Title:
Hochfrequenzvorrichtung und entsprechendes Verfahren
Kind Code:
A1


Abstract:

Vorrichtungen und Verfahren zum Bestimmen von Phasenversätzen werden offenbart. Ein erstes Testsignal wird von einem ersten HF-Schaltungsteil zu einem zweiten HF-Schaltungsteil übertragen, wo eine Phasendifferenz zwischen dem ersten Testsignal und einem Referenzsignal (ref) gemessen wird. Ein zweites Testsignal wird von dem zweiten HF-Schaltungsteil zu dem ersten HF-Schaltungsteil übertragen, wo eine zweite Phasendifferenz zwischen dem zweiten Testsignal und dem Referenzsignal (ref) gemessen wird. Phasenversätze einer Verbindung (14) zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltungsteil oder einer Leitung (15), die das Referenzsignal zuführt, werden auf der Basis der ersten und der zweiten Phasendifferenz bestimmt. embedded image




Inventors:
Tiebout, Marc, Dr. (Finkenstein, AT)
Caruso, Michele, Dr. (Villach, AT)
Application Number:
DE102016124785A
Publication Date:
06/21/2018
Filing Date:
12/19/2016
Assignee:
Infineon Technologies AG, 85579 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102010011429A1N/A2011-09-15
DE112009000053T5N/A2010-10-14



Foreign References:
201403480352014-11-27
Attorney, Agent or Firm:
Kraus & Weisert Patentanwälte PartGmbB, 80539, München, DE
Claims:
Hochfrequenzvorrichtung, umfassend:
einen ersten Hochfrequenz-Schaltungsteil (10; 20),
einen zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteil (11; 21; 31),
eine Signalverbindung (14), die den ersten Hochfrequenz-Schaltungsteil (10; 20) mit dem zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteil (11; 21; 31) koppelt,
eine Referenzleitung (15), die dazu ausgelegt ist, dem ersten Hochfrequenz-Schaltungsteil (10; 20) und dem zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteil (11; 21; 31) ein Referenzsignal zuzuführen,
wobei der erste Hochfrequenz-Schaltungsteil (10; 20) dazu ausgelegt ist, ein erstes Testsignal (s1) auf der Basis des Referenzsignals zu erzeugen und das erste Testsignal über die Signalverbindung (14) zu übertragen,
wobei der zweite Hochfrequenz-Schaltungsteil dazu ausgelegt ist, eine erste Phasendifferenz zwischen dem über die Signalverbindung (14) empfangenen ersten Testsignal und dem Referenzsignal zu messen,
wobei der zweite Hochfrequenz-Schaltungsteil dazu ausgelegt ist, ein zweites Testsignal (s2) auf der Basis des Referenzsignals zu erzeugen und das zweite Testsignal über die Signalverbindung (14) zu übertragen,
wobei der erste Hochfrequenz-Schaltungsteil dazu ausgelegt ist, eine zweite Phasendifferenz zwischen dem über die Signalverbindung (14) empfangenen zweiten Testsignal und dem Referenzsignal zu messen, und
wobei die Hochfrequenzvorrichtung dazu ausgelegt ist, einen durch die Signalverbindung verursachten Phasenversatz und/oder einen durch eine das Referenzsignal bereitstellende Referenzleitung verursachten Phasenversatz auf der Basis der ersten Phasendifferenz und der zweiten Phasendifferenz zu bestimmen.

Hochfrequenzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Phasenversatzes ein Addieren der ersten und der zweiten Phasendifferenz umfasst.

Hochfrequenzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestimmen des Versatzes ein Subtrahieren von einer der ersten und der zweiten Phasendifferenz von der anderen der ersten und der zweiten Phasendifferenz umfasst.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Hochfrequenzvorrichtung zumindest ein Teil einer Phased-Array-Vorrichtung ist.

Hochfrequenzvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der erste Hochfrequenz-Schaltungsteil einen Digital-Analog- und/oder einen Analog-Digital-Wandler umfasst und der zweite Hochfrequenz-Schaltungsteil ein Phased-Array-Schaltungsteil ist, der mit einer Antenne eines Phased-Arrays zu koppeln ist.

Vorrichtung nach Anspruch 5, die mehrere zweite Hochfrequenz-Schaltungsteile umfasst, die den Hochfrequenz-Schaltungsteil umfassen, wobei jeder der mehreren zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteile mit mindestens einer Antenne zu koppeln ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Signalverbindung (14) ein Teil einer Wilkinson-Tree-Verbindung ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, wobei das Referenzsignal ein System-Taktsignal ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die Signalverbindung dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-Kommunikationssignal zu tragen.

Verfahren, umfassend:
Erzeugen eines auf einem Referenzsignal basierenden ersten Testsignals an einem ersten Hochfrequenz-Schaltungsteil,
Messen einer ersten Phasendifferenz zwischen dem ersten Testsignal und dem Referenzsignal an einem zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteil,
Erzeugen eines auf dem Referenzsignal basierenden zweiten Testsignals an dem zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteil,
Messen einer zweiten Phasendifferenz zwischen dem zweiten Testsignal und dem Referenzsignal an dem ersten Hochfrequenz-Schaltungsteil und
Bestimmen mindestens eines Phasenversatzes einer Verbindung, die das erste und das zweite Testsignal zwischen dem ersten und dem zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteil überträgt, und/oder einer Referenzleitung, die das Referenzsignal bereitstellt, auf der Basis der ersten Phasendifferenz und der zweiten Phasendifferenz.

Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bestimmen ein Addieren der ersten Phasendifferenz zur zweiten Phasendifferenz umfasst.

Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Bestimmen ein Subtrahieren von einer der ersten und der zweiten Phasendifferenz von der anderen der ersten und der zweiten Phasendifferenz umfasst.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, wobei der erste Hochfrequenz-Schaltungsteil und der zweite Hochfrequenz-Schaltungsteil Teile eines Phased-Array-Systems sind.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10-13, wobei das Referenzsignal ein System-Taktsignal ist.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10-14, wobei das Erzeugen des ersten Testsignals und/oder das Erzeugen des zweiten Testsignals ein Übertragen des ersten Testsignals und/oder des zweiten Testsignals über eine Kommunikationsverbindung umfasst, die zum Übertragen eines Hochfrequenz-Kommunikationssignals verwendet wird.

Description:
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich allgemein auf Hochfrequenz(HF)-Vorrichtungen, -Systeme und -Verfahren.

HINTERGRUND

Phased-Array-Übertragungs-/Empfangssysteme sind ein Beispiel für HF-Systeme, die für viele Anwendungen, wie z. B. Rundfunk-, Radar-, Weltraumkommunikations-, Wetterforschungs-, Optik-, Hochfrequenz(HF)-Identifikationssysteme und taktile Rückmeldesysteme, erwünscht sind. Solche Systeme können auch für Gestenerfassung, Kommunikations-Backhauling und Hochgeschwindigkeitsrouting in drahtlosen Gigabit (WiGig-Wireless Gigabit)- oder anderen Verbraucher-Funksystemen verwendet werden.

Ein Phased-Array-System umfasst ein Antennen-Array, in dem relative Phasen und Amplituden mehrerer Signale, die über die Antennen übertragen oder empfangen werden, eingestellt werden können. Diese Einstellung kann in verschiedenen Teilen der Systeme und Vorrichtungen durchgeführt werden, zum Beispiel in HF-, Zwischenfrequenz(IF - Intermediate Frequency)- oder Basisband(BB)-Teilen, vor oder nach der Analog-Digital- oder Digital-Analog-Wandlung usw. Durch eine korrekte Einstellung kann ein effektives Strahlungsmuster des Arrays in einer gewünschten Weise gebildet werden, was auch als Strahlformung bezeichnet wird. Diese Strahlformung des Strahlungsmusters tritt aufgrund konstruktiver und destruktiver Interferenz zwischen den Signalen auf, die von jeder Antenne des Antennen-Arrays übertragen werden. Durch einstellbare Phasen- und Amplitudenbeziehungen kann eine so genannte Strahlsteuerung durchgeführt werden, d. h. das Strahlungsmuster kann auch während der Übertragung modifiziert werden. Der Empfang kann auf ähnliche Weise erfolgen, um somit einen Empfang bereitzustellen, der für ein bestimmtes Strahlungsmuster empfindlich ist, beispielsweise für Strahlung aus einer bestimmten Richtung.

Eine Art von Phased-Arrays ist ein dynamisches Phased-Array. In einem dynamischen Phased-Array enthält jeder Signalpfad, der ein Signal zu einer Antenne liefert, einen einstellbaren Phasenschieber, und diese einstellbaren Phasenschieber können beispielsweise kollektiv verwendet werden, um einen Strahlungsstrahl zu verschieben. Außerdem können die Signalpfade einstellbare Verstärker umfassen, die weitere Einstellungsmöglichkeiten bieten. Solche einstellbaren Phasenschieber und/oder Verstärker können Verhaltensschwankungen aufweisen, zum Beispiel aufgrund von Prozess- oder Temperaturschwankungen. Dies beeinflusst die Genauigkeit eines erzeugten oder empfangenen Strahlungsmusters und/oder kann die Genauigkeit der Strahlsteuerung beeinflussen. Im Allgemeinen ist für eine genaue Strahlsteuerung eine genaue Phasenbeziehung zwischen verschiedenen Signalpfaden erforderlich.

In solchen Phased-Arrays werden Referenz-Taktsignale oder Übertragungssignale oft zu mehreren individuellen Schaltungsteilen, welche die Antennen steuern, übertragen. Unterschiedliche Leitungspfadlängen zu den unterschiedlichen Schaltungsteilen können in unterschiedlichen Phasenversätzen resultieren. Eine genaue Steuerung von Phasendifferenzen zwischen den unterschiedlichen Antennen ist jedoch wichtig für den Betrieb des Phased-Arrays. Daher ist es wünschenswert, in der Lage zu sein, die durch unterschiedliche Leitungspfadlängen erzeugten Phasenversätze zu messen, damit sie, zum Beispiel beim Steuern der einstellbaren Phasenschieber, berücksichtigt werden können.

Es ist daher ein Ziel, Möglichkeiten zur Durchführung solcher Phasenversatzmessungen bereitzustellen.

KURZDARSTELLUNG

Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ist bereitgestellt. Darüber hinaus ist ein Verfahren bereitgestellt, wie in Anspruch 10 definiert. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen.

