KR20210106018A - 밀리미터파 무선 주파수 위상 시프터 - Google Patents

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Abstract

밀리미터파 RF 위상 시프터는 입력 및 출력을 포함한다. RF 위상 시프터는 또한, 입력에 결합된 전송 라인을 포함한다. 전송 라인은 복수의 탭들을 포함할 수 있다. RF 위상 시프터는 또한, 복수의 스위칭 디바이스들을 포함할 수 있다. 각각의 스위칭 디바이스는 복수의 탭들 중 대응하는 탭과 출력 사이에 결합될 수 있다. RF 위상 시프터는 복수의 스위칭 디바이스들에 동작가능하게 결합된 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 제어 디바이스는, 복수의 스위칭 디바이스들의 동작을 제어하여 복수의 탭들 중 하나를 출력에 선택적으로 결합시키도록 함으로써 전송 라인 상에서 전파되는 RF 신호의 위상 시프트를 제어하도록 구성될 수 있다.

Description

밀리미터파 무선 주파수 위상 시프터
본 출원은 미국 가출원 번호 제62/793,603호(발명의 명칭: "Wireless Radio Control for Sensors"; 출원일: 2019년 1월 17일)에 기반을 두고 있으며 이에 대한 우선권을 주장하고, 이러한 특허문헌은 참조로 본 명세서에 통합된다.
본 개시내용은 일반적으로 밀리미터파(millimeter wave) 무선 주파수(Radio Frequency, RF) 위상 시프터(phase shifter)들에 관한 것이다.
밀리미터-파 통신들(millimeter-wave communications)(예컨대, 5세대 모바일 통신들(5th generation mobile communications))을 위해 구성된 안테나 시스템(antenna system)들은 RF 위상 시프터들을 포함할 수 있다. 예시적인 RF 위상 시프터들은 전송 라인(transmission line)을 따라 전파(propagating)되는 밀리미터파 RF 신호를 변경시킬 수 있는데, 전송 라인의 출력에서 측정되는 RF 신호의 위상이 전송 라인의 입력에서 측정되는 RF 신호의 위상과 비교해 상이하도록, RF 신호를 변경시킬 수 있다. 이러한 방식으로, RF 위상 시프터들은 RF 신호의 위상 시프트(phase shift)를 제어할 수 있다. RF 위상 시프터들을 갖는 예시적인 안테나 시스템들은 복수의 안테나 요소(antenna element)들을 포함하는 위상 배열 안테나 시스템(phased array antenna system)을 포함할 수 있다. 이러한 안테나 시스템들의 RF 위상 시프터들은 복수의 안테나 요소들 각각에 의해 방출되는 RF파의 위상 시프트를 제어할 수 있다. 대안적으로 혹은 추가적으로, RF 위상 시프터들은 안테나 요소들을 이동시킴 없이 다수의 상이한 방향들로부터 수신되는 RF 신호를 재구성하는데 사용될 수 있다.
본 개시내용의 실시예들의 실시형태들 및 장점들은 다음의 설명에서 부분적으로 제시될 것이고, 또는 그 설명으로부터 학습될 수 있으며, 또는 실시예들의 실시를 통해 학습될 수 있다.
일 실시형태에서, 밀리미터파 RF 위상 시프터가 제공된다. 밀리미터파 RF 위상 시프터는 입력 및 출력을 포함한다. RF 위상 시프터는 또한, 입력에 결합된 전송 라인(transmission line)을 포함한다. 전송 라인은 복수의 탭들을 포함할 수 있다. RF 위상 시프터는 또한, 복수의 복수의 스위칭 디바이스(switching device)들을 포함할 수 있다. 각각의 스위칭 디바이스는 복수의 탭들 중 대응하는 탭과 출력 사이에 결합될 수 있다. RF 위상 시프터는 복수의 스위칭 디바이스들에 동작가능하게 결합된 제어 디바이스(control device)를 포함할 수 있다. 제어 디바이스는, 복수의 스위칭 디바이스들의 동작을 제어하여 복수의 탭들 중 하나를 출력에 선택적으로 결합시키도록 함으로써 전송 라인 상에서 전파되는 RF 신호의 위상 시프트(phase shift)를 제어하도록 구성될 수 있다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 위상 배열 안테나 시스템(phased array antenna system)이 제공된다. 위상 배열 안테나 시스템은 RF 신호를 제공하도록 구성된 RF 소스(RF source)를 포함한다. 위상 배열 안테나 시스템은 또한, 복수의 안테나 요소들을 포함한다. 추가적으로, 위상 배열 안테나 시스템은 복수의 밀리미터파 RF 위상 시프터들을 포함한다. 복수의 밀리미터파 RF 위상 시프터들 각각은 RF 소스에 결합가능한 입력을 포함한다. 복수의 밀리미터파 RF 위상 시프터들 각각은 또한, 복수의 안테나 요소들 중 대응하는 안테나 요소에 결합가능한 출력을 포함한다. 복수의 밀리미터파 RF 위상 시프터들 각각은 입력에 결합된 전송 라인을 포함한다. 전송 라인은 전송 라인을 따라 서로로부터 떨어져 이격되어 있는 복수의 탭들을 포함한다. 복수의 밀리미터파 RF 위상 시프터들 각각은 복수의 스위칭 디바이스들을 포함한다. 복수의 스위칭 디바이스들 각각은 복수의 탭들 중 대응하는 탭과 출력 사이에 결합된다. 복수의 밀리미터파 RF 위상 시프터들 각각은 복수의 스위칭 디바이스들에 동작가능하게 결합된 제어 디바이스를 포함한다. 제어 디바이스는, 복수의 스위칭 디바이스들의 동작을 제어하여 복수의 탭들 중 하나를 출력에 선택적으로 결합시키도록 함으로써 전송 라인의 전기적 길이(electrical length)를 조정하여 전송 라인 상에서 전파되는 RF 신호의 위상 시프트를 제어하도록 구성될 수 있다.
또 하나의 다른 실시형태에서, 밀리미터파 RF 위상 시프터의 동작을 제어하는 방법이 제공되고, 여기서 밀리미터파 RF 위상 시프터는 복수의 탭들을 포함하는 전송 라인을 갖는다. 방법은, 하나 이상의 제어 디바이스들에 의해, 밀리미터파 RF 위상 시프터의 입력에 제공되는 RF 신호의 원하는 위상 시프트를 표시하는 데이터를 획득하는 것을 포함한다. 방법은 또한, 하나 이상의 제어 디바이스들에 의해, 복수의 스위칭 디바이스들의 동작을 제어하여 RF 신호의 원하는 위상 시프트를 표시하는 데이터에 적어도 부분적으로 근거하여 전송 라인의 전기적 길이를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 또한, 하나 이상의 제어 디바이스들에 의해, 전송 라인의 복수의 탭들 중 하나를 통해 RF 위상 시프터의 출력에 RF 신호를 제공하는 것을 포함한다.
다양한 실시예들의 이러한 그리고 다른 특징들, 실시형태들, 및 장점들은 다음의 설명 및 첨부되는 청구항들을 참조하여 더 잘 이해되게 될 것이다. 수반되는 도면들은 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성하며, 본 개시내용의 실시예들을 예시하고, 본 명세서의 설명과 함께 관련 원리들을 설명하는 역할을 한다.
