JP2023138483A

JP2023138483A - シングルパネル全二重衛星ユーザターミナル用のアンテナラティス

Info

Publication number: JP2023138483A
Application number: JP2023042900A
Authority: JP
Inventors: レダアミン; Reda Amin; エバーディーシアマック; Ebadi Siamak; デヴィッドクフャトコフスキエリック; David Kwiatkowski Eric; トラビエラヘフサダト; Torabi Elahehsadat; ウイリアムトゥルコウスキステファン; William Turkowski Stefan; パブストアンドレア; Pabst Andrea; フェリペオソリオアンドレス; Felipe Osorio Andres
Original assignee: Utvate Corp
Current assignee: Utvate Corp
Priority date: 2022-03-18
Filing date: 2023-03-17
Publication date: 2023-10-02
Also published as: TW202339455A; CA3192549A1; EP4246723A1; CN116780212A; KR20230136560A; US20230353334A1; US11515993B1

Abstract

【課題】シングルパネル全二重衛星ユーザターミナルのアンテナラティスを提供すること。【解決手段】複数のＴｘアンテナ素子を有する１又は２以上のユーザターミナルモジュール（ＵＴＭ）を備えた全二重ユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）。Ｔｘアンテナ素子の各々は、距離ｄＴｘだけ互いから離間して配置される。全二重ＵＴＰは更に、複数のＲｘアンテナ素子を含む。Ｒｘアンテナ素子の各々は、距離ｄＲｘだけ互いから離間して配置される。更に、Ｔｘアンテナ素子は、ＴｘラティスｄＴｘに従って離間して配置することができ、ＴｘラティスｄＴｘ間隔配置は、Ｔｘ周波数範囲での仰角面におけるグレーティングローブなし走査を提供するようになる。Ｒｘアンテナ素子は、ＲｘラティスｄＲｘに従って離間して配置され、ＲｘラティスｄＲｘ間隔配置は、Ｒｘ周波数範囲での仰角面におけるグレーティングローブなし走査を提供する。【選択図】図１

Description

本開示の態様は、全二重ビーム走査アンテナシステムの分野に関し、詳細にはアンテナ素子のラティス構成に関する。

無線革命は、我々の限定的な無線スペクトラムに対する増加し続ける需要を結果として生じてきた。デュアルアパーチャ全二重又は半二重パネルと比較して、送信及び受信のためにシングルパネルから全二重衛星通信を可能にすることで、限定された無線スペクトラムの使用を改良し、更に同じアンテナフットプリントを維持すると同時に衛星通信スループットを増大させることが期待される。本明細書で用いる用語シングルパネル全二重とは、単一のアパーチャからの同時データ送受信を表す。換言すると、全二重シングルパネルアンテナシステムは、同じ物理的アパーチャから同時双方向データ送信をすることができる。デュアルパネル全二重アンテナシステムは、２つの別々のアパーチャ、すなわちＴｘアパーチャ及びＲｘアパーチャから同時双方向データ送信が可能である。半二重デバイスは、一度に１つの方向にのみ送信することができ、ここで、データは同じ時間ではないが、２つの方向に移動することができる。更に、仰角の範囲でのビームの走査は、アンテナ素子ラティス（格子）のＴｘ及びＲｘ部分に異なる幾何学的要件をもたらす。Ｔｘ及びＲｘ周波数範囲で放射する性能要件を満足させると同時に、Ｔｘ及びＲｘ周波数双方での走査を許容することは、全二重通信の信頼できる動作を可能にする。

受信モード時は、シングルパネル全二重アンテナシステムのＧ／Ｔは、利点の最も重要な性能指数の１つである。Ｇは、アンテナシステムの利得であり、Ｔは、システムノイズ温度である。Ｇ／Ｔが高い程、システムの感度は良くなる。

送信モードにある時は、シングルパネル全二重アンテナシステムの等価等方放射電力（ＥＩＲＰ）が、最も重要な性能指数の１つである。ＥＩＲＰは、同じ放射強度を与えるために（理論上は）等方性アンテナによって放射する必要がある電力量が等価なワット単位の総電力（又は、ｄＢＷ、ｄＢｍなど）である。ＥＩＲＰは、アンテナの主ビームの方向で指定されて測定され、一定の無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）に伝導された出力電力を仮定して、必要なアンテナ素子の数を決定するのを助ける。

所与の方向におけるアンテナシステムの偏波は、アンテナシステムによって送信又は放射される波の偏波として定義される。放射電波の偏波は、電界ベクトルの時間変動方向及び相対的大きさを表す電磁（ＥＭ）波の特性として、具体的には、伝播方向に沿って観察された時に、空間の固定位置の電界ベクトルのエンドポイントと、これがトレースされる方向による時間の関数としてトレースされる数字として定義される。使用される共通の偏波は、円偏波（ＣＰ）と直線偏波（ＬＰ）である。ＣＰの例は、右旋回ＣＰ（ＲＨＣＰ）、及び左旋回ＣＰ（ＬＨＣＰ）であり、ＲＨＣＰとＬＨＣＰは、直交する偏波である。ＬＰの例は、垂直ＬＰ及び水平ＬＰであり、垂直ＬＰ及び水平ＬＰは直交偏波である。受信アンテナが、送信アンテナから到来する全放射を取り込めるようにするために、放射及び受信アンテナは、同じ偏波を有する必要がある。

偏波制御は、アンテナ素子の２又は３以上のアンテナポートを介してアンテナ素子に接続された２又は３以上のＲＦＩＣチャネルのＲＦ信号（振幅及び位相）の制御を通じてアンテナシステムの偏波を変える能力である。偏波制御の他の手段は、ＲＦスイッチの使用を含むことができる。

固定ＬＰ及びＣＰは、単一のＲＦＩＣチャネルに接続された単一のアンテナポートの使用を介して実装することができる。他の固定ＣＰは、９０度ハイブリッド（又は直交ハイブリッド）、リングハイブリッド、ウイルキンソン電力分配器、又はＴジャンクション電力分配器などのマイクロ波回路を介して２つのアンテナポートを単一のＲＦＩＣチャネルに接続することによって実装することができる。

アンテナビームの走査は、アンテナの主ビームを４５度の仰角などの所望の方向に向けるよう調節できる場合である。ＲＦＩＣを介して個々のアンテナ素子レベルでの位相を制御することによって、全二重シングルパネルのＴｘアンテナ及び／又はＲｘアンテナのビームなど、フェーズドアレイアンテナのビームをステアリングすることができる。典型的な応用では、仰角面にける走査範囲、例として９０度の仰角（真上、又は空に向けた）から始めて４０度の仰角まで、５０度の仰角範囲を必要とする。更に、走査範囲が、０度から３６０度の全方位角範囲をカバーするものとする。

一部の実施形態において、全二重ユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）は、１又は２以上のユーザターミナルモジュール（ＵＴＭ）を含む。ＵＴＭの各々は、２又は３以上のユニットセルを含むことができる。各ユニットセルの各々は、複数のＴｘアンテナ素子ポートを有する送信（Ｔｘ）アンテナ素子と、複数のＲｘアンテナ素子ポートを有する受信（Ｒｘ）アンテナ素子とを含むことができる。第１のユニットセルの第１のＴｘアンテナ素子の中心は、第２のユニットセルの第１のＴｘアンテナ素子の中心まで距離ｘを有する。Ｔｘアンテナ素子の各々は、第１の周波数範囲を介して送信し、Ｒｘアンテナ素子の各々は、第２の周波数範囲を介して受信する。第１の周波数範囲は、第２の周波数範囲とは異なる。第１のユニットセルの第１のＲｘアンテナ素子の中心は、第２のユニットセルの第１のＲｘアンテナ素子の中心までの同じ距離（例えば、等距離）を有する。距離ｘは、第２の周波数範囲の仰角面におけるグレーティングローブなし走査が達成されるような値である。ＵＴＭの各々はまた、無線周波数（ＲＦ）信号を送信するように構成された少なくとも１つのＴｘ無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）を含むことができる。ＴｘＲＦＩＣは、複数のＴｘアンテナ素子ポートの１つに個々に接続される１又は２以上のＴｘチャネルを含む。ＵＴＭの各々はまた、ＲＦ信号を受信するように構成された少なくとも１つのＲｘＲＦＩＣを含むことができる。ＲｘＲＦＩＣは、複数のＲｘアンテナ素子ポートの１つに個々に接続される１又は２以上のＲｘチャネルを含む。

一部の実施形態において、全二重ユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）は、１又は２以上のユーザターミナルモジュール（ＵＴＭ）を含み、各ＵＴＭは、複数のＴｘアンテナ素子を有する。Ｔｘアンテナ素子の各々は、距離ｄＴｘだけ互いに離間して配置される。全二重ＵＴＰは更に、複数のＲｘアンテナ素子を含む。Ｒｘアンテナ素子の各々は、距離ｄＲｘだけ互いに離間して配置される。距離ｄＲｘは、距離ｄＴｘよりも大きい。更に、Ｔｘアンテナ素子は、ＴｘラティスｄＴｘに従って離間して配置され、ＴｘラティスｄＴｘ間隔配置がＴｘ周波数範囲での仰角面におけるグレーティングローブなし走査を提供するようにする。Ｒｘアンテナ素子は、ＲｘラティスｄＲｘに従って離間して配置され、ＲｘラティスｄＲｘ間隔配置がＲｘ周波数範囲での仰角面におけるグレーティングローブなし走査を提供するようにする。全二重ＵＴＰは更に、それぞれ無線周波数（ＲＦ）信号を送信及びＲＦ信号を受信するように構成された、１又は２以上のＴｘ無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）及び１又は２以上のＲｘＲＦＩＣを含む。ＴｘＲＥＩＣは、１又は２位以上のＴｘチャネルを含み、ＲｘＲＦＩＣは、１又は２以上のＲｘチャネルを含み、Ｔｘチャネルの各々が、複数のＴｘアンテナ素子ポートの１つに個々に接続され、Ｒｘチャネルの各々が、複数のＲｘアンテナ素子ポートの１つに個々に接続されるようになる。

一部の実施形態において、全二重ユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）は、１又は２以上のＵＴＭを含む。ＵＴＭの各々は、４つのサブＵＴＭによって構成される。各サブＵＴＭは、距離ｄＴｘだけ互いに空間を空けて配置された複数のＴｘアンテナ素子を有する。各サブＵＴＭは、距離ｄＲｘだけ互いに離間して配置された複数のＲｘアンテナ素子を有し、ここで距離ｄＲｘは、距離ｄＴｘよりも大きい。Ｔｘアンテナ素子は、ＴｘラティスｄＴｘに従って離間して配置され、Ｒｘアンテナ素子は、ＲｘラティスｄＲｘに従って離間して配置される。ＴｘラティスｄＴｘ間隔配置は、Ｔｘ周波数の仰角面でのグレーティングローブなし走査を提供する。ＲｘラティスｄＲｘ間隔配置は、Ｒｘ周波数の仰角面におけるグレーティングローブなし走査を提供する。各ＵＴＭは、無線周波数（ＲＦ）信号を送信するように構成された少なくとも１つのＴｘ無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）を含むことができる。ＴｘＲＦＩＣは、複数のＴｘアンテナ素子ポートの１つに個々に接続される１又は２以上のＴｘチャネルを含む。各ＵＴＭは、ＲＦ信号を受信するように構成された少なくとも１つのＲｘＲＦＩＣを含むことができる。ＲｘＲＦＩＣは、複数のＲｘアンテナ素子ポートの１つに個々に接続される１又は２以上のＲｘチャネルを含むことができる。サブＵＴＭは、各サブＵＴＭが時計周りに互いから９０度回転されるように四分円型に構成される。

本明細書に記載される１又は２以上の実施形態は、他の利点の中でも、シングルパネル全二重アンテナシステム、及びビーム走査を含むアンテナシステムの同時のＲｘ及びＴｘ動作を可能にするラティス構成を提供することによって、当該技術における前述の問題の１又は２以上を解決する。

１つの実施形態において、シングルパネルアンテナシステムは、シーケンシャル回転（ＳＱＲ）サブＵＴＭ、ＴｘとＲｘ両方のアンテナラティス用に構成された最小の反復構造から構成される複数のユーザターミナルモジュール（ＵＴＭ）を含む。ＳＱＲ構成は、シングルパネル全二重アンテナシステムの軸比（ＡＲ）と呼ばれる重要な主要性能メトリックを達成する鍵となる。優良なＡＲは、アンテナシステムが偏波の純度を維持することを保証し、従って最大許容可能データ転送速度での通信を達成することができる。

例示的なシングルパネル全二重アンテナシステムはまた、無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）からアンテナまでのＲＦルーティング、ＲＥＩＣのデジタルルーティング、及びＵＴＭ上のＲＦＩＣの電力ルーティングを包含するマルチレイヤプリント回路基板（ＰＣＢ）を含む。

一部の実施形態において、全二重シングルパネルアンテナシステムは、複数の全二重アンテナ素子を利用する。全二重アンテナ素子は、Ｔｘアンテナ素子とＲｘアンテナ素子を含む。他の実施形態において、全二重アンテナ素子は、Ｔｘ周波数帯域とＲｘ周波数帯域をカバーする広帯域アンテナ素子と、２又は３以上のアンテナポートとを備え、２又は３以上のアンテナポートの少なくとも１つが、Ｔｘ周波数動作に用いられ、２又は３以上のアンテナポートの少なくとも１つが、Ｒｘ周波数動作に用いられる。

一部の実施形態において、全二重シングルパネルユーザターミナルは、平面アンテナ（ＦＰＡ）と呼ばれる。

上記に記載したもの及び他の利点並びに特徴を取得することができる方法を説明するために、添付図面に示される特定の実施例を参照することにより、更に詳細な説明が記載され提供することになる。これらの図面は、典型的な例を示しているに過ぎず、従って、その範囲を限定するものと見なすべきでないことを理解した上で、添付図面の使用によって追加の限定性及び詳細を用いて実施構成を記載及び説明する。