Gemäß einer Ausführungsform ist eine Hochfrequenz(HF)-Vorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst:

  • einen ersten HF-Schaltungsteil,
  • einen zweiten HF-Schaltungsteil,
  • eine Signalverbindung, die den ersten HF-Schaltungsteil mit dem zweiten HF-Schaltungsteil koppelt,
  • eine Referenzleitung, die dazu ausgelegt ist, dem ersten HF-Schaltungsteil und dem zweiten HF-Schaltungsteil ein Referenzsignal zuzuführen,
  • wobei der erste HF-Schaltungsteil dazu ausgelegt ist, ein erstes Testsignal auf der Basis des Referenzsignals zu erzeugen und das erste Testsignal über die Signalverbindung zu übertragen,
  • wobei der zweite HF-Schaltungsteil dazu ausgelegt ist, eine erste Phasendifferenz zwischen dem über die Signalverbindung empfangenen ersten Testsignal und dem Referenzsignal zu messen,
  • wobei der zweite HF-Schaltungsteil dazu ausgelegt ist, ein zweites Testsignal auf der Basis des Referenzsignals zu erzeugen und das zweite Testsignal über die Signalverbindung zu übertragen,
  • wobei der erste HF-Schaltungsteil dazu ausgelegt ist, eine zweite Phasendifferenz zwischen dem über die Signalverbindung empfangenen zweiten Testsignal und dem Referenzsignal zu messen, und
  • wobei die HF-Vorrichtung dazu ausgelegt ist, einen durch die Signalverbindung verursachten Phasenversatz und/oder einen durch eine das Referenzsignal bereitstellende Referenzleitung verursachten Phasenversatz auf der Basis der ersten Phasendifferenz und der zweiten Phasendifferenz zu bestimmen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren bereitgestellt, das Folgendes umfasst:

  • Erzeugen eines auf einem Referenzsignal basierenden ersten Testsignals an einem ersten Hochfrequenz(HF)-Schaltungsteil,
  • Messen einer ersten Phasendifferenz zwischen dem ersten Testsignal und dem Referenzsignal an einem zweiten HF-Schaltungsteil,
  • Erzeugen eines auf dem Referenzsignal basierenden zweiten Testsignals an dem zweiten HF-Schaltungsteil,
  • Messen einer zweiten Phasendifferenz zwischen dem zweiten Testsignal und dem Referenzsignal an dem ersten HF-Schaltungsteil und
  • Bestimmen mindestens eines Phasenversatzes von einer Verbindung, die das erste und das zweite Testsignal zwischen dem ersten und dem zweiten HF-Schaltungsteil überträgt, und/oder einer Referenzleitung, die das Referenzsignal bereitstellt, auf der Basis der ersten Phasendifferenz und der zweiten Phasendifferenz.

Die obige Kurzdarstellung ist lediglich dazu gedacht, einen kurzen Überblick über einige Ausführungsformen zu geben, und ist nicht als begrenzend anzusehen.

Figurenliste

  • 1 ist ein Blockdiagramm einer Hochfrequenzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
  • 2 ist ein Diagramm eines Phased-Array-Systems gemäß einer Ausführungsform.
  • 3 ist ein Blockdiagramm eines Phased-Array-Systems gemäß einer Ausführungsform.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform darstellt.

Die 5A und 5B sind Diagramme, die Phased-Array-Systeme gemäß einiger Ausführungsformen darstellen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist anzumerken, dass diese Ausführungsformen lediglich als Beispiele gegeben sind und nicht als einschränkend aufzufassen sind. Während beispielsweise Ausführungsformen als zahlreiche Merkmale oder Elemente umfassend beschrieben sein können, können bei anderen Ausführungsformen manche dieser Merkmale oder Elemente weggelassen und/oder durch alternative Merkmale oder Elemente ersetzt werden. Außerdem können, abgesehen von Merkmalen oder Elementen, die ausdrücklich in den Zeichnungen gezeigt oder hier beschrieben sind, weitere Merkmale oder Elemente, zum Beispiel Merkmale oder Elemente, die üblicherweise in Phased-Array-Systemen verwendet werden, bereitgestellt werden.

Sofern nicht anderweitig angegeben, können Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden. Variationen oder Modifikationen, die mit Bezug auf eine der Ausführungsformen beschrieben werden, können ebenso auf andere Ausführungsformen anwendbar sein.

Wenden wir uns nun den Figuren zu, wo 1 eine Hochfrequenzvorrichtung (HF-Vorrichtung) gemäß einer Ausführungsform darstellt. Die Ausführungsform von 1 umfasst einen ersten Hochfrequenz-Schaltungsteil 10 und einen zweiten Hochfrequenz(HF)-Schaltungsteil 11. Ein Referenz-Taktsignal ref wird über eine Referenzleitung 15 sowohl dem ersten als auch dem zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteil 10, 11 zugeführt. Das Referenz-Taktsignal kann ein Zentralsystem-Taktsignal sein, das dem ersten und dem zweiten HF-Schaltungsteil 10, 11 und möglicherweise anderen Teilen eines Systems, das die Vorrichtung von 1 umfasst, eine Synchronisierungsfrequenz bereitstellt. Beispielsweise kann in 5G-Kommunikationssystemen eine Frequenz des Referenz-Taktsignals etwa 122 MHz betragen, ist aber nicht darauf begrenzt. Darüber hinaus überträgt der erste HF-Schaltungsteil ein Signal über eine Verbindung 14 zum zweiten HF-Schaltungsteil 11. Bei einigen Ausführungsformen kann der erste HF-Schaltungsteil 10 mit einer Basisbandschaltungsanordnung gekoppelt sein, um ein Basisbandsignal zu der Basisbandschaltungsanordnung zu übertragen und/oder ein Basisbandsignal von der Basisbandschaltungsanordnung zu empfangen. Das Basisbandsignal kann ein analoges oder ein digitales Signal sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der zweite HF-Schaltungsteil 11 mit einer Antenne gekoppelt sein, um Signale drahtlos zu übertragen und/oder zu empfangen.

