KR20230136560A

KR20230136560A - 단일 패널 전이중 위성 사용자 단말을 위한 안테나 격자

Info

Publication number: KR20230136560A
Application number: KR1020230034627A
Authority: KR
Inventors: 아민 레다; 시아막 에바디; 에릭 데이빗 크비아트코프스키; 엘라헤사닷 토라비; 스테판 윌리엄 투르코프스키; 안드레아 파브스트; 안드레스 펠리페 오소리오
Original assignee: 유티베이트 코퍼레이션
Priority date: 2022-03-18
Filing date: 2023-03-16
Publication date: 2023-09-26
Also published as: JP2023138483A; CA3192549A1; US20230353334A1; CN116780212A; EP4246723A1; US11515993B1; TW202339455A

Abstract

전이중 사용자 단말 패널(UTP)은 복수의 Tx 안테나 요소들을 갖는 하나 이상의 사용자 단말 모듈(UTM)을 포함한다. 각각의 Tx 안테나 요소들은 dTx 거리만큼 서로 이격된다. 전이중 UTP는 복수의 Rx 안테나 요소들을 더 포함한다. Rx 안테나 요소들의 각각은 거리 dRx만큼 서로 이격된다. 또한, Tx 안테나 요소들은 Tx 격자 dTx에 따라 이격될 수 있으며, 이에 따라 상기 Tx 격자 dTx 간격 배열이 Tx 주파수 범위의 양각면에서 그레이팅 로브(grating lobe)가 없는 주사를 제공한다. Rx 안테나 요소는 Rx 격자 dRx에 따라 이격되며, 이에 따라 Rx 격자 dRx 간격 배열은 Rx 주파수 범위에서 양각면에 그레이팅 로브가 없는 주사를 제공한다.

Description

단일 패널 전이중 위성 사용자 단말을 위한 안테나 격자{ANTENNA LATTICE FOR SINGLE-PANEL FULL-DUPLEX SATELLITE USER TERMINALS}

본 발명의 양태들은 전이중 빔 주사 안테나 시스템의 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나 요소들의 격자 구성에 관한 것이다.

무선 혁명은 제한된 무선 주파수에 대한 수요를 계속 증가시키는 결과를 가져왔다. 이중 개구 전이중 또는 반이중 패널과 비교하여, 송수신을 위한 단일 패널로부터 전이중 위성 통신을 가능하게 하면, 제한된 무선 스펙트럼의 사용을 개선하고 동일한 안테나 풋프린트를 유지하면서 위성 통신 처리량을 증가시킬 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단일 패널 전이중이라는 용어는, 단일 개구로부터 동시에 데이터를 송수신하는 것을 기술한다. 즉, 전이중 단일 패널 안테나 시스템은, 동일한 물리적 개구로부터 동시에 양방향 데이터 전송이 가능하다. 이중 패널 전이중 안테나 시스템은 두 개의 별도 개구들, Tx 개구 및 Rx 개구에서 동시에 양방향 데이터를 전송할 수 있다. 반이중 장치는 한 번에 한 방향으로만 전송할 수 있으며, 이때 데이터는 두 방향으로 전달할 수 있지만, 동시에 전송할 수는 없다. 또한, 고도 각도 범위에 대한 빔 주사는, 안테나 요소 격자(그리드)의 Tx 및 Rx 부분에 대한 상이한 기하학적 필요 사항을 도입한다. Tx 및 Rx 주파수 범위에서 방사하는 성능 요구 사항을 충족하고 Tx 및 Rx 주파수 모두에서 주사를 허용하면, 안정적인 전이중 통신 동작이 가능하다.

수신 모드에 있을 때, 단일 패널 전이중 안테나 시스템의 G/T는 가장 중요한 장점 중 하나이다. G는 안테나 시스템의 이득이고 T는 시스템 노이즈 온도이다. G/T가 높을수록 시스템의 민감도가 높다.

전송 모드에 있을 때, 단일 패널 전이중 안테나 시스템의 유효 등방성 복사 파워(EIRP)는 가장 중요한 장점 중 하나이다. EIRP는 동일한 복사 강도를 제공하기 위해 (이론적) 등방성 안테나에 의해 복사되어야 하는 파워의 양에 해당하는 와트(또는 dBW, dBm 등) 단위의 총 출력이다. EIRP는 안테나의 메인 빔 방향으로 지정 및 측정되며 특정 무선 주파수 집적회로(RFIC) 전도 출력 파워가 주어지면 필요한 안테나 요소의 수를 결정하는 데 도움이 된다.

소정 방향의 안테나 시스템의 분극은 안테나 시스템에 의해 전송되거나 방사되는 파동의 분극으로 정의된다. 복사파의 분극은 전자기파의 특성으로 정의되며 이는, 전계 벡터의 시변 방향 및 상대적 크기; 특히 공간의 고정된 위치에서 필드 벡터의 끝점에 의해 시간의 함수로서 추적되는 기능, 및 전파 방향을 따라 관찰되는 바와 같이, 추적되는 감각을 기술한다. 사용되는 공통 분극은 원형 분극(CP) 및 선형 분극(LP)이다. CP의 예로는 우측 CP(RHCP) 및 좌측 CP(LHCP)가 있으며; RHCP 와 LHCP는 직교 분극들이다. LP의 예로는 수직 LP와 수평 LP가 있고, 여기서 수직 LP와 수평 LP는 직교 분극들이다. 수신 안테나가 송신 안테나로부터 입사된 전체 방사선을 캡처할 수 있으려면, 방사선과 수신 안테나의 분극이 동일해야 하다.

분극 제어는 안테나 요소의 2개 이상의 안테나 포트들를 통해 안테나 요소에 연결된 2개 이상의 RFIC 채널의 RF 신호(진폭 및 위상)의 제어를 통해 안테나 시스템의 분극을 변경하는 기능이다. 분극 제어의 다른 수단은 RF 스위치의 사용을 포함할 수 있다.

고정 LP 및 CP는 단일 RFIC 채널에 연결된 단일 안테나 포트를 사용하여 구현될 수 있다. 다른 고정 CP는 90도 하이브리드(또는 직교 하이브리드), 링 하이브리드, 윌킨슨 파워 디바이더 또는 T-접합 파워 디바이더와 같은 마이크로파 회로를 통해 두 개의 안테나 포트들을 단일 RFIC 채널에 연결함으로써 구현될 수 있다.

안테나 빔 주사는, 안테나의 메인 빔이 45도의 앙각과 같이 바람직한 방향을 가리키도록 조정할 수 있는 경우이다. RFIC를 통해 개별 안테나 요소 레벨에서 위상을 제어함으로써, Tx 안테나의 빔 및/또는 전이중 단일 패널의 Rx 안테나와 같은 위상 배열 안테나의 빔을 조향할 수 있다. 일반적인 응용예에서는 표고 평면에서 주사 범위가 필요하다. 예를 들어, 양각이 90도(바로 위에 있거나 하늘을 가리킴)에서 양각이 40도를 가리키도록 시작하는 50도이다. 또한, 상기 주사 범위는 0도 내지 360도의 전체 방위각 범위를 포함하는 것으로 가정한다.

어떤 실시예들에서, 전이중 사용자 단말 패널(UTP)은 하나 이상의 사용자 단말 모듈(UTM)을 포함한다. UTM들의 각각은 둘 이상의 단위 셀들을 포함할 수 있다. 각각의 단위 셀은, 복수의 Tx 안테나 요소 포트를 갖는 송신(Tx) 안테나 요소, 및 복수의 Rx 안테나 요소 포트를 갖는 수신(Rx) 안테나 요소를 포함할 수 있다. 제1 단위 셀의 제1 Tx 안테나 요소의 중심은, 제2 단위 셀의 제1 Tx 안테나 요소의 중심까지의 거리(x)를 갖는다. 각각의 Tx 안테나 요소는 제1 주파수 범위를 통해 전송되고, 각각의 Rx 안테나 요소는 제2 주파수 범위를 통해 수신된다. 제1 주파수 범위는 제2 주파수 범위와 상이하다. 상기 제1 단위 셀의 제1 Rx 안테나 요소의 중심은 상기 제2 단위 셀의 제1 Rx 안테나 요소의 중심과 동일한 거리(예를 들어 등거리)를 갖는다. 거리 x는 제2 주파수 범위에서 양각면에서 그레이팅 로브가 없는 주사가 달성되는 값이다. 각각의 UTM은 또한 무선 주파수(RF) 신호를 전송하도록 구성된 적어도 하나의 Tx 무선 주파수 집적 회로(RFIC)를 포함할 수 있다. Tx RFIC는 복수의 Tx 안테나 요소 포트들 중 하나에 개별적으로 연결된 하나 이상의 Tx 채널을 포함한다. 각각의 UTM은 또한 RF 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 Rx RFIC를 포함할 수 있다. Rx RFIC는 복수의 Rx 안테나 요소 포트들 중 하나에 개별적으로 연결된 하나 이상의 Rx 채널을 포함한다.

어떤 실시예들에서, 전이중 사용자 단말 패널(UTP)은 각각의 UTM이 복수의 Tx 안테나 요소들을 갖는 하나 이상의 사용자 단말 모듈(UTM)을 포함한다. 각각의 Tx 안테나 요소들은 dTx 거리만큼 서로 이격된다. 전이중 UTP는 복수의 Rx 안테나 요소를 더 포함한다. Rx 안테나 요소들의 각각은 거리 dRx만큼 서로 이격된다. 거리 dRx는 거리 dTx보다 크다. 더욱이, Tx 안테나 요소들은 Tx 격자 dTx에 따라 이격되어, Tx 격자 dTx 간격 배열은 Tx 주파수 범위에서 양각면에서 그레이팅 로브가 없는 주사를 제공한다. Rx 안테나 요소는 Rx 격자 dRx에 따라 이격되며, Rx 격자 dRx 간격 배열은 Rx 주파수 범위에서 양각면에서 그레이팅 로브가 없는 주사를 제공한다. 전이중 UTP는 하나 이상의 Tx 무선 주파수 집적회로(RFIC) 및 하나 이상의 Rx RFIC 신호를 각각 송신하고 RF 신호를 수신하도록 구성된 하나 이상의 Rx RFIC를 더 포함한다. Tx RFIC는 하나 이상의 Tx 채널을 포함하고, Rx RFIC는 하나 이상의 Rx 채널을 포함하며, 이에 따라, Tx 채널 각각이 복수의 Tx 안테나 요소 포트들 중 하나에 개별적으로 연결되고, Rx 채널 각각은 복수의 Rx 안테나 요소 포트들 중 하나에 개별적으로 연결되도록 된다.

어떤 실시예들에서, 전이중 사용자 단말 패널(UTP)은 하나 이상의 UTM들을 포함한다. 각각의 UTM들은 4개의 하위 UTM들로 구성된다. 각각의 하위 UTM들은 dTx에 의해 서로 이격된 복수의 Tx 안테나 요소들을 갖는다. 각각의 하위 UTM은 거리 dRx가 거리 dTx보다 큰 거리 dRx만큼 서로 이격된 복수의 Rx 안테나 요소들을 갖는다. Tx 안테나 요소는 Tx 격자 dTx에 따라 이격되고, Rx 안테나 요소는 Rx 격자 dRx에 따라 이격된다. Tx 격자 dTx 간격 배열은 Tx 주파수의 양각면에서 그레이팅 로브가 없는 주사를 제공한다. Rx 격자 dRx 간격 배열은, Rx 주파수의 양각면에서 그레이팅 로브가 없는 주사를 제공한다. 각각의 UTM은 무선 주파수(RF) 신호를 전송하도록 구성된 적어도 하나의 Tx 무선 주파수 집적 회로(RFIC)를 포함할 수 있다. Tx RFIC는 복수의 Tx 안테나 요소 포트들 중 하나에 개별적으로 연결된 하나 이상의 Tx 채널을 포함한다. 각각의 UTM은 RF 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 Rx RFIC를 포함할 수 있다. Rx RFIC는 복수의 Rx 안테나 요소 포트들 중 하나에 개별적으로 연결된 하나 이상의 Rx 채널을 포함할 수 있다. 하위 UTM은 각 하위 UTM이 시계 방향으로 서로 90도 회전하도록 사분면으로 구성된다.

본 명세서에 설명된 하나 이상의 실시예들은, 다른 이점들 중에서, 단일 패널 전이중 안테나 시스템들, 및 빔 주사를 포함하며, 이에 따라 안테나 시스템의 Rx 및 Tx의 동시 동작을 가능하게 하는 격자 구성을 제공함으로써, 당업계에서 전술한 하나 이상의 문제점들을 해결한다.

일 실시예에서, 단일 패널 안테나 시스템은 Tx 및 Rx 안테나 격자 모두에 대해 구성된 가장 작은 반복 구조인 순차 회전(SQR) 하위 UTM들로 구성된 복수의 UTM들을 포함한다. SQR 구성은 단일 패널 전이중 안테나 시스템의 축방향 비(Axial Ratio; AR)로 지칭되는 중요한 핵심 성능 메트릭을 달성하기 위해 중요하다. 양호한 AR은 안테나 시스템이 분극 순도를 유지하도록 보장하므로, 최대 허용 데이터 속도로 통신을 달성할 수 있다.

예시적인 단일 패널 전이중 안테나 시스템은 또한, 무선 주파수 집적 회로(RFIC)로부터 안테나로의 RF 라우팅, RFIC를 위한 디지털 라우팅 및 UTM 상의 RFIC를 위한 파워 라우팅을 포함하는 다층 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함한다.

어떤 실시예들에서, 전이중 단일 패널 안테나 시스템은 복수의 전이중 안테나 요소들을 이용한다. 전이중 안테나 요소는 Tx 안테나 요소 및 Rx 안테나 요소를 포함한다. 다른 실시예들에서, 전이중 안테나 요소는, Tx 주파수 대역 및 Rx 주파수 대역을 커버하는 광대역 안테나 요소, 둘 이상의 안테나 포트들을 포함하며, 둘 이상의 안테나 포트들 중 적어도 하나는 Tx 주파수 동작에 사용되고, 둘 이상의 안테나 포트들 중 적어도 하나는 Rx 주파수 동작을 위해 사용된다.

어떤 실시예들에서, 전이중 단일 패널 사용자 단말은 플랫 패널 안테나(FPA)로 지칭된다.

