KR102535454B1 - Phase shift method using phase shifter and frequency multiplier and apparatus for performing the same - Google Patents
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Abstract
위상 천이기에 의해, 입력 신호의 위상을 변화시키는 단계와, 주파수 체배기에 의해, 상기 위상이 변화된 입력 신호의 주파수를 체배 계수(N)만큼 상향 변환시키는 단계를 포함하는, 위상 천이 방법 및 이를 수행하는 장치가 개시된다. 상기 위상 천이 방법 및 이를 수행하는 장치에 따르면, 종래의 주파수 체배기와 연동되는 초고주파 LO 빔포밍 기술에서 주파수 체배기를 통과했을 때 낮아지는 위상 분해능을 극복할 수 있다.A phase shift method comprising changing the phase of an input signal by a phase shifter and upconverting the frequency of the input signal whose phase is changed by a multiplication factor (N) by a frequency multiplier, and performing the same device is started. According to the phase shift method and apparatus performing the same, it is possible to overcome the phase resolution that is lowered when passing through a frequency multiplier in an ultra-high frequency LO beamforming technology that is interlocked with a conventional frequency multiplier.
Description
본 발명은 위상 천이기와 주파수 체배기를 이용한 위상 천이 방법 및 이를 수행하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a phase shift method using a phase shifter and a frequency multiplier and an apparatus for performing the same.
최근 차세대 5G 무선 이동통신망, 자율 주행 차량 및 자율 비행 드론용 레이더 시스템 등에서 밀리미터파 응용 시스템에 대한 상업적 필요성이 커지면서 고속 데이터 전송의 효율적인 구현을 위해 위상 배열 안테나와 빔포밍 기술이 각광받고 있다.Recently, as the commercial need for millimeter wave application systems has increased in next-generation 5G wireless mobile communication networks, autonomous vehicles, and radar systems for autonomous drones, phased array antennas and beamforming technologies are in the limelight for efficient implementation of high-speed data transmission.
빔포밍 기술은 구조에 따라 무선 주파수(radio frequency, RF)에서 빔포밍을 수행하는 다이렉트 컨버전(direct conversion) 구조와 중심 주파수(intermediate frequency, IF) 또는 국부 발진기(local oscillator, LO) 주파수에서 빔포밍을 수행하는 슈퍼헤테로다인(superheterodyne) 구조로 나눌 수 있다.Beamforming technology is a direct conversion structure that performs beamforming at radio frequency (RF) depending on the structure and beamforming at intermediate frequency (IF) or local oscillator (LO) frequency It can be divided into superheterodyne structures that perform
빔포밍에서 0° ~ 360°의 위상 분해를 얻기 위해서는 위상 천이기의 위상 분해를 0° ~ 360°로 하는 위상 천이기를 사용하거나 위상 천이기의 위상 분해를 단일 사분면(예: 0° ~ 90°)에서 수행한 후 4배수 체배기(quadrupler)를 이용하여 위상 천이를 0° ~ 360°로 확장한다.To obtain a phase resolution of 0° to 360° in beamforming, use a phase shifter with a phase resolution of 0° to 360°, or use a phase shifter with a phase resolution of 0° to 360°, or a single quadrant (e.g., 0° to 90°). ), the phase shift is extended from 0° to 360° using a quadrupler.
RF 빔포머의 경우 구조가 간단하다는 장점이 있지만 무선 주파수(RF) 대역에서 빔포밍을 수행해야 하기 때문에 위상 천이기의 삽입 손실이 증가하여 신호대잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 확보하기 위해 고이득의 증폭기가 필요하다는 문제점이 있다.The RF beamformer has the advantage of having a simple structure, but since beamforming must be performed in the radio frequency (RF) band, the insertion loss of the phase shifter increases, making it difficult to secure a signal to noise ratio (SNR). There is a problem that a gain amplifier is required.
