KR20030095957A - 안테나 패턴을 형성하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

안테나 패턴을 형성하기 위한 전자 회로에서, 필요한 위상 이동을 가지는 안테나 신호들이 공통 기준 신호를 가지는 두 개의 위상 고정 루프들에 의해 생성된다. 전하 펌프(26 및/또는 27)의 출력 노드에 부가되는 제어 전류가 안테나 신호들의 위상 이동을 제어하기 위해 사용된다. 이는 아날로그 도메인에서 위상 이동 작업의 구현을 가능하게 하고, 차량 라디오 또는 이동 통신 시스템 같은 대응 가전 장치의 비용을 절감시킨다.

Description

안테나 패턴을 형성하기 위한 방법 및 시스템{A method and system for forming an antenna pattern}

(배경 기술 및 종래 기술)

무선 통신 시스템들, 레이더 시스템들, 음파탐지기(sonar) 시스템들 및 마이크로폰 어레이들 같은 다수의 통신 시스템들은 신호들의 전송 및/또는 수신을 향상시키기 위해 빔 형성(beam forming)을 사용한다. 신호 소스의 위치에 기초하는 신호들 사이를 구별하지 않는 종래의 통신 시스템들과는 대조적으로, 빔 형성 시스템들은 시스템들에 관하여 특정 위치들에 있는 소스들로부터 생성된 신호들의 수신을 향상시키는 기능을 특징으로 한다.

일반적으로, 빔 형성 시스템들은 안테나들, 소나 폰들 또는 마이크로폰들 같은 공간적으로 분포된 센서 소자들의 어레이와, 이 어레이에 의해 검출된 신호들을 조합하기 위한 데이터 처리 시스템을 포함한다. 데이터 프로세서는 센서 소자들에관하여 선택된 위치들에 위치된 소스들로부터의 신호들의 수신을 향상시키도록 신호들을 조합한다. 근본적으로, 데이터 프로세서는 센서 어레이를 신호 소스의 방향으로 "겨냥(aims)" 한다.

미국 특허 제 5,581,620호는 복수의 주파수 의존 신호들 사이의 상대 시간 지연들을 동적으로 결정할 수 있는 대응 신호 프로세서를 개시한다. 이 신호 프로세서는 신호들 사이의 상대 시간 지연들에 따라 복수의 주파수 의존 신호들을 정렬함으로써, 빔 신호를 적응식으로 생성할 수 있다.

무선 이동 통신 시스템들 같은 무선 통신 시스템들에서, 수신된 신호 간섭의 레벨에 대한 각 모바일 사용자에 의해 수신된 신호 레벨을 증가시키는 수단으로써, 기지국에서 지향식 안테나들이 사용될 수 있다. 이는 원하는 수신 모바일 사용자에게 방사되는 에너지를 증가시키고, 동시에, 다른 원격 모바일 사용자들에게 방사되는 간섭 에너지를 감소시킴으로써 실행된다.

미국 특허 제 6,101,399호는 기지국에서 적응성 위상 어레이 전송 빔 패턴을 형성하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 수신된 안테나 어레이 신호들의 특정 통계적 특성들에 기초한, 최적의 전송 안테나 빔 패턴의 추정에 의존한다. 이 최적의 전송 빔 패턴은 2차 구속들(quadratic constrains)을 받는 2차 최적화를 풀어냄으로써 발견된다.

미국 특허 제 6,011,513호는 PIN 다이오드들을 사용하는 빔 형성 회로를 개시한다. PIN 다이오드 회로 배열은 PIN 다이오드들의 비선형 응답을 보상하도록 디지털 입력 신호들에 대한 변환기의 응답을 변화시키도록 배열된 기준 전압 제어기를 가진 디지털-대-아날로그 변환기를 포함한다.

