CN116780212A - 用于单面板全双工卫星用户终端的天线晶格 - Google Patents

用于单面板全双工卫星用户终端的天线晶格 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于单面板全双工卫星用户终端的天线晶格。一种全双工用户终端面板(UTP)包括具有多个Tx天线单元的一个或多个用户终端模块(UTM)。每一个Tx天线单元彼此间隔开距离dTx。所述全双工UTP还包括多个Rx天线单元。每一个Rx天线单元彼此间隔开距离dRx。此外，Tx天线单元可以根据Tx晶格dTx间隔开，从而使得Tx晶格dTx间距安排在Tx频率范围提供仰角平面内的无光栅波瓣扫描。Rx天线单元根据Rx晶格dRx间隔开，从而使得Rx晶格dRx间距安排在Rx频率范围提供仰角平面内的无光栅波瓣扫描。

Description

用于单面板全双工卫星用户终端的天线晶格
技术领域
本公开内容的各方面涉及全双工波束扫描天线系统的领域，更具体来说涉及天线单元的晶格配置。
背景技术
无线革命已导致对于我们有限的无线频谱的不断增加的需求。与双孔径全双工或半双工面板相比，从用于发送和接收的单个面板实现全双工卫星通信有希望改进对于有限的无线频谱的使用，并且在保持相同的天线足迹的同时提高卫星通信吞吐量。本文中所使用的术语“单面板全双工”描述的是来自单个孔径的同时数据发送和接收。换句话说，全双工单面板天线系统能够从同一物理孔径同时进行双向数据发送。双面板全双工天线系统能够从两个分开的孔径同时进行双向数据发送：Tx孔径和Rx孔径。半双工设备每次只能在一个方向上进行发送，其中数据可以在两个方向上移动，但不是同时在两个方向上移动。此外，针对一定仰角范围扫描波束会对于天线单元晶格(网格)的Tx和Rx部分引入不同的几何要求。满足在Tx和Rx频率范围内进行辐射的性能要求以及允许在Tx和Rx频率中进行扫描会实现全双工通信的可靠操作。
当处于接收模式时，单面板全双工天线系统的G/T是其中一个最重要的品质因数。G是天线系统的增益，T是系统噪声温度。G/T越高，系统的灵敏度就越好。
当处于发送模式时，单面板全双工天线系统的有效各向同性辐射功率(EIRP)是其中一个最重要的品质因数。EIRP是等效于为了给出相同的辐射强度而必须由(理论上的)各向同性天线辐射的功率数量的以瓦特计(或者dBW、dBm等等)的总功率。在给定特定的射频集成电路(RFIC)传导输出功率的情况下，EIRP在天线的主波束的方向上被规定和测量，并且帮助确定所需的天线单元的数量。
给定方向上的天线系统的极化被定义为由天线系统发送或辐射的波的极化。辐射波的极化被定义为描述电场矢量的时变方向和相对幅值的电磁(EM)波的属性；具体来说是沿着传播方向观测的由在空间中处于固定位置的场矢量的端点描迹为时间函数的图形及其被描迹的指向。所使用的常见极化是圆极化(CP)和线性极化(LP)。CP的示例有右手CP(RHCP)和左手CP(LHCP)，其中RHCP和LHCP是正交极化。LP的示例有垂直LP和水平LP，其中垂直LP和水平LP是正交极化。为了使得接收天线能够捕获从发送天线入射在其上的全部辐射，辐射和接收天线必须具有相同的极化。
极化控制是通过控制两个或更多RFIC通道的RF信号(幅度和相位)来改变天线系统的极化的能力，所述两个或更多RFIC通道通过天线单元的两个或更多天线端口连接到天线单元。极化控制的其他手段可以包括使用RF开关。
固定LP和CP可以通过使用连接到单个RFIC通道的单个天线端口来实现。其他固定CP可以通过将两个天线端口经由微波电路连接到单个RFIC通道来实现，所述微波电路比如是90度混合(或正交混合)、环形混合、Wi lkinson功率分配器或T型结功率分配器。
扫描天线波束是当天线的主波束可以被调节为指向所期望的方向，比如45度仰角。通过经由RFIC控制单独天线单元水平的相位，可以操纵相控阵天线的波束，比如全双工单面板的Tx天线和/或Rx天线的波束。典型的应用要求仰角平面内的一定扫描范围，例如从90度仰角(正上方或指向天空)开始到40度仰角的50度仰角范围。此外，假设所述扫描范围覆盖0度到360度的完全方位角范围。
发明内容
在一些实施例中，全双工用户终端面板(UTP)包括一个或多个用户终端模块(UTM)。每一个UTM可以包括两个或多个单位蜂窝。每一个单位蜂窝可以包括具有多个Tx天线单元端口的发送(Tx)天线单元和具有多个Rx天线单元端口的接收(Rx)天线单元。第一单位蜂窝的第一Tx天线单元的中心与第二单位蜂窝的第一Tx天线单元的中心的距离为x。每一个Tx天线单元通过第一频率范围进行发送，每一个Rx天线单元通过第二频率范围进行接收。第一频率范围不同于第二频率范围。第一单位蜂窝的第一Rx天线单元的中心与第二单位蜂窝的第一Rx天线单元的中心具有相同的距离(例如等距)。距离x是使得在第二频率范围实现仰角平面内的无光栅波瓣扫描的值。每一个UTM还可以包括被配置为发送射频(RF)信号的至少一个Tx射频集成电路(RFIC)。Tx RFIC包括分别连接到多个Tx天线单元端口的其中之一的一个或多个Tx通道。每一个UTM还可以包括被配置为接收RF信号的至少一个RxRFIC。Rx RFIC包括分别连接到多个Rx天线单元端口的其中之一的一个或多个Rx通道。
在一些实施例中，全双工用户终端面板(UTP)包括一个或多个用户终端模块(UTM)，每一个UTM具有多个Tx天线单元。每一个Tx天线单元彼此间隔开距离dTx。全双工UTP还包括多个Rx天线单元。每一个Rx天线单元彼此间隔开距离dRx。距离dRx大于距离dTx。此外，Tx天线单元根据Tx晶格dTx间隔开，从而使得Tx晶格dTx间距安排在Tx频率范围实现仰角平面内的无光栅波瓣扫描。Rx天线单元根据Rx晶格dRx间隔开，从而使得Rx晶格dRx间距安排在Rx频率范围提供仰角平面内的无光栅波瓣扫描。全双工UTP还包括分别被配置为发送射频(RF)信号和接收RF信号的一个或多个Tx射频集成电路(RFIC)和一个或多个RxRFIC。Tx RFIC包括一个或多个Tx通道，Rx RFIC包括一个或多个Rx通道，从而使得每一个Tx通道分别连接到多个Tx天线单元端口的其中之一，并且使得每一个Rx通道分别连接到多个Rx天线单元端口的其中之一。
在一些实施例中，全双工用户终端面板(UTP)包括一个或多个UTM。每一个UTM被配置4个子UTM。每一个子UTM具有彼此间隔开距离dTx的多个Tx天线单元。每一个子UTM具有彼此间隔开距离dRx的多个Rx天线单元，其中距离dRx大于距离dTx。Tx天线单元根据Tx晶格dTx间隔开，Rx天线单元根据Rx晶格dRx间隔开。Tx晶格dTx间距安排在Tx频率提供仰角平面内的无光栅波瓣扫描。Rx晶格dRx间距安排在Rx频率提供仰角平面内的无光栅波瓣扫描。每一个UTM可以包括被配置为发送射频(RF)信号的至少一个Tx射频集成电路(RFIC)。Tx RFIC包括分别连接到多个Tx天线单元端口的其中之一的一个或多个Tx通道。每一个UTM可以包括被配置为接收RF信号的至少一个Rx RFIC。Rx RFIC可以包括分别连接到多个Rx天线单元端口的其中之一的一个或多个Rx通道。各个子UTM被配置在象限中，从而使得每一个子UTM彼此顺时针旋转90度。
通过提供单面板全双工天线系统和允许天线系统的同时Rx和Tx操作(包括波束扫描)的晶格配置，除了其他好处之外，本文中所描述的一个或多个实施例解决了现有技术中的一个或多个前述问题。
在一个实施例中，单面板天线系统包括多个用户终端模块(UTM)，所述用户终端模块由作为被配置用于Tx和Rx天线晶格全部二者的最小重复结构的顺序旋转(SQR)的子UTM构成。SQR配置是实现单面板全双工天线系统的被称作轴向比(AR)的重要关键性能量度的关键。良好的AR确保天线系统保持极化纯度，从而能够实现最大可允许数据速率下的通信。
示例性的单面板全双工天线系统还包括多层印刷电路板(PCB)，其包含从射频集成电路(RFIC)到天线的RF布线、用于RFIC的数字布线和用于UTM上的RFIC的电力布线。
在一些实施例中，全双工单面板天线系统利用多个全双工天线单元。全双工天线单元包括Tx天线单元和Rx天线单元。在其他实施例中，全双工天线单元包括覆盖Tx频段和Rx频段的宽带天线单元、两个或更多天线端口；其中所述两个或更多天线端口的至少其中之一被用于Tx频率操作，并且所述两个或更多天线端口的至少其中之一被用于Rx频率操作。
在一些实施例中，全双工单面板用户终端被称作平板天线(FPA)。
附图说明
为了描述可以获得前述和其他优点和特征的方式，将参照在附图中示出的具体示例给出更加具体的描述。应当理解的是，这些附图仅仅是描绘典型示例而不应由此被视为限制其范围，通过使用附图将以更多的特定性和细节来描述和解释各种实现方式。
图1示出了根据一些实施例的全双工单面板用户终端与卫星之间的全双工通信的总览。
图2所描绘的方框图示出了根据一些实施例的使用在全双工通信中的全双工单面板用户终端的方框图。
图3A描绘出根据一些实施例的具有输入和输出的低噪声放大器(LNA)300a。
图3B是示出根据一些实施例的LNA的功率输出与LNA的功率输入之间的关系的曲线图。
图4是示出根据一些实施例的RF功率与频率关系的曲线图。
图5是示出根据一些实施例的RF功率和噪声基底与频率关系的曲线图。
图6A-6C所描绘的方框图示出了根据一些实施例的使用在全双工通信中的单面板全双工用户终端。
图7A和图7B对比根据一些实施例的全双工双孔径天线面板与全双工单孔径天线面板。
图8示出了根据一些实施例的由UTP关于卫星位置投影的区域。
图9是示出根据一些实施例的针对具有无光栅波瓣区段的天线间距要求。
图10所示出的示例性曲线图示出了根据一些实施例的光栅波瓣对全双工天线系统扫描性能的影响。
图11A示出了根据一些实施例的由全双工天线系统使用的天线晶格的几种配置的顶视图。
图11B示出了根据一些实施例的由全双工天线系统使用的天线晶格的几种配置的剖面图。
图12示出了根据一些实施例的发送(Tx)射频集成电路(RFIC)、接收(Rx)RFIC以及全双工天线单元的方框图。
图13是示出根据一些实施例的全双工天线单元的S参数与频率关系的曲线图。
