KR102499248B1 - 광대역 튜닝 가능한 결합기 시스템 - Google Patents

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Abstract

튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크를 포함하는, 듀얼 주파수 다이버시티 송신기를 위한 광대역 튜닝 가능한 결합기 시스템이 제공된다. 동일한 오디오 신호를 갖는 비간섭성 RF 신호들은 이러한 시스템을 이용하여 안테나 상에서의 송신을 위한 결합된 RF 신호로 결합될 수 있다. 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크는 결합기 및 대역 통과 필터와 함께, 넓은 작동 대역폭을 유지하면서 비간섭성 RF 신호들 사이의 분리를 최적화하고 상호 변조를 감소시킬 수 있다. 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 커패시턴스 값은 비간섭성 RF 신호들의 주파수들, RF 스펙트럼 정보, 또는 안테나 로딩 데이터에 기초하여 선택될 수 있다. 튜닝 가능한 결합기 시스템을 포함하는 RF 송신기는 향상된 스펙트럼 효율 및 성능을 가질 수 있고, 이용 가능한 스펙트럼을 활용할 수 있다.

Description

광대역 튜닝 가능한 결합기 시스템
관련 출원들의 상호 참조
본 출원은 2015년 8월 12일자로 출원된 미국 특허 출원 제14/824,619호에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용들은 그것들의 전체가 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 출원은 일반적으로 광대역 튜닝 가능한 결합기 시스템(wideband tunable combiner system)에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 듀얼 주파수 다이버시티 송신기에서 분리(isolation)를 향상시키고 상호 변조(intermodulation)를 감소시키기 위한 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크를 포함하는 광대역 튜닝 가능한 결합기 시스템에 관한 것이다.
오디오 제작은 텔레비전 프로그램들, 뉴스캐스트들, 영화들, 라이브 이벤트들, 및 다른 유형들의 제작물들과 같은 제작물들의 사운드를 캡처, 녹음, 및 제시하기 위한 마이크로폰들, 무선 오디오 송신기들, 무선 오디오 수신기들, 레코더들, 및/또는 믹서들을 포함하는 많은 구성 요소들의 사용을 수반할 수 있다. 마이크로폰들은 전형적으로 마이크로폰들 및/또는 무선 오디오 송신기들로부터 무선 오디오 수신기들로 무선 송신되는 제작물의 사운드를 캡처한다. 무선 오디오 수신기들은 팀 멤버에 의해 사운드를 녹음 및/또는 믹싱하기 위해 레코더 및/또는 믹서, 예컨대 제작 사운드 믹서에 연결될 수 있다. 컴퓨터들 및 스마트폰들과 같은 전자 디바이스들은 팀 멤버가 오디오 레벨들 및 타임코드들을 모니터링하는 것을 허용하기 위해 레코더 및/또는 믹서에 연결될 수 있다.
무선 오디오 송신기들, 무선 오디오 수신기들, 무선 마이크로폰들, 및 다른 휴대용 무선 통신 디바이스들은 변조된 오디오 신호들, 데이터 신호들, 및/또는 제어 신호들과 같은 디지털 또는 아날로그 신호들을 포함하는 무선 주파수(radio frequency)(RF) 신호들을 송신하기 위한 안테나들을 포함한다. 휴대용 무선 통신 디바이스들의 사용자들은 무대 공연자들, 가수들, 배우들, 뉴스 기자들 등을 포함한다. 하나의 흔한 유형의 휴대용 무선 통신 디바이스는 전형적으로 벨트 클립들, 스트랩들, 테이프 등으로 사용자의 신체에 고정되는 무선 바디팩 송신기이다. 다른 흔한 유형의 휴대용 무선 통신 디바이스는 사용자에 의해 쥐어지고 통합 송신기 및 안테나를 포함하는 무선 핸드헬드 마이크로폰이다.
무선 송신기들은 결합된 RF 신호에서 2개의 개별 주파수들의 2개의 RF 신호들을 하나의 안테나 상에서 동시에 송신하기 위해 주파수 다이버시티를 이용할 수 있으며, 2개의 RF 신호들은 둘 다 동일한 오디오 신호를 포함한다. 이것은 결합된 RF 신호를 수신하는 무선 수신기가 기저(underlying) RF 신호들 중 하나 또는 둘 다를 사용하는 것에 의해, 중단되지 않는 방식으로 오디오 신호를 처리할 수 있는 것을 보장하는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 하나의 주파수 상의 RF 신호들 중 하나에 대한 간섭의 경우, 무선 수신기는 다른 주파수 상의 다른 RF 신호를 이용할 수 있다. 따라서, 주파수 다이버시티를 이용하는 무선 송신기는 오디오 신호를 상이한 주파수들의 2개의 비간섭성(incoherent) RF 신호들로 변조하고, 다음으로 단일 안테나 상에서의 송신을 위해 2개의 RF 신호를 함께 결합된 RF 신호로 결합할 수 있다.
