BR112021012915A2

BR112021012915A2 - Método para calibrar um sistema de antena, e, sistema de antena

Info

Publication number: BR112021012915A2
Application number: BR112021012915-4A
Authority: BR
Inventors: Daniel Llorens Del Rio; Alessandro Matheoud; Martin Gimersky; Manuel Fajardo; Alexander Butler
Original assignee: Viasat, Inc.
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2021-09-14
Also published as: WO2020150582A1; EP3871291A1; SG11202106382UA; KR20210113361A; CA3125509A1; AU2020208478A1; IL284009B1; IL284009A; IL284009B2; CN113302800A; JP2022518893A; EP3871291A4; US20220149900A1

Abstract

método para calibrar um sistema de antena, e, sistema de antena. um sistema de antena que tem uma matriz de antena que inclui pelo menos uma primeira e uma segunda antenas de matriz faseada, e um método para calibrar a matriz de antena em campo. antes e depois de um período de transferência, a comunicação com os respectivos primeiro e segundo satélites externos ou outros sistemas de comunicação é executada com o uso tanto da primeira como da segunda antenas. um primeiro feixe é formado antes do período de transferência. durante uma primeira porção do período de transferência: um segundo feixe é formado para a comunicação com o primeiro satélite com o uso da primeira antena; a segunda antena é desativada para comunicação externa; e a segunda antena é calibrada. durante uma segunda porção do período de transferência, a segunda antena é reativada para uma comunicação por transferência com o segundo satélite pela formação de um terceiro feixe com o uso da segunda antena, enquanto a primeira antena mantém sua comunicação com o primeiro satélite através do segundo feixe.

Description

1 / 39 MÉTODO PARA CALIBRAR UM SISTEMA DE ANTENA, E, SISTEMA

DE ANTENA REFERÊNCIA CRUZADA AO PEDIDO RELACIONADO

[001] Este pedido reivindica a prioridade do pedido provisório US n° 62/794.478 depositado no US Patent and Trademark Office (USPTO, ou Departamento de Patentes e Marcas dos EUA) em 18 de janeiro de 2019, estando a totalidade de seu conteúdo aqui incorporada, a título de referência.

CAMPO TÉCNICO

[002] Esta revelação refere-se, de modo geral, a antenas de matriz faseada e, mais particularmente, a um sistema de antena baseado em matriz faseada com capacidade de calibração em campo.

DISCUSSÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[003] Uma antena de matriz faseada pode incluir centenas ou milhares de elementos de antena, cada um conectado a uma respectiva trajetória de sinal transportando um sinal com direção de transmissão ("sinal de transmissão") e/ou um sinal com direção de recepção ("sinal de recepção"). Nas extremidades frontais de algumas matrizes faseadas "ativas", centenas ou milhares de amplificadores de baixo ruído (LNAs - low noise amplifiers) e/ou amplificadores de potência (PAs - power amplifiers), deslocadores de fase variável e outros componentes de circuito integrado são distribuídos através da matriz de antena nas trajetórias de sinal para amplificar e deslocar a fase de um sinal de transmissão/sinal de recepção encaminhado através de um ou mais dos elementos de antena. Para formar feixes precisos, as relações de fase e amplitude (ganho/perda) entre as trajetórias de sinal frequentemente precisam ser definidas com precisão durante a fabricação e a configuração do sistema de antena. É desejável manter essas relações de fase e amplitude durante a operação da antena no campo, para assegurar que a antena continue a atender a quaisquer requisitos de desempenho necessários, como a precisão de apontamento de feixe e os níveis de lóbulo lateral.

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[004] Entretanto, ao longo do tempo, é inevitável a degradação de LNAs, PAs e outros componentes da trajetória de sinal. Dessa forma, os sistemas de antena podem incluir um circuito de calibração integrado para calibrar periodicamente as trajetórias de sinal no campo, ajustando-se os deslocamentos de fase dos deslocadores de fase e ganhos/perdas dos amplificadores (e atenuadores variáveis, se incluídos). Um tipo de circuito de calibração opera apenas durante os períodos de manutenção predeterminados, nos quais o sistema de antena é desativado para comunicação sem fio com satélites ou outros sistemas externos. Um outro tipo de circuito de calibração possibilita que a calibração seja executada simultaneamente com essa comunicação, mas os circuitos de corrente desse tipo são conhecidos como sendo altamente complexos.

SUMÁRIO

[005] Em aspectos da presente revelação, um sistema de antena com uma matriz faseada é configurado com circuito de controle e calibração para executar uma calibração em campo de trajetórias de sinal para elementos de antena da matriz faseada durante os períodos de transferência (handover). Em comparação com os sistemas atuais capazes de realizar a "calibração a qualquer tempo", o circuito de controle e calibração aqui revelado pode ser menos complexo e, ainda assim, alcançar os mesmos objetivos gerais.

[006] Um aspecto da tecnologia aqui revelada envolve um método para calibrar um sistema de antena que inclui uma matriz de antena de pelo menos uma primeira e uma segunda antenas. Antes de um período de transferência no qual a comunicação com o sistema de antena é transferida a partir de um primeiro sistema de comunicação para um segundo sistema de comunicação, um primeiro feixe é formado para a comunicação com o primeiro sistema de comunicação através da primeira e da segunda antenas. Durante uma primeira porção do período de transferência: um segundo feixe é formado para a comunicação com o primeiro sistema de comunicação com o

3 / 39 uso da primeira antena; a segunda antena é desativada para comunicação externa; e a segunda antena é calibrada. Durante uma segunda porção do período de transferência, a segunda antena é reativada para uma comunicação por transferência com o segundo sistema de comunicação pela formação de um terceiro feixe com o uso da segunda antena, enquanto a primeira antena mantém sua comunicação com o primeiro sistema de comunicação através do segundo feixe. Após o período de transferência, um quarto feixe é formado para a comunicação com o segundo sistema de comunicação tanto através da primeira como da segunda antenas.

[007] Em um outro aspecto, um sistema de antena inclui uma matriz de antena que inclui uma primeira e uma segunda antenas; um circuito de calibração; uma chave acoplada cruzada acoplada à primeira e à segunda antenas; e um controlador. O controlador é configurado para controlar a primeira e a segunda antenas, o circuito de calibração e a chave acoplada cruzada para executar operações do método descrito acima.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] Os aspectos e recursos acima e outros da tecnologia revelada se tornarão mais evidentes a partir da descrição detalhada a seguir, tomada em conjunto com os desenhos em anexo, nos quais caracteres de referência similares indicam elementos ou recursos similares. Vários elementos do mesmo tipo ou similares podem ser distinguidos anexando-se a identificação de referência diretamente com uma segunda identificação ou com um traço e uma segunda identificação que distingue entre os mesmos elementos/similares (por exemplo, -1, -2). Entretanto, se uma dada descrição usa apenas a primeira identificação de referência, ela é aplicável a qualquer um dos elementos iguais/similares que tem a primeira identificação de referência igual, independentemente da segunda identificação de referência. Nos desenhos:

[009] A Figura 1A ilustra esquematicamente um circuito exemplificador de um sistema de antena, de acordo com uma modalidade da

4 / 39 presente tecnologia.

[0010] A Figura 1B ilustra esquematicamente um circuito exemplificador adicional do sistema de antena da Figura 1A.

[0011] A Figura 1C ilustra esquematicamente circuitos de transmissão e de recepção exemplificadores adicionais do sistema de antena da Figura 1A.

[0012] A Figura 2A representa esquematicamente uma matriz de antena exemplificadora do sistema de antena.

[0013] A Figura 2B mostra um circuito de trajetória de transmissão e de recepção exemplificador dentro de um RFIC conectado a um elemento de antena da matriz de antena da Figura 2A.

[0014] A Figura 2C ilustra esquematicamente uma configuração alternativa para uma matriz de antena que pode ser usada no sistema de antena.

[0015] A Figura 3A ilustra loops de calibração de trajetória de recepção e circuito de calibração exemplificadores no sistema de antena.

[0016] A Figura 3B ilustra loops de calibração de trajetória de transmissão e circuito de calibração exemplificadores no sistema de antena.

[0017] A Figura 4A é um diagrama de blocos de um circuito de calibração exemplificador dentro do sistema de antena.

[0018] A Figura 4B ilustra esquematicamente um outro exemplo de um circuito de calibração dentro do sistema de antena.

[0019] A Figura 4C ilustra esquematicamente um exemplo adicional de um circuito de calibração dentro do sistema de antena.

[0020] A Figura 5A é um fluxograma de método exemplificador de operação e de calibração do sistema de antena no campo.

[0021] A Figura 5B é um diagrama de temporização que ilustra a temporização exemplificadora da formação de feixes e as operações de calibração durante o método exemplificador.

[0022] A Figura 6A representa um primeiro e um segundo feixes

5 / 39 exemplificadores formados pelo sistema de antena antes e durante uma primeira porção de um período de transferência, respectivamente.

[0023] A Figura 6B representa um terceiro e um quarto feixes exemplificadores formados pelo sistema de antena durante e após uma segunda porção do período de transferência, respectivamente.

[0024] A Figura 7A ilustra uma chave acoplada cruzada exemplificadora no sistema de antena e um estado operacional exemplificador do sistema de antena pouco antes de um período de transferência.

[0025] A Figura 7B ilustra um estado operacional do sistema de antena com a chave acoplada cruzada exemplificadora durante uma primeira porção de um período de transferência, na qual uma segunda antena do sistema de antena é desativada para comunicação externa.

[0026] A Figura 7C ilustra um estado operacional do sistema de antena com a chave acoplada cruzada exemplificadora durante a primeira porção de um período de transferência, na qual o acoplamento cruzado dentro da chave é interrompido e a segunda antena é calibrada.

[0027] A Figura 7D ilustra um estado operacional do sistema de antena com a chave acoplada cruzada exemplificadora durante uma segunda porção de um período de transferência, na qual a primeira e a segunda antenas do sistema de antena se comunicam com o primeiro e o segundo satélites, respectivamente.

[0028] A Figura 7E ilustra um estado operacional do sistema de antena com a chave acoplada cruzada exemplificadora durante uma terceira porção de um período de transferência, na qual a primeira antena do sistema de antena é calibrada.

[0029] A Figura 7F ilustra um estado operacional do sistema de antena com a chave acoplada cruzada exemplificadora durante a terceira porção do período de transferência, na qual o acoplamento cruzado da chave é reconectado.

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[0030] A Figura 7G ilustra um estado operacional do sistema de antena com a chave acoplada cruzada exemplificadora logo após o período de transferência.

[0031] A Figura 8 ilustra uma modalidade alternativa de um sistema de antena de acordo com a tecnologia revelada.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[0032] A descrição a seguir, com referência aos desenhos em anexo, é fornecida para auxiliar no entendimento abrangente de certas modalidades exemplificadoras da tecnologia aqui revelada para propósitos ilustrativos. A descrição inclui vários detalhes específicos para auxiliar um versado na técnica a entender a tecnologia, mas esses detalhes devem ser considerados meramente ilustrativos. Para propósitos de simplicidade e clareza, as descrições de funções e construções bem conhecidas podem ser omitidas quando sua inclusão pode obscurecer o entendimento da tecnologia por um versado na técnica.

[0033] Na presente invenção, os termos "receber" e "transmitir", quando usados como adjetivos, significam "direção de recepção" e "direção de transmissão", respectivamente. Por exemplo, um "sinal de recepção" é um sinal que se propaga na direção de recepção de uma antena. De modo similar, a frase "em recepção" significa "durante uma operação de recepção" e "em transmissão" significa "durante uma operação de transmissão", ou similares. Um "sinal de feixe" se refere a um sinal que representa a energia de sinal combinada, recebida de ou fornecida para uma pluralidade de elementos de antena, que formam coletivamente um feixe de antena. Um "sinal de elemento" se refere a um sinal fornecido por um único elemento de antena em recepção, ou alimentado para um único sinal de elemento em transmissão a ser irradiado.

