JP2022518893A - フェーズドアレイアンテナを較正するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2019年1月18日に出願された米国仮特許出願第62/794,478号に対する優先権を主張するものであり、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、概してフェーズドアレイアンテナに関し、より詳細には、現場較正能力を有するフェーズドアレイベースのアンテナシステムに関する。
フェーズドアレイアンテナは、数百又は数千のアンテナ素子を含むことができ、各々は、送信方向信号(「送信信号」)信号及び/又は受信方向信号(「受信信号」)を搬送するそれぞれの信号経路に接続される。いくつかの「アクティブ」フェーズドアレイ、数百又は数千の低ノイズ増幅器(LNA)及び/又は電力増幅器(PA)のフロントエンドにおいて、可変位相シフタ及び他の集積回路構成要素は、アンテナ素子のうちの1つ又は複数を通ってルーティングされた送信信号/受信信号を増幅及び位相シフトするための信号経路においてアンテナアレイにわたって分散される。正確なビームを形成するために、信号経路間の位相及び振幅(利得/損失)関係は、多くの場合、アンテナシステムの製造及び設定中に正確に設定される必要がある。アンテナが、ビーム指向精度及びサイドローブレベルなどの任意の必要な性能要件を満たすことを確実にするために、現場でのアンテナ動作中にそのような位相及び振幅関係を維持することが望ましい。
RCCスイッチ40の交差結合が意図的に遮断されるハンドオーバ期間の一部(図7A~図7Gに関連して後述する)の間、第1及び第2の復調器74-1及び74-2は、それぞれ信号SOUT1及びSOUT2を受信及び復調する。復調された出力は、更なる処理のために信号プロセッサ770に提供される。例えば、信号プロセッサ770は、I/Oインタフェース(図示せず)に接続してもよく、エンドユーザデータ、例えば、復調信号から導出されたオーディオ/ビデオデータを出力してもよい。上述のようなソフトハンドオーバ中、信号プロセッサ770は、異なる衛星91及び92からの受信信号SR1,SR2から発生した信号SOUT1及びSOUT2から冗長情報信号を復元することができる。信号プロセッサ770は、冗長情報信号に基づいて、単一のオーディオ/ビデオ出力データストリームをI/Oインタフェースに出力してもよい。
Claims (22)
- 少なくとも第1のアンテナ及び第2のアンテナのアンテナアレイを含むアンテナシステムを較正する方法であって、前記方法は、
前記アンテナシステムとの通信が第1の通信システムから第2の通信システムにハンドオーバされるハンドオーバ期間の前に、前記第1のアンテナ及び前記第2のアンテナを介して前記第1の通信システムとの通信のための第1のビームを形成することと、
前記ハンドオーバ期間の第1の部分の間に、前記第1のアンテナを使用して前記第1の通信システムとの通信のための第2のビームを形成することと、
外部通信のための前記第2のアンテナを非アクティブにし、前記第2のアンテナを較正することと、
前記ハンドオーバ期間の第2の部分の間に、前記第1のアンテナが前記第2のビームを介して前記第1の通信システムとの通信を維持しながら、前記第2のアンテナを使用して第3のビームを形成することによって、前記第2の通信システムとのハンドオーバ通信のために前記第2の通信システムをアクティブにすることと、
前記ハンドオーバ期間の後、前記第1のアンテナ及び前記第2のアンテナの両方を介して、前記第2の通信システムとの通信のための第4のビームを形成することと、
を含む方法。 - 前記ハンドオーバ期間の第3の部分の間に、前記第1の通信システムとの通信のために前記第1のアンテナを非アクティブにし、前記第1のアンテナを較正すること
