KR102429736B1 - 안테나 어레이 캘리브레이트 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

이 개시의 측면은 안테나 요소들 사이에 배치된 프로브를 사용하는 어레이 캘리브레이트 시스템 및 방법에 관한 것이다. 어떤 실시예에서, 캘리브레이트는 안테나 요소의 근-필드 상대적 위상 및 진폭 측정을 측정하고 안테나 요소에 연결된 트랜시버의 진폭 및 위상을 조절하기 위해 이러한 상대적 측정을 사용하여 수행된다. 일부 실시예에서, 안테나 요소 세트 내의 각각의 안테나 요소는 단일 프로브에 의해 수신되는 신호를 전송하고, 수신된 신호는 상대적 위상 또는 진폭 측정을 결정하기 위해 평가된다. 일부 실시예에서, 단일 프로브는 안테나 요소 세트 내의 각각의 안테나 요소에 의해 수신된 신호를 전송하고, 수신된 신호는 상대적 위상 및 진폭 측정을 결정하기 위해 평가된다.

Description

안테나 어레이 캘리브레이트 시스템 및 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은 2016년 8월 26일자로 출원된 ""SYSTEMS AND METHODS FOR ARRAY CALIBRATION" 명칭의 미국 특허 출원 제62/380,328호의 우선권을 주장하며, 그 개시 내용은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 개시는 페이즈드 안테나 어레이의 구조 및 이의 캘리브레이트 방법에 관한 것이다. 특히, 신호 특징의 근-필드 측정은 안테나 요소들 사이에 배치된 커플링 구조를 사용하여 안테나 시스템을 캘리브레이트하기 위해 사용된다.
단일 안테나 요소를 갖는 안테나는 전형적으로 구면 파면 내 모든 방향으로 똑같이 방사하는 방사 패턴을 브로드캐스트할 것이다. 페이즈드 안테나 어레이는 일반적으로 주 빔을 생성하는 특정 방향으로 전자기 에너지를 포커스하여 주 빔을 생성하기 위해 사용되는 일단의 안테나 요소를 지칭한다. 페이즈드 안테나 어레이는 군사 응용, 모바일 기술, 항공기 레이더 기술, 자동차 레이더, 셀룰러 전화 및 데이터, Wi-Fi 기술과 같이 무수히 많은 다른 응용에서 보다 빈번히 사용된다.
페이즈드 안테나 어레이의 개개의 안테나 요소는 구면 패턴으로 방사할 수 있지만, 보강 및 상쇄 간섭을 통해 특정 방향으로 파면을 일괄하여 발생한다. 각 안테나 요소에서 전송된 신호의 상대적 위상은 고정되거나 스티어링될 수 있어, 안테나 시스템이 파면을 다른 방향으로 스티어링할 수 있게 한다. 페이즈드 안테나 어레이는 통상적으로 발진기, 복수의 안테나 요소, 위상 조절기 또는 시프터, 가변 이득 증폭기, 수신기, 및 제어 프로세서를 포함한다. 페이즈드 안테나 어레이 시스템은 안테나 요소에 의해 전송된 신호의 위상을 제어하기 위해 위상 조절기 또는 시프터를 사용한다. 안테나 요소의 방사된 패턴은 특정 방향으로 보강적으로 간섭하여 주 빔이라고 불리는 파면을 그 방향으로 생성한다. 페이즈드 어레이는 증가된 이득을 실현하고 주 빔의 방향으로 신호 대 간섭 플러스 노이즈 비를 향상시킬 수 있다. 방사 패턴은 주 빔의 방향 이외의 다른 여러 방향에서 상쇄적으로 간섭하며, 그 방향에서의 이득을 감소시킬 수 있다.
안테나 요소로부터 나오는 신호의 진폭은 사이드 로브 레벨에 영향을 미치는데, 사이드 로브는 주 로브 방향이 아닌 방사 패턴의 로브이다. 일반적으로 안테나 시스템이 방사 패턴으로부터의 리딩(reading)을 특정의 원하는 방향으로 포커스시킬 수 있도록 사이드 로브 레벨을 감소시키는 것이 바람직하다. 따라서, 요소들 간의 상대적 위상 및 진폭의 정밀도는 각각 빔 방향 및 사이드 로브 레벨의 정밀도를 결정한다. 따라서, 일단의 안테나 요소에 대한 위상 시프트 및 진폭에 있어 제어의 정확성은 페이즈드 어레이의 구현에 중요하다.
청구항에 기술된 혁신은 각각이 몇 가지 측면을 갖는데, 이들 중 하나만이 바람직한 특징을 단독으로 담당하지 않는다. 청구항들의 범위를 제한하지 않고서, 본 개시의 몇몇 현저한 특징들이 이제 간략하게 설명될 것이다.
발명의 일 실시예는 안테나 어레이 캘리브레이트 방법을 포함하며, 방법은 안테나 어레이의 제1 프로브를 사용하여 제1 캘리브레이트 그룹에 대한 제1 근-필드 진폭 관계를 결정하는 단계로서, 제1 캘리브레이트 그룹은 적어도 안테나 어레이의 제1 안테나 요소 및 안테나 어레이의 제2 안테나 요소를 포함하고, 제1 프로브는 제1 안테나 요소와 제2 안테나 요소 사이에 대칭적으로 배치된, 단계; 제1 프로브를 사용하여 적어도 제1 안테나 요소와 제2 안테나 요소 사이의 제1 근-필드 위상 관계를 결정하는 단계; 및 안테나 어레이에 대한 캘리브레이트 데이터로서 제1 근-필드 진폭 관계 및 제1 근-필드 위상 관계를 저장하는 단계를 포함한다.
발명의 일 실시예는 안테나 어레이에 대해 개시된 실시예(예를 들어, 다중-인, 다중-아웃 안테나 기술)의 응용을 포함한다.
방법은 안테나 어레이의 제2 프로브를 사용하여 제2 캘리브레이트 그룹에 대한 제2 근-필드 진폭 관계를 결정하는 단계로서, 제2 캘리브레이트 그룹은 적어도 제2 안테나 요소 및 안테나 어레이의 제3 안테나 요소를 포함하고, 제2 프로브는 제2 안테나 요소와 제3 안테나 요소 사이에 대칭적으로 배치된, 단계; 제2 프로브를 사용하여 적어도 제2 안테나 요소와 제3 안테나 요소 사이의 제2 근-필드 위상 관계를 결정하는 단계; 및 안테나 어레이에 대한 캘리브레이트 데이터로서 제2 근-필드 진폭 관계 및 제2 근-필드 위상 관계를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 근-필드 진폭 관계를 결정하는 단계는 제1 프로브를 사용하여 제1 안테나 요소, 제2 안테나 요소, 안테나 어레이의 제3 안테나 요소, 및 안테나 어레이의 제4 안테나 요소 간에 진폭 관계를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있고, 제1 프로브는 제1 안테나 요소, 제2 안테나 요소, 제3 안테나 요소 및 제4 안테나 요소 사이에 대칭적으로 배치되며; 제1 근-필드 위상 관계를 결정하는 단계는 제1 프로브를 사용하여 제1 안테나 요소, 제2 안테나 요소, 제3 안테나 요소 및 제4 안테나 요소 사이의 위상 관계를 결정하는 단계를 더 포함한다.
방법은 특정 캘리브레이트 그룹의 캘리브레이트 동안 이 특정 캘리브레이트 그룹에 포함되지 않은 안테나 요소들을 비활성화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 근-필드 진폭 관계를 결정하는 단계는, 제1 안테나 요소의 전송기로부터의 라디오 주파수 신호를 전송하고 안테나 어레이의 다른 모든 전송기들을 턴 오프 하여 두고 제1 프로브에서 수신된 신호 레벨들을 모니터링하는 단계; 및 제2 안테나 요소의 전송기로부터의 라디오 주파수 신호를 전송하고 안테나 어레이의 다른 모든 전송기들을 턴 오프 하여 두고 제1 프로브에서 수신된 신호 레벨들을 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 근-필드 위상 관계를 결정하는 단계는 제1 안테나 요소 및 제2 안테나 요소의 전송기들로부터 동일한 진폭의 신호들을 전송하는 단계; 및 동상(in phase) 구성들을 식별하기 위해 신호들을 서로에 대해 위상 시프트하는 단계를 더 포함할 수 있다.
위상 시프트는 페이즈드 시프터를 사용하여 수행될 수 있다.
