特開 2022-153311 フェーズドアンテナアレイのダイナミック増幅器の供給

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022153311

(43)【公開日】2022-10-12

(54)【発明の名称】フェーズドアンテナアレイのダイナミック増幅器の供給

(51)【国際特許分類】

   H01Q 3/34 20060101AFI20221004BHJP

   H03F 1/22 20060101ALI20221004BHJP

   H03F 3/20 20060101ALI20221004BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20221004BHJP

   H04B 1/04 20060101ALI20221004BHJP

【ＦＩ】

H01Q3/34

H03F1/22

H03F3/20

H01Q21/06

H04B1/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022046666

(22)【出願日】2022-03-23

(31)【優先権主張番号】17/215,288

(32)【優先日】2021-03-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】518364964

【氏名又は名称】ルネサス エレクトロニクス アメリカ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＥＳＡＳ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＡＭＥＲＩＣＡ ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】１００１ Ｍｕｒｐｈｙ Ｒａｎｃｈ Ｒｏａｄ， Ｍｉｌｐｉｔａｓ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９５０３５， Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】カロジェロ，プレスティ

【テーマコード（参考）】

5J021

5J500

5K060

【Ｆターム（参考）】

5J021AA05

5J021AA06

5J021CA06

5J021DB02

5J021DB03

5J021FA06

5J021FA13

5J021FA26

5J021FA29

5J021GA02

5J021GA03

5J021HA05

5J500AA01

5J500AA13

5J500AA41

5J500AC33

5J500AF10

5J500AH10

5J500AK68

5J500AM17

5K060DD04

5K060HH06

5K060KK06

5K060LL11

(57)【要約】      （修正有）

【課題】最大パワー能力を調整するフェーズドアンテナアレイ、装置及びシステムを提供する。
【解決手段】システム１００は、複数のアンテナ要素１２４とビームフォーマ１２０とを含む。ビームフォーマ１２０は、複数のチャネル１２２で構成する。アンテナのシステム１００は、供給電圧１１２を第１の調整電圧１１６に変換する第１の電源管理チップ１１４を含む。第１の電源管理チップ１１４は、第１の調整電圧１１６をビームフォーマ回路１２６に印加する。アンテナのシステム１００は、供給電圧１１２を、第１の調整電圧と異なる第２の調整電圧１３２に変換する第２の電源管理チップ１３０をさらに含む。第２の電源管理チップ１３０は、第２の調整電圧１３２を通信チャネル内の電力増幅器１２８に印加して、電力増幅器１２８の最大パワー能力を調整する。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置であって、
電力変換器を備え、
前記電力変換器が、供給電圧を調整電圧に変換するように構成され、前記調整電圧をビームフォーマの通信チャネル内の電力増幅器に印加して、前記電力増幅器の最大パワー能力を調整するように構成された装置。

【請求項2】

請求項１に記載の装置において、
前記電力増幅器に印加された前記調整電圧が、前記ビームフォーマに印加されるメイン調整電圧と異なる装置。

【請求項3】

請求項１に記載の装置において、
前記電力増幅器は、前記通信チャネルのファイナル電力増幅器段階である装置。

【請求項4】

請求項１に記載の装置において、前記電力変換器に接続されるコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、前記電力増幅器の調整した前記最大パワー能力に基づいて、前記電力増幅器に印加されるバイアス電流を調整するように構成された装置。

【請求項5】

請求項４に記載の装置において、
前記コントローラは、前記電力増幅器の前記最大パワー能力の増加に応じて、前記電力増幅器に印加された前記バイアス電流を減少させるように構成された装置。

【請求項6】

請求項１に記載の装置において、前記電力増幅器に接続されるコントローラをさらに備え、
前記電力増幅器は、カスコード増幅器であり、
前記コントローラは、前記電力増幅器の調整した前記最大パワー能力に基づいて、前記カスコード増幅器の上部スイッチング要素に印加されるバイアス電圧を調整するように構成された装置。

【請求項7】

請求項１に記載の装置において、
前記通信チャネルは、前記ビームフォーマの送信チャネルである装置。

【請求項8】

請求項１に記載の装置において、前記電力変換器に接続されるコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、前記ビームフォーマの望ましいテーパー状構成を実現するために前記電力増幅器によって必要とされる電力の量を決定するように構成され、決定した前記電力の量に基づいて前記調整電圧を調整するように前記電力変換器を形成するように構成された装置。

【請求項9】

システムであって、
アンテナアレイと、
前記アンテナアレイに接続され、通信チャネルを備えるビームフォーマと、
第１の電力変換器と、
第２の電力変換器と、
を備え、
前記第１の電力変換器は、
供給電圧を第１の調整電圧に変換するように、かつ、前記第１の調整電圧を前記ビームフォーマに印加するように構成され、
前記第２の電力変換器は、
前記供給電圧を、前記第１の調整電圧と異なる第２の調整電圧に変換するように、かつ、前記通信チャネルの電力増幅器に前記第２の調整電圧を印加して、前記電力増幅器の最大パワー能力を調整するように構成されたシステム。