1998년 3월, 고상 회로들(Solid-State Circuits)의 IEEE 저널 367-377 페이지의 J-Y 리, H-C 류 및 H. 사뮤엘리의 "고 비트 전송율 무선 통신들을 위한 QAM 복조기 IC를 형성하는 디지털 적응성 빔"으로부터, 주파수 호핑(hopping)과 연계한 적응성 빔 형성 방법이 공지되었다. 데이터로부터의 빔을 기준 신호 또는 트레이닝 시퀀스(training sequence)와 비교함으로써, 수신 패턴은 원하는 결과에 수렴하고, 목표 사용자를 향해 주 빔을 조향하며, 동시에, 간섭자 방향들에는 널들(nulls)을 배치한다. 이 송수신기를 위한 응용들은 노트북 컴퓨터 통신들, 휴대용 멀티미디어 라디오들 및 셀룰러 및 피어-투-피어 통신 네트워크들 양자 모두내에서의 유랑형 연산(nomadic computing)을 포함한다. 이 소스 방향들은 가정된 미공지 우선순위이다. 또한, 이 방법은 적응성 빔 형성을 위한 실시간 트래킹 기능을 특징으로 한다.

종래 기술의 빔 형성 방법들 및 시스템들의 공통적인 단점은 빔 형성을 위해 사용되는 전용 디지털 신호 처리 시스템의 비용이다. 이는 가전 장치들(consumer devices)에 대한 빔 형성의 응용 분야들을 규제하고 있다.

(발명의 목적)

따라서, 본 발명의 목적은 안테나 패턴을 형성하기 위한 개선된 방법 및 전자 회로를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 가전 장치들에서의 응용에 대하여 빔 형성을 특징으로 하는 수신기 및 송신기를 제공하는 것이다.

본 발명은 안테나 패턴을 형성하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이며, 특히, 안테나들을 위한 빔 형성 회로의 분야에 관한 것이다.

본 발명의 부가적인 목적들 및 특징들은 도면들을 참조로, 하기의 상세한 설명 및 첨부된 청구항으로부터 보다 쉽게 명백히 알 수 있을 것이다.

도 1은 2 안테나들의 적응성 안테나 패턴을 도시하는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 수신기의 제 1 실시예를 도시하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 송신기의 제 1 실시예를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 송신기의 제 2 실시예를 도시하는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 전자 회로의 제 1 실시예를 도시하는 도면.

도 6은 도 5의 회로의 전형적인 위상 주파수 검출기/전하 펌프의 전달 기능을 도시하는 도면.

도 7은 전류의 함수로서 위상 주파수 검출기의 각 입력들에서 위상 이동을 예시하는 도면.

도 8은 전류의 함수로서, 도 5의 회로의 전압 제어식 발진기들에서 위상 이동을 예시하는 도면.

도 9는 전류 제어로 인한 기준 의사 브레이크쓰루를 예시하는 도면.

도 10은 본 발명에 따른 회로의 제 2 실시예의 블록도.

도 11은 위상 이동과 진폭 사이의 이상적 관계를 예시하는 도면.

도 12 및 도 13은 전류 제어의 함수로서 위상 이동을 예시하는 도면.

도 14는 기준 의사 브레이크쓰루를 예시하는 도면.

(발명의 요약)

본 발명의 목적들은 기본적으로 각 독립항들의 특징들을 적용함으로써 해결된다.

본 발명은 안테나 패턴을 형성하기 위한 비용 효율적 방법 및 전자 회로를 제공한다. 이는 개선된 다경로 수신이 가능한 차량 라디오 수신기들 같은 가전 장치들, 빔 형성 기능들을 가지는 저가형 송수신기들을 구비한 GSM, DECT 또는 블루투스 모바일 장치들 같은 이동 및 무선 전화 장치들내의 안테나와, 공간-시간 코딩 응용 분야들을 위한 빔 형성을 가능하게 한다.

수신기/송수신기 시스템내의 빔 형성 기능은 개선된 RF 성능을 도출한다. 빔 형성의 기본 원리는 둘 이상의 안테나들로 도입(진입)하는 별개의 RF 신호들의 가용성에 의존한다. RF 신호들을 서로에 대해 선택적으로 위상 이동시킴으로써, 프로그램가능형 안테나 패턴을 도출한다.

예로서, 안테나 패턴은 하기의 목적에 따라 조절될 수 있다.

2차 전송 경로들에 의해 유발된 다경로 간섭의 소거. 안테나 패턴의 메인 로브는 직접 수신 경로의 방향으로 조절되고, 반사된 빔들의 방향으로의 조합된 안테나 이득이 최소화된다.

