JP2012523801A - 能動的位相配列アーキテクチャ - Google Patents

Abstract

一実施形態では、位相配列固体アーキテクチャは、二重偏波フィードを有し、例えば、高柔軟性シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）上に製造される。二重偏波フィードの実装は、位相配列の動作を促進し、偏波は、サブ配列または素子ベースで静的または動的に制御可能である。一実施形態では、サブ構成要素制御は、位相または振幅の調節等、偏波と関連する性能特性を最適化するように構成される。能動的位相配列アーキテクチャは、電子的に操作可能な位相配列アンテナを動作させるために要求される必要機能のために、従来の分散型かつＧａＡｓ実装に取って代わり得る。アーキテクチャは、能動的型のベクトル発生器、電力分割器、電力結合器、およびＲＦハイブリッドを新規方式において結合し、単一偏波または二重偏波フィードを有する放射素子によって実現可能な広範囲のアンテナ用途に対して、完全または実質的モノリシックソリューションを実現する。

Description

位相配列アンテナは、多重放射素子を使用し、無線周波数（ＲＦ）信号を送信、受信、または送受信する。移相器は、移相器を通して通信される、ＲＦ信号のそれぞれの位相を制御することによって、信号のビームを操作するために、位相配列アンテナ内で使用される。位相配列アンテナは、移動中通信（ＣＯＴＭ）アンテナ、衛星通信（ＳＡＴＣＯＭ）航空用端末、ＳＡＴＣＯＭモバイル通信、およびＳＡＴＣＯＭ地上端末を含む、種々の潜在的可能性において使用されている。モバイル端末の用途は、典型的には、ビームの方位角、仰角、および偏波角を操作し、端末が移動中、衛星の位置を追従可能な自動追跡アンテナの使用を要求する。さらに、位相配列アンテナは、「薄型」、小型、かつ軽量であることが所望され、それによって、典型的搭載の際に遭遇する厳密な空気力学的制約および質量制約を充足する。

周知の種類の位相配列アンテナの１つは、電子的に操作可能な位相配列アンテナである。電子的に操作可能な位相配列アンテナは、完全電子操作能力を有し、匹敵する機械的に操作されるアンテナよりコンパクトかつ薄型である。完全電子操作の主要な欠点は、アンテナが、通常、多くの高価なアナログＲＦ電子構成要素の統合を要求し、市販用途に対して、法外にコストを上昇させ得ることである。

典型的従来技術実施形態では、位相配列アンテナは、９０°または１８０°移相のいずれかを伴いハイブリッド連結器に、次いで、低雑音増幅器（ＬＮＡ）を通して、二重線形信号を通信する、放射素子を備える。さらに、二重線形信号は、電力結合器を通過する前に、移相器によって調節される。

従来技術では、典型的デジタル移相器は、物理的に大きい、切替型遅延ラインを使用し、切替型遅延ラインは、その分散型性質のため、狭帯域の周波数にわたって動作する。別の典型的デジタル移相器は、切替型遅延ラインと比較してより良好な動作帯域幅を有するが、依然として、物理的に大きい、切替型ハイパス／ローパスフィルタアーキテクチャを実装する。また、移相器は、多くの場合、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）上に作製される。他の材料が使用され得るが、ＧａＡｓは、電子デバイスの良好な性能を提供するように設計および制御される、より高い品質の材料である。しかしながら、他の可能性のある材料より高い品質の材料であることに加え、ＧａＡｓはまた、より高価かつより製造が困難である。典型的位相配列構成要素は、ＧａＡｓ上の多くの面積を占め、より高いコストをもたらす。さらに、標準的移相器は、典型的には、約ｎ＋１ｄＢの損失（式中、ｎは、移相器内の位相ビットの数である）である、高ＲＦ電力損失を有する。別の従来技術実施形態は、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチを使用し、より低い損失を有するが、依然として、同様の空間を消耗し、概して、モノリシックソリューションと互換性がない。さらに、位相配列アンテナ内の典型的構成要素は、周波数感度が高く、特定の周波数帯域のために設計される、分散型構成要素である。

直角位相ハイブリッドまたは他の差動位相発生ハイブリッドは、位相配列アンテナを含む、種々のＲＦ用途において使用される。例えば、直角位相ハイブリッドは、円形偏波信号、電力結合、または電力分配を発生させるために使用される。概して、直角位相ハイブリッドの出力は、等しい振幅および９０°位相差を有する。直角位相ハイブリッドは、多くの場合、Ｌａｎｇｅ連結器、分岐線路連結器、またはリングハイブリッド等、分散型構造として実装される。マジックＴまたはリングハイブリッド等の他のＲＦハイブリッドは、１８０°移相をもたらす。一般に、ＲＬハイブリッドは、周波数帯域が限定され、有意な物理的空間を要求する。さらに、直角位相ハイブリッドは、典型的には、ＧａＡｓから作製され、電力分割器として使用されると、ハイブリッドあたり約３−４ｄＢの付随ＲＦ電力損失を有する。

同相ハイブリッドは、位相配列アンテナを含む、種々のＲＦ用途において、電力結合器または電力分割器として構成され得る。ある例示的実施形態では、同相ハイブリッドの出力は、同等振幅および実質的ゼロ差動位相差を有する。別の例示的実施形態では、電力結合器として構成された同相ハイブリッドの入力は、２つの入力信号の実質的ゼロ差動位相および振幅合計に遭遇する。電力結合器の典型的実施形態では、同相ハイブリッドは、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ連結器等の分散型構造として実装される。一般に、同相ハイブリッドは、周波数帯域が限定され、動作周波数には反比例する有意な物理的空間を要求する。直交位相ハイブリッド同様に、同相ハイブリッドは、典型的には、ＧａＡｓ上に作製される。さらに、同相ハイブリッドは、概して、電力分割器として使用されると、ハイブリッドあたり約３−４ｄＢの付随ＲＦ電力損失を、電力結合器として使用されると、約１ｄＢの付随ＲＦ電力損失を有する。

したがって、周波数が限定されず、偏波特定ではない、位相配列アンテナアーキテクチャの必要性が存在する。さらに、アンテナアーキテクチャは、付随ＲＦ電力損失を殆どまたは全く伴わずに、種々の材料上で製造可能であるべきである。また、類似能力の従来技術アーキテクチャより少ない空間を使用し、モノリシック実装に好適である位相配列アンテナの必要性が存在する。

ある例示的実施形態では、位相配列固体アーキテクチャは、二重偏波フィードを有し、例えば、高柔軟性シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）上に製造される。二重偏波フィードの実装は、位相配列の動作を促進し、偏波は、サブ配列または素子ベースで静的または動的に制御可能である。ある例示的実施形態では、サブ構成要素制御は、位相または振幅の調節等、偏波と関連付けられた性能特性を最適化するように構成される。

能動的位相配列アーキテクチャは、電子的に操作可能な位相配列アンテナを動作させるために要求される必要機能のために、従来の分散型かつＧａＡｓ実装に取って代わり得る。アーキテクチャは、能動的型のベクトル発生器、電力分割器、電力結合器、およびＲＦハイブリッドを新規方式において結合し、単一偏波または二重偏波フィードを有する放射素子によって実現可能な広範囲のアンテナ用途に対して、完全または実質的モノリシックソリューションを実現する。

ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、放射素子と通信状態にあって、位相配列アンテナは、放射素子から二重線形偏波されたＲＦ信号を受信するように構成された９０°ハイブリッド、第１のベクトル発生器、および第２のベクトル発生器を備える。９０°ハイブリッドは、９０°移相を投入し、ＲＨＣＰ中間信号およびＬＨＣＰ中間信号を発生させるように構成される。第１のベクトル発生器は、ＲＨＣＰ中間信号を受信し、ビームステアリングのためにＲＣＨＰ中間信号を位相調節し、第１のＲＦ信号を出力するように構成される。第２のベクトル発生器は、ＬＨＣＰ中間信号を受信し、ビームステアリングのためにＬＣＨＰ中間信号を位相調節し、第２のＲＦ信号を出力するように構成される。

ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、放射素子と通信状態にあって、位相配列アンテナは、第１のベクトル発生器、第２のベクトル発生器、およびハイブリッドを備える。第１のベクトル発生器は、放射素子から第１の信号を受信し、偏波追跡およびビームステアリングのために第１の信号の位相および振幅の調節を提供し、第１の中間信号を出力ように構成される。第２のベクトル発生器は、放射素子から第２の信号を受信し、偏波追跡およびビームステアリングのために第２の信号の位相および振幅の調節を提供し、第２の中間信号を出力するように構成される。ハイブリッドは、第１の中間信号および第２の中間信号を受信し、位相差を伴う２つのＲＦ出力信号を発生させるように構成される。さらに、２つのＲＦ出力信号はそれぞれ、第１の中間信号および第２の中間信号の合成である。