【請求項10】

請求項９に記載のシステムにおいて、
前記電力増幅器は、前記通信チャネルのファイナル電力増幅器段階であるシステム。

【請求項11】

請求項９に記載のシステムにおいて、前記電力変換器に接続されるコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、前記電力増幅器の調整した前記最大パワー能力に基づいて前記電力増幅器に印加されるバイアス電流を調整するように構成されたシステム。

【請求項12】

請求項９に記載のシステムにおいて、前記電力変換器に接続されるコントローラをさらに備え、
前記電力増幅器は、カスコード増幅器であり、
前記コントローラは、前記電力増幅器の調整した前記最大パワー能力に基づいて、前記カスコード増幅器の上部スイッチング要素に印加されるバイアス電圧を調整するように構成されたシステム。

【請求項13】

請求項９に記載のシステムにおいて、
前記通信チャネルは、前記ビームフォーマの送信チャネルであるシステム。

【請求項14】

請求項９に記載のシステムにおいて、前記電力変換器に接続されるコントローラをさらに備え、
前記コントローラは、前記ビームフォーマの望ましいテーパー状構成を実現するために前記電力増幅器によって必要とされる電力の量を決定するように、かつ、決定した前記電力の量に基づいて前記第２の調整電圧を調整するように前記第２の電力変換器を形成するように構成されたシステム。

【請求項15】

請求項９に記載のシステムにおいて、前記ビームフォーマに接続される送信機をさらに備えるシステム。

【請求項16】

請求項９に記載のシステムにおいて、前記ビームフォーマに接続される送受信機をさらに備えるシステム。

【請求項17】

ビームフォーマの操作方法であって、
供給電圧を受け取り、
前記供給電圧を調整電圧に変換し、
ビームフォーマの通信チャネル内の電力増幅器に前記調整電圧を印加して、前記電力増幅器の最大パワー能力を調整する方法。

【請求項18】

請求項１７に記載の方法において、前記増幅器の調整した前記最大パワー能力に基づいて、前記電力増幅器に印加されるバイアス電流を調整することをさらに含む方法。

【請求項19】

請求項１７に記載の方法において、
前記電力増幅器は、カスコード増幅器であり、
前記方法は、前記電力増幅器の調整した前記最大パワー能力に基づいて前記カスコード増幅器の上部スイッチング要素に印加されるバイアス電圧を調整することをさらに含む方法。

【請求項20】

請求項１７に記載の方法において、前記ビームフォーマの所望のテーパー状構成を実現するために前記電力増幅器によって必要とされる電力の量を決定し、
決定した前記電力の量に基づいて前記調整電圧を調整することをさらに含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、電子デバイスの１つまたは複数のセクションの最大パワー能力を独立して調整するための方法および／または装置に関する。

【背景技術】

【0002】

フェーズドアンテナアレイは、無線通信システムで利用され得る可動ビームを生成するために使用することができる。たとえば、フェーズドアンテナアレイは、通信システム内の通信リンクを維持するために比較的迅速に操縦できる集束ビームを作成することができる。ビームフォーマチップは、フェーズドアンテナアレイの個々のアンテナ要素を駆動してビームを生成および操縦する電力増幅器（パワーアンプ）を含んでいる。

【発明の概要】

【0003】

いくつかの例では、最大パワー能力を調整するための装置が一般的に説明されている。装置は、電力変換器を含むことができる。電力変換器は、供給電圧を調整電圧に変換するように構成することができる。電力変換器はさらに、調整電圧をビームフォーマの通信チャネル内の電力増幅器に印加して、電力増幅器の最大パワー能力を調整するように構成することができる。

【0004】

いくつかの例では、最大パワー能力を調整するためのシステムが一般的に説明されている。システムは、アンテナアレイおよびアンテナアレイに接続されたビームフォーマを含むことができる。ビームフォーマには、通信チャネルを含めることができる。システムは、供給電圧を第１の調整電圧に変換するように構成された第１の電力変換器をさらに含むことができる。第１の電力変換器は、第１の調整電圧をビームフォーマに印加するようにさらに構成することができる。システムは、供給電圧を第１の調整電圧と異なる第２の調整電圧に変換するように構成された第２の電力変換器をさらに含むことができる。第２の電力変換器は、第２の調整電圧を通信チャネル内の電力増幅器に印加して、電力増幅器の最大パワー能力を調整するようにさらに構成することができる。

【0005】

いくつかの例では、ビームフォーマを操作するための方法が一般的に説明されている。この方法は、供給電圧を受け取ることを含むことができる。この方法は、供給電圧を調整電圧に変換することをさらに含むことができる。この方法は、調整電圧をビームフォーマの通信チャネル内の電力増幅器に印加して、電力増幅器の最大パワー能力を調整することをさらに含むことができる。

【0006】

様々な実施形態のさらなる特徴ならびに構造および動作は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。図面において、同様の参照番号は、同一または機能的に類似した要素を示している。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】一実施形態においてフェーズドアンテナアレイ内のダイナミック増幅器の供給を実施することができる例示的なシステムを示す図である。

