[发明专利]用于毫米波5GMIMO通信系统的发射器/接收器模块

说明书

本文公开了用于毫米波5G MIMO通信系统的发射器/接收器模块。发射/接收模块包括被配置为在发射和接收模式中操作的集成控制电路。在发射模式中，集成控制电路将数字输入信号转换成多个相移RF发射信号。在接收模式中，集成控制电路将RF接收信号转换成数字输出信号。发射/接收模块还包括连接的多个发射/接收集成电路。每个发射/接收集成电路在发射模式期间使用功率放大器放大RF发射信号之一，并且在接收模式期间使用低噪声放大器放大RF接收信号之一。集成控制电路在发射模式中偏置功率放大器并且校准功率放大器的功率水平。集成控制电路在接收模式期间通过控制低噪声放大器来保护集成控制电路免于破坏。

技术领域

本申请总体上涉及通信系统，并且更具体地涉及5G相控阵发射/接收模块。

背景技术

第五代(5G)无线是指被设置为替代当前第四代(4G)电信标准的所提出的电信标准。5G旨在提供提高的网络能力，包括更快的下载速度、更大的带宽、频谱效率、更低的延迟等。5G标准将使用高频/短波长频谱，例如在20GHz到60GHz的范围内，其对应于在5mm到15mm的范围内的波长。这些短波长关于用于发射和接收RF信号的基站设备而言存在独特的设计挑战。

相控天线阵列通常是指使用多个天线(两个或更多个)和相移来发射和接收RF信号的通信系统。相控天线阵列与单天线系统相比提供了许多优点，诸如高增益、方向可控性和同时通信。目前，没有市售的5G mmW(毫米波长)相控天线阵列系统。关于5G mmW相控天线阵列系统的一个显著的设计挑战是，天线元件之间的间隔必须与RF信号的波长相关，通常为波长的1/2。在5G系统的情况下，这表示天线必须在2mm到7mm的范围内彼此间隔开，这对空间效率是非常重要的。为此，优选的是可以在非常高的频率下操作并且提供小的占地面积的放大器器件。能够在非常高的频率下操作并且具有小的占地面积的一个放大器器件是III-V半导体器件，诸如GaN(砷化镓)基HEMT(高电子迁移率场效应晶体管)放大器器件。III-V半导体器件通常是常开器件。也就是说，这些器件具有在没有任何栅极偏置的情况下存在的自导通沟道。因此，这些常开器件必须由能够生成负电压以关断器件的电路来控制。在5G mmW(毫米波长)相控天线阵列系统的上下文中，GaN基HEMT器件虽然有前途但是引入了关于栅极偏置、动态漏极电流效应的补偿、功率回退等的独特的和目前尚未解决的挑战。

发明内容

公开了一种发射/接收模块。根据实施例，发射/接收模块包括被配置为在发射模式和接收模式中操作的集成控制电路。在发射模式中，集成控制电路被配置为将数字输入信号转换成与相控阵的辐射模式相对应的多个相移RF发射信号。在接收模式中，集成控制电路被配置为将从相控阵接收的RF接收信号转换成数字输出信号。发射/接收模块还包括连接到集成控制电路并且由其控制的多个发射/接收集成电路。每个发射/接收集成电路被配置为在发射模式期间使用功率放大器放大RF发射信号之一，并且在接收模式期间使用低噪声放大器放大RF接收信号之一。集成控制电路被配置为在发射模式中偏置至少一个发射/接收集成电路的功率放大器并且校准至少一个发射/接收放大器集成电路的功率放大器的功率水平。集成控制电路被配置为在接收模式期间通过控制至少一个发射/接收放大器集成电路的低噪声放大器来保护集成控制电路免于破坏。

根据另一实施例，发射/接收模块包括集成控制电路。集成控制电路包括：RFIC输入端子；多对I/O端子，每对I/O端子包括TX输出端子和RX输入端子；具有连接到RFIC输入端子的输入的功率分配器/组合器；连接在功率分配器/组合器的输出与I/O端子之间的多个移相器、以及连接到每个I/O端子的功率传感器。发射/接收模块还包括连接到集成控制电路的多个发射/接收集成电路。每个发射/接收集成电路包括：连接到一对I/O端子的TX输出端子的TX输入端子、连接到来自一对I/O端子的RX输入端子的RX输出端子、天线接口端子、连接到TX输入端子的功率放大器、连接到RX输出端子的低噪声放大器、以及连接在功率放大器、低噪声放大器和天线接口端子之间的开关。发射/接收集成电路的每个功率放大器的最终级的栅极端子和漏极端子独立地连接到集成控制电路并且由集成控制电路可控制。