JP7319378B2

JP7319378B2 - 二偏波ミリメートル波フロントエンド集積回路

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Publication number: JP7319378B2
Application number: JP2021542434A
Authority: JP
Inventors: タイユンチー; トーマスチェン
Original assignee: スウィフトリンクテクノロジーズインコーポレイテッド
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2040-01-14
Also published as: KR20210106563A; KR102435469B1; CN113366768B; EP3918716A1; US11171682B2; CN113366768A; WO2020159699A1; JP2022520008A; CA3123295A1; EP3918716A4; US20200244302A1

Description

本発明の実施形態は、一般にモバイル装置に関する。具体的には、本発明の実施形態は、二偏波ミリメートル波（ｍｍ波）フロントエンド集積回路に関する。

無線通信技術が進化するにつれ、基地局及び／又はスモールセル間の無線周波数（ＲＦ）通信が有線通信の代わりになりつつある。無線通信では、基地局が、固定位置に設置された無線通信局であり、これをセルラーセルサイトの一部として通信に使用することができる。一般に、基地局及び／又はスモールセル及び／又は最終目的地間の通信は、限られた帯域幅に起因して有線通信である。例えば、通常、基地局からセルサイトへの、又はセルサイトから家庭への通信は有線ファイバー通信である。

同様の要素を同じ参照記号によって示す添付図面の図に、本発明の実施形態を限定ではなく一例として示す。

本発明の１つの実施形態による無線通信装置の例を示すブロック図である。１つの実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路の例を示すブロック図である。１つの実施形態による周波数合成器の例を示すブロック図である。１つの実施形態による、中間周波数（ＩＦ）における二重ストリーム結合送信機（ＴＸ）入力及び受信機（ＲＸ）出力入力／出力（ＩＯ）を有する二偏波ミリメートル波トランシーバフロントエンドの例を示すブロック図である。１つの実施形態による、二重ストリームＴＸ入力及び二重ストリームＲＸ出力を有する二偏波ミリメートル波トランシーバフロントエンドの例を示すブロック図である。１つの実施形態による、偏波スイッチとＩＦにおける結合Ｉ／Ｏとを有する二偏波ミリメートル波トランシーバフロントエンドの例を示すブロック図である。１つの実施形態による、偏波スイッチと独立したＴＸ入力及びＲＸ出力とを有する二偏波ミリメートル波トランシーバフロントエンドの例を示すブロック図である。

後述する詳細を参照しながら本発明の様々な実施形態及び態様について説明し、添付図面に様々な実施形態を示す。以下の説明及び図面は本発明の例示であり、本発明を限定するものとして解釈すべきではない。本発明の様々な実施形態を完全に理解できるように、数多くの具体的な詳細を説明する。しかしながら、場合によっては、本発明の実施形態を簡潔に説明するために周知の又は従来の詳細については説明しない。

本明細書における「１つの実施形態」又は「ある実施形態」についての言及は、その実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造又は特性を本発明の少なくとも１つの実施形態に含めることができることを意味する。本明細書の様々な箇所に出現する「１つの実施形態では」との表現は、必ずしも全てが同じ実施形態について言及しているわけではない。

第１の態様によれば、無線周波数（ＲＦ）フロントエンド集積回路（ＩＣ）デバイスが、第１の組のＲＦチャネルに関連する第１の偏波のＲＦ信号を送受信する１又は２以上のトランシーバの第１のアレイを含み、各トランシーバは、第１の組のそれぞれのＲＦチャネルに関連する所定の周波数帯域のための振幅及び位相シフト設定に従ってＲＦ信号を送受信する。ＲＦフロントエンドＩＣデバイスは、第２の組のＲＦチャネルに関連する第２の偏波のＲＦ信号を送受信する１又は２以上のトランシーバの第２のアレイを含み、各トランシーバは、第２の組のそれぞれのＲＦチャネルに関連する所定の周波数帯域のための振幅及び位相シフト設定に従ってＲＦ信号を送受信する。ＲＦフロントエンドＩＣデバイスは、第１のトランシーバアレイの各トランシーバに結合されて、ＬＯ信号に基づく第１の偏波の第１の中間周波数（ＩＦ）信号を第１のトランシーバアレイによって送信されるように第１の偏波の第１のＲＦ信号にアップコンバートし、第１のトランシーバアレイから受け取られたＬＯ信号に基づく第１の偏波の第２のＲＦ信号を第１の偏波の第２のＩＦ信号にダウンコンバートする第１のコンバータを含む。ＲＦフロントエンドＩＣデバイスは、第２のトランシーバアレイの各トランシーバに結合されて、ＬＯ信号に基づく第２の偏波の第２のＩＦ信号を第２のトランシーバアレイによって送信されるように第２の偏波の第２のＲＦ信号にアップコンバートし、第２のトランシーバアレイから受け取られたＬＯ信号に基づく第２の偏波の第２のＲＦ信号を第２の偏波の第２のＩＦ信号にダウンコンバートする第２のコンバータを含む。第１のトランシーバアレイ、第２のトランシーバアレイ、第１のコンバータ及び第２のコンバータは、単一のフロントエンドＩＣチップ又はパッケージとして単一のＩＣチップ内に埋め込まれる。

