(57)【要約】【課題】装置および方法は、フェーズドアレイのためのプリディストーションを提供する。【解決手段】フェーズドアレイ素子からの無線周波数（ＲＦ）サンプル信号は、リターン経路に沿って提供され、ハードウェアＲＦコンバイナによって組み合わされる。位相シフタは、ＲＦサンプル信号が、組み合わされたときに位相整合されるように調整される。フェーズドアレイの増幅器に対するプリディストーションの適合調整は、組み合わされたＲＦサンプル信号から導出された信号に基づくことができる。【選択図】図１Ａ
2019088001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェーズドアレイの複数の増幅器の無線周波数（ＲＦ）線形化のための装置であって、
複数のＲＦ電力増幅器の少なくともＲＦサンプル信号を搬送するように構成された複数のリターン経路と、
前記ＲＦサンプル信号を組み合わせて、組み合わされた信号を生成するように構成されたハードウェアＲＦ電力コンバイナと、
前記ＲＦサンプル信号が、前記ハードウェアＲＦ電力コンバイナにおいて位相整合されるように、前記ＲＦサンプル信号の位相シフトを調整するように構成された複数のリターン側位相シフタと、
入力信号をプリディストーションして、プリディストーションされた信号を生成するように構成され、かつ前記組み合わされた信号から導出された信号の観測に少なくとも部分的に基づいて、プリディストーションのためのプリディストーション係数を適合させるように構成されたプリディストータと、を備えた装置。
【請求項２】
前記複数の位相シフタが、送信側位相シフタの位相シフトに対して逆位相シフトを効果的に実行するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記組み合わされた信号を、ダウン変換された信号に変換するように構成されたダウン変換器と、
前記ダウン変換された信号を、前記組み合わされた信号から導出された前記信号を含むフィードバック信号に変換するように構成されたアナログ／デジタル変換器と、をさらに備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記プリディストータが、前記入力信号の部分と前記フィードバック信号の対応する部分との間の比較に基づいて、プリディストーション係数を適合させるように、さらに構成されている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
リターン／受信経路が送信経路とは別個である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記フェーズドアレイが、
前記複数のＲＦ電力増幅器を備える複数のフェーズドアレイ素子であって、フェーズドアレイ素子が送信端子およびリターン端子を有する、複数のフェーズドアレイ素子と、
前記ハードウェアＲＦ電力コンバイナとは別個のＲＦ電力分割器と、
前記複数のリターン経路とは別個の複数の送信経路であって、前記送信経路の第１の端部が前記ＲＦ電力分割器に結合され、前記送信経路の第２の端部が前記フェーズドアレイ素子の送信端子に結合されている、複数の送信経路と、をさらに備え、
前記リターン経路の第１の端部が前記フェーズドアレイ素子のリターン端子に結合され、前記リターン経路の第２の端部が前記ハードウェアＲＦ電力コンバイナに結合された、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
フェーズドアレイ素子が、アンテナ素子を送信側またはリターン側のいずれかに接続するように構成されたスイッチをさらに備え、前記アレイ素子が、ＲＦサンプル信号を生成するための前記スイッチと並列のサンプルポートを有するＲＦカプラをさらに備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
フェーズドアレイ素子が、アンテナ素子を送信側またはリターン側のいずれかに接続するように構成されたスイッチをさらに備え、前記スイッチが、前記送信側から前記リターン側に十分な量の電力を故意に漏洩させて、それにより、前記リターン側がプリディストーションの適合調整のために十分な送信電力を受信するようにさらに構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
フェーズドアレイ素子が、送信側位相シフタおよび前記リターン側位相シフタをさらに備え、データが適合調整のために収集されているとき、前記リターン側位相シフタは、前記ＲＦサンプル信号が前記ハードウェアＲＦ電力コンバイナで同相に整合されるように調整される、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記ハードウェアＲＦ電力コンバイナが、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎコンバイナを備える、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
前記同じプリディストーションが、前記フェーズドアレイの前記複数のＲＦ電力増幅器に適用される、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記プリディストータが、前記フェーズドアレイのビーム形成パターンの変化に応じて新たなプリディストーション係数を適合させるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
フェーズドアレイの複数増幅器の線形化方法であって、
複数のＲＦ電力増幅器の無線周波数（ＲＦ）サンプル信号を位相シフトして、それにより、前記ＲＦサンプル信号が、ハードウェアＲＦ電力コンバイナにおいて位相整合されることと、
前記ＲＦサンプル信号を前記ハードウェアＲＦ電力コンバイナで組み合わせて、組み合わされた信号を生成することと、
入力信号をプリディストータでプリディストーションして、プリディストーションされた信号を生成することと、を含み、プリディストーション係数が、前記入力信号の部分と、前記組み合わされた信号から導出された信号の対応する部分との間の比較に少なくとも部分的に基づいている、方法。
【請求項１４】
位相シフタを調整することにより、送信側位相シフタの位相シフトに対して逆位相シフトを効果的に実行する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記組み合わされた信号を、ダウン変換器を用いてダウン変換された信号にダウン変換することと、
前記組み合わされた信号から導出された前記信号を含む、フィードバック信号を生成するように構成された、アナログ／デジタル変換器を用いて、前記ダウン変換された信号を変換することと、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
位相シフタが、前記ＲＦ電力増幅器と前記ハードウェアＲＦ電力コンバイナとの間の信号経路に配置される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
同一のプリディストーションされた信号を、前記フェーズドアレイの前記複数のＲＦ電力増幅器に適用すること、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記フェーズドアレイのビーム形成パターンの変化に応じて、新たなプリディストーション係数を決定すること、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
フェーズドアレイのためのフェーズドアレイ素子であって、
時分割複信動作のために送信側または受信側のいずれかの間でアンテナ素子を切り替えるためのスイッチと、
送信経路と別個のリターン経路であって、前記リターン経路が、送信された信号の無線周波数（ＲＦ）サンプルを提供するように構成されており、前記リターン経路が、前記ＲＦサンプルの位相を調節するように構成された位相シフタをさらに備える、リターン経路と、を備える、フェーズドアレイ素子。
【請求項２０】
データが適合調整のために収集されるとき、前記リターン側位相シフタは、ＲＦサンプル信号が、ハードウェアＲＦ電力コンバイナで、フェーズドアレイの他のフェーズドアレイ素子からのＲＦサンプル信号と同相に整合するように調整される、請求項１９に記載のフェーズドアレイ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年６月１日に出願された、ＡＮＴＥＮＮＡ  ＡＲＲＡＹ  ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳと題された、出願番号１５／６１１，２８９号の同時係属出願に関し、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
この出願は、２０１６年１２月８日に出願された、ＳＰＡＴＩＡＬ  ＤＩＧＩＴＡＬ  ＰＲＥ−ＤＩＳＴＯＲＴＩＯＮと題された、出願番号１５／３７２，７２３号の同時係属出願にも関する。
【０００３】
本発明の実施形態は、概して、アンテナに関し、特に、フェーズドアレイアンテナに関連するプリディストーションに関する。
