(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスであって、
第1の増幅器を各々が備える複数の受信経路と、
前記複数の受信経路の各出力に結合された追加の増幅器と、
前記追加の増幅器の出力に結合されたミキサと、前記第１の増幅器はトランスコンダクタンス増幅器を備え、前記デバイスは電力コンバイナを除いた前記複数の受信経路の各々からの各信号を結合するように構成される、
を備え、ここにおいて、前記第１の増幅器は、前記ミキサに近接してクラスタ化される、
デバイス。
【請求項２】
前記複数の受信経路の各受信経路が、低雑音増幅器（ＬＮＡ）と前記トランスコンダクタンス増幅器との間に結合された位相シフタを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
各受信経路が、位相シフタと低雑音増幅器（ＬＮＡ）との間に結合された前記トランスコンダクタンス増幅器を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
複数の受信経路の各々において信号を受信することと、前記複数の受信経路の各々はトランスコンダクタンス増幅器を備える、
電力コンバイナを除いた前記複数の受信経路の各受信経路において受信された各信号を、結合された信号へと追加の増幅器の入力において、結合することと、
前記増幅器から出力された前記結合された信号のバージョンをダウンコンバートすることと、
を備え、前記受信することは、前記ダウンコンバートすることが実行されるエリアに物理的に近接するエリアにおいて前記信号のバージョンを増幅することを備える、
方法。
【請求項５】
信号を前記受信することが、低雑音増幅器（ＬＮＡ）と前記トランスコンダクタンス増幅器との間に結合された位相シフタを備える複数の受信経路の各々において信号を受信することを備える、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
信号を前記受信することが、低雑音増幅器（ＬＮＡ）と位相シフタとの間に結合された前記トランスコンダクタンス増幅器を備える複数の受信経路のうちの少なくとも１つにおいて信号を受信することを備える、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
結合された信号を増幅することをさらに備える、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
増幅するための手段を備える複数の受信経路の各々において信号を受信するための手段と、前記増幅するための手段はトランスコンダクタンス増幅器を備える、
電力コンバイナを除いた前記複数の受信経路の各受信経路において受信された各信号を、結合された信号へと追加の増幅器の入力において、結合するための手段と、
前記増幅器の出力をダウンコンバートするための手段と、
を備え、前記増幅するための手段は、前記ダウンコンバートするための手段に近接してクラスタ化される、
デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、一般にビームフォーミングに関する。より詳細には、本発明は、フェイズドアレイ・アプリケーション（phased array application）における無線周波数（ＲＦ）ビームフォーミングのためのシステム、デバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]ビームフォーミングは、通信信号の受信または送信の指向性を制御するために使用され得る。送信システムでは、ビームフォーマは、３次元空間における放射界（a radiated field）を「成形する（shape）」ために、信号源とアンテナ放射素子との間で用いられ得る。受信システムでは、ビームフォーマは、その受信システムの視野の中で発信する信号（signals originating in its field of view）に対して受信システムの相対的空間感度に影響を与える（を成形する）ために、アンテナアレイと受信機との間で用いられ得る。
【０００３】
[0003]無線周波数（ＲＦ）ビームフォーミングは、ミリ波・アプリケーションにおいて普及している。従来のＲＦビームフォーミング・アーキテクチャは、多くの課題を提起している。一例として、従来のＲＦ位相回転器（RF phase rotators）は、電力を段階ごとに分離または結合し（split or combine power stage-by-stag）得る電力結合（power combining）および／または電力分離（power splitting）ネットワークを使用し得る。当業者なら諒解するように、電力結合ネットワークおよび電力分離ネットワークは、大量の面積を消費し、相当な損失を示すことがある。
【発明の概要】
【０００４】
