KR101967046B1 - 부하 임피던스를 결정하기 위한 통신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따르면, 통신 장치가 설명되는데, 이 통신 장치는 안테나, 이 안테나에 신호를 공급하는 신호 경로, 이 신호 경로 내에 정렬된 2개의 방향성 커플러- 각 방향성 커플러는 방향성 커플러의 특성 임피던스를 정의하는 조절가능 임피던스에 결합됨 -, 복수의 임피던스 각각에 대해, 방향성 커플러의 조절가능 임피던스를 그 임피던스로 설정하도록 구성된 제어기, 복수의 임피던스 각각에 대해, 방향성 커플러의 조절가능 임피던스가 그 임피던스로 설정되는 경우 신호 경로의 반사 손실을 결정하도록 구성된 반사 손실 측정 회로, 및 결정된 반사 손실에 기초하여 신호 경로의 부하 임피던스를 결정하도록 구성된 부하 임피던스 결정 회로를 포함한다.

Description

부하 임피던스를 결정하기 위한 통신 장치 및 방법{COMMUNICATION DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING A LOAD IMPEDANCE}
본 개시물은 부하 임피던스를 결정하기 위한 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.
현대의 이동 통신 장치는 통합 안테나를 사용하여 RF(무선 주파수) 신호를 생성하고 수신한다. 이러한 장치의 작동은 안테나의 특성, 신호, 주파수 및 환경 조건에 의존한다. 이러한 특성은 통화 시간, 전력 소비, 통화 끊김 등에 영향을 미칠 수 있다.
하나의 특성은 통합 안테나와 RF 신호 생성 회로의 임피던스 또는 임피던스 정합이다. 안테나의 임피던스는 주파수, 온도, 환경 조건 및 사용자와 장치의 상호작용과 같은 요인에 따라 변할 수 있다. 임피던스 부정합이 있으면, 과도한 전력 소비와 약한 신호가 발생할 수 있다. 사용자의 관점에서, 임피던스 부정합이 있으면 통화 시간이 단축될 수 있고 배터리 수명이 짧아지며 통화가 끊어질 수 있다.
따라서, 송신되는 신호에 전달되는 전력을 강화하기 위해서, RF 생성 회로와 안테나 사이의 임피던스 정합을 위한 효율적인 방법이 바람직하다.
일 실시예에 따르면, 통신 장치가 제공되는데, 이 통신 장치는 안테나, 이 안테나에 신호를 공급하는 신호 경로, 이 신호 경로 내에 정렬된 2개의 방향성 커플러- 각 방향성 커플러는 방향성 커플러의 특성 임피던스를 정의하는 조절가능 임피던스에 결합됨 -, 복수의 임피던스 각각에 대해, 방향성 커플러의 조절가능 임피던스를 그 임피던스로 설정하도록 구성된 제어기, 복수의 임피던스 각각에 대해, 방향성 커플러의 조절가능 임피던스가 그 임피던스로 설정되는 경우 신호 경로의 반사 손실을 결정하도록 구성된 반사 손실 측정 회로, 및 결정된 반사 손실에 기초하여 신호 경로의 부하 임피던스를 결정하도록 구성된 부하 임피던스 결정 회로를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 부하 임피던스를 결정하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 복수의 임피던스 각각에 대해, 통신 장치의 안테나에 신호를 공급하는 신호 경로 내에 정렬된 2개의 방향성 커플러의 조절가능 임피던스를 그 임피던스로 설정하는 단계- 방향성 커플러의 조절가능 임피던스는 방향성 커플러의 특성 임피던스를 정의함 -와, 복수의 임피던스 각각에 대해, 방향성 커플러의 조절가능 임피던스가 그 임피던스로 설정되는 경우 신호 경로의 반사 손실을 결정하는 단계와, 결정된 반사 손실에 기초하여 신호 경로의 부하 임피던스를 결정하는 단계를 포함한다.
도면에서, 상이한 도면 전반에 걸쳐 동일한 도면 부호는 일반적으로 동일한 부분을 나타낸다. 도면은 반드시 비율대로 도시되어 있지 아니며, 대신에 일반적으로 본 발명의 원리를 설명할 때 강조된다. 이하의 설명에서, 다양한 양상들이 다음의 도면들을 참조하여 기술된다.
도 1은 아날로그 정재파 비 검출을 이용하는 안테나 튜닝 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 아날로그 정재파 비 검출기를 보여준다.
도 3은 다수의 셀 및 종단 임피던스를 갖는 방향성 커플러를 도시한다. 이러한 배열은 예를 들어 위의 예에서 방향성 커플러로 사용될 수 있다.
도 4는 방향성 커플러의 구현을 도시한다.
도 5는 방향성 커플러의 또 다른 구현예를 도시한다.
도 6은 2개의 커플러 셀을 포함하는 방향성 커플러의 구현을 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 임피던스 측정 시스템을 도시한다.
도 8은 임피던스 측정 시스템의 동작 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 복소 부하 임피던스의 계산을 보여주는 스미스 차트를 도시한다.
도 10은 스미스 차트에서 임피던스 지점의 정확한 위치를 결정하기 위해 3 단계 측정을 사용하는 예를 보여준다.
도 11은 교차-스위치를 포함하는 방향성 커플러의 구현을 도시한다.
도 12는 스위칭가능한 교차-스위치를 포함하는 방향성 커플러의 구현을 도시한다.
도 13은 임피던스 측정 시스템의 적용 예를 도시한다.
도 14는 임피던스 측정 시스템의 다른 적용 예를 도시한다.
도 15는 임피던스 측정 시스템의 다른 적용 예를 도시한다.
도 16은 임피던스 측정 시스템의 다른 적용 예를 도시한다.
도 17은 임피던스 측정 시스템의 다른 적용 예를 도시한다.
도 18은 임피던스 측정 시스템의 다른 적용 예를 도시한다.
도 19는 일 실시예에 따른 통신 장치를 도시한다.
도 20은 부하 임피던스를 결정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
다음의 상세한 설명은 예시로서, 본 발명이 실시될 수 있는 본원의 특정 세부 사항 및 양상을 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 양상이 이용될 수 있고 구조적, 논리적 및 전기적 변화가 이루어질 수 있다. 본 개시의 일부 양상은 새로운 양상을 형성하기 위해 본 개시의 하나 이상의 다른 양상과 결합될 수 있기 때문에 본 개시의 다양한 양상은 반드시 상호 배타적일 필요는 없다.
임피던스 정합은 안테나 또는 부하의 임피던스를 신호 생성 회로와 정합시키는 데 사용된다. 임피던스 정합이 있을 때, 전력 전달, 신호 생성 등이 개선된다.
임피던스 정합을 제공하는 한가지 기술은 안테나 튜닝 시스템을 통합하는 것이다. 안테나 튜닝 시스템은 안테나로 전송되고 그 안테나로부터 반사되는 RF 신호의 진폭 및/또는 위상을 측정한다. 측정값은 RF 프론트 엔드 제어기에 제공되어, 임피던스 정합을 개선하도록 안테나의 튜닝 임피던스를 조정한다.
측정값에 기초한 파라미터는 튜닝 임피던스를 변경하기 위해 RF 프론트 엔드 제어기에 의해 사용되는 정재파 비이다. 일 예시에서, 방향성 커플러가 RF 라인에 부착되고 전력 검출기가 방향성 커플러의 결합 포트(coupled port) 및 격리 포트(isolated port)에 부착된다. 검출된 전력은 디지털화되고 디지털 영역에서 처리되어 정재파 비와 연관된 정보를 추출한다. 이러한 접근방식은 신호를 정확히 후 처리(post-process)하기 위해, 격리되고 잘 정합된 다수의 아날로그 대 디지털 변환기를 요구한다. 또한, 이 접근법은 나눗셈, 대수 연산, 다이오드 곡선에 대한 온도 보상 등과 같은 복잡한 수학 연산을 필요로 한다. 또한, 다수의 아날로그 대 디지털 변환기 및 복잡한 디지털 처리를 포함하는 이 접근법은 상당한 실리콘 영역 및 전류 또는 전력을 필요로 한다.