图14是示出根据一些实施例的全双工天线单元的实现增益与频率关系的曲线图。
图15是示出根据一些实施例的利用滤波器的全双工天线单元的S参数与频率关系的曲线图。
图16描绘出根据一些实施例的针对Tx频率中的扫描优化的全双工天线单元的示例性晶格配置。
图17描绘出根据一些实施例的针对Rx频率中的扫描优化的全双工天线单元的示例性晶格配置。
图18描绘出根据一些实施例的针对Rx频率中的扫描优化的全双工天线单元的示例性晶格配置。
图19A描绘出根据一些实施例的示出禁止区的全双工天线单元。
图19B示出了根据一些实施例的全双工天线单元的PCB的高度。
图20是示出根据一些实施例的禁止区和端口正交性的效果的曲线图。
图21描绘出根据一些实施例的全双工天线单元的电场强度。
图22是示出根据一些实施例的全双工天线单元的S参数的曲线图。
图23A示出了根据一些实施例的重复天线结构和相邻重复天线结构。
图23B示出根据一些实施例的全双工天线单元的S参数的曲线图。
图24是示出根据一些实施例的全双工天线单元的扫描性能的曲线图。
图25A示出了根据一些实施例的子用户终端模块(UTM)的顶视图。
图25B示出了根据一些实施例的子UTM的剖面图。
图26示出了根据一些实施例的天线阵列中的顺序旋转(SQR)端口的使用。
图27示出了根据一些实施例的天线阵列中的正交端口和SQR的使用。
图28A示出了根据一些实施例的具有传统端口设置的子UTM。
图28B示出了根据一些实施例的具有SQR端口设置的子UTM。
图29示出了根据一些实施例的子UTM中的正交端口的使用。
图30是示出根据一些实施例的当配置在SQR对比传统端口设置中时的示例性2x2阵列的方向性的曲线图。
图31是示出根据一些实施例的当配置在SQR对比传统端口设置中时的示例性2x2阵列的轴向比的曲线图。
图32是示出根据一些实施例的当配置在SQR对比传统端口设置中时的示例性1x4阵列的方向性的曲线图。
图33示出了根据一些实施例的存在散射体的天线单元。
图34示出了根据一些实施例的设计存在散射体的天线单元的方法。
图35是根据一些实施例的全双工天线单元的辐射图型的曲线图。
图36描绘出根据一些实施例的用户终端模块。
图37描绘出根据一些实施例的全双工单面板用户终端面板(UTP)的示例性天线晶格配置。
图38描绘出根据一些实施例的全双工单面板用户终端面板(UTP)的替换示例性天线晶格配置的顶视图。
图39描绘出根据一些实施例的全双工单面板用户终端面板(UTP)的替换示例性天线晶格配置的透视图。
图40描绘出根据一些实施例的使用精简Tx天线单元的全双工单面板用户终端面板(UTP)的示例性天线晶格配置。
图41描绘出根据一些实施例的使用精简Tx天线单元的全双工单面板用户终端面板(UTP)的另一种示例性天线晶格配置。
图42描绘出根据一些实施例的具有Tx/Rx UTM和仅有Tx的UTM的UTP。
图43描绘出根据一些实施例的具有Tx/Rx UTM和仅有Rx的UTM的UTP。
图44描绘出根据一些实施例的用于改进的链路性能的多UTP。
图45描绘出根据一些实施例的用于改进的G/T性能的多UTP。
图46描绘出根据一些实施例的在飞机机身上使用多个UTP。
图47所描绘的方框图示出了根据一些实施例的由多个UTM形成的全双工单面板用户终端的示例性模块化架构的。
图48所描绘的方框图示出了根据一些实现方式的具有连接在菊形链中的9个TxRFIC以及连接在菊形链中的4个Rx RFIC的示例性UTM。
图49所描绘的方框图示出了连接在菊形链中的示例性控制电路和四个UTM。
附图不一定是按比例绘制的。类似地，出于讨论本发明的技术的一些实施例的目的，一些组件和/或操作可以被划分到不同的块中或者被组合到单个块中。此外，虽然本发明的技术可以有各种修改和替换形式，但是在附图中通过举例的方式示出并且在下面详细描述了具体实施例。但是本发明的技术不意图被限制到所描述的具体实施例。相反，本发明的技术意图涵盖落在如所附权利要求限定的技术范围内的所有修改、等效方案和替换方案。
具体实施方式
下面将详细讨论示例。虽然讨论了具体的实现方式，但是应当理解的是，这仅仅是出于说明的目的。相关领域技术人员将认识到，在不背离本公开内容的主题内容的精神和范围的情况下可以使用其他组件和配置。所述实现方式可以包括系统、处理、装置、机器实施的方法、计算设备或者计算机可读介质。
本文中所使用的用户终端也可以被称作天线系统或UTP。单面板全双工用户终端也可以被称作单面板全双工天线系统。此外，单面板全双工用户终端可以被称作单孔径全双工用户终端、单孔径全双工天线系统或单孔径全双工面板。
在全双工卫星通信情形中，Tx信号的至少一些功率可能会被耦合到电路的接收部分中。发送信号通常是在相当高的功率电平被发送。但是接收信号通常是在比发送信号的功率电平低得多的功率电平被接收。耦合到Rx信号链中的Tx信号功率可以高于Rx信号的LNA的噪声基底，从而与正被可靠接收的Rx信号发生干扰。此外，耦合到Rx信号链中的Tx信号功率可能会影响LNA的线性(即小信号)区段。通过减少Tx/Rx耦合(或者改进Tx/Rx隔离)可以在全双工操作期间改进接收信号的完整性。通过提供全双工天线系统和隔离方法以减少从Tx信号路径到Rx信号路径上的耦合从而实现全双工通信并且在某些情形下增强全双工通信，除了其他好处之外，本文中所描述的一个或多个实施例解决了现有技术中的一个或多个前述问题。
在一个实施例中，全双工天线系统包括：控制器电路，包括一个或多个单元的发送信号路径(分别包括分发网络)，包括一个或多个功率放大器(PA)、一个或多个滤波器、操作在Tx频段以向卫星发送传出信号的Tx天线单元的一个或多个Tx天线单元端口的Tx RFIC。所述示例性全双工天线系统还包括所述一个或多个单元中的Rx信号路径，所述Rx信号路径包括分发网络，包括由操作在Rx频段以接收来自卫星的传入信号的Rx天线单元的Rx天线单元端口驱动的一个或多个LNA的Rx RFIC。Rx频段与Rx频段通过防护频段分开，所述滤波器连同Tx与Rx信号路径之间的隔离方法一起提供充分的隔离以减少Tx信号路径与Rx信号路径之间的耦合，从而允许卫星天线全双工操作。
在一些实施例中，来自卫星的传入信号被称作传入模拟信号或传入RF信号，去往卫星的传出信号被称作传出模拟信号或传出RF信号。在其他实施例中，来自卫星的传入信号被称作下行链路信号，去往卫星的传出信号被称作上行链路信号。
图1示出了同时使用发送频率(即上行链路)fTx 160和接收频率(即下行链路)fRx170与卫星110进行通信的全双工单面板用户终端面板(UTP)100。根据一些实施例，fTx和fRx是不同的频段。举例来说，使用在卫星通信链路中的Ka频段使用27.5GHz与30GHz之间的频率，下行链路使用17.7GHz与20.2GHz之间的频率，采用3:2的Tx频率与Rx频率比率。
应当注意的是，天线波束120是发送频率天线波束和接收频率天线波束的图示。Tx天线波束和Rx天线波束实际上可以是分开的。
卫星110位置可以处于全双工单面板用户终端130的正上方，即朝向正上方的天空140的90度仰角(EL)，处于朝向水平150的EL＝0度，或者二者之间的任何位置。全双工PA单面板用户终端可以具有特定仰角扫描范围155。卫星110可以是低地轨道(LEO)卫星、静止地球轨道(GEO)卫星或中地轨道(MEO)卫星。
全双工单面板UTP可以处于比如房屋的屋顶之类的静止物体上，或者可以处于比如火车、大巴车或飞机之类的移动平台上。
图2是示出根据一些实施例的导致用在全双工通信200中的全双工天线单元220的Tx和Rx信号链的方框图。
发送/接收信号路径：如图所示，天线单元方框图200包括发送信号路径，所述发送信号路径包括依次连接的Tx端口230(以接收来自用户设备的调制解调器的模拟输入)、Tx分发网络232(Tx分发网络可以被称作Tx分离器)、PA 234、通过Tx天线单元端口224连接到Tx天线单元222的Tx滤波器236。本文中所使用的Tx端口230是从比如收发器之类的用户设备进入到天线系统中的模拟输入。此外还示出接收信号路径，所述接收信号路径包括依次连接的Rx天线单元226，Rx天线单元226通过Rx天线单元端口228连接到Rx滤波器246，Rx滤波器246驱动LNA 244，LNA 244驱动RF分发网络242(Rx分发网络也可以被称作Rx组合器)，RF分发网络242驱动Rx端口240向比如收发器之类的用户设备提供模拟输出。Tx滤波器236和Rx滤波器246可以是表面安装(SMT)滤波器或基于PCB的滤波器。
本文中所使用的PA 234是具有一个或多个Tx通道的Tx RFIC，LNA 244是具有一个或多个Rx通道的Rx RFIC。
在一些实施例中，Tx信号路径中的一个或多个Tx分发网络也被称作企业网络。在其他实施例中，Rx信号路径中的一个或多个Rx分发网络可以被称作企业网络。
本文中所使用的天线端口是天线上的物理接口，其允许天线与RF信号路径之间的RF能量的交换。举例来说，Tx天线端口224是允许将能量从PA传递到Tx天线单元中的物理接口。天线端口是天线单元的集成部分，并且可以通过RF过渡(未示出)或通过RF同轴连接器(也未示出)与另一个RF设备连接，比如超小型推入式(SMP)、微型超小推入式(SMP-M)、次微型超小推入式(SMP-S)连接器。
如方框图200中所示，Tx/Rx隔离250是Tx天线端口与Rx天线端口之间的隔离层。此外，Tx PA/Rx LNA隔离255是PA 234与LNA 244之间的隔离。应当注意的是，在导出全双工隔离规范时，Tx/Rx隔离250和Tx PA/Rx LNA隔离255必须符合所述全双工规范。
本文中所使用的全双工天线单元220至少包含一个Tx天线单元222和一个Rx天线单元226。在未被示出的其他实施例中，可以使用多于一个Tx或Rx天线单元。在同样未被示出的其他实施例中，全双工单面板用户终端包含比Rx天线单元更多的Tx天线单元。为了支持附加的Tx天线单元，可以使用附加的Tx信号路径。
在未被示出的其他实施例中，全双工单面板用户终端包含比Tx信号链更多的Rx信号链。为了支持附加的Rx信号链，使用Rx天线单元以取代全双工天线单元。
图3A描绘出具有功率输入320和功率输出330的LNA 310。