제1 근-필드 위상 관계를 결정하는 단계는 위상이 180도 벗어난 구성들을 식별하기 위해 신호들을 서로에 대해 위상 시프트하는 단계를 더 포함할 수 있다.
신호 레벨들은 진폭 측정 및/또는 위상 측정을 포함할 수 있다.
제1 근-필드 진폭 관계를 결정하는 단계는 프로브로부터 라디오 주파수 신호를 전송하고 제1 및 제2 안테나 요소들에서 수신된 신호 레벨들을 모니터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 근-필드 위상 관계를 결정하는 단계는, 프로브로부터 전송된 신호들을 수신하는 단계로서, 전송된 신호들은 동일한 진폭을 갖는, 단계; 및 제1 및 제2 안테나 요소들에서 동상 구성들을 식별하기 위해 상기 수신된 신호들을 서로에 대해 위상 시프트하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 안테나 어레이의 복수의 안테나 요소들; 안테나 어레이의 복수의 프로브들로서, 프로브들은 복수의 안테나 요소들의 안테나 요소들의 그룹들 사이에 대칭적으로 배치되고, 그룹들은 각각 적어도 2개의 안테나 요소들을 각각 넘버링하고, 프로브들은 라디오 주파수(RF) 신호들을 수신할 수 있고, 안테나 요소들 각각은 안테나 어레이의 내장 근-필드 캘리브레이트를 위해 RF 신호들을 전송할 수 있는 것인, 복수의 프로브들; 및 복수의 프로브들을 사용하여 얻어진 근-필드 방사의 관찰에 의해 안테나 어레이를 캘리브레이트하게 구성된 안테나 어레이의 하드웨어 프로세서를 포함할 수 있는, 장치를 포함한다.
그룹들은 각각 적어도 4개의 안테나 요소들을 넘버링할 수 있다.
하드웨어 프로세서는 안테나 어레이를 캘리브레이트하기 위해 적어도 하나의 안테나 요소의 가변 이득 증폭기를 조절하도록 더욱 구성될 수 있다.
하드웨어 프로세서는 안테나 어레이를 캘리브레이트하기 위해 적어도 하나의 안테나 요소의 위상 시프터를 조절하도록 더욱 구성될 수 있다.
일 실시예는 안테나 어레이를 캘리브레이트하는 전자적으로 구현된 방법을 포함하며, 방법은 어레이의 안테나 요소들 간의 상대적 진폭 및 위상 관계를 얻기 위해 안테나 어레이의 안테나 요소들의 그룹들 사이에 대칭적으로 배치된 프로브들을 통해 적어도 안테나 요소들의 그룹들 사이의 근-필드 측정들에서 방사 패턴들을 관찰하는 단계; 얻어진 상대적 진폭 및 위상 관계들에 그리고 원하는 안테나 패턴에 적어도 부분적으로 기초하여 진폭 및 위상 조절들을 발생하는 단계; 및 발생된 진폭 및 위상 조절들을 적용하여 원하는 안테나 패턴을 얻는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 상이한 주파수들을 포함하는 복수의 채널들에 걸쳐 방사 패턴들을 관찰하는 것을 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다.
안테나 요소 및 안테나의 프로브는 단일 또는 다중 어레이 패널 내에 배치될 수 있다.
개시를 요약하기 위해, 혁신의 어떤 측면, 이점, 및 신규한 특징이 본원에 기재되어졌다. 반드시 이러한 이점 모두가 임의의 특정 실시예에 따라 달성될 수 있는 것은 아님을 이해해야 한다. 따라서, 혁신은 본원에 교시되거나 제안된 바와 같은 다른 이점을 반드시 달성하지 않으면서 본원에 교시된 일 이점 또는 일군의 이점을 달성하거나 최적화하는 방식으로 실현되거나 수행될 수 있다.
본원에 이들 도면 및 관련된 설명은 특정 실시예를 예시하기 위해 제공되며 제한하려는 것은 아니다.
도 1a는 일 실시예에 따른 4x4 안테나 어레이에 대한 대칭 라우팅 개요의 개략적 블록도이다.
도 1b는 다른 실시예에 따른 2x8 안테나 어레이에 대한 비대칭 라우팅 개요의 개략적 블록도이다.
도 2a는 실시예에 따른 수평 파면의 예시이다.
도 2b는 실시예에 따른 각진 파면의 예시이다.
도 2c는 실시예에 따른 일련의 트랜시버의 개략적 블록도이다.
도 2d는 실시예에 따른 평면 어레이 및 관련된 전자기 패턴의 예시이다.
도 3a는 실시예에 따른 2개의 안테나 요소 사이에 배치된 파워 검출기를 갖는 프로브의 개략적 블록도이다.
도 3b-1 및 도 3b-2는 실시예에 따른 2개의 안테나 요소 사이에 배치된 파워 검출기를 갖는 프로브를 이용한 캘리브레이트를 위한 흐름도이다.
도 3c는 실시예에 따른 2개의 안테나 요소 사이에 배치된 믹서를 가진 프로브의 개략적 블록도이다.
도 3d는 실시예에 따른 2개의 안테나 요소 사이에 배치된 믹서를 갖는 프로브를 사용한 캘리브레이트를 위한 흐름도이다.
도 4는 실시예에 따른 4개의 안테나 요소 사이에 배치된 프로브의 개략적 블록도이다.
도 5a는 실시예에 따른 3x4 안테나 요소 어레이 사이에 배치된 프로브의 개략적 블록도이다.
도 5b는 실시예에 따른 3x4 안테나 요소 어레이 사이에 배치된 프로브를 사용한 캘리브레이트를 위한 흐름도이다.
도 6a는 실시예에 따른 2개의 안테나 요소 사이에 배치된 RF 파워 소스를 갖는 프로브의 개략적 블록도이다.
도 6b는 실시예에 따른 2개의 안테나 요소 사이에 배치된 RF 파워 소스를 갖는 프로브를 사용한 캘리브레이트를 위한 흐름도이다.
어떤 실시예에 대한 다음 상세한 설명은 특정 실시예에 대한 다양한 설명을 제공한다. 그러나, 본원에 설명된 혁신은 예를 들어, 청구항에 정의되고 커버된 바와 같이 다수의 상이한 방법으로 구체화될 수 있다. 이 설명에서, 유사한 참조 번호가 동일하거나 기능적으로 유사한 요소를 나타낼 수 있는 도면이 참조된다. 도면에 도시된 요소들은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. 또한, 어떤 실시예는 도면에 도시된 것보다 더 많은 요소 및/또는 도면에 도시된 요소의 서브세트를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 일부 실시예는 둘 이상의 도면으로부터의 특징의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다.
안테나 어레이는 빔포머가 전자기 방사 패턴을 특정 방향으로 스티어링할 수 있게 하는데, 이는 주 빔을 그 방향으로 그리고 사이드 로브를 다른 방향으로 발생한다. 방사 패턴의 주 빔은 전송된 신호의 위상에 기초한 신호의 보강 간섭에 기초하여 발생된다. 또한, 안테나 요소의 진폭이 사이드 로브 레벨을 결정한다. 빔포머는, 예를 들어, 안테나 요소에 대한 위상 시프터 설정을 제공함으로써 원하는 안테나 패턴을 발생할 수 있다. 그러나, 시간이 지남에 따라, 신호의 진폭 및 안테나 요소 간의 상대적 위상은 안테나가 원래 캘리브레이트되었을 때 설정된 값에서 드리프트할 수 있다. 드리프트는 안테나 패턴이 열화되게 할 수 있는데, 이는, 예를 들어, 주 로브의 이득을 감소시킬 수 있다. 따라서, 필요한 것은 안테나 어레이가 필드되어진 후에도 어레이 시스템 내 안테나 요소의 위상 및 진폭을 정확하게 측정하고 제어하는 방법이다. 또한, 캘리브레이트 프로세스 자체는 비교적 노동 집약적이며, 시간 소비적이며, 비용이 많이 들 수 있다. 따라서, 값 비싼 테스트 장비 및 설비를 필요로하지 않고 안테나를 특정 위치로 재배치하지 않고도 캘리브레이트하는 방법에 대한 필요성이 있다. 이들 개시된 기술은 제조 테스트 환경에도 적용가능하며 생산 속도를 높이기 위해 사용될 수 있고, 따라서 비용이 낮아진다. 일 실시예에서, 캘리브레이트 데이터는 빔포머에 의해 사용되며 빔포밍을 위한 적절한 설정을 발생하기 위해 다른 데이터, 이를테면 미리 계산되거나 미리 저장된 안테나 패턴 데이터와 조합된다.