[0034] A Figura 1A ilustra esquematicamente um circuito exemplificador de um sistema de antena 10, de acordo com uma modalidade

7 / 39 da presente tecnologia. O sistema de antena 10 inclui uma matriz de antena 21, um controlador 30, uma chave acoplada cruzada de recepção (RCC - cross-coupled switch) 40, uma chave acoplada cruzada de transmissão (TCC - transmitting cross-coupled) 41, elementos de transmissão/recepção (T/R) 18- 1 e 18-2, linhas de atraso variável (VDLs - variable delay lines) 65-1 e 65-2, um circuito de calibração 50, acopladores direcionais 60-1 e 60-2, chaves unipolares de múltiplas posições (SPMT - single pole multi-throw) SW1 e SW2 (discutidas adicionalmente abaixo), e chaves unipolares de duas posições (SPDT - single pole, two throw) SW3 e SW4. A matriz de antena 21 inclui uma primeira antena 20-1 e uma segunda antena 20-2, cada uma das quais pode ser uma antena de matriz faseada ativa com amplificadores distribuídos e deslocadores de fase atrás de cada elemento de antena 22 ou atrás de pequenos grupos de elementos de antena 22. Em vários exemplos, o sistema de antena 10 pode ser um sistema de antena em um local fixo no solo; a bordo de um veículo móvel terrestre ou de um navio; ou a bordo de uma aeronave, espaçonave ou satélite.

[0035] Na presente invenção, uma "comunicação" entre duas entidades irá se referir a uma comunicação bidirecional de sinais de RF (tráfego de dados e/ou sinais de controle) entre as entidades, com o uso de qualquer protocolo adequado. Um sistema de comunicação externa, como o primeiro satélite 91 ou o segundo satélite 92, se comunica com o sistema de antena 10. Em outros exemplos, o sistema de comunicação externa é um sistema de comunicação terrestre ou um sistema de comunicação baseado em aeronave ou baseado em espaçonave. Na descrição a seguir, a comunicação com um satélite será descrita como um exemplo.

[0036] Deste ponto em diante, uma "operação de comunicação normal" envolvendo o sistema de antena 10 irá se referir a uma comunicação entre o sistema de antena 10 e um único satélite por meio do sistema de antena 10 que forma um feixe do tipo lápis usando a primeira e a segunda

8 / 39 antenas 20-1 e 20-2. Uma operação de comunicação normal é distinguível de uma comunicação durante um período de transferência, durante o qual uma sessão de comunicação com o sistema de antena 10 é transferida a partir do primeiro satélite 91 para o segundo satélite 92. Por exemplo, quando o sistema de antena 10 é acoplado ao equipamento do usuário final em um lado da sessão de comunicação com o primeiro satélite 91, uma transferência bem- sucedida da sessão de comunicação para o segundo satélite 92 dispensa a necessidade de o equipamento do usuário final reiniciar a sessão de comunicação tentando localizar um satélite adequado através do sistema de antena 10. Por exemplo, durante uma transferência que envolve uma chamada de voz ou um fluxo de vídeo ao vivo, um usuário final pode não perceber uma redução na qualidade durante o período de transferência.

Uma transferência manuseada pelo sistema de antena 10 pode ser chamada de uma transferência "sem interrupção" (make-before-break) de um primeiro satélite para um segundo satélite.

Nessa transferência sem interrupção, o primeiro e o segundo satélites podem compartilhar informações sobre uma sessão de comunicação atual com o sistema de antena 10. Durante um curto período de transferência, por exemplo, cerca de 30 segundos ou menos, tanto o primeiro como o segundo satélites podem comunicar os mesmos sinais de informações, como dados de vídeo ou de áudio, redundantemente, ao sistema de antena 10, embora com o uso de diferentes frequências, códigos pseudoaleatórios, modulações ou outras maneiras para diferenciar seus sinais.

Esse método é algumas vezes chamado de "transferência suave". Alternativamente, o segundo satélite comunica apenas bits de controle, mas não sinais de informação durante o período de transferência, e imediatamente após o período de transferência, transmite precisamente sinais de informação da sessão de comunicação destinada a seguir diretamente os sinais de informação trocados pelo primeiro satélite (algumas vezes chamada de "transferência rígida"). Os bits de controle são usados para gerenciar uma comunicação

9 / 39 subsequente de sinais de informação, e podem transmitir informações de controle como frequências, temporização, protocolo, modulação, estrutura de pacote, etc., a serem usadas para a comunicação. Em ambos os casos de transferência suave ou rígida para a transferência sem interrupção, qualquer descontinuidade discernível na sessão de comunicação pode ser evitada após cair a comunicação com o primeiro satélite para completar a transferência. Conforme será explicado adicionalmente abaixo, ao longo de um período de transferência, o sistema de antena 10 se comunica com o primeiro satélite 91 com o uso de apenas uma dentre a primeira e a segunda antenas 20-1 e 20-2, e se comunica com o segundo satélite 92 com o uso de apenas a outra dentre as antenas 20-1 e 20-2.

[0037] O controlador 30 pode controlar todas as operações do sistema de antena 10 enviando sinais de controle através de linhas de controle (control lines) CL para cada uma das antenas 20-1, 20-2, o circuito de calibração 50, as chaves RCC e TCC 40, 41, as chaves (switches) SW1 a SW4, as linhas de atraso variável 65, e em alguns casos, para os elementos T/R. Os sinais de controle emitidos pelo controlador 30 podem: controlar os estados de chaveamento de chaves dentro das chaves RCC e TCC 40, 41; controlar a polarização e os estados ligado/desligado dos amplificadores em cada uma das antenas 20-1 e 20-2; controlar os deslocamentos de fase de deslocadores de fase em cada uma das antenas 20-1, 20-2 para direcionamento de feixe, definir trajetórias de atraso variável nas VDLs 65-1 e 65-2 para alinhamento de fase entre as antenas 20-1 e 20-2; e controlar as operações de calibração através do controle do circuito de calibração 50 e das chaves SW1 a SW4. Por exemplo, durante as operações de comunicação normal, o controlador 30 emite sinais de controle para fazer com que a primeira e a segunda antenas 20-1, 20-2 sejam acopladas uma à outra e formem coletivamente um feixe para comunicação com apenas um dos satélites 91, 92. Durante uma primeira porção de um período de transferência, o controlador 30 pode emitir sinais de

10 / 39 controle para fazer com que apenas a antena 20-1 se comunique com o satélite 91 mediante a desativação da antena 20-2 para qualquer comunicação externa, enquanto outros sinais de controle iniciam uma operação de calibração da antena 20-2 através do controle do circuito de calibração 50. (Para a calibração, o controlador 30 inclui uma memória 31 que pode armazenar dados de referência de fase e de amplitude e dados de correção, discutidos mais adiante.) Durante uma segunda porção de um período de transferência, ou em um período de transferência diferente, o controlador 30 pode iniciar a calibração da antena 20-1 de maneira análoga. Observa-se aqui que a calibração da primeira e da segunda antenas 20-1, 20-2 inclui uma calibração das VDLs 65-1, 65-2, que podem ser chamadas de forma intercambiável de "unidades de tempo de atraso verdadeiro" (TTDUs - true time delay units). As VDLs 65-1, 65-2 incluem, cada um, uma pluralidade de seções de linhas de atraso selecionáveis com diferentes comprimentos e, portanto, diferentes fases de inserção. Uma pluralidade de chaves em cada VDL 65 é controlável pelo controlador 30 para selecionar uma ou mais das linhas de atraso para a trajetória de sinal e, assim, definir uma fase de inserção desejada através da respectiva VDL 65. Dessa maneira, pode ser obtida uma relação de fase alvo (tipicamente, fases de inserção iguais, isto é, alinhamento de fase) entre as duas metades do sistema de antena 10. Em uma modalidade alternativa, uma das VDLs 65 pode ser substituída por uma linha de atraso fixa, e a relação de fase entre as duas metades é definida mediante o ajuste da outra VDL 65. Ainda em outras modalidades, outros tipos de deslocadores de tempo são substituídos pelas VDLs 65. Em outra modalidade (discutida abaixo em conjunto com a Figura 2C), uma pluralidade de VDLs internas 65 é fornecida dentro de cada antena 20-1, 20-2, e seus atrasos são individualmente controlados pelo controlador 30.

[0038] Observa-se aqui que o controlador 30 pode emitir sinais de controle nas linhas de controle CL para o circuito de calibração 30 para

11 / 39 desativá-lo para operações de calibração durante todos os períodos de comunicação entre o sistema de antena 10 e qualquer sistema de comunicação externa, exceto por períodos de transferência.

[0039] Com os métodos detalhados abaixo, a calibração das antenas 20-1 e 20-2 é evitada durante as operações de comunicação normal, mas é executada durante os períodos de transferência. Com esse esquema, o sistema de antena 10 pode ser equipado com circuitos de calibração mais simples para implementar a calibração, como estaria, de outro modo, disponível em sistemas de antena convencionais configurados para calibração em campo para "qualquer tempo", ao mesmo tempo em que atinge objetivos similares. Por exemplo, tolerâncias indispensáveis no alinhamento de fase e amplitude de trajetórias de sinal ao longo de um certo período de tempo de operações em campo com comunicações ininterruptas podem ser atendidas pelo sistema de antena 10, mas sistemas convencionais podem atender apenas essas tolerâncias com circuitos de calibração significativamente mais complexos.

[0040] Ainda com referência à Figura 1A, a primeira e a segunda antenas 20-1 e 20-2 podem, cada uma, ser uma matriz faseada plana com N elementos de antena 22-1 a 22-N, embora o número de elementos possa diferir entre as duas antenas em outros exemplos. A primeira e a segunda antenas 20-1, 20-2 podem ter, cada uma, um respectivo elemento de calibração 25-1, 25-2, situado dentro de seus limites, tipicamente em uma posição central, conforme ilustrado. Os elementos de calibração 25-1, 25-2 são, cada um, seletivamente conectados ao circuito de calibração 50 através da chave SW2, e podem ser elementos radiantes similares aos elementos de antena 22. Em outras modalidades, apenas um único elemento de calibração 25 é usado para ambas as antenas 20-1, 20-2 e é montado próximo à borda de uma das antenas 20, adjacente à outra antena 20. Ainda em outros exemplos, cada antena 20-1, 20-2 inclui múltiplos elementos de calibração 25, com cada elemento de calibração 25 alocado para calibração de um grupo de M

12 / 39 elementos de antena, circundando aquele elemento de calibração dentro da respectiva antena, onde M < N.