P1dB或1dB压缩点是LNA的增益从理论响应390降低1dB的输出功率电平。一旦放大器达到该P1dB则进入压缩并且表现出非线性行为，从而产生失真、谐波和互调产物。比如LNA之类的放大器应当操作在压缩点的其线性区段中。
图3B是示出LNA 330的功率输出与LNA 320的功率输入的关系的曲线图。图中示出了定义LNA的操作的两个区段：线性区段340和区段350。此外，该曲线图示出了与不具有Tx阻断360的LNA的响应不同的具有Tx阻断370的LNA的潜在响应。Tx阻断功率210(图2)表示可能耦合到LNA 245(图2)的输入中的PA的输出处的Tx频段中的功率数量。当这种情况发生时，具有Tx阻断385的LNA的P1dB从不具有Tx阻断380的LNA的P1dB的值减小。
比如在具有Tx阻断385的LNA的P1dB中所描绘的更低的输入P1dB意味着LNA 340的缩小的线性区段，从而可能导致LNA输出不尽理想的(更低的)信噪比(SNR)。SNR是RF信号与RF噪声的比值。SNR越低，接收器所生成的噪声就越多。
图4是示出以dBm计的RF功率410与频率420的关系的示例性曲线图400。作为设计，Rx频段440中的RF信号430的最高电平发生在比LNA 450的噪声基底更高的fRx 470处。此外，Tx频段490中的Tx信号460的最高电平发生在fTx 480处。Tx PA裙边功率460是Tx频段外部的Tx信号的副产品，并且如果Tx PA裙边功率高于LNA 450的噪声基底则可能会影响Rx频段内的Rx信号。
本文中所使用的Tx PA裙边功率也可以被称作Tx裙边。
图5是示出RF功率510与频率520的关系的曲线图500。如图所示，与在Rx频段530中存在Tx PA 540的LNA的噪声基底相比，在Rx频段530中不具有Tx PA 550的LNA的噪声基底处于更低电平。存在PA 540的LNA的噪声基底中的噪声功率的增大是由于在以Rx频率fc560为中心的Rx频段530中，PA在不具有Tx PA 550的LNA的噪声基底上增加了噪声功率。
图6A所描绘的方框图示出了根据一些实施例的用在全双工通信中的单面板全双工用户终端。方框图600a示出了方框图200(图2)的更简化的版本。方框图600a将Tx信号视为阻断和Rx信号干扰的来源。此外，Tx频段隔离615是Tx/Rx隔离250(图2)的一个示例。
为了操作在全双工模式下，Tx频段隔离615需要大于{PA 610的输出处的Tx频段中的Tx信号功率(Pblocker)减去将贡献于在Rx频段中将LNA压缩1dB的Tx频段中的功率电平(P1dB,blocker)385(图3B)}的绝对值。
等式1：Tx频段隔离>|Pblocker-P1dB,blocker|
应当注意的是，等式1在Pblocker>P1dB,blocker的情况下适用，否则不需要Tx频段隔离。
图6B所描绘的方框图示出了根据一些实施例的用在全双工通信中的单面板全双工用户终端。方框图600b示出了方框图200(图2)的更简化的版本。方框图600b将PA 650的输出处的Rx频段中的Tx PA裙边功率(图4)视为Rx信号干扰的来源。此外，Rx频段隔离655是Tx/Rx隔离250(图2)的一个示例。
为了操作在全双工模式下，Rx频段隔离655需要大于{PA 650的输出处的Rx频段中的Tx PA裙边功率(Pskirt,PA)减去Rx频段中的LNA的噪声基底(Pnoise floor,LNA)}的绝对值。
等式2：Rx频段隔离>|Pskirt,PA-Pnoise floor,LNA|
应当注意的是，等式2在Pskirt,PA>Pnoise floor,LNA的情况下适用，否则不需要Rx频段隔离。
图6C所描绘的方框图示出了根据一些实施例的用在全双工通信中的单面板全双工用户终端。方框图600c示出了方框图200(图2)的更简化的版本。方框图600c将PA 670的输出处的Rx频段中的Tx噪声功率视为Rx信号干扰的来源。此外，Rx频段隔离675是Tx/Rx隔离250(图2)的一个示例。
为了操作在全双工模式下，Rx频段隔离675需要大于{PA 670的输出处的Rx频段中的Tx PA噪声功率(Pnoise,PA)减去Rx频段中的LNA的噪声基底}的绝对值。
等式3：Rx频段隔离>|Pnoise,PA-Pnoise floor,LNA|
应当注意的是，等式2在Pnoise,PA>Pnoise floor,LNA的情况下适用；否则不需要Rx频段隔离。
图7A描绘出由Rx天线面板720和Tx天线面板730构成的全双工双孔径天线面板710。Rx天线面板的天线到天线分隔dRx 740描述了针对Rx频率中的Rx天线面板的操作的间距要求。Tx天线面板的天线到天线分隔dTx 750描述了针对Tx频率中的Tx天线面板的操作的间距要求。将Rx天线面板和Tx天线面板组合到全双工单孔径面板760(图7B)中以用于Tx频段和Rx频段中的同时操作构成了附加的设计挑战并且需要新的阵列解决方案。天线单元及其重复方式不再得以保留。此外，用于Tx天线单元和Rx天线单元的天线接地被共享。举例来说，Tx天线单元(假设处于Rx天线单元上方)与Rx天线单元通过(多个)电介质层分开，同时共享相同的接地。引入Tx天线单元765与Rx天线单元766之间的耦合。此外，取代将来自TxRFIC的RF信号布线到Tx天线面板中并且类似地将来自Rx RFIC的RF信号布线到Rx天线面板中，现在需要将来自Tx RFIC的RF信号和来自Rx RFIC的RF信号布线到相同的面板中，从而增大了RFIC密度。
本文中所使用的RFIC密度是在RFIC中将被覆盖的PCB表面积的百分比。此外，这被定义为(一个RFIC所需的面积×RFIC的数量)/PCB表面积。
图8描绘出关于UTP 810示出的卫星820和卫星825。在一些实施例中，卫星820和卫星825位于轨道中，比如LEO或GEO，UTP 810位于地球表面上。本文中所使用的术语“宽边”是当UTP的辐射方向垂直于其主表面区域时。在800中，卫星820关于UTP 810处在宽边(或者θ0＝0度)，卫星825处在角度θ0≠0度。在一些实施例中，仰角(EL)＝90度等效于θ0＝0度，并且EL＝0度等效于θ0＝90度。
如800中所示，朝向卫星投影的UTP面积根据卫星的θ0而变化。朝向卫星投影的面积AUTP projected等效于UTP的面积AUTP乘以角度θ0的余弦。如图所示，最大AUTP projected是当卫星关于UTP处于θ0＝0度(宽边)时。此外，以角度θ0为参照的UTP的天线增益(GUTP)与AUTP projected成比例，并且当θ0＝0度时最大。在一些实施例中，UTP的天线增益被称作UTP的增益或GUTP。
等式4：AUTP projected＝AUTP cos(θ0)
图9是在波长(或自由空间λ)方面示出对于天线到天线间距920的无光栅波瓣要求910的曲线图。光栅波瓣是在天线辐射图型中可以近似具有主瓣的尺寸的次要主瓣或非常强的旁瓣。光栅波瓣是作为相控阵天线中的天线单元之间的间距的结果而发生的。目的是通过使用天线单元的最优间距来避免光栅波瓣。本文中所使用的天线到天线间距(或者天线单元的间距)被称作d/λ。在900中示出的d/λ要求对于扫描性能非常关键。举例来说，为了满足低到θ0＝25度的无光栅波瓣的标准，需要d/λ＝0.7。
图10是示出天线间距(d/λ)＝0.536对UTP的扫描性能的影响的曲线图。本文中所使用的扫描损耗被称作扫描性能，并且由UTP 1020的归一化实现增益描绘。曲线图1000示出了围绕60度的扫描角度(θ0)出现光栅波瓣1030。应当注意的是，除了无光栅波瓣要求910(图9)之外，还存在影响扫描损耗的其他因素，比如天线单元之间的交互(即互耦)。曲线图1000还示出了理想余弦幂的1次幂(an ideal power of cos ine to the power of 1)1010，其表明所实现的最大UTP增益。
图11A和图11B分别描绘出用于全双工单面板UTP的四种晶格配置的顶视图和剖面图。
晶格A 1110具有被配置在比Rx频率更高的Tx频率处的d/λ。Tx天线单元1112与Rx天线单元1114的组合产生重复天线结构1115。本文中所使用的重复天线结构1115也被称作全双工天线单元。晶格A使用等于Rx天线单元间距dRx 1154的Tx天线单元间距dTx 1152(图11B)。
本文中所使用的晶格A 1150使用与Rx天线单元1156分开的平面上的Tx天线单元1158。
晶格B顶视图1120和剖面图1160具有两种配置B-1和B-2。B-11165(图11B)和B-21167(图11B)具有被配置在比Tx频率更低的Rx频率处的d/λ。B-1使用等于Rx天线单元间距dRx 1164的Tx天线单元间距dTx 1162。B-2使用等于Rx天线单元间距dRx 1166的Tx天线单元间距dTx 1168。如B-1 1122中所示，Tx天线单元1123与Rx天线单元1124的组合产生重复天线结构1125。本文中所使用的重复天线结构1125也被称作全双工天线单元。如B-2 1126中所示，Tx天线单元1128与Rx天线单元1127的组合产生重复天线结构1129。本文中所使用的重复天线结构1125也被称作全双工天线单元。
本文中所使用的晶格B-1 1165使用与Rx天线单元1163分开的平面上的Tx天线单元1121。晶格B-2 1167使用与Rx天线单元1190相同的平面上的Tx天线单元1169。
晶格C 1130是被配置为满足针对Tx频率以及Rx频率的d/λ的规范的晶格的示例。本文中所使用的Tx频率高于Rx频率。在其他实施例中，Rx频率高于Tx频率。
晶格C剖面图1170示出了使用与Rx天线单元间距dRx 1174不同的Tx天线单元间距dTx 1172。对于正方形UTP，将使其成为重复天线结构1135的用于晶格C 1170的侧面维度D1176是两个值中的最大值：MdTx和NdRx，其中M是Tx天线单元的数量，N是Rx天线单元的数量。本文中所使用的重复天线结构1135是允许通过以KxK方式倍增重复天线结构的数量来扩展UTP的重复型式，其中K是整数。