【図1B】一実施形態においてフェーズドアンテナアレイ内のダイナミック増幅器の供給を実施することができる別の例示的なシステムを示す図である。

【図2】一実施形態においてフェーズドアンテナアレイ内のダイナミック増幅器の供給を実施することができるビームフォーマ内のコントローラの実装を示す図である。

【図3A】一実施形態においてフェーズドアンテナアレイ内のダイナミック増幅器の供給を実施することができるシステムの例示的な実装を示す図である。

【図3B】一実施形態において図３Ａに示される例示的な実装に使用することができるフェーズドアンテナアレイを示す図である。

【図4】一実施形態におけるフェーズドアンテナアレイ内のダイナミック増幅器の供給を実施するプロセスを示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

いくつかの例では、フェーズドアンテナアレイ用のビームフォーマチップの電力仕様は、ビームフォーマチップを使用し得るアプリケーションまたはシステムに従って設計することができる。ただし、これらのアプリケーションまたはシステムでは、ビームフォーマチップの開発サイクル中に電力仕様を変更する必要があるかもしれない。ビームフォーマチップの電力仕様を変更すると、複数の設計反復を伴い、ビームフォーマチップの開発を完了するための追加のコストや時間などの問題が発生し得る。一例では、一部のビームフォーマチップは、アプリケーションおよびシステムが実施中にさらに多くの電力を必要とする場合に備えて、過度に複雑に設計され得る（たとえば、要求する最大パワー能力よりも高い電力増幅器を備える）。ただし、ビームフォーマチップを過度に複雑に設計すると、必要以上の電力消費によりビームフォーマチップの効率が低下する可能性がある。他の例では、異なるパワー能力を備えたビームフォーマチップの複数の最小在庫管理単位（ＳＫＵ）を設計することができるが、追加のＳＫＵは開発コストと時間を増大させる可能性がある。

【0009】

図１Ａは、一実施形態においてアンテナアレイにダイナミック増幅器の供給を実施することができる例示的なシステム１００を示す図である。システム１００は、ＲＦ送信機などの通信デバイスによって実施される無線周波数（ＲＦ）通信システムであり得る。システム１００は、一般的な無線周波数、周波数、および／またはマイクロ波周波数で動作するように構成することができる。システム１００は、第４世代（４Ｇ）無線通信システム、第５世代（５Ｇ）無線通信システム、衛星通信システム、共通データリンクなどのポイントツーポイント通信システム, および／または他のタイプの無線通信ネットワークの一部であり得る。

【0010】

システム１００は、回路１０２、ビームフォーマチップ（すなわち「ビームフォーマ」）１２０、および電源１１０を含むことができる。電源１１０は、供給電圧１１２を回路１０２およびビームフォーマ１２０に印加するように構成することができる。電力変換器および／または電圧調整器などの様々な電源管理チップは、回路１０２およびビームフォーマ１２０の電圧調整を実行するように構成することができる。例えば、１つまたは複数の電源管理チップ（図示せず）を、電源１１０（または別の電源）と回路１０２との間に接続して、回路１０２の電圧調整を実行することができる。異なる電源管理チップ１１４を、電源１１０とビームフォーマ１２０との間に接続して、ビームフォーマ１２０内の複数の通信チャネル（「チャネル」１２２）の電圧調整を実行することができる。電源管理チップ１１４は、供給電圧１１２を調整電圧１１６に変換することができ、調整電圧１１６は、ビームフォーマ１２０に、ビームフォーマ１２０用のメイン調整電圧またはメイン電源として提供され得る。

【0011】

回路１０２は、送信機デバイスの一部であり得る。例えば、回路１０２は、ベースバンドプロセッサ、アップダウンコンバータ、フィルタ、メモリデバイス、局所発振器、デジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）、信号発生器、マイクロコントローラ、および／または、送信機デバイスに属する他のコンポーネントまたは集積回路を含むことができる。回路１０２は、無線周波数（ＲＦ）信号１０４を出力するように構成することができ、ここで、ＲＦ信号１０４は、情報またはデータを運ぶことができる無線周波数、ミリ波周波数、またはマイクロ波周波数信号であり得る。回路１０２は、ＲＦ信号１０４をビームフォーマ１２０に送信することができる。

【0012】

ビームフォーマ１２０は、複数のチャネル１２２を含むことができる。図１Ａに示される例では、複数のチャネル１２２は、送信チャネルであり得る。複数のチャネル１２２のうちの各チャネルは、ビームフォーマ回路１２６および電力増幅器１２８を含むことができる。ビームフォーマ回路１２６は、利得制御回路、移相器または位相制御回路などの集積回路、および／または、ビームフォーミング技術の実行を容易にすることができる他のタイプのコンポーネントまたは集積回路を含むことができる。ビームフォーマ１２０は、回路１０２からＲＦ信号１０４を受け取る（受信する）ことができる。一例では、複数のチャネル１２２は、ビームフォーマ１２０の共通のＲＦポートでＲＦ信号１０４を受信することができる。複数のチャンネル１２２のうちの各々のチャンネルは、ＲＦ信号１０４のコピーを受信し、ＲＦ信号１０４のコピー上にゲイン（利得）および位相などのそれぞれのパラメータを設定して、それぞれのビームフォーミング信号１２９を生成することができる。