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記第1の通信システム及び前記第2の通信システムは、前記アンテナアレイを基準にして異なる方向に配置されており、前記第3のビームは、前記第1のビームとは異なる方向を指向するように形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の通信システム及び前記第2の通信システムの各々は衛星である、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のアンテナ及び前記第2のアンテナの各々は、複数の増幅器及び複数の位相シフタに接続された複数のアンテナ素子を備えるフェーズドアレイであり、
前記第1のアンテナ及び前記第2のアンテナの較正は、前記位相シフタのそれぞれの位相シフト及び/又は前記増幅器のそれぞれの利得を較正することを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記複数のアンテナ素子は、複数の可変遅延線に更に接続されており、前記第1のアンテナ及び前記第2のアンテナの較正は、前記可変遅延線の遅延を調整することを更に含む、請求項5に記載の方法。
- 前記第2のアンテナの非アクティブ化は、前記第2のアンテナ内の前記複数の増幅器をオフにすることを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記ハンドオーバ期間の前、及び前記ハンドオーバ期間の後に、単一の受信ビーム信号を単一の第1の復調器に出力することと、
前記ハンドオーバ期間の前記第2の部分の間に、前記第1の通信システムから前記第1の復調器への受信信号に対応する第1の受信ビーム信号を出力し、前記第2の通信システムから第2の復調器への受信信号に対応する第2の受信ビーム信号を出力することと、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記ハンドオーバ期間の前、及び前記ハンドオーバ期間の後に、交差結合スイッチを制御して、前記第1のアンテナからの第1の受信信号及び前記第2のアンテナからの第2の受信信号を前記第1の復調器に向けて交差結合することと、
前記ハンドオーバ期間の前記第2の部分の間に、前記交差結合スイッチを制御して、前記第1の受信信号及び前記第2の受信信号の交差結合を防止し、前記第1の受信信号を前記第1の復調器に向けてルーティングし、前記第2の受信信号を前記第2の復調器に向けてルーティングすることと、
を更に含む、請求項8に記載の方法。 - アンテナシステムであって、
第1のアンテナ及び第2のアンテナを備えるアンテナアレイと、
較正回路と、
前記第1のアンテナ及び前記第2のアンテナに接続された交差結合スイッチと、
コントローラと、を備え、
前記コントロ―ラは、前記アンテナシステムとの通信が第1の通信システムから第2の通信システムにハンドオーバされるハンドオーバ期間の前に、前記交差結合スイッチの切り替え状態を制御して、前記第1のアンテナ及び前記第2のアンテナの両方を使用して形成された第1のビームを介して前記第1の通信システムと通信された信号を出力させ、
前記ハンドオーバ期間の第1の部分の間に、前記交差結合スイッチの切り替え状態を制御して、外部通信のための前記第2のアンテナを非アクティブにしながら、前記第1のアンテナを使用して形成された第2のビームを介して、前記アンテナシステムと前記第1の通信システムとの間で通信される信号を出力させ、前記較正回路に命令して、前記第2のアンテナに対して較正手順を実行させ、
前記ハンドオーバ期間の第2の部分の間に、前記第1のアンテナを制御して前記第2のビームを介して前記第1の通信システムとの通信を維持させながら、前記第2のアンテナを制御して第3のビームを形成させることによって、前記第2の通信システムとのハンドオーバ通信のために前記第2のアンテナをアクティブにし、
前記ハンドオーバ期間の後、前記第1のアンテナ及び前記第2のアンテナを制御して、前記第2の通信システムとの通信のために第4のビームを集合的に形成させる
ように構成されている、
アンテナシステム。 - 前記第1の通信システム及び前記第2の通信システムは、それぞれ第1の衛星及び第2の衛星である、請求項10に記載のアンテナシステム。