１つの実施形態では、第１のアレイ又は第２のアレイのトランシーバの各々が、遠隔装置にＲＦ信号を送信する送信機と、遠隔装置からＲＦ信号を受信する受信機と、無線でＲＦ信号を送信又は受信するアンテナと、ＲＦ信号を送信又は受信するために、送信機又は受信機を所与の時点でアンテナに結合するように構成された第１の送信／受信スイッチとを含む。デバイスは、ＲＦ信号を送信又は受信するために、所与の時点で送信機をコンバータの送信経路に結合し、受信機をコンバータの受信経路に結合するように構成された第２の送信／受信スイッチを含み、コンバータは、第１のアレイのトランシーバのための第１のコンバータであり、コンバータは、第２のアレイのトランシーバのための第２のコンバータである。別の実施形態では、第１のアレイの各トランシーバのアンテナが第１の偏波に対応し、第２のアレイの各トランシーバのアンテナが第２の偏波に対応する。

別の実施形態では、第１のコンバータが、ＬＯ信号に基づく第１の偏波の第１のＩＦ信号を第１の偏波の第１のＲＦ信号にアップコンバートするアップコンバータと、第１の偏波の第２のＲＦ信号を第１の偏波の第２のＩＦ信号にダウンコンバートするダウンコンバータと、第１のＩＦ信号のアップコンバート又は第２のＲＦ信号のダウンコンバートを行うために、アップコンバータ又はダウンコンバータを所与の時点で第１のトランシーバアレイに結合するように構成された第１の送信／受信スイッチとを含む。

別の実施形態では、第２のコンバータが、ＬＯ信号に基づく第２の偏波の第１のＩＦ信号を第２の偏波の第１のＲＦ信号にアップコンバートするアップコンバータと、第２の偏波の第２のＲＦ信号を第２の偏波の第２のＩＦ信号にダウンコンバートするダウンコンバータと、第１のＩＦ信号のアップコンバート又は第２のＲＦ信号のダウンコンバートを行うために、アップコンバータ又はダウンコンバータを所与の時点で第１のトランシーバアレイに結合するように構成された第１のスイッチとを含む。

別の実施形態では、アップコンバータの入力ポートがＩＦ入力ポートに結合され、ダウンコンバータの出力ポートがＩＦ出力ポートに結合され、ＩＦ入力及び出力ポートは第１の偏波に対応する。別の実施形態では、第１のコンバータが、アップコンバータ又はダウンコンバータを所与の時点でＩＦＩＯポートに結合するように構成された第２の送信／受信スイッチをさらに含み、ＩＦＩＯポートは第１の偏波に対応する。

１つの実施形態では、デバイスが、第１のアレイと第１のコンバータとの間に結合されて、第１のアレイのトランシーバのためのＲＦ信号を結合／分割する第１の電力結合器／分割器と、第２のアレイと第２のコンバータとの間に結合されて、第２のアレイのトランシーバのためのＲＦ信号を結合／分割する第２の電力結合器／分割器とを含む。１つの実施形態では、第１の偏波が水平偏波であり、第２の偏波が垂直偏波である。１つの実施形態では、第１の偏波が左回り偏波であり、第２の偏波が右回り偏波である。

第２の態様によれば、ＲＦフロントエンドＩＣデバイスが、所定の周波数帯域内の振幅及び位相シフト設定に従って、第１のＲＦチャネルに関連する第１及び第２の偏波でＲＦ信号を送受信する第１のトランシーバを含む。デバイスは、所定の周波数帯域内の振幅及び位相シフト設定に従って、第２のＲＦチャネルに関連する第１及び第２の偏波でＲＦ信号を送受信する第２のトランシーバを含む。デバイスは、第１及び第２のトランシーバに結合されて、ＬＯ信号に基づく第１の中間周波数（ＩＦ）信号を第１又は第２のトランシーバによって送信されるように第１のＲＦ信号にアップコンバートし、第１及び第２のトランシーバから受け取られたＬＯ信号に基づく第２のＲＦ信号を第２のＩＦ信号にダウンコンバートするコンバータを含む。第１のトランシーバ、第２のトランシーバ及びコンバータは、単一のＩＣチップ内に埋め込むことができる。

１つの実施形態によれば、第１又は第２のトランシーバの各々が、遠隔装置にＲＦ信号を送信する送信機と、遠隔装置からＲＦ信号を受信する受信機とを含む。
トランシーバは、第１の偏波のＲＦ信号を無線で送信又は受信する第１の偏波の第１のアンテナと、第１の偏波のＲＦ信号を無線で送信又は受信する第２の偏波の第２のアンテナとを含む。
トランシーバは、ＲＦ信号を送信又は受信するために、送信機又は受信機を所与の時点で第１又は第２のアンテナに結合するように構成された第１の送信／受信スイッチと、ＲＦ信号の第１の偏波又は第２の偏波を送信／受信するために、送信機又は受信機を所与の時点でアンテナに結合するように構成された偏波スイッチと、ＲＦ信号を送信又は受信するために、所与の時点で送信機をコンバータの送信経路に結合し、受信機をコンバータの受信経路に結合するように構成された第２の送信／受信スイッチとを含む。

１つの実施形態では、第１のコンバータが、ＬＯ信号に基づく第１のＩＦ信号を第１のＲＦ信号にアップコンバートするアップコンバータと、第２のＲＦ信号を第２のＩＦ信号にダウンコンバートするダウンコンバータと、第１のＩＦ信号のアップコンバート又は第２のＲＦ信号のダウンコンバートを行うために、アップコンバータ又はダウンコンバータを所与の時点で第１及び第２のトランシーバに結合するように構成された第１の送信／受信スイッチとを含む。別の実施形態では、第１のコンバータが、アップコンバータ又はダウンコンバータを所与の時点でＩＦ入力／出力（ＩＯ）ポートに結合するように構成された第２の送信／受信スイッチをさらに含む。別の実施形態では、アップコンバータの入力ポートがＩＦ入力ポートに結合され、ダウンコンバータの出力ポートがＩＦ出力ポートに結合される。

