KR100837447B1 - 전자적으로 제어되는 하이브리드 디지털 및 아날로그 위상천이기 - Google Patents

전자적으로 제어되는 하이브리드 디지털 및 아날로그 위상천이기 Download PDF

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엑스컴 와이어리스, 인크.
로져 쿠로다
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Abstract

본 발명은, 각 구조의 가장 좋은 이점을 실현하는 새로운 방식으로 아날로그 및 디지털 위상 천이 구조를 편입시키는 전자 제어 위상 천이기를 제공한다. 상호 보완적인 위상 천이 구조의 조합은, 불연속적인 디지털 위상 천이 구조의 고성능 및 저손실 특성에, 연속적인 아날로그 위상 천이 구조의 높은 분해능 및 정밀도를 제공한다. 회로의 실시예들은, 전자적으로 제어되는데, 이것은 복잡한 회로인 것의 실행을 간소화한다. 아날로그 위상 천이 소자는, 전자 조정 버랙터를 포함하는데, 이것은 좋은 분해능을 제공하고, 이용 전의 제조 변화 또는 이용 중의 환경 조건에 대한 능동적인 보상의 편입을 가능하게 한다.
위상 천이, 하이브리드, 버랙터, 리액턴스, 위상 지연

Description

전자적으로 제어되는 하이브리드 디지털 및 아날로그 위상 천이기{ELECTRONICALLY CONTROLLED HYBRID DIGITAL AND ANALOG PHASE SHIFTER}
[관련 출원 상호 참조]
본 출원은, 2004년 3월 31일자 미국 임시특허출원 제60,557,706호에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용을 참조에 의하여 본 출원에 편입시킨다.
[정부 지원 연구에 관한 진술]
본 발명은, 부분적으로 미국 국방부 고등 연구 계획국(Defense Advanced Research Projects Agency)에 의해 지원되는 정부 연구 및 개발 협약 DAAH01-02-C-R188 하에 개발되어 왔다.
여기에서 설명되고 청구되는 발명은, 일반적으로 전자 회로에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 위상 천이기(phase shifters) 및 위상 배열 안테나(phased array antennas)에 관한 것이다. 위상 배열 안테나의 본래 개념은 자명한 것으로 간주되었기 때문에, 다양한 기술 및 회로 구조(architecture)를 이용하는 위상 천이기를 개발하는데 많은 시도가 이루어졌다. 이제 설명되는 발명은, 각 기술의 가장 좋은 특징 및 이점을 실현할 수 있는, 이전에 이용된 개별 위상 천이기 소자 및 구조의 새로운 조합을 포함한다.
본 특허 명세서에 이용된 다음 용어들은, 일반적으로 전기 공학 문헌에서의 의미를 수용하며, 본 명세서에서는 특별히 정의하지 않을 것이다: 저항(resistance), 구성 요소(component), 회로(circuit), 전자(electrons) 및 전자의(electronic), 커패시터(capacitor) 및 용량성(capacitive), 인덕터(inductor) 및 유도성(inductive), 제어(control), 신호(signal), 전압(voltage), 전류(current), 전력(power), 에너지(energy), 주파수(frequency), 헤르츠(Hertz), 메가 헤르츠(Megahertz;MHz), 기가 헤르츠(Gigahertz;GHz), 무선 주파수(radio-frequency;RF), 마이크로파(microwave), 밀리미터파(millimeter-wave), 및 S.I.와 영국 단위계의 모든 용어.
다른 용어들은 본 명세서의 문맥상 명료하게 될 의미를 갖는다. 본 명세서 중 도면의 설명과 상세한 설명 부분은, 본문에 나타난 대로, 도면 중 숫자가 붙은 구성요소를 설명하는 정확한 용어 중 어떤 것을 포함한다. 본 특허 명세서의 목적을 위해, 다음 용어들은 지금 정의된다:
전자 제어( electronically controlled ) 는, 전기적 제어 신호가 인가되거나 변경될 때, 그 상태나 기능을 변화시키는 구성 요소, 소자, 또는 회로를 말한다. 이 신호는, 전압, 전류, 주파수, 위상, 및 다른 전기적 특성을 포함할 수 있다. 전자 제어 디바이스나 소자는 "아날로그"나 "디지털" 중 어느 하나일 수 있다.
디지털(digital) 은, 가능성 있는 정수로 분리되는 여러 상태를 갖는 구성 요소, 소자, 또는 회로를 말한다.
아날로그(analog) 는, 가능한 상태의 연속적 범위 중 어떤 하나의 가능한 상태에서 존재할 수 있는 구성 요소, 소자, 또는 회로를 말한다.
리액턴스(reactance) 는, 전기적 특성이며, 이는 저항과 함께 구성 요소의 회로 성능을 정의하는데 도움을 준다. 리액턴스는 용량성이거나 유도성 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들면, 커패시터 구성 요소는 대체로 큰 용량성 리액턴스와 낮은 저항을 갖는다.
버랙터(varactor) 는, 가변 리액턴스를 갖는 구성 요소이다. 따라서 전자 제어 버랙터는, 전기 제어 신호의 인가나 변경에 의해 변화될 수 있는 커패시턴스나 인덕턴스 값을 갖는 구성 요소이다.
위상(phase) 은, 전기적 특성이며, 이는 진폭(amplitude)과 함께 전기 신호의 상태를 정의하는데 도움을 준다. 위상은, 시간에 따라 변하는 주기적 전기 신호에서 시간을 설명하는데 이용된다.
위상 천이(phase shift) 는, 주기적 전기 신호에 대한 위상 상태의 변화이다. 위상 천이는 시간이 지나면서 자연적으로 일어나지만, 설명되는 본 발명에 관해서는 전자적으로 제어되는 위상 천이가 중요하다.
회로 소자(circuit element) , 또는 소자(element) 는, 조작된 전기적 기능을 수행하는 하나 또는 그 이상의 전자 구성 요소를 포함하는 작은 전기 회로를 말한다.
위상 천이 소자(phase shift element) 는, 전기 신호의 위상 천이를 일으키는 회로 소자이다.
위상 천이기(phase shifter) 는, 하나 또는 그 이상의 위상 천이 소자를 포함하는 전기 회로이고, 또한 다른 조작된 전기적 기능을 편입할 수 있다. 본 발명들은, 위상 천이기에 대한 다양한 배열로 이루어진다.
㎛ , 미크론(micron) , 또는 마이크로미터(micrometer) 는, 밀리미터의 1000분의 1과 동등한 길이 단위이다.
미세 제조( microfabrication ) 는, 집적 회로 개발자 단체에 의해 유명해 진 포토리소그래픽(photolithographic) 기술을 통해 윤곽이 그려진 구성 요소의 윤곽을 뚜렷하게 하는 제조 방법이다.
미세 기계 가공( micromachining ) 은, 포토리소그래피로 윤곽이 뚜렷하게 된 미세 제조 소자의 윤곽을 그리는 작업으로, 종종 산이나 염기를 이용하는 에칭 공정에 의해 수행된다.
MEMS 및 MEMS 디바이스 는, 미세제조 전기 기계 시스템(Microfabricated ElectroMechanical System)으로서, 이는 소형화된 기계, 전기 기계, 및 열기계 구성 요소를 개발하기 위하여 미세 제조 기술을 이용하는 제조 기술을 나타낸다. 본 내용에서 MEMS 디바이스는, 대체로 스위치, 릴레이(relays), 및 버랙터와 같은 전기 액츄에이터(actuator)를 말한다.
위상 천이기 회로 및 위상 배열 안테나 시스템은, 로드(load) 신호에 위상 천이를 가하기 위하여 다양한 기술 및 구조를 채용한다. 위상 천이기는, 대체로 로드 신호를 위한 하나의 입력을 포함하고, 로드 신호에 가해진 위상 천이를 제어하기 위하여 디지털 또는 아날로그 제어 신호를 수취하는 배열을 가지며, 로드 신호를 위한 하나의 출력을 포함하는 개별 전자 회로 산품이 되도록 고안되어 졌다. 거의 모든 경우에, 로드 신호는 통신 또는 레이더(radar) 시스템의 일부인 RF, 마이크로파, 또는 밀리미터파 신호이다.
위상 배열 안테나 시스템은, RF, 마이크로파, 및 밀리미터파 시스템에 이용되는 안테나의 위상 천이기 회로 및 다른 위상 천이 기술을 실행한다. 위상 배열 안테나 시스템 구조는, 어떠한 위상 천이기 회로도 채용하지 않을 수 있다. 그러나, 대체로, 수십에서 수만 개의 위상 천이기 회로를 채용할 것이다. 그러므로, 위상 천이기 회로와 위상 배열 안테나 시스템 양쪽 모두의 고안자들은, 위상 천이 발명과 기술이 레이더 및 통신 기술의 진보와 매우 관련이 있다고 생각한다.
RF, 마이크로파, 또는 밀리미터파 신호의 "위상"은, 중첩 신호가 서로 보강 또는 상쇄 간섭하는 방식을 정의한다. 다수의 여러 안테나로부터의 로드 신호 위상의 정밀한 제어는, 방사 신호가 안테나를 물리적으로 조준해야 하는 것 없이, 변화하는 방향으로 전기적으로 조준될 수 있도록 한다. 이러한 조준 능력은, 전력 소모, 크기, 속도, 및 기능성을 포함하나 이에 한정되지 않는 수많은 기능적 이점들을, 위상 배열 안테나를 채용하는 레이더 및 통신 시스템에 제공한다. 위상 배열 안테나의 기술적 이점들 때문에, 위상 천이기 회로 디자인 및 위상 배열 안테나 개념을 개선하는 것은, 많은 해 동안 산업 연구의 과제였다.
전형적인 위상 천이기 회로는, 제어 신호가 위상 천이기에 인가될 때 로드 신호에 위상 천이를 가한다. 제공된 위상 천이의 양은, 제어 신호 및 위상 천이기의 복잡성과 구조에 의존한다. 부과된 위상 천이는, 대체로 통신 시스템을 위해 0과 360도 사이에서 변화하는데, 여기에서 0 위상 천이는 베이스라인 위상 천이에 대한 것일 것이다. 0도의 입력 위상에서, 하나의 위상 천이기 회로는 특정 주파수에서 63도의 베이스라인 위상 천이를 가질 수 있고, 따라서 63도와 423도(360+63=423) 사이의 위상 천이를 갖는 출력을 제공할 수 있다. 종종 레이더 시스템은 훨씬 더 큰 위상 천이 필요성을 가지며, 따라서 이러한 시스템을 위해 고안된 위상 천이기 회로는, 0과 수천 도 사이에서 제공할 수 있다.
