JP7308270B2 - ミリメートル波無線周波数位相器 - Google Patents

Description

優先権
[0001]本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２０１９年１月１７日出願の「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｒａｄｉｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｓｅｎｓｏｒｓ」（センサのためのワイヤレス無線制御）と題された米国仮出願第６２／７９３，６０３号に基づき、その優先権を主張する。

[0002]本開示は、一般に、ミリメートル波無線周波数（ＲＦ）位相器（ｍｉｌｉｍｅｔｅｒ ｗａｖｅ ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔｅｒ）に関する。

[0003]ミリメートル波通信（たとえば、第５世代モバイル通信）用に構成されたアンテナシステムは、ＲＦ位相器を含むことができる。例示的なＲＦ位相器は、伝送路（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）に沿って伝搬するミリメートル波ＲＦ信号を変更して、伝送路の出力において測定されたＲＦ信号の位相が、伝送路の入力において測定されたＲＦ信号の位相と異なるようにすることができる。このようにして、ＲＦ位相器は、ＲＦ信号の位相シフトを制御することができる。ＲＦ位相器を有する例示的なアンテナシステムは、複数のアンテナ素子を含むフェーズドアレイアンテナシステムを含むことができる。そのようなアンテナシステムのＲＦ位相器は、複数のアンテナ素子の各々によって放出されるＲＦ波の位相シフトを制御することができる。代替的または追加的に、ＲＦ位相器を使用して、アンテナ素子を移動させることなく、複数の異なる方向から受信されたＲＦ信号を再構成することができる。

[0004]本開示の実施形態の態様および利点は、以下の説明に部分的に記載されるか、または説明から学習される場合があり、または実施形態の実施を通じて学習される場合がある。

[0005]１つの態様では、ミリメートル波ＲＦ位相器が提供される。ミリメートル波ＲＦ位相器は、入力と出力とを含む。ＲＦ位相器は、入力に結合された伝送路をさらに含む。伝送路は、複数のタップを含むことができる。ＲＦ位相器は、複数のスイッチングデバイスをさらに含むことができる。各スイッチングデバイスは、出力と、複数のタップのうちの対応するタップとの間に結合することができる。ＲＦ位相器は、複数のスイッチングデバイスに動作可能に結合された制御デバイスを含むことができる。制御デバイスは、複数のスイッチングデバイスの動作を制御して、複数のタップのうちの１つを出力に選択的に結合して、伝送路を伝搬するＲＦ信号の位相シフトを制御するように構成することができる。

[0006]別の態様では、フェーズドアレイアンテナシステムが提供される。フェーズドアレイアンテナシステムは、ＲＦ信号を提供するように構成されたＲＦ源を含む。フェーズドアレイアンテナシステムは、複数のアンテナ素子をさらに含む。加えて、フェーズドアレイアンテナシステムは、複数のミリメートル波ＲＦ位相器を含む。複数のミリメートル波ＲＦ位相器の各々は、ＲＦ源に結合可能な入力を含む。複数のミリメートル波ＲＦ位相器の各々は、複数のアンテナ素子のうちの対応するアンテナ素子に結合可能な出力をさらに含む。複数のミリメートル波ＲＦ位相器の各々は、入力に結合された伝送路を含む。伝送路は、伝送路に沿って互いに離間された複数のタップを含む。複数のミリメートル波ＲＦ位相器の各々は、複数のスイッチングデバイスを含む。複数のスイッチングデバイスの各々は、出力と、複数のタップのうちの対応するタップとの間に結合される。複数のミリメートル波ＲＦ位相器の各々は、複数のスイッチングデバイスに動作可能に結合された制御デバイスを含む。制御デバイスは、複数のスイッチングデバイスの動作を制御して、複数のタップのうちの１つを出力に選択的に結合して、伝送路の電気的長さ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｌｅｎｇｔｈ）を調整して、伝送路を伝搬するＲＦ信号の位相シフトを制御するように構成することができる。

[0007]さらに別の態様では、複数のタップを含む伝送路を有するミリメートル波ＲＦ位相器の動作を制御する方法が提供される。この方法は、１つまたは複数の制御デバイスによって、ミリメートル波ＲＦ位相器の入力に提供されるＲＦ信号の所望の位相シフトを示すデータを取得することを含む。この方法は、１つまたは複数の制御デバイスによって、複数のスイッチングデバイスの動作を制御して、ＲＦ信号の所望の位相シフトを示すデータに少なくとも部分的に基づいて、伝送路の電気的長さを調整することをさらに含む。この方法は、１つまたは複数の制御デバイスによって、伝送路の複数のタップのうちの１つを介して、ＲＦ信号を、ＲＦ位相器の出力に提供することをさらに含む。

[0008]様々な実施形態のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することにより、より良く理解されるようになるであろう。本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、本開示の実施形態を例示し、説明とともに、関連する原理を説明するのに役立つ。

[0009]当業者に向けられた実施形態の詳細な議論は、添付の図面を参照する本明細書に記載されている。

[0010]本開示の例示的な実施形態による、フェーズドアレイアンテナシステムの構成要素のブロック図である。 [0011]本開示の例示的な実施形態による、ミリメートル波ＲＦ位相器の構成要素のブロック図である。 [0012]本開示の例示的な実施形態による、ミリメートル波ＲＦ位相器の伝送路を示す図である。 [0013]本開示の例示的な実施形態による、ミリメートル波ＲＦ位相器の伝送路を示す図である。 [0014]本開示の例示的な実施形態による、図４に示される伝送路の一部の拡大図である。 [0015]本開示の例示的な実施形態による、ミリメートル波ＲＦ位相器の伝送路を示す図である。 [0016]本開示の例示的な実施形態による、図６に示される伝送路の一部の拡大図である。 [0017]本開示の例示的な実施形態による、ミリメートル波ＲＦ位相器の例示的な実装の回路図である。 [0018]本開示の例示的な実施形態による、ミリメートル波ＲＦ位相器の例示的な実装の回路図である。 [0019]本開示の例示的な実施形態による、ミリメートル波ＲＦ位相器の差動増幅器の回路図である。 [0020]本開示の例示的な実施形態による、ミリメートル波ＲＦ位相器のバラン（ｂａｌｕｎ）の回路図である。 [0021]本開示の例示的な実施形態による、ミリメートル波ＲＦ位相器によって提供される位相シフトのグラフ表示である。 [0022]本開示の例示的な実施形態による、ミリメートル波ＲＦ位相器の動作を制御するための方法のフロー図である。 [0023]本開示の例示的な実施形態による、制御デバイスの構成要素のブロック図である。

