KR20210113361A - 위상 어레이 안테나들을 교정하기 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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KR20210113361A
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다니엘 로렌스 델 리오
알레산드로 마데오우드
마틴 지머스키
마누엘 파자도
알랙산더 버틀러
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비아셋, 인크
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Abstract

적어도 제1 및 제2 위상 어레이 안테나들을 포함하는 안테나 어레이를 갖는 안테나 시스템, 및 안테나 어레이를 필드 교정하기 위한 방법이 제공된다. 핸드오버 기간 전에 그리고 그 후에, 각자의 제1 외부 위성 및 제2 외부 위성 또는 다른 통신 시스템들과의 통신이 제1 안테나 및 제2 안테나 둘 모두를 사용하여 수행된다. 제1 빔은 핸드오버 기간 이전에 형성된다. 핸드오버 기간의 제1 부분 동안, 제1 안테나를 사용하여 제1 위성과의 통신을 위해 제2 빔이 형성되고; 제2 안테나는 외부 통신을 위해 비활성화되고; 제2 안테나는 교정된다. 핸드오버 기간의 제2 부분 동안, 제2 안테나는 제2 안테나를 사용하여 제3 빔을 형성함으로써 제2 위성과의 핸드오버된 통신을 위해 재활성화되는 한편, 제1 안테나는 제2 빔을 통해 제1 위성과 그의 통신을 유지한다.

Description

위상 어레이 안테나들을 교정하기 위한 시스템들 및 방법들
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2019년 1월 18일자로 미국 특허 상표국에 출원된 미국 가출원 제62/794,478호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원의 전체 내용들은 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술분야
본 발명은 대체적으로 위상 어레이 안테나(phased array antenna)들에 관한 것으로, 더 상세하게는 필드 교정(field-calibration) 능력을 갖는 위상 어레이 기반 안테나 시스템에 관한 것이다.
위상 어레이 안테나는 수백 또는 수천 개의 안테나 요소들을 포함할 수 있는데, 이들 각각은 송신 방향 신호("송신 신호") 및/또는 수신 방향 신호("수신 신호")를 전달하는 각자의 신호 경로에 접속된다. 일부 "활성상태" 위상 어레이들의 전단들에서, 수백 또는 수천 개의 저잡음 증폭기(low noise amplifier, LNA)들 및/또는 전력 증폭기(power amplifier, PA)들, 가변 위상 시프터들 및 다른 집적 회로 컴포넌트들이 안테나 요소들 중 하나 이상의 안테나 요소를 통해 라우팅되는 송신 신호/수신 신호를 증폭시키고 위상 시프트시키기 위해 신호 경로들에서 안테나 어레이에 걸쳐 분포된다. 정확한 빔들을 형성하기 위해, 신호 경로들 사이의 위상 및 진폭(이득/손실) 관계들이 종종 안테나 시스템 제조 및 셋업 동안 정밀하게 설정될 필요가 있다. 안테나가 빔 포인팅(beam pointing) 정확도 및 사이드로브(sidelobe) 레벨들과 같은 임의의 필요한 성능 요건들을 계속해서 충족시키는 것을 보장하기 위해 필드 내의 안테나 동작 동안 그러한 위상 및 진폭 관계들을 유지하는 것이 바람직하다.
그러나, 시간 경과에 따라, LNA들, PA들 및 다른 신호 경로 컴포넌트들의 열화는 필연적이다. 따라서, 안테나 시스템들은 위상 시프터들의 위상 시프트들 및 증폭기들(및 포함되는 경우, 가변 감쇠기들)의 이득들/손실들을 조정함으로써 필드 내의 신호 경로들을 주기적으로 교정하기 위한 내장형 교정 회로를 포함할 수 있다. 교정 회로의 하나의 유형은, 위성들 또는 다른 외부 시스템들과의 무선 통신을 위해 안테나 시스템이 비활성화되는 미리결정된 유지 기간들 동안에만 동작한다. 교정 회로의 다른 유형은, 교정이 그러한 통신과 동시에 수행될 수 있게 하지만, 이러한 유형의 현재 회로들은 매우 복잡한 것으로 알려져 있다.
본 발명의 태양들에서, 위상 어레이를 갖는 안테나 시스템은 핸드오버 기간들 동안 위상 어레이의 안테나 요소들에 대한 신호 경로들의 필드 교정을 수행하기 위한 제어 및 교정 회로부를 갖고 구성된다. "임의의 시간 교정"을 할 수 있는 현재 시스템들과 비교할 때, 본 명세서에 개시된 제어 및 교정 회로부는 덜 복잡할 수 있지만, 전반적으로 동일한 목적들을 달성할 수 있다.
현재 개시된 기술의 일 태양은 적어도 제1 및 제2 안테나들의 안테나 어레이를 포함하는 안테나 시스템을 교정하는 방법을 포함한다. 안테나 시스템과의 통신이 제1 통신 시스템으로부터 제2 통신 시스템으로 핸드오버되는 핸드오버 기간 이전에, 제1 안테나 및 제2 안테나를 통한 제1 통신 시스템과의 통신을 위해 제1 빔이 형성된다. 핸드오버 기간의 제1 부분 동안, 제1 안테나를 사용하여 제1 통신 시스템과의 통신을 위해 제2 빔이 형성되고; 제2 안테나는 외부 통신을 위해 비활성화되고; 제2 안테나는 교정된다. 핸드오버 기간의 제2 부분 동안, 제2 안테나는 제2 안테나를 사용하여 제3 빔을 형성함으로써 제2 통신 시스템과의 핸드오버된 통신(handed over communication)을 위해 재활성화되는 한편, 제1 안테나는 제2 빔을 통해 제1 통신 시스템과의 그의 통신을 유지한다. 핸드오버 기간 후에, 제1 안테나 및 제2 안테나 둘 모두를 통한 제2 통신 시스템과의 통신을 위해 제4 빔이 형성된다.
다른 태양에서, 안테나 시스템은 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하는 안테나 어레이; 교정 회로; 제1 안테나 및 제2 안테나에 커플링된 교차 커플링된 스위치(cross-coupled switch); 및 제어기를 포함한다. 제어기는 위에 개략적으로 기술된 방법의 동작들을 수행하기 위해 제1 안테나 및 제2 안테나, 교정 회로, 및 교차 커플링된 스위치를 제어하도록 구성된다.
개시된 기술의 상기 및 다른 태양들 및 특징부들은 유사한 참조 부호들이 유사한 요소들 또는 특징부들을 나타내는 첨부 도면과 관련하여 취해진 하기의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. 동일한/유사한 요소들 사이를 구별하는 제2 라벨 또는 대시기호(dash) 및 제2 라벨을 참조 라벨에 직접 별첨함으로써(예컨대, -1, -2) 동일한 또는 유사한 유형의 다양한 요소들이 구별될 수 있다. 그러나, 주어진 설명이 제1 참조 라벨만을 사용하는 경우, 그것은 제2 참조 라벨과 관계없이 동일한 제1 참조 라벨을 갖는 동일한/유사한 요소들 중 임의의 것에 적용가능하다. 도면에서:
도 1a는 본 기술의 일 실시예에 따른 안테나 시스템의 예시적인 회로부를 개략적으로 예시한다.
도 1b는 도 1a의 안테나 시스템의 추가의 예시적인 회로부를 개략적으로 예시한다.
도 1c는 도 1a의 안테나 시스템의 추가의 예시적인 송신 및 수신 회로부를 개략적으로 예시한다.
도 2a는 안테나 시스템의 예시적인 안테나 어레이를 개략적으로 도시한다.
도 2b는 도 2a의 안테나 어레이의 안테나 요소에 접속된 RF 집적 회로(RF Integrated Circuit, RFIC) 내의 예시적인 송신 및 수신 경로 회로부를 보여준다.
도 2c는 안테나 시스템에서 사용될 수 있는 안테나 어레이에 대한 대안적인 구성을 개략적으로 예시한다.
도 3a는 안테나 시스템 내의 예시적인 수신 경로 교정 루프들 및 교정 회로부를 예시한다.
도 3b는 안테나 시스템 내의 예시적인 송신 경로 교정 루프들 및 교정 회로부를 예시한다.
도 4a는 안테나 시스템 내의 예시적인 교정 회로의 블록도이다.
도 4b는 안테나 시스템 내의 교정 회로의 다른 예를 개략적으로 예시한다.
도 4c는 안테나 시스템 내의 교정 회로의 추가 예를 개략적으로 예시한다.
도 5a는 필드 내의 안테나 시스템을 동작시키고 교정하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 5b는 예시적인 방법 동안의 빔 형성 동작 및 교정 동작의 예시적인 타이밍을 예시하는 타이밍도이다.
도 6a는 핸드오버 기간의 제1 부분 전에 그리고 제1 부분 동안에 안테나 시스템에 의해 각각 형성되는 예시적인 제1 빔 및 제2 빔을 도시한다.
도 6b는 핸드오버 기간의 제2 부분 동안에 그리고 제2 부분 후에 안테나 시스템에 의해 각각 형성되는 예시적인 제3 빔 및 제4 빔을 도시한다.
도 7a는 핸드오버 기간 직전의 안테나 시스템의 예시적인 동작 상태 및 안테나 시스템 내의 예시적인 교차 커플링된 스위치를 예시한다.
도 7b는 안테나 시스템의 제2 안테나가 외부 통신을 위해 비활성화되는, 핸드오버 기간의 제1 부분 동안 예시적인 교차 커플링된 스위치를 갖는 안테나 시스템의 동작 상태를 예시한다.
도 7c는 스위치 내의 교차 커플링이 끊어지고 제2 안테나가 교정되는, 핸드오버 기간의 제1 부분 동안 예시적인 교차 커플링된 스위치를 갖는 안테나 시스템의 동작 상태를 예시한다.
도 7d는 안테나 시스템의 제1 안테나 및 제2 안테나가 제1 위성 및 제2 위성과 각각 통신하는, 핸드오버 기간의 제2 부분 동안 예시적인 교차 커플링된 스위치를 갖는 안테나 시스템의 동작 상태를 예시한다.
도 7e는 안테나 시스템의 제1 안테나가 교정되는, 핸드오버 기간의 제3 부분 동안 예시적인 교차 커플링된 스위치를 갖는 안테나 시스템의 동작 상태를 예시한다.
도 7f는 스위치의 교차 커플링이 재접속되는, 핸드오버 기간의 제3 부분 동안 예시적인 교차 커플링된 스위치를 갖는 안테나 시스템의 동작 상태를 예시한다.
도 7g는 핸드오버 기간 직후의 예시적인 교차 커플링된 스위치를 갖는 안테나 시스템의 동작 상태를 예시한다.
도 8은 개시된 기술에 따른 안테나 시스템의 대안적인 실시예를 예시한다.
첨부 도면을 참조하여, 하기의 설명은 예시적인 목적들을 위해 본 명세서에 개시된 기술의 소정의 예시적인 실시예들의 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 본 설명은 당업자가 기술을 이해하는 것을 돕기 위한 다양한 특정 상세 사항들을 포함하지만, 이들 상세 사항들은 단지 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 간단함 및 명료함을 위해, 잘 알려진 기능들 및 구성들의 설명들은 그들의 포함이 당업자에 의해 기술의 이해를 모호하게 할 수 있을 때 생략될 수 있다.
본 명세서에서, 용어들 "수신하다" 및 "송신하다"는 형용사들로서 사용될 때, "수신 방향" 및 "송신 방향"을 각각 의미한다. 예를 들어, "수신 신호"는 안테나의 수신 방향으로 전파되는 신호이다. 유사하게, 어구 "수신 시에"는 "수신 동작 동안"을 의미하고, "송신 시에"는 "송신 동작 동안"을 의미하는 등등이다. "빔 신호"는 안테나 빔을 집합적으로 형성하는 복수의 안테나 요소들로부터 수신되거나 그들에 제공되는 결합된 신호 에너지를 나타내는 신호를 지칭한다. "요소 신호"는 수신 시에 단일 안테나 요소에 의해 제공되거나, 또는 송신 시에 방사될 단일 요소 신호에 공급되는 신호를 지칭한다.
도 1a는 본 기술의 일 실시예에 따른 안테나 시스템(10)의 예시적인 회로부를 개략적으로 예시한다. 안테나 시스템(10)은 안테나 어레이(21), 제어기(30), 수신 교차 커플링된(receiving cross-coupled, RCC) 스위치(40), 송신 교차 커플링된(transmitting cross-coupled, TCC) 스위치(41), 송신/수신(T/R) 요소들(18-1, 18-2), 가변 지연 라인(variable delay line, VDL)들(65-1, 65-2), 교정 회로(50), 방향성 커플러들(60-1, 60-2), 단극 다투형(single pole multi-throw, SPMT) 스위치들(SW1, SW2)(아래에서 추가로 논의됨), 및 단극 쌍투형(single pole two throw, SPDT) 스위치들(SW3, SW4)을 포함한다. 안테나 어레이(21)는 제1 안테나(20-1) 및 제2 안테나(20-2)를 포함하고, 이들 각각은 각각의 안테나 요소(22) 뒤에 또는 안테나 요소(22)들의 작은 그룹들 뒤에 분산된 증폭기들 및 위상 시프터들을 갖는 활성상태 위상 어레이 안테나일 수 있다. 다양한 예들에서, 안테나 시스템(10)은 고정된 지상 위치에서의; 지상 기반 모바일 차량 또는 선박에 탑재된; 또는 항공기, 우주선 또는 위성에 탑재된 안테나 시스템일 수 있다.