一部の実施形態による、全二重シングルパネルユーザターミナルと衛星の間の全二重通信を示す概略図である。一部の実施形態による、全二重通信で使用する全二重シングルパネルユーザターミナルを示すブロック図である。一部の実施形態による、入力及び出力を備えた低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）３００ａを示す図である。一部の実施形態による、ＬＮＡの電力出力とＬＮＡの電力入力との間の関係を示すグラフである。一部の実施形態による、ＲＦ電力対周波数を示すグラフである。一部の実施形態による、ＲＦ電力及びノイズフロアと周波数を示すグラフである。一部の実施形態による、全二重通信で使用するシングルパネル全二重ユーザターミナルを示すブロック図である。一部の実施形態による、全二重通信で使用するシングルパネル全二重ユーザターミナルを示すブロック図である。一部の実施形態による、全二重通信で使用するシングルパネル全二重ユーザターミナルを示すブロック図である。一部の実施形態による、全二重デュアルアパーチャアンテナパネルと全二重シングルアパーチャアンテナパネルの比較を示す図である。一部の実施形態による、全二重デュアルアパーチャアンテナパネルと全二重シングルアパーチャアンテナパネルの比較を示す図である。一部の実施形態による、衛星位置に対してＵＴＰによって投影されるエリアを示す図である。一部の実施形態による、グレーティングローブなし領域を有するためのアンテナ間隔要件を示すグラフである。一部の実施形態による、全二重アンテナシステム走査性能におけるグレーティングローブの影響を示す例示的なグラフである。一部の実施形態による、全二重アンテナシステムによって用いられるアンテナラティスの幾つかの構成の上面図である。一部の実施形態による、全二重アンテナシステムによって用いられるアンテナラティスの幾つかの構成の断面図である。一部の実施形態による、送信（Ｔｘ）無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）、受信（Ｒｘ）ＲＦＩＣ並びに全二重アンテナ素子を示すブロック図である。一部の実施形態による、全二重アンテナ素子のＳパラメータと周波数を示すグラフである。一部の実施形態による、全二重アンテナ素子の実現利得と周波数を示すグラフである。一部の実施形態による、フィルタを利用する全二重アンテナ素子のＳパラメータ対周波数を示すグラフである。一部の実施形態による、Ｔｘ周波数を走査するよう最適化された全二重アンテナ素子の例示的なラティス構成を示す図である。一部の実施形態による、Ｒｘ周波数を走査するよう最適化された全二重アンテナ素子の例示的なラティス構成を示す図である。一部の実施形態による、Ｒｘ周波数を走査するよう最適化された全二重アンテナ素子の例示的なラティス構成を示す図である。一部の実施形態による、キープアウト領域を示す全二重アンテナ素子を示す図である。一部の実施形態による、全二重アンテナ素子のＰＣＢの高さを示す図である。一部の実施形態による、キープアウト領域とポートの直交性の影響を示すグラフである。一部の実施形態による、全二重アンテナ素子の電界強度を示す図である。一部の実施形態による、全二重アンテナ素子のＳパラメータを示すグラフである。一部の実施形態による、反復アンテナ構造及び近傍の反復アンテナ構造を示す図である。一部の実施形態による、全二重アンテナ素子のＳパラメータを示すグラフである。一部の実施形態による、全二重アンテナ素子の走査性能を示すグラフである。一部の実施形態による、サブユーザターミナルモジュール（ＵＴＭ）を示す上面図である。一部の実施形態による、サブＵＴＭを示す断面図である。一部の実施形態による、アンテナアレイにおけるシーケンシャル回転（ＳＱＲ）ポートの使用を示す図である。一部の実施形態による、アンテナアレイにおける直交ポート及びＳＱＲの使用を示す図である。一部の実施形態による、従来のポート配置によるサブＵＴＭを示す図である。一部の実施形態による、ＳＱＲポート配置によるサブＵＴＭを示す図である。一部の実施形態による、サブＵＴＭにおける直交ポートの使用を示す図である。一部の実施形態による、従来のポート配列に対してＳＱＲで構成された時の例示的な２ｘ２アレイの指向性を示すグラフである。一部の実施形態による、従来のポート配列に対してＳＱＲで構成された時の例示的な２ｘ２アレイの軸比を示すグラフである。一部の実施形態による、従来のポート配列に対してＳＱＲで構成された時の例示的な１ｘ４アレイの指向性を示すグラフである。一部の実施形態による、散乱子が存在する時のアンテナ素子を示す図である。一部の実施形態による、散乱子が存在する時のアンテナ素子を設計する方法を示す図である。一部の実施形態による、全二重アンテナ素子の放射パターンを示すグラフである。一部の実施形態による、ユーザターミナルモジュールを示す図である。一部の実施形態による、全二重シングルパネルユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）の例示的なアンテナラティス構成を示す図である。一部の実施形態による、全二重シングルパネルユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）の代替の例示的なアンテナラティス構成を示す上面図である。一部の実施形態による、全二重シングルパネルユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）の代替の例示的なアンテナラティス構成を示す斜視図である。一部の実施形態による、低減されたＴｘアンテナ素子を用いる全二重シングルパネルユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）の例示的なアンテナラティス構成を示す図である。一部の実施形態による、低減されたＴｘアンテナ素子を用いる全二重シングルパネルユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）の別の例示的なアンテナラティス構成を示す図である。一部の実施形態による、Ｔｘ／ＲｘＵＴＭ及びＴｘだけのＵＴＭを備えたＵＴＰを示す図である。一部の実施形態による、Ｔｘ／ＲｘＵＴＭとＲｘだけのＵＴＭを備えたＵＴＰを示す図である。一部の実施形態による、改善されたリンク性能の複数のＵＴＰを示す図である。一部の実施形態による、改善されたＧ／Ｔ性能の複数のＵＴＰを示す図である。一部の実施形態による、航空機胴体での複数のＵＴＰの使用を示す図である。一部の実施形態による、複数のＵＴＭによって形成された全二重シングルパネルユーザターミナルの例示的なモジュラーアーキテクチャを示すブロック図である。一部の実施形態による、デイジーチェーンで接続された９つのＴｘＲＦＩＣ並びにデイジーチェーンで接続された４つのＲｘＲＦＩＣ、及び制御回路を有する例示的なＵＴＭを示すブロック図である。デイジーチェーンで接続された例示的な制御回路及び４つのＵＴＭを示すブロック図である。

図面は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。同様に、一部の構成要素及び／又は動作は、本技術の実施形態の一部を説明する目的で、異なるブロックに分けることができるか、又は単一のブロックに結合することができる。更に、本技術は、様々な修正及び代替形態に好適であるが、特定の実施形態を例証として図面に示され、以下で詳細に説明する。しかしながら、本技術を記載の特定の実施形態に限定することを意図するものではない。他方、本技術は、添付の請求項によって定められる本技術の範囲内にある全ての修正形態、均等形態、及び代替形態を保護するものとする。

以下に実施例を詳細に検討する。特定の実施構成について検討するが、これは単に例証の目的で行われることを理解すべきである。当業者であれば、本開示の主題の精神及び範囲から逸脱することなく他の構成要素及び構成を用いることができることは、理解されるであろう。実施構成は、システム、処理、装置、機械実装方法、コンピュータデバイス、又はコンピュータ可読媒体を含むことができる。

本明細書で用いるユーザターミナルは、アンテナシステム又はＵＴＰと呼ぶこともできる。シングルパネル全二重ユーザターミナルはまた、シングルパネル全二重アンテナシステムと呼ぶこともできる。加えて、シングルパネル全二重ユーザターミナルは、シングルアパーチャ全二重ユーザターミナル、シングルアパーチャ全二重アンテナシステム、又はシングルアパーチャ全二重パネルと呼ぶことができる。

全二重衛星通信のシナリオでは、Ｔｘ信号の電力の少なくとも一部が、回路の受信部分に結合することができる。送信される信号は、一般的には、かなり高い電力レベルで送信される。しかしながら、受信される信号は、一般的には、送信された信号の電力レベルよりかなり低い電力レベルで受信される。Ｒｘ信号チェーンに結合されたＴｘ信号電力は、Ｒｘ信号のＬＮＡのノイズフロアよりも大きいはずであり、これによって正確に受信されているＲｘ信号と干渉する。更に、Ｒｘ信号チェーンに結合されたＴｘ信号電力は、ＬＮＡの直線（別名、小信号）領域に影響を与える可能性がある。Ｔｘ／Ｒｘの結合を低減すること（又はＴｘ／Ｒｘ分離を改善すること）で、全二重動作中の受信信号の整合性を改善することができる。本明細書に記載される１又は２以上の実施形態は、他の利点の中でも、全二重アンテナシステム及びＴｘ信号経路からＲｘ信号経路への結合を低減するための分離方法を提供することによって、当技術における前述の問題の１又は２以上を解決し、更にこれによって全二重通信を可能にし、更に一定のシナリオで全二重通信を拡張する。

１つの実施形態において、全二重アンテナシステムは、コントローラ回路、分配ネットワークを各々が含む１又は２以上の素子を含む送信信号経路、１又は２以上の電力増幅器（ＰＡ）を含むＴｘＲＦＩＣ、１又は２以上のフィルタ、送出信号を衛星に送信するためにＴｘ周波数帯域で動作するＴｘアンテナ素子の１又は２以上のＴｘアンテナ素子ポートを含む。例示的な全二重アンテナシステムは更に、１又は２以上の素子におけるＲｘ信号経路、分配ネットワークを含むＲｘ信号経路、衛星からの到来信号を受信するためにＲｘ周波数帯域で動作するＲｘアンテナ素子のＲｘアンテナ素子ポートによって駆動される１又は２以上のＬＡＮを含むＲｘＲＦＩＣを含む。Ｒｘ周波数帯域は、Ｔｘ周波数帯域から周波数ガード帯域によって分離され、フィルタは、ＴｘとＲｘ信号経路との間の説明された分離方法と共にＴｘ信号経路とＲｘ信号経路の間の結合を低減するのに十分な分離を提供し、衛星アンテナが全二重で動作するのを可能にする。

一部の実施形態において、衛星からの到来信号は、到来アナログ信号又は到来ＲＦ信号と呼ばれ、衛星への送出信号は、送出アナログ信号又は送出ＲＦ信号と呼ばれる。他の実施形態において、衛星からの到来信号は、ダウンリンク信号と呼ばれ、衛星への送出信号は、アップリンク信号と呼ばれる。

図１は、送信周波数（別名、アップリンク）ｆ_Tx１６０及び受信周波数（別名、ダウンリンク）ｆ_Rx１７０を同時に用いて衛星１１０と通信する全二重シングルパネルユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）１００を示す。一部の実施形態によると、ｆ_Tx及びｆ_Rxは、異なる周波数帯域である。例として、衛星通信アップリンクで用いられるＫａ帯域は、２７．５ＧＨｚと３０ＧＨｚの間の周波数を使用し、ダウンリンクは、３：２のＴｘ周波数対Ｒｘ周波数比を利用する１７．５ＧＨｚと２０．２ＧＨｚの間の周波数を用いる。

アンテナビーム１２０は、送信周波数アンテナビームと受信周波数アンテナビームの例証である点に留意されたい。現実には、ＴｘアンテナビームとＲｘアンテナビームを別々にすることができる。

衛星１１０の位置は、空１４０に向かって真上にある９０度の仰角（ＥＬ）で、水平１５０に向けてＥＬ＝０度で、又はこの間の何れの場所でも全二重シングルパネルユーザターミナル１３０の直接上方に位置付けることができる。全二重ＰＡシングルパネルユーザターミナルは、一定の仰角走査範囲１５５を可能にすることができる。衛星１１０は、低地球軌道（ＬＥＯ）衛星、静止地球軌道（ＧＥＯ）衛星、又は中間地球軌道（ＭＥＯ）衛星とすることができる。

全二重シングルパネルＵＴＰは、家の屋根などの静的物体、又は列車、バス、又は航空機などの移動プラットフォーム上に位置付けることができる。

図２は、一部の実施形態による、全二重通信２００に用いる全二重アンテナ素子２２０に繋がるＴｘ及びＲｘ信号チェーンを示すブロック図である。

送信／受信信号経路：図のように、アンテナ素子ブロック図２００は、順番に接続された、Ｔｘポート２３０（ユーザデバイスのモデムからアナログ入力を受信するための）、Ｔｘ分配ネットワーク２３２（Ｔｘ分配ネットワークは、Ｔｘ分割器と呼ぶことができる）、ＰＡ２３４、Ｔｘアンテナ素子ポート２２４を介してＴｘアンテナ素子２２２に接続されたＴｘフィルタ２３６を含む送信信号経路を含む。本明細書で用いるＴｘポート２３０は、送受信機などのユーザデバイスからアンテナシステムへのアナログ入力である。図示の受信信号経路は、Ｒｘアンテナ素子ポート２２８を介してＲｘフィルタ２４６に接続された順番に接続されたＲｘアンテナ素子２２６を含み、Ｒｘフィルタ２４６がＬＮＡ２４４を駆動し、ＬＮＡ２４４が、ＲＦ分配ネットワーク２４２を駆動し（Ｒｘ分配ネットワークはまた、Ｒｘ合成器と呼ぶこともできる）、ＲＦ分配ネットワーク２４２が、Ｒｘポート２４０を駆動し、送受信機などのユーザデバイスにアナログ出力として提供する。Ｔｘフィルタ２３６及びＲｘフィルタ２４６は、表面実装（ＳＭＴ）フィルタ又はＰＣＢベースのフィルタの何れかとすることができる。

本明細書で用いるＰＡ２３４は、１又は２以上のＴｘチャネルを有するＴｘＲＦＩＣであり、ＬＮＡ２４４は、１又は２以上のＲｘチャネルを有するＲｘＲＦＩＣである。

一部の実施形態において、Ｔｘ信号経路の１又は２以上のＴｘ分配ネットワークはまた、コーポレートネットワークと呼ばれる。他の実施形態において、Ｒｘ信号経路の１又は２以上のＲｘ分配ネットワークは、コーポレートネットワークと呼ぶことができる。

本明細書で用いるアンテナポートは、アンテナとＲＦ信号経路の間のＲＦエネルギーの交換を可能にするアンテナ上の物理的インタフェースである。例として、Ｔｘアンテナポート２２４は、ＰＡからＴｘアンテナ素子にエネルギーを移すことができる物理的インタフェースである。アンテナポートは、アンテナ素子の一体型部分であり、ＲＦ移行（図示せず）を介して、又は、サブミニチュアプッシュオン（ＳＭＰ）、サブミニチュアプッシュオンマイクロ（ＳＭＰ－Ｍ）、サブミニチュアプッシュオンサブマイクロ（ＳＭＰ‐Ｓ）などのＲＦ同軸コネクタ（図示せず）を介して別のＲＦデバイスに接続することができる。

ブロック図２００に示すように、Ｔｘ／Ｒｘ分離２５０は、ＴｘアンテナポートとＲｘアンテナポートの間の分離レベルである。更に、ＴｘＰＡ／ＲｘＬＮＡ分離２５５は、ＰＡ２３４とＬＮＡ２４４の間の分離である。全二重分離仕様を取得した時に、Ｔｘ／Ｒｘの分離２５０及びＴｘＰＡ／ＲｘＬＮＡ分離２５５の双方は、いわゆる全二重仕様に適合しなければならない点に留意されたい。

本明細書で用いられる全二重アンテナ素子２２０は、少なくとも１つのＴｘアンテナ素子２２２及び１つのＲｘアンテナ素子２２６を包含する。他の実施形態において、図示していないが、１つより多いＴｘ又はＲｘアンテナ素子を用いることができる。他の実施形態において、これも図示していないが、全二重シングルパネルユーザターミナルは、Ｒｘアンテナ素子より多いＴｘアンテナ素子を包含する。追加のＴｘアンテナ素子を支援するために、追加のＴｘ信号経路を用いることができる。

