EP2034550A1 - Integrated active phase shifter - Google Patents
Integrated active phase shifter Download PDFInfo
- Publication number
- EP2034550A1 EP2034550A1 EP08163200A EP08163200A EP2034550A1 EP 2034550 A1 EP2034550 A1 EP 2034550A1 EP 08163200 A EP08163200 A EP 08163200A EP 08163200 A EP08163200 A EP 08163200A EP 2034550 A1 EP2034550 A1 EP 2034550A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- substrate
- phase shifter
- digital
- amplifiers
- phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/18—Phase-shifters
Abstract
Description
La présente invention concerne un déphaseur à somme vectorielle intégré sur un même substrat semiconducteur. Elle s'applique par exemple dans le domaine des antennes à balayage électronique.The present invention relates to an integrated vector sum phase shifter on the same semiconductor substrate. It applies for example in the field of electronic scanning antennas.
Les antennes à balayage électronique sont principalement utilisées dans le domaine des systèmes de détection et d'écoute, comme les radars par exemple. Elles permettent d'orienter agilement un faisceau d'onde électromagnétique par réfraction ou réflexion du faisceau par un réseau d'éléments rayonnants. L'angle de réfraction du faisceau varie avec le déphasage relatif du champ rayonné par les éléments disposés en réseau. Pour réaliser cela, il faut contrôler précisément la phase et l'amplitude des signaux reçus ou émis par chacun des éléments rayonnants. Les éléments rayonnants peuvent être des guides d'ondes intégrant notamment des déphaseurs pour ajuster la phase du signal émis à partir du signal reçu. Il existe différentes possibilités pour réaliser des déphaseurs. Les déphaseurs passifs comportent un certain nombre d'éléments passifs élémentaires dont les caractéristiques sont constantes, du type lignes à retard ou filtres, lesquels sont commutés en fonction du déphasage recherché. Des déphaseurs actifs sont basés sur le contrôle direct de la phase du signal, grâce à un élément actif comme un varactor ou un transistor. La présente invention concerne plus particulièrement un autre type de déphaseurs actifs, basé sur la somme vectorielle du signal reçu et d'un ou plusieurs signaux obtenus par déphasage du signal reçu. Le principe de la somme vectorielle sera explicité par la suite.
Le brevet américain
Des solutions existent pour tenter de réaliser de la façon la plus intégrée possible des déphaseurs actifs à somme vectorielle, en particulier des amplificateurs à gain variable. Une solution consiste à réaliser un déphaseur sous forme d'éléments discrétisés, comme plusieurs sources de courant débitant dans une charge fixe ou une source de courant fixe débitant dans plusieurs charges, commutables avec une commande numérique pour obtenir le gain recherché. Dans ce cas, il est difficile d'intégrer plus de quelques éléments discrétisés sur un même substrat. Or, plus le pas de discrétisation est faible, plus l'écart par rapport à la loi analogique idéale de commande du déphasage est élevé. Une autre solution consiste à réaliser une commande analogique directe, par exemple de la source de courant, avec une conversion numérique-analogique réalisée par un composant externe. Dans ce cas le niveau d'intégration n'est pas suffisant, car il est nécessaire de disposer d'un convertisseur numérique-analogique externe pour chacun des déphaseurs.The electronic scanning antennas are mainly used in the field of detection and listening systems, such as radars for example. They allow to orient an electromagnetic wave beam by refraction or reflection of the beam by an array of radiating elements. The refraction angle of the beam varies with the relative phase shift of the field radiated by the elements arranged in a network. To achieve this, it is necessary to precisely control the phase and the amplitude of the signals received or emitted by each of the radiating elements. The radiating elements may be waveguides incorporating in particular phase shifters for adjusting the phase of the signal emitted from the received signal. There are different possibilities for making phase shifters. The passive phase shifters comprise a number of elementary passive elements whose characteristics are constant, of the type delay lines or filters, which are switched according to the desired phase shift. Active phase shifters are based on the direct control of the signal phase, thanks to an active element such as a varactor or a transistor. The present invention relates more particularly to another type of active phase shifter, based on the vector sum of the received signal and one or more signals obtained by phase shift of the received signal. The principle of the vector sum will be explained later.
The US patent
Solutions exist to try to achieve as integrated as possible active phase shifters vector sum, especially variable gain amplifiers. One solution consists in producing a phase-shifter in the form of discretized elements, such as several current sources discharging in a fixed load or a fixed current source discharging in several loads, switchable with digital control to obtain the desired gain. In this case, it is difficult to integrate more than a few discretized elements on the same substrate. However, the smaller the discretization step, the greater the deviation from the ideal analog law phase shift control is high. Another solution is to achieve direct analog control, for example of the current source, with a digital-to-analog conversion performed by an external component. In this case, the integration level is not sufficient, since it is necessary to have an external digital-to-analog converter for each of the phase shifters.
