KR20220082757A - 통합된 정합 네트워크들을 갖는 발룬들 - Google Patents

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KR20220082757A
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모스타파 아지지
메디 나세리 알리 아바디
하싼 사르비샤에이
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스카이워크스 솔루션즈, 인코포레이티드
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Abstract

통합된 정합 네트워크들을 갖는 발룬들이 본 명세서에서 제공된다. 어떤 실시예들에서, 발룬 구조는 제1 쌍의 결합된 라인들, 제2 쌍의 결합된 라인들, 및 송신 라인을 포함한다. 추가적으로, 발룬의 제1 포트는 제1 쌍의 결합된 라인들의 제1 라인, 송신 라인, 및 제2 쌍의 결합된 라인들의 제1 라인을 통해 기준 전압에 접속된다. 또한, 발룬의 제2 포트는 제1 쌍의 결합된 라인들의 제2 라인을 통해 기준 전압에 접속되는 반면, 발룬의 제3 포트는 제2 쌍의 결합된 라인들의 제2 라인을 통해 기준 전압에 접속된다. 제1 포트는 비평형화된 신호 단자로서 역할을 하는 반면, 제2 포트 및 제3 포트는 포지티브 및 네거티브 신호 단자들로서 역할을 한다.

Description

통합된 정합 네트워크들을 갖는 발룬들{BALUNS WITH INTEGRATED MATCHING NETWORKS}
발명의 실시예들은 전자 시스템들, 특히, 라디오 주파수(radio frequency)(RF) 전자기기들에 관한 것이다.
발룬(balun)은 싱글-엔드형(single-ended) RF 신호를 차동(differential) RF 신호로 또는 그 반대로 변환하기 위하여 이용될 수 있다. 하나 이상의 발룬들을 갖는 RF 통신 시스템들의 예들은 이동 전화(mobile phone)들, 태블릿(tablet)들, 기지국(base station)들, 네트워크 액세스 포인트(network access point)들, 고객-댁내 장비(customer-premises equipment)(CPE), 랩톱(laptop)들, 및 웨어러블 전자기기(wearable electronic)들을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
발룬들은 광범위한 주파수들의 RF 신호들의 변환을 제공하기 위하여 RF 통신 시스템들 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 발룬들은 주파수 범위 1(Frequency Range 1)(FR1)을 이용하는 5 세대(fifth generation)(5G) 통신들을 위한 약 410 MHz 내지 약 7.125 GHz의 범위, 또는 주파수 범위 2(FR2)를 이용하는 5G 통신들을 위한 약 24.25 GHz 내지 52.6 GHz의 범위와 같은, 약 30 kHz 내지 300 GHz의 주파수 범위에서 RF 신호들을 취급할 수 있다.
어떤 실시예들에서, 본 개시내용은 발룬에 관한 것이다. 발룬은 제1 전도성 라인 및 제2 전도성 라인을 포함하는 제1 쌍의 결합된 라인들, 제3 전도성 라인 및 제4 전도성 라인을 포함하는 제2 쌍의 결합된 라인들, 및 제1 쌍의 결합된 라인들의 제1 전도성 라인을 제2 쌍의 전도성 라인들의 제3 전도성 라인에 접속하는 송신 라인을 포함한다.
몇몇 실시예들에서, 제1 쌍의 전도성 라인들 및 제2 쌍의 전도성 라인들은 상이한 길이들을 가진다.
다양한 실시예들에서, 제1 쌍의 전도성 라인들 및 제2 쌍의 전도성 라인들은 상이한 홀수-모드 임피던스(odd-mode impedance)들을 가진다.
일부 실시예들에서, 제1 쌍의 전도성 라인들 및 제2 쌍의 전도성 라인들은 상이한 짝수-모드 임피던스(even-mode impedance)들을 가진다.
몇몇 실시예들에서, 제1 쌍의 전도성 라인들, 제2 쌍의 전도성 라인들, 및 송신 라인은 입력 정합(input matching)을 제공하도록 구현된다.
다양한 실시예들에서, 제1 쌍의 전도성 라인들, 제2 쌍의 전도성 라인들, 및 송신 라인은 출력 정합(output matching)을 제공하도록 구현된다.
다수의 실시예들에서, 송신 라인은 코일을 포함한다.
일부 실시예들에서, 발룬은 송신 라인과 반대인 제1 전도성 라인의 단부에 접속된 제1 포트, 제1 쌍의 전도성 라인들의 제2 전도성 라인에 접속된 제2 포트, 및 제2 쌍의 전도성 라인들의 제4 전도성 라인에 접속된 제3 포트를 더 포함한다.
다수의 실시예들에 따르면, 제1 포트는 싱글-엔드형 신호를 위한 비평형화된 단자와 같고, 제2 포트는 차동 신호를 위한 포지티브 단자와 같고, 제3 포트는 차동 신호를 위한 네거티브 단자와 같다.
몇몇 실시예들에 따르면, 송신 라인과 반대인 제3 전도성 라인의 단부는 기준 전압에 접속된다.
다양한 실시예들에 따르면, 제2 포트와 반대인 제2 전도성 라인의 단부는 기준 전압에 접속된다.
다수의 실시예들에 따르면, 제3 포트와 반대인 제4 전도성 라인의 단부는 기준 전압에 접속된다.
다수의 실시예들에 따르면, 제1 포트는 증폭기로부터 싱글-엔드형 신호를 수신하도록 구성된다.
몇몇 실시예들에 따르면, 제1 포트는 싱글-엔드형 신호를 증폭기로 출력하도록 구성된다.
다양한 실시예들에 따르면, 제2 포트 및 제3 포트는 증폭기로부터 차동 신호를 수신하도록 구성된다.
다수의 실시예들에 따르면, 제2 포트 및 제3 포트는 차동 신호를 증폭기에 제공하도록 구성된다.
어떤 실시예들에서, 본 개시내용은 무선 디바이스에 관한 것이다. 무선 디바이스는 트랜시버, 및 트랜시버에 결합된 프론트-엔드(front-end) 시스템을 포함한다. 프론트-엔드 시스템은 제1 전도성 라인 및 제2 전도성 라인을 포함하는 제1 쌍의 결합된 라인들, 제3 전도성 라인 및 제4 전도성 라인을 포함하는 제2 쌍의 결합된 라인들, 및 제1 쌍의 결합된 라인들의 제1 전도성 라인을 제2 쌍의 전도성 라인들의 제3 전도성 라인에 접속하는 송신 라인을 포함하는 발룬을 포함한다.
다양한 실시예들에서, 제1 쌍의 전도성 라인들 및 제2 쌍의 전도성 라인들은 상이한 길이들을 가진다.
몇몇 실시예들에서, 제1 쌍의 전도성 라인들 및 제2 쌍의 전도성 라인들은 상이한 홀수-모드 임피던스들을 가진다.
다수의 실시예들에서, 제1 쌍의 전도성 라인들 및 제2 쌍의 전도성 라인들은 상이한 짝수-모드 임피던스들을 가진다.
일부 실시예들에서, 제1 쌍의 전도성 라인들, 제2 쌍의 전도성 라인들, 및 송신 라인은 입력 정합을 제공하도록 구현된다.
다양한 실시예들에서, 제1 쌍의 전도성 라인들, 제2 쌍의 전도성 라인들, 및 송신 라인은 출력 정합을 제공하도록 구현된다.
몇몇 실시예들에서, 송신 라인은 코일을 포함한다.
일부 실시예들에서, 발룬은 송신 라인과 반대인 제1 전도성 라인의 단부에 접속된 제1 포트, 제1 쌍의 전도성 라인들의 제2 전도성 라인에 접속된 제2 포트, 및 제2 쌍의 전도성 라인들의 제4 전도성 라인에 접속된 제3 포트를 더 포함한다.
다수의 실시예들에 따르면, 제1 포트는 싱글-엔드형 신호를 위한 비평형화된 단자이고, 제2 포트는 차동 신호를 위한 포지티브 단자이고, 제3 포트는 차동 신호를 위한 네거티브 단자이다.
몇몇 실시예들에 따르면, 송신 라인과 반대인 제3 전도성 라인의 단부는 기준 전압에 접속된다.
다양한 실시예들에 따르면, 제2 포트와 반대인 제2 전도성 라인의 단부는 기준 전압에 접속된다.
다수의 실시예들에 따르면, 제3 포트와 반대인 제4 전도성 라인의 단부는 기준 전압에 접속된다.
다양한 실시예들에 따르면, 프론트 엔드 시스템은 제1 포트로부터 싱글-엔드형 신호를 수신하도록 구성된 증폭기를 더 포함한다.
몇몇 실시예들에 따르면, 프론트 엔드 시스템은 싱글-엔드형 신호를 제1 포트에 제공하도록 구성된 증폭기를 더 포함한다.
다수의 실시예들에 따르면, 프론트 엔드 시스템은 제2 포트 및 제3 포트로부터 차동 신호를 수신하도록 구성된 증폭기를 더 포함한다.