等式5：D＝max(MdTx,NdRx)
本文中所使用的晶格C 1170使用与Rx天线单元1173分开的平面上的Tx天线单元1171。
晶格D 1140是被配置为满足针对Tx频率以及Rx频率的d/λ的规范的晶格的另一个示例。本文中所使用的Tx频率高于Rx频率。在其他实施例中，Rx频率可以高于Tx频率。
晶格D-1顶视图1142和D-2顶视图1144都示出与Rx天线单元间距dRx 1184不同的Rx天线单元间距dTx 1182。
在一些实施例中，将使其成为正方形配置中的重复天线结构1146的用于晶格D11142的侧面维度D 1185是两个值中的最大值：MdTx和NdRx，其中M是Tx天线单元的数量，N是Rx天线单元的数量。本文中所使用的重复天线结构1146是允许通过以KxK方式倍增重复天线结构的数量来扩展UTP的重复型式，其中K是整数。
在其他实施例中，将使其成为正方形配置中的重复天线结构1148的用于晶格D21144的侧面维度D 1185是两个值中的最大值：MdTx和NdRx，其中M是Tx天线单元的数量，N是Rx天线单元的数量。本文中所使用的重复天线结构1146是允许通过以KxK方式倍增重复天线结构的数量来扩展UTP的重复型式，其中K是整数。
本文中所使用的晶格D-1和D-2都使用与Rx天线单元1183分开的平面上的Tx天线单元1181。
表1、晶格配置的优缺点
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图12所描绘的方框图1200示出了分别通过端口T1 1231和端口T2 1232连接到Tx天线单元1230的Tx RFIC 1210通道，比如Ch T11211、Ch T2 1212。在1200中还示出了分别通过端口R1 1233和端口R2 1234连接到Rx天线单元1230的Rx RFIC 1220通道Ch R1 1221、Ch R2 1222之间的连接。如图所示，全双工天线单元1230具有一共4个端口，每个Tx天线单元2个端口，并且每个Rx天线单元2个端口。每个Tx和Rx天线单元2个端口允许完全极化控制。如1200中所示，Ch T1 1211连接到全双工天线单元1230的端口T1 1231，Ch T2 1212连接到全双工天线单元1230的端口T2 1232，Ch R1 1221连接到全双工天线单元1230的端口R1 1233，并且Ch R2 1222连接到全双工天线单元1230的端口R2 1234。在一些实施例中，ChT3 1213、Ch T4 1214、Ch R3 1223和Ch R4 1224连接到另一个全双工天线单元(未示出)。在其他实施例中(未示出)，Tx RFIC 1210和Rx RFIC 1220可以具有1个通道、2个通道、8个通道或16个通道。
在图12中示出了表示在对应端口处反射的能量的自身S参数ST1,T11260、ST2,T21265、SR1,R1 1270、SR2,R2 1275。举例来说，ST1,T1表示在端口T1处反射的功率数量。本文中所使用的自身S参数被称作返回损耗。
在图12中还示出了相互S参数SR2,T1 1240、SR1,T1 1243、SR1,T2 1245、SR2,T2 1247，其表示从方框图1200中示出的网络中的一个端口耦合到另一个端口的能量。举例来说，SR1,T1表示从端口T1耦合到端口R1中的功率数量。本文中所使用的相互S参数被称作耦合。
图13是示出根据一些实施例的针对返回损耗和耦合的阈值水平的曲线图。曲线图1300示出了表示以分贝[dB]计的S矩阵的幅度的垂直轴1310和具有通常以GHz为单位的频率1320的水平轴。在图中还示出了感兴趣的具体频率，比如fRx 1360和fTx 1370。
在一些实施例中，SR1,R1 1342是全双工天线单元的Rx天线单元的返回损耗的示例，ST1,T1 1344是全双工天线单元的Tx天线单元的返回损耗响应的示例。此外，SR1,T1 1346是全双工天线单元的Tx天线单元与Rx天线单元之间的示例性耦合响应。
在一些实施例中，针对Tx天线单元和Rx天线单元的返回损耗1352以及Tx天线单元与Rx天线单元之间的耦合1354定义阈值水平。
图14是示出根据一些实施例的全双工天线单元的Tx天线单元1440的示例性实现增益测量和全双工天线单元的Rx天线单元1450的实现增益测量的曲线图。在1440中还有Tx天线单元1420的仿真结果和Rx天线单元1430的仿真结果。实现增益是表示被天线接受和辐射出去的能量数量的重要天线量度。曲线图1400示出在19.5GHz处，Rx天线单元的实现增益是大约5dB，Tx天线单元的实现增益则是大约-25dB。Rx天线单元与Tx天线单元之间的实现增益中的这一30dB的差异是成功的全双工操作的关键，并且自身归因于全双工天线单元的设计，包括Tx天线单元与Rx天线单元之间的隔离。
图15是示出具有和不具有Tx滤波器236(图2)和Rx滤波器246(图2)的全双工天线单元220(图2)的S参数响应的曲线图。如1500中所示，与不具有滤波器1530的SR1,T1相比，具有滤波器1532的SR1,T1给出了显著的改进。在1550中还示出了具有滤波器1510的SR1,R1和不具有滤波器1530的SR1,R1以及具有滤波器1520的ST1,T1和不具有滤波器1522的ST1,T1。本文中所使用的Tx滤波器是用于29GHz到31GHz的Tx频率范围的带通滤波器，Rx滤波器是用于17GHz到20GHz的Rx频率范围的带通滤波器。使用这样的滤波器的惩罚是滤波器本身添加到电路的插入损耗，从而最终导致UTP的G/T降低和UTP的EIRP降低。
图16描绘出具有使用被配置在比Rx频率更高的Tx频率处的d/λ的晶格A(图11A)的UTP。晶格A使用等于Rx天线单元间距dRx 1615的Tx天线单元间距dTx 1610。本文中所使用的全双工天线单元1620由Tx天线单元1630和Rx天线单元1640构成。
图17描绘出具有使用被配置在比Tx频率更低的Rx频率处的d/λ的晶格B-1(图11A)的UTP。晶格B-1使用等于Tx天线单元间距dTx 1715的Rx天线单元间距dRx 1710。本文中所使用的全双工天线单元1720由Tx天线单元1730和Rx天线单元1740构成。
图18描绘出具有使用被配置在比Tx频率更低的Rx频率处的d/λ的晶格B-2(图11A)的UTP。晶格B-2使用等于Tx天线单元间距dTx 1815的Rx天线单元间距dRx 1810。本文中所使用的全双工天线单元1820由Tx天线单元1830和Rx天线单元1840构成。
图19A和图19B示出了根据一些实施例的用于实施全双工通信的全双工天线单元。1900a示出了全双工天线单元1905的顶视图，包括Tx天线单元1910的Tx天线单元禁止区1915和Rx天线单元1920的Rx天线单元禁止区1925。本文中所使用的Tx天线单元禁止区是围绕Tx天线单元的外围布置的空间区块，Rx天线单元禁止区是围绕Rx天线单元的外围布置的空间区块。本文中示出的1905是位于印刷电路板(PCB)的x-y平面1940上的Tx天线单元1910和Rx天线单元1920的示例。在其他实施例中，Tx天线单元和Rx天线单元被布置在PCB的不同层上。Tx天线禁止区1915和Rx天线禁止区1925分别取决于Tx天线单元1910和Rx天线单元1920的电场强度。电场强度越强，禁止区就越大。Tx天线禁止区和Rx天线禁止区的目的在最小化全双工天线单元1905内的Tx/Rx隔离250(图2)方面扮演关键角色。
1900b示出了根据一些实施例的全双工天线单元1905的剖面图。在这样的实施例中，Tx天线禁止区和Rx天线禁止区延伸超出x-y平面1940并且进入到z平面1950中。在这样的实施例中，Tx天线单元和Rx天线单元被布置在PCB 1955的一层或多层上。
图19A还示出了与Rx天线单元端口1927相比被放置在非正交取向中的Tx天线单元端口1913。此外还示出了与Rx天线单元端口1927相比处于正交取向中的Tx天线单元端口1917。
图20是示出根据一些实施例的全双工天线单元的禁止区以及端口取向的效果的曲线图。曲线图2000是示出天线系统的全双工天线单元的Tx天线单元端口与Rx天线单元端口之间的耦合水平的示例性曲线图。如曲线图2000中所示，使用禁止区2020降低Tx天线单元端口与Rx天线单元端口之间的耦合水平；换句话说，与不使用禁止区2010的情形相比，所述端口之间的隔离在感兴趣的频率范围2050内提高。
曲线图2000还示出了天线单元端口正交性对Tx天线单元与Rx天线单元之间的隔离的影响。如图所示，在感兴趣频率范围2050内，具有禁止区并且具有正交端口取向2040的STx,Rx示出了比具有禁止区并且不具有正交端口取向2020的STx,Rx更多的隔离。
图21描绘出根据一些实施例的在全双工天线单元2100内存在Tx天线单元2110的Rx天线单元2140的电场2130。如2100中所示，Rx天线处的电场强度的约束是由于Rx天线单元禁止区(未示出)。这又允许Rx天线单元端口与Tx天线单元端口之间的较大隔离。这是通过在Tx天线单元端口处具有从Rx天线单元端口耦合的弱电场(参照Rx天线端口处的最强电场低40dB)而描绘出的。本文中所使用的Rx天线与Tx天线之间的耦合和Tx天线端口与Tx天线端口之间的耦合相同。
图22是示出根据一些实施例的使用晶格B-2(图11A)的全双工天线单元的S参数的曲线图。在曲线图2200中示出：Rx天线单元的测量返回损耗2210，Rx天线单元的仿真返回损耗2215，Tx天线单元的测量返回损耗2220，Tx天线单元的仿真返回损耗2225，Tx天线单元与Rx天线单元之间的测量隔离2230，以及Tx天线单元与Rx天线单元之间的仿真隔离2235。S参数在特定频段中具有特别意义，比如Rx频段2240和Tx频段2250。
图23A示出了重复天线结构2310和相邻重复天线结构2315。本文中所使用的相邻重复天线结构是接触2310的任何重复天线结构。