본 명세서에서, 2개의 엔티티들 사이의 "통신"은 임의의 적합한 프로토콜을 사용한, 엔티티들 사이의 RF 신호들(데이터 트래픽 및/또는 제어 신호들)의 양방향 통신을 지칭할 것이다. 제1 위성(91) 또는 제2 위성(92)과 같은 외부 통신 시스템이 안테나 시스템(10)과 통신한다. 다른 예들에서, 외부 통신 시스템은 지상 기반 통신 시스템 또는 항공기 기반 또는 우주선 기반 통신 시스템이다. 하기의 설명에서, 위성과의 통신이 일례로서 기술될 것이다.
이하에서, 안테나 시스템(10)을 수반하는 "정상 통신 동작"은 제1 및 제2 안테나들(20-1, 20-2)을 사용하여 펜슬 빔(pencil beam)을 형성하는 안테나 시스템(10)에 의한 단일 위성과 안테나 시스템(10) 사이의 통신을 지칭할 것이다. 정상 통신 동작은 핸드오버 기간 동안의 통신과 구별가능한데, 그 동안에는 안테나 시스템(10)과의 통신 세션이 제1 위성(91)으로부터 제2 위성(92)으로 핸드오버된다. 예를 들어, 안테나 시스템(10)이 제1 위성(91)과의 통신 세션의 일측에서 최종 사용자 장비에 커플링될 때, 제2 위성(92)으로의 통신 세션의 성공적인 핸드오버는 최종 사용자 장비가 안테나 시스템(10)을 통해 적합한 위성을 찾으려고 시도함으로써 통신 세션을 재개시할 필요성을 없애준다. 예를 들어, 음성 통화 또는 라이브 비디오 스트림을 수반하는 핸드오버 동안, 최종 사용자는 핸드오버 기간 동안 품질의 감소를 인지하지 못할 수 있다. 안테나 시스템(10)에 의해 처리되는 핸드오버는 제1 위성으로부터 제2 위성으로의 "MBB(make-before-break)" 핸드오버로 지칭될 수 있다. 그러한 MBB 핸드오버에서, 제1 및 제2 위성들은 안테나 시스템(10)과의 현재 통신 세션에 관한 정보를 공유할 수 있다. 짧은 핸드오버 기간, 예컨대 약 30초 미만 동안, 제1 위성 및 제2 위성 둘 모두는 비디오 또는 오디오 데이터와 같은 동일한 정보 신호들을, 상이한 주파수들, 의사 랜덤 코드들, 변조들, 또는 그들의 신호들을 구별하기 위한 다른 방식들을 사용하더라도, 안테나 시스템(10)으로 중복적으로 통신할 수 있다. 이러한 방법은 때때로 "소프트 핸드오버(soft handover)"로 지칭된다. 대안적으로, 제2 위성은 핸드오버 기간 동안 정보 신호들이 아니라 제어 비트들만을 통신하고, 핸드오버 기간 직후에는, 제1 위성에 의해 교환되는 정보 신호들을 바로 뒤따르도록 의도된 통신 세션의 정보 신호들을 정밀하게 송신한다(때때로 "하드 핸드오버(hard handover)"로 지칭됨). 제어 비트들은 정보 신호들의 후속 통신을 관리하는 데 사용되고, 통신을 위해 사용될 주파수들, 타이밍, 프로토콜, 변조, 패킷 구조 등과 같은 제어 정보를 전달할 수 있다. MBB 핸드오버에 대한 소프트 또는 하드 핸드오버의 어느 경우에서든, 핸드오버를 완료하기 위해 제1 위성과의 통신이 중단된 후에 통신 세션에서의 임의의 식별가능한 불연속성이 회피될 수 있다. 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 핸드오버 기간 전체에 걸쳐, 안테나 시스템(10)은 제1 및 제2 안테나들(20-1, 20-2) 중 하나의 안테나만을 사용하여 제1 위성(91)과 통신하고, 안테나들(20-1, 20-2) 중 다른 하나의 안테나만을 사용하여 제2 위성(92)과 통신한다.
제어기(30)는, 제어 라인들(CL)을 통해 안테나들(20-1, 20-2), 교정 회로(50), RCC 및 TCC 스위치들(40, 41), 스위치들(SW1 내지 SW4), 가변 지연 라인들(65) 각각으로, 그리고 일부 경우들에서는 T/R 요소들로 제어 신호들을 전송함으로써 안테나 시스템(10)의 전체 동작들을 제어할 수 있다. 제어기(30)에 의해 출력되는 제어 신호들은 RCC 및 TCC 스위치들(40, 41) 내의 스위치들의 스위칭 상태들을 제어하고; 안테나들(20-1, 20-2) 각각 내의 증폭기들의 온/오프(ON/OFF) 상태들 및 바이어싱을 제어하고; 빔 조향을 위해 안테나들(20-1, 20-2) 각각 내의 위상 시프터들의 위상 시프트들을 제어하고, 안테나들(20-1, 20-2) 사이의 위상 정렬을 위해 VDL들(65-1, 65-2) 내에 가변 지연 경로들을 설정하고; 교정 회로(50) 및 스위치들(SW1 내지 SW4)의 제어를 통한 교정 동작들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 정상 통신 동작들 동안, 제어기(30)는 제1 및 제2 안테나들(20-1, 20-2)이 함께 커플링되어, 위성들(91, 92) 중 단지 하나의 위성과의 통신을 위한 빔을 집합적으로 형성하게 하도록 제어 신호들을 출력한다. 핸드오버 기간의 제1 부분 동안, 제어기(30)는 임의의 외부 통신을 위해 안테나(20-2)를 비활성화시킴으로써 안테나(20-1)만이 위성(91)과 통신하게 하는 제어 신호들을 출력할 수 있는 한편, 다른 제어 신호들은 교정 회로(50)의 제어를 통해 안테나(20-2)의 교정 동작을 개시한다. (교정을 위해, 제어기(30)는 이후에 논의되는, 위상 및 진폭 기준 데이터 및 보정 데이터를 저장할 수 있는 메모리(31)를 포함한다.) 핸드오버 기간의 제2 부분 동안, 또는 상이한 핸드오버 기간에, 제어기(30)는 유사한 방식으로 안테나(20-1)의 교정을 개시할 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 안테나들(20-1, 20-2)의 교정은 VDL들(65-1, 65-2)의 교정을 포함하는데, 이는 "실시간 지연 유닛(true time delay unit, TTDU)들"로 상호교환가능하게 지칭될 수 있다는 것에 유의한다. VDL들(65-1, 65-2) 각각은 상이한 길이들, 및 이에 따른 상이한 삽입 위상들을 갖는 복수의 선택가능한 지연 라인 섹션들을 포함한다. 각각의 VDL(65) 내의 복수의 스위치들이 제어기(30)에 의해 제어가능하여 신호 경로에 대한 지연 라인들 중 하나 이상의 지연 라인을 선택하고, 그에 의해 각자의 VDL(65)을 통해 원하는 삽입 위상을 설정한다. 이러한 방식으로, 안테나 시스템(10)의 2개의 절반부들 사이의 목표 위상 관계(전형적으로 동일한 삽입 위상들, 즉 위상 정렬)가 달성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, VDL(65)들 중 하나의 VDL은 고정된 지연 라인으로 대체될 수 있고, 2개의 절반부들 사이의 위상 관계는 다른 VDL(65)을 조정함으로써 설정된다. 또 다른 실시예들에서, 다른 유형들의 시간 시프터들이 VDL들(65)에 대해 대체된다. (도 2c와 관련하여 아래에서 논의되는) 다른 실시예에서, 복수의 내부 VDL들(65)이 각각의 안테나(20-1, 20-2) 내에 제공되고, 그들의 지연들은 제어기(30)에 의해 개별적으로 제어된다.
여기서, 제어기(30)는 제어 라인들(CL) 상의 제어 신호들을 교정 회로(30)로 출력하여, 핸드오버 기간들을 제외한 안테나 시스템(10)과 임의의 외부 통신 시스템 사이의 모든 통신 기간들 동안 교정 동작들을 위해 그것을 비활성화시킬 수 있다는 것에 유의한다.
아래에서 상세히 설명되는 방법들에서, 안테나들(20-1, 20-2)의 교정은 정상 통신 동작들 동안 회피되지만, 핸드오버 기간들 동안에는 수행된다. 이러한 방식에 의해, 안테나 시스템(10)은, 유사한 목적들을 달성하면서, "임의의 시간에" 필드 상의 교정(on-field calibration)을 위해 구성된 종래의 안테나 시스템들에서 달리 이용 가능한 바와 같은 교정을 구현하기 위해 더 간단한 교정 회로부를 구비할 수 있다. 예를 들어, 중단되지 않은 통신들을 갖는 필드 동작들의 소정 기간 전체에 걸친 신호 경로들의 위상 및 진폭 정렬에서 필요한 허용오차들은 안테나 시스템(10)에 의해 충족될 수 있지만, 종래의 시스템들은 상당히 더 복잡한 교정 회로부로만 그러한 허용오차들을 충족시킬 수 있다.
여전히 도 1a를 참조하면, 제1 및 제2 안테나들(20-1, 20-2)은 각각 N개의 안테나 요소들(22-1 내지 22-N)을 갖는 평면 위상 어레이일 수 있지만, 요소들의 수는 다른 예들에서 2개의 안테나들 사이에서 상이할 수 있다. 제1 및 제2 안테나들(20-1, 20-2)은 각각 그들의 경계들 내에, 전형적으로는 예시된 바와 같은 중심 포지션에 위치된 각자의 교정 요소(25-1, 25-2)를 가질 수 있다. 교정 요소들(25-1, 25-2)은 각각 스위치(SW2)를 통해 교정 회로(50)에 선택적으로 접속되고, 안테나 요소들(22)과 유사한 방사 요소들일 수 있다. 다른 실시예들에서, 단일의 교정 요소(25)만이 안테나들(20-1, 20-2) 둘 모두에 사용되고, 다른 안테나(20)에 인접한 안테나들(20) 중 하나의 안테나의 에지 근처에 장착된다. 또 다른 예들에서, 각각의 안테나(20-1, 20-2)는 다수의 교정 요소들(25)을 포함하고, 이때 각각의 교정 요소(25)가 각자의 안테나 내의 그러한 교정 요소를 둘러싸는 M개의 안테나 요소들의 그룹의 교정을 위해 할당되며, 여기서 M<N이다.
수신 방향에서 제1 위성(91)과의 정상 통신 동작 동안, 수신 신호(SR1)는 각각의 안테나(20-1, 20-2)에 의해 수신되고, 이들은 각각 수신 신호(SR1)로부터 "수신 빔 신호들"(SRB1, SRB2)을 도출하고 출력한다. 정상 통신 동안, (송신 교차 커플링된 스위치(41)로부터 제공되는) "송신 빔 신호들"(STB1, STB2)은 T/R 요소들(18-1, 18-2)을 통해 안테나들(20-1, 20-2)로 각각 라우팅된다. 송신/수신(T/R) 요소들은, 송신 신호 및 수신 신호 둘 모두가 동일한 안테나들 및 다른 회로 컴포넌트들/신호 경로들(예컨대, 각각의 안테나(20-1, 20-2) 내의 결합기/분배기 네트워크의 경로들)을 공유하는 것을 허용하도록 수신 신호들로부터 송신 신호들을 분리하기 위한 요소들이다. 예를 들어, T/R 요소들(18-1, 18-2)은 송신 시 대 수신 시의 상이한 주파수 채널들과의 전이중 통신(full duplex communication)의 경우에 다이플렉서(diplexer)들일 수 있거나, 또는 반이중 통신(half-duplex communication)의 경우에 T/R 스위치들일 수 있다. (추가적인 T/R 요소들이 아래에서 논의되는 각각의 안테나(20-1, 20-2) 내에 포함될 수 있다.) 여기서, 안테나 요소들(22)이 송신 동작과 수신 동작 사이에서 공유되지 않는 다른 실시예들에서, T/R 요소들(18)이 생략될 수 있다는 것에 유의한다. 송신 신호들(STB1, STB2)은 T/R 요소들(18-1, 18-2)의 포트들(p2, p3)로부터 안테나 어레이(21)로 라우팅될 수 있다. 동시에 또는 대안적으로, 수신 신호들(SRB1, SRB2)은 안테나 어레이(21)로부터 T/R 요소들(18-1, 18-2)의 포트들(p1, p4)로 각각 라우팅될 수 있다. 정상 통신 동안, 수신 신호들(SRB1, SRB2)은 커플러들(60-1, 60-2); VDL들(65-1, 65-2); 및 스위치들(SW3, SW4)을 통해 각각 RCC 스위치(40)로 추가로 라우팅된다. RCC 스위치(40)는 이들 신호들을 교차 커플링하여, 그에 의해 실질적으로 동일한 진폭 출력 신호들(SOUT1, SOUT2)을 출력한다. 출력 신호들(SOUT1, SOUT2)은 안테나 시스템(10)의 상태에 따라, 이후에 논의되는 하나 이상의 복조기들로 라우팅된다. 여기서, 도 8과 관련하여 이후에 논의되는 대안적인 실시예에서, SPDT 스위치들(SW3, SW4)이 생략되고, SPMT 스위치(SW1)에 대한 입력들은 RCC 스위치(40) 및 TCC 스위치(41) 내의 커플러들로부터 비롯된다는 것에 유의한다. 이러한 경우에, 수신 시의 교정 경로들은 RCC 스위치(40) 내의 경로들을 포함한다.