공간-시간 다변화 시스템들의 구현을 위한 수단을 제공. "공간적으로" 코딩된 신호들을 송신 및 수신함으로써, 서버 간섭 문제들 없이 동일 파장상에서 동작하는 몇 개의 장치들을 가지는 것이 가능하다(예로서, 사무실내에서). 각 송수신기는 원하는 송수신기 "파트너"에 대한 RF 링크를 달성하도록 그 "빔 방향"을 조절한다.

본 발명은 아날로그 도메인내의 빔 형성을 구현할 수 있게 한다는 것이 양호하다. 이는 디지털 멀티플라이어들 및 다른 디지털 신호 처리 단계들을 위한 지출을 회피할 수 있게 한다. 양호한 실시예에서, 이는 안테나 신호들의 필요한 위상 이동을 생성하기 위해서, 2 위상 고정 루프들의 가지들(branches) 중 하나 이상에 프로그램가능 제어 전류를 추가함으로써 달성된다.

(상세한 설명)

도 1은 안테나들(1, 2)을 도시한다. 이 안테나들(1, 2)은 어떠한 빔 형성도 사용되지 않는 경우, 또는 어떠한 위상 이동도 각 안테나 신호들에 적용되지 않는 경우의 결과 안테나 패턴(3)을 가진다. 빔 형성의 경우에, 다른 안테나 패턴들(4, 5)이 생성될 수 있다.

안테나 패턴(5)의 메인 로브의 각도(θ)는 안테나들(1, 2)의 각 안테나 신호들에 적용된 위상 이동에 의해 결정된다. 위상 이동을 변화시킴으로써, 각도(θ)가 따라서 변화하게 된다. 이 방식으로, 안테나 신호들의 위상 이동에 대한 적절한 선택을 이룸으로써, 안테나 패턴(5)의 메인 로브를 위한 임의의 각도(θ)를 선택하는 것이 가능하다.

도 2는 아날로그 도메인내의 적응성 빔 형성을 가진 본 발명에 따른 수신기의 블록도를 도시한다. 신호(Ant_1, Ant_2)는 각각 안테나들(1, 2)로부터 수신된다. 안테나 신호들(Ant_1, Ant_2)은 각각 혼합기들(6, 7)에 인가된다. 또한, 주파수(f_vco1)와 위상(Φ₁)을 가지는 신호가 혼합기(6)에 인가된다. 마찬가지로, 주파수(f_vco2)와 위상(Φ₂)을 가지는 신호(9)가 혼합기(7)에 인가된다.

신호들(8, 9)은 각각 전압 제어식 발진기들(10, 11)에 의해 출력된다. 이 전압 제어식 발진기들(10, 11)은 동조 시스템(12)에 접속되어 있다. 전압 제어식 발진기(10), 피드백 신호(13) 및 동조 시스템(12)에 의해, 제 1 위상 고정 루프가 생성된다.

별개의 위상 고정 루프가 전압 제어식 발진기(11), 피드백 신호(14) 및 동조 시스템(12)에 의해 생성된다. 전압 제어식 발진기들(10, 11)에 각각 연결된 동조 시스템(12)의 출력들(15, 16)은 각 위상 고정 루프들이 고정되는 신호들(8, 9)의 주파수들(f_vco1, f_vco2)과 위상들(Φ₁, Φ₂)을 결정한다.

혼합기(6)의 출력은 신호(8)에 의해 승산된 신호(Ant_1)이고, 혼합기(7)의 출력은 신호(9)에 의해 승산된 신호(Ant_2)이다. 혼합기들(6, 7)의 각 출력들은 필터들(17, 18)에 연결된다.

여기에 고려된 실시에에서, 필터들(17, 18)은 대역 통과 필터들이다. 필터들(17, 18)의 출력들은 필터들(17, 18)의 출력들을 가산하기 위한 조합기(19)에 연결된다. 조합기(19)의 출력은 기저대역 처리 시스템(21)의 일부를 형성하는 복조기(20)에 연결된다.

복조기(20)는 도 2에 도시되지 않은 기저대역 처리 시스템(21)의 다른 콤포넌트들에게로 복조된 신호를 출력하기 위한 출력(22)을 가진다. 기저대역 처리 시스템(21)의 다른 콤포넌트들은 채널 디코더, 음성 디코딩 및/또는 응용 분야에 따른, 다른 디지털 신호 처리 콤포넌트들을 포함할 수 있다.