１つの実施形態では、デバイスが、第１のトランシーバと、第２のトランシーバと、コンバータとの間に結合されて第１のトランシーバ及び第２のトランシーバのＲＦ信号を結合／分割する電力結合器／分割器をさらに含む。１つの実施形態では、第１の偏波が水平偏波であり、第２の偏波が垂直偏波である。１つの実施形態では、第１の偏波が左回り偏波であり、第２の偏波が右回り偏波である。

図１は、本発明の１つの実施形態による無線通信装置の例を示すブロック図である。図１を参照すると、単純に無線装置とも呼ばれる無線通信装置１００が、数ある中でもとりわけ、（単純にＲＦフロントエンドモジュールとも呼ばれる）ｍｍ波フロントエンドモジュール１０１と、モデム又はベースバンドプロセッサ１０２とを含む。モデムは、ＩＦ－ベースバンド周波数（ＩＦ／ＢＦ）ダウンコンバータと、ＢＦ／ＩＦアップコンバータと、ベースバンドプロセッサ（例えば、デジタル処理プロセッサ又はＤＳＰ）とを含むことができる。無線装置１００は、例えば携帯電話機、ラップトップ、タブレット、ネットワーク家電装置（例えば、モノのインターネット又はＩＯＴ家電装置）などのいずれかの種類の無線通信装置とすることができる。或いは、無線装置１００は、基地局、セルラータワー、又はネットワーク／サブネットワークのいずれかのリンクなどを表すこともできる。

無線受信機回路において、ｍｍ波ＲＦフロントエンドなどのＲＦフロントエンドは、アンテナと、ミキサーステージを含むそれ以下との間の全ての回路の総称である。ＲＦフロントエンドは、元々の着信ＲＦ周波数における信号がさらに低い中間周波数に変換される前にこれらの信号を処理する受信機内の全てのコンポーネントから成る。マイクロ波及び衛星受信機では、ＲＦフロントエンドがしばしば低ノイズブロック（ＬＮＢ）又は低ノイズダウンコンバータ（ＬＮＤ）と呼ばれ、アンテナからの信号をより扱い易い中間周波数で受信機の残り部分に転送できるようにアンテナ又はその付近に配置されることが多い。ベースバンドプロセッサは、全ての無線機能（アンテナを必要とする全ての機能）を管理する、ネットワークインターフェイス内のデバイス（チップ又はチップの一部）である。

１つの実施形態では、ＲＦフロントエンドモジュール１０１が、二偏波ＩＣチップのための第１及び第２のＲＦトランシーバ（例えば、ｍｍ波ＲＦトランシーバ）アレイを含む。これらのＲＦトランシーバの各々は、複数のｍｍ波アンテナのうちの１つを介した特定の偏波のために、特定の周波数帯域（例えば、非重複周波数範囲などの特定の周波数範囲）内のコヒーレントなＲＦ信号（例えば、ｍｍ波信号）を送受信する。例えば、第１のトランシーバアレイは、複数の周波数帯域内のＲＦ信号を第１の偏波で送信／受信することができ、第２のトランシーバアレイは、複数の周波数帯域内のＲＦ信号を二偏波の第２の偏波で送信／受信することができる。

ｍｍ波技術では、ＭＭ波が３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚの周波数スペクトルを占める。フロントエンドＩＣチップ１０１は、ＲＦトランシーバに結合された全帯域又は広帯域周波数合成器をさらに含むことができる。別の実施形態では、１又は２以上のコンバータを介して合成器をＲＦトランシーバに結合することができる。広帯域周波数合成器は、（単複の）コンバータが広周波数帯域（例えば、２４～４３ＧＨｚ）内のＲＦ信号をＲＦトランシーバのために混合、変調及び／又は復調できるようにするために、局部発振器（ＬＯ）信号を生成して（単複の）コンバータに提供することができる。ＲＦトランシーバアレイ、コンバータ及び広帯域周波数合成器は、単一のＩＣチップ内に単一のＲＦフロントエンドＩＣチップ又はパッケージとして統合することができる。

なお、ＲＦフロントエンドモジュールの例としてｍｍ波フロントエンドモジュールを利用するのは例示目的にすぎない。同様に、ＲＦトランシーバの例としてはｍｍ波トランシーバを利用する。しかしながら、本出願全体を通じて説明する技術は、他の周波数スペクトル又は周波数帯域における他のＲＦ回路にも適用することができる。なお、ＲＦトランシーバは、（単複の）コンバータと共に単一のモジュール内に統合することができる。

図２は、本発明の１つの実施形態によるＲＦフロントエンド集積回路の例を示すブロック図である。ＲＦフロントエンドＩＣデバイス１０１は、ｍｍ波フロントエンドＩＣデバイスとすることができる。図２を参照すると、ＲＦフロントエンド１０１は、数ある中でもとりわけ、１又は２以上のＲＦトランシーバ２１１～２１３に結合された広帯域又は全帯域周波数合成器２００を含む。ＲＦトランシーバ２１１～２１３の各々は、ｍｍ波アンテナ２２１～２２３のうちの１つを介して、変動振幅及び位相シフトを有するｍｍ波信号などのコヒーレントなＲＦ信号を送受信するように構成される。トランシーバアレイは、トランシーバ２１１～２１３の各々に正しい振幅及び位相シフト設定を提供することによって、１又は複数のビームを（ビーミング方向、或いは放射角又は放射方向と呼ばれる）所望の方向に操作することができる。１つの実施形態では、トランシーバ２１１～２１３の各々が、広帯域周波数合成器２００からＬＯ信号を受信するように構成される。ＬＯ信号は、特定の周波数帯域（例えば、２４～４３ＧＨｚ帯）のために生成される。ＬＯ信号は、対応する周波数帯域内のｍｍ波信号を送受信する目的でトランシーバ２１１～２１３毎に混合、変調、復調を行うために利用される。