Bei einigen Ausführungsformen kann das über die Verbindung 14 übertragene Signal ein Kommunikationssignal sein, zum Beispiel ein Breitbandsignal um 28 GHz im Falle eines 5G-Kommunikationssystems, zum Beispiel ein Übertragungssignal, das im ersten HF-Schaltungsteil 10 erzeugt oder umgewandelt und durch den zweiten HF-Schaltungsteil 11 einer Antenne zugeführt wird, zum Beispiel in einem Phased-Array. Bei anderen Ausführungsformen kann ein Empfangssignal als ein Kommunikationssignal vom zweiten HF-Schaltungsteil 11 über die Verbindung 14 zum ersten HF-Schaltungsteil 10 übertragen werden.

Die Übertragung über die Verbindung 14 erzeugt einen ersten Phasenversatz Δϕ1. Darüber hinaus erzeugt die Übertragung des Referenzsignals über die Referenzleitung 15 zum zweiten HF-Schaltungsteil 11 einen zweiten Phasenversatz Δϕ2. Bei Ausführungsformen ist es wünschenswert, diese Phasendifferenzen Δϕ1, Δϕ2 zu kennen, um sie beispielsweise bei der Einstellung der Phasen in einem Phased-Array zu berücksichtigen.

Zum Messen der Phasenversätze Δϕ1, Δϕ2 wird bei einigen Ausführungsformen ein auf dem Referenzsignal ref basierendes Testsignal s1 erzeugt und an einem Knoten 12 (Ausgangsknoten des ersten HF-Schaltungsteils 10) injiziert, und eine Phasendifferenz phasel zwischen dem Signal s1 und dem Referenzsignal ref wird an einem Knoten 13 gemessen, d. h. an dem zweiten HF-Schaltungsteil 11. phasel ist dann gleich phase1=(ϕref+Δϕ1)(ϕref+Δϕ2)embedded image

In Gleichung 1 ist ϕref die Phase des Referenzsignals ref am ersten Schaltungsteil 10 und somit auch von Signal s1 am Knoten 12 (da s1 auf dem Referenzsignal ref basiert). Die zweite Klammer der Gleichung (1) ϕref + Δϕ2 repräsentiert die Phase des Signals ref am Knoten 13, d. h. am zweiten HF-Schaltungsteil 11 (nachdem es über die Verbindung 15 übertragen worden ist), während der erste Ausdruck in Gleichung (1) ϕref + Δϕ1 die Phase des am Knoten 12 injizierten Testsignals am zweiten HF-Schaltungsteil (Knoten 13) repräsentiert, wo die Phase um Δϕ1 erhöht wird.

Dann wird eine zweite Messung durchgeführt, wo ein auf dem Referenzsignal ref basierendes zweites Testsignal s2 (das am Knoten 13 eine Phasenverzögerung Δϕ2 durchgemacht hat) am Knoten 13 injiziert wird, und eine Phasendifferenz phase2 zwischen diesem Signal s2 und dem Signal ref wird am ersten HF-Schaltungsteil (Knoten 12) gemessen. Für diese Phasendifferenz phase2 gilt Folgendes: phase2=(ϕref+Δϕ2+Δϕ1)ϕrefembedded image

Die Ausdrücke in Klammern in Gleichung (2) repräsentieren die Phase des Testsignals s2 am Knoten 12 (zuerst wird ref der Phasendifferenz Δϕ2 auf Leitung 15 unterzogen und dann erfährt das erzeugte Testsignal, das auf diesem Signal basiert, zusätzlich die Phasendifferenz Δϕ1 bei der Übertragung über die Verbindung 14), und der Ausdruck nach dem Minuszeichen repräsentiert die Phase des Referenzsignals ref am Knoten 12, d. h. am ersten HF-Schaltungsteil 10. Gleichung (1) kann auch wie folgt geschrieben werden: phase1=Δϕ1Δϕ2embedded imageund Gleichung (2) kann auch wie folgt geschrieben werden: phase2=Δϕ2+Δϕ1embedded image

Nach den Messergebnissen phasel und phase2 können Δϕ1 und Δϕ2 gemäß Folgendem berechnet werden: Δϕ2=(phase1phase2)/2embedded imageΔϕ1=(phase2+phase1)/2embedded image

Auf diese Weise können die Phasendifferenzen der Verbindungen 14 und der Leitung 15 gemessen und beispielsweise in einem Phased-Array berücksichtigt werden. Es ist anzumerken, dass zum Messen der Phasendifferenzen phasel und phase2 beliebige konventionelle geeignete Phasendetektoren, wie Quadratur-Phasendetektoren, verwendet werden können. Bei einigen Umsetzungen, zum Beispiel bei Phased-Arrays, können solche Phasendetektoren bereits für andere Zwecke vorhanden sein, zum Beispiel für einen eingebauten Selbsttest und eine Selbstkalibrierung des Phased-Array-Systems. Darüber hinaus können zum Erzeugen der Testsignale s1, s2, basierend auf dem Signal ref, Transceiver-Fähigkeiten der ersten und der zweiten HF-Schaltung 10, 11 verwendet werden, die ansonsten zum Übertragen von Signalen zwischen den HF-Schaltungsteilen 10, 11 verwendet werden.