몇몇 실시예들에 따르면, 프론트 엔드 시스템은 차동 신호를 제2 포트 및 제3 포트에 제공하도록 구성된 증폭기를 더 포함한다.
어떤 실시예들에서, 본 개시내용은 발룬에서의 신호 변환 방법에 관한 것이다. 방법은 제1 쌍의 결합된 라인들의 제1 전도성 라인과 제2 전도성 라인 사이의 결합을 제공하는 단계, 제2 쌍의 결합된 라인들의 제3 전도성 라인과 제4 전도성 라인 사이의 결합을 제공하는 단계, 및 제1 쌍의 결합된 라인들의 제1 전도성 라인으로부터 제2 쌍의 전도성 라인들의 제3 전도성 라인으로의 신호 경로를 제공하기 위하여 송신 라인을 이용하는 단계를 포함한다.
다양한 실시예들에서, 제1 쌍의 전도성 라인들 및 제2 쌍의 전도성 라인들은 상이한 길이들을 가진다.
몇몇 실시예들에서, 제1 쌍의 전도성 라인들 및 제2 쌍의 전도성 라인들은 상이한 홀수-모드 임피던스들을 가진다.
다수의 실시예들에서, 제1 쌍의 전도성 라인들 및 제2 쌍의 전도성 라인들은 상이한 짝수-모드 임피던스들을 가진다.
일부 실시예들에서, 방법은 제1 쌍의 전도성 라인들, 제2 쌍의 전도성 라인들, 및 송신 라인을 이용하여 입력 정합을 제공하는 단계를 더 포함한다.
다양한 실시예들에서, 방법은 제1 쌍의 전도성 라인들, 제2 쌍의 전도성 라인들, 및 송신 라인을 이용하여 출력 정합을 제공하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 방법은 송신 라인과 반대인 제1 전도성 라인의 단부 상에서 제1 포트를 제공하는 단계, 제1 쌍의 전도성 라인들의 제2 전도성 라인의 단부 상에서 제2 포트를 제공하는 단계, 및 제2 쌍의 전도성 라인들의 제4 전도성 라인의 단부 상에서 제3 포트를 제공하는 단계를 더 포함한다.
다수의 실시예들에 따르면, 방법은 싱글-엔드형 신호를 위한 비평형화된 단자로서 제1 포트를 이용하는 단계, 차동 신호를 위한 포지티브 단자로서 제2 포트를 이용하는 단계, 및 차동 신호를 위한 네거티브 단자로서 제3 포트를 이용하는 단계를 더 포함한다.
몇몇 실시예들에 따르면, 방법은 증폭기로부터 단일-엔드형 신호를 수신하기 위하여 제1 포트를 이용하는 단계를 더 포함한다.
다양한 실시예들에 따르면, 방법은 싱글-엔드형 신호를 증폭기에 제공하기 위하여 제1 포트를 이용하는 단계를 더 포함한다.
다수의 실시예들에 따르면, 방법은 증폭기로부터 차동 신호를 수신하기 위하여 제2 포트 및 제3 포트를 이용하는 단계를 더 포함한다.
몇몇 실시예들에 따르면, 방법은 차동 신호를 증폭기에 제공하기 위하여 제2 포트 및 제3 포트를 이용하는 단계를 더 포함한다.
이 개시내용의 실시예들은 비 제한적인 예로서, 첨부 도면들을 참조하여 지금부터 설명될 것이다.
도 1은 통신 네트워크의 하나의 예의 개략도이다.
도 2a는 빔포밍으로 동작하는 통신 시스템의 하나의 실시예의 개략도이다.
도 2b는 송신 빔을 제공하기 위한 빔포밍의 하나의 실시예의 개략도이다.
도 2c는 수신 빔을 제공하기 위한 빔포밍의 하나의 실시예의 개략도이다.
도 3a는 하나의 실시예에 따른 통합된 정합 네트워크를 갖는 발룬의 개략도이다.
도 3b는 또 다른 실시예에 따른 통합된 정합 네트워크를 갖는 발룬의 개략도이다.
도 3c는 또 다른 실시예에 따른 통합된 정합 네트워크를 갖는 발룬의 개략도이다.
도 3d는 또 다른 실시예에 따른 통합된 정합 네트워크를 갖는 발룬의 개략도이다.
도 3e는 또 다른 실시예에 따른 통합된 정합 네트워크를 갖는 발룬의 개략도이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 통합된 정합 네트워크를 갖는 발룬을 위한 금속화 레이아웃의 개략도이다.
도 5는 하나의 실시예에 따른 라디오 주파수(RF) 증폭 시스템의 개략도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 RF 증폭 시스템의 개략도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 RF 증폭 시스템의 개략도이다.
도 8은 이동 디바이스의 하나의 실시예의 개략도이다.
어떤 실시예들의 다음의 상세한 설명은 특정 실시예들의 다양한 설명들을 제시한다. 그러나, 본 명세서에서 설명된 혁신들은 다수의 상이한 방법들로, 예를 들어, 청구항들에 의해 정의되고 포괄된 바와 같이 구체화될 수 있다. 이 설명에서는, 유사한 참조 번호들이 동일하거나 기능적으로 유사한 엘리먼트(element)들을 표시할 수 있는 도면들에 대해 참조가 행해진다. 도면들에서 예시된 엘리먼트들은 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니라는 것이 이해될 것이다. 또한, 어떤 실시예들은 도면에서 예시된 것보다 더 많은 엘리먼트들, 및/또는 도면에서 예시된 엘리먼트들의 서브세트(subset)를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 일부 실시예들은 2 개 이상의 도면들로부터의 특징들의 임의의 적당한 조합을 편입시킬 수 있다.
국제 전기통신 연합(International Telecommunication Union)(ITU)은 라디오 스펙트럼의 공유된 글로벌 이용을 포함하는, 정보 및 통신 기술들에 관한 글로벌 쟁점들을 담당하는 국제 연합(United Nations)(UN)의 특화된 기관이다.
3 세대 파트너십 프로젝트(3rd Generation Partnership Project)(3GPP)는 일본 전파산업협회(Association of Radio Industries and Businesses)(ARIB), 전기통신 기술 위원회(Telecommunications Technology Committee)(TTC), 중국 통신 표준들 협회(China Communications Standards Association)(CCSA), 전기통신 산업 해결책들을 위한 동맹(Alliance for Telecommunications Industry Solutions)(ATIS), 전기통신 기술 협회(Telecommunications Technology Association)(TTA), 유럽 전기통신 표준 협회(European Telecommunications Standards Institute)(ETSI), 및 전기통신 표준들 개발 학회 인디아(Telecommunications Standards Development Society, India)(TSDSI)와 같은, 전 세계에 걸친 전기통신 표준 단체들의 그룹들 사이의 협업이다.
ITU의 범위 내에서 작업하여, 3GPP는 예를 들어, 2 세대(second generation)(2G) 기술(예를 들어, 이동 통신들을 위한 글로벌 시스템(Global System for Mobile Communications)(GSM) 및 GSM 진화를 위한 증대된 데이터 레이트들(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)(EDGE)), 3 세대(3G) 기술(예를 들어, 유니버셜 이동 전기통신 시스템(Universal Mobile Telecommunications System)(UMTS) 및 고속 패킷 액세스(High Speed Packet Access)(HSPA)), 및 4 세대(4G) 기술(예를 들어, 롱텀 에볼루션(Long Term Evolution)(LTE) 및 LTE-어드밴스드(LTE-Advanced))을 포함하는 다양한 이동 통신 기술들을 위한 기술적 사양들을 개발하고 유지한다.
3GPP에 의해 제어된 기술적 사양들은, 몇 년에 걸쳐 이어질 수 있고 새로운 특징들 및 진화들의 폭을 특정할 수 있는 사양 릴리즈(specification release)들에 의해 확장될 수 있고 개정될 수 있다.
하나의 예에서, 3GPP는 릴리즈(Release) 10에서 LTE를 위한 캐리어 어그리게이션(carrier aggregation)(CA)을 도입하였다. 2 개의 다운링크 캐리어들로 초기에 도입되었지만, 3GPP는 최대 5 개의 다운링크 캐리어들 및 최대 3 개의 업링크 캐리어들을 포함하기 위하여 릴리즈 14에서 캐리어 어그리게이션을 확장하였다. 3GPP 릴리즈들에 의해 제공된 새로운 특징들 및 진화들의 다른 예들은 인가 보조형 액세스(License Assisted Access)(LAA), 증대된 LAA(enhanced LAA)(eLAA), 협대역 사물 인터넷(Narrowband Internet of things)(NB-IOT), 차량-대-사물(Vehicle-to-Everything)(V2X), 및 고 전력 사용자 장비(High Power User Equipment)(HPUE)를 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
3GPP는 릴리즈 15에서 5 세대(5G) 기술의 국면 1을 도입하였고, 릴리즈 16에서 5G 기술의 국면 2를 도입하였다. 후속 3GPP 릴리즈들은 5G 기술을 추가로 진화시킬 것이고 확장할 것이다. 5G 기술은 5G 뉴 라디오(New Radio)(NR)로서 본 명세서에서 또한 지칭된다.