초고주파에서 LO 위상 빔포밍 구조를 이용하는 경우 N배수 체배기가 일반적으로 사용된다. 예를 들어, N=4인 경우 fLO/4에서 위상을 제어할 경우 4배수 체배기를 통과한 신호가 n비트(360°/2n)의 위상 분해능을 얻기 위해서는 채배기 앞단의 위상 천이기 위상 분해능이 n+2비트(360°/2n+2)이어야 한다. 따라서 이 방식에서 높은 위상 분해능을 얻기 위해서는 위상 분해능이 더 미세하여야 하고, 이러한 높은 위상 분해능을 얻기 힘들다는 문제점이 있다.In the case of using the LO phase beamforming structure at ultra-high frequencies, an N-multiplier is generally used. For example, if N = 4 and the phase is controlled at f LO /4, the phase shifter at the front of the multiplier is required to obtain phase resolution of n bits (360°/2 n ) for the signal passing through the quadruple multiplier. The resolution must be n+2 bits (360°/2 n+2 ). Therefore, in order to obtain a high phase resolution in this method, the phase resolution must be finer, and there is a problem that it is difficult to obtain such a high phase resolution.
본 발명의 목적은 종래의 주파수 체배기와 연동되는 초고주파 LO 빔포밍 기술에서 주파수 체배기를 통과했을 때 낮아지는 위상 분해능을 극복할 수 있는 위상 천이 방법 및 이를 수행하는 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a phase shift method capable of overcoming the phase resolution that is lowered when passing through a frequency multiplier in an ultra-high frequency LO beamforming technology interlocked with a conventional frequency multiplier and an apparatus for performing the same.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited thereto, and may be expanded in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상 천이 방법은 위상 천이기에 의해, 입력 신호의 위상을 변화시키는 단계와, 주파수 체배기에 의해, 상기 위상이 변화된 입력 신호의 주파수를 체배 계수(N)만큼 상향 변환시키는 단계를 포함한다.A phase shift method according to an embodiment of the present invention includes changing the phase of an input signal by a phase shifter, and upconverting the frequency of the input signal whose phase is changed by a multiplication factor (N) by a frequency multiplier. Include steps.
일 측면에 따르면, 상기 위상 천이기의 위상 분해능(°)은 하기의 수학식According to one aspect, the phase resolution (°) of the phase shifter is expressed by the following equation
에 의해 결정 - 여기서, n은 상기 위상 천이기의 위상 분해능(비트)이고, x는 위상 상태 변동 개수임 - 될 수 있다.where n is the phase resolution (bits) of the phase shifter and x is the number of phase state variations.
일 측면에 따르면, 상기 주파수 체배기를 통과한 신호에 대한 총 위상 분해능(°)은 하기의 수학식According to one aspect, the total phase resolution (°) of the signal passing through the frequency multiplier is the following equation
에 의해 결정 - 여기서, n은 위상 천이기의 위상 분해능(비트)이고, x는 위상 상태 변동 개수이고, N은 체배 계수임 - 될 수 있다.where n is the phase resolution (bits) of the phase shifter, x is the number of phase state variations, and N is the multiplication factor.
일 측면에 따르면, 상기 위상 상태 변동 개수(x)는 상기 체배 계수(N)와 관계없이 위상이 겹치는 점이 발생하지 않는 값을 갖도록 결정될 수 있다.According to one aspect, the phase state variation number (x) may be determined to have a value at which a point of overlapping phase does not occur regardless of the multiplication factor (N).
일 측면에 따르면, 상기 주파수 체배기는 2배수 체배기를 포함할 수 있다.According to one aspect, the frequency multiplier may include a two-fold multiplier.
일 측면에 따르면, 상기 방법은 상기 입력 신호의 위상을 변화시키는 단계 이후에, 증폭기에 의해, 상기 위상이 변화된 입력 신호의 크기를 증폭시키는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one aspect, the method may further include, after changing the phase of the input signal, amplifying, by an amplifier, a magnitude of the input signal whose phase is changed.
본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 천이 장치는 입력 신호의 위상을 변화시키는 위상 천이기와, 상기 위상이 변화된 입력 신호의 주파수를 체배 계수(N)만큼 상향 변환시키는 주파수 체배기를 포함한다.A phase shift device according to another embodiment of the present invention includes a phase shifter that changes the phase of an input signal and a frequency multiplier that upconverts the frequency of the phase-changed input signal by a multiplication factor (N).
일 측면에 따르면, 상기 위상 천이기의 위상 분해능(°)은 하기의 수학식According to one aspect, the phase resolution (°) of the phase shifter is expressed by the following equation
에 의해 결정 - 여기서, n은 상기 위상 천이기의 위상 분해능(비트)이고, x는 위상 상태 변동 개수임 - 될 수 있다.where n is the phase resolution (bits) of the phase shifter and x is the number of phase state variations.
