KR20000071214A - 엔-포트 직접 수신기 - Google Patents

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소니 인터내셔널(유로파) 게엠베하
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Abstract

본 발명은 변조된 RF 신호를 처리하는 n-포트 결합 장치에 관한 것으로, n은 3이상의 정수이고, n-포트 결합 장치는 2개의 RF 입력 포트(4,5)와, 서로 연결된 2개의 수동 신호 결합 수단(2,3)과, 적어도 2개의 전력 센서(P1,P2)를 구비하고 있고, 수동 신호 결합 수단(2,3)중 하나가 하나의 RF 입력(4,5)에 연결되고, 수동 신호 결합 수단(2,3)의 각각은 적어도 출력포트(6,7)를 가지고 있고 각 출력 포트(6,7)는 전력 센서(P1,P2)에 연결된다. 2개의 수동 신호 결합 수단(2,3)은 위상 이동 소자(10)에 의해 서로 연결된다.

Description

엔-포트 직접 수신기{N-port direct receiver}
6-포트 수신기는 직접 변환 방법으로 동작하고, mm파 범위 및 마이크로파 범위로부터 기저 대역으로의 직접적인 변환을 허용하는 것으로 알려져 있다. 동시에 종래의 I/Q-복조 칩(디지털 또는 아날로그)은 없어도 된다. 알맞은 교정 절차를 사용함으로써 제조 허용 오차를 포함한 비-이상적인 수동 RF-소자의 영향은 최소화될 수 있다. 6-포트 수신기는 2개의 유입되는 RF-신호의 상대 위상 및 상대 크기를 검출한다. 6-포트 수신기의 회로는 RF-신호의 상대 위상 및 상대 크기를 검출하는 다이오드와 결합된 수동 소자만을 사용해서 이루어진다. 6-포트 수신기의 중요한 특징은 제조 허용 오차가 교정될 수 있다는 것이며, 따라서 저원가 생산을 가능하게 한다.
우 보시시오(Bossisio,Wu)의 "6-포트 직접 디지털 밀리미터 파 수신기(A six-port direct digital millimeter wave receiver)"[1994 IEEE MTT의 심포지움, 3권, 1659-1662 페이지, San Diego, 1994년 5월]에는, 6-포트 수신기의 구조가 제안되어 있다.
상기 6-포트 기술은 마이크로파 망의 진폭 및 위상인 산란 파라미터를 정확하게 교정할 능력을 가진 것으로 공지되었다. 헤테로다인 수신기를 사용하는 대신에, 6-포트 수신기는 6포트들중 적어도 3 및 특히 4포트에서 전력레벨을 인출함으로써 마이크로파 및 mm-파 주파수에서 직접 측정을 수행한다. 하드웨어의 불완성은 알맞은 측정 절차에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 매우 정확한 측정이 큰 동적 범위 및 넓은 주파수 대역에서 이루어질 수 있다. 6-포트 결합 수신기는 다이오드 검출기뿐만 아니라 방향성 커플러 및 전력 분할기 등의 수동 마이크로파 성분으로 구성된다. 상기 회로는 MHMIC 또는 MMIC로써 쉽게 집적될 수 있다. 공지된 수신기는 마이크로파 및 mm-파 주파수에서 직접 위상/진폭 복조를 수행한다.
교정 절차를 수행함으로써 브릿지의 위상 에러, 전력 검출기의 불균형성 등의 하드웨어 불완전성은 쉽게 제거될 수 있다. 그것은 하드웨어 실행의 요구사항을 쉽게하고 6포트 수신기로 하여금 mm-파 주파수까지의 넓은 대역을 통해 동작되도록 할 수 있다.
보시시오 등의 상기 인용된 문헌에 따라, 전력 분할기를 가진 6-포트 수신기 개념 및 분배된 기술에서 실현된 90도 하이브리드 회로는 사용된다. 그 공지된 구조의 애플리케이션은 10 GHz이상의 주파수 대역에서 주로 있으나, 그것은 90도 하이브리드 회로의 원래의 주파수 선택특성으로 인해 동작 대역폭을 불충분하게한다.
디.머린(D.Maurin), 와이.수(Y.Xu), 비.후야트(B.Huyart), 케이.우(K.Wu), 엠.쿠하시(M.Cuhaci), 알.보시시오(R.Bossisio)에 의한 "MHMIC 및 MMIC 기술을 이용한 CPW 밀리미터파 6-포트 반사율계(CPW Millimeter-Wave Six-Port Reflectometers)"[유럽 마이크로파 회의 1994, pp.911-915]에는, 11 내지 25 GHz의 주파수 범위에서 공통평면파 가이드 애플리케이션을 구성하는 분배 소자 방법에 기초하는, 사용된 반사율계에 대한 광대역 토포로지가 공지되어 있다.
브이.빌릭(V.Bilik) 등에 의한 "새로운 초광대역 럼프된 6-포트 반사율계(A new extremely wideband lumped six-port reflectometer)"[유럽 마이크로파 회의 1991, pp.1473-1477]에는, 휘스톤브릿지 및 반사율계 애플리케이션용 저항성 구조를 사용하는 기술이 공지되어 있다.
제이:리(j:Li), 지. 보시시오(G.Bossisio), 케이.우(K.Wu)에 의한 "6-포트 결합의 이중톤 교정, 및 6-포트 직접 디지털 수신기에 대한 애플리케이션(Dual tone Calibration of Six-Port Junction and its application to the six-port direct digital receiver)"[마이크로파 이론 및 기술의 IEEE 트랜잭션스, 40권, 1990년 1월]에는, 4개의 3dB 하이브리드 회로, 전력 분할기 및 감쇄기를 토대로 한 6-포트 반사율계 토포로지는 공지되어 있다.
US-A-5498969 호로부터 정합된 검출기 및 하나의 부정합된 검출기를 구성하는 반사율계 구조용 비대칭 토포로지는 공지되어 있다.
"마이크로파 망의 복소 편향 계수를 결정할 때 사용하는 방법 및 6-포트망(Method and six-port network for use in determining complex reflection coefficients of microwave networks)"을 명칭으로 한 US-A-4521728 호에는, 2개의 다른 정방형 하이브리드, 위상 시프터, 2개의 전력 분할기 및 마이크로스트립선 기술에 의해 실현된 하나의 방향성 커플러를 구비한 반사율계 6-포트 토포로지가 공지되어 있다.
EP-A-0 805 561 호에는 직접 변환 수신기를 6-포트 결합으로써 실행하는 방법이 공지되어 있다. 상기 공지된 기술에 따라, 변조되어 전송된 변조가 6-포트 결합을 구비하는 직접 변환 수신기에 의해 수신된다. 복조는 아날로그적으로 수행된다.
EP-A-O 841 756 호에는 6-포트 수신기용 상관기 회로가 공지되어 있다. 상기 상관기 회로에서 수신된 신호는 각 위상각에서 국부 발진기 신호로써 합산되고, 거기에서 국부 발진기 및 RF 신호간의 위상 회전은 상관기 출력의 합산으로부터 분리해서 수행된다.
본 발명은 변조된 디지털 RF 신호를 처리하는 엔-포트(n-port) 결합 장치, 이와 같은 n-포트 결합 장치를 구비한 직접 수신기, 이와 같은 직접 수신기를 구비한 이동 통신 장치, n-포트 결합 장치의 교정 방법, 및 변조된 디지털 RF 신호의 처리 방법에 관한 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 n-포트 결합 장치의 도시도.
도 1b는 본 발명에 따른 n-포트 결합 장치 구조의 도시도.
도 2a는 본 발명에 따른 주변 소자를 가진 4-포트 결합 장치의 도시도.
도 2b는 본 발명에 따른 4-포트 결합 장치의 도시도.
도 2c는 추가 RF 격리 기능을 가진 본 발명에 따른 4-포트 결합 장치의 도시도.
도 2d는 변형된 추가 RF 격리 기능을 가진 본 발명에 따른 4-포트 결합 장치의 도시도.
도 2e는 LO/RF 격리 기능을 이루기위해 하이브리드를 사용하는 4-포트 결합 장치의 실시예도.
도 3a는 저항성 망에 의해 본발명에 따른 4-포트 결합 장치를 실현시킨 도시도.
도 3b는 변형된 저항성 망에 의해 본발명에 따른 4-포트 결합 장치를 실현시킨 도시도.
도 4a는 마이크로스트립선 기술에 의해 본발명에 따른 4-포트 결합 장치를 실현시킨 도시도.
도 4b는 마이크로스트립 기술 및 마이크로스트립 패치(patch)에 의해 본 발명에 따른 4-포트 결합 장치를 실현시킨 도시도.
도 4c는 동일평면 도파관 기술에 의해 본발명에 따른 4-포트 결합 장치를 실현시킨 도시도.
도 5는 본 발명에 따른 5-포트 결합된 n-포트 결합 장치를 실현시킨 도시도.
도 6은 저항성 망을 구비시킨 도 5에 도시된 일반적인 구조의 실시예도.
도 7은 5-포트 결합 장치가 4-포트 수단에 의해 수행되고 3-포트 수단이 마이크로스트립 링으로써 실현되는 본 발명의 실시예도.
도 8은 5-포트 결합 장치의 4-포트 수단 및 3-포트 수단이 원형 마이크로스트립 패치로써 수행되는 본 발명의 실시예도.
도 9는 5-포트 결합 장치의 4-포트 수단이 제 2 수동 3-포트 수단 및 수동 전력 분할기로부터 각각 만들어지는 본 발명의 실시예도.
도 10은 저항성 망에 의해 본 발명에 따른 5-포트 결합 장치의 일부로 되는 4-포트 수단를 실현시킨 도시도.
도 11은 저항성 망에 의해 본 발명에 따른 5-포트 결합 장치를 실현시킨 도시도.
도 12는 저항성 망에 의해 본발명에 따른 전력 분할기 및 5-포트 결합 장치의 제 2의 3-포트 수단을 실현시킨 도시도.
도 13은 저항성 망에 의해 5-포트 결합 장치의 3-포트 수단을 실현시킨 도시도.
도 14a는 추가 RF 격리 기능을 이루기위해 하이브리드를 구비하는 본 발명의 5-포트 결합 장치의 실시예도.
도 14b는 추가 RF 격리 기능을 구비하는 본 발명의 5-포트 결합 장치의 부가적인 실시예도.
도 15는 변형된 추가 RF 격리 기능을 가진 본 발명의 5-포트 결합 장치의 다른 실시예도.
도 16a는 본 발명에 따른 6-포트 수신기의 일반적인 구성도.
도 16b는 변형된 추가 RF/LO 격리 기능를 가진 본 발명의 5-포트 결합 장치의 다른 실시예도.
도 17은 본 발명에 따라 6-포트 결합 장치로 된 n-포트 결합 장치를 실행시키는 일반적인 개념도.
도 17은 저항성 망에 의해 도 16의 일반적인 구조를 실현시킨 도시도.
도 18은 도 16 및 17의 2개의 4-포트 수단을 마이크로스트립 링으로써 및 위상 시프터를 전송선으로 실현된 도시도.
도 19는 2개의 4-포트 수단이 원형 마이크로스트립 패치로 실현된 도 16의 일반적인 구조의 특정한 실시예도.
도 20a는 6-포트 수신기가 하이브리드로 실현된 본 발명의 실시예도.
도 20b는 도 16의 일반적인 구조가 4-포트 수단을 수동 3-포트 수단 및 수동 전력 분할기에 의해 실현시킴으로써 실행된 본 발명의 특정한 실시예도.
도 21은 저항성 망에 의해 4-포트 수단을 실현시킨 도시도.
도 22는 저항성 망에 의해 4-포트 수단을 달리 실현시킨 도시도.
도 23은 저항성 망에 의해 3-포트 수단 및 전력 분할기를 실현시킨 도시도.
도 24는 I/Q 복조가 디지털적으로 수행되는 I/Q 복조 블록과 결합한 4-포트 결합 장치의 도시도.
도 25는 I/Q 복조가 아날로그 방식으로 수행되는 I/Q 복조 블록과 결합한 4-포트 결합 장치의 도시도.
도 26은 도 25의 아날로그 복조 블록의 아날로그 회로 보드의 도시도.