다양한 실시예에 따르면, 아날로그 전력 검출기 및 비교기가 RF 라인 또는 시스템에서 반사 손실 및 전압 정재파 비(VSWR)를 검출하는데 사용된다. VSWR은 RF 생성 회로의 임피던스에 대한(예를 들어, 안테나에서의) 부하의 임피던스 정합의 측정값이다. VSWR은 정재파의 최대 진폭과 최소 진폭의 비율이다. VSWR은 RF 프론트 엔드 제어기가 안테나 튜너를 조정하고 RF 회로와 안테나 간의 임피던스 정합을 용이하게 하는데 사용될 수 있다.
도 1은 아날로그 정재파 비 검출을 사용하는 안테나 튜닝 장치(100)를 도시하는 블록도이다. 정재파 비는 임피던스 정합을 개선하거나 향상시키기 위해 사용된다.
안테나 튜닝 장치(100)는 예를 들어 이동 전화와 같은 무선 통신 장치에 위치할 수 있다.
장치(100)는 방향성 커플러(102), 안테나 튜너(104), 반사 손실 측정 부(106), 및 RF 프론트 엔드 제어기(108)를 포함한다. 장치(100)는 임피던스 정합을 향상시키거나 개선시키는데 사용되는 생성된 RF 신호(110)에 대한 정재파 비를 결정한다. 정재파 비는 RF 생성 회로(122) 및 그의 안테나 및 반사면(124)에 기초한다.
방향성 커플러(102)는 4개의 포트, 즉 입력 포트(IN), 출력 포트(OUT), 격리 포트(ISO) 및 결합 포트(CPL)를 갖는다. IN 포트와 OUT 포트 사이의 라인은 주 라인이고, CPL 포트와 ISO 포트 사이의 라인은 결합 라인이다.
커플러(102)는 CPL 포트(Pcpl)에서의 출력 전력 대 IN 포트(Pin)에서의 입력 전력에 기초하여 선택된 결합 계수를 갖는다. 커플러(102)는 ISO 포트(Piso)에서의 전력 및 IN 포트(Pin)에서의 전력에 기초한 격리를 갖는다. 커플러(102)는 OUT 포트(Pout)에 대한 IN 포트(Pin)에서의 전력 손실로 정의되는 삽입 손실을 갖는다.
방향성 커플러(102)는 IN 포트에서 RF 입력 신호(110)를 수신하고, OUT 포트에서 RF 출력 신호(112)를, ISO 포트에서 격리 신호(114)를, 그리고 CPL 포트에서 결합 신호(116)를 생성한다. RF 생성 회로(122)는 RF 입력 신호(110)를 생성한다. RF 생성 회로(122)는 동작 중에 변동될 수 있는 임피던스를 갖는다.
결합 신호(116)는 또한 순방향 신호로도 지칭되고 격리 신호(114)는 역방향 신호로도 지칭된다.
방향성 커플러(102)는 입력 신호(110)로부터 사실상 변경되지 않은 RF 출력 신호(112)를 제공한다. RF 출력 신호(112)는 안테나 또는 다중 안테나를 통한 송신을 위해 안테나 튜너(104)에 제공된다.
방향성 커플러(102)는 CPL에 포트에서 결합 계수만큼 감쇠 또는 감소된 결합 신호(116)를 생성한다. 격리 신호(114)는 ISO 포트에서 선택된 격리를 가지며 생성된다.
반사 손실 측정부(106)는 격리 신호(114)와 결합 신호(116)를 수신한다. 반사 손실 측정부(106)는 아날로그 대 디지털 변환을 생략할 수 있고 아날로그 컴포넌트를 사용하여 반사 손실(RL)(118)를 생성할 수 있다. 반사 손실 측정부(106)는 적어도 결합 신호(116)를 감쇠시키고 결합 신호(116) 및 격리 신호(114)에 기초하여 전력 측정값을 얻도록 구성된다. 반사 손실 측정부(106)는 반사 손실(RL)(118)을 생성하기 위해 전력 측정값들의 비교를 수행한다. 반사 손실(RL)(118)은 반사면(124)에 기초한다. 반사 손실(RL)(118)은 OUT 포트로부터의 전력 출력(Pout) 및 반사면(124)을 통해 반사된 전력의 측면에서, RF 회로(122)로부터 부하 또는 안테나로의 전력 전달의 효율성을 측정한다.
반사 손실(118)은 제어기(108)에 제공된다. 제어기(108)는 반사 손실(118)을 분석하고 그 신호(118)에 기초하여 안테나 튜너 제어(120)를 생성하도록 구성된다. 검출기 및/또는 제어기(108)는 반사 손실(118)로부터 VSWR을 계산하고 반사 손실(RL) 대신 VSWR에 기초하여 안테나 튜너 제어(120)를 생성할 수도 있다. 제어기(108)는 회로로 구현될 수 있고 분석을 수행하고 제어 신호(120)를 생성하기 위해 하나 이상의 프로세서 및/또는 메모리를 사용할 수 있다. 제어 신호(120)는 임피던스 정합을 개선하기 위해 생성된다. 제어기(108)는 또한 반사 손실 측정 부(106)의 동작에 관여될 수 있다.
안테나 튜너(104)는 RF 생성 회로(122)와 안테나 사이의 전력 전달을 개선하도록 구성된다. 안테나 튜너(104)는 RF 생성 회로(122) 및 안테나의 임피던스 정합을 향상시키거나 개선함으로써 전력 전달을 향상시킨다. 안테나 튜너(104)는 RF 프론트 엔드 제어기(108)로부터의 제어 신호(120)에 기초하여 안테나에 의해 관측된 임피던스를 조정한다.
도 2는 아날로그 정재파 비 검출기(106)를 도시한다. 검출기(106)는 결합 신호 및 격리 신호에 기초하여 아날로그 전력 측정치를 비교하여 정재파 비를 나타내는 반사 손실을 생성한다.
검출기(106)는 격리 신호(114) 및 결합 신호(116)에 기초하여 반사 손실 또는 정재파 비(118)를 생성한다. 검출기(106)는 감쇠 컴포넌트(218), 결합 전력 검출기(a coupled power detector)(220), 격리 전력 검출기(222), 비교기(224), 및 연속 근사(SAR) 레지스터(226)를 포함한다.
검출기(106)는 도 1과 관련하여 상술한 바와 같이 방향성 커플러(102)에 결합된다.
감쇠 컴포넌트(218)는 격리 신호(114)의 전력에 보다 근접하게 정합되도록 결합 신호(116)의 전력을 감소시키도록 구성된 조절가능 회로를 포함한다. 이 회로는 예를 들어 전력을 제어가능하게 감소시키는 조정 가능한 저항을 포함할 수 있다. 감쇠량(ATT)은 SAR 레지스터(226)에 의해 설정된다. 일 예에서, ATT는 데시벨 단위로 지정된다. 감쇠량(ATT)은 일반적으로 감쇠 컴포넌트(218)에 디지털로 제공된다. 감쇠 컴포넌트(218)는 감쇠량(ATT)에 기초하여 결합 신호(116)의 감쇠된 버전(228)을 생성한다.