본 개시는 안테나 어레이가 위상의 상대적 측정 및/또는 진폭의 절대 측정을 사용하여 캘리브레이트를 수행할 수 있게 한다. 프로브는 안테나 요소들 사이에 배치되고 안테나 요소의 위상 및/또는 진폭이 측정된다. 이어, 안테나 요소에 연결된 전송기, 수신기, 또는 트랜시버에 행해지는 조절을 결정하기 위해 위상 또는 진폭이 평가될 수 있다. 일부 실시예에서, 안테나 요소는 신호를 전송할 수 있고, 하나 이상의 안테나 요소의 위상은 비교적 높은 또는 최대 및/또는 비교적 낮은 또는 최소 파워 레벨에 도달할 때까지 조절될 수 있다. 상대적으로 높은 또는 최대 파워 레벨을 결정할 때, 위상 조절기 또는 시프터 값은 동상(in phase)에 대응하는 것으로서 기록되고, 비교적 낮은 또는 최소 파워 레벨에 대해서, 위상 값은 180도 위상이 벗어난 것으로서 기록된다. 실시예가 프로브의 사용을 설명하지만, 신호를 전송 및/또는 수신할 수 있는 다른 구조(예를 들어, 도체)(예를 들어, 슬롯, 모노폴, 작은 패치, 다른 커플링 구조, 등)도 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 프로브는 안테나 요소들 사이에 대칭적으로 배치되어야 한다. 예를 들어, 2개의 안테나 요소가 있다면, 2개의 안테나 요소 사이 내에 프로브가 배치될 수 있다. 또 다른 예에서, 4개의 안테나 요소가 있다면, 프로브는 4개의 안테나 요소 각각으로부터 등거리인 4개의 안테나 요소 사이에 대각으로 배치될 수 있다. 안테나 요소 사이에 대칭적으로 프로브를 배치하는 것은 프로브 및 안테나 요소로 또는 이들로부터의 방사 패턴의 전파에서 발생할 수 있는 가능한 변동을 감소시키거나 제거한다.
일부 실시예에서, 안테나 요소는 신호를 프로브에 전송하는데 사용될 수 있고, 프로브는 전송된 신호를 수신한다. 프로브는 파워를 검출하거나(예를 들어, 파워 검출기를 사용함으로써) 파워 및 위상 모두를 검출할 수 있다(예를 들어, 믹서를 사용함으로써). 대안적으로, 프로브는 전송기로서 사용될 수 있어, 신호를 안테나 요소에 전송하며, 안테나 요소는 전송된 신호를 수신한다.
다수의 안테나를 캘리브레이트하기 위해 단일 프로브를 이용하는 것이 유리하다. 안테나 요소로 전송하고 및/또는 안테나 요소로부터 신호를 수신하기 위해 사용될 수 있는 단일 프로브를 갖는 것은 이 자체가 신호에 변동을 도입할 수 있다. 그러나, 프로브(예를 들어, 믹서)에 연결된 동일한 프로브 및 성분은 신호를 측정하기 위해 사용되기 때문에, 개시된 기술로 유리하게 부분마다 또는 채널마다 변동은 없다. 예를 들어, 프로브 및 프로브에 연결된 성분은 제1 및 제2 안테나 요소로부터 프로브에 수신된 신호에 동일한 변동을 도입할 것이다.
대조적으로, 안테나 요소를 캘리브레이트하기 위해 신호의 위상 및 진폭을 측정하기 위해 사용되는 커플러는 변동을 도입할 것이다. 별도의 커플러가 각 안테나 요소의 전송 경로에 연결될 것이다. 그러면, 신호는 신호 라우트를 따라 각 커플러에 연결된 성분으로 이동할 것이다. 각 커플러에서 이들의 연관된 연결된 성분으로의 라우팅 경로는 채널마다 변동을 도입할 것이다. 각 커플러는 이 자신의 한 세트의 성분에 연결될 수 있는데, 혹 동일한 종류의 성분일지라도 성분 자체가 부품간 변동성을 도입한다. 또한, 커플러 자체는 스위치와 같은 추가의 하드웨어를 사용한다. 종종 금속 물질로 만들어지는 커플러 자체가 방사 신호와 간섭하여 안테나 요소 간에 더 높은 격리를 얻는 것을 더 어렵게 만들 수 있다. 이들 단점은 발명의 실시예에 의해 감소되거나 제거된다.
안테나 요소들 사이에 배치된 프로브를 사용하는 것을 포함하는 본 개시의 실시예는 근-필드 방사 측정에 기초하여 어레이를 캘리브레이트하기 위해 프로브가 사용될 수 있다는 점에서 유리하다. 따라서, 원-필드 측정에 대한 필요성 없이 어레이가 캘리브레이트될 수 있다. 일반적으로, 열린 공간 상황을 시뮬레이션하기 위해 전자기 무향 챔버(에코-프리 챔버라고도 함)가 사용될 수 있다. 이들 챔버에서 시간과 공간은 스케쥴하기가 어려울 수 있고, 비용이 많이 들고 시간 소비적일 수 있다. 그러나, 본 개시의 실시예는 원-필드 측정 대신 근-필드 측정이 사용되기 때문에 안테나를 무향 챔버에 배치할 필요를 피하게 한다. 또한, 무향 챔버는 초기 캘리브레이트에는 실용적이지만 나중에 캘리브레이트에는 실용적이지 않다. 본 개시의 안테나 어레이의 몇몇 실시예는 반복적으로 그리고 현장에서 캘리브레이트될 수 있다. 프로브는 안테나 요소 사이에 영구적으로 배치될 수 있다. 안테나 어레이는 안테나 요소들 사이에 프로브의 일시적 설치를 허용하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 근-필드 캘리브레이트의 일부 실시예는 또한 작은 신호 차이에 대해 도움이 될 수 있다.
캘리브레이트 방법 및 시스템은 다양한 크기의 어레이를 캘리브레이트하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 한 프로브까지 등거리인 제1 세트의 안테나 요소(또는 캘리브레이트 그룹)를 캘리브레이트하고, 이어 제1 및 제2 안테나 요소 세트가 적어도 하나의 안테나 요소를 공유하는 또 다른 프로브까지 등거리인 제2 세트의 안테나 요소를 캘리브레이트함으로써, 평면 어레이를 캘리브레이트할 수 있다. 이어, 공유된 안테나 요소는 다른 안테나 요소를 캘리브레이트하기 위한 기준점으로서 사용될 수 있다.
본 개시가 수신기로서의 프로브와 전송기로서의 안테나 요소를 갖는 어떤 실시예를 논의할 수 있을지라도, 프로브는 전송기 및 안테나 요소를 수신기로서, 그리고 그 반대로서도 동작할 수 있음이 이해된다.
도 1a는 실시예에 따른 대칭 라우팅 개요(100)의 개략적 블록도이다. 대칭 라우팅 개요(100)는 안테나 요소(102A, 102B, 102C, 102N, 102E, 102F, 102G, 102H, 102I, 102J, 102K, 102L, 102M, 102N, 102O, 102P)(일괄하여 본원에서 102라 지칭된다)을 포함한다. 대칭 라우팅 개요(100)는 또한 칩(104A, 104E, 104I, 104M)(일괄하여 본원에서 104라 지칭된다)을 포함한다. 대칭 라우팅 개요(100)는 트랜시버(110)와 트랜시버(110)에서 안테나 요소(102)로의 라우팅 경로(106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I, 106J, 106K, 106L, 106M, 106N, 106O, 106P, 108A, 108M)(일괄하여 본원에서 106이라 지칭됨)을 포함한다.
도 1a는 4x4 안테나 어레이에 대한 대칭 라우팅 개요(100)를 나타낸다. 개요는 트랜시버(110)로부터 안테나 요소(102)로의 라우팅 경로(106) 상의 라우트가 동일한 거리이기 때문에 대칭 라우팅을 언급한다. 예를 들어, 트랜시버(110)로부터 안테나 요소(102A)로의 라우팅 경로는 라우팅 경로(108A, 106A)의 조합이고, 트랜시버(110)로부터 안테나 요소(102B)로의 라우팅 경로는 라우팅 경로(108A, 106B)의 조합이다. 라우팅 경로는 신호가 트랜시버(110)로부터 안테나 요소(102)로 이동하는 거리의 변동을 최소화하기 위해 발생된다. 이러한 유형의 구성은 신호가 트랜시버(110)에서 안테나 요소(102)로 이동하는 라우팅 경로의 상이한 길이에 기인하여 캘리브레이트에 있어 어려움을 야기할 수 있는 변동을 완화하는 것을 돕는다
안테나 요소(102)는 방사 요소 또는 패시브 요소일 수 있다. 예를 들어, 안테나 요소(102)는 다이폴, 오픈-엔드 웨이브가이드, 슬롯 웨이브가이드, 마이크로스트립 안테나, 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예가 어떤 개수의 안테나 요소(102)를 도시하지만, 일부 실시예는 2개 이상의 안테나 요소의 어레이 상에 구현될 수도 있다.