대다수의 위상 천이 기술 및 구조는, 일정한 위상 천이를 주파수의 함수로서 제공하지 않는다. 원하는 위상 천이는 단지 제한된 주파수 범위에서만 가능하며, 그러한 주파수 범위 밖에서의 작동은 원하는 위상 천이를 생성하지 않을 것이다. 많은 위상 천이 기술 및 구조는, 주파수에 직선적으로 관련되는 위상 천이를 제공한다; 그러한 위상 천이기 회로는, 12 GHz에서 180도의 최대 위상 천이 및 6 GHz에서 단 90도의 최대 위상 천이를 제공할 수 있다.
위상 천이 회로 디자인 및 위상 배열 안테나 시스템 분야에 의한 이용에는, 다양한 위상 천이 기술 및 구조로 귀착될 수 있는 많은 분류 기술이 있다. 본 특허 명세서의 내용 안에서, 모든 이러한 기술 및 구조는, 원하는 위상 천이가 로드 신호에 부과될 수 있는 정밀도의 관점에서 고려된다. 이 기술에는 두 개의 카테고리가 있다; 유한한 수의 불연속적(discrete) 위상 천이 선택권을 제공하는 것, 및 무한하거나 연속적인 수의 위상 천이 선택권을 제공하는 것. 유한-선택권 위상 천 이 기술 및 회로 구조는 "디지털" 위상 천이 기술을 말하며, 무한-선택권 위상 천이 기술 및 회로 구조는 "아날로그"를 말한다. 기술 및 구조의 본질적인 특성을 정의하는 것에 관한 디지털 및 아날로그 용어에 대한 정의는, 이러한 디지털 및 아날로그 기술 및 구조를 제어하는데 이용된 전기 제어 신호의 형태에 관계없이 유효하다. 예를 들면, 비록 본 발명의 특정 실시예의 기술 또는 구조가, 제어 신호의 "디지털식으로 생성된" 아날로그 전압 변화에 의해 전기적으로 제어될지라도, 아날로그 기술 또는 구조는 항상 본 명세서의 내용 중의 아날로그 특성 및 정의를 유지하는 것으로 간주된다.
디지털 위상 천이 기술은, 단지 유한한 수의 위상 천이 선택권이 이용되는 바와 같이, 불연속적인 수의 가능한 위상 천이 상태를 갖는다. 컴퓨터 산업과 유사한 형태에서, 이러한 위상 천이 상태들은 선택권의 수로 표시되고, 비트로 환산되어 거듭제곱으로 정해진다. 그러므로, "3-비트 위상 천이기"는 총 8개의 가능한 상태(2^3=8)를 갖는 디지털식으로 제어되는 위상 천이기 회로가 될 것이다. "5-비트 위상 천이기"는 32개의 가능한 상태를 갖는 것 등이다. 이러한 상태의 값은, 보통 0(어떤 값이든 될 수 있는 베이스라인에 대한 것)부터 소정의 최대 위상 천이까지의 범위 내에 있다. 예를 들면, A 360도 3-비트 위상 천이기는, 다음 각의 위상 천이 선택권을 가질 것이다: 0, 45, 90, 135, 180, 215, 260, 및 305도. 많은 시스템의 환경에서, 360도 및 0도는 전기적으로 동등하며, 따라서 위상 천이기는 완전한 360도 위상 천이를 요구하지 않을 것이다.
아날로그 위상 천이 기술은, 로드 신호에 부과될 수 있는 연속적인 범위의 위상 천이 가능성을 갖는다. 정밀한 값을 부과하는 능력은, 아날로그 위상 천이 기술에 디지털 위상 천이 기술보다 중요한 이점을 제공한다. 위상 천이의 연속적인 값은, 불연속적인 값보다, 시스템 고안자들에게 위상 천이기 회로를 실행하기 위한 선택권의 보다 큰 범위를 제공하는데, 이는 안테나가 더 정확하게 조준될 수 있다거나, 또는 위상 천이기 자체가 제조 또는 환경적 위상 천이 에러를 보상할 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 아날로그 위상 천이 기술은, 인가된 위상 천이의 제한된 범위를 갖기 쉬워서, 다중 위상 천이 소자는, 360도 또는 그 이상까지 위상 천이 범위를 획득하기 위해 직렬로 접속될 수 있다.
아날로그 위상 천이 기술 및 구조는 일반적으로 많은 신호 손실 특성을 갖는데, 이는 로드 신호가 연속적이고, 정밀한 위상 천이를 가질 수 있으나, 대다수의 로드 신호 강도는 위상 천이기 회로 내로 방산될 것이라는 점을 의미한다. 전기 공학 용어에서, 위상 천이 기술 및 회로 구조의 손실 합계는, 데시벨(dB)의 용어로 주어지는데, 여기에서 패키지된 360도 아날로그 위상 천이기는, 마이크로파 주파수에서 6과 12dB 사이의 손실(신호 전력의 3/4 내지 15/16 손실)을 가질 수 있다. 한편, 디지털 구조는 마이크로파 주파수에서 위상 천이 정밀도의 비트당 1.5 내지 3 dB의 손실을 가질 수 있다.
위상 천이기 회로 디자인 및 위상 배열 안테나 시스템의 분야에는, 다른 디지털 또는 아날로그 위상 천이 구조 및 기술을 편입시키는 많은 디바이스들이 있다. 디지털 위상 천이 구조는, 적은 회로 손실로 큰 위상 천이를 제공하는데 이용되고, 종종 높은 직선성 및 다른 바람직한 전자 회로 성능 품질을 갖는다. 그러나 디지털 위상 천이기 디자인은, 정밀도와 분해능이 커지므로, 많은 손실과 복잡성이라는 문제가 있다. 아날로그 위상 천이 구조 및 기술은, 회로의 좋은 분해능 및 연속적인 조정(tuning)을 제공하는데 이용되나, 아날로그 위상 천이 기술 및 구조로 알려진 모든 것들은 매우 많은 손실이라는 문제를 겪는다.
갈륨-아세나이드(gallium-arsenide) 기판 및 다른 전통적인 고주파 집적 회로 기술에 기초하여, 다양한 반도체 위상 천이기 산품을 포함하는 디지털 위상 천이 기술이 개발되어 왔다. MEMS 디바이스에 기초하여 디지털 위상 천이기 회로 구조를 개발하기 위해, 미세 기계 가공 및 MEMS 기술에 관하여 연구가 수행되고 있다. 연구의 한 방향은, MEMS 디바이스를 이용한 전통적 구조를 추구하고 있거나(미국특허 제6,653,985호 참조), 또는 위상 천이 회로 및 안테나 자체 내의 새로운 구조에 MEMS 디바이스를 채용한다(Sikina-미국특허출원공개 2003/0184476 A1 및 Huff-미국특허출원공개 2003,0020173 A1 참조). 이러한 공개 공보에 설명된 장치들은, 모든 디지털 위상 천이 회로 기술에 의해 공유된 동일한 비유연성(inflexibility)을 갖는다.
조정성(tunability) 및 정밀도의 이점들 때문에, 아날로그 위상 천이 기술은, 산업에 의한 연구 및 개발의 활동적인 영역이 되어왔다. 개발의 범위는, 수년간 상업적 산품이 되어 온 전통적 반도체 기술(미국특허 제4,837,532호 참조)을 이용하는 것으로부터, Babbitt-미국특허 제5,334,958호, Osadchy-미국특허 제6,621,377호, 및 다른 것-미국특허 제6,538,603호의 초점인, 보다 고성능의 위상 천이기 회로 고안을 위한 버랙터와 같은 현대적 물질의 이용에까지 이르고 있다. 보다 고성능인, 손실이 적은 아날로그 위상 천이 회로를 만들기 위하여, 산업, 정부, 및 학계에서 노력이 계속되고 있다.
연구의 한 방향은, 적은 손실과 연속적인 조정성 모두를 성취하기 위하여, 디지털 위상 천이 기술을 아날로그 위상 천이 기술과 조합하는 어떠한 이점들을 인지하고 있다. Sayyah(미국특허 제6,509,812호)는 광학 전기 하이브리드 위상 천이기(optical electrical hybrid phase shifter)를 고안했는데, 이는 제1 단계에서 ("열등한" 것으로 언급된) 저손실 디지털 위상 천이 소자를 위한 MEMS 디바이스 및 제2 단계에서 ("좋은" 것으로 언급된) 연속적으로 조정 가능한 아날로그 위상 천이 소자를 위한 광학 제어 가변 저항(optically-controlled variable resistor)을 이용한다.
오랜 기간 입증된 필요성 및 상술한 사람들을 포함한 수많은 연구자와 그룹에 의한 적극적이고 광범위한 노력에도 불구하고, 결과적인 디바이스 중 어느 것도 고성능 레이더 및 통신 시스템에서 위상 천이의 적은 손실 및 좋은 조정성의 기본적이고 대립되는 바람직한 특성을 실현하지 못한다.
본 발명은, 상술한 Sayyah 참조에 나타난 바와 같은 광학적으로 제어되는 가변 저항 기술 대신에, 전기 제어 기술 및 가변 리액터(reactor) 기술을 포함하는 기술을 채용함으로써, 선행 기술 중 어떤 것들보다도 훨씬 더 쓰기에 편한 회로 해법을 제공하는 새로운 위상 천이기 구조를 제공한다. 본 새로운 구조는, 강유전성(ferroelectric) 및 상유전성(paraelectric) 물질과 같이, 산업에 의해 개발된 많은 고성능 버랙터 물질을 이용하는데, 이는 제어 및 조정에 관하여 더 많은 이점을 제공할 수 있다. 여기에 설명된 본 발명은, 제조, 작동 조건, 및/또는 디바이스 퇴화로부터의 위상 에러에 대해 교정함으로써 전기적 제어의 속성을 이용한다. 본 구조들은, 디지털 또는 아날로그 위상 천이 소자로부터 더 크거나 더 적은 양의 위상 천이를 성취하기 위하여 충분히 확장성을 갖기 때문에, 위상 천이기 회로는 넓은 조정 범위를 갖는 많은 애플리케이션을 위해 개발될 수 있다.
본 명세서에 설명된 본 발명은, 구현에 있어서의 최소 한계와 함께, 작고 경제적인 크기, 적은 손실, 및 높은 품질의 전기적 성능을 갖는 매우 정밀하고 조정가능한 위상 천이를 달성하는 최초의 디바이스들이다. 이들은 적은 손실로 디지털식으로 큰 위상 천이를 수행하는 디바이스들을 제공함으로써, 위상 천이기 산업의 오랜 기간 계속된 문제를 해결하고, 전자적으로 제어되는 아날로그 위상 천이 회로로 작은 위상 천이를 수행한다.