图23B是示出根据一些实施例的单位蜂窝2310的Tx天线单元端口与相邻单位蜂窝的相邻Rx天线单元之间的隔离的曲线图。本文中所使用的重复全双工天线单元也可以被称作单位蜂窝。曲线图2300b示出了单位蜂窝2310的Tx单元与单位蜂窝2315、2316、2317、2318和2319的Rx天线单元之间的隔离水平。选择这些单位蜂窝是由于其Rx天线单元与2310的Tx天线单元的更小邻近性，并且假设Tx天线单元2310与更加远离的那些单位蜂窝的Rx单元之间的隔离将产生更好的隔离。此外，单位蜂窝2310本身的Tx单元与Rx单元的隔离被示出在曲线图2300b上。值得注意的是，2300b的曲线图假设存在无限数量的单位蜂窝，这在有大量单位蜂窝时(比如数十个、数百个甚至更多单位蜂窝)是天线阵列规制中的广为接受的做法。如图所示，曲线图2300b示出单位蜂窝2310的Tx天线单元与Tx频段2330中的相邻单位蜂窝的五个Rx天线单元的隔离水平和同一单位蜂窝的Tx天线单元与Rx天线单元的隔离水平是可比的，比如图22中的Tx天线单元与Rx天线单元之间的仿真隔离2235。
在一些实施例中，重复天线结构被称作全双工天线单元。
图24是示出重复全双工天线单元2300a(图23-A)的扫描性能(或扫描损耗)的曲线图。2400是归一化实现增益2405与θ2407的关系的曲线图，其表示归一化到最大增益值的单个重复全双工天线单元增益与θ的关系。本文中所使用的扫描损耗是全双工天线单元的归一化实现增益。迹线2410表示余弦幂的1次幂(a power of cos ine to the power of 1)；扫描损耗的理想情况。迹线2420表示Rx天线单元的扫描损耗。迹线2430表示Tx天线单元的扫描损耗。曲线图2400考虑到所有相邻重复全双工天线单元的效果。由于这一原因，全双工单面板用户终端的扫描损耗与全双工天线单元的扫描损耗相同。
图25A描绘出根据一些实施例的子UTM的顶视图，图25B描绘出子UTM的剖面图。本文中所提到的子UTM是最小物理可制造PCB；或者被用来创建更大UTP的最小构造块。如图所示，子UTM 2510由两种类型的天线单元构成：Tx天线单元2520和双频段Tx/Rx天线单元2530。此外，本文中所使用的不是独立Rx天线单元，Rx天线单元的功能是双频段Tx/Rx天线单元的一部分。
2500b示出了Tx天线单元到Tx天线单元分隔dTx 2550不同于Rx天线单元到天线单元分隔dRx 2560，正如之前在图11A和11B中所讨论的那样。dTx和dRx中的这一不同间距可以对于两个不同的频率提供最优扫描性能，并且与图24中所示出的针对Tx和Rx频率的不同扫描性能相反，对于Tx和Rx频段可以导致类似的扫描性能。
正方形子UTM的侧面维度由前面的等式5给出。
图26示出了根据一些实施例的顺序旋转馈送(SQR)的方法。所述方法由关于z轴2617将第一天线单元2620旋转90度以产生第二天线单元2630构成。此外，第一天线单元2620的第一端口2622关于z轴被旋转90度，并且对其应用90度相位添加。举例来说，第一端口2622最初被应用90度，并且在将其关于z轴旋转90度之后，其被应用180度相位。按照类似的方式，第一天线单元的第二端口2624关于z轴被物理旋转90度到第二天线单元2630的第二端口2634，并且对其应用90度相位添加。第二天线单元2630也可以被视为关于y轴2615的镜像第一天线单元2620。按照类似的方式，第二天线单元关于z轴2617被物理旋转90度，从而产生第三天线单元2640。第三天线单元2640也可以被视为关于x轴2610的镜像第二天线单元2630。通过将第三天线单元及其端口关于z轴旋转90度，该SQR方法在第四天线单元及其端口被产生之后完成。因此，SQR的原理需要将天线单元的馈送物理旋转90度以及通过RFIC改变对每一个天线端口所应用的相位。实施SQR配置对于每一个单元实现了轴向比(AR)带宽(BW)的改进。AR特别在圆形极化天线中是重要的天线参数，并且保持AR<3dB是所应实现的重要量度。
图27示出了替换的SQR方法。如2700中所示，应用第一天线单元2720的90度物理顺时针旋转以产生第二天线单元2730，从而使得第一天线单元2720的第一端口2722被顺时针旋转90度，以及附加的180度物理顺时针旋转，从而得到第二天线单元2730的第二端口位置2734。此外，除了在2600中描述的最初90度相位添加之外还应用180度附加相位，从而对于每一个端口得到270度的总附加相位。
SQR 2600和替换SQR 2700都是增强AR BW的有效方式。
图28A描绘出使用传统馈送的子UTM 2810。如图所示，所述子UTM的所有Rx天线单元使用类似的端口取向，比如Rx天线单元2830的端口A 2815和端口B 2817。按照类似的方式，所述子UTM 2810的所有Tx天线单元使用与Tx天线单元2835的端口1 2820和端口2 2825类似的端口取向。
图28B描绘出具有SQR馈送的子UTM 2850。如图所示，Tx天线单元2872的端口3和端口4采用SQR馈送方法，因此与Tx天线单元2870的端口1和端口2相比分别被顺时针旋转90度。此外，Tx天线单元2874关于Tx天线单元2872被顺时针旋转90度，Tx天线单元2876关于Tx天线单元2874被顺时针旋转90度。类似的SQR馈送方法被应用于子UTM 2850的Rx天线单元。
图29描绘出根据一些实施例的具有替换SQR馈送2900的子UTM。本文中所使用的SQR方法被应用于Rx天线单元和Tx天线单元。在该例中，被应用于端口的附加180度旋转仅被使用在Rx天线端口上：Rx天线单元2940的端口A 2920被旋转180度到位置A’2925，Rx天线单元2940的端口B 2930被旋转180度到位置B’2935。
图30是示出示例性SQR方向性的曲线图。在该例中对于2x2微带天线阵列将三种配置彼此进行比较，所述2x2微带天线阵列类似于在图26中对于SQR馈送和图27中对于替换SQR馈送所示出的配置。对于每一种配置绘制出co-pol和cross-pol方向性。如图所示，传统馈送阵列的co-pol 3010、SQR馈送阵列的co-pol 3020和替换SQR馈送阵列的co-pol 3030彼此可比，在宽边方向(θ＝0度)上的变化小于0.2dB。传统馈送阵列的cross-pol 3040被示出为显著高于(多于30dB)SQR馈送阵列的cross-pol 3050和替换SQR馈送阵列的cross-pol3060。cross-pol是对于大多数天线系统规范保持较低的天线量度，其要求低于-20dB的值。
图31是针对传统馈送阵列2910和SQR馈送阵列2920示出2x2 SQR微带天线阵列的宽边AR的曲线图。如图所示，SQR馈送阵列的AR的值低于传统馈送阵列。此外，与传统馈送阵列的AR相比，SQR馈送阵列的AR表现出更多平坦性。
图32是示出SQR方向性的另一个示例的曲线图。在该例中对于1x4微带天线阵列将两种配置进行相互比较。对于每一种配置绘制出co-pol和cross-pol方向性的曲线。如图所示，传统馈送阵列的co-pol3210和SQR馈送阵列的co-pol 3220彼此可比，在宽边方向(θ＝0度)上的变化小于0.1dB。传统馈送阵列的cross-pol 3230被示出为显著高于(多于30dB)SQR馈送阵列的cross-pol 3240。
图33示出了具有幅度和相位的端口1设定3320以及幅度和相位的端口2设定3330的天线3310。此外还示出了散射体3340。散射体被认为是天线3310附近的任何其他物体，包括另一个天线。在天线3310与散射体3340之间存在耦合3350。该耦合3350取决于几个因素，比如散射体的尺寸、天线3310与散射体3340之间的距离和散射体的材料。耦合3350可以影响端口1设定3310和端口2设定3330，并且最终改变天线3310的辐射波的极化和天线3310的cross-pol水平。
表2、端口激励对电场传播参照表
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图34示出了根据一些实施例的去除散射体对天线性能的影响的方法。如图所示，流程3400在3410处开始于比如表2的参照表，其类似端口激励对电场传播的理想情况。操作3420要求在有可以是另一个天线的散射体存在的情况下对天线进行仿真。操作3420要求计算作为天线仿真与参照表之间的差异的Δmatrix。操作3440要求对端口1和端口2设定(幅度和相位)应用函数f(Δmatrix)，从而将把天线带到表现出其理想值；换句话说，f(Δmatrix)将去除散射体的影响。此外还可以应用针对圆形极化的条件。
在其他实施例中，操作3420可以在实验室测量中实施。
图35是示出双频段Tx/Rx天线单元2530(图25A)的增益图型的曲线图。如图所示，右手圆形极化(RHCP)增益曲线图3510被示出在19GHz的Rx频率处，左手圆形极化(LHCP)增益曲线图3520被示出在29GHz的Tx频率处。值得注意的是，两个增益曲线图彼此正交，从而在双频段Tx/Rx天线单元的单独Tx和Rx天线单元之间产生附加的极化区别。
图36描绘出根据一些实施例的由四个子UTM利用SQR方法构成的UTM 3600。如图所示，子UTM 3612的双频段Tx/Rx天线单元3622是通过将子UTM 3610的双频段Tx/Rx天线单元3620顺时针物理旋转90度而形成。子UTM 3614的双频段Tx/Rx天线单元3624是通过将子UTM3612的双频段Tx/Rx天线单元3622顺时针物理旋转90度而形成。此外，子UTM 3616的双频段Tx/Rx天线单元3626是通过将子UTM 3614的双频段Tx/Rx天线单元3624顺时针物理旋转90度而形成。子UTM3610、子UTM 3612、子UTM 3614、子UTM 3616组合形成单个UTM。本文中所使用的子UTM是被用作用于实现UTM的构造块的PCB的最小形式。
如本文中所示，中心到中心间距dRx 3650等于任何2个相邻Rx天线单元的dRx3655。类似地，dTx 3660等于任何两个相邻Tx天线单元的dTx 3665；其中dTx不同于dRx，从而在Tx频率和Rx频率中同时允许独立的波束扫描。
图37描绘出由UTM 3710、UTM 3720、UTM 3730和UTM 3740构成的UTP 3700。根据一些实施例，UTM 3710可以被水平和/或垂直复制，从而产生任何尺寸的n×n UTM的UTP，其中n是整数。