본 발명의 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자에게 지향된 실시예들의 상세한 논의가 명세서에서 제시되며, 명세서는 첨부되는 도면들을 참조하는데, 도면들에서,
도 1은 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 위상 배열 안테나 시스템의 컴포넌트들의 블록도를 도시하고;
도 2는 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 밀리미터파 RF 위상 시프터의 컴포넌트들의 블록도를 도시하고;
도 3은 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 밀리미터파 RF 위상 시프터의 전송 라인을 도시하고;
도 4는 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 밀리미터파 RF 위상 시프터의 전송 라인을 도시하고;
도 5는 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 도 4에 도시된 전송 라인의 일부분의 확대도를 도시하고;
도 6은 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 밀리미터파 RF 위상 시프터의 전송 라인을 도시하고;
도 7은 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 도 6에 도시된 전송 라인의 일부분의 확대도를 도시하고;
도 8은 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 밀리미터파 RF 위상 시프터의 예시적 구현예의 회로도를 도시하고;
도 9는 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 밀리미터파 RF 위상 시프터의 예시적 구현예의 회로도를 도시하고;
도 10은 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 밀리미터파 RF 위상 시프터의 차동 증폭기(differential amplifier)의 회로도를 도시하고;
도 11은 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 밀리미터파 RF 위상 시프터의 발룬(balun)의 회로도를 도시하고;
도 12는 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 밀리미터파 RF 위상 시프터에 의해 제공되는 위상 시프트의 그래프적 표현을 도시하고;
도 13은 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 밀리미터파 RF 위상 시프터의 동작을 제어하기 위한 방법의 흐름도를 도시하고; 그리고
도 14는 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 제어 디바이스의 컴포넌트들의 블록도를 도시한다.
이제 실시예들이 상세히 참조될 것이고, 실시예들 중 하나 이상의 예들이 도면들에서 예시된다. 각각의 예는 실시예들의 설명으로 제공되는 것이지 본 개시내용을 한정하기 위해 제공되는 것이 아니다. 사실, 본 발명의 기술분야에서 숙련된 자들에게 본 개시내용의 사상 혹은 범위로부터 벗어남이 없이 이러한 실시예들에 대한 다양한 수정들 및 변경들이 행해질 수 있음이 명백할 것이다. 예컨대, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 설명되는 특징들은 또 하나의 다른 실시예와 함께 사용되어 또 다른 실시예를 생성할 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 실시형태들은 이러한 수정들 및 변경들을 포괄하도록 의도된 것이다.
본 개시내용의 예시적 실시형태들은 밀리미터파 RF 위상 시프터에 관한 것이다. 밀리미터파들에 기반을 둔 안테나 시스템들은 매우 높은 주파수들에서(예를 들어, 15 GHz보다 큰 주파수들에서) 동작한다. 이러한 시스템들은 밀리미터 RF파들의 위상 및 진폭을 제어하기 위해 다양한 (예컨대, 기계적 및/또는 전기적) 빔 포밍 기법(beam forming technique)들을 이용한다. 이러한 방식으로, 안테나 시스템의 방사 패턴(radiation pattern)은 안테나 시스템의 하나 이상의 안테나 요소들을 물리적으로 이동시킴 없이 조종(steer)될 수 있다. 밀리미터파들에 기반을 둔 종래의 안테나 시스템들은 전송 라인들을 갖는 RF 위상 시프터들을 포함한다. 특히, 종래의 안테나 시스템들은 전송 라인 상에서 전파되는 밀리미터 RF파의 전파 지연(propagation delay)(및 이에 따른, 위상)을 변경하기 위해 전송 라인의 하나 이상의 파라미터(parameter)들(예컨대, 커패시턴스(capacitance) 및/또는 인덕턴스(inductance))를 수정한다.
본 개시내용의 밀리미터파 RF 위상 시프터는 복수의 탭들을 갖는 전송 라인을 포함할 수 있다. 복수의 탭들은 전송 라인을 따라 서로로부터 떨어져 이격되어 있을 수 있다. RF 위상 시프터는 복수의 스위칭 디바이스들을 포함할 수 있다. 복수의 스위칭 디바이스들 중 각각의 스위칭 디바이스는 복수의 탭들 중 대응하는 탭과 RF 위상 시프터의 입력 사이에 결합될 수 있다. RF 위상 시프터는 복수의 스위칭 디바이스들에 동작가능하게 결합된 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 제어 디바이스는 스위칭 디바이스들의 동작을 제어하여 복수의 탭들 중 하나를 RF 위상 시프터의 출력에 선택적으로 결합시키게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 제어 디바이스들은 전송 라인의 전기적 길이를 조정하여 전송 라인을 따라 전파되는 RF 신호의 위상 시프트를 제어할 수 있다.
예시적 실시예들에서, 복수의 스위칭 디바이스들은 제 1 복수의 스위칭 디바이스들 및 제 2 복수의 스위칭 디바이스들을 포함할 수 있다. 복수의 제 1 스위칭 디바이스들 중 각각의 제 1 스위칭 디바이스는 전송 라인의 대응하는 탭에 선택적으로 결합될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 제어 디바이스들은 한 번에 단지 하나의 제 1 스위칭 디바이스에만 바이어스 신호(bias signal)를 제공하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 한 번에 단지 하나의 제 1 스위칭 디바이스만이 전송 라인의 대응하는 탭에 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 제어 디바이스들은 바이어스 신호를 제 1 스위칭 디바이스에 제공할 수 있고, 이 경우 제 1 스위칭 디바이스는, 전송의 대응하는 탭에 결합될 때, 전송 라인의 전기적 길이를 필요에 따라 구성하여 전송 라인 상에서 전파되는 RF 신호의 원하는 위상 시프트를 제공한다. 더욱이, 제 1 스위칭 디바이스가, 대응하는 탭에 결합되어 있는 동안, 하나 이상의 제어 디바이스들은 복수의 제 2 스위칭 디바이스들 중 대응하는 제 2 스위칭 디바이스에 제어 신호를 제공하여 대응하는 탭을 RF 위상 시프터의 출력에 선택적으로 결합시키게 할 수 있다.
일부 구현예들에서, 전송 라인의 형상은 집적 회로 혹은 인쇄 회로 보드(printed circuit board) 상에서 전송이 점유하는 공간의 양을 최소화시키기 위해 수정될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 전송 라인은 하나 이상의 굴곡(bend)들을 갖는 굴곡형 전송 라인(meander transmission line)일 수 있다. 대안적 구현예들에서, 전송 라인은 환형 형상(annular shape)을 가질 수 있다. 환형 형상의 예들은 링(ring), 원(circle), 및 타원(ellipse)을 포함할 수 있다(이에 한정되지 않음). 이러한 구현예들에서, 개별 탭들로부터 RF 위상 시프터의 출력까지의 동일한 액세스(access)가 달성될 수 있다.