5G NR은 밀리미터파 스펙트럼 상에서의 통신들, 빔포밍(beamforming) 능력, 높은 스펙트럼 효율 파형들, 낮은 레이턴시(low latency) 통신들, 다중 라디오 뉴머롤러지(multiple radio numerology), 및/또는 비-직교 다중 액세스(non-orthogonal multiple access)(NOMA)와 같은 다양한 특징들을 지원하거나 지원하는 것을 계획한다. 이러한 RF 기능성들은 네트워크들에 대한 신축성을 제공하고 사용자 데이터 레이트들을 증대시키지만, 이러한 특징들을 지원하는 것은 다수의 기술적 도전들을 제기할 수 있다.
본 명세서에서의 교시사항들은, LTE-어드밴스드, LTE-어드밴스드 프로(LTE-Advanced Pro), 및/또는 5G NR과 같은 진보된 셀룰러 기술들을 사용하는 통신 시스템들을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는 널리 다양한 통신 시스템들에 적용가능하다.
도 1은 통신 네트워크(10)의 하나의 예의 개략도이다. 통신 네트워크(10)는 매크로 셀 기지국(1), 소형 셀 기지국(3)과, 제1 이동 디바이스(2a), 무선-접속된 자동차(2b), 랩톱(2c), 정지식 무선 디바이스(2d), 무선-접속된 열차(2e), 제2 이동 디바이스(2f), 및 제3 이동 디바이스(2g)를 포함하는 사용자 장비(UE)의 다양한 예들을 포함한다.
기지국들 및 사용자 장비의 특정 예들이 도 1에서 예시되지만, 통신 네트워크는 널리 다양한 유형들 및/또는 수들의 기지국들 및 사용자 장비를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도시된 예에서, 통신 네트워크(10)는 매크로 셀 기지국(1) 및 소형 셀 기지국(3)을 포함한다. 소형 셀 기지국(3)은 매크로 셀 기지국(1)에 비해, 상대적으로 더 낮은 전력, 더 짧은 범위, 및/또는 더 적은 동시 사용자들로 동작할 수 있다. 소형 셀 기지국(3)은 펨토셀(femtocell), 피코셀(picocell), 또는 마이크로셀(microcell)로서 또한 지칭될 수 있다. 통신 네트워크(10)가 2 개의 기지국들을 포함하는 것으로서 예시되지만, 통신 네트워크(10)은 더 많거나 더 적은 기지국들 및/또는 다른 유형들의 기지국들을 포함하도록 구현될 수 있다.
사용자 장비의 다양한 예들이 도시되지만, 본 명세서에서의 교시사항들은, 이동 전화들, 태블릿들, 랩톱들, IoT 디바이스들, 웨어러블 전자기기들, 고객 댁내 장비(customer premises equipment)(CPE), 무선-접속된 차량들, 무선 중계기들, 및/또는 널리 다양한 다른 통신 디바이스들을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는 널리 다양한 사용자 장비에 적용가능하다. 또한, 사용자 장비는 셀룰러 네트워크에서 동작하는 현재 이용가능한 통신 디바이스들 뿐만 아니라, 본 명세서에서 설명되고 청구된 바와 같은 발명의 시스템들, 프로세스들, 방법들, 및 디바이스들로 용이하게 구현가능할 후속으로 개발된 통신 디바이스들도 포함한다.
도 1의 예시된 통신 네트워크(10)는 예를 들어, 4G LTE 및 5G NR을 포함하는 다양한 셀룰러 기술들을 이용하여 통신들을 지원한다. 어떤 구현예들에서, 통신 네트워크(10)는 WiFi와 같은 무선 로컬 영역 네트워크(wireless local area network)(WLAN)를 제공하도록 추가로 구비된다. 통신 기술들의 다양한 예들이 제공되었지만, 통신 네트워크(10)는 널리 다양한 통신 기술들을 지원하도록 구비될 수 있다.
통신 네트워크(10)의 다양한 통신 링크들은 도 1에서 도시되었다. 통신 링크들은 예를 들어, 주파수-분할 듀플렉싱(FDD) 및/또는 시간-분할 듀플렉싱(TDD)을 이용하는 것을 포함하는 널리 다양한 방법들로 듀플렉싱될 수 있다. FDD는 신호들을 송신하고 수신하기 위한 상이한 주파수들을 이용하는 라디오 주파수 통신들의 유형이다. FDD는 높은 데이터 레이트들 및 낮은 레이턴시와 같은 다수의 장점들을 제공할 수 있다. 대조적으로, TDD는, 신호들을 송신하고 수신하기 위한 거의 동일한 주파수를 이용하고, 송신 및 수신 통신들이 시간 내에 스위칭되는 라디오 주파수 통신들의 유형이다. TDD는 스펙트럼의 효율적인 이용, 및 송신 및 수신 방향들 사이의 스루풋의 가변적인 할당과 같은 다수의 장점들을 제공할 수 있다.
어떤 구현예들에서, 사용자 장비는 4G LTE, 5G NR, 및 WiFi 기술들 중의 하나 이상을 이용하여 기지국과 통신할 수 있다. 어떤 구현예들에서, 증대된 인가 보조형 액세스(eLAA)는 하나 이상의 인가된 주파수 캐리어들(예를 들어, 인가된 4G LTE 및/또는 5G NR 주파수들)을 하나 이상의 비인가된 캐리어들(예를 들어, 비인가된 WiFi 주파수들)과 어그리게이팅하기 위하여 이용된다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 통신 링크들은 UE와 기지국들 사이의 통신 링크들 뿐만 아니라, UE 대 UE 통신들 및 기지국 대 기지국 통신들도 포함한다. 예를 들어, 통신 네트워크(10)는 (예를 들어, 이동 디바이스(2g)와 이동 디바이스(2f) 사이에서와 같이) 자체-프론트홀(self-fronthaul) 및/또는 자체-백홀(self-backhaul)을 지원하도록 구현될 수 있다.
통신 링크들은 널리 다양한 주파수들 상에서 동작할 수 있다. 어떤 구현예들에서, 통신들은 6 기가헤르쯔(Gigahertz)(GHz) 미만인 하나 이상의 주파수 대역들 상에서, 및/또는 6 GHz 초과인 하나 이상의 주파수 대역들 상에서 5G NR 기술을 이용하여 지원된다. 예를 들어, 통신 링크들은 주파수 범위 1(FR1), 주파수 범위 2(FR2), 또는 그 조합을 서빙할 수 있다. 하나의 실시예에서, 이동 디바이스들 중의 하나 이상은 HPUE 전력 클래스 사양(power class specification)을 지원한다.
어떤 구현예들에서, 기지국 및/또는 사용자 장비는 빔포밍을 이용하여 통신한다. 예를 들어, 빔포밍은 높은 신호 주파수들 상에서 통신하는 것과 연관된 높은 손실과 같은 경로 손실들을 극복하기 위한 신호 강도를 포커싱(focus)하기 위하여 이용될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 하나 이상의 이동 전화들과 같은 사용자 장비는 30 GHz 내지 300 GHz의 범위인 밀리미터파 주파수 대역들 및/또는 6 GHz 내지 30 GHz, 또는 더 상세하게는, 24 GHz 내지 30 GHz의 범위인 상부 센티미터파 주파수들 상에서 빔포밍을 이용하여 통신한다.
통신 네트워크(10)의 상이한 사용자들은 널리 다양한 방법들로, 이용가능한 주파수 스펙트럼과 같은 이용가능한 네트워크 자원들을 공유할 수 있다.
하나의 예에서, 주파수 분할 다중 액세스(FDMA)는 주파수 대역을 다수의 주파수 캐리어들로 분할하기 위하여 이용된다. 추가적으로, 하나 이상의 캐리어들이 특정한 사용자에게 할당된다. FDMA의 예들은 단일 캐리어 FDMA(single carrier FDMA)(SC-FDMA) 및 직교 FDMA(orthogonal FDMA)(OFDMA)를 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다. OFDMA는 이용가능한 대역폭을, 상이한 사용자들에게 별도로 배정될 수 있는 다수의 상호 직교 협대역 서브캐리어들로 하위분할하는 멀티캐리어 기술이다.
공유된 액세스의 다른 예들은 사용자가 주파수 자원을 이용하기 위한 특정한 시간 슬롯들을 할당받는 시간 분할 다중 액세스(TDMA), 주파수 자원이 각각의 사용자에게 고유한 코드를 배정함으로써 상이한 사용자들 사이에서 공유되는 코드 분할 다중 액세스(CDMA), 빔포밍이 공간 분할에 의해 공유된 액세스를 제공하기 위하여 이용되는 공간-분할 다중 액세스(SDMA), 및 전력 도메인이 다중 액세스를 위하여 이용되는 비-직교 다중 액세스(NOMA)를 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 예를 들어, NOMA는 동일한 주파수, 시간, 및/또는 코드에서, 그러나, 상이한 전력 레벨들로 다수의 사용자들을 서빙하기 위하여 이용될 수 있다.