[0041] Durante uma operação de comunicação normal com o primeiro satélite 91, na direção de recepção, um sinal de recepção SR1 é recebido por cada antena 20-1 e 20-2, que respectivamente derivam e emitem "sinais de feixe de recepção" SRB1 e SRB2 a partir do sinal de recepção SR1. Durante uma comunicação normal, os "sinais de feixe de transmissão" STB1 e STB2 (fornecidos a partir da chave acoplada cruzada de transmissão 41) são encaminhados através dos elementos T/R 18-1 e 18-2 para as antenas 20-1 e 20-2, respectivamente. Os elementos de transmissão/recepção (T/R) são elementos para separar os sinais de transmissão dos sinais de recepção, de modo a permitir que ambos os sinais de transmissão e de recepção compartilhem as mesmas antenas e outros componentes de circuito/trajetórias de sinal (por exemplo, as trajetórias de uma rede combinadora/divisora dentro de cada antena 20-1, 20-2). Por exemplo, os elementos T/R 18-1 e 18-2 podem ser chaves T/R, no caso de comunicação half-duplex, ou diplexadores, no caso de comunicação full duplex com diferentes canais de frequência na transmissão versus recepção. (Elementos T/R adicionais podem estar incluídos dentro de cada antena 20-1, 20-2, discutidos abaixo.) Deve-se notar aqui que em outras modalidades nas quais os elementos de antena 22 não são compartilhados entre as operações de transmissão e recepção, os elementos T/R 18 podem ser omitidos. Os sinais de transmissão STB1 e STB2 podem ser encaminhados a partir das portas p2 e p3 dos elementos T/R 18-1 e 18-2 para a matriz de antena 21. Simultânea ou alternadamente, os sinais de recepção SRB1, SRB2 podem ser encaminhados a partir da matriz de antena 21 para as portas p1 e p4, respectivamente, dos elementos T/R 18-1, 18-2. Durante uma comunicação normal, os sinais de recepção SRB1 e SRB2 são adicionalmente encaminhados através dos acopladores 60-1, 60-2; VDLs 65-1, 65-2; e das chaves SW3, SW4, respectivamente, para a chave RCC 40. A chave RCC 40

13 / 39 acopla de modo cruzado esses sinais para, assim, produzir sinais de saída de amplitude substancialmente igual SOUT1 e SOUT2. Os sinais de saída SOUT1 e SOUT2 são encaminhados para um ou mais demoduladores, discutido mais adiante, dependendo do estado do sistema de antena 10. Observa-se aqui que em uma modalidade alternativa discutida mais adiante em conjunto com a Figura 8, as chaves SPDT SW3 e SW4 são omitidas, e as entradas para a chave SPMT SW1 se originam dos acopladores dentro da chave RCC 40 e da chave TCC 41. Nesse caso, as trajetórias de calibração na recepção incluem as trajetórias dentro da chave RCC 40.

[0042] Na direção de transmissão, apenas um dos sinais SIN1 ou SIN2 pode ser inserido durante uma comunicação normal na qual apenas um dos sinais de transmissão ST1 e ST2 é transmitido para o primeiro satélite 91 ou para o segundo satélite 92. Nesse caso, os sinais de feixe de transmissão STB1 e STB2 são derivados de um dos sinais SIN1 e SIN2 inseridos. Ambos os sinais SIN1 e SIN2 podem ser inseridos durante uma porção de um período de transferência no qual os sinais ST1 e ST2 são transmitidos simultaneamente para o primeiro e o segundo satélites 91 e 92, respectivamente.

[0043] Durante a operação de comunicação normal com o primeiro satélite 91, o sistema de antena 10 pode não processar quaisquer sinais transmitidos a partir do segundo satélite 92, e vice-versa, durante a comunicação normal com o segundo satélite 92. Por exemplo, o primeiro satélite 91 pode transmitir/receber através de um ou mais primeiros canais de frequência, enquanto o segundo satélite 92 transmite/recebe através de um ou mais segundos canais de frequência que diferem do primeiro canal de frequência, e o sistema de antena 10 pode filtrar os sinais fora do primeiro canal de frequência ao se comunicar normalmente com o primeiro satélite 91. Da mesma maneira que aquela descrita acima para a comunicação normal com o primeiro satélite 91, o sistema de antena 10 pode, em um período pós- transferência, se comunicar normalmente com o segundo satélite 92 pela

14 / 39 recepção/transmissão de sinais SR2/ST2 transmitidos do/para o segundo satélite 92 com o uso de ambas as antenas 20-1 e 20-2, e não processar os sinais do/para o primeiro satélite 91. Nesse período pós-transferência, um dos sinais SIN1, SIN2, derivado de um único modulador, pode ser inserido no sistema de antena 10; e ambos os sinais SOUT1 e SOUT2 são emitidos a partir do sistema de antena 10 de maneira análoga àquela descrita acima.

[0044] Durante o período de transferência, um terminal de saída de trajetória acoplada de um ou ambos os acopladores 60-1, 60-2 é seletivamente conectado ao circuito de calibração 50 através da chave SW2, mas o sinal acoplado através das trajetórias acopladas pode não ser usado durante a operação de comunicação normal. Brevemente, em uma calibração de trajetória de recepção de acordo com uma modalidade, uma dentre as possíveis trajetórias de recepção 2N é calibrada de cada vez, e uma pluralidade dessas trajetórias de recepção é calibrada sequencialmente. Em qualquer dado momento, uma trajetória de sinal de recepção é calibrada a partir de um elemento selecionado dentre os elementos de antena 22-i (i = qualquer um dentre 1 a N) para um ponto de referência. Em um exemplo, se houver tempo suficiente disponível durante o período de transferência, todas as N trajetórias de recepção a partir da antena 20-2 para o ponto de referência podem ser calibradas em uma porção do período de transferência. Se houver tempo suficiente adicional disponível, algumas ou todas as N trajetórias de recepção da antena 20-1 podem ser calibradas. Uma operação de calibração exemplificadora será descrita a seguir.

[0045] A Figura 1B ilustra esquematicamente exemplos adicionais de circuitos e trajetórias de conexão do sistema de antena 10. Em particular, são representados exemplos de elementos de circuito acoplados entre a chave de transmissão acoplada cruzada (TCC) 41, a matriz de antena 21 e o circuito de calibração 50. Uma primeira trajetória de sinal de transmissão entre a chave TTC 41 e a primeira antena 20-1 inclui uma conexão em série de uma chave

15 / 39 SPDT SW3’, um acoplador 60-1’ e um elemento T/R 18-1 (note que o sinal de transmissão STB1 é aplicado à porta p2). Uma segunda trajetória de sinal de transmissão entre a chave TTC 41 e a segunda antena 20-2 inclui uma conexão em série de uma chave SPDT SW4’, um acoplador 60-2’ e um elemento T/R 18-2 (onde o sinal de transmissão STB2 é aplicado à porta p3). Dessa forma, nesse exemplo, as trajetórias de sinal de transmissão entre a chave TTC 41 e a matriz de antena 21 omitem as VDLs. Em configurações alternativas, uma ou mais VDLs são incluídas. Observa-se aqui que a chave SPMT SW1 tem uma porta de entrada h e quatro portas de saída f, g (vistas na Figura 1A), f’ e g’, e a chave SPMT SW2 tem uma porta de entrada a e seis portas de saída b, c, d, e (Figura 1A), d’ e e’. Durante a calibração, as trajetórias de calibração de transmissão diferem das trajetórias de calibração de recepção da Figura 1A por roteamento seletivo através das portas d’ e e’ da chave SW2 e das portas f’ e g’ da chave SW1, conforme ilustrado na Figura 1B. Em uma configuração alternativa àquela mostrada na Figura 1B, se for desejável incluir trajetórias de transmissão dentro da chave TCC 41 nas medições de calibração, as chaves SPDT SW3’ e SW4’ podem ser omitidas, e as entradas de calibração de trajetória para a chave SPMT SW1 podem se originar dos acopladores dentro da chave TCC 41.

[0046] A Figura 1C ilustra esquematicamente um exemplo adicional de circuitos de transmissão e recepção do sistema de antena da Figura 1A. O sistema de antena 10 pode incluir adicionalmente um primeiro e um segundo blocos de baixo ruído (LNBs - low noise blocks) 72-1, 72-2, um primeiro e um segundo demoduladores 74-1, 74-2, um primeiro e um segundo moduladores 78-1, 78-2 e um processador de sinal 770. O primeiro e o segundo blocos de baixo ruído 72-1 e 72-2 fornecem amplificação adicional de baixo ruído de sinais de recepção.

[0047] Durante uma porção do período de transferência no qual o acoplamento cruzado da chave RCC 40 é intencionalmente interrompido

16 / 39 (discutido mais adiante em conjunto com as Figuras 7A a 7G), o primeiro e o segundo demoduladores 74-1 e 74-2 recebem e demodulam os sinais SOUT1 e SOUT2, respectivamente. As saídas demoduladas são fornecidas ao processador de sinal 770 para processamento adicional. Por exemplo, o processador de sinal 770 pode ser conectado a uma interface de E/S (não mostrada) e pode emitir dados do usuário final, por exemplo, dados de áudio/vídeo derivados dos sinais demodulados. Durante uma transferência suave, conforme mencionado acima, o processador de sinal 770 pode recuperar os sinais de informações redundantes dos sinais SOUT1 e SOUT2 que se originaram dos sinais de recepção SR1, SR2 dos diferentes satélites 91 e 92. O processador de sinal 770 pode emitir um único fluxo de dados de saída de áudio/vídeo para a interface de E/S com base nos sinais de informação redundantes.

[0048] O primeiro e o segundo moduladores 78-1 e 78-2 recebem sinais de entrada a serem modulados a partir do processador de sinal 770. Por exemplo, apenas um dos moduladores 78-1 e 78-2 pode ser selecionado como um único modulador para emitir sinais modulados que modulam um fluxo de dados recebidos do processador de sinal 770. Durante a comunicação normal, o sinal modulado é dividido pela chave TCC 41to para gerar o sinal de transmissão ST1 ou ST2 para o satélite 91 ou 92, respectivamente, através da matriz de antena 21. Durante uma porção de um período de transferência no qual o acoplamento cruzado da chave TCC 41 é interrompido, tanto o primeiro como o segundo moduladores 78-1 e 78-2 modulam individualmente os sinais para a transmissão para o primeiro satélite 91 e para o segundo satélite 92, respectivamente, de uma maneira análoga às operações de transferência aqui descritas para a direção de recepção.

[0049] A Figura 2A representa esquematicamente uma matriz de antena 21 exemplificadora do sistema de antena 10. A matriz de antena 21 pode incluir antenas lado a lado 20-1 e 20-2, cada uma das quais pode ser matriz faseada incluindo uma pluralidade N de elementos de antena 22-1 a

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22-N, conformalmente dispostos em relação a uma superfície comum F, por exemplo, uma superfície de topo de um substrato dielétrico.

Cada um dos elementos de antena 22 pode ser uma antena patch impressa sobre a superfície F.

Alternativamente, os elementos de antena 22 são dipolos, monopolos ou outros tipos de antena uniformemente espaçados em relação à superfície F.

Em qualquer caso, um ou mais elementos de calibração 25 podem ser montados ou impressos de modo similar dentro do perímetro de abertura de cada antena 20-1, 20-2. Uma localização conveniente para um elemento de calibração 25 é uma localização central em relação ao grupo de elementos de antena 22 designado para ser calibrado através do uso desse elemento de calibração 25. Cada elemento de calibração 25 é um elemento radiante que pode ser diretamente conectado ao circuito de calibração 50 através de uma respectiva linha de sinal 55-1 ou 55-2 e uma trajetória de chaveamento dentro da chave SW2. Cada antena 20-1 e 20-2 pode incluir adicionalmente um N:1 combinador/divisor 29 e N circuitos integrados de RF (RFICs) 80 respectivamente conectados entre os N elementos de antena 22-1 a 22-N e o N:1 combinador/divisor 29. Cada um dos elementos de antena 22 pode ser usado tanto para operações de transmissão como de recepção.

Em outras modalidades, os elementos de antena 22 não são compartilhados para operações de transmissão e recepção.

Em vez disso, uma pluralidade K < N dos elementos de antena 22 em cada antena 20 é dedicada para transmitir sinais a partir do sistema de antena 10, e uma pluralidade restante P = N-1 de elementos de antena é dedicada para receber sinais transmitidos a partir dos satélites para o sistema de antena 10. Os K elementos podem ser intercalados com os P elementos de antena, de modo que cada um dentre os K e P elementos de antena pode ser definido por um fator de forma comum e tem a mesma abertura efetiva.