도 27은 아날로그 복조 블록과 결합한 본 발명에 따른 5-포트 결합 장치의 도시도.
도 28은 도 27의 아날로그 I/Q 복조 블록의 내부 구조도.
도 29는 도 28의 아날로그 I/Q 복조 블록의 서브보드의 내부 구조도.
도 30은 도 28의 아날로그 복조 블록의 서브보드에 대한 다른 실시예도.
도 31은 교정 이 5-포트 결합 장치의 경우를 예로 해서 설명되는 본 발명에 다른 n-포트 결합 장치의 교정을 설명하기위한 블록.
도 32는 3-포트 수단을 실현시킨 도시도.
도 33은 동일평면 도파관 기술을 사용하는 4-포트 구조 및 3-포트 구조를 실현시킨 도시도.
도 34는 불연속 기술에 의해 위상 이동 소자를 다르게 실현시킨 형태의 도시도.
도 35는 실시예에 따른 전력 센서의 내부 구조도.
도 36a 내지 36c는 분배기 기술에서 위상 이동을 다른 실현시킨 도시도.
도 37은 실시예에 따른 국부 발진기 회로의 내부 구조도.
상기 종래 기술을 검토할 때, 본 발명의 목적은 n-포트 결합 장치의 개선된 구조를 토대로 한 기술을 제공하는 것이고, n는 3이상의 정수값이다. 그러므로 본 발명은 n-포트 결합 장치를 구비하는 장치뿐만 아니라 4-포트, 5-포트 및 6-포트 결합 장치에 관한 것이다.
그러므로, 본 발명에 따라 변조된 디지털 RF 신호를 처리하는 n-포트 결합 장치는 제공되고, 여기서 n는 3이상의 정수값이다. n-포트 결합 장치는 2 개의 RF 입력 포트를 구비한다. 본 발명에 따라 2개의 수동 신호 결합 수단은 서로 연결된다. 수동 신호 결합 수단의 각각 하나는 RF-입력들중 하나에 연결되고 또한 적어도 하나의 출력포트에 의해 전력 센서에 연결되어 적어도 2개의 전력 센서는 n-포트 결합 장치에 구비된다.
2개의 수동 신호 결합 수단은 위상 이동 소자에 의해 서로 연결될 수 있다.
RF 입력 포트들중 하나는 국부 발진기로부터 발생하는 RF 신호에 공급될 수 있다.
수동 신호 결합 수단은 마이크로스트립선 망을 구비할 수 있다. 수동 신호 결합 수단은 대안적으로 동일평면 도파관 망을 구비할수 있다.
저항성 망은 마이크로스트립 링을 구비할 수 있다.
상기 저항성 망은 원형 마이크로스트립 패치를 구비할 수 있다.
상기 n-포트 결합 장치는 하나의 전력 센서에 각각 연결된 3-포트 결합 장치로써 수행된 2개의 수동 신호 결합 수단을 구비하는 예를 들어 4-포트 결합 장치(n=4)일 수 있다. 그러므로 4-포트 결합 장치의 경우에 3-포트 결합 장치는 수신된 RF 신호로써 공급되는 하나의 포트를 구비할 수 있고, 하나의 포트는 3-포트 결합 장치들중 나머지 하나에 각각 연결되고 3개의 포트는 전력 센서에 연결된다.
4-포트 결합 장치의 경우에 RF 입력 포트들중 적어도 하나는 RF 스위치를 갖는다.
상기 n-포트 결합 장치는 2개의 수동 신호 결합 수단을 구비하는 5-포트 결합 장치(n=5)일 수 있고, 거기에서 제 1수동 신호 결합 수단은 2개의 입력 포트에서 2개의 전력 센서에 연결된 4-포트 결합 장치로써 수행되고 수동 신호 결합 수단중 두 번째 것은 하나의 전력 센서에 연결된 3-포트 결합 장치이다.
상기 n-포트 결합 장치는 2개의 4-포트 결합 장치로써 수행된 2개의 수동 신호 결합 수단을 구비하는 6-포트 결합 장치일 수 있고, 여기서 4-포트 결합 장치 각각은 2개의 전력 센서에 연결된다.
또한, 본 발명에 따라 직접 수신기를 구비하는 이동 통신 장치뿐만 아니라 상기 언급된 n-포트 결합 장치를 구비하는 직접 수신기는 제공된다.
또한, 본 발명은 상기 언급된 n-포트 결합 장치를 교정하는 방법에 관한 것이고 미리한정된 교정신호는 n-포트 결합 장치의 RF 입력 포트들중 하나에 공급된다.
본 발명에 따라, 변조된 디지털 RF 신호를 처리하는 방법은 제공된다. 그럼으로써 n-포트 결합 장치의 2개 입력 포트들은 하나의 RF 신호에 각각 공급되고, n는 3보다 큰 정수이고, 2개의 수동 신호 결합 수단을 구비하는 n-포트 결합 장치는 서로 연결되고 수동 신호 결합 수단의 각각 하나는 n-포트 결합 장치의 2개 입력 포트들중 하나에 연결된다. 수동 신호 결합 수단 각각으로부터 적어도 하나의 출력신호 각각은 전력 센서에 공급된다.
상기 방법은 전력 센서의 출력신호를 I/Q 복조하는 단계를 구비하고, 여기서 I/Q 복조는 아날로그 처리에 의해 이루어진다.
전력 센서의 출력신호에 더해져서 적어도 조절가능한 DC 전압은 아날로그 처리에서 사용될 수 있다.
다음 설명에서 본 발명의 부가적인 특성, 특징 및 장점은 본 발명의 실시예의 상세한 설명에 의해 및 첨부 도면을 참고로 명백해진다.
다음 실시예의 설명은 다음과 같이 구성된다.
I. n-포트 결합 장치의 일반적인 구조(도 1).
II. 4-포트 결합 장치(도 2 내지 도 4).
III. 5-포트 결합 장치(도 5 내지 도 15).
IV. 6-포트 결합 장치(도 16 내지 도 23).
V. n-포트 결합 장치를 토대로한 I/Q 복조(도 24 내지 도 30).
VI. 교정 절차(도 31).
VII.특정한 구성요소의 구조(도 32 내지 도 37).
I. 본 발명에 따른 n-포트 결합 장치의 일반적인 구조(도 1)
도 1a는 본 발명에 따른 n-포트 결합 장치를 도시한다. 그럼으로써, 제 1 및 2 RF 신호는 n-포트 결합 장치를 나타내는 수동 회로(1)의 입력(4,5)에 공급된다. 전력 센서(P1,P2)로의 수동 회로(1)의 적어도 2개의 출력(6,7)이 구비된다. 전력 검출기수는 본 발명에서 1이상의 어떤 수 2,3,4...가 가능하다. 일반적으로, n-포트 결합 장치를 사용할 때, (n-2) 전력 센서는 구비된다.
도 1b에서, n(n는 3보다 큰 정수)-포트 결합 장치의 구조는 설명된다.
상기 n-포트 결합 장치(1)는 제 1수동 신호 결합 유닛(2) 및 제 2수동 신호 결합 유닛(3)을 구비한다. 제 1 및 2수동 신호 결합 유닛(2,3) 각각은 RF 신호가 공급되는 하나의 RF 입력 포트(4 및 5) 각각을 구비한다. 제 1수동 신호 결합 유닛(2)의 RF 입력 포트(4) 및 제 2 수동 신호 결합 유닛(3)의 RF 입력 포트(5)에 공급된 RF 신호중 하나는 더 처리되야하는(예를 들어 변조 심벌을 직접 또는 간접으로 얻기위해 저역 필터되고 처리되는) 디지털 변조된 RF 신호이다.
본 설명에서 "신호 결합 수단"이 신호를 결합하거나 신호를 분기로 분할하는 모든 수동 장치를 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 수동 신호 결합 유닛(2,3)이 서로 연결되고, 거기에서 그 연결이 위상 이동 소자(10)에 의해 이루어질 수 있다. 위상 이동 소자(10)는 다른 기술(VII 장을 참조)에 의해 실현될 수 있다.
최소한의 요구사항으로서 제 1수동 신호 결합 유닛(2) 및 제 2 수동 신호 결합 유닛(3)의 각각이 전력 센서(P1및 P2) 각각에 연결된 각각 하나의 능동 출력 포트(6,7)를 구비한다. "능동 출력 포트"는 제 1수동 신호 결합 유닛(2) 및 제 2 수동 신호 결합 유닛(3)이 전력 검출기에 연결되지 않으나 시스템 임피던스에의해 접지 전위에 연결되는 부가적인 출력 포트를 구비할 수 있다.
능동 출력 포트가 도 1b에서 점선으로 도시될 때, 제 1수동 신호 결합 유닛(2) 및 제 2 수동 신호 결합 유닛(3)의 각각은 도 1b에서 도면번호(11,12)로 도시된 전력 센서에 연결된 하나 이상의 능동 출력 포트를 구비할 수 있다.
최소 요구 사항은 제 1 수동 신호 결합 유닛 및 제 2 수동 신호 결합 유닛(2,3)이 전력 센서(P1, 및 P2) 각각에 연결된다. 제 1 및 2 수동 신호 결합 유닛(2,3)중 도 1b에 도시안된 다른 출력 포트가 예를 들어 접지 전위로 종단될 수 있다.
도 1b에 또한 도시된 바와 같이, 각 제 1 및 2 RF 입력 신호는 추가적인 입력 포트(4,5)에 의해 도시된 바와 같이 제 1 및 2 수동 신호 결합 유닛(2,3)중 나머지 하나에 각각 공급될 수 있다. 그러므로, 각 신호 결합 유닛은 하나 이상의 입력 포트를 나타낼수 있어서, n-포트 결합 장치의 입력 포트의 총수는 2개를 초과할 수 있다.
전력 센서(P1,P2,PX,PY)의 출력 신호가 더 처리되고, 그것은 본 설명에서 나중에 도시된다(V장 참조).
본 설명에서 본 발명에 따른 n-포트 결합기술은 4-포트, 5-포트 및 6-포트 결합 장치를 예로 해서 설명된다. 다음의 표 1은 상기 토포로지들간의 필수적인 기능 차이를 도시한다.
6-포트결합 5-포트결합 4-포트 결합
회로 복잡도 높다 낮다 5-포트 토포로지의 경우보다 낮고, 하나의 전력 검출기가 덜 요구되나, LO가 자신의 전력을 변화하지 않으면 하나의 스위치는 부가된다. 스위치 시간은 변조가 변하지 않을 때의 시간의 2배이다.
DC 인터페이스에서 디지털 처리시 요구된 AD 컨버터수 4개 3개 2개이나, 더블 I/Q 속도를 가짐
DC 인터페이스에서 아날로그 처리시 요구된 AD 컨버터수 정상 I/Q 속도를 가진 2개 정상 I/Q 속도를 가진 2개 정상 I/Q속도를 가진 2개
요구된 전력 센서수 4개 3개 2개
II. 4-포트 결합 장치(도 2 내지 도 4)
다음에서, 본 발명에 따른 n-포트 결합 기술에 대한 제 1 예로서 4-포트 결합 장치(n=4)는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된다. 능동 출력 포트 및 전력 센서의 총수는 2개이다.
도 2a는 I/Q 복조기 또는 QPSK 복조기에서 4-포트 결합 장치를 사용해서 도시한다. 신호는 안테나(426)에 의해 수신되고 대역 통과 필터(428)에 직접적으로 공급되거나 제 1 스테이지 다운컨버터(427)에서 선택적으로 처음에 다운 컨버트된다. 대역통과 필터(428)의 출력신호는 이득 제어된 LNA 블록(429)에 의해 증폭된다. 이득 제어된 LNA 블록(429)의 이득은 제어 유닛(430)에 의해 제어된다. 이득 제어된 LNA 블록(429)의 증폭된 출력 신호는 4-포트 결합 장치(401)의 RF 입력(404)에 공급된다.
