本发明专利技术涉及毫米波RF天线阵列装置。该装置包括单芯片MMIC，所述单芯片MMIC包括天线阵列装置的有源电路元件。有源电路元件至少包括被配置成对天线阵列的天线元件进行馈送的天线馈送电路。该装置包括由低损耗RF材料例如玻璃、低温共烧陶瓷LTCC或印刷电路板PCB制成的插置件。该插置件包括RF分配网络的传输线和天线阵列的多个天线元件。将插置件的传输线耦合至MMIC以提供RF连接，以用于将RF信号分配至天线馈送电路或者对来自天线馈送电路的RF信号进行分配。插置件的包括RF分配网络的传输线和多个天线元件的区域与MMIC的包括所述天线馈送电路的区域并置。送电路的区域并置。送电路的区域并置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】毫米波天线阵列装置
[0001]本公开内容涉及天线，并且特别地涉及适用于以毫米波(mm波)频率形成波束的天线阵列。
[0002]本专利技术涉及与毫米波天线阵列相关的装置。更特别地，本专利技术涉及用于毫米波天线阵列的装置的结构。
技术介绍
[0003]使用毫米波频率下的相控天线阵列通过在基站与移动设备之间建立高带宽定向链路来提供以高数据速率支持多个用户的路径。毫米波占据了从30GHz至300GHz的频谱，并且波长在1mm与10mm之间的范围内。毫米波频率对未来的具有高容量要求的5G网络具有重大意义。
[0004]天线阵列中的元件的数目是关于相控天线阵列性能的关键参数。元件的数目限定了天线波束的有效各向同性辐射功率和特性，包括波束宽度。例如，典型的64个元件、94GHz的硅相控天线阵列只能覆盖数十米，而1024个元件的硅相控天线阵列可以形成超过10km的链路。因此，按比例调节天线阵列的天线元件的数目是重要的，换句话说，增加天线阵列的天线元件的数目是重要的。
[0005]当实现耦合至发送器或接收器的天线阵列装置时，应当为RF芯片分配多个射频(RF)信号、直流(DC)信号和数字分配网络例如串行外围接口(SPI)信号。SPI是用于控制有源电路元件的操作的接口的示例。另外，收发器可能需要本地振荡器(LO)信号、基带信号和中频(IF)信号，这取决于架构。即使在少量的天线阵列元件的情况下，在插置件上对mm波频率下的RF、DC和SPI互连进行路由也是个挑战。术语插置件是指通常用于电子应用中的载体平台，例如载体印刷电路板(PCB)或其他等同的载体平台。信号的路由是在实践中将天线元件的数目限制为约64个至256个天线元件的主要原因之一，这取决于频率。
[0006]该问题的复杂性随着频率的增加而进一步增加。例如，在110GHz与170GHz之间的频率范围中且以2.7mm与1.8mm之间的波长进行操作的D波段天线阵列中的相邻天线元件之间的距离仅为约1mm。因此，用于对多个互连进行路由的空间非常有限。同时，关于D波段的实际应用要求阵列中有多于1000个天线元件。
[0007]迄今为止，按比例调节天线阵列的这种实现方式是多个IC按比例调节的基于硅的相控天线阵列中最受欢迎的。
[0008]相关技术的描述
[0009]Samet Zihir等人在2016年12月的IEEE Transactions On Microwave Theory and Techniques第64卷第12期的“60
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GHz 64
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and 256
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Elements Wafer
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Scale Phased
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Array Transmitters Using Full
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Reticle and Subreticle Stitching Techniques”中提出利用具有单个大芯片的天线阵列来解决路由问题。用于控制波束转向、RF、DC和数字分配网络即SPI连接的所有RF模块和数字区块都构建在同一硅芯片上。该芯片可以放置在低成本的印刷电路板上，因为它仅需要基带信号或中频信号、用于本地振荡器的晶体参考信
号以及数字控制。芯片利用插置件倒装芯片，在该插置件上制造有天线阵列的天线元件。
[0010]该单个芯片架构解决了路由问题。然而，使用硅来进行RF信号的分配会导致另一问题：硅上的毫米波传输线具有非常高的损耗。例如，硅上的共面波导传输线在150GHz(D波段)下具有约1.5dB/mm的损耗。D波段下的1000个元件天线阵列的尺寸为32
×
32mm。为了在此类天线中分配RF信号，RF信号需要被分配30mm至40mm的距离。在这种情况下，分配RF信号的损耗可能高达45dB至60dB。为了补偿这些损耗，在已知的“单个”芯片架构中使用额外的放大器，这需要额外的功率。尽管MMIC在高频下不是很有效，但是这些额外的放大器会产生大量热量，这使得天线阵列的热管理变得复杂。