증대된 이동 광대역(enhanced mobile broadband)(eMBB)은 LTE 네트워크들의 시스템 용량을 늘이기 위한 기술을 지칭한다. 예를 들어, eMBB는 각각의 사용자를 위한 적어도 10 Gbps 및 100 Mbps의 최소치의 피크 데이터 레이트를 갖는 통신들을 지칭할 수 있다. 초-신뢰성 낮은 레이턴시 통신들(ultra-reliable low latency communications)(uRLLC)은 예를 들어, 2 밀리초(millisecond) 미만인 매우 낮은 레이턴시를 갖는 통신을 위한 기술을 지칭한다. uRLLC는 자율 운전 및/또는 원격 수술 애플리케이션들을 위한 것과 같은 미션-크리티컬 통신들을 위하여 이용될 수 있다. 대용량 머신-유형 통신들(massive machine-type communications)(mMTC)은 사물 인터넷(Internet of Things)(IoT) 애플리케이션들과 연관된 것들과 같은 일상 객체들로의 무선 접속들과 연관된 낮은 비용 및 낮은 데이터 레이트 통신들을 지칭한다.
도 1의 통신 네트워크(10)는, eMBB, uRLLC, 및/또는 mMTC를 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는 널리 다양한 진보된 통신 특징들을 지원하기 위하여 이용될 수 있다.
도 2a는 빔포밍으로 동작하는 통신 시스템(110)의 하나의 실시예의 개략도이다. 통신 시스템(110)은 트랜시버(105), 신호 조절 회로들(104a1, 104a2 ... 104an, 104b1, 104b2 ... 104bn, 104m1, 104m2 ... 104mn), 및 안테나 엘리먼트들(103a1, 103a2 ... 103an, 103b1, 103b2 ... 103bn, 103m1, 103m2 ... 103mn)을 포함하는 안테나 어레이(102)를 포함한다.
밀리미터파 캐리어(millimeter wave carrier)들, 센티미터파 캐리어(centimeter wave carrier)들, 및/또는 다른 주파수 캐리어들을 이용하여 통신하는 통신 시스템들은 신호들의 송신 및/또는 수신을 위한 빔포밍 및 지향성을 제공하기 위하여 안테나 어레이(102)와 같은 안테나 어레이를 채용할 수 있다.
예를 들어, 예시된 실시예에서, 통신 시스템(110)은 이 실시예에서 별도의 신호 조절 회로에 각각이 결합되는 m x n 안테나 엘리먼트들의 어레이(102)를 포함한다. 타원들에 의해 표시된 바와 같이, 통신 시스템(110)은 임의의 적당한 수의 안테나 엘리먼트들 및 신호 조절 회로들로 구현될 수 있다.
신호 송신에 대하여, 신호 조절 회로들(104a1, 104a2 ... 104an, 104b1, 104b2 ... 104bn, 104m1, 104m2 ... 104mn)은, 안테나 엘리먼트들로부터 방사된 신호들이 안테나 어레이(102)로부터 멀어지도록 주어진 방향에서 전파하는 더 많은 신호 강도를 갖는 빔-유사 품질들을 나타내는 총합 송신 신호를 생성하기 위하여 건설적 및 파괴적 간섭을 이용하는 것을 조합하도록, 송신 신호들을 안테나 어레이(102)에 제공할 수 있다.
신호 수신의 맥락에서, 신호 조절 회로들(104a1, 104a2 ... 104an, 104b1, 104b2 ... 104bn, 104m1, 104m2 ... 104mn)은, 신호가 특정한 방향으로부터 안테나 어레이(102)에 도달하고 있을 때에 더 많은 신호 에너지가 수신되도록, (예를 들어, 수신된 신호 위상들을 별도로 제어함으로써) 수신된 신호들을 프로세싱한다. 따라서, 통신 시스템(110)은 신호들의 수신을 위한 지향성을 또한 제공한다.
송신 빔 또는 수신 빔으로의 신호 에너지의 상대적인 집중은 어레이의 크기를 증가시킴으로써 증대될 수 있다. 예를 들어, 송신 빔으로 포커싱된 더 많은 신호 에너지로, 신호는 RF 통신들을 위한 충분한 신호 레벨을 제공하면서, 더 긴 범위에 대하여 전파할 수 있다. 예를 들어, 송신 빔으로 포커싱된 신호 에너지의 큰 비율을 갖는 신호는 높은 유효 등방성 방사 전력(effective isotropic radiated power)(EIRP)을 나타낼 수 있다.
예시된 실시예에서, 트랜시버(105)는 송신 신호들을 신호 조절 회로들(104a1, 104a2 ... 104an, 104b1, 104b2 ... 104bn, 104m1, 104m2 ... 104mn)에 제공하고, 신호 조절 회로들로부터 수신된 신호들을 프로세싱한다.
도 2a에서 도시된 바와 같이, 트랜시버(105)는 신호 조절 회로들(104a1, 104a2 ... 104an, 104b1, 104b2 ... 104bn, 104m1, 104m2 ... 104mn)을 위한 제어 신호들을 생성한다. 제어 신호들은 빔포밍을 제어하기 위하여 송신된 및/또는 수신된 신호들의 이득 및 위상을 제어하는 것과 같은 다양한 기능들을 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 신호 조절 회로들(104a1, 104a2 ... 104an, 104b1, 104b2 ... 104bn, 104m1, 104m2 ... 104mn)의 각각은 본 명세서에서의 교시사항들에 따라 구현된 위상 시프터(phase shifter)를 포함할 수 있다.
도 2b는 송신 빔을 제공하기 위한 빔포밍의 하나의 실시예의 개략도이다. 도 2b는 제1 신호 조절 회로(114a), 제2 신호 조절 회로(114b), 제1 안테나 엘리먼트(113a), 및 제2 안테나 엘리먼트(113b)를 포함하는 통신 시스템의 부분을 예시한다.
포함된 2 개의 안테나 엘리먼트들 및 2 개의 신호 조절 회로들로서 예시되었지만, 통신 시스템은 추가적인 안테나 엘리먼트들 및/또는 신호 조절 회로들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2b는 도 2a의 통신 시스템(110)의 부분의 하나의 실시예를 예시한다.
제1 신호 조절 회로(114a)는 제1 위상 시프터(130a), 제1 전력 증폭기(131a), 제1 저잡음 증폭기(low noise amplifier)(LNA)(132a), 및 전력 증폭기(131a) 또는 LNA(132a)의 선택을 제어하기 위한 스위치들을 포함한다. 추가적으로, 제2 신호 조절 회로(114b)는 제2 위상 시프터(130b), 제2 전력 증폭기(131b), 제2 LNA(132b), 및 전력 증폭기(131b) 또는 LNA(132b)의 선택을 제어하기 위한 스위치들을 포함한다. 제1 위상 시프터(130a) 및 제2 위상 시프터(130b)는 본 명세서에서의 실시예들 중의 임의의 것에 따라 구현될 수 있다.
신호 조절 회로들의 하나의 실시예가 도시되지만, 신호 조절 회로들의 다른 구현예들이 가능하다. 예를 들어, 하나의 예에서, 신호 조절 회로는 하나 이상의 대역 필터(band filter)들, 듀플렉서(duplexer)들, 다이플렉서(diplexer)들, 및/또는 다른 컴포넌트들을 포함한다.
예시된 실시예에서, 제1 안테나 엘리먼트(113a) 및 제2 안테나 엘리먼트(113b)는 거리 d에 의해 분리된다. 추가적으로, 도 2b는 이 예에서, 송신 빔 방향이 안테나 어레이의 평면에 대해 실질적으로 수직일 때에 약 90°의 값, 그리고 송신 빔 방향이 안테나 어레이의 평면에 대해 실질적으로 평행할 때에 약 0°의 값을 가지는 각도
Figure pat00001
로 주석이 부기되었다.
안테나 엘리먼트들(113a, 113b)에 제공된 송신 신호들의 상대적인 위상을 제어함으로써, 희망된 송신 빔 각도
Figure pat00002
가 달성될 수 있다. 예를 들어, 제1 위상 시프터(130a)가 0°의 기준 값을 가질 때, 제2 위상 시프터(130b)는 약 -2πf(d/ν)cos
Figure pat00003
라디안(radian)들의 위상 시프트를 제공하도록 제어될 수 있고, 여기서, f는 송신 신호의 기본 주파수이고, d는 안테나 엘리먼트들 사이의 거리이고, ν는 방사된 파의 속도이고, π는 수학적 상수 파이(pi)이다.
어떤 구현예들에서, 거리 d는 약 ½λ가 되도록 구현되고, 여기서, λ는 송신 신호의 기본 컴포넌트의 파장이다. 이러한 구현예들에서, 제2 위상 시프터(130b)는 송신 빔 각도
Figure pat00004
를 달성하기 위하여 약 -πcos
Figure pat00005
라디안들의 위상 시프트를 제공하도록 제어될 수 있다.