본 개시내용의 RF 위상 시프터는 많은 기술적 이점들을 제공한다. 예컨대, 전송 라인의 복수의 탭들은 전송 라인을 따라 전파되는 RF 신호의 원하는 위상 시프트를 수용하기 위해 전송 라인의 전기적 길이가 변경될 수 있게 한다. 보다 구체적으로, 전송 라인의 전기적 길이는 종래의 RF 위상 시프터들에서 필요한 추가적인 컴포넌트들을 요구함이 없이 변경될 수 있다. 이러한 방식으로, 집적 회로 혹은 인쇄 회로 보드 상에서 본 개시내용의 RF 위상 시프터가 점유하는 공간의 양은, 동일한 집적 회로 혹은 PCB 상에서 종래의 RF 위상 시프터들이 점유하는 공간의 양과 비교하여, 감소될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 수치적 값과 연계된 용어 "약"의 사용은 그 기재된 양의 20% 내에 있는 것을 나타내도록 의도된 것이다. 추가적으로, 용어들 "제1", "제2", 및 "제3"은 컴포넌트들을 서로 구분하기 위해 교환가능하게 사용될 수 있으며, 이들은 개개의 컴포넌트들의 위치 혹은 중요도를 의미하도록 의도된 것이 아니다. 더욱이, 용어 "밀리미터파"는 0.5 밀리미터 내지 (예컨대, 100 밀리미터보다 작은) 수십 밀리미터의 범위 내에 있는 파장을 갖는 RF 신호들을 지칭한다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1은 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 위상 배열 안테나 시스템(100)을 도시한다. 보여지는 바와 같이, 위상 배열 안테나 시스템(100)은 RF 소스(110) 및 복수의 안테나 요소들(120)을 포함할 수 있다. RF 소스(110)는 복수의 안테나 요소들(120)에 RF 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예들에서, RF 신호의 주파수는 약 26.5 GHz와 약 33 GHz 사이에 있을 수 있다. 대안적으로 혹은 추가적으로, RF 신호는 약 0.5 밀리미터와 12 밀리미터 사의 파장을 가질 수 있다.
보여지는 바와 같이, 위상 배열 안테나 시스템(100)은 복수의 RF 위상 시프터들(200)을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 복수의 RF 위상 시프터들(200) 중 각각의 RF 위상 시프터는 복수의 안테나 요소들(120) 중 대응하는 안테나 요소와 RF 소스(110) 사이에 결합될 수 있다. 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 복수의 RF 위상 시프터들(200)은 RF 소스(110)에 의해 발생되는 RF 신호의 위상 시프트를 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 복수의 안테나 요소들(120)을 통해 방출되는 RF파들의 방사 패턴은 안테나 요소들(120)을 물리적으로 이동시킴 없이 조종될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 RF 위상 시프터들(200) 중 하나의 RF 위상 시프터의 컴포넌트들이 제공된다. 보여지는 바와 같이, RF 위상 시프터(200)는 입력(210) 및 출력(220)을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 입력(210)은 도 1을 참조하여 앞에서 논의된 위상 배열 안테나 시스템(100)의 RF 소스(110)와 같은 RF 소스에 결합가능할 수 있다. 대안적으로 혹은 추가적으로, RF 위상 시프터(200)의 출력(220)은 도 1을 참조하여 앞에서 논의된 위상 배열 안테나 시스템(100)의 복수의 안테나 요소들(120) 중 하나와 같은 안테나 요소에 결합가능할 수 있다.
비록 도 2에 도시된 RF 위상 시프터(200)가 송신(Transmission)(TX) 회로의 일부로서 예시되지만, 본 개시내용의 밀리미터파 RF 위상 시프터는 RF 신호들이 하나 이상의 안테나 요소들(120)을 통해 수신되고 RF 위상 시프터(200)를 통해 안테나 시스템의 하나 이상의 컴포넌트들(예컨대, 필터, 프로세서, 등)에 제공되는 수신(Receive)(RX) 회로에서 구현될 수 있음이 이해돼야 한다. 예를 들어, 이러한 구현예들에서, RF 위상 시프터(200)의 입력(210)은 복수의 안테나 요소들(120) 중 하나에 결합될 수 있고, RF 위상 시프터(200)의 출력(220)은 배열 안테나 시스템(100)과 관련된 제어 디바이스에 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 안테나 요소(120)에서 수신된 RF 신호들은 RF 위상 시프터(200)를 통해 제어 디바이스에 제공될 수 있다.
보여지는 바와 같이, 복수의 RF 위상 시프터들(200) 중 각각의 RF 위상 시프터는 전송 라인(230)을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 전송 라인(230)은 RF 위상 시프터(200)의 입력(210)에 결합될 수 있다. 전송 라인(230)은 복수의 탭들(232)을 포함할 수 있다(단지 하나만 보여짐). 일부 구현예들에서, 복수의 탭들(232)은 전송 라인(230)의 길이를 따라 서로로부터 떨어져 이격되어 있을 수 있다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 복수의 탭들(232) 중 하나는 전송 라인(230)의 전기적 길이를 변경시키기 위해 RF 위상 시프터(200)의 출력(220)에 선택적으로 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 전송 라인(230)을 따라 전파되는 RF 신호의 위상 시프트가 제어될 수 있다.
일부 구현예들에서, RF 위상 시프터(200)는 RF 위상 시프터(200)의 출력(220)과 전송 라인(230) 사이에 결합되는 복수의 스위칭 디바이스들(240)을 포함할 수 있다(단지 하나만 보여짐). 예를 들어, 복수의 스위칭 디바이스들(240) 중 각각의 스위칭 디바이스는 복수의 탭들(232) 중 대응하는 탭과 출력(220) 사이에 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 복수의 스위칭 디바이스들(240) 중 각각의 스위칭 디바이스는 전송 라인(230)의 대응하는 탭(232)을 RF 위상 시프터(200)의 출력(220)에 선택적으로 결합시킬 수 있다. 예시적 실시예들에서, 복수의 스위칭 디바이스들(240)은 제 1 상태와 제 2 상태 간에 전이(transition)할 수 있다. 복수의 스위칭 디바이스들(240) 중 하나의 스위칭 디바이스가 제 1 상태에 있을 때, 전송 라인의 대응하는 탭(232)은 그 하나의 스위칭 디바이스를 통해 RF 위상 시프터(200)의 출력(220)에 결합될 수 있다. 역으로, 그 하나의 스위칭 디바이스가 제 2 상태에 있을 때, 대응하는 탭(232)은 그 하나의 스위칭 디바이스를 통해 RF 위상 시프터(200)의 출력(220)에 결합되지 않는다. 이러한 방식으로, 복수의 스위칭 디바이스들(240)의 동작은, 전송 라인(230) 상에서 전파되는 RF 신호의 원하는 위상 시프트를 제공하기 위해 필요에 따라 전송 라인(230)의 전기적 길이를 조정(예컨대, 연장 혹은 단축)하도록 제어될 수 있다.
전송 라인(230) 상에서 전파되는 RF 신호는 임의의 적절한 위치에서 발생될 수 있음이 이해돼야 한다. 예컨대, 일부 구현예들에서, RF 신호는 배열 안테나 시스템(100)의 RF 소스(110)(도 1)를 통해 발생될 수 있다. 대안적 구현예들에서, RF 신호는 또 하나의 다른 안테나 시스템과 관련된 RF 소스를 통해 발생될 수 있고, 그리고 위상 배열 안테나 시스템(100)의 하나 이상의 안테나 요소들(120)(도 1)을 통해 수신될 수 있다.