[0004]フェイズドアレイ・アプリケーションにおけるビームフォーミングを向上させる方法、システムおよびデバイスの必要性が存在する。より具体的には、ビームフォーミング・アーキテクチャの面積の量を低減するための方法、システムおよびデバイスの必要性が存在する。さらに、ビームフォーミング・アーキテクチャの電力損失を低減するための方法、システムおよびデバイスの必要性が存在する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】[0005]様々なビームフォーミングアレイ・アーキテクチャを示す図。
【図２Ａ】[0006]複数の電力分離器を含むビームフォーミング送信機を示す図。
【図２Ｂ】[0007]複数の電力コンバイナを含むビームフォーミング受信機を示す図。
【図３】[0008]本発明の例示的な実施形態による送信機ビームフォーミング・デバイスを示す図。
【図４】[0009]本発明の例示的な実施形態による別の送信機ビームフォーミング・デバイスを示す図。
【図５】[0010]本発明の例示的な実施形態による受信機ビームフォーミング・デバイスを示す図。
【図６】[0011]本発明の例示的な実施形態による別の受信機ビームフォーミング・デバイスを示す図。
【図７】[0012]本発明の例示的な実施形態による、送信機ユニットと受信機ユニットとを含むデバイスを示す図。
【図８】[0013]本発明の例示的な実施形態による方法を示すフローチャート。
【図９】[0014]本発明の例示的な実施形態による別の方法を示すフローチャート。
【詳細な説明】
【０００６】
[0015]添付の図面とともに以下に示す詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を説明するものであり、本発明を実施できる唯一の実施形態を表すものではない。この明細書全体にわたって使用する「例示的（exemplary）」という用語は、「例、事例、または例示の働きをすること」を意味し、必ずしも他の例示的な実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈すべきではない。詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解を与える目的で具体的な詳細を含む。本発明の例示的な実施形態はこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者には明らかであろう。いくつかの事例では、本明細書で提示する例示的な実施形態の新規性を不明瞭にしないように、よく知られている構造およびデバイスをブロック図の形式で示す。
【０００７】
[0016]当業者なら理解するように、従来のポイントツーポイント通信において、１アンテナソリューションを使用する場合、大量のエネルギーが浪費されることがある。したがって、空間領域内でエネルギーを収束させ得る様々なアレイアーキテクチャ（すなわち、アンテナのアレイ）が、当技術分野でよく知られている。図１は、様々なビームフォーミングアレイ・アーキテクチャを示す。図１は、様々な受信機ベースのビームフォーミングアレイ・アーキテクチャを示すが、送信機ベースのビームフォーミングアレイ・アーキテクチャを、当業者なら理解するであろう。特に、参照番号１００は無線周波数（ＲＦ）経路ビームフォーミング・アーキテクチャを示し、参照番号１０２は局部発振器（ＬＯ）経路ビームフォーミング・アーキテクチャを示し、参照番号１０４は中間周波数（ＩＦ）経路ビームフォーミング・アーキテクチャを示し、参照番号１０６はデジタル領域アーキテクチャを示す。
【０００８】
[0017]ＲＦ経路ビームフォーミングが、小面積および低電力を使用し得ることは、理解されよう。さらに、ＲＦ経路ビームフォーミング・アーキテクチャ１００などのＲＦ経路ビームフォーミングは、良好な信号対雑音比（ＳＮＲ）と良好な信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：signal to interference-plus-noise ratio）とを示し得る。しかしながら、ＲＦ経路ビームフォーミングの課題は、高線形性、広帯域、低損失、および低域のＲＦ位相シフタ（low-area RF phase shifter）のために設計することを含む。さらに、ＬＯ経路ビームフォーミング・アーキテクチャ１０２などのＬＯ経路ビームフォーミングは、ＬＯの振幅変動に対して低い感度を示すことがある。一方、ＬＯ経路ビームフォーミングの課題は、大きなＬＯネットワークの設計を含み、ミリ波ＬＯ信号を生成することは困難であることがある。ＩＦ経路ビームフォーミング・アーキテクチャ１０４などのＩＦ経路ビームフォーミングは、良好な線形性を示し得、低電力位相シフタを使用し得る。しかしながら、ＩＦ経路ビームフォーミングは、少ない構成要素共有（less component sharing）と大きなＬＯネットワークとを含む。さらに、オフセット較正（offset calibration）は、複数のミキサに対して困難であり得る。加えて、デジタル領域アーキテクチャ１０６などのデジタル領域アーキテクチャは多用途であり得るが、それは、高速のデジタル信号プロセッサを必要とし、高い電力消費を示すことがある。
【０００９】