2개의 비간섭성 RF 신호를 결합할 때, 상호 변조를 감소시키기 위해, 2개의 RF 신호를 가능한 한 많이 서로로부터 분리하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 이것이 더 스펙트럼적으로 효율적이기 때문, 즉, 스펙트럼의 더 최적인 사용이기 때문이다. 이와 같이, 더 큰 상호 변조 곱들(intermodulation products)은 동일한 스펙트럼을 공유하는 다른 무선 송신기들에 대한 간섭 및/또는 감소된 오디오 선명도뿐만 아니라, 다른 용도로 이용 가능한 스펙트럼의 감소로 이어질 수 있다. 예를 들어 2개의 RF 신호를 결합하기 위해 윌킨슨(Wilkinson) 결합기를 사용하면, 분리를 증가시키고 상호 변조를 감소시키기 위해 RF 신호들 사이의 저항에 영향을 준다. 윌킨슨 결합기는 전형적으로 특정 응용의 필요들에 따라 단일 또는 다중 스테이지들로 구현된다. 그러나 윌킨슨 결합기는 높은 분리를 제공할 수 있는 한편, 또한 특정 응용들 및 환경들에서의 사용에는 적합하지 않을 수 있는 제한된 대역폭을 갖는다. 특히, 전형적인 윌킨슨 결합기의 제한된 대역폭은 무선 송신기가 이용 가능한 스펙트럼을 활용할 수 있는 것을 방해할 수 있고 그에 따라 스펙트럼적으로 비효율적일 수 있다. 또한, 다중 스테이지 윌킨슨 결합기의 출력 상의 필터는 RF 신호들의 사이의 충분한 분리 및 결합기의 스테이지들 사이의 밸런싱된 임피던스(balanced impedance)를 유지하면서 원하는 송신기 대역폭을 달성하는 능력에 영향을 줄 수 있다.
따라서, 이러한 우려들을 다루는 결합기 시스템에 대한 기회가 있다. 특히, 듀얼 주파수 다이버시티 송신기에서 분리를 향상시키고 상호 변조를 감소시키기 위한 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크를 포함하는 광대역 튜닝 가능한 결합기 시스템에 대한 기회가 있다.
본 발명은 다른 것들 중에서도 특히: (1) 최적 분리 및 감소된 상호 변조를 갖는 주파수 다이버시티 송신기에서 비간섭성 RF 신호들 결합하고; (2) 넓은 작동 대역폭을 유지하고; (3) 송신기의 스펙트럼 효율 및 성능을 향상시키고; (4) 시스템에서 결합기의 스테이지들 사이의 임피던스를 밸런싱하도록 설계된 튜닝 가능한 결합기 시스템들 및 방법들을 제공하는 것에 의해 위에서 언급된 문제들을 해결하기 위한 것이다.
실시예에서, 튜닝 가능한 결합기 시스템은 제1, 제2, 및 제3 포트들을 갖는 결합기를 포함할 수 있으며, 결합기는 제1 포트에서 수신된 제1 RF 신호 및 제2 포트에서 수신된 제2 RF 신호를 제3 포트에서 결합된 RF 신호로 결합하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 RF 신호들의 각각은 제1 주파수 및 제2 주파수에서 각각 변조된 오디오 신호를 포함할 수 있다. 튜닝 가능한 결합기 시스템은 또한 결합기의 제3 포트에 결합된 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크, 및 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크에 결합된 입력 및 송신 안테나에 결합하기 위한 출력을 갖는 대역 통과 필터를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 및 제2 RF 신호들을 결합하는 방법은 결합기의 제1 포트에서 수신된 제1 RF 신호 및 결합기의 제2 포트에서 수신된 제2 RF 신호를 결합기의 제3 포트에서 결합된 RF 신호로 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 RF 신호들의 각각은 제1 주파수 및 제2 주파수에서 각각 변조된 오디오 신호를 포함할 수 있다. 또한, 방법은 결합기의 제3 포트에 결합된 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 커패시턴스 값을 결정하는 단계, 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 결정된 커패시턴스 값을 설정하는 단계, 및 대역 통과 필터를 사용하여, 결합된 RF 신호를 필터링된 결합된 RF 신호로 대역 통과 필터링하는 단계를 포함할 수 있다. 대역 통과 필터는 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크에 결합된 입력, 및 송신 안테나에 결합하기 위한 출력을 가질 수 있다.
이들 및 다른 실시예들, 및 다양한 변경들 및 양태들은 본 발명의 원리들이 이용될 수 있는 다양한 방식들을 가리키는 예시적인 실시예들을 설명하는 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 명확해지고 더 완전히 이해될 것이다.
도 1은 몇몇 실시예들에 따른 튜닝 가능한 결합기 시스템을 포함하는 RF 송신기의 예시적인 개략도이다.
도 2는 몇몇 실시예들에 따른 튜닝 가능한 결합기 시스템의 예시적인 개략도이다.
도 3은 몇몇 실시예들에 따른 출력 변압기 레그를 갖는 듀얼 스테이지 윌킨슨 결합기의 예시적인 개략도이다.