복수의 스위칭 디바이스들(240)은 전송 라인(230)의 대응하는 탭(232)을 RF 위상 시프터(200)의 출력(220)에 선택적으로 결합시키도록 구성된 임의의 적절한 디바이스를 포함할 수 있다. 예컨대, 일부 구현예들에서, 스위칭 디바이스들(240)은 하나 이상의 접촉기(contactor)들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 복수의 스위칭 디바이스들(240)은, 전송 라인(230)의 대응하는 탭(232)을 RF 위상 시프터(200)의 출력(220)에 선택적으로 결합시키도록 구성된, 하나 이상의 트랜지스터들, 하나 이상의 실리콘 제어 정류기(Silicon Controlled Rectifier, SCR), 하나 이상의 TRIAC들, 혹은 임의의 다른 적절한 디바이스를 포함할 수 있다.
일부 구현예들에서, RF 위상 시프터(200)는 복수의 스위칭 디바이스들(240)에 동작가능하게 결합된 하나 이상의 제어 디바이스들(260)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제어 디바이스들(260)은 스위칭 디바이스들(240)의 동작을 제어하여 전송 라인(230)의 복수의 탭들(232) 중 하나를 RF 위상 시프터(200)의 출력(220)에 선택적으로 결합시키게 하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 하나 이상의 제어 디바이스들(260)은 스위칭 디바이스들(240)의 동작을 제어하여 전송 라인(230)의 전기적 길이를 조정(예컨대, 연장 혹은 단축)할 수 있다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 제어 디바이스들(260)은 전송 라인(230) 상에서 전파되는 RF 신호의 원하는 위상 시프트를 제공하기 위해 필요에 따라 전송 라인(230)의 전기적 길이를 조정할 수 있다.
도 3은 본 개시내용에 따라 제공되는 전송 라인(230)의 예시적 실시예를 도시한다. 보여지는 바와 같이, 전송 라인(230)은 전송 라인(230)과 접지면(ground plane)(320) 사이에 위치하는 유전체 물질(310)의 층 상에 구현된 마이크로스트립 전도체(microstrip conductor)일 수 있다. 대안적으로, 전송 라인(230)은 집적 회로의 금속판(metal plate)의 상단 상에 구현될 수 있다. 보여지는 바와 같이, 전송 라인(230)은 전송 라인(230)의 길이(L)를 따라 서로로부터 떨어져 이격된 복수의 탭들(232)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전송 라인(230)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 세 개의 별개의 탭들(232)을 가질 수 있다. 하지만, 전송 라인(230)이 더 많거나 더 적은 수의 탭들(232)을 포함할 수 있음이 이해돼야 한다. 예컨대, 일부 구현예들에서, 전송 라인(230)은 무려 28개나 되는 별개의 탭들(232)을 포함할 수 있다.
도 4는 본 개시내용에 따른 전송 라인(230)의 또 하나의 다른 예시적 실시예를 도시한다. 일부 구현예들에서, 전송 라인(230)은 인쇄 회로 보드의 접지면(410)의 상단 상에 구현될 수 있다. 대안적으로, 전송 라인(230)은 집적 회로의 금속판의 상단 상에 구현될 수 있다. 보여지는 바와 같이, 전송 라인(230)은 제 1 단부(end)(234)와 제 2 단부(236) 사이에서 연장될 수 있다. 도 4에 예시된 전송 라인(230)은 제 1 단부(234)와 제 2 단부(236) 사이에 하나 이상의 굴곡들을 갖는 굴곡형 전송 라인이다. 굴곡형 전송 라인 내의 하나 이상의 굴곡들은, 도 3을 참조하여 앞에서 논의된 전송 라인(230)과 같은 하나 이상의 굴곡들을 포함하지 않은 전송 라인의 길이와 비교하여, 굴곡형 전송 라인의 전체 길이를 감소시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 전송 라인(230)은 더 조밀(compact)하며, 따라서 집적 회로 혹은 인쇄 회로 보드 상에서 더 적은 공간을 점유한다.
일부 구현예들에서, 전송 라인(230)의 제 1 단부(234)는 RF 위상 시프터(200)(도 2)의 입력(210)에 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, RF 소스(예컨대, 도 1의 RF 소스(110))를 통해 발생된 하나 이상의 RF 신호들이 전송 라인(230)에 제공될 수 있다. 대안적으로 혹은 추가적으로, RF 위상 시프터(200)(도 2)는 전송 라인(230)의 제 2 단부(236)와 접지(GND) 사이에 결합되는 부하 저항기(load resistor)(430)를 포함할 수 있다. 부하 저항기(430)는 임의의 적절한 저항값을 가질 수 있음이 이해돼야 한다. 출력(220)에 결합되는 탭(232)에서 보여지는 부하의 값이, 출력(220)에 현재 결합된 탭(232)과 부하 저항기(430) 사이에 위치하는 하나 이상의 탭들(232)의 구성에 따라 수정될 수 있음이 또한 이해돼야 한다.
보여지는 바와 같이, 전송 라인(230)의 탭들(232)은 전송 라인(230)의 길이(L)를 따라 떨어져 이격되어 있을 수 있다. 또한, 비록 도 4에 도시된 전송 라인(230)이 28개의 별개의 탭들(232)을 포함하지만, 전송 라인(230)은 더 많거나 더 적은 수의 탭들(232)을 포함할 수 있음이 이해돼야 한다. 이제 간단히 도 5를 참조하면, RF 위상 시프터(200)의 복수의 스위칭 디바이스들(240)(도 2)은 복수의 제 1 스위칭 디바이스들(242) 및 복수의 제 2 스위칭 디바이스들(244)을 포함할 수 있다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 복수의 탭들(232) 중 각각의 탭은 RF 위상 시프터(200)(도 2)의 결합 회로(coupling circuitry)(440)를 통해 대응하는 제 1 스위칭 디바이스(242)에 결합될 수 있다.
일부 구현예들에서, 결합 회로(440)는 전송 라인(230)의 대응하는 탭(232)을 교류(Alternating Current, AC) 결합을 통해 대응하는 제 1 스위칭 디바이스(242)에 결합시키도록 구성된 하나 이상의 컴포넌트들(예컨대, 커패시터들)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 회로(440)는 전송 라인(230)의 대응하는 탭(232)을 직류(Direct Current, DC) 결합을 통해 대응하는 제 1 스위칭 디바이스(242)에 결합시키도록 구성된 하나 이상의 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
복수의 제 1 스위칭 디바이스들(242) 및 복수의 제 2 스위칭 디바이스들(244)이 임의의 적절한 타입의 트랜지스터를 포함할 수 있음이 이해돼야 한다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 복수의 제 1 스위칭 디바이스들(242)은 양극성 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT)들일 수 있다. 대안적 구현예들에서, 복수의 제 1 스위칭 디바이스들(242)은 금속-산화막 실리콘 전계 효과 트랜지스터(Metal-Oxide Silicon Field Effect Transistor, MOSFET)들일 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 본 개시내용에 따른 전송 라인(230)의 또 하나의 다른 예시적 실시예가 제공된다. 일부 구현예들에서, 전송 라인(230)은 인쇄 회로 보드의 접지면(510)의 상단 상에 구현될 수 있다. 대안적으로, 전송 라인(230)은 집적 회로의 금속판 상에 구현될 수 있다. 도 6에 예시된 실시예에서 보여지는 바와 같이, 전송 라인(230)의 형상은 팔각형에 대응할 수 있다. 하지만, 전송 라인(230)은 임의의 적절한 형상 혹은 다각형으로서 구성될 수 있음이 이해돼야 한다. 예컨대, 일부 구현예들에서, 전송 라인(230)은 환형 형상을 가질 수 있다. 환형 형상의 예들은 링, 원, 또는 타원을 포함할 수 있다(이에 한정되지 않음).