Alternativamente, uma submatriz de K elementos de antena de transmissão 22 pode situar-se em posição adjacente a uma submatriz de P elementos de antena de recepção 22. Em qualquer um dos

18 / 39 esquemas acima, cada antena 20 pode empregar uma única rede combinadora/divisora 29, tanto para combinar todos os sinais de recepção em um sinal de feixe de recepção combinado como dividir um sinal de feixe de transmissão de entrada em N ou K sinais de transmissão divididos que são emitidos para N ou K elementos de antena 22, conforme o caso. Em outro exemplo, uma rede divisora separada é usada para os sinais de transmissão.

[0050] Na discussão a seguir, assume-se por uma questão de simplicidade de explicação, que cada um dos elementos de antena 22 é usado tanto para operações de transmissão como de recepção. Para essa finalidade, na transmissão, N:1 combinador/divisor 29 da antena 20-1, ao operar como um divisor, divide um "sinal de feixe de transmissão" STB1 recebido em uma porta 85-1 da antena 20-1 em N "sinais de elemento de transmissão" STE-1 a STE-N. Os últimos sinais são respectivamente ajustados pelos RFICs 80 e irradiados pelos elementos de antena 22-1 a 22-N da antena 20-1 para formar pelo menos parte de um feixe de antena de transmissão gerado pela matriz de antena 21. De modo semelhante, um sinal de feixe de transmissão de entrada STB2 na porta 85-2 da antena 20-2 é dividido e transmitido pela antena 20-2 através de seus elementos de antena 22. Na direção de recepção, os sinais recebidos pelos elementos de antena 22-1 a 22-N da antena 20-1 são ajustados pelos respectivos RFICs 80 para gerar "sinais de elementos de recepção" SRE-1 a SRE-N que são aplicados às respectivas portas de entrada de N:1 combinador/divisor 29 que operam como um combinador. Esses sinais são combinados para gerar o sinal de feixe de recepção SRB1. Operações similares são executadas pela antena 20-2 para gerar o sinal de feixe de recepção SRB2.

[0051] A Figura 2B mostra uma configuração exemplificadora de um RFIC 80 para transmitir/receber sinais para/de qualquer dado elemento de antena 22-i. O RFIC 80 pode incluir circuitos de recepção ("cadeia de recepção") 81 e circuitos de transmissão (cadeia de transmissão) 82, cada um conectado entre os elementos T/R 83 e 84, que podem ser chaves T/R ou

19 / 39 diplexadores. O elemento T/R 83 tem uma porta de entrada no nó 87 conectada ao elemento de antena 22-i, uma primeira porta de saída conectada a uma extremidade da cadeia de recepção 81 e uma segunda porta de saída conectada a uma extremidade da cadeia de transmissão 82. As outras extremidades da cadeia de recepção 81 e da cadeia de transmissão 82 estão conectadas às respectivas primeira e segunda portas de saída do elemento T/R 84, onde uma porta de entrada do elemento T/R 84 se conecta a uma das N portas de saída do N:1 combinador/divisor 29. Se os elementos T/R 83 e 84 forem chaves T/R, eles podem fornecer rotas separadas para transmitir e receber sinais durante diferentes intervalos de tempo em uma operação half- duplex. Se diferentes canais de frequência forem usados na transmissão e na recepção, os elementos T/R podem ser diplexadores e impedir que os sinais de transmissão interfiram na cadeia de recepção 81 pela remoção de frequências indesejadas, e vice-versa.

[0052] A cadeia de recepção 81 pode incluir uma conexão em série de um ajustador de amplitude 23, um deslocador de fase 24 e um filtro passa- banda (BPF - bandpass filter) 26. A ordem da conexão em série mostrada pode ser diferente em outros exemplos. Cada ajustador de amplitude 23 pode ser compreendido de apenas um amplificador de baixo ruído (LNA) 27, ou de um LNA 27 em série com um atenuador variável 28. A cadeia de transmissão 82 pode incluir uma conexão em série de um deslocador de fase 34, um BPF 36 e um ajustador de amplitude 33, em que o último pode ser compreendido de apenas um amplificador de potência (PA) 37 ou um PA 37 em série com um atenuador variável 38. Cada um dentre os ajustadores de amplitude 23, 33, os deslocadores de fase 24, 34 e BPFs 26 dentro da matriz de antena 21 pode ser individualmente controlado por um sinal de controle respectivo ou agrupado, gerado pelo controlador 30 e enviado através de uma respectiva linha de controle CL ou uma linha de controle compartilhada CL. Um sinal de controle enviado para um deslocador de fase 24 ou 34 define a fase de

20 / 39 inserção daquele deslocador de fase. Um primeiro sinal de controle enviado para um ajustador de amplitude 23 ou 33 pode controlar uma tensão de polarização para o LNA 27 ou o PA 37 no mesmo e, assim, controlar seu ganho, ou o primeiro sinal de controle pode transportar a própria tensão de polarização. Um primeiro sinal de controle para um LNA ou um PA dentro do ajustador de amplitude 23 ou 33 pode também definir um estado ligado/desligado daquele LNA de PA. Uma segunda saída de sinal de controle para um atenuador variável 28 ou 38 dentro do ajustador de amplitude 23 ou 33 define a perda de inserção do atenuador variável. Uma saída de sinal de controle para um BPF 26 ou 36 pode definir uma banda de passagem para esse BPF.

[0053] Para que a matriz de antena 21 forme um feixe de antena desejado na direção de transmissão, as amplitudes e fases dos sinais de transmissão nos pontos de alimentação 87 de cada elemento de antena 22 podem, em geral, precisar estar dentro de uma certa faixa de valores predeterminados. Dessa forma, para cada antena 20-1 e 20-2, a fase de inserção e a perda de inserção (esta última frequentemente chamada de ganho de trajetória ou ganho de tensão direta S21) das trajetórias de sinal entre a porta 85 (ou outro ponto de referência dentro do sistema de antena 10) e um ponto de alimentação 87 de cada elemento de antena 22 devem estar dentro de tolerâncias predefinidas de valores determinadas quando o sistema de antena 10 foi configurado durante a fabricação. Essas tolerâncias devem ser satisfeitas para a grande maioria das trajetórias de sinal para gerar um feixe de antena de transmissão com características indispensáveis, por exemplo, precisão de apontamento de feixe, largura de feixe, ganho de antena, lóbulos laterais etc. O mesmo se aplica às trajetórias de recepção. Durante o processo de fabricação, um procedimento de calibração para assegurar que essas tolerâncias sejam satisfeitas para uma supermaioria das trajetórias de sinal (por exemplo, mais de 90% ou mais de 95%) pode ter sido executado com o

21 / 39 uso do circuito de calibração 50 e dos elementos de calibração 25. Uma vez que o sistema de antena 10 tenha sido operado em campo, no entanto, as características da trajetória de sinal podem ter mudado devido a uma variedade de fatores, e o circuito de calibração 50 pode ser usado para recalibrar periodicamente as trajetórias de sinal.

[0054] A Figura 2C ilustra esquematicamente uma configuração alternativa para a matriz de antena 21 do sistema de antena 10. A matriz de antena 21a inclui uma primeira antena 20a-1 e uma segunda antena 20a-2, cada uma incluindo uma pluralidade de linhas de atraso variável (VDLs), cada uma fornecendo atrasos variáveis selecionáveis, controlados pelo controlador 30, para grupos de elementos de antena 22 dentro de cada antena. Dessa forma, em vez de incluir um único N:1 combinador/divisor, cada antena 20a inclui uma pluralidade (N/K) de VDLs 65-1 ou 65-2, acoplada entre uma pluralidade de K:1 combinadores/divisores 280 e um (N/K):1 combinador/divisor. Consequentemente, as trajetórias de sinal associadas a (N/K) grupos de K elementos de antena 22 podem, cada uma, ser efetivamente deslocadas em fase por uma respectiva VDL 65-1 ou 65-2 como parte de um procedimento de calibração. Por exemplo, as trajetórias de sinal associadas a um primeiro grupo de K elementos de antena 22-1 a 22-K são atrasadas por uma primeira VDL 65-1 controlada para ter um primeiro atraso, enquanto as trajetórias de sinal associadas a um segundo grupo de K elementos de antena 22-(N+1-K) a 22-N são atrasadas por uma VDL 65-1 diferente controlada para ter um segundo atraso.

[0055] A Figura 3A ilustra exemplos de loops de calibração de trajetória de recepção e circuito de calibração no sistema de antena 10. A Figura 3B ilustra exemplos de loops de calibração de trajetória de transmissão e circuito de calibração no sistema de antena 10. Por exemplo, referindo-se coletivamente às Figuras 1A a 3B, de acordo com as modalidades da presente invenção, durante uma porção de um período de transferência, a antena 20-2

22 / 39 se comunica com um satélite enquanto uma operação de calibração é executada na antena 20-1. Conforme mostrado na Figura 3A, para calibrar em campo as trajetórias de recepção entre os elementos de antena individuais 22 da antena 20-1 e o ponto de referência 85-1, pode ser obtida primeiro uma medição da trajetória de referência. As medições da trajetória de recepção podem, depois disso, ser feitas em relação à medição da trajetória de referência. Na medição da trajetória de referência, todos os LNAs 27 da antena 20-1 são primeiro desligados para limitar o ruído na medição. A chave SW2 é controlada para conectar a porta de entrada "a" com a porta de saída "d", onde a porta d se conecta a uma porta de acoplamento do acoplador 60-1. Um sinal de teste (test signal) TSOUT é, então, encaminhado através de uma trajetória em série que compreende a chave SW2, o acoplador 60-1, a VDL 65-1, a chave SW3 (com sua trajetória de chave controlada para fechar em direção à chave SW1), e a chave SW1 (com sua trajetória de chave fechada entre a porta de entrada h e a porta de saída g, conforme visto na Figura 1A). Dessa forma, um sinal de retorno TSIN na porta p5 do circuito de calibração 50 representa a porção posterior alimentada do sinal de teste TSOUT na trajetória de referência. O circuito de calibração 50 pode, então, medir a amplitude relativa e a fase de TSIN versus TSOUT para chegar a uma medição da trajetória de referência (por exemplo, perda de inserção e fase de inserção para a trajetória de referência). As medições de trajetórias de recepção incluindo os elementos de antena 22 podem, então, ser iniciadas.

[0056] Por exemplo, para medir uma trajetória de recepção entre o elemento de antena 22-1 e o ponto de referência 85-1 (sob a suposição de que as trajetórias dentro do elemento T/R 18-1 e do acoplador 60-1 permanecem constantes ao longo de toda a medição), o LNA 27 conectado ao elemento de antena 22-1 pode ser ligado enquanto os LNAs restantes da antena 20-1 permanecem desligados. Simultaneamente, um sinal de controle pode definir a trajetória de chaveamento da chave SW2 para a linha de sinal 55-1 (a

23 / 39 trajetória a-c é fechada), enquanto o circuito de calibração 50 emite o mesmo sinal de teste TSOUT. Deve-se notar que a frequência do sinal de teste TSOUT pode diferir da frequência ou frequências usadas para a comunicação normal atual entre a antena 20-2 e o satélite. O sinal de teste TSOUT é encaminhado para o elemento de calibração 25-1, que irradia o mesmo. O sinal irradiado é capturado pelo elemento de antena 22-1 da antena 20-1 e encaminhado através da trajetória de recepção do RFIC 80 conectado ao elemento de antena 22-1 e, então, através de N:1 combinador/divisor 29 da antena 20-1 e da cadeia de trajetória de recepção restante para a porta p5 do circuito de calibração 50, isto é, o elemento T/R 18-1, o acoplador 60-1, a VDL 65-1 e chaves SW3 e SW1. Dessa forma, o sinal de campo próximo TSOUT recebido pelo elemento de antena 22-1 é retroalimentado ao circuito de calibração 50 através da chave SW1 como outra ocorrência de sinal de entrada TSIN. O circuito de calibração 50 pode, então, medir novamente as amplitudes relativas e fases de TSIN versus TSOUT para chegar a uma medição da trajetória de teste, e comparar a medição da trajetória de teste com a medição da trajetória de referência para chegar a uma medição da trajetória de recepção final.