도 4는 몇몇 실시예들에 따른 튜닝 가능한 결합기 시스템의 상세한 예시적인 개략도이다.
도 5는 몇몇 실시예들에 따른 튜닝 가능한 결합기 시스템을 사용하여 RF 신호들을 결합하는 동작들을 도시하는 흐름도이다.
뒤따르는 설명은 본 발명의 하나 이상의 특정 실시예들을 그것의 원리들에 따라 기술, 도시, 및 예시한다. 이 설명은 본 발명을 본 명세서에 기술된 실시예들로 제한하기 위해 제공되는 것이 아니라 오히려 본 기술분야의 통상의 기술자가 이들 원리들을 이해할 수 있게 하고, 그러한 이해에 따라 본 명세서에 기술된 실시예들뿐만 아니라 이들 원리들에 따라 생각해낼 수 있는 다른 실시예들도 구현하기 위해 그것들을 적용할 수 있게 하는 방식으로 본 발명의 원리들을 설명하고 교시하기 위한 것이다. 본 발명의 범위는 문자 그대로 또는 균등론 하에서, 첨부된 청구항들의 범위 내에 속할 수 있는 그러한 모든 실시예들을 포함하도록 의도된다.
설명 및 도면들에서, 유사하거나 실질적으로 유사한 요소들은 동일한 참조 번호들로 라벨링될 수 있다는 것이 언급되어야 한다. 그러나, 때로는 예를 들어 그러한 라벨링이 더 명확한 설명을 용이하게하는 경우와 같이 이러한 요소들은 상이한 번호들로 라벨링될 수 있다. 또한, 본 명세서에 제시된 도면들은 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니며, 몇몇 경우들에서 특정 특징들을 더 명확하게 묘사하기 위해 비율이 과장되었을 수 있다. 그러한 라벨링 및 도면 관행들은 기본적인 실질적 목적을 반드시 암시하는 것은 아니다. 위에서 서술된 바와 같이, 본 명세서는 전체로서 이해되고 본 명세서에 교시된 본 발명의 원리들에 따라 해석되고 본 기술분야의 통상의 기술자에게 이해되도록 의도된다.
본 명세서에 기술된 튜닝 가능한 결합기 시스템은 RF 신호들을 최적으로 분리하고, 넓은 작동 대역폭을 유지하고, 상호 변조를 감소시키는 한편, 비간섭성 RF 신호들을 단일 안테나 상에서의 송신을 위한 결합된 RF 신호로 결합하기 위해 주파수 다이버시티 RF 송신기에서 이용될 수 있다. 튜닝 가능한 결합기 시스템은 또한 시스템 내에 포함된 결합기의 스테이지들 사이의 임피던스를 밸런싱하는 것을 도울 수 있다. 튜닝 가능한 결합기 시스템 내의 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크는 결합기에서 스테이지 간 반사들(inter-stage reflections)을 조작함으로써 RF 신호들 사이의 분리의 능동적 튜닝을 하게 한다. 따라서, 튜닝 가능한 결합기 시스템은 송신기가 이용 가능한 스펙트럼을 이용할 수 있도록 RF 송신기의 스펙트럼 효율 및 성능을 향상시키고 송신기의 대역폭을 증가시킬 수 있다.
도 1은 튜닝 가능한 결합기 시스템(112)을 포함하는 RF 송신기(100)의 실시예의 예시적인 개략도이다. RF 송신기(100)는 안테나(114) 상에 결합된 RF 신호를 송신하는 주파수 다이버시티 송신기일 수 있다. 결합된 RF 신호는 각각 동일한 오디오 신호를 포함하는 2개의 RF 신호로 이루어질 수 있다. 마이크로폰 또는 재생 디바이스와 같은 오디오 소스(102)는 오디오 신호를 검출 및/또는 제작할 수 있다. 예를 들어, 오디오 소스가 마이크로폰인 경우, 사운드는 검출되고 오디오 신호로 변환될 수 있다. 오디오 소스(102)는 RF 송신기(100)에 의해 변조 및 송신되는 오디오 신호를 제작할 수 있다. RF 송신기(100)가 주파수 다이버시티를 이용하기 위해, 오디오 소스(102)에 의해 제작된 오디오 신호는 본 기술분야에 알려진 바와 같이, 오디오 신호를 처리 및 변환하고 동위상(I) 및 직교(Q) 신호들을 생성하는 송신 모뎀(103)에 의해 수신될 수 있다. 다음으로, I 및 Q 신호들은 개별 RF 변조기들(104, 108)에 의해 수신될 수 있다. RF 변조기들(104, 108)은 2개의 상이한 주파수들에서 아날로그 또는 디지털 변조 방식에 따라 오디오 신호를 변조할 수 있다. 예를 들어, 오디오 신호는 473MHz 및 479MHz에서 RF 신호들로 변조될 수 있지만 다른 적절한 주파수들에서 변조될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, RF 송신기(100)는 UHF 대역에서 25% 비대역폭(fractional bandwidth)보다 더 큰 곳에서 작동할 수도 있다.