도 6에 도시된 전송 라인(230)의 길이는 약 510 마이크로미터일 수 있음이 이해돼야 한다. 역으로, 도 4에 도시된 전송 라인(230)의 길이(L)는 약 560 마이크로미터일 수 있다. 이에 따라, 도 6의 전송 라인(230)이 PCB 혹은 집적 회로 상에서 점유하는 공간의 양은, 도 4의 전송 라인(230)이 동일한 PCB 혹은 집적 회로 상에서 점유하는 공간의 양과 비교해 더 적을 수 있다.
보여지는 바와 같이, 전송 라인(230)의 복수의 탭들(232)은 전송 라인(230)을 따라 떨어져 이격되어 있을 수 있다. 또한, 비록 도 6에 도시된 전송 라인이 32개의 별개의 탭들(232)을 포함하지만, 전송 라인(230)은 더 많거나 더 적은 수의 탭들(232)을 포함할 수 있음이 이해돼야 한다. 이제 간단히 도 7를 참조하면, 전송 라인(230)의 (단지 하나만 보여진) 복수의 탭들(232) 중 하나를 RF 위상 시프터(200)의 출력(220)(도 2)에 선택적으로 결합시키도록 구성된 복수의 스위칭 디바이스들(240)은, 도 5를 참조하여 앞에서 논의된, 복수의 제 1 스위칭 디바이스들(242) 및 복수의 제 2 스위칭 디바이스들(244)을 포함할 수 있다.
보여지는 바와 같이, 복수의 탭들(232) 중 각각의 탭은 도 5를 참조하여 앞에서 논의된 결합 회로(440)를 통해 대응하는 제 1 스위칭 디바이스(242)에 결합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 결합 회로(440)는 하나 이상의 전도체들(442)(예컨대, 집적 회로 와이어(wire)들 혹은 금속 트레이스(metal trace)들)을 통해 복수의 탭들(232) 중 대응하는 탭에 결합될 수 있다. 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, RF 위상 시프터(200)의 제어 디바이스(260)(도 2)는 제 1 스위칭 디바이스들(242) 및 제 2 스위칭 디바이스들(244)의 동작을 제어하여 복수의 탭들(232) 중 하나를 RF 위상 시프터(200)의 출력(220)(도 2)에 선택적으로 결합시키게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 디바이스(260)는 제 1 스위칭 디바이스들(242) 및 제 2 스위칭 디바이스들(244)의 동작을 제어하여 전송 라인(230)의 전기적 길이를 조정(예컨대, 연장 혹은 단축)함으로써 전송 라인(230) 상에서 전파되는 RF 신호의 원하는 위상 시프트를 제공할 수 있다.
이제 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 RF 위상 시프터(200)의 예시적 구현예들을 예시하는 회로도들이 제공된다. 일부 구현예들에서, 복수의 제 1 스위칭 디바이스들(242) 각각은 RF 위상 시프터(200)(도 2)의 결합 회로(440)(도 5 및 도 7)를 통해 복수의 탭들(232)(도 2) 중 대응하는 탭에 결합될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 결합 회로(440)는 대응하는 탭(232) 및 대응하는 제 1 스위칭 디바이스(242) 사이에 결합되는 하나 이상의 커패시터들(C)을 포함할 수 있다.
일부 구현예들에서, RF 위상 시프터(200)(도 2)의 하나 이상의 제어 디바이스들(260)(도 2)은 한 번에 복수의 제 1 스위칭 디바이스들(242) 중 하나에 바이어스 신호를 제공할 수 있다. 이러한 구현예들에서, 바이어스 신호를 수신한 제 1 스위칭 디바이스(242)만이 결합 회로(440)(도 5 및 도 7)를 통해 전송 라인(230)의 대응하는 탭(232)에 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 제어 디바이스들(260)은 제 1 복수의 스위칭 디바이스들(242)의 동작을 제어하여 전송 라인(230)의 전기적 길이를 조정(예컨대, 연장 혹은 단축)할 수 있다. 예를 들어, 전송 라인(230)의 전기적 길이는, 전송 라인(230)의 제 1 단부(234)(도 4)로부터, 결합 회로(440)(도 5 및 도 7)를 통해 대응하는 제 1 스위칭 디바이스(242)에 결합된 대응하는 탭(232)까지, 측정된 거리에 대응할 수 있다.
일부 구현예들에서, 복수의 제 2 스위칭 디바이스들(244) 중 각각의 제 2 스위칭 디바이스는 복수의 제 1 스위칭 디바이스들(242) 중 대응하는 제 1 스위칭 디바이스에 결합될 수 있다. 이러한 구현예들에서, 하나 이상의 제어 디바이스들(260)은 제 2 스위칭 디바이스들(244)의 동작을 제어하여 대응하는 탭(232)을 대응하는 제 1 스위칭 디바이스(242)를 통해 RF 위상 시프터(200)의 출력(220)(도 2)에 선택적으로 결합시키게 할 수 있다.
일부 구현예들에서, 전송 라인(230)의 탭들(232)은, 전송 라인(230) 상에서 전파되는 RF 신호의 위상 시프트가 전송 라인(230)의 전기적 길이가 증가됨에 따라 선형으로 증가할 수 있도록, 전송 라인(230)의 길이를 따라 서로로부터 떨어져 이격될 수 있다. 예를 들어, 전송 라인(230)의 제 1 탭이 RF 위상 시프터(200)의 출력(220)에 결합될 때의 RF 신호의 위상 시프트는 약 5도일 수 있다. 역으로, 제 1 탭에 인접하여 위치하는 제 2 탭에 결합될 때, 이들 사이에 어떠한 중간 탭들도 없는 경우, RF 신호의 위상 시프트는 약 10도일 수 있다. 이에 따라, RF 신호의 위상 시프트는 전송 라인(230)의 전기적 길이가 증가함에 따라 약 5도의 증분들에서 증가할 수 있다. 일부 구현예들에서, 전송 라인(230)의 전기적 길이가 약 백팔십도(180°)의 최대 위상 시프트를 제공할 때까지 위상 시프트는 약 5도의 증분들에서 증가할 수 있다.