【0013】

複数のチャネル１２２は、ビームフォーミング信号１２９を複数のアンテナ要素１２４に提供することができる。一例では、各アンテナ要素は、ジャンクションまたはパワースプリッタによって一緒に接続された単一のアンテナまたはアンテセットであり得る。複数のアンテナ要素１２４は、複数のチャネル１２２に接続することができる。一例では、複数のチャネル１２２のうちの各チャネルは、複数のアンテナ要素１２４のうちの１つのアンテナに接続することができる。複数のアンテナ要素１２４は、ビームフォーミング信号１２９を出力してビーム１０６を形成するように構成されたフェーズドアレイアンテナを形成することができる。ビーム１０６は、複数のチャネル１２２のそれぞれにおいてビームフォーマ回路１２６によって設定されるパラメータ（例えば、ゲインおよび位相）に基づくフィールドパターンおよび方向を有することができる。例えば、複数のアンテナ要素１２４は、複数のチャンネルによって設定される位相に基づいて異なる時間にそれぞれのビームフォーミング信号１２９を出力することができる。ビームフォーミング信号１２９の異なる出力時間、および、ビームフォーミング信号１２９の異なるゲインは、ビーム１０６のフィールドパターンおよび方向を形成することができる。一例では、ビーム１０６は、複数のチャネル１２２によって設定された位相の異なる組み合わせに基づくシステム１００によって操縦され得る。

【0014】

上記のように、電源１１０は、供給電圧１１２をビームフォーマ１２０に印加するように構成することができる。図１Ａに示す例では、電源管理チップ１１４とは別に、別の電源管理チップ１３０を、電源１１０とビームフォーマ１２０の電力増幅器１２８との間に接続することができる。一例では、電源管理チップ１３０は、ＤＣ－ＤＣコンバータなどの電力変換器であり得る。電源管理チップ１３０は、供給電圧１１２を、調整電圧１１６と同じまたは異なることができる調整電圧１３２に変換するように構成することができる。電源管理チップ１３０は、調整電圧１３２を、複数のチャンネル１２２のうちの各々の中の電力増幅器１２８に提供することができる。例えば、複数のチャネル１２２がＮ個の送信チャネル（それぞれが電力増幅器１２８を有する）を含む場合、電源管理チップ１３０は、電源１１０とＮ個の送信チャンネル内のＮ個の電力増幅器１２８との間に接続することができる。いくつかの例では、電力増幅器１２８は、多段電力増幅器であり、電源管理チップ１３０は、多段電力増幅器の最終段（例えば、ビームフォーマ信号１２９を出力する電力増幅器段階）に接続することができる。電源管理チップ１３０を電力増幅器１２８の専用電力調整器として使用することにより、電力増幅器１２８の最大パワー能力（例えば、最大またはピーク電圧出力）を独立して調整することができる。例えば、電力増幅器１２８の電源ピンは、電源管理チップ１１４の代わりに、電源管理チップ１３０に接続することができる。したがって、電力増幅器１２８の最大パワー能力またはピーク電圧は、電源管理チップ１３０によって供給された調整電圧１３２により設定することができる。一例では、電源管理チップ１３０は、ビームフォーマ１２０の電力を増加させるために、調整電圧１３２を増大させて、調整電圧１１６よりも大きくなるようにすることができる。別の例では、電源管理チップ１３０は、電力増幅器１２８またはビームフォーマ１２０の電力を減少させるために、調整電圧１３２を小さくして、調整電圧１１６よりも低くするようにすることができる。いくつかの例では、電源管理チップ１３０によって実行される電力の減少により、高電力が必要とされない場合には、アプリケーション用のビームフォーマ１２０による全体的なＤＣ電力消費を低減することができる。電力増幅器１２８の最大パワー能力への適応はまた、複数のチャネル１２２のうちの対応チャネルの最大パワー能力を定義することができる。さらに、複数のチャネル１２２の最大パワー能力は、ビームフォーマ１２０の最大パワー能力を定義することができる。

【0015】

いくつかの例では、電源管理チップ１３０は、ビームフォーマ１２０の外側に配置することができる。例えば、ビームフォーマ１２０は、増幅器１２８の電源ピンに接続された専用ピンまたはインタフェースを含み、電源管理チップ１３０が、ビームフォーマ１２０の外側のスタンドアロンチップであり、かつ、専用ピンを介して増幅器１２８に接続することができるようになっている。回路１０２は、コントローラ１３４を含むことができる。いくつかの例では、電源管理チップ１３０および／またはコントローラ１３４は、通信デバイス（例えば、回路１０２）に埋め込まれまたは統合された単一のデバイスまたは装置としてパッケージ化され、ビームフォーマ１２０に統合され、または、回路１０２および／またはビームフォーマ１２０の外側に配置することができる。コントローラ１３４は、電力増幅器１２８の最大パワー能力の調整に対応するように電力増幅器１２８を構成できる制御ロジックを含むことができる。例えば、コントローラ１３４は、電力増幅器１２８の最大パワー能力の調整に基づいて、電力増幅器１２８に供給されるバイアス電流および／またはバイアス電圧を調整することができる。コントローラ１３４を使用して電力増幅器１２８を構成することによって、調整した最大パワー能力を使用しながら、電力増幅器１２８またはビームフォーマ１２０の性能を最適化することができる。例えば、ビームフォーマ１２０の性能は、ビーム１０６の品質を改善し、したがってビーム１０６によって確立される通信リンクの容量を改善するために、電力増幅器１２８によって生成される信号歪みを低減することにより最適化することができる。