他の実施形態において、図示していないが、全二重シングルパネルユーザターミナルは、Ｔｘ信号チェーンより多いＲｘ信号チェーンを包含する。追加のＲｘ信号チェーンを支援するために、Ｒｘアンテナ素子は、全二重アンテナ素子の代わりに用いられる。

図３Ａは、電力入力３２０及び電力出力３３０を備えたＬＮＡ３１０を示す。

Ｐ_1dB又は１ｄＢ圧縮ポイントは、ＬＮＡの利得が理論的応答３９０から１ｄＢ減少する出力電力レベルである。このＰ_1dBに達した状態で、増幅器は、圧縮に進み、歪み、高調波及び相互変調積を生じる非線形行動を示す。ＬＮＡなどの増幅器は、これらの線形領域で、圧縮ポイントを下回って動作しなければならない。

図３Ｂは、ＬＮＡの電力出力３３０対ＬＮＡの電力入力３２０を示すグラフである。ＬＮＡの動作を定義する２つの領域、すなわち直線領域３４０及び圧縮領域３５０が示されている。更に、このグラフは、ＴｘブロッカーのないＬＮＡの実際の応答３６０とは異なるＴｘブロッカーを有するＬＮＡの見込み応答３７０を示す。Ｔｘブロッカー電力２１０（図２）は、ＬＮＡの入力２４５（図２）に結合することができるＰＡの出力のＴｘ帯域における電力の量を表す。これが起こると、Ｔｘブロッカーを有するＬＮＡのＰ_1dB３８５は、ＴｘブロッカーなしのＬＮＡの値Ｐ_1dB３８０から減少する。

Ｔｘブロッカーを有するＬＮＡのＰ_1dBで示されるような低入力Ｐ_1dB３８５は、ＬＮＡの低減された直線領域３４０を意味し、これにより、ＬＮＡがあまり望ましくない（低い）信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を出力することができる。ＳＮＲは、ＲＦ信号対ＲＦノイズの比である。ＳＮＲが低い程、受信機によって生成されるノイズが大きくなる。

図４は、ＲＦ電力４１０（ｄＢｍ）対周波数４２０を示す例示的なグラフである。設計的に、Ｒｘ帯域４４０のＲＦ信号４３０の最高レベルは、ｆ_Rx４７０で起こり、ＬＮＡのノイズフロア４５０より高い。加えて、Ｔｘ帯域４９０のＴｘ信号４６０の最高レベルは、ｆ_Tx４８０で起こる。ＴｘＰＡスカート電力４６０は、Ｔｘ帯域の外側のＴｘ信号の副産物であり、ＴｘＰＡスカート電力がＬＮＡのノイズフロア４５０より高い場合にＲｘ帯域内のＲｘ信号に影響を与える可能性がある。

本明細書で用いるＴｘＰＡスカート電力はまた、Ｔｘスカートと呼ぶこともできる。

図５は、ＲＦ電力５１０対周波数５２０を示すグラフ５００である。図示のように、Ｒｘ帯域５３０におけるＴｘＰＡのないＬＮＡのノイズフロア５５０は、Ｒｘ帯域５３０のＴｘＰＡが存在するＬＮＡのノイズフロア５４０と比較して低レベルである。ＰＡが存在するＬＮＡのノイズフロア５４０のノイズ電力の増加は、Ｒｘ周波数ｆ_c５６０付近を中心とするＲｘ帯域５３０におけるＴｘＰＡのないＬＮＡの既存のノイズフロア５５０にＰＡが追加するノイズ電力に起因する。

図６Ａは、一部の実施形態による、全二重通信で用いるシングルパネル全二重ユーザターミナルを例証するブロック図を示す。ブロック図６００ａは、ブロック図２００（図２）を単純化した形態を示す。ブロック図６００ａは、Ｔｘ信号をブロッカー及びＲｘ信号干渉のソースとして見なす。更に、Ｔｘ帯域分離６１５は、Ｔｘ／Ｒｘ分離２５０（図２）の１つの例である。

全二重モードで動作するために、Ｔｘ帯域分離６１５は、絶対値｛ＰＡの出力のＴｘ帯域におけるＴｘ信号電力（Ｐ_blocker）６１０から、Ｒｘ帯域で１ｄＢだけＬＮＡを圧縮するのに貢献するＴｘ帯域における電力レベル（Ｐ_1dB,blocker）３８５（図３Ｂ）を差し引いた値｝より大きくする必要がある。

式１：Ｔｘ帯域分離＞｜Ｐ_blocker－Ｐ_1dB,blocker｜

式１は、Ｐ_blocker＞Ｐ_1dB,blockerである場合に適用され、そうでなければ、Ｔｘ帯域分離が必要ない点に注目されたい。

図６Ｂは、一部の実施形態による、全二重通信で用いるシングルパネル全二重ユーザターミナルを例証するブロック図を示す。ブロック図６００ｂは、ブロック図２００（図２）を単純化した形態を示す。ブロック図６００ｂは、ＰＡの出力のＲｘ帯域（図４）におけるＴｘＰＡスカート電力６５０をＲｘ信号干渉のソースとして見なす。更に、Ｒｘ帯域分離６５５は、Ｔｘ／Ｒｘ分離２５０（図２）の１つの例である。

全二重モードで動作するために、Ｒｘ帯域分離６５５は、｛ＰＡの出力のＲｘ帯域におけるＴｘＰＡスカート電力（Ｐ_skirt,PA）６５０からＲｘ帯域におけるＬＮＡのノイズフロア（Ｐ_noise _floor,LNA）を差し引いた値｝の絶対値より大きくする必要がある。

式２：Ｒｘ帯域分離＞｜Ｐ_skirt,PA－Ｐ_noise _floor,LNA｜

Ｐ_skirt,PA＞Ｐ_noise _floor,LNAである場合に式２が適用され、そうでなければ、Ｒｘ帯域分離は必要とされない点に注目されたい。

図６Ｃは、一部の実施形態による、全二重通信で用いるシングルパネル全二重ユーザターミナルを例証するブロック図を示す。ブロック図６００ｃは、ブロック図２００（図２）を単純化した形態を示す。ブロック図６００ｃは、ＰＡの出力のＲｘ帯域におけるＴｘノイズ電力６７０をＲｘ信号干渉のソースとして見なす。更に、Ｒｘ帯域分離６７５は、Ｔｘ／Ｒｘ分離２５０（図２）の１つの例である。

全二重モードで動作するために、Ｒｘ帯域分離６７５は、絶対値｛ＰＡの出力のＲｘ帯域におけるＴｘＰＡノイズ電力（Ｐ_noise,PA）６７０からＲｘ帯域におけるＬＮＡのノイズフロアを差し引いた値｝より大きくする必要がある。

式３：Ｒｘ帯域分離＞｜Ｐ_noise,PA－Ｐ_noise _floor,LNA｜

Ｐ_noise,PA＞Ｐ_noise _floor,LNAである場合に式２が適用され、そうでなければ、Ｒｘ帯域分離は必要とされない点に注目されたい。

図７Ａは、Ｒｘアンテナパネル７２０とＴｘアンテナパネル７３０とからなる全二重デュアルアパーチャアンテナパネル７１０を示す。Ｒｘアンテナパネルのアンテナ対アンテナ分離ｄ_Rx７４０は、Ｒｘ周波数におけるＲｘアンテナパネルの動作に対する間隔要件を表す。Ｔｘアンテナパネルのアンテナ対アンテナ分離ｄ_Tx７５０は、Ｔｘ周波数におけるＴｘアンテナパネルの動作に対する間隔要件を表す。ＲｘアンテナパネルとＴｘアンテナパネルをＴｘ帯域及びＲｘ帯域における同時動作のために全二重シングルアパーチャパネル７６０（図７Ｂ）に組み合わせることは、追加の設計上の問題を提示し、更に新しいアレイソリューションを必要とする。アンテナ素子及びアンテナ素子を繰り返す方法は、もはや保存されない。更に、Ｔｘアンテナ素子とＲｘアンテナ素子のアンテナグランドは共有される。例として、Ｔｘアンテナ素子（Ｒｘアンテナ素子の上にあると仮定される）は、同じグランドを共有すると同時に、Ｒｘアンテナ素子から誘電体層によって分離される。Ｔｘアンテナ素子７６５とＲｘアンテナ素子７６６の間の結合が導入される。更に、ＲＦ信号をＴｘＲＦＩＣからＴｘアンテナパネルにルーティングし更に同様にＲｘＲＦＩＣからのＲＦ信号をＲｘアンテナパネルにルーティングする代わりに、ＴｘＲＦＩＣからのＲＦ信号及びＲｘＲＥＩＣからのＲＦ信号を同じパネルにルーティングすることがここでは必要とされ、ＲＦＩＣ密度を上げる。

本明細書で用いるＲＦＩＣ密度は、ＲＦＩＣでカバーされるであろうＰＣＢ表面エリアのパーセンテージである。更に、これは、（１つのＲＦＩＣによって要求されるエリア×ＲＦＩＣの数）／ＰＣＢ表面エリアとして定義される。

図８は、ＵＴＰ８１０に対して図示された衛星８２０及び８２５を示す。一部の実施形態において、衛星８２０及び衛星８２５は、ＬＥＯ又はＧＥＯのように軌道にあり、ＵＴＰ８１０は、地球表面上にある。本明細書で用いるブロードサイドという語は、ＵＴＰの放射の方向が、その主表面エリアに垂直である時である。８００で、衛星８２０は、ＵＴＰ８１０に対してブロードサイド（又はθ₀＝０度）にあり、衛星８２５は、角度θ₀≠０度にある。一部の実施形態において、仰角（ＥＬ）＝９０度は、θ₀＝０度に等価であり、ＥＬ＝０度は、θ₀＝９０度に等価である。

８００に示すように、衛星に向かって投影されるＵＴＰエリアは、衛星のθ₀に従って変化する。衛星に向かって投影されるエリアＡ_UTP _projectedは、角度θ₀の余弦によって乗算されるＵＴＰのエリアＡ_UTPに等価である。図示のように、最大Ａ_UTP _projectedは、衛星がＵＴＰに対してθ₀＝０度（ブロードサイド）にある時である。更に、角度θ₀で参照されるＵＴＰのアンテナの利得（Ｇ_UTP）は、Ａ_UTP _projectedに比例し、θ₀＝０度の時に最大値である。一部の実施形態において、ＵＴＰのアンテナの利得は、ＵＴＰの利得又はＧ_UTPと呼ばれる。

式４：Ａ_UTP _projected＝Ａ_UTP ｃｏｓ（θ₀）

図９は、波長（又はフリースペースラムダλ）に関してアンテナ間隔９２０へのアンテナのグレーティングローブなし要件９１０を示すグラフである。グレーティングローブは、おおよそアンテナ放射パターンのメインローブのサイズになり得る二次メインローブ又は非常に強力なサイドローブである。グレーティングローブは、フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子間の間隔の結果として起こる。目的は、アンテナ素子の最適間隔を用いることによってグレーティングローブを回避することである。本明細書で用いるアンテナ対アンテナ間隔（又はアンテナ素子の間隔）は、ｄ／λとして示される。９００に示すｄ／λ要件は、走査性能において重要である。例として、フリーグレーティングローブをθ₀＝２５度に下げる条件を満足させるためにｄ／λ＝０．７が必要とされる。

図１０は、ＵＴＰの走査性能におけるアンテナ間隔（ｄ／λ）＝０．５３６の影響を示すグラフである。本明細書で用いる走査損失は、走査性能と呼ばれ、ＵＴＰの標準化実現利得１０２０によって示される。グラフ１０００は、６０度の走査角度（θ₀）の周りのグレーティングローブの始まり１０３０を示す。グレーティングローブなし要件９１０（図９）に加えて、アンテナ素子間の対話（別名、相互結合）などの走査損失に影響を及ぼす他の検討事項が存在する点に留意されたい。グラフ１０００はまた、達成される最大ＵＴＰ利得を指示する、１の電力に対する余弦の理想的電力１０１０を示す。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、全二重シングルパネルＵＴＰの４つのラティス構成の上面図と断面図をそれぞれに示す。

ラティスＡ１１１０は、Ｒｘ周波数より高いＴｘ周波数で構成されるｄ／λを有する。Ｔｘアンテナ素子１１１２とＲｘアンテナ素子１１１４の組み合わせは、反復アンテナ構造１１１５を作成する。本明細書で用いる反復アンテナ構造１１１５はまた、全二重アンテナ素子と呼ばれる。ラティスＡは、Ｒｘアンテナ素子間隔ｄ_Rx１１５４に等しいＴｘアンテナ素子間隔ｄ_Tx１１５２（図１１Ｂ）を用いる。

本明細書で用いるラティスＡ１１５０は、Ｒｘアンテナ素子１１５６とは別の面のＴｘアンテナ素子１１５８を使用する。

ラティスＢ上面図１１２０及び断面図１１６０は、２つの構成Ｂ－１及びＢ－２を有する。Ｂ－１１１６５（図１１Ｂ）及びＢ－２１１６７（図１１Ｂ）は、Ｔｘ周波数より低いＲｘ周波数で構成される固有のｄ／λを有する。Ｂ－１は、Ｒｘアンテナ素子間隔ｄ_Rx１１６４に等しいＴｘアンテナ素子間隔ｄ_Tx１１６２を使用する。Ｂ－２は、Ｒｘアンテナ素子間隔ｄＲｘ１１６６に等しいＴｘアンテナ素子間隔ｄ_Tx１１６８を使用する。Ｂ－１１１２２に示すように、Ｔｘアンテナ素子１１２３とＲｘアンテナ素子１１２４の組み合わせは、反復アンテナ構造１１２５を作成する。本明細書で用いる反復アンテナ構造１１２５はまた、全二重アンテナ素子と呼ばれる。Ｂ－２１１２６に示すように、Ｔｘアンテナ素子１１２８とＲｘアンテナ素子１１２７の組み合わせは、反復アンテナ構造１１２９を作成する。本明細書で用いる反復アンテナ構造１１２５はまた、全二重アンテナ素子とも呼ばれる。

本明細書で用いるラティスＢ－１１１６５は、Ｒｘアンテナ素子１１６３とは別の面のＴｘアンテナ素子１１２１を使用する。ラティスＢ－２１１６７は、Ｒｘアンテナ素子１１９０と同じ面のＴｘアンテナ素子１１６９を使用する。

ラティスＣ１１３０は、Ｔｘ周波数並びにＲｘ周波数に対するｄ／λの仕様を満足するように構成されたラティスの例である。ここで用いるＴｘ周波数は、Ｒｘ周波数より高い。他の実施形態において、Ｒｘ周波数は、Ｔｘ周波数より高い。

ラティスＣ断面図１１７０は、Ｒｘアンテナ素子間隔ｄ_Rx１１７４とは異なるＴｘアンテナ素子間隔ｄ_Tx１１７２を使用することを示している。正方形のＵＴＰでは、反復アンテナ構造１１３５にするラティスＣ１１７０の辺寸法Ｄ１１７６は、２つの値、すなわちＭｄ_TxとＮｄ_Rxの最大値であり、ここでＭは、Ｔｘアンテナ素子の数であり、Ｎは、Ｒｘアンテナ素子の数である。本明細書で用いる反復アンテナ構造１１３５は、ＫｘＫ方式で反復アンテナ構造の数を増やすことによってＵＴＰのスケーリングを可能にする反復パターンであり、ここでＫは、整数である。