결합 전력 검출기(220)는 결합 신호(116)로부터 도출된 감쇠 신호(228)의 전력을 측정/검출한다. 격리 전력 검출기(222)는 격리 신호(118)의 전력을 측정/검출한다. 전력 검출기(220 및 222)는 아날로그이며 물론 그들의 측정값을 아날로그 형식으로 제공한다. 결합 전력 검출기(220)는 결합 전력을 전압으로서 생성하는 반면, 격리 전력 검출기(222)는 격리 전력을 전압 측정값으로서 생성한다.
비교기(224)는 결합 전력(Pcpl)을 격리 전력(Piso)과 비교하고 비교기 출력(230)을 생성한다. 이 출력 또는 값은 SAR 레지스터(226) 내에 저장된다.
SAR 레지스터(226)는 반사 손실 신호(RL)를, n개의 비트를 갖는 다중 비트 값으로서 n개의 단계를 거쳐 순차적으로 생성한다. 이러한 프로세스는 연속 근사법으로 지칭된다. 각 단계 또는 i번째 단계는 i번째 비트를 하이 상태(high state)로 설정하고 비교기(224)를 판독한다. 비교기 출력(230)이 Pcpl이 Piso보다 크다고 표시하면, SAR 레지스터(226)는 반사 손실 신호(RL)의 i번째 비트를 "하이"로 남겨두며, 이는 또한 ATT 신호이다. 비교기 출력(230)이 Pcpl이 Piso보다 낮다고 나타내면, SAR 레지스터(226)는 반사 손실 신호(RL)의 i번째 비트를 "로우"로 변경한다. 변환 프로세스는 반사 손실 신호(RL)의 최상위 비트(i=n-1)에서 시작하여 최하위 비트(i=0)에서 끝난다. 변환 프로세스의 끝에서, 다중 비트 반사 손실 신호(RL)은 기준면(124)으로부터의 반사 손실을 나타낸다. 기준면(124)은 방향성 커플러(102)의 OUT 포트의 아래쪽에 있다.
반사 손실(RL)(118)과 감쇠량(ATT) 신호는 동일한 라인 상에 연결되어 있는 것으로 도시된다. 그러나, 반사 손실(118)은 감쇠량(ATT) 신호로부터 분리된 라인 또는 출력에 제공될 수 있다.
제어기(108)와 같은 제어기는 SAR 레지스터(226)를 사용하여 검출기(106)의 변환 프로세스를 수행하고 변환 프로세스가 완료되고 n 디지트 RL 신호가 완성되었을 때를 표시하도록 구성된다. 제어기는 검출기(106)의 일부이거나 검출기(106)의 외부에 있을 수 있다.
제어기(108)와 같은 제어기는 또 다른 순차 상태 머신을 사용하여 검출기(106)의 변환 프로세스를 수행하고 변환 프로세스가 완료되고 n개 디지트의 RL 신호가 완성되었을 때를 표시하도록 구성될 수 있다. n번의 반복을 수행함으로써 정확하거나 완성된 것으로 간주되면, 신호(RL)는 도 1을 참조하여 기술된 바와 같이 안테나 튜너를 제어하기 위해 RF 프론트 엔드 제어기에 의해 사용될 수 있다.
방향성 커플러(102)는 도 3에 도시된 바와 같이 다수의 셀을 구비하여 구현될 수 있다.
도 3은 다수의 셀 및 종단 임피던스를 갖는 방향성 커플러(300)를 도시한다. 이러한 장치는 예를 들어 전술한 예에서 방향성 커플러(102)로서 사용될 수 있다.
이 장치는 제1 셀(302a) 및 제2 셀(302b)을 포함한다. 제1 셀(302a)은 장치(300)의 IN 포트 및 ISO 포트에 각각 연결된 OUT 포트 및 CPL 포트를 갖는다. 제1 셀(302a)의 IN 포트는 제2 셀(302b)의 OUT 포트에 연결된다. 제1 셀(302a)의 ISO 포트는 복소 값(ZT)를 갖는 제1 종단 임피던스(303a)에 연결된다.
제2 셀(302b)은 자신의 ISO 포트가 복소 값(ZT)을 또한 갖는 제2 종단 임피던스에 연결되게 하였으며, 그의 OUT 포트는 장치(300)의 OUT 포트에 연결되고, 그의 CPL 포트는 장치(300)의 CLP 포트에 연결된다.
제1 및 제2 셀(302a, 302b)은 권선 간 용량(inter-winding capacitances)을 갖는 자기적으로 연결된 변압기로서 구현될 수 있다.
도 4는 커플러(401)의 입력 포트와 출력 포트 사이에 결합된 제1 도전성 경로(402) 및 커플러(401)의 결합 포트와 격리 포트 사이에 결합된 제2 도전성 경로(403)를 사용하여, 예를 들어 제1 및 제2 셀(302a 및 302b) 중 하나 또는 둘 모두에 대응하는 방향성 커플러(401)의 구현을 나타내며, 제1 및 제2 도전성 경로(402, 403)는 서로 정전기적으로 또한 전자기적으로 결합된다.
도 5는 커플러(501)의 입력 포트와 출력 포트 사이에 결합된 제1 도전성 경로(502) 및 방향성 커플러(501)의 결합 포트와 격리 포트 사이에 결합된 제2 도전성 경로(503)를 사용하여, 예를 들어 제1 및 제2 셀(302a 및 302b) 중 하나 또는 둘 모두에 대응하는 방향성 커플러(501)의 또 다른 구현예를 나타내며, 제1 및 제2 도전성 경로(502, 503)는 서로 정전기적으로 또한 전자기적으로 결합된다.
도 6은 예를 들어 방향성 커플러(300)에 대응하는 방향성 커플러(601)의 일 구현 예를 도시한다.
방향성 커플러(601)는 커플러(601)의 입력 포트와 출력 포트 사이에 결합된 제1 도전성 경로(602) 및 방향성 커플러(601)의 격리 포트와 제1 종단 임피던스(604) 사이에 결합된 제2 도전성 경로(603)를 사용하여 구현된 제1 방향성 커플러 셀을 포함하며, 제1 및 제2 도전성 경로(602, 603)는 서로 정전기적으로 또한 전자기적으로 결합된다.
방향성 커플러(601)는 또한 제1 도전성 경로(602), 및 방향성 커플러(601)의 결합 포트와 제2 종단 임피던스(606) 사이에 결합된 제3 도전성 경로(605)를 사용하여 구현된 제2 방향성 커플러 셀을 포함하며, 제1 및 제3 도전성 경로(602, 605)는 서로 정전기적으로 또한 전자기적으로 결합된다.
따라서, 전술한 바와 같이, (안테나 임피던스를 포함하는) 부하 임피던스는, 예를 들어 신호를 특정 방향으로 결합하는데 사용되는 방향성 커플러에 의해 신호 경로에서 순방향 및 역방향으로 전파하는 RF 신호에 대한 진폭 및 위상 정보를 추출함으로써 측정될 수 있다. 부하 임피던스의 위상은 믹서 회로에 의해 측정될 수 있다. 그러나 믹서는 낮은 GHz 주파수에서 작동할 수 있도록 하기 위해 수 mA 범위의 공급 전류를 필요로 하는 능동 소자이다.
이하에서는, VSWR 검출 시스템이 제어되고 VSWR 검출 시스템으로부터의 변환 결과가 임피던스의 벡터 값을 계산할 수 있도록 후 처리되는 실시예가 설명된다. 이것은 예를 들어 변환 동안 300μA 범위의 전류 완성 전류(current consummation current)로 구현될 수 있다. 다음의 실시 예에서, 위상 정보는 방향성 커플러의 상이한 설정에 대해 수행된 스칼라 측정치 세트로부터 추출된다.
도 7은 일 실시예에 따른 임피던스 측정 시스템(700)을 도시한다.