도 1b는 또 다른 실시예에 따른 2x4 안테나 어레이에 대한 비대칭 라우팅 개요(150)의 개략적 블록도이다. 비대칭 라우팅 개요(150)는 안테나 요소(152A, 152B, 152C, 152D, 152E, 152F, 152G, 152H)(일괄하여 본원에서 152라 지칭됨)를 포함한다. 비대칭 라우팅 개요(150)는 또한 칩(154)을 포함한다. 비대칭 라우팅 개요(150)는 칩(154)으로부터 안테나 요소(152)로의 라우팅 경로(156A, 156B, 156C, 156D)(일괄하여 본원에서 156이라 지칭됨)를 포함한다. 도 1b는 칩(154)으로부터 안테나 요소(152)로의 라우팅 경로(156)가 길이가 상이하기 때문에 비대칭 라우팅에 대한 것이다. 따라서, 위상 및 진폭은 채널마다 상이하게 다르다. 예를 들어, 동일한 신호가 칩(154)으로부터 전송되었다 할지라도, 안테나 요소(152)에서 전송된 신호는 요소마다 다를 수 있다. 일부 실시예에서, 안테나 요소(152)에서 수신된 신호는 동일할 수 있지만, 라우팅 경로(156)의 상이한 길이의 결과로서 칩(154)에서 수신될 때 다를 수 있다.
도 2a는 실시예에 따른 수평 파면(200)을 도시한 것이다. 각각의 안테나 요소(102)는 구면 방사 패턴으로 방사할 수 있다. 그러나, 방사 패턴은 일괄하여 수평 파면(204)을 발생한다. 도시(200)는 안테나 요소(102A, 102B, 102C, 102N, 102M-1, 102M)를 포함한다. 안테나 요소(102A, 102B, 102C, 102N)은 선형으로 배열될 수 있으며, 요소들은 단일 차원으로 직선 상에 배열된다. 이 구성에서, 빔은 하나의 평면에서 스티어링될 수 있다. 또한, 안테나 요소는 평면으로 배열, 즉 2차원(N 방향 및 M 방향)으로 평면 상에 배열될 수 있다. 이 평면 구성에서, 빔은 두 개의 평면에서 스티어링될 수 있다. 안테나 요소는 또한 비평면 표면 상에 분포될 수 있다. 평면 어레이는 직사각형, 정사각형, 원형, 등일 수 있다. 안테나는 다른 구성, 형상, 차원, 크기, 유형, 안테나 어레이를 구현할 수 있는 다른 시스템, 등으로 배열될 수 있다. 수평 파면(200)의 도시는 수평 파면(204)을 생성하는 신호(202A, 202B, 202C, 202N, 202M-1, 202M)(일괄하여 본원에 202라 언급됨)을 전송하는 안테나 요소(102) 각각을 도시한다. 도 2a의 도시는 수평 파면(204)에 의해 도시된 바와 같이, 상향을 가리키는 주 빔을 생성하는 안테나 어레이를 도시한다. 안테나 요소(102)로부터의 위상들은 상향 방향으로 보강적으로 간섭한다.
도 2b는 실시예에 따른 각진 파면(220)의 도시이다. 각진 파면(220)의 도시는 안테나 요소(102A, 102B, 102C, 102N, 102M-1, 102M)를 포함한다. 안테나 요소는 도 2a에 대해 기술된 것과 유사하게 배열될 수 있다. 각진 파면(220)의 도시는 도 2a에서 파면(204)의 방향과는 상이한, 각도로 전파하는 파면(224)을 생성하는 신호(222A, 222B, 222C, 222N, 222M-1, 222M)(본원에서는 일괄하여 222로 지칭됨)를 전송하는 안테나 요소(102)를 도시한다. 신호(222)의 위상들은 각진 파면(220)이 진행하고 있는 방향(예를 들어, 위쪽우측 방향)으로 보강적으로 간섭하고 있다. 여기서, 안테나 요소(102)의 위상들 각각은 동일한 정도만큼 시프트되어 특정 방향으로 보강적으로 간섭할 수 있다.
안테나 요소(102)는 서로 등간격으로 이격될 수 있다. 일부 실시예에서, 안테나 요소(102)는 서로 다른 거리로 이격되지만, 프로브는 적어도 2개의 안테나 요소(102)로부터 등거리에 있다.
본 개시가 어떤 실시예를 안테나 어레이의 한 유형으로서 논의할 수 있을지라도, 실시예는 시간 영역 빔포머, 주파수 영역 빔포머, 동적 안테나 어레이, 액티브 안테나 어레이, 패시브 안테나, 등과 같은 상이한 유형의 안테나 어레이 상에 구현될 수 있음이 이해된다.
도 2c는 실시예에 따른 일련의 트랜시버(240A, 240B, 240N)(일괄하여 본원에서 240 으로 지칭됨)의 개략적 블록도이다. 일부 실시예에서, 단일 트랜시버(240)는 단일 안테나 요소(102)에 공급한다. 그러나, 단일 트랜시버(240)가 다수의 안테나 요소(102)에 공급되거나 또는 단일 안테나 요소(102)가 복수의 트랜시버(240)에 연결될 수 있음이 이해된다. 또한, 안테나 요소(102)는 수신기 및/또는 전송기에 링크될 수 있음이 이해된다.
일부 실시예에서, 트랜시버(240)는 안테나 요소(102)로부터 수신기 또는 전송기 경로로 경로를 스위칭하기 위해 스위치(242A, 242B, 242N)(일괄하여 본원에서 242라 지칭됨)를 포함할 수 있다. 트랜시버(240)는 신호 프로세서(도시되지 않음)로부터 수신기 또는 전송기 경로로 경로를 스위칭하는 또 다른 스위치(248A, 248B, 248N)(일괄하여 본원에서 248로 언급됨)를 포함한다. 전송기 경로는 위상 조절기(244A, 244B, 244N)(일괄하여 본원에서 244로 지칭됨) 및 가변 이득 증폭기(246A, 246B, 246N)(일괄하여 본원에서 246으로 지칭됨)를 갖는다. 위상 조절기(244)는 안테나 요소(102)에서 전송된 신호의 위상을 조절하고 가변 이득 증폭기(246)는 안테나 요소(102)에서 전송된 신호의 진폭을 조절한다. 실시예가 위상 조절기(244) 및 가변 이득 증폭기(246)를 포함하는 트랜시버(240)를 기술할지라도, 신호의 크기 및/또는 신호의 위상을 조절하기 위해 다른 성분들이 사용될 수 있다. 또한, 스위치가 전송기 경로로부터 수신 경로로 스위칭하는 것으로 도시되었지만, 듀플렉서와 같은 다른 성분이 사용될 수 있다.
수신기 경로는 위상 조절기(250A, 250B, 250N)(일괄하여 본원에서 250으로 지칭됨) 및 가변 이득 증폭기(252A, 252B, 252N)(일괄하여 본원에서 252로 지칭됨)를 또한 가질 수 있다. 위상 조절기(250) 및 가변 이득 증폭기(252)는 신호 프로세서(도시되지 않음)로 가기 전에 안테나 요소(102)로부터 수신된 신호를 조절하기 위해 사용될 수 있다.
도 2d는 실시예에 따른 평면 페이즈드 어레이(260) 및 관련 전자기 패턴의 도시이다. 도 2d는 안테나 요소(102A, 102B, 102N, 102M-1, 102M)를 포함한다. 도 2d는 주 빔(262), 및 사이드 로브(264A, 264B, 264C)를 갖는 빔 패턴을 또한 포함한다. 안테나 요소(102)는 신호의 위상이 주 빔(262)의 방향으로 보강적으로 간섭하는 신호를 전송하고 있다. 안테나 요소(102)의 진폭의 정밀도는 사이드-로브 레벨을 제어한다. 예를 들어, 안테나 요소(102)로부터의 전송된 신호의 진폭이 더 균일할수록, 사이드 로브 레벨은 더 낮아질 것이다. 안테나 요소(102)는 단일 다이 또는 다중 다이 상에 배치될 수 있다.