【背景技術】
【０００４】
無線周波数（ＲＦ）電力増幅器は、電気通信、レーダーなどの様々な用途に使用されている。信号がＲＦ電力増幅器によって増幅されるとき、増幅された信号は、ＲＦ電力増幅における非線形性のために歪む可能性がある。アップ変換プロセスはまた、非線形性を生じ得る。歪みが存在することにより、相互変調歪、帯域外放射、干渉などの問題を引き起こす可能性がある。
【０００５】
ＲＦ電力増幅器を線形化するための１つの技術は、プリディストーションによるものである。プリディストーションでは、ＲＦ電力増幅器への入力信号は、ＲＦ電力増幅器の出力における結果として生じる歪みを低減するために、ＲＦ電力増幅器によって加えられる歪みと相補的な手法で、プリディストーションされる。このような技術は、アップ変換器とＲＦ電力増幅器の組み合わせを線形化するためにも適用することができる。
【０００６】
しかしながら、従来のプリディストーション技術は、アナログビーム形成器と共に使用することができない。必要とされる技術は、アナログビーム形成器のフェーズドアレイ増幅器にプリディストーションを適用する技術である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態は、フェーズドアレイの複数の増幅器の無線周波数（ＲＦ）線形化のための装置であって、複数のＲＦ電力増幅器の少なくともＲＦサンプル信号を搬送するように構成された複数のリターン経路と、ＲＦサンプル信号を組み合わせて、組み合わされた信号を生成するように構成されたハードウェアＲＦ電力コンバイナと、ＲＦサンプル信号の位相シフトを調整して、ＲＦサンプル信号が、ハードウェアＲＦ電力コンバイナにおいて位相整合されるように構成された複数のリターン側位相シフタと、入力信号をプリディストーションして、プリディストーションされた信号を生成するように構成され、かつ組み合わされた信号から導出された信号の観測に少なくとも部分的に基づいて、プリディストーションのためのプリディストーション係数を適合させるように構成されたプリディストータと、を備えた装置を含む。
【０００８】
一実施形態は、フェーズドアレイの複数増幅器の線形化方法であって、複数のＲＦ電力増幅器の無線周波数（ＲＦ）サンプル信号を位相シフトして、それにより、ＲＦサンプル信号が、ハードウェアＲＦ電力コンバイナにおいて位相整合されることと、ＲＦサンプル信号をハードウェアＲＦ電力コンバイナで組み合わせて、組み合わされた信号を生成することと、入力信号をプリディストータでプリディストーションして、プリディストーションされた信号を生成することと、を含み、プリディストーション係数が、入力信号の部分と、組み合わされた信号から導出された信号の対応する部分との間の比較に少なくとも部分的に基づいている、方法を含む。
【０００９】
一実施形態は、フェーズドアレイのためのフェーズドアレイ素子であって、時分割複信動作のために送信側または受信側のいずれかの間でアンテナ素子を切り替えるためのスイッチと、送信経路と別個のリターン経路であって、リターン経路が、送信された信号の無線周波数（ＲＦ）サンプルを提供するように構成されており、リターン経路が、ＲＦサンプルの位相を調節するように構成された位相シフタをさらに備える、リターン経路と、を備える、フェーズドアレイ素子を含む。
【００１０】
これらの図面および本明細書における関連する記載は、具体的な実施形態を示すために提供され、発明を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】図１Ａは、実施形態に係る４×４アンテナアレイの対称なルーティング概略図の概略ブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、別の実施形態に係る２×８アンテナアレイの非対称なルーティング概略図の概略ブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施形態に係る水平波面のイラストである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施形態に係る角度の付いた波面のイラストである。
【図２Ｃ】図２Ｃは、実施形態に係る一連のトランシーバの概略ブロック図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、実施形態に係る、平面アレイおよび関連する電磁パターンのイラストである。
【図３Ａ】図３Ａは、実施形態に係る、２つのアンテナ素子の間に配置された電力検出器を有するプローブの概略ブロック図である。
【図３Ｂ−１】図３Ｂ−１は、実施形態に係る、２つのアンテナ素子の間に配置された電力検出器を有する、プローブを使用する較正のためのフローチャートである。
【図３Ｂ−２】３Ｂ−２は、実施形態に係る、２つのアンテナ素子の間に配置された電力検出器を有する、プローブを使用する較正のためのフローチャートである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施形態に係る、２つのアンテナ素子の間に配置されたミキサーを有するプローブの概略ブロック図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、実施形態に係る、２つのアンテナ素子の間に配置されたミキサーを有する、プローブを使用する較正のためのフローチャートである。
【図４】図４は、実施形態に係る、４つのアンテナ素子の間に配置されたプローブの概略ブロック図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施形態に係る、３×４のアンテナ素子のアレイの間に配置されたプローブの概略ブロック図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施形態に係る、３つずつの４つのアンテナ素子のアレイ間に配置された、プローブを使用する較正のためのフローチャートである。
【図６Ａ】図６Ａは、実施形態に係る、２つのアンテナ素子の間に配置されたＲＦ電力源を有するプローブの概略ブロック図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施形態に係る、２つのアンテナ素子の間に配置されたＲＦ電力源を有する、プローブを使用する較正のためのフローチャートである。
【図７】図７は、プリディストーションを有するフェーズドアレイを示す。
【図８Ａ】図８Ａは、フェーズドアレイ素子の実施形態を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、フェーズドアレイ素子の別の実施形態を示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、フェーズドアレイ素子の別の実施形態を示す。
【図９】図９は、プリディストーション係数を決定するためのデータ収集のために信号を配列する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
一定の実施形態の以下の詳細な説明は、具体的な実施形態の様々な説明を提示する。しかしながら、本明細書に記載される技術は、例えば、特許請求の範囲によって定義および網羅されるように、多数の異なる、やり方で具現化され得る。本明細書では、図面が参照され、図面では、類似の参照番号は、同一または機能的に同様の要素を指すことがある。図に示された要素は必ずしも縮尺一定に描かれていないことが理解されるであろう。その上、一定の実施形態は、図面に示されたよりも多くの要素、および／または図面に示された要素の下位集合を含み得ることが理解されるであろう。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の図面からの特徴の任意の好適な組み合わせを組み込み得る。
【００１３】
アンテナアレイは、ビームフォーマが電磁放射パターンを特定の方向に操縦することを可能にすることができ、その方向に主ビームを生成し、他の方向にサイドローブを生成する。放射パターンの主ビームは、送信された信号の位相に基づく信号の構造的な推論に基づいて生成される。さらに、アンテナ素子の大きさがサイドローブレベルを決定する。ビーム形成器は、例えば、アンテナ素子の位相シフタ設定を行うことによって、所望のアンテナパターンを生成することができる。しかしながら、時間とともに、アンテナ素子間の信号の振幅および相対位相は、アンテナが初めに較正されたときに設定された値からドリフトする可能性がある。ドリフトは、アンテナパターンを劣化させる可能性があり、例えば、メインローブにおける利得を低減させる可能性がある。したがって、必要とされるのは、アンテナアレイが現場に供された後であっても、アレイシステム内のアンテナ素子の位相および振幅を正確に測定および制御する、やり方である。さらに、較正プロセス自体は、比較的労働集約的であり、時間がかかり、コストがかかる。したがって、高価な試験装置および設備を必要とせず、かつアンテナを特定の場所に再配置する必要のない、較正の方法が必要とされている。これらの開示された技術は、製造テスト環境にも適用可能であり、生産をスピードアップするために使用することができ、したがってコストを低下させることができる。一実施形態において、較正データは、ビーム形成器によって使用され、ビーム形成のための適切な設定を生成するために、予め計算されたまたは予め格納されたアンテナパターンデータなどの他のデータと組み合わされる。