본 발명은, 각각의 가장 좋은 이점을 실현하는 새로운 방식으로, 현대적인 아날로그 및 디지털 위상 천이 회로 구조를 편입시키는 새로운 형태의 전자적으로 제어되는 위상 천이기에 관한 것이다. 이러한 상호 보완하는 회로 구조의 조합은, 불연속적인 디지털 위상 천이 소자의 고성능 및 저손실 특성에, 연속적인 아날로그 위상 천이 소자의 높은 분해능 및 조정 능력을 제공한다. 여기에 제공된 회로 장치들은 전자적으로 제어되는데, 이는 이러한 복잡한 구조의 실행을 간소화한다. 아날로그 위상 천이 소자들은, 전자 조정(electronically-tuned) 버랙터를 포함하는데, 이는 높은 분해능을 제공하고 이용 전의 제조 변화나 이용 중의 환경 조건에 대한 능동적인 보상의 편입을 가능하게 한다. 본 발명자들은, 그러한 구조 및 기술의 하이브리드 조합에서 수행된, 이전의 어떠한 작업도 인식하고 있지 않다.
도면은, 회로 개략도로서 도시된 위상 천이기 회로 및 소자의 평면도이다. 이 개략도는, 평면 제조 기술을 이용한 이러한 회로의 물리적 배치의 대표적인 것이다. 객체는 음영, 검은 선, 및 숫자를 이용하여 정의된다. 희거나 밝은 음영으로 나타난 모든 객체는, 대체로 전기적 절연 물질로 제조되는 구성 요소를 나타낸다. 어두운 음영 패턴으로 나타난 객체는, 대체로 전기적 도체(conductor)인 구성 요소 및 전송선을 나타내거나, 또는 산업에 공통적인 보다 복잡한 회로 소자를 나타낸다.
도 1A는, 회로의 입력을 향하는 전기 신호에 위상 천이를 부과하는 위상 천이 로드를 나타내기 위하여 도면의 잔여 부분에 이용된 기능적 회로 기호이다. 이 기호는, 이러한 전기적 로딩(loading) 기능을 수행할 수 있는 다양한 회로 소자를 나타내고, 간결함과 명확성을 위하여 도 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 및 3C에 이용된다.
도 1B, 1C, 1D, 1E, 및 1F는 각각, 도 1A의 기호의 이용에 의해 의미하는 전기적 기능을 수행할 수 있는 회로 소자의 기능적 회로도이다.
도 1B는, 위상 천이 조정 구성 요소로서 버랙터를 채용하는 회로를 도시한다. 도 1C, 1D, 1E, 및 1F 각각은, 위상 천이 조정 구성 요소로서 스위칭 가능한 구성 요소를 채용한다.
도 2A, 2B, 및 2C는, RLC 위상 천이 소자뿐만 아니라 로디드 라인(loaded-line) 위상 천이 소자에 대한 회로도이다. 각각은, 동일한 전기적 기능을 갖는 많은 유사 회로의 서술을 간소화하기 위하여 도 1A의 기호를 채용한다.
도 3A, 3B, 및 3C는, 리플렉트 라인(reflect-line) 위상 천이 소자에 대한 회로도를 도시한다. 이 도면들 각각은, 동일한 전기적 기능을 갖는 많은 유사 회로의 서술을 간소화하기 위하여 도 1A의 기호를 채용한다.
도 4A 및 4B는, 4개의 상태 선택권을 갖는 스위치 라인(switched-line) 위상 천이 소자에 대한 회로도를 도시한다. 두 도면은, 동일한 디바이스의 두 가지 다른 상태를 도시한다.
도 5는, 아날로그 위상 천이 소자와 디지털 위상 천이 소자를 모두 포함하는 본 발명의 일실시예의 회로도이다. 이는, 필수적인 버랙터 조정 아날로그 소자(varactor-tuned analog element)와 함께 리플렉트 라인 디지털 소자를 포함한다.
도 6은, 아날로그 위상 천이 소자 및 디지털 위상 천이 소자를 모두 포함하는 본 발명의 다른 실시예의 회로도이다. 이는, 로디드 라인 아날로그 위상 천이 소자와 직렬로 스위치 라인 디지털 소자를 포함한다.
여기에 설명된 본 발명은, 아날로그와 디지털 위상 천이 회로 기술 및 구조 모두의 하이브리드 배열을 이용하는 위상 천이 소자를 편입시키는, 새로운 형태의 전자적으로 제어되는 위상 천이기 회로에 관한 것이다. 상호 보완되는 위상 천이 소자의 이 조합은, 아날로그 위상 천이 소자의 좋은 분해능 및 정밀도를, 디지털 위상 천이 소자의 고성능 및 저손실 특성에 제공한다. 선행 기술에 비한 차별적 이점은, 전자 조정 버랙터를 이용한 전자 제어 아날로그 위상 천이 소자의 이용이다. 이 구성 요소들은, 아날로그 위상 천이 소자에 높은 분해능을 제공하고, 제조 또는 이용 중에 유도된 위상 에러에 대한 능동적 보상의 이용을 가능하게 한다. 다음 설명은, 우선 이러한 액츄에이터 기술의 기능적 조합을 서술하고, 다음으로 본 발명의 여러 계획된 실시예들의 상세한 서술로 계속한다.
위상 천이기 회로 소자는, 전기적 로드 신호에 위상 천이를 가한다. 위상 천이는, 로드 신호 전파 속도 변화(신호를 늦춘다), 로드 신호에 의해 취해진 경로 길이의 물리적 변화, 로드 신호가 전파하는 전송선의 전기적 특성의 변화, 또는 다른 방법 때문일 수 있다. 위상 천이가 유도되는 방식은, 위상 천이기 회로를 채용하는 시스템의 작동에 중요할 수도 있고 아닐 수도 있어서, 이것은 고안자들에 의해 신중하게 고려되어야 한다. 대체로 위상 천이 회로는, RF, 마이크로파, 및 밀리미터파 주파수에서 일어나는 것과 같이, 로드 신호가 주기적인 다양한 애플리케이션에서 채용된다.
위상 천이기는, 위상 배열 안테나 및 전자 조종 안테나 조리개(electronically steerable antenna apertures;ESAs)를 포함하는, 보다 큰 전자 시스템의 고안 및 개발을 가능하게 하는 회로이다. ESAs는, RF, 마이크로파, 또는 밀리미터파 전자기 에너지의 안테나 방사 광선의 모양 및/또는 방향을 바꿀 수 있다. 이러한 방사는, 레이더 및 통신 신호를 운반하고, 물리적 움직임 없이 안테나를 조종하는 능력은, 정보를 빠르고 효율적으로 주고 받아야 하는 항공 우주 과학, 군사, 및 민간 애플리케이션에, 속도, 전력, 및 신뢰성의 이점을 제공한다. 그러므로 고성능 위상 천이기 회로는, RF, 마이크로파, 및 밀리미터파 시스템에 가치가 있다. 위상 천이기 회로의 아날로그 강유전성 및 디지털 MEMS 버젼을 만들기 위하여 새로운 기술에 주입된 연구 노력은, 레이더 및 통신 산업에 의해 보유된 강한 중요성 및 활동성을 증명한다.
디지털 위상 천이기 및 디지털 위상 천이 소자는, 제한되고, 불연속적인 수의 위상 천이 선택권들 중 하나를, 로드 신호에 부과하는 회로이다. 기술어(記述語) "디지털"의 이용은, 본 명세서의 배경 부분에서 제공된 정확한 세부 사항으로, 위상 천이 소자가 될 수 있는 상태의 개수를 정의하기 위해 컴퓨터 산업 용어인 "비트"의 공통적 이용을 말한다. 본 명세서의 내용에서, 디지털은, 제어 회로 고안의 특정 실행과 관계없이, 유한한 수의 상태를 갖는 어떠한 위상 천이 기술이나 회로 구조를 언급하는데 이용되는 것으로 계획된 것이다. 디지털 위상 천이 기술 및 구조의 이점은, 그들이 전기적 제어 접근이 쉽고, 또한 적은 손실 및 다른 바람직한 전기적 특성을 갖기 쉽다는 점이다. 디지털 위상 천이 기술 및 구조의 불리한 점은, 그들이 제한된 불연속적인 위상 천이 선택권이고, 또한 작은 조정이나 위상 에러에 대한 보상을 수행할 수 없다는 점이다.
아날로그 위상 천이기 및 아날로그 위상 천이 소자는, 일련의 가능한 선택권 들 중에서 선택된 위상 천이의 값을 부과하는 회로이다. 기술어 "아날로그"의 이용은, 일련의 상태에서 작동하는 전기적 구성 요소 및 회로를 설명하는 데에 공통적인 전자 공학 산업 용어를 말한다. 본 특허 명세서의 내용에서, 아날로그는 일련의 위상 천이 선택권을 제공하는 어떠한 위상 천이 기술 또는 구조를 말하는 것으로 계획된 것이다. 아날로그 위상 천이 기술 및 구조의 이점은, 그들이 대체로 작동 범위 내에서 위상 천이의 정밀한 제어를 하고, 원하는 값으로 조정하거나, 작동 조건 또는 회로 퇴화로 인해 존재할 수 있는 위상 천이 에러를 보상하기 위하여 위상 천이의 작은 변화가 부과될 수 있다는 점이다. 아날로그 위상 천이 기술 및 구조의 불리한 점은, 그들이 대체로 큰 전력 손실 및 다른 빈약한 전기적 성능 특성을 갖는다는 점이다.
여기에 설명된 발명은, 적어도 하나의 디지털 위상 천이 소자 및 적어도 하나의 아날로그 위상 천이 소자를 편입시키는 위상 천이기 회로이다. 이 소자들은, 디지털 위상 천이 기술 및 구조의 저손실 및 고성능을 갖는 회로로 조합되고, 원하는 위상 천이 상태의 정밀한 조정을 수행하기 위하여 아날로그 위상 천이 소자 또는 소자들을 이용한다. 본 발명은, 전기적으로 제어되는 디지털 및 아날로그 위상 천이 기술 및 구조를 포함하는데, 여기에서 이 아날로그 기술 및 구조는, 아날로그 구성 요소로서 버랙터를 채용한다. 이 생각은, 아날로그 위상 천이 소자가 아날로그 전기 제어 신호로 제어되든, 디지털 전기 제어 신호로 제어되든 관계없이 유효하다. 그러므로, 위상 천이기의 아날로그 기술을 구동하기 위하여 D/A 컨버터를 갖는 디지털 제어 전자 공학을 이용하는 것이 가능하다. 본 특허 명세서에 이용된 바와 같이, "아날로그" 및 "디지털" 구성 요소들은, 그들을 제어하는데 이용된 드라이버 회로보다는 그들의 기술 때문에 그렇게 정의된다.
