KR20170010728A - 지향성 결합기를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따르면, 지향성 결합기를 동작시키는 방법은 지향성 결합기의 입력 포트에서 입력 신호를 인가하고, 지향성 결합기의 전송 포트에서 제1 임피던스를 인가하고, 제1 임피던스를 인가한 후에 지향성 결합기의 결합 포트에서 제1 결합 전력을 측정하고, 지향성 결합기의 전송 포트에서 제2 임피던스를 인가하고, 제2 임피던스를 인가한 후에 제2 결합 전력을 측정하고, 제1 결합 전력과 제2 결합 전력 사이의 차이를 결정하여 결합 전력 변화를 형성함으로써 결합 전력 변화를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

지향성 결합기를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR A DIRECTIONAL COUPLER}
본 개시내용은 일반적으로 전자 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지향성 결합기를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
특정 방향으로 전송되는 전력을 검출할 수 있는 전자 디바이스들인 지향성 결합기들은 매우 다양한 무선 주파수(RF) 회로들에서 사용된다. 예로서, 지향성 결합기는 반사파로부터 부적절한 파를 분리함으로써 반사파를 검출하기 위해 레이더 시스템에서 사용될 수 있거나, 전송 라인들의 임피던스 미스매치(impedance mismatch)를 측정하는 회로에서 사용될 수 있다. 기능적으로, 지향성 결합기는 순방향 전송 경로 및 결합 전송 경로를 갖는다. 순방향 전송 경로는 일반적으로 낮은 손실을 갖는 반면, 결합 전송 경로는 특정 방향으로 전파되는 전송 전력의 일부를 결합한다. 전자기 결합기들 및 자기 결합기들을 포함하는 많은 상이한 타입의 결합기 아키텍처들이 존재한다. 이러한 결합기 타입들 각각은 동작 주파수 및 동작 환경에 따라 상이한 토폴로지들 및 재료들을 이용하여 구현될 수 있다.
지향성 결합기에 대한 하나의 일반적인 응용은 셀룰러 전화 또는 휴대용 컴퓨팅 디바이스와 같은 휴대용 무선 주파수(RF) 디바이스에서의 반사 및 전송 전력의 검출이다. 전송 전력의 측정은 제어 루프에서 전력 증폭기의 출력을 조정하는 데 사용될 수 있는 반면, 반사 전력의 측정은 반사 전력의 측정과 관련하여 조정 가능 안테나 매칭 네트워크들을 조정하는 데 사용될 수 있다. 휴대용 RF 디바이스들이 다수의 표준을 이용하여 다수의 주파수에 걸쳐 동작할 수 있는 것과 관련하여 더 정교해짐에 따라, RF 말단들의 토폴로지들은 더 복잡해졌다. 예로서, 다중 표준 RF 디바이스는 다수의 스위치, 매칭 네트워크, 전력 검출기 등의 네트워크를 통해 하나 이상의 안테나에 결합되는 다수의 송신 및 수신 경로를 가질 수 있다. 따라서, 그러한 휴대용 RF 디바이스들의 레이아웃 및 구성은 종종 상당한 양의 인쇄 회로 보드(PCB) 공간을 소비한다.
일 실시예에 따르면, 지향성 결합기를 동작시키는 방법은 지향성 결합기의 입력 포트에서 입력 신호를 인가하고, 지향성 결합기의 전송 포트에서 제1 임피던스를 인가하고, 제1 임피던스를 인가한 후에 지향성 결합기의 결합 포트에서 제1 결합 전력을 측정하고, 지향성 결합기의 전송 포트에서 제2 임피던스를 인가하고, 제2 임피던스를 인가한 후에 제2 결합 전력을 측정하고, 제1 결합 전력과 제2 결합 전력 사이의 차이를 결정하여 결합 전력 변화를 형성함으로써 결합 전력 변화를 결정하는 단계를 포함한다.
이제, 본 발명 및 그의 장점들의 더 완전한 이해를 위해, 첨부 도면들과 연계하여 이루어지는 아래의 설명이 참조된다. 도면들에서:
도 1a-1c는 일 실시예의 지향성 결합기 시스템, 일 실시예의 지향성 결합기 시스템과 관련된 예시적인 파형도, 및 일 실시예의 지향성 결합기 시스템의 성능을 측정하는 일 실시예의 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 2a-2d는 일 실시예의 스위칭 가능 임피던스 회로를 나타낸다.
도 3a-3b는 일 실시예의 지향성 결합기 시스템, 및 일 실시예의 지향성 결합기 시스템을 교정하는 일 실시예의 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 4는 제어기를 포함하는 일 실시예의 지향성 결합기 시스템을 나타낸다.
도 5a 및 5b는 조정 가능 임피던스 회로들을 나타낸다.
도 6은 바이패스 스위치를 갖는 일 실시예의 지향성 측정 시스템을 나타낸다.
도 7a 및 7b는 복수의 지향성 결합기를 갖는 실시예의 지향성 측정 시스템들을 나타낸다.
도 8a-8d는 지향성 측정 시스템에 대한 일 실시예의 테스트 인터페이스를 나타낸다.
도 9a-9d는 실시예의 지향성 결합기 시스템들을 사용하는 RF 시스템들을 나타낸다.
도 10은 일 실시예의 지향성 결합기의 개략도를 나타낸다.
도 11a-11c는 실시예의 지향성 결합기 시스템들을 사용하는 추가적인 RF 시스템들을 나타낸다.
일반적으로, 달리 지시되지 않는 한은 상이한 도면들 내의 대응하는 번호들 및 심벌들은 대응하는 부분들을 지시한다. 도면들은 바람직한 실시예들의 관련 양태들을 명확히 나타내도록 도시되며, 반드시 축척으로 도시되지는 않는다. 소정 실시예들을 더 명확하게 나타내기 위해, 동일 구조, 재료 또는 프로세스 단계의 변화들을 지시하는 문자가 도면 번호에 이어질 수 있다.
현재 바람직한 실시예들의 실시 및 이용이 아래에서 상세히 설명된다. 그러나, 본 발명은 매우 다양한 특정 상황들에서 구현될 수 있는 많은 적용 가능한 발명 개념을 제공한다는 것을 알아야 한다. 설명되는 특정 실시예들은 본 발명을 실시 및 이용하기 위한 특정 방법들을 예시할 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.
본 발명은 특정 상황에서의 바람직한 실시예들, 즉 예로서 RF 회로들에서 입사 또는 반사 전력을 측정하는 데 사용될 수 있는 지향성 결합기를 위한 시스템 및 방법과 관련하여 설명될 것이다. 본 발명의 실시예들은 다른 시스템들 및 응용들, 예로서 지향성 결합기들을 갖는 다른 회로들 및 선택 가능 신호 경로들을 갖는 RF 시스템들에도 적용될 수 있다. 더욱이, 실시예들은 임피던스 미스매치를 측정 및/또는 튜닝하는 디바이스들, 시간 도메인 반사계들(TDR), 튜닝 가능 안테나 매칭 회로들과 함께 사용하기 위한 감지 디바이스들 및 튜닝 가능 필터들을 포함하지만 이에 한정되지 않는, RF 측정들을 수행하는 시스템들과 관련될 수 있다.
모놀리식 방식으로 집적되는 결합기 설계에서의 공지된 과제는 충분히 높은 지향성을 획득하는 것이다. 추가적인 과제는 집적 회로 기술들에서 존재하는 프로세스 변화들에 걸쳐 높은 지향성을 제공하는 것이다. 본 발명의 실시예들에서는, 지향성 결합기의 지향성을 측정하고, 지향성 결합기의 파라미터들을 조정하여, 프로세스 불확실성들의 악영향을 교정함으로써 높은 지향성을 달성한다.
일 실시예에서, 지향성 결합기에는 지향성 결합기에 대한 고도로 미스매칭된 부하 조건을 생성하는 스위칭 가능 임피던스가 로딩된다. 결합 팩터가 결합기의 전송 포트에서 VSWR의 상이한 값들에서 측정되며, 결합 전력의 변화가 검출된다. 측정되는 측정 전력의 변화는 지향성에 비례하므로, 결합기는 일부 실시예들에서 결합 전력의 최소 변화를 달성하도록 교정된다.
