CN114868307A - 用于相移的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及将被提供用于支持超过***(4G)通信***(诸如长期演进(LTE))的更高数据速率的预第五代(5G)或5G通信***。根据各种实施例，一种天线装置可以包括：包括子阵列的阵列天线、功率分配器和可重新配置的移相器电路，该可重新配置的移相器电路可以被配置为在第一状态下基于开关提供第一相移值，并且在第二状态下基于开关提供不同于第一相移值的第二相移值。

Description

用于相移的装置和方法
技术领域
本公开涉及天线，并且例如涉及天线的移相器电路的设计和操作方法，以及包括该移相器电路的装置。
背景技术
为了满足自4G通信***部署以来增加的对无线数据流量的需求，已经努力开发改进的5G或预5G通信***。因此，5G或预5G通信***也可以被称为“超4G网络”或“后LTE***”。
5G通信***被认为是在较高频率(毫米波)频带(例如，60GHz频带)中实施的，以便实现更高的数据速率。为了降低无线电波的传播损耗并增加传输距离，在5G通信***中讨论了波束成形、大规模多输入多输出(MIMO)、全维MIMO(FD-MIMO)、阵列天线、模拟波束成形、大规模天线技术。
此外，在5G通信***中，基于高级小小区、云无线电接入网络(RAN)、超密集网络、设备到设备(D2D)通信、无线回程、移动网络、协作通信、协调多点(CoMP)、接收端干扰消除等，正在进行针对***网络改进的开发。
在5G***中，已经开发了作为高级编码调制(ACM)的混合FSK和QAM调制(FQAM)和滑动窗口叠加编码(SWSC)，以及作为高级接入技术的滤波器组多载波(FBMC)、非正交多址(NOMA)和稀疏码多址(SCMA)。
波束成形技术被用作减轻传播路径损耗和增加传播距离的技术之一。通常，波束成形使用多个天线聚焦传播覆盖，或者增加针对特定方向的接收的方向性。为了操作波束成形，通信节点可以包括多个天线。
发明内容
问题的解决方案
本公开的实施例解决了现有技术的上述缺陷，并且提供了一种应用于无线通信***中的阵列天线的移相器电路。
本公开的实施例提供了连接到无线通信***中的子阵列的功率分配器和移相器电路。
本公开的实施例提供了用于设计和操作在无线通信***中执行各种相移的移相器电路的装置和方法。
本公开的实施例提供了用于最小化和/或降低无线通信***中的切换损耗的移相器电路的装置和设计方法。
根据本公开的各种示例实施例，一种天线装置可以包括：包括子阵列的阵列天线、功率分配器和可重新配置的移相器电路，并且可重新配置的移相器电路可以被配置为：在第一状态下基于开关提供第一相移值，并且在第二状态下基于开关提供不同于第一相移值的第二相移值。
根据本公开的各种示例实施例，一种装置可以包括：处理器、包括子阵列的阵列天线、功率分配器和可重新配置的移相器电路，并且处理器可以被配置为控制阵列天线以：基于可重新配置的移相器电路的第一相移和功率分配器的无源相移来辐射第一信号，以及基于可重新配置的移相器电路的第二相移和功率分配器的无源相移来辐射第二信号，可重新配置的移相器电路的第一相移值和第二相移值可以被配置，其中第一信号的视轴不与第二信号的视轴重叠。
根据本公开的各种示例实施例，一种设计包括移相器电路和子阵列的天线装置的方法，在移相器电路中主路径和至少两个子路径并联连接，该方法可以包括：设置主路径的变量，设置至少两个子路径的变量，基于三个条件来识别与主路径的变量相对应的第一值和与至少两个子路径的变量相对应的第二值，以及基于所识别的第一值和第二值来配置主路径和至少两个子路径，其中三个条件可以包括：第一条件，其中如果主路径和至少两个子路径并联连接，则反射系数为0；第二条件，其中如果主路径和至少两个子路径并联连接，则传输系数为1；以及第三条件，其中基于主路径和至少两个子路径中的第一子路径被连接而提供的第一相位矢量与基于主路径和至少两个子路径中的第二子路径被连接而提供的第二相位矢量之差是指定的相位偏移。
附图说明
从下面结合附图的详细描述中，本公开的某些实施例的上述和其他方面、特征和优点将变得更加明显，其中：
图1是示出根据各种实施例的示例无线通信***的图；
图2是示出根据各种实施例的基站的示例配置的框图；
图3是示出根据各种实施例的终端的示例配置的框图；
图4A是示出根据各种实施例的子阵列的示例的图；
图4B是示出根据各种实施例的子阵列的示例的曲线图；
图5是示出根据各种实施例的可重新配置的相移的示例功能配置的图；
图6A是示出根据各种实施例的可重新配置的相移的操作示例的图；
图6B是示出根据各种实施例的可重新配置的相移的操作示例的图；
图6C是说明根据各种实施例的可重新配置的相移的操作示例的图；
图6D是示出根据各种实施例的可重新配置的相移的操作示例的图；
图7A是示出根据各种实施例的移相器电路的示例的图；
图7B是示出根据各种实施例的移相器电路的示例的图；
图8A是示出根据各种实施例的移相器电路的示例的图；
图8B是示出根据各种实施例的移相器电路的示例的曲线图；
图9是示出根据各种实施例的准无源矢量和(QPVS)移相器电路的示例的图；
图10是示出根据各种实施例的QPVS移相器电路的操作原理的示例的图；
图11是示出根据各种实施例的QPVS移相器电路的操作原理的示例的图；
图12是示出根据各种实施例的设计QPVS移相器电路的示例方法的流程图；
图13是示出根据各种实施例的QPVS移相器电路的示例性能的图；
图14是示出根据各种实施例的基于移相器电路类型的每相位偏移的示例性能的曲线图；
图15A是示出根据各种实施例的可重新配置的移相器电路的扩展结构的示例的图；以及
图15B是示出根据各种实施例的可重新配置的移相器电路的扩展结构的示例的图。
在所有附图中，相似的附图标记将被理解为指代相似的部件、组件和结构。
具体实施方式
本公开中使用的术语用于描述各种实施例，并不旨在限制本公开的范围。单数形式的表达可以包括复数形式的表达，除非它们在上下文中明显不同。本文使用的术语(包括技术术语或科学术语)可以具有与本公开中提到的本领域普通技术人员通常理解的那些相同的含义。在本公开中使用的术语当中，在一般词典中定义的术语可以被解释为与相关技术的上下文含义相同或相似的含义，不被解释为理想的或过于正式的含义，除非在本公开中明确定义。在一些情况下，甚至在本公开中定义的术语也不应被解释为排除本公开的实施例。
在下文将要描述的本公开的各种示例实施例中，基于硬件的方法将作为示例来描述。然而，本公开的各种实施例包括使用硬件和软件二者的技术，因此不排除基于软件的方法。
本公开总体上涉及用于在无线通信***中管理波束覆盖的装置和方法。例如，本公开描述了一种技术，用于：如果在无线通信***中射频(RF)路径没有正常操作，则恢复波束方向图(beam pattern)以构建与现有波束覆盖基本相似的波束覆盖。
使用指示信号的术语(信号、符号、流、数据、波束成形信号)、与波束相关的术语(多波束、多个波束、单波束、双波束、四波束、波束成形)、指示装置的组件的术语(天线阵列、天线元件、通信单元、天线)以及指示网络实体的术语(例如，通信节点、无线电节点、无线电单元、网络节点、发送/接收点(TRP))来便于解释。相应地，本公开不限于将要描述的术语，并且可以使用具有技术上相同或相似含义的其他术语。
在以下解释中针对信号增益或信号质量的度量可以包括例如波束参考信号接收功率(BRSRP)、参考信号接收功率(RSRP)、参考信号接收质量(RSRQ)、接收信号强度指示符(RSSI)、信号与干扰和噪声比(SINR)、载波与干扰和噪声比(CINR)、SNR、误差矢量幅度(EVM)、误码率(BER)和误块率(BLER)中的至少一个。将会理解，可以使用具有等同技术含义的其他术语或指示信道质量的其他度量。
在本公开中，为了确定特定条件是否得到满足或实现，举例来说可以使用诸如“大于”或“小于”之类的表达，并且诸如“大于或等于”或“小于或等于”之类的表达也是适用的且不被排除。用“大于或等于”定义的条件可以用“大于”代替(反之亦然)，用“小于或等于”定义的条件可以用“小于”代替(反之亦然)，等等。
作为示例，本公开使用在各种通信标准(例如，第三代合作伙伴计划(3GPP))中使用的术语来提供各种示例实施例。本公开的各种示例实施例可以容易地用在其他通信***中。