式５：Ｄ＝ｍａｘ（Ｍｄ_Tx，Ｎｄ_Rx）

本明細書で用いるラティスＣ１１７０は、Ｒｘアンテナ素子１１７３とは別の面のＴｘアンテナ素子１１７１を使用する。

ラティスＤ１１４０は、Ｔｘ周波数並びにＲｘ周波数に対するｄ／λの仕様を満足するように構成されたラティスの別の例である。ここで用いるＴｘ周波数は、Ｒｘ周波数より高い。他の実施形態において、Ｒｘ周波数は、Ｔｘ周波数より高くすることができる。

ラティスＤ－１上面図１１４２及びＤ－２上面図１１４４は、双方がＲｘアンテナ素子間隔ｄ_Rx１１８４とは異なるＴｘアンテナ素子間隔ｄ_Tx１１８２を使用することを示している。

一部の実施形態において、正方形構成で反復アンテナ構造１１４６にするラティスＤ１１１４２の辺寸法Ｄ１１８５は、２つの値、すなわちＭｄ_TxとＮｄ_Rxの最大値であり、ここでＭは、Ｔｘアンテナ素子の数であり、Ｎは、Ｒｘアンテナ素子の数である。本明細書で用いる反復アンテナ構造１１４６は、ＫｘＫ方式で反復アンテナ構造の数を増やすことによってＵＴＰのスケーリングを可能にする反復パターンであり、ここでＫは、整数である。

他の実施形態において、正方形構成で反復アンテナ構造１１４８にするラティスＤ２１１４４の辺寸法Ｄ１１８５は、２つの値、すなわちＭｄ_TxとＮｄ_Rxの最大値であり、ここでＭは、Ｔｘアンテナ素子の数であり、Ｎは、Ｒｘアンテナ素子の数である。本明細書で用いる反復アンテナ構造１１４６８は、ＫｘＫ方式で反復アンテナ構造の数を増やすことによってＵＴＰのスケーリングを可能にする反復パターンであり、ここでＫは、整数である。

本明細書で用いるラティスＤ－１及びＤ－２は、双方がＲｘアンテナ素子１１８３と別の面のＴｘアンテナ素子１１８１を使用する。
表１ラティス構成の利点と不利点

図１２は、ポートＴ１１２３１及びポートＴ２１２３２をそれぞれ介してＴｘアンテナ素子１２３０に接続されたＣｈＴ１１２１１、ＣｈＴ２１２１２などのＴｘＲＦＩＣ１２１０チャネルを示すブロック図１２００を示している。また、１２００には、ポートＲ１１２３３及びポートＲ２１２３２４をそれぞれ介してＲｘアンテナ素子１２３０に接続されたＲｘＲＦＩＣ１２２０チャネルＣｈＲ１１２２１、ＣｈＲ２１２２２の間の接続も示されている。図示のように、全二重アンテナ素子１２３０は、１つのＴｘアンテナ素子に関して２つのポート、及び１つのＲｘアンテナ素子に関して２つのポートである、合計で４つのポートを有する。Ｔｘ及びＲｘアンテナ素子に対する２つのポートは、全偏波制御を可能にする。１２００に示すように、ＣｈＴ１１２１１は、全二重アンテナ素子１２３０のポートＴ１１２３１に接続され、ＣｈＴ２１２１２は、全二重アンテナ素子１２３０のポートＴ２１２３２に接続され、ＣｈＲ１１２２１は、全二重アンテナ素子１２３０のポートＲ１１２３３に接続され、ＣｈＲ２１２２２は、全二重アンテナ素子１２３０のポートＲ２１２３４に接続される。一部の実施形態において、ＣｈＴ３１２１３、ＣｈＴ４１２１４、ＣｈＲ３１２２３、及びＣｈＲ４１２２４は、別の全二重アンテナ素子に接続される（図示せず）。他の実施形態において（図示せず）、ＴｘＲＦＩＣ１２１０及びＲｘＲＦＩＣ１２２０は、１チャネル、２チャネル、８チャネル、又は１６チャネルを有することができる。

図１２には、それぞれのポートで反射されるエネルギーを表す、セルフＳパラメータＳ_T1,T1１２６０、Ｓ_T2,T2１２６５、Ｓ_R1,R1１２７０、Ｓ_R2,R2１２７５が示されている。例として、Ｓ_T1,T1は、ポートＴ１で反射される電力の量を表す。本明細書で用いるセルフＳパラメータは、反射損失と呼ばれる。

図１２にはまた、ブロック図１２００に示されるネットワークにおける１つのポートから別のポートに結合されるエネルギーを表す、相互ＳパラメータＳ_R2,T1１２４０、Ｓ_R1,T1１２４３、Ｓ_R1,T2１２４５、Ｓ_R2,T2１２４７が示されている。例として、Ｓ_R1,T1は、ポートＴ１からポートＲ２に結合される電力の量を表す。本明細書で用いる相互Ｓパラメータは、結合と呼ばれる。

図１３は、一部の実施形態による反射損失及び結合の閾値レベルを示すグラフである。グラフ１３００は、Ｓマトリックスの振幅をデシベル（ｄＢ）で表す縦軸１３１０と、一般的にはＧＨｚの単位の周波数１３２０を有する横軸を示す。ｆ_Rx１３６０及びｆ_Tx１３７０などの関心の特定の周波数も示されている。

一部の実施形態において、Ｓ_R1,R1１３４２は、全二重アンテナ素子のＲｘアンテナ素子の反射損失の例であり、Ｓ_T1,T1１３４４は、全二重アンテナ素子のＴｘアンテナ素子の反射損失反応の例である。更に、Ｓ_R1,T1１３４６は、全二重アンテナ素子のＴｘアンテナ素子とＲｘアンテナ素子の間の例示的な結合反応である。

一部の実施形態において、閾値レベルは、Ｔｘアンテナ素子とＲｘアンテナ素子の反射損失１３５２、並びにＴｘアンテナ素子とＲｘアンテナ素子の間の結合１３５４に対して定義されている。

図１４は、一部の実施形態による、全二重アンテナ素子のＴｘアンテナ素子の例示的な実現利得測定値１４４０と全二重アンテナ素子のＲｘアンテナ素子の実現利得測定値１４５０を示すグラフである。また１４４０には、Ｔｘアンテナ素子のシミュレーション結果１４２０及びＲｘアンテナ素子のシミュレーション結果１４３０が示されている。実現利得は、アンテナによって受け入れられ且つ外に放射されるエネルギーの量を表す重要なアンテナ尺度である。グラフ１４００は、１９．５ＧＨｚで、Ｒｘアンテナ素子の実現利得が約５ｄＢであり同時にＴｘアンテナ素子の実現利得が約－２５ｄＢであることを示す。Ｒｘアンテナ素子とＴｘアンテナ素子の間の実現利得におけるこの３０ｄＢの差は、成功する全二重動作の鍵となり、且つＴｘアンテナ素子とＲｘアンテナ素子の間の分離を含む全二重アンテナ素子の設計によるものである。

図１５は、Ｔｘフィルタ２３６（図２）及びＲｘフィルタ２４６（図２）あり及びなしの全二重アンテナ素子２２０（図２）のＳパラメータ反応を示すグラフである。１５００に示すように、フィルタを有するＳ_R1,T1１５３２は、フィルタのないＳ_R1,T1１５３０と比較した時に著しい改善を示す。１５５０には、フィルタを有するＳ_R1,R1１５１０及びフィルタのないＳ_R1,R1１５３０並びにフィルタを有するＳ_T1,T1１５２０及びフィルタのないＳ_T1,T1１５２２も示されている。本明細書で用いるＴｘフィルタは、Ｔｘ周波数範囲２９ＧＨｚから３１ＧＨｚに対するバンドパスフィルタであり、Ｒｘフィルタは、Ｒｘ周波数範囲１７ＧＨｚから２０ＧＨｚに対するバンドパスフィルタである。このようなフィルタを使用する不利益は、ＵＴＰの低減されたＧ／Ｔ及びＵＴＰの低減されたＥＩＲＰを最終的に生じる、フィルタ自体が回路に加える挿入損失である。

図１６は、Ｒｘ周波数より高いＴｘ周波数で構成されたｄ／λを使用するラティスＡ（図１１Ａ）を有するＵＴＰを示す。ラティスＡは、Ｒｘアンテナ素子間隔ｄ_Rx１６１５に等しいＴｘアンテナ素子間隔ｄ_Tx１６１０を用いる。ここで用いる全二重アンテナ素子１６２０は、Ｔｘアンテナ素子１６３０及びＲｘアンテナ素子１６４０で構成される。

図１７は、Ｔｘ周波数より低いＲｘ周波数で構成されるｄ／λを用いるラティスＢ－１（図１１Ａ）を有するＵＴＰを示す。ラティスＢ－１は、Ｔｘアンテナ素子間隔ｄ_Tx１７１５に等しいＲｘアンテナ素子間隔ｄ_Rx１７１０を用いる。ここで用いる全二重アンテナ素子１７２０は、Ｔｘアンテナ素子１７３０及びＲｘアンテナ素子１７４０で構成される。

図１８は、Ｔｘ周波数より低いＲｘ周波数で構成されるｄ／λを用いるラティスＢ－２（図１１Ａ）を有するＵＴＰを示す。ラティスＢ－２は、Ｔｘアンテナ素子間隔ｄ_Tx１８１５に等しいＲｘアンテナ素子間隔ｄ_Rx１８１０を用いる。ここで用いる全二重アンテナ素子１８２０は、Ｔｘアンテナ素子１８３０とＲｘアンテナ素子１８４０で構成される。

図１９Ａ及び図１９Ｂは、一部の実施形態による、全二重通信を実行する全二重アンテナ素子を示す。１９００ａは、Ｔｘアンテナ素子１９１０のＴｘアンテナ素子キープアウト領域１９１５とＲｘアンテナ素子１９２０のＲｘアンテナ素子キープアウト領域１９２５を含む全二重アンテナ素子１９０５の上面図を示す。ここで用いる場合、Ｔｘアンテナ素子キープアウト領域は、Ｔｘアンテナ素子の外周部の周りに配置された空間ゾーンであり、Ｒｘアンテナ素子キープアウト領域は、Ｒｘアンテナ素子の外周部の周りに配置された空間ゾーンである。本明細書で用いる１９０５は、プリント回路基板（ＰＣＢ）のｘ－ｙ面に並べられたＴｘアンテナ素子１９１０及びＲｘアンテナ素子１９２０の実施例である。他の実施形態において、Ｔｘアンテナ素子及びＲｘアンテナ素子は、ＰＣＢの異なる層に配置される。Ｔｘアンテナキープアウト領域１９１５とＲｘアンテナキープアウト領域１９２５は、Ｔｘアンテナ素子１９１０とＲｘアンテナ素子１９２０の電界強度それぞれに依存する。電界強度が強い程、キープアウト領域は大きくなる。Ｔｘアンテナキープアウト領域及びＲｘアンテナキープアウト領域の目的は、全二重アンテナ素子１９０５の中でＴｘ／Ｒｘ分離２５０（図２）を最大にするのに重要な役割を果たすことである。

１９００ｂは、一部の実施形態による、全二重アンテナ素子１９０５の断面図を示す。このような実施形態では、Ｔｘアンテナキープアウト領域及びＲｘアンテナキープアウト領域は、ｘ－ｙ面１９４０を超えてｚ面１９５０に延長する。このような実施形態では、Ｔｘアンテナ素子及びＲｘアンテナ素子は、ＰＣＢの１又は２以上の層１９５５上に配置される。

図１９Ａはまた、Ｒｘアンテナ素子ポート１９２７と比較した時に非直交方向に向いたＴｘアンテナ素子ポート１９１３も示している。また、Ｒｘアンテナ素子ポート１９２７と比較した時に直交方向のＴｘアンテナ素子ポート１９１７も示されている。

図２０は、一部の実施形態による、全二重アンテナ素子のキープアウト領域並びにポートの向きの影響を示すグラフである。グラフ２０００は、アンテナシステムの全二重アンテナ素子のＴｘアンテナ素子ポートとＲｘアンテナ素子ポートの間の結合レベルを示す例示的なグラフである。グラフ２０００に示すように、キープアウト領域２０２０を用いることで、Ｔｘアンテナ素子ポートとＲｘアンテナ素子ポートの間の結合レベルを低減し、換言すると、前記ポートの間の分離は、キープアウト領域が使用されないシナリオ２０１０と比較した時に、関心の周波数範囲２０５０において増加する。

グラフ２０００はまた、Ｔｘアンテナ素子とＲｘアンテナ素子の間の分離におけるアンテナ素子ポートの直交性の影響を示す。図示のように、キープアウト領域及び直交するポートの向きを有するＳ_Tx,Rx２０４０は、関心の周波数範囲２０５０において、キープアウト領域があり且つ直交性のポートの向きのないＳ_Tx,Rx２０２０よりも大きな分離を示している。

図２１は、一部の実施形態による、全二重アンテナ素子２１００の中でＴｘアンテナ素子２１１０が存在する場合のＲｘアンテナ素子２１４０の電界２１３０を示す。２１００に示すように、Ｒｘアンテナの電界強度の閉じ込めは、Ｒｘアンテナ素子キープアウト領域（図示せず）によるものである。代わりにこれは、Ｒｘアンテナ素子ポートとＴｘアンテナ素子ポートの間の大きな分離を可能にする。これは、Ｒｘアンテナ素子ポートから結合されるＴｘアンテナ素子ポートの弱い電界（Ｒｘアンテナポートの最も強い電界に対して４０ｄＢ低い）を有することによって示されている。本明細書で用いるＲｘアンテナとＴｘアンテナの間の結合は、ＲｘアンテナポートとＴｘアンテナポートの間の結合と同じである。

図２２は、一部の実施形態による、ラティスＢ－２（図１１Ａ）を用いる全二重アンテナ素子のＳパラメータを示すグラフである。グラフ２２００には、Ｒｘアンテナ素子の測定された反射損失２２１０、Ｒｘアンテナ素子のシミュレートされた反射損失２２１５、Ｔｘアンテナ素子の測定された反射損失２２２０、Ｔｘアンテナ素子のシミュレートされた反射損失２２２５、Ｔｘアンテナ素子とＲｘアンテナ素子の間の測定された分離２２３０、及びＴｘアンテナ素子とＲｘアンテナ素子の間のシミュレートされた分離２２３５が示されている。Ｓパラメータは、Ｒｘ帯域２２４０及びＴｘ帯域２２５０などの一定の帯域における特定の関心パラメータである。

図２３Ａは、反復アンテナ構造２３１０及び近傍にある反復アンテナ構造２３１５を示す。ここで用いる近傍にある反復アンテナ構造は、接触しているあらゆる反復アンテナ構造２３１０である。