或いは、ＲＦトランシーバ２１１～２１３の各々は、非重複又は最小重複（ｍｉｎｉｍｕｍｏｖｅｒｌａｐｐｅｄ）周波数範囲などの異なる周波数帯域に関連することもできる。各トランシーバは、周波数合成器２００によって生成される対応する周波数帯域のための特定のＬＯ信号を使用して、対応する周波数帯域内のＲＦ信号を送受信するように構成される。

別の実施形態では、合成器２００を、１又は２以上のコンバータ（図示せず）を介して１又は２以上のＲＦトランシーバ２１１～２１３に結合することができ、アンテナ２２１～２２３を、例えば垂直又は水平直線偏波、或いは左回り又は右回り偏波などの特定の偏波になるように配向することができる。その後、ＲＦトランシーバ２１１～２１３の各々を、ｍｍ波アンテナ２２１～２２３のうちの１つを介して、変動振幅及び位相シフトを有するｍｍ波信号などのコヒーレントなＲＦ信号を特定の偏波のために送受信するように構成することができる。トランシーバは、トランシーバ２１１～２１３の各々に正しい振幅及び位相シフト設定を提供することによって、１又は複数のビームを特定の偏波のために（ビーミング方向、或いは放射角又は放射方向と呼ばれる）所望の方向に操作することができる。１つの実施形態では、トランシーバ２１１～２１３の１又は２以上のコンバータ（図示せず）が、広帯域周波数合成器２００からＬＯ信号を受信するように構成される。ＬＯ信号は、特定の周波数帯域（例えば、２４～４３ＧＨｚ帯）のために生成される。ＬＯ信号は、対応する周波数帯域内のｍｍ波信号を送受信する目的でトランシーバ２１１～２１３毎にＲＦ信号を混合、変調、復調するために利用される。

或いは、ＲＦトランシーバ２１１～２１３の各々は、異なる周波数帯域の特定の偏波に関連することもできる。各トランシーバは、周波数合成器２００によって生成される対応する周波数帯域のための特定のＬＯ信号を使用して、対応する周波数帯域内の特定の偏波のためのＲＦ信号を送受信するように構成される。

図３は、１つの実施形態による周波数合成器の例を示すブロック図である。１つの実施形態では、周波数合成器２００が、クロック基準信号に基づいて所定の周波数帯域に関連するＬＯ信号を生成する位相ロックループ（ＰＬＬ）回路２３１と、１又は２以上のＬＯ信号をバッファリングして（単複の）コンバータ及び／又は（単複の）トランシーバに供給する、ＰＬＬ回路に結合されたＬＯバッファリングデバイス２３２とを含む。

ＰＬＬは、入力信号の位相に関連する位相を有する出力信号を生成する制御システムである。複数の異なるタイプが存在するが、最初は可変周波数発振器及び位相検出器から成る電子回路として視覚化することが容易である。発振器は周期信号を生成し、位相検出器は、その信号の位相を入力周期信号の位相と比較して、位相を整合状態に保つように発振器を調整する。出力信号を比較のために入力信号に向けて戻すことは、出力が入力に向かって「フィードバック」されてループを形成するため、フィードバックループと呼ばれる。入力及び出力位相をロックステップ（ｌｏｃｋｓｔｅｐ）で保持することは、入力及び出力周波数を同じに保つことも意味する。この結果、位相ロックループは、信号を同期させることに加えて、入力周波数を追跡することも、又は入力周波数の倍数である周波数を生成することもできる。これらの特性は、コンピュータクロック同期、復調及び周波数合成に使用される。位相ロックループは、無線機、遠隔通信、コンピュータ及びその他の電子用途において広く採用されている。位相ロックループは、信号を復調し、ノイズの多い通信チャネルから信号を回復し、入力周波数の倍数における安定周波数を生成し（周波数合成）、又はマイクロプロセッサなどのデジタル論理回路において正確な時間のクロックパルスを分配するために使用することができる。

図４は、１つの実施形態による、中間周波数（ＩＦ）における二重ストリーム結合送信機（ＴＸ）入力及び受信機（ＲＸ）出力入力／出力（ＩＯ）を有する二偏波ミリメートル波トランシーバフロントエンドの例を示すブロック図である。ＲＦフロントエンドＩＣデバイス４００は、上述したようなＲＦフロントエンドＩＣデバイス１０１を表すことができる。１つの実施形態では、ＲＦフロントエンドＩＣデバイス４００が、（「Ｈ」によって示す）第１の偏波（例えば、水平偏波）回路と、（「Ｖ」によって示す）第２の偏波（例えば、垂直偏波）回路とを含む。Ｈ回路は、水平偏波ＩＦＩＯと、水平偏波のＲＦ信号を送受信するように配向されたアンテナとに結合される。Ｖ回路は、垂直偏波ＩＦＩＯと、垂直偏波のＲＦ信号を送受信するように配向されたアンテナとに結合される。Ｈ回路は、偏波の違いを除いてＶ回路に酷似するが、独立したＨ及びＶ回路は、例えば２倍のデータ帯域幅などの二重ストリームをサポートする。以下の段落では、例示の目的でＨ回路についてのみ説明する。なお、いくつかの実施形態では、第１の偏波を左回り偏波とし、第２の偏波を右回り偏波とすることもできる。