RF 변조기들(104, 108)에 의해 생성된 2개의 RF 신호는 정합된 증폭기들(106, 110)에 의해 각각 증폭될 수 있다. 2개의 증폭된 RF 신호는 튜닝 가능한 결합기 시스템(112)에 의해 결합되어, 2개의 증폭된 RF 신호를 갖는 결합된 RF 신호가 안테나(114) 상에 송신될 수 있다. 이러한 방식으로, 결합된 RF 신호를 수신하는 RF 수신기는 기저의 증폭된 RF 신호들의 다중 주파수들로 인해, 오디오 신호를 중단되지 않는 방식으로 처리할 가능성이 더 많을 수 있다. 도 1에 도시된 RF 송신기(100)는 단순화되고, 스위치들, 발진기들, 신시사이저들 등과 같이 현재의 개시 내용과 직접적으로 관련이 있지 않은 (보여지지 않은) 다른 구성 요소들을 포함할 수 있다.
도 2는 결합기(206), 인덕터(208), 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크(210), 및 대역 통과 필터(216)를 포함하는 튜닝 가능한 결합기 시스템(112)의 실시예의 예시적인 개략도이다. 튜닝 가능한 결합기 시스템(112)은 결합된 RF 신호를 송신하기 위한 안테나(114)와 결합될 수 있다. 2개의 포트(202, 204)는 튜닝 가능한 결합기 시스템(112)에 의해 결합될 RF 신호들을 수신하기 위해 도 2에 보여지지 않은 구성 요소들(예를 들어, 도 1에 도시된 증폭기들(106, 110))에 결합될 수 있다. 앞에서 기술된 바와 같이, RF 신호들의 각각은 동일한 오디오 신호를 포함하지만, 상이한 주파수들로 변조된다. 포트들(202, 204)에서 수신되는 RF 신호들은 결합기(206)에 의해 수신될 수 있다. 결합기(206)는 몇몇 실시예들에서 듀얼 스테이지 윌킨슨 결합기일 수 있고, 2개의 RF 신호를 결합기(206)에 의해 출력되는 결합된 RF 신호로 결합할 수 있다. 다른 실시예들에서, 결합기(206)는 별개의 브랜치라인 결합기(discrete branch-line combiner) 또는 별개의 하이브리드 결합기일 수 있다.
튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크(210)는 2개의 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)을 포함할 수 있다. 하나의 튜닝 가능한 커패시터(212)는 결합기(206)의 출력 및 접지에 결합될 수 있고, 다른 튜닝 가능 커패시터(214)는 대역 통과 필터(216)의 입력 및 접지에 결합될 수 있다. 따라서, 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)은 가변 션트 커패시터들(variable shunt capacitors)일 수 있다. 인덕터(208)는 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214) 사이에 결합된다. 인덕터(208)는 아래에 더 상세히 기술되는 바와 같이 결합기(206)의 출력 변압기 레그의 일부이다. 대역 통과 필터(216)는 RF 송신기(100)에 의해 송신되는 주파수 대역 밖인 원하지 않는 신호들을 차단 및 감쇠함으로써, 결합기(206)로부터의 결합된 RF 신호를 필터링된 결합된 RF 신호로 필터링할 수 있다. 예를 들어, 대역 통과 필터(216)에 의해 차단 및 감쇠되는 신호들은 증폭기들에 의해 생성된 제2 고조파와 같은 기생 방출들(spurious emissions)을 포함할 수 있다. 필터링된 결합된 RF 신호는 대역 통과 필터(216)에 의해 출력되고 안테나(114) 상에 송신될 수 있다.
튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크(210) 및 인덕터(208)는 더 넓은 작동 대역폭에 걸친 결합기(206)내에서의 RF 신호들 사이의 분리의 튜닝을 효과적으로 허용한다. 특히, 결합기(206)내에서의 RF 신호들 사이의 분리는 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)의 커패시턴스 값들을 적절하게 선택함으로써 향상될 수 있다. 또한, 결합기(206)의 소스 임피던스 ZS와 대역 통과 필터(216)의 부하 임피던스 ZL 사이의 스테이지 간 정합은 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)의 커패시턴스 값들의 적절한 선택에 의해 향상될 수 있다.
튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)은 직렬 인터페이스 또는 다른 제어 포트를 통해서와 같이 프로세서에 의해 제어 가능한 디지털 튜닝 가능한 커패시터들일 수 있다. 디지털 튜닝 가능한 커패시터들은, 예를 들어, 적어도 하나의 다이오드를 사용하는 마이크로 전자기계 커패시터들 및/또는 스위칭된 이산 커패시터들(switched discrete capacitors)을 포함할 수 있다. 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)은 예를 들어 Peregrine Semiconductor Corp.로부터의 PE64101 디지털 튜닝 가능한 커패시터일 수 있다.