따라서, 위상 시프터들(130a, 130b)의 상대적인 위상은 송신 빔포밍을 제공하도록 제어될 수 있다. 어떤 구현예들에서, 트랜시버(예를 들어, 도 2a의 트랜시버(105))는 빔포밍을 제어하기 위하여 하나 이상의 위상 시프터들의 위상 값들을 제어한다.
도 2c는 수신 빔을 제공하기 위한 빔포밍의 하나의 실시예의 개략도이다. 도 2c가 송신 빔이 아니라 수신 빔의 맥락에서 빔포밍을 예시한다는 것을 제외하고는, 도 2c는 도 2b와 유사하다.
도 2c에서 도시된 바와 같이, 제1 위상 시프터(130a)와 제2 위상 시프터(130b) 사이의 상대적인 위상 차이는 희망된 수신 빔 각도
Figure pat00006
를 달성하기 위하여 -2πf(d/ν)cos
Figure pat00007
라디안들과 대략 동일하도록 선택될 수 있다. 거리 d가 약 ½λ에 대응하는 구현예들에서, 위상 차이는 수신 빔 각도
Figure pat00008
를 달성하기 위하여 -πcos
Figure pat00009
라디안들과 대략 동일하도록 선택될 수 있다.
위상 값들이 빔포밍을 제공하기 위한 다양한 수학식들이 제공되었지만, 안테나 어레이의 구현예, 신호 조절 회로들의 구현예, 및/또는 라디오 환경에 기초하여 선택된 위상 값들과 같은 다른 위상 선택 값들이 가능하다.
통합된 정합 네트워크들을 갖는 발룬들
발룬들은 비평형화된 RF 신호(또한, 싱글-엔드형 RF 신호로서 지칭됨)를 평형화된 RF 신호(또한, 차동 RF 신호로서 지칭됨)로, 또는 그 반대로 변환하기 위하여 라디오 주파수(RF) 시스템들에서 이용된다.
온-칩 발룬(on-chip balun)을 설계할 때, 발룬 설계는 전자기적 시뮬레이터(electromagnetic simulator)(EM)를 이용하여 시뮬레이팅될 수 있고, 성능 사양들이 충족될 때까지 반복적으로 조절될 수 있다. 이러한 시행착오(trial and error) 접근법은 때때로 작동 발룬을 달성할 수 있지만, 이러한 설계 프로세스는 길고 번거로울 수 있고, 성과는 반드시 면적, 손실, 대역폭, 및/또는 평형의 측면에서 최상의 결과가 아닐 수 있다. 또한, 입력 정합 및 출력 정합 고려사항들은 설계 프로세스를 복잡하게 할 수 있다. 예를 들어, 명시적인 입력 정합 네트워크 및/또는 명시적인 출력 정합 네트워크는 전형적으로 발룬 설계에서 존재한다.
통합된 정합 네트워크들을 갖는 발룬들이 본 명세서에서 제공된다. 어떤 실시예들에서, 발룬 구조는 제1 쌍의 결합된 라인들, 제2 쌍의 결합된 라인들, 및 송신 라인을 포함한다. 추가적으로, 발룬의 제1 포트는 제1 쌍의 결합된 라인들의 제1 라인, 송신 라인, 및 제2 쌍의 결합된 라인들의 제1 라인의 직렬 조합을 통해 기준 전압(예를 들어, 접지)에 접속된다. 또한, 발룬의 제2 포트는 제1 쌍의 결합된 라인들의 제2 라인을 통해 기준 전압에 접속되는 반면, 발룬의 제3 포트는 제2 쌍의 결합된 라인들의 제2 라인을 통해 기준 전압에 접속된다. 제1 포트는 비평형화된 RF 신호를 위한 비평형화된 단자로서 역할을 하는 반면, 제2 포트 및 제3 포트는 평형화된 RF 신호를 위한 포지티브 및 네거티브 단자들로서 역할을 한다.
제1 쌍의 결합된 라인들의 짝수 모드 임피던스, 홀수 모드 임피던스, 및 길이는 제2 쌍의 결합된 라인들의 짝수 모드 임피던스, 홀수 모드 임피던스, 및 길이로부터 설계 동안에 별도로 조절가능하다. 또한, 송신 라인의 임피던스 및 길이는 또한, 설계 동안에 별도로 조절될 수 있다. 이러한 파라미터들은 더 낮은 손실, 더 작은 면적, 더 넓은 대역폭, 및/또는 개선된 평형을 갖는 온-다이(on-die) 발룬 설계를 위한 방법론을 제공하도록 튜닝될 수 있다. 설계 파라미터들의 수가 작으므로, 발룬은 용이하게 모델링될 수 있고 매우 신속하게 설계될 수 있다.
또한, 이러한 파라미터 튜닝은 희망된 입력 정합 및 출력 정합을 달성하기 위하여 이용될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서의 발룬들은 통합된 입력 정합 네트워크들 및/또는 통합된 출력 정합 네트워크들과 함께 동작할 수 있다. 이러한 통합은 손실을 감소시키고 및/또는 더 간결한 칩 레이아웃을 제공한다.
발룬들은 제2 포트 및 제3 포트에 걸친 션트 커패시터(shunt capacitor), 제1 포트를 위한 직렬 커패시터, 및/또는 제1 포트를 위한 션트 커패시터와 같은 하나 이상의 추가적인 컴포넌트들로 추가로 튜닝될 수 있다.
본 명세서에서의 발룬들은 전력 증폭기(power amplifier)(PA), 저잡음 증폭기(LNA), 및/또는 가변 이득 증폭기(variable gain amplifier)(VGA)와 같은 증폭기의 입력 및/또는 출력에서 싱글-엔드형 대 차동 신호 변환(또는 그 반대)을 제공하기 위한 것을 포함하는 널리 다양한 애플리케이션들에서 이용될 수 있다. 또한, 발룬들은 실리콘 온 절연체(silicon on insulator)(SOI) 프로세스들을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는 다양한 칩 제조 프로세스들을 이용하여 온-칩(on-chip)으로 제조될 수 있다.
본 명세서에서의 어떤 구현예들에서, 발룬은 5G의 주파수 범위 2(FR2), 예를 들어, 24.25 GHz 내지 52.6 GHz에서의 RF 신호를 취급하도록 구성된다. 그러나, 본 명세서에서의 발룬들은 다른 RF 신호 주파수들을 취급할 수 있다.
도 3a는 하나의 실시예에 따른 통합된 정합 네트워크를 갖는 발룬(230)의 개략도이다. 발룬(230)은 제1 쌍의 결합된 라인들(211), 제2 쌍의 결합된 라인들(212), 송신 라인(213)(또한, 송신 라인 섹션으로서 지칭됨), 제1 포트(221), 제2 포트(222), 및 제3 포트(223)를 포함한다. 제1 포트(221)는 비평형화된 RF 신호를 위한 비평형화된 단자로서 역할을 하고, 제2 포트(222)는 평형화된 RF 신호를 위한 포지티브 단자로서 역할을 하고, 제3 포트(223)는 평형화된 RF 신호를 위한 네거티브 단자로서 역할을 한다.
도 3a에서 도시된 바와 같이, 제1 쌍의 결합된 라인들(211)은 서로에 전자기적으로 결합되는(예를 들어, 전도성 라인들의 근접한 배치에 의해 유도성으로 결합됨) 제1 라인(215) 및 제2 라인(216)을 포함한다. 추가적으로, 제2 쌍의 결합된 라인들(212)은 서로에 전자기적으로 결합되는 제1 라인(217) 및 제2 라인(218)을 포함한다. 제1 포트(221)는 제1 라인(215)의 제1 단부에 접속되는 반면, 제1 라인(215)의 제2 단부는 송신 라인(213)의 제1 단부에 접속된다. 추가적으로, 제2 라인(216)의 제1 단부는 기준 전압(이 예에서, 접지)에 접속되는 반면, 제2 라인(216)의 제2 단부는 제2 포트(222)에 접속된다. 또한, 제1 결합된 라인(217)의 제1 단부는 송신 라인(213)의 제2 단부에 접속되는 반면, 제1 라인(217)의 제2 단부는 기준 전압에 접속된다. 추가적으로, 제2 결합 라인(218)의 제1 단부는 제3 포트(223)에 접속되는 반면, 제2 라인(218)의 제2 단부는 기준 전압에 접속된다.
따라서, 제1 포트(221)는 제1 쌍의 결합된 라인들(211)의 제1 라인(215), 송신 라인(213), 및 제2 쌍의 결합된 라인들(212)의 제1 라인(217)의 직렬 조합을 통해 기준 전압에 접속된다. 또한, 제2 포트(222)는 제1 쌍의 결합된 라인들(211)의 제2 라인(216)을 통해 기준 전압에 접속되는 반면, 제3 포트(223)는 제2 쌍의 결합된 라인들(212)의 제2 라인(218)을 통해 기준 전압에 접속된다.