图1是示出根据本公开的各种实施例的示例无线通信***的图。图1描绘了基站110、终端120和终端130，作为在无线通信***中使用无线电信道的一些节点。虽然图1仅描绘了一个基站，但是还可以包括与基站110相同或相似的其他基站。
基站110可以包括用于向终端120和130提供无线电接入的网络基础设施。基站110可以具有基于信号传输距离被定义为特定地理区域的覆盖区域。基站110可以被称为例如“接入点(AP)”、“eNodeB(eNB)”、“第五代节点(5G节点)”、“网络代节点B(gNB)”、“无线点”、“发送/接收点(TRP)”或具有类似或等同技术含义的其他术语。
终端120和终端130每个可以包括用户所使用的设备，并且通过无线电信道与基站110进行通信。从基站110到终端120或终端130的链路可以被称为下行链路(DL)，并且从终端120或终端130到基站110的链路可以被称为上行链路(UL)。终端120和终端130可以通过无线电信道相互通信。在一些情况下，终端120和终端130中的至少一个可以在没有用户参与的情况下进行操作。例如，终端120和终端130中的至少一个是执行机器类型通信(MTC)的设备，并且可以不由用户携带。终端120和终端130每个可以被称为“用户设备(UE)”、“用户驻地设备(CPE)”、“移动站”、“订户站”、“远程终端”、“无线终端”、“电子设备”或“用户设备(user device)”，或者具有技术上等同含义的其他术语。
图2是示出根据本公开的各种实施例的无线通信***中的基站的示例配置的框图。图2中的配置可以被理解为基站110的配置。下文中使用的诸如“部分”或“～器”之类的术语指示用于处理至少一个功能或操作的单元，并且可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实施。
参考图2，基站110包括无线通信单元(例如，包括无线通信电路)201、回程通信单元(例如，包括回程电路)203、存储单元205和控制单元(例如，包括处理电路)207。
无线通信单元201可以包括各种通信电路，并且执行用于通过无线电信道发送和接收信号的功能。例如，无线通信单元201可以根据***的物理层标准来执行基带信号与比特串之间的转换功能。例如，在数据发送中，无线通信单元201可以通过对发送比特串进行编码和调制来生成复符号。此外，在数据接收中，无线通信单元201可以通过对基带信号进行解调和解码来恢复接收的比特串。此外，无线通信单元201可以将基带信号上变频为RF频带信号，经由天线发送该信号，并且将经由天线接收的RF频带信号下变频为基带信号。
为此，无线通信单元201可以包括发送滤波器、接收滤波器、放大器、混频器、振荡器、数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC)等。此外，无线通信单元201可以包括多个发送路径和接收路径。此外，无线通信单元201可以包括含有多个天线元件的至少一个天线阵列。就硬件而言，无线通信单元201可以包括数字单元和模拟单元，并且模拟单元可以包括根据操作功率和操作频率的多个子单元。根据各种实施例，无线通信单元201可以包括用于形成波束的单元，例如波束成形单元。例如，无线通信单元201可以包括用于波束成形的大规模多输入多输出(MIMO)单元(MMU)。
无线通信单元201可以发送或接收信号。为此，无线通信单元201可以包括至少一个收发器。例如，无线通信单元201可以发送同步信号(SS)、参考信号(RS)、***信息、消息、控制信息、数据等。此外，无线通信单元201可以执行波束成形。此外，为了基于控制单元207的配置对要发送或接收的信号赋予方向性，无线通信单元201可以对信号应用波束成形权重。
无线通信单元201可以如上所述发送和接收信号。因此，无线通信单元201的整个或部分可以被称为“发送器”、“接收器”或“收发器”。此外，在下文中，无线电信道上的发送和接收被用作包含无线通信单元201的上述处理的含义。
回程通信单元203可以包括各种回程电路，并且提供用于与网络中的其他节点进行通信的接口。例如，回程通信单元203可以将从基站110发送到其他节点(例如，其他接入节点、另一基站、上层节点或核心网络)的比特串转换成物理信号，并且将从其他节点接收的物理信号转换成比特串。
存储单元205可以存储用于操作基站110的基本程序、应用程序和诸如设置信息之类的数据。存储单元205可以包括存储器。存储单元205可以包括易失性存储器、非易失性存储器或者易失性存储器和非易失性存储器的组合。存储单元205应控制单元207的请求而提供存储的数据。根据实施例，存储单元205可以存储移相器电路的类型。取决于相位偏移范围，可以使用所需类型的移相器电路。
控制单元207可以包括各种处理电路，并且控制基站110的总体操作。例如，控制单元207通过无线通信单元201或回程通信单元203发送和接收信号。此外，控制单元207将数据记录在存储单元205中并从存储单元205读取数据。控制单元207可以运行通信标准所请求的协议栈的功能。为此，控制单元207可以包括至少一个处理器。
图2中的基站110的配置仅仅是基站的示例，相应地针对本公开的各种实施例的基站的示例不限于图2的配置。根据各种实施例，可以添加、删除或修改一些组件。
基站已经被描述为但不限于图2中的单个实体。根据本公开的各种实施例的基站可以被实施为构建具有分布式部署以及集中式部署的接入网络。根据实施例，基站可以被划分成中央单元(CU)和数字单元(DU)，CU可以被配置为执行上层(例如，分组数据汇聚协议(PDCP))的功能，并且DU可以被配置为执行下层(例如，媒体接入控制(MAC)、物理(PHY))的功能。根据各种实施例的用于形成波束覆盖的移相器电路可以在基站的DU上实施。根据实施例，基站可以包括数字单元(DU)和无线电单元(RU)，DU可以执行诸如基带处理之类的功能，并且根据各种实施例的用于形成波束覆盖的移相器电路可以在基站的RU上实施。
图3是示出根据本公开的各种实施例的无线通信***中的终端的示例配置的框图。图3所示的配置可以被理解为终端120的配置。下文中使用的诸如“部分”或“～器”之类的术语指示用于处理至少一个功能或操作的单元，并且可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实施。
参考图3，终端120包括通信单元(例如，包括通信电路)301、存储单元303和控制单元(例如，包括处理电路)305。
通信单元301可以包括各种通信电路，并且执行用于通过无线电信道发送和接收信号的功能。例如，通信单元301根据***的物理层标准来执行基带信号与比特串之间的转换功能。例如，在数据发送中，通信单元301通过对发送比特串进行编码和调制来生成复符号。此外，在数据接收中，通信单元301通过对基带信号进行解调和解码来恢复接收的比特串。此外，通信单元301将基带信号上变频为RF频带信号，经由天线发送该信号，并且将经由天线接收的RF频带信号下变频为基带信号。例如，通信单元301可以包括发送滤波器、接收滤波器、放大器、混频器、振荡器、DAC、ADC等。
通信单元301可以包括多个发送路径和接收路径。此外，通信单元301可以包括天线单元。通信单元301可以包括含有多个天线元件的至少一个天线阵列。鉴于硬件，无线通信单元301可以包括数字电路和模拟电路(例如，RF集成电路(RFIC))。数字电路和模拟电路可以被实施为单个封装。此外，通信单元301可以包括多个RF链。通信单元301可以执行波束成形。为了根据控制单元305的配置向要发送或接收的信号赋予方向性，通信单元301可以对信号应用波束成形权重。
此外，通信单元301可以发送和接收信号。为此，通信单元301可以包括至少一个收发器。通信单元301可以接收DL信号。此外，通信单元301可以发送UL信号。通信单元301可以包括不同的通信模块，以处理不同频带的信号。此外，通信单元301可以包括多个通信模块，通信模块包括支持多种不同无线电接入技术的各种通信电路。例如，不同的无线接入技术可以包括蓝牙低能量(BLE)、无线保真(Wi-Fi)、Wi-Fi千兆字节(WiGig)、蜂窝网络(例如，长期演进(LTE)、新无线电(NR))等。此外，不同的频带可以包括超高频(SHF)(例如，2.5GHz、5GHz)频带、毫米波(例如，38GHz、60GHz等)频带。此外，通信单元301可以在不同频带上使用相同类型的无线接入技术(例如，用于许可辅助接入(LAA)的非许可频带、公民宽带无线电服务(CBRS)(例如，3.5GHz))。