위에서 언급한 것과 다른 장점들 및 특징들이 획득될 수 있는 방법을 설명하기 위하여, 보다 구체적인 설명이 제시되며, 첨부된 도면들에 기술된 그것들의 구체적인 예들을 참조하여 제공될 것이다. 이들 도면들은 전형적인 예들만을 나타낸 것이고, 그에 따라 그 범위의 제한으로 간주되지 않는다는 것을 이해하고, 구현예들은 첨부된 도면들의 사용을 통해 추가적인 구체성과 상세성을 가지고 설명될 것이다.
도 1은, 어떤 실시예에 따른 전이중 단일 패널 사용자 단말과 위성 간의 전이중 통신의 일반적인 개요를 도시한다.
도 2는, 어떤 실시예에 따른 전이중 통신에 사용되는 전이중 단일 패널 사용자 단말을 나타내는 블록도를 도시한다.
도 3a는, 어떤 실시예에 따른 입력 및 출력을 갖는 LNA(Low Noise Amplifier) 300a를 도시한다.
도 3b는, 어떤 실시예들에 따른 LNA의 출력과 LNA의 입력 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 어떤 실시예에 따른, RF 파워 대 주파수를 도시한다.
도 5는, 어떤 실시예에 따른, RF 파워 및 노이즈 플로어 대 주파수를 도시하는 그래프이다..
도 6a-6c는, 어떤 실시예들에 따른 전이중 통신에 사용되는 단일 패널 전이중 사용자 단말을 나타내는 블록도들을 도시한다.
도 7a 및 도 7b는, 어떤 실시예에 따른 전이중 이중 개구 안테나 패널과 전이중 단일 개구 안테나 패널을 대조한다.
도 8은, 어떤 실시예들에 따른, 위성 위치에 대해 UTP에 의해 투영되는 영역을 도시한다.
도 9는, 어떤 실시예에 따른, 그레이팅 로브가 없는 영역을 갖기 위한 안테나 간격 요건을 도시한 그래프이다.
도 10)은, 어떤 실시예에 따른, 그레이팅 로브가 전이중 안테나 시스템 주사 성능에 미치는 영향을 나타내는 예시적 그래프를 도시한다.
도 11a는, 어떤 실시예들에 따른, 전이중 안테나 시스템들에 의해 사용되는 안테나 격자들의 여러 구성들의 상면도들을 도시한다.
도 11b는, 어떤 실시예들에 따른, 전이중 안테나 시스템들에 의해 사용되는 안테나 격자들의 여러 구성들의 단면도들을 도시한다.
도 12는, 어떤 실시예에 따른, 송신(Tx) 무선 주파수 집적회로(RFIC), 수신(Rx) RFIC 및 전이중 안테나 요소의 블록도를 도시한다.
도 13은, 어떤 실시예에 따른, 전이중 안테나 요소의 S-parameters 대 주파수를 나타내는 그래프이다.
도 14는, 어떤 실시예에 따른, 전이중 안테나 요소의 실현 이득 대 주파수를 나타내는 그래프이다.
도 15는, 어떤 실시예에 따른, 필터를 이용한 전이중 안테나 요소의 S-parameters 대 주파수를 도시한 그래프이다.
도 16은, 어떤 실시예에 따른, Tx 주파수에서의 주사에 최적화된 전이중 안테나 요소의 예시적인 격자 구성을 도시한다.
도 17은, 어떤 실시예에 따른, Rx 주파수에서의 주사에 최적화된 전이중 안테나 요소의 예시적인 격자 구성을 도시한다.
도 18은, 어떤 실시예에 따른, Rx 주파수에서의 주사에 최적화된 전이중 안테나 요소의 예시적인 격자 구성을 도시한다.
도 19a는, 어떤 실시예들에 따른, 킵아웃 영역을 나타내는 전이중 안테나 요소를 도시한다.
도 19b는, 어떤 실시예에 따른 전이중 안테나 요소의 PCB 높이를 도시한다.
도 20)은, 어떤 실시예에 따른, 킵아웃 영역 및 포트 직교성의 효과를 나타내는 그래프이다.
도 21은, 어떤 실시예에 따른 전이중 안테나 요소의 전계 강도를 도시한다.
도 22는, 어떤 실시예에 따른 전이중 안테나 요소의 S-parameters를 도시한 그래프이다.
도 23a는, 어떤 실시예에 따른 반복 안테나 구조 및 인접한 반복 안테나 구조를 도시한다.
도 23b는, 어떤 실시예에 따른 전이중 안테나 요소의 S-parameters를 도시한 그래프이다.
도 24는, 어떤 실시예에 따른 전이중 안테나 요소의 주사 성능을 도시한 그래프이다.
도 25a는, 어떤 실시예에 따른 UTM(Sub User Terminal Module)의 상면도를 도시한다.
도 25b는, 어떤 실시예에 따른 하위 UTM의 단면도를 도시한다.
도 26은, 어떤 실시예들에 따른 안테나 어레이에서 순차 회전(SQR) 포트들의 사용을 도시한다.
도 27은, 어떤 실시예들에 따른 안테나 어레이에서 직교 포트들 및 SQR의 사용을 도시한다.
도 28a는, 어떤 실시예들에 따른 종래의 포트 배치를 갖는 하위 UTM을 도시한다.
도 28b는, 어떤 실시예들에 따른 SQR 포트 배치를 갖는 하위 UTM을 도시한다.
도 29는, 어떤 실시예들에 따른 하위 UTM에서 직교 포트들의 사용을 도시한다.
도 30)은, 어떤 실시예들에 따른, SQR 대 종래의 포트 배치로 구성되었을 때의 예시적인 2x2 어레이의 방향성을 나타내는 그래프이다.
도 31은, 어떤 실시예들에 따른, SQR 대 종래의 포트 배치로 구성되었을 때의 예시적인 2x2 어레이의 축방향 비를 나타내는 그래프이다.
도 32는 어떤 실시예들에 따라, 종래의 포트 배열 대비 SQR로 구성되었을 때 예시적인 1x4 배열의 방향성을 나타내는 그래프이다.
도 33은, 어떤 실시예들에 따른, 산란체들이 존재하는 안테나 요소를 도시한다.
도 34는, 어떤 실시예들에 따른, 산란체가 존재하는 상태에서 안테나 요소를 설계하는 방법을 도시한다.
도 35는, 어떤 실시예에 따른, 전이중 안테나 요소의 방사 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 36은, 어떤 실시예에 따른 사용자 단말 모듈을 도시한다.
도 37은, 어떤 실시예에 따른, 전이중 단일 패널 사용자 단말 패널(UTP)의 예시적인 안테나 격자 구성을 도시한다.
도 38은, 어떤 실시예에 따른, 전이중 단일 패널 사용자 단말 패널(UTP)의 안적 안테나 격자 구성의 상면도를 도시한다.
도 39는, 어떤 실시예에 따른, 전이중 단일 패널 사용자 단말 패널(UTP)의 대안적 안테나 격자 구성의 사시도를 도시한다.
도 40는, 어떤 실시예에 따른, 감소된 Tx 안테나 요소를 이용한 전이중 단일 패널 사용자 단말 패널(UTP)의 예시적인 안테나 격자 구성을 도시한다.
도 41은, 어떤 실시예에 따른, 감소된 Tx 안테나 요소를 이용한 전이중 단일 패널 사용자 단말 패널(UTP)의 다른 안테나 격자 구성을 도시한다.
도 42는, 어떤 실시예들에 따른, Tx/Rx UTMs 및 Tx Only UTM들을 갖는 UTP를 도시한다.
도 43은, 어떤 실시예들에 따른, Tx/Rx UTMs 및 Rx Only UTM들을 갖는 UTP를 도시한다.
도 44는, 어떤 실시예들에 따른, 향상된 링크 성능을 위한 다중 UTP를 도시한다.
도 45는, 어떤 실시예들에 따른, 개선된 G/T 성능을 위한 다중 UTP를 도시한다.
도 46은, 어떤 실시예들에 따른, 비행기 동체에 복수의 UTP를 사용하는 것을 도시한다.
도 47은, 어떤 실시예들에 따라 다수의 UTM들로 형성된 전이중 단일 패널 사용자 단말기의 예시적인 모듈형 구조를 나타내는 블록도를 도시한다.
도 48은, 어떤 구현예들에 따라 데이지 체인에 연결된 4개의 Rx RFIC 및 제어 회로와 함께 데이지 체인에 연결된 9개의 Tx RFIC를 갖는 예시적인 UTM을 나타내는 블록도를 도시한다.
도 49는, 예시적인 제어 회로와 데이지 체인으로 연결된 4개의 UTM을 나타내는 블록도를 도시한다.
도면들은 반드시 스케일에 맞게 그려지지는 않았다. 마찬가지로, 본 발명의 어떤 실시예들에 대한 논의를 목적으로, 일부 구성요소들 및/또는 동작들은 상이한 블록들로 격리되거나 단일 블록들로 결합될 수 있다. 또한, 본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태에 적응할 수 있지만, 구체적인 실시예들은 도면에서 예시적 방법으로 도시되었으며, 이하에서 상세히 설명한다. 그러나, 그 의도는 발명을 설명된 특정 실시예들로 제한하는 것이 아니다. 반대로, 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 기술의 범위에 속하는 모든 변형, 등가물 및 대안들을 포함한다.

사례들을 이하에 상세히 기술한다. 구체적인 구현이 언급되지만, 이는 예시 목적으로만 수행된다는 것을 이해해야 한다. 본 발명의 요지의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 다른 구성요소들 및 구성들이 사용될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 구현예들은 시스템들, 프로세스들, 장치들, 기계 구현 방법들, 컴퓨팅 디바이스들 또는 컴퓨터 판독가능 매체들을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 사용자 단말기는 안테나 시스템 또는 UTP로도 지칭될 수 있고, 단일 패널 전이중 사용자 단말기는 단일 패널 전이중 안테나 시스템으로도 지칭될 수 있다. 또한, 단일 패널 전이중 사용자 단말기는 단일 개구 전이중 사용자 단말기, 단일 개구 전이중 안테나 시스템 또는 단일 개구 전이중 패널로 지칭될 수 있다.

전이중 위성 통신 시나리오에서, Tx 신호의 파워 중 적어도 일부는 회로의 수신 부분에 결합될 수 있다. 전송된 신호들은 일반적으로 상당히 높은 파워 레벨로 전송된다. 그러나, 수신된 신호는 일반적으로 전송된 신호의 파워 레벨보다 훨씬 낮은 파워 레벨에서 수신된다. Rx 신호 체인으로의 결합된 Tx 신호 출력은, Rx 신호의 LNA의 노이즈 플로어보다 클 수 있으므로, Rx 신호가 안정적으로 수신되는 것을 방해한다. 또한, Rx 신호 체인으로 연결된 Tx 신호 출력은 LNA의 선형(소신호라고도 함) 영역에 영향을 미칠 수 있다. Tx/Rx 커플링을 줄이거나 Tx/Rx 격리를 개선하면 전이중 동작 중에 수신된 신호의 무결성을 향상시킬 수 있다. 본 명세서에 설명된 하나 이상의 실시예들은 다른 이점들 중에서, Tx 신호 경로로부터 Rx 신호 경로로의 결합을 감소시키고, 이에 따라, 전이중 통신을 가능하게 하며, 특정 시나리오에서 전이중 통신을 향상시키기 위한 전이중 안테나 시스템들 및 격리 방법들을 제공함으로써, 당업계에서 전술한 하나 이상의 문제들을 해결한다.

일 실시예에서, 전이중 안테나 시스템은, 콘트롤러 회로, 각각 분배 네트워크를 포함하는 하나 이상의 요소들을 포함하는 송신 신호 경로, 하나 이상의 전력 증폭기(PA)를 포함하는 Tx RFIC, 하나 이상의 필터들, 위성에 송신 신호를 보내기 위해 Tx 주파수 대역에서 동작하는 Tx 안테나 요소의 하나 이상의 Tx 안테나 요소 포트들을 포함한다. 예시적인 전이중 안테나 시스템은, 상기 하나 이상의 요소들에 있어서의 Rx 신호 경로, 분배 네트워크를 포함하는 Rx 신호 경로, 위성으로부터의 착신 신호를 수신하기 위해 Rx 주파수 대역에서 동작하는 Rx 안테나 요소의 Rx 안테나 요소 포트에 의해 구동되는 하나 이상의 LNA를 포함하는 Rx RFIC를 더 포함한다. Rx 주파수 대역은 Tx 주파수 대역으로부터 주파수 가드 대역에 의해 격리되며, 필터는 Tx 신호 경로와 Rx 신호 경로 사이에 기술된 격리 방법과 함께, 위성 안테나가 전이중으로 동작할 수 있도록 Tx 신호 경로와 Rx 신호 경로 사이의 결합을 감소시킬 수 있는 충분한 격리를 제공하다.

어떤 실시예들에서, 위성으로부터의 착신 신호는 착신 아날로그 신호 또는 착신 RF 신호로 지칭되고, 위성으로의 송신 신호는 송신 아날로그 신호 또는 송신 RF 신호로 지칭된다. 다른 실시예들에서, 위성으로부터의 착신 신호는 다운링크 신호로 지칭되고, 위성으로의 송신 신호는 업링크 신호로 지칭된다.

도 1에는 전송 주파수(일명, 업링크) f_Tx(160) 및 수신 주파수(일명, 다운링크) f^Rx(170)을 동시에 사용하여 위성(110)과 통신하는 전이중 단일 패널 사용자 단말 패널(UTP)(100)을 도시한다. 어떤 실시예에 따르면, f_Tx 및 f_Rx는 서로 다른 주파수 대역이다. 예를 들어, 위성 통신 업링크에 사용되는 Ka 대역은 27.5GHz 내지 30GHz의 주파수를 사용하고, 다운링크는 17.7GHz 내지 20.2GHz의 주파수를 사용하여, 3:2의 Tx 주파수 대 Rx 주파수 비율을 사용한다

안테나 빔(120)은, 송신 주파수 안테나 빔 및 수신 주파수 안테나 빔의 도시인 것에 유의한다. 실제로, Tx 안테나 빔과 Rx 안테나 빔은 격리될 수 있다.

위성(110) 위치는 하늘(140)을 향해 바로 위에 있는 90도의 양각(EL)에서, 수평선(150)을 향해 EL = 0도에서, 또는 그 사이의 임의의 위치에서, 전체 패널 단일 패널 사용자 단말(130)의 바로 위에 있을 수 있다. 전이중 PA 단일 패널 사용자 단말은, 특정 양각면 주사 범위(155)를 수행할 수 있다. 위성(110)은 지구 저궤도(LEO) 위성, 지구 정지궤도(GEO) 위성, 지구 중궤도(MEO) 위성일 수 있다.

전이중 단일 패널(UTP)은 집의 지붕과 같은 정지 물체 또는 기차, 버스 또는 비행기와 같은 이동 플랫폼에 있을 수 있다.

도 2는 어떤 실시예에 따른 전이중 통신(200)에 사용하기 위해 전이중 안테나 요소(220)로 이어지는 Tx 및 Rx 신호 체인을 나타내는 블록도이다.