일 실시예에서, 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)의 커패시턴스 값들은 RF 신호들의 주파수들에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 그러한 주파수들에 대한 최대 분리를 제공하는 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)의 적절한 커패시턴스 값들이 결정되도록 RF 신호들의 주파수들을 갖는 룩업 테이블을 쿼리할 수 있다. 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)의 가능한 커패시턴스 값들은 미리 결정되고 RF 신호들의 가능한 주파수들과 연관된 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 룩업 테이블은 예를 들어, 프로세서와 통신하는 메모리에 저장될 수 있다.
다른 실시예에서, 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)의 커패시턴스 값들은 RF 스펙트럼의 측정치들에 기초하여 능동적으로 제어 및 결정될 수 있다. 예를 들어, RF 스펙트럼은 상호 변조 값들을 측정하기 위해 연속적으로 스캔, 모니터링, 및 분석될 수 있다. 측정된 상호 변조 값들에 기초하여, 상호 변조 곱들이 최소화되도록 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)의 적절한 커패시턴스 값들이 결정될 수 있다.
다른 실시예에서, 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)의 커패시턴스 값들은 안테나(114)와 연관된 안테나 로딩 데이터에 기초하여 능동적으로 제어 및 결정될 수 있다. 예를 들어, 사용되는 RF 신호들의 주파수들에 대한 최대 분리를 제공하는 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)의 적절한 커패시턴스 값들이 결정되도록 근거리 RF 신호가 감지될 수 있다. 안테나 로딩을 감지하기 위한 적응적 자기 튜닝 가능한 안테나 시스템(adaptive self-tunable antenna system)의 실시예들은 그 전체가 본 명세서에 참조용으로 인용된, 공동 양도된 미국 특허 출원 공개 제2015/0162897호에 기술된다.
도 4는 결합기(206) 및 대역 통과 필터(216)를 구성하는 별개의 구성 요소들의 추가 세부 사항들을 포함하는 튜닝 가능한 결합기 시스템(112)의 실시예의 예시적인 개략도이다. 앞서 기술된 바와 같이, 2개의 포트(202, 204)는 도 1에 도시되는 증폭기(106, 110)와 같은 튜닝 가능한 결합기 시스템(112)의 외부로부터 RF 신호들을 수신할 수 있다. RF 신호들은 튜닝 가능한 결합기 시스템(112)에 의해, 특히 결합기(206)에 의해, 결합된 RF 신호로 결합될 수 있다. 결합기(206)는 도 3 및 4에 도시되는 바와 같이 출력 변압기 레그(306)를 갖는 별개의 듀얼 스테이지 윌킨슨 결합기일 수 있다. 듀얼 스테이지 윌킨슨 결합기는 RF 신호들을 결합된 RF 신호로 결합하기 위해 (도 3에서 λ/4로 표시되는) 1/4 파 송신선들을 포함할 수 있다. 1/4 파 송신선의 각 섹션은 별개의 인덕터-커패시터(LC) 파이-토폴로지(discrete inductor-capacitor (LC) pi-topology)로 구현될 수 있다.
특히, 결합기(206)는 (인덕터(L4) 및 커패시터(C6)를 사용하여) 포트(202) 상에서 수신된 RF 신호에 대한 1/4 파 송신선의 제1 섹션, 및 (인덕터(L5) 및 캐패시터(C8)를 사용하여) 포트(204) 상에서 수신된 RF 신호에 대한 1/4 파 송신선의 제1 섹션을 포함하는 제1 스테이지(302)를 포함할 수 있다. 결합기(206)는 (인덕터(L2) 및 커패시터(C3)를 사용하여) 포트(202) 상에서 수신된 RF 신호에 대한 1/4 파 송신선의 제2 섹션, 및 (인덕터(L3) 및 커패시터(C5)를 사용하여) 포트(204) 상에서 수신되는 RF 신호에 대한 1/4 파 송신선의 제2 섹션을 포함하는 제2 스테이지(304)를 더 포함할 수 있다. 포트들(202 및 204)에서 수신된 2개의 RF 신호 사이의 분리는 섹션들 사이의 저항기-커패시터(RC) 뱅크들(즉, Z1: 제1 스테이지(302)에서 저항기(R2)-커패시터(C7), 및 Z2: 제2 스테이지(304)에서 저항기(R1)-커패시터(C4))에 의해 결정되는 저항에 의해 정의될 수 있다. 제1 스테이지(302) 및 제2 스테이지(304)내의 구성 요소들의 값들은 결합기(206)에 대한 최적의 삽입 손실 및 귀환 손실을 제공하도록 선택될 수 있다.