１つの実施形態では、ＲＦフロントエンドＩＣデバイス４００のＨ回路がトランシーバアレイ３０１を含み、トランシーバ３０１の各々はＲＦチャネルのうちの１つに対応する。ＲＦトランシーバ３０１の各々は、所定の周波数帯域内のそれぞれのビーム方向に従ってＲＦ信号を送受信するように構成された位相シフタを含む。ＲＦフロントエンドＩＣデバイスは、コンバータ４０５に結合されたＰＬＬ２３１をさらに含む。ＰＬＬ２３１は、トランシーバ３０１の各々がそのそれぞれのＲＦチャネル内でＲＦ信号を送受信するようにコンバータ４０５がＩＦ信号をアップコンバートしてＲＦ信号をダウンコンバートできるように、コンバータ４０５のためのＬＯ信号を生成する。

コンバータ４０５は、電力結合器／分割器４０６を介してトランシーバ３０１の各々に結合されたアップコンバータ４０１をさらに含む。アップコンバータ４０１は、ＬＯ信号に基づく第１のＩＦ信号をトランシーバ３０１によって送信されるように第１のＲＦ信号にアップコンバートするように構成される。ＲＦフロントエンドＩＣデバイス４００は、電力結合器／分割器４０６を介してトランシーバ３０１の各々に結合されたダウンコンバータ４０２をさらに含む。ダウンコンバータ４０２は、トランシーバ３０１から受け取られたＬＯ信号に基づく第２のＲＦ信号を第２のＩＦ信号にダウンコンバートするように構成される。コンバータ４０５は、所与の時点で第１のＲＦ信号を送信するように又は第２のＲＦ信号を受信するように切り替わる第１の送信／受信スイッチ（例えば、送信／受信スイッチ４０４）をさらに含む。コンバータ４０５は、コンバータ４０５のＩＦＩＯポートと、アップコンバータ４０１と、ダウンコンバータ４０２との間に結合された第２の送信／受信スイッチ（例えば、送信／受信スイッチ４０３）をさらに含む。送信／受信スイッチ４０３は、所与の時点で第１のＩＦ信号を送信するように又は第２のＩＦ信号を受信するように切り替わる。

１つの実施形態では、アップコンバータ４０１が、第１のＩＦ信号を受信するＩＦＩＱ生成器３１１と、ＰＬＬ２３１からＬＯ信号を受け取ってＬＯ信号に基づくＬＯＩＱ信号を生成するＬＯＩＱ生成器３１４と、ＩＦＩＱ生成器３１１及びＬＯＩＱ生成器３１４に結合されたアップコンバートミキサー３１３とを含む。アップコンバートミキサー３１３は、第１のＩＦ信号及びＬＯＩＱ信号に基づく第１のＲＦ信号を生成するように構成される。１つの実施形態では、アップコンバータ４０１が、ＩＦＩＱ生成器３１１とアップコンバートミキサー３１３との間に結合されて第１のＩＦ信号を増幅させるＩＦ増幅器３１２をさらに含む。アップコンバータ４０１は、第１のＲＦ信号を複数の第１のＲＦ副信号に分割する電力分割器４０６に結合することができ、各第１のＲＦ副信号は、トランシーバ３０１のうちの１つに供給されて送信される。

１つの実施形態では、ダウンコンバータ４０２が、ＰＬＬ２３１からＬＯ信号を受け取ってＬＯ信号に基づくＬＯＩＱ信号を生成するＬＯＩＱ生成器３１４と、ＬＯＩＱ生成器３１４に結合されたダウンコンバートミキサー３２２とを含む。ダウンコンバートミキサー３２２は、トランシーバ３０１から受け取られた第２のＲＦ信号及びＬＯＩＱ信号に基づくＩＦＩＱ信号を生成するように構成される。ダウンコンバータ４０２は、ダウンコンバートミキサー３２２から受け取られたＩＦＩＱ信号に基づく第２のＩＦ信号を生成するＩＦＩＱ合成器３２５をさらに含む。１つの実施形態では、ダウンコンバータ４０２が電力結合器４０６に結合される。電力結合器４０６は、トランシーバ３０１から受け取られた第２のＲＦ副信号を合成して第２のＲＦ信号を生成するように構成され、各第２のＲＦ副信号は、トランシーバ３０１のうちの１つに対応する。ダウンコンバータ４０２は、ＩＦＩＱ合成器３２５とダウンコンバートミキサー３２２との間に結合されてＩＦＩＱ信号を増幅させるＩＦ増幅器３２４をさらに含むことができる。

１つの実施形態では、トランシーバ３０１の各々が、遠隔装置にＲＦ信号を送信する送信機（例えば、送信機３０３）と、遠隔装置からＲＦ信号を受信する受信機（例えば、受信機３０４）と、所与の時点で送信機又は受信機をアンテナのうちの１つに結合するように構成された第１の送信／受信スイッチ（例えば、スイッチ３０６）と、所与の時点で送信機をコンバータ４０５の送信経路（又はアップコンバート経路）に結合し、受信機をコンバータ４０５の受信経路（又はダウンコンバート経路）に結合するように構成された第２の送信／受信スイッチ（例えば、スイッチ３０７）とを含む。各アンテナは、トランシーバ３０１のうちの１つに対応することができる。なお、コンバータ４０５（例えば、アップコンバータ４０１及びダウンコンバータ４０２）は、Ｈ回路の全てのトランシーバ３０１によって利用され共有される。他の実施形態では、各トランシーバが、コンバータ４０５の機能及び／又は動作と同一又は同様の機能及び／又は動作を有する対応するコンバータを有することができる。