如上所述，通信单元301发送和接收信号。通信单元301的整个或部分可以被称为“发送器”、“接收器”或“收发器”。此外，在下面的解释中，无线电信道上的发送和接收被用作包含通信单元301的上述处理的含义。
存储单元303存储用于操作终端120的基本程序、应用程序和诸如设置信息之类的数据。存储单元303可以包括易失性存储器、非易失性存储器或者易失性存储器和非易失性存储器的组合。存储单元303根据控制单元305的请求来提供存储的数据。
控制单元305可以包括各种处理电路，并且控制终端120的总体操作。例如，控制单元305通过通信单元301发送和接收信号。控制单元305将数据记录在存储单元303中并从存储单元303中读取数据。控制单元305可以运行通信标准所需的协议栈的功能。为此，控制单元305可以包括至少一个处理器。控制单元305可以包括至少一个处理器或微处理器，或者可以是处理器的一部分。此外，通信单元301和控制单元305的一部分可以被称为通信处理器(CP)。控制单元305可以包括用于通信的各种模块。根据各种实施例，控制单元305可以控制终端执行根据将要描述的各种实施例的操作。
波束成形技术可以用作减轻传播路径损耗和增加传播距离的技术之一。通常，波束成形使用多个天线来聚集传播覆盖，或者增加针对特定方向的接收的方向性。通信节点可以包括多个天线，以构建波束成形覆盖，而不是使用单个天线以各向同性方向图(isotropic pattern)生成信号。根据各种实施例的通信节点可以包括MMU。天线可以被称为天线阵列，并且阵列中的每个天线可以被称为阵列天线或天线元件。天线阵列可以被配置为各种类型，诸如线性阵列和平面阵列。天线阵列可以被称为大规模天线阵列。本公开将天线阵列描述为用于在MIMO环境中进行通信的多个天线，并且注意，在各种实施例中可以容易地对波束成形进行修改。此外，为了构建波束成形覆盖，通信节点可以包括与天线阵列连接的波束成形模块。可以考虑包括相位/幅度转换器(例如，移相器)和放大器(例如，功率放大器(PA))的波束成形模块的架构。
图4A和图4B是示出根据各种实施例的子阵列的示例的图。对于高波束成形增益，可以使用比输入端口更多的天线元件。为了描述本公开的各种示例实施例，解释了包括每个与输入端口相对应的子阵列的阵列天线。阵列天线的每个子阵列包括相同数量的天线元件，但是本公开的各种实施例不限于此。根据实施例，某个子阵列的天线元件的数量可以不同于其他子阵列的天线元件的数量。
参考图4A，子阵列可以包括多个天线元件。在图4A中，n×1(n是等于或大于2的整数)的子阵列被描述为线性阵列，但是本公开的各种实施例不限于此。本公开的各种实施例可以应用于2×2或4×2子阵列。
通过考虑天线增益和波束成形性能，可以以各种形式来配置子阵列。例如，子阵列可以是2×1子阵列401。例如，子阵列可以是3×1子阵列402。例如，子阵列可以是4×1子阵列403。例如，子阵列可以是6×1子阵列404。随着用于辐射信号的实体(例如，天线元件)的增加，天线增益可以增加。也就是说，覆盖可以随着针对一个输入信号(输入端口)的子阵列中的天线元件的数量的增加而增加。参考图4B，曲线图450示出了基于子阵列的尺寸的示例增益性能。横轴451指示天线元件的数量，并且纵轴452指示阵列增益。随着子阵列的数量增加，增益提高。
天线增益随着子阵列的天线元件的数量的增加而增加，而端口之间的物理间距可能增加。在2×1子阵列401中，两个子阵列之间的间距(即端口之间的间距)可以是1.48λ。λ指示信号波长。例如，3×1子阵列402的端口之间的间距可以是2.22λ。例如，4×1子阵列403的端口之间的间距可以是2.96λ。例如，6×1子阵列404的端口之间的间距可以是4.44λ。随着子阵列中的天线元件的数量增加，端口之间的物理间距逐渐变宽(例如，1.48λ<2.22λ<2.96λ<4.44λ)。随着端口之间的物理间距增加，波束宽度减小。给定相同的相移范围(例如，相位偏移)，天线阵列覆盖(可以被称为波束覆盖、倾斜角度或倾斜覆盖)减小。也就是说，如图4A所示，3×1子阵列402的倾斜覆盖412可以比2×1子阵列401的倾斜覆盖411更窄。4×1子阵列403的倾斜覆盖413可以比3×1子阵列402的倾斜覆盖412更窄。6×1子阵列404的倾斜覆盖414可以比4×1子阵列403的倾斜覆盖413更窄。
当可形成的波束角度通过增加子阵列尺寸而变窄时，具有窄波束宽度的波束被用于波束扫描。使用窄波束宽度的波束扫描导致光栅波瓣，这引起基站的性能下降。例如，由于根据阵列因子，在天线处形成的波束中的不必要的阵列波束影响其他基站，因此需要的是考虑天线增益与波束成形性能之间的折衷的阵列天线的最佳设计。
由于窄波束扫描范围导致性能下降，因此本公开的各种实施例提供了一种用于使倾斜覆盖变宽的方法。通过应用于每个天线元件的相位值而辐射的信号被重叠，并且重叠的信号形成波束。形成的波束的视轴(boresight)或形状可以取决于应用于天线元件的相位值(例如，相位方向图)而变化。由于相位值的改变可以改变波束视轴，因此本公开的各种实施例提供了用于提供各种波束视轴的移相器电路(其也可以被称为可重新配置的移相器电路)，以不减少阵列天线的实质波束覆盖。通过为每个指定的状态配置移相器电路，可以使阵列天线的波束覆盖变宽。
图5是示出根据各种实施例的可重新配置的相移的示例功能配置的图。如上所述，对于天线波束成形，每个天线元件需要相移(例如，通过移相器应用的相位值方向图)。由于高功率、尺寸和成本增加，包括被划分成多个子阵列的阵列天线的基站难以实施用于阵列天线的移相器。相应地，根据各种实施例的天线可以包括与功率分配器(power divider)耦合的可重新配置的移相器电路。
参考图5，第一分配器电路501表示使用无源功率分配器的4端口电路。4端口是示例，并且输入端口的数量可以增加或减少。2×1子阵列可以连接到每个输入端口。移相器可以被添加到分配器的至少某个分支。包括2×1子阵列的阵列天线可以提供大约±α的倾斜覆盖。包括2×1子阵列的阵列天线可以提供大约A分贝各向同性(dBi)的天线增益。
第二分配器电路503表示使用无源功率分配器的2端口电路。2端口是示例，并且输入端口的数量可以增加或减少。4×1子阵列可以连接到每个输入端口。移相器可以被添加到分配器的某个分支。包括4×1子阵列的阵列天线(与包括2×1子阵列的阵列天线相比其在端口之间具有更宽间距)可以提供相对窄的倾斜覆盖(例如，±β度(<α))。包括4×1子阵列的阵列天线可以提供大约B dBi的天线增益。B可以比A小3dB。随着子阵列中的天线元件的数量增加，增加大约3dB的天线增益。
根据各种实施例的可重新配置的移相器电路505可以包括有源功率分配器。可重新配置的移相器电路505可以提供从2端口的每个输入端口到子阵列的RF路径。2端口是示例，并且输入端口的数量可以增加或减少。4×1子阵列可以连接到每个输入端口。移相器可以被添加到有源功率分配器的至少某个分支。
与仅包括无源器件的第一分配器电路501或第二分配器电路503不同，根据各种实施例的有源功率分配器可以包括开关(例如，RF开关)以构建各种传输路径。有源功率分配器可以通过切换操作自适应地与可重新配置的移相器电路的各个电路连接。通过经由切换而连接的移相器电路，有源功率分配器可以为子阵列提供更宽范围的相移值。利用各种相移值，可以提供宽得多的倾斜覆盖(例如，±2β度)。下面将参考图6A、图6B、图6C和图6D更详细地描述可重新配置的移相器电路的示例操作。
随着相移值的范围变化，可重新配置的移相器电路505可以获取比第二电路503更宽的倾斜覆盖。包括可重新配置的移相器电路505的阵列天线可以提供从根据4×1子阵列的大约B dBi的天线增益中排除切换损耗(或有源损耗B-ALoss)的增益B-ALoss。下面参考图7A、图7B、图8A、图8B、图9、图10、图11、图12和图13更详细地描述用于降低这种***损耗的移相器电路结构的实施例。