위상 이동 제어기(23)는 기저대역 처리 시스템(21)에 연결된다. 복조기(20)의 출력(22)에 기초하여, 양호한 결과적 안테나 패턴을 위한 신호들(8, 9)의 위상들(Φ₁, Φ₂) 사이의 위상 이동(ΔΦ)을 결정한다. 위상 이동 제어기(23)는 전압 제어식 발진기들(10, 11)의 각 출력 신호들(8, 9)의 위상(Φ₁, Φ₂)상으로 위상 이동(ΔΦ)이 부과되어야만 한다는 것을 동조 시스템(12)에 지령하도록 동조 시스템(12)에 위상 제어 신호를 출력한다.

도 2의 회로는 혼합이 혼합기들(6, 7)에 의해 아날로그 도메인 내에서 수행되기 때문에, 디지털 혼합기들을 필요로하지 않는다. 또한, 도 2의 회로는 이들 신호들이 또한 각 위상 고정 루프들에 의해 아날로그 도메인내에서도 생성되기 때문에, 필요한 위상 이동(ΔΦ)을 가진 신호(8, 9)를 생성하기 위한 전용 프로세서를 필요로하지 않는다. 이 방식으로, 회로가 가전 장치들을 위한 특정 응용 분야들을 가지는 저가의 방식으로 실현될 수 있다.

도 3은 도 3의 수신기에 대응하는 송신기들 도시한다. 도 2의 소자들에 대응하는 도 3의 수신기의 유사 소자들은 동일 참조 번호들로 표시되어 있다.

IF 신호가 기저대역 처리 시스템의 변조기에 의해 생성되어, 혼합기들(6, 7)의 각 입력들에 제공된다. 또한, 혼합기들(6, 7)은 IF 신호의 업-컨버전 목적을 위해 신호들(8, 9)을 수신한다. 신호들(8, 9)이 업-컨버전에 부가하여 ΔΦ의 위상 이동을 가지기 때문에, 혼합기들(6, 7)의 출력들에서의 신호들 사이에 대응 위상 이동이 초래된다. 각각 필터들(17, 18)에 의한 필터링 이후에, 대응 안테나 신호들은 위상 이동(ΔΦ)에 따른 원하는 안테나 패턴을 형성한다.

위상 이동(ΔΦ)은 도 2를 참조로 상술된 바와 같이 동조 회로(12)에 적용된 위상 제어 신호에 의해 결정된다. 다시, 위상 제어 신호는 위상 이동 제어기에 의해 생성된다. 예로서, 위상 이동 제어기는 최적의 안테나 패턴과, 시스템의 동작을 위해 그후 선택되게 되는 대응하는 최적의 위상 이동(ΔΦ)을 식별하기 위해 특정 범위내에서 위상 이동(ΔΦ)을 변화시킬 수 있다.

도 4는 송신기의 다른 양호한 실시예를 도시한다. 다시, 유사 소자들은 동일 참조 번호들로 표시되어 있다. 도 3의 실시예와는 대조적으로, 어떠한 업-컨버전 혼합 또는 다른 혼합도 필요하지 않다. 대신, 주파수 또는 위상 변조를 수행하기 위해 전압 제어식 발진기들(10, 11)의 각 입력에 변조된 기저대역 신호를 인가함으로써, 직접 변조가 수행된다. 다른 장점으로서, 대역 통과 필터들(17, 18)이 절감된다.

여기에 고려된 실시예에서, 동조 시스템(12)의 대역폭은 송신되는 심볼 레이트 보다 현저히 작다. 또한, 빔의 스케닝 주파수는 동조 시스템의 루프 대역폭 보다 작다.

도 5는 본 발명의 회로의 일 실시예를 도시한다. 다시, 유사 소자들은 동일참조 번호들로 표시되어 있다.

회로는 f_xta1의 주파수에서 발진하는 석영 발진기(24)를 가진다. 발진기(24)의 출력은 f_ref의 기준 주파수를 가지는 신호가 도출되도록 주파수 분할기(25)에 의해 주파수 분할된다.

주파수(f_ref)를 가지는 기준 신호는 위상 주파수 검출기/전하 펌프 회로들(26, 27)내로 입력된다. 회로(26)는 출력 신호의 주파수(f_vco1)를 N으로 나누는 주파수 분할기(28)로부터 추가 입력을 수신한다.