１つの実施形態によれば、送信機３０３の各々は、位相シフタ（例えば、位相シフタ４１１Ａ～４１１Ｂ、まとめて位相シフタ４１１と呼ぶ）を含む。位相シフタ４１１は、ＲＦ信号などの信号位相を所望の方向にシフトさせるように構成される。また、送信機３０３の各々は、可変利得増幅器（例えば、可変利得増幅器４１２Ａ～４１２Ｂ、まとめて可変利得増幅器４１２と呼ぶ）を含むこともできる。可変利得増幅器４１２は、位相シフタ４１１による位相シフト動作に起因する振幅変動を補償するように構成される。１つの実施形態では、特定のシフトした位相に応答して、可変利得増幅器４１２が、位相がシフトしたことに基づいてルックアップテーブル（図示せず）を調べて、可変利得増幅器４１２の利得値を取得して振幅補償のために利得を調整するように構成される。

１つの実施形態によれば、受信機３０４の各々は、位相シフタ（例えば、位相シフタ４１３Ａ～４１３Ｂ、まとめて位相シフタ４１３と呼ぶ）を含む。位相シフタ４１３の機能又は動作は、位相シフタ４１１と同一又は同様である。受信機３０４の各々は、可変利得増幅器（例えば、可変利得増幅器４１４Ａ～４１４Ｂ、まとめて可変利得増幅器４１４と呼ぶ）をさらに含むことができる。可変利得増幅器４１４の機能又は動作は、可変利得増幅器４１２と同一又は同様である。

１つの実施形態では、電力分割器４０６が、ミキサー３１３からＲＦ信号を受け取り、ＲＦ信号をＲＦ副信号と呼ばれるさらに電力の低い複数のＲＦ信号（例えば、ミキサー３１３から受け取られた元々の信号電力の１／ＮのＲＦ信号、ここでのＮは送信機３１３の数を表す）に分割するように構成される。その後、ＲＦ副信号は、送信機３０３に供給されて処理される。また、電力結合器４０６は、例えば全てのＲＦ副信号の電力を合計して信号強度を高めることによって、全ての受信機３０４からのＲＦ副信号を結合するようにも構成される。その後、この結合ＲＦ信号は、ミキサー３２２に供給されて処理される。

上記の実施形態のいくつかでは、コンバータ４０５（例えば、アップコンバータ４０１及びダウンコンバータ４０２）の機能がトランシーバ３０１によって共有されるので、トランシーバ毎の専用コンバータに比べてＲＦフロントエンドＩＣデバイスの物理的サイズ及びＤＣ電力消費量を低減することができる。しかしながら、可変利得増幅器４１２によって実行されるルックアップ動作が待ち時間を発生させ、これによって特定の状況次第ではＲＦフロントエンドＩＣデバイスのビーム切り替え性能に影響が及ぶことがある。また、図示の構成は、所与の時点で１つのビームの送信又は受信しか行うことができない。

図５は、１つの実施形態による、二重ストリームＴＸ入力及び二重ストリームＲＸ出力を有する二偏波ミリメートル波トランシーバフロントエンドの例を示すブロック図である。図５を参照すると、ＲＦフロントエンドＩＣデバイス５００は、上述したようなＲＦフロントエンドＩＣデバイス１０１を表すことができる。ＲＦフロントエンドＩＣデバイス５００は、図４の送信／受信スイッチ４０３を除いて図４のＲＦフロントエンドＩＣデバイス４００に類似することができる。例えば、ＲＦフロントエンドＩＣデバイス５００は、（「Ｈ」によって示す）第１の偏波（例えば、水平偏波）回路と、（「Ｖ」によって示す）第２の偏波（例えば、垂直偏波）回路とを含む。Ｈ回路は、水平偏波ＲＸＩＦ出力と、水平偏波ＴＸＩＦ入力と、水平偏波のＲＦ信号を送受信するように水平に配向されたアンテナとに結合される（例えば、ＩＦＩＱ合成器３２５は、ＲＸＩＦ出力ポートに直接出力を行い、ＩＦＩＱ生成器３１１は、ＴＸＩＦ入力ポートから入力を受け取る）。Ｖ回路は、垂直偏波ＲＸＩＦ出力と、垂直偏波ＴＸＩＦ入力と、垂直偏波のＲＦ信号を送受信するように垂直に配向されたアンテナとに結合される。Ｈ回路は、偏波の違いを除いてＶ回路に酷似するが、独立したＨ回路及びＶ回路は、例えば２倍のデータ帯域幅などの二重ストリームをサポートする。なお、いくつかの実施形態では、第１の偏波を左回り偏波とし、第２の偏波を右回り偏波とすることもできる。

図６は、１つの実施形態による、偏波スイッチとＩＦにおける結合Ｉ／Ｏとを有する二偏波ミリメートル波トランシーバフロントエンドの例を示すブロック図である。図６を参照すると、ＲＦフロントエンドＩＣデバイス６００は、上述したようなＲＦフロントエンドＩＣデバイス１０１を表すことができる。ＲＦフロントエンドＩＣデバイス６００は、図６の偏波スイッチ６０１の追加、並びにＨ回路及びＶ回路の結合を除いて、図４のＲＦフロントエンドＩＣデバイス４００に類似することができる。例えば、図４のＨ回路及びＶ回路は全ての点で類似するので、図６に示すようにこれらの機能を組み合わせて１つの回路内にＨ回路及びＶ回路を収納することができる。しかしながら、図示の構成は、同じストリーム情報を有する二重ストリームの送信又は受信しか行うことができない。図６に示すように、１つの実施形態では、トランシーバ３０１の各々が偏波スイッチ６０１を含む。偏波スイッチは、第１のアンテナ（例えば、Ｈ偏波）と、第２のアンテナ（例えば、Ｖ偏波）と、Ｔ／Ｒスイッチ３０６との間に結合される。偏波スイッチは、所与の時点でそれぞれのトランシーバの送信機又は受信機を第１又は第２のアンテナに結合してＲＦ信号の第１の偏波又は第２の偏波を送信／受信するように構成される。