根据各种实施例，通过将可与各种移相器电路连接的切换结构***到功率分配器中，通过天线元件形成的波束可以增加。在没有用于提供不同相位值的分离子阵列或分离移相器的情况下，有源功率分配器可以向天线元件提供各种功率移位值。例如，有源功率分配器可以提供添加附加的移相器的效果，而不增加实质的产品尺寸，从而提供倾斜覆盖的增加(例如，2β度>β度)。此外，由于可连接到各种移相器电路的开关被部署在功率分配器上，而不是分配器的各个分支上，因此可以通过分配器的形状来提供各种范围的相移，而不管RF开关和子阵列的天线元件的数量如何。通过在应用级别(例如，特定波束宽度请求)设置天线元件的数量，可以使用这种部署结构来提供必要的相移。
虽然在本公开中将功率分配器描述为用于将每端口的输入信号转发到每个天线元件的无源器件的示例，但是功率分配器可以根据信号流和器件操作来执行其他功能。根据各种实施例的用于进行分配器功能的无源器件可以被称为耦合器、组合器、分路器(splitter)等。例如，通过输入端口向每个子阵列提供信号指示波束成形模块的无源器件执行分配器功能，并且不排除作为无源器件的其他功能的作用。
图6A、图6B、图6C和图6D是示出根据各种实施例的可重新配置的相移的操作示例的图。为了描述可重新配置的相移，描述了图5的可重新配置的分配器电路505的示例结构。可重新配置的分配器电路可以包括输入单元、切换单元(例如，包括开关)、可重新配置的移相器电路和功率分配器。功率分配器还可以包括连接到开关的有源功率分配器。
参考图6A，RF信号可以被应用于输入端口601。RF信号通过指定的路径被转发到辐射器，例如天线元件。RF信号通过可重新配置的移相器电路的第一移相器电路611和第二移相器电路612之一被转发到功率分配器。RF信号通过功率分配器被辐射到天线元件。可重新配置的移相器电路可以根据被设置为提供各种相移的状态来自适应地提供RF路径，而不是向子阵列提供固定的RF路径。
通过根据指定状态的切换，可重新配置的移相器电路可以包括可重新配置的电路。根据实施例，可重新配置的移相器电路可以包括根据切换而开启或关闭的分离的物理电路。根据实施例，可重新配置的移相器电路可以包括可根据切换而不同地重新配置的切换电路。在可重新配置的移相器电路中可配置的每个移相器电路可以提供不同的相位范围。通过向从端口输入的RF信号提供不同的相移，通过子阵列的可形成的波束范围可以增加。最大相移范围可以被称为相位偏移。
如果开关(例如，单刀双掷(SPDT))连接到第一可重新配置的移相器电路611(下文称为第一状态)，则第一相移可以被应用于被划分到子阵列的整个功率信号。子阵列的天线元件可以通过传递RF信号的路径(分配器路径)来辐射应用有指定的相移值的信号。如果开关连接到第二可重新配置的移相器电路612(下文称为第二状态)，则第二相移可以被应用于被划分到子阵列的整个功率信号。子阵列的天线元件可以通过传递RF信号的路径(分配器路径)来辐射应用有指定的相移值的信号。
通过设置第一相移和第二相移的不同值，即使第一状态的RF信号和第二状态的RF信号通过相同的路径，也会表现出不同的相移效果。例如，由于在分配器之前应用不同的相移值，因此可以获得与实质上物理分离的移相器类似的效果。根据实施例，可重新配置的移相器电路的每个相移值可以基于相位偏移(PO)值来确定。例如，第一相移可以被设置为(+)PO/2，并且第二相移可以被设置为(-)PO/2。下面将参考图12更详细地描述相移值的具体设计。
波束成形模块可以通过切换，自适应地配置可重新配置的移相器电路，并且向功率分配器提供应用有所需相位值的信号。根据实施例，通过切换而连接到输入端口和功率分配器的移相器电路可以根据从处理器提供的控制信号来确定。控制信号可以指定波束扫描的状态。处理器可以选择移相器电路来提供与通过天线提供的波束成形范围相对应的相移值。根据实施例，通过切换而连接到输入端口和功率分配器的移相器电路可以根据预定义的次序来确定。
虽然可重新配置的移相器电路提供了根据图6A、图6B、图6C和图6D中的两个状态的移相器电路，但是本公开的各种实施例不限于此。根据实施例，根据设计可以操作三个或更多个状态，并且可以为每个状态配置移相器电路。根据实施例，可以根据处理器的控制信号或用户的手动输入仅激活一些N元移相器电路，然后可以将根据控制信号被激活的移相器电路之一连接到输入端口和功率分配器。
波束成形模块可以包括设置在分配器的每个分支处的移相器。分离的移相器连接到每个天线单元，从而形成波束方向图。这样做时，本公开的移相器电路被部署在分配器之前，相应地不同的相移被提供给整个子阵列，并且相移范围可以在没有附加移相器的情况下增加。
虽然在图6A中移相器被部署在分配器631的单独的分支处，但是本公开的各种实施例不限于此。由于尺寸和成本的增加，在每个天线元件处安装分离的移相器并不容易，因此本公开提供了一种用于不同地部署移相器的方法。例如，图6A的移相器中仅有一些可以进行操作，或者移相器可以仅设置在某个分支上。取决于所需的电路尺寸和相位调整范围，可以建议各种相移部署。
参考图6B，在一些实施例中，移相器可以不被部署在靠近天线元件(例如，来自天线元件的N1元层)连接的分配器632的一些分支处。例如，移相器可以仅被部署在与被划分成两层的分配器(例如，2合1(2-in-1)分配器)中的第二层连接的两个分支(连接到天线元件的分支)之一处。
参考图6C，在一些实施例中，移相器可以不被部署在靠近输入端口(例如，输入端口之后的N2层)连接的分配器633的一些分支处。例如，移相器可以仅被部署在与被划分成两层的分配器(例如，2合1分配器)中的第一层连接的两个分支(连接到天线元件的分支)之一处。
参考图6D，在一些实施例中，移相器可以被部署在分配器634(例如，2合1分配器)的一个分支处，并且移相器可以不被部署在另一分支处。通过在每个分支处实施不同的相移，可以实现将实质上不同的相位方向图应用于天线元件的影响。
如图6B、图6C和图6D所示，根据各种实施例的波束成形模块可以通过设计分配器仅在某一路径中通过相移路径而将相移值应用于子阵列中的天线元件。例如，在开关之后，第一移相器可以设置在有源功率分配器的下分支处。例如，第二移相器和第三移相器可以被分别部署在之后的功率分配器的下分支处。
移相器被添加到图6B、图6C和图6D中的分配器的两个分支中的至少一个，以解释将移相器添加到某个分支的示例，并且本公开的各种实施例不限于此。两个或更多个分支也可以被理解为本公开的实施例。
如在图5、图6A、图6B、图6C和图6D的描述中所提到的，由于MMU中的天线单元的数量增加，因此将移相器应用于每个天线元件可能导致结构负担。此外，就损耗而言，单独将馈线连接到天线元件以及通过包括天线的层将每个馈线连接到相移芯片组可能是低效的。在一些实施例中，为了解决这个问题，MMU的波束成形模块可以包括附接到包括多个天线元件的天线基板(例如，包括天线模块的印刷电路板(PCB))的仅MMU相移结构。根据实施例，由于不容易应用传统相移芯片组，因此有源功率分配器和可重新配置的移相器电路可以被安装在天线PCB的表面上。根据各种实施例的PCB上的可重新配置的移相器电路可以根据表面安装技术(SMT)而安装在天线PCB上。与天线设置在同一板上的移相器电路结构可以解决传统相移芯片组的成本和性能问题。
如图5所示，尽管倾斜覆盖增加，但是由于切换而引起的***损耗(下文称为切换损耗)仍然存在。例如，与第二电路503的B dBi相比，包括4×1子阵列的阵列天线经受与切换损耗相对应的增益降低。相应地，在设计可重新配置的移相器电路时，需要最小化和/或降低切换损耗。现在，下面参考图7A、图7B、图8A、图8B、图9、图10、图11、图12、图13和图14更详细地描述用于最小化和/或降低切换损耗的可重新配置的移相器电路的具体设计方法。
图7A和图7B是示出根据各种实施例的移相器电路的示例的图。图7A和图7B中的移相器电路可以被包括在与图5或图6A、图6B、图6C和图6D的有源功率分配器耦合的可重新配置的移相器电路中。该电路提供两个状态之间的切换，但是注意，本公开的各种实施例可以应用于两个或更多个状态之间的切换。