두 신호들의 위상 주파수 편차(ΔΦ_pd1)는 회로(26)에 의해 검출된다. 위상 주파수 편차(ΔΦ_pd1)의 크기는 회로(26)의 전하 펌프에 의해 생성된 전하의 양을 결정한다. 이 응용분야를 위한 적절한 전하 펌프는 미국 특허 제 5,929,678호로부터 공지된 것 같은 것이다. 회로(26)의 전하 펌프에 의해 생성된 대응 출력전류는 도 5에 I_cp1로 표시되어 있다. 전류(I_cp1)의 크기는 하기의 수학식에 의해 결정된다.

전류(I_cp1)는 적분기를 포함하는 필터(29)내로 입력된다. 필터(29)의 출력은 전압 제어식 발진기(10)에 인가된 전압 제어 신호를 결정하고, 따라서,주파수(f_vco1)를 결정한다. 이 방식으로, 주파수 분할기(28), 회로(26), 필터(29), 전압 제어식 발진기(10) 및 피드백 신호(13)를 포함하는 위상 고정 루프가 초래된다.

위상 고정 루프가 고정될 때, 위상 주파수 편차(ΔΦ_pd1)는 0이되고, 그래서, 전류(I_cp1)도 0이 된다. 주파수 분할기(30), 회로(27), 필터(31), 전압 제어식 발진기(11) 및 피드백 신호(14)를 포함하는 대응 위상 고정 루프가 주파수(f_vco2)를 가지는 제 2 신호의 형성을 위해 도 5의 회로에 형성된다.

회로(27)의 전하 펌프에 의해 생성된 전류(I_cp2)에 관하여, 상기 수학식 1은 ΔΦ가 기준 신호와 주파수 분할기(30)의 출력 신호의 위상 주파수 편차(ΔΦ_pd2)인 경우를 유사하게 적용한다.

전압 제어식 발진기들(10, 11)에 의해 출력된 신호들의 위상 이동(ΔΦ = Φ₁- Φ₂)은 필터(29)와 회로(26) 사이의 노드에 추가된 부가 전류(I_ct1)에 의해 결정된다.

도 5의 회로로 구현된 위상 이동 기능은 위상 고정 루프 동조 시스템이 그 전달 함수내에 이중 적분기를 포함한다는 사실에 기초한다. 이는 또한 유형 2 위상 고정 루프로서도 공지되어 있다. 이중 적분은 0 잔류 위상 에러로, 기준 신호에 대한 전압 제어식 발진기들(10, 11)의 각 출력들의 위상 고정을 달성하기 위해 사용된다.

위상 주파수 검출기/전하 펌프(PFD/CP)-회로(26, 27)-의 출력 신호의 콘텐츠가 최소화되기 때문에, 0 위상 에러는 최소 기준 의사 브레이크쓰루를 도출한다. 회로(26, 27)의 전달 함수는 도 6에 도시되어 있다. ΔΦ_pd=0에 대하여, 회로(26)의 평균 출력 전류(I_avg)는 소거된다.

전압 제어식 발진기들의 적분 작용과 조합된, 루프 필터 그 자체의 적분의 존재는 루프 필터내로 흐르는 총 전류가 0인 위치에서의 루프의 고정을 보증한다. 그렇지 않으면, 루프 필터들내에서의 DC 전압들의 이동이 존재하고, 위상 및 주파수 고정은 결국 소실되고 만다. 도 5의 회로(26)의 출력 노드에 추가된 제어 전류(I_ct1)에 관하여, 이는 대응 위상 고정 루프가 하기의 조건이 충족될 때 고정된다는 것을 의미한다.

결과적으로, 위상 고정 루프는 위상(ΔΦ_pd1)에서 각 기준 신호에 대해 전압 제어식 발진기(10)의 주파수 분할된 출력 신호를 고정시킨다. I_ct1과 ΔΦ_pd1의 관계는 다음과 같다.

전압 제어식 발진기(10)에 의해 출력된 신호의 위상 이동은 회로(26)의 입력에서의 위상 이동(ΔΦ_pd1)의 N배(주파수 분할기(28)의 분할기 비율)이다. 따라서, 전압 제어식 발진기(10)의 출력에서의 위상 이동은 다음과 같다.