図２３Ｂは、一部の実施形態による、ユニットセル２３１０のＴｘアンテナ素子ポートと近傍にあるユニットセルの近傍にあるＲｘアンテナ素子の間の分離を示すグラフである。ここで用いる反復全二重アンテナ素子はまた、ユニットセルと呼ぶこともできる。グラフ２３００ｂは、ユニットセル２３１０のＴｘ素子とユニットセル２３１５、２３１６、２３１７、２３１８、及び２３１９のＲｘアンテナ素子の間の分離レベルを示す。これらのユニットセルは、これらのＲｘアンテナ素子と２３１０のＴｘアンテナ素子との小さな近接性によって選ばれ、更に、Ｔｘアンテナ素子２３１０と、離れているこれらのユニットセルのＲｘ素子との間の分離が優良な分離をもたらすことが仮定される。加えて、ユニットセル２３１０のＴｘ素子とＲｘ素子の間の分離自体がグラフ２３００ｂに示されている。２３００ｂのグラフは、数十、数百、及びこれ以上のユニットセルなどの多数のユニットセルがある時にアンテナアレイの規律の中で受け入れ易い慣例である、無限のユニットセルが存在すると仮定していることは注目に値する。図示のように、グラフ２３００ｂは、Ｔｘ帯域２３３０におけるユニットセル２３１０のＴｘアンテナ素子と近傍にあるユニットセルの５つのＲｘアンテナ素子の分離レベルが、図２２のＴｘアンテナ素子とＲｘアンテナ素子の間のシミュレートされた分離２２３５などの、同じユニットセルのＴｘアンテナ素子とＲｘアンテナ素子の分離レベルに匹敵することを示している。

一部の実施形態において、反復アンテナ構造は、全二重アンテナ素子と呼ばれる。

図２４は、反復全二重アンテナ素子２３００ａ（図２３－Ａ）の走査性能（又は走査損失）を示すグラフである。２４００は、標準化実現利得２４０５対シータ２４０７のグラフであり、最大利得値に標準化された単一反復全二重アンテナ素子利得対シータを表す。ここで用いる走査損失は、全二重アンテナ素子の標準化実現利得である。トレース２４１０は、１の電力に対する余弦の電力、すなわち走査損失の理想的なケースを表す。トレース２４２０は、Ｒｘアンテナ素子の走査損失を表す。トレース２４３０は、Ｔｘアンテナ素子の走査損失を表す。グラフ２４００は、全ての近傍にある反復全二重アンテナ素子の影響を考慮に入れる。このために、全二重シングルパネルユーザターミナルの走査損失は、全二重アンテナ素子の走査損失と同じである。

一部の実施形態による、図２５Ａは、サブＵＴＭの上面図を示し、図２５Ｂは、サブＵＴＭの断面図を示す。本明細書で示されるように、サブＵＴＭは、最小の物理的に製造可能なＰＣＢ、又は大きなＵＴＰを作成するために用いられる最小の構築ブロックである。図示のように、サブＵＴＭ２５１０は、２つのタイプのアンテナ素子、すなわちＴｘアンテナ素子２５２０及び二重帯域Ｔｘ／Ｒｘアンテナ素子２５３０で構成される。更に、ここで用いられるように、独立型Ｒｘアンテナ素子は存在せず、Ｒｘアンテナ素子の機能は、二重帯域Ｔｘ／Ｒｘアンテナ素子の一部である。

２５００ｂは、図１１Ａ及び１１Ｂで前述したように、Ｔｘアンテナ素子とＴｘアンテナ素子の分離ｄ_Tx２５５０がＲｘアンテナ素子とアンテナ素子の分離ｄ_Rx２５６０とは異なることを示している。このｄ_Txとｄ_Rxの異なる間隔は、２つの異なる周波数に対する最適走査性能を提供することができ、更に図２４に示すようにＴｘとＲｘ周波数に対する異なる走査性能とは対照的にＴｘとＲｘ周波数帯域に対する類似の走査性能を結果として生じることができる。

正方形サブＵＴＭの辺寸法は、上記の式５によって与えられる。

図２６は、一部の実施形態による、シーケンシャル回転給電（ＳＱＲ）の方法を示す。本方法は、第２のアンテナ素子２６３０を生成するためにｚ軸２６１７に対して９０度だけ第１のアンテナ素子２６２０を回転するステップを含む。更に、第１のアンテナ素子２６２０の第１のポート２６２２は、ｚ軸に対して９０度回転され、９０度位相追加がこれに適用される。例えば、第１のポート２６２２は、当初に９０度が適用されており、ｚ軸に対して９０度だけこれを回転した後に、１８０度位相がこれに適用される。類似の方法で、第１のアンテナ素子の第２のポート２６２４は、ｚ軸に対して、第２のアンテナ素子２６３０の第２のポート２６３４に物理的に９０度だけ回転され、９０度位相追加がこれに適用される。第２のアンテナ素子２６３０はまた、ｙ軸２６１５に対して第１のアンテナ素子２６２０を鏡像のように見ることができる。同様の方法で、第２のアンテナ素子は、ｚ軸２６１７に対して物理的に９０度回転し、第３のアンテナ素子２６４０を生成する。第３のアンテナ素子２６４０はまた、ｘ軸２６１０に対して鏡像の第２のアンテナ素子２６３０のように見ることができる。このＳＱＲ方法は、第３のアンテナ素子及びこのポートをｚ軸に対して９０度回転させることによって、第４のアンテナ素子及びこのポートが作成された後に完了する。従ってＳＱＲの原理は、アンテナ素子の給電を物理的に９０度回転させてＲＦＩＣを介して各アンテナポートに印加される位相を変えることの両方を必要とする。ＳＱＲ構成を実装することで、各素子に対する軸比（ＡＲ）帯域幅（ＢＷ）の改善を達成する。ＡＲは、特に円偏波アンテナにおいて重要なアンテナパラメータであり、ＡＲ＜３ｄＢを維持することは、達成すべき重要なメトリックである。

図２７は、代替のＳＱＲ方法を示す。２７００に示すように、第１のアンテナ素子２７２０の第１のポート２７２２が時計回りに９０度回転されるように、第１のアンテナ素子２７２０の９０度の物理的時計回りの回転が加えられて、第２のアンテナ素子２７３０を作成し、更に追加の１８０度の物理的時計周りの回転が、第２のアンテナ素子２７３０の第２のポート位置２７３４を結果として生じる。更に、１８０度の追加の位相が、２６００に示されたオリジナルの９０度位相追加に加えて印加され、各ポートに２７０度の合計追加位相を結果として生じる。

ＳＱＲ２６００と代替のＳＱＲ２７００の両方は、ＡＲＢＷを拡張するための有効な方法である。

図２８Ａは、従来の給電を用いたサブＵＴＭ２８１０を示す。図示のように、サブＵＴＭの全てのＲｘアンテナ素子は、Ｒｘアンテナ素子２８３０のポートＡ２８１５、及びポートＢ２８１７などの同様の向きのポートを使用する。類似の方法で、サブＵＴＭ２８１０の全てのＴｘアンテナ素子は、Ｔｘアンテナ素子２８３５のポート１２８２０及びポート２２８２５に類似のポートの向きを用いる。

図２８Ｂは、ＳＱＲ給電を備えたサブＵＴＭ２８５０を示す。図示のように、Ｔｘアンテナ素子２８７２のポート３及びポート４は、ＳＱＲ給電方法を利用して、従ってＴｘアンテナ素子２８７０のポート１及びポート２とそれぞれに比較した時に９０度時計周りに回転される。更に、Ｔｘアンテナ素子２８７４は、Ｔｘアンテナ素子２８７２に対して９０度時計周りに回転され、Ｔｘアンテナ素子２８７６は、Ｔｘアンテナ素子２８７４に対して時計周りに９０度回転される。類似のＳＱＲ給電方法が、サブＵＴＭ２８５０のＲｘアンテナ素子に適用される。

図２９は、一部の実施形態による、代替のＳＱＲ給電を備えたサブＵＴＭ２９００を示す。ここで用いるＳＱＲ方法は、Ｒｘアンテナ素子及びＴｘアンテナ素子に適用される。この例では、ポートに加えられる追加の１８０度回転が、Ｒｘアンテナポートにのみ用いられ、Ｒｘアンテナ素子２９４０のポートＡ２９２０は、位置Ａ’２９２５に１８０度回転され、Ｒｘアンテナ素子２９４０のポートＢ２９３０は、位置Ｂ’２９３５に１８０度回転される。

図３０は、例示的なＳＱＲの指向性を示すグラフである。この例では、３つの構成が、ＳＱＲ給電の図２６及び代替のＳＱＲ給電の図２７に示すものに類似した構成に似せた２ｘ２マイクロストリップアンテナアレイに対して互いに比較される。各構成では、共通－偏波及び交差‐偏波の指向性が示されている。図示のように、従来の給電アレイの共通－偏波３０１０、ＳＱＲ給電アレイの共通－偏波３０２０、及び代替のＳＱＲ給電アレイの共通－偏波３０３０は互いに同等であり、ブロードサイド方向（シータ＝０度）で０．２ｄＢ未満で変化する。従来の給電アレイの交差－偏波３０４０は、ＳＱＲ給電アレイの交差－偏波３０５０及び代替のＳＱＲ給電アレイの交差－偏波３０６０よりかなり高く（３０ｄＢ以上）示されている。交差－偏波は、－２０ｄＢより低い値を求める多くのアンテナシステム仕様に合うように低く保たれるアンテナ尺度である。

図３１は、従来の給電アレイ２９１０及びＳＱＲ給電アレイ２９２０の２ｘ２ＳＱＲマイクロストリップアンテナアレイのブロードサイドＡＲを示すグラフである。図示のように、ＳＱＲ給電アレイのＡＲは、従来の給電アレイと比較して低い値である。加えてＳＱＲ給電アレイのＡＲは、従来の給電アレイのＡＲと比較した時に高い平坦性を示す。

図３２は、ＳＱＲ指向性の別の例を示すグラフである。この例では、２つの構成が、１ｘ４マイクロストリップアンテナアレイに対して互いに比較される。各構成では、共通－偏波及び交差－偏波の指向性が示されている。図示のように、従来の給電アレイの共通－偏波３２１０及びＳＱＲ給電アレイの共通－偏波３２２０は、互いに同等であり、ブロードサイド方向（シータ＝０度）で０．１ｄＢ未満変化する。従来の給電アレイの交差－偏波３２３０は、ＳＱＲ給電アレイの交差－偏波３２４０よりかなり高く（３０ｄＢ以上）なるよう示されている。

図３３は、振幅及び位相のポート１設定３３２０及び振幅及び位相のポート２設定３３３０を有するアンテナ３３１０を示す。散乱子３３４０もまた示されている。散乱子は、別のアンテナを含むアンテナ３３１０の付近の何れかの他の物体であると考えられる。結合３３５０は、アンテナ３３１０と散乱子３３４０の間に存在する。この結合３３５０は、散乱子のサイズ、アンテナ３３１０と散乱子３３４０の間の距離及び散乱子の材料のような幾つかの因子に依存する。結合３３５０は、ポート１設定３３１０及びポート２設定３３３０に影響を与え更に最終的にはアンテナ３３１０の放射波の偏波及びアンテナ３３１０の交差‐偏波レベル３３１０を変える可能性がある。
表２ポートの励振対電界伝播参照表

図３４は、一部の実施形態による、アンテナの性能における散乱子の影響を取り除く方法を示す。図示のように、流れ図３４００は、ポート励振対電界伝播の理想的なケースに似せた表２などの参照表によって３４１０で開始する。動作３４２０は、別のアンテナであり得る、散乱子の存在するアンテナのシミュレーションを要求する。動作３４２０は、アンテナのシミュレーションと参照表との間の差である△_matrixの計算を要求する。動作３４４０は、アンテナが理想的な値を示すようにする関数ｆ（△_matrix）のポート１及びポート２設定（振幅及び位相）への適用を要求し、換言すると、ｆ（△_matrix）は、散乱子の影響を取り除くことになる。更に、円偏波の条件を適用することができる。

他の実施形態において、動作３４２０は、実験室測定で実行することができる。

図３５は、二重帯域Ｔｘ／Ｒｘアンテナ素子２５３０（図２５Ａ）の利得パターンを示すグラフである。図示のように、右旋回円偏波（ＲＨＣＰ）利得プロット３５１０が、１９ＧＨｚのＲｘ周波数に示されており、左旋回円偏波（ＬＨＣＰ）利得プロット３５２０が、２９ＧＨｚのＴｘ周波数に示されている。２つの利得プロットが互いに直交しており、二重帯域Ｔｘ／Ｒｘアンテナ素子の個々のＴｘ及びＲｘアンテナ素子の間の追加の偏波識別度を生成することは注目すべきである。

図３６は、一部の実施形態による、ＳＱＲ方法を利用した４つのサブＵＴＭを含むＵＴＭ３６００を示す。図示のように、サブＵＴＭ３６１２の二重帯域Ｔｘ／Ｒｘアンテナ素子３６２２は、９０度時計周りにサブＵＴＭ３６１０の二重帯域Ｔｘ／Ｒｘアンテナ素子３６２０を物理的に回転することによって形成される。サブＵＴＭ３６１４の二重帯域Ｔｘ／Ｒｘアンテナ素子３６２４は、サブＵＴＭ３６１２の二重帯域Ｔｘ／Ｒｘアンテナ素子３６２２を９０度時計周りに物理的に回転することによって形成される。更に、サブＵＴＭ３６１６の二重帯域Ｔｘ／Ｒｘアンテナ素子３６２６は、サブＵＴＭ３６１４の二重帯域Ｔｘ／Ｒｘアンテナ素子３６２４を９０度時計周りに物理的に回転することによって形成される。組み合わされた、サブＵＴＭ３６１０、サブＵＴＭ３６１２、サブＵＴＭ３６１４、サブＵＴＭ３６１６は、単一のＵＴＭを形成する。本明細書で用いるサブＵＴＭは、ＵＴＭを実現するための構築ブロックとして使用されるＰＣＢの最小の形態である。

本明細書に示すように、中心間間隔ｄ_Rx３６５０は、何れか２つの隣接するＲｘアンテナ素子のｄ_Rx３６５５に等しい。同様に、ｄ_Tx３６６０は、何れか２つの隣接するＴｘアンテナ素子のｄ_Tx３６６５に等しく、ｄ_Txは、ｄ_Rxとは異なり、Ｔｘ周波数及びＲｘ周波数における独立したビーム走査を同時に可能にする。

図３７は、ＵＴＭ３７１０、ＵＴＭ３７２０、ＵＴＭ３７３０、及びＵＴＭ３７４０で構成されるＵＴＰ３７００を示す。ＵＴＭ３７１０は、一部の実施形態に従って、ｎ×ｎのＵＴＭの何れかのサイズのＵＴＰを作成するために水平方向及び／又は垂直方向に複製することができ、ここでｎは整数である。