송신/수신 신호 경로: 도시된 바와 같이, 안테나 요소 블록도(200)는, 순차적으로 연결되어 있는, (사용자 장치의 모뎀으로부터 아날로그 입력을 수신하기 위한) Tx 포트(230), Tx 분배 네트워크(232)(Tx 분배 네트워크는 Tx 스플리터로 지칭될 수 있음), PA(234), Tx 필터(236)를 포함하고, 이들은 Tx 안테나 요소 포트(224)를 통해 Tx 안테나 요소(222)에 연결된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, Tx 포트(230)는 안테나 시스템 내로의 송수신기와 같은 사용자 장치로부터의 아날로그 입력이다. 또한, 수신 신호 경로는, 순서대로 연결된, Rx 안테나 요소 포트(228)를 통해 Rx 필터(246)에 연결된 Rx 안테나 요소(226)를 포함하고, 이는 LNA(244)를 구동하고, 이는 RF 분배 네트워크(242)(Rx 분배 네트워크는 Rx 결합기라고도 함)를 구동하고, 이는 송수신기와 같은 사용자 장치에 아날로그 출력으로서 제공하도록 Rx 포트(240)를 구동하며, Tx 필터(236) 및 Rx 필터(246)는 SMT(Surface Mount) 필터 또는 PCB 기반 필터일 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, PA(234)는 하나 이상의 Tx 채널을 갖는 Tx RFIC이고, LNA(244)는 하나 이상의 Rx 채널을 갖는 Rx RFIC이다.

어떤 실시예들에서, Tx 신호 경로 내의 하나 이상의 Tx 분배 네트워크는 또한 기업 네트워크로 지칭된다. 다른 실시예들에서, Rx 신호 경로 내의 하나 이상의 Rx 분배 네트워크들은 기업 네트워크로 지칭될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 안테나 포트는 안테나와 RF 신호 경로 사이의 RF 에너지의 교환을 허용하는 안테나 상의 물리적 인터페이스이다. 예를 들어, Tx 안테나 포트(224)는 PA로부터 Tx 안테나 요소로 에너지가 전달될 수 있도록 하는 물리적 인터페이스이다. 안테나 포트는 안테나 요소의 필수적인 부분이며, RF 전환(도시하지 않음)을 통해 또는 서브미니어처 푸시온 마이크로(SMP-M), 서브미니어처 푸시온 서브 마이크로(SMP-S)와 같은 RF 동축 커넥터(도시하지 않음)를 통해 다른 RF 장치와 연결될 수 있다.

블록도(200)에 도시된 바와 같이, Tx/Rx 격리(250)는 Tx 안테나 포트와 Rx 안테나 포트 사이의 격리 레벨이다. 또한, Tx PA/Rx LNA 격리(255)는 PA(234)와 LNA(244) 사이의 격리이다. 전이중 격리 규격을 도출할 때, Tx/Rx 격리(250) 및 Tx PA/Rx LNA 격리(255)는 모두 상기 전이중 규격을 준수해야 한다.

본 명세서에서 사용되는 전이중 안테나 요소(220)는 적어도 하나의 Tx 안테나 요소(222) 및 하나의 Rx 안테나 요소(226)를 포함한다. 도시되지 않은 다른 실시예들에서, 하나 이상의 Tx 또는 Rx 안테나 요소들이 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 또한 도시되지 않은, 전이중 단일 패널 사용자 단말은, Rx 안테나 요소들보다 더 많은 Tx 안테나 요소들을 포함한다. 추가적인 Tx 안테나 요소를 지원하기 위해 추가적인 Tx 신호 경로가 사용될 수 있다.

도시되지 않은 다른 실시예들에서, 전이중 단일 패널 사용자 단말은 Tx 신호 체인들보다 더 많은 Rx 신호 체인들을 포함한다. 추가 Rx 신호 체인을 지원하기 위해 전이중 안테나 요소 대신 Rx 안테나 요소가 사용된다.

도 3a는 파워 입력(320) 및 파워 출력(330)을 갖는 LNA(310)을 도시한다.

P_1dB 또는 1dB 압축점은 이론적 응답(390)에서 LNA의 이득이 1dB 감소하는 출력 레벨이다. 일단 증폭기가 이 P_1dB에 도달하면 압축이 되고 비선형 거동을 보여 왜곡, 고조파 및 상호 변조 생성물을 생성한다. LNA와 같은 증폭기는 선형 영역에서 압축점 아래에서 동작해야 하다.

도 3b는 LNA(330)의 파워 출력 대 LNA(320)의 파워 입력을 나타낸 그래프이다. 도시된 것은 LNA의 동작을 정의하는 두 개의 영역, 즉 선형 영역(340)과 압축 영역(350)이다. 또한, 그래프는 Tx 블로커(360)가 없는 LNA의 실제 응답과 상이한 Tx 블로커(370)가 있는 LNA의 잠재적 응답을 도시한다. Tx 블로커 파워(210)(도 2)은 LNA(245)(도 2)의 입력에 결합할 수 있는 PA의 출력에서 Tx 대역의 파워량을 나타낸다. 이 경우, Tx 블로커(385)를 갖는 LNA의 P_1dB는 Tx 블로커(380)를 갖지 않는 LNA의 P_1dB값으로부터 감소한다.

Tx 블로커(385)를 갖는 LNA의 P_1dB에 도시된 것과 같이 입력 P_1dB가 낮으면 LNA(340)의 감소된 선형 영역을 의미하며, 이는 LNA가 덜 원하는(낮은) 신호 대 잡음비(SNR)를 출력하도록 할 수 있다. SNR은 RF 신호 대 RF 노이즈의 비이다. SNR이 낮을수록 수신기에서 더 많은 노이즈가 발생한다.

도 4는 주파수(420)에 대한 dBm(410)의 RF 파워를 나타낸 예시적 그래프(400)이다. 설계상, Rx 대역(440)에서 가장 높은 레벨의 RF 신호(430)는 LNA (450)의 노이즈 플로어보다 높은 f_Rx(470)에서 발생한다. 또한 Tx 대역(490)에서 Tx 신호(460)의 최고 레벨은 f_Tx(480)에서 발생한다. Tx PA 스커트 파워(460)는 Tx 대역 외측의 Tx 신호의 부산물이며, Tx PA 스커트 파워가 LNA(450)의 노이즈 플로어보다 높은 경우, Rx 대역 내의 Rx 신호에 영향을 미칠 수 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, Tx PA 스커트 파워는 Tx 스커트로도 지칭될 수 있다.

도 5는 RF 파워(510) 대 주파수(520)를 도시하는 그래프이다. 도시된 바와 같이, Rx-대역(530)에서 Tx PA(550)가 없는 LNA의 노이즈 플로어는 Rx-대역(530)에서 Tx PA(540)가 존재하는 LNA의 노이즈 플로어에 비해 낮은 레벨로 있다. PA(540)가 존재하는 상태에서 LNA의 노이즈 플로어의 노이즈 파워의 증가는, Rx 주파수 (f_c 560) 주위에 중심을 둔 Rx-대역(530)에서 Tx PA(550)가 없는 LNA의 기존 노이즈 플로어에 PA가 부가되는 노이즈 파워로 인한 것이다.

도 6a는 어떤 실시예들에 따른 전이중 통신에 사용되는 단일 패널 전이중 사용자 단말을 나타내는 블록도이다. 블록도(600a)는 블록도(200)(도 2)의 보다 단순화된 버전을 보여준다. 블록도(600a)는 Tx 신호를 블로커 및 Rx 신호 간섭의 소스로 간주한다. 또한, Tx/Rx 격리(250, 도 2)의 일례로서, Tx-대역 격리(615)가 있다.

전이중 모드에서 동작하기 위해서는, Tx-대역 격리(615)가, PA(610)의 출력에서 Tx 대역의 절대값{Tx signal power (P_blocker)} - Rx 대역(P_1dB,_blocker) 385 (도 3b)에서 LNA를 1dB 압축하는 데 기여할 Tx 대역 파워 레벨}보다 커야될 필요가 있다

방정식 1: Tx-대역 격리 > |P_blocker - P_1dB, P_1dB,_blocker|

식 1은 P_blocker > P_1dB,_blocker일 경우 적용되며, 그렇지 않을 경우 Tx-대역 격리가 필요하지 않다.

도 6b는 어떤 실시예들에 따른 전이중 통신에 사용되는 단일 패널 전이중 사용자 단말을 도시한 블록도이다. 블록도(600b)는 블록도(200)(도 2)의 보다 단순화된 버전을 보여준다. 블록도(600b)는 PA(650)의 출력에서 Rx 대역(도 4)의 Tx PA 스커트 파워를 Rx 신호 간섭의 소스로 간주한다. 또한, Rx-대역 격리(655)는 Tx/Rx 격리(250)의 일 예이다(도 2).

전이중 모드에서 동작하기 위해서는, Rx 대역 격리(655)가, PA(650)의 출력에서의 Rx 대역의 {Tx PA 스커트 파워(P_skirt,PA)의 절대값 - Rx 대역(P_{noise floor, LNA})에서의 LNA 노이즈 플로어}보다 커야될 필요가 있다

방정식 2: Rx 대역 격리 > | P_skirt,PA - P_{noise floor, LNA}|

P_skirt,PA > P_{noise floor, LNA}인 경우 식 2를 적용하고, 그렇지 않으면 Rx-대역 격리가 필요하지 않다는 점에 유의한다.

도 6c는, 어떤 실시예들에 따른 전이중 통신에 사용되는 단일 패널 전이중 사용자 단말을 나타내는 블록도를 도시한다. 블록도(600c)는 블록도(200)(도 2)의 보다 단순화된 버전을 보여준다. 블록도(600c)는 PA(670)의 출력에서 Rx 대역의 Tx 노이즈 파워를 Rx 신호 간섭의 소스로 간주한다. 또한, Rx/Rx 격리(250)의 일례로서, Rx-대역 격리(675)가 있다(도 2).

전이중 모드에서 동작하기 위해. Rx 대역 격리(675)는, PA(670)의 출력에서의 Rx 대역에서 절대값 {TxPA 노이즈 파워(P_noise,PA) - Rx 대역에서의 LNA의 노이즈 플로어}보다 크도록 해야할 를 필요가 있다.

방정식 3: Rx 대역 격리 > | P_{noise, PA} - P_{noise fllor, LNA} |

식 2는 P_{noise, PA} > P_{noise fllor, LNA}인 경우에 적용되며, 그렇지 않으면 Rx-대역 격리가 필요하지 않다.

도 7a는 Rx 안테나 패널(720)과 Tx 안테나 패널(730)으로 구성된 전이중 이중 개구 안테나 패널(710)을 도시한다. Rx 안테나 패널의 안테나 대 안테나 격리 d_Rx(740)는 Rx 주파수에서 Rx 안테나 패널의 동작을 위한 간격 요건을 기술한다. Tx 안테나 패널의 안테나 대 안테나 격리 d_Tx(750)는 Tx 주파수에서 Tx 안테나 패널의 동작을 위한 간격 요건을 기술한다. Tx-대역와 Rx-대역에서 동시 동작을 위해 Rx 안테나 패널과 Tx 안테나 패널을 전이중 단일 개구 패널(760)(도 7B)에 결합하는 것은 추가적인 설계 과제를 제시하며 새로운 어레이 솔루션을 필요로 한다. 안테나 요소와 안테나 요소가 반복되는 방식은 더 이상 보존되지 않는다. 또한, Tx 안테나 요소 및 Rx 안테나 요소를 위한 안테나 접지가 공유된다. 예를 들어, Tx 안테나 요소(Rx 안테나 요소 위에 있는 것으로 가정)는 동일한 접지를 공유하면서 Rx 안테나 요소로부터 유전체 층에 의해 격리된다. Tx 안테나 요소(765)와 Rx 안테나 요소 (766) 사이의 결합이 도입된다. 또한, Tx RFIC의 RF 신호를 Tx 안테나 패널로 라우팅하고, 마찬가지로 Rx RFIC의 RF 신호를 Rx 안테나 패널로 라우팅하는 대신, 이제 Tx RFIC의 RF 신호와 Rx RFIC의 RF 신호를 동일한 패널로 라우팅하는 것이 필요하게 되어, RFIC 밀도가 증가한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, RFIC 밀도는 RFIC에서 커버될 PCB 표면적의 백분율이다. 또한, 이는 (하나의 RFIC에 의해 요구되는 면적) × RFIC들의 수 / PCB 표면적)으로 정의된다.

도 8은, UTP(810)에 대해 도시된 위성(820) 및 위성(825)을 도시한다. 어떤 실시예들에서, 위성(820) 및 위성(825)는, LEO 또는 GEO와 같은, 궤도상에 위치하며, UTP(810)는 지구 표면상에 위치한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 브로드사이드는 UTP의 방사선 방향이 주 표면적에 수직일 때이다. 부호 800에서, 위성(820)은 UTP(810)에 대해 브로드사이드(또는 θ₀ = 0도)에 있고 위성(82)은 각도 θ≠0도에 있다. 어떤 실시예에서, 양각(EL) = 90도는 θ₀ = 0도이고, EL = 0도는 θ₀ = 90도와 동등하다.

800에 도시된 바와 같이, 위성을 향해 투영되는 UTP 영역은 위성의 θ₀에 따라 변화한다. 위성을 향해 투영된 A_{UTP projected} 면적은 UTP A_UTP의 면적에 각도 θ₀의 코사인을 곱한 것과 같다. 도시된 바와 같이, 최대 A_{UTP projected}는, 위성이 UTP에 대해 θ₀ = 0도(브로드사이드)에 있을 때이다. 또한, 각도 θ₀에서 기준되는 UTP(G_UTP)의 안테나 이득은 투영된 A_UTP에 비례하며 θ₀ = 0도일 때 최대이다. 어떤 실시예들에서, UTP의 안테나 이득은 UTP 또는 G_UTP의 이득으로 지칭된다.

방정식 4 : A_{UTP projected} = A_UTP cos(θ₀)

도 9는, 파장(또는 자유 공간 람다 λ)의 측면에서 안테나 간격(920)에 대한 안테나의 그레이팅 로브 없는 필요조건(910)을 나타낸 그래프이다. 격자형 로브들은 안테나 방사 패턴에서 메인 로브의 대략적인 크기일 수 있는 2차 메인 로브 또는 매우 강한 측면 로브이다. 그레이팅 로브들은 위상 배열 안테나에서 안테나 요소들 사이의 간격의 결과로 발생한다. 안테나 요소의 최적 간격을 사용하여 그레이팅 로브를 회피하는 것이 목표이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 안테나 대 안테나 간격(또는 안테나 요소의 간격)은 d/λ로 지칭된다. 900으로 도시된 d/λ 필요조건은 주사 성능에 매우 중요하다. 예를 들어, d/λ = 0.7은 로브없는 격자의 기준을 충족하기 위해 θ₀ = 25도까지 내릴 필요가 있다.

도 10)은 UTP의 주사 성능에 대한 안테나 간격(d/λ) = 0.536의 효과를 나타낸 그래프이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 주사 손실을 주사 성능으로 지칭하며, UTP(1020)의 정규화된 실현 이득으로 나타낸다. 그래프(1000)는 60도의 주사 각도(θ₀) 주변에서 그레이팅 로브(1030)의 시작을 보여준다. 그레이팅 로브없는 필요조건(910)(도 9) 외에도 안테나 요소 간 상호작용(상호 결합)과 같이 주사 손실에 영향을 미치는 다른 고려사항이 존재한다는 점에 유의해야 한다. 그래프(1000)는 또한 최대 UTP 이득이 달성되었음을 나타내는 1 1010의 거듭제곱에 대한 코사인의 이상적인 거듭제곱을 나타내며, 이는 최대 UTP 이득이 달성된 것을 나타낸다.