일 실시예의 시스템의 일례는 지향성 결합기, 지향성 결합기의 전송 포트에 결합되는 스위칭 가능 임피던스 또는 VSWR 생성기, 및 지향성 결합기의 결합 포트에 결합되는 전력 검출기를 포함한다. 일부 실시예들에서, 스위칭 가능 임피던스 또는 VSWR 생성기는 교정 동안 지향성 결합기에 대한 부하, 단락 및/또는 개방 조건들을 생성하는 직렬 및 션트 RF 스위치들을 이용하여 구현된다.
본 발명의 일 실시예에서, 지향성 결합기의 지향성은 지향성 결합기의 입력 포트에서 테스트 신호를 도입하고 지향성 결합기의 결합 포트에서 2개의 측정을 행함으로써 결정된다. 제1 측정은 지향성 결합기의 출력 또는 전송 포트에 제1 임피던스가 로딩될 때 행해지며, 제2 측정은 지향성 결합기의 출력 또는 전송 포트에 제2 임피던스가 로딩될 때 행해진다. 이러한 지향성 측정은 예로서 지향성 결합기의 다양한 포트들에 접속되는 조정 가능 종단 저항기들을 교정하여 지향성 결합기의 지향성을 최대화하거나 증가시키는 데 사용될 수 있다.
실시예의 지향성 결합기 시스템들은 예로서 셀룰러 핸드셋들에 대한 RF 프론트엔드 시스템들 및 프론트엔드 멀티칩 모듈들에서 사용될 수 있으며, 다양한 실시예들은 RF 스위치들을 이용하여 단일 또는 다수의 지향성 결합기의 출력들을 단일 출력으로 조합한다. 그러한 지향성 결합기 시스템들은 예로서 특히 셀룰러 핸드셋들에 대한 재구성 가능 RF 프론트엔드들에서 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 지향성 결합기들, RF 스위치들 및 감쇠기들을 사용하는 지향성 결합기 시스템들은 RF 프론트엔드 시스템들에서 PA로부터 안테나로 전송되는 전력 및 시스템 내의 다양한 포트들에서의 임피던스 미스매치로 인해 안테나로부터 다시 PA로 반사되는 전력을 감지하는 데 사용될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 지향성 결합기 시스템(100)을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 지향성 결합기 시스템(100)은 지향성 결합기(102), 지향성 결합기(102)의 전송 포트에 결합되는 VSWR 생성기(104), 지향성 결합기(102)의 결합 포트에 결합되는 전력 검출기(108), 및 지향성 결합기(102)의 격리 포트에 결합되는 종단 임피던스(106)를 포함한다. 지향성 결합기(102)의 입력 포트에서 RF 신호를 도입하기 위해 테스트 신호 생성기(101)가 사용될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 지향성 결합기(102)는 본 기술분야에 공지된 지향성 결합기 회로들을 이용하여 구현될 수 있다. 예로서, 지향성 결합기(102)는 변압기 기반 지향성 결합기, 스트립라인 지향성 결합기, 또는 본 기술분야에 공지된 다른 타입의 지향성 결합기를 이용하여 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 2014년 1월 14일자로 출원된 "System and Method for a Directional Coupler"라는 명칭의 미국 특허 출원 제14/155,130호에 개시된 지향성 결합기들이 사용될 수 있으며, 이 출원은 그 전체가 참조로 포함된다. 전력 검출기(108)는 본 기술분야에 공지된 RF 전력 검출 회로들 및 시스템들을 이용하여 구현될 수 있다.
일반적으로, 지향성 결합기의 지향성이 클수록, 지향성 결합기는 그의 전송 포트에서의 임피던스 변화에 덜 민감할 것이다. 따라서, 이러한 특성은 지향성 결합기(102)의 지향성을 측정하고, 종단 임피던스(106)를 조정함으로써 지향성 결합기(102)의 지향성을 교정하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 지향성 결합기(102)의 입력 포트에서 테스트 신호를 도입하고, VSWR 생성기(104)에 의해 생성되는 2개의 상이한 부하 조건 또는 종단 임피던스 하에서 전력 검출기(108)를 이용하여 결합 포트에서 전력을 측정함으로써, 지향성 측정이 수행된다.
지향성 결합기의 결합 팩터는 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00001
여기서, Pinput .dB는 입력 전력이고, Pcoupled .dB는 결합 전력이다. 2개의 상이한 종단 임피던스에 대한 결합 팩터의 편차는 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00002
여기서, CPL1은 전송 포트에서의 종단 임피던스의 제1 값에 대한 결합 팩터이고, CPL2는 전송 포트에서의 종단 임피던스의 제2 값에 대한 결합 팩터이다.
도 1b는 지향성 결합기에 대한 매칭 및 미스매칭 조건들의 효과를 나타낸다. 도시된 스미스 차트는 VSWR1 = 1을 갖는 매칭 임피던스 조건에 대응하는 포인트(146)를 갖고, VSWR2 및 반사율 |ΓL|을 갖는 미스매칭 임피던스 조건에 대응하는 트레이스(142)를 가지며, 따라서 다음과 같다.
Figure pat00003
도 1a와 관련하여, 이 VSWR2는 VSWR 생성기(104)의 포트 1에서 관찰되는 전압 정재파비이다. 결합 팩터 대 위상각 그래프에 나타난 바와 같이, 매칭 조건에 대응하는 결합 팩터를 나타내는 트레이스(144)는 위상각에 따라 일정한 반면, 미스매칭 조건을 나타내는 트레이스(140)는 위상각에 따라 변하고, δpk -pk의 피크 대 피크 크기를 갖는다. 이러한 δpk -pk의 피크 대 피크 크기는 다음과 같이 반사율 |ΓL| 및 결합기 지향성 DIR의 식으로 표현될 수 있다.
Figure pat00004
수학식 3 및 4를 이용하여, 지향성 DIR은 다음과 같이 VSWR 및 δpk -pk에 관해 표현될 수 있다.
Figure pat00005
도 1c는 결합 전력 변화 δ를 결정하는 일 실시예의 방법(120)을 나타낸다. 단계 122에서, 제1 임피던스가 VSWR 생성기(104)를 통해 지향성 결합기(102)의 전송 포트에 인가되며, 단계 124에서, RF 신호가 지향성 결합기(102)의 입력 포트에 인가된다. 이어서, 단계 126에서, 제1 결합 전력 CPL1이 전력 검출기(108)를 통해 측정된다. 제1 결합 전력 CPL1이 측정된 후, 단계 128에서 제2 임피던스가 VSWR 생성기(104)를 통해 지향성 결합기(102)의 전송 포트에 인가되며, 단계 130에서 전력 검출기(108)를 이용하여 제2 결합 전력 CPL2가 측정된다. 단계 132에서, CPL1과 CPL2 사이의 차이를 발견하여 결합 전력 변화 δ가 결정된다.
VSWR 생성기(104)에 의해 생성되는 종단 임피던스들에 관한 다수의 상이한 선택이 존재한다. 일 실시예에서, 양 임피던스는 이들이 동일한 VSWR을 유발하지만 반사율과 관련하여 상이한 위상들을 갖도록 선택될 수 있다. 예로서, 특정 VSWR에 대응하는 높은 실수 임피던스가 하나의 임피던스로서 사용될 수 있고, 동일 VSWR에 대응하는 더 낮은 실수 임피던스가 나머지 임피던스로 사용될 수 있다. 이것의 추가 예는 RF 단락 회로 및 RF 개방 회로이다. 대안으로서, 2개의 측정은 상이한 VSWR들에 대응할 수 있다. 예로서, 지향성 결합기는 명목 결합 팩터 CPL을 측정하기 위해 VSWR1 = 1에 대한 매칭 종단을 이용하여(예로서, 50Ω 시스템에서 50Ω 종단 임피던스를 이용하여) 종단되고, 이어서 위상각을 갖는 제2 VSWR2를 생성하기 위한 임피던스로 종단될 수 있으며, 따라서 최대 결합 팩터 편차 δpk = (δpk-pk)/2가 달성된다. 이어서, 다음과 같이 지향성이 계산될 수 있다.
Figure pat00006
일부 실시예들에서, VSWR2에 대한 높은 값들은 VSWR1이 정확히 1이 아닌 경우에 지향성 계산의 에러를 최소화하는 데 사용된다. 일 실시예에서, 션트 스위치가 VSWR2를 생성하는 데 사용되며, 션트 스위치의 온-저항은 예로서 약 1Ω 내지 5Ω의 범위에서 가능한 한 낮아진다. 대안으로서, 부하 임피던스 및 VSWR에 대한 다른 값들이 사용될 수 있다.