[0018]図２Ａは、複数の電力分離器（power splitters）２０２を含む送信機ビームフォーミング・デバイス２００を示す。ビームフォーミング・デバイス２００は、無線周波数（ＲＦ）ミキサ（図示せず）および分配増幅器（distribution amplifier）２０８から信号を受信するように構成された増幅器２０６をさらに含む。当業者なら諒解するように、ビームフォーミング・デバイス２００は、１：１６電力分配ツリー（a 1:16 power distribution tree）において段階ごとに電力を分離する。各電力分離器２０２は、大量の面積を消費し、相当な損失を示すことがある。その結果、デバイス２００の利得および１ｄＢ出力電力圧縮点（1dB output power compression point）が、劣化することがある。
【００１０】
[0019]図２Ｂは、複数の低雑音増幅器（ＬＮＡ）２５４間またはダウンコンバータ２５２間で結合された電力結合ネットワーク２３２を含む受信ビームフォーミング・デバイス２３０を示す。図示のように、電力結合ネットワーク２３２は、複数の受動コンバイナ（passive combiners）２３８、２４２、２４８と能動電力コンバイナ（active power combiners）２３４とを含む。電力コンバイナ２３８の挿入損失（insertion loss）（ＩＬ）は、ブロック２３６で示される。さらに、電力コンバイナ２４２および２４８の挿入損失は、ブロック２４０、２４４、２４６および２５０で示される。当業者なら理解するように、各電力コンバイナ２３８、２４２、２４８、２３４は、大量の面積を消費し、相当な損失を示すことがある。さらに、電力を段階ごとに結合する電力コンバイナ２３８、２４２、２４８、２３４の使用に少なくとも部分的に起因して、ビームフォーミング・デバイス２３０の雑音指数（a noise figure）が劣化することがある。
【００１１】
[0020]図３は、本発明の例示的な実施形態によるデバイス３００を示す。「送信機ビームフォーミング・アーキテクチャ」とも呼ばれることがあるデバイス３００は、複数の送信経路３１２Ａ〜３１２Ｈを含む。デバイス３００の各送信経路３１２は、駆動増幅器（a driver amplifier）３０６と、位相シフタ（a phase shifter）３０４と、電力増幅器３０２とを含む。より具体的には、たとえば、送信経路３１２Ａは、駆動増幅器３０６Ａと、位相シフタ３０４Ａと、電力増幅器３０２Ａとを含む。デバイス３００は、８つの送信経路を有するように示されているが、本発明の実施形態はそのように制限されるものではない。そうではなく、デバイス３００は、任意の数の送信経路を含み得る。デバイス３００は、信号３１１を受信するように構成されたミキサ３１０をさらに含む。さらに、ミキサ３１０は、増幅器３０８に結合された出力を有する。増幅器３０８の出力は、各送信経路３１２Ａ〜３１２Ｈに結合される。より具体的には、図３に示す例示的な実施形態では、増幅器３０８の出力は、複数の駆動増幅器３０６Ａ〜３０６Ｈの各入力に結合される。各駆動増幅器３０６は、それぞれの位相シフタ３０４に結合された出力を有し、それぞれの位相シフタ３０４は、それぞれの電力増幅器３０２にさらに結合される。デバイス３００は、８つのアンテナブランチを含む（すなわち、各送信経路が１つのアンテナに関連付けられる）ことに留意されたい。
【００１２】
[0021]デバイス３００の送信経路３１２Ａ〜３１２Ｈは、類似のまたは異なるルーティング長（routing lengths）を有し得る。さらに、位相シフタは、異なるルーティング長によって引き起こされる位相差を補償するために使用され得る。例示的な一実施形態によれば、駆動増幅器３０６Ａ〜３０６Ｈは、ミキサ３１０に近接してクラスタ化され得る（may be clustered proximate mixer 310）ことにさらに留意されたい。言い方を変えれば、駆動増幅器３０６Ａ〜３０６Ｈは、ミキサ３１０に物理的に近接し得（may be physically proximate mixer 310）、したがって、通常、ミリ波回路に存在する分散効果（distributed effect）は重要ではない。その結果、電力領域（a power domain）ではなく、電圧領域および／または電流領域（a voltage and/or current domain）が使用され得る。
【００１３】
[0022]デバイス３００の意図された動作の間、ミキサ３１０は、信号３１１を無線周波数（ＲＦ）にアップコンバートし、アップコンバートされた信号を増幅器３０８に伝達することができる。さらに、増幅器３０８は、増幅された信号を各送信経路３１２Ａ〜３１２Ｈに伝達する（すなわち、増幅器３０８は、増幅された信号を各駆動増幅器３０６Ａ〜３０６Ｈの入力に伝達する）ことができる。各送信経路３１２Ａ〜３１２Ｈ内で、信号は、関連する駆動増幅器３０６によって増幅され、関連する位相シフタ３０４によって位相シフトされ、関連する電力増幅器３０２によって増幅され得る。一例として、送信経路３１２Ｃ内で、信号は、駆動増幅器３０６Ｃによって増幅され、位相シフタ３０４Ｃによって位相シフトされ、電力増幅器３０２Ｃによって増幅され、電力増幅器３０２Ｃに結合されたアンテナに伝達され得る。当業者なら諒解するように、各電力増幅器３０２は、アンテナ（図３に示さず）に結合され得る。
【００１４】