일 측면에 따르면, 상기 주파수 체배기를 통과한 신호에 대한 총 위상 분해능(°)은 하기의 수학식According to one aspect, the total phase resolution (°) of the signal passing through the frequency multiplier is the following equation
에 의해 결정 - 여기서, n은 위상 천이기의 위상 분해능(비트)이고, x는 위상 상태 변동 개수이고, N은 체배 계수임 - 될 수 있다.where n is the phase resolution (bits) of the phase shifter, x is the number of phase state variations, and N is the multiplication factor.
일 측면에 따르면, 상기 위상 상태 변동 개수(x)는 상기 체배 계수(N)와 관계없이 위상이 겹치는 점이 발생하지 않는 값을 갖도록 결정될 수 있다.According to one aspect, the phase state variation number (x) may be determined to have a value at which a point of overlapping phase does not occur regardless of the multiplication factor (N).
일 측면에 따르면, 상기 주파수 체배기는 2배수 체배기를 포함할 수 있다.According to one aspect, the frequency multiplier may include a two-fold multiplier.
일 측면에 따르면, 상기 장치는 상기 위상이 변화된 입력 신호의 크기를 증폭시키는 증폭기를 더 포함할 수 있다.According to one aspect, the device may further include an amplifier for amplifying the magnitude of the phase-changed input signal.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, it does not mean that a specific embodiment must include all of the following effects or only the following effects, so it should not be understood that the scope of rights of the disclosed technology is limited thereby.
전술한 본 발명의 실시예들에 따른 위상 천이 방법 및 이를 수행하는 장치에 따르면, 종래의 주파수 체배기와 연동되는 초고주파 LO 빔포밍 기술에서 주파수 체배기를 통과했을 때 낮아지는 위상 분해능을 극복할 수 있다.According to the above-described phase shift method and apparatus for performing the same according to the embodiments of the present invention, it is possible to overcome the phase resolution that is lowered when passing through the frequency multiplier in the ultra-high frequency LO beamforming technology interlocked with the conventional frequency multiplier.
또한 신호의 위상 변화가 낮은 주파수에서 이루어지기 때문에 위상 천이기의 삽입 손실을 줄일 수 있어 시스템 전체 SNR 확보에 유리하며, 0° ~ 360°의 위상 천이를 유지하면서 비슷한 수준의 복잡도를 가지는 종래기술에 비해 더 높은 위상 분해능을 얻을 수 있다.In addition, since the phase change of the signal is performed at a low frequency, the insertion loss of the phase shifter can be reduced, which is advantageous in securing the overall SNR of the system. A higher phase resolution can be obtained compared to
도 1은 다이렉트 컨버전 구조와 슈퍼헤테로다인 구조를 도시한 것이다.
도 2는 4배수 체배기를 이용하는 위상 천이 방법의 개념도이다.
도 3은 슈퍼헤테로다인 구조를 이용한 위상 천이 방법에서 2배수가 포함된 체배기를 이용하는 경우 위상 분해능의 감소를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 천이 방법의 순서도이다.
도 5는 위상 상태 변동 개수(x)가 -1인 경우의 위상 분해능을 도시한 것이다.
도 6은 위상 상태 변동 개수(x)가 +1인 경우의 위상 분해능을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 천이 장치의 구성도이다.1 shows a direct conversion structure and a superheterodyne structure.
2 is a conceptual diagram of a phase shift method using a quadruple multiplier.
FIG. 3 is a diagram for explaining a decrease in phase resolution when a multiplier including a double is used in a phase shift method using a superheterodyne structure.
4 is a flowchart of a phase shift method according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates the phase resolution when the number of phase state variations (x) is -1.
6 shows phase resolution when the number (x) of phase state variations is +1.
7 is a configuration diagram of a phase shift device according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.
그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It should be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. something to do. On the other hand, when a component is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as "comprise" or "having" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and are not interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. .
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 명확하고 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described clearly and in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention.
도 1은 다이렉트 컨버전 구조와 슈퍼헤테로다인 구조를 도시한 것이다.1 shows a direct conversion structure and a superheterodyne structure.