[0024]ここで、実施形態を詳細に参照し、その１つまたは複数の例が図面に例示される。各例は、本開示の限定ではなく、実施形態の説明として提供される。実際、本開示の範囲または精神から逸脱することなく、実施形態に対して様々な修正および変形を行うことができることが当業者に明らかであろう。たとえば、１つの実施形態の一部として例示または説明された特徴を別の実施形態とともに使用して、さらに別の実施形態を生成することができる。したがって、本開示の態様は、そのような修正および変形をカバーすることが意図されている。

[0025]本開示の例示的な態様は、ミリメートル波ＲＦ位相器に関する。ミリメートル波に基づくアンテナシステムは、非常に高い周波数（たとえば、１５ＧＨｚ以上）で動作する。そのようなシステムは、ミリメートルＲＦ波の位相および振幅を制御するために、様々なビームフォーミング技法（たとえば、機械的および／または電気的）を適用する。このようにして、アンテナシステムの放射パターンは、アンテナシステムのうちの１つまたは複数のアンテナ素子を物理的に動かすことなく操ることができる。ミリメートル波に基づく従来のアンテナシステムは、伝送路を有するＲＦ位相器を含む。特に、従来のアンテナシステムは、伝送路のうちの１つまたは複数のパラメータ（たとえば、静電容量および／またはインダクタンス）を修正して、伝送路を伝搬するミリメートルＲＦ波の伝搬遅延（したがって、位相）を変化させる。

[0026]本開示のミリメートル波ＲＦ位相器は、複数のタップを有する伝送路を含むことができる。複数のタップは、伝送路に沿って互いに離間することができる。ＲＦ位相器は、複数のスイッチングデバイスを含むことができる。複数のスイッチングデバイスの各スイッチングデバイスは、ＲＦ位相器の入力と、複数のタップのうちの対応するタップとの間に結合され得る。ＲＦ位相器は、複数のスイッチングデバイスに動作可能に結合された制御デバイスを含むことができる。いくつかの実施では、制御デバイスは、スイッチングデバイスの動作を制御して、複数のタップのうちの１つを、ＲＦ位相器の出力に選択的に結合することができる。このようにして、１つまたは複数の制御デバイスは、伝送路の電気的長さを調整して、伝送路に沿って伝搬するＲＦ信号の位相シフトを制御することができる。

[0027]例示的な実施形態では、複数のスイッチングデバイスは、複数の第１のスイッチングデバイスと、複数の第２のスイッチングデバイスとを含むことができる。複数の第１のスイッチングデバイスの各第１のスイッチングデバイスは、伝送路の対応するタップに選択的に結合することができる。たとえば、１つまたは複数の制御デバイスは、一度に１つの第１のスイッチングデバイスのみにバイアス信号を提供するように構成することができる。したがって、一度に１つの第１のスイッチングデバイスのみを、伝送路の対応するタップに結合できる。このようにして、１つまたは複数の制御デバイスは、伝送の対応するタップに結合されると、必要に応じて伝送路の電気的長さを設定して、伝送路を伝搬するＲＦ信号の所望の位相シフトを提供する、第１のスイッチングデバイスにバイアス信号を提供することができる。さらに、第１のスイッチングデバイスが、対応するタップに結合されている間、１つまたは複数の制御デバイスは、複数の第２のスイッチングデバイスの対応する第２のスイッチングデバイスに制御信号を提供して、対応するタップを、ＲＦ位相器の出力に選択的に結合することができる。

[0028]いくつかの実施では、伝送路の形状を修正して、伝送が集積回路またはプリント回路基板上で占める空間の量を最小化することができる。たとえば、いくつかの実施では、伝送路は、１つまたは複数の屈曲部（ｂｅｎｄ）を有する蛇行伝送路（ｍｅａｎｄｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）とすることができる。代替的な実施では、伝送路は、環状形状を有することができる。環状形状の例は、輪、円、および楕円を含むことができるが、これらに限定されない。そのような実施では、個々のタップからＲＦ位相器の出力へ、同じアクセスを達成できる。

[0029]本開示のＲＦ位相器は、多くの技術的利点を提供する。たとえば、伝送路の複数のタップにより、伝送路の電気的長さを変化させて、伝送路に沿って伝搬するＲＦ信号の所望の位相シフトに対応させることができる。より具体的には、伝送路の電気的長さは、従来のＲＦ位相器で必要とされる追加の構成要素を必要とせずに変化させることができる。このようにして、本開示のＲＦ位相器が、集積回路またはプリント回路基板上で占める空間の量は、従来のＲＦ位相器が、同じ集積回路またはＰＣＢ上で占める空間の量と比較して、最小化される。

[0030]本明細書で使用される場合、数値と併せた「約」という用語の使用は、記載された量の２０％以内を指すことが意図される。加えて、「第１」、「第２」、および「第３」という用語は、ある構成要素を、別の構成要素と区別するために交換可能に使用され得、個々の構成要素の位置または重要性を示すことは意図されない。さらに、「ミリメートル波」という用語は、０．５ミリメートルから数十ミリメートルの範囲（たとえば、１００ミリメートル未満）の波長を有するＲＦ信号を指す。

