[發明專利]使用相控陣天線進行波束成形的系統和方法

有效

• 申請號: 201880048264.0
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN110945717B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 霍達·沙赫穆汗默迪安;沙烏爾·克萊恩
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H01Q3/28
• 分類號: H01Q3/28
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 熊永強;李稷芳

一種技術，包括與天線陣列進行正交信號的通信。天線陣列包括多個天線單元對。該技術包括放大正交信號以及控制對正交信號的放大以調節天線陣列的波束圖的方向性。

技術領域

本申請涉及天線技術領域，特別涉及一種使用相控陣天線進行波束成形的系統和方法。

背景技術

由于非授權的60吉赫茲(GigaHertz，GHz)頻段的較大頻譜可以支持高達7吉比特/秒(gigabits per second，Gbps)的數據傳輸速率，因此，無線站可從該頻段中的無線通信中受益。由于墻壁和其他物體使高頻無線信號(例如，60GHz頻段中的信號)顯著衰減，因此通常以高度定向的方式發送和接收60GHz頻段中的無線通信。有利地，相比于與全向通信相關的收發器硬件，對于定向通信，可以使用較低功率的收發器硬件。

對于一對無線站之間的定向通信，可以使用稱為“波束成形”的過程將該一對無線站的天線波束定向地轉向彼此。通過這種方式，波束成形過程使無線站能夠確定其天線波束圖的方向性，從而使無線站可以將天線波束圖的主瓣互相轉向。

無線站可以具有相控陣天線，該相控陣天線由在空間上排列的天線單元陣列和波束成形電路形成，該波束成形電路以允許將與該天線單元陣列相關的天線波束的主瓣在特定方向轉向的方式將與天線單元通信的信號合并。通過這種方式，波束成形電路可以包括放大器和可變移相器，控制該放大器和可變移相器以對信號應用選定的增益和相移，以使主瓣指向給定方向。

發明內容

相控陣列天線的波束成形電路可以包括可變移相器，該可變移相器對與陣列中的天線單元通信的信號的相位進行移位，以將天線波束轉向期望的方向。然而，由于可變移相器引入了相位和幅度變化，波束成形電路可能難以產生分辨率足夠高的天線波束來避免強干擾。而且，通常，在波束成形中實現更精細的粒度可能涉及使用多級可變移相器，這可能會導致溫度不穩定并且功耗較高。根據本公開的方面，相控陣天線具有天線單元，這些天線單元以允許波束成形電路在不使用可變移相器的情況下控制相關天線波束的方向性的方式布置在子陣列中。通過這種方式，根據本公開的方面，每個子陣列可以包括進行正交信號的通信的天線單元對，并且可以在不使用可變移相器的情況下控制對這些正交信號的放大，以設置天線波束的主瓣角。因此，根據示例實施方式，與依賴可變移相器的相控陣天線相比，該相控陣天線相對易于校準，對溫度波動表現出更高的穩定性，并且相對不太復雜。

根據本公開的一方面，提供了一種技術，該技術包括與天線陣列進行正交信號的通信。該天線陣列包括多個天線單元對。該技術包括放大正交信號，以及控制對正交信號的放大以調節天線陣列的波束圖的方向性。

根據本公開的另一方面，提供了一種設備，該設備包括天線單元的平面陣列、波束成形電路、和控制器。天線單元被分組成多個子陣列，并且波束成形電路包括多個放大器。對于每個子陣列，波束成形電路與該子陣列中的第一天線單元進行第一信號的通信并與該子陣列中的第二天線單元進行第二信號的通信。第一信號和第二信號相互正交。該控制器調節放大器的增益，以調節與陣列相關的波束圖的方向性。

根據本公開的另一方面，提供了一種設備，該設備包括無線電裝置、連續相控陣天線、波束成形電路、和控制器。用于輻射電磁能并感測輻射的電磁能的連續相控陣天線耦合到無線電裝置。相控陣天線包括成對布置的天線單元的平面陣列。每個天線單元對與幅度值和相位值相關，而該幅度值和該相位值與天線波束圖相關。對于天線單元中給定的天線單元對，波束成形電路包括第一通信路徑和第二通信路徑。第一通信路徑包括第一放大器，并且第一通信路徑與給定的天線單元對中的第一單元進行第一信號的通信。第二通信路徑包括第二放大器，并且第二通信路徑與給定的天線單元對中的第二單元進行第二信號的通信。波束成形電路包括至少一個固定移相器，該至少一個固定移相器布置在第一通信路徑和第二通信路徑之一中并用于使第一信號和第二信號相互正交。對于給定的天線單元對，控制器用于設置第一放大器的第一增益以及設置第二放大器的第二增益，以調節天線波束圖的方向性。