임피던스 측정 시스템(700)은 제1 셀(702a) 및 제2 셀(702b)을 포함하는 도 3을 참조하여 설명된 방향성 커플러(701)를 포함한다. 제1 셀(702a)은 장치의 IN 포트 및 ISO 포트에 각각 연결된 OUT 포트 및 CPL 포트를 갖는다. 제1 셀(702a)의 OUT 포트는 제2 셀(702b)의 OUT 포트에 연결된다. 제1 셀(702a)의 ISO 포트는 복소 값(ZT)를 갖는 제1 종단 임피던스(703a)에 연결된다.
제2 셀(702b)은 자신의 ISO 포트가 복소 값(ZT)을 또한 갖는 제2 종단 임피던스에 연결되고, 자신의 IN 포트는 장치(701)의 IN 포트에 연결되며, 자신의 CPL 포트는 장치(701)의 CPL 포트에 연결된 구성을 갖는다.
도 3의 방향성 커플러(300)와 대조적으로, 도 7의 방향성 커플러(701)의 종단 임피던스(703a, 703b)는 가변적이다. 구체적으로, 임피던스 측정 시스템(700)은 종단 임피던스(703a, 703b)를 상이한 값으로 설정할 수 있는 제어기(702)를 포함한다.
제어기(702)는 예를 들어 미리 정의된 값 세트로부터 값을 선택할 수 있을 때 종단 임피던스(703a, 703b)를 모두 동일한 값으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제어기(702)는 종단 임피던스(703a, 703b)를 미리 정의된 값 세트의 각 값으로 설정하고 미리 정의된 값 세트의 각 값에 대해 임피던스 측정 시스템(700)의 반사 손실 측정부(703)를 제어하여 종단 임피던스(703a, 703b)의 값에 대한 반사 손실을 결정한다. 반사 손실 측정부(703)는 예를 들어 도 1 및 도 2를 참조하여 기술된 반사 손실 측정부(106)와 같이 구현되고 동작할 수 있다.
반사 손실 측정부(703)는 복수의 반사 손실(종단 임피던스(703a, 703b)의 각 값에 대해 하나)을 생성한다. 임피던스 측정 시스템(700)은 방향성 커플러(701)의 출력 포트에 연결된 부하(예를 들어 안테나 또는 안테나 장치(예를 들어, 튜너와 같은 추가 구성 요소를 포함함)의 부하 임피던스의 복소 값(즉, 부하 임피던스 벡터)을 계산하는 산술 유닛을 포함한다.
반사 손실 측정부(703)는 예를 들어 도 2를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 그 입력 단자들(705) 간의 스칼라 전력 차이를 측정한다. 예를 들어, dB로 표현되는 이러한 차이는 부하에 의해 야기된 반사 손실을 나타낸다. dB로 표시되는 반사 손실 값은 후술하는 바와 같이 RL로 표시된다.
조정가능(프로그램가능) 종단 임피던스(703a,703b)에 의해, 상기 제어기(702)는 특성 시스템 임피던스(Z0)(예를 들어, Z0 = 50 옴)와 다른 값으로 방향성 커플러(701)의 특성 임피던스를 이동시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 산술 유닛(704)은 스미스 차트 상에서
Figure 112017064494919-pat00001
에 위치한 복소 부하 임피던스(ZL)를 계산하며, 계산의 입력 데이터는 아래와 같다.
1) 커플러(701)의 종단 임피던스(703a,703b)가 ZT1으로 설정되어 있을 때 측정된 반사 손실(RL1),
2) 커플러(701)의 종단 임피던스(703a,703b)가 ZT2로 설정되어 있을 때 측정된 반사 손실(RL2).
도 8은 임피던스 측정 시스템(700)의 동작 흐름을 나타내는 흐름도(800)를 보여준다.
801에서, 제어기(702)는 종단 임피던스를(703a,703b)를 제1 값(ZT1)으로 설정한다.
802에서, 제어기(702)는 반사 손실 측정부(703)를 제어하여 반사 손실의 제1 값(RL1)을 측정한다.
803에서, 제어기(702)는 종단 임피던스(703a,703b)를 제2 값(ZT2)으로 설정한다.
804에서, 제어기(702)는 반사 손실 측정부(703)를 제어하여 반사 손실의 제2 값(RL2)을 측정한다.
805에서, 제어기는 산술 유닛(704)을 제어하여 계산 방법의 입력으로서 ZT1, ZT2, RL1, RL2를 사용하여 복소 부하 임피던스(ZL)의 값을 계산한다.
이하에서는, 종단 임피던스(ZT1,ZT2)의 실제 값에 대해 유효한 복소 부하 임피던스(ZL)의 계산에 대한 예가 주어진다.
도 9는 복소 부하 임피던스(ZL)의 계산을 도시하는 스미스 차트(900)를 도시한다. 후술하는 바와 같은 계산은 스미스 다이아그램(900)에서 제1 원(901)과 제2 원(902)의 교차점에 의해 주어진 복소 부하 임피던스(ZL)의 두 개의 가능한 복소 값을 제공한다.
산술 유닛(704)은 예를 들어 아래의 식에 따라 복소 부하 임피던스(ZL)을 계산한다.
제1 VSWR 값을 계산한다.
Figure 112017064494919-pat00002
(1)
제2 VSWR 값을 계산한다.
Figure 112017064494919-pat00003
(2)
제1 원(901)의 중심을 계산한다.
Figure 112017064494919-pat00004
(3)
제2 원(902)의 중심을 계산한다.
Figure 112017064494919-pat00005
(4)
제1 원의 반지름을 계산한다.
Figure 112017064494919-pat00006
(5)
제2 원의 반지름을 계산한다.
Figure 112017064494919-pat00007
(6)
다음을 이용하면,
Figure 112018096723707-pat00008
Figure 112018096723707-pat00009
Figure 112018096723707-pat00010
(7)
다음의 수식이 유효하다.
Figure 112017064494919-pat00011
(8)
재정렬하면 다음과 같다.
Figure 112017064494919-pat00012
(9)
끝으로, 원의 교차점의 좌표는 다음과 같다.
Figure 112017064494919-pat00013
(10)
Figure 112017064494919-pat00014
(11)
검출된 임피던스 위치는 다음과 같다.
Figure 112017064494919-pat00015
(12)
Figure 112017064494919-pat00016
(13)
따라서, 부하 임피던스 다음과 같다.
Figure 112017064494919-pat00017
또는
Figure 112017064494919-pat00018
ZL 또는 Z* L가 올바른 부하 임피던스인지 여부를 결정하기 위해, 제어기는 종단 임피던스를 제3 값(ZT3)으로 설정하고, 반사 손실 측정부(703)를 제어하여 대응하는 제3 반사 손실(RL3)을 결정한다.
도 10은 스미스 차트 상에서 임피던스 지점의 정확한 위치를 결정하기 위해 3 단계 측정을 이용하는 예를 보여준다. 먼저, 부하 임피던스(ZL 및 Z* L)는 예를 들어 도 9를 참조하여 앞서 설명한 접근방식을 이용하여 결정된다. 그 후 반사 손실 측정의 또 다른 반복이 수행되는데, 이 경우 원(1001)의 중심이 허수 면(imaginary plane)을 따라 (예를 들어, 도 9의 제1 원(901)에 대해) 이동되도록 커플러의 특성 임피던스가 설정된다. 점(S11_T3)은 용량성 평면에서 원(1001)의 중심을 나타내고, Γ3은 측정된 제3 반사 손실(RL3)에 대응하는 반사 계수이다. Γ3>Γ2인 경우, 부하 임피던스의 위치는 ZL이다. 그렇지 않은 경우, 부하 임피던스의 위치는 Z* L이다.