도 11a 및 도 11b는 각각 전이중 단일 패널(UTP)에 대한 4개의 격자 구성의 상면도 및 단면도를 도시하고 있다.

격자 A 1110)은 Rx 주파수보다 높은 Tx 주파수로 구성된 d/λ를 갖는다. Tx 안테나 요소(1112)와 Rx 안테나 요소(1114)의 조합은 반복 안테나 구조(1115)를 생성한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 반복 안테나 구조체 (1115)는 전이중 안테나 요소로도 지칭된다. 격자 A는 Rx 안테나 요소 간격 dRx 1154와 동일한 Tx 안테나 요소 간격 dTx 1152(도 11B)를 사용한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 격자 A 1150)은 Rx 안테나 요소(1156)보다 별도의 평면에서 Tx 안테나 요소(1158)를 사용한다.

격자 B 상면도(1120) 및 단면도(1160)은 B-1 및 B-2의 2개의 구성을 갖는다. B-1 1165(도 11B) 및 B-21167(도 11b)은 Tx 주파수보다 낮은 Rx 주파수에서 구성된 d/λ를 갖는다. B-1은 Rx 안테나 요소 간격 dRx 1164와 동일한 Tx 안테나 요소 간격 dTx 1162를 사용한다. B-2는 Rx 안테나 요소 간격 dRx 1166과 동일한 Tx 안테나 요소 간격 dTx 1168을 사용한다. B-11122에 도시된 바와 같이, Tx 안테나 요소 1123과 Rx 안테나 요소 1124의 조합은 반복 안테나 구조 1125를 생성한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 반복 안테나 구조체(1125)는 전이중 안테나 요소로도 지칭된다. B-21126에 도시된 바와 같이, Tx 안테나 요소(1128)와 Rx 안테나 요소 (1127)의 조합은 반복 안테나 구조(1129)를 생성한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 반복 안테나 구조체(1125)는 전이중 안테나 요소로도 지칭된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 격자 B-1 1165는 Rx 안테나 요소(1163)보다 별도의 평면 상에서 Tx 안테나 요소(1121)을 사용하고, 격자 B-2 1167은 Rx 안테나 요소(1190)와 동일한 평면 상에서 Tx 안테나 요소(1169)를 사용한다.

격자 C 1130)은, Rx 주파수뿐만 아니라 Tx 주파수에 대한 d/λ의 사양을 충족하도록 구성된 격자의 예이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, Tx 주파수는 Rx 주파수보다 높다. 다른 실시예들에서, Rx 주파수는 Tx 주파수보다 높다.

격자 C 단면도(1170)는 Rx 안테나 요소 간격 dRx 1174와 다른 Tx 안테나 요소 간격 dTx 1172를 사용하여 도시한다. 사각형 UTP의 경우, 반복 안테나 구조 (1135)로 되는 격자 C 1170의 측면 치수 D 1176은 MdTx와 NdRx의 두 값 중 최대치이다. 여기서 M은 Tx 안테나 요소들의 수이고 N은 Rx 안테나 요소들의 수이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 반복 안테나 구조체(1135)는 반복 안테나 구조체의 개수를 KxK 방식으로 곱하여 UTP의 스케일링을 가능하게 하는 반복 패턴이며, 상기 K는 정수이다.

방정식 5: D=max (MdTx, NdRx)

본 명세서에 사용된 바와 같이, 격자 C 1170)은 Rx 안테나 요소(1173)보다 별도의 평면에서 Tx 안테나 요소(1171)를 사용한다.

격자 D1140)은 Rx 주파수뿐만 아니라 Tx 주파수에 대한 d/λ 사양을 충족하도록 구성된 격자의 다른 예이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, Tx 주파수는 Rx 주파수보다 높다. 다른 실시예들에서, Rx 주파수는 Tx 주파수보다 높을 수 있다.

격자 D-1 상면도(1142) 및 D-2 상면도(1144) 모두 Rx 안테나 요소 간격 dRx 1184와 상이한 Tx 안테나 요소 간격 dTx 1182를 사용하여 도시한다.

어떤 실시예에서, 사각형 구성에서 반복 안테나 구조(1146)로 될 수 있는 격자 D1142에 대한 측면 치수 D1185는 MdTx 및 NdRx의 두 값들 중 최대치이며; 여기서 M은 Tx 안테나 요소의 수이고, N은 Rx 안테나 요소의 수이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 반복 안테나 구조체(1146)는 반복 안테나 구조체의 개수를 KxK 방식으로 곱하여 UTP의 스케일링을 가능하게 하는 반복 패턴이며, 여기서 K는 정수이다.

다른 실시예들에서, 사각형 구성에서 반복 안테나 구조(1148)로 될 수 있는

격자 D2 1144에 대한 측면 치수 D 1185는 MdTx 및 NdRx의 두 값들 중 최대치이고; 여기서 M은 Tx 안테나 요소의 수이고 N은 Rx 안테나 요소의 수이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 반복 안테나 구조체 11468은 반복 안테나 구조체의 개수를 KxK 방식으로 곱하여 UTP의 스케일링을 가능하게 하는 반복 패턴이며, 여기서 K는 정수이다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 격자 D-1 및 D-2는 모두 Rx 안테나 요소 (1183)보다 별도의 평면에서 Tx 안테나 요소(1181)을 사용한다.

격자 구조의 장점 및 단점

격자	장점	단점
A	● Tx 파장(d/mb)에 대한 격리 값에 따른, Tx 및 Rx 주파수(따라서 최적 주사)에 대한 그레이팅 로브 없음 ● 반복 안테나 구조는 Tx 안테나 요소와 Rx 안테나 요소를 포함하는 1종의 안테나로 구성된다	● 최고 RFIC 밀도 ● RFIC를 구동하는 데 필요한 최대 DC 파워 ● RFIC 밀도가 가장 높기 때문에 비용이 가장 높음 ● 가장 작은 간격 때문에 인접한 두 Rx 안테나 요소들 사이에서 가장 높은 커플링
B-1	● 최소 RFIC 밀도 ● 반복 안테나 구조는 Rx 안테나 요소 위에 배치된 Tx 안테나 요소를 포함하는 단일 유형의 전이중 안테나 요소로 구성된다	● Tx 주파수에 그레이팅 로브가 존재하므로 Tx 주파수에서 주사 손실이 가장 크다
B-2	● 최소 RFIC 밀도 ● 반복 안테나 구조는 Rx 안테나 요소에 대해 대각선으로 배치된 Tx 안테나 요소를 포함하는 단일 유형의 전이중 안테나 요소로 구성되어, 보다 비용 효율적인 PCB 제조가 가능하다	● Tx 주파수에 그레이팅 로브가 존재하므로 Tx 주파수에서 주사 손실이 가장 크다
C	● Tx 주파수와 Rx 주파수 모두에 대한 그레이팅 로브(따라서 최적의 주사) 없음, 각 Tx(d/mx) 및 Rx(d/mx)에 대한 파장에 대한 격리 값에 따라 별도로 선택됨	● 반복 안테나 구조 내에 (예를 들어, Tx 대 Rx 주파수의 비가 3:2인 Ka 대역에 대해) 2가지 형태의 안테나 요소를 필요로 하며, 이는 단일 대역 Tx 안테나 요소 및 이중 대역 Tx/Rx 요소를 의미한다
D1	● Tx 주파수와 Rx 주파수 모두에 대한 그레이팅 로브(따라서, 최적의 주사) 없음, 각 Tx(d/rx) 및 Rx(d/rx)에 대한 파장에 대한 격리 값에 따라 별도로 선택됨	● 반복 안테나 구조 내에서 (예를 들어, Tx 대 Rx 주파수의 비율이 3:2인 Ka 대역에 대해) 3가지 다른 형태의 안테나 요소를 필요로 하며, 이는 단일 대역 Tx 안테나 요소, 단일 대역 Rx 안테나 요소 및 이중 대역 Tx/Rx 요소를 의미한다
D2	● Tx 주파수와 Rx 주파수 모두에 대한 그레이팅 로브 없음(따라서 최적 주사), 각 Tx(d/mx) 및 Rx(d/mx)에 대한 파장에 대한 격리 값에 따라 별도로 선택됨) ● D1에 비해 Tx 안테나 요소를 덜 사용하므로 비용이 절감됨	● 반복 안테나 구조 내에서 (예를 들어, Tx 대 Rx 주파수의 비율이 3:2인 Ka 대역에 대해) 두 가지 형태의 안테나 요소를 필요로 하며, 이는 단일 대역 Tx 안테나 요소 및 단일 대역 Rx 안테나 요소를 의미한다

도 12는, 각각 포트 T1 1231 및 포트 T2 1232를 통해 Tx 안테나 요소(1230)에 연결된 Ch T1 1211 및 Ch T2 1212와 같은 Tx RFIC 1210 채널을 나타내는 블록도(1200)를 도시한다. 또한, 블록도(1200)에는 포트 R1 1233 및 포트 R2 12324를 통해 Rx 안테나 요소(1230)에 연결된 Rx RFIC 1220 채널 Ch R11221, Ch R21222 간의 연결이 각각 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 전이중 안테나 요소(1230)는, Tx 안테나 요소당 2개의 포트와 Rx 안테나 요소당 2개의 포트로 총 4개의 포트를 갖는다. Tx 및 Rx 안테나 요소당 2개의 포트를 통해 완전한 분극 제어가 가능하다. 블록도(1200)에 도시된 바와 같이, Ch T1 1211은 전이중 안테나 요소(1230)의 포트 T11231에 연결되고, Ch T21212는 전이중 안테나 요소(1230)의 포트 T2 1232에 연결되며, Ch R1 1221은 전이중 안테나 요소(1230)의 포트 R1 1233에 연결되고, Ch R2 1222는 전이중 안테나 요소 1230의 포트 R21234에 연결된다. 어떤 실시예들에서, Ch T3 1213, Ch T4 1214, Ch R3 1223 및 Ch R4 1224는 다른 전이중 안테나 요소(미도시)에 연결된다. 다른 실시예들(도시하지 않음)에서, Tx RFIC 1210 및 Rx RFIC 1220)은 1 채널, 2 채널, 8 채널 또는 16 채널을 가질 수 있다.

도 12에는, 각각의 포트에서 반사되는 에너지를 나타내는 셀프 S-parameters S_T1,T1 1260, S_T2,T2 1265, S_R1,R1 1270, S_R2,R2 1275를 도시한다. 예를 들어, S_T1,T1은 포트 T1에서 반사되는 파워의 양을 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 셀프 S-parameters는 리턴 손실로 지칭된다.

또한, 도 12에는, 블록도(1200)에 도시된 네트워크에서 하나의 포트에서 다른 포트로 결합된 에너지를 나타내는 상호 S-parameters S_R2,T1 1240, S_R1,T11243, S_R1,T21245, S_R2,T21247이 도시되어 있다. 예를 들어, S_R1,T1은 포트 T1로부터 포트 R1에 연결되는 파워의 양을 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 상호 S-parameters는 커플링(결합)으로 지칭된다.

도 13은, 어떤 실시예에 따른 리턴 손실 및 결합에 대한 임계값 레벨을 도시한 그래프이다. 그래프 1300)은 데시벨 [dB] 단위로 S-매트릭스의 진폭을 나타내는 수직축(1310)과 일반적으로 GHz 단위로 주파수(1320)를 갖는 수평축을 나타낸다. fRx 1360 및 fTx 1370과 같은 특정 관심 주파수도 도시된다.

어떤 실시예들에서, S_R1,R11342는 전이중 안테나 요소의 Rx 안테나 요소의 리턴 손실의 예이고, S_T1,T11344는 전이중 안테나 요소의 Tx 안테나 요소의 리턴 손실 응답의 예이다. 또한, S_R1,T11346은 전이중 안테나 요소의 Tx 안테나 요소와 Rx 안테나 요소의 결합 응답의 일례이다.

어떤 실시예들에서, 임계 레벨은 Tx 안테나 요소와 Rx 안테나 요소 사이의 결합(1354)뿐만 아니라, Tx 안테나 요소의 리턴 손실(1352)에 대해 정의된다.

도 14는 ,어떤 실시예에 따른 전이중 안테나 요소의 Tx 안테나 요소(1440)의 구현 이득 측정 및 전이중 안테나 요소의 Rx 안테나 요소(1450)의 구현 이득 측정의 예시적인 구현 그래프이다. 또한 1440에는, Tx 안테나 요소(1420)의 시뮬레이션 결과와 Rx 안테나 요소(1430)의 시뮬레이션 결과가 나와 있다. 실현 이득은 안테나에 의해 받아들여지고 방사되는 에너지의 양을 나타내는 중요한 안테나 메트릭이다. 그래프 1400)은 19.5GHz에서 Rx 안테나 요소의 실현 이득이 약 5dB인 반면 Tx 안테나 요소의 실현 이득은 약 -25dB임을 보여준다. Rx 안테나 요소와 Tx 안테나 요소 사이의 실현 이득에서 이와 같은 30dB의 차이는 성공적인 전이중 동작의 핵심이며 Tx 안테나 요소와 Rx 안테나 요소 사이의 격리를 포함한 전이중 안테나 요소의 설계에 기인한다.

도 15는 Tx 필터 236(도 2) 및 Rx 필터 246(도 2)이 있는 전이중 안테나 요소(220)(도 2)의 S-parameters 응답을 도시한 그래프이다. 1500에 나타난 바와 같이, 필터(1532)를 사용하는 S_R1,T1은 필터(1530)를 사용하지 않는 S_R1,T1과 비교할 때 현저한 향상을 보인다. 또한 1550에는, 필터(1510)가 적용된 S_R1,R1과 필터(1530)가 적용되지 않은 S_R1,R1, 필터(1520)가 적용된 S_T1,T1과 필터(1522)가 적용되지 않은 S_T1,T1이 도시된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 상기 Tx 필터는, Tx 주파수 범위 29GHz 내지 31GHz에 대한 대역 통과 필터이고, 상기 Rx 필터는 Rx 주파수 범위 17GHz 내지 20GHz에 대한 대역 통과 필터이다. 이와 같은 필터를 사용하면, 필터 자체가 회로에 추가되는 삽입 손실이 발생하며, 이는 궁극적으로 UTP의 G/T와 UTP의 EIRP를 감소시킨다.

도 16은, Rx 주파수보다 높은 Tx 주파수로 구성된 d/λ를 사용하는 격자 A(도 11a)를 갖는 UTP를 도시한다. 격자 A는 Rx 안테나 요소 간격 dRx 1615와 동일한 Tx 안테나 요소 간격 dTx 1610을 사용한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 전이중 안테나 요소(1620)는 Tx 안테나 요소(1630) 및 Rx 안테나 요소(1640)로 구성된다.

도 17은, Tx 주파수보다 낮은 Rx 주파수로 구성된 d/λ를 사용하는 격자 B-1(도 11a)을 갖는 UTP를 도시한다. 격자 B-1은 Tx 안테나 요소 간격 dTx 1715와 동일한 Rx 안테나 요소 간격 dRx 1710을 사용한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 전이중 안테나 요소(1720)는 Tx 안테나 요소(1730) 및 Rx 안테나 요소(1740)로 구성된다.