図７は、１つの実施形態による、偏波スイッチと独立したＴＸ入力及びＲＸ出力とを有する二偏波ミリメートル波トランシーバフロントエンドの例を示すブロック図である。図７を参照すると、ＲＦフロントエンドＩＣデバイス７００は、上述したようなＲＦフロントエンドＩＣデバイス１０１を表すことができる。ＲＦフロントエンドＩＣデバイス７００は、Ｈ回路及びＶ回路の結合を除いて図５のＲＦフロントエンドＩＣデバイス５００に類似することができる。例えば、図５のＨ回路及びＶ回路は全ての点で類似するので、図７に示すようにこれらの機能を組み合わせて１つの回路内にＨ回路及びＶ回路を収納することができる。しかしながら、図示の構成は、同じストリーム情報を有する二重ストリームの送信又は受信しか行うことができない。図７に示すように、１つの実施形態では、トランシーバ３０１の各々が偏波スイッチ６０１を含む。偏波スイッチは、第１のアンテナ（例えば、Ｈ偏波）と、第２のアンテナ（例えば、Ｖ偏波）と、Ｔ／Ｒスイッチ３０６との間に結合される。偏波スイッチは、所与の時点でそれぞれのトランシーバの送信機又は受信機を第１又は第２のアンテナに結合してＲＦ信号の第１の偏波又は第２の偏波を送信／受信するように構成される。

上記の明細書では、本発明の実施形態をその特定の例示的な実施形態を参照しながら説明した。特許請求の範囲に示す本発明の幅広い趣旨及び範囲から逸脱することなく本発明に様々な修正を行えることが明白であろう。従って、明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味で捉えるべきである。

２３１位相ロックループ（ＰＬＬ）回路
２３２ＬＯバッファリングデバイス
３０１Ａ、Ｂトランシーバアレイ
３０３Ａ、Ｂ送信機
３０４Ａ、Ｂ受信機
３０６Ａ、Ｂ第１の送信／受信スイッチ
３１１ＩＦＩＱ生成器
３１２ＩＦ増幅器
３１３アップコンバートミキサー
３１４ＬＯＩＱ生成器
３２２ダウンコンバートミキサー
３２４ＩＦ増幅器
３２５ＩＦＩＱ合成器
４０１アップコンバータ
４０２ダウンコンバータ
４０３第２の送信／受信スイッチ
４０４第１の送信／受信スイッチ
４０５コンバータ
４０６電力結合器／分割器
４１１Ａ、Ｂ位相シフタ
４１２Ａ、Ｂ可変利得増幅器
４１３Ａ、Ｂ位相シフタ
４１４Ａ、Ｂ可変利得増幅器