도 3a는 실시예에 따른 2개의 안테나 요소(102A, 102B) 사이에 배치된 파워 검출기(312A)를 갖는 프로브(310A)의 개략적 블록도(300)이다. 이 블록도(300)에서, 프로브는 2개의 안테나 요소(102A, 102B) 사이에서 등거리에 배치된다. 프로브(310A)는 슬롯, 프로브, 커플링 요소, 신호를 검출하는데 사용될 수 있는 임의의 성분, 등일 수 있다. 프로브는 전송기로서 사용될 수 있다.
도 3b-1 및 도 3b-2는 실시예에 따른 2개의 안테나 요소 사이에 배치된 파워 검출기를 갖는 프로브를 이용한 캘리브레이트를 위한 흐름도이다.
도 3b-1은 2개의 안테나 요소(102A, 102B)에 대해 모든 파워 레벨을 측정하고 비교하기 위한 흐름도(320)를 도시한다. 블록(322)에서, 안테나 요소(102B)에 결부된 전송기는 턴 오프 된다. 블록(324)에서, 신호는 제1 안테나 요소(102A)로부터 전송된다. 신호는 믹서(302A)로부터 발생되고, 가변 이득 증폭기(246A)에 의해 증폭되고, 위상 조절기(244A)에 의해 위상이 시프트되고, 안테나 요소(102A)로부터 전송된다. 블록(326)에서, 프로브(310A)는 안테나 요소(102A)로부터 전송된 신호를 검출하고 파워 검출기(312A)는 검출된 신호의 파워 값을 검출한다. 블록(327)에서, 시스템은 모든 파워 레벨 및/또는 위상 레벨이 측정되는지를 결정할 수 있다. 만약 그렇다면, 시스템은 블록(328)으로 계속할 수 있다. 그렇지 않다면, 파워 및/또는 위상이 블록(323)에서 조절될 수 있고, 블록(324)으로 되돌아 간다. 예를 들어, 각각의 파워 레벨과 각 위상 레벨과의 조합이 측정될 수 있다. 일부 실시예에서, 위상 및 진폭은 각각의 파워 레벨이 측정될 수 있고 각 파워 레벨이 각 파워 레벨과 각 위상 레벨과의 매 조합을 측정할 필요없이 독립적으로 측정될 수 있도록 디커플링된다.
블록(328)에서, 안테나 요소(102A)에 결부된 전송기는 턴 오프 된다. 블록(330)에서, 신호는 제2 안테나 요소(102B)로부터 전송된다. 신호는 믹서(302B)로부터 발생되고, 가변 이득 증폭기(246B)에 의해 증폭되고, 위상 조절기(244B)에 의해 위상이 쉬프트되고, 안테나 요소(102B)로부터 전송된다. 블록(332)에서, 프로브(310A)는 안테나 요소(102B)로부터 전송된 신호를 검출하고 파워 검출기(312A)는 검출된 신호의 파워 값을 검출한다.
블록(334)에서, 일단 안테나 요소(102A, 102B)의 전송된 신호로부터 검출된 신호가 저장되면, 안테나 요소(102B)에 연결된 전송기에 대하여 안테나 요소(102A)에 연결된 전송기를 캘리브레이트하기 위해 파워 값들이 비교되고, 및/또는 그 반대의 경우도 그러하다. 파워 값들은 가변 이득 증폭기(246A 및/또는 246B)의 이득을 조절함으로써 캘리브레이트된다. 일부 실시예에서, 캘리브레이트는 도 3b의 다른 블록 동안, 전 또는 후에 수행된다. 블록(334)에서 안테나 요소들을 캘리브레이트하기 위해 파워 값들을 비교한 후에, 흐름은 도 3b-2로 계속될 수 있다. 도 3b-2는 2개의 안테나 요소(102A, 102B)에 대해 위상을 캘리브레이트하기 위한 흐름도(321)를 도시한다. 블록(325)에서, 동일한 파워 레벨의 신호가 양 안테나 요소(102A, 102B)로부터 전송된다. 이것은 도 3b-1의 단계에서 얻어진 데이터를 사용하여 달성될 수 있다. 블록(329)에서, 제1 안테나 요소(102A)의 위상이 변경된다. 이어, 블록(335)에서, 총 파워는 파워 검출기(312A)에 의해 측정될 수 있다. 시스템은 블록(336)에서 최대 파워 레벨이 측정되었는지 여부를 결정한다. 그렇지 않다면, 시스템은 제1 안테나 요소(102A)의 위상을 계속 변경하고 블록(329)으로부터 흐름도를 계속한다. 블록(336)에서 최대 파워 레벨이 측정되면, 위상은 동 위상 상태에 있는 것으로 결정될 수 있다. 블록(336)에서 최대 파워 레벨을 제공하는 위상은 블록(337)에서 안테나 요소에 대해 기록된다.
블록(338)에서, 제1 안테나 요소(102A)의 위상이 변경되고, 블록(339)에서, 총 파워가 파워 검출기(312A)를 사용하여 측정된다. 블록(340)에서, 시스템은 최소 파워 레벨이 측정되는지 여부를 결정한다. 그렇지 않다면, 제1 안테나 요소(102A)의 위상은 변경되고 흐름도는 블록(338)에서 계속된다. 최소 파워 레벨이 측정되면, 시스템은 블록(341)에서 안테나 요소에 대한 위상 캘리브레이트 정보를 기록한다. 이것은 위상이 180도 벗어난 상태인 것으로 간주될 수 있다.
도 3c는 실시예에 따라 2개의 안테나 요소(102A, 102B) 사이에 배치된 믹서(342A)를 갖는 프로브(310A)의 개략적 블록도(330)이다. 프로브(310A)는 안테나 요소(102A, 102B)로부터 등거리에 배치될 수 있다. 프로브(310A)는 믹서(342A)에 연결된다.
도 3d는 실시예에 따른 2개의 안테나 요소 사이에 배치된 믹서를 갖는 프로브를 사용한 캘리브레이트를 위한 흐름도(360)이다. 믹서는 위상 및/또는 진폭을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 블록(362)에서, 안테나 요소(102B)에 연결된 전송기는 턴 오프 된다. 블록(364)에서, 신호는 믹서(302A)로부터 발생되고, 가변 이득 증폭기(246A)에 의해 증폭되고, 위상 조절기(244A)에 의해 위상 시프트되고, 안테나 요소(102A)에 의해 전송된다. 블록(366)에서, 프로브(310A)는 전송된 신호를 검출하고, 믹서를 사용하여 신호 프로세서는 진폭 및 위상 값을 측정하고 기록한다. 블록(367)에서, 시스템은 모든 파워 레벨 및/또는 위상 레벨이 측정되었는지 여부를 결정할 수 있다. 예이면, 시스템은 블록(368)으로 진행할 수 있다. 아니오이면, 시스템은 블록(363)에서 파워 및/또는 위상 레벨을 조절할 수 있고, 블록(324)으로 복귀할 수 있다.
블록(368)에서, 안테나 요소(102A)에 연결된 전송기는 턴 오프 된다. 블록(370)에서, 신호는 믹서(302B)로부터 발생되고, 가변 이득 증폭기(246B)에 의해 증폭되고, 위상 조절기(244B)에 의해 위상이 쉬프트되고, 안테나 요소(102B)에 의해 전송된다. 블록(372)에서, 프로브(310A)는 신호를 검출하고, 믹서는 신호를 믹싱하며, 신호 프로세서는 위상 및 진폭 값을 측정하고 기록한다. 블록(373)에서, 시스템은 모든 파워 레벨 및/또는 위상 레벨이 측정되었는지 여부를 결정할 수 있다. 예이면, 시스템은 블록(374)으로 진행할 수 있다. 아니오이면, 시스템은 블록(369)에서 파워 레벨 및/또는 위상 레벨을 조절할 수 있고, 블록(370)으로 되돌아 간다.
블록(374)에서, 안테나 요소(102A, 102B)에 의해 전송된 신호의 진폭 간의 비교에 기초하여, 가변 이득 증폭기(246A, 246B)는 실질적으로 발생된 동일한 신호에 기초하여 동일한 파워를 전송하기 위해 진폭이 캘리브레이트되게 조절된다. 또한, 안테나 요소(102A, 102B)에 의해 전송된 신호의 위상 간의 상관에 기초하여, 위상 조절기(244A, 244B)는 동일한 발생된 신호에 대해 실질적으로 동일한 위상으로 전송하기 위해 위상이 캘리브레이트되도록 조절된다.