RF 스위치(451)는 4-포트 결합 장치(401)의 제 2 RF 입력 포트(405)에 연결된다. RF 스위치(451)의 스위칭 위치에 따라 4-포트 결합 장치(401)의 RF 입력 포트(405)는 50Ω(임피던스 정합)의 저항값을 가진 저항(450)에 의해 접지 전위에 연결되거나 국부 발진기(420)의 RF 출력 신호는 4-포트 결합 장치(401)의 RF 입력(405)에 공급된다. 국부 발진기(420)의 주파수 및 베이스는 제어 유닛(430)에 의해 제어된다. 또한, 제어 유닛(430)은 RF 스위치(451)에 의해 이루어진 스위칭을 제어한다.
4-포트 결합 장치(401)는 제 1 수동 3-포트 구조(402) 및 제 2 수동 3-포트 구조(403)를 구비한다(도 2b). 제 1 및 2수동 3-포트 구조(402,403)는 위상 시프터(410)에 의해 서로 연결된다. 제 1 수동 3-포트 구조(402)의 RF 입력 포트(404)에서 처리되는 RF 신호는 공급된다. 제 1 수동 3-포트 구조(402)는 전력 센서(P1)에 연결된 출력(406)을 갖는다.
본 발명에 따른 4-포트 결합 장치(401)의 제 2 수동 3-포트 구조(403)는 제 2 RF 신호가 공급되는 RF 입력 포트(405)를 갖고 거기에서 제 2 RF신호는 예를 들어 국부 발진기(420)로부터 발생할 수 있다. 제 2 수동 3-포트 구조(403)는 제 2전력 센서(P2)에 연결된 출력포트(407)를 갖는다.
도 2c는 도 2b에 도시된 일반적인 개념의 변형을 도시한다. 이 도면에 도시된 바와 같이, RF 신호(1,2)는 수동 전력 분할기(411 및 412) 각각으로 공급되고, 거기에서 수동 전력 분할기(411 및 412)의 하나의 출력 분기는 제 1 및 제 2 수동 3-포트 구조(402 및 403)에 각각 공급된다. 수동 전력 분할기(411)의 제 2 출력 분기는 180도의 위상 이동(415)을 제공하는 제 2위상 시프터(413)에 공급되고, 그것은 감쇄기(414)에 의해 수동 전력 분할기(412)에 연결된다. 그러므로 도 2c의 구조는 LO/RF 격리 기능을 제공한다.
도 2d는 위상 시프터(402)가 제 2수동 3-포트 구조(407) 및 수동 전력 분할기(411)간에 연결되는 그 변형에 따라 도 2c에 도시된 구조의 변형을 도시하고 제 1수동 3-포트 구조(402)는 제 2위상 시프터(413) 및 수동 전력 분할기(411)간에 연결된다. 도 2c 및 2d로부터 명백한 바와 같이, RF 신호는 수동 3-포트 구조에 집적적으로 또는 신호 결합 수단에 일반적으로 공급될 수 있을 뿐 아니라 대안적으로 예를 들어 전력 분할기에 의해 간접적으로 공급될 수 있다.
도 2e는 RF 신호(1)로부터 RF 신호(2)를 격리시키는 4-포트 결합 장치의 일실시예를 도시한다. 도 2e에 따른 실시예의 특정성은 90도 또는 180도의 위상 이동을 제공하고 다수의 기술에 의해 실현될 수 있는 하이브리드(460, 461)를 사용한다는 것이다. 하이브리드(460,461) 각각은 4-포트 하이브리드이고, 거기에서 각 하나의 포트는 종단(정합 로드, 시스템 기준 임피던스)에 연결된다.
전력 센서(P1,P2)의 출력 신호의 처리는 도 25 및 V 장에서 나중에 설명된다. 동작의 주파수 대역을 증가시키기 위해, 2개의 3-포트 수단(402, 403)은 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이 불연속 소자를 사용하는 저항성 망에 의해 실현될 수 있다.
4-포트 결합 장치(401)는 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이 분산된 기술을 사용해서 또한 실현될 수 있다. 도 4a의 실시예에 따라 3-포트 수단은 마이크로스트립 링으로써 실현되고 전송선은 위상 시프터(410)로써 동작한다.
도 4b에 따라 3-포트 수단은 마이크로스트립 패치(patches)로써 실현된다.
도 4c의 실시예에 따라 3-포트 수단(402,403) 및 위상 시프터(410)로써 동작하는 전송선은 동일평면 도파관 기술로써 실행된다.
전력 센서가 검출기 다이오드, FET 구조 및 열적 RF 센서에 의해 구체화될 수 있다. 저항성의 주로 불연속 방법이 4-포트 결합 장치에 대해 사용되면, 위상 시프터를 실현시키는 방법은 2개의 선택이 있다:
a) 분산 기술
b) 불연속 LC 소자
상기 기술은 VII장에서 나중에 설명된다.
4-포트 토포로지는 RF 회로를 덜 복잡하게하고 전력 센서를 덜 요구한다는 장점을 제공한다. 더구나, 단순한 회로 덕분에 제안된 4-포트 결합 장치의 교정 절차는 단순화된다. 아날로그 회로 보드가 없다면, 감소된 RF 회로 요구사항의 교환은 추가적인 RF 스위치에 의해 보상되고 A/D 컨버터를 빠르게 한다.
III. 5-포트 결합 장치(도 5 내지 도 15)
이제, 5-포트 결합을 예로 하는 5-포트 결합 장치가 설명된다.
제안된 5-포트 토포로지의 기본 개념은 도 5에 도시된다. 도 5에 도시된 바와 같이 기본 구조는 위상-시프터(503)에 의해 서로 연결된 하나의 수동 4-포트 수단(501) 및 수동 3-포트 수단(502)을 구비한다. 각각의 하나의 RF-신호는 수동 4-포트 수단(501) 및 수동 3-포트 수단(502)에 입력된다(참조 번호(504)). 수동 4-포트 수단(501)은 전력 센서(P1및 P2)에 연결되는 2 개의 출력 포트를 구비한다. 수동 3-포트 수단(502)은 전력 센서(P3)와 연결되는 하나만의 출력 포트를 구비한다. 본 발명에 따른 토포로지가 수신기로서 사용될 때, 전력 센서 모두(보통 검출기 다이오드를 구비하는)는 예를 들어 50 오옴의 임피던스상에서 정합된다.
수동 4-포트 수단(501) 및 수동 3-포트 수단(502)은 6-포트 수신기의 기술분야에서 공지된 바와 같이 입력(및 결국 위상-이동된) RF신호의 선형 결합을 나타내는 각 신호를 출력한다. 전력 센서(P1내지 P3)는 수동 4-포트 수단(501) 및 수동 3-포트 수단(502)의 출력신호의 전력레벨을 검출한다. 전력신호의 검출된 전력 레벨은 DC 인터페이스에 공급된다.
보통 복수의 회로 소자는 도면에 도시안된 각 전력 센서(P1내지 P3) 및 DC 인터페이스간에 연결된다. 그 회로 소자는 저역 필터, DC-증폭기 및 AD-컨버터의 순서로 구비할 수 있다.
간단한 변조 기술이 사용될 때 DSP가 방지될 수 있다. 그 경우에, 아날로그 회로 소자는 입력 RF-신호의 변조 상태를 검출하도록 결정 회로로서 동작해서 구비될 수 있다.
디지털 신호 처리 유닛(526)(도 6참조)은 전력 센서(P1내지 P4)에 검출된 전력 레벨값의 수학적인 처리에 의해 2개의 RF-신호의 복소비를 계산하고 복조용으로 또한 선택적으로 구비할 수 있다. 요약해서, 기본 개념에 따라, 수동 4-포트 수단(501)의 포트들중 하나는 RF-신호를 입력시키기 위해 사용되고, 하나는 수동 3-포트 수단(502)와 연결되는 위상 시프터(503)에 연결되도록 사용되고, 수동-포트 수단(501)의 나머지 2개 포트는 신호를 전력 센서(P1, P2)에 출력시키기 위해 사용된다. 수동 3-포트 수단(502)이 제 2 RF-신호의 입력용 하나의 포트, 위상 시프터와 연결되기 위한 하나의 포트 및 전력 센서(P3)에 신호 출력용 하나의 포트를 구비한다.
동작의 주파수 범위를 증가시키기 위해, 수동 4-포트 수단(501) 및 수동 3-포트 수단(502)은 도 6에 따른 실시예에 도시된 바와 같이 불연속 소자(5,6)를 사용하는 저항성 망에 의해 이루어질 수 있다. 도 6에 또한 도시되고 하기에서 더 상세하게 설명되지만, 수동 4-포트 수단(501) 및 수동 3-포트 수단(502)에 입력된 RF-신호들중 하나는 국부 발진기 회로(520)에 의해 제공될 수 있다.
도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 4-포트 수단(501) 및 3-포트 수단(502)는 분배기 기술을 사용함으로써 실현될 수 있다. 도 7 및 8의 2개의 예는 가능한 토포로지를 도시한다. 2개 모두의 예에서 마이크로스트립선을 예로 하는 전송선은 위상 이동 소자(503)로써 사용된다. 수동 4-포트 수단(501)은 도 7에서 도시된 바와 같이 마이크로스트립 링(527)으로써 또는 도 8에 도시된 바와 같이 원형 마이크로스트립 패치(528)로써 실현될 수 있다.
2개 모두의 경우에 직경(도 7의 경우에 내경)이 애플리케이션의 중심 주파수에 따라 선택된다. 또한 링을 따른 스트립 폭은 변화될 수 있다. 각 2개의 포트간의 α,β 및 γ각은 3-포트 수단중 하나의 포트 또는 4-포트 수단 각각에 직접 부착된 입력 RF-신호의 원하는 결합비를 설정하기 위해 선택되고, 신호는 위상-이동 소자(503)로써 동작하는 전송선을 경유해서 들어온다. 환언해서, 그 각들은 입력 RF-신호의 선형 결합에 따라 세트된다. 특정한 애플리케이션에서 전력 센서(P2)(예를 들어)는 전력 센서(P2) 및 거기에 연결된 위상-이동 소자(503)를 격리시키면서 RF-신호(1)만을 검출하는 상태를 설정하기 위해 α,β 및 γ각의 값을 세트하는 것이 또한 가능하다. 동시에, 전력 센서(P1)는 RF-신호의 결합된 값으로써 전력 레벨을 수신 및 검출할 수 있고 RF-신호(2)는 위상-이동 소자(503)를 경유해서 전력 센서(P1)의 포트에 접근한다. 위상-이동 소자(503)가 예를 들어 복수의 전송선에 의해 분배기 기술에서 실현될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예를 도시하고, 거기에서 4-포트 수단(501)은 수동 전력 분할기(507) 및 제 2수동 3-포트 수단(508)을 구비한다. 수동 전력 분할기(507)는 3-포트 수단의 구조를 필수적으로 갖는다. 제 2수동 3-포트 수단(508)은 신호 결합 수단으로서 동작한다. 전력 분할기(507)는 입력 RF-신호의 전력을 다음의 2개의 방향으로 분산시키기위한 기능을 갖는다.
a) 전력 결합기로서 동작하는 제 2의 3-포트 수단(508)의 입력쪽으로,
b) 전력 센서(P1)의 입력쪽으로.
전력 센서에 부착된 포트는 제 2의 3-포트 수단(508)으로부터 들어오는 RF신호만이 전력 센서(P1)에 접근하면서 3-포트 수단에 부착된 포트로부터 격리된다. 도 12의 저항성 소자가 식:Z1 * Z2 = (Z2)2를 만족할 때 그 특정한 실현이 이루어진다.
수동 3-포트 수단(508,509)는 수동 전력 분할기(507)로부터 들어오는 신호 및 위상 시프터(503)로부터 들어오는 RF-신호를 결합해서, 결합된 신호들은 전력 센서(P2, P3)에서 검출될 수 있다.