송신 방향에서, 신호들(SIN1 또는 SIN2) 중 하나의 신호만이 정상 통신 동안 입력될 수 있는데, 정상 통신에서는 송신 신호들(ST1, ST2) 중 하나의 신호만이 제1 위성(91) 또는 제2 위성(92)으로 송신된다. 이러한 경우에, 송신 빔 신호들(STB1, STB2)은 신호들(SIN1, SIN2) 중 입력된 신호로부터 도출된다. 신호들(SIN1, SIN2) 둘 모두는, 신호들(ST1, ST2)이 각각 제1 및 제2 위성들(91, 92)로 동시에 송신되는 핸드오버 기간의 일부분 동안 입력될 수 있다.
제1 위성(91)과의 정상 통신 동작 동안, 안테나 시스템(10)은 제2 위성(92)으로부터 송신된 임의의 신호들을 프로세싱하지 않을 수 있고, 제2 위성(92)과의 정상 통신 동안 그 반대도 마찬가지이다. 예를 들어, 제1 위성(91)은 제1 주파수 채널(들)을 통해 송신/수신할 수 있는 한편, 제2 위성(92)은 제1 주파수 채널과는 상이한 제2 주파수 채널(들)을 통해 송신/수신하고, 안테나 시스템(10)은 제1 위성(91)과 정상적으로 통신할 때 제1 주파수 채널 외부의 신호들을 필터링할 수 있다. 제1 위성(91)과의 정상 통신에 대해 전술된 것과 동일한 방식으로, 안테나 시스템(10)은 핸드오버 후(post-handover) 기간에, 안테나들(20-1, 20-2) 둘 모두를 사용하여 제2 위성(92)으로부터/으로 송신된 신호들(SR2/ST2)을 수신/송신함으로써 제2 위성(92)과 정상적으로 통신할 수 있고, 제1 위성(91)으로부터의/으로의 신호들을 프로세싱하지 않을 수 있다. 이러한 핸드오버 후 기간에서, 단일 변조기로부터 도출된 신호들(SIN1, SIN2) 중 하나의 신호가 안테나 시스템(10)에 입력될 수 있고; 신호들(SOUT1, SOUT2) 둘 모두는 전술된 바와 유사한 방식으로 안테나 시스템(10)으로부터 출력된다.
핸드오버 기간 동안, 하나 또는 둘 모두의 커플러들(60-1, 60-2)의 커플링된 경로 출력 단자는 스위치(SW2)를 통해 교정 회로(50)에 선택적으로 접속되지만, 커플링된 경로들을 통한 커플링된 신호는 정상 통신 동작 동안 사용되지 않을 수 있다. 간략하게, 일 실시예에 따른 수신 경로 교정에서, 한 번에 2N개의 가능한 수신 경로들 중 하나의 수신 경로가 교정되고, 복수의 그러한 수신 경로들이 순차적으로 교정된다. 임의의 주어진 시간에, 안테나 요소들(22-i)(i = 1 내지 N 중 어느 하나) 중 선택된 안테나 요소로부터 기준점으로의 수신 신호 경로가 교정된다. 일례에서, 핸드오버 기간 동안 충분한 시간이 이용가능한 경우, 안테나(20-2)로부터 기준점까지의 모든 N개의 수신 경로들이 핸드오버 기간의 일 부분에서 교정될 수 있다. 추가의 충분한 시간이 이용가능하면, 안테나(20-1)로부터의 N개의 수신 경로들 중 일부 또는 전부가 교정될 수 있다. 예시적인 교정 동작이 아래에서 설명될 것이다.
도 1b는 안테나 시스템(10)의 추가의 예시적인 회로부 및 접속 경로들을 개략적으로 예시한다. 특히, 송신 교차 커플링된(TCC) 스위치(41), 안테나 어레이(21) 및 교정 회로(50) 사이에 커플링된 예시적인 회로 요소들이 도시되어 있다. TTC 스위치(41)와 제1 안테나(20-1) 사이의 제1 송신 신호 경로는 SPDT 스위치(SW3'), 커플러(60-1'), 및 T/R 요소(18-1)의 직렬 접속을 포함한다(송신 신호(STB1)가 포트(p2)에 인가됨에 유의한다). TTC 스위치(41)와 제2 안테나(20-2) 사이의 제2 송신 신호 경로는 SPDT 스위치(SW4'), 커플러(60-2'), 및 T/R 요소(18-2)의 직렬 접속을 포함한다(여기서, 송신 신호(STB2)가 포트(p3)에 인가됨). 따라서, 이러한 예에서, TTC 스위치(41)와 안테나 어레이(21) 사이의 송신 신호 경로들은 VDL들을 생략한다. 대안적인 구성들에서, 하나 이상의 VDL들이 포함된다. 여기서, SPMT 스위치(SW1)는 입력 포트(h) 및 4개의 출력 포트들(f, g(도 1a에서 보여짐), f', g')을 갖고, SPMT 스위치(SW2)는 입력 포트(a) 및 6개의 출력 포트들(b, c, d, e(도 1a), d', e')을 갖는다는 것에 유의한다. 교정 동안, 송신 교정 경로들은 도 1b에 예시된 바와 같이, 스위치(SW2)의 포트들(d', e') 및 스위치(SW1)의 포트들(f', g')을 통한 선택적 라우팅에 의해 도 1a의 수신 교정 경로들과 상이하다. 도 1b에 도시된 것에 대한 대안적인 구성에서, TCC 스위치(41) 내의 송신 경로들을 교정 측정들에 포함하기를 원하는 경우, SPDT 스위치들(SW3', SW4')은 생략될 수 있고, SPMT 스위치(SW1)로의 송신 경로 교정 입력들은 TCC 스위치(41) 내의 커플러들로부터 비롯될 수 있다.
도 1c는 도 1a의 안테나 시스템의 예시적인 추가의 송신 및 수신 회로부를 개략적으로 예시한다. 안테나 시스템(10)은 제1 및 제2 저잡음 블록(LNB)들(72-1, 72-2), 제1 및 제2 복조기들(74-1, 74-2), 제1 및 제2 변조기들(78-1, 78-2), 및 신호 프로세서(770)를 추가로 포함할 수 있다. 제1 및 제2 저잡음 블록들(72-1, 72-2)은 각각 수신 신호들의 추가적인 저잡음 증폭을 제공한다.
RCC 스위치(40)의 교차 커플링이 의도적으로 끊어지는 핸드오버 기간의 일부분 동안(도 7a 내지 도 7g와 관련되어 이후에 논의됨), 제1 및 제2 복조기들(74-1, 74-2)은 신호들(SOUT1, SOUT2)을 각각 수신하고 복조한다. 복조된 출력들은 추가 프로세싱을 위해 신호 프로세서(770)에 제공된다. 예를 들어, 신호 프로세서(770)는 I/O 인터페이스(도시되지 않음)에 접속될 수 있고, 최종 사용자 데이터, 예컨대 복조된 신호들로부터 도출된 오디오/비디오 데이터를 출력할 수 있다. 상기 언급된 바와 같은 소프트 핸드오버 동안, 신호 프로세서(770)는 상이한 위성들(91, 92)로부터의 수신 신호들(SR1, SR2)로부터 비롯되는 신호들(SOUT1, SOUT2)로부터 중복 정보 신호들을 복구할 수 있다. 신호 프로세서(770)는 중복 정보 신호들에 기초하여 I/O 인터페이스로 단일의 오디오/비디오 출력 데이터 스트림을 출력할 수 있다.
제1 및 제2 변조기들(78-1, 78-2)은 신호 프로세서(770)로부터 변조될 입력 신호들을 수신한다. 예를 들어, 변조기들(78-1, 78-2) 중 하나의 변조기만이 신호 프로세서(770)로부터 수신된 데이터 스트림을 변조하는 변조된 신호들을 출력하기 위한 단일 변조기로서 선택될 수 있다. 정상 통신 동안, 변조된 신호는 TCC 스위치(41)에 의해 분할되어, 안테나 어레이(21)를 통한 위성(91 또는 92)으로의 송신 신호(ST1 또는 ST2)를 각각 생성한다. TCC 스위치(41)의 교차 커플링이 끊어지는 핸드오버 기간의 일부분 동안, 제1 및 제2 변조기들(78-1, 78-2) 둘 모두는, 수신 방향에 대해 본 명세서에 기술된 핸드오버 동작들과 유사한 방식으로, 각각 제1 위성(91) 및 제2 위성(92)으로의 송신을 위한 신호들을 개별적으로 변조한다.
도 2a는 안테나 시스템(10)의 예시적인 안테나 어레이(21)를 개략적으로 도시한다. 안테나 어레이(21)는 나란히 있는 안테나들(20-1, 20-2)을 포함할 수 있고, 이들 각각은 공통 표면(F), 예컨대 유전체 기판의 상부 표면에 대해 등각으로 배열된 복수의(N) 안테나 요소들(22-1 내지 22-N)을 포함하는 위상 어레이들일 수 있다. 안테나 요소들(22) 각각은 표면(F) 상의 인쇄된 패치 안테나일 수 있다. 대안적으로, 안테나 요소들(22)은 표면(F)으로부터 균일하게 이격된 다이폴(dipole)들, 모노폴(monopole)들 또는 다른 안테나 유형들이다. 임의의 경우에, 하나 이상의 교정 요소들(25)이 각각의 안테나(20-1, 20-2)의 어퍼처(aperture) 주연부 내에 유사하게 장착되거나 인쇄될 수 있다. 교정 요소(25)에 대한 편리한 위치는 그 교정 요소(25)의 사용을 통해 교정되도록 지정된 안테나 요소들(22)의 그룹에 대한 중심 위치이다. 각각의 교정 요소(25)는 각자의 신호 라인(55-1 또는 55-2) 및 스위치(SW2) 내의 스위칭 경로를 통해 교정 회로(50)에 직접 접속될 수 있는 방사 요소이다. 각각의 안테나(20-1, 20-2)는 N:1 결합기/분배기(29), 및 N개의 안테나 요소들(22-1 내지 22-N)과 N:1 결합기/분배기(29) 사이에 각각 접속되는 N개의 RF 집적 회로(RFIC)들(80)을 추가로 포함할 수 있다. 안테나 요소들(22)의 각각은 송신 및 수신 동작들 둘 모두에 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 안테나 요소들(22)은 송신 및 수신 동작들을 위해 공유되지 않는다. 대신에, 각각의 안테나(20) 내의 복수의(K < N) 안테나 요소들(22)이 안테나 시스템(10)으로부터 신호들을 송신하기 위해 전용되며, 나머지 복수의(P = N-1) 안테나 요소들은 위성들로부터 안테나 시스템(10)으로 송신되는 신호들을 수신하기 위해 전용된다. K개의 요소들은, K개 및 P개의 안테나 요소들 각각이 공통 폼 팩터에 의해 정의되고 동일한 유효 어퍼처를 가질 수 있도록 P개의 안테나 요소들과 산재될 수 있다. 대안적으로, K개의 송신 안테나 요소들(22)의 서브어레이는 P개의 수신 안테나 요소들(22)의 서브어레이에 인접하게 존재할 수 있다. 상기 방식들 중 임의의 방식에서, 각각의 안테나(20)는, 경우에 따라, 모든 수신 신호들을 결합된 수신 빔 신호로 결합하는 것 및 입력 송신 빔 신호를 N 또는 K개의 안테나 요소들(22)로 출력되는 N 또는 K개의 분배된 송신 신호들로 분배하는 것 둘 모두를 위해 단일의 결합기/분배기 네트워크(29)를 채용할 수 있다. 다른 예에서, 별개의 분배기 네트워크가 송신 신호들에 대해 사용된다.