[0031]ここで図を参照すると、図１は、本開示の例示的な実施形態によるフェーズドアレイアンテナシステム１００を示す。図示されるように、フェーズドアレイアンテナシステム１００は、ＲＦ源１１０および複数のアンテナ素子１２０を含むことができる。ＲＦ源１１０は、ＲＦ信号を、複数のアンテナ素子１２０に提供するように構成することができる。いくつかの実施では、ＲＦ信号の周波数は、約２６．５ＧＨｚから約３３ＧＨｚの間とすることができる。代替的または追加的に、ＲＦ信号は、約０．５ミリメートルと１２ミリメートルとの間の波長を有することができる。

[0032]図示されるように、フェーズドアレイアンテナシステム１００は、複数のＲＦ位相器２００を含むことができる。いくつかの実施では、複数のＲＦ位相器２００の各ＲＦ位相器は、ＲＦ源１１０と、複数のアンテナ素子１２０の対応するアンテナ素子との間に結合することができる。以下でより詳細に論じられるように、複数のＲＦ位相器２００は、ＲＦ源１１０によって生成されたＲＦ信号の位相シフトを制御するように構成することができる。このようにして、複数のアンテナ素子１２０を介して放出されるＲＦ波の放射パターンは、アンテナ素子１２０を物理的に動かすことなく操ることができる。

[0033]ここで図２を参照して示されるように、ＲＦ位相器２００のうちの１つの構成要素は、本開示の例示的な実施形態にしたがって提供される。図示されるように、ＲＦ位相器２００は、入力２１０および出力２２０を含むことができる。いくつかの実施では、入力２１０は、図１を参照して上記で論じられたフェーズドアレイアンテナシステム１００のＲＦ源１１０のようなＲＦ源に結合可能とすることができる。代替的または追加的に、ＲＦ位相器２００の出力２２０は、図１を参照して上記で論じられたフェーズドアレイアンテナシステム１００の複数のアンテナ素子１２０のうちの１つのようなアンテナ素子に結合可能とすることができる。

[0034]図２に示されるＲＦ位相器２００は、送信（ＴＸ）回路の一部として例示されているが、本開示のミリメートル波ＲＦ位相器は、ＲＦ信号が１つまたは複数のアンテナ素子１２０を介して受信され、ＲＦ位相器２００を介してアンテナシステムのうちの１つまたは複数の構成要素（たとえば、フィルタ、プロセッサなど）に提供される受信（ＲＸ）回路において実施することができることを理解されたい。たとえば、そのような実施では、ＲＦ位相器２００の入力２１０は、複数のアンテナ素子１２０のうちの１つに結合することができ、ＲＦ位相器２００の出力２２０は、アレイアンテナシステム１００に関連付けられた制御デバイスに結合することができる。このようにして、アンテナ素子１２０において受信されたＲＦ信号は、ＲＦ位相器２００を介して制御デバイスに提供することができる。

[0035]図示されるように、複数のＲＦ位相器２００の各ＲＦ位相器は、伝送路２３０を含むことができる。いくつかの実施では、伝送路２３０は、ＲＦ位相器２００の入力２１０に結合することができる。伝送路２３０は、複数のタップ２３２（１つだけが示されている）を含むことができる。いくつかの実施では、複数のタップ２３２は、伝送路２３０の長さに沿って互いに離間することができる。以下で論じられるように、複数のタップ２３２のうちの１つは、ＲＦ位相器２００の出力２２０に選択的に結合されて、伝送路２３０の電気的長さを変化させることができる。このようにして、伝送路２３０に沿って伝搬するＲＦ信号の位相シフトを制御することができる。

[0036]いくつかの実施では、ＲＦ位相器２００は、ＲＦ位相器２００の伝送路２３０と出力２２０との間に結合された複数のスイッチングデバイス２４０（１つだけが示されている）を含むことができる。たとえば、複数のスイッチングデバイス２４０の各スイッチングデバイスは、出力２２０と、複数のタップ２３２の対応するタップとの間に結合することができる。このようにして、複数のスイッチングデバイス２４０の各スイッチングデバイスは、伝送路２３０の対応するタップ２３２を、ＲＦ位相器２００の出力２２０に選択的に結合することができる。例示的な実施形態では、複数のスイッチングデバイス２４０は、第１の状態と第２の状態との間で遷移することができる。複数のスイッチングデバイス２４０のうちのスイッチングデバイスが、第１の状態にあるとき、伝送路の対応するタップ２３２は、スイッチングデバイスを介して、ＲＦ位相器２００の出力２２０に結合することができる。逆に、スイッチングデバイスが、第２の状態にあるとき、対応するタップ２３２は、スイッチングデバイスを介して、ＲＦ位相器２００の出力２２０に結合されていない。このようにして、複数のスイッチングデバイス２４０の動作を制御して、必要に応じて伝送路２３０の電気的長さを調整（たとえば、延長または短縮）して、伝送路２３０を伝搬するＲＦ信号の所望の位相シフトを提供することができる。

[0037]伝送路２３０を伝搬するＲＦ信号は、任意の適切な場所で生成されることを理解されたい。たとえば、いくつかの実施では、ＲＦ信号は、アレイアンテナシステム１００のＲＦ源１１０（図１）を介して生成することができる。代替的な実施では、ＲＦ信号は、別のアンテナシステムに関連付けられたＲＦ源を介して生成することができ、フェーズドアレイアンテナシステム１００の１つまたは複数のアンテナ素子１２０（図１）を介して受信することができる。

[0038]複数のスイッチングデバイス２４０は、伝送路２３０の対応するタップ２３２を、ＲＦ位相器２００の出力２２０に選択的に結合するように構成された任意の適切なデバイスを含むことができることも理解されたい。たとえば、いくつかの実施では、スイッチングデバイス２４０は、１つまたは複数のコンタクタを含むことができる。あるいは、複数のスイッチングデバイス２４０は、１つまたは複数のトランジスタ、１つまたは複数のシリコン制御整流子（ＳＣＲ）、１つまたは複数のＴＲＩＡＣ、または伝送路２３０の対応するタップ２３２を、ＲＦ位相器２００の出力２２０に選択的に結合するように構成された他の任意の適切なデバイスを含むことができる。