[0011]专利申请US 2020/0194901公开了射频天线阵列，该射频天线阵列包括插置件组件和导电柱。具有单个微带迹线的插置件组件将信号从小型MMIC馈送至串联布置的贴片天线。导电柱在射频印刷电路板上保持插置件与接地层之间的距离。
技术实现思路
[0012]目的是提供如下装置，该装置解决了降低毫米波天线阵列的功耗并简化毫米波天线阵列的热管理的问题，同时实现了操作所需的信号的更通用的路由。
[0013]本专利技术的目的是利用根据权利要求1的特征部分的装置实现的。
[0014]在从属权利要求中公开了本专利技术的优选实施方式。
[0015]根据第一方面，提供了一种毫米波射频RF天线阵列装置。该装置包括单芯片单片微波集成电路MMIC，所述MMIC包括天线阵列装置的有源电路元件。有源电路元件至少包括被配置成对天线阵列的天线元件进行馈送的天线馈送电路。天线阵列装置包括插置件，该插置件由低损耗RF材料例如玻璃、低温共烧陶瓷LTCC或印刷电路板PCB制成。插置件包括RF分配网络的传输线和天线阵列的多个天线元件。将插置件的传输线耦合至MMIC以提供RF连接，以用于将RF信号分配至天线馈送电路或者对来自天线馈送电路的RF信号进行分配。插置件的包括RF分配网络的传输线和多个天线元件的区域与MMIC的包括所述天线馈送电路的区域并置。
[0016]根据第二方面，MMIC的包括被配置成对相应天线元件进行馈送的天线馈送电路的一部分的每个部分与插置件的包括相应天线元件的部分并置。
[0017]根据第三方面，天线馈送电路包括用于执行波束成形的有源电路元件，例如可变增益放大器和移相器。
[0018]根据第四方面，天线阵列装置包括多个发送信号路径，每个发送信号路径从发送器的输出端经由插置件上的RF分配网络的传输线的相应部分并且经由MMIC中的发送信号路径的相应天线馈送电路行进至多个天线元件中的一个天线元件的输入端。替选地或附加地，天线阵列装置包括多个接收信号路径，每个接收信号路径从多个天线元件中的一个天线元件的输出端经由MMIC中的接收信号路径的相应天线馈送电路并且经由插置件上的RF分配网络的传输线的相应部分行进至接收器的输入端中。
[0019]根据第五方面，有源电路元件包括发送器、接收器、放大器、移相器、模数转换器、数模转换器和串行外围接口中的至少一个，并且其中，MMIC还包括DC供应电压互连和/或数字分配网络例如串行外围接口互连。
[0020]根据第六方面，RF分配网络包括一个或更多个功分器。
[0021]根据第七方面，所述一个或更多个功分器包括在MMIC和/或插置件中。
[0022]根据第八方面，MMIC在发送信号路径或接收信号路径上包括至少一个第一功分器，并且其中，插置件在相应发送信号路径或接收信号路径上包括一个或更多个另外的功分器，其中，所述一个或更多个另外的功分器沿相应发送信号路径或接收信号路径与至少本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种毫米波射频RF天线阵列装置，所述毫米波射频RF天线阵列装置包括单芯片单片微波集成电路MMIC，所述MMIC包括所述天线阵列装置的有源电路元件，其中，所述有源电路元件至少包括被配置成对天线阵列的天线元件进行馈送的天线馈送电路，所述天线阵列装置包括：插置件，其由低损耗RF材料例如玻璃、低温共烧陶瓷LTCC或印刷电路板PCB制成，其中，所述插置件包括RF分配网络的传输线和所述天线阵列的多个天线元件，其特征在于，将所述插置件上的所述RF分配网络(120)的所述传输线耦合至所述MMIC以提供RF连接，以用于经由所述MMIC的有源电路元件将RF信号分配至包括在所述MMIC中的所述天线馈送电路或者对来自包括在所述MMIC中的所述天线馈送电路的RF信号进行分配，使得所述RF信号经由电接触部在所述MMIC中的有源电路元件与所述插置件中的所述RF分配网络的传输线中的各部分之间来回行进，并且所述插置件的包括所述RF分配网络的所述传输线和所述多个天线元件的区域与所述MMIC的包括所述天线馈送电路的区域并置。2.根据权利要求1所述的天线阵列装置，其中，所述MMIC的包括被配置成对相应天线元件进行馈送的所述天线馈送电路的一部分的每个部分与所述插置件的包括所述相应天线元件的部分并置。3.根据权利要求1或2所述的天线阵列装置，其中，所述天线馈送电路包括用于执行波束成形的有源电路元件，例如可变增益放大器和移相器。4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线阵列装置，其中，所述天线阵列装置包括多个发送信号路径，每个发送信号路径从发送器的输出端经由所述插置件上的所述RF分配网络的传输线的相应部分并且经由所述MMIC中的所述发送信号路径的相应天线馈送电路行进至所述多个天线元件中的一个天线元件的输入端，并且/或者其中，所述天线阵列装置包括多个接收信号路径，每个接收信号路径从所述多个天线元件中的一个天线元件的输出端经由所述MMIC中的所述接收信号路径的相应天线馈送电路并且经由所述插置件上的所述RF分配网络的所述传输线的相应部分行进至接收器的输入端...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉迪米尔，
申请(专利权)人：芬兰国家技术研究中心股份公司，
类型：发明
国别省市：
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