제1 쌍의 결합된 라인들(211)의 짝수 모드 임피던스, 홀수 모드 임피던스, 및 길이(Ze1, Zo1, 길이-1)는 제2 쌍의 결합된 라인들(212)의 짝수 모드 임피던스, 홀수 모드 임피던스, 및 길이(Ze2, Zo2, 길이-2)로부터 설계 동안에 별도로 조절가능하다. 또한, 송신 라인(213)의 임피던스 및 길이(ZO -c, 길이-c)는 또한, 설계 동안에 별도로 조절될 수 있다.
따라서, 발룬(230)은 어떤 주파수 및 대역폭에서 희망된 차동 임피던스로 매우 신속하게 설계될 수 있다.
발룬(230)은 다양한 방법들로 설계될 수 있다. 하나의 실시예에서, 발룬은 동일한 쌍들의 결합된 라인들로 초기에 설계된다. EM 시뮬레이션이 포지티브 및 네거티브 단자들 사이에 불평형이 있다는 것을 표시할 경우에, 평형은 결합된 라인 파라미터들(Ze, Zo, 길이) 중의 하나를 변경함으로써 개선될 수 있다. 예를 들어,
Figure pat00010
일 경우에, 제2 쌍의 결합된 라인들(212) 상에서의 결합을 증가시킴으로써, 평형이 개선된다. 또 다른 예에서, 위상(S31) - 위상(S21)이 180도 미만일 경우에, 제2 쌍의 결합된 라인들(212)의 길이-2를 증가시킴으로써, 평형이 개선될 수 있다.
도 3b는 또 다른 실시예에 따른 통합된 정합 네트워크를 갖는 발룬(240)의 개략도이다.
발룬(240)이 제1 포트(221)와 제1 쌍의 결합된 라인들(211)의 제1 라인(215) 사이에서 접속된 직렬 커패시터(231)를 더 포함하는 것을 제외하고는, 도 3b의 발룬(240)은 도 3a의 발룬(230)과 유사하다.
도 3c는 또 다른 실시예에 따른 통합된 정합 네트워크를 갖는 발룬(250)의 개략도이다.
발룬(250)이 제2 포트(222)와 제3 포트(223) 사이에서 접속된 션트 커패시터(232)를 더 포함한다는 것을 제외하고는, 도 3c의 발룬(250)은 도 3a의 발룬(230)과 유사하다.
도 3d는 또 다른 실시예에 따른 통합된 정합 네트워크를 갖는 발룬(260)의 개략도이다.
발룬(260)이 제1 포트(221)와 기준 전압 사이에서 접속된 션트 커패시터(233)를 더 포함한다는 것을 제외하고는, 도 3d의 발룬(260)은 도 3a의 발룬(230)과 유사하다.
도 3e는 또 다른 실시예에 따른 통합된 정합 네트워크를 갖는 발룬(270)의 개략도이다.
발룬(270)이 제1 포트(221)와 제1 쌍의 결합된 라인들(211)의 제1 라인(215) 사이에서 접속된 직렬 커패시터(231), 및 제2 포트(222)와 제3 포트(223) 사이에서 접속된 션트 커패시터(232)를 더 포함한다는 것을 제외하고는, 도 3e의 발룬(270)은 도 3a의 발룬(230)과 유사하다.
도 3b 내지 도 3e를 참조하면, 하나 이상의 추가적인 컴포넌트들은 개선된 정합 및/또는 더 넓은 대역폭과 같은 증대된 성능을 위하여 발룬 구조에 추가될 수 있다.
컴포넌트들 또는 컴포넌트들의 조합의 다양한 예들이 도시되었지만, 널리 다양한 컴포넌트(들)는 성능 수정들 및/또는 증대들을 제공하기 위하여 본 명세서에서의 발룬들에 추가될 수 있다. 따라서, 추가적인 컴포넌트들의 4 개의 예들이 도 3b 내지 도 3e에서 도시되었지만, 다른 예들이 가능하다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 통합된 정합 네트워크를 갖는 발룬(550)을 위한 금속화 레이아웃의 개략도이다. 금속화 레이아웃은 제1 금속 층(501), 제2 금속 층(502), 제3 금속 층(503), 및 제4 금속 층(504)을 포함하는 반도체 다이 상에서 구현될 수 있다.
발룬(550)은 제1 쌍의 결합된 라인들(511), 제2 쌍의 결합된 라인들(512), 송신 라인(513), 제1 포트(521), 제2 포트(522), 제3 포트(523), 및 접지 네트워크(515)를 포함한다.
예시된 실시예에서, 결합된 라인들은 예를 들어, 인접한 금속 층들 사의 수직 금속 라인들을 이용하여, 또는 생략된 하나 이상의 개재하는(intervening) 금속 층들과 수직으로 결합된다. 다른 구현예들에서는, (예를 들어, 공통 금속 층 상의 떨어져서 이격된 금속 전도체들을 이용하여) 수평 결합이 이용된다.
송신 라인 섹션(513)은 이 실시예에서 나선(spiral) 또는 코일(coil)(514)을 포함한다. 송신 라인 섹션(513)을 이러한 방식으로 구현함으로써, 더 간결한 레이아웃이 달성된다.
도 5는 하나의 실시예에 따른 라디오 주파수(RF) 증폭 시스템(510)의 개략도이다. RF 증폭 시스템(510)은 입력 발룬(601) 및 RF 증폭기(604)의 캐스케이드(cascade)를 포함한다.
예시된 실시예에서, 입력 발룬(601)은 싱글-엔드형 RF 입력 신호 RFIN(또는 비평형화된 신호 U)를 차동 RF 입력 신호로 변환한다. 추가적으로, RF 증폭기(604)는 도시된 바와 같이 싱글-엔드형 또는 차동일 수 있는 RF 출력 신호 RFOUT를 생성하기 위하여 차동 RF 입력 신호를 증폭한다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 RF 증폭 시스템(620)의 개략도이다. RF 증폭 시스템(620)은 RF 증폭기(614) 및 출력 발룬(611)의 캐스케이드를 포함한다.
예시된 실시예에서, RF 증폭기(614)는 도시된 바와 같이 싱글 엔드형 또는 차동일 수 있는 RF 입력 신호 RFIN를 증폭한다. RF 증폭기(614)는 싱글-엔드형 RF 출력 신호를 출력 발룬(611)에 제공하고, 출력 발룬(611)은 싱글-엔드형 RF 출력 신호를 차동 RF 출력 신호 RFOUT로 변환한다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 RF 증폭 시스템(630)의 개략도이다. RF 증폭 시스템(630)은 입력 발룬(621), RF 증폭기(624), 및 출력 발룬(622)의 캐스케이드를 포함한다.
예시된 실시예에서, 입력 발룬(621)은 싱글-엔드형 RF 입력 신호 RFIN를 차동 RF 입력 신호로 변환한다. 추가적으로, RF 증폭기(624)는 차동 RF 출력 신호를 생성하기 위하여 차동 RF 입력 신호를 증폭한다. 또한, 출력 발룬(622)은 차동 RF 출력 신호를 싱글-엔드형 RF 출력 신호 RFOUT로 변환한다.
본 명세서에서의 발룬들 중의 임의의 것은 도 5 내지 도 7의 이용 케이스들에서 구현될 수 있다. 발룬들의 예시적인 이용 케이스들이 도시되었지만, 본 명세서에서의 발룬들은 전자 시스템들의 다른 구성들에서 이용될 수 있다.
도 8은 이동 디바이스(800)의 하나의 실시예의 개략도이다. 이동 디바이스(800)는 기저대역 시스템(801), 트랜시버(802), 프론트 엔드 시스템(803), 안테나들(804), 전력 관리 시스템(805), 메모리(806), 사용자 인터페이스(807), 및 배터리(808)를 포함한다.
이동 디바이스(800)는, 2G, 3G, (LTE, LTE-어드밴스드, 및 LTE-어드밴스드 프로를 포함하는) 4G, 5G NR, WLAN(예를 들어, Wi-Fi), WPAN(예를 들어, 블루투스 및 지그비), WMAN(예를 들어, WiMax), 및/또는 GPS 기술들을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는 널리 다양한 통신 기술들을 이용하여 통신하기 위하여 이용될 수 있다.
트랜시버(802)는 송신을 위한 RF 신호들을 생성하고, 안테나들(804)로부터 수신된 착신 RF 신호들을 프로세싱한다. RF 신호들의 송신 및 수신과 연관된 다양한 기능성들은 트랜시버(802)로서 도 8에서 집합적으로 표현되는 하나 이상의 컴포넌트들에 의해 달성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 하나의 예에서, 별도의 컴포넌트들(예를 들어, 별도의 회로들 또는 다이(die)들)은 어떤 유형들의 RF 신호들을 취급하기 위하여 제공될 수 있다.
프론트 엔드 시스템(803)은 안테나들(804)로 송신되고 및/또는 안테나들(804)로부터 수신된 신호들을 조절하는 것을 보조한다. 예시된 실시예에서, 프론트 엔드 시스템(803)은 하나 이상의 위상 시프터들(810), 전력 증폭기(PA)들(811), 저잡음 증폭기(LNA)들(812), 필터들(813), 스위치들(814), 및 발룬들(815)을 포함한다.
