一种射频阵列控制电路及其控制方法

摘要

本发明公开了一种射频阵列控制电路，包括控制信号生成模块、信息存储与转换模块以及负载模块。其中信息存储与转换模块包括信息存储模块和信息转换模块。负载模块包括隔离与缓冲模块、开关控制模块以及负载电路。本发明可以实现对每个射频阵列单元都进行控制的最大的调控自由度，并且可以大量减少控制线的条数。与传统的方法相比，可以将控制的复杂度从N2降低到N，即对于常见的N×N的方阵，使用传统方法进行控制，为实现最大的调控自由度，需要N2根控制线对其进行一一对应的控制；而使用本发明的控制阵列及方法，实现最大的调控自由度仅需要N根控制线提供存储工作状态控制信息、N根线提供负载工作状态控制信息，共计2N根控制线。

权利要求

1.一种射频阵列控制电路，其特征在于，包括控制信号生成模块(1)、信息存储与转换模块(2)以及负载模块(3)；

其中信息存储与转换模块(2)包括信息存储模块(21)和信息转换模块(22)；负载模块(3)包括隔离与缓冲模块(31)、开关控制模块(32)以及负载电路(33)；

所述控制信号生成模块(1)用于生成存储工作状态信息和负载工作状态信息，所述存储工作状态信息用于控制所述信息存储模块(21)的工作状态，所述负载工作状态信息用于控制所述开关控制模块(32)；

所述信息存储模块(21)用于接收控制信号生成模块(1)所生成的存储工作状态信息和负载工作状态信息，并根据接收到的存储工作状态信息确定其工作状态，并根据其工作状态确定是否将接收到的负载工作状态信息传递到所述信息转换模块(22)；所述信息存储模块(21)的工作状态包括记忆模式和直通模式；所述记忆模式在接收到所述负载工作状态信息时，不作出任何响应；所述直通模式在接收到所述负载工作状态信息时，将接收到的负载工作状态信息传递到所述信息转换模块(22)；所述信息存储模块(21)包括多个锁存器，每一个锁存器同时接收所述控制信号生成模块(1)所发送的存储工作状态信息和负载工作状态信息，并根据所接收到的存储工作状态信息调整其工作状态，并且根据其工作状态将所接收到的负载工作状态信息发送到所述信息转换模块(22)，且所述控制信号生成模块(1)每一次发送的存储工作状态信息只使得其中一个锁存器的工作状态为直通模式；

所述信息转换模块(22)用于将接收到的负载工作状态信息的信息格式转化为开关控制模块(32)可以识别的信息格式，并将其传递到所述隔离与缓冲模块(31)；

所述隔离与缓冲模块(31)用于将接收到的负载工作状态信息传递到所述开关控制模块(32)，同时将负载工作状态信息与所述负载电路(33)隔离；

所述开关控制模块(32)用于接收负载工作状态信息，并根据负载工作状态信息控制连接所述负载电路(33)的开关通断；

所述负载电路(33)为要调整的射频整列控制电路。

2.如权利要求1所述的一种射频阵列控制电路，其特征在于，所述控制信号生成模块(1)多次发送存储工作状态信息和负载工作状态信息，使得每一个锁存器都被遍历。

3.一种射频阵列控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：控制信号生成模块(1)生成存储工作状态信息和负载工作状态信息；

S2：信息存储模块(21)接收控制信号生成模块(1)所生成的存储工作状态信息和负载工作状态信息，并根据接收到的存储工作状态信息确定其工作状态，并根据其工作状态确定是否将接收到的负载工作状态信息传递到信息转换模块(22)；所述信息存储模块(21)的工作状态包括记忆模式和直通模式；当信息存储模块(21)的工作状态为记忆模式时，信息存储模块(21)在接收到所述负载工作状态信息时，不作出任何响应；当信息存储模块(21)的工作状态为直通模式时，信息存储模块(21)在接收到所述负载工作状态信息时，将接收到的负载工作状态信息传递到所述信息转换模块(22)；所述信息存储模块(21)包括多个锁存器，所述控制信号生成模块(1)同时向每一个锁存器发送存储工作状态信息和负载工作状态信息，且所述控制信号生成模块(1)每一次发送的存储工作状态信息只使得其中一个锁存器的工作状态为直通模式；