【００１４】
本開示は、アンテナアレイが位相の相対測定値および／または振幅の絶対測定値を使用して、較正を実行することを可能にする。アンテナ素子の間にプローブが置かれ、アンテナ素子の位相および／または振幅が測定される。次いで、位相または振幅を評価して、アンテナ素子に接続された送信機、受信機、またはトランシーバに対して行われる調整を決定することができる。いくつかの実施形態において、アンテナ素子は信号を送信することができ、１つ以上のアンテナ素子の位相は、比較的高いまたは最大および／または比較的低いまたは最小の電力レベルに達するまで調整することができる。比較的高いまたは最大の電力レベルを決定すると、位相調整器またはシフタ値は同相に対応する値として記録され、比較的低いまたは最小の電力レベルに対しては、位相値は１８０度の位相ずれとして記録される。実施形態はプローブの使用について記載するが、信号を送信および／または受信することができる他の構造（例えば導体）（例えばスロット、モノポール、小パッチ、他の結合構造など）も使用できることが理解される。
【００１５】
いくつかの実施形態において、プローブはアンテナ素子の間に対称的に配置されるべきである。例えば、２つのアンテナ素子がある場合、プローブは２つのアンテナ素子の間に置くことができる。別の例において、４つのアンテナ素子がある場合、プローブは、４つのアンテナ素子のそれぞれから等距離にある４つのアンテナ素子の間に斜めに置くことができる。プローブをアンテナ素子の間に対称的に置くことにより、プローブとアンテナ素子との間の放射パターンの伝播に起こる可能性がある、変動が低減または排除される。
【００１６】
いくつかの実施形態において、アンテナ素子を用いてプローブに信号を送信することができ、プローブは送信された信号を受信する。プローブは、（例えば、電力検出器を使用することによって）電力を検出するか、または電力および位相の両方を（例えば、ミキサーを使用して）検出することができる。代わりに、プローブは、送信機として使用することができて、アンテナ素子に信号を送信し、アンテナ素子は送信された信号を受信する。
【００１７】
複数のアンテナを較正するためには、単一のプローブを使用するのが有利である。アンテナ素子への送信および／またはアンテナ素子からの信号の受信に使用される単一のプローブを有することにより、信号自体に変動がもたらされる可能性がある。しかしながら、同じプローブと、そのプローブ（例えば、ミキサー）に接続されたコンポーネントが信号を測定するために使用されるので、開示された技術では、好都合なことに、部品間またはチャネル間の変動はない。例えば、プローブと、プローブに接続されたコンポーネントは、第１および第２のアンテナ素子からプローブにおいて受信された信号と同じ変動をもたらす。
【００１８】
対照的に、アンテナ素子を較正するために信号の位相および振幅を測定するのに使用されるカプラは、変動をもたらす。別個のカプラが、それぞれのアンテナ素子の送信経路に接続される。次いで、信号は、信号経路に沿って、それぞれのカプラに接続されたコンポーネントに移動する。それぞれのカプラからそれらの関連する接続されたコンポーネントへのルーティング経路は、チャネル間の変動をもたらす。それぞれのカプラは、それ自体のコンポーネントの組に接続され得、おそらく同じ種類のコンポーネントであるにもかかわらず、コンポーネントそのものが部品間のバラツキをもたらす。さらに、カプラそのものは、スイッチなどの追加のハードウェアを使用する。しばしば金属物質からなるカプラそのものが、放射信号に干渉して、アンテナ素子間のより高い隔離を得ることを困難にすることがある。これらの欠点は、本発明の実施形態によって低減または排除される。
【００１９】
アンテナ素子間に配置されたプローブを使用することを含む本開示の実施形態は、そのプローブを使用して、近視野放射測定値に基づきアレイを較正することができる点で都合がよい。したがって、アレイは、遠視野測定値を必要とせずに較正することができる。一般には、（エコーフリーチャンバとも称される）電磁無響室を使用して、開放空間状況をシミュレートすることができる。これらのチャンバの時間と空間は、スケジュール設定が難しく、費用と時間がかかることがある。しかしながら、本開示の実施形態は、遠視野測定値の代わりに近視野測定値が使用されるので、アンテナを無響室に配置する必要がない。さらに、無響室は初期較正には実用的であるが、後の較正には実用的ではない。本開示のアンテナアレイのいくつかの実施形態は、繰り返し、かつ現場で較正され得る。プローブは、アンテナ素子の間に永続的に置くことができる。アンテナアレイは、アンテナ素子の間にプローブを一時的に取り付けることができるように構成することもできる。本開示の近視野較正のいくつかの実施形態はまた、小さな信号差に対して有用であり得る。
【００２０】
本較正方法およびシステムは、異なる寸法のアレイを較正するために使用することができる。例えば、本システムは、１つのプローブに対して等距離にある第１の組のアンテナ素子（すなわち較正群）を較正し、次いで、第１の組のアンテナ素子と第２の組のアンテナ素子とが少なくとも１つのアンテナ素子を共有する、別のプローブと等距離にある第２の組のアンテナ素子を次に較正することによって、平面アレイを較正することができる。次いで、共用アンテナ素子を参照点として使用して、他のアンテナ素子を較正することができる。
【００２１】
本開示は、一定の実施形態を、受信機としてのプローブと、送信機としてのアンテナ素子とについて論じているが、プローブが送信機として動作し、アンテナ素子が受信機として作用することができ、逆も同様であることが理解される。
【００２２】
図１Ａは、実施形態に係る、対称なルーティング概略図１００の概略ブロック図である。対称なルーティング概略図１００は、アンテナ素子、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｎ、１０２Ｅ、１０２Ｆ、１０２Ｇ、１０２Ｈ、１０２Ｉ、１０２Ｊ、１０２Ｋ、１０２Ｌ、１０２Ｍ、１０２Ｎ、１０２Ｏ、および１０２Ｐ（本明細書では、まとめて１０２と称される）を含む。対称なルーティング概略図１００は、チップ、１０４Ａ、１０４Ｅ、１０４Ｉ、および１０４Ｍ（本明細書では、まとめて１０４と称される）も含む。対称なルーティング概略図１００は、トランシーバ１１０および、トランシーバ１１０からアンテナ素子１０２へのルーティング経路、１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄ、１０６Ｅ、１０６Ｆ、１０６Ｇ、１０６Ｈ、１０６Ｉ、１０６Ｊ、１０６Ｋ、１０６Ｌ、１０６Ｍ、１０６Ｎ、１０６Ｏ、１０６Ｐ、１０８Ａ、１０８Ｅ、１０８Ｉ、および１０８Ｍ（本明細書では、まとめて１０６と称される）を含む。
【００２３】
図１Ａは、４×４アンテナアレイの対称なルーティング概略図１００を意味する。この概略図は、トランシーバ１１０からアンテナ素子１０２までのルーティング経路１０６上のルートが同じ距離であるため、対称なルーティングを意味する。例えば、トランシーバ１１０からアンテナ素子１０２Ａへのルーティング経路は、ルーティング経路１０８Ａと１０６Ａの組み合わせであり、トランシーバ１１０からアンテナ素子１０２Ｂへのルーティング経路は、ルーティング経路１０８Ａと１０６Ｂの組み合わせである。ルーティング経路は、信号がトランシーバ１１０からアンテナ素子１０２まで移動する距離の変動を最小化するために生成される。このタイプの構成は、信号がトランシーバ１１０からアンテナ素子１０２まで移動する、ルーティング経路の異なる長さに起因する較正を困難にさせる可能性がある変動を緩和するのに役立つ。
【００２４】
アンテナ素子１０２は、放射素子または受動素子であってもよい。例えば、アンテナ素子１０２は、双極子、オープンエンド導波管、スロット付き導波管、マイクロストリップアンテナなどを含み得る。いくつかの実施形態は、一定の数のアンテナ素子１０２を示すが、いくつかの実施形態は、２つ以上のアンテナ素子上に実装されてもよいことが理解される。
【００２５】
図１Ｂは、別の実施形態に係る、２×４アンテナアレイのための非対称なルーティング概略図１５０の概略ブロック図である。非対称なルーティング概略図１５０は、アンテナ素子、１５２Ａ、１５２Ｂ、１５２Ｃ、１５２Ｄ、１５２Ｅ、１５２Ｆ、１５２Ｇ、および１５２Ｈ（本明細書では、まとめて１５２と称される）を含む。非対称なルーティング概略図１５０は、チップ１５４も含む。非対称なルーティング概略図１５０は、チップ１５４からアンテナ素子１５２までのルーティング経路１５６Ａ、１５６Ｂ、１５６Ｃ、および１５６Ｄ（本明細書では、まとめて１５６と称される）を含む。図１Ｂは、チップ１５４からアンテナ素子１５２までのルーティング経路１５６の長さが異なるため、非対称なルーティングに関する。したがって、位相および振幅は、チャネルごとに異なるように変わる。例えば、同じ信号がチップ１５４から送信されたとしても、アンテナ素子１５２における送信された信号は、素子ごとに異なることがある。いくつかの実施形態において、アンテナ素子１５２における受信信号は、同じであり得るが、異なる長さのルーティング経路１５６の結果として、チップ１５４で受信されたときには異なる。