別の例示的実施形態では、位相配列アンテナは、放射素子と通信状態にあって、位相配列アンテナは、第１のベクトル発生器、第２のベクトル発生器、および結合器を備える。第１のベクトル発生器は、放射素子から第１の信号を受信し、偏波追跡およびビームステアリングのために第１の信号の位相および振幅の調節を提供し、第１の中間信号を出力するように構成される。第２のベクトル発生器は、放射素子から第２の信号を受信し、偏波追跡およびビームステアリングのために第２の信号の位相および振幅の調節を提供し、第２の中間信号を出力するように構成される。結合器は、第１の中間信号および第２の中間信号を受信し、２つの信号をＲＦ出力信号に結合するように構成される。

さらに別の例示的実施形態では、位相配列アンテナは、放射素子と通信状態にあって、位相配列アンテナは、ハイブリッド、第１のベクトル発生器、第２のベクトル発生器、および結合器を備える。ハイブリッドは、放射素子から二重線形偏波されたＲＦ信号を受信し、移相を投入し、ＲＨＣＰ中間信号およびＬＨＣＰ中間信号を発生させるように構成される。第１のベクトル発生器は、ＲＨＣＰ中間信号を受信し、ビームステアリングのためにＲＣＨＰ中間信号を位相調節し、第１のＲＦ中間信号を出力するように構成される。第２のベクトル発生器は、ＬＨＣＰ中間信号を受信し、ビームステアリングのためにＬＣＨＰ中間信号を位相調節し、第２のＲＦ中間信号を出力するように構成される。さらに、例示的実施形態では、結合器は、第１のＲＦ中間信号および第２のＲＦ中間信号を受信し、２つの信号をＲＦ出力信号に結合するように構成される。

さらに、ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、放射素子と通信状態にあって、位相配列アンテナは、ハイブリッド、第１のベクトル発生器、第２のベクトル発生器、および出力ハイブリッドを備える。ハイブリッドは、放射素子から二重線形偏波されたＲＦ信号を受信し、移相を投入し、ＲＨＣＰ中間信号およびＬＨＣＰ中間信号を発生させるように構成される。第１のベクトル発生器は、ＲＨＣＰ中間信号を受信し、ビームステアリングのためにＲＣＨＰ中間信号を位相調節し、第１のＲＦ中間信号を出力するように構成される。第２のベクトル発生器は、ＬＨＣＰ中間信号を受信し、ビームステアリングのためにＬＣＨＰ中間信号を位相調節し、第２のＲＦ中間信号を出力するように構成される。さらに、出力ハイブリッドは、第１のＲＦ中間信号および第２のＲＦ中間信号を受信し、位相差を伴う２つのＲＦ出力信号を発生させるように構成される。２つのＲＦ出力信号は、第１および第２のＲＦ中間信号の合成である。

本発明のより完全な理解は、図面（同一参照番号は、図面を通して、類似素子を指す）と併せて検討される場合、発明を実施するための形態および請求項を参照することによって導出されるであろう。
図１は、能動的電力分割器の例示的実施形態を例証する。 図２は、能動的電力結合器の例示的実施形態を例証する。 図３は、能動的ＲＦハイブリッドの例示的実施形態を例証する。 図４は、能動的ベクトル発生器の例示的実施形態を例証する。 図５は、能動的アンテナ信号偏波器の例示的実施形態を例証する。 図６は、能動的結合器を備え、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形を例証する。 図７は、受動的電力結合器を備え、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形を例証する。 図８は、９０°動作のために構成される能動的ＲＦハイブリッドおよび能動的結合器を備える、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図９は、１８０°動作のために構成される能動的ＲＦハイブリッドおよび能動的結合器を備える、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図１０は、９０°動作のために構成される能動的ＲＦハイブリッドおよび受動的電力結合器を備える、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図１１は、１８０°動作のために構成される能動的ＲＦハイブリッドおよび受動的電力結合器を備える、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図１２は、受動的９０°ハイブリッドおよび能動的結合器を備え、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図１３は、受動的１８０°ハイブリッドおよび能動的結合器を備え、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図１４は、受動的９０°ハイブリッドおよび受動的結合器を備え、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図１５は、受動的１８０°ハイブリッドおよび受動的結合器を備え、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図１６は、能動的ＦＲハイブリッドを備え、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図１７は、受動的ハイブリッドを備え、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図１８は、２つの能動的ＲＦハイブリッドを備え、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図１９は、能動的ＲＦハイブリッドおよび受動的ハイブリッドを備え、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図２０は、能動的ＲＦハイブリッドおよび受動的ハイブリッドを備え、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図２１は、２つの受動的ハイブリッドを備え、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図２２は、能動的ＲＦハイブリッドを備え、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図２３は、受動的ハイブリッドを備え、位相調節のために構成された位相配列アンテナの例示的実施形態を例証する。 図２４は、マルチビームアーキテクチャの例示的実施形態を例証する。

当業者が本発明を実践可能となるよう十分に詳細に、例示的実施形態が、本明細書に説明されるが、他の実施形態が、実現されてもよく、論理的材料、電気的および機械的変更が、発明の精神および範囲から逸脱することなく、成され得ることを理解されたい。したがって、以下の発明を実施するための形態は、例証目的のためだけに提示される。

位相配列アンテナは、概して、偏波構成要素を有する各放射素子を伴う、多重放射素子を備える。ある例示的実施形態では、放射素子は、空間的に直交の線形偏波、空間的かつ電気的に直交の円形偏波、または空間的に直交であるが、電気的に非直交の楕円形偏波を有する。

各放射素子の偏波構成要素は、ポートにフィードされる、１つ以上の信号を有し得る。ある例示的実施形態では、各放射素子は、２つのフィードポートを有し、平衡化されていないフィードシステムをもたらす。さらに別の例示的実施形態では、各放射素子は、３つのフィードポートを有し、部分的に平衡化されたフィードシステムをもたらす。別の例示的実施形態では、各放射素子は、４つのフィードポートを有し、完全に平衡化されたフィードシステムをもたらす。

ある例示的実施形態では、２つのフィードポートを伴う、位相配列アンテナは、異なる偏波を発生および制御するように構成される。例示的偏波状態は、単一円形偏波状態、単一楕円形偏波状態、単一線形偏波状態、および２つの直交線形偏波状態を含む。

放射素子は、ＲＦ集積回路（ＲＦＩＣ）と通信状態にあり得る。ある例示的実施形態では、ＲＦＩＣは、構成要素ＲＦ信号を分配、改変、および再混合し、種々の偏波状態を生成または検出するように構成される。受信機用途の場合、加えて、ＲＦＩＣ内で検出された偏波状態に対応するＲＦ信号は、配列のビーム形成ネットワーク内で結合され得る。反対に、送信機用途の場合、ＲＦＩＣは、配列のビーム形成ネットワークから入力信号を受信し、任意の所望の偏波状態を生成可能である。

ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、種々の構成要素を備える。種々の構成要素は、ベクトル発生器、能動的電力分割器、能動的電力結合器、能動的ＲＦハイブリッド、または同等物を含み得る。

能動的分配器：図１は、例示的能動的電力分割器の略図を例証する。ある例示的実施形態では、能動的電力分割器１００は、差動入力サブ回路１１０、第１の差動出力サブ回路１２０、および第２の差動出力サブ回路１３０を備える。差動入力サブ回路１１０は、共通エミッタノードを伴う、対合トランジスタ１１１、１１２を有し、差動増幅器において典型的であるように、一定電流バイアスされる。入力信号は、差動入力サブ回路１１０内の対合トランジスタ１１１、１１２のベースに通信される。第１および第２の差動出力サブ回路１２０、１３０は両方とも、共通ベースノードを伴う、一対のトランジスタを備え、各共通ベースは、接地に接続される。

第１の差動出力サブ回路１２０は、入力サブ回路トランジスタのうちの１つ１１２のコレクタに接続される、第１のトランジスタ１２１のエミッタを有する。第２の出力サブ回路トランジスタ１２２のエミッタは、他方の入力サブ回路トランジスタ１１１のコレクタに接続される。例示的実施形態では、第１の出力は、第１の差動出力サブ回路１２０のトランジスタ１２１、１２２のコレクタから導出される。さらに、第２の差動出力サブ回路１３０は、同様に接続されるが、トランジスタ１３１、１３２のエミッタは、トランジスタ１２１、１２２に対して逆に、入力サブ回路トランジスタ１１１、１１２コレクタに接続される。