도 2a-2d는 VSWR 생성기(104)를 구현하는 데 사용될 수 있는 다양한 회로들을 나타낸다. 예로서, 도 2a는 포트 1과 포트 2 사이에 결합되는 제1 복소수 임피던스 Z1 및 포트 2와 공통 노드 사이에 결합되는 제2 복소수 임피던스를 갖는 2-포트 VSWR 생성기를 나타낸다. 이러한 복소수 임피던스들 중 하나 또는 양자가 도 2b-2d에 도시된 바와 같이 지향성 측정 동안 조정될 수 있다. 도 2b에서, 복소수 임피던스 Z1 및 Z2 각각은 스위치들을 이용하여 구현되며, 따라서 각각의 복소수 임피던스 Z1 및 Z2는 단락 회로 또는 개방 회로 임피던스를 달성할 수 있다. 도 2c는 단락 회로로서 구현되는 복소수 임피던스 Z1 및 스위치로서 구현되는 복소수 임피던스 Z2를 나타내고, 도 2d는 조정 가능 인덕터 L1로서 구현되는 복소수 임피던스 Z1 및 조정 가능 커패시터 C1로서 구현되는 복소수 임피던스 Z2를 나타낸다.
일부 실시예들에서, 도 2c 및 2d에 도시된 스위치들은 반도체 스위치들을 이용하여 구현될 수 있고, 따라서 개방 및 폐쇄 스위치들의 임피던스들은 스위치들을 구현하는 데 사용되는 트랜지스터들의 디바이스 파라미터들에 의해 결정된다. 그러한 실시예들에서, 스위치들은 스위치들이 닫힐 때 스위치들을 구현하는 데 사용되는 트랜지스터의 온-저항에 대응하는 임피던스를 가질 것이다.
일 실시예에서, 도 2b의 VSWR 생성 회로는 다음과 같이 3개의 측정을 이용하여 지향성 결합기(102)의 지향성을 측정하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 도 2b의 회로의 포트 2는 매칭 임피던스 Z0으로 종단되며, 따라서 VSWR1 = 1이다. 예로서, 50Ω의 실수 임피던스가 50Ω 시스템에서 사용될 수 있다. 따라서, 지향성 결합기(102)의 전송 포트는 Z1과 관련된 스위치를 닫고 Z2와 관련된 스위치를 개방함으로써 매칭 임피던스 Z0으로 종단되며, 명목 결합 팩터 CPL이 전력 검출기(108)를 통해 측정된다. 이어서, Z1 및 Z2 양자와 관련된 스위치들을 닫음으로써 낮은 종단 임피던스가 생성되며, 전력 검출기(108)를 통해 CPL로부터 제1 편차 δpk1이 측정된다. 마지막으로, Z1과 관련된 스위치를 턴오프함으로써 높은 종단 임피던스가 생성되고, 전력 검출기(108)를 통해 CPL로부터 제2 편차 δpk2가 측정된다.
지향성을 계산하기 위해, 수학식 6을 사용하여, 제1 편차 δpk1에 기초하여 제1 지향성 DIR1을 계산하고, 제2 편차 δpk2에 기초하여 제2 지향성 DIR2를 계산할 수 있다. 지향성 DIR1 및 DIR2로부터, 다음과 같이 평균 지향성이 발견될 수 있다.
Figure pat00007
다수의 지향성 측정에 대한 평균 지향성을 이용함으로써, 지향성 계산의 에러가 감소할 수 있다. 본 발명의 대안 실시예들에서는, 상이한 부하 조건들에 대해 임의 수의 지향성 측정을 수행하여 평균 지향성을 계산할 수 있다.
도 3a는 지향성 결합기(102), VSWR 생성기(104), 및 방향 선택 스위치(162)를 통해 격리 및 결합 포트에 결합되는 전력 검출기(108)를 포함하는 일 실시예의 지향성 결합기 시스템을 나타낸다. 일 실시예에서, 방향 선택 스위치(162)는 지향성 결합기(102)의 격리 포트 또는 결합 포트를 선택하는 데 사용된다. 방향 선택 스위치(162)가 격리 포트를 선택할 때, 방향 선택 스위치(162)의 출력은 전송 포트로부터 입력 포트로 전파되는 RF 신호에 비례하는 신호를 제공한다. 그러한 신호는 예로서 반사 RF 전력으로부터 생성될 수 있다. 신호는 임피던스 미스매치를 측정하기 위한 것일 수 있다. 역으로, 방향 선택 스위치(162)가 결합 포트를 선택할 때, 방향 선택 스위치(162)의 출력은 전송 포트로부터 입력 포트로 전파되는 RF 신호에 비례하는 신호를 제공한다. 그러한 신호는 전송 전력을 측정하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 지향성 결합기(102) 및 방향 선택 스위치(162)는 개별 집적 회로들 상에 배치될 수 있거나, 단일 다이 상에 모놀리식 방식으로 집적될 수 있다. 개별 칩들은 멀티칩 모듈 내에 집적될 수 있거나, 응용 인쇄 회로 보드 상에 실장될 수 있다.
지향성 결합기(102)에 종단을 제공하기 위해 방향 선택 스위치(162)에 조정 가능 종단 임피던스들(164, 166)이 또한 결합된다. 결합 포트가 선택될 때, 결합 포트는 전력 검출기(108)로 라우팅되며, 격리 포트는 조정 가능 종단 저항기(164)로 라우팅된다. 한편, 격리 포트가 선택될 때, 결합 포트는 조정 가능 종단 저항기(166)로 라우팅된다. 조정 가능 종단 임피던스들(164, 166) 각각은 결합기(160)의 지향성을 증가 및/또는 최대화하도록 조정될 수 있다.
도 3b는 결합 전력 변화 δ를 결정하는 일 실시예의 방법(180)을 나타낸다. 단계 122 내지 132는 지향성 결합기(102)의 결합 전력 변화 δ를 측정하기 위해 도 1c에 도시되고 위에서 설명된 방법(120)의 단계 122 내지 132와 유사하다. 단계 132에서 결합 전력 변화 δ가 CPL1과 CPL2 사이의 차이를 발견함으로써 결정되면, 단계 182에서 결합 전력 변화 δ가 임계치 THR과 비교된다. 일부 실시예들에서, 임계치 THR은 약 0.1 dB와 약 1 dB 사이에 있도록 설정된다. 대안 실시예들에서는, 특정 실시예 및 그의 사양들에 따라 이 범위 밖의 임계치들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 결합 전력 변화 δ의 절대값이 임계치 THR와 비교될 수 있다. 결합 전력 변화 δ가 임계치보다 클 경우, 단계 184에서 종단 임피던스가 조정되며, 단계 122 내지 132를 반복하여 지향성 결합기(102)를 다시 한 번 측정한다. 결합 전력 변화 δ가 임계치보다 작을 때, 교정 절차가 종료된다.
대안 실시예들에서는, 결합 전력 변화 δ 외의 다른 값들이 결합기를 측정 및 교정할 때 지향성 결합기(102)에 대한 성능 지수로서 사용될 수 있다. 예로서, 본 명세서에서 개시되는 다양한 방법들을 이용하여 단계 182에서 지향성 DIR이 도출되고 임계치와 비교될 수 있다. 일부 실시예들에서, 다양한 부하 조건들에 대한 다수의 측정을 평균하여 평균 지향성을 생성할 수 있다.
도 4는 전력 검출기(108), 조정 가능 종단 임피던스(106) 및 VSWR 생성기(104)에 결합되는 제어기(172)를 더 갖는, 도 1a의 지향성 시스템을 포함하는 지향성 시스템(170)을 나타낸다. 일 실시예에서, 제어기(172)는 높은 지향성을 달성하기 위해 VSWR 생성기(104)의 상태를 설정하고, 전력 검출기(108)로부터 측정들을 수집하고, 조정 가능 종단 임피던스(106)의 값을 설정하는 것, 및 지향성 결합기(102)의 측정 및 교정을 지원하기 위해 본 명세서에서 설명되는 다양한 계산들을 수행하는 것을 포함하는 측정 프로세스를 제어 및 배열하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 제어기(172)는 예로서 프로세서, 마이크로컨트롤러 또는 전용 시스템 논리를 이용하여 구현될 수 있다.