여기서 설명된 발명은, 로드 신호 전력, 주파수, 및 대역폭을 처리하는 능력의 범위를 갖는 위상 천이기 회로이다. 로드 신호 전력 처리의 범위는, 로드 신호 전력의 60 dBm(mW에 대한 데시벨, 60 dBm은 1kW)의 상한과, 로드 신호 전력의 -180 dBm(1 zW)의 하한을 갖고, 통상적인 전송 및 수신 전력 사이에서 변하도록 계획된다. 본 발명에 대한 로드 신호 주파수의 범위는, 300 GHz의 상한과 30 MHz의 하한을 갖고, 통상적인 RF, 마이크로파, 및 밀리미터파 주파수를 포함하도록 계획된다. 본 발명의 로드 신호 대역폭의 범위는, 로드 신호 주파수의 0.1%와 100% 사이에서 변하도록 계획된다. 로드 신호를 조절하는 본 발명의 특정 실시예의 개별적인 능력은, 제공된 로드 신호 특성의 전 범위를 포함하도록 기대되지는 않는다. 예를 들어 로드 신호 대역폭은, 대부분의 레이더 및 통신 애플리케이션에 대해 대체로 10% 내지 20%의 범위에 있고, 따라서 이러한 애플리케이션에 이용하기 위해 개발된 어떤 위상 천이 회로 기술 또는 구조에 필수적이다.
도 1A는, 로드 신호 입력 2를 향하는 전기 신호에 위상 천이를 부과하는 위상 천이 로드 100을 나타내는 개략도이다. 로드 신호에 대한 등가 그라운드(equivalent ground) 1은, 로드 신호의 진폭 특성과 관계가 있으며, 교류, RF, 마이크로파, 또는 밀리미터파 로드 신호에 관련된다. 이는, 전기 제어 회로에 통상적으로 이용되는 직류 그라운드가 이용되는 것과 필수적으로 동일한 관계가 있는 것은 아니다. 등가 그라운드 1은, 가상(즉, 비물리적) 그라운드를 나타낼 수 있는 데, 이는 통상적인 회로 디자인 특징이다. 로드 신호 입력 2는, 위상 천이 소자의 회로에 접속하는, 하나 또는 그 이상의 전기적 경로 또는 고주파 전송선을 포함한다. 로드 신호 입력은, 전기적 위상 길이(electrical phase length)나 다른 조합된 회로 특성을 가질 수도 있고, 아닐 수도 있다. 위상 천이를 부과하는데 책임이 있는 구성 요소나 회로는, 위상 천이 로딩 소자 3이다. 이 위상 천이 로딩 소자는, 도 1A에 의해 설명된 회로 구조에서 실행될 때, 위상 천이를 제공하는 다양한 구성 요소 및 회로 구조를 나타낸다. 화살표는, 디지털 또는 아날로그 형태로 상태를 변화시키기 위해 제어되는, 하나 또는 그 이상의 전기적으로 제어되는 회로 소자 4를 표시한다. 각각의 위상 천이 로딩 소자는, 그라운드로의 분로(shunt) 5에 의한 하나 또는 그 이상의 전기적 경로나 고주파 전송선에 의해 등가 그라운드 1에 접속된다.
도 1A에 나타난 소자들은 함께, 전기적 로딩 기능을 수행할 수 있는 회로 소자의 다양한 조합을 포함할 수 있는 "포괄적인" 기호 100(다음 도면들에 나타난 바와 같다)을 형성한다. 이러한 회로 소자 배열 중 어떤 것은, 도 1B, 1C, 1D, 1E, 및 1F에 나타나 있는데, 이들 각각은, 본 특허 명세서를 통해 도 1A의 기호의 이용에 의해 의미를 갖는 전기적 기능을 수행할 수 있는 회로 소자 배열의 예시이다. 모든 경우에, 주파수, 제조 기술, 작동 조건, 환경 노출, 및 퇴화를 갖는 물질적이고 전기적인 도구의 자연적 변화와 함께, 저항의 공통적인 전기 회로 특성은, 모두 실제적이고 존재하는 것으로 예상되지만, 이러한 세부 사항들은 회로에 대한 예시의 목적으로 무시한다.
도 1B는, 위상 천이 로딩 소자로서 전기 제어 버랙터 6을 채용하는 위상 천이 로드의 개략도이다. 이 위상 천이 로드는, 버랙터 기술 및 이용된 제어 회로에 의존하여, 디지털 위상 천이 기술이나 아날로그 위상 천이 기술 중 하나를 나타낸다. 커패시터 구성 요소의 종래 도면에 첨가된 화살표의 이용은, 가변 커패시턴스에 대한 공통적 기호이다. 이 도면에 의하면, 버랙터 객체는, 전기적으로 제어되는 가변 커패시터, 가변 인덕터, 또는 가변 커패시터와 인덕터의 전기적으로 접속된 조합을 나타낸다. 한편 이 위상 천이 로드에 대한 회로도는, 도 1A에 나타난 것과 동일하다.
도 1C, 1D, 1E, 및 1F는 각각, 도 1A에 일반적으로 나타난 기호의 다른 가능한 회로 구성의 개략도이다. 각각은, 조정을 위해 7, 27, 107, 207, 307와 같은 스위칭 가능한 객체를 채용하는데, 이는 이러한 위상 천이 로드 모두가 디지털 기술 및/또는 회로 구조라는 점을 의미한다. 스위칭 가능한 객체는, 회로에서 분리된 구성 요소로서 실행될 수 있다; 아니면, 위상 천이 로드의 스위칭 가능한 속성은, 본질적인 전기적 제어 도구일 수 있다. 구성 요소의 예로는, 고체 상태 다이오드(solid-state diode)나 트랜지스터 스위치, 릴레이(relays), 트립 스위치(trip switches), 및 다른 다중 상태 스위칭 디바이스(multi-state switching devices)가 있다. 다른 예에는, RF, 마이크로파, 및 밀리미터파 산업에 이용되는 종래의 전기 기계 디바이스 뿐 아니라, 금속성 접촉(metallic-contact) 디바이스나 용량성 접촉(capacitive contact) 디바이스가 될 수 있는, MEMS 스위칭 디바이스가 포함된다. 스위칭 제어 도구의 예로는, 2개 상태 MEMS 가변 커패시터(two-state MEMS variable capacitor)와 같은 디바이스, 및 제어 신호가 버랙터 작동을 가능하게 하는데 불충분하다면 "off" 상태에 있는 고체 상태 버랙터 다이오드가 포함된다. 스위칭 가능한 제어 도구를 포함하는 구성 요소들은, 둘 또는 그 이상의 동작 상태를 암시한다.
도 1C는, 스위칭 가능한 리액턴스 로드의 형성에서 위상 천이 로드에 대한 한 가지 가능한 회로 구성을 도시한다. 이 회로는, 고정값을 갖는 제1 반응 구성 요소(reactive component) 8로의 전기적 경로나 전송선 9에 의해 접속된 스위칭 객체 7을 편입시킨다. 스위칭 객체 7은, 전기적 경로를 반응 구성 요소로 접속하는 제어 도구를 갖는 기계적 디바이스나 하나 또는 그 이상의 전기적 구성 요소를 포함하는, 적절한 스위치의 어떠한 형태가 될 수 있다. 도 1B에서의 이용과는 대조적으로 도 1C에서의 반응 구성 요소에 대한 가변 화살표의 부재는, 구성 요소나 회로 소자가 조정 가능한 값이라기보다는 고정값이라는 점을 표시한다. 이 위상 천이 로드 회로의 디지털 속성은, 이 반응 구성 요소의 위상 영향(phase influence)의 스위칭 개폐에 기인한 것이다.
도 1D는, 다중 스위칭 가능한 반응 로드의 형성에서 위상 천이 로드에 대해 가능한 한 가지 회로 구성을 도시한다. 도 1C와 같이, 이 회로는 다중 스로우 스위칭(multiple throw switching) 객체 27을 편입시킨다. 스위칭 객체 7과 같이, 스위칭 객체 27은, 전기적 경로를 반응 구성 요소에 접속하는 제어 도구를 갖는 기계적 디바이스나 하나 또는 그 이상의 전기적 구성 요소를 포함하는 적절한 스위치의 어떠한 형태가 될 수 있다. 스위칭 객체 27은, 로드 신호 입력 2를 전기적 경 로 9, 19, 29 또는 39 중 하나에 접속할 수 있는데, 이는 각각 반응 구성 요소 8, 18, 28 및 38에 접속하며, 이는 각각 그라운드로의 접속 부분 5, 15, 25, 및 35에 접속한다. 실제로, 이 4개 상태 디지털 위상 천이 로드 회로 구조는, 3개 상태 디바이스, 5개 상태 디바이스일 수 있고, 또는 로드 신호에 위상 천이를 부과하기 위해 다른 스위칭 된 리액턴스 로드나 스위칭 된 리액턴스 로드의 조합을 나타내는 정수 개의 상태를 가질 수 있다.
도 1E는, 입력 신호 상의 다중 스위칭 가능한 전기적 로드를 포함하는 위상 천이 로드에 대한 다른 회로 구성을 도시한다. 이 회로 구성은, 간단한 반응 구성 요소 대신에 더 복잡한 회로 소자가 채용된 것을 제외하고는, 도 1D의 것과 유사하다. 스위칭 된 반응 구성 요소 대신에, 제1 고정 위상 지연 RLC 네트워크(fixed phase delay RLC network)나 전송선 10, 제2 고정 위상 지연 RLC 네트워크나 전송선 11, 제3 고정 위상 지연 RLC 네트워크나 전송선 12, 및 제4 고정 위상 지연 RLC 네트워크나 전송선 13은, 입력의 로드 신호에 위상 천이를 부과하기 위하여 로딩 회로의 안팎에서 스위칭 된다. 비록 4개 상태만이 도면에 나타났지만, 어떠한 수의 스위치 상태도 이용될 수 있는 것으로 예상된다.
도 1D 및 1E의 회로 구조는, 다중 위상 천이 로드의 각각이, 모든 경우에 로드 신호 입력 스위칭 디바이스와 대응하는 그라운드 사이에서 병렬 구성을 이루도록 구성된다는 점에서, 병렬 로딩 회로로 간주될 수 있다. 반면, 도 1F의 회로 구조는, 다중 위상 천이 로드가 동일한 전기적 경로나 전송선을 따라 스위칭 구성 요소나 제어 도구와 직렬로 위치하도록 구성된다는 점에서, 직렬 로딩 회로로 간주된 다. 직렬 위상 천이 로딩 소자의 작동 방식은, 우선 제1 스위칭 구성 요소 7이나 제어 도구의 상태를 고려한다. 스위치가 열리면, 다음으로 로드 신호에 부과된 위상 천이는 제1 값으로 간주되는데, 여기에서 이러한 제1 값은 대체로 0의 대응 위상 천이와 관련되는 것으로 간주된다.