S3：信息转换模块(22)将接收到的负载工作状态信息的信息格式转化为开关控制模块(32)可以识别的信息格式，并将其传递到隔离与缓冲模块(31)；

S4：隔离与缓冲模块(31)将接收到的负载工作状态信息传递到开关控制模块(32)，同时将负载工作状态信息与负载电路(33)隔离；

S5：开关控制模块(32)用于接收负载工作状态信息，并根据负载工作状态信息控制连接所述负载电路(33)的开关通断。

4.如权利要求3所述的一种射频阵列控制方法，其特征在于，所述控制信号生成模块(1)多次发送存储工作状态信息和负载工作状态信息，使得每一个锁存器都被遍历。

说明书

一种射频阵列控制电路及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及射频阵列领域，特别涉及一种射频阵列控制电路及其控制方法。

背景技术

[0002] 现有的可调射频阵列上加载的射频阵列单元结构的馈电方式比较复杂，主要是利用金属细线连接到偏置电压接口，通过控制金属细线供给的电压来调整射频阵列单元的工
作状态。

[0003] 基于此种方法，主要有两种控制思路，一是由于射频阵列很多时候是对称的，所以可以将多个单元由一根控制线进行控制，此法控制线条数相对较少，但是射频阵列的可调
自由度会受到一定的限制；二是对每一个射频阵列单元都由一根控制线进行控制，此法可
以实现最大的射频阵列的可调自由度，但是当可调射频阵列比较复杂时，控制线的数目过
多，不仅对控制系统(如MCU、FPGA)的端口的数目带来了巨大的挑战，而且对控制算法的编
写来带了巨大的困难。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种射频阵列控制电路及其控制方法，使得对每个射频阵列单元都可以分别控制，同时使得控制线的数目可以控制
在一个比较小的数目。

[0005] 为此，本发明提供一种射频阵列控制电路，包括控制信号生成模块、信息存储与转换模块以及负载模块。

[0006] 其中信息存储与转换模块包括信息存储模块和信息转换模块。负载模块包括隔离与缓冲模块、开关控制模块以及负载电路。

[0007] 所述控制信号生成模块用于生成存储工作状态信息和负载工作状态信息，所述存储工作状态信息用于控制所述信息存储模块的工作状态，所述负载工作状态信息用于控制
所述开关控制模块。

[0008] 所述信息存储模块用于接收控制信号生成模块所生成的存储工作状态信息和负载工作状态信息，并根据接收到的存储工作状态信息确定其工作状态，并根据其工作状态
确定是否将接收到的负载工作状态信息传递到所述信息转换模块。

[0009] 所述信息转换模块用于将接收到的负载工作状态信息的信息格式转化为开关控制模块可以识别的信息格式，并将其传递到所述隔离与缓冲模块。

[0010] 所述隔离与缓冲模块用于将接收到的负载工作状态信息传递到所述开关控制模块，同时将负载工作状态信息与所述负载电路隔离。

[0011] 所述开关控制模块用于接收负载工作状态信息，并根据负载工作状态信息控制连接所述负载电路的开关通断。

[0012] 所述负载电路为要调整的射频整列控制电路。

[0013] 进一步，所述信息存储模块的工作状态包括记忆模式和直通模式。

[0014] 所述记忆模式在接收到所述负载工作状态信息时，不作出任何响应。

[0015] 所述直通模式在接收到所述负载工作状态信息时，将接收到的负载工作状态信息传递到所述信息转换模块。

[0016] 更进一步，所述信息存储模块包括多个锁存器或其他具有记忆功能的器件、电路或材料，每一个锁存器同时接收所述控制信号生成模块所发送的存储工作状态信息和负载
工作状态信息，并根据所接收到的存储工作状态信息调整其工作状态，并且根据其工作状
态将所接收到的负载工作状态信息发送到所述信息转换模块，且所述控制信号生成模块每
一次发送的存储工作状态信息只使得其中一个锁存器的工作状态为直通模式。

[0017] 更进一步，所述控制信号生成模块多次发送存储工作状态信息和负载工作状态信息，使得每一个锁存器都被遍历。

[0018] 相对应上述的一种射频阵列控制电路，本发明还提供了一种射频阵列控制方法，包括如下步骤：

[0019] S1：控制信号生成模块生成存储工作状态信息和负载工作状态信息。

[0020] S2：信息存储模块接收控制信号生成模块所生成的存储工作状态信息和负载工作状态信息，并根据接收到的存储工作状态信息确定其工作状态，并根据其工作状态确定是
否将接收到的负载工作状态信息传递到信息转换模块。