하기의 논의에서, 설명의 간략함을 위해, 안테나 요소들(22)의 각각이 송신 동작 및 수신 동작 둘 모두에 사용되는 것으로 가정될 것이다. 이를 위해, 송신 시에, 안테나(20-1)의 N:1 결합기/분배기(29)는, 분배기로서 동작할 때, 안테나(20-1)의 포트(85-1)에서 수신된 "송신 빔 신호"(STB1)를 N개의 "송신 요소 신호들"(STE-1 내지 STE-N)로 분배한다. 후자의 신호들은 각각 RFIC들(80)에 의해 조정되고 안테나(20-1)의 안테나 요소들(22-1 내지 22-N)에 의해 방사되어 안테나 어레이(21)에 의해 생성된 송신 안테나 빔의 적어도 일부를 형성한다. 마찬가지로, 안테나(20-2)의 포트(85-2)에서의 입력 송신 빔 신호(STB2)는 분배되고 안테나(20-2)에 의해 그의 안테나 요소들(22)을 통해 송신된다. 수신 방향에서, 안테나(20-1)의 안테나 요소들(22-1 내지 22-N)에 의해 수신된 신호들은 결합기로서 동작하는 N:1 결합기/분배기(29)의 N개의 각자의 입력 포트들에 인가되는 "수신 요소 신호들"(SRE-1 내지 SRE-N)을 생성하기 위해 각자의 RFIC들(80)에 의해 조정된다. 이들 신호들은 결합되어 수신 빔 신호(SRB1)를 생성한다. 유사한 동작들이 안테나(20-2)에 의해 수행되어 수신 빔 신호(SRB2)를 생성한다.
도 2b는 임의의 주어진 안테나 요소(22-i)로/로부터 신호들을 송신/수신하기 위한 RFIC(80)의 예시적인 구성을 보여준다. RFIC(80)는 수신 회로부("수신 체인")(81) 및 송신 회로부("송신 체인")(82)를 포함할 수 있고, 이들 각각은 T/R 요소들(83, 84) 사이에 접속되는데, 이들은 T/R 스위치들 또는 다이플렉스들일 수 있다. T/R 요소(83)는 안테나 요소(22-i)에 접속된 노드(87)에서의 입력 포트, 수신 체인(81)의 일 단부에 접속된 제1 출력 포트, 및 송신 체인(82)의 일 단부에 접속된 제2 출력 포트를 갖는다. 수신 체인(81) 및 송신 체인(82)의 다른 단부들은 T/R 요소(84)의 각자의 제1 및 제2 출력 포트들에 접속되고, 여기서 T/R 요소(84)의 입력 포트는 N:1 결합기/분배기(29)의 N개의 출력 포트들 중 하나의 출력 포트에 접속한다. T/R 요소들(83, 84)이 T/R 스위치들인 경우, 그들은 반이중 동작에서 상이한 시간 슬롯들 동안 송신 및 수신 신호들을 위한 별개의 루트(route)들을 제공할 수 있다. 송신 및 수신 시에 상이한 주파수 채널들이 사용되는 경우, T/R 요소들은 다이플렉서들일 수 있고, 원하지 않는 주파수들을 제거함으로써 송신 신호들이 수신 체인(81)과 간섭하는 것을 방지할 수 있고, 그 반대도 마찬가지이다.
수신 체인(81)은 진폭 조정기(23), 위상 시프터(24) 및 대역통과 필터(bandpass filter, BPF)(26)의 직렬 접속을 포함할 수 있다. 도시된 직렬 접속의 순서는 다른 예들에서 상이할 수 있다. 각각의 진폭 조정기(23)는 단지 저잡음 증폭기(LNA)(27), 또는 가변 감쇠기(28)와 직렬인 LNA(27)로 구성될 수 있다. 송신 체인(82)은 위상 시프터(34), BPF(36) 및 진폭 조정기(33)의 직렬 접속을 포함할 수 있고, 여기서 진폭 조정기는 단지 전력 증폭기(PA)(37) 또는 가변 감쇠기(38)와 직렬인 PA(37)로 구성될 수 있다. 안테나 어레이(21) 내의 진폭 조정기들(23, 33), 위상 시프터들(24, 34) 및 BPF들(26) 각각은, 제어기(30)에 의해 생성되고 각자의 제어 라인(CL) 또는 공유 제어 라인(CL)을 통해 전송되는 각자의 또는 그룹화된 제어 신호에 의해 개별적으로 제어될 수 있다. 위상 시프터(24 또는 34)로 전송되는 제어 신호는 그 위상 시프터의 삽입 위상을 설정한다. 진폭 조정기(23 또는 33)로 전송되는 제1 제어 신호가 그 안의 LNA(27) 또는 PA(37)에 대한 바이어스 전압을 제어하고, 그에 의해 그의 이득을 제어할 수 있거나, 또는 제1 제어 신호가 바이어스 전압 자체를 전달할 수 있다. 진폭 조정기(23 또는 33) 내의 LNA 또는 PA에 대한 제1 제어 신호는 또한, PA의 그 LNA의 온-오프 상태를 설정할 수 있다. 진폭 조정기(23 또는 33) 내의 가변 감쇠기(28 또는 38)로 출력된 제2 제어 신호는 가변 감쇠기의 삽입 손실을 설정한다. BPF(26 또는 36)로 출력된 제어 신호는 그 BPF에 대한 통과대역을 설정할 수 있다.
송신 방향에서 원하는 안테나 빔을 형성하기 위한 안테나 어레이(21)의 경우, 각각의 안테나 요소(22)의 급전점(feed point)들(87)에서의 송신 신호들의 진폭들 및 위상들은 대체적으로 소정 범위의 미리결정된 값들 내에 있을 필요가 있을 수 있다. 따라서, 각각의 안테나(20-1, 20-2)에 대해, 포트(85)(또는 안테나 시스템(10) 내의 다른 기준점)와 각각의 안테나 요소(22)의 급전점(87) 사이의 신호 경로들의 삽입 위상 및 삽입 손실(후자는 종종 경로 이득 또는 순방향 전압 이득(S21)으로 불림)은 안테나 시스템(10)이 제조 동안 셋업되었을 때 결정된 값들의 미리정의된 허용오차들 내에 있어야 한다. 그러한 허용오차들은 필요한 특성들, 예컨대 빔 포인팅 정확도, 빔 폭, 안테나 이득, 사이드로브들 등을 갖는 송신 안테나 빔을 생성하기 위해 대부분의 신호 경로들에 대해 충족되어야 한다. 수신 경로들에 대해서도 동일하게 유지된다. 제조 프로세스 동안, 그러한 허용오차들이 대부분의 신호 경로들(예컨대, 90% 초과 또는 95% 초과)에 대해 충족되는 것을 보장하기 위한 교정 절차가 교정 회로(50) 및 교정 요소들(25)을 사용하여 수행되었을 수 있다. 그러나, 일단 안테나 시스템(10)이 필드에 의해 동작되었다면(field-operated), 신호 경로 특성들이 다양한 인자들로 인해 변경되었을 수 있고, 교정 회로(50)가 신호 경로들을 주기적으로 재교정하는 데 사용될 수 있다.
도 2c는 안테나 시스템(10)의 안테나 어레이(21)에 대한 대안적인 구성을 개략적으로 예시한다. 안테나 어레이(21a)는 제1 안테나(20a-1) 및 제2 안테나(20a-2)를 포함하고, 이들 각각은 복수의 가변 지연 라인(VDL)들을 포함하며, 이들 각각은 제어기(30)에 의해 제어되는 선택가능한 가변 지연들을 각각의 안테나 내의 안테나 요소들(22)의 그룹들에 제공하기 위한 것이다. 따라서, 단일의 N:1 결합기/분배기를 포함하는 대신에, 각각의 안테나(20a)는 복수의 K:1 결합기/분배기(280)와(N/K):1 결합기/분배기 사이에 커플링된 복수의(N/K) VDL들(65-1 또는 65-2)을 포함한다. 따라서, K개의 안테나 요소들(22)의 (N/K)개의 그룹들과 연관된 신호 경로들 각각은 교정 절차의 일부로서 각자의 VDL(65-1 또는 65-2)에 의해 효과적으로 위상 시프트될 수 있다. 예를 들어, K개의 안테나 요소들의 제1 그룹(22-1 내지 22-K)과 연관된 신호 경로들은 제1 지연을 갖도록 제어되는 제1 VDL(65-1)에 의해 지연되는 반면, K개의 안테나 요소들의 제2 그룹(22-(N+1-K) 내지 22-N)과 연관된 신호 경로들은 제2 지연을 갖도록 제어되는 상이한 VDL(65-1)에 의해 지연된다.
도 3a는 안테나 시스템(10) 내의 예시적인 수신 경로 교정 루프들 및 교정 회로부를 예시한다. 도 3b는 안테나 시스템(10) 내의 예시적인 송신 경로 교정 루프들 및 교정 회로부를 예시한다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 3b를 집합적으로 참조하면, 본 명세서의 실시예들에 따라, 핸드오버 기간의 일부분 동안, 안테나(20-2)는 위성과 통신하는 한편, 안테나(20-1) 상에서 교정 동작이 수행된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 안테나(20-1)의 개별 안테나 요소들(22)과 기준점(85-1) 사이의 수신 경로들을 필드 교정하기 위해, 기준 경로 측정이 먼저 취해질 수 있다. 그 후에, 기준 경로 측정에 대하여 수신 경로 측정들이 이루어질 수 있다. 기준 경로 측정에서, 안테나(20-1)의 모든 LNA들(27)이 먼저 턴오프되어 측정에서 잡음을 제한한다. 스위치(SW2)는 입력 포트("a")를 출력 포트(d)와 접속시키도록 제어되며, 여기서 포트(d)는 커플러(60-1)의 커플링 포트에 접속한다. 이어서, 테스트 신호(TSOUT)는 스위치(SW2), 커플러(60-1), VDL(65-1), 스위치(SW3)(이때 그의 스위치 경로는 스위치(SW1)를 향해 폐쇄되도록 제어됨), 및 스위치(SW1)(이때 그의 스위치 경로는 도 1a에서 볼 수 있는 바와 같이 입력 포트(h)와 출력 포트(g) 사이에서 폐쇄됨)를 포함하는 직렬 경로를 통해 라우팅된다. 따라서, 교정 회로(50)의 포트(p5)에서의 리턴 신호(TSIN)는 기준 경로에서의 테스트 신호(TSOUT)의 피드백 부분을 나타낸다. 이어서, 교정 회로(50)는 TSIN 대 TSOUT의 상대적 진폭 및 위상을 측정하여 기준 경로 측정(예컨대, 기준 경로에 대한 삽입 손실 및 삽입 위상)에 도달할 수 있다. 이어서, 안테나 요소들(22)을 포함하는 수신 경로들의 측정들이 개시될 수 있다.
예를 들어, (T/R 요소(18-1) 및 커플러(60-1) 내의 경로들이 측정 전체에 걸쳐 일정하게 유지된다는 가정 하에서) 안테나 요소(22-1)와 기준점(85-1) 사이의 수신 경로를 측정하기 위해, 안테나 요소(22-1)에 접속된 LNA(27)는 스위치 온될 수 있는 한편, 안테나(20-1)의 나머지 LNA들은 오프 상태로 유지될 수 있다. 동시에, 제어 신호는 스위치(SW2)의 스위칭 경로를 신호 라인(55-1)으로 설정할 수 있고(경로(a-c)가 폐쇄됨), 한편 교정 회로(50)는 동일한 테스트 신호(TSOUT)를 출력한다. 테스트 신호(TSOUT)의 주파수는 안테나(20-2)와 위성 사이의 현재의 정상 통신에 사용되는 주파수 또는 주파수들과 상이할 수 있다는 것에 유의한다. 테스트 신호(TSOUT)는 교정 요소(25-1)로 라우팅되고, 이는 테스트 신호를 방사한다. 방사된 신호는 안테나(20-1)의 안테나 요소(22-1)에 의해 캡처되고, 안테나 요소(22-1)에 접속된 RFIC(80)의 수신 경로를 통해, 그리고 이어서 안테나(20-1)의 N:1 결합기/분배기(29) 및 교정 회로(50)의 포트(p5)에 대한 나머지 수신 경로 체인, 즉 T/R 요소(18-1), 커플러(60-1), VDL(65-1) 및 스위치들(SW3, SW1)을 통해 라우팅된다. 따라서, 안테나 요소(22-1)에 의해 수신된 근접장 신호(TSOUT)는 입력 신호(TSIN)의 다른 인스턴스로서 스위치(SW1)를 통해 교정 회로(50)로 피드백된다. 이어서, 교정 회로(50)는 테스트 경로 측정에 도달하기 위해 TSIN 대 TSOUT의 상대 진폭들 및 위상들을 다시 측정하고, 테스트 경로 측정을 기준 경로 측정과 비교하여 최종 수신 경로 측정에 도달할 수 있다.