제1 스위치 7이 닫히면, 로드 신호 입력 2의 신호는, 전송선 9를 경유하여, 제2 직렬 스위칭 구성 요소나 제어 도구 107로의 제2 입력 전기적 경로나 전송선 102에 현재 접속된 신호에 위상 지연을 부과하는 제1 고정 위상 지연 RLC 네트워크나 전송선 10에 접속된다. 이러한 제2 스위치가 열리면, 다음으로 로드 신호에 부과된 위상 천이가 제2 값인데, 여기에서 이러한 제2 값은, 대체로 디지털 위상 천이 로드의 가장 작은 0이 아닌 대응 위상 천이에 관련되는 것으로 간주된다. 이러한 제2 스위치가 닫히면, 다음으로 제2 출력 전기적 경로 109는, 제2 고정 위상 지연 RLC 네트워크나 전송선 110을 접속하는데, 이는 제3 직렬 스위칭 구성 요소나 제어 도구 207로의 제3 입력 전기적 경로나 전송선 202에 현재 접속된 신호에 위상 지연을 가한다. 직렬인 각각의 스위치는, 로드 신호에 추가적인 위상 지연 로드를 부과하기 위해 돌려지는데, 여기에서 제3 출력 전기적 경로 209는, 제4 입력 전기적 경로나 전송선 302 및 제4 직렬 스위칭 구성 요소나 제어 도구 307을 향하여, 제3 고정 위상 지연 RLC 네트워크나 전송선 210에 접속한다.
본 예에 의하면, 제4 직렬 스위칭 구성 요소나 제어 도구는, 제4 출력 전기적 경로 309 및 제4 고정 위상 지연 RLC 네트워크나 전송선 310으로 전기적 액세스를 돌리는데, 이는 종국적으로 대응 그라운드에 접속된다. 비록 예시의 목적으로 네 개의 스위치 및 조합 구성 요소의 직렬 배열이 보여졌지만, 이 구조는 어떠한 개수의 스위치 및 조합 회로를 포함하고도 실행될 수 있음이 예상된다. 또한, 개별적인 고정 리액턴스가 도시된 RLC 네트워크나 전송선을 대신하여 이용될 수 있음이 예상되며, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게, 그러한 다양한 실행을 위한 회로도를 생각하는 것은 쉬운 일이다.
도 2A, 2B, 및 2C는, 도 1E 및 1F의 구조에 나타난 것들과 같이, RLC 위상 천이 소자뿐 아니라 로디드 라인 위상 천이 소자에 대한 회로도이다. 이 도면들 각각은, 동등한 전기적 기능을 갖는 많은 유사한 회로의 설명을 간소화하기 위해, 일반적인 위상 천이 로드로서 도 1A에 설명된 기호를 채용한다. 도 2A, 2B 및 2C에 나타난 구조는, 도 1B의 다른 실행에 의해 나타나는 디지털 위상 천이 로드뿐 아니라, 도 1B의 일정한 실행에 의해 나타나는 아날로그 위상 천이 로드로서, 아날로그와 디지털 위상 천이 소자를 모두 포함할 수 있고, 도 1C, 1D, 1E, 및 1F의 디지털 위상 천이 로드는, 도 1A의 일반적인 위상 천이 로드의 기호 이용에 편입된다.
도 2A는, 도 1A에 의해 나타난 위상 천이 로드를 이용하는 가장 기본적인 위상 천이 소자에 대한 회로도이다. 위상 천이 소자는, 위상 천이 로드 교차점 103, 다음으로 로드 신호 전송 출력 111에 접속되는 로드 신호 전송 입력 101을 포함한다. 도 1A의 일반적인 위상 천이 로드 회로 소자를 나타내는 위상 천이 로드 100은, 위상 천이 로드 교차점에 전기적으로 접속된다. 로드 신호는 로드 신호 전송 입력 101로부터 로드 신호 전송 출력 111로 진행하기 때문에, 위상 천이 로드의 존 재는 로드 신호에 위상 천이를 가한다. 출력에서 나타나는 로드 신호는, 대응하는 0 위상 천이 상태와 비교해볼 때, 전기적으로 제어되는 위상 천이를 가질 것이다. 이 부과된 위상 천이의 범위는, 아마도 앞서 정의한 바와 같이 0의 대응하는 위상 천이의 한 가지 가능한 상태를 포함할 것이다.
도 2B의 회로도에 의하면, 한 세트의 RLC 네트워크 및/또는 전송선은, 보다 완성된 회로 디자인 구조를 위해 추가된다. 로드 신호 전송 입력 101은, 우선 입력 RLC 네트워크나 전송선 120, 다음으로 제1 위상 천이 로드 교차점 121, 다음으로 출력 RLC 네트워크나 전송선 320에 접속된다. 도 2A의 회로와 유사한 방식으로, 위상 천이 로드는 제1 위상 천이 로드 교차점에 전기적으로 접속되며, 현재는 보다 큰 위상 천이기 회로 제품 내에서의 위상 천이 소자의 실행을 간소화하기 위해 정합된 회로나 전송선 입출력의 이점을 취하여 상술한 바와 같이 위상 천이 기능을 정확하게 수행한다.
도 2C는, 도 2B의 회로 구조를 단계적으로 꾸민 예이며, 여기에서 2개의 위상 천이 소자는 함께 종속으로 접속된다. 제1 위상 천이 로드 교차점은, 도 2B의 구조에 대해 상술한 바와 같이, 제2 RLC 네트워크나 전송선 220, 다음으로 제2 위상 천이 로드 교차점 221, 다음으로 출력 RLC 네트워크나 전송선 320 및 출력 111에 직렬로 전기적으로 접속된다. 제2 RLC 네트워크나 전송선은 회로의 입력 및 출력에 관한 위상 천이 로드 모두에 적합한 임피던스를 만드는 능력을 제공하기 때문에, 이 회로 구조는 회로 위상 천이 조정의 유연성 및 전기적 성능을 보다 높은 수준이 되도록 한다. 다른 직렬 및 병렬 회로 예와 같이, 도 2C의 회로의 2개의 단 (段)은, 예시의 목적으로 제공된 것이며, 도 2C의 회로 구조의 3단, 4단, 또는 어떠한 정수 개의 단의 실행도 실현될 수 있다는 것이 예상된다.
도 3A, 3B, 및 3C는, 리플렉트 라인 위상 천이 소자의 회로도를 도시한다. 상술한 회로와 마찬가지로, 이 도면들의 각각은, 동일한 전기적 기능을 갖는 많은 유사한 회로의 설명을 간소화하기 위해, 도 1A의 포괄적 기호 100을 채용한다. 본 발명의 많은 실시예에 의하면, 도 3A, 3B, 및 3C의 일반적인 위상 천이 로드는, 서로 매칭될 것이라 예상되지만, 어떠한 실시예는 추가적인 시스템-레벨 성능 이점을 제공하기 위해, 매칭되지 않는 위상 천이 로드를 이용할 수도 있음이 인식된다.
도 3A에서, 로드 신호 전송 입력은, 로드 신호를 결합기 회로 130으로의 네 개의 접속 부분 중 첫 번째로 공급한다. 결합기 회로는, 제1접속 부분으로부터 입력 로드 신호를 취하도록 고안되고, 그 입력 로드 신호의 전기적 특성을 두 개의 부분 입력 로드 신호로 나눈다. 제1 부분 입력 로드 신호는 제2 결합기 회로 접속 부분 122로 향하고, 제2 부분 입력 로드 신호는 제3 결합기 회로 접속 부분 123으로 향한다. 또한 결합기 회로는, 제2 및 제3 접속 부분으로부터 입력 로드 신호를 취하도록 고안되며, 결합기 회로로의 제4 접속 부분으로 보내진 로드 신호 전송 출력으로 그들을 조합한다. 이 회로의 작동은, 로드 신호의 관점에서 가장 잘 설명되는데, 이는 입력에서 시작하여, 두 부분으로 분리된다. 두 부분의 각각은, 2개의 일시적 출력으로 향하여 위상 천이 로드 회로로 간다. 다음으로 이러한 두 개의 부분 신호는, 위상 천이 로드에 의해 위상 천이되고, 결합기 회로로 다시 반사된다. 이제, 두 개의 반사되고, 위상 천이된 부분 신호는, 일시적 출력이 아니라 일시적 입력으로서 제2 및 제3 결합기 접속 부분을 만나며, 결합기 회로로 다시 들어간다. 결합기 회로는, 2개의 위상 천이된 부분 신호를 한 개의 완성된 위상 천이된 로드 신호로 재조합하는데, 이것은 종국적으로 로드 신호 전송 출력으로 보내진다.
도 3B는, 도 3A에 의해 설명된 리플렉트 라인 위상 천이 소자의, 통상적으로 채용되는 다른 구조를 도시한다. 이 구조에서는, 제3 및 제4 결합 회로 접속 부분의 위치가 변경되었지만, 반면에 모든 소자의 전기적 기능은 동일하다. 그러나, 평면 회로 구조의 평가에 있어서 결합 회로 디자인을 인지하는 것은 중요하므로, 입출력의 전기적 기능은, 하나의 결합 회로 구조와, 리버스(reversed) 결합 회로 131을 이용하는 이러한 제2 구조 사이에서 혼동되지 않는다. 많은 결합 회로 기술이 신중한 디자인을 갖는 어느 하나의 구조에 이용될 수 있기 때문에, 표준 및 리버스(reversed) 결합 회로 구조를 구별하는 어떠한 공학 용어도 없다는 점을 유의해야 한다.