L'invention a notamment pour but d'intégrer sur un même substrat de type MMIC un déphaseur actif utilisant des amplificateurs à gain variable à commande analogique ainsi que des convertisseurs numérique-analogique permettant de faire varier numériquement le gain des amplificateurs et ainsi de contrôler numériquement le déphasage. A cet effet, l'invention a pour objet un déphaseur à somme vectorielle. Il comporte, sur un même substrat semi-conducteur, un élément de déphasage constant, deux amplificateurs à gain variable et à commande analogique, deux convertisseurs numérique-analogique et un élément de sommation. Les convertisseurs numérique-analogique permettent de commander numériquement les amplificateurs afin de faire varier le déphasage.
Dans un mode de réalisation, il peut comporter des registres de conversion série-parallèle en entrée des convertisseurs numérique-analogique.
Avantageusement, les amplificateurs peuvent être commandés numériquement par un processeur.
Par exemple, le substrat peut être un substrat de type semiconducteur III-V, comme en Arséniure de Gallium (GaAs). Le substrat peut également être un substrat de type semiconducteur IV, comme en Silicium-Germanium (SiGe). Le substrat peut aussi être un substrat silicium.
Par exemple, le déphaseur peut être utilisé dans une antenne à balayage électronique.The aim of the invention is in particular to integrate on the same MMIC-type substrate an active phase-shifter using analog-controlled variable gain amplifiers as well as digital-to-analog converters making it possible to vary the gain of the amplifiers numerically and thus to control numerically the phase shift. For this purpose, the invention relates to a vector sum phase shifter. It comprises, on the same semiconductor substrate, a constant phase shift element, two amplifiers variable gain and analog control, two digital-to-analog converters and a summing element. The digital-to-analog converters enable the amplifiers to be digitally controlled in order to vary the phase shift.
In one embodiment, it may comprise serial-parallel conversion registers at the input of the digital-to-analog converters.
Advantageously, the amplifiers can be digitally controlled by a processor.
For example, the substrate may be a III-V semiconductor substrate, such as Gallium Arsenide (GaAs). The substrate may also be a semiconductor type IV substrate, such as silicon-germanium (SiGe). The substrate may also be a silicon substrate.
For example, the phase shifter can be used in a scanning antenna.
Outre le fait de fournir un déphaseur à commande numérique totalement intégré, la présente invention a encore pour principaux avantages que l'utilisation de technologies numériques amène un haut niveau de précision et permet d'approcher de très près la loi idéale de commande du déphasage. L'erreur par rapport à la loi idéale peut être très faible, puisqu'elle n'est limitée que par la résolution des convertisseurs numérique-analogique, qui peut atteindre facilement 8 ou 10 bits alors que les réalisations courantes de déphaseurs discrétisés atteignent au mieux des résolutions de 5 à 6 bits. Cette haute résolution permet également de corriger finement les dérives du déphasage en fonction de conditions extérieures comme la température. II suffit d'enregistrer ces dérives à l'avance et d'en déduire une loi de compensation numérique qui peut être stockée dans une mémoire externe ou interne. Cette loi de compensation est alors utilisée pour envoyer les commandes numériques.In addition to providing a fully integrated digital phase shifter, the present invention also has the main advantages that the use of digital technologies brings a high level of accuracy and allows to approach very close the ideal law of control of the phase shift. The error with respect to the ideal law can be very small, since it is limited only by the resolution of the digital-to-analog converters, which can easily reach 8 or 10 bits whereas the current embodiments of discretized phase shifters reach at best resolutions from 5 to 6 bits. This high resolution also makes it possible to finely correct the drifts of the phase shift as a function of external conditions such as temperature. It suffices to record these drifts at in advance and deduce a digital compensation law that can be stored in an external or internal memory. This compensation law is then used to send digital commands.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent :
- la
figure 1 , une illustration par un synoptique du principe des déphaseurs à somme vectorielle ; - la
figure 2 , une illustration par un synoptique d'un exemple de circuit mettant en oeuvre un déphaseur à somme vectorielle selon la présente invention ; - la
figure 3 , une illustration géométrique du signal obtenu en sortie d'un déphaseur à somme vectorielle selon l'invention.
- the
figure 1 , an illustration by a synoptic of the principle of phase shifters with vector sum; - the
figure 2 an illustration by a block diagram of an exemplary circuit implementing a vector sum phase shifter according to the present invention; - the
figure 3 , a geometric illustration of the signal obtained at the output of a vector sum phase shifter according to the invention.