[0057] O circuito de calibração 50 pode, então, relatar o resultado de medição ao controlador 30 em uma linha de dados 52. O controlador 30 pode, então, comparar o resultado de medição com um resultado esperado, por exemplo, um resultado da mesma medição tomada durante a configuração de fabricação do sistema de antena 10 e armazenada na memória 31. Em alguns exemplos, o controlador 30 ou um controlador de circuito de calibração 50 apenas compara as fases relativas e as amplitudes relativas dos resultados medidos entre si, por exemplo, com o uso de um dos resultados como referência e comparando os outros resultados com o de referência. Em ambos os casos, se a comparação indicar que a amplitude e/ou fase da trajetória de sinal total mudou além de um limiar, ou é diferente daquela do resultado de

24 / 39 referência por mais do que um limiar, o controlador 30 pode implementar um ajuste. O ajuste pode envolver o ajuste de um deslocamento de fase do deslocador de fase 24 e/ou do ganho de LNA 26 e/ou da perda de atenuador 28 dentro da trajetória de recepção 80 conectada ao elemento de antena 22-i que foi medida. Após o ajuste, o teste de calibração pode ser repetido para assegurar que o ajuste foi adequado. Esse processo pode, então, ser repetido sequencialmente para os elementos de antena restantes (22-2 a 22-N se o elemento de antena 22-1 for medido primeiro) se o tempo permitir durante o período de transferência. Em uma outra porção do período de transferência, ou em um próximo período de transferência, um processo de calibração análogo pode ser executado para calibrar as trajetórias de recepção da antena 20-2 enquanto a antena 20-1 se comunica com um satélite.

[0058] Observa-se aqui que um alinhamento de fase entre a primeira antena 20-1 e a segunda antena 20-2 pode ser implementado primeiro comparando-se as medições da trajetória de referência nas calibrações das duas antenas entre si e, então, reportando-se os resultados ao controlador 30. O controlador 30 pode, então, fazer um ajuste de atraso em uma ou ambas as VDLs 65-1, 65-2 para alinhar as fases das trajetórias de recepção que levam às duas antenas 20-1, 20-2. Um ajuste de atraso para uma ou mais VDLs 65 na configuração da Figura 2C pode também ser feito após as medições serem feitas nas trajetórias de sinal conectadas a diferentes VDLs 65. Em um outro exemplo de sequência, as VDLs 65 em qualquer uma das configurações acima podem ser calibradas antes de uma calibração dos deslocadores de fase e/ou amplificadores nos RFICs 80.

[0059] A Figura 3B ilustra que um procedimento de calibração análogo pode ser executado para calibrar as trajetórias de transmissão dentro de cada antena 20-1 e 20-2. Em uma calibração de trajetória de transmissão para a antena 20-1, por exemplo, todos os amplificadores de potência 37 da antena 20-1 podem ser inicialmente desligados, de modo que a antena 20-1

25 / 39 seja desativada para comunicação com qualquer satélite.

Uma medição da trajetória de referência pode ser feita emitindo-se um sinal de teste TSOUT a partir da porta p5 do circuito de calibração 50, enquanto as trajetórias de sinal das chaves SW1 e SW3’ são controladas para encaminhar o sinal TSOUT ao acoplador 60-1’, e a trajetória de sinal da chave SW2 é conectada a partir da porta a para a porta d’. Isso permite que o sinal de teste TSOUT se propague através da porta p6 do circuito de calibração 50 como um sinal de retorno TSIN.

Os sinais TSIN e TSOUT são, então, comparados para se obter uma medição de parâmetro S de trajetória de referência "S21" (perda e fase de inserção). As medições de trajetória de transmissão para os elementos de antena 22 podem, então, ser iniciadas ligando-se um PA 37 de cada vez.

Para medir uma trajetória de transmissão para o elemento de antena 22-1, por exemplo, o sinal de teste TSOUT é encaminhado para o elemento de antena 22- 1 através da cadeia de trajetórias de transmissão da porta p5 através do RFIC 80 conectado.

O elemento de antena 22-1 irradia o sinal de teste, que é recebido pelo elemento de calibração 25-1 e encaminhado de volta para o circuito de calibração 50 como um sinal de retorno TSIN.

TSIN é, então, comparado ao TSOUT de maneira análoga àquela realizada para a medição da trajetória de referência para chegar a uma medição da trajetória de teste, que é comparada à medição da trajetória de referência para chegar a uma medição da trajetória de transmissão.

O resultado da medição pode ser enviado ao controlador 30, que pode, então, fazer ajustes análogos à amplitude e fase dos elementos da trajetória de transmissão, como foi feito para o caso da trajetória de recepção, completando assim a calibração da trajetória de transmissão.

O processo pode, então, ser repetido para os elementos de antena 22-2 a 22-N.

Embora nenhuma VDL seja mostrada na Figura 3B, entende-se que o deslocamento de tempo (fornecido por meio de VDLs) pode ser usado na transmissão, em adição ao deslocamento de fase (fornecido por meio de deslocadores de fase RFIC 34.

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[0060] A Figura 4A é um diagrama de blocos de um circuito de calibração 50a, que é um exemplo de circuito de calibração 50 do sistema de antena 10. O circuito de calibração 50a inclui as chaves SPDT SW7 e SW8, uma fonte de RF 51, um controlador 55, um receptor de RF 53 e uma interface de E/S 57. Durante uma medição de calibração de trajetória de recepção, conforme descrito acima, a fonte de RF 51 gera o sinal de teste TSOUT, enquanto a chave SW7 é controlada pelo controlador 55 (que, por sua vez, recebe comandos do controlador 30 para o procedimento de calibração) para definir seu estado de comutação para a posição "A", roteando assim o sinal TSOUT para a porta p6. A chave SW8 é, de modo semelhante, controlada para a sua posição "A" para receber o sinal de retorno TSIN na porta p5 e encaminhá-lo ao receptor 53. O controlador 55 e o receptor 53 podem, juntos ou individualmente, executar as comparações observadas acima entre os sinais TSOUT e TSIN e entre os sinais da trajetória de referência e da trajetória de teste, e enviar os resultados da medição ao controlador 30 na linha de dados 52 através da interface de E/S 57. Durante uma medição de calibração da trajetória de transmissão, conforme descrito acima, operações iguais ou similares são executadas com as posições de chave das chaves SW7 e SW8, cada uma comutada para a posição "B". Dessa maneira, o sinal de teste TSOUT é encaminhado para a porta p5, enquanto o sinal de retorno TSIN é recebido na porta p6.

[0061] A Figura 4B ilustra esquematicamente um outro exemplo de um circuito de calibração dentro do sistema de antena. Uma vantagem dessa arquitetura é que ela pode reduzir ou minimizar o ruído de baixa frequência. O circuito de calibração 50b inclui uma fonte de RF 51a, um receptor de RF 53a e um controlador 55a, e pode incluir adicionalmente as chaves SW7, SW8 e uma interface de E/S 57 (ambas não mostradas na Figura 4 B) controladas da mesma maneira acima descrita. A fonte de RF 51 inclui um primeiro oscilador local (LO) 402, um divisor de potência de RF 406, um conversor

27 / 39 ascendente 408 e um segundo oscilador local 404. Em um exemplo, o segundo LO 404 é um LO que gera ruído mais baixo que o primeiro LO 402. O receptor 53a inclui um divisor de potência de RF 410, um detector de pico 412, um conversor descendente 414 e um detector de fase 416. O controlador 55a inclui um primeiro e um segundo conversores analógico/digital (ADCs) 420-1 e 420-2 e um analisador de sinal digital 422.

[0062] Para implementar uma trajetória de recepção ou uma medição de calibração da trajetória de transmissão, o primeiro LO 402 gera um sinal de RF de frequência relativamente baixa, que é dividido pelo divisor 406 em um primeiro e um segundo sinais de LO divididos. O primeiro sinal de LO dividido é convertido ascendentemente pelo conversor ascendente 408 com o uso de um segundo sinal de LO gerado pelo segundo LO 404, e o sinal convertido ascendentemente é emitido como sinal de teste TSOUT. O sinal de retorno TSIN é dividido pelo divisor 410 em um primeiro sinal de retorno dividido que é aplicado ao detector de pico 412, e um segundo sinal de retorno dividido é aplicado ao conversor descendente 414. O detector de pico 412 detecta amplitudes de pico de sinal do primeiro sinal de retorno dividido e emite um sinal de envelope para o ADC 420-1, que gera amostras digitais do sinal de envelope. As amostras digitais são analisadas pelo analisador 422, que gera, a partir disso, um primeiro e um segundo sinais de resultado de amplitude A1, A2. O sinal de resultado A1 representa uma média µ das amostras, enquanto o sinal de resultado A2 representa um desvio padrão ꝺ2 das amostras, que é indicativo de ruído de amplitude. Os sinais de resultado A1 e A2 são emitidos ao controlador 30 através de uma linha de dados 52. O controlador 30 usa os sinais de resultado para fazer uma determinação no ajuste da amplitude nas trajetórias de recepção ou de transmissão associadas que foram medidas.

[0063] O conversor descendente 414 recebe e converte descendentemente o segundo sinal de retorno dividido com o uso de um

28 / 39 primeiro sinal de referência REF1, que é o primeiro sinal de LO dividido do divisor 406. O sinal de saída convertido descendentemente do conversor descendente 414 é aplicado ao detector de fase 416 que detecta a fase do sinal com o uso de um segundo sinal de referência REF2 (o segundo sinal LO). O detector de fase 416 emite um sinal de fase indicativo da fase detectada, e o sinal de fase é digitalizado pelo ADC 420-2 para fornecer um fluxo de amostras de fase. As amostras de fase são analisadas pelo analisador 422, que gera a partir do mesmo um primeiro sinal de resultado de fase que representa uma média µ das amostras de fase e um segundo sinal de resultado de fase H2 que representa um desvio padrão (SD) ꝺ2 das amostras de fase. Esses sinais de resultado H1, H2 são, de modo semelhante, emitidos para o controlador 30 através de uma linha de dados 52. O controlador 30 usa os sinais de resultado para fazer uma determinação para ajuste de fase nas trajetórias de recepção ou de transmissão associadas que foram medidas.

[0064] A Figura 4C ilustra esquematicamente um exemplo adicional de um circuito de calibração dentro do sistema de antena. Uma vantagem dessa arquitetura é que ela pode reduzir ou minimizar tanto o custo como a ocupação de espaço. O circuito de calibração 50c inclui um controlador 55b, uma fonte de RF 51b e um receptor de RF 53b. O controlador 55b inclui um primeiro e um segundo ADCs 420-1 e 420-2 e um analisador 440. A fonte de RF 51b inclui um único LO 402 e um divisor 406 que divide um sinal LO de LO 402 em um primeiro sinal de saída dividido como sinal de teste TSOUT e um segundo sinal de LO dividido. O receptor 53b inclui um acoplador híbrido 450 e um demodulador em fase/fase em quadratura (I/Q - in- phase/quadrature phase) 452. O acoplador híbrido 450 divide o sinal de retorno TSIN em um primeiro e um segundo sinais de saída deslocados em fase um em relação ao outro em 90°. O demodulador I/Q demodula esses sinais de saída em sinais de saída I e Q. O ADC 420-1 faz a amostragem do sinal I enquanto o ADC 420-2 faz a amostragem do sinal Q. O analisador 440

29 / 39 analisa as amostras I e Q para gerar a partir das mesmas o terceiro e quarto sinais de resultado de amplitude A3, A4 representando a média e o DP, respectivamente, da perda de inserção (amplitude S21) na trajetória medida. O analisador 440 analisa adicionalmente as amostras I e Q para gerar a partir das mesmas os sinais de resultado H3, H4 representando a média e o DP, respectivamente, da perda de inserção na trajetória medida. Esses sinais de resultado A3, A4, H3, H4 são emitidos para o controlador 30 através das linhas de dados 52. O controlador 30 usa os sinais de resultado para fazer determinações para ajustar a amplitude e a fase nas trajetórias de recepção ou de transmissão associadas que foram medidas.