【００２６】
図２Ａは、実施形態に係る水平波面２００のイラストである。それぞれのアンテナ素子１０２は、球状放射パターンで放射することができる。しかしながら、放射線パターンは、まとめて水平波面２０４を生成する。イラスト２００は、アンテナ素子、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｎ、１０２Ｍ−１、および１０２Ｍを含む。アンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、および１０２Ｎは、直線的に配列されてもよく、素子は一次元で直線上に配列されている。この構成において、ビームは１つの平面内で操縦されてもよい。アンテナ素子はまた、二次元（Ｎ方向およびＭ方向）の平面上に配列され、平面的に配列され得る。この平面構成において、ビームは２つの平面内で操縦されてもよい。アンテナ素子は、非平面の表面上に分布していてもよい。平面アレイは、長方形、正方形、円形、または同様のものであってもよい。アンテナは、アンテナアレイを実装することができる、他の構成、形状、次元、寸法、タイプ、他のシステムなどに配列されてもよいことが理解される。水平波面のイラスト２００は、水平波面２０４を生み出す信号２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２０２Ｎ、２０２Ｍ−１、および２０２Ｍ（本明細書では、まとめて２０２と称される）を送信するアンテナ素子１０２のそれぞれを示す。図２Ａのイラストは、水平波面２０４によって示されるように、上方を向く主ビームを生み出すアンテナアレイを示す。アンテナ素子１０２からの位相は、上方に建設的に干渉している。
【００２７】
図２Ｂは、実施形態に係る角度の付いた波面２２０のイラストである。角度の付いた波面２２０のイラストは、アンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｎ、１０２Ｍ−１、および１０２Ｍを含む。アンテナ素子は、図２Ａについて記載したのと同様に配列されてもよい。角度の付いた波面２２０のイラストは、図２Ａの波面２０４の方向とは異なる角度で伝播する波面２２４を生み出す信号、２２２Ａ、２２２Ｂ、２２２Ｃ、２２２Ｎ、２２２Ｍ−１、および２２２Ｍ（本明細書では、まとめて２２２と称される）を送信するアンテナ素子１０２を示す。信号２２２の位相は、角度の付いた波面２２０が進行する方向（例えば、右上方向）に建設的に干渉している。ここで、アンテナ素子１０２の位相のそれぞれを、同じ程度だけシフトさせて、特定の方向に建設的に干渉させることができる。
【００２８】
アンテナ素子１０２は、互いに等距離で間隔を開けることができる。いくつかの実施形態において、アンテナ素子１０２は、互いに異なる距離で間隔を開けられているが、少なくとも２つのアンテナ素子１０２から等距離にあるプローブで隔てられている。
【００２９】
本開示は、一定の実施形態をアンテナアレイの１つのタイプとして論じることができるが、これらの実施形態は、時間領域ビーム形成器、周波数領域ビーム形成器、動的アンテナアレイ、能動アンテナアレイ、受動アンテナアレイなどのような異なるタイプのアンテナアレイ上で実装されてもよいことが理解される。
【００３０】
図２Ｃは、実施形態に係る一連のトランシーバ、２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｎ（本明細書では、まとめて２４０と称される）の概略ブロック図である。いくつかの実施形態において、単一のトランシーバ２４０が単一のアンテナ素子１０２に給電する。しかしながら、単一のトランシーバ２４０が複数のアンテナ素子１０２に給電してもよく、または単一のアンテナ素子１０２が複数のトランシーバ２４０に接続されてもよいことが理解される。さらに、アンテナ素子１０２は、受信機および／または送信機にリンクされてもよいことが理解される。
【００３１】
いくつかの実施形態において、トランシーバ２４０は、アンテナ素子１０２から受信機または送信機経路に経路を切り替えるために、スイッチ２４２Ａ、２４２Ｂ、２４２Ｎ（本明細書では、まとめて２４２と称される）を含むことができる。トランシーバ２４０は、信号プロセッサ（図示せず）から受信機経路または送信機経路に経路を切り替える別のスイッチ２４８Ａ、２４８Ｂ、２４８Ｎ（本明細書では、まとめて２４８と称される）を含む。送信機経路は、位相調整器２４４Ａ、２４４Ｂ、２４４Ｎ（本明細書では、まとめて２４４と称される）、および可変利得増幅器２４６Ａ、２４６Ｂ、２４６Ｎ（本明細書では、まとめて２４６と称される）を有する。位相調整器２４４は、アンテナ素子１０２における送信された信号の位相を調整し、可変利得増幅器２４６は、アンテナ素子１０２における送信された信号の振幅を調整する。実施形態は、位相調整器２４４および可変利得増幅器２４６を含むトランシーバ２４０を記載しているが、他のコンポーネントを使用して、信号の大きさおよび／または信号の位相を調整することができる。さらに、スイッチが送信機経路から受信経路に切り替わるように示されているが、デュプレクサのような他のコンポーネントを使用することができる。
【００３２】
受信機経路はまた、位相調整器２５０Ａ、２５０Ｂ、２５０Ｎ（本明細書では、まとめて２５０と称される）、および可変利得増幅器２５２Ａ、２５２Ｂ、２５２Ｎ（本明細書では、まとめて２５２と称される）を有してもよい。位相調整器２５０および可変利得増幅器２５２は、信号プロセッサ（図示せず）に進む前に、アンテナ素子１０２からの受信信号を調整するために使用され得る。
【００３３】
図２Ｄは、実施形態に係る、平面フェーズドアレイ２６０および関連する電磁パターンのイラストである。図２Ｄは、アンテナ素子、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｎ、１０２Ｍ−１、および１０２Ｍを含む。図２Ｄはまた、主ビーム２６２およびサイドローブ２６４Ａ、２６４Ｂ、２６４Ｃを含む。アンテナ素子１０２は、信号の位相が主ビーム２６２の方向に建設的に干渉している信号を送信している。アンテナ素子１０２の振幅の精度は、サイドローブレベルを制御する。例えば、アンテナ素子１０２からの送信された信号の振幅がより均一であるほど、サイドローブレベルはより低くなる。アンテナ素子１０２は、単一のダイまたは複数のダイ上に配置され得る。
【００３４】
図３Ａは、実施形態に係る、２つのアンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂの間に配置された電力検出器３１２Ａを備えたプローブ３１０Ａの概略ブロック図３００である。このブロック図３００において、プローブは、２つのアンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂ間に等距離で配置されている。プローブ３１０Ａは、信号を検出するために使用することができる、スロット、プローブ、結合素子、任意のコンポーネントなどであってもよい。プローブは発信機として使用することができる。
【００３５】
図３Ｂ−１および３Ｂ−２は、実施形態に係る、２つのアンテナ素子の間に配置された電力検出器を有する、プローブを使用する較正のためのフローチャートである。
【００３６】
図３Ｂ−１は、２つのアンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂの全ての電力レベルを測定および比較するためのフローチャート３２０を示す。ブロック３２２で、アンテナ素子１０２Ｂに結び付けられた送信機がオフにされる。ブロック３２４で、第１のアンテナ素子１０２Ａから信号が送信される。信号は、ミキサー３０２Ａから生成され、可変利得増幅器２４６Ａによって増幅され、位相調整器２４４Ａによって位相シフトされて、アンテナ素子１０２Ａから送信される。ブロック３２６で、プローブ３１０Ａは、アンテナ素子１０２Ａからの送信された信号を検出し、電力検出器３１２Ａは、検出信号の電力値を検出する。ブロック３２７で、システムは、全ての電力レベルおよび／または位相レベルが測定されたかどうかを判定することができる。イエスの場合、次いで、システムはブロック３２８を継続することができる。ノーの場合、次いで、電力および／または位相がブロック３２３で調整され、ブロック３２４に戻ることができる。例えば、それぞれの電力レベルと、それぞれの位相レベルとの組み合わせを測定することができる。いくつかの実施形態において、位相および振幅は、それぞれの電力レベルとそれぞれの位相レベルの全ての組み合わせを測定することなく独立して、それぞれの電力レベルを測定し、かつそれぞれの位相レベルを測定することができるように分離される。
【００３７】
ブロック３２８で、アンテナ素子１０２Ａに結び付けられた送信機がオフにされる。ブロック３３０で、第２のアンテナ素子１０２Ｂから信号が送信される。信号は、ミキサー３０２Ｂから生成され、可変利得増幅器２４６Ｂによって増幅され、位相調整器２４４Ｂによって位相シフトされて、アンテナ素子１０２Ｂから送信される。ブロック３３２で、プローブ３１０Ａは、アンテナ素子１０２Ｂからの送信信号を検出し、電力検出器３１２Ａは、検出信号の電力値を検出する。