【0016】

図１Ａの例は、ビームフォーマ１２０内の複数のチャネル１２２を示しているが、ビームフォーマ１２０が追加の電子部品を含むことができることは、当業者には明らかであろう。例えば、システム１００の別の例が、図１Ｂに示され、ビームフォーマ１２０は、複数の受信チャネル１４２を含むことができる。図１Ａおよび／または図１Ｂに示されるビームフォーマ１２０は、別の回路１５０に接続され、ここで、回路１５０は送受信機（トランシーバ）であり得る。回路１５０は、ＲＦ信号１０４を生成し、ＲＦ信号１０４をビームフォーマ１２０に出力することができる。さらに、ビームフォーマ１２０は、スイッチ１４４を含むことができ、スイッチ１４４は、複数のアンテナ要素１２４に接続された複数のポートを含むことができる。スイッチ１４４は、ビームフォーマ１２０がビームフォーミング信号１２９を複数のアンテナ要素１２４に出力するために送信モードに切り替えることができる。スイッチ１４４は、複数のアンテナ要素１２４によって受信される信号（例えば、ビーム１０６が入力ビームであってもよい）が、ビームフォーマ１２０の複数の受信チャネル１４２に提供されるために、受信モードに切り替えることができる。複数の受信チャネル１４２は、受信信号を復号し、復号した信号を信号１５２に組み合わせることができ、および、信号１５２を回路１５０に送り返すことができる。

【0017】

いくつかの例では、回路１０２は、信号１０４に対してデジタルプリディストーション（デジタル予歪）を実行するように構成されたプリディストータをさらに含むことができる。デジタルプリディストーションは、無線送信機、ビームフォーマなどの通信デバイスの歪みを低減するために使用される技術であり得る。デジタルプリディストーションは、信号１０４内の制御された量の歪みを導入することができ、導入した歪みは、電力増幅器１２８によって生成される歪みの一部を打ち消す（相殺する）ことができる。たとえば、電力増幅器１２８が、信号圧縮（たとえば、より大きな振幅で、より低いゲイン）を示す場合には、プリディストータは、信号１０４内の信号拡張（例えば、より大きな振幅で、より高いゲイン）を導入して、ビームフォーミング信号１２９およびビーム１０６に対してより良い忠実度およびより少ない歪みを得ることができる。別の例では、電力増幅器１２８が、より大きな振幅（例えば、より大きな振幅での負の位相シフト）を導入する場合には、プリディストータは、信号１０４内の位相進み（例えば、より大きな振幅での正の位相シフト）を導入して、ビームフォーミング信号１２９およびビーム１０６に対してより良い忠実度およびより少ない歪みを得ることができる。

【0018】

しかしながら、デジタルプリディストーションをビームフォーマ１２０に適用すると、ビームフォーマ１２０のパワー能力を増加させることができる。このパワー能力の増加により、チャネル１２２は、システム１００が設計されているいくつかのアプリケーションにとって過剰になり得る電力レベルで動作し得る。本明細書に記載の専用電源管理チップ（例えば、電源管理チップ１３０）は、調整電圧１３２を、プリディストータによって加えられる増大を相殺するためにデジタルプリディストーションを適用せずに必要とされる値よりも低い値に設定することができる。したがって、ここで説明するデジタルプリディストーションと専用の電源管理チップの組み合わせにより、デジタルプリディストーションを利用するシステムの消費電力を低くでき、余分なＲＦ電力をより少ないＤＣ電力と効率的に交換することができる。

【0019】

図２は、一実施形態においてフェーズドアンテナアレイ内のダイナミック増幅器の供給を実施することができるビームフォーマにおけるコントローラの実装を示す図である。図２に示される例では、コントローラ１３４は、電源管理チップ１３０によって提供される調整電圧１３２に基づいて、電力増幅器１２８に印加されるバイアス電流２０４を調整するように構成することができる。たとえば、調整電圧１３２によって調整（増加または減少）された電力増幅器１２８のパワー能力に応じて、コントローラ１３４は、電力増幅器１２８に印加されるバイアス電流２０４を調整（例えば、増加または減少）することができる。一例では、コントローラ１３４は、ビームフォーマ１２０内に統合され得るバイアス電流生成器２０２を構成するように形成することができる。別の例では、コントローラ１３４は、電源管理チップ１３０に接続することができる。コントローラ１３４は、電力増幅器１２８に印加された調整電圧１３２を検出し、調整電圧１３２に基づいてバイアス電流２０４を増加または減少させるようにバイアス電流発生器２０２を構成する否かを決定することができる。例えば、コントローラ１３４は、電力増幅器１２８内のトランジスタの線形性を最適化するために、調整電圧１３２の増加に対応して、バイアス電流２０４を増加させることができ、したがって、信号の歪みを改善する。