도 10은 저항성 소자에 의해 도 6에 따른 4-포트 수단(501)을 실현시킨 도면이다. 전체 4-포트 수단(501)은 는 도 10에 도시된 바와 같이 연결된 적어도 4개의 저항성 소자(R1 내지 R6)에 의해 실현된다. 도 10의 실시예에서 그 소자는 선택되어 도 10의 포트2 및 포트4가 양호하게 격리되면서 전력 센서(P1)만이 포트1(도면번호(4))로부터 들어오는 RF-신호를 검출한다. 도시된 포트3은 포트1 및 포트4로부터 들어오는 결합된 RF-신호들을 검출하는 전력 센서(P2)에 의해 종료된다. 다음의 표 2에서, 도 10의 가능한 저항값은 포트1로부터 외부를 향해 보여지는 입력 특성 임피던스(보통 50오옴 또는 75 오옴)를 입력시키기위해 정규화된 3개의 다른 경우에 대해 설정된다. 그 경우에는 전력 센서가 같은 입력 임피던스 모두(정합된)를 가진 것으로 고려된다.
또한, 전력 센서(P1)가 저항(R3)에 병렬로 연결되고 전력 센서(P2)가 저항(F5) 및 접지간에 직렬로 연결된다.
일부 경우에는 저항(R4 및 R5)이 무시된다.
Z1 Z2 Z3 Z4 R5 R6 R1 R2 R3 R4
경우1 3/4 1 4/3 1/3 1/3 1/3 4/3 16/9 4 4/3
경우2 1/2 1 2 1/3 1/3 1/3 1 2 3 2
경우3 1 4/ 4/ 1/3 1/3 1/3 (+1)/3 4/3(1+1/) (+1) 4/
저항성 소자의 도시된 값은 실제로 실현되는 데 특히 장점으로 된다.
상기 표 1에서 저항성 소자용 3개의 값 세트는 도 10,11 및 12에 도시된 구조를 고려해서 제안된다. 경우 1 및 2는 정규화 임피던스가 보통 50 오옴(때대로 75오옴)이라는 사실을 고려해서 쉽게 실현되는 저항성 값을 발생시킨다. 상기 값은 도 6에서 RF-신호1 및 RF-신호2를 제공하는 전력 센서 및 회로의 이상적인 입력 임피던스(이상적인 정합 또는 서치 손실에서 이상적인)의 경우에 제안된 토포로지의 이상적인 실현을 이론적으로 확정한다. 전력 센서(P1내지 P4)의 이상적인 정합 조건 및 회로를 고려해서 다음과 같이 된다:
경우 1은 도 10 또는 11의 전력 센서(P2)상에서 검출될 수 있는 최대 전력 레벨이 같은 도면에서 전력 센서(P1)에서 얻어진 전력 레벨과 같을 때, RF-신호 모두가 같은 전력 레벨을 가질 때 얻어진다.
경우 2는 전력 센서1에 접근하는 신호 크기가 동일한 입력 전력 레벨을 가질 때 도 6의 신호1 및 신호2간의 임의 위상 시프트의 경우에 전력 센서2에 접근하는 평균 신호 크기와 같게되는 이상적인 경우로서 평가된다. 경우2는 저항비를 실현시키고 결합시키기에 매우 간단하고 쉽게된다. 예를 들어 특성 임피던스가 50오옴이라면, 전체 수동성 구조는 50오옴, 100오옴, 50/3오옴의 값을 가진 저항에 의해 실현될 수 있고, 그것은 50오옴을 병렬 및 직렬 연결로 함으로써 실현될 수 있다.
경우 3은 전력 센서2에서 이루어지는 중간 전력이 전력 센서1에서 검출된 전력과 같다는 사실을 고려해서 얻어지고, 그때 도 6의 신호1 및 2가 같은 전력 레벨 및 다른 위상을 갖는다. 상기 방법은 저항성 값을 실현시키는 "단순성"을 가지지 않으나 최적의 전력 레벨링을 가지는 저항값을 발생시킨다.
도 11에는 4-포트 수단(50) 및 3-포트 수단(502)를 구비하는 5-포트 결합 장치(5-포트 수신기)가 도시되어 있다.
도 12A 및 12B는 저항성 소자에 의해 도 9의 전력 분할기(507,510) 및 수동 3-포트 수단(508,509)을 도시한다. 도 12A 및 12B에서 알 수 있는 바와 같이, 수동 전력 분할기(507,510)는 적어도 3개의 저항성 소자(Z1,Z2,및 Z3)에 의해 실현될 수 있다. 동일한 것이 저항 소자(Z4, R5및 R6)에 의해 실현된 수동 3-포트 수단(508)에 해당된다. 가능한 저항 소자값(나중에 설명되는 3개의 다른 경우)은 시스템의 특성 임피던스(보통 50오옴 또는 70오옴)에 정규화된 상기 표1에서 설정된다. 전력 센서(P1내지 P4)는 도 12A 및 12B에 도시된 바와 같이 연결된다.
따라서, 전력 센서(P1)가 저항(Z1 및 Z2)에 병렬로 연결되고 전력 센서(P2)가 저항(R5) 및 접지간에 직렬로 연결된다.
도 13은 위상 시프터(503)의 우측에서 제 1수동 3-포트 수단(502)에 관한 도 9의 3-포트 구조를 도시한다.
5-포트의 직접 수신기 및 종래의 6-포트 직접 수신기 토포로지간의 중요한 차이는 5-포트 토포로지가 국부 발진기의 전력 레벨을 교정할(온라인으로) 필요가 없다는 것이다. 상기 방법을 사용해서, 토포로지의 중요한 단순성은 RF측(적은 저항 또는 RF-회로) 및 기저 대역측(연관된 증폭기 및 억제된 저역 필터를 덜 가진 하나의 A/D 컨버터) 상에서 이루어질 수 있다. 입력 LO 전력 레벨에 대해 필요한 정보는 오프라인(장치 제조 및 집적 위상을 볼 때) 또는 온라인으로 행해질 수 있는 교정 과정에 의해 얻어진다. 그것은 로크 및 발진기의 전력이 변화되지 않으면 특히 장점을 갖는다. 어떤 경우에 교정 절차는 본 발명을 사용할 때 모든 국부 발진기 전력 레벨에 양호하게된다.
제안된 토포로지가 직접 5-포트 수신기에서 사용된다. 그것은 광대역 주파수 애플리케이션에 대한 해결책으로서 인가되도록 특히 설명 및 제안된다. 제안된 기술를 가진 불연속 해결책 기술이 사용되면, 광대역 주파수 해결책은 10 GHz이하의 저주파수 범위에 대해서도 가능하다. 그 제안된 토포로지는 불연속 및 분배된 해결책에서 요구된 표면을 최소화하고, 또한 그것은 간단한 저항 토포로지에 의해 실현될 수 있다. 그 제안된 5-포트 토포로지가 종래의 6-포트 토포로지와 비교해서 적은 회로를 요구하나, LO 전력 레벨에 대한 정보의 영향을 감소시키기위해 교정을 필요로 할 수 있다. 본 발명에 따른 토포로지는 국부 발진기의 전력 레벨이 변화되지 않거나 미리 프로그램된 고정값을 가진 경우에 특히 관심을 가지며, 그것은 입력 RF 신호가 본 발명에 따른 5-포트 결합구조의 입력 포트에 접근하기전에 AGC 또는 프로그램가능한 계단 감쇄기에 의해 영향받는 경우를 의미한다.
이는 복잡한 선형 변환으로서 수학적으로 표현될 수 있다.
이제, 도 14a 및 도 15를 참조하여, 도 9에 도시된 실시예의 부가적인 개선이 설명된다.
도 14a는 본 발명에 따른 5-포트 결합 장치의 실시예를 도시하고, 거기에서 90도 또는 180도를 이동하는 하이브리드가 2개의 RF 신호들간의 격리 기능을 위해 구비된다. 3-방향 분할기(501)가 복수의 기술에 의해 실현된 2개의 2-방향 분할기에 의해 실현될 수 있다.
도 14b에서, 본 실시예에 따라 부가적인 수동 전력 분할기(530)는 제 1수동 전력 분할기(57) 및 수동 3-포트 구조(58)간에 연결된다. 수동 전력 분할기(530)는 제 2위상 시프터(531) 및 감쇄기(533)에 의해 전력 분할기(533)와 연결된다. 제 2위상 시프터(531)는 180도의 위상 이동을 위해 구비된다. 도 9에 따른 실시예와 비교해서 2개의 수동 전력 분할기(530,532), 위상 시프터(531) 및 감쇄기(533)는 추가된다. 제 1위상 시프터(503)는 180도의 위상 이동용으로 구비된다.
도 15는 수동 3-포트 구조(508)가 수동 전력 분할기(530) 및 위상 시프터(531)간에 상호연결되는 다른 실시예를 도시한다. 그 경우에 감쇄기(533)는 생략될 수 있다.
도 14 및 15에 따른 실시예는 RF-신호 포트 및 국부 발진기 포트의 격리용으로 구비된다.
IV. 6-포트 결합 장치(도 16 내지 도 23)
도 16a는 본 발명에 따른 6-포트 결합 장치의 일반적인 개념을 도시한다. 제 1 RF 신호 및 제 2 RF 신호가 제 1 및 2의 4-포트 수단(601,602)의 입력(604)에 공급된다. 제 1수동 4-포트 수단(601) 및 제 2의 4-포트 수단(602)은 위상 시프터(603)에 의해 연결된다. 각 제 1 및 2의 4-포트 수단(601,602)은 2개의 출력을 전력 센서(P1내지 P4) 각각에 공급한다. 전력 센서(P1내지 P4)의 출력신호는 DC 인터페이스(interphase)에 공급되고, 디지털 처리 또는 아날로그 처리는 DC 인터페이스에 부착될 수 있다.
제안된 6-포트 토포로지의 기본 구조는 도 16b에 도시된다. 도 16b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 기본 구조는 2개의 수동 4-포트(601,602) 및 하나의 위상 시프터(603)를 구비한다. 하나의 RF-신호는 2개의 수동 4-포트 구조(601,602)중 하나의 입력(604)에 공급된다. 2개의 수동 4-포트 구조(601,602)는 위상 시프터(603)에 의해 서로 연결된다. 각 수동 4-포트 수단(601,602)은 전력 센서(P1내지 P4)에 연결되는 2개의 출력포트를 구비한다. 본 발명에 따른 토포로지가 수신기로서 사용될 때, 전력 센서(보통 검출기 다이오드를 구비하는) 모두가 예를 들어 50오옴의 임피던스에서 정합된다.
공지된 바와 같이, 수동 4-포트 구조(601,602)는 입력( 및 결국 위상이동된) RF-신호의 선형 결합을 나타내는 신호를 출력한다. 전력 센서(P1내지 P4)는 수동 4-포트 수단(601,602)의 출력신호의 전력레벨을 검출한다. 출력 신호의 그 검출된 전력레벨은 디지털 신호 처리 유닛(626)에 공급된다.
보통 복수의 소자는 도면에서 도시되지 않은 각 전력 센서 및 DSP(626)간에 연결된다. 그 소자들은 저역 필터, DC-필터 및 AD-컨버터의 순서로 구비할 수 있다.
DSP(626)는 간단한 변조 기술을 사용할 때 없어도 된다. 그 경우에 아날로그 소자는 결정 회로가 변조 상태를 검출할 때 동작하면서 구비될 수 있다. 명백히. DSP는 I/O 복조용 아날로그 처리 보드를 사용할 때 생략될 수 있다.
디지털 신호 처리 유닛(626)은 전력 센서(P1내지 P4)에 의해 검출된 전력 레벨값의 수학적인 처리에 의해 2개의 입력 RF- 신호의 복소비를 계산하고 복조용으로 또한 선택적으로 구비할 수 있다. 요약해서, 기본 개념에 따라 수동 4-포트 수단(601,602)의 포트들중 하나는 RF-신호를 입력시키기 위해 사용되고, 하나는 다른(동일한) 수동 4-포트 수단(1,2)과 각각 연결되는 위상 시프터에 연결되기 위해 사용되고, 나머지 2개의 포트들은 전력 센서(P1내지 P4)에 신호를 출력시키기 위해 사용된다. 2개의 4-포트 수단은 서로 대칭적으로 연결된다.
동작의 (주파수) 범위를 증가시키기 위해, 수동 4-포트 수단(601,602)은 도 17에 따른 실시예에 도시된 바와 같이 불연속 소자(605,606)를 사용하는 저항성 망에 의해 실현될 수 있다. 도 17에 도시되고 하기에서 더 상세하게 설명한 바와 같이, 수동 4-포트 수단(저항성 망)에 입력된 RF-신호들중 하나는 국부 발진기 회로(620)에 의해 제공될 수 있다.
