[发明专利]整合式毫米波移相器及其方法

说明书

一种移相器及方法包括经接地屏蔽的混合式耦合器。反射端子连接至该混合式耦合器，该混合式耦合器经配置以使经施加的信号相移，其中所述反射端子包括并联LC电路。

技术领域

本发明涉及射频移相器，具体地，涉及用于整合式相控阵列系统的在毫米波频率下操作的移相器。

背景技术

现在，在说明移相器及相控阵列对单体整合的要求及现有实施的背景下呈现移相器及相控阵列。相控阵列系统：相控阵列收发器为经由控制连续的天线信号路径之间的时间延迟差达成空间选择性的一类多天线系统。此延迟差的改变修改了所发射/接收的信号相干地累加的方向，因此“导引”电磁束。归因于在高速无线通信系统及雷达中的潜在应用，基于硅的技术中的相控阵列的整合最近引起极大兴趣。

毫米波频率的相控阵列具有若干突出商业应用。当前广泛研究在60GHz的7GHz工业、科技及医疗(ISM)频带以用于室内、每秒几千兆位的无线个人局域网络(WPAN)。在此类应用中，归因于路径中的障碍，发射器与接收器之间的视线链路(line-of-sight link)很容易断开。归因于相控阵列的射束导引能力，其可利用墙壁的反射，因此允许恢复链路。

参看图1A，一方块图说明具有组件间天线间距d＝λ/2的1-D N组件相控阵列接收器10，其中λ为对应于操作频率ω的自由空间波长。当来自电磁束的振幅A的信号12以角θ_in(自法线方向测量)入射至阵列10时，电磁波在到达连续的天线16的过程中经历时间延迟。接收器中每一信号路径中的可变时间延迟区块14补偿此传播延迟。以此方式，通过每一组件处的适当延迟，来自求和器18的经组合或经求和的输出信号S_comb(t)将具有比可通过单个组件获取的振幅大的振幅。在接收器的背景下，将相控阵列因子(AF)定义为由阵列相对于单元件接收器所达成的额外功率增益。

相控阵列因子随入射角(θ)及阵列的递增延迟差(τ)而变，且因此反映阵列的空间选择性。射束指向方向θ_m为对应于最大功率增益的入射角。图1B展示针对不同Δτ设定的4组件相控阵列的阵列因子，导致不同射束指向方向。

发明内容

一种整合式反射式差动移相器包括垂直耦合线混合电路(hybrid)及电感-电容(LC)谐振负载。该混合式耦合器包括使用不同金属层的彼此叠置的差动共平面带状线(coplanar stripline，CPS)，使得垂直地发生耦合。这样减少所用面积，且允许较容易的差动实施。CPS的宽度不相同，此特征允许在设定其特性阻抗方面有较多灵活性。在一较低金属层级(例如，Ml)，相对于CPS垂直地放置金属带(metal strip)作为屏蔽以减少基板损耗。这样的金属带还经设计以减小CPS中的波传播速度，且减小耦合器的总体大小。该混合式耦合器的反射负载端子实施有一并联谐振LC电路。电感器将反射负载阻抗的虚数部分设定为一值，其中电容的改变得到整个移相器的较大的相位改变。此结构适合用于毫米波(mm波)，因为电感器的寄生电容可吸收入分流电感器值中。所述实施特征适合用于SiGe及CMOS技术中的整合，及在毫米波频率下的操作。

在差动实施例中：包括混合式耦合器，其具有使用不同金属层的彼此叠置的差动共平面带状线(CPS)，使得垂直地发生耦合。这样减少所用面积，且允许较容易的差动实施。CPS的宽度不相同。此特征允许在设定其特性阻抗方面有较多灵活性。在一较低金属层级(例如，Ml)，相对于CPS垂直地放置金属带作为屏蔽以减少基板损耗。这样的金属带还经设计以减小CPS中的波传播速度，且减小耦合器的总体大小。

在一单端实施例中：该耦合器包括经放置于金属带上/下的耦合线，所述金属带与所述耦合线垂直。所述带屏蔽改良耦合、隔离，具有较小的耦合器大小及较高的特性阻抗。

一种移相器及其方法包括经接地屏蔽的混合式耦合器。反射端子连接至该混合式耦合器，该混合式耦合器经配置以使经接收的信号相移，其中所述反射端子包括并联LC电路。