参考图7A，移相器电路700包括用于利用两条传输线之间的延迟差异来提供相移的电路，并且可以被称为切换线路移相器电路。可以包括两个开关(例如，SPDT)710和730，以在来自端口的输入与到功率分配器的输出之间提供自适应路径。在第一状态下，第一相移路径721连接到输入开关710和输出开关730。第一相移路径721可以提供θ1的相移。在第二状态下，第二相移路径722连接到输入开关710和输出开关730。第二相移路径722可以提供θ2的相移。由于宽的损耗带宽和对相位偏移的范围没有限制，用于根据切换提供分离的发送路径的切换线路移相器电路700(其可以忽略开关的带宽)易于进行宽范围的相移。
参考图7B，曲线图750示出了图7A所示的切换线路移相器电路700的切换损耗。横轴指示频率(单位：GHz)，并且纵轴指示传输系数。S(2,1)指示作为第一相移路径721的传输系数的S参数S21，并且S(4,3)指示作为第二相移路径722的传输系数的S参数S21。根据曲线图750，在第一状态m1和第二状态m2下存在-0.8dB损耗(频率3.5GHz)。假设开关串联损耗为0.4dB，则切换损耗加倍。这是因为信号路径包括具有其切换损耗的两个串联开关。高切换损耗可以提供相对低的天线增益。除此之外，由于切换线路移相器电路700可能由于基于MMU特性的高电平RF输入功率而经受元件损坏或可靠性验证，因此可以考虑不同结构的移相器电路作为替代。
图8A和图8B是示出移相器电路的示例的示意图。图8A和图8B中的移相器电路可以包括在与图5或图6A、图6B、图6C和图6D的有源功率分配器耦合的可重新配置的移相器电路中。该电路提供两个状态之间的切换，但是注意，本公开的各种实施例可以应用于两个或更多个状态之间的切换。
参考图8A，利用加载到主传输线的电抗差异来提供相移的移相器电路800可以被称为加载线路移相器电路。可以包括两个开关(例如，SPDT)810和830，以自适应地增加来自端口的输入与到功率分配器的输出之间的电抗。在第一状态下，两个第一相移负载821可以并联连接到主路径820。主路径820可以提供θL的相移。第一相移负载821可以提供θ1的相移。在第二状态下，两个第二相移负载822可以并联连接到主路径820。第二相移负载822可以提供θ2的相移。由于开关以分路脚线(shunt stub)结构连接，因此加载线路移相器电路800可以提供优异的损耗性能(例如，低切换损耗)。
参考图8B，曲线图851表示在低相位偏移下的加载线路移相器电路800的切换损耗。低相位偏移可以指示低于指定阈值的相位偏移。曲线图851表示低相位偏移的损耗性能。曲线图852表示在高相位偏移下的加载线路移相器电路800的切换损耗。高相位偏移可以指示超过指定阈值的相位偏移。例如，曲线图851表示低相位偏移的损耗性能。在曲线图中，横轴指示频率(单位：GHz)，并且纵轴指示传输系数。S(2,1)(m1)指示S参数S21，S参数S21是在添加了第一相移负载821的第一状态下的相移电路800的传输系数，并且S(4,3)(m2)指示S参数S21，S参数S21是在添加了第二相移负载822的第二状态下的相移电路800的传输系数。
参考曲线图851和曲线图852，在低相位偏移下识别宽频带和低损耗(大约0.25dB(m1＝0.267dB，m2＝0.241dB)，在3.5GHz处损耗＝大约0.625)，而在高相位偏移下识别窄频带和高损耗(大约0.75dB(m1＝0.753dB，m2＝0.752dB)，在3.5GHz处损耗＝1.75)。这是因为用分路脚线结构限制了带宽，并且设置了可用相位偏移的范围(低于大约45度)。此外，由于低于特定值的相位偏移对处理裕度没有容限，并且仅仅提供窄带信号，因此加载线路移相器电路800在高相位偏移时可能不提供足够的损耗性能。
如上所述，切换线路移相器电路700经受损耗问题，并且加载线路移相器电路800经受有限的相移。本公开提供了一种满足损耗性能并提供各种相移的移相器电路。所公开的移相器电路通过经由主路径与子路径之间的并联连接将经由每个路径传递的信号相加，来提供所需的相移。现在，通过耦合主路径和子路径而提供的移相器电路可以被称为准无源矢量和(quasi passive vector-sum，QPVS)移相器电路。下面将参考图9、图10、图11、图12和图13更详细地描述QPVS移相器电路的操作。
图9是示出根据各种实施例的QPVS移相器电路的示例的图。图9中的移相器电路可以被包括在与图5或图6A、图6B、图6C和图6D的有源功率分配器耦合的可重新配置的移相器电路中。该电路提供两个状态(第一状态901和第二状态902)之间的切换，但是注意，本公开的各种实施例可以应用于两个或更多个状态之间的切换。
参考图9，QPVS移相器电路900可以包括主路径910、第一状态901下的移相器电路中所包括的第一子路径921、以及第二状态902下的移相器电路中所包括的第二子路径922。为了根据状态操作第一子路径921和第二子路径922之一，开关911和931(例如，SPDT)可以连接到第一子路径921的两端或第二子路径922的两端。在第一状态901下，开关911和931连接到第一子路径921的两端，并且第一子路径921并联连接到主路径910。在第二状态902下，开关911和931连接到第二子路径922的两端，并且第二子路径922并联连接到主路径910。
通过主路径910传输的RF信号和通过子路径(例如，第一子路径921或第二子路径922)传输的RF信号可以在输出级处相加。RF信号可以被表示为矢量。从QPVS移相器电路输出的RF信号(例如，传递到功率分配器的RF信号)可以对应于RF信号的矢量和。可以通过控制主路径910、第一子路径921和第二子路径922的相移来获取期望的RF信号矢量和。
两个RF信号的矢量和可以对应于输出RF信号的相移值。通过考虑期望的相移范围，可以设计主路径910、第一子路径921和第二子路径922。例如，可以设计主路径910，其中通过主路径910传递的RF信号具有固定相移(例如，(+)90度)。可以设计第一子路径921和第二子路径922，其中通过第一子路径921和第二子路径922传递的RF信号具有基于主路径910的不同视轴的相移。根据实施例，通过第一子路径921和第二子路径922传递的RF信号可以基于主路径910对称。下面将参考图12更详细地描述具体的设计方法。
QPVS移相器电路900可以通过耦合主路径910和根据切换而设置的子路径(第一子路径921或第二子路径922)来提供期望的相位(在大约150度内)。通过并联耦合主路径910和子路径，可以提供宽频带，因为不存在分路脚线结构。此外，通过在子路径中并联部署开关，可以降低开关串联损耗(比图7的切换线路移相器电路700更低的切换损耗(<2))。
图10和图11是示出根据各种实施例的QPVS移相器电路的操作原理的示例的图。QPVS移相器电路表示图9的移相器电路900。QPVS移相器电路可以包括提供固定相位值的主路径910和根据切换改变相位值的子路径(第一状态下的第一子路径921和第二状态下的第二子路径922)。从移相器电路输出的RF信号具有根据子路径的改变范围的各种相移。例如，通过从第一子路径921提供的相移值与从第二子路径922提供的相移值之间的差，可以确定从移相器电路输出的RF信号的相移范围。
参考图10，QPVS移相器电路提供了小相移范围。该小相移范围可以指示利用子路径的相移影响相对小于利用主路径的相移影响，并且相移小于参考值。
由于输入端口的信号的大部分被传递到主路径，并且剩余的信号被传递到子路径，所以主路径的分量在与输出信号相对应的矢量和的方向分量中占主导地位。在第一状态1001下，由于主路径分量“1-a”远大于子路径分量“a”(1-a>>a)，因此主路径分量的影响在矢量和的方向和幅度上大。例如，“a>>b”可以指示a大于b的指定倍数(例如，10)。在第二状态1002下，由于主路径分量“1-b”远大于子路径分量“b”(1-b>>b)，因此主路径分量的影响在矢量和的方向和幅度上大。
QPVS移相器电路可以通过将信号的大部分传递到主路径来提供低损耗增益，而不是提供窄相移。这是因为开关的影响低。根据实施例，如果来自切换损耗的影响相当大，则波束成形模块可以向子阵列提供通过相对应的移相器电路传递的RF信号。这种移相器电路可以在设计阶段基于子阵列的天线元件的数量或阵列因子(array factor，AF)来配置。波束成形模块可以包括多个移相器电路，并且用于提供窄相移的移相器电路可以通过处理器的控制来识别。