[0023]従来のビームフォーミング・アーキテクチャとは対照的に、デバイス３００は、電力領域ではなく、電圧領域、電流領域、または両方における信号分離のために構成されることに留意されたい。その結果、デバイス３００は、大量の面積を不必要に消費する電力結合または電力分離のネットワークを必要としない。さらに、電力分離による損失が回避され得る。加えて、デバイス３００は、単一のミキサペアを含み、ベースバンド・ビームフォーミングまたはＬＯビームフォーミングなど、ビームフォーミングの他の方法と比較して、同相および直交（ＩＱ）ならびにＤＣのオフセットの較正（in-phase and quadrature (IQ) and DC offset calibration）を簡素化する。その結果、複雑な局部発振器（ＬＯ）分布（a complex local oscillator (LO) distribution）は必要とされない。
【００１５】
[0024]図４は、本発明の例示的な実施形態によるデバイス４００を示す。「送信機ビームフォーミング・アーキテクチャ」とも呼ばれることがあるデバイス４００は、複数の送信経路４１２Ａ〜４１２Ｈを含む。デバイス４００の各送信経路４１２Ａ〜４１２Ｈは、位相シフタ３０４と、駆動増幅器３０６と、電力増幅器３０２とを含む。より具体的には、たとえば、送信経路４１２Ａは、駆動増幅器４０６Ａと、位相シフタ４０４Ａと、電力増幅器４０２Ａとを含む。デバイス４００は、８つの送信経路を有するように示されているが、本発明の実施形態はそのように制限されるものではない。そうではなく、デバイス４００は、任意の数の送信経路を含み得る。デバイス４００は、信号４１１を受信するように構成されたミキサ４１０をさらに含む。さらに、ミキサ４１０は、増幅器４０８に結合された出力を有する。増幅器４０８の出力は、各送信経路４１２Ａ〜４１２Ｈに結合される。より具体的には、図４に示す例示的な実施形態では、増幅器４０８の出力は、複数の位相シフタ４０４Ａ〜４０４Ｈの各入力に結合される。各位相シフタ４０４Ａ〜４０４Ｈは、それぞれの駆動増幅器３０６に結合された出力を有し、それぞれの駆動増幅器３０６は、それぞれの電力増幅器３０２にさらに結合される。デバイス４００は、８つのアンテナブランチを含む（すなわち、各送信経路が１つのアンテナブランチに関連付けられる）ことに留意されたい。
【００１６】
[0025]デバイス４００の送信経路４１２Ａ〜４１２Ｈは、類似のまたは異なるルーティング長を有し得る。さらに、位相シフタは、異なるルーティング長によって引き起こされる位相差を補償するために使用され得る。例示的な一実施形態によれば、駆動増幅器４０６Ａ〜４０６Ｈおよび位相シフタ４０４Ａ〜４０４Ｈは、ミキサ４１０に近接してクラスタ化され得ることにさらに留意されたい。言い方を変えれば、駆動増幅器４０６Ａ〜４０６Ｈおよび位相シフタ４０４Ａ〜４０４Ｈは、ミキサ４１０に物理的に近接し得、したがって、通常、ミリ波回路に存在する分散効果は重要ではない。その結果、電力領域ではなく、電圧領域および／または電流領域が使用され得る。
【００１７】
[0026]デバイス４００の意図された動作の間、ミキサ４１０は、信号４１１を無線周波数（ＲＦ）にアップコンバートし、アップコンバートされた信号を増幅器４０８に伝達することができる。さらに、増幅器４０８は、増幅された信号を各送信経路４１２Ａ〜４１２Ｈに伝達する（すなわち、増幅器４０８は、増幅された信号を各位相シフタ４０４Ａ〜４０４Ｈの入力に伝達する）ことができる。各送信経路４１２Ａ〜４１２Ｈ内で、信号は、関連する位相シフタ４０４によって位相シフトされ、関連する駆動増幅器４０６によって増幅され、関連する電力増幅器４０２によってさらに増幅され得る。一例として、送信経路４１２Ｃ内で、信号は、位相シフタ４０４Ｃよって位相シフトされ、駆動増幅器４０６Ｃによって増幅され、電力増幅器４０２Ｃによって増幅され、電力増幅器４０２Ｃに結合されたアンテナに伝達され得る。当業者なら諒解するように、各電力増幅器３０２は、アンテナ（図３に示さず）に結合され得る。
【００１８】
[0027]従来のビームフォーミング・アーキテクチャとは対照的に、デバイス４００は、電力領域ではなく、電圧領域、電流領域、または両方における信号分離のために構成されることに留意されたい。その結果、デバイス４００は、大量の面積を不必要に消費する電力結合または電力分離のネットワークを必要としない。さらに、電力分離による損失が回避され得る。加えて、デバイス４００は、単一のミキサペアを含み、ベースバンド・ビームフォーミングまたはＬＯビームフォーミングなど、ビームフォーミングの他の方法と比較して、同相および直交（ＩＱ）ならびにＤＣのオフセットの較正を簡素化する。その結果、複雑な局部発振器（ＬＯ）分布は必要とされない。
【００１９】