[0039]いくつかの実施では、ＲＦ位相器２００は、複数のスイッチングデバイス２４０に動作可能に結合された１つまたは複数の制御デバイス２６０を含むことができる。１つまたは複数の制御デバイス２６０は、スイッチングデバイス２４０の動作を制御して、伝送路２３０の複数のタップ２３２のうちの１つを、ＲＦ位相器２００の出力２２０に選択的に結合するように構成することができる。したがって、１つまたは複数の制御デバイス２６０は、スイッチングデバイス２４０の動作を制御して、伝送路２３０の電気的長さを調整（たとえば、延長または短縮）することができる。このようにして、１つまたは複数の制御デバイス２６０は、必要に応じて伝送路２３０の電気的長さを調整して、伝送路２３０を伝搬するＲＦ信号の所望の位相シフトを提供することができる。

[0040]図３は、本開示にしたがって提供される伝送路２３０の例示的な実施形態を示す。図示されるように、伝送路２３０は、伝送路２３０と接地面３２０との間に配置された誘電体材料３１０の層に実装されたマイクロストリップ導体とすることができる。あるいは、伝送路２３０は、集積回路の金属板上に実装することができる。図示されるように、伝送路２３０は、伝送路２３０の長さＬに沿って互いに離間された複数のタップ２３２を含むことができる。たとえば、伝送路２３０は、図３に示されるように、３つの別個のタップ２３２を有することができる。しかしながら、伝送路２３０は、より多く、または、より少ないタップ２３２を含むことができることを理解されたい。たとえば、いくつかの実施では、伝送路２３０は、２８個の別個のタップ２３２を含むことができる。

[0041]図４は、本開示による伝送路２３０の別の例示的な実施形態を示す。いくつかの実施では、伝送路２３０は、プリント回路基板の接地面４１０上に実装することができる。あるいは、伝送路２３０は、集積回路の金属板上に実装することができる。図示されるように、伝送路２３０は、第１の端部２３４と第２の端部２３６との間に延びることができる。図４に例示される伝送路２３０は、第１の端部２３４と第２の端部２３６との間に１つまたは複数の屈曲部を有する蛇行伝送路である。蛇行伝送路のうちの１つまたは複数の屈曲部は、図３を参照して上記で論じた伝送路２３０のような、１つまたは複数の屈曲部を含まない伝送路の長さと比較して、蛇行伝送路の全長を短縮することができる。このようにして、伝送路２３０はよりコンパクトであり、したがって、集積回路またはプリント回路基板上で、より少ない空間しか占めない。

[0042]いくつかの実施では、伝送路２３０の第１の端部２３４は、ＲＦ位相器２００の入力２１０に結合することができる（図２）。このようにして、ＲＦ源（たとえば、図１のＲＦ源１１０）を介して生成された１つまたは複数のＲＦ信号を、伝送路２３０に提供することができる。代替的または追加的に、ＲＦ位相器２００（図２）は、接地ＧＮＤと、伝送路２３０の第２の端部２３６との間に結合された負荷抵抗４３０を含むことができる。負荷抵抗４３０は、任意の適切な値の抵抗を有することができることを理解されたい。出力２２０に結合されたタップ２３２で見られる負荷の値は、負荷抵抗４３０と、出力２２０に現在結合されているタップ２３２との間に配置された１つまたは複数のタップ２３２の構成に応じて修正できることも理解されたい。

[0043]図示されるように、伝送路２３０のタップ２３２は、伝送路２３０の長さＬに沿って離間することができる。また、図４に示される伝送路２３０は、２８個の別個のタップ２３２を含むが、伝送路２３０は、より多くの、または、より少ないタップ２３２を含むことができることを理解されたい。ここで簡単に図５を参照して示すように、ＲＦ位相器２００（図２）の複数のスイッチングデバイス２４０は、複数の第１のスイッチングデバイス２４２と、複数の第２のスイッチングデバイス２４４とを含むことができる。以下に論じるように、複数のタップ２３２の各タップは、ＲＦ位相器２００（図２）の結合回路構成４４０を介して、対応する第１のスイッチングデバイス２４２に結合することができる。

[0044]いくつかの実施では、結合回路構成４４０は、交流（ＡＣ）結合を介して、伝送路２３０の対応するタップ２３２を、対応する第１のスイッチングデバイス２４２に結合するように構成された１つまたは複数の構成要素（たとえば、コンデンサ）を含むことができる。あるいは、回路構成４４０は、直流（ＤＣ）結合を介して、伝送路２３０の対応するタップ２３２を、対応する第１のスイッチングデバイス２４２に結合するように構成された１つまたは複数の構成要素を含むことができる。

[0045]複数の第１のスイッチングデバイス２４２および複数の第２のスイッチングデバイス２４４は、任意の適切なタイプのトランジスタを含むことができることを理解されたい。たとえば、いくつかの実施では、複数の第１のスイッチングデバイス２４２は、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）とすることができる。代替的な実施では、複数の第１のスイッチングデバイス２４２は、金属酸化物シリコン電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とすることができる。

[0046]ここで図６を参照して示すように、伝送路２３０のさらに別の例示的な実施形態が、本開示にしたがって提供される。いくつかの実施では、伝送路２３０は、プリント回路基板の接地面５１０上に実装することができる。あるいは、伝送路２３０は、集積回路の金属板に実装することができる。図６に例示される実施形態に図示されるように、伝送路２３０の形状は、八角形に対応することができる。しかしながら、伝送路２３０は、任意の適切な形状または多角形として構成することができることを理解されたい。たとえば、いくつかの実施では、伝送路２３０は、環状形状を有することができる。環状形状の例は、輪、円、または楕円を含むことができるが、これらに限定されない。