예를 들어 수식 (1) 내지 (13)에 따라 계산을 수행하는 대신, 산술 유닛은 예를 들어 임피던스 측정 시스템(700)이 위치한 이동 전화와 같은 통신의 메모리에 저장된 룩업 테이블에 기초하여 부하 임피던스의 결정(즉, 부하 임피던스에 대한 측정된 반사 손실의 맵핑)을 수행할 수 있다.
예를 들어, (사용 사례, 예를 들어, 사용자가 손으로 안테나를 커버하는 사례, 통신 장치가 테이블 위에 놓여있는 사용 사례 등에 대응하는) 임피던스 값을 제공하는 표 1과 같은 표가 사용될 수 있으며 종단 임피던스와 결정된 반사 손실 범위의 모든 가능한 조합에 대해 제공될 수 있다.
Figure 112017064494919-pat00019
다른 예로서, 아래의 표 2와 같은 표는 반사 손실 범위의 각 조합에 대해 임피던스 값(사용 사례)을 나타내는 종단 임피던스의 각각의 가능한 조합에 대해 주어질 수 있다. 이 예에서, 반사 손실 범위는 0에서 7까지로 분류되며 다양한 사용 사례는 UC1에서 UC4로 지칭된다. 예를 들어 사용 사례는 다음과 같다.
· UC1 - 자유 공간
· UC2 - 머리 왼쪽 옆에, 즉 사용자가 왼쪽의 머리 옆에 휴대 전화를 들고 있다.
· UC3 - 머리 오른쪽 옆에, 즉 사용자가 오른쪽의 머리 옆에 휴대 전화를 들고 있다.
· UC4 - 사용자가 머리에서 멀리 떨어져 왼손으로 전화기를 들고 있다.
또한, 이동 핸드헬드 장치와의 사용자 상호 작용의 다른 사용 사례가 정의될 수 있다.
Figure 112017064494919-pat00020
보다 높은 가요성을 제공하기 위해, 방향성 커플러(300)에는, 출력측으로부터 신호가 공급되고, 입력측에 부하가 접속되어 있을 때 부하 임피던스 판정을 가능하게 하는 방향성 커플러가 제공될 수 있다.
도 11은 교차 스위치(1102)를 포함하는 방향성 커플러(1101)의 구현을 도시한다.
교차 스위치(1102)를 갖는 방향성 커플러(1101)는 예를 들어 도시된 바와 같이, 제1 방향성 커플러 셀(302a)을 대체한다. 그것은 유사하게 제2 방향성 커플러 셀(302b)을 대체할 수 있다.
교차 스위치(1102)는 두 개의 입력(1103)을 포함하는데, 제1 입력(1103)은 방향성 커플러(1101)의 CPL 포트에 연결되고 제2 입력(1104)은 방향성 커플러(1101)의 ISO 포트에 연결된다.
교차 스위치(1102)는 두 개의 출력(1105, 1106)을 포함하며, 제1 출력(1105)은 제2 입력(1104)에 연결되고 제2 출력(1106)은 제1 입력(1103)에 연결되어, 방향성 커플러(1101)의 ISO 포트와 CPL 포트는 뒤바뀐 것으로 관찰될 수 있다. 제1 출력(1105)은 방향성 커플러(300)의 ISO 포트에 연결될 수 있고 제2 출력(1106)은 제1 종단 임피던스(303a)에 연결될 수 있다.
도 12는 스위칭 가능한 교차 스위치(1202)를 포함하는 방향성 커플러(1201)의 구현을 도시한다.
교차 스위치(1202)를 갖는 방향성 커플러(1201)는 예를 들어 도시된 바와 같이, 제1 방향성 커플러 셀(302a)을 대체한다. 그것은 유사하게 제2 방향성 커플러 셀(302b)을 대체할 수 있다.
교차 스위치(1202)는 두 개의 입력(1203)을 포함하는데, 제1 입력(1203)은 방향성 커플러(1201)의 CPL 포트에 연결되고 제2 입력(1204)은 방향성 커플러(1201)의 ISO 포트에 연결된다.
교차 스위치(1202)는 3개의 출력(1205, 1206, 1207)을 포함하며, 입력(1203,1204)에 대한 이들의 연결은 두 개의 구성 사이에서 스위칭될 수 있다.
제1 구성에서, 제2 출력(1206)은 제1 입력(1203)에 연결되고, 제3 출력(1207)은 제2 입력(1204)에 연결된다. 제1 출력(1205)은 제1 구성에서 연결되지 않는다.
제2 구성에서, 제1 출력(1205)은 제1 입력(1203)에 연결되고 제2 출력(1206)은 제2 입력(1204)에 연결된다. 제3 출력(1207)은 제2 구성에서 연결되지 않는다.
제1 출력(1205) 및 제3 출력(1207)은 제1 종단 임피던스(303a)에 대응하는 각각의 종단 임피던스(1208)에 연결될 수 있고, 제2 출력(1206)은 방향성 커플러(300)의 ISO 포트에 연결될 수 있다.
도 13은 임피던스 측정 시스템(1301)이 평면(2)에서 임피던스를 모니터링하고 안테나(1303)에 연결된 제1 임피던스 튜너(1302)를, 이 튜너(1302)의 설정에 대한 평면(2)에서의 부하 임피던스의 맵핑에 기초하여 동조시키도록 구성된, 예를 들어 임피던스 측정 시스템(700)에 대응하는 임피던스 측정 시스템(1301)의 적용예를 도시한다.
도 14는 임피던스 측정 시스템(1401)이 평면(1)에서 임피던스를 모니터링하고 안테나(1403)와 접지 사이에 연결된 애퍼처 튜너(1404)를, 이 애퍼처 튜너(1404)의 설정에 대한 평면(1)에서의 부하 임피던스의 맵핑에 기초하여 동조시키도록 구성된, 예를 들어 임피던스 측정 시스템(700)에 대응하는 임피던스 측정 시스템(1401)의 적용예를 도시한다.
도 15는 임피던스 측정 시스템(1501)이 평면(2)에서 임피던스를 모니터링하고 안테나(1503)와 접지 사이에 연결된 애퍼처 튜너(1504) 및 안테나(1503)에 연결된 제1 임피던스 튜너(1502)를, 이들 튜너(1502,1504)의 설정에 대한 평면(2)에서의 부하 임피던스의 맵핑에 기초하여 동조시키도록 구성된, 예를 들어 임피던스 측정 시스템(700)에 대응하는 임피던스 측정 시스템(1501)의 적용예를 도시한다.
도 16은 임피던스 측정 시스템(1601)이 평면(1)에서 임피던스를 모니터링하고 안테나(1603)와 접지 사이에 연결된 애퍼처 튜너(1604) 및 임피던스 측정 시스템(1601)의 앞쪽에 연결된 제2 임피던스 튜너(1605)를, 이들 튜너(1604,1605)의 설정에 대한 평면(1)에서의 부하 임피던스의 맵핑에 기초하여 동조시키도록 구성된, 예를 들어 임피던스 측정 시스템(700)에 대응하는 임피던스 측정 시스템(1601)의 적용예를 도시한다.
도 17은 임피던스 측정 시스템(1701)이 평면(2)에서 임피던스를 모니터링하고 안테나(1703)와 접지 사이에 연결된 애퍼처 튜너(1704)와, 안테나(1703)에 연결된 제1 임피던스 튜너(1702) 및 임피던스 측정 시스템(1701)의 앞쪽에 연결된 제2 임피던스 튜너(1705)를, 이들 튜너의 설정에 대한 평면(2)에서의 부하 임피던스의 맵핑에 기초하여 동조시키도록 구성된, 예를 들어 임피던스 측정 시스템(700)에 대응하는 임피던스 측정 시스템(1701)의 적용예를 도시한다.