第１と第２の差動出力サブ回路との間の入力サブ回路トランジスタコレクタ接続を逆にすることによって、第１の出力および第２の出力は、互に対して、約１８０°位相がずれる。別の例示的実施形態では、トランジスタ１３１、１３２のエミッタは、入力サブ回路トランジスタ１１１、１１２のコレクタに逆に接続されず、第１の出力および第２の出力を互に対して略同相にさせる。一般に、電力分割器を通る出力信号の絶対移相は、第１と第２の出力信号との間の相対位相ほど重要ではない。

ある例示的実施形態では、能動的電力分割器１００は、入力ＲＦ信号を２つの出力信号に変換する。出力信号レベルは、振幅が等しくあり得るが、これは、必須ではない。従来技術の受動的電力分割器の場合、各出力信号は、入力信号より約３ｄＢ電力が低いであろう。対照的に、能動的電力分割器１００等の例示的能動的分配器は、利得を提供可能であって、入力信号と出力信号との間の相対電力レベルは、調節可能であって、選択的に設計可能である。ある例示的実施形態では、出力信号は、入力信号にわたって、実質的に不変または正の電力利得を達成するように構成される。例えば、出力信号は、入力信号にわたって、３ｄＢの信号電力利得を達成し得る。ある例示的実施形態では、出力信号は、０ｄＢ乃至５ｄＢ範囲内の電力利得を達成し得る。さらに、出力信号は、任意の好適な電力利得を達成するように構成され得る。

例示的実施形態によると、能動的電力分割器１００は、ゼロまたは実質的にゼロである、２つの信号間の差動位相を伴う、出力信号を生成する。動的電力分割器を通した出力信号の絶対移相は、出力信号間の差動位相ほど重要ではなくてもよい。

別の例示的実施形態では、加えて、能動的電力分割器１００は、入力および出力ポートにおいて、整合インピーダンスを提供する。整合インピーダンスは、５０オーム、７５オーム、または他の好適なインピーダンスであり得る。さらに、ある例示的実施形態では、能動的分配器１００は、能動的電力分割器の出力ポート間に絶縁を提供する。一例示的実施形態では、能動的電力結合器１００は、分散型構成要素がないことによって、動作周波数から独立したコンパクトサイズを伴う、ＭＭＩＣとして製造される。

能動的結合器：ある例示的実施形態では、かつ図２を参照すると、能動的電力結合器２００は、第１の差動入力サブ回路２１０、第２の差動入力サブ回路２２０、シングルエンド出力サブ回路２３０、および差動出力サブ回路２４０を備える。各差動入力サブ回路２１０、２２０は、２つの対のトランジスタを含み、各差動入力サブ回路２１０、２２０の各トランジスタは、差動増幅器において典型的であるように、一定電流バイアスを伴う共通エミッタノードを有する。

第１の入力信号は、第１の差動入力サブ回路２１０内のトランジスタのベースに通信される。例えば、入力信号Ｉｎ１の第１のラインは、第１の差動入力サブ回路２１０内の各トランジスタ対の一方のトランジスタに提供され、入力信号Ｉｎ１の第２のラインは、各トランジスタ対の他方のトランジスタに提供される。同様に、第２の入力信号は、第２の差動入力サブ回路２２０内のトランジスタのベースに通信される。例えば、入力信号Ｉｎ２の第１のラインは、第１の差動入力サブ回路２２０内の各トランジスタ対の一方のトランジスタに提供され、入力信号Ｉｎ２の第２のラインは、各トランジスタ対の他方のトランジスタに提供される。さらに、ある例示的実施形態では、差動出力信号は、第１および第２の差動入力サブ回路２１０、２２０内のトランジスタのコレクタからの信号の組み合わせによって形成される。

ある例示的実施形態では、能動的電力結合器２００は、２つの入力ＲＦ信号を単一出力信号に変換する。出力信号は、シングルエンド出力サブ回路２３０におけるシングルエンド出力、または差動出力サブ回路２４０における差動出力のいずれかであることが可能である。言い換えると、能動的電力結合器２００は、能動的電力分割器１００の逆の機能を果たす。入力信号レベルは、任意の振幅および位相であることが可能である。能動的電力分割器と同様に、能動的電力結合器２００は、利得を提供可能であって、入力と出力との間の相対電力レベルもまた、調節可能であって、選択的に設計可能である。ある例示的実施形態では、出力信号は、入力信号にわたって、実質的に不変または正の信号電力利得を達成する。例えば、出力信号は、入力信号にわたって、３ｄＢの電力利得を達成し得る。ある例示的実施形態では、出力信号は、０ｄＢ乃至５ｄＢ範囲内の電力利得を達成し得る。さらに、出力信号は、任意の好適な電力利得を達成し得る。

ある例示的実施形態では、加えて、能動的電力結合器２００は、入力および出力ポートにおいて、整合インピーダンスを提供する。整合インピーダンスは、５０オーム、７５オーム、または他の好適なインピーダンスであり得る。さらに、ある例示的実施形態では、能動的電力結合器２００は、電力結合器の入力ポート間に絶縁を提供する。

さらに別の例示的実施形態では、能動的電力結合器２００は、例示的能動的位相配列アーキテクチャにおいて使用されるのと同じ構築ブロック構成要素を実装する。一例示的実施形態では、能動的電力結合器２００は、分散型構成要素がないことによって、動作周波数から独立したコンパクトサイズを伴う、ＭＭＩＣとして製造される。全体を通して、種々の例示的実施形態に説明される能動的電力結合器は、図６、８−９、および１２−１３を参照して説明される、能動的電力結合器に類似し得る。

能動的ＲＦハイブリッド：ある例示的実施形態では、かつ図３を参照すると、能動的ＲＦハイブリッド３００は、第１の能動的電力分割器３１０、第２の能動的電力分割器３１１、第１のベクトル発生器３２０、第２のベクトル発生器３２１、第１の能動的電力結合器３３０、第２の能動的電力結合器３３１、第１のデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）３４０、および第２のＤＡＣ３４１を備える。例示的実施形態によると、第１の能動的電力分割器３１０は、ポート１において、入力を受信し、入力を第１のベクトル発生器３２０および第２の能動的電力結合器３３１に通信する。同様に、第２の能動的電力分割器３１１は、ポート２において、入力を受信し、入力を第２のベクトル発生器３２１および第１の能動的電力結合器３３０に通信する。ベクトル発生器３２０、３２１は、それぞれのＤＡＣ３４０、３４１によって、部分的に制御される。ある例示的実施形態では、４−ビットＤＡＣが使用されるが、任意のビット数が使用され得る。

さらに、第１のベクトル発生器３２０の出力は、第１の能動的電力結合器３３０に通信され、第２のベクトル発生器３２１の出力は、第２の能動的電力結合器３３１に通信される。例示的実施形態では、第１の能動的電力結合器３３０は、第１のベクトル発生器３２０および第２の能動的電力分割器３１１から、入力を受信し、信号をポート３に出力する。同様に、第２の能動的電力結合器３３１は、第２のベクトル発生器３２１および第１の能動的電力分割器３１０から、入力を受信し、信号をポート４に出力する。

能動的ＲＦハイブリッド３００は、分岐線路連結器、Ｌａｎｇｅ連結器、方向性連結器、または１８０°ハイブリッド等の種々の分散型構成要素に取って代わるために使用され得る。例示的実施形態によると、能動的ＲＦハイブリッドは、従来の分散型ハイブリッドと比較して、類似機能性を提供する。例えば、能動的ＲＦハイブリッド３００は、９０°、１８０°、またある他の位相差であり得る、出力ポート間に可変位相差を有するように、動的にように構成され得る。別の実施例は、能動的ＲＦハイブリッド３００が、入力／出力ポートにおいて、ポート間絶縁および整合インピーダンスを提供するものである。能動的ＲＦハイブリッドに関する付加的情報は、同日に出願された米国特許出願「ＡＣＴＩＶＥ ＲＦ ＨＹＢＲＩＤＳ」（代理人整理番号第３６９５６．７２００号）に開示されており、参照することによって、本明細書に組み込まれる。

さらに、能動的ＲＦハイブリッド３００は、従来の受動的分散型ハイブリッドに勝る種々の利点を有する。ある例示的実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド３００は、電力損失をもたらさないが、代わりに、利得を有する、または少なくとも利得不変である。別の例示的実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド３００は、分散型素子に依存せず、非常に広い帯域幅にわたって動作可能である。さらに別の例示的実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド３００は、例示的能動的位相配列アーキテクチャにおいて使用されるのと同じ構築ブロック構成要素を実装する。一例示的実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド３００は、分散型構成要素がないことによって、動作周波数から独立したコンパクトサイズを伴う、ＭＭＩＣとして製造される。