[0028]図５は、本発明の例示的な実施形態によるデバイス５００を示す。「受信機ビームフォーミング・アーキテクチャ」とも呼ばれることがあるデバイス５００は、複数の受信経路５１２Ａ〜５１２Ｈを含む。各受信経路５１２Ａ〜５１２Ｈは、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５０２と、位相シフタ５０４と、トランスコンダクタンス増幅器（a transconductance amplifier）５０６とを含む。より具体的には、デバイス５００の各受信経路は、ＬＮＡ  ５０２とトランスコンダクタンス増幅器５０６との間に結合された位相シフタ５０４を有する。一例として、受信経路５１２Ａは、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５０２Ａと、位相シフタ５０４Ａと、トランスコンダクタンス増幅器５０６Ａとを含む。デバイス５００は、８つの受信経路を有するように示されているが、本発明の実施形態はそのように制限されるものではない。そうではなく、デバイス５００は、任意の数の受信経路を含み得る。デバイス５００は、各受信経路５１２Ａ〜５１２Ｈに結合された入力を有する増幅器５０８をさらに含む。より具体的には、図５に示す例示的な実施形態では、各トランスコンダクタンス増幅器５０６Ａ〜５０６Ｈの出力は、増幅器５０８の入力に結合される。さらに、デバイス５００は、増幅器５０８からの信号出力を受信してダウンコンバートするように構成されたミキサ５１０を含む。デバイス５００は、８つのアンテナブランチを含む（すなわち、各送信経路が１つのアンテナに関連付けられる）ことに留意されたい。デバイス５００の受信経路５１２Ａ〜５１２Ｈは、類似のまたは異なるルーティング長を有し得る。さらに、位相シフタは、異なるルーティング長によって引き起こされる位相差を補償するために使用され得る。例示的な一実施形態によれば、トランスコンダクタンス増幅器５０６Ａ〜５０６Ｈは、ミキサ５１０に近接してクラスタ化され得ることにさらに留意されたい。言い方を変えれば、トランスコンダクタンス増幅器５０６Ａ〜５０６Ｈは、ミキサ５１０に物理的に近接し得、したがって、通常、ミリ波回路に存在する分散効果は重要ではない。その結果、電力領域ではなく、電圧領域および／または電流領域が使用され得る。
【００２０】
[0029]デバイス５００の企図された動作の間、アンテナ（図示せず）によって受信された信号は、関連するＬＮＡ  ５０２に伝達され得、ＬＮＡ  ５０２は、次いで、関連する位相シフタ５０４に増幅された信号を伝達し得る。位相シフタ５０４は、受信された信号の位相をシフトし、その信号を関連するトランスコンダクタンス増幅器５０６に伝達し、トランスコンダクタンス増幅器５０６は増幅器５０８に増幅された信号を供給することができる。一例として、アンテナ（図示せず）によって受信された信号は、ＬＮＡ  ５０２Ｄに伝達され得、ＬＮＡ  ５０２Ｄは、次いで、関連する位相シフタ５０４Ｄに増幅された信号を伝達し得る。位相シフタ５０４Ｄは、受信された信号の位相をシフトし、その信号を関連するトランスコンダクタンス増幅器５０６Ｄに伝達し、トランスコンダクタンス増幅器５０６Ｄは増幅器５０８に増幅された信号を供給することができる。増幅器５０８によるさらなる増幅の後、結合された信号はミキサ５１０に伝達され、ミキサ５１０は、さらなる処理のために結合された信号をベースバンドにダウンコンバートすることができる。
【００２１】
[0030]従来のビームフォーミング・アーキテクチャとは対照的に、デバイス５００は、電力領域ではなく、電圧領域、電流領域、または両方における信号結合のために構成されることに留意されたい。その結果、デバイス５００は、大量の面積を不必要に消費する電力結合または電力分離のネットワークを必要としない。さらに、電力結合による損失が回避され得る。加えて、デバイス５００は、単一のミキサペアを含み、較正を簡素化する。
【００２２】
[0031]図６は、本発明の例示的な実施形態によるデバイス６００を示す。「受信機ビームフォーミング・アーキテクチャ」とも呼ばれることがあるデバイス６００は、複数の受信経路６１２Ａ〜６１２Ｈを含む。各受信経路６１２Ａ〜６１２Ｈは、低雑音増幅器（ＬＮＡ）６０２と、トランスコンダクタンス増幅器６０６と、位相シフタ６０４とを含む。より具体的には、デバイス６００の各受信経路は、ＬＮＡ  ６０２と位相シフタ６０４との間に結合されたトランスコンダクタンス増幅器６０６を有する。一例として、受信経路６１２Ａは、低雑音増幅器（ＬＮＡ）６０２Ａと、トランスコンダクタンス増幅器６０６Ａと、位相シフタ６０４Ａとを含む。デバイス６００は、８つの受信経路を有するように示されているが、本発明の実施形態はそのように制限されるものではない。そうではなく、デバイス６００は、任意の数の受信経路を含み得る。デバイス６００は、各受信経路６１２Ａ〜６１２Ｈに結合された入力を有する増幅器６０８をさらに含む。より具体的には、図６に示す例示的な実施形態では、各位相シフタ６０４Ａ〜６０４Ｈの出力は、増幅器６０８の入力に結合される。さらに、デバイス６００は、増幅器６０８からの信号出力を受信してダウンコンバートするように構成されたミキサ６１０を含む。デバイス６００は、８つのアンテナブランチを含む（すなわち、各送信経路が１つのアンテナに関連付けられる）ことに留意されたい。デバイス６００の受信経路６１２Ａ〜６１２Ｈは、類似のまたは異なるルーティング長を有し得る。さらに、位相シフタは、異なるルーティング長によって引き起こされる位相差を補償するために使用され得る。例示的な一実施形態によれば、トランスコンダクタンス増幅器６０６Ａ〜６０６Ｈおよび位相シフタ６０４Ａ〜６０４Ｈは、ミキサ６１０に近接してクラスタ化され得ることにさらに留意されたい。言い方を変えれば、トランスコンダクタンス増幅器６０６Ａ〜６０６Ｈおよび位相シフタ６０４Ａ〜６０４Ｈは、ミキサ６１０に物理的に近接し得、したがって、通常、ミリ波回路に存在する分散効果は重要ではない。その結果、電力領域ではなく、電圧領域および／または電流領域が使用され得る。