도 6은 I_ct1의 함수로서, 회로(26)의 입력에서의 위상 이동(ΔΦ_pd)을 도시하고, 유사하게, 도 7은 상기 수학식 4에 따른 I_ct1의 함수로서 전압 제어식 발진기(10)의 출력에서 위상 이동(ΔΦ₀)을 도시한다. 도 6은 회로(26)의 전달 함수를 나타낸다.

위상 고정 루프의 누설 전류들은 증가된 의사 기준 브레이크쓰루를 초래할 수 있다는 것이 종래 기술로부터 공지되어 있다. 이 효과는 이전 기준 주기 동안 루프 필터의 손실 전하를 보상하기 위해, 펌프로부터 루프 필터내로의 전류의 주입에 의해 유발된다.

도 5의 회로와 관련하여, 위상 고정 루프는 동조 라인내의 누설 전류들에 대한 것과 정확히 동일한 방식으로 전류(I_ct1)를 제어하도록 반응한다. 제어 전류(I_ct1)의 함수로서의 다수의 기준 주파수의 기본 및 배수들에서, 의사 신호들의 크기 사이의 관계는 다음과 같다.

여기서,는 기준 주파수 및 그 고조파들에서 루프의 전달 임피던스의 모듈러스이고, K_vco는 Hz/V에서 전압 제어식 발진기의 이득이다. 필요한 감쇠 레벨들은 관련 오프셋 주파수들에서 루프 필터의 전달 임피던스를 감소시킴으로써 획득될 수 있다.

상기 수학식 4의 관점에서, 제어 전류(I_ct1)는 하기와 같이 표현될 수 있다.

수학식 5에서, 수학식 6의 표현으로 제어 전류(I_ct1)를 치환하면, 기준 브레이크쓰루와 위상 이동(ΔΦ₀) 사이의 관계가 도출된다.

또한, 제어 전류(I_ct1)로 인한 기준 의사 브레이크쓰루가 도 9에 예시되어 있다.

이로부터, 도 10에 도시된 실시예에서와 같이, 2 루프들에 걸쳐 차등적으로 제어 전류(I_ct1)를 분기시킴으로써 평균적으로 보다 낮은 의사 브레이크쓰루 레벨이 달성될 수 있다. 이 방식으로 제어 전류(I_ct1)를 분기시킴으로써, 의사 신호들의 크기가 도 5의 실시예에 비해 3dB만큼 감소한다.

도 10의 실시예에서, 유사한 소자들은 도 5의 실시예의 대응 소자들과 동일한 참조 번호들로 표시되어 있다. 도 5의 제어 전류(Ict1)는 두 개의 상이한 전류들(I₁= I_ct1/2, I₂= -I_ct1/2)로 분할된다. 전류(I₁)는 회로(26)의 출력 노드에 추가되고, 전류(I₂)는 회로(27)의 출력 노드에 추가된다. 전압 제어식 발진기들(10, 11)의 결과적인 주파수들(f_vco1, f_vco2) 및 위상들(Φ₁, Φ₂)은 도 5의 실시예들의 것과 동일하지만, 3dB 보다 낮은 크기의 의사 신호들을 갖는다.

도 10의 회로의 구현을 위해서, SA8016 칩 및 마르코니 2042 신호 생성기 같은 상업적으로 가용한 콤포넌트들이 사용될 수 있다. 본 발명의 실험적 확인을 위해서, PLL 및 마르코니는 동일한 10MHz 기준 발진기 신호를 공유한다. 따라서, 마르코니는 PLL에 동기하여 동작했고, 도 10의 "제 2 루프"로서 기능했다. 마르코니로부터의 출력 신호는 VCO1의 레벨에 일치되었다. PLL(VCO1)의 출력 신호는 하이브리드 소자의 마르코니로부터의 신호에 합산되었다. I_ct1가 변화할 때, 조합된 신호들의 결과적인 진폭은 VCO1에 의해 공급된 신호 및 마르코니 출력 사이의 위상차를 억세스하기 위해 사용되었다. 신호들이 "동일 위상(in-phase)"일 때, 결과적인 신호는 개별 콤포넌트들 보다 6dB 높았다. 반대로, 신호들의 위상이 180도 만큼 다를 때, 결과적인 신호는(이상적으로) 소거되었다. 위상 이동과 결과적인 진폭 사이의 관계가 VCO1의 진폭에 대해 정규화된 dB에서 도 11에 도시되어 있다.