도 18은 임피던스 측정 시스템(1801)이 평면(3)에서 임피던스를 모니터링하고 임피던스 측정 시스템(1801)과 다중화 스위치(1803) 사이에 연결된 제1 임피던스 튜너(1802)를, 전력 증폭기(PA)(1804)의 최상의 전력 추가 효율(PAE) 및 최상의 선형성 중 임의의 것을 달성하기 위해 (고조파 제거 및 임피던스 변환부(1805)를 통해 임피던스 측정 시스템(1801)에 연결된) 전력 증폭기(1804)의 출력 전력(Pout_1)에 대비되는 평면(3)에서의 부하 임피던스를 튜너(1802)의 설정에 맵핑한 것에 기초하여 동조시키도록 구성된, 예를 들어 임피던스 측정 시스템(700)에 대응하는 임피던스 측정 시스템(1801)의 적용예를 도시한다.
요약하면, 다양한 실시 예에 따르면, 도 19에 도시된 바와 같은 통신 장치가 제공된다.
도 19는 일 실시 예에 따른 통신 장치(1900)를 도시한다.
통신 장치(1900)는 안테나(1901), 이 안테나(1901)에 신호를 공급하는 신호 경로(1902), 및 이 신호 경로 내에 정렬된 2개의 방향성 커플러(1903,1904)를 포함하되, 각 방향성 커플러(1903,1904)는 방향성 커플러(1903,1904)의 특성 임피던스를 정의하는 조절가능 임피던스(1905,1906)에 결합된다.
통신 장치(1900)는 복수의 임피던스 각각에 대해, 방향성 커플러(1903,1904)의 조절가능 임피던스(1905,1906)를 그 임피던스로 설정하도록 구성된 제어기(1907)를 더 포함한다.
또한, 통신 장치(1900)는 복수의 임피던스 각각에 대해, 방향성 커플러의 조절가능 임피던스(1905,1906)가 그 임피던스로 설정되는 경우 신호 경로(1902)의 반사 손실을 결정하도록 구성된 반사 손실 측정 회로(1908), 및 결정된 반사 손실에 기초하여 신호 경로(1902)의 부하 임피던스를 결정하도록 구성된 부하 임피던스 결정 회로(1909)를 포함한다.
다시 말해, 일 실시예에 따르면, 안테나로의 경로의 반사 손실이 경로 내에 정렬된 방향성 커플러의 다수의 특성 임피던스에 대해 측정되고 그에 따라 획득되는 다수의 반사 손실 측정치에 기초하여 경로의 부하의 임피던스가 결정된다.
예를 들어, 통신 장치는 이중 분기 방향성 커플러(또는 두 개의 백 투 백 커플러 셀로 구성되는 방향성 커플러), 각 브랜치(또는 각 커플러 셀)의 격리 포트에서의 두 개의 조절가능 종단 임피던스, 방향성 커플러에 부착되고 순방향 결합 전력과 역방향 결합 전력 간의 전력 차이를 측정하는 반사 손실 측정부, 및 두 개의 조절가능 종단 임피던스 및 반사 손실 측정부를 위한 제어기를 포함한다. 반사 손실 측정부는 예를 들어 조절가능 종단 임피던스의 상이한 값에서 VSWR을 두 번 이상 측정하고 그 결과를 후 처리하여 부하(안테나) 임피던스의 복소 값을 얻을 수 있다.
본원에 사용된 정의에 따르면, 방향성 커플러의 특성 임피던스는 결합 포트에서의 전력과 격리 포트에서의 전력 간의 최대 차이가 달성되기 위한 신호 경로의 임피던스로서 이해될 수 있다.
일 예에서, 방향성 커플러가 50옴의 특성 임피던스를 갖도록 구성된 경우, 커플러의 결합 포트 및 격리 포트에서 측정된 전력 차이는 커플러의 입력 포트 또는 출력 포트 또는 이 둘 모두가 50옴으로 종료된다면 최대 값을 갖는다. 커플러의 입력 포트 및/또는 출력 포트에서의 임의의 다른 종단 임피던스에 대해, 격리 포트와 결합 포트 사이의 전력 차이는 50옴 종료의 경우보다 작을 것이다.
또 다른 예에서, 방향성 커플러가 90옴의 특성 임피던스를 갖도록 구성된 경우, 커플러의 결합 포트 및 격리 포트에서 측정된 전력 차이는 커플러의 입력 포트 및/또는 출력 포트가 90옴으로 종료된다면 최대 값을 갖는다. 커플러의 입력 포트 및/또는 출력 포트에서의 임의의 다른 종단 임피던스에 대해, 격리 포트와 결합 포트 사이의 전력 차이는 90옴 종료의 경우보다 작을 것이다.
통신 장치는 예를 들어 도 20에 도시된 바와 같이 부하 임피던스를 결정하는 방법을 수행한다.
도 20은 흐름도(2000)를 나타낸다.
2001에서, 복수의 임피던스 각각에 대해, 통신 장치의 안테나에 신호를 공급하는 신호 경로 내에 정렬된 2개의 방향성 커플러의 조절가능 임피던스가 그 임피던스로 설정되고, 방향성 커플러의 조절가능 임피던스는 방향성 커플러의 특성 임피던스를 정의한다.
2002에서, 복수의 임피던스 각각에 대해, 방향성 커플러의 조절가능 임피던스가 그 임피던스로 설정되는 경우 신호 경로의 반사 손실이 결정된다.
2003에서, 결정된 반사 손실에 기초하여 신호 경로의 부하 임피던스가 결정된다.
이하, 다양한 실시예들이 주어진다.
실시예 1은 도 19에 도시된 바와 같은 통신 장치이다.
실시예 2는 실시예의 1의 통신 장치이되, 각각의 방향성 커플러는 입력 포트, 출력 포트, 결합 포트 및 격리 포트를 포함하고, 각 방향성 커플러에 대해, 조절가능 임피던스가 방향성 커플러의 격리 포트에 연결된다.
실시예 3은 실시예 2의 통신 장치이되, 방향성 커플러들 중 적어도 하나에 대한 교차 스위칭 소자를 더 포함하고, 이 교차 스위칭 소자는 방향성 커플러의 결합 포트와 격리 포트를 교환하도록 구성되고, 조절가능 임피던스는 교차 스위치를 통해 방향성 커플러에 연결된다.
실시예 4는 실시예 2 또는 3의 통신 장치이되, 각각의 방향성 커플러는 방향성 커플러의 입력 포트와 출력 포트 사이에 결합된 제1 도전성 경로와, 방향성 커플러의 결합 포트와 격리 포트 사이에 결합된 제2 도전성 경로를 포함하고, 제1 도전성 경로와 제2 도전성 경로는 서로 정전기적으로 또한 전자기적으로 결합된다.
실시예 5는 실시예 1 내지 4 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 조절가능 임피던스는 격리 포트와 접지 사이에 결합된다.
실시예 6은 실시예 1 내지 5 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 방향성 커플러들은 신호 경로 내에서 직결로 연결된다.
실시예 7은 실시예 1 내지 6 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 방향성 커플러는 백 투 백으로 정렬된다.
실시예 8은 실시예 1 내지 7 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 각각의 방향성 커플러는 입력 포트를 포함하고, 방향성 커플러의 입력 포트는 함께 연결된다.
실시예 9는 실시예 1 내지 8 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 안테나 측에서 신호 경로에 연결된 부하를 더 포함하고, 신호 경로의 부하 임피던스는 이 부하의 임피던스이다.
실시예 10은 실시예 9의 통신 장치이되, 부하는 안테나를 포함한다.