이어서, 교정 회로(50)는 측정 결과를 데이터 라인(52) 상의 제어기(30)에 보고할 수 있다. 이어서, 제어기(30)는 측정 결과를 예상 결과, 예컨대 안테나 시스템(10)의 제조 셋업 동안 취해지고 메모리(31)에 저장된 동일한 측정의 결과와 비교할 수 있다. 일부 예들에서, 제어기(30) 또는 교정 회로(50)의 제어기는 단지 측정된 결과들의 상대적 위상들 및 상대적 진폭들을, 예컨대 결과들 중 하나를 기준으로서 사용하고 다른 결과들을 그 기준과 비교함으로써 서로 비교한다. 어느 경우든, 비교가, 전체 신호 경로의 진폭 및/또는 위상이 임계치를 넘어 변화했거나 임계치 초과만큼 기준 결과의 것과 상이하다는 것을 나타내는 경우, 제어기(30)는 조정을 구현할 수 있다. 조정은, 방금 측정되었던 안테나 요소(22-i)에 접속된 수신 경로(80) 내의 위상 시프터(24)의 위상 오프셋 및/또는 LNA(26)의 이득 및/또는 감쇠기(28)의 손실을 조정하는 것을 수반할 수 있다. 조정 후에, 조정이 성공적이었음을 보장하기 위해 교정 테스트가 반복될 수 있다. 이어서, 이러한 프로세스는, 핸드오버 기간 동안 시간이 허용되는 경우, 나머지 안테나 요소들(안테나 요소(22-1)가 처음에 측정되었다면, 22-2 내지 22-N)에 대해 순차적으로 반복될 수 있다. 핸드오버 기간의 다른 부분에서, 또는 다음 핸드오버 기간에서, 안테나(20-1)가 위성과 통신하는 동안 안테나(20-2)의 수신 경로들을 교정하기 위해 유사한 교정 프로세스가 수행될 수 있다.
여기서 제1 안테나(20-1)와 제2 안테나(20-2) 사이의 위상 정렬은, 먼저 2개의 안테나들의 교정들에서 기준 경로 측정들을 서로 비교하고, 이어서 그 결과들을 제어기(30)에 보고함으로써 구현될 수 있다는 것에 유의한다. 제어기(30)는 이어서, VDL들(65-1, 65-2) 중 하나 또는 둘 모두에서 지연 조정을 하여, 2개의 안테나들(20-1, 20-2)로 이어지는 수신 경로들의 위상들을 정렬시킬 수 있다. 도 2c의 구성에서의 하나 이상의 VDL들(65)에 대한 지연 조정은 또한, 상이한 VDL들(65)에 접속된 신호 경로들에서 측정들이 이루어진 후에 이루어질 수 있다. 다른 예시적인 시퀀스에서, 상기 구성들 중 임의의 구성에서의 VDL들(65)은 RFIC들(80) 내의 위상 시프터들 및/또는 증폭기들의 교정 이전에 교정될 수 있다.
도 3b는 각각의 안테나(20-1, 20-2) 내의 송신 경로들을 교정하기 위해 유사한 교정 절차가 수행될 수 있다는 것을 예시한다. 안테나(20-1)에 대한 송신 경로 교정에서, 예를 들어, 안테나(20-1)의 모든 전력 증폭기들(37)은 안테나(20-1)가 임의의 위성과의 통신을 위해 비활성화되도록 초기에 턴오프될 수 있다. 스위치들(SW1, SW3')의 신호 경로들이 신호(TSOUT)를 커플러(60-1')로 라우팅하도록 제어되고 스위치(SW2)의 신호 경로가 포트(a)로부터 포트(d')로 접속되는 동안, 교정 회로(50)의 포트(p5)로부터 테스트 신호(TSOUT)를 출력함으로써 기준 경로 측정이 이루어질 수 있다. 이것은 테스트 신호(TSOUT)가 리턴 신호(TSIN)로서 교정 회로(50)의 포트(p6)로 다시 전파될 수 있게 한다. 이어서, 신호들(TSIN, TSOUT)이 비교되어 기준 경로 "S21" S-파라미터 측정(삽입 손실 및 위상 측정)을 획득한다. 이어서, 한 번에 하나의 PA(37)를 턴온시킴으로써 안테나 요소들(22)에 대한 송신 경로 측정들이 개시될 수 있다. 안테나 요소(22-1)에 대한 송신 경로를 측정하기 위해, 예를 들어, 테스트 신호(TSOUT)는 접속된 RFIC(80)를 통해 포트(p5)로부터 송신 경로 체인을 통해 안테나 요소(22-1)로 라우팅된다. 안테나 요소(22-1)는 테스트 신호를 방사하는데, 이는 교정 요소(25-1)에 의해 수신되고 리턴 신호(TSIN)로서 교정 회로(50)로 다시 라우팅된다. 이어서, 기준 경로 측정을 위해 행해졌던 것과 유사한 방식으로 TSIN이 TSOUT과 비교되어 테스트 경로 측정에 도달하고, 이는 송신 경로 측정에 도달하기 위해 기준 경로 측정과 비교된다. 측정 결과는 제어기(30)로 전송될 수 있고, 이는 이어서, 수신 경로의 경우에 대해 행해졌던 바와 같이 송신 경로 요소들의 진폭 및 위상에 유사한 조정들을 행하고, 그에 의해 송신 경로 교정을 완료할 수 있다. 이어서, 프로세스가 안테나 요소들(22-2 내지 22-N)에 대해 반복될 수 있다. VDL이 도 3b에 도시되어 있지 않지만, (VDL들에 의해 제공되는) 시간 시프팅은 (RFIC 위상 시프터들(34)에 의해 제공되는) 위상 시프팅들에 더하여 송신 시에 사용될 수 있다는 것이 이해된다.
도 4a는 안테나 시스템(10)의 교정 회로(50)의 일례인 교정 회로(50a)의 블록도이다. 교정 회로(50a)는 SPDT 스위치들(SW7, SW8), RF 소스(51), 제어기(55), RF 수신기(53) 및 I/O 인터페이스(57)를 포함한다. 전술된 바와 같은 수신 경로 교정 측정 동안, RF 소스(51)는 테스트 신호(TSOUT)를 생성하는 한편 스위치(SW7)가 제어기(55)에 의해 제어되어(RF 소스(51)는 차례로, 교정 절차를 위해 제어기(30)로부터 커맨드들을 수신함), 그의 스위칭 상태를 포지션 "A"로 설정하고, 그에 의해 신호(TSOUT)를 포트(p6)로 라우팅한다. 스위치(SW8)는 마찬가지로, 그의 포지션 "A"로 제어되어 포트(p5)에서 리턴 신호(TSIN)를 수신하고 그것을 수신기(53)로 라우팅한다. 제어기(55) 및 수신기(53)는 신호들(TSOUT, TSIN) 사이에서 그리고 기준 경로 신호와 테스트 경로 신호 사이에서 위에 언급된 비교들을 함께 또는 개별적으로 수행할 수 있고, 측정 결과들을 I/O 인터페이스(57)를 통해 데이터 라인(52) 상의 제어기(30)로 전송할 수 있다. 전술된 바와 같은 송신 경로 교정 측정 동안, 스위치들(SW7, SW8)의 스위치 포지션들이 각각 포지션 "B"로 스위칭되어 동일한 또는 유사한 동작들이 수행된다. 이러한 방식으로, 테스트 신호(TSOUT)는 포트(p5)로 라우팅되는 한편, 리턴 신호(TSIN)는 포트(p6)에서 수신된다.
도 4b는 안테나 시스템 내의 교정 회로의 다른 예를 개략적으로 예시한다. 이러한 아키텍처의 이점은, 그것이 저주파수 잡음을 감소시키거나 최소화할 수 있다는 것이다. 교정 회로(50b)는 RF 소스(51a), RF 수신기(53a) 및 제어기(55a)를 포함하고, 전술된 동일한 방식으로 제어되는 스위치들(SW7, SW8) 및 I/O 인터페이스(57)(둘 모두 도 4b에 도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다. RF 소스(51)는 제1 국부 발진기(local oscillator, LO)(402), RF 전력 분배기(406), 업컨버터(408) 및 제2 국부 발진기(404)를 포함한다. 일례에서, 제2 LO(404)는 제1 LO(402)보다 더 낮은 잡음 생성 LO이다. 수신기(53a)는 RF 전력 분배기(410), 피크 검출기(412), 다운컨버터(414) 및 위상 검출기(416)를 포함한다. 제어기(55a)는 제1 및 제2 아날로그-디지털 컨버터(analog to digital converter, ADC)들(420-1, 420-2) 및 디지털 신호 분석기(422)를 포함한다.
수신 경로 또는 송신 경로 교정 측정을 구현하기 위해, 제1 LO(402)는 상대적으로 낮은 주파수 RF 신호를 생성하는데, 이는 분배기(406)에 의해 제1 및 제2 분배된 LO 신호들로 분할된다. 제1 분배된 LO 신호는 제2 LO(404)에 의해 생성된 제2 LO 신호를 사용하여 업컨버터(408)에 의해 상향 변환되고, 상향 변환된 신호는 테스트 신호(TSOUT)로서 출력된다. 리턴 신호(TSIN)는 분배기(410)에 의해 피크 검출기(412)에 인가되는 제1 분배된 리턴 신호, 및 다운컨버터(414)에 인가되는 제2 분배된 리턴 신호로 분배된다. 피크 검출기(412)는 제1 분배된 리턴 신호의 피크 진폭들을 검출하고 엔벨로프 신호(envelope signal)를 ADC(420-1)로 출력하는데, 이는 엔벨로프 신호의 디지털 샘플들을 생성한다. 디지털 샘플들은 분석기(422)에 의해 분석되는데, 이는 그것으로부터 제1 및 제2 진폭 결과 신호들(A1, A2)을 생성한다. 결과 신호(A1)는 샘플의 평균(μ)을 나타내는 반면, 결과 신호(A2)는 진폭 잡음을 나타내는 샘플들의 표준 편차(
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2)를 나타낸다. 결과 신호들(A1, A2)은 데이터 라인(52)을 통해 제어기(30)로 출력된다. 제어기(30)는 결과 신호들을 사용하여, 측정되었던 연관된 수신 경로 또는 송신 경로에서의 진폭을 조정하는 것에 대한 결정을 한다.
다운컨버터(414)는 제1 기준 신호(REF1)를 사용하여 제2 분배된 리턴 신호를 수신하고 하향 변환하는데, 이 REF1은 분배기(406)로부터 출력되는 제1 분배된 LO 신호이다. 다운컨버터(414)의 하향 변환된 출력 신호는 위상 검출기(416)에 인가되는데, 이는 제2 기준 신호(REF2)(제2 LO 신호)를 사용하여 신호의 위상을 검출한다. 위상 검출기(416)는 검출된 위상을 나타내는 위상 신호를 출력하고, 위상 신호는 ADC(420-2)에 의해 디지털화되어 위상 샘플들의 스트림을 제공한다. 위상 샘플들은 분석기(422)에 의해 분석되는데, 이는 그것으로부터 위상 샘플들의 평균(μ)을 나타내는 제1 위상 결과 신호 및 위상 샘플들의 표준 편차(standard deviation, SD)(
Figure pct00002
2)를 나타내는 제2 위상 결과 신호(H2)를 생성한다. 이들 결과 신호들(H1, H2)은 마찬가지로 데이터 라인(52)을 통해 제어기(30)로 출력된다. 제어기(30)는 결과 신호들을 사용하여, 측정되었던 연관된 수신 경로 또는 송신 경로에서의 위상을 조정하는 것에 대한 결정을 한다.
도 4c는 안테나 시스템 내의 교정 회로의 추가 예를 개략적으로 예시한다. 이러한 아키텍처의 이점은, 그것이 비용 및 공간 점유 둘 모두를 감소시키거나 최소화할 수 있다는 것이다. 교정 회로(50c)는 제어기(55b), RF 소스(51b) 및 RF 수신기(53b)를 포함한다. 제어기(55b)는 제1 및 제2 ADC들(420-1, 420-2) 및 분석기(440)를 포함한다. RF 소스(51b)는 단일의 LO(402), 및 LO(402)로부터의 LO 신호를 테스트 신호(TSOUT)로서의 제1 분배된 출력 신호, 및 제2 분배된 LO 신호로 분배하는 분배기(406)를 포함한다. 수신기(53b)는 하이브리드 커플러(450) 및 동위상/직교 위상(In-phase/Quadrature phase, I/Q) 복조기(452)를 포함한다. 하이브리드 커플러(450)는 리턴 신호(TSIN)를 서로로부터 90° 만큼 위상 오프셋된 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호로 분배한다. I/Q 복조기는 이들 출력 신호들을 I 출력 신호 및 Q 출력 신호로 복조한다. ADC(420-1)는 I 신호를 샘플링하는 한편, ADC(420-2)는 Q 신호를 샘플링한다. 분석기(440)는 I 샘플 및 Q 샘플을 분석하여, 그것으로부터, 측정된 경로에서 삽입 손실(S21 진폭)의 평균 및 SD를 각각 나타내는 제3 및 제4 진폭 결과 신호들(A3, A4)을 생성한다. 분석기(440)는 I 샘플 및 Q 샘플을 추가로 분석하여, 그것으로부터, 측정된 경로에서 삽입 위상의 평균 및 SD를 각각 나타내는 위상 결과 신호들(H3, H4)을 생성한다. 이들 결과 신호들(A3, A4, H3, H4)은 데이터 라인들(52)을 통해 제어기(30)로 출력된다. 제어기(30)는 결과 신호들을 사용하여, 측정되었던 연관된 수신 경로 또는 송신 경로에서의 진폭 및 위상을 조정하는 것에 대한 결정을 한다.