【００３８】
ブロック３３４で、アンテナ素子１０２Ａおよび１０２Ｂの送信信号からの検出信号が記憶されると、電力値が比較されて、アンテナ素子１０２Ｂに接続された送信機に対する、アンテナ素子１０２Ａに接続された送信機を較正し、および／またはその逆を行う。電力値は、可変利得増幅器２４６Ａおよび／または２４６Ｂの利得を調整することによって較正される。いくつかの実施形態において、較正は，図３Ｂにおける他のブロックの間、前、または後に行われる。ブロック３３４で電力値を比較してアンテナ素子を較正した後、フローは、図３Ｂ−２を続けることができる。
【００３９】
図３Ｂ−２は、２つのアンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂの位相を較正するためのフローチャート３２１を示す。ブロック３２５で、同じ電力レベルの信号が両方のアンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂから送信される。これは、図３Ｂ−１のステップから得られたデータを使用して達成することができる。ブロック３２９で、第１のアンテナ素子１０２Ａの位相が変更される。次いで、ブロック３３５で、電力検出器３１２Ａによって合計電力を測定することができる。システムは、ブロック３３６で、最大電力レベルが測定されるかどうかを判定する。ノーの場合、次いで、システムは第１のアンテナ素子１０２Ａの位相を変更させて、フローチャートをブロック３２９から継続する。最大電力レベルがブロック３３６で測定される場合、次いで、位相は同相状態にあると判定することができる。ブロック３３６で最大電力レベルを提供する位相が、ブロック３３７でアンテナ素子について記録される。
【００４０】
ブロック３３８で、第１のアンテナ素子１０２Ａの位相が変更され、ブロック３３９で、合計電力が電力検出器３１２Ａを使用して測定される。システムは、ブロック３４０で、最小電力レベルが測定されるかどうかを判定する。ノー場合、次いで、第１のアンテナ素子１０２Ａの位相が変更され、フローチャートはブロック３３８から継続される。最小電力レベルが測定される場合、次いで、システムは、ブロック３４１で、位相較正情報をアンテナ素子について記録する。これは、位相が１８０度ずれた状態とみなすことができる。
【００４１】
図３Ｃは、実施形態に係る、２つのアンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂの間に配置されたミキサー３４２Ａを有するプローブ３１０Ａの概略ブロック図３３０である。プローブ３１０Ａは、アンテナ素子１０２Ａおよび１０２Ｂから等距離で配置されてもよい。プローブ３１０Ａは、ミキサー３４２Ａに接続されている。
【００４２】
図３Ｄは、実施形態に係る、２つのアンテナ素子の間に配置されたミキサーを有する、プローブを使用する較正のためのフローチャート３６０である。ミキサーは、位相および／または振幅を測定するために使用される。ブロック３６２で、アンテナ素子１０２Ｂに接続された送信機がオフにされる。ブロック３６４で、信号は、ミキサー３０２Ａから生成され、可変利得増幅器２４６Ａによって増幅され、位相調整器２４４Ａによってシフトされ、かつアンテナ素子１０２Ａから送信される。ブロック３６６で、プローブ３１０Ａは、送信信号を検出し、ミキサーを使用して、信号プロセッサは振幅および位相値を測定し記録する。ブロック３６７で、システムは、全ての電力レベルおよび／または位相レベルが測定されたかどうかを判定することができる。イエスの場合、次いで、システムはブロック３６８に進むことができる。ノーの場合、次いで、システムは、ブロック３６３において電力レベルおよび／または位相レベルを調整して、ブロック３２４に戻ることができる。
【００４３】
ブロック３６８で、アンテナ素子１０２Ａに接続された送信器がオフにされる。ブロック３７０で、ミキサー３０２Ｂから信号が生成され、可変利得増幅器２４６Ｂによって増幅され、位相調整器２４４Ｂによって位相シフトされて、アンテナ素子１０２Ｂから送信される。ブロック３７２で、プローブ３１０Ａは送信信号を混合し、信号プロセッサは位相値および振幅値を測定して記録する。ブロック３７３で、システムは、全ての電力レベルおよび／または位相レベルが測定されたかどうかを判定することができる。イエスの場合、次いで、システムはブロック３７４に進むことができる。ノーの場合、次いで、システムは、ブロック３６９において電力レベルおよび／または位相レベルを調整して、ブロック３７０に戻ることができる。
【００４４】
ブロック３７４で、アンテナ素子１０２Ａおよび１０２Ｂによって送信された信号の振幅の間の比較に基づいて、可変利得増幅器２４６Ａ、２４６Ｂが調整され、その振幅が、生成された同じ信号に基づいて実質的に同じ電力を送信するように較正される。さらに、アンテナ素子１０２Ａおよび１０２Ｂによって送信された信号の位相の間の相関に基づいて、位相調整器２４４Ａおよび２４４Ｂが調整され、その位相が、同じ発生信号で実質的に同じ位相で送信されるように較正される。
【００４５】
可変利得増幅器２４６Ａ、２４６Ｂ、および／または位相調整器２４４Ａ、２４４Ｂの値は、ビーム操縦チップまたは信号プロセッサなどのビーム操縦インターフェースを通じて送信されたデジタルコマンドを使用して制御され得る。位相調整器は、特定の数の位相度の合計で位相を制御するｎビット位相調整器であってもよい。したがって、較正プロセスは、最も近い位相値を可能にする状態であるように較正され得る。いくつかの実施形態では、較正は、図３Ｄの他のブロックの前、または後に行われる。
【００４６】
図４は、実施形態に係る、４つのアンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｎの間に配置されたプローブ３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃの概略ブロック図４００である。ブロック図４００において、プローブ３１０Ａは、アンテナ素子１０２Ａとアンテナ部品１０２Ｂから等距離で配置されている。プローブ３１０Ｂは、アンテナ素子１０２Ｂとアンテナ素子１０２Ｃから等距離で配置されている。プローブ３１０Ｃは、アンテナ素子１０２Ｃとアンテナ素子１０２Ｎから等距離で配置されている。アンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、および１０２Ｎは、直線的に配置されている。
【００４７】
この実施形態において、アンテナ素子１０２Ａおよび１０２Ｂが最初に較正される。アンテナ素子１０２Ｂ、１０２Ｃ、および１０２Ｎに接続された送信機がオフにされる。ミキサー３０２Ａが信号を生成し、その信号は、位相調整器２４４Ａによって位相シフトされ、可変利得増幅器２４６Ａによって増幅されて、アンテナ素子１０２Ａから送信される。プローブ３１０Ａが信号を受信する。次に、アンテナ１０２Ｂが、同じプローブ３１０Ａが検出する信号を送信する。この実施形態において、プローブ３１０Ａは電力検出器３１２Ａに接続されている。アンテナ素子１０２Ａおよび１０２Ｂは、図３Ａに記載のプロセスと同様に較正される。しかしながら、プローブ３１０Ａは、ミキサーに接続されてもよく、図３Ｂに記載のプロセスと同様に較正されてもよい。較正の他のやり方が可能である。例えば、他のコンポーネントをプローブ３１０Ａに接続して、位相および／または振幅を測定してもよい。さらに、位相および／または振幅の相対的な測定値を使用して、他の較正方法を使用することができる。
【００４８】
次に、アンテナ素子１０２Ｂおよび１０２Ｃが較正される。次いで、１０２Ｃおよび１０２Ｎが較正される。この実施形態において、較正は連続的に起こる。しかしながら、較正は異なる時間ステップで起こり得る。例えば、アンテナ素子１０２Ｂがアンテナ１０２Ａで較正するための信号を送信しているとき、プローブ３１０Ａが信号を検出しているだけでなく、プローブ３１０Ｂも信号を検出することができる。したがって、アンテナ素子１０２Ａおよび１０２Ｂが較正されている間に、アンテナ素子１０２Ｂと１０２Ｃとの間の較正が並行して開始することができる。この実施形態において、隣接するアンテナ素子が較正されている。しかしながら、プローブから等距離にある任意の組のアンテナ素子を較正できることが理解される。例えば、第１および第４のアンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｎは、第２および第３のアンテナ素子１０２Ｂ、１０２Ｃの間のプローブ３１０Ｂによって較正することができる。
【００４９】
図５Ａは、実施形態に係る、３つずつの４つのアンテナ素子のアレイの間に配置されたプローブの概略ブロック図である。プローブ３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃ〜３１０Ｍ（本明細書では、まとめて３１０と称される）は、４つのアンテナ素子１０２の組の間に対称的に配置されている。この実施形態において、プローブ３１０は、４つのアンテナ素子の組におけるそれぞれのアンテナ素子１０２から等距離にある。しかしながら、プローブ３１０は、少なくとも２つのアンテナ素子１０２から等距離にある距離に配置されてもよいことが理解される。