[0047]図６に示される伝送路２３０の長さは、約５１０マイクロメートルとできることを理解されたい。逆に、図４に示される伝送路２３０の長さＬは、約５６０マイクロメートルとすることができる。このように、図６の伝送路２３０がＰＣＢまたは集積回路で占有する空間の量を、図４の伝送路２３０が同じＰＣＢまたは集積回路で占有する空間の量と比較して、少なくすることができる。

[0048]図示されるように、伝送路２３０の複数のタップ２３２は、伝送路２３０に沿って離間することができる。また、図６に示される伝送路２３０は、３２個の別個のタップ２３２を含むが、伝送路２３０は、より多くの、または、より少ないタップ２３２を含むことができることを理解されたい。ここで簡単に図７を参照して示すように、伝送路２３０の複数のタップ２３２（１つのみが示されている）のうちの１つのみを、ＲＦ位相器２００の出力２２０（図２）に選択的に結合するように構成された複数のスイッチングデバイス２４０は、図５を参照して上記で論じられた、複数の第１のスイッチングデバイス２４２と、複数の第２のスイッチングデバイス２４４とを含むことができる。

[0049]図示されるように、複数のタップ２３２の各タップは、図５を参照して上記で論じられた結合回路構成４４０を介して、対応する第１のスイッチングデバイス２４２に結合することができる。いくつかの実施では、結合回路構成４４０は、１つまたは複数の導体４４２（たとえば、ワイヤまたは金属トレース集積回路）を介して、複数のタップ２３２のうちの対応するタップに結合することができる。以下でより詳細に論じられるように、ＲＦ位相器２００の制御デバイス２６０（図２）は、第１のスイッチングデバイス２４２および第２のスイッチングデバイス２４４の動作を制御して、複数のタップ２３２のうちの１つを、ＲＦ位相器２００の出力２２０（図２）に選択的に結合することができる。このようにして、制御デバイス２６０は、第１のスイッチングデバイス２４２および第２のスイッチングデバイス２４４の動作を制御して、伝送路２３０の電気的長さを調整（たとえば、延長または短縮）して、伝送路２３０を伝搬するＲＦ信号の所望の位相シフトを提供することができる。

[0050]ここで図８および図９を参照して示すように、ＲＦ位相器２００の例示的な実施を例示する回路図が、本開示の例示的な実施形態にしたがって提供される。いくつかの実施では、複数の第１のスイッチングデバイス２４２の各々は、ＲＦ位相器２００（図２）の結合回路構成４４０（図５および図７）を介して、複数のタップ２３２（図２）のうちの対応するタップに結合することができる。たとえば、いくつかの実施では、結合回路構成４４０は、対応するタップ２３２と、対応する第１のスイッチングデバイス２４２との間に結合された１つまたは複数のコンデンサＣを含むことができる。

[0051]いくつかの実施では、ＲＦ位相器２００（図２）のうちの１つまたは複数の制御デバイス２６０（図２）は、一度に、複数の第１のスイッチングデバイス２４２のうちの１つに、バイアス信号を提供することができる。そのような実施では、バイアス信号を受信する第１のスイッチングデバイス２４２のみが、結合回路構成４４０（図５および図７）を介して、伝送路２３０の対応するタップ２３２に結合することができる。このようにして、１つまたは複数の制御デバイス２６０は、第１の複数のスイッチングデバイス２４２の動作を制御して、伝送路２３０の電気的長さを調整（たとえば、延長または短縮）することができる。たとえば、伝送路２３０の電気的長さは、伝送路２３０の第１の端部２３４（図４）から、結合回路構成４４０（図５および図７）を介して、対応する第１のスイッチングデバイス２４２に結合される、対応するタップ２３２まで測定された距離に対応することができる。

[0052]いくつかの実施では、複数の第２のスイッチングデバイス２４４の各第２のスイッチングデバイスは、複数の第１のスイッチングデバイス２４２の対応する第１のスイッチングデバイスに結合することができる。そのような実施では、１つまたは複数の制御デバイス２６０は、第２のスイッチングデバイス２４４の動作を制御して、対応する第１のスイッチングデバイス２４２を介して、対応するタップ２３２を、ＲＦ位相器２００の出力２２０（図２）に選択的に結合することができる。

[0053]いくつかの実施では、伝送路２３０のタップ２３２は、伝送路２３０の長さに沿って互いに離間することができ、これによって、伝送路２３０の電気的長さが増加すると、伝送路２３０を伝搬するＲＦ信号の位相シフトは、線形的に増加するようになる。たとえば、伝送路２３０の第１のタップが、ＲＦ位相器２００の出力２２０に結合されたときのＲＦ信号の位相シフトは、約５度としてもよい。逆に、間に配置された介在するタップなしで、第１のタップに隣接して配置された第２のタップに結合されたときのＲＦ信号の位相シフトは、約１０度としてもよい。したがって、ＲＦ信号の位相シフトは、伝送路２３０の電気的長さが増加するにつれて、約５度の増分で増加してもよい。いくつかの実施では、位相シフトは、伝送路２３０の電気的長さが、約１８０度（１８０°）の最大位相シフトを提供するまで、約５度の増分で増加することができる。

[0054]いくつかの実施では、ＲＦ位相器２００は、伝送路２３０の電気的長さを調整することによって提供されるものを超えて、ＲＦ信号の追加の位相シフトを提供するための差動増幅器を含むことができる。図１０は、本開示の例示的な実施形態による差動増幅器８００の回路図を示す。図示されるように、差動増幅器８００は、第１のスイッチングデバイス８１０および第２のスイッチングデバイス８２０を含むことができる。第１のスイッチングデバイス８１０および第２のスイッチングデバイス８２０の例は、任意の適切なタイプのトランジスタを含むことができる。たとえば、いくつかの実施では、第１のスイッチングデバイス８１０および第２のスイッチングデバイス８２０は、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）とすることができる。代替的な実施では、第１のスイッチングデバイス８１０および第２のスイッチングデバイス８２０は、金属酸化物電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とすることができる。