【００２３】
[0032]デバイス６００の企図された動作の間、アンテナ（図示せず）によって受信された信号は、関連するＬＮＡ  ６０２に伝達され得、ＬＮＡ  ６０２は、次いで、関連するトランスコンダクタンス増幅器６０６に増幅された信号を伝達し得る。トランスコンダクタンス増幅器６０６は、増幅をもたらし、関連する位相シフタ６０４に信号を伝達し、位相シフタ６０４は、所望の位相シフトをもたらした後、増幅器６０８に信号を伝達することができる。一例として、アンテナ（図示せず）によって受信された信号は、関連するＬＮＡ  ６０２Ｆに伝達され得、ＬＮＡ  ６０２Ｆは、次いで、関連するトランスコンダクタンス増幅器６０６Ｆに増幅された信号を伝達し得る。トランスコンダクタンス増幅器６０６Ｆは、増幅をもたらし、関連する位相シフタ６０４Ｆに信号を伝達し、位相シフタ６０４Ｆは、所望の位相シフトをもたらした後、増幅器６０８に信号を伝達することができる。増幅器６０８によるさらなる増幅の後、結合された信号はミキサ６１０に伝達され、ミキサ６１０は、さらなる処理のために結合された信号をベースバンドにダウンコンバートすることができる。
【００２４】
[0033]従来のビームフォーミング・アーキテクチャとは対照的に、デバイス６００は、電力領域ではなく、電圧領域、電流領域、または両方における信号結合のために構成されることに留意されたい。その結果、デバイス６００は、大量の面積を不必要に消費する電力結合または電力分離のネットワークを必要としない。さらに、電力結合による損失が回避され得る。加えて、デバイス６００は、単一のミキサペアを含み、ベースバンド・ビームフォーミングまたはＬＯビームフォーミングなど、他のビームフォーミング方法と比較して較正を簡素化する。
【００２５】
[0034]図７は、デバイス７００の実施形態のブロック図を示す。デバイス７００は、１つまたは複数のアンテナ７０２を含み得る。信号送信の間、送信（ＴＸ）データプロセッサ７０４は、データを受信して処理し、１つまたは複数のデータストリームを生成する。ＴＸデータプロセッサ７０４による処理はシステムに依存し、たとえば、符号化、インターリービング、シンボルマッピングなどを含み得る。ＣＤＭＡシステムに対して、処理は、一般的に、チャネル化とスペクトル拡散とをさらに含む。ＴＸデータプロセッサ７０４はまた、各データストリームを対応するアナログベースバンド信号に変換する。送信ユニット７０６は、ＴＸデータプロセッサ７０４からのベースバンド信号を受信して調整し（たとえば、増幅し、フィルタリングし、かつ周波数アップコンバートし）、データ送信に使用される各アンテナに対するＲＦ出力信号を生成する。ＲＦ出力信号は、アンテナ７０２を介して送信される。信号を受信する間、１つまたは複数の信号が複数のアンテナ７１０によって受信され、受信機ユニット７１２によって調整およびデジタル化され、ＲＸデータプロセッサ７１４によって処理され得る。コントローラ７１６は、デバイス１２５内の様々な処理ユニットの動作を指示することができる。さらに、メモリユニット７１８は、コントローラ７１６のためのデータとプログラムコードとを記憶することができる。送信機ユニット７０６は、図３に示すデバイス３００または図４に示すデバイス４００を含み得ることに留意されたい。さらに、受信機ユニット７１２は、図５に示すデバイス５００または図６に示すデバイス６００を含み得る。
【００２６】
[0035]図８は、１つまたは複数の例示的な実施形態による方法８００を示すフローチャートである。方法８００は、複数の受信経路のうちの少なくとも１つにおいて信号を受信すること（数値８０２で示す）を含み得る。方法８００はまた、電圧領域および電流領域のうちの少なくとも一方において複数の受信経路の各受信経路で受信された各信号を結合すること（数値８０４で示す）を含み得る。
【００２７】
[0036]図９は、１つまたは複数の例示的な実施形態による別の方法９００を示すフローチャートである。方法９００は、信号を増幅すること（数値９０２で示す）を含み得る。さらに、方法９００は、電圧領域および電流領域のうちの少なくとも一方において複数の送信経路のうちの少なくとも１つの送信経路に増幅された信号を伝達すること（数値９０４で示す）を含み得る。
【００２８】
[0037]上記で説明したように、例示的な実施形態は、電力領域ではなく、電圧領域、電流領域、または両方において信号を処理する（すなわち、信号分離または信号結合）ように構成されたビームフォーミング・デバイスを含む。したがって、従来のデバイスと比較して、本明細書で説明するビームフォーミング・デバイスは、電力分離ネットワークと電力結合ネットワークとを消費する面積を必要としない。その結果、電力結合ネットワークまたは電力分離ネットワークのいずれかによって引き起こされる損失もまた回避され得る。さらに、インピーダンス整合（たとえば、５０オームまたは１００オームのインピーダンスへの整合）は必要とされない。