결합기(206)는 또한 인덕터(208) 및 커패시터들(C1 및 C2)을 포함하는 출력 변압기 레그(306)를 포함한다. 출력 변압기 레그(306)는 도 4에 보여진 바와 같이, 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크(210)에 결합된다. 특히, 커패시터(C2)는 튜닝 가능한 커패시터(212)와 함께 접지에 병렬이고, 커패시터(C1)는 튜닝 가능한 커패시터(214)와 함께 접지에 병렬이다. 앞서 기술된 바와 같이, 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)의 커패시턴스 값들의 적절한 값들을 선택하는 것은 결합기(206)의 제1 및 제2 스테이지들(302, 304)에서 RF 신호들을 최적으로 분리하면서 튜닝 가능한 결합기 시스템(112)이 더 넓은 대역폭을 갖는 것을 허용한다. 대역 통과 필터(216)는 도 4에 보여진 바와 같이 결합기(206) 및 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크(210)에 결합되고, 별개의 인덕터들(Lp, Ls, Lt) 및 별개의 커패시터들(Cs, Ct)로 구성된다. 커패시터들(Cp)은 대역 통과 필터(216)와 안테나(114) 사이 및 대역 통과 필터(216)와 결합기(112)의 다른 구성 요소들 사이의 블로킹 커패시터들로서 작용한다.
튜닝 가능한 결합기 시스템(112)의 별개의 구성 요소들의 적절한 값들은 포트들(202, 204)로부터 안테나(114)로의 삽입 손실이 최소화되는 시뮬레이션 및 평가에 기초하여 결정될 수 있다. 시뮬레이션 및 평가는 또한 포트(202)와 포트(204) 사이의 분리의 공진 주파수를 결정하기 위해 이용될 수 있다. 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크(210)(즉, 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214))는 포트들(202, 204)로부터 안테나(114)로의 삽입 손실에 최소한의 영향을 가지면서 포트(202)와 포트(204) 사이의 분리에 대하여 공진 주파수를 변경하기 위해 사용될 수 있다.
튜닝 가능한 결합기 시스템(112)을 사용하여 RF 신호들을 결합하기 위한 프로세스(500)의 실시예가 도 5에 보여진다. 프로세스(500)는 안테나 상에서 송신될 수 있는 필터링된 결합된 RF 신호를 야기할 수 있다. 필터링된 결합된 RF 신호는 각각이 오디오 신호를 포함하는 상이한 주파수들에서의 2개의 RF 신호를 포함할 수 있다. 하나 이상의 프로세서들 및/또는 다른 처리 구성 요소들(예를 들어, 아날로그 대 디지털 변환기들(analog to digital converters), 암호화 칩들 등)은 프로세스(500)의 임의의, 몇몇, 또는 모든 단계들을 수행할 수 있다. 하나 이상의 다른 유형들의 구성 요소들(예를 들어, 메모리, 입력 및/또는 출력 디바이스들, 송신기들, 수신기들, 버퍼들, 드라이버들, 별개의 구성 요소들 등)은 또한 프로세스(500)의 임의의, 몇몇, 또는 모든 단계들을 수행하기 위해 프로세서들 및/또는 다른 처리 구성 요소들과 함께 이용될 수 있다. 프로세서들 및/또는 다른 처리 구성 요소들은 또한 튜닝 가능한 결합기 시스템(112) 및/또는 RF 송신기(100) 내의 다른 기능을 수행할 수 있다.
단계(502)에서, 2개의 RF 신호는 튜닝 가능한 결합기 시스템 내의 결합기에서 수신될 수 있다. 2개의 RF 신호의 각각은 예를 들어 상이한 주파수들에서 아날로그 또는 디지털 변조 방식에 따라 변조된 오디오 신호를 포함할 수 있다. 2개의 RF 신호는 프로세스(500)에서 결합기에 의해 결합될 것이다. 단계(504)에서, 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 커패시턴스 값이 결정될 수 있다. 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크는 결합된 RF 신호를 출력하는 결합기의 출력 포트에 결합될 수 있다. 결정된 커패시턴스 값은 단계(506)에서 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크 상에 설정될 수 있다. 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 커패시턴스 값은 넓은 작동 대역폭을 제공하면서 결합기에서 RF 신호들 사이의 최대 분리를 제공하도록 결정된다.
몇몇 실시예들에서, 커패시턴스 값은 제1 및 제2 RF 신호들의 주파수들에 기초하여 단계(504)에서 결정될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 그러한 주파수들에 대한 최대 분리를 제공하는 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)의 적절한 커패시턴스 값들이 결정되도록 RF 신호들의 주파수들을 갖는 룩업 테이블을 쿼리할 수 있다. 튜닝 가능한 커패시터들(212, 214)의 가능한 커패시턴스 값들은 미리 결정되고, RF 신호들의 가능한 주파수들과 연관되는 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 다른 실시예들에서, 커패시턴스 값은 RF 스펙트럼의 측정치들 및/또는 송신 안테나의 로딩에 기초하여 단계(504)에서 결정될 수 있다. 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크는 하나, 둘, 또는 그 이상의 디지털 튜닝 가능한 커패시터들을 포함할 수 있고, 몇몇 실시예들에서 프로세서에 의해 제어 가능할 수 있다. 예를 들어, 디지털로 튜닝 가능한 커패시터들은 프로세서에 의해 직렬 인터페이스 또는 다른 제어 포트를 통해 제어될 수 있다.