La
La
Des valeurs angulaires Φ1 et Φ2 permettent de représenter le déphasage constant généré par l'élément 4. Par exemple, un signal E appliqué à l'entrée de l'élément 4 est déphasé de 90 degrés en ajustant Φ1 et Φ2 de sorte que Φ2-Φ1 = 90. Des coefficients r1 et r2 permettant de représenter les pertes dues au déphasage par l'élément 4, des signaux E1 et E2 en sortie de l'élément 4 vérifient respectivement les égalités (1) et (2) suivantes :
Les signaux E1 et E2 sont appliqués respectivement en entrée des amplificateurs 5 et 6. En supposant que les amplificateurs 5 et 6 à gains variables génèrent des déphasages ΦA et ΦB lorsque leurs gains valent A et B respectivement, alors des signaux S1 et S2 en sortie des amplificateurs 5 et 6 respectivement vérifient les égalités (3) et (4) suivantes :
Les signaux S1 et S2 sont appliqués en entrée de l'élément 9 de sommation de sorte à additionner les sorties S1 et S2 des amplificateurs 5 et 6 à gains variables. Si des valeurs angulaires Φ1 et Φ2 permettent de représenter le déphasage généré par l'élément 9, alors idéalement Φ'2-Φ'1=0. Des coefficients r'1 et r'2 permettant de représenter les pertes dues au déphasage par l'élément 9 des signaux S1 et S2 d'un angle de Φ'2-Φ'1 degrés, un signal S en sortie de l'élément 9 de sommation vérifie les égalités (5) et (6) suivantes :
Angular values Φ 1 and Φ 2 make it possible to represent the constant phase shift generated by
The signals E 1 and E 2 are applied respectively to the input of the
The signals S 1 and S 2 are applied at the input of the summing
La
Les valeurs A et B sont alors calculées en fonction du déphasage recherché Φ, elles sont données par les relations (9) et (10) suivantes :
A et B prenant des valeurs quantifiées, l'erreur de quantification est évidemment d'autant plus faible que la résolution de A et B est élevée, d'où l'intérêt de l'approche avec commande analogique et convertisseur numérique-analogique intégré.
Dans le cas idéal où :
- r1=r2=½,
- r'1=r'2,
- Φ'1=Φ'2,
- ΦA=ΦB,
- Φ2-Φ1=90 degrés,
Et si les commandes A et B sont telles que A=cosα et B=sinα, il vient alors les relations (13) et (14) suivantes :
The values A and B are then calculated as a function of the desired phase shift Φ, they are given by the following relations (9) and (10):
A and B taking quantized values, the quantization error is obviously all the lower as the resolution of A and B is high, hence the interest of the approach with analog control and integrated digital-analog converter.
In the ideal case where:
- r 1 = r 2 = ½,
- r ' 1 = r' 2 ,
- Φ ' 1 = Φ' 2 ,
- Φ A = Φ B ,
- Φ 2 -Φ 1 = 90 degrees,
And if the commands A and B are such that A = cosα and B = sinα, then it comes the following relations (13) and (14):
Il faut noter que le circuit de la
Claims (8)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0706280A FR2920926B1 (en) | 2007-09-07 | 2007-09-07 | INTEGRATED ACTIVE DEPHASEUR. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP2034550A1 true EP2034550A1 (en) | 2009-03-11 |
Family
ID=39272217
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP08163200A Withdrawn EP2034550A1 (en) | 2007-09-07 | 2008-08-28 | Integrated active phase shifter |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2034550A1 (en) |
FR (1) | FR2920926B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023112250A1 (en) * | 2021-12-16 | 2023-06-22 | 日本電信電話株式会社 | Phase adjustment circuit |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4398161A (en) | 1981-04-13 | 1983-08-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Phase-shifting amplifier |
JPS6297430A (en) * | 1985-10-23 | 1987-05-06 | Nec Corp | Digital/analog converter |
US5083094A (en) * | 1990-09-28 | 1992-01-21 | Space Systems/Loral, Inc. | Selective power combiner using phase shifters |
JPH06164389A (en) * | 1992-11-26 | 1994-06-10 | Sanyo Electric Co Ltd | Digital/analog hybrid integrated semiconductor circuit |
US6078228A (en) * | 1996-05-22 | 2000-06-20 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson | Arrangement and method for phase shifting signals in a telesystem |
US20050012564A1 (en) * | 2002-08-24 | 2005-01-20 | Joerg Schoebel | Co-planar constant-attenuation phase modifier |
-
2007
- 2007-09-07 FR FR0706280A patent/FR2920926B1/en active Active
-
2008
- 2008-08-28 EP EP08163200A patent/EP2034550A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4398161A (en) | 1981-04-13 | 1983-08-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Phase-shifting amplifier |