【００５０】
図５Ｂは、実施形態に係る、３×４のアンテナ素子のアレイ間に配置された、プローブを使用する較正のためのフローチャートである。
【００５１】
ブロック５２２で、全てのアンテナ素子１０２に接続された全ての送信機がオフにされる。ブロック５２４で、４つのアンテナ素子のうちの第１の組が一緒に較正される。次いで、第１のアンテナ素子１０２Ａが信号を送信する。プローブ３１０Ａは、この信号を受信し、電力検出器３１２Ａを使用して電力を測定して、電力を記録する。これは、第１のプローブ３１０Ａから等距離にある他の３つのアンテナ素子１０２に対して繰り返される。次いで、４つのアンテナ素子の組のうちのそれぞれのアンテナ素子１０２の利得は、互いに関して較正されるように調整される。次いで、全ての４つのアンテナ素子１０２は、（例えば、位相値が等しい）最大電力を提供する位相構成を識別するために、信号、調整された位相、および記録された位相を送信する。同じ試験は、電力が最小化される（例えば、位相が１８０度離れている）ときに行われる。較正は、図３Ａ、３Ｂに記載されたのと同様な手法、および本開示に記載された他のやり方と同様のやり方で行うことができる。
【００５２】
本開示は、４つのアンテナを一度に較正するような、一定の実施形態を論じることができるが、実施形態は、異なる数の送信機、アンテナ素子、プローブなどを使用して実装され得ることが理解される。例えば、電力は、４つのアンテナ素子について一度に較正することができ（例えば、４つのアンテナ素子について電力が記録されると、４つのアンテナ素子のそれぞれの利得が参照利得値を満たすように調整され）、一方、位相は、対で較正する（例えば、アンテナ素子１０２Ａおよび１０２Ｂを最初に較正し、次いで、アンテナ素子１０２Ａおよび１０２Ｍ−１を較正する）ことができる。
【００５３】
４つのアンテナ素子の組のうちのアンテナ素子１０２を互いに参照して較正した後、較正手順は、４つのアンテナ素子１０２の次の組を較正し得る。次の組におけるアンテナ素子を除くアンテナ素子が、ブロック５２６でオフにされる。ブロック５２８で、第１および第２の組の両方にあるアンテナ素子が識別される。次いで、ブロック５３０で、アンテナ素子の次の組が、識別されたアンテナ素子を参照として用いて較正される。次の組の４つのアンテナ素子１０２は、次のプローブ３１０Ｂから等距離にあり得る。同じ、もしくは異なる較正方法が、次の組の４つのアンテナ素子１０２のために使用されてもよい。素子の列を横切るアンテナ素子１０２の組が計算された後、プロセスは、４つのアンテナ素子１０２の組の次の列に対して繰り返され得る。例えば、アンテナ素子１０２の組がプローブ３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃを使用して較正された後、次いで、較正される４つのアンテナ素子１０２の次の組は、プローブ３１０Ｍから等距離にあるものであり得る。
【００５４】
電力値が較正されると、アンテナ素子１０２Ａに接続された送信機、およびアンテナ素子１０２Ｂに接続された送信機がオンにされる。電力較正に基づいて、アンテナ素子１０２Ａおよび１０２Ｂは、実質的に同じ電力レベルで信号を送信する。位相調整器２４４Ａまたは２４４Ｂの一方または両方を調整する。プローブ３１０Ａは、アンテナ素子１０２Ａおよび１０２Ｂから両方の信号を受信し、電力検出器３１２Ａで電力値を検出する。電力が最大化されるとき、位相調整器２４４Ａおよび２４４Ｂは整合される（例えば、位相値が等しい）。電力が最小化されるとき、位相調整器２４４Ａおよび２４４Ｂは逆である（例えば、１の位相は、１８０度を加えた他の位相に等しい）。この相対関係を使用して、システムは、一方のアンテナ素子の位相を他方のアンテナ素子に対して較正することができる。
【００５５】
図６Ａは、実施形態に係る、２つのアンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂの間に配置されたＲＦ電力源６１０を有するプローブ３１０Ａの概略ブロック図である。このブロック図６００において、プローブ３１０Ａは２つのアンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂ間に等距離で配置される。プローブ３１０Ａは、アンテナ素子１０２Ａおよび１０２Ｂが受信するための信号を送信することができる。
【００５６】
図６Ｂは、実施形態に係る、２つのアンテナ素子の間に配置されたＲＦ電力源を有する、プローブを使用する較正のためのフローチャートである。ブロック６２２において、プローブ３１０Ａは、信号を送信する放射素子である。プローブ３１０Ａは、ＲＦ電力源６１０に接続され得る。ブロック６２４で、アンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂは、プローブ３１０Ａから送信された信号を受信する。アンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂは、位相調整器６０４Ａおよび６０４Ｂ、可変利得増幅器６０６Ａ、６０６Ｂ、およびＩ／Ｑミキサー６０２Ａ、６０２Ｂに接続され得る。アンテナ素子１０２Ａ、１０２Ｂは、信号を受信し、Ｉ／Ｑミキサー６０２Ａ、６０２Ｂを使用して位相および振幅を検出する。ブロック６２６で、アンテナ素子は、検出された位相および振幅の測定値の比較に基づいて較正される。
【００５７】
図７は、プリディストーション線形化を有するフェーズドアレイを示す。一実施形態において、フェーズドアレイは、アナログフェーズアレイまたはハイブリッドフェーズドアレイに対応し、移動電話基地局などの時分割複信（ＴＤＤ）通信システムに関して使用される。レーダーシステムなどの他のシステムも適用可能である。図８Ａ〜８Ｃに関連して後でより詳細に説明するように、フェーズドアレイ素子７０２ａ〜７０２ｎは、位相シフタおよび可変利得増幅器を含み、送信および受信の両方のために、フェーズドアレイのパターンまたは「ビーム」を調整することができる。いくつかの実施形態において、所望のパターンに対して各フェーズドアレイ素子に適用される位相シフト量および利得調整量は、図１Ａ〜６Ｂに関して先に記載した技術によって決定することができる。しかしながら、代わりに他の技術を使用することができる。
【００５８】
プリディストータ７０４は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）７０６および適合制御７０８を含む。入力信号ＶＳ（ｔ）は、ＤＳＰ７０６への入力として提供される。例えば、入力信号ＶＳ（ｔ）は、モデムの変調器によって生成することができ、ベースバンド複素変調エンベロープに対応する。ＤＳＰ７０６は、サンプルごとに入力信号ＶＳ（ｔ）に対するプリディストーションを行って、フェーズドアレイ素子７０２ａ〜７０２ｎのＲＦ電力増幅器によって、まとめて導入された非線形性を補完する、プリディストーションされた駆動信号ＶＰ（ｔ）を生成することができる。示された実施形態において、プリディストータ７０４によって提供された同じディストーションは、フェーズドアレイのフェーズドアレイ素子７０２ａ〜７０２ｎの複数または全てのＲＦ電力増幅器に適用される。
【００５９】
幅広く多様なアルゴリズムがプリディストーションに使用することができる。さらに、ＤＳＰ７０６は、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ、ルックアップテーブルなどの幅広く多様な信号処理回路に対応することができるが、これらに限定されることはない。ＤＳＰ７０６が入力信号ＶＳ（ｔ）をプリディストーションする手法は、実装されている特定のプリディストーションアルゴリズム、およびＤＳＰ７０６内の係数によって決定される。適合制御７０８は、入力信号ＶＳ（ｔ）のサンプルを、デジタルフィードバック信号ＶＤＲ（ｔ）の対応するサンプルと比較して、ＤＳＰ７０６によって適用されるプリディストーションの適切な係数を決定することができる。これらの適切な係数は、異なる増幅器、経年、温度変化、異なる駆動レベル、様々なビームパターンなどで変わることができ、必要に応じて適合制御部７０８によって適合的に調整することができる。プリディストーションおよび適合調整についての議論については、例えば、ＮＡＧＡＴＡ，Ｙ，Ｌｉｎｅａｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ＩＥＥＥ  Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（１９８９），ｐｇｓ．１５９〜１６４、およびＣＡＶＥＲＳ，Ｊ．Ｋ．，Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  Ｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ａ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｅｒ  Ｗｉｔｈ  Ｆａｓｔ  Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｌｏｗ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．４，ｐｐ．３７４〜３８３，Ｎｏｖ  １９９０を参照されたい。