参考图11，描绘了用于提供宽相位偏移范围的QPVS移相器电路。宽相位偏移范围可以指示利用主路径的相移影响相对小于利用子路径的相移影响，并且相移大于参考值。
由于输入端口信号的大部分被传递到子路径，并且剩余的信号被传递到子路径，所以主路径的分量在与输出信号相对应的矢量和的方向分量中占主导地位。在第一状态1101下，由于子路径分量“a”远大于主路径分量“1-a”(1-a<<a)，因此子路径分量的影响在矢量和的方向和幅度上大。在第二状态1102下，由于子路径分量“b”远大于主路径分量“1-b”(1-b<<b)，因此子路径分量的影响在矢量和的方向和幅度上大。
QPVS移相器电路高度地受子路径的相移所影响，并且开关的串联损耗影响相当大，但是可以提供宽范围的相移。根据实施例，如果切换损耗的影响微小或者需要宽范围的相移，则波束成形模块可以将通过相对应的移相器电路传递的RF信号提供给子阵列。这种移相器电路可以在设计阶段基于子阵列中天线元件的数量或AF来配置。波束成形模块可以包括多个移相器电路，并且用于提供窄范围相移的移相器电路可以通过处理器的控制来识别。
为了根据各种实施例配置QPVS移相器电路，可以执行阻抗匹配。通过阻抗匹配，QPVS移相器电路可以被配置为最大化RF信号的功率传输。这样做，主路径可以被配置为提供固定相位(例如，90*n(n＝1,3,…))作为相移的参考值。
根据实施例，主路径910可以包括阻抗。每个阻抗值可以被设置为与子路径并联连接地实现阻抗匹配。可以确定每个阻抗以提供固定相移(例如，90n)。例如，θ2可以被设置成值90-2θ1。例如，主路径可以被设计成具有90度的固定相移。
根据实施例，子路径可以包括阻抗。子路径可以被设计成与并联连接的主路径来实现阻抗匹配。这样做，根据切换义的第一子路径的相移和第二子路径的相移提供不同的电抗，而子路径可以被配置为基于主路径的固定相位对称(例如，如果第一子路径的阻抗Zsub-path#1是a+jb，则第二子路径的阻抗Zsub-path#2是a-jb)。此外，根据切换定义的第一子路径的相移和第二子路径的相移之差可以被配置为获取期望的相位偏移(例如，最大相位范围偏移)。阻抗的相移值可以被设计成使得为指定状态连接的子路径的信号基于主路径的相位是对称的。这是为了使每个子路径和主路径的合成信号的幅度相同。例如，子路径(第一子路径921和第二子路径922)可以基于主路径的90度的固定相位对称。
图12是示出根据各种实施例的设计QPVS移相器电路的示例方法的流程图。该方法可以用作用于设计电路的制造方法。此外，该方法可以用于设计用于可变地设置每个传输路径的阻抗的移相器电路。此外，该方法可以用于识别波束成形模块或天线设备是否包括根据本公开的实施例的移相器电路，例如，QPVS移相器电路是否被实现。在下文中，设计操作可以由电路生成器来执行，但是可以应用于提供商的制造过程、用户的实施或者设计设备的处理。
参考图12，在操作1201中，电路生成器可以配置图9的QPVS移相器电路的主路径变量。根据实施例，主路径变量可以包括主路径910中的第一阻抗(相位θ1)、第二阻抗(相位θ2)和第三阻抗(相位θ3)。根据实施例，θ2可以具有与θ1+θ3相差90度的整数倍的相位值，以获取固定相位。例如，在初始操作中，如果θ1＝θ3，则θ2可以被设置为90-2θ1。
在操作1203中，电路生成器可以配置图9的QPVS移相器电路的子路径变量。QPVS移相器电路包括图12中的两个子路径，并且电路生成器可以配置第一子路径921和第二子路径922的路径变量。根据实施例，每个子路径变量可以是子路径921和922中的第一阻抗、第二阻抗或第三阻抗。
在操作1205中，电路生成器可以确定是否满足阻抗匹配和相位偏移条件。主路径和每个子路径可以被耦合。这样做，为了最小化和/或降低子路径的切换损耗，主路径和每个子路径可以并联连接。如果两个路径并联连接，则电路生成器可以获取输入和输出的反射参数(例如，反射系数、参数S11)和传输参数(例如，传输系数、参数S21)。
电路生成器可以识别变量值，使得在操作1201和操作1203中配置的变量满足阻抗匹配和相位偏移条件。例如，根据主路径和第一子路径的连接的参数S11可以是S11a，根据主路径和第一子路径的连接的参数S21可以是S21a，根据主路径和第二子路径的连接的参数S11可以是S11b，并且根据主路径和第二子路径的连接的参数S21可以是S21b。此时，阻抗匹配条件可以定义如下。
|S11a|＝|S11b|＝0 ...(1)
|S21a|＝|S21b|＝1 ...(2)
如果希望的相移范围，即相位偏移为PO，则相位偏移条件可定义如下。
|∠S21a-∠S21b|＝PO ...(3)
电路生成器可以识别每个变量值，使得在操作1201和操作1203中配置的变量满足等式1、等式2和等式3。如果没有实现阻抗匹配或者没有满足相位偏移条件(操作1205中的“否”)，则电路生成器可以执行操作1207。如果实现阻抗匹配并且满足相位偏移条件(操作1205中的“是”)，则电路生成器可以执行操作1209。
在操作1207中，电路生成器可以重置主路径的延迟变量。由于在操作1201中θ2被设置为具有与2θ1相差90度的整数倍n的相位值，因此如果在相对应的值n下没有识别出足够的阻抗/相位值，则电路生成器可以改变值n。例如，电路生成器可以从1到3改变值n。θ2可以被设置为270-2θ1。
在操作1209中，电路生成器可以根据满足阻抗匹配和相位偏移条件的主路径变量和子路径变量，来推导出包括主路径和子路径的QPVS移相器电路。根据实施例，电路生成器可以另外识别是否可以设计具有较短相位的子路径电路。如果可以设计具有较短相位“θ”的子路径，则电路生成器可以通过替换相对应的子路径来推导出新的QPVS移相器电路。电路生成器可以重复相对应的确定操作，直到获取具有最小相位的相同的参数S11和参数S21。
举例来说，图12的设计方法首先配置主路径变量，然后配置子路径变量，但是各种实施例不限于此。也就是说，可以首先设置子路径变量，并且可以调整主路径变量。
虽然在图12中仅提到了配置有阻抗和相位的器件，但是本公开的实施例不限于此。根据实施例，QPVS移相器电路的子路径可以包括至少一个非线性器件，诸如开关、二极管或晶体管。
如上所述，已经在图12中解释了设计的方法，但是相对应的设计方法可以用于确定是否包括根据各种实施例的QPVS移相器电路。在一些实施例中，可以基于是否满足等式1、等式2和等式3来识别是否实施本公开的QPVS电路。根据实施例，与波束成形模块连接的处理器可以通过发送测试RF信号来识别是否配置相对应的波束成形模块的本公开的QPVS电路。
图13是示出根据各种实施例的QPVS移相器电路的示例性能的图。
参考图13，曲线图1300表示根据QPVS移相器电路的切换损耗的性能。在曲线图1300中，横轴指示频率(单位：GHz)，并且纵轴指示与传输系数的关系，即参数S21(单位：dB)。在3.5GHz频带中，在根据第一状态的点m3(主路径和第一子路径的并联连接)和根据第二状态的点m5(主路径和第二子路径的并联连接)处，它们的传输系数分别是-0.694dB和-0.694dB。假设开关串联损耗为0.4dB，则发生大约1.75倍的切换损耗。与图7B的曲线图750中的切换线路移相器电路的0.8dB损耗相比，QPVS移相器电路可以提供增强的切换损耗，并且提供稳定的带宽。此外，与图8B的加载线路移相器电路相比，QPVS移相器电路可以在高相位偏移下提供更低的损耗和宽带宽。
图14是示出根据各种实施例的根据移相器电路的类型的每相位偏移的示例性能的曲线图。在图7A、图7B、图8A、图8B、图9、图10、图11、图12和图13中已经描述了各种类型的移相器电路。根据实施例，通过分配器与子阵列连接的可重新配置的移相器电路可以是切换线路移相器电路700。根据实施例，通过分配器与子阵列连接的可重新配置的移相器电路可以是加载线路移相器电路800。根据实施例，通过分配器与子阵列连接的可重新配置的移相器电路可以是QPVS移相器电路900。这样做，每种类型的移相器电路都具有优点和缺点，并且波束成形模块可以通过利用这些优点和缺点，来自适应地配置在可重新配置的移相器电路中操作的移相器电路的类型。