단계(508)에서, 2개의 RF 신호는 결합기를 이용하여, 결합된 RF 신호로 결합될 수 있다. 실시예들에서, 결합기는 앞서 기술되는 바와 같이 출력 변압기 레그를 갖는 듀얼 스테이지 윌킨슨 결합기일 수 있다. 제1 RF 신호는 결합기의 제1 포트에서 수신될 수 있고, 제2 RF 신호는 결합기의 제2 포트에서 수신될 수 있고, 결합된 RF 신호는 결합기의 출력 포트 상에 출력될 수 있다. 다른 실시예들에서, 결합기는 별개의 브랜치라인 결합기 또는 별개의 하이브리드 결합기일 수 있다.
단계(510)에서, 결합된 RF 신호는 필터링된 결합된 RF 신호로 대역 통과 필터링될 수 있다. 단계(510)에서 이용된 대역 통과 필터의 입력은 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크 및 결합기의 출력에 결합될 수 있고, 대역 통과 필터의 출력은 송신 안테나에 결합될 수 있다. 단계(510)에서 대역 통과 필터는 RF 송신기(100)에 의해 송신되는 주파수 대역 밖에 있는 원하지 않는 신호들을 차단 및 감쇠함으로써, 결합기로부터의 결합된 RF 신호를 필터링할 수 있다. 원하지 않는 신호들은 예를 들어, 증폭기들에 의해 생성된 제2 고조파와 같은 기생 방출들을 포함할 수 있다. 필터링된 결합된 RF 신호는 안테나 상에 송신될 수 있다.
도면들에서 임의의 프로세스 설명들 또는 블록들은 프로세스에서 특정 논리 기능들 또는 단계들을 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능 명령어들을 포함하는 모듈들, 세그먼트들, 또는 코드의 부분들을 나타내는 것으로 이해되어야 하고, 대체 구현들은 본 기술분야의 통상의 기술을 갖는 자에 의해 이해되는 바와 같이, 수반되는 기능에 따라, 실질적으로 동시에 또는 역순을 포함하여, 보여진 또는 논의된 것과는 다른 순서로 기능들이 실행될 수 있는 본 발명의 실시예들의 범위 내에 포함될 수 있다.
본 개시 내용은 그것의 진정한, 의도된, 및 공정한 범위 및 사상을 제한하기보다는 기술에 따라 어떻게 다양한 실시예들을 형성하고 사용할지를 설명하기 위한 것이다. 전술한 설명은 개시된 정확한 형태들로 제한되거나 완전하게 설명되는 것이 아니다. 위에서의 교시들에 비추어 수정들 또는 변형들이 가능하다. 실시예(들)는 설명되는 기술의 원리 및 그것의 실제 응용의 가장 좋은 설명을 제공하고, 본 기술분야의 통상의 기술자가 다양한 실시예들에서 및 다양한 수정들에서 예상되는 구체적인 사용에 적합한대로 기술을 이용하도록 선택 및 기술되었다. 그러한 모든 수정들 및 변형들은 타당하고, 합법적이고, 공정하게 권리를 받은 범위에 따라 해석될 때, 특허에 대한 본 출원의 계류 중에 보정될 수 있는 첨부된 청구항들, 및 그것의 모든 등가물들에 의해 결정된 대로의 실시예들의 범위 내에 있다.

Claims (20)

  1. 튜닝 가능한 결합기 시스템(tunable combiner system)으로서,
    제1, 제2, 및 제3 포트들을 갖는 결합기 -상기 결합기는 상기 제1 포트에서 수신되는 제1 무선 주파수(radio frequency)(RF) 신호 및 상기 제2 포트에서 수신되는 제2 RF 신호를 상기 제3 포트에서 결합된 RF 신호로 결합하도록 구성되고, 상기 제1 및 제2 RF 신호들의 각각은 제1 주파수 및 제2 주파수에서 각각 변조되는 오디오 신호를 포함함 - ;
    상기 결합기의 상기 제3 포트에 결합되는 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크; 및
    상기 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크에 결합되는 입력, 및 송신 안테나에 결합하기 위한 출력을 갖는 대역 통과 필터
    를 포함하는 튜닝 가능한 결합기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크는,
    상기 결합기의 제3 포트 및 접지에 결합되는 제1 튜닝 가능한 커패시터; 및
    상기 대역 통과 필터의 입력 및 접지에 결합되는 제2 튜닝 가능한 커패시터
    를 포함하는, 튜닝 가능한 결합기 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결합기는 윌킨슨(Wilkinson) 결합기를 포함하는, 튜닝 가능한 결합기 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 윌킨슨 결합기는 출력 변압기 레그(output transformer leg)를 갖는 듀얼 스테이지 윌킨슨 결합기를 포함하는, 튜닝 가능한 결합기 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 출력 변압기 레그는,
    상기 제1 튜닝 가능한 커패시터와 함께 접지에 병렬인 제1 커패시터;
    상기 제2 튜닝 가능한 커패시터와 함께 접지에 병렬인 제2 커패시터; 및
    상기 제1 커패시터, 상기 제2 커패시터, 상기 제1 튜닝 가능한 커패시터, 및 상기 제2 튜닝 가능한 커패시터에 결합되는 인덕터