【００６０】
適合調整、および適合調整のためのＲＦサンプルの収集は、連続的に行われる必要はなく、その代わりに、周期的なように、またはビーム角／アンテナパターン／利得／電力レベルへの変化のような変化に応答して、散発的に行うことができる。
【００６１】
ＤＳＰ７０６は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、現場プログラミング可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのハードウェアに実装され得る。適合制御７０８の部分は、特定のプリディストーションアルゴリズムのための機械可読命令を実行するプロセッサによって、ソフトウェア／ファームウェアで実装することができる。適合制御７０８によって行われる計算は、リアルタイムで行われる必要はなく、メモリデバイスに記憶され、メモリデバイスから検索されるデータを使用して行うことができる。
【００６２】
デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）７１０は、プリディストーションされた駆動信号ＶＰ（ｔ）をデジタル形式からアナログ形式に変換し、アナログのプリディストーションされた駆動信号ＶＡ（ｔ）をアップ変換器７１２への入力として提供する。アップ変換器７１２は、アナログのプリディストーションされた駆動信号ＶＡ（ｔ）をアップ変換された信号ＶＵ（ｔ）に変換する。示された実施形態において、アナログのプリディストーションされた駆動信号ＶＡ（ｔ）は、ベースバンド信号であり、アップ変換された信号ＶＵ（ｔ）は、より高い周波数信号であって、例えば、無線周波数、マイクロ波周波数、ミリメートル波（ＲＦ／ＭＷ／ｍｍｗ）とすることができる。本開示の文脈において、無線周波数（ＲＦ）という用語は、マイクロ波およびミリメートル波周波数を含むが、これらに限定されない。一例において、アップ変換器７１２は、直交アップ変換器に対応することができる。他のタイプのアップ変換器を使用することができる。アップ変換器７１２は、例えば、ミキサー、フィルタ、および可変利得増幅器を含むことができる。
【００６３】
アップ変換された信号ＶＵ（ｔ）は、１つ以上のＷｉｌｋｉｎｓｏｎ電力分割器を含むことができる電力分割器７１４に入力として提供される。従来のＴＤＤシステムとは対照的に、いくつかの実施形態において、電力分割器７１４は、送信／送付経路に専用であり、受信／リターン経路のために使用されない。電力分割器７１４は、複数のフェーズドアレイ要素７０２ａ〜７０２ｎに、駆動信号と同じプリディストーションされた信号を提供する。
【００６４】
フェーズドアレイ素子７０２ａ〜７０２ｎは、線形化されるＲＦ電力増幅器ならびに他のコンポーネントを含む。フェーズドアレイにおけるフェーズドアレイ素子７０２ａ〜７０２ｎの数は、非常に広い範囲で変わることができる。２の累乗に制限されるものではないが、２の累乗である数は実装が容易である。一例において、フェーズドアレイ素子７０２ａ〜７０２ｎの数は、１６〜１０２４の範囲内である。いくつかの実施形態において、フェーズドアレイ素子７０２ａ〜７０２ｎのそれぞれは、互いに同一であるように製造することができるが、異なる位相シフタ、および／または利得設定／電力設定で動作中に変わる可能性がある。フェーズドアレイ素子７０２ａ〜７０２ｎは、送信端子Ｔ、受信／リターン端子Ｒ、およびアンテナ素子端子Ｔを有することができる。ＴＤＤシステムのための従来のフェーズドアレイ素子とは対照的に、本発明のいくつかの実施形態における送信および受信／リターン経路は、別個もしくは専用にすることができる。これは、好都合なことに、フェーズドアレイのそれぞれのＲＦ増幅器がそれ自体のプリディストーション線形化を有するシステム以上に、比較的大きなコストおよびサイズの改善を提供する。明確にするために、電力および制御端子などの他の端子は示されていない。フェーズドアレイ素子７０２ａ〜７０２ｎの様々な実施形態は、図８Ａ〜８Ｃに関して後でより詳細に記載される。
【００６５】
示された実施形態において、リターン／受信経路は、同じ経路であり、かつ送付／送信経路とは別個である。いくつかの実施形態において、それぞれの受信経路は、その受信信号の位相を調整し、それにより、全ての受信信号が同相で加算される。受信経路における振幅調整も可能であり、もしあれば、経路のミスマッチを補償することができる。ハードウェアＲＦ電力コンバイナ７１６は、リターン／受信経路からの信号を組み合わせて、ダウン変換器７１８への入力として提供される、組み合わされた信号ＶＣ（ｔ）を生成する。送信フェーズの間、リターン／受信経路はＲＦサンプル信号を搬送することができる。受信フェーズの間、リターン／受信経路は、携帯電話によって送信された信号などの受信信号を搬送することができる。いくつかの実施形態において、ハードウェアＲＦ電力コンバイナ７１６は、１つ以上のＷｉｌｋｉｎｓｏｎコンバイナを含むことができる。ハードウェアＲＦ電力コンバイナ７１６はマルチプレクサに対応しない。
【００６６】
ダウン変換器７１８は、ＲＦ信号である、組み合わされた信号Ｖｃ（ｔ）信号を、ベースバンドまたは中間周波数信号であり得る、ダウン変換された信号ＶＤ（ｔ）に変換する。ダウン変換器７１８は、ミキサーおよびフィルタを含むことができ、かつ、いくつかの実施形態において、追加の増幅器を含むことができる。ダウン変換された信号ＶＤ（ｔ）は、ダウン変換された信号ＶＤ（ｔ）を、デジタルのダウン変換された信号ＶＤＲ（ｔ）に変換する、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）７２０への入力として提供される。
【００６７】
フェーズドアレイが送信されているとき、デジタルのダウン変換された信号ＶＤＲ（ｔ）の選択されたサンプルを、プリディストーションの適合調整のため収集することができる。フェーズドアレイが受信されるとき、デジタルのダウン変換された信号ＶＤＲ（ｔ）を、例えば、モデム（図示せず）の復調器への入力として提供して、受信信号を生成することができる。
【００６８】
適合制御７０８は、入力信号ＶＳ（ｔ）のサンプルを、デジタルのダウン変換された信号ＶＤＲ（ｔ）の対応するサンプルと比較して、プリディストーション係数を推定することができる。例えば、入力信号ＶＳ（ｔ）からのサンプルは、デジタルのダウン変換された信号ＶＤＲ（ｔ）と整合するために、スケーリングさせ、回転させ、および遅延させることができる。一例において、適合アルゴリズムは、そのプリディストーション係数を調整して、入力信号ＶＳ（ｔ）とデジタルのダウン変換された信号ＶＤＲ（ｔ）の間の合計誤差（平均二乗誤差など）を最小化することができる。
【００６９】
図８Ａ〜８Ｃは、フェーズドアレイ素子８０２、８２２、８４２の様々な実施形態を示す。他の変形が可能である。これらのフェーズドアレイ素子８０２、８２２、８４２は、図７に関して先に記載された、フェーズドアレイ素子７０２ａ〜７０２ｎのいずれかに使用することができる。記述の繰り返しを回避するために、同じもしくは同様の機能を有するコンポーネントは、同じ参照番号によって参照され得る。
【００７０】
図８Ａに示された実施形態において、送信経路および受信／リターン経路は別個である。ＴＤＤシステムにおいて、送信と受信が異なる時間に起こる。送信しているとき、リターン／受信経路を使用して、送信信号のＲＦサンプルを提供することができる。受信しているとき、リターン／受信経路を使用して、受信信号を提供する。フェーズドアレイ素子８０２は、送信側位相シフタ８０４、可変利得ＲＦ電力増幅器８０６、漏洩スイッチ８０８、低雑音増幅器（ＬＮＡ）８１０、およびリターン側位相シフタ８１２を含む。送信側位相シフタ８０４、および可変利得ＲＦ電力増幅器８０６の利得の量によって提供される位相シフトの量は、所望のアンテナパターンまたはビーム形成に基づいて決定される。
【００７１】
送信される場合、適合調整のためのＲＦサンプルを収集するために送信側から受信側へ漏洩スイッチ８０８を横切って比較的少量の送信電力を漏洩させることができる。通常、漏洩スイッチ８０８は、アンテナ素子の送信側またはリターン／受信側のいずれかを選択する。送信側とリターン／受信側との間の適切な量の漏洩を特定し、漏洩スイッチ８０８に意図的に導入することができる。適用可能な漏洩量は、非常に広範な範囲で変わり得、かつＬＮＡ８１０によって提供される利得の量によって変わり得る。この漏洩電力は、送信信号のＲＦサンプルをリターン／受信側を提供する。
【００７２】
ＬＮＡ８１０は、携帯電話などの他の供給源から信号を受信するためのリターン／受信経路内に存在し得るが、送信信号のＲＦサンプリングに必要ではない。ＲＦサンプリングの間、複数のフェーズドアレイ素子８０２のＬＮＡ８１０の利得は同じにすることができる。動作の間、リターン側位相シフタ８１２は、リターン／受信経路が、プリディストーションの適合調整のためにＲＦサンプルの収集に使用されているか、または受信に使用されているかによって異なる設定を行うことができる。