[0021] S3：信息转换模块将接收到的负载工作状态信息的信息格式转化为开关控制模块可以识别的信息格式，并将其传递到隔离与缓冲模块。

[0022] S4：隔离与缓冲模块将接收到的负载工作状态信息传递到开关控制模块，同时将负载工作状态信息与负载电路隔离。

[0023] S5：开关控制模块用于接收负载工作状态信息，并根据负载工作状态信息控制连接所述负载电路的开关通断。

[0024] 进一步，在步骤S2中，所述信息存储模块的工作状态包括记忆模式和直通模式。

[0025] 当信息存储模块的工作状态为记忆模式时，信息存储模块在接收到所述负载工作状态信息时，不作出任何响应。

[0026] 当信息存储模块的工作状态为直通模式时，信息存储模块在接收到所述负载工作状态信息时，将接收到的负载工作状态信息传递到所述信息转换模块。

[0027] 更进一步，在步骤S2中，所述信息存储模块包括多个锁存器或其他具有记忆功能的器件、电路或材料，所述控制信号生成模块同时向每一个锁存器发送存储工作状态信息
和负载工作状态信息，且所述控制信号生成模块每一次发送的存储工作状态信息只使得其
中一个锁存器的工作状态为直通模式。

[0028] 更进一步，所述控制信号生成模块多次发送存储工作状态信息和负载工作状态信息，使得每一个锁存器都被遍历。

[0029] 本发明提供的一种射频阵列控制电路及其控制方法，具有如下有益效果：

[0030] 1、本发明的控制阵列在采用本发明的时序控制方法时，可以实现对每个射频阵列单元都进行控制的最大的调控自由度，并且可以大量减少控制线的条数。与传统的方法相
2
比，可以将控制的复杂度从N降低到N，即对于常见的N×N的方阵，使用传统方法进行控制，
2
为实现最大的调控自由度，需要N根控制线对其进行一一对应的控制；而使用本发明的控
制阵列及方法，实现最大的调控自由度仅需要N根控制线提供存储工作状态控制信息、N根
线提供负载工作状态控制信息，共计2N根控制线；

[0031] 2、采用时序控制方法，与当前实验中使用的作为控制信号生成模块的MCU和FPGA的配合良好；

[0032] 3、传统控制方法中的控制线为MCU或FPGA直接引出，难以为射频阵列单元提供较大的偏置电流，而本发明中的开关控制模块可以控制射频阵列单元与电源相连，为射频阵
列单元提供大的偏置电流，拓展了应用的场景。

附图说明

[0033] 图1：本发明所述射频阵列控制电路阵列的基本结构；

[0034] 图2：本发明所述射频阵列控制电路阵列的控制方法的流程图；

[0035] 图3：本发明的一个实施例的实施电路图；

[0036] 图4：情况A(直通情况下)LE、输入输出波形图；

[0037] 图5：情况B(锁存0情况下)LE、输入输出波形图；

[0038] 图6：情况C(锁存1情况下)的LE、输入输出波形图；

[0039] 图7：情况D(直通状态输出0时转为锁存状态)LE、输入输出波形图；

[0040] 图8：情况E(直通状态输出1时转为锁存状态)LE、输入输出波形图；

[0041] 图9：情况F(锁存0状态转为直通状态)LE、输入输出波形图；

[0042] 图10：情况G(锁存1状态转为直通状态)LE、输入输出波形图；

[0043] 图11：输出上升时间的LE、输入输出波形图；

[0044] 图12：输出下降时间的LE、输入输出波形图。

具体实施方式

[0045] 下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

[0046] 在本申请文件中，未经明确的部件型号以及结构，均为本领域技术人员所公知的现有技术，本领域技术人员均可根据实际情况的需要进行设定，在本申请文件的实施例中
不做具体的限定。