도 5a는 본 명세서에서 개시되는 다양한 조정 가능 임피던스들을 구현하는 데 사용될 수 있는 조정 가능 임피던스(200)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 조정 가능 임피던스(200)는 서로 직렬로 결합되는 저항기들(R21, R22, R23)을 포함한다. 게다가, 스위치(S21)가 저항기(R21)를 바이패스하도록 구성되고, 스위치(S22)가 저항기(R22)를 바이패스하도록 구성되며, 스위치(S23)가 R23을 바이패스하도록 구성된다. 동작 동안, 스위치들(S21, S22, S23)은 조정 가능 저항 값을 제공하기 위해 다양한 조합으로 턴온 및 턴오프된다. 스위치들(S21, S22, S23)이 모두 턴오프될 때, 튜닝 가능한 조정 가능 임피던스(200)는 저항 변화를 유발하기 위해 스위치들(S21, S22, S23)을 선택적으로 턴온 및 턴오프함으로써 감소 및 조정될 수 있는 최대 저항 값을 갖는다.
도 5b는 본 명세서에서 개시되는 다양한 조정 가능 임피던스들을 구현하는 데에 또한 사용될 수 있는 조정 가능 임피던스(210)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 조정 가능 임피던스(210)는 서로 병렬로 결합되는 저항기들(R31, R32, R33)을 포함하며, 따라서 저항기들(R31, R32, R33) 각각은 스위치들(S31, S32, S33) 각각에 직렬로 결합된다. 조정 가능 임피던스(210)의 저항은 스위치들(S31, S32, S33)을 선택적으로 턴온 및 턴오프함으로써 조정될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 조정 가능 임피던스들(200, 210)에서 사용되는 스위치들은 본 기술분야에 공지된 스위칭 트랜지스터들을 이용하여 구현될 수 있다. 예로서, 이러한 스위치들은 NMOS 및 PMOS 디바이스들 또는 다른 적절한 디바이스들과 같은 MOSFET들을 이용하여 구현될 수 있다. 조정 가능 임피던스들(200, 210)의 토폴로지들은 많은 가능한 조정 가능 임피던스 토폴로지 중 2개의 예일 뿐이라는 것을 더 이해해야 한다. 예로서, 일부 실시예들에서, 3개보다 많거나 적은 저항기가 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 직렬 및 병렬 저항기 분로들의 조합이 사용될 수도 있다. 대안으로서, 본 기술분야에 공지된 다른 조정 가능 임피던스 토폴로지들이 사용될 수 있다.
도 6은 전력 검출기(108)에 결합되는 바이패스 스위치(222)를 더 갖는, 도 1a의 지향성 시스템을 포함하는 지향성 시스템(220)을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 바이패스 스위치(222)는 전력 검출기(108)의 출력 또는 지향성 결합기(102)의 결합 포트를 선택하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 결합 포트는 지향성 결합기(102)의 결합 포트의 직접 RF 측정들을 수행하기 위해 선택될 수 있거나, 전력 검출기(108)의 출력은 지향성 결합기(102)의 결합 포트에서 평균 전력에 비례하는 DC 및/또는 디지털 값을 획득하기 위해 선택될 수 있다.
도 7a는 직렬로 결합되는 n개의 지향성 결합기(1021, 1022 내지 102n)를 갖는 지향성 시스템(300)을 나타낸다. 방향 선택 스위치들(3021, 3022 내지 302n)은 결합기 선택 스위치(306)와 연계하여 전력 검출기(108)를 이용하는 측정을 위해 지향성 결합기들(1021, 1022 내지 102n) 중 하나로부터 격리 포트 또는 결합 포트를 선택한다. 따라서, 전력 검출기(108)는 지향성 결합기들(1021, 1022 내지 102n) 각각에서 순방향 또는 역방향으로의 전력을 측정하는 데 사용될 수 있다. 적층 스위치들(3041, 3042)이 각각의 지향성 결합기(1021, 1022 내지 102n) 사이에 접속되어, 정상 동작 동안 개별 신호 경로들에 대한 독립적인 접속 그리고 교정 동안 직렬 결합을 가능하게 한다. 이러한 적층 스위치들(3041, 3042)은 지향성 결합기들(3021, 3022 내지 302n)과 동일한 집적 회로 상에 구현될 수 있다. 대안으로서, 적층 스위치들(3041, 3042)은 집적 회로가 테스트를 위해 실장되는 테스트 보드 상에 구현될 수 있다. 교정 동안, RF 신호가 지향성 결합기(1021)의 입력 포트 1에 인가되며, RF 신호는 적층 구조를 따라 전파된다. VSWR 생성기(104)는 전술한 바와 같이 상이한 부하들을 제공한다. 지향성 측정들을 수행하기 위해 한 번에 하나의 결합기가 선택될 수 있으며, 바이패스 스위치는 전력 검출기(108)가 테스트, 측정 및/또는 교정 동안 바이패스되는 것을 가능하게 한다. 적층 스위치는 시스템의 나머지 요소들과 함께 동일 다이 상에 집적될 수 있거나, 외부에 구현될 수 있다.
도 7b는 도 7a에 도시된 지향성 시스템(300)과 유사하지만, 적층 스위치들이 단락들(3241, 3242)로 대체된 지향성 시스템(320)을 나타낸다. 일부 실시예들에서, 이러한 단락들(3241, 3242)은 예로서 테스트 보드 상에 구현된다.
도 8a는 전술한 바와 같은 전력 검출기(108) 및 바이패스 스위치(222)를 포함하는 지향성 측정 시스템을 위한 일 실시예의 테스트 인터페이스(400)를 나타낸다. 게다가, 실시예의 테스트 인터페이스(400)는 종단 스위치(404) 및 종단 저항기(406)를 포함하는 스위칭 가능 종단을 포함한다. 일 실시예에서, 종단 저항기(406)는 전력 검출기(108)가 전력 측정을 수행할 때 지향성 결합기의 격리 및/또는 결합 포트에 결합되며, 바이패스 RF 측정 동안 외부 부하가 출력 핀에 인가될 때는 분리 상태로 유지된다. 바이패스 스위치(222)를 이용함으로써, 단일 핀을 이용하여 직접 RF 출력 및 DC 전력 검출기 출력 양자를 측정할 수 있다.
도 8b는 전력 검출기(108)와 바이패스 스위치(222) 사이에 결합되는 전압-전류 컨버터(402)를 더 구비하는, 도 8a에 도시된 테스트 인터페이스(400)와 유사한 지향성 측정을 위한 일 실시예의 테스트 인터페이스(430)를 나타낸다. 전압-전류 컨버터(402)는 테스트 장비가 출력 핀에서 낮은 전압 및/또는 0의 전압을 제공하는 것을 가능하게 하기 위해 전력 검출기(108)의 전류 출력을 제공한다. 출력 핀에서 그러한 낮은 전압을 사용하는 것은 결합기 IC 상의 NMOS 게이트 유전체와 같은 디바이스 구조들에 스트레스를 주는 것을 방지한다. 대안 실시예들에서, 전력 검출기(108)는 전류 모드 출력을 제공하는 회로를 이용하여 구현될 수 있으며, 이 경우에는 전압-전류 컨버터(402)가 생략될 수 있다.
도 8c는 실시예의 테스트 인터페이스(430)의 일 실시예의 테스트 구성을 나타내며, 여기서 지향성 시스템은 출력 핀에 바이패스 RF 측정을 제공하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 바이패스 스위치(222)는 결합기 코어를 바이패스 커패시터(412) 및 수신기 부하(410)에 결합되는 출력 핀으로 라우팅한다. 종단 저항기(406)는 종단 스위치(404)에 의해 출력 핀으로부터 분리된다. 도시된 바와 같이, 결합기 코어로부터 수신기 부하(410)로 직접 RF 신호 경로가 형성된다. RF 초크(414)는 높은 RF 임피던스를 전류 측정 디바이스(416)에 제공한다.