【００２９】
[0038]本明細書で説明する例示的な実施形態は、限定はしないが、ＱＰＳＫ、１６−ＱＡＭおよび６４−ＱＡＭを含む様々な変調技法に好適であり得る。さらに、本発明の実施形態は、両側平衡ミキサまたは片側平衡ミキサ（double side balanced mixers or single side balance mixers）に好適であり得る。さらに、送信機および受信機の実装に好適である本発明の例示的な実施形態は、３６０度カバレージを提供することができる。上述のように、デジタル制御されるスイッチは、位相の結合（combining）および回転のために使用され得、象限選択（quadrant selection）は、所望の総位相シフト（a desired total phase shift）に基づくことができる。
【００３０】
[0039]情報および信号は様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して表すことができることを、当業者は理解されよう。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界または磁性粒子、光場または光学粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表され得る。
【００３１】
[0040]さらに、本明細書で開示する例示的な実施形態に関して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装され得ることを、当業者は諒解されよう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップを、上記では概してそれらの機能に関して説明した。そのような機能をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定の適用例および全体的なシステムに課される設計制約に依存する。当業者は、説明した機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実装し得るが、そのような実装の決定は、本発明の例示的な実施形態の範囲からの逸脱を生じるものと解釈すべきではない。
【００３２】
[0041]本明細書で開示する例示的な実施形態に関して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、あるいは本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実装または実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携する１つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装することもできる。
【００３３】
[0042]１つまたは複数の例示的な実施形態では、説明した機能はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せで実装できる。ソフトウェアで実装する場合、機能は、１つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶するか、あるいはコンピュータ可読媒体を介して送信することができる。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を可能にする任意の媒体を含む通信媒体と、コンピュータ記憶媒体との両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスできる任意の利用可能な媒体でよい。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、ＣＤ−ＲＯＭ、あるいは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気記憶デバイス、もしくは命令またはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを搬送または記憶するために使用でき、コンピュータによってアクセスできる任意の他の媒体を備えることができる。また、いかなる接続もコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用されるディスク（disk）およびディスク（disc）は、通常はディスク（disk）が磁気的にデータを再生し、一方、ディスク（disc）がレーザによって光学的にデータを再生する場合に、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク（登録商標）、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、およびブルーレイ（登録商標）ディスクを含む。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含めるべきである。