Die oben beschriebenen Berechnungen können beispielsweise im ersten Schaltungsteil 10 und/oder zweiten Schaltungsteil 11 umgesetzt werden, wobei ein oder mehrere entsprechend programmierte Prozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), Logikschaltungen, Digitalsignalprozessoren oder eine beliebige andere geeignete Software, Hardware, Firmware oder Kombinationen davon verwendet werden.

Es ist anzumerken, dass für den Fall, dass nur einer der Phasenversätze Δϕ1, Δϕ2 von Interesse ist, nur der entsprechende Phasenversatz berechnet werden muss.

Als Nächstes werden beispielhafte Umgebungen, wo die oben erörterten Techniken zum Bestimmen von Phasendifferenzen zur Anwendung kommen, unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erörtert.

Als nicht einschränkende beispielhafte Umgebungen zeigen die 2 und 3 Phased-Array-Systeme. In den 2 und 3 werden, um Wiederholungen zu vermeiden, entsprechende oder ähnliche Elemente mit dengleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht zweimal beschrieben. Darüber hinaus werden Elemente, die mehrere Male in den Systemen auftauchen, mit dergleichen Nummer, gefolgt von einem Buchstaben (A, B, ...), bezeichnet und werden kollektiv nur durch die Nummer referenziert (beispielsweise bezieht sich eine Referenz zu Ziffer 21 kollektiv auf die Elemente 21A, 21B...).

In dem Phased-Array-System von 2 wandelt zur Übertragung ein Analog-Digital(AD)-/Digital-Analog(DA)-Wandler 20 für Übertragung/Empfang (TRX) eine digitale Repräsentation eines zu übertragenden/empfangenden Signals von einem Digitalteil 29, zum Beispiel einem Digitalsignalprozessor (DSP), in eine analoge Repräsentation des Signals um und überträgt sie zu mehreren Phased-Array-Schaltungen 21, in dem Beispiel von 2 zu den vier Phased-Array-Schaltungen 21A bis 21D. Die Anzahl von vier Phased-Array-Schaltungen 21 in 2 ist lediglich ein Beispiel und eine beliebige Anzahl von Phased-Array-Schaltungen 21 kann bereitgestellt werden, zum Beispiel bis zu mehreren hundert solcher Phased-Array-Schaltungen. In dem beispielhaften System von 2 steuert jede Phased-Array-Schaltung 21 eine entsprechende Antenne 27. Das analoge Übertragungssignal, das vom TRX-AD/DA 20 jeder der Phased-Array-Schaltungen 21 zugeführt wird, wird in Bezug auf eine Phase ϕ und eine Amplitude A in jeder der Phased-Array-Schaltungen 21 gegenüber dem entsprechenden EA-Signal individuell eingestellt, so dass Signale mit individuell eingestellten Phasen und Amplituden von den Antennen 27 übertragen werden. Dies wird in 2 durch ϕ1...ϕn und AI...An angezeigt. Durch konstruktive und destruktive Interferenz führt dies zu Strahlformung. In dem Beispiel von 2 wird eine Wellenfront 28 gebildet, die einen Winkel α in eine Richtung bildet, die von einer Ebene definiert wird, in der die Antennen 27 bereitgestellt sind. Dies ist jedoch lediglich ein nicht einschränkendes Beispiel. Die Phased-Array-Schaltungen 21 können ferner beim Übertragen von Signalen eine Frequenz-Aufwärtswandlung zu einer für die Übertragung verwendeten Hochfrequenz durchführen.

Beim Verteilen des analogen Übertragungssignals vom TRX-AD/DA 20 zu den Schaltungen 21 können, wie in 2 angezeigt, unterschiedliche Phasenversätze Δϕ1 aufgrund von unterschiedlichen Leitungslängen zu den Schaltungen 21 auftreten, die in Ausführungsformen beim Einstellen der Phase in den Schaltungen 21 berücksichtigt werden. Darüber hinaus können Phasenversätze Δϕ2 auftreten, wenn ein Referenzsignal Fref zu den Schaltungen 21 bereitgestellt wird. Der Versatz Δϕ1, Δϕ2 kann mithilfe von hier offenbarten Techniken bestimmt werden.

Es ist anzumerken, dass eine oder mehrere Schaltungen 21 in einem einzigen Chip integriert sein, aber auch als getrennte Chips bereitgestellt werden können. Oft werden in vergrößerten Phased-Arrays, die sogar einige hundert Antennen aufweisen, mehrere Phased-Array-Chips verwendet, die jeweils einem Teilsatz (d. h. einer oder mehreren) der Antennen dienen.

Zum Empfangen von Signalen werden über die Antennen 27 empfangene Signale in Bezug auf die Amplitude und die Phase eingestellt und möglicherweise von einer HF-Empfangsfrequenz auf eine Zwischenfrequenz heruntergewandelt. Die auf diese Weise eingestellten Signale werden kombiniert und dem TRX-AD/DA 20 zugeführt. Durch eine konstruktive und destruktive Interferenz führt die Kombination zu einer gewünschten Empfangscharakteristik, zum Beispiel einer richtungsempfindlichen Empfangscharakteristik.