- 前記ハンドオーバ期間の第2の部分の間に、前記コントローラは、前記交差結合スイッチの切り替えを更に制御して、前記第1のアンテナを非アクティブにしながら、前記第2のアンテナを使用して形成される第3のビームを介して前記アンテナシステムと前記第2の通信システムとの間で通信される信号を出力させ、前記較正回路と協働して前記第1のアンテナを較正する、請求項10に記載のアンテナシステム。
- 前記コントローラは、ハンドオーバ期間を除く、前記アンテナシステムと任意の外部通信システムとの間の全ての通信期間中、較正動作のために前記較正回路を非アクティブにするように更に構成されている、請求項10に記載のアンテナシステム。
- 前記第1のアンテナ及び前記第2のアンテナの各々は、複数の増幅器及び複数の位相シフタに接続された複数のアンテナ素子を備えるフェーズドアレイであり、前記コントローラは、前記位相シフタのそれぞれの位相シフト及び/又は前記増幅器のそれぞれの利得を較正することによって、前記第1のアンテナ及び前記第2のアンテナを較正するために、前記較正回路と協働する、請求項10に記載のアンテナシステム。
- 前記第1のアンテナ及び前記第2のアンテナナのうちの少なくとも一方は、複数の可変遅延線に更に接続されるか、又はこれを含み、前記コントローラは、前記遅延線のそれぞれの遅延を較正することによって、前記前記第1のアンテナ及び前記第2のアンテナを較正するために前記較正回路と協働する、請求項10に記載のアンテナシステム。
- 前記交差結合スイッチによって出力される信号は、前記第1の通信システム又は前記第2の通信システムから前記アンテナシステムによって受信された信号であり、
前記アンテナシステムは、前記交差結合スイッチに各々接続された第1の復調器及び第2の復調器を更に備え、
前記ハンドオーバ期間の前、及び後に、前記コントローラは前記交差結合スイッチの切り替えを制御して中の交差結合部を接続させ、前記第1の復調器のみが前記交差結合スイッチによって出力された前記信号を復調し、
前記ハンドオーバ期間の前記第2の部分の間に、前記コントローラは、前記交差結合スイッチの切り替えを制御して、前記交差結合を遮断させ、
前記第1の復調器のみが、前記第1の通信システムから受信された信号に対応する、前記交差結合スイッチによって出力された信号を受信及び復調し、前記第2の復調器のみが、前記第2の通信システムから受信された信号に対応する、前記交差結合スイッチによって出力された信号を受信及び復調する、請求項10に記載のアンテナシステム。 - 前記交差結合スイッチは、
前記第1のアンテナに接続された第1の入力ポートと、第1の出力ポートと、第2の出力ポートとを有する第1の方向性結合器と、
前記第1の方向性結合器の前記第1の出力ポートに接続された第1の入力ポートと、第2の入力ポートと、第1の復調器に接続された第1の出力ポートとを有する第2の方向性結合器と、
前記第2の方向性結合器の前記第2の入力ポートに接続された入力ポートと、終端部に接続された第1の出力ポートと、第2の出力ポートとを有する第1の単極双投(SPDT)スイッチと、
終端部に接続された入力ポートと、前記第1のSPDTスイッチの前記第2の出力ポートに接続された第1の出力ポート及び第2の出力ポートとを有する第2のSPDTスイッチと、
前記第2のアンテナに接続された第1の入力ポートと、第1の出力ポート及び第2の出力ポートとを有する第3の方向性結合器と、
前記第3の方向性結合器の前記第1の出力ポートに接続された第1の入力ポートと、第2の入力ポートと、第2の復調器に接続された第1の出力ポートとを有する第4の方向性結合器と、
前記第4の方向性結合器の前記第2の入力ポートに接続された入力ポートと、終端部に接続された第1の出力ポートと、第2の出力ポートとを有する第3のSPDTスイッチと、
終端部に接続された入力ポートと、前記第3のSPDTスイッチの前記第2の出力ポートに接続された第1の出力ポート及び第2の出力ポートとを有する第4のSPDTスイッチと、