全体を通して、種々の例示的実施形態に説明される能動的ＲＦハイブリッドは、図８−１１、１６、１８−２０、および２２を参照して説明される能動的ＲＦハイブリッドに類似し得る。

ベクトル発生器：ある例示的実施形態では、ベクトル発生器は、ＲＦ入力信号を、所望のレベルに位相および／または振幅がシフトされた出力信号（時として、出力ベクトルとも称される）に変換する。これは、典型的移相器の機能に取って代わり、振幅制御の能力を追加する。言い換えると、ベクトル発生器は、規模および位相制御回路である。例示的実施形態では、ベクトル発生器は、ＲＦ入力信号を直角位相ネットワークにフィードし、約９０°位相が異なる２つの出力信号をもたらすことによって、本機能を達成する。２つの出力信号は、並列象限選択回路に、次いで、並列可変利得増幅器（ＶＧＡ）を通して、フィードされる。ある例示的実施形態では、象限選択回路は、コマンドを受信し、それらの間に付加的相対移相を伴わずに、出力信号をパスするか、あるいは付加的１８０°によって出力信号の一方または両方を反転するように構成され得る。本方式では、３６０°連続体の４つすべての可能性のある象限が、両直交信号に利用可能である。電流加算器から結果として生じる合成出力信号は、振幅および位相のうちの少なくとも１つにおいて変調される。

例示的実施形態によると、かつ図４を参照すると、ベクトル発生器４００は、受動的Ｉ／Ｑ発生器４１０、第１の可変利得増幅器（ＶＧＡ）４２０および第２のＶＧＡ４２１、それぞれ、位相反転切替のために構成される第１の象限選択４３０および第２の象限選択４３１、ならびに電流加算器４４０を備える。第１の象限選択４３０は、Ｉ／Ｑ発生器４１０および第１のＶＧＡ４２０と通信状態にある。第２の象限選択４３１は、Ｉ／Ｑ発生器４１０および第２のＶＧＡ４２１と通信状態にある。さらに、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器４００は、第１のデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）４６０および第２のＤＡＣ４６１を制御する、デジタルコントローラ４５０を備える。第１および第２のＤＡＣ４６０、４６１は、それぞれ、第１および第２のＶＧＡ４２１、４２０を制御する。加えて、デジタルコントローラ４５０は、第１および第２の象限選択４３０、４３１を制御する。

ある例示的実施形態では、ベクトル発生器４００は、ＲＦ信号を２つの別個のベクトル、同相（Ｉ）ベクトルおよび直角位相（Ｑ）ベクトルに分配することによって、ＲＦ信号の位相および振幅を制御する。一実施形態では、ＲＦ信号は、差動的に通信される。差動ＲＦ信号通信は、ベクトル発生器４００全体を通してであり得るか、またはベクトル発生器４００の種々の部分に限定され得る。別の例示的実施形態では、ＲＦ信号は、非差動的に通信される。ＩベクトルおよびＱベクトルは、並行して処理され、それぞれ、第１および第２の象限選択４３０、４３１によって行われる、位相反転切替を通過する。位相反転スイッチの得られる出力として、４つの可能性のある信号を備える。すなわち、非反転Ｉ、反転Ｉ、非反転Ｑ、および反転Ｑである。このように、フェーザ図の全４つの象限は、ＶＧＡ４２０、４２１によるさらなる処理のために利用可能である。ある例示的実施形態では、４つの可能性のある信号である、非反転Ｉ、反転Ｉ、非反転Ｑ、および反転Ｑのうちの２つは、２つの選択された信号が、電流加算器４４０内で結合され、合成ＲＦ信号を形成するまで、それぞれ、ＶＧＡ４２０、４２１を通して処理される。電流加算器４４０は、位相および振幅の調節を伴う、合成ＲＦ信号を出力する。ある例示的実施形態では、合成ＲＦ信号は、差動信号形態にある。別の例示的実施形態では、合成ＲＦ信号は、シングルエンド形態にある。

ある例示的実施形態では、象限シフトおよびＶＧＡ機能の制御は、一対のＤＡＣによって提供される。ある例示的実施形態では、デジタルコントローラ４５０の再構成は、適切なＤＡＣ分解能および自動利得制御（ＡＧＣ）動的範囲が存在する場合、ベクトル発生器４００が加工された後、位相ビット数をデジタル的に制御可能にする。適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲を伴う、ある例示的実施形態では、任意の所望のベクトル位相および振幅は、デジタル制御を使用して、選択可能な精密量子化ステップによって生成可能である。別の例示的実施形態では、ＤＡＣ４６０、４６１の再構成は、ベクトル振幅の調節を促進するために、ベクトル発生器４００が加工された後、行うことが可能である。

（位相配列アーキテクチャ）
例示的実施形態によると、位相配列アンテナは、モノリシックソリューションにおいて、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）上に製造される、能動的構成要素を備える。ＧａＡｓ、シリコン、あるいは現在周知または今後考案される他の好適な材料等、他の材料が使用され得る。能動的構成要素を使用するモノリシックＳｉＧｅ実施形態は、より低いコスト、動作周波数から独立したより小さい物理的サイズ、より広い動作帯域幅、および電力損失ではなく、電力利得を提供する能力を含め、従来技術における分散型／受動的ネットワークに勝る一定の利点をもたらす。

加えて、位相配列アーキテクチャに応じて、従来技術実施形態に勝る他の利点も可能である。利点のうちのいくつかとして、分散型構造が要求されないため、広範に及ぶシステムの柔軟性および非常にコンパクトなアンテナシステムが挙げられる。さらに、いくつかの実施形態は、差動信号伝達を採用し、ＲＦ信号がアナログ形態にある時、信号絶縁を改善する。

主要な利点のうちのいくつかとして、ＲＦ信号は、アンテナシステムを通して通知される際、受動的従来技術システムにおいて生じる損失ではなく、不変または若干正の電力利得を受けることが挙げられる。別の利点は、アンテナシステムが、帯域制限されないことである。言い換えると、アンテナシステムは、Ｘ、Ｋ、Ｋｕ、Ｋａ、およびＱ帯域を含む、すべての周波数帯域に適用可能である。ある例示的実施形態では、アンテナシステムは、２−２０ＧＨｚ、２０−４０ＧＨｚ、または３０−４５ＧＨｚ等の特定の周波数範囲にわたって動作する。ある例示的実施形態では、マルチバンドアンテナは、製品として、実践的選択肢である。

また、アンテナシステムの再構成可能性も、利点である。ある例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、ＤＡＣ内の位相ビット数を再構成する能力を含む。別の例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、システムの振幅テーパを再構成可能である。さらに別の例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、システム偏波を再構成可能である。適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲を伴う、ある例示的実施形態では、任意のベクトル位相および振幅は、デジタル制御を使用して、任意の精密量子化ステップによって生成可能である。

全体を通して、種々の例示的実施形態に説明されるベクトル発生器は、図５−２４を参照して説明されるベクトル発生器に類似し得る。

能動的アンテナ偏波器：例示的実施形態によると、能動的アンテナ偏波器は、ＲＦ信号を処理するためのモノリシックのデジタル的に制御された能動的実装を備える。２つの出力ＲＦ信号は、単一放射素子と通信し、任意の所望の偏波位相または振幅を放射素子に提供するように、デジタル的に処理される。ある例示的実施形態では、能動的アンテナ偏波器は、能動的構成要素を備え、通信された信号に電力損失をもたらさない。さらに、別の例示的実施形態では、能動的アンテナ偏波器は、多重周波数帯域にわたって動作するように構成される。

ある例示的実施形態では、かつ図５を参照すると、送信用能動的アンテナ偏波器５００は、能動的電力分割器５１０、２つのベクトル発生器５２０、５２１、および２つのＤＡＣ５３０、５３１を備える。入力信号は、能動的に分配され、２つの並列ベクトル発生器５２０、５２１を通して、送信される。ベクトル発生器５２０、５２１は、ＤＡＣ５３０、５３１によって制御され、各ベクトル発生器は、線形出力信号を生成する。次いで、これらの２つの線形出力は、放射素子の空間的直交フィードポート（図示せず）を励起するために使用される。別の例示的実施形態では、放射素子へのフィードは、性質上、差動であり、放射素子への４つのフィードをもたらすことが可能である。さらに別の例示的実施形態では、放射素子へのフィードのうちの１つは、差動である一方、他は、性質上、シングルエンドのままであって、放射素子への３つのフィードをもたらすことが可能である。