도 18 및 19에 도시된 바와 같이, 4-포트 수단(601,602) 및 저항성 망(607,608)은 분배된 기술을 사용함으로써 실현될 수 있다. 도 18 및 19의 2개 예는 가능한 토포로지를 도시하고, 거기에서 대칭성 구조가 사용된다. 양쪽의 예에서, 전송선(예를 들어 마이크로스트립선)은 위상 이동 소자(603)로써 사용된다. 수동 4-포트 수단은 도 18에서 마이크로스트립 링(627)으로서 도 19에서 원형 마이크로스트립 패치(628)로서 실현될 수 있다.
2개 모두의 경우에 직경(도 18의 경우에 내경)은 애플리케이션의 중심 주파수에 따라 선택된다. 또한, 링을 따른 스트립 폭은 변화할 수 있다. 각 2개의 포1트들간의 각 α,β 및 γ는 4-포트 수단의 하나의 포트에 직접 부착된 입력 RF-신호의 원하는 결합비를 설정하기 위해 선택되고 신호는 위상 이동 소자(603)로써 동작하는 전송선을 경유해서 들어온다. 환원해서, 각은 입력 RF-신호의 선형 결합에 따라 세트된다. 특정한 애플리케이션에서 연결된 전력 센서(P2) 및 위상 이동 소자(603)가 격리되면서 전력 센서(P2)가 RF-신호(1)만을 검출하는 상태를 설정하기 위해 각 α,β 및 γ의 값을 세트하는 것이 가능하다. 동시에 전력 센서(P1)는 위상 시프트 소자(603)를 경유해서 전력 센서(P1)의 포트에 접근하는 RF-신호 및 RF-신호(2)의 결합된 값으로써 전력 레벨을 수신 및 검출할 수 있다. 위상 이동 소자(603)가 도 11에서 설명한 바와 같이 예를 들어 복수의 전송선에 의해 분배된 기술에서 실현될 수 있다.
도 20a는 2개의 RF 신호들간의 격리 기능을 제공하기 위해 하이브리드(660,661)를 사용하는 본발명에 따른 6-포트 결합 장치를 도시한다. 2개의 3-방향 분할기(607,610)는 다른 기술에 의해 2-방향 분할기로 실현될 수 있다.
도 20b는 도 16의 일반적인 구조가 수동 3-포트 수단 및 수동 전력 분할기에 의해 4-포트 수단을 실현시켜서 수행되는 본 발명의 특정한 실시예를 도시한다.
도 21은 저항 소자에 의해 도 16에 따른 4-포트 수단(601,602)를 실현시킨 도시도이다. 전체 4-포트 수단은 도 21에 도시된 바와 같이 연결되는 적어도 4개의 저항 소자(R1내지 R6)에 의해 실현된다. 도 21의 실시예에서 소자들은 선택되어 전력 센서(P1)만이 포트1(4)로부터 들어오는 RF-신호를 검출하면서, 도 21의 포트2 및 포트4가 양호하게 격리된다. 도시된 포트3는 포트1 및 포트4로부터 들어오는 결합된 RF-신호를 검출하는 전력 센서(P2)에 의해 완료된다. 다음 표에서 도 21의 가능한 저항값은 포트1로부터 외측으로 보여지는 특성 임피던스(보통 50오옴 또는 75오옴)을 입력시키기위해 정규화된 3개의 다른 경우에 설정된다. 그 경우는 전력 센서가 모든 같은 입력 임피던스(정합된)를 갖게 된다고 고려된다.
또한 전력 센서(P1)가 저항(R3)에 병렬로 연결되고 전력 센서(P2)는 저항(R5) 및 접지간에 직렬로 연결된다.
어떤 경우에 저항(R4 및 R5)은 무시될 수 있다. 그러나, 삼각연결된 저항(R1,R2 및 R3)은 중요하다.
Z1 Z2 Z3 Z4 R5 R6 R1 R2 R3 R4
경우1 3/4 1 4/3 1/3 1/3 1/3 4/3 16/9 4 4/3
경우2 1/2 1 2 1/3 1/3 1/3 1 2 3 2
경우3 1 4/ 4/ 1/3 1/3 1/3 (+1)/3 4/3(1+1/) (+1) 4/
저항성 소자의 도시된 값은 실제로 실현되는 데 특히 장점으로 된다.
도 22는 대칭적으로 연결되는 도 20에 따른 2개의 4-포트 수단을 구비하는 6-포트 결합 장치(6-포트 수신기)를 도시한다.
도 20은 본 발명의 실시예를 도시하고, 거기에서 4-포트 수단(601,602)은 수동 전력 분할기(607) 및 수동 3-포트 수단(608)을 구비한다. 수동 전력 분할기(607)는 3-포트 수단의 구조를 필수적으로 갖는다. 수동 3-포트 수단(608)은 신호 결합 수단으로서 동작한다. 전력 분할기(607)는 입력 RF-신호의 전력을 다음의 2개의 방향으로 분산시키기위한 기능을 갖는다.
a) 전력 결합기로서 동작하는 3-포트 수단(608)의 입력쪽으로.
b) 전력 센서(P1)의 입력쪽으로.
전력 센서에 부착된 포트는 3-포트 수단(608)으로부터 들어오는 RF신호만이 전력 센서(P1)에 접근하면서 3-포트 수단에 부착된 포트로부터 격리된다. 도 23의 저항성 소자가 식:Z1＊Z2=(Z2)2를 만족할 때 그 특정한 실현이 이루어진다.
수동 3-포트 수단(608,609)은 수동 전력 분할기(607,610)로부터 들어오는 신호 및 위상 시프터(603)로부터 들어오는 RF-신호를 결합해서, 결합된 신호들은 전력 센서(P2, P3)에서 검출될 수 있다.
도 23A 및 도 23B는 저항성 소자에 의해 도 20의 수동 3-포트 수단(608,609) 및 전력 분할기(607,610)를 실현시킨 도시도이다. 도 23A 및 23B에서 알 수 있는 바와 같이 수동 전력 분할기(607,610)는 적어도 3개의 저항 소자(Z1, Z2및 Z3)에 의해 실현될 수 있다. 동일한 것이 저항 소자(Z4,R5및 R6)에 의해 실현된 수동 3-포트 수단(608)에 해당된다. 저항 소자에 대한 가능한 값(후술되는 3개의 다른 경우)이 시스템의 특성 임피던스(보통 50오옴 또는 75오옴)에 정규화된 상기 표 1에서 설정된다. 전력 센서(P1내지 P4)는 도 23A 및 23B에 도시된 바와 같이 연결된다.
이에 따라, 전력 센서(P1)가 저항(Z1 및 Z2)에 병렬로 연결되고 전력 센서(P2)가 저항(R5) 및 접지간에 직렬로 연결된다.
상기 표에서 저항성 소자용 3개의 값 세트는 도 21,22 및 23에 도시된 구조를 고려해서 제안된다. 경우 1 및 2는 정규화 임피던스가 보통 50 오옴(때때로 75오옴)이라는 사실을 고려해서 쉽게 실현되는 저항성 값을 발생시킨다. 상기 값은 도 1에서 RF-신호(1) 및 RF-신호(2)를 제공하는 전력 센서 및 회로의 이상적인 입력 임피던스(이상적인 정합 또는 서치 손실에서 이상적인)의 경우에 제안된 토포로지의 이상적인 실현을 이론적으로 확정한다. 전력 센서(P1내지 P4)의 이상적인 정합 조건 및 그 부가된 회로를 고려해서 다음과 같이 된다:
경우 1은 도 6 또는 7의 전력 센서(P2)상에서 검출될 수 있는 최대 전력 레벨이 같은 도면에서 전력 센서(P1)에서 얻어진 전력 레벨과 같을 때, RF-신호 모두가 같은 전력 레벨을 가질 때 얻어진다.
경우 2는 전력 센서 1에 접근하는 신호 크기가 같은 입력 전력 레벨을 가질 때도 1의 신호 1 및 신호 2간의 임의 위상 시프트의 경우에 전력 센서2에 접근하는 평균 신호 크기와 같게 되는 이상적인 경우로서 평가된다. 경우 2는 저항비를 실현시키고 결합시키기에 매우 간단하고 쉽게된다. 예를 들어 특성 임피던스가 50오옴이라면, 전체 수동성 구조는 50 오옴, 100 오옴, 50/3 오옴의 값을 가진 저항에 의해 실현될 수 있고, 그것은 50 오옴을 병렬 및 직렬 연결로 함으로써 실현될 수 있다.
경우 3은 전력 센서2에서 이루어지는 중간 전력이 전력 센서1에서 검출된 전력과 같다는 사실을 고려해서 얻어지고, 그때 도 1의 신호1 및 2가 같은 전력 레벨 및 다른 위상을 갖는다. 상기 방법은 저항성 값을 실현시키는 "단순성"을 가지지 않으나 최적의 전력 레벨링을 가지는 저항값을 발생시킨다.
다음 표 4는 반대 포트(RF-신호(2)용 제 2입력 포트)의 기준레벨이 제 1입력 포트(도 16에 따른 RF-신호(1)용 제 1입력 포트)에 접근하는 RF-레벨과 같은 전력레벨을 가질 때 RF-신호레벨에 관련되는 정합된 전력 센서에 접근하는 전력레벨의 최소, 최대 및 평균값을 도시한다.
정합된 검출기 다이오드가 사용되는 경우에, 검출기 다이오드에서 최종의 전력레벨이 낮게 예를 들어 4dB일 수 있다.
도 5,6 및 7(신호번호2로부터 분리된)로부터 전력 센서번호1에서 교정되어입력 RF신호(신호번호1)에 관련되는 검출된 전력레벨 도 6 및 7의 전력 센서번호2에서 교정 되어 입력 RF신호에 관련되는 검출된 전력레벨의 최대값 도 6 및 7의 전력 센서번호2에서 교정 되어 입력 RF신호에 관련되는 검출된 전력레벨의 최대값
경우 1 -7.36 -16.9 -7.36
경우 2 -9.54 -15.56 -6.02
경우 3 -8.91 -15.9 -6.36
표 4로부터 알 수 있는 바와 같이 도 16의 RF-신호(1 및 2)의 같은 전력레벨의 경우에 검출되는 최저전력은 경우 1에는 입력 RF-레벨의 17dB값 및 경우 2 및 3에는 입력 RF-레벨의 16dB값을 초과하지 않는다. 상기 값 및 전력 센서의 임계치를 감지하는 최저전력에 따라 본 발명에 따른 6-포트 결합 장치에 있는 최소입력 RF-레벨은 계산될 수 있다. 그것은 요구된 LNA 증폭이 또한 결정될 수 있다는 것을 의미한다. 일반적으로 6-포트 수신기는 더 많은 LNA 증폭기 이득을 종래의 수신기로써 요구하나, 동시에 그 요구된 LO-레벨은 RF-신호가 나머지 6-포트 입력에 접근하는 것과 같은 레벨을 이상적으로 갖는다. 그것은 종래의 수신기(헤테로다인)에 보통 요구되는 예를 들어 10 dB LO(국부 발진기) 전력를 대신해서 본 발명을 구체화한 밀착성의 직접 6-포트 수신기의 경우에 통상적으로 -20 내지 -10dB만이 요구된다.
저항성 불연속 방법이 4-포트 수단(또는 3-포트 수단의 전력분할기)에 대해 사용되면, 위상 이동 소자를 실현시키는 데는 2개의 선택이 있다:
a) 분배된 기술을 사용할 때, 위상 이동 소자(603)는 전송선에 의해 실현되고, 그것은 직선일 필요는 없다(그것은 라인 길이를 최소화하기 위해 곡선형으로 만들어질 수 있다).
b) 불연속 LC 소자를 사용한다.
다른 실현의 상세한 내용은 VII장에서 설명된다.