도 5a는 필드 내의 안테나 시스템(10)을 동작시키고 교정하는 예시적인 방법(500)의 흐름도이다. 도 5b는 방법(500) 동안의 빔 형성 동작 및 교정 동작의 예시적인 타이밍을 예시하는 타이밍도이다. 도 6a는 방법(500)에 의해 지정된 핸드오버 기간의 제1 부분 동안 안테나 시스템(10)에 의해 형성될 수 있는 예시적인 제1 빔 및 제2 빔을 예시한다. 도 6b는 핸드오버 기간의 제2 부분 동안 및 그 후에 안테나 시스템(10)에 의해 각각 형성되는 예시적인 제3 빔 및 제4 빔을 예시한다. 메인 빔들만이(그리고 사이드로브들은 아님) 간략함을 위해 도 6a 및 도 6b에 도시되고, 그의 안테나 패턴들이 단일 평면에 예시되어 있지만, 빔들은 모든 평면들에서 대략 동일한 특성들을 갖는 펜슬 빔들일 수 있다.
대체적으로 도 1 내지 도 6b를 참조하면, 방법(500)에 의해, 핸드오버 기간 이전에, 안테나 어레이(21)를 통한 제1 위성(91)과의 정상 통신을 위해 제1 빔(B1)이 형성된다(S502). 도 5b의 시간 t0 이전에 발생하는 이러한 상태에서, 제어기(30)는 안테나 어레이(21)의 안테나들(20-1, 20-2) 내의 모든 증폭기들을 턴온시켜서, 두 안테나들이 통신을 위해 완전히 활성화되게 할 수 있다. 따라서, 안테나 어레이(21)는 각각의 안테나(20-1, 20-2)의 N개의 안테나 요소들을 결합하는 2차원 평면에 걸쳐 있는 2N개의 안테나 요소들을 갖는 유효 어퍼처를 갖고, 그에 의해 제1 펜슬 빔(B1)이 높은 이득(G1)에서 형성된다. 위상 시프터(24)들의 위상들은 안테나 어레이(21)의 유효 어퍼처에 걸쳐, 필요한 경우, 균일한 위상 또는 위상 기울기 중 어느 하나를 생성하도록 제어된다. 이러한 방식으로, 제1 빔(B1)의 피크는 위성(91)을 향해, 도 6a에서 볼 수 있는 바와 같은 스캔 각도(θ0)를 가리킨다. 스캔 각도(θ0)는 미리결정된 기준 축에 대한 각도, 예컨대 안테나 어레이(21)의 평면 표면(F)에 대한 법선이다.
제1 위성(91)으로부터 제2 위성(92)으로의 안테나 시스템(10)과의 통신을 핸드오버하기 위한 핸드오버가 임박할 때, 시간 t0에서 시작하는 핸드오버 기간이 제어기(30) 또는 외부 시스템에 의해 셋업된다. 시간 t0으로부터 시간 t1까지의 핸드오버 기간의 제1 부분 동안(동작 S504), 제2 안테나(20-2)로부터의 어떠한 기여도 없이 제1 안테나(20-1)를 사용하여 제1 위성(91)과의 통신을 위해 제2 빔(B2)이 형성된다. 제2 빔(B2)을 형성하기 위해, 제어기(30)는 (앞서 설명된 바와 같은 교정 절차 동안 한 번에 하나씩 턴온될 수 있는 것을 제외하고) 모든 그의 증폭기들을 턴오프시킴으로써 외부 통신을 위한 제2 안테나(20-2)를 비활성화시킨다. 따라서, 안테나(20-2)가 비활성화된 상태에서, 전술된 바와 같은 교정 회로(50)를 사용하여 시간 t0과 시간 t1 사이에서 교정 절차가 수행된다. 제2 빔(B2)이 안테나(20-1)의 안테나 요소만으로 형성되기 때문에, 안테나 어레이(21)의 유효 어퍼처는 절반만큼 감소되고, 결과적인 빔(B2)은 빔(B2)보다 더 넓고, 더 낮은 이득(G2)을 갖는다.
시간 t1으로부터 시간 t2까지의 핸드오버 기간의 제2 부분 동안(동작 S506), 빔(B2)이 제1 위성(91)과의 통신을 위해 안테나(20-1)에 의해 계속 형성되는 한편, 제2 안테나(20-2)가 제2 위성(92)과의 통신을 위해 재활성화되어 제1 위성(91)으로부터 제2 위성(92)으로의 통신의 끊김없는 핸드오버를 개시한다. 제2 안테나(20-2)가 재활성화될 때, 그것은 제2 빔(B2)과 대략 동일한 이득(G2)을 갖는 제3 빔(B3)을 형성한다. 따라서, 이러한 기간 동안, 안테나들(20-1, 20-2)은 독립적으로 동작되고, 독립된 신호들을 송신/수신한다. 예를 들어, 안테나(20-2)는 위성(92)에 의해 사용되는 것들과는 상이한 프로토콜들 및/또는 주파수들에서의 신호들로 제2 위성(92)과 통신함으로써, 각각의 통신에서의 간섭이 최소화된다. 제2 위성(92)이 안테나 어레이(21)의 기준 축에 대하여 상이한 방향에 위치되는 경우, 제2 위성(92)의 상이한 방향을 가리키는 제3 빔(B3)이 형성된다. 이러한 시나리오는 도 6b에 도시되며, 이는 각도 θ0으로부터 오프셋되고 제2 위성(92)에 대한 가시선 방향에 대응할 수 있는 스캔 각도(θ1)를 가리키는 제3 빔(B3)의 피크를 보여준다. 제3 빔(B3)을 스캔 각도(θ1)로 재포인팅하기 위해, 제어기(30)는 안테나(20-2)의 위상 시프터들(24)에 제어 신호들을 인가하여 그의 유효 어퍼처에 걸쳐 위상 기울기가 생성되도록 그들의 위상들을 설정한다. 추가적으로, 각각의 안테나 요소(22)에 접속된 신호 경로들의 진폭들은 LNA들 및 PA들의 이득들 및 가변 감쇠기들의 손실들을 제어함으로써 빔 특성들을 미세 튜닝하도록 개별적으로 제어될 수 있다. 이러한 방식으로 위상들을 설정하고 진폭들을 조정하는 프로세스는 안테나 요소들(22)의 빔 가중치들을 조정하는 것으로 지칭될 수 있다.
미리정의된 동작 요건들에 따라 핸드오버 기간에서 충분한 시간이 여전히 이용가능한 경우, 도 5b의 시간 t2와 시간 t3 사이의 핸드오버 기간의 제3 부분이 동작들(S508)에 대해 할당될 수 있다. 이러한 기간 동안, 제1 안테나(20-1)는 (안테나 요소(22)에 접속된 하나 이상의 증폭기들이 초기에 교정되는 것을 제외하고) 모든 그의 증폭기들을 턴오프시킴으로써 임의의 외부 통신에 대해 비활성화된다. 이러한 비활성화는 제1 위성(91)과의 통신을 종료시킨다. 한편, 제2 안테나(20-2)는 제2 위성(92)과 계속 통신한다. 제1 안테나(20-1)가 비활성화되는 동안, 핸드오버 기간의 제1 부분 동안 제2 안테나(20-2)를 교정하는 데 사용된 것과 유사한 교정 절차가 제1 안테나(20-1)를 교정하는 데 사용된다.
다른 한편, 안테나 어레이(21) 내의 모든 안테나 요소들(22)에 대한 모든 신호 경로들의 교정을 완료하기 위해 불충분한 시간이 핸드오버 기간에 남아 있는 경우, 나머지 안테나 요소들(22)의 교정은 다음 핸드오버 기간 동안 수행될 수 있다.
핸드오버 기간 후에(도 5b의 시간 t3에 후속하여), 제1 및 제2 안테나들(20-1, 20-2) 둘 모두를 사용하여 제2 위성(92)과의 통신을 위해 제4 빔(B4)이 형성된다(S510). 제4 빔(B4)을 형성하기 위해, 안테나(20-1)의 위상 시프터들(24)은 제2 안테나(20-2)에 대한 것과 동일한 위상 기울기를 형성하도록 제어될 수 있고, 이로써 제4 빔(B4)이 도 6b에 도시된 바와 같이 각도(θ1)를 가리키도록 그리고 제1 빔(B1)과 대략 동일한 이득(G1)을 갖도록 형성된다.
도 7a는 안테나 시스템(10)의 다른 컴포넌트들과 관련하여 도시된, 수신 교차 커플링된(RCC) 스위치(40a)의 기능 블록도를 예시한다. RCC 스위치(40a)는 전술된 RCC 스위치(40)의 일 실시예이다. 도 7a는 또한, 예컨대 도 5b의 시간 t0 이전에, 제1 위성(91)과의 정상 통신 동안의 안테나 시스템(10)의 상태를 예시한다. 교차 커플링된 스위치(40a)는 제1, 제2, 제3 및 제4 3dB 하이브리드 커플러들(70-1, 70-2, 70-3, 70-4); 단극 쌍투형(SPDT) 스위치들(SW11, SW12, SW13, SW14); 교차 커플링된 신호 라인들(701, 703); 및 직선 경로 신호 라인들(705, 707), 커플러들(70) 및 스위치들(SW11 내지 SW14)의 다양한 포트들에 접속된 복수의 종단부들(R)을 포함한다. 안테나 시스템(10)의 다른 도시된 예시적인 컴포넌트들은 안테나 어레이(21), 교정 체인(calibration chain, CC)들(790-1, 790-2); 제1 및 제2 저잡음 블록들(LNB들)(72-1, 72-2); 제1 및 제2 복조기들(74-1, 74-2); 및 신호 프로세서(770)를 포함한다. 스위치들(SW11 내지 SW14)의 스위칭 상태들은 제어 라인들(CL) 상의 제어 신호들을 통해 제어기(30)(도 7a에 도시되지 않음)에 의해 제어된다. 교정 체인(790-1)은 도 1a에 도시된 바와 같은 T/R 요소(18-1), 커플러(60-1), VDL(65-1) 및 스위치(SW3)를 포함한다. CC(790-2)는 T/R 요소(18-2), 커플러(60-2), VDL(65-2) 및 스위치(SW4)를 포함한다.
각각의 3dB 하이브리드 커플러(70)에 대해, 임의의 포트(a, b, c 또는 d)에 인가되는 신호는 동일하게 분배되지만, 서로 반대편의 대면하는 출력 포트들 사이에서 직교 위상이 시프트된다. 따라서, 포트 "a"에 인가된 신호는 포트(b)에서의 신호 및 포트(b)에서의 신호를 90° 만큼 지연시키는 포트(c)에서의 신호로 동일하게 분배되지만, 포트들(b, c)에서의 반사된 전력은 대부분 포트(d)에 나타나고, 포트(d)에서 종단부(R)가 접속되어 종단된다. 하이브리드 링("랫 레이스(rat race)") 커플러들 또는 윌킨슨(Wilkinson) 전력 분배기들과 같은 다른 유형들의 3dB 커플러들이 다른 실시예에서 대체될 수 있다.