도 8d는 지향성 시스템이 전류 모드 DC 측정을 제공하도록 구성될 때 실시예의 테스트 인터페이스(430)의 일 실시예의 테스트 구성을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 바이패스 스위치(222)는 전압-전류 컨버터(402)의 출력을 바이패스 커패시터(412) 및 수신기 부하(410)에 결합되는 출력 핀으로 라우팅한다. 종단 저항기(406)는 종단 스위치(404)를 통해 결합기 코어에 접속된다. 도시된 바와 같이, 결합기 코어로부터 종단 저항기(406)로 그리고 입력으로부터 전력 검출기(108)로 RF 신호 경로가 형성된다. 전력 검출기(108)의 출력은 지향성 결합기의 전력 출력에 비례하는 전압을 제공한다. 이 전압은 전압-전류 컨버터(402)를 통해 전류로 변환되고, RF 초크(414)를 통해 전류 측정 디바이스(416)에 제공된다. 전류 측정 디바이스(416)는 본 기술분야에 공지된 전류 측정 회로들 및 시스템들을 이용하여 구현될 수 있다. 예로서, 전류 측정 디바이스(416)는 전류계 또는 작은 값을 갖는 션트 저항기를 이용하여 구현될 수 있다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 시스템(500)을 나타낸다. 시스템(500)은 실시예의 지향성 결합기 시스템(504) 및 튜닝 가능 매칭 네트워크(506)를 통해 안테나(512)에 결합되는 RF 송수신기(502)를 포함한다. 지향성 결합기(504)의 출력 포트는 전력 검출기(508)에 결합되며, 이 전력 검출기의 출력은 제어기(510)에 결합된다. 일 실시예에서, 제어기(510)는 전력 검출기(508)의 디지털 출력에 따라 튜닝 가능 매칭 네트워크(506)를 조정한다. 지향성 결합기(504)가 RF 송수신기(502)와 튜닝 가능 매칭 네트워크(506)에 대한 입력 사이의 임피던스 미스매치를 검출할 때, 제어기(510)는 일부 실시예들에서 튜닝 가능 매칭 네트워크(506)의 측정된 임피던스 미스매치가 미리 결정된 임계치 아래로 떨어질 때까지 이 튜닝 가능 매칭 네트워크를 조정한다. 일부 실시예들에서, 제어기(510)는 예로서 프로세서, 마이크로컨트롤러 또는 전용 시스템 논리를 이용하여 구현될 수 있다. 동작 동안, 제어기(510)는 행해지는 측정에 따라 지향성 결합기의 어느 출력 포트를 전력 검출기(508)로 라우팅할지를 선택한다. RF 시스템(500)은 예로서 셀룰러 전화, 무선 근거리 네트워크 송수신기 또는 다른 무선 주파수 시스템의 프론트엔드 내에 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 튜닝 가능 매칭 네트워크(506)는 시스템(520)과 관련하여 도 9b에 도시된 바와 같이 RF 송수신기(502)와 지향성 결합기(504) 사이에 결합된다.
도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시예의 레이더 시스템(550)을 나타낸다. 시스템(550)은 실시예의 지향성 결합기 시스템(504)을 통해 안테나(512)에 결합되는 레이더 송수신기(552)를 포함한다. 지향성 결합기 시스템(504)의 출력은 전력 검출기(508)를 통해 제어기(510)에 결합된다. 일 실시예에서, 지향성 결합기 시스템(504)은 반사 레이더 펄스를 나타낼 수 있는 안테나(512)로부터의 입사 신호를 측정한다. 시스템(550)은 예로서 자동차 또는 근접 레이더 시스템들과 같은 레이더 시스템에서 사용될 수 있다. 지향성 결합기 시스템(504)은 예로서 본 명세서에서 개시되는 실시예의 지향성 결합기 시스템들을 이용하여 구현될 수 있다. 실시예의 반사 측정 회로들을 이용할 수 있는 다른 예시적인 시스템들은 평면 반전 F 안테나(PIFA) 피드-포인트 튜너들에서의 전력 모니터링을 포함한다.
도 9d는 실시예의 지향성 결합기 시스템(504)을 통해 안테나(512)에 결합되는 안테나 스위치(562)를 포함하는 실시예의 시스템(560)을 나타낸다. 안테나 스위치(562)는 입력 S1 내지 SN 중에서 하나의 입력을 선택하여 출력 노드 O1에 결합하도록 구성된다. 지향성 결합기(504)의 출력 포트는 전력 검출기(508)를 통해 제어기(510)에 결합된다. 시스템(560)은 예로서 지향성 결합기(504) 내의 극성 스위치의 위치를 선택함으로써 순방향 및 역방향에서의 전송 및 반사 전력을 측정하는 데 사용될 수 있다. 지향성 결합기(504)의 출력은 포락선 추적 및 안테나 튜닝을 수행하는 데에 더 사용될 수 있다.
도 9a-d에 도시된 실시예는 실시예의 지향성 결합기들을 이용하여 구현될 수 있는 많은 실시예들의 시스템 중 4개의 예일 뿐이라는 것을 알아야 한다.
도 10은 다양한 실시예들에서 지향성 결합기들을 구현하는 데 사용될 수 있는 지향성 결합기(600)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 지향성 결합기(600)는 입력 포트와 전송 포트 사이에 결합되는 하나의 권선(602a) 및 격리 포트와 결합 포트 사이에 결합되고 권선(602a)에 자기적으로 결합되는 다른 권선(602b)을 갖는 변압기(604)를 이용하여 구현된다. 변압기(604)는 본 기술분야에 공지된 회로들 및 시스템들을 이용하여 구현될 수 있다. 예로서, 일 실시예에서, 변압기(604)는 집적 회로 상에 배치되는 적층된 또는 인접하는 나선 인덕터들을 이용하여 구현될 수 있다. 추가 실시예에서, 변압기(604)는 기판 상에 배치되는 스트립라인 변압기를 이용하여 구현될 수 있다. 대안으로서, 다른 구조들이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 커패시터들(606, 608, 610, 612, 614, 616)이 변압기(604)에 결합된다.
도 11a-11c는 실시예의 지향성 결합기 시스템들을 이용하는 다양한 RF 시스템들을 나타낸다. 예로서, 도 11a는 안테나 스위치(702) 및 실시예의 지향성 결합기 시스템(704)을 통해 RF 프론트엔드로부터 안테나(706)로 다수의 채널을 결합하는 안테나 시스템(700)을 나타낸다. 안테나 스위치(702)는 복수의 RF 프론트엔드 입력 포트 중에서 하나를 선택하며, 지향성 결합기 시스템(704)은 그의 출력 포트에서 결합 신호들에 대한 액세스를 제공한다. 지향성 결합기 시스템(704)은 본 명세서에서 설명되는 다양한 실시예들에 따라 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 안테나 시스템(700)은 셀룰러 전화와 같은 휴대용 RF 디바이스 내에 통합될 수 있다. 안테나 스위치(702)를 이용하여 다양한 RF 경로들 중에서 선택함으로써, 다중 표준 셀룰러 전화가 지원될 수 있다. 실시예의 지향성 결합기 시스템(722)은 예로서 시스템 동작 동안 전송 및 반사 전력 측정들을 수행하기 위해 다양한 결합 측정 경로들 중에서 선택하는 데 사용될 수 있다.
도 11b는 다수의 안테나를 이용하는 RF 프론트엔드 시스템에서 사용될 수 있는 실시예의 안테나 시스템(720)을 나타낸다. 안테나 시스템(720)은 안테나 스위치들(702a, 702b), 실시예의 지향성 결합기 시스템(722) 및 안테나들(706, 724)을 포함한다. 일 실시예에서, 안테나(706)는 메인 안테나로서 구성되며, 안테나(724)는 다이버시티 안테나로서 구성된다. 일 실시예에서, 지향성 결합기 시스템(722)은 안테나들(706, 724)로의 2개의 신호의 동시 전송을 지원하기 위해 복수의 지향성 결합기를 이용하는 실시예의 지향성 결합기 시스템을 이용하여 구현될 수 있다.