参考图14，曲线图1400表示每种移相器电路的***损耗。横轴指示相位偏移(单位：°)，并且纵轴指示***损耗(单位：dB)。线1401指示切换线路移相器电路700的每相位偏移的***损耗。线1403指示加载线路移相器电路800的每相位偏移的***损耗。线1405指示QPVS移相器电路900的每相位偏移的***损耗。
由于***损耗(例如切换损耗)影响最终推导出的天线增益，因此需要最小化和/或降低该值。在一些实施例中，波束成形模块可以包括每种类型的移相器电路。例如，波束成形模块可以包括用于提供各种相位偏移范围的3型移相器。移相器电路的最佳类型取决于相位偏移范围而变化，相应地波束成形模块可以根据相位偏移范围来自适应地配置移相器电路。例如，如果相位偏移低于第一阈值，则可以设置加载线路移相器电路800。如果相位偏移超过第一阈值并低于第二阈值，则可以设置QPVS移相器电路900。如果相位偏移超过第二阈值，则可以设置切换线路移相器电路800。
图15A是示出了根据各种实施例的可重新配置的移相器电路的扩展结构的示例的图。虽然在图9、图10、图11、图12和图13中QPVS电路包括两个子路径，但是也可以使用两个或更多个子路径。图15A提供了在单比特QPVS移相器电路中的包括多比特的扩展结构。在图9的QPVS移相器电路900的SPDT处使用单刀N掷(SPNT)，状态的数量增加。
参考图15A，作为扩展QPVS电路的可重新配置的移相器电路可以包括主路径1510、第一子路径1520-1、第二子路径1520-2、……、以及第N子路径1520-N(其中N是大于3的整数)。每个路径可以并联连接，以最小化和/或降低***损耗。
设计主路径1510、第一子路径1520-1、第二子路径1520-2、……、以及第N子路径1520-N(其中N是大于3的整数)的阻抗和相位值可以以类似的方式采用图12的等式1、等式2和等式3。主路径1510和每个子路径1520-i的阻抗可以被设计成在并联连接中满足阻抗匹配条件(反射系数＝0，传输系数＝1)。可以基于主路径的相位值对称地设计每个子路径的相位，以获取最终推导出的矢量和幅度。
图15B是示出根据各种实施例的可重新配置的移相器电路的扩展结构的示例的图。可重新配置的移相器电路可以包括图15A的扩展QPVS电路的集合。通过在图15A的扩展QPVS移相器电路中以分层结构包括更多SPNT和QPVS电路，可以增加要操作的状态的数量。
参考图15B，可重新配置的移相器电路可以通过输入端口的SPNT和输出的SPNT与第一扩展QPVS移相器电路1550-1至第N扩展QPVS移相器电路1550-N并联连接。可以通过并联连接最小化和/或降低***损耗。根据实施例，每个扩展QPVS移相器电路提供固定相位值，并且随着可控状态的数量增加，波束成形模块可以通过各个扩展QPVS电路的切换经由子路径实现详细的相位调整。
如上所述，随着子阵列中的天线元件的数量增加(例如，两个子阵列→4个子阵列)，天线增益提高。如果子阵列的尺寸增加，则倾斜范围减小，从而导致性能下降。根据各种实施例的波束成形模块可以通过可重新配置的移相器电路提供多个状态。假设用于覆盖±A°(A>0)的情形。如果可重新配置的移相器电路操作两个状态，则可重新配置的移相器电路的主路径和子路径的组合可以在每个状态下覆盖±A°/2。如果可重新配置的移相器电路操作三个状态，则可重新配置的移相器电路的主路径和子路径的组合可以在每个状态下覆盖±A°/3。
根据各种实施例，通过配置每个相移值不与在可重新配置的移相器电路的第一状态下辐射的第一信号和在可重新配置的移相器电路的第二状态下辐射的第二信号的视轴重叠，可以识别本公开的实施方式。通过将可重新配置的移相器电路部署在功率分配器之前，并且在物理上分离可调整的波束扫描范围，每个状态的波束方向可以不重叠，尽管设置了单独分支的移相器。例如，可以物理地区分单独形成的波束的方向。
根据本公开的各种实施例的装置和方法可以通过经由功率分配器和移相器电路提供宽范围相移来提供宽覆盖。
根据实施例，一种天线装置包括：包括子阵列的阵列天线、功率分配器和可重新配置的移相器电路，其中，可重新配置的移相器电路被配置为在第一状态下基于开关提供第一相移值，并且在第二状态下基于开关提供不同于第一相移值的第二相移值。
在一些实施例中，其中，可重新配置的移相器电路被布置在端口输入之后和功率分配器的分支之前。
在一些实施例中，其中，可重新配置的移相器电路包括：第一移相器电路，该第一移相器电路包括主路径和至少两个子路径，该至少两个子路径包括并联连接的第一子路径和第二子路径，其中，第一移相器电路被配置为在第一状态下基于开关的操作将第一子路径连接到主路径，并且在第二状态下基于开关的操作将第二子路径连接到主路径。
在一些实施例中，其中，由主路径提供的相位提供固定值，并且提供给第一子路径的相位和提供给第二子路径的相位基于该固定值是对称的。
在一些实施例中，其中，第一相移矢量与第二相移矢量之差对应于所需的相位偏移，该第一相移矢量通过在第一状态下主路径和第一子路径的并联连接提供，该第二相移矢量通过在第二状态下主路径和第二子路径的并联连接提供。
在一些实施例中，其中，基于所需的相位偏移来确定主路径的至少一个阻抗的相位值、第一子路径的至少一个第一阻抗相位值和第二子路径的至少一个第二阻抗相位值。
在一些实施例中，其中，第一子路径或第二子路径包括开关、二极管或晶体管中的至少一个。
在一些实施例中，其中，确定主路径的至少一个阻抗和第一子路径的至少一个第一阻抗值，以实现阻抗匹配，并且确定主路径的至少一个阻抗和第二子路径的至少一个第二阻抗值，以实现阻抗匹配。
在一些实施例中，其中，可重新配置的移相器电路包括具有切换线路结构的第二移相器电路，其中，第二移相器电路被配置为：在第一状态下基于开关的操作将第一电路串联连接到输入端口和输出端口，并且在第二状态下基于开关的操作将第二电路串联连接到输入端口和输出端口，其中，第一电路具有提供第一相移值的阻抗，并且第二电路具有提供第二相移值的阻抗。
在一些实施例中，其中，可重新配置的移相器电路包括具有加载线路结构的第三移相器电路，其中，第三移相器电路被配置为：在第一状态下基于开关的操作将第一相移负载并联连接到主路径、输入端口和输出端口，在第二状态下基于开关的操作将第二相移负载并联连接到主路径、输入端口和输出端口，以及将第二电路连接到输入端口和输出端口，其中，第一电路具有提供第一相移值的阻抗，并且第二电路具有提供第二相移值的阻抗。
在一些实施例中，该天线装置还包括至少一个处理器，其中，至少一个处理器被配置为：识别相位偏移，基于所识别的相位偏移来识别第一移相器电路、第二移相器电路和第三移相器电路之一，并且控制该装置使用所识别的移相器电路向子阵列提供输入端口的射频(RF)信号。
在一些实施例中，其中，可重新配置的移相器电路还被配置为在第三状态下提供不同于第一相移值和第二相移值的第三相移值的电路。
在一些实施例中，还包括至少一个处理器，其中，至少一个处理器被配置为控制该装置将指示第一状态或第二状态的控制信号发送到可重新配置的移相器电路。
在一些实施例中，其中，至少一个处理器被配置为：控制天线阵列在第一状态下通过功率分配器和子阵列辐射应用第一相移值的第一RF信号，以及控制天线阵列在第二状态下通过功率分配器和子阵列辐射应用第二相移值的第二RF信号。
在一些实施例中，其中，被形成为辐射第一RF信号的第一波束的波束宽度与被形成为辐射第二RF信号的第二波束的波束宽度相同，并且第一波束的视轴和第二波束的视轴不同。
在一些实施例中，其中，至少一个处理器被配置为基于子阵列中的天线元件的数量和所操作的状态的数量来计算第一相移值和第二相位值。
根据实施例，一种装置包括：至少一个处理器、包括子阵列的阵列天线、功率分配器和可重新配置的移相器电路，其中，至少一个处理器被配置为：基于可重新配置的移相器电路的第一相移和功率分配器的无源相移来控制天线阵列辐射第一信号，以及基于可重新配置的移相器电路的第二相移和功率分配器的无源相移来控制天线阵列辐射第二信号，其中，可重新配置的移相器电路的第一相移值和第二相移值被配置，其中第一信号的视轴不与第二信号的视轴重叠。
在一些实施例中，其中，至少一个处理器被配置为基于子阵列中的天线元件的数量和所操作的状态的数量来计算第一相移值和第二相位值。