도 1의 (a)는 무선 주파수(radio frequency, RF)에서 빔포밍을 수행하는 다이렉트 컨버전(direct conversion) 구조를 도시하고, 도 1의 (b)는 중심 주파수(intermediate frequency, IF) 또는 국부 발진기(local oscillator, LO) 주파수에서 빔포밍을 수행하는 슈퍼헤테로다인(superheterodyne) 구조를 도시한다.FIG. 1 (a) shows a direct conversion structure for performing beamforming at a radio frequency (RF), and FIG. 1 (b) shows an intermediate frequency (IF) or local oscillator. It shows a superheterodyne structure that performs beamforming at a (local oscillator, LO) frequency.
다이렉트 컨버전 방식의 빔포머는 구조가 간단하다는 장점이 있지만 무선 주파수(RF) 대역에서 빔포밍을 수행해야 하기 때문에 위상 천이기의 삽입 손실이 증가하여 신호대잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 확보하기 위해 고출력의 전력 증폭기가 필요하다는 문제점이 있다.The direct-conversion beamformer has the advantage of having a simple structure, but since beamforming must be performed in the radio frequency (RF) band, the insertion loss of the phase shifter increases, making it difficult to secure a signal to noise ratio (SNR). There is a problem that a high-output power amplifier is required for this purpose.
슈퍼헤테로다인 구조에서 위상 천이기 이후 주파수를 높이기 위해 주파수 체배기가 사용되는 경우 3배수 체배기(tripler)를 제외한 2배수가 포함된 체배기를 이용하는 모든 경우에는 위상 천이기의 위상 분해능보다 낮은 위상 분해능을 얻게 된다. 위상 천이기의 위상 분해능이 n비트(360°/2n)일 때 2배수 체배기가 1번 포함된 체배기를 통과하면 위상 분해능은 n-1비트(360°/2n-1)로 감소한다.When a frequency multiplier is used to increase the frequency after a phase shifter in a superheterodyne structure, in all cases using a multiplier including a doubler except for a tripler, a phase resolution lower than that of the phase shifter is obtained. do. When the phase resolution of the phase shifter is n bits (360°/2 n ), the phase resolution decreases to n-1 bits (360°/2 n-1 ) when the double multiplier passes through the multiplier included once.
도 2는 4배수 체배기를 이용하는 위상 천이 방법의 개념도이다.2 is a conceptual diagram of a phase shift method using a quadruple multiplier.
도 2를 참조하면, 4배수 체배기를 이용하는 위상 천이 방법에서는 위상 천이기의 위상 분해를 단일 사분면(예: 0° ~ 90°)에서 수행(도 2의 (a)의 PS)한 후 4배수 체배기(quadrupler)를 이용하여 위상 천이를 0° ~ 360°로 확장한다(도 2의 (a)의 X4 블록).Referring to FIG. 2, in the phase shift method using a quadruple multiplier, the phase decomposition of the phase shifter is performed in a single quadrant (eg, 0° to 90°) (PS in FIG. 2 (a)), and then the quadruple multiplier The phase shift is extended from 0° to 360° using a quadrupler (X4 block in FIG. 2(a)).
예를 들어, 도 2의 (c)와 같은 위상 분해능을 얻기 위해서, 먼저 도 2의 (b)와 같이 단일 사분면에서 위상 분해를 수행한 후 4배수 체배기를 이용하여 0° ~ 360°범위로 확장한다. 여기서, 3비트(45°)의 위상 분해능을 얻기 위해서는 4배수 체배기를 통과하기 전의 단일 사분면에서는 5비트(11.25°)의 위상 분해능이 필요하다.For example, in order to obtain phase resolution as shown in (c) of FIG. 2, first, phase decomposition is performed in a single quadrant as shown in (b) of FIG. do. Here, in order to obtain a phase resolution of 3 bits (45°), a phase resolution of 5 bits (11.25°) is required in a single quadrant before passing through a quadruple multiplier.