일부 구현예들에서, RF 위상 시프터(200)는 전송 라인(230)의 전기적 길이를 조정하는 것을 통해 제공되는 것을 넘어 RF 신호의 추가적인 위상 시프트를 제공하기 위해 차동 증폭기(differential amplifier)를 포함할 수 있다. 도 10은 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 차동 증폭기(800)의 회로도를 도시한다. 보여지는 바와 같이, 차동 증폭기(800)는 제 1 스위칭 디바이스(810) 및 제 2 스위칭 디바이스(820)를 포함할 수 있다. 제 1 스위칭 디바이스(810) 및 제 2 스위칭 디바이스(820)의 예들은 임의의 적절한 타입의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 예컨대, 일부 구현예들에서, 제 1 스위칭 디바이스(810) 및 제 2 스위칭 디바이스(820)는 양극성 접합 트랜지스터(BJT)들일 수 있다. 대안적 구현예들에서, 제 1 스위칭 디바이스(810) 및 제 2 스위칭 디바이스(820)는 금속-산화막 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)들일 수 있다.
제 1 스위칭 디바이스(810)는 제 1 단자(812), 제 2 단자(814), 및 제 3 단자(816)를 포함할 수 있다. 제 1 단자(812)는 하나 이상의 전도체들(예컨대, 집적 회로 내의 와이어들 혹은 트레이스들)을 통해 RF 위상 시프터(200)(도 2)의 입력(210)(도 2)에 결합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 차동 증폭기(800)는 RF 위상 시프터(200)의 입력(210)(도 2)과 제 1 단자(812) 사이에 결합되는 제 1 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 제 2 단자(814)는 하나 이상의 전도체들을 통해 파워 서플라이(power supply)(830)에 결합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 차동 증폭기(800)는 제 2 단자(814)와 파워 서플라이(830) 사이에 결합되는 제 1 저항기(R1)를 포함할 수 있다. 제 3 단자(816)는 하나 이상의 전도체들을 통해 접지(GND)에 결합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 차동 증폭기(800)는 제 3 단자(816)와 접지(GND) 사이에 결합되는 전류 소스(current source)(840)를 포함할 수 있다.
제 2 스위칭 디바이스(820)는 제 1 단자(822), 제 2 단자(824), 및 제 3 단자(826)를 포함할 수 있다. 제 1 단자(822)는 하나 이상의 전도체들을 통해 접지(GND)에 결합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 차동 증폭기(800)는 접지(GND)와 제 1 단자(822) 사이에 결합되는 제 2 커패시터(C2)를 포함할 수 있다. 제 2 단자(824)는 하나 이상의 전도체들을 통해 파워 서플라이(830)에 결합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 차동 증폭기(800)는 제 2 단자(824)와 파워 서플라이(830) 사이에 결합되는 제 2 저항기(R2)를 포함할 수 있다. 제 3 단자(826)는 하나 이상의 전도체들을 통해 접지(GND)에 결합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 전류 소스(840)가 제 3 단자(826)와 접지(GND) 사이에 결합될 수 있다.
일부 구현예들에서, 차동 증폭기(800)는 제 1 출력(850) 및 제 2 출력(860)을 포함할 수 있다. 제 1 출력(50)을 통해 방출되는 RF 신호의 위상은 제 2 출력(860)을 통해 방출되는 RF 신호의 위상과 상이할 수 있음이 이해돼야 한다. 예컨대, 제 2 출력(860)을 통해 방출되는 RF 신호는 제 1 출력(850)을 통해 방출되는 RF 신호와 비교해 약 백팔십도(예컨대, 180°) 위상이 다를 수 있다.
일부 구현예들에서, RF 위상 시프터(200)(도 2)는 발룬(balun)을 포함할 수 있다. 도 10은 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 능동 발룬(active balun)(900)의 회로도를 도시한다. 보여지는 바와 같이, 능동 발룬(900)은 증폭기(910)를 포함할 수 있다. 증폭기(910)의 예들은 임의의 적절한 타입의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 예컨대, 일부 구현예들에서, 증폭기(910)는 양극성 접합 트랜지스터(BJT)일 수 있다. 대안적 구현예들에서, 증폭기(910)는 금속-산화막 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)일 수 있다.
증폭기(910)는 제 1 단자(912), 제 2 단자(914), 및 제 3 단자(916)를 포함할 수 있다. 제 1 단자(912)는 하나 이상의 전도체들(예컨대, 와이어들)을 통해 RF 위상 시프터(200)(도 1)의 입력(210)(도 2)에 결합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 능동 발룬(900)은 RF 위상 시프터(200)의 입력(210)(도 2)과 제 1 단자(912) 사이에 결합되는 커패시터(C1)를 포함할 수 있다. 제 2 단자(814)는 하나 이상의 전도체들을 통해 파워 서플라이(930)에 결합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 능동 발룬(900)은 제 2 단자(914)와 파워 서플라이(930) 사이에 결합되는 제 1 저항기(R1)를 포함할 수 있다. 제 3 단자(916)는 하나 이상의 전도체들을 통해 접지(GND)에 결합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 능동 발룬(900)은 제 3 단자(916)와 접지(GND) 사이에 결합되는 제 2 저항기(R2)를 포함할 수 있다.
보여지는 바와 같이, 능동 발룬(900)은 제 1 출력(950) 및 제 2 출력(960)을 포함할 수 있다. 제 1 출력(950)을 통해 방출되는 RF 신호의 위상은 제 2 출력(960)을 통해 방출되는 RF 신호의 위상과 상이할 수 있음이 이해돼야 한다. 예컨대, 제 2 출력(960)을 통해 방출되는 RF 신호는 제 1 출력(950)을 통해 방출되는 RF 신호와 비교해 약 백팔십도(예컨대, 180°) 위상이 다를 수 있다.
이제 도 12를 참조하면, 도 12는 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 RF 위상 시프터의 전송 라인의 전기적 길이를 조정하는 것에 근거하여 일어나는 RF 신호의 위상 시프트의 그래프적 표현이다. 보여지는 바와 같이, 도 12에서의 그래프는 (기가헤르츠(gigahertz) 단위의 수평축을 따라 표시된) 주파수의 함수로서 RF 위상 시프터가 출력하는 RF 신호의 (도 단위의 수직축을 따라 표시된) 위상을 예시한다. 보다 구체적으로, 도 12에서의 그래프는 RF 위상 시프터의 전송 라인의 전기적 길이가 조정(예컨대, 연장 혹은 단축)됨에 따라 일어나는 RF의 (도 단위로 측정된) 위상 시프트를 예시한다. 도 12의 그래프에 도시된 복수의 곡선들 중 각각의 곡선은 스위칭 디바이스(240)(도 5)를 통해 선택될 때의 대응하는 탭(예컨대, 32개의 탭들)의 행태를 표시한다. 비록 도 12의 그래프가 26.5 GHz로부터 33 GHz에 이르는 주파수들의 범위에 걸쳐 일어나는 RF 신호의 위상 시프트를 도시하지만, 본 개시내용의 RF 위상 시프터는 주파수들의 임의의 적절한 범위에 걸쳐 이러한 RF 신호와 동일한 혹은 유사한 것을 제공할 수 있음이 이해돼야 한다.