도 18은, Tx 주파수보다 낮은 Rx 주파수로 구성된 d/λ를 사용하는 격자 B-2(도 11a)를 갖는 UTP를 도시하고 있다. 격자 B-2는 Tx 안테나 요소 간격 dTx 1815와 동일한 Rx 안테나 요소 간격 dRx 1810을 사용한다. 여기에 사용된 바와 같이, 전이중 안테나 요소(1820)는 Tx 안테나 요소(1830) 및 Rx 안테나 요소(1840)로 구성된다.

도 19a 및 도 19b는 어떤 실시예에 따른 전이중 통신을 수행하기 위한 전이중 안테나 요소를 도시한다. 부호 1900a는 Tx 안테나 요소(1910)의 Tx 안테나 요소 킵아웃 영역(1915) 및 Rx 안테나 요소(1920)의 Rx 안테나 요소 킵아웃 영역(1925)을 포함하는 전이중 안테나 요소(1905)의 상면도를 도시한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 상기 Tx 안테나 요소 킵아웃 영역은 상기 Tx 안테나 요소의 주변부에 배치되는 공간 영역이고, 상기 Rx 안테나 요소 킵아웃 영역은 상기 Rx 안테나 요소의 주변부에 배치되는 공간 영역이다. 본 명세서에 도시된 바와 같이, 부호 1905는 인쇄 회로 기판(PCB)의 x-y 평면(1940)에 놓여 있는 Tx 안테나 요소(1910) 및 Rx 안테나 요소(1920)의 일례이다. 다른 실시예들에서, Tx 안테나 요소와 Rx 안테나 요소는 PCB의 상이한 층들 상에 배치된다. Tx 안테나 킵아웃 영역(1915) 및 Rx 안테나 킵아웃 영역(1925)은 각각 Tx 안테나 요소(1910) 및 Rx 안테나 요소(1920)의 전계 강도에 의존한다. 전계 강도가 강할수록 킵아웃 영역이 커진다. Tx 안테나 킵아웃 영역과 Rx 안테나 킵아웃 영역의 목적은 전이중 안테나 요소(1905) 내에서 Tx/Rx 격리(250)(도 2)을 최대화하기 위한 핵심적인 역할을 한다.

부호 1900b는 어떤 실시예들에 따른, 전체 안테나 요소(1905)의 단면도를 도시한다. 이와 같은 실시예들에서, Tx 안테나 킵아웃 영역 및 Rx 안테나 킵아웃 영역은 x-y 평면(1940)을 넘어 z 평면(1950)으로 연장된다. 이와 같은 실시예들에서, Tx 안테나 요소 및 Rx 안테나 요소는 PCB(1955)의 하나 이상의 층들 상에 배치된다.

도 19a는 또한, Rx 안테나 요소 포트(1927)와 비교했을 때, 비직교 방향으로 배치된 Tx 안테나 요소 포트(1913)를 도시한다. 또한, Rx 안테나 요소 포트(1927)와 비교할 때 직교 방향의 Tx 안테나 요소 포트(1917)도 도시된다.

도 20)은, 어떤 실시예에 따른 전이중 안테나 요소의 포트 방향뿐만 아니라 킵아웃 영역의 효과를 나타내는 그래프이다. 그래프 2000)은 안테나 시스템의 전이중 안테나 요소의 Tx 안테나 요소 포트와 Rx 안테나 요소 포트의 결합 레벨을 예시한 예시적인 그래프이다. 그래프(2000)에 나타난 바와 같이, 킵아웃 영역(2020)을 사용하면, Tx 안테나 요소 포트와 Rx 안테나 요소 포트 간의 결합 레벨이 감소한다. 즉, 2010으로 킵아웃 영역이 사용되지 않은 시나리오와 비교할 때, 상기 포트들 간의 격리는 관심 주파수 범위 2050에서 증가하다.

그래프 2000)은 또한, Tx 안테나 요소와 Rx 안테나 요소 사이의 격리에 대한 안테나 요소 포트 직교성의 영향을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 관심 주파수 범위 2050에서 킵아웃 영역이 있고 직교 포트 방향(2040)을 갖는 S_Tx,Rx는 킵아웃 영역이 있고 직교 포트 방향(2020)이 없는 S_Tx,Rx보다 더 많은 격리를 보여준다.

도 21은 어떤 실시예들에 따르면, 전이중 안테나 요소(2100) 내에 Tx 안테나 요소(2110)가 존재하는 Rx 안테나 요소(2140)의 전계(2130)를 도시한다. 부호 2100에 도시된 바와 같이, Rx 안테나에서 전계 강도의 제한은 Rx 안테나 요소 킵아웃 영역(도시되지 않음) 때문이다. 이렇게 하면, Rx 안테나 요소 포트와 Tx 안테나 요소 포트 간에 큰 격리가 가능하다. 이는 Rx 안테나 요소 포트에서 결합된 Tx 안테나 요소 포트의 약한 전계(Rx 안테나 포트에서 가장 강한 전계를 기준으로 40dB보다 낮음)을 통해 설명된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, Rx 안테나와 Tx 안테나 사이의 결합은 Rx 안테나 포트와 Tx 안테나 포트 사이의 결합과 동일하다.

도 22는, 어떤 실시예에 따른 격자 B-2(도 11a)를 이용한 전이중 안테나 요소의 S-parameters를 도시한 그래프이다. 그래프(2200)에는, Rx 안테나 요소(2210)의 측정된 리턴 손실, Rx 안테나 요소(2215)의 시뮬레이션된 리턴 손실, Tx 안테나 요소(2220)의 측정된 리턴 손실, Tx 안테나 요소(2225)의 시뮬레이션 리턴 손실, Tx 안테나 요소와 Rx 안테나 요소(2230) 사이의 측정된 격리, 및 Tx 안테나 요소와 Rx 안테나 요소 2235 사이의 시뮬레이션된 격리가 도시되어 있다. S-parameters는 Rx 대역(2240) 및 Tx 대역(2250)과 같은 어떤 대역에서의 특정 관심사이다.

도 23a는, 반복 안테나 구조체(2310) 및 인접 반복 안테나 구조체(2315)를 도시하고 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 인접한 반복 안테나 구조는 부호 2310에 접촉하는 임의의 반복 안테나 구조이다.

도 23b는, 어떤 실시예에 따른 단위 셀(2310)의 Tx 안테나 요소 포트와 인접 단위 셀의 인접한 Rx 안테나 요소 사이의 이격을 도시한 그래프이다. 본 명세서에서 사용되는 것과 같이, 반복 전이중 안테나 요소는 또한 단위 셀로 지칭될 수 있다. 그래프(2300b)는 단위 셀(2310)의 Tx 요소와 단위 셀 2315, 2316, 2317, 2318, 2319의 Rx 안테나 요소들 사이의 격리 레벨을 나타낸다. 이와 같은 단위 셀들은, 2310의 Tx 안테나 요소에 대해 그들의 Rx 안테나 요소의 작은 근접성을 d니해 선택되며 이는 더 이격되는 단위 셀들의 Rx 요소들과 Tx 안테나 요소 사이의 격리가 더 좋은 격리를 제공할 것으로 가정된다. 또한, 단위 셀(2310) 그 자체의 Rx 요소와의 Tx 요소의 격리는 그래프 2300b에 도시되어 있다. 주목할 점은 2300b의 그래프가 단위 셀이 무한대로 존재한다고 가정한 것인데, 이는 단위 셀이 수십 개, 수백 개 등과 같이 다수의 단위 셀이 존재하는 경우, 안테나 어레이 분야에서 잘 받아들여지는 관행이다. 도시된 바와 같이, 그래프 2300b는, 단위 셀 2310의 Tx 안테나 요소와 Tx 대역 2330의 인접한 단위 셀의 5개의 Rx 안테나 요소들의 격리 레벨이, 도 22의 Tx 안테나 요소와 Rx 안테나 요소(2235) 사이의 시뮬레이션된 격리와 같이, 동일한 동일한 단위 셀의 Tx 안테나 요소 및 Rx 안테나 요소의 절연 레벨에 비견된다는 것을 나타낸다.

어떤 실시예들에서, 반복 안테나 구조는 전이중 안테나 요소로 지칭된다.

도 24는 반복 전이중 안테나 요소(2300a)(도 23a)에 대한 주사 성능(또는 주사 손실)을 나타내는 그래프이다. 부호 2400)은, 정규화된 실현 이득 2405 대 세타(theta) 2407의 그래프를 도시하며, 이는 최대 이득 값 대 세타로 정규화된 단일 반복 전이중 안테나 요소 이득을 나타낸다. 내는 세타 2407. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 주사 손실은 전이중 안테나 요소의 정규화된 실현 이득이다. 트레이스 2410)은 1의 거듭제곱에 대한 코사인의 거듭제곱을 나타내며; 주사 손실의 이상적인 경우이다. 트레이스 2420)은 Rx 안테나 요소의 주사 손실을 나타낸다. 트레이스 2430)은 Tx 안테나 요소의 주사 손실을 나타낸다. 그래프 2400)은 인접한 모든 반복 전이중 안테나 요소의 효과를 고려한다. 이로 인해, 전이중 단일 패널 사용자 단말기의 주사 손실은 전이중 안테나 요소의 주사 손실과 동일하다.

도 25a는 하위 UTM의 상면도를 나타내며, 도 25b는 어떤 실시예에 따른 하위 UTM의 단면도를 나타낸다. 본 명세서에서 언급된 바와 같이, 하위 UTM은 물리적으로 제조 가능한 가장 작은 PCB 또는 더 큰 UTP를 생성하기 위해 사용되는 가장 작은 빌딩 블록이다. 도시된 바와 같이, 하위 UTM(2510)은 Tx 안테나 요소(2520) 및 이중 대역 Tx/Rx 안테나 요소(2530)의 두 가지 유형의 안테나 요소로 구성된다. 또한, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 독립형 Rx 안테나 요소는 존재하지 않으며, Rx 안테나 요소의 기능성은 이중 대역 Tx/Rx 안테나 요소의 일부이다.

부호 2500b는 앞서 도 11a 및 도 11b에서 설명한 바와 같이, Tx 안테나 요소 대 Tx 안테나 요소 격리 dTx 2550이 Rx 안테나 요소 대 안테나 요소 격리 dRx 2560과 상이함을 나타낸다. 이와 같은 dTx 및 dRx의 상이한 간격은 두 개의 상이한 주파수에 대해 최적의 주사 성능을 제공할 수 있으며, 도 24에 도시된 Tx 및 Rx 주파수에 대한 상이한 주사 성능과 대조적으로 Tx 및 Rx 주파수 대역에 대해 유사한 주사 성능을 유발할 수 있다.

사각형 하위 UTM의 측면 치수는 위의 방정식 5에 의해 소정다.

도 26은 어떤 실시예에 따른 순차적인 피드 회전(SQR) 방법을 도시한다. 제1 안테나 요소(2620)를 z축 2617에 대해 90도 회전시켜 제2 안테나 요소(2630)를 생성하는 것으로 구성된다. 또한, 제1 안테나 요소(2620)의 제1 포트(2622)는 z축에 대하여 90도 회전하고, 여기에 90도의 위상 가산이 가해진다. 예를 들어, 제1포트(2622)는 원래 90도가 적용되었으며, z축에 대해 90도 회전시킨 후 180도 위상이 적용된다. 마찬가지로, 제1 안테나 요소의 제2 포트(2624)는 z축에 대하여 제2 안테나 요소(2630)의 제2 포트(2634)에 대해 물리적으로 90도 회전하고, 여기에 90도 위상 부가가 인가된다. 제2 안테나 요소(2630)는 또한 y축 2615에 대해 미러링된 제1 안테나 요소(2620)로 볼 수 있다. 마찬가지로, 제2 안테나 요소는 z축(2617)을 기준으로 물리적으로 90도 회전하여 제3 안테나 요소(2640)를 생성한다. 제3 안테나 요소 2640)은 또한 x축 2610에 대해 미러링된 제2 안테나 요소(2630)로 볼 수 있다. 이 SQR 방법은 z축을 기준으로 제3 안테나 요소와 포트를 90도 회전시킴으로써 제4 안테나 요소와 포트가 생성된 후에 완료된다. 따라서, SQR의 원리는 안테나 요소의 피드를 물리적으로 90도 회전시키고 RFIC를 통해 각 안테나 포트에 적용되는 위상을 변경할 것을 요구한다. SQR 구성을 구현하면, 각 요소에 대한 축방향 비(AR) 대역폭(BW)이 향상된다. AR은 특히 원형 분극 안테나에서 중요한 안테나 파라미터이며 AR < 3dB를 유지하는 것이 달성해야 할 중요한 메트릭이다.

도 27은 대안적인 SQR 방법을 도시한다. 부호 2700에 도시된 바와 같이, 제1 안테나 요소(2720)의 90도 물리적 시계방향 회전이 적용되어 제2 안테나 요 소(2730)가 생성되며, 이는 제1 안테나 요소(2720)의 제1 포트(2722)가 90도 시계방향으로 회전하고, 추가적으로 180도 물리적 시계방향으로 회전함으로써, 제2 안테나 요소(2730)의 제2 포트 위치(2734)를 형성한다. 또한, 부호 2600으로 도시된 원래의 90도 위상 추가에 더해 180도 추가 위상이 적용되어 각 포트에 총 270도의 추가 위상이 형성된다.

SQR 2600과 대안적 SQR 2700)은 ARBW를 향상시키는 효과적인 방법이다.

도 28a는, 종래의 피드핑(2810)을 이용한 하위 UTM을 도시한다. 도시된 바와 같이, 하위 UTM의 모든 Rx 안테나 요소는 Rx 안테나 요소(2830)의 포트 A 2815 및 포트 B 2817과 같은 포트의 유사한 방향을 사용한다. 유사한 방식으로, 하위 UTM 2810의 모든 Tx 안테나 요소는, Tx 안테나 요소(2835)의 포트 12820 및 포트 22825와 유사한 포트 방향을 사용한다.

도 28b는, SQR 피eld 2850을 갖는 하위 UTM을 나타낸다. 도시된 바와 같이, Tx 안테나 요소(2872)의 포트 3 및 포트 4는 각각 SQR 피딩 방법을 사용하므로, Tx 안테나 요소(2870)의 포트 1 및 포트 2와 비교하여 시계 방향으로 90도 회전한다. 또한, Tx 안테나 요소(2874)는 Tx 안테나 요소(2872)에 대해 시계 방향으로 90도 회전하고, Tx 안테나 요소(2874)에 대해 Tx 안테나 요소(2876)는 시계 방향으로 90도 회전한다. 유사한 SQR 피딩 방법이 하위 UTM 2850의 Rx 안테나 요소에 적용된다.