도 3C는, 도 3A에 나타난 것과 동일한 구조를 갖는 결합 회로를 이용하는 리플렉트 라인 위상 천이 소자의 상세한 예를 도시한다. 지금, 표준 결합 회로의 일반적인 회로 소자가 더 상세하게 보여져, 결합기 내의 각 회로 소자의 전기적 기능이 명확해질 수 있다. 결합 회로로의 모든 입출력 접속 부분은, 위상 천이 로드와 같이, 도 3A에 설명된 것과 동일하다. 지금, 결합 회로는 4개의 분리된 결합 회로 소자로서 보여지는데, 이것은 각각 RLC 회로, 전송선, 또는 계획적인 수동 전기 도구와 RLC 회로나 전송선의 조합을 나타낸다. 로드 신호 전송 입력과 로드 신호 전송 출력 사이에서 일직선으로 제1 결합 회로 소자 233이 있는데, 이는 결합기 회로 신호 진행의 다른 방향 주위의 환형 경로와의 특정 조합으로 인해, 입력 로드 신호가 결합 회로 출력으로 직접 통과하는 것을 막기 위하여 그러한 식으로 고안된 것이다. 이 환형 경로는 제2 결합 회로 소자 231이며, 제3 결합 회로 소자 230, 및 마지막으로 제4 결합 회로 소자 232가 이를 뒤따른다. 제2 결합 회로 소자 및 제3 결합 회로 소자는, 로드 신호 전송 입력의 로드 신호가 두 부분으로 분리되도록 고안되는데, 여기에서 제1 부분은 제2 결합 회로 접속 부분으로 보내지고, 제2 부분은 제3 결합 회로 접속 부분으로 보내진다. 더욱이 제3 결합 회로 소자는, 제2 결합 회로 접속 부분으로부터의 입력이 제3 결합 회로 접속 부분에 도달하지 않고 그 역으로도 일어나지 않도록 고안된다. 반사된 형태에서는, 제4 결합 회로 소자 및 제3 결합 회로 소자가 로드 신호 전송 출력의 로드 신호가 두 부분으로 분리되도록 고안되는데, 여기에서 제1 부분은 제3 결합 회로 접속 부분으로 보내지고, 제2 부분은 제2 결합 회로 접속 부분으로 보내진다. 종국적 결과는, 각각의 부분 신호가 그라운드의 반사점을 만나기 위해 위상 천이 로드와 상호 작용하도록 된다는 것인데, 이것은 다음으로 위상 천이 로드를 통해 그리고 결합 회로로 로드 신호를 다시 밀어 넣는다. 단지 위상 천이된 부분 신호가 새로운 입력으로서 되돌아갈 때 그들은 재조합하도록 되며, 반사된 형태의 회로 고안은, 그들이 원래의 로드 신호 전송 입력보다는 로드 신호 전송 출력을 향하여 진행할 때 단지 재조합할 수 있다는 것을 의미한다.
도 3C에 의해 도시된 결합 회로의 공통적인 예는 브랜치 라인 결합기이다. 그러한 예에 의하면, 4개의 결합 회로 소자는, 용어 "Z0"로 표시되는 공통적인 특성 임피던스를 갖는 고주파 전송선으로서 실행된다. 이 공통적인 결합 회로 구성에 의하면, 4개의 결합 회로 소자는, 접속 부분의 특성 임피던스에 기초하여, 또한 모든 4개의 경우에 로드 신호의 중심 주파수의 파장의 4분의 1인 그들의 길이에 의해 변할 수 있는 특성 임피던스를 갖는다. "3 dB 브랜치 라인 결합기"에서, 입력 로드 신호는, 각각 원래의 신호의 반(신호의 반은 원래의 것보다 3 데시벨 더 적다)인 두 개의 부분 신호로 분리된다. 3 dB 브랜치 라인 결합기에서, 제2 및 제4 결합 회로 소자의 특성 임피던스는 접속 부분과 같은 Z0이고, 제1 및 제3 결합 회로 소자의 특성 임피던스는 2의 제곱근으로 나눈 Z0이다. 결합 회로 소자의 이러한 특정 구성은, 두 개의 위상 천이 로드로 로드 신호 전력의 대등한 분배를 제공하고, 위상 천이 소자의 출력으로 보내지도록 균형잡힌 로드 신호 재조합을 준비한다.
도 4A 및 4B는, 다중 라인 소자를 포함하는 스위치 라인 위상 천이 소자에 대한 회로도를 도시하는데, 여기에서 각각의 라인 소자는, RLC 회로, 전송선, 또는 RLC 회로와 전송선의 조합을 나타낸다. 각각의 라인 소자는 분리된 상태 선택권으로 스위칭 될 수 있는데, 여기에서 도 4A 및 4B는, 동일한 4개 상태 예시 중 2개의 다른 상태를 도시한다. 4개의 라인 소자의 각각은, 한 개의 라인 소자를 통과하는 로드 신호가 한 개의 위상을 갖고, 다른 라인 소자를 통과할 때는 다른 위상을 갖도록, 다른 전기적 도구 세트를 포함한다. 실제로, 이러한 4개 상태 디지털 스위치 라인 위상 천이 소자는, 3개 상태 디바이스, 5개 상태 디바이스일 수 있고, 또 는 로드 신호에 다른 위상 천이를 부과하기 위해 다른 스위치 라인 소자를 나타내는 어떠한 정수의 상태도 가질 수 있다.
도 4A에서, 로드 신호 전송 입력은, 로드 신호의 4개의 선택권 중 하나를 선택하는 입력 다중 상태 스위칭 디바이스나 제어 도구 127에 접속된다. 제1 선택권은, 제1 라인 소자 입력 409인데, 이는 제1 라인 소자 410에 접속된다. 이 제1 라인 입력은, 제1 위상 지연을 포함하여, 특정의 전기적 특성을 갖는다. 제1 라인 소자는, 다음으로 제1 라인 소자 출력 405에, 또한 출력 다중 상태 스위칭 디바이스나 제어 도구 227에 접속된다. 제1 라인 소자 입력이 선택된다면, 입출력 스위칭 디바이스는 그러한 식으로 제어되며, 따라서 그 다음으로 제1 라인 소자 출력은 또한, 로드 신호가 제1 라인 소자를 통해 향하고, 제1 위상 지연을 겪도록 선택될 수 있다. 병렬 형태에서, 제2 선택권은 제2 라인 소자 입력 419인데, 이것은 제2 위상 지연 전기적 특성을 갖는 제2 라인 소자 411에 접속된다. 제2 라인 소자는, 다음으로 제2 라인 소자 출력 415 및 출력 다중 상태 스위칭 디바이스나 제어 도구에 접속된다. 제3 선택권은, 제3 위상 지연을 갖는 제3 라인 소자 412에 접속된 제3 라인 소자 입력 429인데, 이것은 다음으로 제3 라인 소자 출력 425에 접속된다. 제4 선택권은, 제4 위상 지연을 갖는 제4 라인 소자 413에 접속된 제4 라인 소자 439인데, 이것은 다음으로 제4 라인 소자 출력 435에 접속된다. 입출력 스위칭 디바이스는, 입력 로드 신호가 위상 지연을 겪으면서 라인 소자를 통해 진행하도록, 라인 소자 중 어느 하나가 선택될 수 있도록 제어되고, 다음으로 로드 신호 전송 출력을 향한다. 로드 신호의 각각은, 다른 위상 지연을 갖는데, 이것은 도 3C의 라인 소자 객체의 다른 길이에 의해 개략적으로 나타내어진다. 이러한 특정 예에 의하면, 제4 라인 소자가 선택되며, 이는 로드 신호가 4개의 선택권 중 가장 큰 위상 지연 상태를 겪게 될 것이라는 점을 의미한다.
도 4B는, 스위칭 디바이스나 제어 도구가 다른 라인 소자를 선택할 준비가 되어 있다는 것을 제외하고는, 도 4A에서 나타낸 것과 동일한 디지털 스위치 라인 위상 지연 소자를 도시한다. 교대의 입력 다중 상태 스위칭 디바이스나 제어도구 128은, 교대의 출력 다중 상태 스위칭 디바이스나 제어 도구 228과 같이, 제2 라인 소자를 선택하기 시작한다. 이 특정 예에서, 제2 라인 소자가 선택되며, 이는 로드 신호가 4가지 선택권 중 2번째로 가장 작은 위상 지연 상태를 겪게 될 것이라는 점을 의미한다.
도 5 및 6은, 위상 천이기 발명의 2가지 실시예에 대한 회로도를 도시하는데, 이들 각각은 전기적으로 제어되는 아날로그 위상 천이 소자와 디지털 위상 천이 소자를 모두 포함한다. 이 두 실시예 각각은, 이 위상 천이기를 작동시키는데 필요한 전기 제어 회로를 설명함 없이, 로드 신호와 상호 작용하는 위상 천이 회로를 도시한다. 제어 신호 회로 디자인의 상세한 사항은, 여기에서 설명하기에 충분할 만큼 새로운 것으로 생각되지는 않는다.
도 5는, 도 3A에 설명된 것과 유사한 아날로그 리플렉트 라인 위상 천이 소자, 및 도 1C와 2C의 조합에 의해 설명된 것과 유사한 디지털 종속 스위치 리액턴스 위상 천이 소자(digital cascaded switched-reactance phase shift elements)를 편입시키는, 전기적으로 제어되는 하이브리드 디지털 및 아날로그 위상 천이기를 도시한다. 이 위상 천이기에서는, 로드 신호 위상 천이기 입력 201 및 로드 신호 위상 천이기 출력 211이, 위상 천이기 결합기 회로 530에 접속된다. 도 3A의 설명과 유사한 방식으로, 로드 신호는 로드 신호 위상 천이기 입력에서 들어가고, 2개의 부분 로드 신호로 분리되는데, 하나는 제2 위상 천이기 결합기 접속 부분 522로 보내지고, 다른 하나는 제3 위상 천이기 결합기 접속 부분 523으로 보내진다. 각각의 부분 로드 신호는 위상 천이를 겪게 되는데, 로드 신호 그라운드에 의해 반사되고, 다음으로 위상 천이기 결합기 회로에 다시 들어가기 전에 다른 위상 천이를 겪게 된다. 2개의 위상 천이된 부분 로드 신호는, 다음으로 재조합되며 로드 신호 위상 천이기 출력으로 향하게 된다. 따라서, 디지털 및 아날로그 위상 천이 소자의 조합은, 위상 천이 로드의 디자인과 관련된다.
제2 위상 천이기 결합기 접속 부분과 관련된 위상 천이 로드는, 아날로그 위상 천이 소자에 우선 접속되고, 가변 리액턴스인 제1 위상 천이기 아날로그 버랙터 506에 접속하는 제1 위상 천이기 버랙터 입력 502에 의해 나타난다. 제1 부분 로드 신호는, 제1 위상 천이기 버랙터 출력 505를 통해, 그리고 제1 디지털 위상 천이 로드 입력 521로 넘어갈 때, 아날로그 위상 천이를 겪게 된다. 여기에서 로드 신호는, 그라운드에 접속된 3개의 분리된 스위칭 가능한 위상 천이 로드를 향하게 된다. 제1 위상 로드 스위칭 디바이스 507은, 제1 리액턴스 접속 부분 509에 의해 제1 리액턴스 508로 접속된다. 제1 위상 로드 스위칭 디바이스가 닫힐 때, 제1 부분 로드 신호가 리액턴스를 통과하여 지나가고, 위상 천이를 겪게 되며, 다음으로 로드 신호 그라운드에 의해 반사된다. 그것은, 스위칭 디바이스, 아날로그 버랙터를 통과하여 되돌아가고, 위상 천이기 결합기로 돌아가면서, 다시 위상 천이를 겪게 된다. 유사한 방식으로, 제2 및 제3 디지털 스위치 위상 천이 로드는, 또한 로드 신호에 위상 천이를 부과하기 위해 스위칭 될 수 있다. 제2 위상 로드 스위칭 디바이스 517은 제2 리액턴스 접속 부분 519에 의해 제2 리액턴스 518로 접속되고, 제3 위상 로드 스위칭 디바이스 527은 제3 리액턴스 접속 부분 529에 의해 제3 리액턴스 528로 접속된다. 하나의 구성에서, 한번은 스위칭 가능한 3개의 리액턴스 중 한 개가 선택되거나 어느 것도 선택되지 않을 수 있다는 것이 예상되는데, 이것은 4개 상태 디지털 위상 천이 소자를 나타낼 것이다. 두 번째 구성에 의하면, 스위칭 가능한 3개의 리액턴스 중 어떤 것은 서로 독립적으로 동시에 선택될 수 있는데, 이것은 8개 상태 디지털 위상 천이 소자를 나타내며, 이는 또한 앞서 설명한 바와 같이 3 비트 디지털 위상 천이 소자라 불릴 수 있다.