실시예 11은 실시예 1 내지 10 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 신호는 무선 주파수 신호이다.
실시예 12는 실시예 1 내지 11 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 이 통신 장치는 신호 경로에 신호를 공급하는 신호 소스를 포함한다.
실시예 13은 실시예 1 내지 12 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 2개의 방향성 커플러는 2개의 방향성 커플러 셀 또는 신호 경로에 배치된 방향성 커플러의 2개의 결합 브랜치를 형성한다.
실시예 14는 실시예 13의 통신 장치이되, 방향성 커플러는 입력 포트 및 출력 포트를 포함하고 신호 경로는 방향성 커플러를 통해 입력 포트에서부터 출력 포트까지 이어진다.
실시예 15는 실시예 13 또는 14의 통신 장치이되, 방향성 커플러는 반사 손실 측정 회로에 연결된 결합 포트 및 격리 포트를 포함한다.
실시예 16은 실시예 1 내지 15 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 신호 경로는 주 라인을 포함하고, 각 방향성 커플러는 주 라인에 연결된 결합 라인을 포함한다.
실시예 17은 실시예 16의 통신 장치이되, 방향성 커플러 모두의 결합 라인은 적어도 부분적으로 주 라인의 동일한 섹션 옆에 배치된다.
실시예 18은 실시예 1 내지 17 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 부하 임피던스 결정 회로는 부하 임피던스에 대한 방향성 커플러의 특성 임피던스에 대해 측정된 반사 손실의 맵핑에 기초하여 신호 경로의 부하 임피던스를 결정하도록 구성된다.
실시예 19는 실시예 18의 통신 장치이되, 이 통신 장치는 맵핑의 표시를 저장하는 메모리를 포함한다.
실시예 20은 실시예 19의 통신 장치이되, 표시는 맵핑을 나타내는 룩업 테이블이다.
실시예 21은 실시예 1 내지 20 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 부하 임피던스 결정 회로는 스미스 다이어그램에서 결정된 반사 손실의 제1 반사 손실을 나타내는 제1 원과 스미스 다이어그램에서 결정된 반사 손실의 제2 반사 손실을 나타내는 제2 원의 교차점에 기초하여 부하 임피던스를 결정하도록 구성된다.
실시예 22는 실시예 1 내지 21 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 부하 임피던스 결정 회로는 결정된 반사 손실의 제3 반사 손실에 기초한 제1 원과 제2 원의 2개의 교차점 간의 결정에 기초하여 부하 임피던스를 결정하도록 구성된다.
실시예 23은 실시예 1 내지 22 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 이 통신 장치는 결정된 부하 임피던스에 기초하여 안테나를 동조시키도록 구성된 안테나 튜너를 더 포함한다.
실시예 24는 실시예 1 내지 23 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 이 통신 장치는 급전 연결 평면과 애퍼처 연결 평면을 포함하는 안테나를 더 포함하고, 통신 장치는 제1 임피던스 튜너, 제2 임피던스 튜너 및 애퍼처 튜너 중 임의의 것을 더 포함하고, 제1 임피던스 튜너, 제2 임피던스 튜너는 신호 경로에 결합되고, 안테나는 급전 연결 평면을 통해 신호 경로에 결합되며, 애퍼처 튜너는 안테나 애퍼처 연결 평면에 결합된다.
실시예 25는 실시예 24의 통신 장치이되, 제어기는 제1 임피던스 튜너, 제2 임피던스 튜너 및 애퍼처 튜너 중 임의의 것을 결정된 부하 임피던스에 기초하여 동조시켜 신호 경로 내의 반사를 최소화한다.
실시예 26은 실시예 25의 통신 장치이되, 제어기는 제1 임피던스 튜너, 제2 임피던스 튜너 및 애퍼처 튜너 중 임의의 것을 튜너의 설정에 대한 부하 임피던스의 맵핑에 기초하여 동조시키도록 구성된다.
실시예 27은 실시예 24의 통신 장치이되, 제어기는 신호 경로 내의 타겟 부하 임피던스가 사전정의된 임계 값에 도달할 때까지 제1 임피던스 튜너, 제2 임피던스 튜너 및 애퍼처 튜너 중 임의의 것을 반복적으로 동조시키도록 구성된다.
실시예 28은 실시예 1 내지 27 중 어느 한 실시예의 통신 장치이되, 이 통신 장치는 전력 증폭기, 고조파 제거 및 임피던스 변환, 신호 경로에 결합된 임피던스 측정 시스템 및 제1 임피던스 튜너, 및 n개의 출력 경로 중 임의의 출력 경로에 신호 경로를 결합하는 다중화 스위치를 더 포함한다.
실시예 29는 실시예 28의 통신 장치이되, 제어기는 주어진 타겟 출력 전력에서 정의된 공급 전압을 위한 최상의 부하라인을 설정함으로써 신호 경로 내의 전력 증폭기의 전력 추가 효율을 증가시키도록 결정된 부하 임피던스에 기초하여 제1 임피던스 튜너를 동조시키도록 구성된다.
실시예 30은 실시예 29의 통신 장치이되, 제어기는 주어진 타겟 출력 전력에서 정의된 공급 전압을 위한 최상의 부하라인을 설정함으로써 신호 경로 내의 전력 증폭기의 선형성을 증가시키도록 결정된 부하 임피던스에 기초하여 제1 임피던스 튜너를 동조시키도록 구성된다.
실시예 31은 도 20에 도시된 바와 같이 부하 임피던스를 결정하는 방법이다.
또 다른 실시예에 따르면, (예를 들어, 통신 장치 내에) RF 임피던스 측정 시스템이 제공되는데, 이 시스템은 주 RF 경로와 2개의 결합 RF 브랜치, 이중-방향성 커플러의 각 브랜치의 격리 포트에서의 2개의 프로그램가능 종단 임피던스, 이중-방향성 커플러의 각 브랜치의 결합 포트에 부착된 반사 손실 측정부, 종단 임피던스를 프로그래밍하고 반사 손실 측정 절차를 개시하는 제어기, 종단 임피던스의 값 및 반사 손실 측정부의 출력에 기초하여 임피던스의 계산을 수행하는 산술 유닛을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 이중-브랜치 방향성 커플러는 기판 상에 배치된 3개의 RF 라인(주 RF 경로와 2개의 결합 RF 브랜치)로 구성된다.
일 실시예에 따르면, 이중-브랜치 방향성 커플러는 서로 백투백으로 연결된 2개의 방향성 커플러 셀을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 방향성 커플러 셀은 자기적으로 결합된 변압기 및 이 자기적으로 결합된 변압기의 1차 권선과 2차 권선 사이에 결합된 커패시터를 포함한다.
특정 양상들이 설명되었지만, 당업자라면, 첨부한 청구항에 의해 정의된 본 개시물의 양상들의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 형식 및 세부사항에서의 다양한 변형이 있을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 범주는 첨부한 청구항에 의해 표시되며 청구항의 균등물에 대한 의미 및 범위 내에 속하는 모든 변화를 포함하려 한다.