도 11c는 안테나 스위치들(702a, 702b), 실시예의 지향성 결합기 시스템(722), 결합 네트워크(combining network)(732), 안테나(706)를 포함하는 안테나 시스템(730)을 나타낸다. 여기서, 안테나 스위치(702a)는 제1 RF 경로에서 다수의 신호 중 하나의 신호를 선택하며, 702b는 제2 RF 경로에서 다수의 신호 중 하나의 신호를 선택한다. 이러한 2개의 RF 경로는 RF 전력 결합기(power combiner), 듀플렉서 또는 본 기술분야에 공지된 다른 회로를 이용하여 구현될 수 있는 결합 네트워크(732)를 통해 조합된다. 지향성 결합기 시스템(722)의 출력 포트는 다양한 RF 경로들 각각에서 전송 및 반사 전력을 측정하기 위해 전력 검출기(도시되지 않음)에 결합될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 회로들 또는 시스템들은 동작시에 시스템으로 하여금 액션들을 수행하게 하는 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합을 시스템 상에 설치함으로써 특정 동작들 또는 액션들을 수행하도록 구성될 수 있다. 하나의 일반적인 양태는 지향성 결합기의 입력 포트에서 입력 신호를 인가하고, 상기 지향성 결합기의 전송 포트에서 제1 임피던스를 인가하고, 상기 제1 임피던스를 인가한 후에 상기 지향성 결합기의 결합 포트에서 제1 결합 전력을 측정하고, 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 제2 임피던스를 인가하고, 상기 제2 임피던스를 인가한 후에 제2 결합 전력을 측정하고, 상기 제1 결합 전력과 상기 제2 결합 전력 사이의 차이를 결정하여 결합 전력 변화를 형성하여 상기 결합 전력 변화를 결정함으로써 상기 지향성 결합기를 동작시키는 방법을 포함한다. 이 양태의 다른 실시예들은 방법들의 다양한 액션들을 수행하도록 구성되는 대응하는 회로들 및 시스템들을 포함한다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 결합 전력 변화가 미리 결정된 임계치를 초과할 때 상기 지향성 결합기의 격리 포트에 결합되는 종단 임피던스를 조정하는 단계 및/또는 상기 결합 전력 변화가 상기 미리 결정된 임계치를 초과하지 않을 때까지 상기 결합 변화의 결정과 상기 종단 임피던스의 조정을 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 결합 전력을 측정하는 단계 및 상기 제2 결합 전력을 측정하는 단계는 전력 검출기 회로를 이용하는 단계를 포함한다. 상기 전력 검출기 회로를 이용하는 단계는 상기 전력 검출기 회로의 출력에서 전압을 생성하고, 상기 전력 검출기 회로의 상기 출력에서의 상기 전압을 전류로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제1 임피던스를 인가하는 단계는 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트를 개방 회로화하는 단계를 포함하고, 상기 제2 임피던스를 인가하는 단계는 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트를 단락 회로화하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 임피던스를 인가하는 단계는 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트를 단락 회로화하는 단계를 포함하고, 상기 제2 임피던스를 인가하는 단계는 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트를 개방 회로화하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은 상기 결합 전력 변화에 기초하여 상기 지향성 결합기의 지향성을 결정하는 단계를 더 포함한다. 상기 지향성을 결정하는 단계는 다음 식에 따라 상기 지향성을 결정하는 단계를 포함할 수 있으며,
Figure pat00008
여기서, DIR은 상기 지향성 결합기의 상기 지향성이고, δpk -pk는 상기 결합 전력 변화이고, VSWR은 전압 정재파비이다.
일 실시예에서, 상기 방법은 상기 지향성 결합기의 입력 포트에서 상기 입력 신호를 인가하고, 상기 지향성 결합기의 전송 포트에서 상기 제1 임피던스를 인가하고, 상기 제1 임피던스를 인가한 후에 상기 지향성 결합기의 격리 포트에서 제1 반사 전력을 측정하고, 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 상기 제2 임피던스를 인가하고, 상기 제2 임피던스를 인가한 후에 제2 반사 전력을 측정하고, 상기 제1 반사 전력과 반사 결합 전력 사이의 차이를 결정하여 반사 전력 변화를 형성하여 상기 반사 전력 변화를 결정하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 방법은 상기 반사 전력 변화가 미리 결정된 임계치를 초과할 때 상기 지향성 결합기의 상기 결합 포트에 결합되는 종단 임피던스를 조정하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 결합 전력 변화가 상기 미리 결정된 임계치를 초과하지 않을 때까지 상기 반사 변화의 결정과 상기 종단 임피던스의 조정을 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방법은 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 제3 임피던스를 인가하는 단계; 및 상기 제2 임피던스를 인가한 후에 제3 결합 전력을 측정하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 제1 결합 전력 및 상기 제2 결합 전력의 측정에 기초하여 제1 지향성을 계산하는 단계; 상기 제1 결합 전력 및 상기 제3 결합 전력의 측정에 기초하여 제2 지향성을 계산하는 단계; 및 상기 제1 지향성 및 상기 제2 지향성을 평균하여 평균 지향성을 결정하는 단계도 포함할 수 있다. 상기 제1 임피던스는 매칭 임피던스를 포함할 수 있고; 상기 제2 임피던스는 개방 회로를 포함할 수 있고; 상기 제3 임피던스는 단락 회로를 포함할 수 있다. 설명되는 기술들의 구현들은 하드웨어, 방법 또는 프로세스, 또는 컴퓨터 액세스 가능 매체 상의 컴퓨터 소프트웨어를 포함할 수 있다.
다른 일반적인 양태는 지향성 결합기; 상기 지향성 결합기의 결합 포트에 결합되는 전력 검출기; 및 상기 지향성 결합기의 전송 포트에 결합되는 스위칭 가능 임피던스 회로를 포함하고, 상기 스위칭 가능 임피던스 회로는 제어 입력에 따라 제1 임피던스를 상기 전송 포트에 그리고 제2 임피던스를 상기 전송 포트에 스위칭 가능하게 인가하도록 구성되는 지향성 결합기 시스템을 포함한다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 지향성 결합기 시스템은 상기 스위칭 가능 임피던스 회로의 상기 제어 입력에 그리고 상기 전력 검출기의 출력에 결합되는 제어기를 더 포함하고, 제어기는 상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 상기 제1 임피던스를 인가하고, 상기 제1 임피던스를 인가한 후에 상기 전력 검출기를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 결합 포트에서 제1 결합 전력을 측정하고, 상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 상기 제2 임피던스를 인가하고, 상기 제2 임피던스를 인가한 후에 상기 전력 검출기를 통해 제2 결합 전력을 측정하고, 상기 제1 결합 전력과 상기 제2 결합 전력 사이의 차이를 결정하여 결합 전력 변화를 형성하도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 상기 지향성 결합기 시스템은 상기 지향성 결합기의 상기 결합 포트에 결합되는 제1 조정 가능 종단 임피던스를 더 포함한다. 상기 지향성 결합기 시스템은 상기 스위칭 가능 임피던스 회로의 상기 제어 입력에 그리고 상기 전력 검출기의 출력에 결합되는 제어기를 더 포함할 수 있고, 상기 제어기는 상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 상기 제1 임피던스를 인가하고, 상기 제1 임피던스를 인가한 후에 상기 전력 검출기를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 결합 포트에서 제1 결합 전력을 측정하고, 상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 상기 제2 임피던스를 인가하고, 상기 제2 임피던스를 인가한 후에 상기 전력 검출기를 통해 제2 결합 전력을 측정하고, 상기 제1 결합 전력과 상기 제2 결합 전력 사이의 차이를 결정하여 결합 전력 변화를 형성하여 상기 결합 전력 변화를 결정하도록 구성된다. 상기 제어기는 또한 상기 결합 전력 변화가 제1 미리 결정된 임계치를 초과할 때 상기 제1 조정 가능 종단 임피던스를 조정하고, 상기 결합 전력 변화가 상기 제1 미리 결정된 임계치를 초과하지 않을 때까지 상기 결합 변화의 결정과 상기 제1 조정 가능 종단 임피던스의 조정을 반복하도록 구성된다.