送信用能動的アンテナ偏波器５００は、種々の異なる位相配列アンテナアーキテクチャに実装されるように構成される基本的送信実施形態とみなされ得る。ある例示的実施形態では、基本的送信実施形態は、任意の周波数帯域において、異なる偏波を伴って使用される。例えば、かつ以下に説明されるように、基本的送信実施形態は、線形偏波、円形偏波、または楕円形偏波として送信する位相配列アンテナの基本として使用され得る。例示的実施形態によると、これらの異なる偏波において動作するために、ベクトル発生器５２０、５２１は、アンテナ信号の位相を制御する。

ある例示的実施形態では、ＤＡＣ５３０、５３１の再構成は、適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲が存在する場合、送信用能動的アンテナ偏波器５００が加工された後、位相ビット数をデジタル的に制御可能である。適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲を伴う、ある例示的実施形態では、任意の所望のベクトル位相および振幅は、デジタル制御を使用して、任意の精密量子化ステップによって生成可能である。別の例示的実施形態では、ＤＡＣ５３０、５３１は、信号振幅の調節を促進するために、送信用能動的アンテナ偏波器５００が加工された後、動作上、再構成され得る。

受信用能動的アンテナ偏波器（図示せず）は、種々の異なる位相配列アンテナアーキテクチャに実装されるように構成された基本的受信実施形態とみなされ得る。ある例示的実施形態では、基本的受信実施形態は、任意の周波数帯域において、異なる偏波を伴って使用される。例えば、かつ以下に説明されるように、基本的送信実施形態は、線形偏波、円形偏波、または楕円形偏波として受信する位相配列アンテナのための基本として使用され得る。例示的実施形態によると、これらの異なる偏波で動作するために、ベクトル発生器は、本明細書に説明されるように、アンテナ信号の位相を制御する。

以下に説明されるのは、種々の特定の位相配列アンテナシステム実施形態である。実施形態は、アーキテクチャ、受動的または能動的構成要素、および差動または非差動信号伝達が実装されるかどうかの観点において異なる。位相配列アーキテクチャの例示的実施形態は、受信用アーキテクチャの観点から説明されるが、類似アーキテクチャは、位相配列アンテナ内で信号を送信するために実装され得る。例えば、ＲＦ電力分割器は、実施形態におけるＲＦ電力結合器に取って代わり、ＲＦ信号の伝送を促進するであろう。

一例示的実施形態では、結合器は、２つのベクトル発生器と通信状態にある。結合器は、能動的または受動的のいずれかであり得る（図６および７参照）。ある例示的実施形態では、かつ図６を参照すると、位相配列アンテナ６００は、能動的結合器６１０、２つのベクトル発生器６２０、６２１、および２つのＤＡＣ６３０、６３１を備える。放射素子６０１は、位相配列アンテナ６００と通信状態にある。放射素子６０１の２つの空間的直交フィードポートは、２つの入力信号をベクトル発生器６２０、６２１を送信する。入力信号は、２つの並列ベクトル発生器６２０、６２１を通して通信され、能動的に加算され、ＲＦ出力信号を発生させる。入力信号は、線形、右旋円、左旋円、または楕円偏波され得る。また、線形入力信号は、垂直および水平偏波され得る。ベクトル発生器６２０、６２１は、位相配列アンテナ６００に、２自由度を有させ、所望の偏波を検出させ、ビームステアリングを達成可能にする。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器６２０は、ビームステアリングのために使用され得る一方、ベクトル発生器６２１は、ベクトル発生器６２０の位相を±９０度オフセットし、ＲＨＣＰ信号またはＬＨＣＰ信号の検出を提供する。類似実施形態は、同様に、楕円偏波された信号のビームステアリングおよび偏波追跡を可能にする。

また、受動的構成要素は、位相配列アンテナ内で使用され得る。ある例示的実施形態では、かつ図７を参照すると、送信用能動的アンテナ偏波器７００は、受動的電力結合器７１０、２つのベクトル発生器７２０、７２１、および２つのＤＡＣ７３０、７３１を備える。入力信号は、２つの並列ベクトル発生器７２０、７２１を通して送信され、受動的電力結合器７１０において受動的に結合され、ＲＦ出力信号を発生させる。一実施形態では、受動的電力結合器７１０は、２つのベクトル発生器出力を結合するように構成されたＷｉｌｋｉｎｓｏｎ電力分配器であり得る。別の実施形態では、受動的電力結合器７１０は、現在周知である、または後に発明される、任意の好適な電力結合器であり得る。入力信号は、線形、右旋円、左旋円、または楕円偏波され得る。また、線形入力信号は、垂直および水平偏波され得る。さらに、位相配列アンテナ７００は、位相配列アンテナ６００に関して説明されるように、ビームステアリング可能である。

ある例示的実施形態では、ＲＦハイブリッドは、２つの並列ベクトル発生器および結合器と結合される。ＲＦハイブリッドの追加は、ＬＨＣＰおよびＲＨＣＰ信号の同時検出を可能にする。結合器は、能動的または受動的のいずれかであることが可能である。同様に、ハイブリッドは、能動的または受動的であることが可能である。さらに、ハイブリッドは、９０°ハイブリッドまたは１８０°ハイブリッドであり得る。図８は、９０°移相を伴う能動的ＲＦハイブリッド８１０、２つのベクトル発生器８２０、８２１、２つのＤＡＣ８３０、８３１、および能動的結合器８４０を備える、例示的位相配列アンテナ８００を例証する。出力信号は、２つの入力信号の合成である。

同様に、図９は、１８０°移相を伴う能動的ＲＦハイブリッド９１０、２つのベクトル発生器９２０、９２１、２つのＤＡＣ９３０、９３１、および能動的結合器９４０を備える、例示的位相配列アンテナ９００を例証する。一実施形態では、１８０°能動的ＲＦハイブリッド９１０の２つの出力は、９０°位相差を有する。より具体的には、２つの出力は、能動的ＲＦハイブリッド９１０の入力から傾斜した＋／−４５°位相である。出力信号は、２つの入力信号の合成である。

ある例示的実施形態では、かつ図１０を参照すると、位相配列アンテナ１０００は、９０°能動的ＲＦハイブリッド１０１０、２つのベクトル発生器１０２０、１０２１、２つのＤＡＣ１０３０、１０３１、および受動的電力結合器１０４０を備える。本実施形態および構成要素は、図８の実施形態に類似するが、受動的電力結合器１０４０が、能動的電力結合器の代わりに実装される。出力信号は、２つの入力信号の合成である。さらに、位相配列アンテナ１０００は、位相配列アンテナ８００と比較して、より高い損失およびより狭い帯域幅を有する。

上述のように、能動的ハイブリッドはまた、１８０°能動的ハイブリッドとしても実装され得る。ある例示的実施形態では、かつ図１１を参照すると、位相配列アンテナ１１００は、１８０°能動的ＲＦハイブリッド１１１０、２つのベクトル発生器１１２０、１１２１、２つのＤＡＣ１１３０、１１３１、および受動的電力結合器１１４０を備える。実施例として、受動的電力結合器１１４０は、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ電力分配器であり得る。別の実施形態では、受動的電力結合器１１４０は、現在周知である、または後に発明される、任意の好適な電力結合器であり得る。一実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド１１１０の２つの出力は、９０°位相差を有する。より具体的には、２つの出力は、能動的ＲＦハイブリッド１１１０の入力から傾斜された＋／−４５°位相である。ある例示的実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド１１１０の２つの出力は、９０°位相差をもたらす、位相傾斜の任意の組み合わせであり得る。出力信号は、２つの入力信号の合成である。

受動的結合器に加え、ハイブリッドも、受動的構成要素であり得る。図１２は、９０°受動的ハイブリッド１２１０、２つのベクトル発生器１２２０、１２２１、２つのＤＡＣ１２３０、１２３１、および能動的結合器１２４０を備える、位相配列アンテナ１２００を例証する。９０°受動的ハイブリッド１２１０の出力信号は、右旋円、左旋円、または楕円偏波信号であり得る。９０°受動的ハイブリッド１２１０は、例えば、分枝線路連結器またはＬａｎｇｅ連結器であり得る。９０°受動的ハイブリッド１２１０の出力信号はそれぞれ、放射素子から受信した２つの入力信号の合成である。９０°受動的ハイブリッド１２１０と９０°能動的ＲＦハイブリッド１０１０との間の主要な差異は、構成要素のサイズであって、９０°能動的ＲＦハイブリッド１０１０は、上述のように、能動的構成要素の種々の利点に加え、実質的により小さい。