[0055]第１のスイッチングデバイス８１０は、第１の端子８１２、第２の端子８１４、および第３の端子８１６を含むことができる。第１の端子８１２は、１つまたは複数の導体（たとえば、集積回路内のワイヤまたはトレース）を介して、ＲＦ位相器２００（図２）の入力２１０（図２）に結合することができる。いくつかの実施では、差動増幅器８００は、ＲＦ位相器２００の第１の端子８１２と入力２１０（図２）との間に結合された第１のコンデンサＣ１を含むことができる。第２の端子８１４は、１つまたは複数の導体を介して電源８３０に結合することができる。いくつかの実施では、差動増幅器８００は、第２の端子８１４と電源８３０との間に結合された第１の抵抗Ｒ１を含むことができる。第３の端子８１６は、１つまたは複数の導体を介して接地ＧＮＤに結合することができる。いくつかの実施では、差動増幅器８００は、第３の端子８１６と接地ＧＮＤとの間に結合された電流源８４０を含むことができる。

[0056]第２のスイッチングデバイス８２０は、第１の端子８２２、第２の端子８２４、および第３の端子８２６を含むことができる。第１の端子８２２は、１つまたは複数の導体を介して接地ＧＮＤに結合することができる。いくつかの実施では、差動増幅器８００は、接地ＧＮＤと第１の端子８２２との間に結合された第２のコンデンサＣ２を含むことができる。第２の端子８２４は、１つまたは複数の導体を介して電源８３０に結合することができる。いくつかの実施では、差動増幅器８００は、第２の端子８２４と電源８３０との間に結合された第２の抵抗Ｒ２を含むことができる。第３の端子８２６は、１つまたは複数の導体を介して接地ＧＮＤに結合することができる。いくつかの実施では、電流源８４０は、第３の端子８２６と接地ＧＮＤとの間に結合することができる。

[0057]いくつかの実施では、差動増幅器８００は、第１の出力８５０および第２の出力８６０を含むことができる。第１の出力５０を介して放出されるＲＦ信号の位相は、第２の出力８６０を介して放出されるＲＦ信号の位相とは異なる可能性があることを理解されたい。たとえば、第２の出力８６０を介して放出されるＲＦ信号は、第１の出力８５０を介して放出されるＲＦ信号に対して約１８０度（たとえば、１８０°）位相がずれている（ｏｕｔ－ｏｆ－ｐｈａｓｅ）可能性がある。

[0058]いくつかの実施では、ＲＦ位相器２００（図２）は、バランを含むことができる。図１０は、本開示の例示的な実施形態による、アクティブバラン９００の回路図を示す。図示されるように、アクティブバラン９００は、増幅器９１０を含むことができる。増幅器９１０の例は、任意の適切なタイプのトランジスタを含むことができる。たとえば、いくつかの実施では、増幅器９１０は、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）とすることができる。代替的な実施では、増幅器９１０は、金属酸化物電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とすることができる。

[0059]増幅器９１０は、第１の端子９１２、第２の端子９１４、および第３の端子９１６を含むことができる。第１の端子９１２は、１つまたは複数の導体（たとえば、ワイヤ）を介して、ＲＦ位相器２００（図１）の入力２１０（図２）に結合することができる。いくつかの実施では、アクティブバラン９００は、第１の端子９１２とＲＦ位相器２００の入力２１０（図２）との間に結合されたコンデンサＣを含むことができる。第２の端子８１４は、１つまたは複数の導体を介して電源９３０に結合することができる。いくつかの実施では、アクティブバラン９００は、第２の端子９１４と電源９３０との間に結合された第１の抵抗Ｒ１を含むことができる。第３の端子９１６は、１つまたは複数の導体を介して接地ＧＮＤに結合することができる。いくつかの実施では、アクティブバラン９００は、第３の端子９１６と接地ＧＮＤとの間に結合された第２の抵抗Ｒ２を含むことができる。

[0060]図示されるように、アクティブバラン９００は、第１の出力９５０および第２の出力９６０を含むことができる。第１の出力９５０を介して放出されるＲＦ信号の位相は、第２の出力９６０を介して放出されるＲＦ信号の位相とは異なる可能性があることを理解されたい。たとえば、第２の出力９６０を介して放出されるＲＦ信号は、第１の出力９５０を介して放出されるＲＦ信号に対して約１８０度（たとえば、１８０°）位相がずれている可能性がある。

[0061]ここで図１２を参照して、本開示の例示的な実施形態による、ＲＦ位相器の伝送路の電気的長さを調整することに基づいて発生するＲＦ信号の位相シフトのグラフ表示。図示されるように、図１２におけるグラフは、（垂直軸に沿って度で示される）ＲＦ信号の位相を、ＲＦ位相器が（ギガヘルツで水平軸に沿って示される）周波数の関数として出力することを例示する。より具体的には、図１２におけるグラフは、ＲＦ位相器の伝送路の電気的長さが調整される（たとえば、延長または短縮される）ときに発生するＲＦの（度で測定される）位相シフトを例示する。図１２のグラフに示される複数の曲線の各曲線は、スイッチングデバイス２４０（図５）を介して選択されたときの対応するタップ（たとえば、３２個のタップ）の振舞いを示す。図１２のグラフは、２６．５ＧＨｚから３３ＧＨｚに及ぶ周波数範囲にわたって発生するＲＦ信号の位相シフトを示しており、本開示のＲＦ位相器は、任意の適切な周波数の範囲にわたって、ＲＦ信号と同じまたは類似のものを提供できることを理解されたい。