제3 위상 천이기 결합기 접속 부분과 관련된 위상 천이 로드의 작동은, 제2 부분 로드 신호에 작동한다는 것을 제외하고는, 상술한 것과 동등하다. 제2 위상 천이기 버랙터 입력 512는, 가변 리액턴스인 제2 위상 천이기 아날로그 버랙터 516에 접속한다. 제2 부분 로드 신호는, 제2 위상 천이기 버랙터 출력 515를 통과하여 제2 디지털 위상 천이 로드 입력 524로 나아갈 때, 아날로그 위상 천이를 겪게 된다. 설명한 제1 위상 천이 로드와 같이, 제2 로드 신호는 다음으로 디지털 위상 천이 소자로 향한다. 제4 위상 로드 스위칭 디바이스 537은, 제4 리액턴스 접속 부분 539에 의해 제4 리액턴스 538에 접속된다. 제5 위상 로드 스위칭 디바이스 547은, 제5 리액턴스 접속 부분 549에 의해 제5 리액턴스 548에 접속되고, 제6 위 상 로드 스위칭 디바이스 557은, 제6 리액턴스 접속 부분 559에 의해 제6 리액턴스 558에 접속된다. 한 구성에 의하면, 제1 위상 천이 로드는 제2 위상 천이 로드와 동일하여, 2개의 부분 로드 신호에 의해 겪게 된 위상 천이는 동일한 것으로 계획된다. 또한 다른 구성에 의하면, 2개의 부분 로드 신호에 부과된 2개의 위상 천이는 다른 것이 계획된다. 이것은, 로드 신호 위상 천이의 추가적 시스템-레벨 이점을 제공하거나, 다른 위상 천이 로드의 변화에 관하여 하나 또는 그 이상의 내부 회로나 구성 요소의 성능 변화를 보상하기 위하여 수행될 수 있다.
도 6은, 로디드 라인 아날로그 위상 천이 소자와 직렬인 스위치 라인 디지털 위상 천이 소자인, 전기적으로 제어되는 하이브리드 디지털 및 아날로그 위상 천이기를 도시한다. 스위치 라인 디지털 위상 천이 소자는 도 4A에 도시된 것과 유사하며, 로디드 라인 아날로그 위상 천이 소자는 도 1B 및 2C에 도시된 것의 조합과 유사하다. 로드 신호 위상 천이기 입력은, 4개의 선택권 중 하나를 선택하는 입력 다중 상태 스위칭 디바이스나 제어 도구에 접속된다. 도 4A의 상세한 설명에 대해 언급하면, 이 예에서 4개의 위상 천이 상태 중 가장 긴 것이 선택된다는 점이 명백하다. 로드 신호는 다음으로, 출력 다중 상태 스위칭 디바이스나 제어 도구를 통해 디지털 위상 천이 소자 출력 650으로 나아간다. 이것은 본 실시예에서 하이브리드 위상 천이기 디자인의 디지털 부분을 단정한다.
디지털 위상 천이 소자 출력은, 아날로그 위상 천이 소자 입력 651 및 아날로그 입력 RLC 네트워크 또는 전송선 620에 접속된다. 이것은, 제1 아날로그 위상 천이 로드 교차점 621을 따르는 위상 천이 로드에 로드 신호를 준비하고, 하이브리 드 위상 천이기 회로의 아날로그 위상 천이 소자의 실행을 간소화할 수 있는 특정의 전기적 특성을 갖는다. 그러나, 한 구성에 의하면, 아날로그 입력 RLC 네트워크나 전송선은 매우 짧거나 무시해도 좋거나, 또는 반면에 바로 앞서는 디지털 위상 천이기 소자의 출력과 동등한 전기적 특성을 갖는다는 것이 예상된다. 도 2A의 회로와 유사한 방식으로, 위상 천이 로드는 제1 아날로그 위상 천이 로드 교차점에 전기적으로 접속되는데, 여기에서 이러한 위상 천이 로드는 도 1B에 도시된 것에 비해 조정 가능성이 있는 버랙터 소자를 포함한다. 제1 아날로그 위상 천이 로드 소자 입력 632는, 제1 아날로그 위상 천이 로드 교차점을 제1 아날로그 위상 천이 버랙터 636과 접속한다. 이 버랙터는 조정 가능하고, 도 1A의 상세한 설명에서 설명된 바와 같이 그라운드에 접속된다. 도 2B와 같이, 제1 아날로그 위상 천이 로드 소자는, 아날로그 소자 제2 RLC 네트워크나 전송선 622에 의하여 종속 접속되고, 다음으로 제2 아날로그 위상 천이 로드 교차점 623으로 향하는데, 여기에서 제2 로드 소자가 접속된다. 제2 아날로그 위상 천이 로드 소자 입력 642는, 제2 아날로그 위상 천이 로드 교차점을 상술한 바와 동등한 방식 및 작동으로 제2 아날로그 위상 천이 버랙터 646과 접속한다. 출력 아날로그 RLC 네트워크나 전송선 624는, 제2 아날로그 위상 천이 로드 교차점을 로드 신호 위상 천이기 출력과 접속한다.
다른 회로의 예와 같이, 도 6의 디지털 위상 천이 소자 부분의 4개의 디지털 선택권과, 도 6의 아날로그 위상 천이 소자 부분의 2개의 단이, 이러한 하이브리드 위상 천이기 회로 구조에서 실현될 수 있는 많은 구성 중 하나의 예로서 제공된다. 이러한 위상 천이기의 디지털 또는 아날로그 소자의 다른 정수 개의 단은, 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 실현될 수 있다는 것이 예상된다.

Claims (27)

  1. 하이브리드 위상 천이기(hybrid phase shifter)에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 전자 제어 디지털 위상 천이 소자;
    하나 또는 그 이상의 전자 제어 아날로그 위상 천이 소자; 및
    하나 또는 그 이상의 디지털 위상 천이 소자를 스위칭하도록 구성 및 배열된 하나 또는 그 이상의 다중 상태 MEMS 액츄에이터를 포함하되,
    하나 또는 그 이상의 위상 천이 소자는 스위칭 가능하거나 디지털식으로 변하는 하나 또는 그 이상의 저항, 인덕터 또는 커패시터를 포함하는 RLC 구조를 갖고,
    각각의 아날로그 위상 천이 소자는, 하나 또는 그 이상의 버랙터(varactor)를 편입시키고,
    위상 천이의 변화는 상기 버랙터의 리액턴스(reactance)가 변할 때 일어나며,
    상기 하이브리드 위상 천이기에 들어가는 로드 신호는, 상기 디지털 위상 천이 소자와 상기 아날로그 위상 천이 소자 모두에 의해 위상 천이되고, 상기 디지털 및 아날로그 위상 천이 소자에 의해 제공된 위상 천이의 양은, 위상 천이의 베이스라인 수준과 위상 천이의 최대 수준 사이에서 변하도록 전기적으로 제어될 수 있는 하이브리드 위상 천이기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 위상 천이 소자는, 다중 위상 지연 라인, 및 상기 지연 라인 사이에서 스위칭하는데 이용되는 둘 또는 그 이상의 스위칭 디바이스를 포함하는 스위치 라인(switched-line) 구조를 갖는 하이브리드 위상 천이기.