도 29는 어떤 실시예들에 따른, 대안적 SQR 피딩(2900)을 갖는 하위 UTM을 도시한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, SQR 방법은, Rx 안테나 요소 및 Tx 안테나 요소에 적용된다. 이 예에서는, 포트에 적용되는 추가 180도 회전이 Rx 안테나 포트에만 사용된다. Rx 안테나 요소(2940)의 포트 A 2920)은 위치 A' 2925로 180도 회전되고 Rx 안테나 요소 2940의 포트 B 2930)은 위치 B' 2935로 180도 회전된다.

도 30)은 예시적인 SQR 지향성을 나타내는 그래프이다. 이 예에서는, SQR 피딩을 위한 도 26 및 대안적 SQR 피딩을 위해 도 27에 도시된 것과 유사한 구성의 2x2 마이크로스트립 안테나 어레이에 대해 세 가지 구성들이 서로 비교된다. 각 구성에 대해 공동 폴 및 교차(크로스) 폴 방향성이 표시된다. 도시된 바와 같이, 종래부터 공급된 어레이(3010)의 공동 폴, SQR 피딩 어레이(3020)의 공동 및 대안적 SQR 피딩 어레이(3030)의 공동 폴은 폭 방향(세타 = 0도)으로 0.2dB 미만으로 서로 비교 가능하다. 종래 피딩 어레이(3040)의 크로스 폴은 SQR 피딩 어레이(3050)의 크로스 폴과 대안적 SQR 급지 어레이(3060)의 크로스 폴에 비해 현저히 높은(30dB 이상) 것으로 나타났다. 크로스 폴은 대부분의 안테나 시스템 사양이 -20dB보다 낮은 값을 요구할 때 낮게 유지되는 안테나 메트릭이다.

도 31은 종래 피딩 어레이(2910) 및 SQR 피딩 어레이(2920)에 대한 2x2 SQR 마이크로스트립 안테나 어레이의 브로드사이드 AR을 도시한 그래프이다. 도시된 바와 같이, SQR 피딩 어레이의 AR은 종래의 공급 어레이에 비해 값이 낮다. 또한, SQR 피딩 어레이의 AR은 종래 피딩 어레이의 AR과 비교할 때 보다 우수한 평탄도를 나타낸다.

도 32는 SQR 지향성의 또 다른 예를 나타내는 그래프이다. 이 예에서는 1x4 마이크로스트립 안테나 어레이에 대해 두 개의 구성을 서로 비교한다. 각 구성에 대해 공동 폴 및 교차 폴 방향성이 표시된다. 도시된 바와 같이, 종래부터 피딩된 어레이(3210)의 공동 폴과 SQR 피딩 어레이(3220)의 공동 폴은 브로드사이드 방향(세타 = 0도)으로 0.1dB 미만으로 서로 비교 가능하다. 종래부터 피딩된 어레이(3230)의 크로스 폴은 SQR 피딩 어레이(3240)의 크로스 폴보다 현저히 높은(30dB 이상) 것으로 나타났다.

도 33은, 포트 1의 진폭 및 위상 설정(3320)과 포트 2의 진폭 및 위상 설정(3330)을 갖는 안테나(3310)를 도시한다. 또한, 산란체(3340)도 도시되어 있다. 산란체는 다른 안테나를 포함하여 안테나(3310) 근처의 다른 물체로 간주된다. 커플링(3350)은 안테나(3310)와 산란체(3340) 사이에 존재한다. 이와 같은 커플링(3350)은 산란체의 크기, 안테나(3310)와 산란체(3340) 사이의 거리, 산란체의 재질 등과 같은 몇 가지 요인에 따라 달라진다. 상기 커플링(3350)은 포트 1 설정(3310) 및 포트 2 설정(3330)에 영향을 미쳐, 궁극적으로 안테나(3310)의 방사파의 분극 및 안테나(3310)의 크로스 폴 레벨을 변화시킬 수 있다.

전계 전파 참조 테이블에 대한 포트 여기

포트 여기				전계 전파
포트 1 진폭	포트 1 위상	포트 2 진폭	포트 2 위상	정규화된 Ex 진폭	정규화된 Ex 위상	정규화된 Ey 진폭	정규화된 Ey 위상
1	0	0	0	1	0	0	0
1	90	0	0	1	90	0	0
0	0	1	0	0	0	1	0
0	0	1	90	0	0	1	90

도 34는, 어떤 실시예에 따른 안테나의 성능에 대한 산란체의 영향을 제거하는 방법을 도시한다. 도시된 바와 같이, 흐름 3400)은 표 2와 같은 참조 표와 함께 3410에서 시작하며, 이는 전계 전파에 대한 포트 여기의 이상적인 경우와 유사하다. 동작 3420)은 다른 안테나일 수도 있는 산란체의 존재로 안테나를 시뮬레이션하는 것을 필요로 한다. 동작 3420)은 안테나 시뮬레이션과 참조 테이블의 차이인 Δ_matrics 계산을 필요로 한다. 동작 3440)은, 포트 1 및 포트 2 설정(진폭 및 위상)에 함수 f(Δ_matrics)를 적용하여 안테나가 이상적인 값을 나타내도록 하au; 요컨대, f(Δ_matrics)는 산란체의 효과를 제거하다. 또한, 원형 분극을 위한 조건이 적용될 수 있다.

다른 실시예들에서, 동작 3420)은 실험실 측정에서 수행될 수 있다.

도 35는 이중 대역 Tx/Rx 안테나 요소(2530, 도 25a)의 이득 패턴을 나타내는 그래프이다. 도시된 바와 같이, RhCP(우측 순환 분극) 이득 플롯 3510)은, 19GHz의 Rx 주파수에서, LHCP(좌측 순환 분극) 이득 플롯 3520)은 29GHz의 Tx 주파수에서 나타난다. 두 개의 이득 플롯들은 서로 직교하여 이중 대역 Tx/Rx 안테나 요소의 개별 Tx 및 Rx 안테나 요소들 간에 추가적인 분극 식별을 생성한다는 점에 주목할 필요가 있다.

도 36은, 어떤 실시예들에 따른, SQR 방식을 이용한 4개의 하위 UTM들로 구성된 UTM(3600)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 하위 UTM(3612)의 이중 대역 Tx/Rx 안테나 요소(3622)는 하위 UTM(3610)의 이중 대역 Tx/Rx 안테나 요소(3620)가 시계 방향으로 90도 회전하여 형성된다. 하위 UTM(3614)의 이중 대역 Tx/Rx 안테나 요소 (3624)는 하위 UTM(3612)의 이중 대역 Tx/Rx 안테나 요소(3622)가 시계 방향으로 90도 회전하여 형성된다. 또한, 하위 UTM(3616)의 이중 대역 Tx/Rx 안테나 요소 (3626)는 하위 UTM(3614)의 이중 대역 Tx/Rx 안테나 요소(3624)가 시계 방향으로 90도 회전하여 형성된다. 하위 UTM(3610), 하위 UTM(3612), 하위 UTM(3614), 하위 UTM(3616)은 하나의 UTM을 형성하며, 본 명세서에서 사용되는 하위 UTM은 UTM을 구현하기 위한 빌딩 블록으로 사용되는 PCB의 가장 작은 형태이다.

본 명세서에 도시된 바와 같이, 중심 대 중심 간격 dRx 3650)은 인접한 2개의 Rx 안테나 요소의 dRx 3655와 같다. 마찬가지로 dTx 3660)은 인접한 두 Tx 안테나 요소의 dTx 3665와 같다. 여기서, dTx는 dRx와 다르므로 Tx 주파수와 Rx 주파수에서 동시에 독립적인 빔 주사가 가능하다.

도 37은, UTM(3710), UTM(3720), UTM(3730) 및 UTM(3740)으로 구성된 UTP (3700)를 도시한다. 어떤 실시예들에 따르면, UTM(3710)은 수평 및/또는 수직으로 복제되어 n×n UTM의 임의의 크기의 UTP를 생성할 수 있으며, 여기서 n은 정수이다.

도 38은, UTM(3810), UTM(3820), UTM(3830) 및 UTM(3840)으로 구성된 UTP (3800)의 상면도를 도시한다. 어떤 실시예에 따르면, UTM(3810), UTM(3820), UTM (3830) 및 UTM(3840)은 각각 동일한 UTM이며, UTM(3810)은 수평 및/또는 수직으로 복제되어 n×n UTM의 임의의 크기의 UTP를 생성할 수 있다. 또한, 각 UTM은 Tx/Rx구성 1(3870), Tx/Rx 구성 2(3880), Tx/Rx 구성 3(3890)으로 구성된다. 상기 3600과 유사하게, UTM(3810), UTM(3820), UTM(3830) 및 UTM(38340)의 각각은 인접한 2개의 Rx 안테나 요소와 동일한 중심 대 중심 간격 Rx 간격(3855)을 사용한다. 마찬가지로, 인접한 두 Tx 안테나 요소의 중심 대 중심 간격 Tx 간격(3850)은 동일하다. 여기서 Rx 간격은 Tx 간격과 상이하며, 이에 의해 Tx 주파수와 Rx 주파수에서 동시에 독립적인 빔 주사가 가능하다.

도 39는 UTP(3900)의 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, UTP(3900)는 유전체 그룹(13920) 위에 배치된 유전체 그룹(23930)을 포함한다. 또한, 어떤 실시예들에 따르면, UTP(3900)은 주(main) 접지면(3910)을 포함한다.

도 40)은, UTM(4010), UTM(4020), UTM(4030) 및 UTM(4040)으로 구성된 UTP (4000)의 상면도를 도시한다. 어떤 실시예에 따르면, 상기 UTM(4010), UTM(4020), UTM(4030) 및 UTM(4040)은 각각 동일한 UTM이며, UTM(4010)은 수평 및/또는 수직으로 복제되어 n×n UTM의 임의의 크기의 UTP를 생성할 수 있다. 또한, 각 UTM은 Tx/Rx 구성 1(4050), Tx/Rx 구성 2(40550), Rx 구성(4060)으로 구성된다. 3600과 유사하게, UTM(4010), UTM(4020), UTM(4030) 및 UTM(4040)의 각각은 제거된 Tx 안테나 인접 요소를 제외하고 임의의 2개의 인접한 Tx 안테나 요소의 동일한 Rx 간격과 동일한 Tx 간격을 사용하며; 여기서, Rx 간격은 Tx 간격과 다르기 때문에, Tx 주파수와 Rx 주파수에서 동시에 독립적인 빔 주사가 가능하다. 또한, 어떤 실시예들에 따르면, UTM(4010), UTM(4020), UTM(4030) 및 UTM(4040)의 각각은 UTM(3600 ) 및/또는 UTM(3800)에 비해 1개의 Tx 안테나 요소가 적기 때문에, UTM 당 Tx 안테나 수가 짝수가 된다. 짝수 개의 Tx 안테나 요소는 짝수 개의 RFIC 채널을 필요로 하는데, 이는 홀수 개의 RFIC 채널보다 상업적으로 더 이용 가능할 수 있으며; Tx 안테나 방사보더 비용이 절감된다. 어떤 실시예들에서, 이는 어레이 솎아내기(thinning)로 지칭된다. UTP 이득은 조명된 개구부의 면적과 직접적인 관련이 있으며, UTP 이득은 제거된 요소의 비율에 따라 대략적인 비율로 감소한다.

그러나 ,UTP 빔 폭은 단일 패널의 가장 큰 치수와 관련이 있으므로 요소를 제거해도 빔 폭이 크게 변경되지 않는다. 이 절차를 통해 더 적은 비용으로 이득을 줄이고 고도의 방향성 배열을 구축할 수 있다.

도 41은, 어떤 실시예들에 따른, SQR 방식을 이용한 4개의 하위 UTM들로 구성된 UTM(4100)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 하위 UTM(4120)은 하위 UTM(4110)이 시계방향으로 90도 회전하여 형성된다. 하위 UTM(4130)은) 하위 UTM(4120)을 시계 방향으로 90도 회전시켜 형성된다. 하위 UTM(4140)은 하위 UTM(4130)을 시계 방향으로 90도 회전시켜 형성된다. 결합된, 하위 UTM(4110), 하위 UTM(4120), UTM(4130) 및 하위 UTM(4140)은 하나의 UTM을 형성한다. 여기서 사용되는 바와 같이, 하위 UTM은 UTM을 구현하기 위한 구축 블록으로 사용되는 PCB의 가장 작은 형태이다. 도시된 바와 같이 하위 UTM(4110), UTM(4130) 및 하위 UTM(4140)의 각각은 8개의 Tx 안테나 요소들을 포함한다. 4000에 도시된 것과 유사하게, 어레이 솎아내기는 짝수 개의 RFIC 채널과 인터페이스하기 위해 짝수 개의 Tx 안테나 요소를 생성하기 위해 사용되며, 이는 더 상업적으로 이용 가능할 수 있다.

도 42는 어떤 실시예에 따른 UTP(4200)를 도시한다. 도시된 바와 같이, UTP (4200)는 Tx/Rx UTM(4210) 및 Tx UTM(4220)의 두 UTM 구성들을 포함한다. 도시된 바와 같이 Tx UTM(4220)은 Tx 안테나 요소만 사용한다. Tx UTM들은 Tx/Rx UTM들 주변에 배치될 수 있다.

추가적인 Tx UTM들은 전이중 UTP의 EIRP를 증가시킬 수 있다. 다른 실시예들에서, Tx/Rx UTM들은 Tx UTM들의 주위에 배치되거나 나란히 배치될 수 있다.

도 43은 어떤 실시예에 따른 UTP(4300)를 도시한다. 도시된 바와 같이, UTP (4300)는 Tx/Rx UTM(4310) 및 Rx UTM(4320)의 2개의 UTM 구성을 포함한다. 도시된 바와 같이, Rx UTM(4320)은 Rx 안테나 요소만 사용한다. Rx UTM은 Tx/Rx UTM 주변에 추가할 수 있다. 추가적인 Rx UTM들은 전이중 UTP의 G/T를 증가시킬 수 있다. 다른 실시예들에서, Tx/Rx UTM들은 Rx UTM들의 주위에 배치되거나 나란히 배치될 수 있다.

도 44는 어떤 실시예에 따른 다중 UTP의 사용을 도시한다. 도시된 바와 같이, 멀티-UTP(4400)은 Tx/Rx UTM들(4410)을 갖는 UTP를 포함하며, Tx/Rx UTM들( 4420)을 갖는 UTP는 수직 옵셋(4420)과 수평 옵셋(4425를)을 사용하여 공간적으로 분포된다.

도 45는 어떤 실시예들에 따른 멀티(다수) UTP의 사용을 도시한다. 도시된 바와 같이, 멀티-UTP(4500)은 Tx/Rx UTM(4510)을 갖는 UTP로 구성되며, Rx UTM(4520)을 갖는 UTP는 수직 옵셋(4520)과 수평 옵셋(4525)를 사용하여 공간적으로 분포된다.

도 46은 비행기 기체(동체)(4620)에 다중 UTP(4600)을 사용하는 것을 도시한다. 도시된 바와 같이, UTP(4630)과 UT(4635)는 동체의 서로 다른 두 위치에 배치된다. 어떤 실시예들에서, 비행기들 및 다른 플랫폼들은 그들이 호스트할 수 있는 단일 UTP의 크기를 제한할 수 있다. 다중 UTP를 사용하는 이 방법은 UTP에 적용할 때 크기 제한 문제를 해결하는 데 도움이 될 것이다. 또한 UTP2(4635)를 UTP1(4630)과 다른 위치에 배치하면, 낮은 고도 각도에서 더 나은 주사 성능을 얻을 수 있다.