또한, 하나 이상의 발룬들(815)은 싱글-엔드형 대 차동 신호 변환, 또는 그 반대를 제공하기 위하여 컴포넌트들 중의 임의의 것과 조합하여 이용될 수 있다. 이러한 발룬(들)은 본 명세서에서의 실시예들 중의 임의의 것에 따라 구현될 수 있다.
프론트 엔드 시스템(803)은 송신을 위한 신호들을 증폭하는 것, 수신된 신호들을 증폭하는 것, 신호들을 필터링하는 것, 상이한 대역들 사이에서 스위칭하는 것, 상이한 전력 모드들 사이에서 스위칭하는 것, 송신 및 수신 모드들 사이에서 스위칭하는 것, 신호들의 듀플렉싱, 신호들의 멀티플렉싱(예를 들어, 다이플렉싱 또는 트리플렉싱), 또는 그 일부 조합을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는 다수의 기능성들을 제공할 수 있다.
이동 디바이스(800)는 빔포밍으로 동작한다. 예를 들어, 프론트 엔드 시스템(803)은 트랜시버(802)에 의해 제어된 가변적인 위상을 가지는 위상 시프터들(810)을 포함한다. 어떤 구현예들에서, 트랜시버(802)는 프로세서(801)로부터 수신된 데이터에 기초하여 위상 시프터들(810)의 위상을 제어한다.
위상 시프터들(810)은 안테나들(804)을 이용한 신호들의 송신 및/또는 수신을 위한 빔포밍 및 지향성을 제공하도록 제어된다. 예를 들어, 신호 송신의 맥락에서, 송신을 위하여 이용된 안테나 어레이에 제공된 송신 신호들의 위상들은, 방사된 신호들이 주어진 방향에서 전파하는 더 많은 신호 강도를 갖는 빔-유사 품질들을 나타내는 총합 송신 신호를 생성하기 위하여 건설적 및 파괴적 간섭을 이용하는 것을 조합하도록 제어된다. 신호 수신의 맥락에서, 위상들은 신호가 특정한 방향으로부터 안테나 어레이로 도달하고 있을 때에 더 많은 신호 에너지가 수신되도록 제어된다.
어떤 구현예들에서, 이동 디바이스(800)는 캐리어 어그리게이션을 지원함으로써, 피크 데이터 레이트들을 증가시키기 위한 신축성을 제공한다. 캐리어 어그리게이션은 양자의 주파수 분할 듀플렉싱(Frequency Division Duplexing)(FDD) 및 시간 분할 듀플렉싱(Time Division Duplexing)(TDD)을 위하여 이용될 수 있고, 복수의 캐리어들 또는 채널들을 어그리게이팅하기 위하여 이용될 수 있다. 캐리어 어그리게이션은 동일한 동작 주파수 대역 내의 인접한 캐리어들이 어그리게이팅되는 인접 어그리게이션을 포함한다. 캐리어 어그리게이션은 또한, 비-인접할 수 있고, 공통 대역 내의 또는 상이한 대역들에서의 주파수에서 분리된 캐리어들을 포함할 수 있다.
안테나들(804)은 널리 다양한 유형들의 통신들을 위하여 이용된 안테나들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 안테나들(804)은 널리 다양한 주파수들 및 통신 표준들과 연관된 신호들을 송신하고 및/또는 수신하기 위한 안테나들을 포함할 수 있다.
어떤 구현예들에서, 안테나들(804)은 MIMO 통신들 및/또는 스위칭된 다이버시티 통신(switched diversity communication)들을 지원한다. 예를 들어, MIMO 통신들은 단일 라디오 주파수 채널 상에서 다수의 데이터 스트림들을 통신하기 위한 다수의 안테나들을 이용한다. MIMO 통신들은 더 높은 신호 대 잡음 비율, 개선된 코딩, 및/또는 라디오 환경의 공간적 멀티플렉싱 차이들로 인한 감소된 신호 간섭으로부터 이익을 얻는다. 스위칭된 다이버시티는 특정한 안테나가 특정한 시간에서의 동작을 위하여 선택되는 통신들을 지칭한다. 예를 들어, 스위치는 관찰된 비트 에러 레이트 및/또는 신호 강도 표시자와 같은 다양한 인자들에 기초하여 안테나들의 그룹으로부터 특정한 안테나를 선택하기 위하여 이용될 수 있다.
어떤 구현예들에서, 안테나들(804)은 빔포밍을 증대시키기 위한 안테나 엘리먼트들의 하나 이상의 어레이들을 포함한다.
기저대역 시스템(801)은 음성 및 데이터와 같은 다양한 사용자 입력 및 출력(I/O)의 프로세싱을 용이하게 하기 위하여 사용자 인터페이스(807)에 결합된다. 기저대역 시스템(801)은 트랜시버(802)가 송신을 위한 RF 신호들을 생성하기 위하여 프로세싱하는 송신 신호들의 디지털 표현들을 트랜시버(802)에 제공한다. 기저대역 시스템(801)은 트랜시버(802)에 의해 제공된 수신된 신호들의 디지털 표현들을 또한 프로세싱한다. 도 8에서 도시된 바와 같이, 기저대역 시스템(801)은 이동 디바이스(800)의 동작을 용이하게 하기 위하여 메모리(806)에 결합된다.
메모리(806)는 이동 디바이스(800)의 동작을 용이하게 하고 및/또는 사용자 정보의 저장을 제공하기 위하여 데이터 및/또는 명령들을 저장하는 것과 같은 널리 다양한 목적들을 위하여 이용될 수 있다.
전력 관리 시스템(805)은 이동 디바이스(800)의 다수의 전력 관리 기능들을 제공한다. 어떤 구현예들에서, 전력 관리 시스템(805)은 전력 증폭기들(811)의 공급 전압들을 제어하는 PA 공급 제어 회로를 포함한다. 예를 들어, 전력 관리 시스템(805)은 전력 부가 효율(power added efficiency)(PAE)과 같은 효율을 개선시키기 위하여 전력 증폭기들(811) 중의 하나 이상에 제공된 공급 전압(들)을 변경하도록 구성될 수 있다.
도 8에서 도시된 바와 같이, 전력 관리 시스템(805)은 배터리(808)로부터 배터리 전압을 수신한다. 배터리(808)는 예를 들어, 리튬-이온 배터리를 포함하는, 이동 디바이스(800)에서의 이용을 위한 임의의 적당한 배터리일 수 있다.
애플리케이션들
본 명세서에서 설명된 실시예들의 원리들 및 장점들은 널리 다양한 애플리케이션들을 위하여 이용될 수 있다.
예를 들어, 발룬들은 소비자 전자 제품들, 소비자 전자 제품들의 일부들, 전자 테스트 장비 등을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는 다양한 전자 디바이스들 내에 포함될 수 있다. 예시적인 전자 디바이스들은 기지국, 무선 네트워크 액세스 포인트, 이동 전화(예를 들어, 스마트폰), 태블릿, 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 컴퓨터, 핸드-헬드 컴퓨터, 개인 정보 단말(personal digital assistant)(PDA), 전자레인지(microwave), 냉장고, 자동차, 스테레오 시스템, 디스크 플레이어, 디지털 카메라, 휴대용 메모리 칩, 세탁기, 건조기, 복사기, 팩스기, 스캐너, 다기능 주변 디바이스, 손목 시계, 시계 등을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 또한, 전자 디바이스들은 미완성된 제품들을 포함할 수 있다.
결론
문맥이 명백하게 이와 다르게 요구하지 않으면, 설명 및 청구항들의 전반에 걸쳐, 단어들 "포함한다(comprise)", "포함하는(comprising)" 등은 배타적인 또는 포괄적인 의미와는 반대로, 포괄적(inclusive) 의미; 즉, "포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는"의 의미로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 일반적으로 이용된 바와 같은 단어 "결합된(coupled)"은, 직접적으로 접속될 수 있거나, 하나 이상의 중간 엘리먼트들을 통해 접속될 수 있는 2 개 이상의 엘리먼트들을 지칭한다. 마찬가지로, 본 명세서에서 일반적으로 이용된 바와 같은 단어 "접속된(connected)"은, 직접적으로 접속될 수 있거나, 하나 이상의 중간 엘리먼트들을 통해 접속될 수 있는 2 개 이상의 엘리먼트들을 지칭한다. 추가적으로, 단어들 "본 명세서에서(herein)", "위에서(above)", "이하에서(below)" 및 유사한 중요성의 단어들은 이 출원에서 이용될 때, 이 출원의 임의의 특정한 부분들이 아니라, 전체로서의 이 출원을 지칭할 것이다. 문맥이 허용할 경우, 단수 또는 복수를 이용하는 위의 상세한 설명에서의 단어들은 각각 복수 또는 단수를 또한 포함할 수 있다. 2 개 이상의 항목들의 리스트를 참조하는 단어 "또는(or)"은, 그 단어가 단어의 다음의 해독들의 전부를 포괄한다: 리스트에서의 항목들 중의 임의의 것, 리스트에서의 항목들의 전부, 및 리스트에서의 항목들의 임의의 조합.