신호의 검출 품질은 현재의 6-포트 결합 장치를 사용할 때 또는 일반적으로 6-포트 수신기를 사용할 때 매우 중요한 문제이다. 그 품질은 장치에서 사용된 비이상적인 RF-서브파트(subpart)에 관한 검출의 민감도로써 한정될 수 있다. 시스템 감도 및 검출 품질은 2개의 입력 RF-신호의 전력비에 의해 영향받는다. 상기 RF-입력 신호의 전력비가 1에 가깝게 되면, RF-서브파트의 비이상적인 특성의 영향은 적어진다. 그러므로, (전력 또는 크기) 비의 범위가 가능한한 1로 되면 좋다. 본발명에 따라 2개의 해결책이 제안된다:
- 나머지 신호 포트(검출되는 RF 입력 신호)로부터 들어오는 평균 전력레벨로 LO-발진기(21)의 레벨을 세트하는 것.
- 예를 들어 다음 표5에서 도시된 절차에 의해 나머지의 들어오는 신호의 전력레벨의 예측에 의해 나머지 신호 포트상에서 LO-회로 출력레벨의 온라인 트랙킹을 들어오는 RF-신호의 레벨로 만드는 것. 표 5는 예측 절차 선택을 도시하고, 거기에서 RF(t)는 RF신호 전력레벨을 시간 샘플 증가 "t"로 나타낸다.
절차 선택번호 다음 샘플에서 LO-회로 전력레벨증가:LO(t+1)
1 RF(t)
2 2RF(t)-RF(t-1)
3 RF(t)-3RF(t-1)+3RF(t-2)
절차 선택이 다항식의 외삽법을 사용해서 더 확장될 수 있으나, 그 경우에 가산 계산이 요구된다.
제안된 6-포트 결합 토포로지의 장점은 RF-신호 전력 및 LO 회로 전력의 정보가 계산적인 노력없이 온라인에서 사용가능하다는 것이고, 그것은 전력레벨의 실시간 트랙킹을 가능하게한다.
요약해서, 국부 발진기 회로(20)의 전력 제어 기능이 다음과 같이 수행될 수 있다:
- 표 3에서 설명한 바와 같이 절차 선택을 사용함으로써 들어오는 시간 샘플에서 나머지 신호의 기대된 전력레벨을 만족시키기위해 LO-회로 신호레벨을 세팅하는 것, 거기에서 표 3에 설명된 절차의 간단한 해결책은 시간증가(n+1)에 대한 LO-회로 신호레벨을 시간 증가(n)의 RF-신호 입력레벨과 같게 세트하는 것을 특징으로한다.
- LO 회로 신호 전력레벨을 평균 RF-신호 전력레벨로 세트하는 것. 거기에서 평균 과정은 온라인으로 행해질 수 있다.
본 발명에 따른 6-포트 결합 장치는 특히 직접 6-포트 수신기에 사용된다.
V. 본 발명에 따른 n-포트 결합 장치를 사용한 I/Q 복조기(도 24 내지 도 30)
다음에서 n-포트 결합 장치가 예를 들어 I/Q 복조기로써 어떻게 사용하는 지는 도 24 내지 30을 참고로 설명되고, 거기에서 상기 설명은 4-포트 결합 장치 및 5-포트 결합 장치를 도시하는 예를 참고로 이루어진다.
도 25의 현재 구조는 4포트 결합 장치(701)의 2개 포트에 배정된 2개의 전력 검출기(P1,P2)를 토대로한 직접 수신기 구조 또는 I/Q 복조기이다. LO 엔티티(735)에 부착된 스위치(751)의 스위칭 시간은 들어오는 RF 신호의 변조에 의해 인가되는 심벌 지속기간의 변화에서 2배 빨라야 한다. 심벌 지속기간은 변조 신호가 변화하지 않는 시간으로써 한정될 수 있다. 심벌 지속기간의 제 1부분에서, 스위치(LO가 4포트 결합에 부착되는 포트에서)는 50오옴(또는 75오옴과 같은 나머지 시스템 로드)의 위치에 있어서 전력 검출기 모두는 RF 신호전력에 대해 직접적인 정보를 얻으나 2개의 다른 상수를 갖는다.
RF 신호는 심벌 지속기간동안 s1을 갖고 LO는 식(1) 및 (2)에서 s2의 신호 복소값을 갖는다고 가정한다. 상기 절차내에서 RF 전력레벨에 대한 정보 및 4-포트 결합내의 비-이상적인 RF 소자의 부분 전송 특성에 대한 정보는 얻어진다. 심벌 지속기간의 제 2 절반에서 스위치는 LO 신호(전력레벨이 공지되는)가 RF 신호와 함께 4-포트 결합에 접근하면서 "온"된다. 그 시간에 2개의 전력 검출기는 RF 및 LO신호의 복소합의 2개 전력레벨을 검출하고(ν1및 ν2는 식(4) 및 (5)에서 설명됨), RF 신호의 전달함수 및 전력레벨과 함께 상기 정보를 가진후, LO 및 RF신호간의 상대적인 복소비는 최종식(18) 및 (19)를 사용해서 계산된다.
상기 계산은 전력 센서1 및 2에서 DC 신호를 샘플링한 후 디지털 도메인에서 행해질수 있다. 그 접근의 큰 장점은 교정이 온라인에서 수행되고 추가 디지털 처리를 요구하지 않는 다는 것이다. I/Q출력은 디지털 프로세싱 요구 사항을 감소키는 아날로그 처리에 의해 얻어질 수 있다. 나타내어진 식은 전달 계수가 4-포트 결합용 저항성 해결책에서와 같이 실제값만을 얻을 때의 경우에 관련된다. 복소값의 경우에 시스템의 완전한 교정(전달 계수의 복소값을 얻는 것을 의미하는)은 2개의 RF 신호에 동시에 접근하는 2개의 공지된 신호의 2개 이상의 세트를 요구한다. 그것은 4포트 구조를 LO신호에 의해 제 2포트상에 공급함으로써 및 RF 신호를 잡음없이 이상적으로 미리설정된 시퀀스(2개 이상의 다른 위상)를 가진 제 1포트에 공급함으로써 실현될 수 있다. 미리설정된 시퀀스를 가진 RF 신호는 2개이상의 다른 위상 이동값을 가진 다른 위상 시프터에 의해 처리된 LO 신호를 제 1포트상에 공급하고 LO 신호를 어떤 위상 이동없이 제 2포트에 공급함으로써 대안적으로 실현될 수 있다.
I/Q 출력을 얻는 전체 시스템은 식 블록(1)내지 (19)으로 표현된다. 표 1은 식 블록(1) 내지 (19)에 나타난 모든 변수의 범례(legend)를 포함한다.
s1 디지털 처리 유닛에 의해 디지털 도메인에서 I/Q복조되거나 더 처리되는 RF 신호
s2 공지되는 일정한 진폭 및 위상을 가진 LO(제 2 RF신호)
d 크기비
ψ 위상비
υ1 전력 센서1에 접근하는 신호
υ2 전력 센서2에 접근하는 신호
k11 전력 검출기1에 대한 s1의 전달함수
k12 전력 검출기1에 대한 s2의 전달함수
k21 전력 검출기2에 대한 s1의 전달함수
k22 전력 검출기2에 대한 s2의 전달함수
Θ 위상 시프터에 의해 구비된 전기적인 위상 이동
PRF RF 전력
PLO LO 전력
C 상수
P1 제 1전력 검출기후에 DC 신호로써 검출된 전력레벨
P2 제 2전력 검출기후에 DC 신호로써 검출된 전력레벨
P1(s1,0) 신호s1만이 제 1포트에 표시되고, 포트2가 50오옴 로드로 스위치될 때 제 1전력 검출기상에 검출된 전력 레벨. 이것은 직접 온라인 교정 을 수행하는 방법이다
P2(s1,0) 신호s1만이 제 1포트에 표시되고, 포트2가 50오옴 로드로 스위치될 때 제 2전력 검출기상에 검출된 전력 레벨. 이것은 직접 온라인 교정 을 수행하는 방법이다
P1(0,s2) 신호s2만이 제 1포트에 표시되고, 포트1이 50오옴 로드로 스위치될 때 제 1전력 검출기상에 검출된 전력 레벨. 이것은 직접 교정 을 수행하는 방법이나 LO의 전력레벨이 동작동안 변화되지않는 다고 가정하면 한번이다
P2(0,s2) 신호s2만이 제 1포트에 표시되고, 포트1이 50오옴 로드로 스위치될 때 제 1전력 검출기상에 검출된 전력 레벨. 이것은 직접 교정 을 수행하는 방법이다. 그것은 제조과정에서 한 번만 행해질 수 있다.
P1(s2,0) 완전히 공지된 신호s2(LO 소스)만이 제 1포트에 표시되고, 제 2포트가 50오옴 로드로 스위치될 때 제 1전력 검출기상에 검출된 전력 레벨. 이것은 포트1에서 변환기능을 계산하고 추가 RF 소스 입력을 요구하지않는 추가 방법이다. 그것은 한 번만 행해질 수 있다(예를 들어 제조과정에서)
P2(s2,0) 완전히 공지된 신호s2(LO 소스)만이 제 1포트에 표시되고, 제 2포트가 50오옴 로드로 스위치될 때 제 2전력 검출기상에 검출된 전력 레벨. 이것은 포트1에서 변환기능을 계산하고 추가 RF 소스 입력을 요구하지않는 추가 방법이다. 그것은 한 번만 행해질 수 있다(예를 들어 제조과정에서)
5-포트 결합 장치를 토대로한 I/Q 복조기는 설명된다.
변조된 RF 신호는 안테나(726)에 의해 수신된다. 예로써, 그 수신된 RF 신호는 (m)PSK- 또는 (n)QAM 일 수 있고 양호하게는 변조된 QPSK일 수 있다. 그 수신된 신호는 제 1다운 컨버팅 스테이지(727)를 통해 통과될 수 있다. 그러나, 상기 제 1다운 컨버팅 스테이지(727)가 오직 선택된다. 그후 신호는 대역통과 필터(BPF)(728)을 통해 통과되고 이득제어된 LNA(저잡음 증폭기)(729)에 공급된다. LNA(729)(신호1)의 출력신호는 5-포트 결합 장치(1)의 제 1입력에 공급된다. 5-포트 결합 장치(1)의 제 2입력은 이득제어된 국부 발진기(720,735)에서 공급되고, 거기에서 제어 유닛(730)은 주파수/위상 제어를 국부 발진기(720)에 행한다. 국부 발진기(720,735)의 이득제어된 출력신호가 5-포트 결합 장치(701)의 제 2입력에 신호(702)로서 공급된다.
5-포트 결합 장치(701)는 2개의 입력신호(701 및 702)를 선형 결합으로 결합시키고 3개의 신호를 출력하고, 거기에서 5-포트 결합 장치(1)의 출력신호의 아날로그 전력값은 전력 검출기(P1,P2 및 P3)에 의해 검출된다. 전력 검출기(P1,P2 및 P3)의 내부 구조는 후술된다. 국부 발진기 회로(720)의 내부 구조는 또한 후술된다. 전력 검출기(P1,P2 및 P3)의 출력신호는 선택적으로 저역 필터(704)일 수 있다.
또한, 전력 검출기(P1,P2 및 P3)의 출력신호는 아날로그 회로보드(702)에 직접 입력될 수 있다. 아날로그 회로보드(702)는 제어 버스(734)에 의해 제어 유닛(730)에 연결된다. 아날로그 회로보드는 2개의 출력신호를 구비하고, 거기에서 출력신호들중 하나가 수신변조된 RF 신호의 Q-성분을 나타내고 나머지의 출력신호는 수신변조된 RF 신호의 Q-성분을 나타낸다. 아날로그 회로보드(702)의 출력신호는 I/Q 출력회로에 공급되기전에 선택적으로 저역필터된 731일 수 있다. I/Q출력회로(733)에서, I 및 Q 성분의 A/D 변환은 이루어질 수 있다.
국부 발진기 회로에 대한 이득 제어(735)는 선택적이다.
제어 버스(734)는 상세하게 후술되는 아날로그 회로보드(702)에 구비된 DC 증폭기의 이득용 및 조절가능한 DC 전압원의 제어용 제어신호를 전송한다. 제어버스(734)는 또한 선택적이다.
본 발명에 따른 I/Q 복조는 완전히 아날로그 방식으로 수행된다.