가변 이득 증폭기(246A, 246B) 및/또는 위상 조절기(244A, 244B)의 값은 빔 스티어링 칩 또는 신호 프로세서와 같은 빔 스티어링 인터페이스를 통해 보내진 디지털 코맨드를 사용하여 제어될 수 있다. 위상 조절기는 특정 개수의 위상 도의 총합에서 위상의 제어를 제공하는 n-비트 위상 조절기일 수 있다. 따라서, 캘리브레이트 프로세스는 가장 가까운 위상 값에 대해 허용하는 상태가 되게 캘리브레이트될 수 있다. 일부 실시예에서, 캘리브레이트는 도 3d의 다른 블록 동안, 전 또는 후에 수행된다.
도 4는 실시예에 따른 4개의 안테나 요소(102A, 102B, 102C, 102N) 사이에 배치된 프로브(310A, 310B, 310C)의 개략적 블록도(400)이다. 블록도(400)에서, 프로브(310A)는 안테나 요소(102A) 및 안테나 요소(102B)로부터 등거리에 배치된다. 프로브(310B)는 안테나 요소(102B) 및 안테나 요소(102C)로부터 등거리에 배치된다. 프로브(310C)는 안테나 요소(102C) 및 안테나 요소(102N)로부터 등거리에 배치된다. 안테나 요소(102A, 102B, 102C, 102N)는 선형으로 배치된다.
이 실시예에서, 안테나 요소(102A, 102B)가 먼저 캘리브레이트된다. 안테나 요소(102B, 102C, 102N)에 연결된 전송기는 턴 오프된다. 믹서(302A)는 신호, 위상 조절기(244A)에 의해 위상이 시프트된 신호, 가변 이득 증폭기(246A)에 의해 증폭된 신호를 발생하고 안테나 요소(102A)로부터 전송된다. 프로브(310A)는 신호를 수신한다. 다음에, 안테나(102B)는 동일한 프로브(310A)가 검출하는 신호를 전송한다. 이 실시예에서, 프로브(310A)는 파워 검출기(312A)에 연결된다. 안테나 요소(102A, 102B)는 도 3a에서 기술된 프로세스와 유사하게 캘리브레이트된다. 그러나, 프로브(310A)는 믹서에 연결될 수 있고 도 3b에 기술된 프로세스와 유사하게 캘리브레이트될 수 있다. 다른 캘리브레이트 방법이 가능하다. 예를 들어, 위상 및/또는 진폭을 측정하기 위해 다른 성분이 프로브(310A)에 연결될 수 있다. 또한, 다른 캘리브레이트 방법이 위상 및/또는 진폭의 상대 측정을 사용하여 사용될 수 있다.
다음에, 안테나 요소(102B, 102C)가 캘리브레이트된다. 이어, 102C 및 102N이 캘리브레이트된다. 이 실시예에서, 캘리브레이트는 일련으로 행해진다. 그러나, 캘리브레이트는 다른 시간 단계에서 행해질 수 있다. 예를 들어, 안테나 요소(102B)가 안테나(102A)에 캘리브레이트하기 위한 신호를 전송하고 있을 때, 프로브(310A)가 신호를 검출할 뿐만 아니라 프로브(310B)도 신호를 검출할 수 있다. 따라서, 안테나 요소(102A, 102B)가 캘리브레이트되는 동안, 안테나 요소(102B, 102C) 간에 캘리브레이트는 병렬로 시작할 수 있다. 이 실시예에서, 이웃하는 안테나 요소가 캘리브레이트되고 있다. 그러나, 프로브로부터 등거리인 임의의 안테나 요소 세트가 캘리브레이트될 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제4 안테나 요소(102A, 102N)는 제2 및 제3 안테나 요소(102B, 102C) 사이의 프로브(310B)로 캘리브레이트할 수 있다.
도 5a는 실시예에 따른 3x4 안테나 요소 어레이 사이에 배치된 프로브들의 개략적 블록도이다. 프로브(310A, 310B, 310C,... 310M)(일괄하여 본원에서 310이라 언급됨)는 4개의 안테나 요소(102) 세트 사이에 대칭으로 배치된다. 이 실시예에서, 프로브(310)는 4개의 안테나 요소(102) 세트 내 각각의 안테나 요소(102)로부터 등거리이다. 그러나, 프로브(310)는 적어도 2개의 안테나 요소(102)로부터 등거리인 어떤 거리에 배치될 수 있음을 알 수 있다.
도 5b는 실시예에 따른 3x4 안테나 요소 어레이 사이에 배치된 프로브를 사용한 캘리브레이트를 위한 흐름도이다.
블록(522)에서, 모든 안테나 요소(102)에 연결된 모든 전송기는 턴 오프된다. 블록(524)에서, 제1의 4개 안테나 요소 세트는 함께 캘리브레이트된다. 이어, 제1 안테나 요소(102A)는 신호를 전송한다. 프로브(310A)는 이 신호를 수신하고, 파워 검출기(312A)를 사용하여 파워를 측정하고, 파워를 기록한다. 이것은 제1 프로브(310A)로부터 등거리인 다른 3개의 안테나 요소(102)에 대해 반복된다. 이어, 4개 안테나 요소 세트 내의 각각의 안테나 요소(102)의 이득은 서로에 대해 캘리브레이트되도록 조절된다. 이어, 4개의 안테나 요소(102) 모두는 최대화된 파워를 제공하는 위상 구성(예를 들어, 위상 값이 동일함)을 식별하기 위해 신호, 조절된 위상, 및 기록된 위상을 전송한다. 파워가 최소화되었을 때(예를 들어, 위상이 180도 떨어져 있다) 동일한 테스트가 수행된다. 캘리브레이트는 도 3a, 도 3b에 기술된 것 및 본 개시에서 설명된 다른 방법과 유사한 방식으로 수행될 수 있다.
본 개시가 4개의 안테나를 동시에 캘리브레이트하는 것으로서 어떤 실시예를 논의할 수 있을지라도, 실시예는 상이한 수의 전송기, 안테나 요소, 프로브, 등을 사용하여 구현될 수 있음이 이해된다. 예를 들어, 동시에 4개 안테나 요소에 대해 파워가 캘리브레이트될 수 있고(예를 들어, 일단 4개 안테나 요소에 대해 파워가 기록되면, 4개의 안테나 요소 각각에 대한 이득은 기준 이득 값을 충족하게 조절될 수 있다), 반면 위상은 쌍으로 캘리브레이트될 수 있다(예를 들어, 안테나 요소(102A, 102B)를 먼저 캘리브레이트하고, 이어 안테나 요소(102A, 102M-1)를 다음에 캘리브레이트한다).
4개 안테나 요소 세트 내의 안테나 요소(102)가 서로에 대해 캘리브레이트된 후에, 캘리브레이트 절차는 다음 4개 안테나 요소(102)의 세트를 캘리브레이트할 수 있다. 다음 세트 내 안테나 요소를 제외한 안테나 요소는 블럭(526)에서 턴 오프 된다. 블럭(528)에서, 제1 및 제2 세트 모두에 있는 안테나 요소가 식별된다. 이어, 블록(530)에서, 다음 안테나 요소 세트는 기준으로서 식별된 안테나 요소로 캘리브레이트된다. 다음 4개 안테나 요소(102) 세트는 다음 프로브(310B)로부터 등거리일 수 있다. 동일한 또는 다른 캘리브레이트 방법이 다음 4개 안테나 요소(102) 세트에 대해 사용될 수 있다. 요소들의 행에 걸친 안테나 요소 세트(102)가 계산된 후, 4개 안테나 세트(102)의 다음 열에 대해 프로세스가 반복될 수 있다. 예를 들어, 프로브(310A, 310B, 310C)를 사용하여 안테나 요소 세트(102)가 캘리브레이트된 후에, 캘리브레이트될 다음 4개 안테나 요소(102) 세트는 프로브(310M)로부터 등거리인 것들일 수 있다.