진폭 대 ΔΦ의 수학적 표현에 대하여 합산된 신호들의 측정된 진폭(I_ct1의 함수로서의 진폭)을 일치시킴으로써, ΔΦ와 I_ct1사이의 관계가 RF에서 직접적으로 위상차를 측정할 필요 없이 간접적으로 얻어졌다. 이 관계가 수학식 4로부터 계산된 이상적 값에 대하여 도 12 및 도 13에 도시되어 있다.

1MHz의 주파수 오프셋에서, 의사 기준 브레이크쓰루가 제어 전류(I_ct1)의 함수로써 도 14에 도시되어 있다. 또한, 수학식 5에 의해 얻어진 계산값도 도시되어 있다.

상술한 관점에서, 위상 이동의 예측된 이론값들(즉, 수학식 4 및 의사 기준 브레이크쓰루(수학식 5))과 PLL 함수 모델로 얻어진 측정값들 사이의 양호한 조화가 존재한다는 결론을 내릴 수 있다.

PLL을 위한 파라미터들은 다음과 같다. F_vco= 2490MHz, K_vco= 143MHz/V, f_ref= 1MHz, N = 2490, I_cp= 500㎂, 2차 루프 필터(R= 16㏀, Cl = 7.8nF, C2 = 1.22nF).

[참조 번호 목록]

01 : 안테나, 02 : 안테나, 03 : 안테나 패턴, 04 : 안테나 패턴, 05 : 안테나 패턴, 06 : 혼합기, 07 : 혼합기, 08 : 신호, 09 : 신호, 10 : 전압 제어식 발진기, 11 : 전압 제어식 발진기, 12 : 동조 시스템, 13 : 피드백 신호들, 14 : 피드백 신호들, 15 : 출력, 16 : 출력, 17 : 필터들, 18 : 필터들, 19 : 조합기, 20 : 복조기, 21 : 기저대역 처리 시스템, 22 : 출력, 23 : 위상 이동 제어기, 24 : 발진기, 25 : 주파수 분할기, 26 : 회로들, 27 : 회로들, 28 : 주파수 분할기, 29 : 필터, 30 : 주파수 분할기, 31 : 필터

Claims (18)

1. 안테나 패턴을 형성하기 위한 전자 회로에 있어서,

   제 1 주파수 및 제 1 위상 각도의 제 1 신호를 생성하기 위한 제 1 신호 생성기(15)와,

   제 2 주파수와 제 2 위상 각도의 제 2 신호를 생성하기 위한 제 2 신호 생성기(16)로서, 상기 제 2 주파수는 상기 제 1 주파수와 실질적으로 같은 상기 제 2 신호 생성기와,

   상기 제 1 위상 각도와, 상기 제 2 위상 각도 사이의 위상차를 제어하기 위한 제어 회로(12)로서, 상기 위상차를 결정하는 제어 신호를 수신하기 위한 입력을 가지는 상기 제어 회로(12)와,

   상기 제 1 신호와 제 1 안테나 신호를 혼합하기 위한 제 1 아날로그 혼합기(6) 및 상기 제 2 신호와 제 2 안테나 신호를 혼합하기 위한 제 2 아날로그 혼합기(7)와,

   상기 제 1 및 제 2 혼합기들의 각 출력 신호들을 가산하기 위한 조합기(19)를 포함하는 전자 회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 신호는 기저대역 처리 시스템(21)에 의해 제공되는 전자 회로.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 신호 생성기는 각각 별개의 제 1 및 제 2 제어 루프를 가지는 전자 회로.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 제어 루프들 중 적어도 하나는 상기 제어 신호에 비례하는 위상 신호의 입력을 위한 입력을 가지는 전자 회로.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 제어 루프들은 제 1 및 제 2 입력 신호들을 입력하기 위한 각 입력들을 가지고,

   상기 제 1 및 제 2 입력 신호들은 위상이 반대이고, 실질적으로 동일한 절대값을 가지는 전자 회로.
6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 제어 루프들은 위상 고정 루프들인 전자 회로.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 제어 루프들 각각은 위상 주파수 검출기, 전하 펌프(26, 27) 및 직렬로 접속된 적분기를 가지는 필터들(29, 31)을 가지고,