즉, 4배수 체배기를 이용하는 방식에서 4배수 체배기를 통과한 신호가 n비트(360°/2n)의 위상 분해능을 얻기 위해서는 위상 천이기의 위상 분해능이 n+2비트(360°/2n+2)이어야 한다. 따라서 이 방식에서 높은 위상 분해능을 얻기 위해서는 위상 분해능이 더 미세하여야 하고, 이러한 높은 위상 분해능을 얻기 힘들다는 문제점이 있다.That is, in order to obtain a phase resolution of n bits (360°/2 n ) for a signal passing through a quadruple multiplier in a method using a quadruple multiplier, the phase resolution of the phase shifter is n+2 bits (360°/2 n+ 2 ) should be Therefore, in order to obtain a high phase resolution in this method, the phase resolution must be finer, and there is a problem that it is difficult to obtain such a high phase resolution.
도 3은 슈퍼헤테로다인 구조를 이용한 위상 천이 방법에서 2배수가 포함된 체배기를 이용하는 경우 위상 분해능의 감소를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a diagram for explaining a decrease in phase resolution when a multiplier including a double is used in a phase shift method using a superheterodyne structure.
슈퍼헤테로다인 구조에서 위상 천이기 이후 주파수를 높이기 위해 주파수 체배기가 사용되는 경우 3배수 체배기(tripler)를 제외한 2배수가 포함된 체배기를 이용하는 모든 경우에는 위상 천이기의 위상 분해능보다 낮은 위상 분해능을 얻게 된다. 위상 천이기의 위상 분해능이 n비트(360°/2n)일 때 2배수 체배기가 1번 포함된 체배기를 통과하면 최종 위상 분해능은 n-1비트(360°/2n-1)로 감소하며, 2배수 체배기가 a번 포함된 체배기를 통과하면 위상 분해능은 n-a비트(360°/2n-a)로 감소한다.When a frequency multiplier is used to increase the frequency after a phase shifter in a superheterodyne structure, in all cases using a multiplier including a doubler except for a tripler, a phase resolution lower than that of the phase shifter is obtained. do. When the phase resolution of the phase shifter is n bits (360°/2 n ), if the double multiplier passes through the multiplier containing one time, the final phase resolution is reduced to n-1 bits (360°/2 n-1 ), , the phase resolution decreases to na bits (360°/2 na ) when the double multiplier passes through the multiplier included at number a.
예를 들어, 도 3의 (a)와 같이 4비트(22.5°)의 위상 천이기를 통과한 신호에 대해서 2배수 체배기를 이용하는 경우를 가정하면, 도 3의 (b)와 같이 2배수 체배기가 1번 포함된 체배기(N=2)를 이용하면 위상 분해능이 3비트(45°)로 감소하고, 도 3의 (c)와 같이 2배수 체배기가 2번 포함된 체배기(N=4)를 이용하면 위상 분해능이 2비트(90°)로 감소한다.For example, assuming a case where a double multiplier is used for a signal that has passed through a 4-bit (22.5°) phase shifter as shown in (a) of FIG. 3, the double multiplier is 1 as shown in (b) of FIG. When using a multiplier (N = 2) included twice, the phase resolution is reduced to 3 bits (45 °), and when using a multiplier (N = 4) including two multipliers as shown in (c) of FIG. The phase resolution is reduced to 2 bits (90°).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 천이 방법의 순서도이다.4 is a flowchart of a phase shift method according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 단계 S410에서, 위상 천이기에 의해, 입력 신호의 위상을 변화시킨다. 위상 천이기는 전기적 또는 기계적 방법으로 입력 신호의 위상을 변화시킬 수 있다. 위상 천이기의 위상 분해능(°)은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 4 , in step S410, the phase of the input signal is changed by a phase shifter. The phase shifter may change the phase of an input signal electrically or mechanically. The phase resolution (°) of the phase shifter can be expressed as in
여기서, n은 위상 천이기의 위상 분해능(비트)이고, x는 위상 상태 변동 개수이다.Here, n is the phase resolution (bits) of the phase shifter, and x is the number of phase state changes.
단계 S430에서, 증폭기에 의해, 상기 위상이 변화된 입력 신호의 크기를 증폭시킨다. 단계 S430은 필요한 신호의 크기에 따라 선택적으로 적용될 수 있다.In step S430, the amplitude of the phase-changed input signal is amplified by an amplifier. Step S430 may be selectively applied according to the required signal level.