파워 값들이 캘리브레이트되면, 안테나 요소(102A)에 연결된 전송기 및 안테나 요소(102B)에 연결된 전송기가 턴 온 된다. 파워 캘리브레이트에 기초하여, 안테나 요소(102A, 102B)는 실질적으로 동일한 파워 레벨에서 신호들을 전송한다. 위상 조절기(244A 또는 244B) 중 하나 또는 둘 다를 조절한다. 프로브(310A)는 안테나 요소(102A, 102B)로부터의 두 신호를 수신하고 파워 검출기(312A)에서 파워 값을 검출할 것이다. 파워가 최대화될 때, 위상 조절기(244A, 244B)는 정렬된다(예컨대, 위상 값이 동일하다). 파워가 최소화될 때, 위상 조절기(244A, 244B)는 반대이다(예컨대, 하나의 위상이 다른 것의 위상 플러스 180도와 동일하다). 이 상대적 관계를 이용하여, 시스템은 다른 안테나 요소에 대해 하나의 안테나 요소의 위상을 캘리브레이트할 수 있다.
도 6a는 실시예에 따른 2개의 안테나 요소(102A, 102B) 사이에 배치된 RF 파워 소스(610)를 갖는 프로브(310A)의 개략적 블록도이다. 이 블록도(600)에서, 프로브(310A)는 2개의 안테나 요소(102A, 102B) 사이에 등거리에 배치된다. 프로브(310A)는 안테나 요소(102A, 102B)가 수신하기 위한 신호를 전송할 수 있다.
도 6b는 실시예에 따른 2개의 안테나 요소들 사이에 배치된 RF 파워 소스를 갖는 프로브를 사용하는 캘리브레이트를 위한 흐름도이다. 블록(622)에서, 프로브(310A)는 신호를 전송하는 방사 요소이다. 프로브(310A)는 RF 파워 소스(610)에 연결될 수 있다. 블록(624)에서, 안테나 요소(102A, 102B)는 프로브(310A)로부터 전송된 신호를 수신한다. 안테나 요소(102A, 102B)는 위상 조절기(604A, 604B), 가변 이득 증폭기(606A, 606B), 및 I/Q 믹서(602A, 602B)에 연결될 수 있다. 안테나 요소(102A, 102B)는 신호를 수신하고 I/Q 믹서(602A, 602B)를 사용하여 위상 및 진폭을 검출한다. 블록(626)에서, 안테나 요소는 검출된 위상 및 진폭 측정의 비교에 기초하여 캘리브레이트된다.
본원에서 논의된 임의의 원리 및 이점은 위에 기술된 시스템뿐만 아니라 다른 시스템에도 적용될 수 있다. 일부 실시예는 본원에 개시된 특징 및/또는 이점의 서브세트를 포함할 수 있다. 위에 기술된 다양한 실시예의 요소 및 동작은 조합되어 추가적인 실시예를 제공할 수 있다. 본원에 논의된 방법의 동작은 적절한대로 임의의 순서로 수행될 수 있다. 또한, 본원에서 논의된 방법의 동작은 적절한대로 직렬 또는 병렬로 수행될 수 있다. 회로가 특정 배열로 도시되어 있지만, 다른 등가의 배열이 가능하다.
본원에 논의된 임의의 원리 및 이점은 본원의 임의의 교시로부터 이익을 얻을 수도 있을 임의의 다른 시스템, 장치 또는 방법과 관련하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본원에 논의된 임의의 원리 및 이점은 페이즈드 어레이의 진폭 또는 위상을 조절할 필요가 있는 임의의 디바이스에 관련하여 구현될 수 있다.
이 개시의 측면은 다양한 전자 디바이스에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 위에 페이즈드 어레이 실시예는 다양한 전자 디바이스에 포함될 수 있는 본원에서 논의된 임의의 원리 및 이점에 따라 구현될 수 있다. 전자 디바이스의 예는 셀폰 기지국, 레이더 시스템, 레이더 검출기, 소비자 전자 제품, 반도체 다이 및/또는 패키지 모듈과 같은 소비자 전자 제품의 부품, 전자 테스트 장비, 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 전자 디바이스의 예는 또한 통신 네트워크를 포함할 수 있다. 소비자 전자 제품은 스마트 폰과 같은 전화, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트 워치 또는 이어 피스와 같은 착용가능 컴퓨팅 디바이스, 자동차, 캠코더, 카메라, 디지털 카메라, 휴대용 메모리 칩, 워셔, 건조기, 세탁기/건조기, 복사기, 팩시밀리, 스캐너, 다기능 주변 디바이스, 무선 액세스 포인트, 라우터, 등을 포함할 수 있는데, 그러나 이들로 제한되지 않는다. 또한, 전자 디바이스는 산업 및/또는 의료 응용을 위한 것들을 포함한, 미완성 제품을 포함할 수 있다.
문맥이 달리 명확하게 요구하지 않는 한, 설명 및 청구항에 전체에 걸쳐, 설명 및 청구항에 전체에 걸쳐, "포함한다", "포함하는", "포함하다", "포함하는" 등의 단어는 배타적인 또는 고갈적 의미와는 대조적으로, 포괄적인 의미로, 즉, "포함하지만, 이들로 제한되지 않는"의 의미로 해석되어야 한다. 본원에서 일반적으로 사용되는 "결합된" 또는 "연결된"이라는 단어는 직접 연결되거나 하나 이상의 중간 요소를 통해 연결될 수 있는 2이상의 요소를 지칭한다. 따라서, 도면에 도시된 다양한 개략도가 요소 및 성분의 예시적 배열을 도시하지만, 추가의 개재 요소, 디바이스, 특징 또는 성분이 실제의 실시예에서 존재할 수 있다(도시된 회로의 기능이 악영향을 받지 않는다고 가정하고). 또한, 이 출원에서 사용될 때, "본원에", "위에", "아래에", 그리고 유사한 주요 단어는 이 출원의 임의의 특정 부분이 아니라 이 출원 전체에서 언급할 것이다. 문맥이 허용하는 경우, 단수 또는 복수의 숫자를 사용하는 어떤 실시예의 상세한 설명에서 단어는 복수 또는 단수를 각각 포함할 수도 있다. 2개 이상의 항목 목록과 관련하여 "또는" 이라는 단어는 단어의 다음 해석을 모두 포함한다: 목록에 임의의 항목, 목록에 모든 항목, 및 목록에 항목의 임의의 조합. 본원에 제공된 모든 수치 또는 거리는 측정 에러 내에서 유사한 값을 포함하게 의도된다.