위성(91)과의 정상 통신 동안, 제1 및 제2 안테나들(20-1, 20-2)의 모든 증폭기들이 턴온될 수 있고, 스위치들(SW11 내지 SW14)의 스위칭 상태들은 제1 및 제2 안테나들(20-1, 20-2)에 의해 각각 출력되는 제1 및 제2 수신 빔 신호들(SRB1, SRB2)을 교차 커플링하도록 제어된다. RCC 스위치(40a)의 2개의 절반부와, 제1 및 제2 안테나들(20-1, 20-2)을 RCC 스위치(40a)에 접속하는 2개의 신호 경로들을 위상 밸런싱함으로써, 상당 부분의 수신 신호 에너지가 동일한 진폭의, 위상 밸런싱된 신호들(SOUT1, SOUT2)로서 나타난다. 신호 라인들(705, 703, 701, 707)의 전기적 길이들뿐만 아니라 커플러들(70-1 내지 70-4) 및 스위치들(SW11 내지 SW14)에서의 전기적 길이들은 모두 안테나 시스템(10)의 제조 및 초기 셋업 동안 정밀하게 교정되어 있을 수 있다. 예를 들어, 커플러(70-1)의 포트 "a"로부터 커플러(70-2)의 포트 "a"까지의 신호 경로의 제1 전기 길이는 커플러(70-3)의 포트 "a"로부터 커플러(70-4)의 포트 "a"까지의 신호 경로의 제2 전기 길이와 동일하게 설정되어 있을 수 있다. 그러나, 커플러(70-3)의 포트(a)로부터 커플러(70-2)의 포트(d)까지의 전기적 길이는 제1 전기 길이를 90°만큼 "위상 리드(phase lead)"하도록 설정되어 있을 수 있다. 이러한 방식으로, 커플러(70-2)의 포트들("a", d)에서 나타나는 2개의 입력 신호들(kSRB1, kSRB2)(여기서, k ≒ 0.5임)의 신호 에너지는 보강적으로 추가될 수 있어서, 이들 신호의 실질적으로 모든 신호 에너지가 신호(SOUT1)로서 커플러(70-2)의 포트(c)에 나타나게 할 수 있다. 신호 에너지의 유사한 보강적 추가가 출력 신호(SOUT2)를 생성하기 위해 커플러(70-4)에 적용가능하다. 따라서, 빔(B1)이 제1 위성(91)과의 정상 통신을 위해 형성된다. 송신 교차 커플러(41)를 위한 유사한 구성이 송신 시에 빔(B1)에 대한 실질적으로 동일한 안테나 패턴을 생성하도록 구현될 수 있다.
도 7b는 도 5b의 시간 t0과 시간 t1 사이의 핸드오버 기간의 전술된 제1 부분 동안 수신 교차 커플링된 스위치(40a)를 갖는 안테나 시스템(10)의 동작 상태를 예시한다. 이러한 상태에서, 제2 안테나(20-2)는 모든 그의 증폭기들(LNA들 및 PA들)을 턴오프시킴으로써 비활성화된다. (증폭기들의 그러한 턴오프는 램핑 다운(ramping down) 방식으로 구현되어 있을 수 있다.) 따라서, 어떠한 위성 신호도 라인들(701, 707) 상에서 송신/수신되지 않는다. 따라서, 제1 안테나(20-1)는 제1 안테나(20-2)로부터의 어떠한 기여도 없이 제2 빔(B2)을 생성한다. 복조기(74-1)는 출력 신호(SOUT1)를 복조하여 복조된 신호(SOUT1')를 제공한다. RCC 스위치(40a)의 2개의 절반부들은, 예시된 바와 같이 스위치들(SW11 내지 SW14)의 이전 스위칭 상태들을 유지함으로써 신호 라인들(701, 703)을 통해 교차 커플링된 상태로 유지될 수 있다.
도 7c는 도 7b의 동작 상태의 시간에 후속하는, 핸드오버 기간의 제1 부분 동안 RCC 스위치(40a)를 갖는 안테나 시스템(10)의 동작 상태를 예시한다. 도 7c의 상태에서, 예시된 바와 같이, 제2 안테나(20-2) 내의 모든 증폭기들이 턴오프된 상태로 유지되고, RCC 스위치(40a) 내의 교차 커플링은 스위치들(SW11 내지 SW14) 각각에서 스위칭 포지션들을 스왑함으로써 끊어진다. 교차 커플링이 끊어진 상태에서, 제2 안테나(20-2)가 전술된 방식으로 교정될 수 있는 한편, 제1 안테나(20-2)는 제2 빔(B2)을 형성함으로써 제1 위성(91)과 계속 통신한다.
도 7d는 위에서 논의된 시간 t1과 시간 t2 사이의, 핸드오버 기간의 제2 부분 동안 RCC 스위치(40a)를 갖는 안테나 시스템(10)의 동작 상태를 예시한다. 이러한 상태에서, 제2 안테나(20-2) 내의 증폭기들은 제2 안테나(20-2)가 재활성화되도록 다시 턴온된다. 또한, 제어기(30)는 제2 안테나(20-2) 내의 위상 시프터들의 위상들을 조정하여, 그것이 제3 빔(B3)을 형성하게 하는데, 이때 그의 메인 로브가 위성(92)을 가리킨다. 한편, RCC 스위치(40a)에서의 교차 커플링은, 제1 및 제2 안테나들(20-1, 20-2)이 각각 제1 및 제2 위성들(91, 92)과 개별적으로 통신하도록 끊어진 상태로 유지된다. 따라서, 제1 복조기(74-1)는 위성(91)으로부터의 복조된 수신 신호를 나타내는 제1 복조된 신호(SOUT1')를 신호 프로세서(770)로 출력하고, 제2 복조기(74-2)는 위성(92)으로부터의 복조된 수신 신호를 나타내는 제2 복조된 신호(SOUT2')를 출력한다.
도 7e는 도 5b의 시간 t2와 시간 t3 사이의, 핸드오버 기간의 제3 부분 동안 RCC 스위치(40a)를 갖는 안테나 시스템(10)의 동작 상태를 예시한다. 이러한 상태에서, 제1 안테나(20-1)는 그의 증폭기들을 턴오프시킴으로써 비활성화되고, 그에 의해 제1 위성(91)과의 통신을 중지한다. 한편, RCC 스위치(40a)의 교차 커플링 상태는 접속해제된 상태로 유지되고, 제2 안테나(20-2)는 제2 위성(92)과의 통신을 위한 빔(B3)을 계속 형성한다. 그 결과, 신호 프로세서(770)에 대한 복조된 출력 신호는 단지 제2 복조기(74-2)에 의해 출력되는 신호(SOUT2')인데, 이는 제2 위성(92)의 수신 신호(SR2)로부터 도출된다. 따라서, 안테나 시스템(10)과의 통신 세션의 핸드오버는 제2 위성(92)으로 효과적으로 핸드오버된다. 이러한 상태에서, 필요한 핸드오버 기간에서 시간이 여전히 이용가능한 경우, 제1 안테나(20-1)의 전술된 교정이 수행될 수 있다.
도 7f는 도 7e에서와 같은 제1 안테나(20-1)의 교정 다음에, 핸드오버 기간의 제3 부분 동안 RCC 스위치(40a)를 갖는 안테나 시스템(10)의 동작 상태를 예시한다. 도 7f는 스위치들(SW11 내지 SW14)의 스위칭 상태들을 변경함으로써 RCC 스위치(40a)의 교차 커플링이 재접속된다는 것을 보여준다. 이것은, 제1 안테나(20-1)가 비활성화된 상태로 유지되고 제2 안테나가 빔(B3)을 형성함으로써 위성(92)과 통신하고 있는 동안 발생한다.
도 7g는 핸드오버 기간 직후의 RCC 스위치(40a)를 갖는 안테나 시스템(10)의 예시적인 동작 상태를 예시한다. 이러한 상태에서, 제1 안테나(20-1)가 재활성화되고, 그의 위상 시프터들(24)이 제1 안테나(20-1)의 유효 어퍼처에 걸쳐 제2 안테나(20-2)의 위상 기울기를 계속하도록 조정되어 있어서, 생성된 빔(B4)이 제2 위성(92)을 계속 가리키고 정상 통신 동작이 다시 수행되게 한다.
도 8은 필드 교정 회로부를 포함하는 안테나 시스템의 대안적인 실시예를 개략적으로 예시한다. 안테나 시스템(10a)은 교정 경로들에서 교차 커플링된 스위치들을 포함하기 위한 수단을 제공함으로써 안테나 시스템(10)과 상이하다. 따라서, 안테나 시스템(10a)은 도 1a 및 도 1b의 SPDT 스위치들(SW3, SW3', SW4, SW4')을 생략한다(그리고 따라서 교정 체인들(890-1, 890-2)은 그에 따라 체인들(790)과 상이함). 수신 교차 커플링된(RCC) 스위치(40b)는, 커플러들(70-2, 70-4)의 포트들(b)을 스위치(SW1)의 상이한 입력 포트들에 접속시키고 종단부들을 생략함으로써 RCC 스위치(40a)와는 상이하다. 송신 교차 커플링된 스위치(도시되지 않음)에서 유사한 접속이 이루어진다. 따라서, 수신 시의 교정 경로들은 RCC 스위치(40b) 내의 경로들을 포함하고, 송신 시의 교정 경로들은 송신 교차 커플링된 스위치 내의 유사한 교정 경로들을 포함할 것이다.
따라서, 안테나 시스템(10a)은, 교정 회로(50)의 입력 포트(p5)에 커플링된 출력 포트를 갖고, 복수의 입력 포트들을 갖는 단극 다투형(SPMT) 스위치(SW1)를 포함한다. 커플러(70-2)의 출력 포트가 SPMT 스위치(SW1)의 제1 입력 포트에 커플링되고, 커플러(70-4)의 출력 포트가 스위치(SW1)의 제2 입력 포트에 커플링되고; 제어기(30)는 스위치(SW1)를 제어하여 제1 안테나(20-1)를 교정하기 위해 그의 제1 입력 포트와 출력 포트 사이의 제1 스위칭 경로를 폐쇄하고, 수신 시에 제2 안테나(20-2)를 교정하기 위해 그의 제1 입력 포트와 출력 포트 사이의 제2 스위칭 경로를 폐쇄한다. 유사한 동작들이 송신 경로들을 교정하기 위해 구현된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "제어기"는 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있는 디바이스이다. 제어기는 프로세싱 회로부로 구현될 수 있는데, 이는 범용 또는 특수 목적 프로세서, DSP(digital signal processor), ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 또는 다른 프로그래밍가능 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 본 명세서에 기술된 그의 동작들을 수행하기 위한 그들의 임의의 조합의 형태일 수 있다. 예를 들어, 제어기(30) 또는 제어기(55)는 그 안의 메모리로부터 판독된 명령어들을 판독하고 실행시켜 그의 동작들을 수행하게 할 수 있다. 메모리는 임의의 적합한 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "프로세서"는, 예를 들어 중앙 처리 장치(CPU) 및/또는 다른 프로세싱 회로부를 포함하는 것과 같은 임의의 프로세싱 디바이스를 포함하도록 의도된다. 또한, "프로세서"는 컴퓨터 하드웨어를 포함하고, 컴퓨팅 디바이스 내에 다수의 프로세싱 코어들을 포함하는 멀티 코어 프로세서를 지칭할 수 있다. 프로세싱 디바이스와 연관된 다양한 요소들이 다른 프로세싱 디바이스들에 의해 공유될 수 있다.
본 명세서에 기술된 기술이 그의 예시적인 실시예들을 참조하여 특히 도시되고 기술되었지만, 하기의 청구범위 및 그의 등가물들에 의해 정의되는 바와 같은 청구된 주제의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 형태 및 상세 사항들에서의 다양한 변경들이 그 안에서 이루어질 수 있음이 당업자에 의해 이해될 것이다.