图38描绘出由UTM 3810、UTM 3820、UTM 3830和UTM 3840构成的UTP 3800的顶视图。UTM 3810、UTM 3820、UTM 3830和UTM 3840中的每一个是完全相同的UTM。根据一些实施例，UTM 3810可以被水平和/或垂直复制，从而产生任何尺寸的n×n UTM的UTP，其中n是整数。此外，每一个UTM由Tx/Rx配置1 3870、Tx/Rx配置2 3880、Tx/Rx配置3 3890构成。类似于3600，UTM 3810、UTM 3820、UTM 3830和UTM 3840中的每一个采用对于任何2个相邻Rx天线单元完全相同的中心到中心间距Rx间距3855。类似地，任何两个相邻Tx天线单元的中心到中心间距Tx间距3850是完全相同的；其中Rx间距不同于Tx间距，从而在Tx频率和Rx频率中同时允许独立的波束扫描。
图39描绘出UTP 3900的透视图。如图所示，UTP 3900包括布置在电介质组1 3920上方的电介质组2 3930。此外，根据一些实施例，UTP 3900包括主接地平面3910。
图40描绘出由UTM 4010、UTM 4020、UTM 4030和UTM 4040构成的UTP 4000的顶视图。UTM 4010、UTM 4020、UTM 4030和UTM 4040中的每一个是完全相同的UTM。根据一些实施例，UTM 4010可以被水平和/或垂直复制，从而产生任何尺寸的n×n UTM的UTP，其中n是整数。此外，每一个UTM由Tx/Rx配置1 4050、Tx/Rx配置2 4055、Rx配置4060构成。类似于3600，UTM 4010、UTM 4020、UTM 4030和UTM4040中的每一个采用任何两个相邻Rx天线单元的相等Rx间距和任何两个相邻Tx天线单元的相等Tx间距，被移除的Tx天线相邻单元除外；其中Rx间距不同于Tx间距，从而在Tx频率和Rx频率中同时允许独立的波束扫描。此外，根据一些实施例，UTM 4010、UTM 4020、UTM 4030和UTM 4040中的每一个与UTM 3600和/或UTM 3800相比少1个Tx天线单元，从而得到每个UTM的偶数个Tx天线。偶数个Tx天线单元需要偶数个RFIC通道，这可能比奇数个RFIC通道更容易买到；尽管代价是更少的Tx天线辐射。在一些实施例中，这被称作阵列削减。UTP增益与被照射孔径的面积直接相关，UTP的增益将与被移除单元的分数近似成比例地降低。但是UTP波束宽度与单个面板的最大维度相关，因此单元的移除不会显著改变其波束宽度。这一规程使得有可能以填充阵列的较低成本构造具有降低的增益的高度方向性的阵列。
图41描绘出根据一些实施例的由四个子UTM利用SQR方法构成的UTM 4100。如图所示，子UTM 4120是通过将子UTM 4110顺时针物理旋转90度而形成。子UTM 4130是通过将子UTM 4120顺时针物理旋转90度而形成。子UTM 4140是通过将子UTM 4130顺时针物理旋转90度而形成。子UTM 4110、子UTM 4120、子UTM 4130和子UTM 4140组合形成单个UTM。本文中所使用的子UTM是被用作用于实现UTM的构造块的PCB的最小形式。如图所示，子UTM 4110、子UTM 4120、子UTM 4130和子UTM 4140中的每一个包括八个Tx天线单元。类似于4000中所示，采用阵列削减以产生与可能更容易买到的偶数个RFIC通道接口的偶数个Tx天线单元。
图42描绘出根据一些实施例的UTP 4200。如图所示，UTP 4200包括2种UTM配置：Tx/Rx UTM 4210和Tx UTM 4220。如图所示，Tx UTM 4220仅使用Tx天线单元。Tx UTM可以被围绕Tx/Rx UTM放置。附加的Tx UTM可以提高全双工UTP的EIRP。在其他实施例中，Tx/RxUTM可以被围绕Tx UTM放置，或者可以并排放置。
图43描绘出根据一些实施例的UTP 4300。如图所示，UTP 4300包括2种UTM配置：Tx/Rx UTM 4310和Rx UTM 4320。如图所示，Rx UTM 4320仅使用Rx天线单元。Rx UTM可以被围绕Tx/Rx UTM放置。附加的Rx UTM可以提高全双工UTP的G/T。在其他实施例中，Tx/Rx UTM可以被围绕Rx UTM放置，或者可以并排放置。
图44描绘出根据一些实施例的多UTP的使用。如图所示，多UTP4400包括使用垂直偏移量4420和水平偏移量4425空间分布的具有Tx/Rx UTM 4410的UTP和具有Tx/Rx UTM4420的UTP。
图45描绘出根据一些实施例的多UTP的使用。如图所示，多UTP4500包括使用垂直偏移量4520和水平偏移量4525空间分布的具有Tx/Rx UTM 4510的UTP和具有Rx UTM 4520的UTP。
图46描绘出飞机机身(机体)4620上的多UTP 4600。如图所示，UTP 4630和UTP4635被放置在机身上的两个不同位置处。在一些实施例中，飞机和其他平台可能会限制其所能寄放的单个UTP的尺寸。这种使用多UTP的方法在被应用于UTP时将有助于解决尺寸限制的挑战。此外，通过将UTP2 4635定位在与UTP1 4630不同的位置，在低仰角处产生更好的扫描性能。
图47所描绘的方框图示出了根据一些实施例的由多个UTM 4710形成的全双工单面板用户终端(或天线系统)4700的示例性模块化架构。更具体来说，图47的示例示出了由多个UTM 4710形成的天线系统4700。天线系统面板4700可以是参照图1所示出和讨论的任一项天线面板(例如全双工单面板用户终端130)，但是替换的配置也是可能的。此外，虽然UTM 4710在本文中主要以六边形外形被示出，但是应当认识到，其他外形也是可能的，例如三角形、正方形、矩形、圆形等等，包括其组合或变型。
图48所描绘的方框图示出了根据一些实现方式的示例性UTM、控制电路和幅度调节缓冲器。在这里，控制电路4810被配置为向UTM4820的Tx RFIC 4822A到4822I发送Tx数字控制信号4830，并且向Rx RFIC 4823A到4823D发送Rx数字控制信号4832。Tx数字控制信号沿着Tx RFIC的菊形链被路由，以串行方式从Tx RFIC 4822A行进到Tx RFIC 4822B等等，并且最终到达UTM 4820的最后一个Tx RFIC4822I。Rx数字控制信号沿着Rx RFIC的菊形链被路由，以串行方式从Rx RFIC 4823A行进到Rx RFIC 4823B等等，并且最终到达UTM 4820的最后一个Rx RFIC 4823D。Tx数字控制信号被配置为控制Tx RFIC以改动去向卫星的传出信号的幅度和相位。Rx数字控制信号被配置为控制Rx RFIC以改动来自卫星的传入模拟信号的幅度和相位。
在一些实施例中，Tx数字控制信号和Rx数字控制信号分别实现Tx RFIC和Rx RFIC的开启/关闭。
在未示出的其他实施例中，Tx数字控制信号和Rx数字控制信号包括时钟数据、串行数据、并行数据、锁存和芯片选择。
一些实施例通过沿着RFIC的菊形链传递数字控制信号而减少对于路由所需的成本和面积，而不是将控制信号从控制电路路由到每一个RFIC。具体来说，在一些实施例中，使用UTM 4820的输入和输出缓冲器在模块之间传递数字控制信号和电力，比如图48的缓冲器4824、4825、4826和4827。所述缓冲器被配置为校正在菊形链中从一个RFIC传递到另一个RFIC的数字控制信号的降级。在这样的情形中，通过利用菊形链概念使用仅仅一个控制器电路来控制菊形链中的多个RFIC，可以进一步降低系统成本。用户设备4805连接到控制器电路4810。所述用户设备可以是个人计算机、调制解调器、网络适配器或者控制所述控制器电路的其他形式的电子设备。
在一些实施例中，控制电路4810包括控制电路输出缓冲器4812和4814以及控制电路输入缓冲器4816和4818。控制电路输出缓冲器被配置为校正从控制电路传递到UTM的数字控制信号的降级，控制输入缓冲器被配置为校正从UTM传递到控制电路的数字控制信号的降级。
在一些实施例中，控制电路4810通过监测返回Tx数字控制信号4834和返回Rx数字控制信号4836的一项或多项信号特性来监测系统的健康。
UTM 4820是利用分别使用9个Tx RFIC和4个Rx RFIC(未示出)的正方形等数目Tx天线单元和Rx天线单元的UTM的示例，从而支持3:2的Tx频率与Rx频率比率。应当注意的是，9:4比率是正方形配置的比率。
在一些实施例中，每一个Tx RFIC具有8个Tx通道，并且每一个Rx RFIC具有8个通道。因此，UTM 4820可以支持72个Tx通道和32个Rx通道。
本文中所使用的控制电路还可以被称作控制板或控制器板。
图49所描绘的方框图示出了连接在菊形链中的示例性控制电路和四个UTM，以用于将数字控制信号从一个UTM发送到另一个并且回到控制电路。如图所示，类似于图48，系统4900包括UTM 1 4930、UTM 2 4940、UTM 3 4950和UTM 4 4960，其中每一个在对应的UTM中包含由9个Tx RFIC构成的菊形链和由4个Rx RFIC构成的菊形链。在这样的实施例中，控制电路4910被连接为提供去往UTM 1 4930的Tx数字控制信号4913和去往UTM 1 4930的Rx数字控制信号4915，以及接收来自UTM 4 4960的返回Tx数字控制信号4917和来自UTM4960的Rx返回数字控制4915信号。如图所示，一旦完成UTM 1内的菊形链，Tx数字控制信号和Rx数字控制信号中的每一个在继续到UTM2上的输入缓冲器之前将经过UTM 1的输出处的缓冲器。Tx数字控制信号和Rx数字控制信号在UTM 2内的其对应的Tx RFIC和Rx RFIC菊形链中继续，直到到达UTM 2的输出缓冲器。通过将RFIC和包括缓冲器的UTM连接成菊形链，数字控制信号可以行经任何数量的UTM随后返回控制电路。