【００７３】
リターン／受信経路がＲＦサンプルの収集に使用されているとき、リターン側位相シフタは、リターン経路信号がハードウェアＲＦ電力コンバイナ７１６（図７）で同相に整合されるように調整されるべきである。いくつかの実施形態において、リターン側位相シフタ８１２が、送信側位相シフタ８０４の位相シフトに対して逆位相シフトを効果的に実行することを意味することができる。追加のオフセットによって考慮される必要のある経路長の変形が存在し得ることが理解されるであろう。これらの変形は、製造または較正プロセスの間に決定され得、ルックアップテーブルに保存され得る。リターン／受信経路が受信するために使用されているとき、リターン側位相シフタ８１２は、所望のアンテナパターンを実装するように調整することができる。
【００７４】
図８Ｂに示された実施形態において、送信経路および受信／リターン経路は、再び別個の経路、もしくは専用経路になる。フェーズドアレイ素子８２２は、送信側位相シフタ８０４、可変利得ＲＦ電力増幅器８０６、方向性カプラ８２４、スイッチ８２６、低雑音増幅器（ＬＮＡ）８１０、およびリターン側位相シフタ８１２を含む。ＴＤＤシステムにおいて、スイッチ８２６は、送信しているときにアンテナ素子のための送信側を選択し、かつスイッチ８２６は、受信しているときにアンテナ素子のための受信側を選択する。
【００７５】
送信しているとき、適合調整のためのＲＦサンプルを収集するために、（ＲＦサンプルとして知られている）比較的少量の送信電力が、方向性カプラ８２４介して送信側からリターン／受信側に結合される。結合係数は重要ではない。例えば、結合係数は、１０デシベル（ｄＢ）〜２０ｄＢなどであり得る。他の量が結合係数に適用可能であり、当業者によって容易に決定されるであろう。しかしながら、いくつかの実施形態において、結合係数は、フェーズドアレイの方向性カプラ８２４に対してと、ほぼ同じである。結合された出力からのＲＦサンプルは、ＬＮＡ８１０の前または後ろのリターン／受信経路に提供され得るが、リターン側位相シフタ８１２の前に提供されるべきである。例えば、スイッチを使用して、信号経路の所望の点にＲＦサンプルを提供することができる。
【００７６】
図８Ａに関して先に記載したように、リターン／受信経路がＲＦサンプルの収集に使用されているとき、リターン側位相シフタ８１２は、リターン経路信号がハードウェアＲＦ電力コンバイナ７１６（図７）で同相に整合されるように調整されるべきである。リターン／受信経路を受信するために使用されているとき、リターン側位相シフタ８１２は、所望のアンテナパターンを実装するように調整することができる。
【００７７】
図８Ｃに示された実施形態において、送信経路および受信経路は同じであり、専用のリターン経路が適合調整用のＲＦサンプルを提供することができる。フェーズドアレイ素子８４２は、送信側位相シフタ８０４、可変利得ＲＦ電力増幅器８０６、方向性カプラ８２４、スイッチ８２６、低雑音増幅器（ＬＮＡ）８１０、リターン側位相シフタ８４４、および受信経路位相シフタ８４６を含む。
【００７８】
図８Ｃに示された実施形態において、送信動作と受信動作は、従来のフェーズドアレイ素子に見られる動作と同様であり得る。電力分割器７１４は、受信経路のための組み合わせ機能を提供することができ、図８Ｃでは受信経路とリターン経路が分離されているので、ダウン変換器７１８およびＡＤＣ７２０などのコンポーネントは、受信経路およびリターン経路用に複製することができる。
【００７９】
方向性カプラ８２４は、リターン経路信号がハードウェアＲＦ電力コンバイナ７１６（図７）で同相に整合されるように調整することができるリターン側位相シフタ８４４に、ＲＦサンプルを提供する。ＬＮＡ８１０の利得および受信経路位相シフタ８４６の位相は、所望のアンテナパターンまたはビーム形成に基づいて調整することができる。
【００８０】
図９は、プリディストーション係数を決定するためのデータ収集のために信号を配列する方法を示す。プロセスは、ＲＦサンプル信号がハードウェアＲＦ電力コンバイナ７１６（図７）において位相整合される（９０２）ように、ＲＦサンプル信号の位相を調整する。位相整合は、位相シフタ８１２、８４４（図８Ａ〜８Ｃ）に位相調整を提供することによって達成することができる。これらの位相整合されたＲＦサンプル信号は、組み合わされた信号を生成するために、ハードウェアＲＦ電力コンバイナ７１６で組み合わされる（９０４）。次いで、適合調整アルゴリズムは、入力信号の部分と、組み合わされた信号から、例えば、組み合わされた信号の、ダウン変換されデジタル変換されたバージョンの対応する部分から、導出された信号の対応する部分との間の比較に基づいて、使用する適切なプリディストーション係数を決定する（９０６）。
【００８１】
本明細書で論じられた、原理および利点のいずれもが、本明細書の教示のいずれかから利益を得ることができる任意の他のシステム、装置または方法に関して実装することができる。例えば、本明細書で論じられた原理および利点のいずれもが、フェーズドアレイの振幅または位相を調整する必要がある任意のデバイスに関して実装することができる。
【００８２】
本開示の態様は、様々な電子デバイスで実装することができる。例えば、１つ以上の上記のフェーズドアレイ実施形態は、本明細書で論じられる原理および利点のいずれかにより実装することができ、かつ様々な電子デバイスに含まれ得る。電子デバイスの例としては、これに限定されるものではないが、携帯電話基地局、レーダーシステム、レーダー検出器、消費者電子製品、半導体ダイおよび／またはパッケージ化モジュールなどの消費者電子製品の部品、電子試験装置などが挙げられるが、これらに限定されない。電子デバイスの例はまた、通信ネットワークを含むことができる。消費者電子製品は、これに限定されるものではないが、スマートフォンなどの電話機、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートウオッチまたはイヤーピースなどの着用可能なコンピューティングデバイス、自動車、カムコーダー、カメラ、デジタルカメラ、携帯型メモリチップ、ワッシャ、ドライヤー、ワッシャ／ドライヤー、コピー機、ファクシミリ機、スキャナ、多機能周辺デバイス、ワイヤレスアクセスポイント、ルータなどを含むことができる。さらに、電子デバイスは、産業および／または医療用途を含む、未完成の製品を含むことができる。
【００８３】
文脈上明確に別段の定めがない限り、明細書および特許請求の範囲を通じて、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などの語は、排他的または網羅的な意味とは対照的に包括的な意味で、言い換えれば、「含むが、これに限定されない」という意味で解釈されるべきである。本明細書で一般に使用されるとき、「結合された」または「接続された」という語は、直接接続されるか、または１つ以上の中間要素によって接続され得るかのいずれかの２つ以上の要素を意味する。したがって、図に示される様々な回路図は、要素およびコンポーネントの例示的な配列を示すが、（示された回路の機能に悪影響を及ぼさないと仮定して）、追加の介在要素、デバイス、特徴、またはコンポーネントが、実際の実施形態に存在し得る。さらに、「本明細書で」、「上記」、「下記」という語、および同様の意味の語は、本出願において使用されるとき、この出願全体を意味するものとし、この出願の任意の特定の部分を意味しないものとする。文脈が許す限り、単数または複数の数字を使用する一定の実施形態の詳細な説明における語は、それぞれ複数または単数を含むこともできる。２つ以上の項目のリストを参照する「または」という語は、その単語の以下の解釈、すなわち、リスト内の項目のいずれか、リスト内の全ての項目、およびリスト内の項目のいずれかの組み合わせ、を全て網羅することを意図している。本明細書で提供される数値または距離は全て、測定誤差内で同様の値を含むことを意図している。
【００８４】
一定の実施形態について記載してきたが、これらの実施形態は単なる例示として提示されたものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。実際、本明細書に記載された新規な装置、システム、および方法は、様々な他の形式で具現化されてもよい。さらに、本開示の主旨から逸脱することなく、本明細書に記載の方法およびシステムの形式における様々な省略、置換および変更を行ない得る。添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物は、本開示の範囲および主旨に含まれるようなそのような形式または改変を網羅するように意図されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ−１】
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【図３Ｂ−２】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【外国語明細書】
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