이제 도 13을 참조하면, 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 밀리미터파 RF 위상 시프터의 동작을 제어하기 위한 방법(400)의 흐름도가 제공된다. 일반적으로, 방법(400)은 도 2를 참조하여 앞에서 설명된 밀리미터파 RF 위상 시프터를 참조하여 여기서 논의될 것이다. 하지만, 비록 도 13이 예시 및 논의의 목적들을 위해 특정 순서로 수행되는 단계들을 도시하지만, 여기서 논의되는 방법은 임의의 특정 순서 혹은 정렬에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술분야에서 숙련된 자는, 본 명세서에서 제공되는 개시내용을 사용하여, 본 개시내용의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 방식들로 본 명세서에서 개시되는 방법의 다양한 단계들이 생략, 재정렬, 결합, 및/또는 개조될 수 있음을 이해할 것이다.
(402)에서, 방법(400)은, 하나 이상의 제어 디바이스들에 의해, RF 위상 시프터에 제공되는 RF 신호의 원하는 위상 시프트를 표시하는 데이터를 획득하는 것을 포함한다. 예시적 실시예들에서, RF 신호는 약 26.5 GHz와 약 33 GHz 사이의 주파수를 갖는 밀리미터 RF 신호일 수 있다. 하지만, RF 신호는 임의의 적절한 주파수를 가질 수 있음이 이해돼야 한다.
(404)에서, 방법(400)은, 하나 이상의 제어 디바이스들에 의해, RF 위상 시프터의 복수의 스위칭 디바이스들을 제어하여 원하는 위상 시프트를 표시하는 데이터에 적어도 부분적으로 근거하여 RF 위상 시프터의 전송 라인의 전기적 길이를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 예시적 실시예들에서, 복수의 스위칭 디바이스들의 동작을 제어하는 것은, 하나 이상의 제어 디바이스들에 의해, 복수의 스위칭 디바이스들 중 제 1 스위칭 디바이스에 바이어스 신호를 제공하여 제 1 스위칭 디바이스를 전송 라인의 대응하는 탭에 결합시키는 것을 포함할 수 있다. 추가적으로, 복수의 스위칭 요소들의 동작을 제어하는 것은, 하나 이상의 제어 디바이스들에 의해, 복수의 스위칭 디바이스들 중 제 2 스위칭 디바이스에 제어 신호를 제공하여 전송 라인의 대응하는 탭을 제 1 스위칭 디바이스를 통해 RF 위상 시프터의 출력에 결합시키는 것을 포함할 수 있다.
(406)에서, 방법(400)은, 하나 이상의 제어 디바이스들에 의해, (404)에서 출력에 결합된 복수의 탭들 중 하나를 통해 RF 위상 시프터의 출력에 RF 신호를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 예시적 실시예들에서, RF 위상 시프터의 출력은 위상 배열 안테나 시스템의 일부로서 포함된 복수의 안테나 요소들 중 하나의 안테나 요소에 결합될 수 있다.
도 14는 본 개시내용의 예시적 실시예들에 따른 제어 디바이스(260)의 적절한 컴포넌트들의 하나의 실시예를 예시한다. 보여지는 바와 같이, 제어 디바이스(260)는 (예컨대, 본 명세서에서 개시되는 방법들, 단계들, 계산들 등을 수행하는) 다양한 컴퓨터-구현 기능(computer-implemented function)들을 수행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들(262)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 용어 "프로세서"는, 컴퓨터 내에 포함되는 것으로서 본 발명의 기술분야에서 지칭되는 집적 회로들을 지칭할 뿐만 아니라, 제어기, 마이크로제어기, 마이크로컴퓨터, 프로그래밍가능 로직 제어기(Programmable Logic Controller, PLC), 애플리케이션 특정 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), 현장 프그래밍가능 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 및 다른 프로그래망가능 회로들을 지칭한다.
보여지는 바와 같이, 제어 디바이스(260)는 메모리 디바이스(264)를 포함할 수 있다. 메모리 디바이스(264)의 예들은, RAM, ROM, 하드 드라이브(hard drive)들, 플래시 드라이브(flash drive)들, 또는 다른 적절한 메모리 디바이스들과 같은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체들을 포함하는(하지만 이에 한정되지 않는) 컴퓨터-판독가능 매체들을 포함할 수 있다. 메모리 디바이스(264)는 프로세서(들)(262)에 의해 액세스가능한 정보(여기에는 프로세서(들)(262)에 의해 실행될 수 있는 컴퓨터-판독가능 명령들(266)이 포함됨)를 저장할 수 있다. 컴퓨터-판독가능 명령들(266)은 프로세서(들)(262)에 의해 실행될 때 프로세서(들)(262)로 하여금 동작들을 수행하도록 하는 명령들의 임의의 세트일 수 있다. 컴퓨터-판독가능 명령들(266)은 임의의 적절한 프로그래밍 언어로 작성된 소프트웨어일 수 있거나, 또는 하드웨어로 구현될 수 있다.
일부 구현예들에서, 컴퓨터-판독가능 명령들(266)은, 복수의 스위칭 디바이스들(240)(도 2)의 동작을 제어하기 위해 하나 이상의 제어 액션(control action)들을 발생시키는 것과 같은 동작들을 수행하기 위해서 제어 디바이스(260)에 의해 실행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 액션은 전송 라인(230)(도 2)의 복수의 탭들(232)(도 2) 중 하나를 복수의 스위칭 디바이스들(240) 중 하나를 통해 RF 위상 시프터(200)의 출력(220)(도 2)에 결합시키는 것을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 디바이스(260)는 전송 라인(230)을 따라 전파되는 RF 신호의 위상 시프트를 제어하기 위해 전송 라인(230)의 전기적 길이를 조정할 수 있다.
본 명세서의 주된 내용이 그 특정된 예시적 실시예들과 관련하여 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술분야에서 숙련된 자들이, 앞서의 것들의 이해를 획득한 경우, 이러한 실시예들에 대한 변경들, 변형들, 및 등가들을 쉽사리 생성할 수 있음이 이해될 것이다. 이에 따라, 본 개시내용의 범위는 한정적인 것이 아니라 오히려 예시적인 것이며, 본 개시내용은 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자에게 쉽사리 명백하게 되는 바와 같은 본 명세서의 주된 내용에 대한 이러한 수정들, 변형들, 및/또는 추가들의 포함을 배제하지 않는다.