在其他实施例中，Tx数字控制信号和Rx数字控制信号通过UTM1的缓冲器返回控制电路。按照类似的方式，UTM2通过UTM2缓冲器返回单独的Tx数字返回信号和单独的Rx数字返回信号，后面以此类推。
在其他实施例中，UTM1、UTM2、UTM3和UTM4包括连接在菊形链中的多个Tx RFIC和Rx RFIC。
在一些实施例中，返回Tx数字控制信号和返回Rx数字控制信号返回比如Tx RFICRF功率输出电平、Tx RFIC和Rx RFIC温度之类的监测数据以及Tx RFIC和Rx RFIC寄存器设定，从而允许控制器将这样的数据输出到用户接口4905。
应当认识到，本公开内容可以包括以下示例中的任一项到全部。
示例1、一种全双工用户终端面板(UTP)包括：一个或多个用户终端模块(UTM)，每一个UTM包括：两个或更多单位蜂窝，每一个单位蜂窝包括：发送(Tx)天线单元和接收(Rx)天线单元，所述Tx天线单元包括多个Tx天线单元端口，所述Rx天线单元包括多个Rx天线单元端口；其中，第一单位蜂窝的第一Tx天线单元的中心与第二单位蜂窝的第一Tx天线单元的中心的距离为x；其中，每一个Tx天线单元通过第一频率进行发送，每一个Rx天线单元通过第二频率范围进行接收，第一频率范围不同于第二频率范围；其中，第一单位蜂窝的第一Rx天线单元的中心与第二单位蜂窝的第一Rx天线单元的中心具有相同的距离，并且其中距离x是使得在第二频率范围实现仰角平面内的无光栅波瓣扫描的值；被配置为发送射频(RF)信号的至少一个Tx射频集成电路(RFIC)，所述Tx RFIC包括一个或多个Tx通道，每一个Tx通道单独连接到所述多个Tx天线单元端口的其中之一；以及被配置为接收RF信号的至少一个Rx RFIC，所述Rx RFIC包括一个或多个Rx通道，每一个Rx通道单独连接到所述多个Rx天线单元端口的其中之一。
示例2、示例1的全双工UTP，其中，对于第n个单位蜂窝，该第n个单位蜂窝的中心与邻近单位蜂窝的中心具有距离x。
示例3、示例1-2中的任一项的全双工UTP，其中，邻近的Tx天线单元和Rx天线单元被彼此定位为提供多个Tx天线端口与多个Rx天线端口之间的RF隔离。
示例4、示例1-3中的任一项的全双工UTP，其中，所述RF隔离是通过Tx天线单元禁止区和Rx天线单元禁止区实现的，Tx天线单元禁止区围绕Tx天线单元的外围布置，Rx天线单元禁止区围绕Rx天线单元的外围布置。
示例5、示例1-4中的任一项的全双工UTP，其中，Tx天线单元禁止区包括围绕Tx天线单元的缓冲区，Rx天线单元禁止区包括围绕Rx天线单元的缓冲区。
示例6、示例1-5中的任一项的全双工UTP，其中，Rx天线单元的电场不与Tx天线单元的禁止区重叠，并且Tx天线单元的电场不与Rx天线单元的禁止区重叠。
示例7、示例1-6中的任一项的全双工UTP，其中，每一个Tx天线单元关于相邻Rx天线单元间隔开，从而使得Tx天线单元避免与相邻Rx天线单元的信号耦合。
示例8、示例1-7中的任一项的全双工UTP，其中，Tx天线单元关于Rx天线单元被对角线定位。
示例9、示例1-8中的任一项的全双工UTP，其中，Tx天线单元被定位在Rx天线单元上方。
示例10、示例1-9中的任一项的全双工UTP，其中，每一个Tx天线单元具有共同Tx极化，每一个Rx天线单元具有共同Rx极化，Tx天线单元的共同Tx极化正交于Rx天线单元的共同Rx极化。
示例11、示例1-10中的任一项的全双工UTP，其中，Tx天线单元包括第一Tx天线单元端口，Rx天线单元包括第一Rx天线单元端口，第一Tx天线单元端口和第一Rx天线单元端口具有第一正交取向。
示例12、示例1-11中的任一项的全双工UTP，其中，Tx天线单元包括第二Tx天线单元端口，Rx天线单元包括第二Rx天线单元端口，第二Tx天线单元端口和第二Rx天线单元端口具有不同于第一正交取向的第二正交取向。
示例13、示例1-12中的任一项的全双工UTP，还包括：连接到Rx RFIC的一个通道并且连接到Rx天线单元端口的Rx滤波器，其中所述Rx滤波器提供Rx天线单元端口与Tx天线单元端口之间的RF信号隔离。
示例14、示例1-13中的任一项的全双工UTP，还包括：连接到Tx RFIC的一个通道并且连接到Tx天线单元端口的Tx滤波器，其中所述Tx滤波器提供Tx天线单元端口与Rx天线单元端口之间的RF信号隔离。
示例15、示例1-14中的任一项的全双工UTP，其中，Tx RFIC被配置为通过每一个TxRFIC通道改动去往一个或多个Tx天线单元端口中的每一个的传出模拟信号的相位；RxRFIC被配置为通过每一个Rx RFIC通道改动去往一个或多个Rx天线单元端口中的每一个的传入模拟信号的相位；传出模拟信号的相位改动和传入模拟信号的相位改动提供UTP的极化控制。
示例16、示例1-15中的任一项的全双工UTP，其中，Tx天线单元具有两个Tx天线单元端口，所述两个Tx天线单元端口中的每一个连接到Tx RFIC的通道，Rx天线单元具有两个Rx天线单元端口，所述两个Rx天线单元端口中的每一个连接到Rx RFIC的通道，从而允许对于共同Tx极化和共同Rx极化的完全极化控制。
示例17、示例1-16中的任一项的全双工UTP，其中，Tx天线单元具有连接到Tx RFIC的通道的一个Tx天线单元端口，Rx天线单元具有连接到Rx RFIC的通道的一个Rx天线单元端口。
示例18、示例1-17中的任一项的全双工UTP，其中，Tx天线单元具有通过连接到TxRFIC的通道的微波组合器电路组合的两个Tx天线单元端口，Rx天线单元具有通过连接到RxRFIC的通道的微波组合器电路组合的两个Rx天线单元端口。
示例19、示例1-18中的任一项的全双工UTP，其中，共同Tx极化是圆极化，并且共同Rx极化是圆极化。
示例20、示例1-19中的任一项的全双工UTP，其中，四个单位蜂窝被配置在象限中，从而使得所述四个单位蜂窝中的每一个彼此顺时针旋转90度。
示例21、示例1-20中的任一项的全双工UTP，其中，共同Tx极化是右手圆极化(RHCP)，并且Rx共同极化是左手圆极化(LHCP)。
示例22、一种全双工用户终端面板(UTP)包括：一个或多个用户终端模块(UTM)，每一个UTM包括：多个Tx天线单元，每一个Tx天线单元彼此间隔开距离dTx；多个Rx天线单元，每一个Rx天线单元彼此间隔开距离dRx，其中距离dRx大于距离dTx；其中，Tx天线单元根据Tx晶格dTx间隔开，Rx天线单元根据Rx晶格dRx间隔开；其中，Tx晶格dTx间距安排在Tx频率范围提供仰角平面内的无光栅波瓣扫描；并且其中，Rx晶格dRx间距安排在Rx频率范围提供仰角平面内的无光栅波瓣扫描；以及被配置为发送射频(RF)信号的至少一个Tx射频集成电路(RFIC)，所述Tx RFIC包括一个或多个Tx通道，每一个Tx通道单独连接到多个Tx天线单元端口的其中之一；以及被配置为接收RF信号的至少一个Rx RFIC，所述Rx RFIC包括一个或多个Rx通道，每一个Rx通道单独连接到多个Rx天线单元端口的其中之一。
示例23、示例22的全双工UTP，其中，UTM包括比Rx天线单元更多的Tx天线单元。
示例24、示例22-23中的任一项的全双工UTP，其中，UTM包括奇数个Tx天线单元和偶数个Rx天线单元。
示例25、示例22-24中的任一项的全双工UTP，其中，UTM包括九个Tx天线单元和四个Rx天线单元。
示例26、示例22-25中的任一项的全双工UTP，其中，UTM包括分别具有两个Tx天线单元端口的八个Tx天线单元和分别具有两个Rx天线单元端口的四个Rx天线单元。
示例27、示例22-26中的任一项的全双工UTP，其中，UTM包括分别具有八个Tx通道的两个Tx RFIC和具有八个Rx通道的一个Rx RFIC。
示例28、示例22-27中的任一项的全双工UTP，其中，UTM包括第一电介质层和第二电介质层，Tx天线单元被定位在第一电介质层上，Rx天线单元被定位在第二电介质层上。
示例29、示例22-28中的任一项的全双工UTP，包括：由Rx天线单元和四个Tx天线单元构成的第一配置；由Rx天线单元和重叠Tx天线单元构成的第二配置；以及由Rx天线单元和两个Tx天线单元构成的第三配置。
示例30、示例22-29中的任一项的全双工UTP，其中，每一个Tx天线单元具有共同极化，每一个Rx天线单元具有共同极化，Tx天线单元的共同极化正交于Rx天线单元的共同极化。
示例31、示例22-30中的任一项的全双工UTP，其中，每一个Tx天线单元具有共同极化，每一个Rx天线单元具有共同极化，Tx天线单元的共同极化正交于Rx天线单元的共同极化。
示例32、示例22-31中的任一项的全双工UTP，其中，Tx天线单元包括第一Tx天线单元端口，Rx天线单元包括第一Rx天线单元端口，第一Tx天线单元端口和第一Rx天线单元端口具有第一正交取向。
示例33、示例22-32中的任一项的全双工UTP，还包括：连接到Rx RFIC的一个通道并且连接到Rx天线单元端口的Rx滤波器，其中所述Rx滤波器提供Rx天线单元端口与Tx天线单元端口之间的RF信号隔离。
示例34、示例22-33中的任一项的全双工UTP，还包括：连接到Tx RFIC的一个通道并且连接到Tx天线单元端口的Tx滤波器，其中所述Tx滤波器提供Tx天线单元端口与Rx天线单元端口之间的RF信号隔离。
示例35、示例22-34中的任一项的全双工UTP，其中，邻近的Tx天线单元和Rx天线单元被彼此定位为提供多个Tx天线端口与多个Rx天线端口之间的RF隔离；所述RF隔离是通过Tx天线单元禁止区和Rx天线单元禁止区实现的，Tx天线单元禁止区围绕Tx天线单元的外围布置，Rx天线单元禁止区围绕Rx天线单元的外围布置。
示例36、示例22-35中的任一项的全双工UTP，其中，Tx RFIC被配置为通过每一个Tx RFIC通道改动去往一个或多个Tx天线单元端口中的每一个的传出模拟信号的相位；RxRFIC被配置为通过每一个Rx RFIC通道改动去往一个或多个Rx天线单元端口中的每一个的传入模拟信号的相位；传出模拟信号的相位改动和传入模拟信号的相位改动提供UTP的极化控制。