Darüber hinaus umfassen die Phased-Array-Schaltungen 21 in dem Beispiel von 2 jeweils eine eingebaute Prüfeinrichtung (BITE - Built-In Testing Equipment), um Phasendifferenzen zwischen den unterschiedlichen Phased-Array-Schaltungen 21 zu messen und zu kalibrieren. Zu diesem Zweck umfassen die Phased-Array-Schaltungen 21 einen ersten Testsignalinjektor 23, einen zweiten Testsignalinjektor 26, Phasendetektoren 24, 25 und einen Lokaloszillator 22. Die Lokaloszillatoren 22 erzeugen ein Lokaloszillatorsignal, das auf einem Signal wie Ref basiert, das allen Lokaloszillatorschaltungen 22 zugeführt wird. Durch unterschiedliche Pfadlängen können Phasendifferenzen Δϕ in dem Signal Fref resultieren, wie es den Lokaloszillatorschaltungen 22 zugeführt wird. Die oben erörterten Komponenten können von einer digitalen Schnittstelle (nicht ausdrücklich in 2 gezeigt) gesteuert werden, um die Erzeugung des Lokaloszillatorsignals, die Signalinjektion und das Auslesen der Phasen-/Amplitudendetektoren 24, 25 zu steuern. Im Allgemeinen werden zum Messen relativer Phasen Testsignale von den Injektoren 23A, 26A erzeugt und durch die verschiedenen Signalpfade gesendet, und Phasen-/Amplitudenreferenzen werden von den Phasendetektoren 24, 25 gemessen, die zum Beispiel als Quadratur-Phasendetektoren implementiert werden können. Diese Kalibrierung selbst kann auf eine beliebige konventionelle Weise durchgeführt werden und ermöglicht es, das in 2 dargestellte System zu kalibrieren.

Das von der Lokaloszillatorschaltung 22 für eine solche Messung erzeugte Lokaloszillatorsignal kann als eine Referenz für die Phasendetektoren 24, 25 dienen. Außerdem kann das von den Lokaloszillatorschaltungen 22 erzeugte Lokaloszillatorsignal auch für andere Zwecke in der Schaltung von 2 verwendet werden, zum Beispiel für eine Auf-/Abwärtswandlung. Die Lokaloszillatorschaltungen 21 können jeweils eine Phasenregelkreisschaltung umfassen, um die PLL-Schaltung zu erzeugen, wobei das Signal Fref als ein Referenzsignal für den PLL dient.

Wie oben erwähnt, können die Phasendifferenzen Δϕ1, Δϕ2 in dem System von 2 unter Verwendung von hier offenbarten Techniken bestimmt werden, insbesondere unter Verwendung eines Ansatzes, wie bereits unter Bezugnahme auf 1 und unter Bezugnahme auf die Gleichungen (1) bis (6) erörtert. Das Signal Fref entspricht hier dem Referenzsignal ref von 1. Eine erste Messung wird durchgeführt, indem ein Testsignal an einem mit TRX in 2 bezeichneten Knoten injiziert wird, zum Beispiel durch Verwendung der internen Signalerzeugungs-/-übertragungsschaltungsanordnung vom TRX-AD/DA 20. Die Phasendifferenz relativ zu dem Signal Fref wird dann an den Phased-Array-Schaltungen 21 gemessen, zum Beispiel an den Eingangs-/Ausgangsknoten IO<1> bis IO<N>. Für die zweite Messung wird das Testsignal an einem Knoten IO(i) für den zu messenden entsprechenden Pfad injiziert und die Phasendifferenz wird am TRX-AD/DA 20 gemessen, d. h. für das Signal am Knoten TRX. Durch diese beiden Messungen können die durch den entsprechenden Leitungssignalpfad induzierten Phasenversätze in der oben erläuterten Weise unter Bezugnahme auf die Gleichungen (1) bis (6) bestimmt werden. Diese Prozedur kann für jede der Phased-Array-Schaltungen 21 durchgeführt werden.

In 3 wird eine Variation des Systems von 2 erörtert.

Um Wiederholungen zu vermeiden, tragen Elemente, die den bereits unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Elementen entsprechen, das gleiche Bezugszeichen und werden nicht erneut ausführlich beschrieben.

In dem System von 3 unterscheidet sich eine als Zwischenfrequenz für eine Auf-/Abwärtswandlung erforderliche Frequenz von einer für Prüfzwecke verwendeten Frequenz. Dies kann beispielsweise in einigen Mobiltelefon-/Netzwerksystemen der fünften Generation (5G) der Fall sein, die Signale bei einer Zwischenfrequenz von etwa 3 bis 6 GHz anstelle von 28 GHz verteilen. In diesem Fall werden Lokaloszillatorschaltungen 22 nur als Referenz für Prüfzwecke verwendet. Für Auf-/Abwärtswandlungen werden zusätzliche PLL-Schaltungen 32 in Phased-Array-Schaltungen 31 bereitgestellt und ein zusätzlicher PLL wird im TRX-AD/DA 20 bereitgestellt. Die zusätzlichen PLLs 30, 32 sind mit Mischern anoziiert, wie in 3 gezeigt.

Ebenfalls können in dem System von 3 die Phasenversätze Δϕ1, Δϕ2 gemessen werden, wie oben erörtert.

4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform darstellt. Zur einfacheren Erläuterung wird das Verfahren von 4 unter Bezugnahme auf die 1-3 beschrieben und kann unter Verwendung der Vorrichtungen und Systeme der 1-3 implementiert werden, ist aber nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus, obgleich das Verfahren als eine Folge von Handlungen oder Ereignissen gezeigt ist und beschrieben werden wird, ist die Reihenfolge, in der diese Handlungen oder Ereignisse gezeigt sind und beschrieben werden, nicht als einschränkend aufzufassen.