別の例示的実施形態では、かつ図１３を参照すると、位相配列アンテナ１３００は、１８０°受動的ハイブリッド１３１０、２つのベクトル発生器１３２０、１３２１、２つのＤＡＣ１３３０、１３３１、および能動的結合器１３４０を備える。一実施形態では、１８０°受動的ハイブリッド１３１０の２つの出力は、９０°位相差を有する。より具体的には、２つの出力は、受動的ハイブリッド１３１０の入力から傾斜された＋／−４５°位相である。出力信号は、単一線形偏波信号である。ある例示的実施形態では、１８０°受動的ハイブリッド１３１０は、リングハイブリッドまたはマジックＴであり得る。

次に図１４を参照すると、位相配列アンテナ１４００は、９０°受動的ハイブリッド１４１０、２つのベクトル発生器１４２０、１４２１、２つのＤＡＣ１４３０、１４３１、および受動的電力結合器１４４０を備える。受動的ハイブリッド１４１０の出力は、右旋円、左旋円、または楕円偏波信号であり得る。９０°受動的ハイブリッド１４１０は、分枝線路連結器またはＬａｎｇｅ連結器であり得る。さらに、受動的電力結合器１４４０は、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ電力分配器であり得る。別の実施形態では、受動的電力結合器１４４０は、現在周知である、または後に発明される、任意の好適な電力結合器であり得る。他の例示的電力結合器と同様に、受動的電力結合器１４４０の出力は、２つの入力信号の合成である。

同様に、図１５は、１８０°受動的ハイブリッド１５１０、２つのベクトル発生器１５２０、１５２１、２つのＤＡＣ１５３０、１５３１、および受動的電力結合器１５４０を備える、位相配列アンテナ１５００を例証する。一実施形態では、１８０°受動的ハイブリッド１５１０の２つの出力は、９０°位相差を有する。より具体的には、２つの出力は、１８０°受動的ハイブリッド１５１０の入力から傾斜された＋／−４５°位相である。加えて、ある例示的実施形態では、１８０°受動的ハイブリッド１５１０は、リングハイブリッドまたはマジックＴであり得る。一例示的実施形態では、受動的電力結合器１５４０は、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ電力分配器であり得る。別の実施形態では、受動的電力結合器１５４０は、現在周知である、または後に発明される、任意の好適な電力結合器であり得る。また、受動的電力結合器１５４０の出力信号は、２つの入力信号の合成である。

上述のように、線形偏波信号に加え、能動的位相配列アンテナはまた、偏波追跡およびビームステアリングを伴う、二重線形偏波のためにも構成可能である。図１６および１７を参照すると、２つの並列ベクトル発生器およびハイブリッドを伴う、位相配列アンテナが例証される。ハイブリッドは、能動的または受動的のいずれかであり得る。さらに、ハイブリッドは、９０°ハイブリッドまたは１８０°ハイブリッドであり得る。ある例示的実施形態では、かつ図１６を参照すると、位相配列アンテナ１６００は、２つのベクトル発生器１６２０、１６２１、２つのＤＡＣ１６３０、１６３１、および能動的ＲＦハイブリッド１６４０を備える。能動的ＲＦハイブリッド１６４０は、９０°ハイブリッドまたは１８０°ハイブリッドのいずれかであり得る。能動的ＲＦハイブリッド１６４０の２つの出力信号は、２つの入力信号の合成であり、出力信号間に位相差を伴う。９０°ハイブリッドを備える能動的ＲＦハイブリッド１６４０を伴う、ある実施形態では、出力信号は、約９０°位相差を有する。１８０°ハイブリッドを備える能動的ＲＦハイブリッド１６４０を伴う、ある実施形態では、出力信号は、約１８０°位相差を有する。ベクトル発生器１６２０、１６２１は、偏波追跡およびビームステアリングのために、ＲＦ信号の位相および振幅の調節を提供するように構成され得る。

同様に、図１７は、２つのベクトル発生器１７２０、１７２１、２つのＤＡＣ１７３０、１７３１、および受動的ハイブリッド１７４０を備える、位相配列アンテナ１７００を例証する。受動的ＲＦハイブリッド１７４０は、９０°ハイブリッドまたは１８０°ハイブリッドのいずれかであり得る。受動的ハイブリッド１７４０は、９０°ハイブリッドのためのＬａｎｇｅ連結器または分枝線路連結器のうちの少なくとも１つ、あるいは１８０°ハイブリッドのためのリングハイブリッドまたはマジックＴのうちの少なくとも１つであり得る。さらに、受動的ハイブリッド１７４０の出力信号は、２つの入力信号の合成であり、出力信号間に位相差を伴う。９０°ハイブリッドを備える受動的ハイブリッド１７４０を伴う、ある実施形態では、出力信号は、約９０°位相差を有する。１８０°ハイブリッドを備える受動的ハイブリッド１７４０を伴う、ある実施形態では、出力信号は、約１８０°位相差を有する。ベクトル発生器１７２０、１７２１は、偏波追跡およびビームステアリングのためにＲＦ信号の位相および振幅の調節を提供するように構成され得る。

図１８−２１を参照すると、位相配列アンテナは、２つの並列ベクトル発生器および２つのハイブリッドを含み得る。ハイブリッドは、能動的または受動的のいずれかであり得る。さらに、ハイブリッドは、９０°ハイブリッドまたは１８０°ハイブリッドであり得る。

ある例示的実施形態では、かつ図１８を参照すると、位相配列アンテ１８００は、第１の能動的ＲＦハイブリッド１８１０、２つのベクトル発生器１８２０、１８２１、２つのＤＡＣ１８３０、１８３１、および第２の能動的ＲＦハイブリッド１８４０を備える。第１の能動的ＲＦハイブリッド１８１０は、９０°ハイブリッドまたは１８０°ハイブリッドのいずれかであり得る。第２の能動的ＲＦハイブリッド１８４０は、９０°ハイブリッドまたは１８０°ハイブリッドのいずれかであり得る。第１の能動的ＲＦハイブリッド１８１０は、放射素子１８０１から偏波入力信号を受信するように構成される。一実施形態では、第１の能動的ＲＦハイブリッド１８１０は、右旋円および左旋円偏波を伴う、中間信号を発生させる。別の実施形態では、第１の能動的ＲＦハイブリッド１８１０は、約９０°位相差を有する、中間信号を発生させる。より具体的には、２つの出力は、能動的ＲＦハイブリッド１８１０の入力から傾斜された＋／−４５°位相である。ベクトル発生器１８２０、１８２１は、偏波追跡およびビームステアリングのために位相調節を提供するように構成され得る。また、第２の能動的ＲＦハイブリッド１８４０は、入力信号の合成である、出力信号を発生させるように構成される。

同様に、図１９は、能動的ＲＦハイブリッド１９１０、２つのベクトル発生器１９２０、１９２１、２つのＤＡＣ１９３０、１９３１、および受動的ハイブリッド１９４０を備える、位相配列アンテナ１９００を例証する。能動的ＲＦハイブリッド１９１０は、９０°ハイブリッドまたは１８０°ハイブリッドのいずれかであり得る。受動的ハイブリッド１９４０は、９０°ハイブリッドまたは１８０°ハイブリッドのいずれかであり得る。能動的ＲＦハイブリッド１９１０は、放射素子１９０１から偏波入力信号を受信するように構成される。一実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド１９１０は、右旋円および左旋円偏波を伴う、中間信号を発生させる。別の実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド１９１０は、約９０°位相差を有する、中間信号を発生させる。より具体的には、２つの出力は、能動的ＲＦハイブリッド１９１０の入力から傾斜された＋／−４５°位相である。さらに、ベクトル発生器１９２０、１９２１は、偏波追跡およびビームステアリングのために位相調節を提供するように構成され得る。また、受動的ハイブリッド１９４０は、入力信号の合成である、出力信号を発生させるように構成される。ある例示的実施形態では、受動的ハイブリッド１９４０は、９０°ハイブリッドのためのＬａｎｇｅ連結器または分枝線路連結器のうちの少なくとも１つ、あるいは１８０°ハイブリッドのためのリングハイブリッドまたはマジックＴのうちの少なくとも１つであり得る。

さらに、放射素子と通信状態にあるハイブリッドは、受動的ハイブリッドであり得る。ある例示的実施形態では、かつ図２０を参照すると、位相配列アンテナ２０００は、受動的ハイブリッド２０１０、２つのベクトル発生器２０２０、２０２１、２つのＤＡＣ２０３０、２０３１、および能動的ＲＦハイブリッドを備える。受動的ハイブリッド２０１０は、９０°ハイブリッドまたは１８０°ハイブリッドのいずれかであり得る。能動的ＲＦハイブリッド２０４０は、９０°ハイブリッドまたは１８０°ハイブリッドのいずれかであり得る。受動的ハイブリッド２０１０は、放射素子２００１から偏波入力信号を受信するように構成される。一実施形態では、受動的ハイブリッド２０１０は、右旋円および左旋円偏波を伴う、中間信号を発生させる。別の実施形態では、受動的ハイブリッド２０１０は、約９０°位相差を有する、中間信号を発生させる。より具体的には、２つの出力は、受動的ハイブリッド２０１０の入力から傾斜された＋／−４５°位相である。受動的ハイブリッド２０１０は、９０°ハイブリッドのためのＬａｎｇｅ連結器または分枝線路連結器のうちの少なくとも１つ、あるいは１８０°ハイブリッドのためのリングハイブリッドまたはマジックＴのうちの少なくとも１つであり得る。さらに、ベクトル発生器２０２０、２０２１は、偏波追跡およびビームステアリングのために位相調節を提供するように構成され得る。また、能動的ＲＦハイブリッド２０４０は、入力信号の合成である、出力信号を発生させるように構成される。