Claims (20)

  1. 밀리미터파(millimeter wave) 무선 주파수(Radio Frequency, RF) 위상 시프터(phase shifter)로서,
    상기 밀리미터파 RF 위상 시프터는,
    입력(input)과;
    출력(output)과;
    상기 입력에 결합된 전송 라인(transmission line)과, 상기 전송 라인은 복수의 탭(tap)들을 가지며;
    복수의 스위칭 디바이스(switching device)들과, 각각의 스위칭 디바이스는 상기 복수의 탭들 중 대응하는 탭과 상기 출력 사이에 결합되며; 그리고
    상기 복수의 스위칭 디바이스들에 동작가능하게 결합된 제어 디바이스(control device)를 포함하고,
    상기 제어 디바이스는, 상기 복수의 스위칭 디바이스들의 동작을 제어하여 상기 복수의 탭들 중 하나를 상기 출력에 선택적으로 결합시키도록 함으로써 상기 전송 라인의 전기적 길이(electrical length)를 조정하여 상기 전송 라인 상에서 전파되는 RF 신호의 위상 시프트(phase shift)를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 RF 위상 시프터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 탭들은 상기 전송 라인의 길이를 따라 서로로부터 떨어져 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 RF 위상 시프터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 디바이스들은,
    복수의 제 1 스위칭 디바이스들과, 그리고
    복수의 제 2 스위칭 디바이스들을 포함하고,
    각각의 제 1 스위칭 디바이스는 상기 복수의 탭들 중 대응하는 탭에 결합되고,
    각각의 제 2 스위칭 디바이스는 대응하는 제 1 스위칭 디바이스와 상기 출력 사이에 결합되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 RF 위상 시프터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 스위칭 디바이스들 각각은 교류(Alternating Current, AC) 결합(coupling)을 통해 상기 복수의 탭들 중 대응하는 탭에 결합되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 RF 위상 시프터.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 스위칭 디바이스들 각각은 직류(Direct Current, DC) 결합을 통해 상기 복수의 탭들 중 대응하는 탭에 결합되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 RF 위상 시프터.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어 디바이스는,
    상기 복수의 제 1 스위칭 디바이스들 중 제 1 스위칭 디바이스에 바이어스 신호(bias signal)를 제공하여 상기 제 1 스위칭 디바이스를 상기 복수의 탭들 중 하나의 탭에 결합시키도록 구성되고, 그리고
    상기 복수의 제 2 스위칭 디바이스들 중 대응하는 제 2 스위칭 디바이스에 제어 신호(control signal)를 제공하여 상기 하나의 탭을 상기 RF 위상 시프터의 상기 출력에 결합시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 RF 위상 시프터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 RF 신호의 파장(wavelength)은 약 0.5 밀리미터(millimeters) 내지 약 12 밀리미터의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 RF 위상 시프터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전송 라인은 굴곡형 전송 라인(meander transmission line)이고,
    상기 굴곡형 전송 라인은 상기 굴곡형 전송 라인의 제 1 단부(end)와 상기 굴곡형 전송 라인의 제 2 단부 사이에 하나 이상의 굴곡(bend)들을 갖는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 RF 위상 시프터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 탭들은, 두 개의 인접하는 탭들과 관련된 상기 위상 시프트에서 차이가 약 5도(degrees)가 되도록, 상기 전송 라인을 따라 서로로부터 떨어져 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 RF 위상 시프터.
  10. 위상 배열 안테나 시스템(phased array antenna system)으로서,
    상기 위상 배열 안테나 시스템은,
    RF 신호를 제공하도록 구성된 RF 소스(RF source)와;
    복수의 안테나 요소들과; 그리고
    복수의 밀리미터파 RF 위상 시프터들을 포함하고,
    각각의 밀리미터파 RF 위상 시프터는,
    상기 RF 소스에 결합가능한 입력과;
    상기 복수의 안테나 요소들 중 대응하는 안테나 요소에 결합가능한 출력과;
    상기 입력에 결합된 전송 라인과, 상기 전송 라인은 상기 전송 라인을 따라 서로로부터 떨어져 이격되어 있는 복수의 탭들을 가지며;
    복수의 스위칭 디바이스들과, 각각의 스위칭 디바이스는 상기 복수의 탭들 중 대응하는 탭과 상기 출력 사이에 결합되며;
    상기 복수의 스위칭 디바이스들에 동작가능하게 결합된 제어 디바이스를 포함하고,
    상기 제어 디바이스는, 상기 복수의 스위칭 디바이스들의 동작을 제어하여 상기 복수의 탭들 중 하나를 상기 출력에 선택적으로 결합시키도록 함으로써 상기 전송 라인의 전기적 길이를 조정하여 상기 전송 라인 상에서 전파되는 RF 신호의 위상 시프트를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 탭들은 상기 전송 라인의 길이를 따라 서로로부터 떨어져 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 디바이스들은,
    복수의 제 1 스위칭 디바이스들과, 그리고
    복수의 제 2 스위칭 디바이스들을 포함하고,
    각각의 제 1 스위칭 디바이스는 상기 복수의 탭들 중 대응하는 탭에 결합되고,
    각각의 제 2 스위칭 디바이스는 대응하는 제 1 스위칭 디바이스와 상기 출력 사이에 결합되는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 스위칭 디바이스들 각각은 교류(AC) 결합을 통해 상기 복수의 탭들 중 대응하는 탭에 결합되는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 스위칭 디바이스들 각각은 직류(DC) 결합을 통해 상기 복수의 탭들 중 대응하는 탭에 결합되는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제어 디바이스는,
    상기 복수의 제 1 스위칭 디바이스들 중 제 1 스위칭 디바이스에 바이어스 신호를 제공하여 상기 제 1 스위칭 디바이스를 상기 복수의 탭들 중 하나의 탭에 결합시키도록 구성되고, 그리고
    상기 복수의 제 2 스위칭 디바이스들 중 대응하는 제 2 스위칭 디바이스에 제어 신호를 제공하여 상기 하나의 탭을 상기 RF 위상 시프터의 상기 출력에 결합시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 전송 라인의 형상은 환형(annular)인 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 시스템.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 전송 라인은 굴곡형 전송 라인이고,
    상기 굴곡형 전송 라인은 상기 굴곡형 전송 라인의 제 1 단부와 상기 굴곡형 전송 라인의 제 2 단부 사이에 하나 이상의 굴곡들을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 탭들은, 두 개의 인접하는 탭들과 관련된 상기 위상 시프트에서 차이가 약 5도가 되도록, 상기 전송 라인을 따라 서로로부터 떨어져 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 시스템.
  19. 밀리미터파 RF 위상 시프터의 동작을 제어하는 방법으로서, 상기 밀리미터파 RF 위상 시프터는 복수의 탭들을 갖는 전송 라인을 포함하고, 상기 방법은,
    하나 이상의 제어 디바이스들에 의해, 상기 밀리미터파 RF 위상 시프터의 입력에 제공되는 RF 신호의 원하는 위상 시프트를 표시하는 데이터를 획득하는 것과;
    상기 하나 이상의 제어 디바이스들에 의해, 복수의 스위칭 디바이스들의 동작을 제어하여 상기 RF 신호의 상기 원하는 위상 시프트를 표시하는 상기 데이터에 적어도 부분적으로 근거하여 상기 전송 라인의 전기적 길이를 조정하는 것과; 그리고
    상기 하나 이상의 제어 디바이스들에 의해, 상기 전송 라인의 상기 복수의 탭들 중 하나를 통해 상기 RF 위상 시프터의 출력에 상기 RF 신호를 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 RF 위상 시프터의 동작을 제어하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 디바이스들의 동작을 제어하는 것은,
    상기 하나 이상의 제어 디바이스들에 의해, 상기 복수의 스위칭 디바이스들 중 제 1 스위칭 디바이스에 바이어스 신호를 제공하여 상기 제 1 스위칭 디바이스를 상기 전송 라인의 대응하는 탭에 결합시키는 것과, 그리고
    상기 하나 이상의 제어 디바이스들에 의해, 상기 복수의 스위칭 디바이스들 중 제 2 스위칭 디바이스에 제어 신호를 제공하여 상기 대응하는 탭을 상기 제 1 스위칭 디바이스를 통해 상기 RF 위상 시프터의 상기 출력에 결합시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 RF 위상 시프터의 동작을 제어하는 방법.
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