JPS6297430A (en) * | 1985-10-23 | 1987-05-06 | Nec Corp | Digital/analog converter |
US5083094A (en) * | 1990-09-28 | 1992-01-21 | Space Systems/Loral, Inc. | Selective power combiner using phase shifters |
JPH06164389A (en) * | 1992-11-26 | 1994-06-10 | Sanyo Electric Co Ltd | Digital/analog hybrid integrated semiconductor circuit |
US6078228A (en) * | 1996-05-22 | 2000-06-20 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson | Arrangement and method for phase shifting signals in a telesystem |
US20050012564A1 (en) * | 2002-08-24 | 2005-01-20 | Joerg Schoebel | Co-planar constant-attenuation phase modifier |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
CHAO P-C ET AL: "gt;tex<$K$>/tex<-Band HBT and HEMT Monolithic Active Phase Shifters Using Vector Sum Method", IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 52, no. 5, May 2004 (2004-05-01), pages 1414 - 1424, XP011112163, ISSN: 0018-9480 * |
KIM S J ET AL: "A New Active Phase Shifter Using a Vector Sum Method", IEEE MICROWAVE AND GUIDED WAVE LETTERS, IEEE INC, NEW YORK, US, vol. 10, no. 6, June 2000 (2000-06-01), XP011034941, ISSN: 1051-8207 * |
MIELKE W ED - MICROWAVE EXHIBITIONS AND PUBLISHERS LTD: "PROCEEDINGS OF THE EUROPEAN MICROWAVE CONFERENCE. PARIS, SEPT. 9 - 13, 1985. 9 - 13 SEPTEMBER 1985", PROCEEDINGS OF THE EUROPEAN MICROWAVE CONFERENCE. PARIS, SEPT. 9 - 13, 1985. 9 - 13 SEPTEMBER 1985, TUNBRIDGE WELLS, MICROWAVE EXHIBITIONS, GB, vol. CONF. 15, 9 September 1985 (1985-09-09), pages 572 - 577, XP002031612 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023112250A1 (en) * | 2021-12-16 | 2023-06-22 | 日本電信電話株式会社 | Phase adjustment circuit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2920926A1 (en) | 2009-03-13 |
FR2920926B1 (en) | 2011-04-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3315994A1 (en) | Multibeam fmcw radar, in particular for a motor vehicle | |
EP2800271B1 (en) | Calibration method for a multiport amplifier, multiport amplifier suitable for applying this method and satelite comprising such an amplifier | |
FR2564260A1 (en) | PREACCENTUATION CIRCUIT | |
FR2865041A1 (en) | INTEGRATED CIRCUIT FOR MEASURING DISTANCE AND / OR SPEED OF OBJECTS | |
FR3062523A1 (en) | ELEMENTARY ANTENNA WITH A PLANAR RADIANT DEVICE | |
EP1698909A1 (en) | Active module integrated into an electronic scanning antenna and radar comprising said antenna, particularly applied to meteorology | |
US10209353B2 (en) | Bandwidth enhancement beamforming | |
JP2019168444A (en) | Radar beam forming method | |
EP2034550A1 (en) | Integrated active phase shifter | |
US5436872A (en) | Time delay-phase shift combination beamformer | |
EP3440476B1 (en) | Switchable transmit/receive (t/r) module | |
EP3301471A1 (en) | Method for modulating a microwave frequency wave, transmission system using said method and radar comprising such a system | |
EP1533866B1 (en) | Adaptive phased array antenna with digital beam forming | |
FR3116127A1 (en) | MIMO type multiple input and output imaging radar system. | |
EP1387502B1 (en) | Portable receiver with reduced dispersion | |
US5008670A (en) | Phase/digital conversion method and arrangements for implementing the method | |
FR2884983A1 (en) | BROADBAND DEPHASING DEVICE | |
EP3061193B1 (en) | Consumption management method, and receiving chain for implementing such a method | |
FR2932896A1 (en) | Aerial target e.g. airborne radar, detecting device for protecting e.g. airplane, has antennae with reception modules connected to reception channels, and antenna beam formed through digital beam formation from signals received via modules | |
FR3136134A1 (en) | RadCom low-cost communication device, combining on-board radars and inter-vehicle communication. | |
WO2022073727A1 (en) | Doppler radar with ambiguous electronic scanning | |
EP4000131B1 (en) | Multi-panel array antenna | |
EP1286416A1 (en) | Antenna closing and phase-shifting | |
Shrider | Modern Digital Array Antennas for Radar Applications | |
Belousov | Quadrature Imbalance Compensation of Received Signal Based on FPGA |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR |
|
AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: AL BA MK RS |
|
AKX | Designation fees paid | ||
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: 8566 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20090912 |