   상기 제 1 및 상기 제 2 제어 루프들 중 적어도 하나는 상기 전하 펌프와 상기 필터 사이의 노드에서 제어 전류의 입력을 위한 입력을 가지는 전자 회로.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 제어 루프들 각각은 각각 제 1 및 제 2 제어 전류를 입력하기 위한 입력을 가지고, 상기 제 1 및 상기 제 2 제어 전류들은 위상이 반대이고, 실질적으로 동일한 절대값을 가지는 전자 회로.
9. 제 1 안테나 및 제 2 안테나와,

   상기 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 안테나 패턴을 형성하기 위한 전자 회로와,

   상기 제 1 안테나에 연결된 제 1 아날로그 혼합기 및 상기 제 2 안테나에 연결된 제 2 아날로그 혼합기와,

   상기 조합기에 연결된 복조기를 가지는 기저대역 처리 시스템과,

   상기 위상차를 결정하는 상기 제어 신호를 생성하기 위해 상기 기저대역 처리 시스템에 연결된 위상 이동 제어를 포함하는 수신기.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 위상 이동 제어기는 상기 수신에 대해 최적화된 안테나 패턴을 식별하기 위해 상기 제어 신호를 변화시키도록 적응되는 수신기.
11. 송신기에 있어서,

    기저 대역 신호를 제공하기 위한 기저 대역 처리 시스템과, 상기 기저 대역 처리 시스템은 위상차를 결정하는 제어 신호를 생성하기 위한 위상 이동 제어기를 가지며,

    제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 안테나 패턴을 형성하기 위한 전자 회로와, 상기 기저대역 처리 시스템은 상기 제 1 및 상기 제 2 혼합기에 상기 기저대역 신호를 제공하기 위하여 상기 제 1 및 상기 제 2 아날로그 혼합기들에 접속된 출력을 가지며,

    상기 제 1 및 상기 제 2 아날로그 혼합기의 출력에 각각 연결된 제 1 및 제 2 안테나를 포함하는 송신기.
12. 변조된 기저대역 신호를 제공하기 위한 복조기를 가지고 위상차를 결정하는 제어 신호를 제공하기 위한 위상 이동 제어기를 가지는 기저대역 처리 시스템과,

    제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 안테나 패턴을 형성하기 위한 전자 회로와,

    상기 제 1 및 상기 제 2 신호 생성기들의 각 출력들에 연결된 제 1 및 제 2 안테나를 포함하며,

    상기 복조기의 출력은 상기 제 1 및 상기 제 2 생성기들의 각 변조 제어 입력들에 연결되는 송신기.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 위상 이동 제어기는 최적화된 안테나 패턴을 식별하기 위해 상기 제어 신호를 변화시키도록 적응되는 송신기.
14. 제 11, 12, 또는 13항에 따른 송신기와, 제 9 항 또는 제 10 항에 따른 수신기를 포함하는 전송 시스템.
15. 안테나 패턴을 형성하는 방법에 있어서,

    제 1 주파수 및 제 1 위상 각도의 제 1 신호를 생성하는 단계와,

    제 2 주파수 및 제 2 위상 각도의 제 2 신호를 생성하는 단계로서, 상기 제 2 주파수는 상기 제 1 주파수와 실질적으로 동일한, 상기 제 2 신호를 생성하는 단계와,

    상기 제 1 위상 각도와 상기 제 2 위상 각도 사이의 위상차를 선택하는 단계와,

    아날로그 도메인에서 상기 제 2 신호를 제 2 안테나 신호에 혼합하고 상기 제 1 신호와 제 1 안테나 신호를 혼합하는 단계와,

    상기 혼합된 신호들을 가산하는 단계를 포함하는 안테나 패턴 형성 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 최적화된 안테나 패턴을 식별하기 위하여 상기 위상차를 변화시키는 단계를 더 포함하는 안테나 패턴 형성 방법.
17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 신호들의 생성을 위해 별개의 제어 루프를 제공하는 단계를 더 포함하는 안테나 패턴 형성 방법.
18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 별개의 제어 루프들각각은 위상 고정 루프이고, 상기 제어 전류를 가산하는 단계를 더 포함하는 안테나 패턴 형성 방법.