상기 지향성 결합기 시스템은 상기 지향성 결합기의 상기 결합 포트에 결합되는 제2 조정 가능 종단 임피던스를 포함할 수 있고, 상기 제어기는 상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 상기 제1 임피던스를 인가하고, 상기 제1 임피던스를 인가한 후에 상기 전력 검출기를 통해 상기 지향성 결합기의 격리 포트에서 제1 반사 전력을 측정하고, 상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 상기 제2 임피던스를 인가하고, 상기 제2 임피던스를 인가한 후에 상기 전력 검출기를 통해 제2 반사 전력을 측정하고, 상기 제1 반사 전력과 상기 제2 반사 전력 사이의 차이를 결정하여 반사 전력 변화를 형성하여 상기 반사 전력 변화를 결정하도록 더 구성된다. 상기 제어기는 또한 상기 반사 전력 변화가 제2 미리 결정된 임계치를 초과할 때 상기 제2 조정 가능 종단 임피던스를 조정하고, 상기 결합 전력 변화가 상기 제2 미리 결정된 임계치를 초과하지 않을 때까지 상기 결합 변화의 결정과 상기 제2 조정 가능 종단 임피던스의 조정을 반복하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 지향성 결합기 시스템은 상기 지향성 결합기의 상기 결합 포트의 직접 출력 및 전압-전류 컨버터의 출력 중 하나를 출력 핀으로 라우팅하도록 구성되는 출력 선택 스위치를 더 포함한다. 상기 지향성 결합기는 또한 상기 전력 검출기의 입력에 결합되는 종단 임피던스, 및 상기 전력 검출기의 상기 입력과 상기 지향성 결합기의 상기 결합 포트의 상기 직접 출력 사이에 결합되는 종단 스위치를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 지향성 결합기 시스템은 상기 전력 검출기의 출력과 상기 출력 선택 스위치 사이에 결합되는 전압-전류 컨버터를 더 포함한다. 상기 지향성 결합기, 상기 전력 검출기 및 상기 스위칭 가능 임피던스 회로는 일부 실시예들에서 동일 집적 회로 상에 배치될 수 있다. 설명되는 기술들의 구현들은 하드웨어, 방법 또는 프로세스, 또는 컴퓨터 액세스 가능 매체 상의 컴퓨터 소프트웨어를 포함할 수 있다.
추가의 일반적인 양태는 제1 입력 포트, 제1 전송 포트, 제1 격리 포트 및 제1 결합 포트를 포함하는 제1 지향성 결합기; 및 상기 제1 지향성 결합기의 상기 제1 전송 포트에 결합되는 제2 입력 포트, 제2 전송 포트, 제2 격리 포트 및 제2 결합 포트를 포함하는 제2 지향성 결합기를 갖는 회로를 포함한다. 상기 회로는 또한 상기 제2 지향성 결합기의 상기 제2 전송 포트에 결합되는 스위칭 가능 임피던스 회로를 포함하고, 상기 스위칭 가능 임피던스 회로는 제1 임피던스를 상기 제2 전송 포트에 그리고 제2 임피던스를 상기 제2 전송 포트에 스위칭 가능하게 인가하도록 구성된다. 상기 회로는 스위칭 네트워크 - 상기 스위칭 네트워크는 상기 제1 격리 포트, 상기 제1 결합 포트, 상기 제2 격리 포트 및 상기 제2 결합 포트 중 하나를 상기 스위칭 네트워크의 출력으로 라우팅하도록 구성됨 -, 상기 스위칭 네트워크의 상기 출력에 결합되는 전력 검출기, 및 상기 스위칭 네트워크의 상기 출력 및 상기 전력 검출기의 상기 출력 중 하나를 출력 핀으로 라우팅하도록 구성되는 바이패스 스위치를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 회로는 상기 제1 전송 포트와 상기 제2 입력 포트 사이에 결합되는 제1 적층 스위치를 더 포함한다. 상기 회로는 상기 제2 전송 포트와 상기 스위칭 가능 임피던스 회로 사이에 결합되는 적어도 하나의 추가 지향성 결합기도 포함할 수 있으며, 상기 스위칭 네트워크는 상기 적어도 하나의 추가 지향성 결합기의 격리 포트 및 결합 포트 중 하나를 상기 스위칭 네트워크의 상기 출력으로 라우팅하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 회로는 상기 스위칭 네트워크를 통해 상기 제1 격리 포트, 상기 제1 결합 포트, 상기 제2 격리 포트 및 상기 제2 결합 포트 중 하나를 선택하고, 상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 제1 임피던스를 인가하고, 상기 전력 검출기를 통해 상기 스위칭 네트워크의 상기 출력에서 제1 전력을 측정하고, 상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 제2 임피던스를 인가하고, 상기 전력 검출기를 통해 상기 스위칭 네트워크의 상기 출력에서 제2 전력을 측정하고, 상기 제1 전력과 상기 제2 전력 사이의 차이를 결정하도록 구성되는 제어기를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 지향성 결합기, 상기 제2 지향성 결합기, 상기 스위칭 가능 임피던스 회로, 상기 스위칭 네트워크 및 상기 전력 검출기는 동일 집적 회로 상에 배치된다.
일부 실시예의 지향성 결합기들의 장점들은 전송 포트에서의 결합기의 반환 손실이 지향성 결합기의 타겟 지향성 아래인 것을 필요로 하지 않는 전력 검출기들을 이용하여 지향성 결합기의 지향성을 결정하기 위한 능력을 포함한다. 일부 실시예들의 추가 장점은 결합 포트에서 전력을 측정하는 동안 덜 민감한 전력 검출기를 이용하기 위한 능력을 포함한다. 추가 장점은 RF 결합 신호는 물론, 내부 전력 검출기에 의해 측정되는 전력을 지시하는 DC 신호 양자를 출력하기 위하여 집적 회로의 단일 핀을 공유하기 위한 능력을 포함한다.
본 발명은 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 설명은 한정의 의미로 해석되는 것을 의도하지 않는다. 예시적인 실시예들의 다양한 변경들 및 조합들은 물론, 본 발명의 다른 실시예들이 본 설명의 참조시에 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백해질 것이다.

Claims (29)

  1. 지향성 결합기(directional coupler)를 동작시키는 방법으로서,
    상기 지향성 결합기의 입력 포트에서 입력 신호를 인가하고,
    상기 지향성 결합기의 전송 포트에서 제1 임피던스를 인가하고,
    상기 제1 임피던스를 인가한 후에 상기 지향성 결합기의 결합 포트에서 제1 결합 전력을 측정하고,
    상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 제2 임피던스를 인가하고,
    상기 제2 임피던스를 인가한 후에 제2 결합 전력을 측정하고,
    상기 제1 결합 전력과 상기 제2 결합 전력 사이의 차이를 결정하여 결합 전력 변화(coupled power variation)를 형성함으로써
    상기 결합 전력 변화를 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결합 전력 변화가 미리 결정된 임계치를 초과할 때 상기 지향성 결합기의 격리 포트에 결합되는 종단 임피던스를 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 결합 전력 변화가 상기 미리 결정된 임계치를 초과하지 않을 때까지 상기 결합 변화의 결정과 상기 종단 임피던스의 조정을 반복하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 결합 전력을 측정하는 단계 및 상기 제2 결합 전력을 측정하는 단계는 전력 검출기 회로를 이용하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전력 검출기 회로를 이용하는 단계는 상기 전력 검출기 회로의 출력에서 전압을 생성하고, 상기 전력 검출기 회로의 상기 출력에서의 상기 전압을 전류로 변환하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 임피던스를 인가하는 단계는 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트를 개방 회로화(open circuiting)하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 임피던스를 인가하는 단계는 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트를 단락 회로화(short circuiting)하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 임피던스를 인가하는 단계는 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트를 단락 회로화하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 임피던스를 인가하는 단계는 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트를 개방 회로화하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 결합 전력 변화에 기초하여 상기 지향성 결합기의 지향성(directivity)을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 지향성을 결정하는 단계는 다음 식:
    Figure pat00009

    에 따라 상기 지향성을 결정하는 단계를 포함하며, 여기서, DIR은 상기 지향성 결합기의 상기 지향성이고, δpk -pk는 상기 결합 전력 변화이고, VSWR은 전압 정재파비(voltage standing wave ratio)인 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 지향성 결합기의 입력 포트에서 상기 입력 신호를 인가하고,
    상기 지향성 결합기의 전송 포트에서 상기 제1 임피던스를 인가하고,
    상기 제1 임피던스를 인가한 후에 상기 지향성 결합기의 격리 포트에서 제1 반사 전력을 측정하고,
    상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 상기 제2 임피던스를 인가하고,
    상기 제2 임피던스를 인가한 후에 제2 반사 전력을 측정하고,
    상기 제1 반사 전력과 상기 반사 결합 전력 사이의 차이를 결정하여 반사 전력 변화(reflected power variation)를 형성함으로써
    상기 반사 전력 변화를 결정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 반사 전력 변화가 미리 결정된 임계치를 초과할 때 상기 지향성 결합기의 상기 결합 포트에 결합되는 종단 임피던스를 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 결합 전력 변화가 상기 미리 결정된 임계치를 초과하지 않을 때까지 상기 반사 변화의 결정과 상기 종단 임피던스의 조정을 반복하는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 제3 임피던스를 인가하는 단계; 및
    상기 제2 임피던스를 인가한 후에 제3 결합 전력을 측정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 결합 전력 및 상기 제2 결합 전력의 측정에 기초하여 제1 지향성을 계산하는 단계;
    상기 제1 결합 전력 및 상기 제3 결합 전력의 측정에 기초하여 제2 지향성을 계산하는 단계; 및
    상기 제1 지향성 및 상기 제2 지향성을 평균하여 평균 지향성을 결정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 임피던스는 매칭 임피던스(matched impedance)를 포함하고;
    상기 제2 임피던스는 개방 회로를 포함하고;
    상기 제3 임피던스는 단락 회로를 포함하는 방법.