Bei 40 umfasst das Verfahren ein Erzeugen eines ersten Testsignals auf der Basis eines Referenzsignals an einem ersten Hochfrequenz-Schaltungsteil, zum Beispiel dem ersten Hochfrequenz-Schaltungsteil 10 von 1 oder dem TRX-AD/DA 20 der 2 und 3.

Bei 41 umfasst das Verfahren ein Messen einer ersten Phasendifferenz an einem zweiten HF-Schaltungsteil, zum Beispiel dem zweiten HF-Schaltungsteil 11 von 1 oder einer beliebigen der ersten Phased-Array-Schaltungen 21, 31 der 2 oder 3. Die Phasendifferenz wird zwischen dem am zweiten HF-Schaltungsteil empfangenen Testsignal und dem am zweiten HF-Schaltungsteil empfangenen Referenzsignal gemessen.

Bei 42 umfasst das Verfahren ein Erzeugen eines zweiten Testsignals am zweiten HF-Schaltungsteil auf der Basis des Referenzsignals. Bei 43 umfasst das Verfahren ein Messen einer zweiten Phasendifferenz am ersten HF-Schaltungsteil zwischen dem am ersten HF-Schaltungsteil empfangenen zweiten Testsignal und dem am ersten HF-Schaltungsteil empfangenen Referenzsignal.

Bei 44 umfasst das Verfahren dann ein Bestimmen von Phasenversätzen von Verbindungen und Leitungen, wo das erste und das zweite Testsignal und die Referenzsignale übertragen worden sind, auf der Basis der ersten und der zweiten Phasendifferenz, zum Beispiel basierend auf den Gleichungen (5) und (6), wie oben erläutert.

Als Nächstes werden, unter Bezugnahme auf die 5A und 5B, Phased-Array-Systeme mit unterschiedlichen Verteilungsplänen zum Bereitstellen eines Übertragungssignals oder zum Empfangen eines Empfangssignals zu/von mehreren Phased-Array-Schaltungen in Verbindung mit mehreren Antennen erörtert. Ähnliche Verteilungspläne können auf das Verteilen eines Referenzsignals, wie des Signals Fref der 2 und 3, angewendet werden.

In 5A wird ein Signal von einem TRX-AD/DA 50, das denselben Funktionen wie den für den TRX-AD/DA 20 der 2 und 3 beschriebenen dienen kann, auf eine Mehrzahl von Phased-Array-Schaltungen 52 verteilt oder von diesen erfasst, die mit einer entsprechenden Mehrzahl von Antennen 53 verbunden sind, die um den Abstand d beabstandet sind. Der TRX-AD/DA 50 empfängt ein Digitalsignal von einem Digitalteil 55, zum Beispiel einem Digitalsignalprozessor (DSP) oder einer anderen Digitalschaltungsanordnung, und/oder führt diesem ein Digitalsignal zu. Die Phased-Array-Schaltungen 52 können ähnlichen Funktionen wie die Phased-Array-Schaltungen 21 von 2 oder 31 von 3 dienen und Phasen- und/oder Amplitudenmodulationen für die Signale bereitstellen, um beispielsweise eine gewünschte Wellenfront 54 zu erhalten.

Das Signal wird über einen Wilkinson-Tree 51 vom TRX-AD/DA 50 zu den Phased-Array-Schaltungen 52 verteilt oder von den Phased-Array-Schaltungen 52 zum TRX-AD/DA 50 erfasst. Falls der Wilkinson-Tree genau symmetrisch ist, würden die Phasendifferenzen für alle Phased-Array-Schaltungen 52 gleich sein. Abweichungen von der Symmetrie können jedoch zu unterschiedlichen Phasenversätzen führen, die anhand der oben beschriebenen Techniken bestimmt werden können.

5B ist eine Variation der Anordnung von 5A, bei der zwei TRX-AD/DAs 50A, 50B verwendet werden, wobei jeder jeweils über einen Wilkinson-Tree 51A, 51B mit einem Teilsatz der Phased-Array-Schaltungen 52 gekoppelt ist. Andere Variationen, zum Beispiel unterschiedliche Anzahlen von TRX-AD/DAs oder unterschiedliche Anzahlen von Phased-Array-Schaltungen 52, sind ebenfalls möglich. Abgesehen von einer symmetrischen Baumstruktur sind auch andere Verteilungen, zum Beispiel mit nur einem einzigen Knoten, der das Signal in Signale für eine Mehrzahl von Phased-Array-Schaltungen aufspaltet, möglich. In Anbetracht dieser Variationen und Modifikationen wird erneut angemerkt, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen nicht als einschränkend in irgendeiner Weise aufzufassen sind.

Die folgenden Beispiele sind Ausführungsbeispiele.