根据实施例，一种设计天线装置的方法，该天线装置包括移相器电路和子阵列，在移相器电路中主路径和至少两个子路径并联连接，该方法包括：设置主路径的变量，设置至少两个子路径的变量，基于三个条件来识别与主路径的变量相对应的第一值和与至少两个子路径的变量相对应的第二值，以及基于所识别的第一值和第二值来配置主路径和至少两个子路径，其中，三个条件包括：第一条件，其中基于并联连接主路径和至少两个子路径，反射系数为0，第二条件，其中基于并联连接主路径和至少两个子路径，传输系数为1；以及第三条件，其中第一相位矢量与第二相位矢量之差是指定的相位偏移，该第一相位矢量基于连接主路径和至少两个子路径中的第一子路径来提供，该第二相位矢量基于连接主路径和至少两个子路径中的第二子路径来提供。
根据本公开中描述的实施例的方法可以用软件、硬件或硬件和软件的组合来实施。
至于软件，可以提供存储一个或多个程序(软件模块)的计算机可读存储介质。存储在计算机可读存储介质中的一个或多个程序可以被配置为由电子设备的一个或多个处理器执行。一个或多个程序可以包括用于控制电子设备执行根据本公开的权利要求或说明书中描述的实施例的方法的指令。
这种程序(软件模块、软件)可以被存储到随机存取存储器、非易失性存储器(包括闪存)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、磁盘存储设备、紧凑式光盘(CD)-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光学存储设备以及盒式磁带中。它可以被存储在组合了这些记录介质的部分或全部的存储器中。可以包括多个存储器。
程序可以被存储在可附接的存储设备中，该存储设备可经由诸如互联网、内联网、局域网(LAN)、广域网(WLAN)或存储区域网(SAN)之类的通信网络或者通过组合这些网络的通信网络来访问。这种存储设备可以通过外部端口访问执行本公开的实施例的设备。此外，通信网络上分离的存储设备可以访问执行本公开的实施例的设备。
在本公开的各种实施例中，本公开中包括的元素以单数或复数形式表达。然而，为了便于解释，根据提议的情形适当地选择单数或复数表达，本公开不限于单个元素或多个元素，以复数形式表达的元素可以被配置为单个元素，并且以单数形式表达的元素可以被配置为多个元素。
虽然已经参考各种示例实施例说明和描述了本公开，但是将当理解，各种实施例旨在说明而非限制。本领域普通技术人员将进一步理解，在不脱离本公开的真实精神和全部范围的情况下，可以进行各种改变，包括所附权利要求及其等同物。

Claims (15)

1.一种天线装置，包括：
包括子阵列的阵列天线；
功率分配器；以及
可重新配置的移相器电路，
其中，所述可重新配置的移相器电路被配置为：
在第一状态下基于开关提供第一相移值，以及
在第二状态下基于所述开关提供不同于所述第一相移值的第二相移值。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述可重新配置的移相器电路被布置在端口输入之后和所述功率分配器的分支之前。
3.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述可重新配置的移相器电路包括：第一移相器电路，所述第一移相器电路包括主路径和至少两个子路径，所述至少两个子路径包括并联连接的第一子路径和第二子路径，
其中，所述第一移相器电路被配置为在所述第一状态下基于所述开关的操作，将所述第一子路径连接到所述主路径，并且
在所述第二状态下基于所述开关的操作，将所述第二子路径连接到所述主路径。
4.根据权利要求3所述的天线装置，其中，由所述主路径提供的相位提供固定值，并且
提供给所述第一子路径的相位和提供给所述第二子路径的相位基于所述固定值是对称的。
5.根据权利要求4所述的天线装置，其中，第一相移矢量与第二相移矢量之差对应于所需的相位偏移，所述第一相移矢量通过在所述第一状态下所述主路径和所述第一子路径的并联连接来提供，所述第二相移矢量通过在所述第二状态下所述主路径和所述第二子路径的并联连接来提供。
6.根据权利要求4所述的天线装置，其中，基于所需的相位偏移来确定所述主路径的至少一个阻抗的相位值、所述第一子路径的至少一个第一阻抗相位值和所述第二子路径的至少一个第二阻抗相位值。
7.根据权利要求3所述的天线装置，其中，所述第一子路径或所述第二子路径包括开关、二极管或晶体管中的至少一个。
8.根据权利要求3所述的天线装置，其中，确定所述主路径的至少一个阻抗和所述第一子路径的至少一个第一阻抗值，以实现阻抗匹配，并且
确定所述主路径的至少一个阻抗和所述第二子路径的至少一个第二阻抗值，以实现阻抗匹配。
9.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述可重新配置的移相器电路包括具有切换线路结构的第二移相器电路，
其中，所述第二移相器电路被配置为：
在所述第一状态下基于所述开关的操作，将第一电路串联连接到输入端口和输出端口，以及
在所述第二状态下基于所述开关的操作，将第二电路串联连接到所述输入端口和所述输出端口，
其中，所述第一电路具有提供所述第一相移值的阻抗，并且
所述第二电路具有提供所述第二相移值的阻抗。
10.根据权利要求9所述的天线装置，其中，所述可重新配置的移相器电路包括具有加载线路结构的第三移相器电路，
其中，所述第三移相器电路被配置为：
在所述第一状态下基于所述开关的操作，将第一相移负载并联连接到所述主路径、所述输入端口和所述输出端口，
在所述第二状态下基于所述开关的操作，将第二相移负载并联连接到所述主路径、所述输入端口和所述输出端口，以及
将第二电路连接到所述输入端口和所述输出端口，
其中，所述第一电路具有提供所述第一相移值的阻抗，并且
所述第二电路具有提供所述第二相移值的阻抗。
11.根据权利要求10所述的天线装置，还包括：
至少一个处理器，
其中，所述至少一个处理器被配置为：
识别相位偏移，
基于所识别的相位偏移来识别所述第一移相器电路、所述第二移相器电路和所述第三移相器电路之一，以及
控制所述装置使用所识别的移相器电路向子阵列提供输入端口的射频RF信号。
12.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述可重新配置的移相器电路还被配置为在第三状态下提供不同于所述第一相移值和所述第二相移值的第三相移值的电路。
13.一种装置，包括：
至少一个处理器；
包括子阵列的阵列天线；
功率分配器；以及
可重新配置的移相器电路，
其中，所述至少一个处理器被配置为：
基于所述可重新配置的移相器电路的第一相移和所述功率分配器的无源相移来控制所述天线阵列辐射第一信号，以及
基于所述可重新配置的移相器电路的第二相移和所述功率分配器的无源相移来控制所述天线阵列辐射第二信号，
其中，所述可重新配置的移相器电路的所述第一相移值和所述第二相移值被配置，其中所述第一信号的视轴不与所述第二信号的视轴重叠。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述至少一个处理器被配置为基于所述子阵列中的天线元件的数量和所操作的状态的数量来计算所述第一相移值和所述第二相位值。
15.一种设计天线装置的方法，所述天线装置包括移相器电路和子阵列，在所述移相器电路中主路径和至少两个子路径并联连接，所述方法包括：
设置所述主路径的变量；
设置所述至少两个子路径的变量；
基于三个条件来识别与所述主路径的变量相对应的第一值和与所述至少两个子路径的变量相对应的第二值；以及
基于所识别的第一值和第二值来配置所述主路径和所述至少两个子路径，
其中，所述三个条件包括：
第一条件，其中基于并联连接所述主路径和所述至少两个子路径，反射系数为0，
第二条件，其中基于并联连接所述主路径和所述至少两个子路径，传输系数为1，以及
第三条件，其中第一相位矢量与第二相位矢量之差是指定的相位偏移，所述第一相位矢量基于连接所述主路径和所述至少两个子路径中的第一子路径来提供，所述第二相位矢量基于连接所述主路径和所述至少两个子路径中的第二子路径来提供。
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