図３８は、ＵＴＭ３８１０、ＵＴＭ３８２０、ＵＴＭ３８３０、及びＵＴＭ３８４０から構成されるＵＴＰ３８００の上面図を示す。ＵＴＭ３８１０、ＵＴＭ３８２０、ＵＴＭ３８３０、及びＵＴＭ３８４０の各々は、同一のＵＴＭである。ＵＴＭ３８１０は、一部の実施形態に従って、ｎ×ｎＵＴＭの何れのサイズのＵＴＰも作成するために水平方向及び／又は垂直方向に複製することができ、ここでｎは整数である。更に、各ＵＴＰは、Ｔｘ／Ｒｘ構成１３８７０、Ｔｘ／Ｒｘ構成２３８８０、Ｔｘ／Ｒｘ構成３３８９０で構成される。３６００と同様、ＵＴＭ３８１０、ＵＴＭ３８２０、ＵＴＭ３８３０、及びＵＴＰ３８４０の各々は、何れの２つの隣接するＲｘアンテナ素子に対しても同一である中心間間隔Ｒｘ間隔３８５５を利用する。同様に何れの２つの隣接するＴｘアンテナ素子の中心間間隔Ｔｘ間隔３８５０も、同一であり、Ｒｘ間隔は、Ｔｘ間隔とは異なり、Ｔｘ周波数及びＲｘ周波数における独立したビーム走査を同時に可能にする。

図３９は、ＵＴＰ３９００の斜視図を示す。図示のように、ＵＴＰ３９００は、誘電グループ１３９２０の上に配置された誘電グループ２３９３０を含む。加えて、ＵＴＰ３９００は、一部の実施形態により、メイングランドプレーン３９１０を含む。

図４０は、ＵＴＭ４０１０、ＵＴＭ４０２０、ＵＴＭ４０３０、及びＵＴＭ４０４０を含むＵＴＰ４０００の上面図を示す。ＵＴＭ４０１０、ＵＴＭ４０２０、ＵＴＭ４０３０、及びＵＴＭ４０４０の各々は、同一のＵＴＭである。ＵＴＭ４０１０は、一部の実施形態に従って、ｎ×ｎのＵＴＭの何れのサイズのＵＴＰも作成するために水平方向及び／又は垂直方向に複製することができ、ここでｎは整数である。更に、各ＵＴＭは、Ｔｘ／Ｒｘ構成１４０５０、Ｔｘ／Ｒｘ構成２４０５５０、Ｒｘ構成４０６０で構成される。３６００と同様に、ＵＴＭ４０１０、ＵＴＭ４０２０、ＵＴＭ４０３０、及びＵＴＭ４０４０の各々は、取り除かれたＴｘアンテナの隣接する素子を除いて、何れか２つの隣接するＲｘアンテナ素子の等しいＲｘ間隔及び何れか２つの隣接するＴｘアンテナ素子の等しいＴｘ間隔を利用し、ここでＲｘ間隔は、Ｔｘ間隔とは異なり、Ｔｘ周波数及びＲｘ周波数における独立したビーム走査を同時に可能にする。更に、一部の実施形態に従って、ＵＴＭ４０１０、ＵＴＭ４０２０、ＵＴＭ４０３０、及びＵＴＭ４０４０の各々は、ＵＴＭ３６００及び／又はＵＴＭ３８００と比較した時に１少ないＴｘアンテナ素子を有し、１つのＵＴＭ当たり偶数のＴｘアンテナを結果として生じる。偶数のＴｘアンテナ素子は、少ないＴｘアンテナ放射を犠牲にしても、奇数のＲＦＩＣチャネルよりも商業化が可能である偶数のＲＦＩＣチャネルを必要とする。一部の実施形態において、これはアレイシンニングと呼ばれる。ＵＴＰ利得は、照射されるアパーチャのエリアに直接関係付けられ、ＵＴＰの利得は、取り除かれる素子の比にほぼ比例して低減されるであろう。しかしながら、ＵＴＰビーム幅は、シングルパネルの最大寸法に関係付けられ、素子の除去は、このビーム幅を大きく変えることはない。この処置は、低コストのフィルアレイの低減された利得を備えた高指向性アレイを構築するのを可能にできる。

図４１は、一部の実施形態によるＳＱＲ方法を利用する４つのサブＵＴＭを含むＵＴＭ４１００を示す。図示のように、サブＵＴＭ４１２０は、サブＵＴＭ４１１０を９０度時計周りに物理的に回転することによって形成される。サブＵＴＭ４１３０は、サブＵＴＭ４１２０を９０度時計周りに物理的に回転することによって形成される。サブＵＴＭ４１４０は、サブＵＴＭ４１３０を９０度時計周りに物理的に回転することによって形成される。組み合わされた、サブＵＴＭ４１１０、サブＵＴＭ４１２０、ＵＴＭ４１３０、及びサブＵＴＭ４１４０は、単一のＵＴＭを形成する。本明細書で用いるサブＵＴＭは、ＵＴＭを実現するための構築ブロックとして使用されるＰＣＢの最小形態である。図示のように、サブＵＴＭ４１１０、サブＵＴＭ４１２０、ＵＴＭ４１３０、及びサブＵＴＭ４１４０の各々は、８つのＴｘアンテナ素子を含む。４０００に図示したものと同様、アレイシンニングが、偶数のＲＦＩＣチャネルを接続するため偶数のＴｘアンテナ素子を作成するために用いられ、より商業的に利用可能とすることができる。

図４２は、一部の実施形態によるＵＴＰ４２００を示す。図示のように、ＵＴＰ４２００は、２つのＵＴＭ構成、Ｔｘ／ＲｘＵＴＭ４２１０及びＴｘＵＴＭ４２２０を含む。図示のように、ＴｘＵＴＭ４２２０は、Ｔｘアンテナ素子だけを使用する。ＴｘＵＴＭは、Ｔｘ／ＲｘＵＴＭの周りに配置することができる。追加のＴｘＵＴＭは、全二重ＵＴＰのＥＩＲＰを増やすことができる。他の実施形態において、Ｔｘ／ＲｘＵＴＭは、ＴｘＵＴＭの周りに又は横並び方式で配置することができる。

図４３は、一部の実施形態によるＵＴＰ４３００を示す。図示のように、ＵＴＰ４３００は、２つのＵＴＭ構成、Ｔｘ／ＲｘＵＴＭ４３１０及びＲｘＵＴＭ４３２０を含む。図示のように、ＲｘＵＴＭ４３２０は、Ｒｘアンテナ素子だけを使用する。ＲｘＵＴＭは、Ｔｘ／ＲｘＵＴＭの周りに追加することができる。追加のＲｘＵＴＭは、全二重ＵＴＰのＧ／Ｔを増加させることができる。他の実施形態において、Ｔｘ／ＲｘＵＴＭは、ＲｘＵＴＭの周りに又は横並び方式で配置することができる。

図４４は、一部の実施形態による複数のＵＴＰの使用を示す。図示のように、複数のＵＴＰ４４００は、Ｔｘ／ＲｘＵＴＭを有するＵＴＰ４４１０と、垂直オフセット４４２０及び水平オフセット４４２５を用いて空間的に分配されるＴｘ／ＲｘＵＴＭを有するＵＴＰ４４２０とを含む。

図４５は、一部の実施形態による複数のＵＴＰの使用を示す。図示のように、複数のＵＴＰ４５００は、Ｔｘ／ＲｘＵＴＭを有するＵＴＰ４５１０と、垂直オフセット４５２０及び水平オフセット４５２５を用いて空間的に分配されるＲｘＵＴＭを有するＵＴＰ４５２０とを含む。

図４６は、航空機の機体（胴体）４６２０上の複数のＵＴＰ４６００の使用を示す。図示のように、ＵＴＰ４６３０及びＵＴＰ４６３５は、機体上の２つの異なる位置に配置される。一部の実施形態において、航空機及び他のプラットフォームは、ホストすることができる単一ＵＴＰのサイズを制限する可能性がある。この複数のＵＴＰを使用する方法は、ＵＴＰに応用された時にサイズ制限の問題を解決するのを助けるであろう。更に、ＵＴＰ１４６３０とは異なる位置にＵＴＰ２４６３５を位置付けることで、低仰角で優良な走査性能を生じる。

図４７は、一部の実施による、複数のＵＴＭ４７１０によって形成された全二重シングルパネルユーザターミナル（又はアンテナシステム）４７００の例示的なモジュラーアーキテクチャを示すブロック図を図示している。詳細には、図４７の実施例は、複数のＵＴＭ４７１０によって形成されたアンテナシステム４７００を示す。アンテナシステムパネル４７００は、図１（例えば、全二重シングルパネルユーザターミナル１３０）に関して図示及び説明したアンテナパネルの何れか１つとすることができるが、代替の構成も可能である。更に、ＵＴＭ４７１０は本明細書では六角形の形状で主に示されているが、三角形、四角形、長方形、円形など、これらの組み合わせ又は変形形態を含む他の形状因子も可能であることを理解されたい。

図４８は、一部の実施構成による、例示的なＵＴＭ、制御回路、及び振幅調節バッファを示すブロック図を示している。ここで、制御回路４８１０は、Ｔｘデジタル制御信号４８３０をＵＴＭ４８２０のＴｘＲＦＩＣ４８２２Ａから４８２２Ｉに送信し、更にＲｘデジタル制御信号４８３２をＲｘＲＦＩＣ４８２３Ａから４８２３Ｄに送信するように構成される。Ｔｘデジタル制御信号は、ＴｘＲＦＩＣ４８２２ＡからＴｘＲＦＩＣ４８２２Ｂなどにシリアル方式で移動し、ＵＴＭ４８２０の最後のＴｘＲＦＩＣ４８２２Ｉまで向かうＴｘＲＦＩＣのデイジーチェーンに沿ってルーティングされる。Ｒｘデジタル制御信号は、ＲｘＲＦＩＣ４８２３ＡからＲｘＲＦＩＣ４８２３Ｂなどにシリアル方式で移動し、且つＵＴＭ４８２０の最後のＲｘＲＦＩＣ４８２３Ｄまで向かうｘＲＦＩＣのデイジーチェーンに沿ってルーティングされる。Ｔｘデジタル制御信号は、衛星に向けた送出信号の振幅及び位相を変えるためにＴｘＲＦＩＣを制御するように構成される。Ｒｘデジタル制御信号は、衛星からの到来アナログ信号の振幅及び位相を変えるためにＲｘＲＦＩＣを制御するように構成される。

一部の実施形態において、Ｔｘデジタル制御信号及びＲｘデジタル制御信号は、ＴｘＲＦＩＣ及びＲｘＲＦＩＣのオン／オフの切り替えをそれぞれに可能にする。

他の実施形態において、図示していないが、Ｔｘデジタル制御信号及びＲｘデジタル制御信号は、クロックデータ、シリアルデータ、パラレルデータ、ラッチ、及びチップセレクトを含む。

一部の実施形態は、制御回路からの制御信号をＲＦＩＣの各々にルーティングするのではなく、ＲＦＩＣのデイジーチェーンに沿ってデジタル制御信号をパスすることによってルーティングに必要なコスト及びエリアを低減する。特に、一部の実施形態において、デジタル制御信号、及び電力は、図４８のバッファ４８２４、４８２５、４８２６及び４８２７などのＵＴＭ４８２０の入力及び出力バッファを用いてモジュール間にパスされる。バッファは、デイジーチェーンの１つのＲＦＩＣから別のＲＦＩＣにパスされるデジタル制御信号の劣化を補正するように構成される。このようなシナリオでは、デイジーチェーンの複数のＲＦＩＣを制御するためにたった１つのコントローラ回路を用いるデイジーチェーンの概念を活用することによってシステムコストを更に低減することができる。ユーザデバイス４８０５は、コントローラ回路４８１０に接続される。ユーザデバイスは、パーソナルコンピュータ、モデム、ネットワークアダプタ、又はコントローラ回路を制御する電子デバイスの別の形態とすることができる。

一部の実施形態において、制御回路４８１０は、制御回路出力バッファ４８１２及び４８１４と制御回路入力バッファ４８１６及び４８１８とを含む。制御回路出力バッファは、制御回路からＵＴＭにパスされるデジタル制御信号の劣化を補正するように構成され、制御入力バッファは、ＵＴＭから制御回路にパスされるデジタル制御信号の劣化を補正するように構成される。

一部の実施形態において、制御回路４８１０は、戻ってきたＴｘデジタル制御信号４８３４及び戻ってきたＲｘデジタル制御新語４８３６の１又は２以上の信号特性をモニタすることによってシステムの健康度をモニタする。

ＵＴＭ４８２０は、３：２のＴｘ周波数対Ｒｘ周波数比を支援する９ＴｘＲＦＩＣ及び４ＲｘＲＦＩＣを用いるＴｘアンテナ素子及びＲｘアンテナ素子（図示せず）それぞれの平方の等しい数を利用するＵＴＭの例である。９：４比は、平方構成の比である点に注目されたい。

一部の実施形態において、各ＴｘＲＦＩＣは８つのＴｘチャネルを有し、各ＲｘＲＦＩＣは、８つのチャネルを有する。従ってＵＴＭ４８２０は、７２のＴｘチャネル及び３２のＲｘチャネルを支援することができる。

本明細書で用いる制御回路はまた、制御ボード又はコントローラボードと呼ぶこともできる。

図４９は、１つのＵＴＭから別のＵＴＭにデジタル制御信号を送信し且つ制御回路に戻すためにデイジーチェーンで接続された例示的な制御回路及び４つのＵＴＭを示すブロック図を図示している。図示のように、システム４９００は、ＵＴＭ１４９３０、ＵＴＭ２４９４０、ＵＴＭ３４９５０、及びＵＴＭ４４９６０を含み、これらの各々は、図４８と同様に、それぞれのＵＴＭに９つのＴｘＲＦＩＣのデイジーチェーンと４つのＲｘＲＦＩＣのデイジーチェーンを包含する。このような実施形態において、制御回路４９１０は、Ｔｘデジタル制御信号４９１３をＵＴＭ１４９３０に且つＲｘデジタル制御信号４９１５をＵＴＭ１４９３０に提供するために接続され、更にＵＴＭ４４９６０から戻ってきたＴｘデジタル制御信号４９１７及びＵＴＭ４９６０からのＲｘリターンデジタル制御４９１５信号を受信する。図示のように、Ｔｘデジタル制御信号及びＲｘデジタル制御信号の各々は、ＵＴＭ１内のデイジーチェーンを完成したら、ＵＴＭ２の入力バッファに進む前に、ＵＴＭ１の出力のバッファを通るであろう。Ｔｘデジタル制御信号及びＲｘデジタル制御信号は、ＵＴＭ２の出力バッファに到達するまでＵＴＭ２内のそれぞれのＴｘＲＦＩＣ及びＲｘＲＦＩＣのデイジーチェーンに引き継がれる。バッファを含むＲＦＩＣ及びＵＴＭをデイジーチェーンすることによって、デジタル制御信号は、任意の数のＵＴＭを移動して次に制御回路に戻ることができる。