[0047] 具体的，如图1所示，本发明实施例提供了一种射频阵列控制电路，包括控制信号生成模块1、信息存储与转换模块2以及负载模块3。

[0048] 其中信息存储与转换模块2包括信息存储模块21和信息转换模块22。负载模块3包括隔离与缓冲模块31、开关控制模块32以及负载电路33。

[0049] 所述控制信号生成模块1用于生成存储工作状态信息和负载工作状态信息，所述存储工作状态信息用于控制所述信息存储模块21的工作状态，所述负载工作状态信息用于
控制所述开关控制模块32。

[0050] 所述信息存储模块21用于接收控制信号生成模块1所生成的存储工作状态信息和负载工作状态信息，并根据接收到的存储工作状态信息确定其工作状态，并根据其工作状
态确定是否将接收到的负载工作状态信息传递到所述信息转换模块22。

[0051] 所述信息转换模块22用于将接收到的负载工作状态信息的信息格式转化为开关控制模块32可以识别的信息格式，并将其传递到所述隔离与缓冲模块31。

[0052] 所述隔离与缓冲模块31用于将接收到的负载工作状态信息传递到所述开关控制模块32，同时将负载工作状态信息与所述负载电路33隔离。

[0053] 所述开关控制模块32用于接收负载工作状态信息，并根据负载工作状态信息控制连接所述负载电路33的开关通断。

[0054] 所述负载电路33为要调整的射频整列控制电路。

[0055] 进一步，所述信息存储模块21的工作状态包括记忆模式和直通模式。

[0056] 所述记忆模式在接收到所述负载工作状态信息时，不作出任何响应。

[0057] 所述直通模式在接收到所述负载工作状态信息时，将接收到的负载工作状态信息传递到所述信息转换模块22。

[0058] 更进一步，所述信息存储模块21包括多个锁存器，每一个锁存器同时接收所述控制信号生成模块1所发送的存储工作状态信息和负载工作状态信息，并根据所接收到的存
储工作状态信息调整其工作状态，并且根据其工作状态将所接收到的负载工作状态信息发
送到所述信息转换模块22，且所述控制信号生成模块1每一次发送的存储工作状态信息只
使得其中一个锁存器的工作状态为直通模式。

[0059] 更进一步，所述控制信号生成模块1多次发送存储工作状态信息和负载工作状态信息，使得每一个锁存器都被遍历。

[0060] 相对应上述的一种射频阵列控制电路，如图2所示，本发明还提供了一种射频阵列控制方法，包括如下步骤：

[0061] S1：控制信号生成模块1生成存储工作状态信息和负载工作状态信息。

[0062] S2：信息存储模块21接收控制信号生成模块1所生成的存储工作状态信息和负载工作状态信息，并根据接收到的存储工作状态信息确定其工作状态，并根据其工作状态确
定是否将接收到的负载工作状态信息传递到信息转换模块22。

[0063] S3：信息转换模块22将接收到的负载工作状态信息的信息格式转化为开关控制模块32可以识别的信息格式，并将其传递到隔离与缓冲模块31。

[0064] S4：隔离与缓冲模块31将接收到的负载工作状态信息传递到开关控制模块32，同时将负载工作状态信息与负载电路33隔离。

[0065] S5：开关控制模块32用于接收负载工作状态信息，并根据负载工作状态信息控制连接所述负载电路33的开关通断。

[0066] 进一步，在步骤S2中，所述信息存储模块21的工作状态包括记忆模式和直通模式。

[0067] 当信息存储模块21的工作状态为记忆模式时，信息存储模块21在接收到所述负载工作状态信息时，不作出任何响应。

[0068] 当信息存储模块21的工作状态为直通模式时，信息存储模块21在接收到所述负载工作状态信息时，将接收到的负载工作状态信息传递到所述信息转换模块22。

[0069] 更进一步，在步骤S2中，所述信息存储模块21包括多个锁存器，所述控制信号生成模块1同时向每一个锁存器发送存储工作状态信息和负载工作状态信息，且所述控制信号
生成模块1每一次发送的存储工作状态信息只使得其中一个锁存器的工作状态为直通模
式。

[0070] 更进一步，所述控制信号生成模块1多次发送存储工作状态信息和负载工作状态信息，使得每一个锁存器都被遍历。

[0071] 对于上述的技术方案，本发明提供一种具体的电路，如图3所示，作为本发明的具体实施例，本实施例采用MCU作为控制信号生成模块1，锁存器作为信息存储模块21，由于锁
存器输出为TTL电平，可以直接作为后级的输入，所以省略了信息转换模块22，采用电阻作
为隔离与缓冲模块31，防止后级开关电路的栅极电容对前级锁存器的输出造成影响，两支
互补的MOS管开关控制模块32作为控制负载供电的开关，可以为负载提供大的电流，负载电
路33采用了射频阵列电路中常用的肖特基二极管。实施例中通过监测输入输出端口的电压
波形来验证本发明方案的正确。