を備え、
前記第1のSPDTスイッチの前記第2の出力ポートは、前記第3の方向性結合器の前記第2の出力ポートに接続されており、
前記第3のSPDTスイッチの前記第2の出力ポートは、前記第1の方向性結合器の前記第2の出力ポートに接続されている、請求項10に記載のアンテナシステム。 - 前記較正回路の入力ポートに接続された出力ポートを有し、かつ複数の入力ポートを有する単極多投(SPMT)スイッチを更に備え、
前記第1の方向性結合器から第4の方向性結合器までの各々は、3dBハイブリッド結合器であり、
前記第3の方向性結合器の第2の出力ポートは、前記SPMTスイッチの第1の入力ポートに接続されており、前記第4の方向性結合器の第2の出力ポートは、前記SPMTスイッチの第2の入力ポートに接続されており、
前記コントローラは、前記SPMTスイッチを制御して、当該SPMTスイッチの前記第1の入力ポートと前記出力ポートとの間の第1の切り替え経路を閉鎖させて前記第1のアンテナを較正し、前記第1の入力ポートと前記出力ポートとの間の第2の切り替え経路を閉鎖させて前記第2のアンテナを較正する、請求項17に記載のアンテナシステム。 - 前記交差結合スイッチによって出力される信号は、前記アンテナシステムによって、前記第1の通信システム又は前記第2の通信システムに送信された信号であり、
前記アンテナシステムは、前記交差結合スイッチに各々結合された第1の変調器及び第2の変調器を更に備え、
前記ハンドオーバ期間の前記第1の部分の間に、前記第1の変調器のみが、前記交差結合スイッチに変調信号を送信し、前記交差結合スイッチは、前記変調信号をその出力ポートにルーティングして、出力される信号を提供し、
前記ハンドオーバ期間の前記第2の部分の間に、前記第1の変調器と前記第2の変調器の両方が、前記交差結合スイッチに変調信号を送信し、前記交差結合スイッチは、前記変調信号をその出力ポートにルーティングして、出力される信号を提供する、請求項10に記載のアンテナシステム。 - 前記アンテナシステムは、SPMT(単極多投)スイッチと、前記SPMTスイッチの第1の出力ポートに接続された放射素子とを更に備え、
前記較正回路は、前記SPMTスイッチの入力ポートに接続されており、RF(無線周波数)出力信号を提供する出力ポートを備え、
前記アンテナシステムは、前記第1のアンテナ又は前記第2のアンテナに接続された受信経路に接続された入力ポートを有する結合器と、前記SPMTスイッチの第2の出力ポートに接続された結合ポートと、前記較正回路の入力ポートに接続された送信ポートとを更に備え、前記RF出力信号に対応する帰還信号が、前記送信ポートから前記較正回路の前記入力ポートに提供される、請求項10に記載のアンテナシステム。 - 前記較正回路は、前記帰還信号を受信する入力ポートを有する電力ディバイダと、第1の出力ポート及び第2の出力ポートと、前記第1の出力ポートに接続されたピーク検出器と、前記第2の出力ポートに接続されたダウンコンバータと、前記ダウンコンバータに接続された位相検出器と、前記ピーク検出器の出力端に接続された第1のアナログデジタル変換器(ADC)と、前記位相検出器の出力端に接続された第2のアナログデジタル変換器(ADC)とを備える、請求項20に記載のアンテナシステム。
- 前記較正回路は、前記帰還信号を受信するハイブリッド結合器と、前記ハイブリッド結合器に接続された同相/直角位相(I/Q)復調器と、前記同相/直角位相(I/Q)復調器のI出力ポートに接続された第1のアナログデジタル変換器(ADC)と、前記同相/直角位相(I/Q)復調器のQ出力ポートに接続された第2のアナログデジタル変換器(ADC)と、局部発振器と、前記局部発振器(LO)によって出力されたLO信号の第1の部分を前記同相/直角位相(I/Q)復調器に結合し、前記LO信号の第2の部分を結合して前記RF出力信号を提供する結合器とを備える、請求項20に記載のアンテナシステム。
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