[0065] A Figura 5A é um fluxograma de um método exemplificador 500 de operação e de calibração do sistema de antena 10 no campo. A Figura 5B é um diagrama de temporização que ilustra a temporização exemplificadora da formação de feixes e das operações de calibração durante o método 500. A Figura 6A ilustra um primeiro e um segundo exemplos de feixes que podem ser formados pelo sistema de antena 10 durante uma primeira porção de um período de transferência designado pelo método 500. A Figura 6B mostra um terceiro e um quarto exemplos de feixes formados pelo sistema de antena 10 durante e após uma segunda porção do período de transferência, respectivamente. Apenas os feixes principais (e não os lóbulos laterais) são mostrados nas Figuras 6A a 6B por uma questão de simplicidade, e embora os padrões de antena dos mesmos sejam ilustrados em um único plano, os feixes podem ser feixes do tipo lápis com características aproximadamente iguais em todos os planos.

[0066] Com referência genérica às Figuras 1 a 6B, com o método 500, antes do período de transferência, é formado um primeiro feixe B1 (S502) para comunicação normal com o primeiro satélite 91 através da matriz de antena 21. Nesse estado, que ocorre antes de um tempo t0 da Figura 5B, o controlador 30 pode ligar todos os amplificadores dentro das antenas 20-1 e

30 / 39 20-2 da matriz de antena 21, de modo que ambas as antenas sejam completamente ativadas para a comunicação. Dessa forma, a matriz de antena 21 tem uma abertura efetiva com 2N elementos de antena que abrangem um plano bidimensional combinando os N elementos de antena de cada antena 20-1 e 20-2, e um primeiro feixe do tipo lápis B1 é assim formado com um alto ganho G1. As fases dos deslocadores de fase 24 são controladas para produzir tanto uma fase uniforme como um gradiente de fase, se necessário, através da abertura efetiva da matriz de antena 21. Dessa maneira, o pico do primeiro feixe B1 aponta em um ângulo de varredura θ0, conforme visto na Figura 6A, em direção ao satélite 91. O ângulo de varredura θ0 é um ângulo em relação a um eixo de referência predeterminado, por exemplo, uma superfície normal à plana F da matriz de antena 21.

[0067] Quando é iminente uma transferência para transferir através da comunicação com o sistema de antena 10 do primeiro satélite 91 para o segundo satélite 92, um período de transferência que começa no tempo t0 é definido pelo controlador 30 ou por um sistema externo. Durante uma primeira porção do período de transferência (operações S504) a partir do tempo t0 até o tempo t1, um segundo feixe B2 é formado para comunicação com o primeiro satélite 91 com o uso da primeira antena 20-1 sem qualquer contribuição da segunda antena 20-2. Para formar o segundo feixe B2, o controlador 30 desativa a segunda antena 20-2 para comunicação externa desligando todos os seus amplificadores (exceto um de cada vez pode ser ligado durante um procedimento de calibração, conforme explicado anteriormente). Com a antena 20-2 desativada dessa forma, um procedimento de calibração é executado entre os tempos t0 e t1 com o uso do circuito de calibração 50, conforme descrito acima. Como o segundo feixe B2 é formado apenas com os elementos de antena da antena 20-1, a abertura efetiva da matriz de antena 21 é reduzida pela metade, e o feixe resultante B2 é mais largo que o feixe B2 e tem um ganho menor G2.

31 / 39

[0068] Durante uma segunda porção do período de transferência (operações S506) a partir do tempo t1 até o tempo t2, o feixe B2 continua a ser formado pela antena 20-1 para comunicação com o primeiro satélite 91, enquanto a segunda antena 20-2 é reativada para comunicação com o segundo satélite 92 para iniciar uma transferência sem descontinuidade da comunicação do primeiro satélite 91 para o segundo satélite 92. Quando a segunda antena 20-2 é reativada, ela forma um terceiro feixe B3 que tem aproximadamente o mesmo ganho G2 que o segundo feixe B2. Dessa forma, durante esse período de tempo, as antenas 20-1 e 20-2 são operadas independentemente e transmitem/recebem sinais independentes. Por exemplo, a antena 20-2 se comunica com o segundo satélite 92 com sinais em frequências e/ou protocolos diferentes daqueles usados pelo satélite 92, de modo que a interferência em cada comunicação seja minimizada. Se o segundo satélite 92 estiver situado em uma direção diferente em relação ao eixo geométrico de referência da matriz de antena 21, o terceiro feixe B3 é formado apontando na direção diferente do segundo satélite 92. Esse cenário é representado na Figura 6B, que mostra o pico do terceiro feixe B3 apontando para um ângulo de varredura θ1, que está deslocado em relação ao ângulo θ0 e pode corresponder a uma direção de linha de visão para o segundo satélite 92. Para reapontar o terceiro feixe B3 para o ângulo de varredura θ1, o controlador 30 aplica sinais de controle aos deslocadores de fase 24 da antena 20-2 para definir suas fases, de modo que um gradiente de fase seja gerado através de sua abertura efetiva. Adicionalmente, as amplitudes das trajetórias de sinal conectadas a cada elemento de antena 22 podem ser controladas individualmente para ajustar precisamente as características do feixe, pelo controle dos ganhos dos LNAs e PAs e das perdas dos atenuadores variáveis. O processo de definição de fases e ajuste de amplitudes dessa maneira pode ser chamado de ajuste dos pesos dos feixes dos elementos de antena 22.

[0069] Se ainda houver tempo suficiente disponível no período de

32 / 39 transferência de acordo com os requisitos operacionais predefinidos, uma terceira porção do período de transferência, entre o tempo t2 e o tempo t3 na Figura 5B, pode ser alocada para as operações S508. Durante esse período, a primeira antena 20-1 é desativada para qualquer comunicação externa desligando-se todos os seus amplificadores (exceto um ou mais amplificadores conectados a um elemento de antena 22 a ser inicialmente calibrado). Essa desativação interrompe a comunicação com o primeiro satélite 91. Enquanto isso, a segunda antena 20-2 continua a se comunicar com o segundo satélite 92. Enquanto a primeira antena 20-1 está desativada, um procedimento de calibração análogo ao usado para calibrar a segunda antena 20-2 durante a primeira porção do período de transferência é usado para calibrar a primeira antena 20-1.

[0070] Por outro lado, se o tempo restante for insuficiente no período de transferência para completar a calibração de todas as trajetórias de sinal para todos os elementos de antena 22 dentro da matriz de antena 21, a calibração dos elementos de antena 22 restantes pode ser executada durante o próximo período de transferência.

[0071] Após o período de transferência (subsequente ao tempo t3 na Figura 5B), um quarto feixe B4 é formado para a comunicação com o segundo satélite 92 com o uso tanto da primeira como da segunda antenas 20- 1, 20-2 (S510). Para formar o quarto feixe B4, os deslocadores de fase 24 da antena 20-1 podem ser controlados para formar o mesmo gradiente de fase que a segunda antena 20-2, de modo que o quarto feixe B4 seja formado, conforme mostrado na Figura 6B, para apontar no ângulo θ1 e para ter aproximadamente o mesmo ganho G1 que o primeiro feixe B1.

[0072] A Figura 7A ilustra um diagrama de blocos funcional de uma chave acoplada cruzada de recepção (RCC) 40a, mostrada em relação a outros componentes do sistema de antena 10. A chave RCC 40a é uma modalidade da chave RCC 40 descrita acima. A Figura 7A ilustra também um estado do

33 / 39 sistema de antena 10 durante uma comunicação normal com o primeiro satélite 91, por exemplo, antes do tempo t0 da Figura 5B. A chave acoplada cruzada 40a inclui o primeiro, o segundo, o terceiro e o quarto acopladores híbridos 3dB 70-1, 70-2, 70-3 e 70-4; as chaves unipolares de duas posições (SPDT) SW11, SW12, SW13 e SW14; as linhas de sinal acopladas cruzadas 701 e 703; e as linhas de sinal de trajetória reta 705 e 707, uma pluralidade de terminações R conectadas a várias portas dos acopladores 70 e as chaves SW11 a SW14. Outros componentes exemplificadores mostrados do sistema de antena 10 incluem uma matriz de antena 21, cadeias de calibração (CC) 790-1 e 790-2; um primeiro e um segundo blocos de baixo ruído (LNBs) 72- 1, 72-2; um primeiro e um segundo demoduladores 74-1, 74-2; e o processador de sinal 770. Os estados de chaveamento das chaves SW11 a SW14 são controlados pelo controlador 30 (não mostrado na Figura 7A) através de sinais de controle nas linhas de controle CL. A cadeia de calibração 790-1 inclui o elemento T/R 18-1, o acoplador 60-1, a VDL 65-1 e a chave SW3, conforme mostrado na Figura 1A. A CC 790-2 inclui o elemento T/R 18-2, o acoplador 60-2, a VDL 65-2 e a chave SW4.

[0073] Para cada acoplador híbrido de 3 dB 70, um sinal aplicado a qualquer porta a, b, c ou d é igualmente dividido, mas a fase em quadratura é deslocada entre as portas de saída opostas. Dessa forma, um sinal aplicado à porta "a" é igualmente dividido em um sinal na porta b e um sinal na porta c que atrasa o sinal na porta b em 90°, mas a potência refletida nas portas b e c aparece principalmente na porta d, e é interrompido onde há uma terminação R conectada. Outros tipos de acopladores de 3 dB, como acopladores híbridos em anel ("rat-race") ou divisores de potência de Wilkinson, podem ser substituídos em outras modalidades.

[0074] Durante a comunicação normal com o satélite 91, todos os amplificadores da primeira e da segunda antenas 20-1, 20-2 podem ser ligados, e os estados de chaveamento das chaves SW11 a SW14 são

34 / 39 controlados para acoplar de modo cruzado o primeiro e o segundo sinais de feixe de recepção SRB1 e SRB2 emitidos pela primeira e pela segunda antenas 20-1 e 20-2, respectivamente. Mediante o equilíbrio de fases das duas metades da chave RCC 40a e das duas trajetórias de sinal que conectam a primeira e a segunda antenas 20-1, 20-2 à chave RCC 40a, substancialmente da energia do sinal de recepção aparece como de igual amplitude, sinais de fase equilibrada SOUT1 e SOUT2. Os comprimentos elétricos das linhas de sinal 705, 703, 701 e 707, bem como os comprimentos elétricos nos acopladores 70-1 a 70-4 e nas chaves SW11 a SW14 podem todos ter sido precisamente calibrados durante a fabricação e a configuração inicial do sistema de antena

10. Por exemplo, um primeiro comprimento elétrico de uma trajetória de sinal da porta "a" do acoplador 70-1 até a porta "a" do acoplador 70-2 pode ter sido definido como igual a um segundo comprimento elétrico de uma trajetória de sinal da porta "a" do acoplador 70-3 até a porta "a" do acoplador 70-4. Entretanto, o comprimento elétrico da porta a do acoplador 70-3 até a porta d do acoplador 70-2 pode ter sido definido como "condutor de fase" no primeiro comprimento elétrico em 90°. Dessa maneira, a energia de sinal de dois sinais de entrada, kSRB1 e kSRB2 (onde k ≈ 0,5) que aparecem nas portas "a" e d do acoplador 70-2 pode adicionar construtivamente, de modo que substancialmente toda a energia de sinal desses sinais apareça na porta c do acoplador 70-2 como o sinal SOUT1. Uma adição construtiva análoga de energia de sinal é aplicável ao acoplador 70-4 para gerar o sinal de saída SOUT2. Consequentemente, o feixe B1 é formado para comunicação normal com o primeiro satélite 91. Uma configuração análoga para o acoplador cruzado de transmissão 41 pode ser implementada para gerar substancialmente o mesmo padrão de antena para o feixe B1 na transmissão.