  16. 지향성 결합기 시스템으로서,
    지향성 결합기;
    상기 지향성 결합기의 결합 포트에 결합되는 전력 검출기; 및
    상기 지향성 결합기의 전송 포트에 결합되는 스위칭 가능 임피던스 회로
    를 포함하고,
    상기 스위칭 가능 임피던스 회로는 제어 입력에 따라 제1 임피던스를 상기 전송 포트에 그리고 제2 임피던스를 상기 전송 포트에 스위칭 가능하게 인가하도록 구성되는 지향성 결합기 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 스위칭 가능 임피던스 회로의 상기 제어 입력에 그리고 상기 전력 검출기의 출력에 결합되는 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는
    상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 상기 제1 임피던스를 인가하고,
    상기 제1 임피던스를 인가한 후에 상기 전력 검출기를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 결합 포트에서 제1 결합 전력을 측정하고,
    상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 상기 제2 임피던스를 인가하고,
    상기 제2 임피던스를 인가한 후에 상기 전력 검출기를 통해 제2 결합 전력을 측정하고,
    상기 제1 결합 전력과 상기 제2 결합 전력 사이의 차이를 결정하여 결합 전력 변화를 형성하도록 구성되는 지향성 결합기 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 지향성 결합기의 상기 결합 포트에 결합되는 제1 조정 가능 종단 임피던스를 더 포함하는 지향성 결합기 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 스위칭 가능 임피던스 회로의 상기 제어 입력에 그리고 상기 전력 검출기의 출력에 결합되는 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는
    상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 상기 제1 임피던스를 인가하고,
    상기 제1 임피던스를 인가한 후에 상기 전력 검출기를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 결합 포트에서 제1 결합 전력을 측정하고,
    상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 상기 제2 임피던스를 인가하고,
    상기 제2 임피던스를 인가한 후에 상기 전력 검출기를 통해 제2 결합 전력을 측정하고,
    상기 제1 결합 전력과 상기 제2 결합 전력 사이의 차이를 결정하여 결합 전력 변화를 형성함으로써
    상기 결합 전력 변화를 결정하고;
    상기 결합 전력 변화가 제1 미리 결정된 임계치를 초과할 때 상기 제1 조정 가능 종단 임피던스를 조정하고;
    상기 결합 전력 변화가 상기 제1 미리 결정된 임계치를 초과하지 않을 때까지 상기 결합 변화의 결정과 상기 제1 조정 가능 종단 임피던스의 조정을 반복하도록 구성되는 지향성 결합기 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 지향성 결합기의 상기 결합 포트에 결합되는 제2 조정 가능 종단 임피던스를 포함하고, 상기 제어기는
    상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 상기 제1 임피던스를 인가하고,
    상기 제1 임피던스를 인가한 후에 상기 전력 검출기를 통해 상기 지향성 결합기의 격리 포트에서 제1 반사 전력을 측정하고,
    상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 지향성 결합기의 상기 전송 포트에서 상기 제2 임피던스를 인가하고,
    상기 제2 임피던스를 인가한 후에 상기 전력 검출기를 통해 제2 반사 전력을 측정하고,
    상기 제1 반사 전력과 상기 제2 반사 전력 사이의 차이를 결정하여 반사 전력 변화를 형성함으로써
    상기 반사 전력 변화를 결정하고;
    상기 반사 전력 변화가 제2 미리 결정된 임계치를 초과할 때 상기 제2 조정 가능 종단 임피던스를 조정하고;
    상기 결합 전력 변화가 상기 제2 미리 결정된 임계치를 초과하지 않을 때까지 상기 결합 변화의 결정과 상기 제2 조정 가능 종단 임피던스의 조정을 반복하도록 더 구성되는 지향성 결합기 시스템.
  21. 제16항에 있어서, 상기 지향성 결합기의 상기 결합 포트의 직접 출력 및 전압-전류 컨버터(voltage to current converter)의 출력 중 하나를 출력 핀으로 라우팅하도록 구성되는 출력 선택 스위치를 더 포함하는 지향성 결합기 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 전력 검출기의 입력에 결합되는 종단 임피던스; 및
    상기 전력 검출기의 상기 입력과 상기 지향성 결합기의 상기 결합 포트의 상기 직접 출력 사이에 결합되는 종단 스위치
    를 더 포함하는 지향성 결합기 시스템.
  23. 제21항에 있어서, 상기 전력 검출기의 출력과 상기 출력 선택 스위치 사이에 결합되는 전압-전류 컨버터를 더 포함하는 지향성 결합기 시스템.
  24. 제16항에 있어서, 상기 지향성 결합기, 상기 전력 검출기 및 상기 스위칭 가능 임피던스 회로는 동일 집적 회로 상에 배치되는 지향성 결합기 시스템.
  25. 회로로서,
    제1 입력 포트, 제1 전송 포트, 제1 격리 포트 및 제1 결합 포트를 포함하는 제1 지향성 결합기;
    상기 제1 지향성 결합기의 상기 제1 전송 포트에 결합되는 제2 입력 포트, 제2 전송 포트, 제2 격리 포트 및 제2 결합 포트를 포함하는 제2 지향성 결합기;
    상기 제2 지향성 결합기의 상기 제2 전송 포트에 결합되는 스위칭 가능 임피던스 회로 - 상기 스위칭 가능 임피던스 회로는 제1 임피던스를 상기 제2 전송 포트에 그리고 제2 임피던스를 상기 제2 전송 포트에 스위칭 가능하게 인가하도록 구성됨 -;
    스위칭 네트워크 - 상기 스위칭 네트워크는 상기 제1 격리 포트, 상기 제1 결합 포트, 상기 제2 격리 포트 및 상기 제2 결합 포트 중 하나를 상기 스위칭 네트워크의 출력으로 라우팅하도록 구성됨 -;
    상기 스위칭 네트워크의 상기 출력에 결합되는 전력 검출기; 및
    상기 스위칭 네트워크의 상기 출력 및 상기 전력 검출기의 상기 출력 중 하나를 출력 핀으로 라우팅하도록 구성되는 바이패스 스위치
    를 포함하는 회로.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제1 전송 포트와 상기 제2 입력 포트 사이에 결합되는 제1 적층 스위치(stacking switch)를 더 포함하는 회로.
  27. 제25항에 있어서, 상기 제2 전송 포트와 상기 스위칭 가능 임피던스 회로 사이에 결합되는 적어도 하나의 추가 지향성 결합기를 더 포함하며, 상기 스위칭 네트워크는 상기 적어도 하나의 추가 지향성 결합기의 격리 포트 및 결합 포트 중 하나를 상기 스위칭 네트워크의 상기 출력으로 라우팅하도록 더 구성되는 회로.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 스위칭 네트워크를 통해 상기 제1 격리 포트, 상기 제1 결합 포트, 상기 제2 격리 포트 및 상기 제2 결합 포트 중 하나를 선택하고,
    상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 제1 임피던스를 인가하고,
    상기 전력 검출기를 통해 상기 스위칭 네트워크의 상기 출력에서 제1 전력을 측정하고,
    상기 스위칭 가능 임피던스 회로를 통해 상기 제2 임피던스를 인가하고,
    상기 전력 검출기를 통해 상기 스위칭 네트워크의 상기 출력에서 제2 전력을 측정하고,
    상기 제1 전력과 상기 제2 전력 사이의 차이를 결정
    하도록 구성되는 제어기
    를 더 포함하는 회로.
  29. 제25항에 있어서, 상기 제1 지향성 결합기, 상기 제2 지향성 결합기, 상기 스위칭 가능 임피던스 회로, 상기 스위칭 네트워크 및 상기 전력 검출기는 동일 집적 회로 상에 배치되는 회로.
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