Beispiel 1. Eine Hochfrequenzvorrichtung, umfassend:

  • einen ersten Hochfrequenz-Schaltungsteil (10; 20),
  • einen zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteil (11; 21; 31),
  • eine Signalverbindung (14), die den ersten Hochfrequenz-Schaltungsteil (10; 20) mit dem zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteil (11; 21; 31) koppelt,
  • eine Referenzleitung (15), die dazu ausgelegt ist, dem ersten Hochfrequenz-Schaltungsteil (10; 20) und dem zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteil (11; 21; 31) ein Referenzsignal zuzuführen,
  • wobei der erste Hochfrequenz-Schaltungsteil (10; 20) dazu ausgelegt ist, ein erstes Testsignal (s1) auf der Basis des Referenzsignals zu erzeugen und das erste Testsignal über die Signalverbindung (14) zu übertragen,
  • wobei der zweite Hochfrequenz-Schaltungsteil dazu ausgelegt ist, eine erste Phasendifferenz zwischen dem über die Signalverbindung (14) empfangenen ersten Testsignal und dem Referenzsignal zu messen,
  • wobei der zweite Hochfrequenz-Schaltungsteil dazu ausgelegt ist, ein zweites Testsignal (s2) auf der Basis des Referenzsignals zu erzeugen und das zweite Testsignal über die Signalverbindung (14) zu übertragen,
  • wobei der erste Hochfrequenz-Schaltungsteil dazu ausgelegt ist, eine zweite Phasendifferenz zwischen dem über die Signalverbindung (14) empfangenen zweiten Testsignal und dem Referenzsignal zu messen, und
  • wobei die Hochfrequenzvorrichtung dazu ausgelegt ist, einen durch die Signalverbindung verursachten Phasenversatz und/oder einen durch eine das Referenzsignal bereitstellende Referenzleitung verursachten Phasenversatz auf der Basis der ersten Phasendifferenz und der zweiten Phasendifferenz zu bestimmen.

Beispiel 2. Die Hochfrequenzvorrichtung nach Beispiel 1, wobei das Bestimmen des Phasenversatzes ein Addieren der ersten und der zweiten Phasendifferenz umfasst.

Beispiel 3. Die Hochfrequenzvorrichtung nach Beispiel 1, wobei das Bestimmen des Versatzes ein Subtrahieren von einer der ersten und der zweiten Phasendifferenz von der anderen der ersten und der zweiten Phasendifferenz umfasst.

Beispiel 4. Die Vorrichtung nach Beispiel 1, wobei die Hochfrequenzvorrichtung zumindest ein Teil einer Phased-Array-Vorrichtung ist.

Beispiel 5. Die Hochfrequenzvorrichtung nach Beispiel 4, wobei der erste Hochfrequenz-Schaltungsteil einen Digital-Analog- und/oder einen Analog-Digital-Wandler umfasst und der zweite Hochfrequenz-Schaltungsteil ein Phased-Array-Schaltungsteil ist, der mit einer Antenne eines Phased-Arrays zu koppeln ist.

Beispiel 6. Die Vorrichtung nach Beispiel 5, die mehrere zweite Hochfrequenz-Schaltungsteile umfasst, die den Hochfrequenz-Schaltungsteil umfassen, wobei jeder der mehreren zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteile mit mindestens einer Antenne zu koppeln ist.

Beispiel 7. Die Vorrichtung nach Beispiel 1, wobei die Signalverbindung (14) ein Teil einer Wilkinson-Tree-Verbindung ist.

Beispiel 8. Die Vorrichtung nach Beispiel 1, wobei das Referenzsignal ein System-Taktsignal ist.

Beispiel 9. Die Vorrichtung nach Beispiel 1, wobei die Signalverbindung dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-Kommunikationssignal zu tragen.

Beispiel 10. Ein Verfahren, umfassend:

  • Erzeugen eines auf einem Referenzsignal basierenden ersten Testsignals an einem ersten Hochfrequenz-Schaltungsteil,
  • Messen einer ersten Phasendifferenz zwischen dem ersten Testsignal und dem Referenzsignal an einem zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteil,
  • Erzeugen eines auf dem Referenzsignal basierenden zweiten Testsignals an dem zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteil, Messen einer zweiten Phasendifferenz zwischen dem zweiten Testsignal und dem Referenzsignal an dem ersten Hochfrequenz-Schaltungsteil und
  • Bestimmen mindestens eines Phasenversatzes einer Verbindung, die das erste und das zweite Testsignal zwischen dem ersten und dem zweiten Hochfrequenz-Schaltungsteil überträgt, und/oder einer Referenzleitung, die das Referenzsignal bereitstellt, auf der Basis der ersten Phasendifferenz und der zweiten Phasendifferenz.

Beispiel 11. Das Verfahren nach Beispiel 10, wobei das Bestimmen ein Addieren der ersten Phasendifferenz zur zweiten Phasendifferenz umfasst.

Beispiel 12. Das Verfahren nach Beispiel 10, wobei das Bestimmen ein Subtrahieren von einer der ersten und der zweiten Phasendifferenz von der anderen der ersten und der zweiten Phasendifferenz umfasst.

Beispiel 13. Verfahren nach Beispiel 10, wobei der erste Hochfrequenz-Schaltungsteil und der zweite Hochfrequenz-Schaltungsteil Teile eines Phased-Array-Systems sind.

Beispiel 14. Das Verfahren nach Beispiel 10, wobei das Referenzsignal ein System-Taktsignal ist.

Beispiel 15. Das Verfahren nach Beispiel 10, wobei das Erzeugen des ersten Testsignals und/oder das Erzeugen des zweiten Testsignals ein Übertragen des ersten Testsignals und/oder des zweiten Testsignals über eine Kommunikationsverbindung umfasst, die zum Übertragen eines Hochfrequenz-Kommunikationssignals verwendet wird.

Die obigen Beispiele sind nicht als einschränkend zu betrachten.