[0075] A Figura 7B ilustra um estado de operação do sistema de antena 10 com a chave acoplada cruzada de recepção 40a durante a primeira porção descrita acima do período de transferência entre os tempos t0 e t1 da

35 / 39 Figura 5B. Nesse estado, a segunda antena 20-2 é desativada desligando-se todos os seus amplificadores (LNAs e PAs). (Esse desligamento dos amplificadores pode ter sido implementado diminuindo gradativamente) Portanto, nenhum sinal de satélite é transmitido/recebido nas linhas 701 e

707. Consequentemente, a primeira antena 20-1 gera um segundo feixe B2 sem qualquer contribuição da primeira antena 20-2. O demodulador 74-1 demodula o sinal de saída SOUT1 para fornecer um sinal demodulado SOUT1’. As duas metades da chave RCC 40a podem permanecer acopladas de modo cruzado através das linhas de sinal 701 e 703 mantendo os estados de chaveamento anteriores das chaves SW11 a SW14, conforme ilustrado.

[0076] A Figura 7C ilustra um estado de operação do sistema de antena 10 com a chave RCC 40a durante a primeira porção do período de transferência, subsequente ao tempo do estado operacional da Figura 7B. No estado da Figura 7C, todos os amplificadores dentro da segunda antena 20-2 permanecem desligados e o acoplamento cruzado dentro da chave RCC 40a é interrompido mediante a troca das posições de chaveamento em cada uma das chaves SW11 a SW14, conforme ilustrado. Com o acoplamento cruzado interrompido, a segunda antena 20-2 pode ser calibrada da maneira acima descrita, enquanto a primeira antena 20-2 continua a se comunicar com o primeiro satélite 91 pela formação do segundo feixe B2.

[0077] A Figura 7D ilustra um estado de operação do sistema de antena 10 com a chave RCC 40a durante a segunda porção descrita de um período de transferência entre os tempos t1 e t2 discutidos acima. Nesse estado, os amplificadores dentro da segunda antena 20-2 são ligados novamente de modo que a segunda antena 20-2 seja reativada. Além disso, o controlador 30 ajusta as fases dos deslocadores de fase dentro da segunda antena 20-2 para fazer com que forme o terceiro feixe B3 com seu lóbulo principal apontando para o satélite 92. Entretanto, o acoplamento cruzado na chave RCC 40a permanece interrompido, de modo que a primeira e a segunda

36 / 39 antenas 20-1 e 20-2 se comuniquem individualmente com o primeiro e o segundo satélites 91 e 92, respectivamente. Consequentemente, o primeiro demodulador 74-1 emite um primeiro sinal demodulado SOUT1’ para o processador de sinal 770, que representa um sinal de recepção demodulado do satélite 91, e o segundo demodulador 74-2 emite um segundo sinal demodulado SOUT2’ que representa um sinal de recepção demodulado do satélite 92.

[0078] A Figura 7E ilustra um estado de operação do sistema de antena 10 com a chave RCC 40a durante a terceira porção do período de transferência entre os tempos t2 e t3 da Figura 5B. Nesse estado, a primeira antena 20-1 é desativada fazendo com que seus amplificadores sejam desligados, cessando assim a comunicação com o primeiro satélite 91. Entretanto, o estado de acoplamento cruzado da chave RCC 40a permanece desconectado e a segunda antena 20-2 continua a formar o feixe B3 para comunicação com o segundo satélite 92. Como resultado, o sinal de saída demodulado para o processador de sinal 770 é apenas o sinal SOUT2’ emitido pelo segundo demodulador 74-2, que é derivado do sinal de recepção SR2 do segundo satélite 92. Dessa forma, a transferência da sessão de comunicação com o sistema de antena 10 é efetivamente transferida para o segundo satélite

92. Nesse estado, a calibração descrita acima da primeira antena 20-1 pode ser executada, se ainda houver tempo disponível em um período de transferência exigido.

[0079] A Figura 7F ilustra um estado de operação do sistema de antena 10 com a chave RCC 40a durante a terceira porção do período de transferência, após a calibração da primeira antena, como Figura 7E. A Figura 7F mostra que o acoplamento cruzado da chave RCC 40a é reconectado pela alteração dos estados de chaveamento das chaves SW11 a SW14. Isso ocorre enquanto a primeira antena 20-1 permanece desativada e a segunda antena está em comunicação com o satélite 92 pela formação do feixe B3.

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[0080] A Figura 7G ilustra um estado operacional exemplificador do sistema de antena 10 com a chave RCC 40a logo após o período de transferência. Nesse estado, a primeira antena 20-1 é reativada e seus deslocadores de fase 24 foram ajustados para continuar o gradiente de fase da segunda antena 20-2 através da abertura efetiva da primeira antena 20-1, de modo que o feixe resultante B4 continue a apontar em direção ao segundo satélite 92 e uma operação de comunicação normal seja novamente executada.

[0081] A Figura 8 ilustra esquematicamente uma modalidade alternativa de um sistema de antena que inclui um circuito de calibração em campo. O sistema de antena 10a difere do sistema de antena 10 pelo fornecimento de meios para inclusão das chaves de acoplamento cruzado nas trajetórias de calibração. Dessa forma, o sistema de antena 10a omite as chaves SPDT SW3, SW3’, SW4 e SW4’ das Figuras 1A e 1B (e, dessa forma, as cadeias de calibração 890-1 e 890-2 consequentemente diferem das cadeias 790). A chave acoplada cruzada de recepção (RCC) 40b difere da chave RCC 40a pela conexão das portas b dos acopladores 70-2 e 70-4 a diferentes portas de entrada da chave SW1, e omitindo as terminações. Uma conexão análoga é feita em uma chave acoplada cruzada de transmissão (não mostrada). Consequentemente, as trajetórias de calibração na recepção incluem as trajetórias dentro da chave RCC 40b, e as trajetórias de calibração na transmissão incluiriam trajetórias de calibração análogas em uma chave acoplada cruzada de transmissão.

[0082] Consequentemente, o sistema de antena 10a inclui uma chave unipolar de múltiplas posições (SPTM) SW1 tendo uma porta de saída acoplada à porta de entrada p5 do circuito de calibração 50, e tendo uma pluralidade de portas de entrada. Uma porta de saída do acoplador 70-2 é acoplada a uma primeira porta de entrada da chave SPMT SW1, e uma porta de saída do acoplador 70-4 é acoplada a uma segunda porta de entrada da chave SW1; e o controlador 30 controla a chave SW1 para fechar uma

38 / 39 primeira trajetória de chaveamento entre a primeira porta de entrada e a porta de saída da mesma para calibrar a primeira antena 20-1, e para fechar uma segunda trajetória de chaveamento entre a primeira porta de entrada e a porta de saída da mesma para calibrar a segunda antena 20-2 na recepção. Operações análogas são implementadas para calibrar as trajetórias de transmissão.

[0083] Como usado aqui, um "controlador" é um dispositivo que pode incluir um processador e uma memória. Um controlador pode ser incorporado ao circuito de processamento, que pode estar sob a forma de um processador de propósito geral ou específico, um processador de sinal digital (PSD), um circuito integrado para aplicação específica (ASIC), uma matriz de portas programáveis em campo (FPGA) ou outro dispositivo lógico programável, porta distinta ou lógica com transistor, componentes de hardware distintos, ou qualquer combinação dos mesmos, para executar suas operações aqui descritas. Por exemplo, o controlador 30 ou o controlador 55 podem ler e executar as instruções lidas a partir de uma memória nos mesmos para realizar suas operações. A memória pode ser qualquer meio de armazenamento não transitório legível por computador adequado. O termo "processador", como usado aqui, destina-se a incluir qualquer dispositivo de processamento, como, por exemplo, aquele que inclui uma unidade de processamento central (CPU) e/ou outro circuito de processamento. Além disso, um "processador" inclui hardware computacional e pode se referir a um processador multinúcleo que contém múltiplos núcleos de processamento em um dispositivo de computação. Vários elementos associados a um dispositivo de processamento podem ser compartilhados por outros dispositivos de processamento.

[0084] Embora a tecnologia aqui descrita tenha sido particularmente mostrada e descrita com referência a modalidades exemplificadoras da mesma, será compreendido pelos versados na técnica que várias alterações na forma e nos detalhes podem ser feitas sem que se afaste do espírito e escopo

39 / 39 do assunto reivindicado, conforme definido pelas reivindicações a seguir e seus equivalentes.

Claims

1 / 10 REIVINDICAÇÕES

1. Método para calibrar um sistema de antena caracterizado por compreender uma matriz de antena de pelo menos uma primeira e uma segunda antenas, sendo que o método compreende: antes de um período de handover, no qual a comunicação com o sistema de antena é passada de um primeiro sistema de comunicação para um segundo sistema de comunicação, formar um primeiro feixe para a comunicação com o primeiro sistema de comunicação através da primeira e da segunda antenas; durante uma primeira porção do período de handover: formar um segundo feixe para a comunicação com o primeiro sistema de comunicação usando a primeira antena, desativando, ao mesmo tempo, a segunda antena para comunicação externa, e calibrar a segunda antena usando uma trajetória de teste entre um elemento de radiação e um elemento de antena da segunda antena; durante uma segunda porção do período de handover: ativar a segunda antena para a comunicação transferida com o segundo sistema de comunicação por meio da formação de um terceiro feixe com o uso da segunda antena enquanto a primeira antena mantém sua comunicação com o primeiro sistema de comunicação através do segundo feixe; e após o período de handover, formar um quarto feixe para a comunicação com o segundo sistema de comunicação através de ambas a primeira e a segunda antenas.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente: durante uma terceira porção do período de handover, desativar a primeira antena para a comunicação com o primeiro sistema de comunicação e calibrar a primeira antena.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por

2 / 10 o primeiro e o segundo sistemas de comunicação estarem situados em direções diferentes em relação à matriz de antena, e o terceiro feixe ser formado para apontar em uma direção diferente daquela do primeiro feixe.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada um dentre o primeiro e o segundo sistemas de comunicação ser um satélite.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: cada uma dentre a primeira e a segunda antenas ser uma matriz faseada que compreende uma pluralidade de elementos de antena acoplada a uma pluralidade de amplificadores e uma pluralidade de deslocadores de fase; e a dita calibração da primeira e da segunda antenas compreender calibrar os respectivos deslocamentos de fase dos deslocadores de fase e/ou os respectivos ganhos dos amplificadores.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a pluralidade de elementos de antena ser adicionalmente acoplada a uma pluralidade de linhas de atraso variável, e a dita calibração da primeira e da segunda antenas compreender adicionalmente ajustar os atrasos das linhas de atraso variável.