단계 S450에서, 주파수 체배기에 의해, 상기 위상이 변화된 입력 신호의 주파수를 체배 계수(N)만큼 상향 변환시킨다. 주파수 체배기를 통과한 신호에 대한 총 위상 분해능(°)은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In step S450, the frequency of the phase-changed input signal is up-converted by a multiplication factor (N) by a frequency multiplier. The total phase resolution (°) of the signal passing through the frequency multiplier can be expressed as in
여기서, n은 위상 천이기의 위상 분해능(비트)이고, x는 위상 상태 변동 개수이고, N은 체배 계수이다.Here, n is the phase resolution (bits) of the phase shifter, x is the number of phase state variations, and N is the multiplication factor.
수학식 2를 참조하면, 위상 상태 변동 개수(x)가 0이면, 3배수 체배기가 사용된 경우를 제외하고는(즉, N≠3, 9, …), 도 3에서와 같이, 체배 계수(N)에 따라 위상이 겹치는 점이 발생하여 실질적인 총 위상 분해능이 감소한다.Referring to
따라서 위상 상태 변동 개수(x)가 수학식 2에서 체배 계수(N)와 관계없이 위상이 겹치는 점이 발생하지 않는 값을 갖도록 결정된다면 총 위상 분해능을 그대로 유지할 수 있다.Therefore, if the number of phase state variations (x) is determined to have a value at which no phase overlap occurs regardless of the multiplication factor (N) in
도 5는 위상 상태 변동 개수(x)가 -1인 경우의 위상 분해능을 도시한 것이다.5 illustrates the phase resolution when the number of phase state variations (x) is -1.
도 5의 (a)는 위상 천이기의 위상 분해능(비트)이 4비트인 경우 수학식 1에 따른 위상 천이기의 위상 분해능(°)을 도시한 것이고, 도 5의 (b)는 2배수 체배기가 1번 포함된 주파수 체배기(N=2)가 사용된 경우 수학식 2에 따른 총 위상 분해능(°)을 도시한 것이고, 도 5의 (c)는 2배수 체배기가 2번 포함된 주파수 체배기(N=4)가 사용된 경우 수학식 2에 따른 총 위상 분해능(°)을 도시한 것이다.5(a) shows the phase resolution (°) of the phase shifter according to
도 4의 예시와 달리, 위상 상태 변동 개수(x)가 -1인 경우 2배수 체배기가 포함된 주파수 체배기를 사용하더라도 위상이 겹치는 점이 생기지 않는 것을 확인할 수 있으며, 따라서 총 위상 분해능을 그대로 유지할 수 있다.Unlike the example of FIG. 4, when the number of phase state variations (x) is -1, it can be seen that even if a frequency multiplier including a double multiplier is used, no phase overlapping point occurs, and thus the total phase resolution can be maintained as it is. .
도 6은 위상 상태 변동 개수(x)가 +1인 경우의 위상 분해능을 도시한 것이다.6 shows phase resolution when the number (x) of phase state variations is +1.
도 6의 (a)는 위상 천이기의 위상 분해능(비트)이 4비트인 경우 수학식 1에 따른 위상 천이기의 위상 분해능(°)을 도시한 것이고, 도 6의 (b)는 2배수 체배기가 1번 포함된 주파수 체배기(N=2)가 사용된 경우 수학식 2에 따른 총 위상 분해능(°)을 도시한 것이고, 도 6의 (c)는 2배수 체배기가 2번 포함된 주파수 체배기(N=4)가 사용된 경우 수학식 2에 따른 총 위상 분해능(°)을 도시한 것이다.6(a) shows the phase resolution (°) of the phase shifter according to
도 5와 마찬가지로, 위상 상태 변동 개수(x)가 1인 경우에도 2배수 체배기가 포함된 주파수 체배기를 사용하더라도 위상이 겹치는 점이 생기지 않는 것을 확인할 수 있으며, 따라서 총 위상 분해능을 그대로 유지할 수 있다.As in FIG. 5, even when the number (x) of phase state variation is 1, it can be confirmed that no phase overlapping point occurs even when a frequency multiplier including a double multiplier is used, and thus the total phase resolution can be maintained as it is.