Claims

無線周波数（ＲＦ）フロントエンドデバイスであって、
第１のＲＦチャネルに関連する第１の偏波及び第２の偏波のＲＦ信号を送受信する第１のトランシーバと、
第２のＲＦチャネルに関連する第１の偏波及び第２の偏波のＲＦ信号を送受信する第２のトランシーバと、
前記第１のトランシーバ及び前記第２のトランシーバに結合されたコンバータと、
前記第１及び第２のトランシーバの各々と前記コンバータとの間に結合された電力結合器／分割器と、
ベースバンドプロセッサに結合されたＩＦ入力及び出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイスと、
を備え、
前記第１のトランシーバは、
第１の送信機と、
第１の受信機と、
前記第１の送信機及び前記第１の受信機に結合された第１の送信／受信スイッチと、
前記第１の送信／受信スイッチ、前記第１の偏波に配向された第１のアンテナ、及び前記第２の偏波に配向された第１のアンテナに結合された第１の偏波スイッチと、
を含み、
前記第１の偏波スイッチは、前記第１の送信機又は前記第１の受信機を、前記第１の偏波に配向された前記第１のアンテナ又は前記第２の偏波に配向された前記第１のアンテナに結合するように構成され、
前記第１の送信／受信スイッチは、前記第１の送信機及び前記第１の受信機を所与の時点で前記第１の偏波スイッチに結合するように構成され、
前記第２のトランシーバは、
第２の送信機と、
第２の受信機と、
前記第２の送信機及び前記第２の受信機に結合された第２の送信／受信スイッチと、
前記第２の送信／受信スイッチ、前記第１の偏波に配向された第２のアンテナ、及び前記第２の偏波に配向された第２のアンテナに結合された第２の偏波スイッチと、
を含み、
前記第２の偏波スイッチは、前記第２の送信機又は前記第２の受信機を、前記第１の偏波に配向された前記第２のアンテナ又は前記第２の偏波に配向された前記第２のアンテナに結合するように構成され、
前記第２の送信／受信スイッチは、前記第２の送信機及び前記第２の受信機を所与の時点で前記第２の偏波スイッチに結合するように構成され、
前記コンバータは、
局部発振器（ＬＯ）信号に基づく第１の中間周波数（ＩＦ）信号を前記第１又は前記第２のトランシーバによって前記第１の偏波又は前記第２の偏波で送信されるように第１のＲＦ信号にアップコンバートするアップコンバータと、
前記ＬＯ信号に基づいて前記第１又は前記第２のトランシーバから受け取られた前記第１の偏波又は前記第２の偏波での第２のＲＦ信号を第２のＩＦ信号にダウンコンバートするダウンコンバータと、
前記ＩＦ入力及び出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイスと、前記アップコンバータと、前記ダウンコンバータとの間に結合された別の送信／受信スイッチと、
を含み、
前記電力結合器／分割器は、前記第１及び第２のトランシーバのそれぞれ、及び前記コンバータの間で交換されるＲＦ信号の結合及び分割を行うように構成される、
ことを特徴とするＲＦフロントエンドデバイス。
前記第１のトランシーバは、前記第１の送信機及び前記第１の受信機に結合された第３の送信／受信スイッチをさらに含み、該第３の送信／受信スイッチは、前記第１の送信機又は前記第１の受信機に関連する信号を前記コンバータが処理するように、前記第１の送信機又は前記第１の受信機を所与の時点で前記コンバータに結合するように構成される、
請求項１に記載のＲＦフロントエンドデバイス。
前記第１の送信／受信スイッチが、前記第１の偏波に配向された前記第１のアンテナ又は前記第２の偏波に配向された前記第１のアンテナに前記第１の偏波スイッチを介して前記第１の送信機を結合した時に、前記第３の送信／受信スイッチは、前記第１の送信機を前記コンバータに結合するように構成される、
請求項２に記載のＲＦフロントエンドデバイス。
前記第１の送信／受信スイッチが、前記第１の偏波に配向された前記第１のアンテナ又は前記第２の偏波に配向された前記第１のアンテナに前記第１の偏波スイッチを介して前記第１の受信機を結合した時に、前記第３の送信／受信スイッチは、前記第１の受信機を前記コンバータに結合するように構成される、
請求項３に記載のＲＦフロントエンドデバイス。
前記第２のトランシーバは、前記第２の送信機及び前記第２の受信機に結合された第４の送信／受信スイッチをさらに含み、該第４の送信／受信スイッチは、前記第２の送信機又は前記第２の受信機に関連する信号を前記コンバータが処理するように、前記第２の送信機又は前記第２の受信機を所与の時点で前記コンバータに結合するように構成される、
請求項２に記載のＲＦフロントエンドデバイス。
前記第２の送信／受信スイッチが、前記第１の偏波に配向された前記第２のアンテナ又は前記第２の偏波に配向された前記第２のアンテナに前記第２の偏波スイッチを介して前記第２の送信機を結合した時に、前記第４の送信／受信スイッチは、前記第２の送信機を前記コンバータに結合するように構成される、
請求項５に記載のＲＦフロントエンドデバイス。
前記第２の送信／受信スイッチが、前記第１の偏波に配向された前記第２のアンテナ又は前記第２の偏波に配向された前記第２のアンテナに前記第２の偏波スイッチを介して前記第２の受信機を結合した時に、前記第４の送信／受信スイッチは、前記第２の受信機を前記コンバータに結合するように構成される、
請求項６に記載のＲＦフロントエンドデバイス。
前記コンバータは、前記電力結合器／分割器と、前記アップコンバータと、前記ダウンコンバータとの間に結合された第５の送信／受信スイッチをさらに含み、該第５の送信／受信スイッチは、前記アップコンバータ又は前記ダウンコンバータを所与の時点で前記電力結合器／分割器に結合するように構成される、
請求項５に記載のＲＦフロントエンドデバイス。
前記第１の送信機又は前記第２の送信機がそれぞれ前記第３及び第４の送信／受信スイッチを介して前記電力結合器／分割器に結合された時に、前記第５の送信／受信スイッチは、前記アップコンバータを前記電力結合器／分割器に結合するように構成される、
請求項８に記載のＲＦフロントエンドデバイス。
前記第１の受信機又は前記第２の受信機がそれぞれ前記第３及び第４の送信／受信スイッチを介して前記電力結合器／分割器に結合された時に、前記第５の送信／受信スイッチは、前記ダウンコンバータを前記電力結合器／分割器に結合するように構成される、
請求項９に記載のＲＦフロントエンドデバイス。
前記第５の送信／受信スイッチが前記電力結合器／分割器に前記アップコンバータを結合した時に、前記別の送信／受信スイッチは、前記アップコンバータを前記ＩＦＩ／Ｏインターフェイスに結合するように構成される、
請求項８に記載のＲＦフロントエンドデバイス。
前記第５の送信／受信スイッチが前記電力結合器／分割器に前記ダウンコンバータを結合した時に、前記別の送信／受信スイッチは、前記ダウンコンバータを前記ＩＦＩ／Ｏインターフェイスに結合するように構成される、
請求項１１に記載のＲＦフロントエンドデバイス。
前記電力結合器／分割器は、前記第１のＲＦ信号を前記第１及び第２の送信機によって送信されるように第１のＲＦ副信号の組に分割するように構成され、前記電力結合器／分割器は、前記第１及び第２の受信機から受け取られた第２のＲＦ信号の組を前記第２のＲＦ信号に合成するように構成される、
請求項１に記載のＲＦフロントエンドデバイス。
前記第１及び第２のトランシーバは、前記電力結合器／分割器に結合された複数のトランシーバのうちの２つであり、前記複数のトランシーバの各々は、複数のＲＦチャネルのうちの１つに対応し、前記複数のトランシーバの各々は、前記第１の偏波及び前記第２の偏波に対応する特定のアンテナペアに関連する、
請求項１に記載のＲＦフロントエンドデバイス。