【0020】

別の例では、電力増幅器１２８は、スイッチング要素Ｑ１およびスイッチング要素Ｑ２を含むカスコード増幅器であり得る。一例では、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）または電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などのトランジスタであり得る。シングルエンドカケコード増幅器としての図２の電力増幅器１２８の描写は単なる一例であることが当業者には明らかであろう。様々な増幅器トポロジーが、シングルエンド増幅器、差動増幅器、差動カスコード増幅器、および、２個より多いトランジスタのスタックを含む増幅器を含むがこれらに限定されないビームフォーマ１２０内に実装することができる。トランジスタＱ１およびＱ２の描写が単なる例示であることも当業者には明らかであろう。バイポーラトランジスタ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、傾斜接合バイポーラトランジスタ、高電子移動度トランジスタ（ＨＥМＴ）、疑似形態高電子移動度トランジスタ（ｐＨＥМＴ）、または、電力増幅器１２８の特定の設計に適した任意のトランジスタなどの様々なタイプのトランジスタを使用することができる。コントローラ１３４は、電力増幅器１２８のスイッチング素子Ｑ１に印加されるカスコードバイアス電圧２１４を調整して、電力増幅器１２８を最適化するように構成することができる。たとえば、コントローラ１３４は、ビームフォーマ１２０内に統合され得るカスコードバイアス電圧発生器２１２を構成するように形成することができる。コントローラ１３４は、チャネル１２２内に統合され得るインタフェース１３５にコマンドまたは制御信号を提供することができ、これらのコマンドまたは制御信号は、カスコードバイアス電圧２１４を増加または減少させることができる。いくつかの例では、コントローラ１３４は、電力増幅器１２８内のトランジスタの線形性を最適化するために、調整電圧１３２の増加に対応して、カスコードバイアス電圧２１４を増加させることができる。さらに、増幅器のバイアス電流２０４および／または増幅器のカスコード電圧２１４を調整する例は、供給電圧１３２の変化に対応してコントローラ１３４が増幅器構成をどのように調整する必要があるかの単なる例であることが、当業者には明らかであろう。他の増幅器トポロジーに特有の他の調整は、コントローラ３１４によって実施することができる。

【0021】

いくつかの例では、送信チャネルの最終段階は、かなりの量の電流を引き込むことができ、そのような電流は、送信チャネルの他の部分を妨害し得る変調を含むことがる。したがって、電源を、連続しているラスト（最終）段階またはファイナル（決定的な最終）段階の電力増幅器に分離すると、送信機の忠実度と信号品質を向上させることができる。システム１００は、ビームフォーマ１２０の全体的な性能を改善するためにこれらの分離した電源で実施することができる。さらに、システム１００の専用電源管理チップは、開発サイクル中のビームフォーマの電力仕様の変更を回避し、したがって、追加の開発コストや時間などの問題につながる設計の反復を回避することができる。システム１００はまた、問題を過度に複雑に設計する電力仕様を調整するために柔軟性を備えて設計することができ、不必要なＳＫＵの拡散（急増）を回避することができる。

【0022】

図３Ａは、一実施形態においてフェーズドアンテナアレイ内のダイナミック増幅器の供給を実施することができるシステムの例示的な実装を示す図である。一例では、所望のビームパワー、形状、または振幅を達成するために、フェーズドアンテナアレイの特定のセクションをテーパー状にして、ビームのサイドローブの振幅を低減することができる。例えば、フェーズドアンテナアレイの中心からさらに離れて配置され得るアンテナは、ビームを所望のテーパー状外形に成形するために、それらの電力を低減または抑制（例えば、先細り）することができる。すべての送信チャネル内のすべての電力増幅器が同じ調整電圧（たとえば、図１Ａに示す１１６）によって供給される場合、テーパー状アンテナ要素を駆動するチャネルは、調整電圧１１６の下で可能な電力レベルより低い電力レベルで動作し続けることができるので、非効率的に動作し続けることができる。この非効率性に対処するために、システム１００は、異なる専用電源管理チップを使用して、異なるグループの送信チャネルの最大パワー能力を独立して調整することができる。

【0023】

例えば、専用の電源管理チップは、フェーズドアンテナアレイの中心からさらに離れて配置され得るアンテナに接続された送信チャネルの最大パワー能力を低下させることができ、これらのアンテナの抑制された電力は、低下した最大パワーの要求により近いことがあるようにすることができる。専用の電源管理チップは、システム１００を、フェーズドアンテナアレイの異なる領域を保存できる異なる電力ドメインに分割（セグメント化）することができ、低電力が、アレイの中心からさらに遠いアンテナに印加され、かつ、望ましいテーパー状外形によってより少ない電力を伝送するように要求されるのを可能にしている。したがって、システム１００は、ビームフォーマ１２０がアンテナのテーパリング（先細り）を実行するときに、ビームフォーマ１２０の効率を改善することができる。図３Ｂに示される例では、異なるサブセクションＡ、Ｂ、およびＣを有する円形フェーズドアンテナアレイ３５０が示されている。サブセクションＡ、Ｂ、およびＣのうちの各サブセクションは、それぞれの数のアンテナを含むことができる。サブセクションＡは、フェーズドアンテナアレイの中心３５２に最も近いアンテナを含むことができ、サブセクションＣは、中心３５２から最も遠いアンテナを含むことができる。異なる専用の電源管理チップ３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃは、サブセクションＡ、Ｂ、Ｃに接続された送信チャネルのそれぞれの最大パワー能力を設定するように構成することができる。