他の実施形態において、Ｔｘデジタル制御信号及びＲｘデジタル制御信号は、ＵＴＭ１のバッファを介して制御回路に戻される。類似の方法で、ＵＴＭ２は、ＵＴＭ２バッファを介して別のＴｘデジタルリターン信号及び別のＲｘデジタルリターン信号を戻す等々。

他の実施形態において、ＵＴＭ１、ＵＴＭ２、ＵＴＭ３、及びＵＴＭ４は、デイジーチェーンに接続された複数のＴｘＲＦＩＣ及びＲｘＲＦＩＣを含む。

一部の実施形態において、リターンしたＴｘデジタル制御信号及びリターンしたＲｘデジタル制御信号は、ＴｘＲＦＩＣＲＦ電力出力レベル、ＴｘＲＦＩＣ及びＲｘＲＦＩＣ温度、及びＴｘＲＦＩＣ及びＲｘＲＦＩＣレジスタ設定などのモニタリングデータを戻し、コントローラがこのようなデータをユーザインタフェース４９０５に出力するのを可能にする。

本開示は、以下の実施例の何れか１つ及び全てを含むことができることは理解されるであろう。

実施例１．１又は２以上のユーザターミナルモジュール（ＵＴＭ）を備える全二重ユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）であって、各ＵＴＭは、２又は３以上のユニットセルを含み、各ユニットセルは、複数のＴｘアンテナ素子ポートを有する送信（Ｔｘ）アンテナ素子と、複数のＲｘアンテナ素子ポートを有する受信（Ｒｘ）アンテナ素子とを含み、第１のユニットセルの第１のＴｘアンテナ素子の中心は、第２のユニットセルの第１のＴｘアンテナ素子の中心まで距離ｘを有し、Ｔｘアンテナ素子の各々は、第１の周波数範囲を介して送信し、Ｒｘアンテナ素子の各々は、第２の周波数範囲を介して受信し、第１の周波数範囲は、第２の周波数範囲とは異なり、第１のユニットセルの第１のＲｘアンテナ素子の中心は、第２のユニットセルの第１のＲｘアンテナ素子の中心までの同じ距離を有し、距離ｘは、第２の周波数範囲での仰角面におけるグレーティングローブなし走査が達成されるような値であり、各ＵＴＭが更に、無線周波数（ＲＦ）信号を送信するように構成された少なくとも１つのＴｘ無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）であって、ＴｘＲＦＩＣが１又は２以上のＴｘチャネルを含み、Ｔｘチャネルの各々は、複数のＴｘアンテナ素子ポートの１つに個々に接続される、少なくとも１つのＴｘ無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）と、ＲＦ信号を受信するように構成された少なくとも１つのＲｘＲＦＩＣであって、ＲｘＲＦＩＣが１又は２以上のＲｘチャネルを含み、Ｒｘチャネルの各々は、複数のＲｘアンテナ素子ポートの１つに個々に接続される、少なくとも１つのＲｘＲＦＩＣと、を含む。

実施例２．第ｎ番目のユニットセルに対して、第ｎ番目のユニットセルの中心は、隣接するユニットセルの中心まで距離ｘを有する、実施例１に記載の全二重ＵＴＰである。

実施例３．隣接するＴｘアンテナ素子及びＲｘアンテナ素子は、複数のＴｘアンテナポートと複数のＲｘアンテナポートとの間でＲＦ分離を提供するよう互いから離れて位置付けられる、実施例１～２の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例４．ＲＦ分離は、Ｔｘアンテナ素子キープアウト領域及びＲｘアンテナ素子キープアウト領域を介して達成され、Ｔｘアンテナ素子キープアウト領域は、Ｔｘアンテナ素子の外周部の周りに配置され、Ｒｘアンテナ素子キープアウト領域は、Ｒｘアンテナ素子の外周部の周りに配置される、実施例１～３の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例５．Ｔｘアンテナ素子キープアウト領域は、Ｔｘアンテナ素子の周りにバッファゾーンを含み、Ｒｘアンテナ素子キープアウト領域は、Ｒｘアンテナ素子の周りにバッファゾーンを含む、実施例１～４の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例６．Ｒｘアンテナ素子の電界は、Ｔｘアンテナ素子のキープアウト領域に重なり合わず、Ｔｘアンテナ素子の電界は、Ｒｘアンテナ素子のキープアウト領域に重なり合わない、実施例１～５の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例７．各Ｔｘアンテナ素子は、近傍にあるＲｘアンテナ素子との関係において離間して配置され、Ｔｘアンテナ素子が近傍にあるＲｘアンテナ素子との信号結合を回避するようにする、実施例１～実施例６の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例８．Ｔｘアンテナ素子は、Ｒｘアンテナ素子との関係において対角線に位置付けられる、実施例１～７の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰ。

実施例９．Ｔｘアンテナ素子は、Ｒｘアンテナ素子の上に位置付けられる、実施例１～８の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例１０．Ｔｘアンテナ素子の各々は、共通Ｔｘ偏波を有し、Ｒｘアンテナ素子の各々は、共通Ｒｘ偏波を有し、Ｔｘアンテナ素子の共通Ｔｘ偏波は、Ｒｘアンテナ素子の共通Ｒｘ偏波に直交している、実施例１～９の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例１１．Ｔｘアンテナ素子は、第１のＴｘアンテナ素子ポートを含み、Ｒｘアンテナ素子は、第１のＲｘアンテナ素子ポートを含み、第１のＴｘアンテナ素子ポート及び第１のＲｘアンテナ素子ポートは、第１の直交する向きを有する、実施例１～１０の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例１２．Ｔｘアンテナ素子は、第２のＴｘアンテナ素子ポートを含み、Ｒｘアンテナ素子は、第２のＲｘアンテナ素子ポートを含み、第２のＴｘアンテナ素子ポート及び第２のＲｘアンテナ素子ポートは、第１の直交の向きとは異なる第２の直交する向きを有する、実施例１～１１の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例１３．ＲｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続され且つＲｘアンテナ素子ポートに接続されたＲｘフィルタを更に備え、Ｒｘフィルタは、Ｒｘアンテナ素子ポートとＴｘアンテナ素子ポートとの間のＲＦ信号分離を提供する、実施例１～１２の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例１４．ＴｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続され且つＴｘアンテナ素子ポートに接続されたＴｘフィルタを更に備え、Ｔｘフィルタは、Ｔｘアンテナ素子ポートとＲｘアンテナ素子ポートとの間のＲＦ信号分離を提供する、実施例１～１３の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例１５．ＴｘＲＦＩＣは、ＴｘＲＦＩＣチャネルの各々によって、１又は２以上のＴｘアンテナ素子ポートの各々への送出アナログ信号の位相を変えるように構成され、ＲｘＲＦＩＣは、ＲｘＲＦＩＣチャネルの各々によって、１又は２以上のＲｘアンテナ素子ポートの各々への到来アナログ信号の位相を変えるように構成され、送出アナログ信号の位相の変更及び到来アナログ信号の位相の変更は、ＵＴＰの偏波制御を提供する、実施例１～１４の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例１６．Ｔｘアンテナ素子は、２つのＴｘアンテナ素子ポートを有し、２つのＴｘアンテナ素子ポートの各々がＴｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続され、Ｒｘアンテナ素子は、２つのＲｘアンテナ素子ポートを有し、２つのＲｘアンテナ素子ポートの各々がＲｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続されることによって、共通Ｔｘ偏波及び共通Ｒｘ偏波の全偏波制御が可能になる、実施例１～１５の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例１７．Ｔｘアンテナ素子は、ＴｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続された１つのＴｘアンテナ素子ポートを有し、Ｒｘアンテナ素子は、ＲｘＲＦＩＣのチャネルに接続された１つのＲｘアンテナ素子ポートを有する、実施例１～１６の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例１８．Ｔｘアンテナ素子は、ＴｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続されたマイクロ波合成器回路を介して組み合わされた２つのＴｘアンテナ素子ポートを有し、Ｒｘアンテナ素子は、ＲｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続されたマイクロ波合成器回路を介して組み合わされた２つのＲｘアンテナ素子ポートを有する、実施例１～１７の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例１９．共通Ｔｘ偏波は円偏波であり、共通Ｒｘ偏波は円偏波である、実施例１～１８の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例２０．４つのユニットセルは、４つのユニットセルの各々が互いから時計周りに９０度回転されるように四分円型で構成される、実施例１～１９の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例２１．共通Ｔｘ偏波は、右旋回円偏波（ＲＨＣＰ）であり、Ｒｘ共通偏波は、左旋回円偏波（ＬＨＣＰ）である、実施例１～２０の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例２２．１又は２以上のユーザターミナルモジュール（ＵＴＭ）を備える全二重ユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）であって、各ＵＴＭは、複数のＴｘアンテナ素子であって、Ｔｘアンテナ素子の各々が距離ｄＴｘだけ互いから離間して配置される、複数のＴｘアンテナ素子と、複数のＲｘアンテナ素子であって、Ｒｘアンテナ素子の各々が、距離ｄＲｘだけ互いから離間して配置され、距離ｄＲｘは距離ｄＴｘよりも大きい、複数のＲｘアンテナ素子と、を含み、Ｔｘアンテナ素子は、ＴｘラティスｄＴｘに従って離間して配置され、Ｒｘアンテナ素子は、ＲｘラティスｄＲｘに従って離間して配置され、ＴｘラティスｄＴｘ間隔配置は、Ｔｘ周波数範囲での仰角面におけるグレーティングローブなし走査を提供し、ＲｘラティスｄＲｘ間隔配置は、Ｒｘ周波数範囲での仰角面におけるグレーティングローブなし走査を提供し、各ＵＴＭが更に、無線周波数（ＲＦ）信号を送信するように構成された少なくとも１つのＴｘ無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）であって、ＴｘＲＦＩＣが１又は２以上のＴｘチャネルを含み、Ｔｘチャネルの各々は、複数のＴｘアンテナ素子ポートの１つに個々に接続される、少なくとも１つのＴｘ無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）と、ＲＦ信号を受信するように構成された少なくとも１つのＲｘＲＦＩＣであって、ＲｘＲＦＩＣが１又は２以上のＲｘチャネルを含み、Ｒｘチャネルの各々は、複数のＲｘアンテナ素子ポートの１つに個々に接続される、少なくとも１つのＲｘＲＦＩＣと、を含む。

実施例２３．ＵＴＭは、Ｒｘアンテナ素子より多くのＴｘアンテナ素子を含む、実施例２２に記載の全二重ＵＴＰである。

実施例２４．ＵＴＭは、奇数のＴｘアンテナ素子と偶数のＲｘアンテナ素子を含む、実施例２３～２４の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例２５．ＵＴＭは、９つのＴｘアンテナ素子と４つのＲｘアンテナ素子を含む、実施例２２～２４の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例２６．ＵＴＭは、２つのＴｘアンテナ素子ポートを各々が有する８つのＴｘアンテナ素子と、２つのＲｘアンテナ素子ポートを各々が有する４つのＲｘアンテナ素子と、を含む、実施例２２～２５の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例２７．ＵＴＭは、８つのＴｘチャネルを各々が有する２つのＴｘＲＦＩＣと、８つのＲｘチャネルを有する１つのＲｘＲＦＩＣと、を含む、実施例２２～２６の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例２８．ＵＴＭは、第１の誘電層及び第２の誘電層を含み、Ｔｘアンテナ素子は、第１の誘電層上に位置付けられ、Ｒｘアンテナ素子は、第２の誘電層上に位置付けられる、実施例２２～２７の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例２９．１つのＲｘアンテナ素子と４つのＴｘアンテナ素子とから構成される第１の構成と、１つのＲｘアンテナ素子と重なり合うＴｘアンテナ素子とから構成される第２の構成と、１つのＲｘアンテナ素子と２つのＴｘアンテナ素子とから構成される第３の構成と、を備える、実施例２２～２８の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例３０．Ｔｘアンテナ素子の各々は、共通偏波を有し、Ｒｘアンテナ素子の各々は、共通偏波を有し、Ｔｘアンテナ素子の共通偏波は、Ｒｘアンテナ素子の共通偏波に直交している、実施例２２～２９の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例３１．Ｔｘアンテナ素子の各々は、共通偏波を有し、Ｒｘアンテナ素子の各々は、共通偏波を有し、Ｔｘアンテナ素子の共通偏波は、Ｒｘアンテナ素子の共通偏波に直交している、実施例２２～３０の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例３２．Ｔｘアンテナ素子は、第１のＴｘアンテナ素子ポートを含み、Ｒｘアンテナ素子は、第１のＲｘアンテナ素子ポートを含み、第１のＴｘアンテナ素子ポート及び第１のＲｘアンテナ素子ポートは、第１の直交する向きを有する、実施例２２～３１の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例３３．ＲｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続され且つＲｘアンテナ素子ポートに接続されたＲｘフィルタを更に備え、Ｒｘフィルタは、Ｒｘアンテナ素子ポートとＴｘアンテナ素子ポートとの間のＲＦ信号分離を提供する、実施例２２～３２の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例３４．ＴｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続され且つＴｘアンテナ素子ポートに接続されたＴｘフィルタを更に備え、Ｔｘフィルタは、Ｔｘアンテナ素子ポートとＲｘアンテナ素子ポートとの間のＲＦ信号分離を提供する、実施例２２～３３の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例３５．隣接するＴｘアンテナ素子及びＲｘアンテナ素子は、複数のＴｘアンテナポートと複数のＲｘアンテナポートの間のＲＦ分離を提供するよう互いから離れて位置付けられ、ＲＦ分離は、Ｔｘアンテナ素子キープアウト領域及びＲｘアンテナ素子キープアウト領域を介して達成され、Ｔｘアンテナ素子キープアウト領域は、Ｔｘアンテナ素子の外周部の周りに配置され、Ｒｘアンテナ素子キープアウト領域は、Ｒｘアンテナ素子の外周部の周りに配置される、実施例２２～３４の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例３６．ＴｘＲＦＩＣは、ＴｘＲＦＩＣチャネルの各々によって、１又は２以上のＴｘアンテナ素子ポートの各々への送出アナログ信号の位相を変えるように構成され、ＲｘＲＦＩＣは、ＲｘＲＦＩＣチャネルの各々によって、１又は２以上のＲｘアンテナ素子ポートの各々への到来アナログ信号の位相を変えるように構成され、送出アナログ信号の位相の変更及び到来アナログ信号の位相の変更は、ＵＴＰの偏波制御を提供する、実施例２２～３５の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例３７．１又は２以上のユーザターミナルモジュール（ＵＴＭ）を備える全二重ユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）であって、各ＵＴＭは、４つのサブＵＴＭを含み、各サブＵＴＭは、複数のＴｘアンテナ素子であって、Ｔｘアンテナ素子の各々が距離ｄＴｘだけ互いから離間して配置される、複数のＴｘアンテナ素子と、複数のＲｘアンテナ素子であって、Ｒｘアンテナ素子の各々が、距離ｄＲｘだけ互いから離間して配置され、距離ｄＲｘは距離ｄＴｘよりも大きい、複数のＲｘアンテナ素子と、を含み、Ｔｘアンテナ素子は、ＴｘラティスｄＴｘに従って離間して配置され、Ｒｘアンテナ素子は、ＲｘラティスｄＲｘに従って離間して配置され、ＴｘラティスｄＴｘ間隔配置は、Ｔｘ周波数での仰角面におけるグレーティングローブなし走査を提供し、ＲｘラティスｄＲｘ間隔配置は、Ｒｘ周波数での仰角面におけるグレーティングローブなし走査を提供し、各サブＵＴＭが更に、無線周波数（ＲＦ）信号を送信するように構成された少なくとも１つのＴｘ無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）であって、ＴｘＲＦＩＣが１又は２以上のＴｘチャネルを含み、Ｔｘチャネルの各々は、複数のＴｘアンテナ素子ポートの１つに個々に接続される、少なくとも１つのＴｘ無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）と、ＲＦ信号を受信するように構成された少なくとも１つのＲｘＲＦＩＣであって、ＲｘＲＦＩＣが１又は２以上のＲｘチャネルを含み、Ｒｘチャネルの各々は、複数のＲｘアンテナ素子ポートの１つに個々に接続される、少なくとも１つのＲｘＲＦＩＣと、を含み、サブＵＴＭは、各サブＵＴＭが互いから時計回りに９０度回転されるように四分円型で構成される。