어떤 실시예가 설명되었지만, 이들 실시예는 단지 예로서 제시된 것이고, 본 개시의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 사실, 본원에 기술된 신규한 장치, 시스템, 및 방법은 다양한 다른 형태로 구현될 수 있다. 또한, 본원에서 설명된 방법 및 시스템의 형태에서 다양한 생략, 대체 및 변경은 본 개시의 사상을 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 첨부된 청구항 및 이들의 균등물은 본 개시의 범위 및 사상 내에 있는 이러한 형태 또는 수정을 포함하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 안테나 어레이 캘리브레이트(antenna array calibration)의 전자적으로 구현되는 방법에 있어서,
    제1 프로브로부터 안테나 어레이의 제1 캘리브레이트 그룹에 신호를 무선으로 전송하는 단계로서, 상기 제1 프로브는 상기 안테나 어레이의 안테나 요소들과는 상이하고, 상기 제1 캘리브레이트 그룹은 적어도 상기 안테나 어레이의 제1 안테나 요소 및 상기 안테나 어레이의 제2 안테나 요소를 포함하고, 상기 제1 프로브는 상기 제1 안테나 요소와 상기 제2 안테나 요소 사이에 대칭적으로 배치된, 단계;
    상기 안테나 어레이의 제1 프로브로부터 전송된 신호에 기초하여 적어도 상기 제1 안테나 요소와 상기 제2 안테나 요소 사이의 제1 근-필드(near-field) 진폭 관계를 결정하는 단계;
    상기 제1 프로브로부터 전송된 신호에 기초하여 적어도 상기 제1 안테나 요소와 상기 제2 안테나 요소 사이의 제1 근-필드 위상 관계를 결정하는 단계;
    상기 안테나 어레이의 제2 프로브로부터 무선으로 전송된 제2 신호에 기초하여 적어도 상기 제2 안테나 요소와 제3 안테나 요소 사이의 제2 근-필드 진폭 관계를 결정하는 단계로서, 상기 제2 프로브는 상기 안테나 어레이의 안테나 요소들과는 상이하고, 제2 캘리브레이트 그룹은 적어도 상기 안테나 어레이의 상기 제2 안테나 요소 및 상기 제3 안테나 요소를 포함하고, 상기 제2 프로브는 상기 제2 안테나 요소와 상기 제3 안테나 요소 사이에 대칭적으로 배치된, 단계; 및
    상기 제1 안테나 요소와 상기 제3 안테나 요소 둘 다에 대해 상기 제2 안테나 요소를 캘리브레이트하기 위한 캘리브레이트 데이터를 결정하는 단계로서, 상기 제2 안테나 요소를 캘리브레이트하기 위한 캘리브레이트 데이터는 상기 제1 캘리브레이트 그룹에 대한 상대적 캘리브레이트(relative calibration) 및 상기 제2 캘리브레이트 그룹에 대한 상대적 캘리브레이트에 기초하고, 상기 제1 캘리브레이트 그룹에 대한 상대적 캘리브레이트는 상기 제1 근-필드 진폭 관계 및 상기 제1 근-필드 위상 관계에 기초하며, 상기 제2 캘리브레이트 그룹에 대한 상대적 캘리브레이트는 상기 제2 근-필드 진폭 관계에 기초하는, 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 근-필드 진폭 관계를 결정하는 단계는, 상기 제1 프로브를 사용하여 상기 제1 안테나 요소, 상기 제2 안테나 요소 및 상기 안테나 어레이의 2개의 추가적인 요소들 간에 진폭 관계를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 프로브는 상기 제1 안테나 요소, 상기 제2 안테나 요소 및 상기 2개의 추가적인 요소들 사이에 대칭적으로 배치되며;
    상기 제1 근-필드 위상 관계를 결정하는 단계는, 상기 제1 안테나 요소, 상기 제2 안테나 요소 및 상기 2개의 추가적인 요소들 간에 위상 관계를 결정하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    특정 캘리브레이트 그룹의 캘리브레이트 동안 이 특정 캘리브레이트 그룹에 포함되지 않은 안테나 요소들을 비활성화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    제1 근-필드 진폭 관계를 결정하는 단계는, 상기 제1 프로브로부터의 라디오 주파수 신호를 전송하고 상기 제1 및 제2 안테나 요소들에서 수신된 신호 레벨들을 모니터링하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 근-필드 위상 관계를 결정하는 단계는,
    상기 제1 프로브로부터 전송되는 신호들을 수신하는 단계로서, 상기 전송된 신호들은 동일한 진폭을 갖는, 단계; 및
    상기 제1 및 제2 안테나 요소들에서 동상(in phase) 구성들을 식별하기 위해 상기 수신된 신호들을 서로에 대해 위상 시프트하는 단계
    를 더 포함하는 것인, 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 안테나 어레이의 상기 안테나 요소들 및 프로브들은 다중 어레이 패널들에 배치되는 것인, 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 안테나 요소에 대한 캘리브레이트 데이터에 기초하여, 위상 시프터로 상기 제2 안테나 요소와 연관된 위상을 조절하는 단계; 및
    상기 제2 안테나 요소에 대한 캘리브레이트 데이터에 기초하여, 가변 이득 증폭기로 상기 제2 안테나 요소와 연관된 진폭을 조절하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 캘리브레이트 데이터를 결정하는 단계는 또한, 상기 제1 안테나 요소에 의해 무선으로 전송되고 상기 제1 프로브에 의해 수신된 제1 신호, 및 상기 제2 안테나 요소에 의해 무선으로 전송되고 상기 제1 프로브에 의해 수신된 제2 신호에 기초하는 것인, 방법.
  9. 내장 캘리브레이트 성분들을 갖는 장치에 있어서,
    안테나 어레이의 복수의 안테나 요소들;
    상기 안테나 어레이의 복수의 프로브들로서, 상기 프로브들은 상기 복수의 안테나 요소들의 안테나 요소들의 그룹들 사이에 대칭적으로 배치되고, 상기 프로브들은 상기 안테나 어레이의 안테나 요소들과는 상이하고, 상기 그룹들은 각각 적어도 2개의 안테나 요소들을 포함하고, 상기 프로브들은 라디오 주파수(RF) 신호들을 무선으로 수신하도록 구성되고, 상기 안테나 요소들 각각은 상기 안테나 어레이의 내장 근-필드 캘리브레이트를 위해 상기 프로브들 중 하나 이상에 RF 신호들을 전송하도록 배열되고, 상기 안테나 요소들의 제1 그룹 및 상기 안테나 요소들의 제2 그룹은 적어도 하나의 공통 안테나 요소를 갖는 것인, 상기 복수의 프로브들; 및
    제1 캘리브레이트 그룹에 대한 상대적 캘리브레이트 및 제2 캘리브레이트 그룹에 대한 상대적 캘리브레이트에 기초하여 상기 안테나 어레이를 캘리브레이트하도록 구성된 하드웨어 프로세서로서, 상기 제1 캘리브레이트 그룹에 대한 상대적 캘리브레이트는 제1 근-필드 진폭 관계 및 제1 근-필드 위상 관계에 기초하며, 상기 제2 그룹에 대한 상대적 캘리브레이트는 제2 근-필드 진폭 관계에 기초하고, 상기 제1 근-필드 진폭 관계, 상기 제1 근-필드 위상 관계 및 상기 제2 근-필드 진폭 관계는, 상기 안테나 요소들에 의해 무선으로 전송되고 상기 프로브들에 의해 수신된 신호들로부터 결정되고, 상기 안테나 요소들의 제1 및 제2 그룹들은 서로에 대하여 캘리브레이트되는 것인, 상기 하드웨어 프로세서
    를 포함하는, 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 그룹들은 각각 적어도 4개의 안테나 요소들을 포함하는 것인, 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 하드웨어 프로세서는 또한, 상기 안테나 어레이를 캘리브레이트하기 위해 적어도 하나의 안테나 요소의 가변 이득 증폭기를 조절하도록 구성되는 것인, 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 하드웨어 프로세서는 또한, 상기 안테나 어레이를 캘리브레이트하기 위해 적어도 하나의 안테나 요소의 위상 시프터를 조절하도록 구성되는 것인, 장치.
  13. 안테나 어레이를 캘리브레이트하는 전자적으로 구현된 방법에 있어서,
    상기 안테나 어레이의 안테나 요소들 간의 상대적 진폭 및 위상 관계를 얻기 위해 상기 안테나 어레이의 안테나 요소들의 그룹들 사이에 대칭적으로 배치된 프로브들에 적어도 상기 안테나 요소들의 그룹들에 의해 무선으로 전송된 신호들로부터 근-필드 측정들에서 방사 패턴들을 관찰하는 단계로서, 상기 프로브들은 상기 안테나 어레이의 안테나 요소들과는 상이하고, 상기 그룹들 중 제1 그룹 및 상기 그룹들 중 제2 그룹은 적어도 하나의 공통 안테나 요소를 포함하고, 상기 상대적 진폭 및 위상 관계는, 상기 안테나 요소들의 제1 그룹에 대한 제1 근-필드 진폭 관계, 상기 안테나 요소들의 제1 그룹에 대한 제1 근-필드 위상 관계, 및 상기 안테나 요소들의 제2 그룹에 대한 제2 근-필드 진폭 관계를 포함하는, 단계;
    얻어진 상대적 진폭 및 위상 관계들에 그리고 원하는 안테나 패턴에 적어도 부분적으로 기초하여 진폭 및 위상 조절들을 발생하는 단계로서, 상기 공통 안테나 요소에 대한 진폭 및 위상 조절들은 상기 제1 및 제2 그룹들에 대하여 상기 얻어진 상대적 진폭 및 위상 관계들에 기초하여 발생되는, 단계; 및
    발생된 진폭 및 위상 조절들을 적용하여 상기 원하는 안테나 패턴을 얻는 단계
    를 포함하는, 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상이한 주파수들을 포함하는 복수의 채널들에 걸쳐 방사 패턴들을 관찰하는 것을 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 안테나 어레이의 상기 안테나 요소들 및 프로브들은 단일 어레이 패널에 배치되는 것인, 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 안테나 어레이의 다른 전송기들을 턴 오프 하여 두고 제1 전송기를 사용하여 상기 안테나 요소들의 그룹들 중 제1 그룹에 의해 전송된 상기 신호들 중 제1 신호가 전송되도록, 상기 안테나 요소들의 그룹들로부터 상기 신호들을 무선으로 전송하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 무선으로 전송하는 단계는 동상 구성들을 식별하기 위해 상기 신호들을 서로에 대해 위상 시프트하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 위상 시프트는 위상 시프터를 사용하여 수행되는 것인, 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 위상 시프트에 기초하여 위상이 180도 벗어난 구성들을 식별하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 청구항 13에 있어서,
    특정 캘리브레이트 그룹의 캘리브레이트 동안 이 특정 캘리브레이트 그룹에 포함되지 않은 안테나 요소들의 적어도 서브세트를 비활성화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
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