Claims (22)

  1. 적어도 제1 안테나 및 제2 안테나의 안테나 어레이를 포함하는 안테나 시스템을 교정하는 방법으로서,
    상기 안테나 시스템과의 통신이 제1 통신 시스템으로부터 제2 통신 시스템으로 핸드오버되는 핸드오버 기간 이전에, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나를 통한 상기 제1 통신 시스템과의 통신을 위해 제1 빔을 형성하는 단계;
    상기 핸드오버 기간의 제1 부분 동안, 상기 제1 안테나를 사용하여 상기 제1 통신 시스템과의 통신을 위해 제2 빔을 형성하는 한편 외부 통신을 위해 상기 제2 안테나를 비활성화시키고, 상기 제2 안테나를 교정하는 단계;
    상기 핸드오버 기간의 제2 부분 동안, 상기 제2 안테나를 사용하여 제3 빔을 형성함으로써 상기 제2 통신 시스템과의 핸드오버된 통신(handed over communication)을 위해 상기 제2 안테나를 활성화시키는 한편, 상기 제1 안테나는 상기 제2 빔을 통해 상기 제1 통신 시스템과 그의 통신을 유지하는 단계; 및
    상기 핸드오버 기간 후에, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나 둘 모두를 통한 상기 제2 통신 시스템과의 통신을 위해 제4 빔을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 핸드오버 기간의 제3 부분 동안, 상기 제1 통신 시스템과의 통신을 위해 상기 제1 안테나를 비활성화시키고, 상기 제1 안테나를 교정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 통신 시스템 및 제2 통신 시스템은 상기 안테나 어레이에 대하여 상이한 방향들에 위치되고, 상기 제3 빔은 상기 제1 빔과 상이한 방향을 가리키도록 형성되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 통신 시스템 및 제2 통신 시스템 각각은 위성인, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 및 제2 안테나 각각은 복수의 위상 시프터들 및 복수의 증폭기들에 커플링된 복수의 안테나 요소들을 포함하는 위상 어레이(phased array)이고;
    상기 제1 안테나 및 제2 안테나를 교정하는 단계는 상기 위상 시프터들의 각자의 위상 시프트들 및/또는 상기 증폭기들의 각자의 이득들을 교정하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 안테나 요소들은 복수의 가변 지연 라인들에 추가로 커플링되고, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나를 교정하는 단계는 상기 가변 지연 라인들의 지연들을 조정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제2 안테나를 비활성화시키는 단계는 상기 제2 안테나 내의 상기 복수의 증폭기들을 턴오프시키는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 핸드오버 기간 이전에 그리고 상기 핸드오버 기간 후에, 단일의 수신 빔 신호를 단일의, 제1 복조기로 출력하는 단계; 및
    상기 핸드오버 기간의 상기 제2 부분 동안, 상기 제1 통신 시스템으로부터의 수신 신호에 대응하는 제1 수신 빔 신호를 상기 제1 복조기로 출력하고, 상기 제2 통신 시스템으로부터의 수신 신호에 대응하는 제2 수신 빔 신호를 제2 복조기로 출력하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 핸드오버 기간 이전에 그리고 상기 핸드오버 기간 후에, 교차 커플링된 스위치(cross-coupled switch)를 제어하여 상기 제1 안테나로부터의 제1 수신 신호 및 상기 제2 안테나로부터의 제2 수신 신호를 상기 제1 복조기를 향해 교차 커플링시키는 단계; 및
    상기 핸드오버 기간의 상기 제2 부분 동안, 상기 제1 수신 신호 및 제2 수신 신호의 교차 커플링을 방지하도록 상기 교차 커플링된 스위치를 제어하고, 상기 제1 수신 신호를 상기 제1 복조기를 향해 그리고 상기 제2 수신 신호를 상기 제2 복조기를 향해 라우팅하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 안테나 시스템으로서,
    제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하는 안테나 어레이;
    교정 회로;
    상기 제1 안테나 및 제2 안테나에 커플링된 교차 커플링된 스위치; 및
    제어기를 포함하고, 상기 제어기는,
    상기 안테나 시스템과의 통신이 제1 통신 시스템으로부터 제2 통신 시스템으로 핸드오버되는 핸드오버 기간 이전에, 상기 교차 커플링된 스위치의 스위칭 상태를 제어하여 그것으로 하여금 상기 제1 안테나 및 제2 안테나 둘 모두를 사용하여 형성된 제1 빔을 통해 상기 제1 통신 시스템과 통신되는 신호들을 출력하게 하도록;
    상기 핸드오버 기간의 제1 부분 동안, 상기 교차 커플링된 스위치의 상기 스위칭 상태를 제어하여 그것으로 하여금 외부 통신을 위해 상기 제2 안테나를 비활성화시키면서 상기 제1 안테나를 사용하여 형성된 제2 빔을 통해 상기 안테나 시스템과 상기 제1 통신 시스템 사이에 통신되는 신호들을 출력하게 하고, 상기 제2 안테나 상에서 교정 절차를 수행하기 위해 상기 교정 회로에 명령하게 하도록;
    상기 핸드오버 기간의 제2 부분 동안, 제3 빔을 형성하기 위해 상기 제2 안테나를 제어하는 한편 상기 제2 빔을 통해 상기 제1 통신 시스템과 그의 통신을 유지하도록 상기 제1 안테나를 제어함으로써 상기 제2 통신 시스템과의 핸드오버된 통신을 위해 상기 제2 안테나를 활성화시키도록; 그리고
    상기 핸드오버 기간 후에, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나를 제어하여 상기 제2 통신 시스템과의 통신을 위해 제4 빔을 집합적으로 형성하도록 구성되는, 안테나 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 통신 시스템 및 제2 통신 시스템은 각각 제1 위성 및 제2 위성인, 안테나 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 핸드오버 기간의 제2 부분 동안, 상기 제어기는 추가로, 상기 제1 안테나를 비활성화시키면서 상기 제2 안테나를 사용하여 형성된 제3 빔을 통해 상기 안테나 시스템과 상기 제2 통신 시스템 사이에서 통신되는 신호들을 출력하도록 상기 교차 커플링된 스위치의 스위칭을 제어하고, 상기 교정 회로와 협력하여 상기 제1 안테나를 교정하는, 안테나 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 제어기는, 핸드오버 기간들을 제외한 상기 안테나 시스템과 임의의 외부 통신 시스템 사이의 모든 통신 기간들 동안 교정 동작들을 위해 상기 교정 회로를 비활성화시키도록 추가로 구성되는, 안테나 시스템.
  14. 제10항에 있어서, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나 각각은 복수의 위상 시프터들 및 복수의 증폭기들에 커플링된 복수의 안테나 요소들을 포함하는 위상 어레이이고, 상기 제어기는 상기 교정 회로와 협력하여 상기 위상 시프터들의 각자의 위상 시프트들 및/또는 상기 증폭기들의 각자의 이득들을 교정함으로써 상기 제1 안테나 및 제2 안테나를 교정하는, 안테나 시스템.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나 중 적어도 하나의 안테나는 복수의 가변 지연 라인들에 추가로 커플링되거나 이들을 추가로 포함하고, 상기 제어기는 상기 교정 회로와 협력하여 상기 지연 라인들의 각자의 지연들을 교정함으로써 상기 제1 안테나 및 제2 안테나를 교정하는, 안테나 시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 교차 커플링된 스위치에 의해 출력되는 상기 신호들은 상기 제1 통신 시스템 또는 상기 제2 통신 시스템으로부터 상기 안테나 시스템에 의해 수신된 신호들이고;
    상기 안테나 시스템은 상기 교차 커플링된 스위치에 각각 커플링된 제1 복조기 및 제2 복조기를 추가로 포함하고;
    상기 핸드오버 기간 이전에 그리고 그 후에, 상기 제어기는 상기 교차 커플링된 스위치의 스위칭을 제어하여 그 안의 교차 커플링을 접속시키고, 상기 제1 복조기만이 상기 교차 커플링된 스위치에 의해 출력되는 상기 신호들을 복조하고;
    상기 핸드오버 기간의 상기 제2 부분 동안, 상기 제어기는 상기 교차 커플링된 스위치의 스위칭을 제어하여 그 안의 상기 교차 커플링을 접속해제시키고; 상기 제1 복조기만이 상기 제1 통신 시스템으로부터 수신되는 신호들에 대응하는 상기 교차 커플링된 스위치에 의해 출력되는 상기 신호들을 수신하고 복조하며; 상기 제2 복조기만이 상기 제2 통신 시스템으로부터 수신되는 신호들에 대응하는 상기 교차 커플링된 스위치에 의해 출력되는 상기 신호들을 수신하고 복조하는, 안테나 시스템.
  17. 제10항에 있어서, 상기 교차 커플링된 스위치는,
    상기 제1 안테나에 접속된 제1 입력 포트, 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트를 갖는 제1 방향성 커플러;
    상기 제1 방향성 커플러의 상기 제1 출력 포트에 커플링된 제1 입력 포트, 제2 입력 포트, 및 제1 복조기에 커플링된 제1 출력 포트를 갖는 제2 방향성 커플러;
    상기 제2 방향성 커플러의 상기 제2 입력 포트에 커플링된 입력 포트, 종단부에 커플링된 제1 출력 포트, 및 제2 출력 포트를 갖는 제1 단극 쌍투형(single pole, double throw, SPDT) 스위치;
    종단부에 커플링된 입력 포트, 제1 출력 포트 및 상기 제1 SPDT 스위치의 상기 제2 출력 포트에 접속된 제2 출력 포트를 갖는 제2 SPDT 스위치;
    상기 제2 안테나에 접속된 제1 입력 포트, 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트를 갖는 제3 방향성 커플러;
    상기 제3 방향성 커플러의 상기 제1 출력 포트에 커플링된 제1 입력 포트, 제2 입력 포트, 및 상기 제2 복조기에 커플링된 제1 출력 포트를 갖는 제4 방향성 커플러;
    상기 제4 방향성 커플러의 상기 제2 입력 포트에 커플링된 입력 포트, 종단부에 커플링된 제1 출력 포트, 및 제2 출력 포트를 갖는 제3 SPDT 스위치; 및
    종단부에 커플링된 입력 포트, 제1 출력 포트 및 상기 제3 SPDT 스위치의 상기 제2 출력 포트에 접속된 제2 출력 포트를 갖는 제4 SPDT 스위치를 포함하고,
    여기서,
    상기 제1 SPDT 스위치의 상기 제2 출력 포트는 상기 제3 방향성 커플러의 상기 제2 출력 포트에 커플링되고;
    상기 제3 SPDT 스위치의 상기 제2 출력 포트는 상기 제1 방향성 커플러의 상기 제2 출력 포트에 커플링되는, 안테나 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 교정 회로의 입력 포트에 커플링된 출력 포트를 갖고, 복수의 입력 포트들을 갖는 단극 다투형(single pole multi-throw, SPMT) 스위치를 추가로 포함하고,
    상기 제1 방향성 커플러 내지 제4 방향성 커플러의 각각은 3dB 하이브리드 커플러이고;
    상기 제3 방향성 커플러의 제2 출력 포트는 상기 SPMT 스위치의 제1 입력 포트에 커플링되고, 상기 제4 방향성 커플러의 제2 출력 포트는 상기 SPMT 스위치의 제2 입력 포트에 커플링되고;
    상기 제어기는 상기 SPMT 스위치를 제어하여, 그의 상기 제1 입력 포트와 상기 출력 포트 사이의 제1 스위칭 경로를 폐쇄하여 상기 제1 안테나를 교정하고, 그의 상기 제1 입력 포트와 상기 출력 포트 사이의 제2 스위칭 경로를 폐쇄하여 상기 제2 안테나를 교정하는, 안테나 시스템.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 교차 커플링된 스위치에 의해 출력되는 상기 신호들은 상기 제1 통신 시스템 또는 상기 제2 통신 시스템으로 상기 안테나 시스템에 의해 송신되는 신호들이고;
    상기 안테나 시스템은 상기 교차 커플링된 스위치에 각각 커플링된 제1 변조기 및 제2 변조기를 추가로 포함하고;
    상기 핸드오버 기간의 상기 제1 부분 동안, 상기 제1 변조기만이 변조된 신호들을 상기 교차 커플링된 스위치로 송신하고, 상기 교차 커플링된 스위치는 상기 변조된 신호들을 그의 출력 포트들로 라우팅하여 상기 출력된 신호들을 제공하고;
    상기 핸드오버 기간의 상기 제2 부분 동안, 상기 제1 변조기 및 상기 제2 변조기 둘 모두는 변조된 신호들을 상기 교차 커플링된 스위치로 송신하고, 상기 교차 커플링된 스위치는 상기 변조된 신호들을 그의 출력 포트들로 라우팅하여 상기 출력된 신호들을 제공하는, 안테나 시스템.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 안테나 시스템은 단극 다투형(SPMT) 스위치 및 상기 SPMT 스위치의 제1 출력 포트에 커플링된 방사 요소를 추가로 포함하고;
    상기 교정 회로는 상기 SPMT 스위치의 입력 포트에 커플링되고 무선 주파수(radio frequency, RF) 출력 신호를 제공하는 출력 포트를 포함하고;
    상기 안테나 시스템은 상기 제1 안테나 또는 제2 안테나에 접속된 수신 경로에 커플링된 입력 포트, 상기 SPMT 스위치의 제2 출력 포트에 접속된 커플링된 포트, 및 상기 교정 회로의 입력 포트에 커플링된 송신된 포트를 갖는 커플러를 추가로 포함하고, 상기 RF 출력 신호에 대응하는 리턴 신호가 상기 송신된 포트로부터 상기 교정 회로의 상기 입력 포트에 제공되는, 안테나 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 교정 회로는 상기 리턴 신호를 수신하는 입력 포트, 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트를 갖는 전력 분배기, 상기 제1 출력 포트에 커플링된 피크 검출기, 상기 제2 출력 포트에 커플링된 다운컨버터, 상기 다운컨버터에 커플링된 위상 검출기, 상기 피크 검출기의 출력에 커플링된 제1 아날로그-디지털 컨버터(analog to digital converter, ADC), 및 상기 위상 검출기의 출력에 커플링된 제2 ADC를 포함하는, 안테나 시스템.
  22. 제20항에 있어서, 상기 교정 회로는 상기 리턴 신호를 수신하는 하이브리드 커플러, 상기 하이브리드 커플러에 커플링된 동위상/직교 위상(in-phase/quadrature phase, I/Q) 복조기, 상기 I/Q 복조기의 I 출력 포트에 커플링된 제1 아날로그-디지털 컨버터(ADC), 상기 I/Q 복조기의 Q 출력 포트에 커플링된 제2 ADC, 국부 발진기(local oscillator, LO), 및 상기 LO에 의해 출력되는 LO 신호의 제1 부분을 상기 I/Q 복조기에 커플링하고 상기 LO 신호의 제2 부분을 커플링하여 상기 RF 출력 신호를 제공하는 커플러를 포함하는, 안테나 시스템.
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