도 28은 아날로그 회로보드(702)의 내부 구조를 도시한다. 선택적으로 필터된 704로 될 수 있는 전력 검출기(P1,P2,P3)의 출력신호는 조절가능한 이득(G1, G2, G3)으로써 증폭기(706)에 각각 입력된다. 그럼으로써 조절가능한 이득을 가진 증폭기(706)의 이득은 제어 유닛(730)에 연결되는 제어 버스(734)에 의해 선택 제어될 수 있다. 또한, 조절가능한 DC 전압원(705)은 제공되고, 그것은 제어 유닛(730)에 연결된 제어 버스(734)에 의해 제어된다. DC 전압원(5)으로부터 조절가능한 이득(SG1, SG2 및 SG3)뿐만 아니라 DC 전압(SG4)을 가진 증폭기(6)의 출력신호는 아날로그 회로(703)를 포함하는 서브보드에 입력된다. 서브보드(703)는 제어 유닛(730)에 연결된 제어버스(734)에 의해 또한 제어될 수 있다. 서브보드(703)는 수신변조된 RF 신호의 I/Q 성분을 출력한다. 조절가능한 이득를 가진 증폭기(706)는 선택적이고 수신되는 공칭 채널 대역폭과 대적하게 할 수 있는 DC 증폭기이다.
아날로그 회로보드가 6-포트 결합 장치과 결합해서 사용되는 경우에, DC 전압 대신에 제 4 전력 센서(P4)로부터 발생하는 출력 신호는 공급된다.
도 29는 아날로그 회로보드(702)에 구비된 서브 보드(703)의 내부 구조를 도시한다. 입력신호(SG1,SG2,SG3 및 SG4)는 기능 분할기(707)에의해 적어도 2개의 분기에 각각 분할된다. 선택적으로, 각 분기는 DC 증폭기(708)에 의해 개별적으로 증폭되고, 거기에서 이득(g1,g2,g3,g4,g5,g6,g7,g8)은 제어버스(734)에 의해 제어 유닛(730)에 의해 제어될 수 있다. 그 증폭된 분기 신호는 감산/가산 회로(709)에 매트릭스 방식으로 공급되고, 거기에서 가산/감산 회로(709)의 2개 출력신호 각각은 가산 회로(710)에 공급된다. 가산 회로(710)중 하나는 I성분을 출력하고 가산 회로(710)중 나머지 하나는 복조된 RF 신호의 Q성분을 출력한다.
도 30은 변형된 서브보드(703)를 도시한다. 도 30에 도시된 바와 같이, 4개신호(SG1,SG2,SG3 및 SG4)는 분할기(707)에 의해 적어도 2개의 분기(도시된 경우에는 2개)로 각각 분할된다. 분할기(707)에 의해 출력된 분기는 가산/감산 회로(711)에 설정된다. 가산/감산 회로(711)는 조절가능한 이득(g1,g2,g3,g4)으로써 증폭기(712)에 의해 개별적으로 증폭되는 신호를 출력하고 거기에서 이득은 제어 유닛(730)에 연결된 제어 버스(734)에 의해 개별적으로 제어될 수 있다. 그 증폭된 출력신호는 2개의 가산 회로(713)에 설정되고, 거기에서 가산 회로(713)중 하나는 I성분을 출력하고 가산 회로(713)중 나머지 하나는 수신 변조된 RF 신호의 Q성분을 출력한다.
S1가 RF 신호의 변조를 나타내고 신호S2가 LO 발진기의 복소값을 나타내는 경우에 다음의 관계가 고려될 수 있다(다음 식에서 LO의 기준 위상은 제로로 됨).
s1= S0dejψ(1)
s2= Sσ(2)
I/Q 복조기는 신호(S1 및 S2)의 복소비 또는 국부 발진기에 관련된 상대적인 진폭 및 위상을 실제로 검출한다. 진폭비는 d이고 ψ는 위상차를 나타낸다.
(3)
도 30의 토포로지는 전력 센서에 접근하는 다음의 복소값(υ1,υ2, 및 υ3)를 발생시킨다. 계수(Kmw)는 포트n으로부터 전력 센서 포트m로의 전달함수를 나타낸다.
LO는 신호 전력레벨을 변화시키지 않으면서 신호S2가 상수값을 가진 다고 가정한다. 그 경우에 (10)에서처럼 새로운 변수Vdc를 도입할 수 있다.
P1,P2 및 P3는 이상 다이오드에 의해 전력검출후 존재하는 저주파수(유사(quasi) DC전압)이다(도 13참조). Θ값은 도 5의 위상 이동형태에 대응한다.
식(3)을 실행한 후, 최종식(16) 및 (17)을 얻을 수 있다.
특정한 경우에, 위상 시프트가 45도이고 즉 θ=45도이고; k11=1/2, k12=0; k21=1/4, k22=1/4; k31=1/8, k32=1/2 이다.
I 및 Q
출력(18) 및 (19)의 단순화된 식이 얻어질 수 있다.
VI. n-포트 결합 장치의 교정(도 31)
본 발명에 따른 n-포트 결합 장치의 교정 과정은 n-포트 결합 장치가 5-포트 결합 장치(401)인 예에 의해 도 31을 참고로 설명된다.
다음에서 5-포트 결합 장치를 교정하는 방법은 설명된다.
교정 절차는 2개의 단계로 행해질 수 있다. 교정 절차의 한 사이클은 의도된 LO 전력레벨 및 관심중인 대부분의 특정 주파수 각각에 대해 행해져야 한다.
제 1 단계
5-포트 결합 장치의 입력(예를 들어 도 1의 RF 신호)에서 미리설정된 신호 시퀀스가 공급된다. 그 미리설정된 교정 신호가 적어도 5개의 다른 위상 상태로써 PSK 변조되고, 신호에 의해 다른 전력 레벨 및 임의 위상이 뒤따른다. 국부 발진기(교정 계수의 교정에 필요한)의 전력 레벨이 대략 공지된다. 교정 절차의 결과로써, 교정 계수는 비-이상적인 RF-회로를 대적하기 위해 계산되다.
제 2 단계
부가적으로 2개 신호(적어도 2개의 다른 위상)는 회로에 공급된다. 교정 계수를 이전의 단계에서 인가한 후, 2개의 부가적인 교정 계수(복소수)는 계산되고, 입력 LO 크기 및 위상은 가정된 값으로 특정한 장치상의 실제값에 보상시킨다. 부가적인 교정 계수의 계산식은 다음과 같이 표현할 수 있다.즉
정정값 = 검출값(표준 교정 계수를 가짐) × AA(복소수) + BB(복소수)
그것은 복소 선형 변환으로서 수학적으로 표현될 수 있다. 그 부가적인 교정 은 위상 시프터값의 보상으로써 취급하기 위해 사용될 수 있다. 위상 시프터가 신호를 주파수 종속 위상이동으로써 이동시킬 때 회로의 교정이 하나의 주파수에서 오직 행해질 때, 그것이 그 경우이다.
LO 전력이 장치의 동작동안 변화하면, 교정 절차(단계2)는 반복되어야 하고 선형 변환용으로 관련된 복소 계수는 기억되야 한다.
도 31은 본 발명에 따른 I/Q 복조기를 교정하는 장치를 도시한다. 그럼으로써 미리설정된 교정 시퀀스는 745에서 발생된다. 미리설정된 교정 시퀀스는 746에서 업-컨버트되고 5-포트 결합 장치(701)의 한 입력(교정 절차동안 수신된 신호를 대신해서)에 공급된다.
제 1실시예에 따라 디지털 신호 처리 유닛(719)은 미리설정된 교정 시퀀스를 실제 교정된 I/Q 성분과 비교하여 특히 5-포트 결합 장치(701)의 불완전성을 보상하기 위해 필요한 증폭기의 이득을 평가한다. 증폭기 이득의 평가값은 교정이 일단 이루어지면 제어 유닛의 메모리(747)에 저장될 수 있다.
업-컨버터(746)는 발생되어 미리설정된 교정 시퀀스를 안테나(726)에 의해 수신되도록 기대되는 주파수로 컨버트한다. 업컨버터 블록(746)은 본 발명에 따른 I/Q 복조기를 포함하는 송수신기의 일부일 수 있다.
일실시예에 따라 디지털 신호 처리 유닛(719) 및 교정 시퀀스 발생기(745)는 I/Q 복조기(아날로그 회로보드(702) 및 5-포트 결합 장치(701)와 같은 칩에 위치된)에 부착된 내부 블록일 수 있다.
도 31의 인터럽트된 선에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 I/Q 복조기를 교정하는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 전력 검출기(P1,P2,P3)의 아날로그 출력신호는 A/D 컨버터(714)에 의해 A/D 컨버트될 수 있고 A/D 컨버터(714)의 디지털화된 신호는 교정 이득의 계산을 위해 DSP(719)에 입력될 수 있다. A/D 컨버터(714)는 높은 해상도(적어도 12비트)를 가지나 매우 빠를 필요는 없다. 본 실시예에 따라, A/D 컨버터(714), DSP 유닛(719) 및 교정 시퀀스 발생기(745)는 I/Q 복조기를 제조할 때 한번만 부착되는 외부 블록으로 될 수 있다. 그 경우에 I/Q 복조기를 제조할 때, A/D 컨버터(714)는 I/Q 복조기(도시되지 않음)의 제어 핀에 부착되고 동시에 미리설정된 교정 시퀀스를 포함하는 교정 신호가 5-포트 결합 장치(701)의 입력에 공급된다.
교정 기술의 제 2실시예는 수신된 신호(안테나(726))용으로 사용되는 변조방법이 앞서 공지되지 않은 경우에 장점으로된다.
그러나, 변조가 (m)PSK,(n)QAM의 경우처럼 공지된 상태를 가진다면, QPSK가 사용되고 채널이 바르게 변화하지 않을 때, 제 1실시예는 양호하게 된다.
부가적인 DC 증폭기가 I/Q 출력 회로(733)의 아랫 방향으로 제공될 수 있다. 또한, 부가적인 망은 I 및 Q 출력을 토대로 신호의 크기 및 위상의 아날로그 처리 계산을 I/Q 출력 회로(733)의 아랫 방향으로 완전하게 사용될 수 있다.
VII. 본 발명의 n-포트 결합 장치의 구성 요소의 내부 구조(도 32 내지 37)
도 32A 내지 32C에서 마이크로스트립 기술에서 가능한 분배 소자가 도시된다. 도 32A는 마이크로스트립 링(829)을 가진 수동 전력 분할기를 도시한다. 도 32B는 마이크로스트립 링(830)을 가진 수동 전력 분할기를 도시하고 도 32C는 선택 정합 회로를 가진 마이크로스트립 기술에 의해 수동 3-포트 수단을 실현시킨 도시도이다.
마이크로스트립 링 및 마이크로스트립 원형 패치의 각 α 및 β는 전력 센서(P1) 및 수동 3-포트 수단에 부착된 포트를 격리시키는 방법으로 선택된다. 링 및 패치의 직경 및 각이 관심중인 특정 주파수에 따라 선택되고, 또한 링에 따른 스트립 폭은 변화할 수 있다. 3-포트 수단의 도 32C의 마이크로스트립에서 다른 스트립 폭이 사용될 수 있다.
도 33은 수동 3-포트 수단에 인가된 마이크로스트립선을 대신해서 동일평면 도파관 기술을 사용하는 제안된 분배기 기술을 실현시킨 도시도이다.
저항성 불연속 방법이 4-포트 수단(또는 3-포트 수단의 전력분할기)에 대해 사용되면, 위상 이동 소자를 실현시키는데는 2개의 선택이 있다:
a) 도 36에 도시된 바와 같이 분배된 기술을 사용할 때, 위상 이동 소자는 전송선(817,818)에 의해 실현되고, 그것은 직선일 필요는 없다(그것은 라인 길이를 최소화하기 위해 곡선형으로 만들어질 수 있다)
b) 도 34에 도시된 바와 같이 불연속 LC 소자를 사용한다.
도 34A 내지 34C에서 3개의 다른 경우가 도시된다. 도 34A에 도시된 바와 같이 위상 이동 소자는 하나의 LC-셀(810)을 형성하는 적어도 하나의 유도성L3및 하나의 캐패시터C3에 의해 실현될 수 있다.
