)延遲的接收信號(hào)的子集以形成多個(gè)組合的單獨(dú)延遲的接收信號(hào)，使用多個(gè)公共延遲電路來延遲多個(gè)組合的單獨(dú)延遲的接收信號(hào)中的每個(gè)以形成公共延遲的接收信號(hào)，以及組合公共延遲的接收信號(hào)以形成組合的第二射頻信號(hào)。該方法還可包括使用射頻前端電路生成第一射頻信號(hào)和使用射頻前端信號(hào)接收組合的第二射頻信號(hào)。

在一些實(shí)施例中，生成第一射頻信號(hào)包括生成雷達(dá)信號(hào)。該方法也可包括調(diào)整多個(gè)公共延遲電路的延遲和調(diào)整單獨(dú)延遲電路的延遲。在一些實(shí)施例中，調(diào)整多個(gè)公共延遲電路的延遲包括在多個(gè)可選擇傳輸線之間選擇傳輸路徑，并且調(diào)整單獨(dú)延遲電路的延遲包括調(diào)整全通濾波器的頻率。

另一一般方面包括一種射頻系統(tǒng)，其包括射頻前端電路、多元件天線陣列、以及耦合到射頻前端電路的接口端口的多個(gè)實(shí)時(shí)延遲波束形成電路。每個(gè)實(shí)時(shí)延遲波束形成電路包括具有耦合到射頻前端電路的接口端口的第一端口的第一延遲電路和耦合在第一延遲電路的第二端口與多元件陣列中的對(duì)應(yīng)元件之間的多個(gè)第二延遲電路。

實(shí)現(xiàn)方式可包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。射頻系統(tǒng)，其中多個(gè)實(shí)時(shí)延遲電路中的每個(gè)被安置在集成電路上。多元件陣列可包括例如8x8陣列。在一些實(shí)施例中，由多個(gè)實(shí)時(shí)延遲波束形成電路和多元件天線陣列產(chǎn)生的波束的方向基本上與頻率無關(guān)。

一些實(shí)施例定向耦合器的優(yōu)點(diǎn)包括這樣的能力：在實(shí)時(shí)延遲（ttd）電子可操縱陣列系統(tǒng)中提供可操縱波束，該系統(tǒng)比起僅使用用于電子可操縱陣列天線的每個(gè)天線元件的單獨(dú)時(shí)間延遲的ttd系統(tǒng)而言使用更少電路系統(tǒng)和更少功率。一些實(shí)施例的另外的優(yōu)點(diǎn)包括提供成本高效的ttd集成電路，其比使用帶狀線和rf開關(guān)的常規(guī)基于板的實(shí)現(xiàn)而言使用更少的電路。

雖然已經(jīng)參考說明性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本描述并不意圖在限制意義上進(jìn)行解釋。在參考本描述時(shí)，說明性實(shí)施例的各種修改和組合以及本發(fā)明的其他實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。