종래의 위상 천이기는, 예를 들어, 4비트의 위상 분해능(22.5°)을 만들기 위해서는 더 높은 컨트롤 비트를 갖는 컨트롤러를 필요로 한다. 이는 도 3의 (a)에서 4비트의 위상 신호에 해당하는 16개 점들의 x축 및 y축 값을 보면 알 수 있다. 이들 각각의 x축 및 y축 값들은 서로 등간격을 이루지 않는다. 즉, 16개의 위상 상태를 만들기 위해서는 실제 컨트롤러는 최소 필요 제어 신호(전압)에 상응하는 높은 분해능을 가져야만 한다.Conventional phase shifters require controllers with higher control bits to produce, for example, 4 bits of phase resolution (22.5°). This can be seen by looking at the x-axis and y-axis values of 16 points corresponding to the 4-bit phase signal in FIG. 3 (a). Each of these x-axis and y-axis values are not equally spaced from each other. That is, in order to create 16 phase states, an actual controller must have a high resolution corresponding to the minimum required control signal (voltage).
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 천이 방법에 의하면, 도 5의 (a) 및 도 6의 (a)에 도시된 4비트의 위상 신호에 해당하는 16개 점들의 x축 및 y축 값들은 도 3의 (a)에 도시된 4비트의 위상 신호에 해당하는 16개 점들의 x축 및 y축 값들과 큰 차이가 없다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 천이 방법에 의하면 추가적인 컨트롤러의 설계 없이도 종래의 위상 천이기에 비하여 더 고해상도의 위상 제어를 할 수 있다.Meanwhile, according to the phase shift method according to an embodiment of the present invention, the x-axis and y-axis values of 16 points corresponding to the 4-bit phase signal shown in FIGS. 5(a) and 6(a) There is no significant difference from the x-axis and y-axis values of 16 points corresponding to the 4-bit phase signal shown in (a) of FIG. Therefore, according to the phase shift method according to an embodiment of the present invention, phase control with higher resolution than the conventional phase shift can be performed without designing an additional controller.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 천이 장치의 구성도이다.7 is a configuration diagram of a phase shift device according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 천이 장치(700)는 위상 천이기(710), 증폭기(730) 및 주파수 체배기(750)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , a
위상 천이기(710)는 입력 신호의 위상을 변화시킨다. 위상 천이기(710)는 전기적 또는 기계적 방법으로 입력 신호의 위상을 변화시킬 수 있다. 위상 천이기의 위상 분해능(°)은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.The
증폭기(730)는 상기 위상이 변화된 입력 신호의 크기를 증폭시킨다. 증폭기(730)는 필요한 신호의 크기에 따라 선택적으로 사용될 수 있다.The
주파수 체배기(750)는 상기 위상이 변화된 입력 신호의 주파수를 체배 계수(N)만큼 상향 변환시킨다. 주파수 체배기를 통과한 신호에 대한 총 위상 분해능(°)은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.The
수학식 2를 참조하면, 위상 상태 변동 개수(x)가 0이면, 3배수 체배기가 사용된 경우를 제외하고는(즉, N≠3, 9, …), 도 3에서와 같이, 체배 계수(N)에 따라 위상이 겹치는 점이 발생하여 실질적인 총 위상 분해능이 감소한다.Referring to
따라서 위상 상태 변동 개수(x)가 수학식 2에서 체배 계수(N)와 관계없이 위상이 겹치는 점이 발생하지 않는 값을 갖도록 결정된다면 총 위상 분해능을 그대로 유지할 수 있다.Therefore, if the number of phase state variations (x) is determined to have a value at which no phase overlap occurs regardless of the multiplication factor (N) in
전술한 본 발명에 따른 위상 천이 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.The above-described phase shift method according to the present invention can be implemented as computer readable codes on a computer readable recording medium. Computer-readable recording media include all types of recording media in which data that can be deciphered by a computer system is stored. For example, there may be read only memory (ROM), random access memory (RAM), a magnetic tape, a magnetic disk, a flash memory, an optical data storage device, and the like. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed in computer systems connected through a computer communication network, and stored and executed as readable codes in a distributed manner.
이상에서 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although it has been described with reference to the drawings and examples above, it does not mean that the scope of protection of the present invention is limited by the drawings or examples, and those skilled in the art can understand the spirit and spirit of the present invention described in the claims below. It will be understood that the present invention can be variously modified and changed without departing from the scope.