実施例３８．少なくとも４ＵＴＭ×４ＵＴＭのアレイで複数のＵＴＭを備えた、実施例３７に記載の全二重ＵＴＰである。

実施例３９．サブＵＴＭは、（Ｍ×ｄＴｘ，Ｎ×ｄＲｘ）の最大値に等しい四角辺を有し、ここでＭ／Ｎは、Ｔｘ周波数とＲｘ周波数の比である、実施例３７～３８の何れか１つに記載の全二重ＵＤＰである。

実施例４０．単一帯域Ｔｘアンテナ素子をから構成される第１の構成と、二重帯域Ｔｘアンテナ素子とＴｘアンテナ素子に重なり合うＲｘアンテナ素子とから構成される第２の構成と、を備える、実施例３７～３９の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例４１．複数のＴｘアンテナ素子のみを含む１又は２以上の周辺ＵＴＭを更に備える、実施例３７～４０の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例４２．複数のＲｘアンテナ素子のみを含む１又は２以上の周辺ＵＴＭを備える、実施例３７に記載の全二重ＵＴＰである。

実施例４３．Ｔｘアンテナ素子の各々は、共通偏波を有し、Ｒｘアンテナ素子の各々は、共通偏波を有し、Ｔｘアンテナ素子の共通偏波は、Ｒｘアンテナ素子の共通偏波に直交している、実施例３７～４１の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例４４．Ｔｘアンテナ素子の各々は、共通偏波を有し、Ｒｘアンテナ素子の各々は、共通偏波を有し、Ｔｘアンテナ素子の共通偏波は、Ｒｘアンテナ素子の共通偏波に直交している、実施例３７～４３の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例４５．Ｔｘアンテナ素子は、第１のＴｘアンテナ素子ポートを含み、Ｒｘアンテナ素子は、第１のＲｘアンテナ素子ポートを含み、第１のＴｘアンテナ素子ポート及び第１のＲｘアンテナ素子ポートは、第１の直交する向きを有する、実施例３７～４４の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例４６．ＲｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続され且つＲｘアンテナ素子ポートに接続されたＲｘフィルタを含み、Ｒｘフィルタは、Ｒｘアンテナ素子ポートとＴｘアンテナ素子ポートとの間のＲＦ信号分離を提供する、実施例３７～４５の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例４７．ＴｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続され且つＴｘアンテナ素子ポートに接続されたＴｘフィルタを含み、Ｔｘフィルタは、Ｔｘアンテナ素子ポートとＲｘアンテナ素子ポートとの間のＲＦ信号分離を提供する、実施例３７～４６の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例４８．隣接するＴｘアンテナ素子及びＲｘアンテナ素子は、複数のＴｘアンテナポートと複数のＲｘアンテナポートの間のＲＦ分離を提供するよう互いから離れて位置付けられ、ＲＦ分離は、Ｔｘアンテナ素子キープアウト領域及びＲｘアンテナ素子キープアウト領域を介して達成され、Ｔｘアンテナ素子キープアウト領域は、Ｔｘアンテナ素子の外周部の周りに配置され、Ｒｘアンテナ素子キープアウト領域は、Ｒｘアンテナ素子の外周部の周りに配置される、実施例３７～４７の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

実施例４９．ＴｘＲＦＩＣは、ＴｘＲＦＩＣチャネルの各々によって、１又は２以上のＴｘアンテナ素子ポートの各々への送出アナログ信号の位相を変えるように構成され、ＲｘＲＦＩＣは、ＲｘＲＦＩＣチャネルの各々によって、１又は２以上のＲｘアンテナ素子ポートの各々への到来アナログ信号の位相を変えるように構成され、送出アナログ信号の位相の変更及び到来アナログ信号の位相の変更は、ＵＴＰの偏波制御を提供する、実施例３７～４８の何れか１つに記載の全二重ＵＴＰである。

当業者には理解されるように、本発明の態様は、システム、方法、又はコンピュータプログラム製品として実施することができる。従って、本発明の態様は、完全なハードウェアの実施形態、完全なソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、或いはソフトウェアとハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形態を取ることができ、本明細書ではそれら全てを総称して「回路」、「モジュール」、又は「システム」と呼ぶことができる。更に、本発明の態様は、コンピュータ可読プログラムコードを具現化した１又は２以上のコンピュータ可読媒体で具現化されるコンピュータプログラム製品の形態を取ることができる。

含まれる説明及び図面は、当業者に最良のモードを実施及び利用する方法を教示するために特定の実施形態を示している。本発明の原理を教示する目的で、一部の従来の態様は単純化又は省略されている。当業者であれば、本開示の範囲内にあるこれらの実施形態からの変形形態を理解するであろう。また、当業者であれば、上述の特徴を様々な方法で組み合わせて複数の実施形態を形成できることを理解するであろう。結果として、本発明は、上述の特定の実施形態に限定されず、請求項及びその均等物によってのみ限定されるものとする。

１１０衛星
１２０アンテナビーム
１３０全二重シングルパネルユーザターミナル
１４０仰角＝９０° 空又は天頂
１５０仰角＝０° 水平
１５５仰角走査範囲

Claims

１又は２以上のユーザターミナルモジュール（ＵＴＭ）を備えた全二重ユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）であって、
前記各ＵＴＭが、２又は３以上のユニットセルを含み、
前記各ユニットセルは、
複数のＴｘアンテナ素子ポートを有する送信（Ｔｘ）アンテナ素子と、
複数のＲｘアンテナ素子ポートを有する受信（Ｒｘ）アンテナ素子と、
を含み、
第１のユニットセルの第１のＴｘアンテナ素子の中心は、第２のユニットセルの第１のＴｘアンテナ素子の中心まで距離ｘを有し、
前記Ｔｘアンテナ素子の各々は、第１の周波数範囲を介して送信し、前記Ｒｘアンテナ素子の各々は、第２の周波数範囲を介して受信し、前記第１の周波数範囲は、前記第２の周波数範囲とは異なり、
前記第１のユニットセルの第１のＲｘアンテナ素子の中心は、前記第２のユニットセルの第１のＲｘアンテナ素子の中心までの同じ距離を有し、前記距離ｘは、前記第２の周波数範囲での仰角面におけるグレーティングローブなし走査が達成されるような値であり、
前記各ＵＴＭが更に、
無線周波数（ＲＦ）信号を送信するように構成された少なくとも１つのＴｘ無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）であって、前記ＴｘＲＦＩＣが１又は２以上のＴｘチャネルを含み、前記Ｔｘチャネルの各々は、前記複数のＴｘアンテナ素子ポートの１つに個々に接続される、少なくとも１つのＴｘＲＦＩＣと、
ＲＦ信号を受信するように構成された少なくとも１つのＲｘＲＦＩＣであって、前記ＲｘＲＦＩＣが１又は２以上のＲｘチャネルを含み、前記Ｒｘチャネルの各々は、前記複数のＲｘアンテナ素子ポートの１つに個々に接続される、少なくとも１つのＲｘＲＦＩＣと、
を含む、全二重ユーザターミナルパネル（ＵＴＰ）。
第ｎ番目のユニットセルに対して、前記第ｎ番目のユニットセルの中心は、隣接するユニットセルの中心まで前記距離ｘを有する、請求項１に記載の全二重ＵＴＰ。
隣接する前記Ｔｘアンテナ素子及び前記Ｒｘアンテナ素子が、前記複数のＴｘアンテナ素子ポートと前記複数のＲｘアンテナ素子ポートとの間でＲＦ分離を提供するように互いから離れて位置付けられている、請求項１に記載の全二重ＵＴＰ。
前記ＲＦ分離は、Ｔｘアンテナ素子キープアウト領域及びＲｘアンテナ素子キープアウト領域を介して達成され、前記Ｔｘアンテナ素子キープアウト領域は、前記Ｔｘアンテナ素子の外周部の周りに配置され、前記Ｒｘアンテナ素子キープアウト領域は、前記Ｒｘアンテナ素子の外周部の周りに配置されている、請求項３に記載の全二重ＵＴＰ。
前記Ｔｘアンテナ素子キープアウト領域は、前記Ｔｘアンテナ素子の周りにバッファゾーンを含み、前記Ｒｘアンテナ素子キープアウト領域は、前記Ｒｘアンテナ素子の周りにバッファゾーンを含む、請求項４に記載の全二重ＵＴＰ。
前記Ｒｘアンテナ素子の電界は、前記Ｔｘアンテナ素子キープアウト領域に重なり合わず、前記Ｔｘアンテナ素子の電界は、前記Ｒｘアンテナ素子キープアウト領域に重なり合わない、請求項４に記載の全二重ＵＴＰ。
前記Ｔｘアンテナ素子が近傍のＲｘアンテナ素子との信号結合を回避するように、前記各Ｔｘアンテナ素子は、近傍の前記Ｒｘアンテナ素子との関係において離間して配置されている、請求項３に記載の全二重ＵＴＰ。
前記Ｔｘアンテナ素子は、前記Ｒｘアンテナ素子との関係において対角線上に位置付けられている、請求項１に記載の全二重ＵＴＰ。
前記Ｔｘアンテナ素子は、前記Ｒｘアンテナ素子の上に位置付けられている、請求項１に記載の全二重ＵＴＰ。
前記Ｔｘアンテナ素子の各々は、共通Ｔｘ偏波を有し、前記Ｒｘアンテナ素子の各々は、共通Ｒｘ偏波を有し、前記Ｔｘアンテナ素子の共通Ｔｘ偏波は、前記Ｒｘアンテナ素子の共通Ｒｘ偏波と直交する、請求項１に記載の全二重ＵＴＰ。
前記Ｔｘアンテナ素子は、第１のＴｘアンテナ素子ポートを含み、前記Ｒｘアンテナ素子は、第１のＲｘアンテナ素子ポートを含み、前記第１のＴｘアンテナ素子ポート及び前記第１のＲｘアンテナ素子ポートは、第１の直交する向きを有する、
請求項１に記載の全二重ＵＴＰ。
前記Ｔｘアンテナ素子は、第２のＴｘアンテナ素子ポートを含み、前記Ｒｘアンテナ素子は、第２のＲｘアンテナ素子ポートを含み、前記第２のＴｘアンテナ素子ポート及び前記第２のＲｘアンテナ素子ポートは、前記第１の直交する向きとは異なる第２の直交する向きを有する、請求項１１に記載の全二重ＵＴＰ。
前記ＲｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続され且つ前記Ｒｘアンテナ素子ポートに接続されたＲｘフィルタを更に備え、前記Ｒｘフィルタは、前記Ｒｘアンテナ素子ポートと前記Ｔｘアンテナ素子ポートとの間のＲＦ信号分離を提供する、請求項１に記載の全二重ＵＴＰ。
前記ＴｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続され且つ前記Ｔｘアンテナ素子ポートに接続されたＴｘフィルタを更に備え、前記Ｔｘフィルタは、前記Ｔｘアンテナ素子ポートと前記Ｒｘアンテナ素子ポートとの間のＲＦ信号分離を提供する、請求項１に記載の全二重ＵＴＰ。
前記ＴｘＲＦＩＣは、前記ＴｘＲＦＩＣのチャネルの各々によって、前記１又は２以上のＴｘアンテナ素子ポートの各々への送出アナログ信号の位相を変えるように構成され、
前記ＲｘＲＦＩＣは、前記ＲｘＲＦＩＣのチャネルの各々によって、前記１又は２以上のＲｘアンテナ素子ポートの各々への到来アナログ信号の位相を変えるように構成され、
前記送出アナログ信号の位相の変更及び前記到来アナログ信号の位相の変更は、前記ＵＴＰの偏波制御を提供する、請求項１に記載の全二重ＵＴＰ。
前記Ｔｘアンテナ素子は、２つのＴｘアンテナ素子ポートを有し、前記２つのＴｘアンテナ素子ポートの各々が前記ＴｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続され、前記Ｒｘアンテナ素子は、２つのＲｘアンテナ素子ポートを有し、前記２つのＲｘアンテナ素子ポートの各々が前記ＲｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続されることによって、前記共通Ｔｘ偏波及び前記共通Ｒｘ偏波の全偏波制御が可能になる、請求項１０に記載の全二重ＵＴＰ。
前記Ｔｘアンテナ素子は、前記ＴｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続された１つのＴｘアンテナ素子ポートを有し、前記Ｒｘアンテナ素子は、前記ＲｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続された１つのＲｘアンテナ素子ポートを有する、請求項１０に記載の全二重ＵＴＰ。
前記Ｔｘアンテナ素子は、前記ＴｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続されたマイクロ波合成器回路を介して組み合わされた２つのＴｘアンテナ素子ポートを有し、前記Ｒｘアンテナ素子は、前記ＲｘＲＦＩＣの１つのチャネルに接続されたマイクロ波合成器回路を介して組み合わされた２つのＲｘアンテナ素子ポートを有する、請求項１０に記載の全二重ＵＴＰ。
前記共通Ｔｘ偏波は円偏波であり、前記共通Ｒｘ偏波は円偏波である、請求項１０に記載の全二重ＵＴＰ。
４つのユニットセルが、前記４つのユニットセルの各々が互いから時計回りに９０度回転された四分円型で構成されている、請求項１８に記載の全二重ＵＴＰ。
前記共通Ｔｘ偏波は、右旋回円偏波（ＲＨＣＰ）であり、前記共通Ｒｘ偏波は、左旋回円偏波（ＬＨＣＰ）である、請求項１９に記載の全二重ＵＴＰ。