  3. 하이브리드 위상 천이기에 있어서,
    각각이 리플렉트 라인(reflect-line) 구조를 갖는 하나 또는 그 이상의 전자 제어 디지털 위상 천이 소자;
    각각이 하나 또는 그 이상의 버랙터를 편입시키는 하나 또는 그 이상의 전자 제어 아날로그 위상 천이 소자;
    상기 하나 또는 그 이상의 디지털 위상 천이 소자를 스위칭하는 스위칭 소자로서 구성 및 배열된 하나 또는 그 이상의 다중 상태 MEMS 액츄에이터;
    하나 또는 그 이상의 상기 위상 천이 소자를 포함하는 다수의 위상 천이 유닛; 및
    상기 하이브리드 위상 천이기에 들어가는 로드 신호를, 상기 다수의 위상 천이 유닛에 각각 입력되는 다수의 부분 로드 신호로 분리하고, 상기 위상 천이 유닛에 의해 위상 천이된 상기 다수의 부분 로드 신호를 재조합하는 하나 또는 그 이상의 결합기를 포함하되,
    위상 천이의 변화는 상기 버랙터의 리액턴스(reactance)가 변할 때 일어나며,
    상기 로드 신호는, 상기 디지털 위상 천이 소자와 상기 아날로그 위상 천이 소자 모두에 의해 위상 천이되고, 상기 디지털 및 아날로그 위상 천이 소자에 의해 제공된 위상 천이의 양은, 위상 천이의 베이스라인 수준과 위상 천이의 최대 수준 사이에서 변하도록 전기적으로 제어될 수 있는 하이브리드 위상 천이기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 위상 천이 소자는, 상기 위상 천이기의 신호 경로에 접속된, 하나 또는 그 이상의 스위칭 가능한 위상 지연 로드(phase delay load)를 포함하는 로디드 라인(loaded-line) 구조를 갖는 하이브리드 위상 천이기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 위상 천이 소자는, 상기 RLC 구조를 갖는 하이브리드 위상 천이기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 위상 천이 소자는, 디지털 위상 천이기 구조의 조합을 포함하는 구조를 갖는 하이브리드 위상 천이기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 디지털 위상 천이 소자는, 다중 위상 지연 라인, 및 지연 라인 사이에서 스위칭하는데 이용되는 둘 또는 그 이상의 스위칭 디바이스를 포함하는 스위치 라인 구조를 갖는 하이브리드 위상 천이기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 디지털 위상 천이 소자는, 다중 위상 지연 라인에 접속된 하나 또는 그 이상의 결합기, 및 지연 라인 사이에서 스위칭하는데 이용되는 스위칭 디바이스를 포함하는 리플렉트 라인 구조를 갖는 하이브리드 위상 천이기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 디지털 위상 천이 소자는, 상기 위상 천이기의 신호 경로에 접속된, 하나 또는 그 이상의 스위칭 가능한 위상 지연 로드를 포함하는 로디드 라인 구조를 갖는 하이브리드 위상 천이기.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 디지털 위상 천이 소자는, 상기 RLC 구조를 갖는 하이브리드 위상 천이기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 위상 천이 소자는, 스위칭 구성 요소(component)로서 다이오드나 트랜지스터를 편입시키는 하이브리드 위상 천이기.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 위상 천이 소자는, 다이오드 또는 트랜지스터 회로를 포함하는 버랙터를 편입시키는 하이브리드 위상 천이기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 위상 천이 소자는, 강유전성(ferroelectric), 상유전성(paraelectric), 또는 가변적 비선형 유전성(variable nonlinear dielectric) 물질로 만들어진 버랙터를 편입시키는 하이브리드 위상 천이기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 위상 천이 소자는, 연속적으로 조정 가능한 위상 지연 로드에 접속된 하나 또는 그 이상의 결합기를 포함하는 리플렉트 라인 구조를 갖는 하이브리드 위상 천이기.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 위상 천이 소자는, 상기 위상 천이기의 신호 경로에 접속된 하나 또는 그 이상의 연속적으로 조정 가능한 위상 지연 로드를 포함하는 로디드 라인 구조를 갖는 하이브리드 위상 천이기.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 위상 천이 소자는, 위상 지연을 제공하기 위하여, 연속적으로 조정 가능한 인덕터 및 커패시터 중 적어도 어느 하나와, 하나 또는 그 이상의 고정 저항을 포함하는 RLC 구조를 갖는 하이브리드 위상 천이기.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 위상 천이 소자는, 다이오드 또는 트랜지스터 회로를 포함하는 버랙터를 편입시키는 하이브리드 위상 천이기.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 위상 천이 소자는, 강유전성, 상유전성, 또는 가변적 비선형 유전성 물질을 포함하는 버랙터를 편입시키는 하이브리드 위상 천이기.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 위상 천이 소자는, MEMS 디바이스로 만들어진 버랙터를 편입 시키는 하이브리드 위상 천이기.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 위상 천이 소자는, 정확한 전반적 위상 천이를 제공하기 위해, 회로의 제조에서 일어나는 제조, 조립, 또는 패키징의 변화를 보상하도록 조정되는 하이브리드 위상 천이기.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 위상 천이 소자는, 정확한 전반적 위상 천이를 제공하기 위해, 변화하는 환경, 전기, 또는 시스템 작동 조건을 보상하도록 조정되는 하이브리드 위상 천이기.
  23. 삭제
  24. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 위상 천이 소자는, 디지털 전기 신호에 의해 제어되는 하이브리드 위상 천이기.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 위상 천이기는, 아날로그와 디지털 신호의 조합에 의해 제어되는 하이브리드 위상 천이기.
  26. 삭제
  27. 삭제
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111490315A (zh) * 2020-03-03 2020-08-04 南京星腾通信技术有限公司 一种基于液晶和开关的混合移相器及调控方法

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7907100B2 (en) * 2003-05-22 2011-03-15 The Regents Of The University Of Michigan Phased array antenna with extended resonance power divider/phase shifter circuit
US7205937B2 (en) * 2004-04-29 2007-04-17 L-3 Integrated Systems Company Non-multiple delay element values for phase shifting
US7298217B2 (en) * 2005-12-01 2007-11-20 Raytheon Company Phased array radar systems and subassemblies thereof
US7570133B1 (en) * 2006-03-23 2009-08-04 Lockheed Martin Corporation Wideband passive amplitude compensated time delay module
US7999624B2 (en) 2007-04-24 2011-08-16 City University Of Hong Kong Radiation source
US8248302B2 (en) * 2008-05-12 2012-08-21 Mediatek Inc. Reflection-type phase shifter having reflection loads implemented using transmission lines and phased-array receiver/transmitter utilizing the same
CN102549922B (zh) * 2009-08-10 2015-08-12 联发科技股份有限公司 移相器以及负载装置
US8138841B2 (en) 2009-08-19 2012-03-20 City University Of Hong Kong Apparatus and method for controlling the output phase of a VCO
WO2012067796A1 (en) 2010-11-18 2012-05-24 Rambus Inc. Integrated phase-shifting-and-combining circuitry to support multiple antennas
CN102931453A (zh) * 2012-10-31 2013-02-13 深圳市虹远通信有限责任公司 一种可调移相装置
KR101497018B1 (ko) * 2013-09-04 2015-03-02 충남대학교산학협력단 360도 반사형 아날로그 위상 천이기
WO2015186578A1 (ja) * 2014-06-06 2015-12-10 株式会社村田製作所 移相回路
CA2906268C (en) 2014-09-29 2020-04-14 The Governors Of The University Of Alberta Apparatus and method for high resolution complex permittivity sensing using high q microwave sensors for lossy or non-lossy mediums and samples
EP3010083A1 (en) * 2014-10-16 2016-04-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Phase shifter
US20160315595A1 (en) * 2015-04-22 2016-10-27 Alcatel Lucent High power phase shifter
US10587240B2 (en) * 2015-08-29 2020-03-10 Skyworks Solutions, Inc. Circuits, devices and methods related to fine phase shifters
US10062946B2 (en) * 2016-01-05 2018-08-28 Psemi Corporation Reflection-based RF phase shifter
US10840889B2 (en) 2016-01-05 2020-11-17 Psemi Corporation Low loss reflective passive phase shifter using time delay element with double resolution
US10033349B2 (en) * 2016-02-05 2018-07-24 Psemi Corporation Low loss multi-state phase shifter
CN106532197B (zh) * 2016-11-13 2021-09-17 中国科学院近代物理研究所 一种加速器随机冷却系统用宽带数字可调移相器
CN106656099B (zh) * 2016-11-18 2020-01-03 华为技术有限公司 数字移相器
EP3618275A4 (en) * 2017-05-24 2020-06-03 Mitsubishi Electric Corporation IMPEDANCE TUNER AND SIGNAL ENHANCEMENT DEVICE
US10530323B2 (en) * 2017-06-22 2020-01-07 Huawei Technologies Co., Ltd. Methods and apparatus of adjusting delays of signals
JP6969190B2 (ja) * 2017-07-26 2021-11-24 株式会社豊田中央研究所 可変移相器
US10511071B2 (en) * 2017-11-01 2019-12-17 Hughes Network Systems, Llc Low-loss, low-profile digital-analog phase shifter
JP2021522760A (ja) * 2018-04-19 2021-08-30 メタウェーブ コーポレーション チューニング範囲が拡張された分散型バラクタネットワーク
CN108598707B (zh) * 2018-05-29 2024-03-22 深圳国人无线通信有限公司 一种移相器开关
US11296410B2 (en) * 2018-11-15 2022-04-05 Skyworks Solutions, Inc. Phase shifters for communication systems
JP2022522155A (ja) * 2019-02-26 2022-04-14 メタウェーブ コーポレーション ミリ波アプリケーションのための切替可能反射型位相シフタ
EP4016567A4 (en) * 2019-08-30 2022-09-07 Huawei Technologies Co., Ltd. VARIABLE CAPACITOR, REFLECTIVE PHASE SHIFTER AND SEMICONDUCTOR DEVICE
US11495868B2 (en) * 2019-11-12 2022-11-08 Amirkabir University of Tehran EMNZ metamaterial configured to form a switch, a multiplexer, and a phase shifter
KR102270836B1 (ko) * 2019-11-18 2021-06-28 건국대학교 산학협력단 튜너블 전송선로를 이용한 저손실 위상 천이기
FR3116127B1 (fr) * 2020-11-12 2022-11-11 Thales Sa Système radar d'imagerie à entrées et sorties multiples de type MIMO.
JP7383783B1 (ja) 2022-12-20 2023-11-20 株式会社フジクラ デジタル移相回路

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0046233A1 (en) * 1980-08-15 1982-02-24 Fmc Corporation Continuous harvester for plants grown in rows

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3611199A (en) * 1969-09-30 1971-10-05 Emerson Electric Co Digital electromagnetic wave phase shifter comprising switchable reflectively terminated power-dividing means
US4275366A (en) * 1979-08-22 1981-06-23 Rca Corporation Phase shifter
US4682128A (en) * 1986-01-22 1987-07-21 Sproul Robert W Phase shifter
JPS62226708A (ja) 1986-03-28 1987-10-05 Unyusho Senpaku Gijutsu Kenkyusho デイジタル・アナログ混成高周波移相器
US5119050A (en) * 1990-04-26 1992-06-02 Upshur John I Low loss 360 degree x-band analog phase shifter
EP0462338A1 (en) 1990-06-20 1991-12-27 Hewlett-Packard Limited Phase shifting circuits
US5640042A (en) * 1995-12-14 1997-06-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Thin film ferroelectric varactor
US6281838B1 (en) * 1999-04-30 2001-08-28 Rockwell Science Center, Llc Base-3 switched-line phase shifter using micro electro mechanical (MEMS) technology
US6741207B1 (en) * 2000-06-30 2004-05-25 Raytheon Company Multi-bit phase shifters using MEM RF switches
US6509812B2 (en) 2001-03-08 2003-01-21 Hrl Laboratories, Llc Continuously tunable MEMs-based phase shifter

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0046233A1 (en) * 1980-08-15 1982-02-24 Fmc Corporation Continuous harvester for plants grown in rows

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Guan-Leng Tan 외 4인, "Low-Loss 2-and 4-bit TTD MEMS Phase Shifters Based on SP4T Switches", IEEE MTT, Vol-51, No-1, 2003년1월, 페이지297~304*
Shiban K.Koul 외1인,『Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters』, Artech House, 1991년, 페이지 13~15, 452, 488*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111490315A (zh) * 2020-03-03 2020-08-04 南京星腾通信技术有限公司 一种基于液晶和开关的混合移相器及调控方法
CN111490315B (zh) * 2020-03-03 2021-10-12 南京星腾通信技术有限公司 一种基于液晶和开关的混合移相器及调控方法

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Publication number Publication date
EP1730838A1 (en) 2006-12-13
US7355492B2 (en) 2008-04-08
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WO2005099086A1 (en) 2005-10-20
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US20050270122A1 (en) 2005-12-08

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