位相配列アンテナの別の構成は、２つの受動的ハイブリッドを含み得る。ある例示的実施形態では、かつ図２１を参照すると、位相配列アンテナ２１００は、９０°または１８０°移相のいずれかを伴う、第１の受動的ハイブリッド２１１０、２つのベクトル発生器２１２０、２１２１、２つのＤＡＣ２１３０、２１３１、および９０°または１８０°移相のいずれかを伴う、第２の受動的ハイブリッド２１４０を備える。第１の受動的ハイブリッド２１１０は、９０°ハイブリッドまたは１８０°ハイブリッドのいずれかであり得る。第２の受動的ハイブリッド２１４０は、９０°ハイブリッドまたは１８０°ハイブリッドのいずれかであり得る。第１の受動的ハイブリッド２１１０は、放射素子２１０１から偏波入力信号を受信するように構成される。一実施形態では、第１の受動的ハイブリッド２１１０は、右旋円および左旋円偏波を伴う、中間信号を発生させる。別の実施形態では、第１の受動的ハイブリッド２１１０は、約９０°位相差を有する、中間信号を発生させる。より具体的には、２つの出力は、第１の受動的ハイブリッド２１１０の入力から傾斜された＋／−４５°位相である。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器２１２０は、第１の受動的ハイブリッド２１１０から通信された第１の中間信号を受信する。ベクトル発生器２１２１は、また、第１の受動的ハイブリッド２１１０から通信された第２の中間信号を受信する。ベクトル発生器２１２０、２１２１はそれぞれ、受信した信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節し、調節された信号を発生させるように構成される。第２の受動的ハイブリッド２１４０は、ベクトル発生器２１２０、２１２１から調節された信号を受信するように構成され、調節された信号の合成である、出力信号を発生させるように構成される。第１および第２の受動的ハイブリッド２１１０、２１４０は、９０°ハイブリッドのためのＬａｎｇｅ連結器または分枝線路連結器のうちの少なくとも１つ、あるいは１８０°ハイブリッドのためのリングハイブリッドまたはマジックＴのうちの少なくとも１つであり得る。

上述の実施形態に加え、能動的位相配列アンテナはまた、ビームステアリングを伴う、二重円形偏波のために構成可能である。図２２および２３を一時的に参照すると、ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、放射素子と通信状態にある９０°ハイブリッドおよび並列ベクトル発生器を備える。ある例示的実施形態では、９０°ハイブリッドは、能動的または受動的であり得る。ある例示的実施形態では、かつ図２２を参照すると、位相配列アンテナ２２００は、能動的９０°ＲＦハイブリッド２２１０、２つのベクトル発生器２２２０、２２２１、および２つのＤＡＣ２２３０、２２３１を備える。能動的９０°ＲＦハイブリッド２２１０は、放射素子２２０１から信号を受信し、右旋円および左旋円偏波を伴う、中間信号を発生させるように構成される。中間信号はそれぞれ、放射素子２２０１から受信した信号の合成信号である。２つのベクトル発生器２２２０、２２２１は、能動的９０°ＲＦハイブリッド２２１０と通信状態にある。ベクトル発生器２２２０およびベクトル発生器２２２１は、個々に、円形偏波を伴う、ＲＦ出力信号を発生させる。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器２２２０、２２２１は、ビームステアリングのために位相調節を提供する。

同様に、図２３を参照すると、かつある例示的実施形態では、位相配列アンテナ２３００は、受動的９０°ハイブリッド２３１０、２つのベクトル発生器２３２０、２３２１、および２つのＤＡＣ２３３０、２３３１を備える。受動的９０°ハイブリッド２３１０は、分枝線路連結器またはＬａｎｇｅ連結器、および／または同等物であり得る。加えて、受動的９０°ハイブリッド２３１０は、放射素子２３０１から信号を受信し、右旋円および左旋円偏波を伴う、中間信号を発生させるように構成される。２つのベクトル発生器２３２０、２３２１は、受動的９０°ハイブリッド２３１０と通信状態にあって、それぞれ、別個の中間信号を受信する。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器２３２０、２３２１は、個々に、中間信号の合成である、ＲＦ出力信号を出力する。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器２３２０、２３２１は、ビームステアリングのために位相調節を提供する。

例示的実施形態によると、かつ図２４を参照すると、マルチビームアーキテクチャ２４００は、多重放射素子（ＲＥ_１、ＲＥ_２，・・・ＲＥ_Ｎ）を備え、各放射素子は、能動的偏波制御（ＰＣ_１、ＰＣ_２，・・・ＰＣ_Ｎ）と通信状態にある。マルチビームアーキテクチャ２４００は、少なくとも１つのビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ_１、ＢＦＮ_２，・・・ＢＦＮ_Ｍ）と、ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ_１、ＢＦＮ_２，・・・ＢＦＮ_Ｍ）毎に能動的偏波制御（ＰＣ_１、ＰＣ_２，・・・ＰＣ_Ｎ）に接続される、少なくとも１つの移相器とをさらに備える。ある例示的実施形態では、各放射素子は、Ｍ個の移相器と通信状態にあって、各移相器は、各ビーム形成ネットワークが、各放射素子から信号を受信するように、Ｍ個のビーム形成ネットワークのうちの１つと通信状態にある。

ある例示的実施形態では、移相器は、ベクトル発生器４００に類似する、能動的ベクトル発生器、または信号を移相するために好適な任意の他の構成要素であり得る。さらに、ビーム形成ネットワークおよび加算接合点は、受動的または能動的であることが可能である。さらに、マルチビームアーキテクチャも同様に、ＲＦ信号の送信のために実装され得る。

図２４をさらに参照すると、能動的偏波制御機能（ＰＣ_１、ＰＣ_２，・・・ＰＣ_Ｎ）は、上述で本明細書に列挙された実施形態のいずれかであることが可能である。能動的偏波制御機能のそれぞれに接続されるのは、電力分割器（受信用途用）または電力結合器（送信用途用）である。電力分割器または電力結合器は、本明細書に上述のように、受動的または能動的構造として実装可能である。電力分割器／結合器と通信状態にあるのは、一式のベクトル発生器であって、各ベクトル発生器は、特定のビームのサポートの際、移相を提供する。Ｍ個のベクトル発生器は、Ｍ個の独立操作可能ビームをサポートするために要求される。ある例示的実施形態では、一式のベクトル発生器は、電力結合器（受信用途用）または電力分割器（送信用途用）と通信状態にあって、ビーム形成プロセスを完了する。電力分割器または電力結合器は、本明細書に上述のように、受動的または能動的構造として実装可能である。

以下の出願は、本主題に関連する：米国特許出願第１２／７５９，１２３号「ＡＣＴＩＶＥ ＢＵＴＬＥＲ ＡＮＤ ＢＬＡＳＳ ＭＡＴＲＩＣＥＳ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７１００号）；米国特許出願第１２／７５９，０４３号「ＡＣＴＩＶＥ ＨＹＢＲＩＤＳ ＦＯＲ ＡＮＴＥＮＮＡ ＳＹＳＴＥＭＳ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７２００号）；米国特許出願第１２／７５９，０６４号「ＡＣＴＩＶＥ ＦＥＥＤ ＦＯＲＷＡＲＤ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７３００号）；米国特許出願第１２／７５９，０５９号「ＭＵＬＴＩ−ＢＥＡＭ ＡＣＴＩＶＥ ＰＨＡＳＥＤ ＡＲＲＡＹ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．６５００号）；米国特許出願第１２／７５８，９９６号「ＰＲＥＳＥＬＥＣＴＯＲ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．６８００号）；米国特許出願第１２／７５９，１４８号「ＡＣＴＩＶＥ ＰＯＷＥＲ ＳＰＬＩＴＴＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．８７００号）；米国特許出願第１２／７５９，１１２号「ＨＡＬＦ−ＤＵＰＬＥＸ ＰＨＳＥＤ ＡＲＲＡＹ ＡＮＴＥＮＮＡ ＳＹＳＴＥＭ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第５５４２４．０５００号）；米国特許出願第１２／７５９，１１３号「ＤＥＧＩＴＡＬ ＡＭＰＬＩＴＵＤＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＡＣＴＩＶＥ ＶＥＣＴＯＲ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６。６５００．９０００号）（その内容は、任意の目的のために、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）。