7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a dita desativação da segunda antena compreender desligar a pluralidade de amplificadores da segunda antena.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente: antes do período de handover e após o período de handover, fornecer um único sinal de feixe de recepção a um único primeiro demodulador; e durante a segunda porção do período de handover, fornecer um primeiro sinal de feixe de recepção correspondente a um sinal de recepção do

3 / 10 primeiro sistema de comunicação ao primeiro demodulador e fornecer um segundo sinal de feixe de recepção correspondente a um sinal de recepção do segundo sistema de comunicação a um segundo demodulador.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender adicionalmente: antes do período de handover e após o período de handover, controlar uma chave de acoplamento cruzado para acoplar de modo cruzado um primeiro sinal de recepção da primeira antena e um segundo sinal de recepção da segunda antena em direção ao primeiro demodulador; e durante a segunda porção do período de handover, controlar a chave de acoplamento cruzado para evitar o acoplamento cruzado do primeiro e do segundo sinais de recepção, e rotear o primeiro sinal de recepção para o primeiro demodulador e o segundo sinal de recepção para o segundo demodulador.

10. Sistema de antena caracterizado por compreender: uma matriz de antena que compreende uma primeira e uma segunda antenas; um circuito de calibração; uma chave de acoplamento cruzado acoplada à primeira e à segunda antenas; um controlador configurado para: antes de um período de transferência no qual a comunicação com o sistema de antena é passada de um primeiro sistema de comunicação para um segundo sistema de comunicação: controlar um estado de chaveamento da chave de acoplamento cruzado para fazer com que ela forneça sinais comunicados com o primeiro sistema de comunicação através de um primeiro feixe formado com o uso tanto da primeira como da segunda antenas; durante uma primeira porção do período de transferência:

4 / 10 controlar o estado de chaveamento da chave de acoplamento cruzado para fazer com que ela forneça sinais comunicados entre o sistema de antena e o primeiro sistema de comunicação através de um segundo feixe formado com o uso da primeira antena enquanto a segunda antena é desativada para comunicação externa, e comandar o circuito de calibração para executar um procedimento de calibração na segunda antena, sendo que o procedimento de calibração uma trajetória de teste entre um elemento irradiante e um elementos de antena da segunda antena; durante uma segunda porção do período de handover: ativar a segunda antena para um handover de comunicação com o segundo sistema de comunicação por meio do controle da segunda antena para formar um terceiro feixe, controlando a primeira antena para manter sua comunicação com o primeiro sistema de comunicação através do segundo feixe; e após o período de handover, controlar a primeira e a segunda antenas para formar coletivamente um quarto feixe para a comunicação com o segundo sistema de comunicação.

11. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o primeiro e o segundo sistemas de comunicação serem um primeiro e um segundo satélites, respectivamente.

12. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por, durante uma segunda porção do período de transferência, o controlador controlar adicionalmente o chaveamento da chave de acoplamento cruzado para fornecer sinais comunicados entre o sistema de antena e o segundo sistema de comunicação através de um terceiro feixe formado com o uso da segunda antena durante a desativação da segunda antena, e cooperar com o circuito de calibração para calibrar a primeira antena.

13. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o controlador ser configurado adicionalmente para desativar

5 / 10 o circuito de calibração para operações de calibração durante todos os períodos de comunicação entre o sistema de antena e qualquer sistema de comunicação externa, exceto para os períodos de handover.

14. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por cada uma dentre a primeira e a segunda antenas ser uma matriz faseada que compreende uma pluralidade de elementos de antena acoplada a uma pluralidade de amplificadores e uma pluralidade de deslocadores de fase, e o controlador cooperar com o circuito de calibração para calibrar a primeira e a segunda antenas por meio da calibração dos respectivos deslocamentos de fase dos deslocadores de fase e/ou dos respectivos ganhos dos amplificadores.

15. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por pelo menos uma dentre a primeira e a segunda antenas ser adicionalmente acoplada a, ou incluir, uma pluralidade de linhas de atraso variável, e o controlador cooperar com o circuito de calibração para calibrar a primeira e a segunda antenas por meio da calibração dos respectivos atrasos das linhas de atraso.

16. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por: os sinais fornecidos pela chave de acoplamento cruzado serem sinais recebidos pelo sistema de antena do primeiro sistema de comunicação ou do segundo sistema de comunicação; o sistema de antena compreender adicionalmente um primeiro e um segundo demoduladores, cada um acoplado à chave de acoplamento cruzado; antes e após o período de handover, o controlador controlar o chaveamento da chave de acoplamento cruzado para conectar o acoplamento cruzado na mesma, e apenas o primeiro demodulador demodular os sinais fornecidos pela chave de acoplamento cruzado; e

6 / 10 durante a segunda porção do período de handover: o controlador controlar o chaveamento da chave de acoplamento cruzado para desconectar o acoplamento cruzado na mesma; apenas o primeiro demodulador receber e demodular os sinais fornecidos pela chave de acoplamento cruzado que correspondem aos sinais recebidos do primeiro sistema de comunicação; e apenas o segundo demodulador receber e demodular os sinais fornecidos pela chave de acoplamento cruzado correspondentes aos sinais recebidos do segundo sistema de comunicação.

17. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a chave de acoplamento cruzado compreender: um primeiro acoplador direcional que tem uma primeira porta de entrada conectada à primeira antena, uma primeira porta de saída e uma segunda porta de saída; um segundo acoplador direcional que tem uma primeira porta de entrada acoplada à primeira porta de saída do primeiro acoplador direcional, uma segunda porta de entrada e uma primeira porta de saída acoplada a um primeiro demodulador; uma primeira chave unipolar de duas posições (SPDT – "single pole, double throw") que tem uma porta de entrada acoplada à segunda porta de entrada do segundo acoplador direcional, uma primeira porta de saída acoplada a uma terminação e uma segunda porta de saída; uma segunda chave SPDT que tem uma porta de entrada acoplada a uma terminação, uma primeira porta de saída e uma segunda porta de saída conectada à segunda porta de saída da primeira chave SPDT; um terceiro acoplador direcional que tem uma primeira porta de entrada conectada à segunda antena, uma primeira porta de saída e uma segunda porta de saída; um quarto acoplador direcional que tem uma primeira porta de entrada acoplada à primeira porta de saída do terceiro acoplador direcional,

7 / 10 uma segunda porta de entrada e uma primeira porta de saída acoplada ao segundo demodulador; uma terceira chave SPDT que tem uma porta de entrada acoplada à segunda porta de entrada do quarto acoplador direcional, uma primeira porta de saída acoplada a uma terminação e uma segunda porta de saída; uma quarta chave SPDT que tem uma porta de entrada acoplada a uma terminação, uma primeira porta de saída e uma segunda porta de saída conectada à segunda porta de saída da terceira chave SPDT; sendo que: a segunda porta de saída da primeira chave SPDT é acoplada à segunda porta de saída do terceiro acoplador direcional; e a segunda porta de saída da terceira chave SPDT é acoplada à segunda porta de saída do primeiro acoplador direcional.

18. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender adicionalmente uma chave unipolar de múltiplas posições (SPMT - "single pole multi-throw") que tem uma porta de saída acoplada a uma porta de entrada do circuito de calibração, e que tem uma pluralidade de portas de entrada, sendo que: cada um dentre o primeiro ao quarto acopladores direcionais é um acoplador híbrido de 3 dB; uma segunda porta de saída do terceiro acoplador direcional é acoplada a uma primeira porta de entrada da chave SPMT, e uma segunda porta de saída do quarto acoplador direcional é acoplada a uma segunda porta de entrada da chave SPMT; e o controlador controla a chave SPMT para fechar uma primeira trajetória de chaveamento entre a primeira porta de entrada e a porta de saída da mesma para calibrar a primeira antena, e para fechar uma segunda trajetória de chaveamento entre a primeira porta de entrada e a porta de saída

8 / 10 da mesma para calibrar a segunda antena.

19. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por: os sinais fornecidos pela chave de acoplamento cruzado serem sinais transmitidos pelo sistema de antena ao primeiro sistema de comunicação ou ao segundo sistema de comunicação; o sistema de antena compreender adicionalmente um primeiro e um segundo moduladores, cada um acoplado à chave de acoplamento cruzado; durante a primeira porção do período de handover, apenas o primeiro modulador transmitir sinais modulados à chave de acoplamento cruzado, e a chave de acoplamento cruzado encaminhar os sinais modulados às portas de saída da mesma para fornecer os sinais de saída; e durante a segunda porção do período de handover, tanto o primeiro modulador como o segundo modulador transmitirem sinais modulados para a chave de acoplamento cruzado, e a chave de acoplamento cruzado encaminhar os sinais modulados para as portas de saída da mesma para fornecer os sinais de saída.

20. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por: o sistema de antena compreender adicionalmente uma chave unipolar de múltiplas posições (SPMT "single pole multi throw") e um elemento de irradiação acoplado a uma primeira porta de saída da chave SPMT; o circuito de calibração compreender uma porta de saída acoplada a uma porta de entrada da chave SPMT e fornecer um sinal de saída de radiofrequência (RF); e o sistema de antena compreender adicionalmente um acoplador que tem uma porta de entrada acoplada a uma trajetória de recepção

9 / 10 conectada à primeira ou à segunda antena, uma porta acoplada conectada a uma segunda porta de saída da chave SPMT, e uma porta de transmissão acoplada a uma porta de entrada do circuito de calibração, sendo que um sinal de retorno correspondente ao sinal de saída de RF é fornecido a partir da porta de transmissão para a porta de entrada do circuito de calibração.

21. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por o circuito de calibração compreender um divisor de potência que tem uma porta de entrada que recebe o sinal de retorno, uma primeira porta de saída e uma segunda porta de saída, um detector de pico acoplado à primeira porta de saída, um conversor descendente acoplado à segunda porta de saída, um detector de fase acoplado ao conversor descendente, um primeiro conversor analógico-digital (CAD) acoplado a uma saída do detector de pico, e um segundo CAD acoplado a uma saída do detector de fase.

22. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por o circuito de calibração compreender um acoplador híbrido que recebe o sinal de retorno, um demodulador em fase/fase em quadratura (I/Q - "in-phase / quadrature phase") acoplado ao acoplador híbrido, um primeiro conversor analógico-digital (CAD) acoplado a uma porta de saída I do demodulador I/Q, um segundo CAD acoplado a uma porta de saída Q do demodulador I/Q, um oscilador local e um acoplador que acopla uma primeira porção de uma saída de sinal LO pelo LO ao demodulador I/Q e acopla uma segunda porção do sinal LO para fornecer o sinal de saída de RF.

23. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o elemento de radiação estar situado dentro de um limite da segunda antena.

24. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o elemento de radiação ser montado próximo a uma borda de uma dentre a primeira e a segunda antenas e adjacente à outra dentre a primeira e a segunda antenas.

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25. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o elemento de radiação ser um dentre uma pluralidade de elementos de radiação para calibrar a primeira e a segunda antenas, sendo que cada um dos elementos de radiação é designado para calibrar um respectivo subconjunto de elementos de antena de cada uma dentre a primeira e a segunda antenas.

26. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 25, caracterizado por: a pluralidade de amplificadores compreender amplificadores de trajetória de recepção; e o elemento de radiação transmitir um sinal através da trajetória de teste para um elemento selecionado dentre os elementos de antena da segunda antena em qualquer dado momento, enquanto um dos amplificadores de trajetória de recepção, que é acoplado ao elemento selecionado dentre os elementos de antena, é ligado, e os amplificadores de trajetória de recepção restantes da pluralidade de amplificadores da segunda antena são desligados.

27. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 25, caracterizado por: a pluralidade de amplificadores compreender amplificadores de trajetória de transmissão; e um elemento selecionado dentre os elementos de antena transmitir um sinal pela trajetória de teste para o elemento radiante em qualquer dado momento, enquanto um dos amplificadores de trajetória de transmissão, que é acoplado ao elemento selecionado dentre os elementos de antena, é ligado e os amplificadores de trajetória de transmissão restantes da segunda antena são desligados.