【0024】

図３Ａの例に戻ると、ビーム１０６は、メインローブ３１０、サイドローブ３０８、およびサイドローブ３１８を含むことができる。ビームフォーマ１２０は、サイドローブ３０８および３１８の振幅を低減するためにテーパリングを実行することができ、および所望のテーパー状外形に基づいて、メインローブ３１０の振幅を増加させてもよい。いくつかの例では、フェーズドアンテナアレイのうち、フェーズドアンテナアレイの中心から物理的に遠くに離れて配置されたアンテナは、テーパリングを受けることができるアンテナである。例えば、複数のアンテナ要素１２４は、少なくともアンテナ３０６のグループ、アンテナ３１６のグループ、およびアンテナ３１６のグループを含むことができる。アンテナ３０６のグループは、チャネル３０２のグループに接続することができ、アンテナ３１６のグループは、チャネル３１２のグループに接続することができ、アンテナ３２６のグループは、チャネル３２２のグループに接続することができる。チャネル３０２、３１２、および３２２のグループは、図１Ａ、図１Ｂ、および図２で示される複数のアンテナ１２２のうちの送信チャンネルであり得る。一例では、アンテナ３０６、３１６、および３２６のグループは、それぞれ、図３Ｂに示されるサブセクションＡ、Ｂ、およびＣのアンテナであり得る。一例では、アンテナ３１６および３２６のグループ（例えば、図３ＢのサブセクションＢおよびＣ）は、ビーム１０６を所望の形状に成形するために、サイドローブ３０８および３１８を減らすように異なる量のテーパリングを受けることができる。

【0025】

図３Ａに示される例では、電源管理チップまたは電力変換器３３０ａ（図３Ｂにも示される）は、チャネル３０２のグループうちのすべてのチャネルにおいて、電源１１０と電力増幅器１２８との間に接続することができる。電源管理チップまたは電力変換器３３０ｂ（図３Ｂにも示されている）は、チャネル３１２のグループのうちのすべてのチャネルにおいて、電源１１０と電力増幅器１２８との間に接続することができる。別の電源管理チップまたは電力変換器（例えば、図３Ｂに示される３３０ｃ）は、チャネル３２２のグループのうちのすべてのチャネルにおいて、電源１１０と電力増幅器１２８との間に接続することができる。一例では、電源管理チップ３３０ａ、３３０ｂ、および３３０ｃは、 ＤＣ－ＤＣ変換器のような電力変換器であり得る。電源管理チップ３３０ａ、３３０ｂ、および３３０ｃは、チャネル３０２、３１２、および３２２のグループにおける電力増幅器１２８の最大パワー能力を独立して調整することができる。例えば、電源管理チップ３３０ａは、調整電圧３０４を生成してそれをチャネル３０２のグループの電力増幅器１２８に印加して、チャンネル３０２のグループ内の電力増幅器１２８の最大パワー能力を調整することができる。電源管理チップ３３０ｂは、調整電圧３１４を生成してそれをチャンネル３１２の電力増幅器１２８に印加して、チャネル３１２のグループ内の電力増幅器１２８の最大パワー能力を調整することができる。

【0026】

一例では、アンテナ３０６のグループのサブセットは、アンテナ３０６のグループ内で最大電力を提供する状態で過酷な負荷をかけることができる。電源管理チップ３３０ａは、供給電圧１１２を、チャネル３０２のグループの動作に十分である調整電圧（例えば、調整電圧３０４）に変換するように構成することができる。例えば、調整電圧３０４は、チャネル３０２のグループのうちの電力増幅器１２８が許容可能な信号忠実度でそれらの必要な電力を供給することを可能にするのに、かつ、チャネル３０２のグループによる消費電力を低減するのにも十分なほど高いことがある。したがって、チャネル３０２のグループ内の電力増幅器１２８は、より低い電圧（例えば、調整電圧３０４）で供給されて、チャネル３０２のグループの動作をより効率的にするために、それらの最大パワー能力のより近くで動作することができる。