700: 위상 천이 장치
710: 위상 천이기
730: 증폭기
750: 주파수 체배기700: phase shift device
710: phase shift
730: Amplifier
750: frequency multiplier
Claims (12)
주파수 체배기에 의해, 상기 위상이 변화된 입력 신호의 주파수를 체배 계수(N)만큼 상향 변환시키는 단계를 포함하고,
상기 위상 천이기의 위상 분해능(°)은 하기의 수학식
에 의해 결정되는 - 여기서, n은 상기 위상 천이기의 위상 분해능(비트)이고, x는 위상 상태 변동 개수임 -, 위상 천이 방법.changing the phase of the input signal by a phase shifter; and
Up-converting the frequency of the phase-changed input signal by a multiplication factor (N) by a frequency multiplier;
The phase resolution (°) of the phase shifter is expressed by the following equation
Wherein n is the phase resolution (bits) of the phase shifter and x is the number of phase state variations, the phase shift method is determined by:
상기 주파수 체배기를 통과한 신호에 대한 총 위상 분해능(°)은 하기의 수학식
에 의해 결정되는 - 여기서, n은 위상 천이기의 위상 분해능(비트)이고, x는 위상 상태 변동 개수이고, N은 체배 계수임 -, 위상 천이 방법.According to claim 1,
The total phase resolution (°) of the signal passing through the frequency multiplier is expressed by the following equation
where n is the phase resolution (bits) of the phase shifter, x is the number of phase state variations, and N is a multiplication factor, the phase shift method.
상기 위상 상태 변동 개수(x)는 상기 체배 계수(N)와 관계없이 위상이 겹치는 점이 발생하지 않는 값을 갖도록 결정되는, 위상 천이 방법.According to claim 3,
The phase shift method of claim 1 , wherein the phase state variation number (x) is determined to have a value at which a phase overlapping point does not occur, regardless of the multiplication factor (N).
상기 주파수 체배기는 2배수 체배기를 포함하는, 위상 천이 방법.According to claim 1,
Wherein the frequency multiplier comprises a two-fold multiplier.
상기 입력 신호의 위상을 변화시키는 단계 이후에,
증폭기에 의해, 상기 위상이 변화된 입력 신호의 크기를 증폭시키는 단계를 더 포함하는, 위상 천이 방법.According to claim 1,
After changing the phase of the input signal,
The step of amplifying, by an amplifier, the magnitude of the phase-changed input signal, the phase shift method further comprising.
상기 위상이 변화된 입력 신호의 주파수를 체배 계수(N)만큼 상향 변환시키는 주파수 체배기를 포함하고,
상기 위상 천이기의 위상 분해능(°)은 하기의 수학식
에 의해 결정되는 - 여기서, n은 상기 위상 천이기의 위상 분해능(비트)이고, x는 위상 상태 변동 개수임 -, 위상 천이 장치.a phase shifter that changes the phase of the input signal; and
A frequency multiplier for upconverting the frequency of the phase-changed input signal by a multiplication factor (N);
The phase resolution (°) of the phase shifter is expressed by the following equation
where n is the phase resolution (bits) of the phase shifter, and x is the number of phase state variations, the phase shift device.
상기 주파수 체배기를 통과한 신호에 대한 총 위상 분해능(°)은 하기의 수학식
에 의해 결정되는 - 여기서, n은 위상 천이기의 위상 분해능(비트)이고, x는 위상 상태 변동 개수이고, N은 체배 계수임 -, 위상 천이 장치.According to claim 7,
The total phase resolution (°) of the signal passing through the frequency multiplier is expressed by the following equation
where n is the phase resolution (in bits) of the phase shifter, x is the number of phase state variations, and N is a multiplication factor, the phase shifter.
상기 위상 상태 변동 개수(x)는 상기 체배 계수(N)와 관계없이 위상이 겹치는 점이 발생하지 않는 값을 갖도록 결정되는, 위상 천이 장치.According to claim 9,
Wherein the phase state variation number (x) is determined to have a value at which a phase overlapping point does not occur, regardless of the multiplication factor (N).
상기 주파수 체배기는 2배수 체배기를 포함하는, 위상 천이 장치.According to claim 7,
Wherein the frequency multiplier comprises a two-fold multiplier.
상기 위상이 변화된 입력 신호의 크기를 증폭시키는 증폭기를 더 포함하는, 위상 천이 장치.According to claim 7,
Further comprising an amplifier for amplifying the magnitude of the phase-changed input signal.
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