    를 포함하는, 튜닝 가능한 결합기 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 대역 통과 필터는 별개의 구성 요소들로 구성되는, 튜닝 가능한 결합기 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 튜닝 가능한 커패시터들의 각각은 디지털 튜닝 가능한 커패시터(digitally tunable capacitor)를 포함하는, 튜닝 가능한 결합기 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 디지털 튜닝 가능한 커패시터는 마이크로전자기계 커패시터(microelectromechanical capacitor)를 포함하는, 튜닝 가능한 결합기 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 디지털 튜닝 가능한 커패시터는 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 스위칭된 이산 커패시터(switched discrete capacitor)를 포함하는, 튜닝 가능한 결합기 시스템.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 튜닝 가능한 커패시터들의 커패시턴스 값들은 상기 제1 RF 신호의 상기 제1 주파수 및 상기 제2 RF 신호의 상기 제2 주파수에 기초하여 결정되는, 튜닝 가능한 결합기 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 튜닝 가능한 커패시터들과 통신하는 프로세서를 더 포함하고, 상기 프로세서는:
    상기 제1 RF 신호의 상기 제1 주파수 및 상기 제2 RF 신호의 상기 제2 주파수를 수신하고;
    상기 제1 및 제2 RF 신호들의 상기 제1 및 제2 주파수들에 각각 기초하여 상기 제1 및 제2 튜닝 가능한 커패시터들의 커패시턴스 값들을 결정하고;
    상기 제1 및 제2 튜닝 가능한 커패시터들의 커패시턴스 값들을 설정하도록 구성되는, 튜닝 가능한 결합기 시스템.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 튜닝 가능한 커패시터들과 통신하는 프로세서를 더 포함하고, 상기 프로세서는:
    상기 송신 안테나와 연관된 안테나 로딩 데이터를 수신하고;
    상기 안테나 로딩 데이터에 기초하여 상기 제1 및 제2 튜닝 가능한 커패시터들의 커패시턴스 값들을 결정하고;
    상기 제1 및 제2 튜닝 가능한 커패시터들의 커패시턴스 값들을 설정하도록 구성되는, 튜닝 가능한 결합기 시스템.
  13. 제1 무선 주파수(RF) 신호와 제2 RF 신호를 결합하는 방법으로서,
    결합기의 제1 포트에서의 상기 제1 RF 신호 및 상기 결합기의 제2 포트에서의 상기 제2 RF 신호를 수신하는 단계 -상기 제1 및 제2 RF 신호들의 각각은 제1 주파수 및 제2 주파수에서 각각 변조되는 오디오 신호를 포함함-;
    상기 결합기의 출력 포트에 결합되는 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 커패시턴스 값을 결정하는 단계;
    상기 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 결정된 커패시턴스 값을 설정하는 단계;
    상기 결합기를 이용하여, 상기 결합기의 출력 포트에서 상기 제1 및 제2 RF 신호들을 함께 결합된 RF 신호로 결합하는 단계; 및
    대역 통과 필터를 사용하여 상기 결합된 RF 신호를 필터링된 결합된 RF 신호로 대역 통과 필터링하는 단계 -상기 대역 통과 필터는 상기 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크에 결합되는 입력, 및 송신 안테나에 결합하기 위한 출력을 가짐-
    를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 커패시턴스 값을 결정하는 단계는 프로세서를 사용하여, 각각 상기 제1 및 제2 RF 신호들의 상기 제1 및 제2 주파수들에 기초하여 상기 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 커패시턴스 값들을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 커패시턴스 값들을 결정하는 단계는 상기 프로세서를 사용하여, 상기 제1 및 제2 주파수들을 갖는 룩업 테이블 쿼리하는 단계를 포함하고, 상기 룩업 테이블은 상기 프로세서와 통신하는 메모리 내에 저장되는, 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크는,
    상기 결합기의 출력 포트 및 접지에 결합되는 제1 튜닝 가능한 커패시터; 및
    상기 대역 통과 필터의 입력 및 접지에 결합되는 제2 튜닝 가능한 커패시터
    를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 커패시턴스 값을 결정하는 단계는 프로세서를 사용하여, 상기 제1 및 제2 RF 신호들의 상기 제1 및 제2 주파수들에 각각 기초하여 상기 제1 및 제2 튜닝 가능한 커패시터들의 커패시턴스 값들을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 결정된 커패시턴스 값을 설정하는 단계는 상기 프로세서를 사용하여 상기 제1 및 제2 튜닝 가능한 커패시터들의 결정된 커패시턴스 값들을 설정하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 커패시턴스 값들을 결정하는 단계는 RF 스펙트럼내의 상호 변조 값들(intermodulation values)의 측정치들에 기초하여 상기 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 커패시턴스 값들을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 커패시턴스 값들을 결정하는 단계는 상기 송신 안테나와 연관되는 안테나 로딩 데이터에 기초하여 상기 튜닝 가능한 커패시턴스 네트워크의 커패시턴스 값들을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 결합기는 윌킨슨 결합기를 포함하는, 방법.
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