[0062]ここで図１３を参照して示すように、ミリメートル波ＲＦ位相器の動作を制御するための方法４００のフロー図が、本開示の例示的な実施形態にしたがって提供される。一般に、方法４００は、図２を参照して上記のミリメートル波ＲＦ位相器を参照して本明細書で論じられる。しかしながら、図１３は、例示および議論の目的で特定の順序で実行されるステップを示すが、本明細書で議論される方法は、特定の順序または配置に限定されない。本明細書で提供される開示を使用する当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、本明細書で開示される方法の様々なステップを様々な手法で省略、再配置、組合せ、および／または適合させることができることを理解する。

[0063]（４０２）において、方法４００は、１つまたは複数の制御デバイスによって、ＲＦ位相器に提供されるＲＦ信号の所望の位相シフトを示すデータを取得することを含む。例示的な実施形態では、ＲＦ信号は、約２６．５ＧＨｚから約３３ＧＨｚの間の周波数を有するミリメートルＲＦ信号とすることができる。しかしながら、ＲＦ信号は、任意の適切な周波数を有することができることを理解されたい。

[0064]（４０４）において、方法４００は、１つまたは複数の制御デバイスによって、ＲＦ位相器の複数のスイッチングデバイスを制御して、少なくとも部分的に所望の位相シフトを示すデータに基づいて、ＲＦ位相器に伝送路の電気的長さを調整することを含むことができる。例示的な実施形態では、複数のスイッチングデバイスの動作を制御することは、１つまたは複数の制御デバイスによって、複数のスイッチングデバイスのうちの第１のスイッチングデバイスにバイアス信号を提供して、第１のスイッチングデバイスを、伝送路の対応するタップに結合することを含むことができる。加えて、複数のスイッチング要素の動作を制御することは、１つまたは複数の制御デバイスによって、複数のスイッチングデバイスの第２のスイッチングデバイスに制御信号を提供して、伝送路の対応するタップを、第１のスイッチングデバイスを介して、ＲＦ位相器の出力へ結合することを含むことができる。

[0065]（４０６）において、方法４００は、１つまたは複数の制御デバイスによって、（４０４）における出力に結合された複数のタップのうちの１つを介して、ＲＦ信号を、ＲＦ位相器の出力に提供することを含むことができる。例示的な実施形態では、ＲＦ位相器の出力は、フェーズドアレイアンテナシステムの一部として含まれる複数のアンテナ素子のうちの１つのアンテナ素子に結合することができる。

[0066]図１４は、本開示の例示的な実施形態による、制御デバイス２６０の適切な構成要素のうちの１つの実施形態を例示する。図示されるように、制御デバイス２６０は、様々なコンピュータ実施機能を実行する（たとえば、本明細書に開示される方法、ステップ、計算などを実行する）ように構成された１つまたは複数のプロセッサ２６２を含むことができる。本明細書で使用される場合、「プロセッサ」という用語は、当技術分野でコンピュータに含まれると称される集積回路を指すだけでなく、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、および他のプログラマブル回路をも指す。

[0067]図示されるように、制御デバイス２６０は、メモリデバイス２６４を含むことができる。メモリデバイス２６４の例は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードドライブ、フラッシュドライブ、または他の適切なメモリデバイスなどの非一時的なコンピュータ可読媒体を含むがこれらに限定されないコンピュータ可読媒体を含むことができる。メモリデバイス２６４は、プロセッサ２６２によって実行することができるコンピュータ可読命令２６６を含む、プロセッサ２６２によってアクセス可能な情報を格納することができる。コンピュータ可読命令２６６は、プロセッサ２６２によって実行されると、プロセッサ２６２に動作を実行させる任意の命令のセットとすることができる。コンピュータ可読命令２６６は、任意の適切なプログラミング言語で記述されたソフトウェアとすることができるか、またはハードウェアで実施することができる。

[0068]いくつかの実施では、コンピュータ可読命令２６６は、制御デバイス２６０によって実行されて、複数のスイッチングデバイス２４０（図２）の動作を制御するための１つまたは複数の制御アクションを生成するなどの動作を実行することができる。いくつかの実施では、制御動作は、伝送路２３０（図２）の複数のタップ２３２（図２）のうちの１つを、複数のスイッチングデバイス２４０のうちの１つを介して、ＲＦ位相器２００の出力２２０（図２）に結合することを含むことができる。このようにして、制御デバイス２６０は、伝送路２３０の電気的長さを調整して、伝送路２３０に沿って伝搬するＲＦ信号の位相シフトを制御することができる。

[0069]本主題は、その特定の例示的な実施形態に関して詳細に説明されてきたが、当業者は、前述の理解を達成すると、そのような実施形態に対する変更、変形、および均等物を容易に生成することができることを理解されたい。したがって、本開示の範囲は、限定ではなく例示によるものであり、主題の開示は、当業者に容易に明らかになるような本主題へのそのような修正、変形、および／または追加を含めることを排除するものではない。

Claims (15)