【００３４】
[0043]開示する例示的な実施形態の前述の説明は、当業者が本発明を実施または使用できるようにするために提供したものである。これらの例示的な実施形態への様々な修正は当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義した一般原理は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書に示す例示的な実施形態に限定されるものではなく、本明細書で開示する原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
以下に本願発明の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
デバイスであって、
少なくとも１つの受信経路と、
前記少なくとも１つの受信経路の各受信経路の出力に結合された増幅器とを備え、前記デバイスは、電圧領域および電流領域のうちの少なくとも一方において各受信経路からの各信号を処理するように構成される、
デバイス。
［Ｃ２］
前記少なくとも１つの受信経路の各受信経路が、低雑音増幅器（ＬＮＡ）とトランスコンダクタンス増幅器との間に結合された位相シフタを含む、Ｃ１に記載のデバイス。
［Ｃ３］
前記少なくとも１つの受信経路の各受信経路が、位相シフタと低雑音増幅器（ＬＮＡ）との間に結合されたトランスコンダクタンス増幅器を含む、Ｃ１に記載のデバイス。
［Ｃ４］
電圧領域および電流領域のうちの少なくとも一方において各受信経路からの各信号を結合するように構成される、Ｃ１に記載のデバイス。
［Ｃ５］
前記増幅器の出力に結合されたミキサをさらに備える、Ｃ６に記載のデバイス。
［Ｃ６］
デバイスであって、
増幅器と、
少なくとも１つの送信経路とを備え、各送信経路は前記増幅器の出力に結合され、前記デバイスは、電圧領域および電流領域のうちの少なくとも一方において信号を処理するように構成される、
デバイス。
［Ｃ７］
前記少なくとも１つの送信経路の各送信経路が、電力増幅器と駆動増幅器との間に結合された位相シフタを含む、Ｃ６に記載のデバイス。
［Ｃ８］
前記少なくとも１つの送信経路の各送信経路が、位相シフタと電力増幅器との間に結合された駆動増幅器を含む、Ｃ６に記載のデバイス。
［Ｃ９］
前記デバイスは、電圧領域および電流領域のうちの少なくとも一方において前記少なくとも１つの送信経路の各送信経路に増幅された信号を伝達するように構成される、Ｃ６に記載のデバイス。
［Ｃ１０］
前記増幅器の入力に結合された出力を有するミキサをさらに備える、Ｃ６に記載のデバイス。
［Ｃ１１］
複数の受信経路のうちの少なくとも１つにおいて信号を受信することと、
電圧領域および電流領域のうちの少なくとも一方において前記複数の受信経路の各受信経路において受信された各信号を結合することとを備える、方法。
［Ｃ１２］
信号を前記受信することが、低雑音増幅器（ＬＮＡ）とトランスコンダクタンス増幅器との間に結合された位相シフタを備える複数の受信経路のうちの少なくとも１つにおいて信号を受信することを備える、Ｃ１１に記載の方法。
［Ｃ１３］
信号を前記受信することが、低雑音増幅器（ＬＮＡ）と位相シフタとの間に結合されたトランスコンダクタンス増幅器を備える複数の受信経路のうちの少なくとも１つにおいて信号を受信することを備える、Ｃ１１に記載の方法。
［Ｃ１４］
結合された信号を増幅することをさらに備える、Ｃ１１に記載の方法。
［Ｃ１５］
信号を増幅することと、
電圧領域および電流領域のうちの少なくとも一方において複数の送信経路のうちの少なくとも１つの送信経路に増幅された信号を伝達することとを備える、方法。
［Ｃ１６］
前記少なくとも１つの送信経路に前記増幅された信号を前記伝達することが、駆動増幅器と電力増幅器との間に結合された位相シフタを含む前記少なくとも１つの送信経路に前記増幅された信号を伝達することを備える、Ｃ１５に記載の方法。
［Ｃ１７］
前記少なくとも１つの送信経路に前記増幅された信号を前記伝達することが、位相シフタと電力増幅器との間に結合された駆動増幅器を含む前記少なくとも１つの送信経路に前記増幅された信号を伝達することを備える、Ｃ１５に記載の方法。
［Ｃ１８］
前記信号を増幅する前に、前記信号を無線周波数にアップコンバートすることをさらに備える、Ｃ１５に記載の方法。
［Ｃ１９］
複数の受信経路のうちの少なくとも１つにおいて信号を受信するための手段と、
電圧領域および電流領域のうちの少なくとも一方において前記複数の受信経路の各受信経路において受信された各信号を結合するための手段と
を備える、デバイス。
［Ｃ２０］
信号を増幅するための手段と、
電圧領域および電流領域のうちの少なくとも一方において複数の送信経路のうちの少なくとも１つの送信経路に増幅された信号を伝達するための手段と
を備える、デバイス。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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