또한, 그 중에서도, "할 수 있다(can)", "할 수 있었다(could)", "할 수도 있었다(might)", "할 수도 있다(may)", "예컨대(e.g.)", "예를 들어(for example)", "~과 같은(such as)" 등과 같은 본 명세서에서 이용된 조건적 언어는, 이와 다르게 구체적으로 기재되지 않거나, 이용된 바와 같은 문맥 내에서 이와 다르게 이해되지 않으면, 어떤 실시예들이 어떤 특징부들, 엘리먼트들, 및/또는 상태들을 포함하는 반면, 다른 실시예들은 어떤 특징부들, 엘리먼트들, 및/또는 상태들을 포함하지 않는다는 것을 전달하도록 일반적으로 의도된다. 따라서, 이러한 조건적 언어는 특징부들, 엘리먼트들, 및/또는 상태들이 하나 이상의 실시예들에 대하여 여하튼 요구된다는 것과, 하나 이상의 실시예들이 이 특징부들, 엘리먼트들, 및/또는 상태들이 포함되거나 임의의 특정한 실시예에서 수행되어야 하는지 여부를, 저자 입력 또는 촉구와 함께, 또는 저자 입력 또는 촉구 없이, 판단하기 위한 로직을 반드시 포함한다는 것을 암시하는 것으로 일반적으로 의도되지는 않는다.
발명의 실시예들의 위의 상세한 설명은 포괄적이도록 의도되거나, 발명을 위에서 개시된 정확한 형태로 제한하도록 의도된 것이 아니다. 발명의 특정 실시예들 및 발명을 위한 예들은 예시적인 목적들을 위하여 위에서 설명되지만, 관련 기술분야에서의 통상의 기술자들이 인식하는 바와 같이, 발명의 범위 내에서 다양한 등가적인 수정들이 가능하다. 예를 들어, 프로세스들 또는 블록들은 주어진 순서로 제시되지만, 대안적인 실시예들은 상이한 순서로, 단계들을 가지는 루틴들을 수행할 수 있거나 블록들을 가지는 시스템들을 채용할 수 있고, 일부 프로세스들 또는 블록들은 삭제될 수 있고, 이동될 수 있고, 추가될 수 있고, 하위분할될 수 있고, 조합될 수 있고, 및/또는 수정될 수 있다. 이 프로세스들 또는 블록들의 각각은 다양한 상이한 방식들로 구현될 수 있다. 또한, 프로세스들 또는 블록들은 직렬로 수행되는 것으로서 때때로 도시되지만, 이 프로세스들 또는 블록들은 그 대신에 병렬로 수행될 수 있거나, 상이한 시간들에서 수행될 수 있다.
본 명세서에서 제공된 발명의 교시사항들은 반드시 위에서 설명된 시스템이 아니라, 다른 시스템들에 적용될 수 있다. 위에서 설명된 다양한 실시예들의 엘리먼트들 및 액트(act)들은 추가의 실시예들을 제공하기 위하여 조합될 수 있다.
발명들의 어떤 실시예들이 설명되었지만, 이 실시예들은 오직 예로서 제시되었고, 개시내용의 범위를 제한하도록 의도된 것이 아니다. 실제로, 본 명세서에서 설명된 신규한 방법들 및 시스템들은 다양한 다른 형태들로 구체화될 수 있고; 또한, 본 명세서에서 설명된 방법들 및 시스템들의 형태에서의 다양한 생략들, 치환들, 및 변경들은 개시내용의 사상으로부터 이탈하지 않으면서 행해질 수 있다. 첨부 청구항들 및 그 등가물들은 개시내용의 범위 및 사상 내에 속하는 바와 같은 이러한 형태들 또는 변형들을 포괄하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 발룬(balun)으로서,
    제1 전도성 라인 및 제2 전도성 라인을 포함하는 제1 쌍의 결합된 라인들;
    제3 전도성 라인 및 제4 전도성 라인을 포함하는 제2 쌍의 결합된 라인들; 및
    상기 제1 쌍의 결합된 라인들의 상기 제1 전도성 라인을 상기 제2 쌍의 전도성 라인들의 상기 제3 전도성 라인에 접속하는 송신 라인
    을 포함하는, 발룬.
  2. 제1항에 있어서, 상기 송신 라인과 반대인 상기 제1 전도성 라인의 단부에 접속된 제1 포트, 상기 제1 쌍의 전도성 라인들의 상기 제2 전도성 라인에 접속된 제2 포트, 및 상기 제2 쌍의 전도성 라인들의 상기 제4 전도성 라인에 접속된 제3 포트를 더 포함하는, 발룬.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 포트는 싱글-엔드형(single-ended) 신호를 위한 비평형화된 단자와 같고, 상기 제2 포트는 차동 신호를 위한 포지티브 단자와 같고, 상기 제3 포트는 차동 신호를 위한 네거티브 단자와 같은, 발룬.
  4. 제2항에 있어서, 상기 송신 라인과 반대인 상기 제3 전도성 라인의 단부는 기준 전압에 접속되는, 발룬.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제2 포트와 반대인 상기 제2 전도성 라인의 단부는 기준 전압에 접속되는, 발룬.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제3 포트와 반대인 상기 제4 전도성 라인의 단부는 기준 전압에 접속되는, 발룬.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 쌍의 전도성 라인들 및 상기 제2 쌍의 전도성 라인들은 상이한 길이들을 가지는, 발룬.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 쌍의 전도성 라인들 및 상기 제2 쌍의 전도성 라인들은 상이한 홀수-모드 임피던스(odd-mode impedance)들을 가지는, 발룬.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 쌍의 전도성 라인들 및 상기 제2 쌍의 전도성 라인들은 상이한 짝수-모드 임피던스(even-mode impedance)들을 가지는, 발룬.
  10. 제1항에 있어서, 상기 송신 라인은 코일을 포함하는, 발룬.
  11. 무선 디바이스로서,
    트랜시버; 및
    상기 트랜시버에 결합된 프론트-엔드 시스템 - 상기 프론트-엔드 시스템은 제1 전도성 라인 및 제2 전도성 라인을 포함하는 제1 쌍의 결합된 라인들, 제3 전도성 라인 및 제4 전도성 라인을 포함하는 제2 쌍의 결합된 라인들, 및 상기 제1 쌍의 결합된 라인들의 상기 제1 전도성 라인을 상기 제2 쌍의 전도성 라인들의 상기 제3 전도성 라인에 접속하는 송신 라인을 포함하는 발룬을 포함함 -
    을 포함하는, 무선 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 발룬은 상기 송신 라인과 반대인 상기 제1 전도성 라인의 단부에 접속된 제1 포트, 상기 제1 쌍의 전도성 라인들의 상기 제2 전도성 라인에 접속된 제2 포트, 및 상기 제2 쌍의 전도성 라인들의 상기 제4 전도성 라인에 접속된 제3 포트를 더 포함하는, 무선 디바이스.
  13. 제12항에 있어서, 상기 프론트 엔드 시스템은 싱글-엔드형 신호를 상기 제1 포트에 제공하도록 구성된 증폭기를 더 포함하는, 무선 디바이스.
  14. 제12항에 있어서, 상기 프론트 엔드 시스템은 차동 신호를 상기 제2 포트 및 상기 제3 포트에 제공하도록 구성된 증폭기를 더 포함하는, 무선 디바이스.
  15. 제11항에 있어서, 증폭기를 더 포함하고, 상기 제1 쌍의 전도성 라인들, 상기 제2 쌍의 전도성 라인들, 및 상기 송신 라인은 상기 증폭기에 입력 정합을 제공하도록 동작가능한, 무선 디바이스.
  16. 제11항에 있어서, 증폭기를 더 포함하고, 상기 제1 쌍의 전도성 라인들, 상기 제2 쌍의 전도성 라인들, 및 상기 송신 라인은 상기 증폭기에 출력 정합을 제공하도록 동작가능한, 무선 디바이스.
  17. 제11항에 있어서, 상기 송신 라인은 코일을 포함하는, 무선 디바이스.
  18. 발룬에서의 신호 변환 방법으로서,
    제1 쌍의 결합된 라인들의 제1 전도성 라인과 제2 전도성 라인 사이의 결합을 제공하는 단계;
    제2 쌍의 결합된 라인들의 제3 전도성 라인과 제4 전도성 라인 사이의 결합을 제공하는 단계; 및
    상기 제1 쌍의 결합된 라인들의 상기 제1 전도성 라인으로부터 상기 제2 쌍의 전도성 라인들의 상기 제3 전도성 라인으로의 송신 라인을 통해 신호 경로를 제공하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 쌍의 전도성 라인들, 상기 제2 쌍의 전도성 라인들, 및 상기 송신 라인을 이용하여 입력 정합을 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제1 쌍의 전도성 라인들, 상기 제2 쌍의 전도성 라인들, 및 상기 송신 라인을 이용하여 출력 정합을 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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