1. ミリメートル波無線周波数（ＲＦ）位相器であって、
   入力と、
   出力と、
   前記入力に結合され、複数のタップを含む伝送路と、
   複数の第１のスイッチングデバイスであって、各第１のスイッチングデバイスが、前記複数のタップの対応するタップに結合される、複数の第１のスイッチングデバイスと、
   複数の第２のスイッチングデバイスであって、各第２のスイッチングデバイスが、前記出力と、対応する第１のスイッチングデバイスとの間に結合される、複数の第２のスイッチングデバイスと、
   前記複数の第１のスイッチングデバイスと前記複数の第２のスイッチングデバイスとに動作可能に結合された制御デバイスであって、前記複数の第１のスイッチングデバイスおよび前記複数の第２のスイッチングデバイスの動作を制御して、前記複数のタップのうちの１つを前記出力に選択的に結合して、前記伝送路の電気的長さを調整して、前記伝送路を伝搬するＲＦ信号の位相シフトを制御するように構成された制御デバイスと
   を備え、
   前記制御デバイスは、
   前記複数の第１のスイッチングデバイスのうち一度に１つの第１のスイッチングデバイスのみにバイアス信号を提供して、前記第１のスイッチングデバイスを、前記複数のタップのうちの１つのタップに結合し、
   前記複数の第２のスイッチングデバイスのうちの対応する第２のスイッチングデバイスに制御信号を提供して、前記タップを、前記ミリメートル波ＲＦ位相器の前記出力に結合するよう構成される、ミリメートル波無線周波数（ＲＦ）位相器。
2. 前記複数のタップは、前記伝送路の長さに沿って互いに離間される、請求項１に記載のミリメートル波ＲＦ位相器。
3. 前記複数の第１のスイッチングデバイスの各々は、交流（ＡＣ）結合を介して、前記複数のタップのうちの対応するタップに結合される、請求項１に記載のミリメートル波ＲＦ位相器。
4. 前記複数の第１のスイッチングデバイスの各々は、直流（ＤＣ）結合を介して、前記複数のタップのうちの対応するタップに結合される、請求項１に記載のミリメートル波ＲＦ位相器。
5. 前記ＲＦ信号の波長は、約０．５ミリメートルから約１２ミリメートルの範囲である、請求項１に記載のミリメートル波ＲＦ位相器。
6. 前記伝送路は、蛇行伝送路の第１の端部と、前記蛇行伝送路の第２の端部との間に、１つまたは複数の屈曲部を有する前記蛇行伝送路である、請求項１に記載のミリメートル波ＲＦ位相器。
7. ２つの隣接するタップに関連付けられた前記位相シフトの差が約５度になるように、前記複数のタップは、前記伝送路に沿って互いに離間される、請求項６に記載のミリメートル波ＲＦ位相器。
8. フェーズドアレイアンテナシステムであって、
   ＲＦ信号を提供するように構成されたＲＦ源と、
   複数のアンテナ素子と、
   複数のミリメートル波ＲＦ位相器と
   を備え、
   各ミリメートル波ＲＦ位相器が、
   前記ＲＦ源に結合可能な入力と、
   前記複数のアンテナ素子のうちの対応するアンテナ素子に結合可能な出力と、
   前記入力に結合された伝送路であって、前記伝送路に沿って互いに離間された複数のタップを有する伝送路と、
   複数の第１のスイッチングデバイスであって、各第１のスイッチングデバイスが、前記複数のタップの対応するタップに結合される、複数の第１のスイッチングデバイスと、
   複数の第２のスイッチングデバイスであって、各第２のスイッチングデバイスが、前記出力と、対応する第１のスイッチングデバイスとの間に結合される、複数の第２のスイッチングデバイスと、
   前記複数の第１のスイッチングデバイスと前記複数の第２のスイッチングデバイスとに動作可能に結合された制御デバイスであって、前記複数の第１のスイッチングデバイスおよび前記複数の第２のスイッチングデバイスの動作を制御して、前記複数のタップのうちの１つを前記出力に選択的に結合して、前記伝送路の電気的長さを調整して、前記伝送路を伝搬するＲＦ信号の位相シフトを制御するように構成された制御デバイスと
   を備え、
   前記制御デバイスは、
   前記複数の第１のスイッチングデバイスのうち一度に１つの第１のスイッチングデバイスのみにバイアス信号を提供して、前記第１のスイッチングデバイスを、前記複数のタップのうちの１つのタップに結合し、
   前記複数の第２のスイッチングデバイスのうちの対応する第２のスイッチングデバイスに制御信号を提供して、前記タップを、前記ミリメートル波ＲＦ位相器の前記出力に結合するよう構成される、フェーズドアレイアンテナシステム。
9. 前記複数のタップは、前記伝送路の長さに沿って互いに離間される、請求項８に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
10. 前記複数の第１のスイッチングデバイスの各々は、交流（ＡＣ）結合を介して、前記複数のタップのうちの対応するタップに結合される、請求項８に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
11. 前記複数の第１のスイッチングデバイスの各々は、直流（ＤＣ）結合を介して、前記複数のタップのうちの対応するタップに結合される、請求項８に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
12. 前記伝送路の形状は、環状である、請求項８に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
13. 前記伝送路は、蛇行伝送路の第１の端部と、前記蛇行伝送路の第２の端部との間に、１つまたは複数の屈曲部を有する前記蛇行伝送路である、請求項８に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
14. ２つの隣接するタップに関連付けられた前記位相シフトの差が約５度になるように、前記複数のタップは、前記伝送路に沿って互いに離間される、請求項１３に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
15. 複数のタップを有する伝送路を備えるミリメートル波ＲＦ位相器の動作を制御する方法であって、
    １つまたは複数の制御デバイスによって、前記ミリメートル波ＲＦ位相器の入力に提供されるＲＦ信号の所望の位相シフトを示すデータを取得するステップと、
    前記１つまたは複数の制御デバイスによって、複数のスイッチングデバイスの動作を制御して、前記ＲＦ信号の前記所望の位相シフトを示す前記データに少なくとも部分的に基づいて、前記伝送路の電気的長さを調整するステップと、
    前記１つまたは複数の制御デバイスによって、前記伝送路の前記複数のタップのうちの１つを介して、前記ＲＦ信号を、前記ミリメートル波ＲＦ位相器の出力に提供するステップと
    を含み、
    前記１つまたは複数の制御デバイスによって複数のスイッチングデバイスの動作を調整することは、
    複数の第１のスイッチングデバイスのうち一度に１つの第１のスイッチングデバイスのみにバイアス信号を提供して、前記第１のスイッチングデバイスを、前記複数のタップのうちの１つのタップに結合し、
    複数の第２のスイッチングデバイスのうちの対応する第２のスイッチングデバイスに制御信号を提供して、前記タップを、前記ミリメートル波ＲＦ位相器の前記出力に結合することを含む、方法。

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