도 47은 일부 구현예들에 따라 다수(멀티) UTM(4710)으로 형성된 전이중 단일 패널 사용자 단말(또는 안테나 시스템)(4700)의 예시적인 모듈형 아키텍처를 나타내는 블록도을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 47의 예는 다수의 UTM(4710)으로 형성된 안테나 시스템(4700)을 도시한다. 안테나 시스템 패널(4700)은 대안적인 구성이 가능하나, 도 1을 참조하여 도시되고 논의된 안테나 패널 중 어느 하나일 수 있다(예를 들어, 전이중 단일 패널 사용자 단자 130). 또한, UTM들(4710)은 본 명세서에서 주로 육각형 형상 인자로 도시되어 있지만, 이들의 조합 또는 변형을 포함한 다른 형상 인자, 예를 들어 삼각형, 사각형, 직사각형, 원형 등도 가능한 것으로 판단된다.

도 48은 일부 구현예에 따른 UTM, 제어 회로 및 진폭 조정 버퍼의 예를 나타내는 블록도을 도시한다. 여기서, 제어 회로(4810)는 UTM(4820의 Tx RFIC들 4822A 내지 4822I에 Tx 디지털 제어 신호(4830을)를 전송하고, Rx 디지털 제어 신호(4832)를 Rx RFICs 4823A 내지 4823D에 전송하도록 구성된다. Tx 디지털 제어 신호는 Tx RFIC의 데이지 체인을 따라 라우팅되며, Tx RFIC 4822A에서 Tx RFIC 4822B 등으로 직렬 방식으로 이동하고 UTM(4820의 마지막 Tx RFIC 4822I로 이동한다. Rx 디지털 제어 신호는, Rx RFIC의 데이지-체인(daisy-chain)을 따라 라우팅되며, Rx RFIC 4823A에서 Rx RFIC 4823B 등으로 직렬 방식으로 이동하고 UTM(4820의 마지막 Rx RFIC 4823D로 이동하다. Tx 디지털 제어 신호는 Tx RFIC를 제어하여 위성으로 향하는 송신 신호의 진폭 및 위상을 변경하도록 구성된다. Rx 디지털 제어 신호는 Rx RFIC를 제어하여 위성에서 들어오는 아날로그 신호의 진폭과 위상을 변경하도록 구성된다.

어떤 실시예들에서, Tx 디지털 제어 신호 및 Rx 디지털 제어 신호는 각각 Tx RFIC 및 Rx RFIC의 턴온/턴오프를 가능하게 한다.

도시되지 않은 다른 실시예들에서, Tx 디지털 제어 신호 및 Rx 디지털 제어 신호는 클록 데이터, 직렬 데이터, 병렬 데이터, 래치 및 칩 선택을 포함한다.

어떤 실시예들은, 제어 신호들을 제어 회로로부터 각각의 RFIC들로 라우팅하는 대신에 디지털 제어 신호들을 데이지 체인을 따라 전달함으로써 라우팅에 필요한 비용 및 면적을 감소시킨다. 특히, 어떤 실시예들에서, 디지털 제어 신호들 및 파워는 도 48의 버퍼들(4824, 4825, 4826, 4827)과 같이 UTM(4820의 입출력 버퍼들을 이용하여 모듈들 사이에 전달된다. 버퍼들은 데이지 체인에서 하나의 RFIC에서 다른 RFIC로 전달되는 디지털 제어 신호의 열화를 보정하도록 구성된다. 이와 같은 시나리오에서는 데이지 체인 개념을 활용하여 데이지 체인의 여러 RFIC를 제어하기 위해 하나의 제어 회로만 사용함으로써, 시스템 비용을 더욱 절감할 수 있다. 사용자 장치(4805)는 제어 회로(4810)에 연결되어 있다. 사용자 장치는 개인용 컴퓨터, 모뎀, 네트워크 어댑터 또는 콘트롤러 회로를 제어하는 다른 형태의 전자 장치일 수 있다.

어떤 실시예에서, 제어 회로(4810)는 제어 회로 출력 버퍼(4812 및 4814)와 제어 회로 입력 버퍼(4816 및 4818)을 포함한다. 제어 회로 출력 버퍼는, 제어 회로에서 UTM으로 전달되는 디지털 제어 신호의 열화를 보정하도록 구성되고, 제어 입력 버퍼는 UTM에서 제어 회로로 전달되는 디지털 제어 신호의 열화를 보정하도록 구성된다.

어떤 실시예들에서, 제어 회로(4810)은 리턴된 Tx 디지털 제어 신호(4834) 및 리턴된 Rx 디지털 제어 신호(4836)의 하나 이상의 신호 특성을 모니터링함으로써 시스템의 상태를 모니터링한다.

UTM(4820)은 9개의 Tx RFIC와 4개의 Rx RFIC를 사용하여 각각 (도시되지 않은) 제곱 동일 수의 Tx 안테나 요소와) Rx 안테나 요소를 사용하는 UTM의 일례이며, 3:2의 Tx 주파수 대 Rx 주파수 비율을 지원한다. 9:4 비율은 사각형 구성의 비율인 점에 유의한다

어떤 실시예들에서, 각각의 Tx RFIC는 8개의 Tx 채널들을 갖고, 각 Rx RFIC는 8개의 채널들을 갖는다. 따라서, UTM(4820)은 72개의 Tx 채널과 32개의 Rx 채널을 지원할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 제어 회로는 제어 기판 또는 제어 기판으로도 지칭될 수 있다.

도 49는, 디지털 제어 신호를 하나의 UTM에서 다른 UTM으로 전송하고 다시 제어 회로로 전송하기 위해 데이지 체인으로 연결된 4개의 UTM과 예시된 블록도를도시한다. 도시된 바와 같이, 시스템(4900)은 UTM 1(4930), UTM 2(4940), UTM 3(4950) 및 UTM(4960)을 포함하며, 각각의 UTM에는 9개 Tx RFIC의 데이지 체인과 4 개 Rx RFIC의 데이지 체인들이 포함되어 있으며, 이와 같은 실시예에서 제어 회로(4910)는, Tx 디지털 제어 신호(4913)를 UTM 1(4930)에 제공하고 Rx 디지털 제어 신호(4915)를 UTM 1(4930)에 제공하며, UTM 4(4960)로부터 리턴된 디지털 제어 4917을 수신하고 UTM 4960으로부터 Rx 리턴 디지털 제어(4915)를 수신하도록 연결된다. 또한 도시된 바와 같이, UTM 1 내에서 데이지 체인을 완료하면, 각각의 Tx 디지털 제어 신호와 Rx 디지털 제어 신호는 UTM 2의 입력 버퍼로 이동하기 전에 UTM 1의 출력에서 버퍼를 통과한다. Tx 디지털 제어 신호와 Rx 디지털 제어 신호는, UTM 2의 출력 버퍼에 도달할 때까지 UTM 2 내에서 그들 각각의 Tx RFIC 및 Rx RFIC의 데이지 체인에서 계속된다. 버퍼를 포함한 RFIC 및 UTM을 데이지 체인으로 연결함으로써, 디지털 제어 신호는 임의의 수의 UTM을 이동시킨 다음, 제어 회로로 돌아갈 수 있다.

다른 실시예들에서, Tx 디지털 제어 신호 및 Rx 디지털 제어 신호는 UTM 1의 버퍼들을 통해 제어 회로로 리턴(복귀)된다. 마찬가지로, UTM 2는 별도의 Tx 디지털 리턴 신호 및 별도의 Rx 디지털 리턴 신호를 UTM2 버퍼들을 통해 리턴된다.

다른 실시예들에서, UTM1, UTM2, UTM3 및 UTM4는, 데이지 체인에서 연결된 복수의 Tx RFIC 및 Rx RFIC들을 포함한다.

어떤 실시예들에서, 리턴된 Tx 디지털 제어 신호 및 리턴된 Rx 디지털 제어 신호는 Tx RFIC 파워 출력 레벨, Tx RFIC 및 Rx RFIC 온도, Tx RFIC 및 Rx RFIC 레지스터 설정과 같은 모니터링 데이터를 되돌리고, 콘트롤러가 이와 같은 데이터를 사용자 인터페이스(4905)로 출력할 수 있도록 한다.

본 발명은 다음의 실시예들 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.

실시예 1. 하나 이상의 UTM(사용자 단말 모듈)을 포함하는 전이중 사용자 단말 패널(Full-Duplex User Terminal Panel)로서, 각각의 UTM은 둘 이상의 단위 셀을 포함하고, 각각의 단위 셀은 복수의 Tx 안테나 요소 포트를 포함하는 송신(Tx) 안테나 요소; 복수의 Rx 안테나 요소 포트를 포함하는 수신(Rx) 안테나 요소;를 포함하며, 여기서 제1 단위 셀의 제1 Tx 안테나 요소의 중심은 제2 단위 셀의 제1 Tx 안테나 요소의 중심까지의 거리 x를 갖고; 각각의 Tx 안테나 요소는 제1 주파수 범위를 통해 전송하고, 각각의 Rx 안테나 요소는 제2 주파수 범위를 통해 수신하고, 제1 주파수 범위는 제2 주파수 범위와 상이하며; 주파수 범위; 상기 제1 단위 셀의 제1 Rx 안테나 요소의 중심은 상기 제2 단위 셀의 제1 Rx 안테나 요소의 중심과 동일한 거리를 갖고, 상기 거리 x는, 상기 제2 주파수 범위에서의 양각면에서의 그레이팅 로브가 없는 주사가 달성되는 값이고; 또한, 무선 주파수(RF) 신호를 전송하도록 구성된 적어도 하나의 Tx 무선 주파수 집적회로(RFIC)를 포함하고, 상기 Tx RFIC는 하나 이상의 Tx 채널들을 포함하고, 각각의 Tx 채널은 복수의 Tx 안테나 요소 포트들 중 하나에 개별적으로 연결되고; RF 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나 이상의 Rx RFIC를 포함하고, 상기 Rx RFIC는 하나 이상의 Rx 채널들을 포함하고, Rx 채널들의 각각은 복수의 Rx 안테나 요소 포트들 중 하나에 개별적으로 연결된다.

실시예 2. 실시예 1의 전이중 UTP에서, n번째 단위 셀에 대해, n번째 단위 셀의 중심은 인접 단위 셀의 중심까지의 거리 x를 갖는다.

실시예 3. 실시예 1-2 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 인접 Tx 안테나 요소들과 Rx 안테나 요소들은 복수의 Tx 안테나 포트들과 복수의 Rx 안테나 포트들 사이에 RF 격리를 제공하도록 서로로부터 위치된다.

실시예 4. 실시예 1-3 중 어느 한 실시예 1-3의 전이중 UTP에서, RF 격리는 Tx 안테나 요소 킵아웃 영역 및 Rx 안테나 요소 킵아웃 영역을 통해 달성되고, 상기 Tx 안테나 요소 킵아웃 영역은 Tx 안테나 요소의 주위에 배치되고, 상기 Rx 안테나 요소 킵아웃 영역은 Rx 안테나 요소의 주위에 배치된다.

실시예 5. 실시예 1-4 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 상기 Tx 안테나 요소 킵아웃 영역은 상기 Tx 안테나 요소 주변의 버퍼 영역을 포함하고, 상기 Rx 안테나 요소 킵아웃 영역은 상기 Rx 안테나 요소 주변의 버퍼 영역을 포함한다.

실시예 6. 실시예 1 내지 실시예 5 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 상기 Rx 안테나 요소의 전계는 상기 Tx 안테나 요소의 킵아웃 영역과 중첩되지 않고, 상기 Tx 안테나 요소의 전계는 상기 Rx 안테나 요소의 킵아웃 영역과 중첩되지 않는다.

실시예 7. 실시예 1-6 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 각 Tx 안테나 요소는 인접한 Rx 안테나 요소와의 신호 결합을 회피하도록 인접한 Rx 안테나 요소와 관련하여 이격된다.

실시예 8. 실시예 1-7 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, Tx 안테나 요소는 Rx 안테나 요소에 대해 대각선으로 위치된다.

실시예 9. 실시예 1-8 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, Tx 안테나 요소는 Rx 안테나 요소 위에 위치된다.

실시예 10. 실시예 1-9 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 각각의 Tx 안테나 요소는 공통의 Tx 분극을 가지며, 각각의 Rx 안테나 요소는 공통의 Rx 분극을 가지며, Tx 안테나 요소의 공통의 Tx 분극은 Rx 안테나 요소의 공통의 Rx 분극과 직교한다.

실시예 11. 실시예 1-10 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 상기 Tx 안테나 요소는 제1 Tx 안테나 요소 포트를 포함하고, 상기 Rx 안테나 요소는 제1 직교 방향을 갖는 제1 Rx 안테나 요소 포트, 제1 Tx 안테나 요소 포트 및 제1 Rx 안테나 요소 포트를 포함한다.

실시예 12. 실시예 1-11 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 상기 Tx 안테나 요소는 제2 Tx 안테나 요소 포트를 포함하고, 상기 Rx 안테나 요소는 상기 제1 직교 방향과 다른 제2 직교 방향을 갖는 제2 Rx 안테나 요소 포트, 및 상기 제2 Rx 안테나 요소 포트를 포함한다.

실시예 13. 실시예 1 내지 실시예 12 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, Rx RFIC의 하나의 채널에 연결되고, Rx 안테나 요소 포트에 연결된 Rx 필터를 더 포함하며, Rx 필터는 Rx 안테나 요소 포트와 Tx 안테나 요소 포트 사이에 RF 신호 격리를 제공한다.

실시예 14. 실시예 1 내지 실시예 13 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, Tx RFIC의 하나의 채널에 연결되고, Tx 안테나 요소 포트에 연결되는 Tx 필터를 더 포함하며, 상기 Tx 필터는 Tx 안테나 요소 포트와 Rx 안테나 요소 포트 사이에 RF 신호 격리를 제공한다.

실시예 15. 실시예 1-14 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, Tx RFIC는, Tx RFIC 채널들의 각각에 의해, 하나 이상의 Tx 안테나 요소 포트들의 각각에 대한 송신 아날로그 신호의 위상을 변경하도록 구성되고, Rx RFIC는, 각각의 Rx RFIC 채널들에 의해, 하나 이상의 Rx ㅇ나테나 요소 포트들로의 수신 아날로그 신호의 위상을 변경하도록 구성되고, 상기 송신 아날로그 신호의 위상 변경 및 수신 아날로그 신호의 위상 변경은 UTP의 분극 제어를 제공한다.

실시예 16. 실시예 1 내지 실시예 15 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 상기 Tx 안테나 요소는 2개의 Tx 안테나 요소 포트를 구비하고, 상기 Tx 안테나 요소 포트는 각각 Tx RFIC의 채널에 연결되고, 상기 Rx 안테나 요소는 2개의 Rx 안테나 요소 포트를 구비하고, 상기 2개의 Rx 안테나 요소 포트들은 Rx RFIC의 채널에 연결되어, 공통 Tx 분극과 공통 Rx 분극의 완전한 분극 제어를 가능하게 된다.