示例37、一种全双工用户终端面板(UTP)包括：一个或多个UTM，每一个UTM包括4个子UTM，每一个子UTM包括：多个Tx天线单元，每一个Tx天线单元彼此间隔开距离dTx；多个Rx天线单元，每一个Rx天线单元彼此间隔开距离dRx，其中距离dRx大于距离dTx；其中，Tx天线单元根据Tx晶格dTx间隔开，Rx天线单元根据Rx晶格dRx间隔开；其中，Tx晶格dTx间距安排在Tx频率提供仰角平面内的无光栅波瓣扫描；并且其中，Rx晶格dRx间距安排在Rx频率提供仰角平面内的无光栅波瓣扫描；以及被配置为发送射频(RF)信号的至少一个Tx射频集成电路(RFIC)，所述Tx RFIC包括一个或多个Tx通道，每一个Tx通道单独连接到多个Tx天线单元端口的其中之一；以及被配置为接收RF信号的至少一个Rx RFIC，所述Rx RFIC包括一个或多个Rx通道，每一个Rx通道单独连接到多个Rx天线单元端口的其中之一；其中，所述子UTM被配置在象限中，从而使得每一个子UTM彼此顺时针旋转90度。
示例38、示例37的全双工UTP，包括至少四个UTM乘四个UTM的阵列中的多个UTM。
示例39、示例37-38中的任一项的全双工UTP，其中，所述子UTM具有等于(M×dTx,N×dRx)的最大值的正方形侧面，其中M/N是Tx频率与Rx频率的比率。
示例40、示例37-39中的任一项的全双工UTP，包括由单频段Tx天线单元构成的第一配置；以及由双频段Tx天线单元和与Tx天线单元重叠的Rx天线单元构成的第二配置。
示例41、示例37-40中的任一项的全双工UTP，还包括：仅包括多个Tx天线单元的一个或多个外围UTM。
示例42、示例37的全双工UTP，包括：仅包括多个Rx天线单元的一个或多个外围UTM。
示例4、示例37-41中的任一项的全双工UTP，其中，每一个Tx天线单元具有共同极化，每一个Rx天线单元具有共同极化，Tx天线单元的共同极化正交于Rx天线单元的共同极化。
示例44、示例37-43中的任一项的全双工UTP，其中，每一个Tx天线单元具有共同极化，每一个Rx天线单元具有共同极化，Tx天线单元的共同极化正交于Rx天线单元的共同极化。
示例45、示例37-44中的任一项的全双工UTP，其中，Tx天线单元包括第一Tx天线单元端口，Rx天线单元包括第一Rx天线单元端口，第一Tx天线单元端口和第一Rx天线单元端口具有第一正交取向。
示例46、示例37-45中的任一项的全双工UTP，还包括：连接到Rx RFIC的一个通道并且连接到Rx天线单元端口的Rx滤波器，其中所述Rx滤波器提供Rx天线单元端口与Tx天线单元端口之间的RF信号隔离。
示例47、示例37-46中的任一项的全双工UTP，还包括：连接到Tx RFIC的一个通道并且连接到Tx天线单元端口的Tx滤波器，其中所述Tx滤波器提供Tx天线单元端口与Rx天线单元端口之间的RF信号隔离。
示例48、示例37-47中的任一项的全双工UTP，其中，邻近的Tx天线单元和Rx天线单元被彼此定位为提供多个Tx天线端口与多个Rx天线端口之间的RF隔离；所述RF隔离是通过Tx天线单元禁止区和Rx天线单元禁止区实现的，Tx天线单元禁止区围绕Tx天线单元的外围布置，Rx天线单元禁止区围绕Rx天线单元的外围布置。
示例49、示例37-48中的任一项的全双工UTP，其中，Tx RFIC被配置为通过每一个Tx RFIC通道改动去往一个或多个Tx天线单元端口中的每一个的传出模拟信号的相位；RxRFIC被配置为通过每一个Rx RFIC通道改动去往一个或多个Rx天线单元端口中的每一个的传入模拟信号的相位；传出模拟信号的相位改动和传入模拟信号的相位改动提供UTP的极化控制。
本领域技术人员将认识到，本发明的各方面可以被具体实现为系统、方法或计算机程序产品。相应地，本发明的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等等)或者组合软件与硬件方面的实施例的形式，所述实施例在本文中可以全部被统称作“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各方面可以采取具体实现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，在所述计算机可读介质中具体实现有计算机可读程序代码。
所包括的描述的附图描绘了具体实施例以教导本领域技术人员如何制作和使用最佳模式。出于教导发明性原理的目的，一些传统方面被简化或省略。本领域技术人员将认识到落在本公开内容的范围内的这些实施例的变型。本领域技术人员还将认识到可以通过各种方式组合前面描述的特征以形成多个实施例。其结果是，本发明不限于前面所描述的具体实施例，而是仅由权利要求及其等效表述限制。

Claims (21)

1.一种全双工用户终端面板(UTP)，包括：
一个或多个用户终端模块(UTM)，每一个UTM包括：
两个或更多单位蜂窝，每一个单位蜂窝包括：
发送(Tx)天线单元，包括多个Tx天线单元端口；
接收(Rx)天线单元，包括多个Rx天线单元端口；
其中，第一单位蜂窝的第一Tx天线单元的中心与第二单位蜂窝的第一Tx天线单元的中心的距离为x；
其中每一个所述Tx天线单元通过第一频率范围发送，并且每一个所述Rx天线单元通过第二频率范围接收，所述第一频率范围不同于所述第二频率区域；以及
其中所述第一单位蜂窝的第一Rx天线单元的中心与所述第二单位蜂窝的第一Rx天线单元的中心具有相同的距离，并且其中所述距离x是使得在第二频率范围内实现在仰角平面中的无光栅波瓣扫描的值；被配置为发送射频(RF)信号的至少一个Tx射频集成电路(RFIC)，所述Tx RFIC包括一个或多个Tx通道，每一个Tx通道单独连接到所述多个Tx天线单元端口中的一个；以及
被配置为接收RF信号的至少一个Rx RFIC，所述Rx RFIC包括一个或多个Rx通道，每一个Rx通道单独连接到所述多个Rx天线单元端口中的一个。
2.根据权利要求1所述的全双工UTP，其中对于第n个单位蜂窝，所述第n个单位蜂窝的中心与邻近单位蜂窝的中心具有距离x。
3.根据权利要求1所述的全双工UTP，其中邻近的Tx天线单元和Rx天线单元被彼此定位为在所述多个Tx天线端口和所述多个Rx天线端口之间提供RF隔离。
4.根据权利要求3所述的全双工UTP，其中所述RF隔离是通过Tx天线单元禁止区和Rx天线单元禁止区实现的，Tx天线单元禁止区围绕Tx天线单元的外围布置，并且Rx天线单元禁止区围绕Rx天线单元的外围布置。
5.根据权利要求4所述的全双工UTP，其中所述Tx天线单元禁止区包括围绕所述Tx天线单元的缓冲区，并且其中所述Rx天线单元禁止区包括围绕所述Rx天线单元的缓冲区。
6.根据权利要求4所述的全双工UTP，其中所述Rx天线单元的电场不与所述Tx天线单元的所述禁止区重叠，并且其中所述Tx天线单元的电场不与所述Rx天线单元的所述禁止区重叠。
7.根据权利要求3所述的全双工UTP，其中每一个Tx天线单元关于相邻的Rx天线单元间隔开，使得所述Tx天线单元避免与所述相邻的Rx天线单元的信号耦合。
8.根据权利要求1所述的全双工UTP，其中所述Tx天线单元关于所述Rx天线单元被对角线定位。
9.根据权利要求1所述的全双工UTP，其中所述Tx天线单元被定位在所述Rx天线单元上方。
10.根据权利要求1所述的全双工UTP，其中每一个Tx天线单元具有共同的Tx极化，每一个Rx天线单元具有共同的Rx极化，Tx天线单元的共同的Tx极化正交于Rx天线单元的共同的Rx极化。
11.根据权利要求1所述的全双工UTP，其中Tx天线单元包括第一Tx天线单元端口，并且Rx天线单元包括第一Rx天线单元端口，第一Tx天线单元端口和第一Rx天线单元端口具有第一正交取向。
12.根据权利要求11所述的全双工UTP，其中所述Tx天线单元包括第二Tx天线单元端口，并且所述Rx天线单元包括第二Rx天线单元端口，所述第二Tx天线单元端口和所述第二Rx天线单元端口具有不同于所述第一正交取向的第二正交取向。
13.根据权利要求1所述的全双工UTP，还包括：
连接到Rx RFIC的一个通道并且连接到Rx天线单元端口的Rx滤波器，其中所述Rx滤波器提供Rx天线单元端口与Tx天线单元端口之间的RF信号隔离。
14.根据权利要求1所述的全双工UTP，还包括：
连接到Tx RFIC的一个通道并且连接到Tx天线单元端口的Tx滤波器，其中所述Tx滤波器提供Tx天线单元端口与Rx天线单元端口之间的RF信号隔离。
15.根据权利要求1所述的全双工UTP，其中，Tx RFIC被配置为通过每一个Tx RFIC通道改动去往一个或多个Tx天线单元端口中的每一个的传出模拟信号的相位；
其中Rx RFIC被配置为通过每一个Rx RFIC通道改动去往一个或多个Rx天线单元端口中的每一个的传入模拟信号的相位；并且
其中传出模拟信号的相位改动和传入模拟信号的相位改动提供UTP的极化控制。
16.根据权利要求10所述的全双工UTP，其中所述Tx天线单元具有两个Tx天线单元端口，所述两个Tx天线单元端口中的每一个连接到Tx RFIC的通道，并且其中所述Rx天线单元具有两个Rx天线单元端口，所述两个Rx天线单元端口中的每一个连接到Rx RFIC的通道，从而允许对于共同的Tx极化和共同的Rx极化的全极化控制。
17.根据权利要求10所述的全双工UTP，其中所述Tx天线单元具有连接到所述Tx RFIC的通道的一个Tx天线单元端口，并且所述Rx天线单元具有连接到所述Rx RFIC的通道的一个Rx天线单元端口。
18.根据权利要求10所述的全双工UTP，其中所述Tx天线单元具有通过连接到所述TxRFIC的通道的微波组合器电路组合的两个Tx天线单元端口，并且其中所述Rx天线单元具有通过连接到所述Rx RFIC的通道的微波组合器电路组合的两个Rx天线单元端口。
19.根据权利要求10所述的全双工UTP，其中所述共同的Tx极化是圆极化，并且所述共同的Rx极化是圆极化。
20.根据权利要求18所述的全双工UTP，其中四个单位蜂窝被配置在象限中，使得所述四个单元蜂窝中的每一个彼此顺时针旋转90度。
21.根据权利要求19所述的全双工UTP，其中所述共同的Tx极化是右手圆极化(RHCP)，并且所述共同的Rx极化是左手圆极化(LHCP)。
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