Claims (31)

  1. 통신 장치로서,
    신호를 공급하는 신호 경로와,
    상기 신호 경로 내에 정렬된 2개의 방향성 커플러(two directional couplers)들- 각 방향성 커플러는 각 방향성 커플러의 특성 임피던스를 정의하는 조절가능 임피던스에 결합됨 -와,
    복수의 임피던스 각각에 대해, 상기 방향성 커플러들의 조절가능 임피던스들을 동일한 임피던스로 설정하도록 구성된 제어기와,
    상기 복수의 임피던스 각각에 대해, 상기 방향성 커플러들의 조절가능 임피던스들이 상기 동일한 임피던스로 설정되는 경우 상기 신호 경로의 반사 손실(return loss)을 결정하도록 구성된 반사 손실 측정 회로와,
    결정된 반사 손실들에 기초하여 상기 신호 경로의 부하 임피던스를 결정하도록 구성된 부하 임피던스 결정 회로를 포함하는
    통신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 방향성 커플러는 입력 포트, 출력 포트, 결합 포트(coupled port) 및 격리 포트(isolated port)를 포함하고, 각 방향성 커플러에 대해, 상기 조절가능 임피던스는 각 방향성 커플러의 격리 포트에 연결된
    통신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방향성 커플러들 중 적어도 하나를 위한 교차 스위칭 소자를 더 포함하되,
    상기 교차 스위칭 소자는 상기 방향성 커플러의 상기 결합 포트와 상기 격리 포트를 교환하도록 구성되고, 상기 조절가능 임피던스는 상기 교차 스위칭 소자를 통해 상기 방향성 커플러에 연결된
    통신 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    각각의 방향성 커플러는
    상기 방향성 커플러의 상기 입력 포트와 상기 출력 포트 사이에 결합된 제1 도전성 경로와,
    상기 방향성 커플러의 상기 결합 포트와 상기 격리 포트 사이에 결합된 제2 도전성 경로를 포함하고,
    상기 제1 도전성 경로와 상기 제2 도전성 경로는 서로 정전기적으로 또한 전자기적으로 결합된
    통신 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 조절가능 임피던스는 상기 격리 포트와 접지 사이에 결합된
    통신 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방향성 커플러들은 상기 신호 경로 내에서 직결로 연결된
    통신 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방향성 커플러들은 백 투 백으로 정렬된
    통신 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 방향성 커플러는 입력 포트를 포함하고, 상기 방향성 커플러들의 상기 입력 포트들은 함께 연결된
    통신 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    안테나 측에서 상기 신호 경로에 연결된 부하를 더 포함하되,
    상기 신호 경로의 부하 임피던스는 상기 부하의 임피던스인
    통신 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 부하는 안테나를 포함하는
    통신 장치.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호는 무선 주파수 신호인
    통신 장치.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 경로에 상기 신호를 공급하도록 구성된 신호 소스를 포함하는
    통신 장치.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 방향성 커플러는 상기 신호 경로에 배치된 방향성 커플러의 2개의 방향성 커플러 셀 또는 2개의 결합된 브랜치를 형성하는
    통신 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 방향성 커플러는 입력 포트 및 출력 포트를 포함하고 상기 신호 경로는 상기 방향성 커플러를 통해 상기 입력 포트에서부터 상기 출력 포트까지 이어지는
    통신 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 방향성 커플러들은 상기 반사 손실 측정 회로에 연결된 결합 포트 및 격리 포트를 포함하는
    통신 장치.
  16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 경로는 주 라인을 포함하고, 각 방향성 커플러는 상기 주 라인에 연결된 결합 라인을 포함하는
    통신 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방향성 커플러들 모두의 상기 결합 라인은 적어도 부분적으로 상기 주 라인의 동일한 섹션 옆에 배치된
    통신 장치.
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부하 임피던스 결정 회로는 방향성 커플러의 특성 임피던스에 대해 측정된 반사 손실을 부하 임피던스에 맵핑한 것에 기초하여 상기 신호 경로의 부하 임피던스를 결정하도록 구성된
    통신 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 맵핑의 표시를 저장하는 메모리를 포함하는
    통신 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 표시는 상기 맵핑을 나타내는 룩업 테이블인
    통신 장치.
  21. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부하 임피던스 결정 회로는 스미스 다이어그램에서 상기 결정된 반사 손실의 제1 반사 손실을 나타내는 제1 원과 상기 스미스 다이어그램에서 상기 결정된 반사 손실의 제2 반사 손실을 나타내는 제2 원의 교차점에 기초하여 상기 부하 임피던스를 결정하도록 구성된
    통신 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 부하 임피던스 결정 회로는 상기 결정된 반사 손실의 제3 반사 손실에 기초한 상기 제1 원과 상기 제2 원의 2개의 교차점 간의 결정에 기초하여 상기 부하 임피던스를 결정하도록 구성된
    통신 장치.
  23. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정된 부하 임피던스에 기초하여 안테나를 동조시키도록 구성된 안테나 튜너를 더 포함하는
    통신 장치.
  24. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    급전 연결 평면과 애퍼처 연결 평면을 포함하는 안테나를 더 포함하되,
    상기 통신 장치는 제1 임피던스 튜너, 제2 임피던스 튜너 및 애퍼처 튜너 중 임의의 것을 더 포함하고,
    상기 제1 임피던스 튜너, 상기 제2 임피던스 튜너는 상기 신호 경로에 결합되고, 상기 안테나는 상기 급전 연결 평면을 통해 상기 신호 경로에 결합되며, 상기 애퍼처 튜너는 상기 안테나의 애퍼처 연결 평면에 결합된
    통신 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1 임피던스 튜너, 상기 제2 임피던스 튜너 및 상기 애퍼처 튜너 중 임의의 것을 상기 결정된 부하 임피던스에 기초하여 동조시켜 상기 신호 경로 내의 반사를 최소화하도록 구성된
    통신 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1 임피던스 튜너, 상기 제2 임피던스 튜너 및 상기 애퍼처 튜너 중 임의의 것을, 상기 튜너들의 설정에 대한 부하 임피던스의 맵핑에 기초하여 동조시키도록 구성된
    통신 장치.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 신호 경로 내의 타겟 부하 임피던스가 사전정의된 임계 값에 도달할 때까지 상기 제1 임피던스 튜너, 상기 제2 임피던스 튜너 및 상기 애퍼처 튜너 중 임의의 것을 반복적으로 동조시키도록 구성된
    통신 장치.
  28. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 경로에 결합된 전력 증폭기, 고조파 제거 및 임피던스 변환부, 임피던스 측정 시스템 및 제1 임피던스 튜너, 및
    n개의 출력 경로 중 임의의 출력 경로에 상기 신호 경로를 결합하는 다중화 스위치를 더 포함하는
    통신 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제어기는 주어진 타겟 출력 전력에서 정의된 공급 전압을 위한 최상의 부하라인을 설정함으로써 상기 신호 경로 내의 상기 전력 증폭기의 전력 추가 효율을 증가시키도록 상기 결정된 부하 임피던스에 기초하여 상기 제1 임피던스 튜너를 동조시키도록 구성된
    통신 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 제어기는 주어진 타겟 출력 전력에서 정의된 공급 전압을 위한 최상의 부하라인을 설정함으로써 상기 신호 경로 내의 상기 전력 증폭기의 선형성을 증가시키도록 상기 결정된 부하 임피던스에 기초하여 상기 제1 임피던스 튜너를 동조시키도록 구성된
    통신 장치.
  31. 부하 임피던스를 결정하는 방법으로서,
    복수의 임피던스 각각에 대해, 통신 장치의 안테나에 신호를 공급하는 신호 경로 내에 정렬된 2개의 방향성 커플러들의 조절가능 임피던스들을 동일한 임피던스로 설정하는 단계- 각 방향성 커플러의 조절가능 임피던스는 각 방향성 커플러의 특성 임피던스를 정의함 -와,
    상기 복수의 임피던스 각각에 대해, 상기 방향성 커플러들의 상기 조절가능 임피던스들이 상기 동일한 임피던스로 설정되는 경우 상기 신호 경로의 반사 손실을 결정하는 단계와,
    결정된 반사 손실들에 기초하여 상기 신호 경로의 부하 임피던스를 결정하는 단계를 포함하는
    부하 임피던스 결정 방법.
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