[0072] 本实施例中，MCU的端口1发送存储工作状态控制信息到锁存器的LE端口，控制锁存器的工作状态，端口2发送负载工作状态控制信息到1D，控制锁存器在直通状态下的输出
信息1Q。通过两个端口配合，发送各种组合的波形，来验证本发明方案的正确性。

[0073] 本实施例采用的锁存器为TI公司生产的74HC573，有8通道输入及其相应的输出。同时有控制端口/OE和LE。本实施例中/OE置低不予关心，LE是控制锁存器的工作状态的端
口。当LE为1时，锁存器的输出Q为当前的输入D；当LE为0时，锁存器的输出为上一次LE为1时
的输出Q。经过MCU的控制，锁存器可以工作在直通和记忆模式。

[0074] 开关模块使用了两支互补的MOS管构成的反相器作为开关，开关两端连接电源和负载，开关导通时可以为负载提供大的偏置电流。同时两支MOS管下还有限流电阻，在两支
MOS同时导通的暂态情况下可以保护MOS管。

[0075] 根据本发明中所述的射频阵列控制电路阵列的控制方法，设计实施例中可能出现的所有情况验证如下：

[0076] 情况A：通过MCU的端口1将LE置为1，控制锁存器工作状态为直通状态。通过MCU的端口2发送0、1交替出现的负载工作状态控制信息。观察LE及输入输出波形。

[0077] 情况B：设置输出初态为0，通过MCU的端口1将LE置为0，控制锁存器工作状态为锁存状态。通过MCU的端口2发送0、1交替出现的负载工作状态控制信息。观察LE及输入输出波
形。

[0078] 情况C：设置输出初态为1，通过MCU的端口1将LE置为0，控制锁存器工作状态为锁存状态。通过MCU的端口2发送0、1交替出现的负载工作状态控制信息。观察LE及输入输出波
形。

[0079] 情况D：通过MCU的端口1将LE置为1，控制锁存器工作状态为直通状态。通过MCU的端口2发送0、1交替出现的负载工作状态控制信息；然后在输出为0时，通过MCU的端口1将LE
置为0，控制锁存器工作状态为锁存状态。观察LE及输入输出波形。

[0080] 情况E：通过MCU的端口1将LE置为1，控制锁存器工作状态为直通状态。通过MCU的端口2发送0、1交替出现的负载工作状态控制信息；然后在输出为1时，通过MCU的端口1将LE
置为0，控制锁存器工作状态为锁存状态。观察LE及输入输出波形。

[0081] 情况F：设置输出初态为0，通过MCU的端口1将LE置为0，控制锁存器工作状态为锁存状态。通过MCU的端口2发送0、1交替出现的负载工作状态控制信息；然后通过MCU的端口1
将LE置为1，控制锁存器工作状态为直通状态。观察LE及输入输出波形。

[0082] 情况G：设置输出初态为1，通过MCU的端口1将LE置为0，控制锁存器工作状态为锁存状态。通过MCU的端口2发送0、1交替出现的负载工作状态控制信息；然后通过MCU的端口1
将LE置为1，控制锁存器工作状态为直通状态。观察LE及输入输出波形。

[0083] 另外，为了测试响应速度，还应测量输出的上升下降时间。

[0084] 需要注意的是，本实施例中输入输出之间经过了反相逻辑，所以以上叙述的情况中均以输出状态为基准。并且直通状态下，输入对应的正确的输出应为反相的。

[0085] 根据以上列举的各种情况进行测试，测试结果如图4—图12所示。根据图11所示，上升时间为9.78；根据图12所示，下降时间为7.743。若是使用专门的开关MOS管，此时间还
可以进一步降低。

[0086] 从测试结果来看，以上列举的各种情况均测试结果均正确。若轮流对各分区的此种单元进行控制，就可以实现时序控制，达到以较少的时间代价换取最大的调控自由度以
及小的控制复杂度的效果。

[0087] 以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。