【0027】

一例では、本明細書に記載の専用の電源管理チップ（例えば、電源管理チップ１３０、３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ）は、複数のアンテナ要素１２４の各サブセクション（例えば、図３Ｂで示されるサブセクションＡ、Ｂ、Ｃ）によって必要とされる電力に基づいて構成して、所望のテーパー状外形を達成することができる。所望のテーパー状外形は、例えば、システム１００内のチャネルまたはアンテナの各グループのサブセットによって必要とされる最大パワーを示すことができる。例えば、所望のテーパー状外形は、チャネル３０２のグループに必要とされる第１の最大パワー、チャネル３１２のグループに必要な第２の最大パワー、およびチャネル３２２のグループに必要な第３の最大パワーを含むことができる。コントローラ（例えば、コントローラ１３４、または、回路１０２、回路１５０、またはビームフォーマ１２０内で統合できる別のコントローラ）は、所望のテーパー状外形によって示される必要な第１、第２、および第３の最大パワーに基づいて、チャネル３０２、３１２、３２２のグループに接続される専用の電源管理チップを構成することができる。さらに、制御回路１２６は、対応するチャネルのゲインを調整して、所望のテーパー状外形によって示すことができる所望の信号振幅を達成することができる。そのため、所望のテーパー状外形を達成することができ、さらに、チャネル３０２、３１２，３２２の各グループ内の各電力増幅器１２８は、その最大パワー能力の近くで動作することができ、これは、テーパー状のアンテナアレイ全体の効率を本質的に改善し、したがって、ＤＣ電力消費を低減する。アレイを３つのサブセクションに分割する例（図３Ｂに示される）は例示的な目的のためだけであり、システム１００における所望の複雑さと効率の最適化に基づいて、任意の数のサブセクションを実施できることは明らかである。

【0028】

図４は、一実施形態においてフェーズドアンテナアレイにダイナミック増幅器の供給を実施するためのプロセスを示すフロー図である。プロセスは、ブロック４０２、４０４、および／または４０６の１つまたは複数によって示されるように、１つまたは複数の操作、作用、または機能を含むことができる。個別のブロックとして示されるが、様々なブロックは、所望の実装に応じて、追加のブロックに分割され、より少ないブロックに結合され、削除され、並行して実行することができる。

【0029】

プロセス４００は、ブロック４０２から始めることができる。ブロック４０２で、装置は、供給電圧を受け取ることができる。プロセス４００は、ブロック４０２からブロック４０４に進むことができる。ブロック４０４で、装置は、供給電圧を調整電圧に変換することができる。プロセス４００は、ブロック４０４からブロック４０６に進むことができる。ブロック４０６において、装置は、調整電圧をビームフォーマの通信チャネル内の電力増幅器に印加して、電力増幅器の最大パワー能力を調整することができる。いくつかの例では、電力増幅器に印加される調整電圧は、ビームフォーマに印加されるメイン調整電圧と異ならせることができる。いくつかの例では、電力増幅器は、通信チャネルの最終的な電力増幅器の段階であり得る。いくつかの例では、通信チャネルは、ビームフォーマの送信チャネルであり得る。

【0030】

いくつかの例では、装置のコントローラは、電力増幅器の調整した最大パワー能力に基づいて、電力増幅器に印加されるバイアス電流を調整することができる。いくつかの例では、電力増幅器は、カスコード増幅器であり得る。装置のコントローラは、電力増幅器の調整した最大パワー能力に基づいて、カスコード増幅器の上部スイッチング要素に印加されるバイアス電圧を調整することができる。いくつかの例では、装置は、ビームフォーマの所望のテーパー状構成を達成するために、電力増幅器によって必要とされる電力の量を決定することができる。装置は、決定した電力の量に基づいて、調整電圧をさらに調整することができる。

【0031】

図中のフローチャートおよびブロック図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能、および動作を示している。これに関して、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、モジュール、セグメント、または命令の一部を表してもよく、これは、指定された論理機能を実施するための１つまたは複数の実行可能命令を含む。いくつかの代替の実施では、ブロックに示されている機能は、図に示されている順序から離れて生じるかもしれない。たとえば、連続して表示される２つのブロックは、実際には実質的に同時に実行される場合があり、または、関連する機能に応じて、ブロックが逆の順序で実行される場合が時々あるかもしれない。ブロック図および／またはフローチャート図の各ブロック、およびブロック図および／またはフローチャート図のブロックの組み合わせは、指定された機能または動作を実行する特別な目的のハードウェアベースのシステムによって実施でき、または、特別な目的なのハードウェアおよびコンピュータ命令の組合せを実行することができる。

【0032】

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形「a」、「an」および「the」は、文脈が明らかに他のことを示さない限り、複数形も含むことを意図している。さらに、「comprises（含む）」および／または「comprising（含む）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／またはコンポーネントの存在を指定するが、１つまたは複数の他の機能、整数、ステップ、操作、要素、コンポーネント、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではないことは理解される。

【0033】

以下の特許請求の範囲におけるすべての手段またはステッププラス機能要素の対応する構造、材料、行為、および同等物は、特に主張されているような他の請求された要素と組み合わせて機能を実行するための任意の構造、材料、または行為を含むことを意図している。本発明の説明は、例示および説明の目的で提示されたが、網羅的であることまたは開示された形態の本発明に限定されることを意図するものではない。多くの変更および変形は、本発明の範囲および主旨から逸脱することなく、当業者には明らかであろう。実施形態は、本発明の原理および実際の適用を最もよく説明するため、および、企図した特定の使用に適した様々な変形を伴う様々な実施形態について本発明を当業者が理解できるようにするために、選択および説明された。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】