도 34B에 도시된 바와 같이 위상 이동 소자는 2개의 캐패시터C1및 하나의 유도성L1를 구비하는 "PI"LC-망(811)에 의해 실현될 수 있다.
도 34C에 도시된 바와 같이 위상 이동소자는 T모양으로 2개의 유도성 L1,L2및 하나의 캐패시터C2를 구비하는 T-LC 망(812)에 의해 실현될 수 있다.
도 35에서 전력 센서(PX)(0<x<4;x는 정수)의 내부 구조는 도시된다. 전력 센서(PX)는 적어도 하나의 검출기 다이오드(813)와, 선택적 정합망(814)과, 선택적 바이어싱 소자(815)와, 다이오드 특성의 온도 보상용으로 구비한 선택적 보상 하드웨어(816)을 필수적으로 구비한다. 선택적 정합망(814)은 주파수 비종속 소자(양호하게는 저항 소자를 사용하는)에 의해 양호하게 실현되고 전력 센서 입력임피던스를 시스템의 특성 임피던스(보통 50 또는 75오옴)의 특성 임피던스와 같은 값으로 변환시킨다. 바이어싱 소자(815)는 사용된 다이오드 처리 기술 및 외부 시스템 요구사항에 따라 인가될 때 검출기 다이오드(813)의 감도를 증가시킨다. 검출된 신호가 이전에 배정된 전압 경계를 초과하면 선택적 보상 하드웨어(816)는 온도 영향 또는 다이오드 비-선형성을 최소화하도록 검출된 전력(보통 D/C전압)의 정보를 자동적으로 변경할 수 있다. 물론 상기 기능은 디지털신호 처리유닛(826)에서 2개의 입력 RF-신호의 복소비를 계산하기 위해 교정된 전력값을 사용하는 소프트웨어 정정에 의해 또한 이루어질 수 있다.
도 36A 내지 36C는 분배된 기술에서 위상 이동 소자를 도시한다. 도 36A에 따라 위상 이동 소자는 마이크로스트립선(817)에 의해 실현될 수 있다. 도 36B에 도시된 바와 같이 위상 이동 소자는 동일평면 스트립(818)에 의해 실현될 수 있다. 도 36C에 도시된 바와 같이 위상 이동 소자(803)는 동일평면 도파관(819)로써 대안적으로 실현될 수 있다.
본 발명에 따른 5-포트 결합 장치가 5-포트의 직접 수신기로써 사용되면 RF-신호를 회로(도 1참조)로 공급하는 포트들중 하나는 도 37에서 국부 발진기(LO) 회로(820)에 의해 공급된다. LO 회로(820)는 도 37에 도시된 바와 같이 국부 발진기(821) 및 선택적으로 전력을 제어하는 하드웨어 블록(823), PLL 블록(824), 주파수 제어 블록(825) 및 격리 기능을 가진 블록(822)를 구비한다.
5-포트의 직접 수신기 및 종래의 6-포트 직접 수신기 토포로지간의 중요한 차이는 5-포트 토포로지가 국부 발진기(21)의 전력레벨을 교정 할(온라인으로) 필요가 없다는 것이다. 상기 방법을 사용해서, 토포로지의 중요한 단순성은 RF측(적은 저항 또는 RF-회로) 및 기저 대역측(연관된 증폭기 및 억제된 저역 필터를 덜 가진 하나의 A/D 컨버터)상에서 이루어질 수 있다. 입력 LO 전력 레벨에 대해 필요한 정보는 오프라인(장치 제조 및 집적 위상을 볼 때) 또는 온라인으로 행해질 수 있는 교정 과정에 의해 얻어진다. 그것은 로크 및 발진기(821)의 전력이 변화되지 않으면 특히 장점을 갖는다. 어떤 경우에 교정 절차는 본 발명을 사용할 때 모든 국부발진기 전력레벨에 대해 양호하게된다.
제안된 5-포트 토포로지는 직접 5-포트 수신기로써 사용된다. 그것은 광대역 주파수 애플리케이션에 대한 해결책으로서 인가되도록 특히 설명 및 제안된다. 제안된 기술을 가진 불연속 해결책 기술이 사용되면, 광대역 주파수 해결책은 10 GHz이하의 저주파수 범위에 대해서도 가능하다. 그 제안된 토포로지는 불연속 및 분배된 해결책에서 요구된 표면을 최소화하고, 또한 그것은 간단한 저항 토포로지에 의해 실현될 수 있다. 그 제안된 5-포트 토포로지가 종래의 6-포트 토포로지와 비교해서 적은 회로를 요구하나, LO 전력 레벨에 대한 정보의 영향을 감소시키기위해 교정을 필요로 할 수 있다. 본 발명에 따른 토포로지는 국부 발진기(821)의 전력 레벨이 변화되지 않거나 미리 프로그램된 고정값을 가진 경우에 특히 관심을 가지며, 그것은 입력 RF 신호가 본 발명에 따른 5-포트 결합구조의 입력 포트에 접근하기전에 AGC 또는 프로그램가능한 계단 감쇄기에 의해 영향받는 경우를 의미한다.

Claims (25)

  1. 변조된 디지털 RF 신호를 처리하는 N-포트 결합 장치(N은 3보다 큰 정수)에 있어서,
    적어도 2개의 RF 입력 포트(4,5)와,
    서로 연결된 2개의 수동 신호 결합 수단(2,3)과,
    적어도 2개의 전력 센서(P1,P2)를 구비하고 있고,
    상기 수동 신호 결합 수단(2,3)중 각각의 수동 신호 결합 수단은 상기 RF 입력(4,5)중 적어도 하나의 RF 입력에 연결되어 있으며,
    상기 수동 신호 결합 수단(2,3)의 각각은 적어도 하나의 출력 포트(6,7)를 가지고 있고, 각각의 출력 포트(7,7)는 전력 센서(P1,P2)에 연결된 N-포트 결합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개의 수동 신호 결합 수단(2,3)은 위상 이동 소자(10)에 의해 서로 연결된 것을 특징으로 하는 N-포트 결합 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 RF 입력 포트중 하나의 RF 입력 포트에 국부 발진기(420,520,620)로부터 발생되는 RF 신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 N-포트 결합 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수동 신호 결합 수단은 저항성 망을 각각 구비한 것을 특징으로 하는 N-포트 결합 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수동 신호 결합 수단은 마이크로스트립라인 망을 구비한 것을 특징으로 하는 N-포트 수신기.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수동 신호 결합 수단은 동일평면 도파관을 구비한 것을 특징으로 하는 N-포트 수신기.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수동 신호 결합 수단은 원형 마이크로스트립 패치를 구비한 것을 특징으로 하는 N-포트 수신기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n-포트 결합 장치는 하나의 전력 센서(P1,P2)에 각각 연결된 2개의 3 포트 결합 장치(406,407)로써 구현된 2개의 수동 신호 결합 수단을 구비한 4-포트 결합 장치(401)인 것을 특징으로 하는 N-포트 결합 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n-포트 결합 장치는 LO/RF 격리 기능이 제공될 수 있도록 2개의 하이브리드 회로(460,461)를 구비한 4-포트 결합 장치(401)인 것을 특징으로 하는 N-포트 결합 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n-포트 결합 장치는 4-포트 결합 장치(401)이고,
    각각의 RF 입력 신호는 2개의 분기로 분할된 다음에, 다른 RF 신호로부터 생성되는 제 2 분기와 결합되고,
    적어도 하나의 위상 시프터가 RF 신호의 격리 기능을 달성하기 위해 제공된 것을 특징으로 하는 N-포트 결합 장치.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 입력 포트중 적어도 하나의 RF 입력 포트에, 정합된 로드(450)와 RF 신호간을 스위칭하기 위한 스위치(451,454)가 제공된 것을 특징으로 하는 N-포트 결합 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n-포트 결합 장치는 2개의 전력 센서에 연결된 4 포트 결합 장치(501) 및 하나의 전력 센서에 연결된 3 포트 결합 장치(502)로써 각각 구현된 2개의 수동 신호 결합 수단을 구비한 5-포트 결합 장치인 것을 특징으로 하는 N-포트 결합 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n-포트 결합 장치는 LO/RF 격리 기능이 제공될 수 있도록 2개의 하이브리드 회로(560,561)를 구비한 5-포트 결합 장치(501)이고,
    상기 하이브리드는 90 °또는 180° 하이브리드일 수 있는 것을 특징으로 하는 N-포트 결합 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n-포트 결합 장치는 5-포트 결합 장치(501)이고,
    각각의 RF 입력 신호는 2개의 분기로 분할된 다음에, 다른 RF 신호로부터 생성되는 제 2 분기와 결합되며,
    적어도 하나의 위상 시프터가 RF-신호의 격리 기능을 달성하기 위해 제공된 것을 특징으로 하는 N-포트 결합 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n-포트 결합 장치는 2개의 전력 센서에 각각 연결된 2개의 4포트 결합 장치(501,502)로써 구현된 2개의 수동 신호 결합 수단을 구비한 6-포트 결합 장치인 것을 특징으로 하는 N-포트 결합 장치.
  16. 변조된 디지털 RF 신호를 수신하는 직접 수신기에 있어서,
    제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 n-포트 결합 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 직접 수신기.
  17. 이동 통신 장치에 있어서,
    제 16 항에 따른 직접 수신기를 구비한 것을 특징으로 하는 이동 통신 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항중 어느 한 항에 따른 n-포트 결합 장치를 교정하는 n-포트 결합 장치의 교정 방법에 있어서,
    미리설정된 교정 신호를 상기 n-포트 결합 장치의 RF 입력 포트중 하나의 RF 입력 포트에 공급하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 n-포트 결합 장치의 교정 방법.
  19. 변조된 디지털 RF 신호를 처리하는 변조된 디지털 RF 신호의 처리 방법에 있어서,
    n-포트 결합 장치의 2개의 입력 포트(4,5)에 RF 신호를 각각 공급하는 단계로서, 상기 RF 신호중 하나의 RF 신호는 처리될 변조된 디지털 RF 신호이고 n은 3보다 큰 정수이며, 상기 n-포트 결합 장치는 서로 연결된 2개의 수동 신호 결합 수단(2,3)을 구비하고 있고, 상기 수동 신호 결합 수단(2,3)의 각각 수동 신호 결합 수단은 상기 입력 포트(4,5)중 하나의 입력 포트에 연결되어 있는 단계와;
    상기 수동 신호 결합 수단(2,3)의 각각으로부터의 적어도 하나의 출력 신호를 전력 센서(P1,P2)에 공급하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 변조된 디지털 RF 신호의 처리 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 RF 입력 포트중 하나의 RF 포트에 국부 발진기(420,520,620)로부터 발생되는 RF 신호를 제공하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 변조된 디지털 RF 신호의 처리 방법.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    아날로그 처리를 기초로 상기 전력 센서(P1,P2)의 출력 신호를 I/Q 복조하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 변조된 디지털 RF 신호의 처리 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 n-포트 결합 장치는 4-포트 결합 장치이고,
    상기 전력 센서의 출력은 적어도 하나의 지연 라인에 의해 아날로그 처리 보드에 공급되는 것을 특징으로 하는 변조된 디지털 RF 신호의 처리 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 n-포트 결합 장치는 5-포트 결합 장치이고,
    상기 전력 센서의 출력은 DC 인터페이스로부터 아날로그 처리 보드로 직접 공급되고, 또한 DC 전위가 상기 아날로그 처리 보드에 공급되는 것을 특징으로 하는 변조된 디지털 RF 신호의 처리 방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 n-포트 결합 장치는 6-포트 결합 장치이고,
    상기 전력 센서의 출력은 DC 인터페이스로부터 아날로그 처리 보드로 직접 공급되는 것을 특징으로 하는 변조된 디지털 RF 신호의 처리 방법.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 전력 센서(P1,P2)의 출력 신호에 부가해서, 적어도 하나의 조절가능한 DC 전압이 상기 아날로그 처리에 이용되는 것을 특징으로 하는 변조된 디지털 RF 신호의 처리 방법.
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