効果、他の利点、および問題に対するソリューションが、特定の実施形態に関して上述された。しかしながら、効果、利点、問題に対するソリューション、および任意の効果、利点、またはソリューションを生じさせる、あるいはより顕著となり得る、任意の素子は、任意または全部の請求項の重要、必須、または不可欠な特徴あるいは素子として解釈されるものではない。本明細書で使用されるように、用語「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、またはそれらの任意の他の変形例は、素子のリストを備える、プロセス、方法、物品、または装置が、それらの素子のみを含むものではなく、明示的に列挙されない、あるいはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有の他の素子を含み得るように、非排他的包含を網羅するものと意図される。さらに、本明細書に説明されるいかなる素子も、「不可欠」または「重要」として明示的に説明されない限り、本発明の実践のために要求されない。

Claims (22)

1. 放射素子と通信状態にある位相配列アンテナであって、
   該放射素子から二重線形偏波されたＲＦ信号を受信するように構成された９０°ハイブリッドであって、９０°移相を投入し、ＲＨＣＰ中間信号およびＬＨＣＰ中間信号を発生させるように構成された９０°ハイブリッドと、
   該ＲＨＣＰ中間信号を受信するように構成された第１のベクトル発生器であって、ビームステアリングのために該ＲＣＨＰ中間信号を位相調節し、第１のＲＦ信号を出力するように構成された第１のベクトル発生器と、
   該ＬＨＣＰ中間信号を受信するように構成された第２のベクトル発生器であって、ビームステアリングのために該ＬＣＨＰ中間信号を位相調節し、第２のＲＦ信号を出力するように構成された第２のベクトル発生器と
   を備える、位相配列アンテナ。
2. 前記９０°ハイブリッドは、９０°能動的ハイブリッドである、請求項１に記載の位相配列アンテナ。
3. 前記９０°ハイブリッドは、９０°受動的ハイブリッドであり、該９０°受動的ハイブリッドは、分枝線ハイブリッドおよびＬａｎｇｅ連結器のうちの１つである、請求項１に記載の位相配列アンテナ。
4. 放射素子と通信状態にある位相配列アンテナであって、
   該放射素子から第１の信号を受信するように構成された第１のベクトル発生器であって、偏波追跡およびビームステアリングのために該第１の信号の位相および振幅の調節を提供し、第１の中間信号を出力するように構成された第１のベクトル発生器と、
   該放射素子から第２の信号を受信するように構成された第２のベクトル発生器であって、偏波追跡およびビームステアリングのために該第２の信号の位相および振幅の調節を提供し、第２の中間信号を出力するように構成された第２のベクトル発生器と、
   該第１の中間信号および該第２の中間信号を受信し、位相差を伴う２つのＲＦ出力信号を発生させるように構成されたハイブリッドであって、該２つのＲＦ出力信号はそれぞれ、該第１の中間信号と該第２の中間信号との合成である、ハイブリッドと
   を備える、位相配列アンテナ。
5. 前記ハイブリッドは、９０°位相差を発生させるように構成された９０°能動的ハイブリッドである、請求項４に記載の位相配列アンテナ。
6. 前記ハイブリッドは、１８０°位相差を発生させるように構成された１８０°能動的ハイブリッドである、請求項４に記載の位相配列アンテナ。
7. 前記ハイブリッドは、９０°受動的ハイブリッドであり、該９０°受動的ハイブリッドは、分枝線ハイブリッドおよびＬａｎｇｅ連結器のうちの１つである、請求項４に記載の位相配列アンテナ。
8. 前記ハイブリッドは、１８０°受動的ハイブリッドであって、該１８０°受動的ハイブリッドは、マジックＴおよびリングハイブリッドのうちの１つである、請求項４に記載の位相配列アンテナ。
9. 放射素子と通信状態にある位相配列アンテナであって、
   該放射素子から第１の信号を受信するように構成された第１のベクトル発生器であって、偏波追跡およびビームステアリングのために該第１の信号の位相および振幅の調節を提供し、第１の中間信号を出力するように構成された第１のベクトル発生器と、
   該放射素子から第２の信号を受信するように構成された第２のベクトル発生器であって、偏波追跡およびビームステアリングのために該第２の信号の位相および振幅の調節を提供し、第２の中間信号を出力するように構成された第２のベクトル発生器と、
   該第１の中間信号および該第２の中間信号を受信するように構成された結合器であって、該第１および第２の中間信号は、ＲＦ出力信号に結合される、結合器と
   を備える、位相配列アンテナ。
10. 前記結合器は、能動的結合器である、請求項９に記載の位相配列アンテナ。
11. 前記結合器は、受動的結合器であり、該受動的結合器は、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ結合器である、請求項９に記載の位相配列アンテナ。
12. 放射素子と通信状態にある位相配列アンテナであって、
    該放射素子から二重線形偏波されたＲＦ信号を受信するように構成されたハイブリッドであって、移相を投入し、ＲＨＣＰ中間信号およびＬＨＣＰ中間信号を発生させるように構成されたハイブリッドと、
    該ＲＨＣＰ中間信号を受信するように構成された第１のベクトル発生器であって、ビームステアリングのために該ＲＣＨＰ中間信号を位相調節し、第１のＲＦ中間信号を出力するように構成された第１のベクトル発生器と、
    該ＬＨＣＰ中間信号を受信するように構成された第２のベクトル発生器であって、ビームステアリングのために該ＬＣＨＰ中間信号を位相調節し、第２のＲＦ中間信号を出力するように構成された第２のベクトル発生器と、
    該第１のＲＦ中間信号および該第２のＲＦ中間信号を受信するように構成された結合器であって、該第１および第２のＲＦ中間信号は、ＲＦ出力信号に結合される、結合器と
    を備える、位相配列アンテナ。
13. 前記ハイブリッドは、９０°移相を投入するように構成された９０°能動的ハイブリッドである、請求項１２に記載の位相配列アンテナ。
14. 前記ハイブリッドは、１８０°移相を投入するように構成された１８０°能動的ハイブリッドである、請求項１２に記載の位相配列アンテナ。
15. 前記ハイブリッドは、９０°受動的ハイブリッドまたは１８０°受動的ハイブリッドのいずれかである、請求項１２に記載の位相配列アンテナ。
16. 前記結合器は、能動的結合器である、請求項１２に記載の位相配列アンテナ。
17. 前記結合器は、受動的結合器であり、該受動的結合器は、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ結合器である、請求項１２に記載の位相配列アンテナ。
18. 放射素子と通信状態にある位相配列アンテナであって、
    該放射素子から二重線形偏波されたＲＦ信号を受信するように構成されたハイブリッドであって、移相を投入し、ＲＨＣＰ中間信号およびＬＨＣＰ中間信号を発生させるように構成されたハイブリッドと、
    該ＲＨＣＰ中間信号を受信するように構成された第１のベクトル発生器であって、ビームステアリングのために該ＲＣＨＰ中間信号を位相調節し、第１のＲＦ中間信号を出力するように構成された第１のベクトル発生器と、
    該ＬＨＣＰ中間信号を受信するように構成された第２のベクトル発生器であって、ビームステアリングのために該ＬＣＨＰ中間信号を位相調節し、第２のＲＦ中間信号を出力するように構成された第２のベクトル発生器と、
    該第１のＲＦ中間信号および該第２のＲＦ中間信号を受信し、位相差を伴う２つのＲＦ出力信号を発生させるように構成された出力ハイブリッドであって、該２つのＲＦ出力信号は、該第１のＲＦ中間信号と該第２のＲＦ中間信号との合成である、出力ハイブリッドと
    を備える、位相配列アンテナ。
19. 前記ハイブリッドは、９０°能動的ハイブリッドまたは１８０°能動的ハイブリッドである、請求項１８に記載の位相配列アンテナ。
20. 前記ハイブリッドは、９０°受動的ハイブリッドまたは１８０°受動的ハイブリッドのいずれかである、請求項１８に記載の位相配列アンテナ。
21. 前記出力ハイブリッドは、９０°能動的ハイブリッドまたは１８０°能動的ハイブリッドである、請求項１８に記載の位相配列アンテナ。
22. 前記出力ハイブリッドは、９０°受動的ハイブリッドまたは１８０°受動的ハイブリッドのいずれかである、請求項１８に記載の位相配列アンテナ。

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