실시예 17. 실시예 1 내지 실시예 16 중 어느 하나의 전이중 방식에서, 상기 Tx 안테나 요소는 상기 Tx RFIC의 채널에 연결된 하나의 Tx 안테나 요소 포트를 구비하고, 상기 Rx 안테나 요소는 상기 Rx RFIC의 채널에 연결된 하나의 Rx 안테나 요소 포트를 구비한다.

실시예 18. 실시예 1 내지 실시예 17 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 상기 Tx 안테나 요소는 상기 Tx RFIC의 채널에 연결된 마이크로파 결합기 회로를 통해 결합된 2개의 Tx 안테나 요소 포트를 구비하고, 상기 Rx 안테나 요소는 상기 Rx RFIC의 채널에 연결된 마이크로파 결합기 회로를 통해 결합된 2개의 Rx 안테나 요소 포트를 갖는다.

실시예 19. 실시예 1-18 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 공통 Tx 분극은 원형 분극이고, 공통 Rx 분극은 원형 분극이다.

실시예 20. 실시예 1 내지 실시예 19 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 4개의 단위 셀들은 각각 시계 방향으로 서로 90도 회전하도록 사분면으로 구성된다.

실시예 21. 실시예 1 내지 실시예 20 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 공통 Tx 분극이 우측 원형 분극(RHCP)이고 Rx 공통 분극이 좌측 원형 분극(LHCP)이다.

실시예 22. 전이중 사용자 단말 패널(Full-Duplex User Terminal Panel)(UTP)로서, 상기 UTP는 하나 이상의 UTM(사용자 단말 모듈)을 포함하고, 각각의 UTM은, Tx 안테나 요소 포트들의 각각이 거리 dTx 만큼 서로 이격된, 복수의 Tx 안테나 요소 포트; Rx 안테나 요소들의 각각이 거리 dRx만큼 서로 이격된, 복수의 Rx 안테나 요소들로서, 상기 거리 dRx는 거리 dTx 보다 큰 복수의 Rx 안테나 요소들; Tx 안테나 요소는 Tx 격자 dTx에 따라 이격되고, Rx 안테나 요소들은 Rx 격자 dRx에 따라 이격되고; Tx 격자 dTx 간격 배열은 Tx 주파수 범위의 양각면에서 그레이팅 로브 없는 주사를 제공하고; Rx 격자 dRx 간격 배열은 Rx 주파수 범위의 양각면에서의 그레이팅 로브 없는 주사를 제공하고; 무선 주파수(RF) 신호를 전송하도록 구성된 적어도 하나의 Tx 무선 주파수 집적회로(RFIC)로서, 하나 이상의 Tx 채널들을 포함하고, Tx 채널들의 각각이 복수의 Tx 안테나 요소 포트들 중 하나에 개별적으로 연결된, Tx RFIC; 및 Rx RFICRF 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 Rx RFIC로서, Rx RFIC는 하나 이상의 Rx 채널들을 포함하고, Rx 채널들의 각각은 복수의 Rx 안테나 요소 포트들의 하나에 개별적으로 연결된, 적어도 하나의 Rx RFIC를 포함한다.

실시예 23. 실시예 22의 전이중 UTP에서, UTM은 Rx 안테나 요소보다 더 많은 Tx 안테나 요소를 포함한다.

실시예 24. 실시예 22-23 중 어느 하나의 실시예 22-23의 전이중 UTP는 홀수의 Tx 안테나 요소 및 짝수의 Rx 안테나 요소를 포함한다.

실시예 25. 실시예 22-24 중 어느 하나의 전이중 UTP는 9개의 Tx 안테나 요소 및 4개의 Rx 안테나 요소를 포함한다.

실시예 26. 실시예 22-25 중 어느 하나의 전이중 UTP에 있어서, UTM은 각각 2개의 Tx 안테나 요소 포트를 갖는 8개의 Tx 안테나 요소 및 각각 2개의 Rx 안테나 요소 포트를 갖는 4개의 Rx 안테나 요소를 포함한다.

실시예 27. 실시예 22-26 중 어느 하나의 전이중 UTP에 있어서, UTM은 각각 8개의 Tx 채널을 갖는 2개의 Tx RFIC와 8개의 Rx 채널을 갖는 1개의 Rx RFIC를 포함한다.

실시예 28. 실시예 22-27 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, UTM은 제1 유전체층 및 제2 유전체층을 포함하고, Tx 안테나 요소들이 제1 유전체층 상에 위치되고 Rx 안테나 요소들이 제2 유전체층 상에 위치된다.

실시예 29. 실시예 22-28 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, Rx 안테나 요소 및 4개의 Tx 안테나 요소로 구성된 제1 구성; Rx 안테나 요소 및 중첩 Tx 안테나 요소로 구성되는 제2 구성; 및 Rx 안테나 요소 및 2개의 Tx 안테나 요소로 구성되는 제3 구성을 포함한다.

실시예 30. 실시예 22-29 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 각각의 Tx 안테나 요소는 공통 분극을 갖고, 각각의 Rx 안테나 요소는 공통 분극을 갖고, Tx 안테나 요소들의 공통 분극은 Rx 안테나 요소들의 공통 분극과 직교한다.

실시예 31. 실시예 22-30 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 각각의 Tx 안테나 요소는 공통 분극을 갖고, Rx 안테나 요소들의 각각은 공통 분극을 갖고, 상기 Tx 안테나 요소들의 공통 분극은 Rx 안테나 요소들의 공통 분극과 직교한다.

실시예 32. 실시예 22-31 중 어느 하나의 전이중 UTP에 있어서, 상기 Tx 안테나 요소는 제1 Tx 안테나 요소 포트를 포함하고, 상기 Rx 안테나 요소는 제1 Rx 안테나 요소 포트를 포함하고, 제1 Tx 안테나 요소 포트와 제1 Rx 안테나 요소 포트는 제1 직교 방향을 갖는다.

실시예 33. 실시예 22-32 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, Rx RFIC의 하나의 채널에 연결되고 Rx 안테나 요소 포트에 연결된 Rx 필터를 더 포함하고, Rx 필터는 Rx 안테나 요소 포트와 Tx 안테나 요소 포트 사이에 RF 신호 격리를 제공한다.

실시예 34. 실시예 22-33 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, Tx RFIC의 하나의 채널에 연결되고 Tx 안테나 요소 포트에 연결된 Tx 필터를 더 포함하며, Tx 필터는 Tx 안테나 요소 포트와 Rx 안테나 요소 포트 사이에 RF 신호 격리를 제공한다.

실시예 35. 실시예 22-34 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 상기 복수의 Tx 안테나 포트들과 상기 복수의 Rx 안테나 포트들 사이에 RF 격리를 제공하기 위해 인접한 Tx 안테나 요소들과 상기 Rx 안테나 요소들이 서로로부터 위치되고; 상기 RF 격리는 Tx 안테나 요소 킵아웃 영역 및 Rx를 통해 달성되고, 상기 Tx 안테나 요소 킵아웃은 Tx 안테나 요소의 주변부에 배치되고, Rx 안테나 요소 킵아웃 영역은 Rx 안테나 요소의 주변부에 배치된다.

실시예 36. 실시예 22-35 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, Tx RFIC는, Tx RFIC 채널 각각에 의해, 하나 이상의 Tx 안테나 요소 포트 각각에 대한 송신 아날로그 신호의 위상을 변경하도록 구성되고; Rx RFIC는, Rx RFIC 채널 각각에 의해, 하나 이상의 Rx 안테나 요소 포트들의 각각에 대한 수신 아날로그 신호의 위상을 변경하도록 구성되고; 상기 송신 아날로그 신호의 위상 변경 및 상기 수신 아날로그 신호의 위상 변경은 상기 UTP의 분극 제어를 제공한다.

실시예 37. 전이중 사용자 단말 패널(UTP)로서, 상기 UTP는 하나 이상의 UTM을 포함하고, 각각의 UTM은 4개의 하위 UTM을 포함하고 각각의 하위 UTM은; Tx 안테나 요소 포트들의 각각이 거리 dTx 만큼 서로 이격된, 복수의 Tx 안테나 요소 포트들; Rx 안테나 요소들의 각각이 거리 dRx만큼 서로 이격된, 복수의 Rx 안테나 요소들로서, 상기 거리 dRx는 거리 dTx 보다 큰 복수의 Rx 안테나 요소들; Tx 안테나 요소는 Tx 격자 dTx에 따라 이격되고, Rx 안테나 요소들은 Rx 격자 dRx에 따라 이격되고; Tx 격자 dTx 간격 배열은 Tx 주파수 범위의 양각면에서 그레이팅 로브 없는 주사를 제공하고; Rx 격자 dRx 간격 배열은 Rx 주파수의 양각면에서의 그레이팅 로브 없는 주사를 제공하고; 무선 주파수(RF) 신호를 전송하도록 구성된 적어도 하나의 Tx 무선 주파수 집적회로(RFIC)로서, Tx RFIC는 하나 이상의 Tx 채널들을 포함하고, Tx 채널들의 각각이 복수의 Tx 안테나 요소 포트들 중 하나에 개별적으로 연결된, 적어도 하나의 Tx RFIC; 및 Rx RFICRF 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 Rx RFIC로서, Rx RFIC는 하나 이상의 Rx 채널들을 포함하고, Rx 채널들의 각각은 복수의 Rx 안테나 요소 포트들의 하나에 개별적으로 연결된, 적어도 하나의 Rx RFIC를 포함하고; 상기 하위 UTM은 각각 서로로부터 시계 방향으로 90도 회전하도록 사분면으로 구성된다.

실시예 38. 실시예 37의 전이중 UTP에서, 적어도 4개의 UTM의 어레이를 4개의 UTM에 의해 배열한 다수의 UTM들을 포함한다.

실시예 39. 실시예 37-38 중 어느 하나의 전이중 UTP에서. 하위 UTM은 최대 (M x dTx, N x dRx)와 동일한 정사각형 변을 가지며, 여기서 M/N은 Tx 주파수 대 Rx 주파수의 비율이다.

실시예 40. 실시예 37-39 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 단일 대역 Tx 안테나 요소를 포함하는 제1 구성; 및 이중 대역 Tx 안테나 요소 및 Tx 안테나 요소와 중첩하는 Rx 안테나 요소를 포함하는 제2 구성을 포함한다.

실시예 41. 실시예 37-40 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 복수의 Tx 안테나 요소만 포함하는 하나 이상의 주변 UTM들을 더 포함한다.

실시예 42. 실시예 37의 전이중 UTP에서, 복수의 Rx 안테나 요소만을 포함하는 하나 이상의 주변 UTM을 포함한다.

실시예 43. 실시예 37-41 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 각각의 Tx 안테나 요소가 공통 분극을 가지며, Rx 안테나 요소의 각각은 공통 분극을 갖고, Tx 안테나 요소들의 공통 분극은 Rx 안테나 요소들의 공통의 분극과 직교한다.

실시예 44. 실시예 37-43 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 각각의 Tx 안테나 요소는 공통 분극을 갖고, Rx 안테나 요소들의 각각은 공통 분극을 갖고, Tx 안테나 요소의 공통 분극은 Rx 안테나 요소의 공통 분극과 직교한다.

실시예 45. 실시예 37-34 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 상기 Tx 안테나 요소는 제1 Tx 안테나 요소 포트를 포함하고, 상기 Rx 안테나 요소는 제1 Rx 안테나 요소 포트를 포함하고, 제1 Tx 안테나 요소 포트 및 제1 Rx 안테나 요소 포트는 제1 직교 방향을 갖는다.

실시예 46. 실시예 37-45 중 하나의 전이중 UTP에서,

Rx RFIC의 하나의 채널에 연결되고 Rx 안테나 요소 포트에 연결되는 Rx 필터 를 더 포함하고, 상기 Rx 필터는 Rx 안테나 요소 포트와 Tx 안테나 요소 포트 사이에 RF 신호 격리를 제공한다.

실시예 47. 실시예 37-46 중 하나의 전이중 UTP에서,

Tx RFIC의 하나의 채널에 연결되고 Tx 안테나 요소 포트에 연결되는 Tx 필터를 더 포함하고, 상기 Tx 필터는 Tx 안테나 요소 포트와 Rx 안테나 요소 포트 사이에 RF 신호 격리를 제공한다.

실시예 48. 실시예 37-47 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, 상기 복수의 Tx 안테나 포트들과 상기 복수의 Rx 안테나 포트들 사이에 RF 격리를 제공하기 위해 인접한 Tx 안테나 요소들과 상기 Rx 안테나 요소들이 서로로부터 위치되며, 상기 RF 격리는 Tx 안테나 요소 킵아웃 영역 및 Rx 안테나 요소 킵아웃 영역을 통해 달성되고, Tx 안테나 요소 킵아웃 영역은 Tx 안테나 요소의 주변부에 배치되고 Rx 안테나 요소 킵아웃 영역은 Rx 안테나 요소의 주변부에 배치된다.

실시예 49. 실시예 37-48 중 어느 하나의 전이중 UTP에서, Tx RFIC는, Tx RFIC 채널 각각에 의해, 하나 이상의 Tx 안테나 요소 포트 각각에 대한 송신 아날로그 신호의 위상을 변경하도록 구성되고, Rx RFIC는, 각 Rx RFIC 채널에 의해, 하나 이상의 Rx 안테나 요소 포트들의 각각에 대한 수신 아날로그 신호의 위상을 변경하도록 구성되고; 상기 송신 아날로그 신호의 위상 변경 및 상기 수신 아날로그 신호의 위상 변경이 상기 UTP의 분극 제어를 제공한다.

통상의 기술자가 이해할 수 있듯이, 본 발명의 양태들은 시스템, 방법 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 양태들은 여기서 일반적으로 "회로", "모듈" 또는 "시스템"으로 지칭될 수 있는 소프트웨어 및 하드웨어 측면들을 결합하는 실시예, 전체적인 하드웨어 실시예, 전체적인 소프트웨어 실시예(펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로코드 등을 포함한다)의 형태를 취할 수 있다. 또한, 본 발명의 양태들은 컴퓨터 판독 가능한 프로그램 코드가 구현된 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 매체에 구현된 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.

포함된 설명들 및 도면들은 통상의 지식을 가진자들에게 최상의 모드를 제조하고 사용하는 방법을 개시하기 위한 구체적인 실시예들을 나타낸다. 발명적 원리를 가르치기 위한 목적으로, 일부 종래의 측면들은 단순화되거나 생략되었다. 당업자는 본 발명의 범위에 속하는 이와 같은 실시예들로부터의 변형을 이해할 것이다. 당업자는 또한 상술한 특징들이 다양한 방식으로 결합되어 다수의 실시예들을 형성할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 결과적으로, 본 발명은 전술한 특정 실시예에 한정되지 않고, 청구항 및 그의 등가물에 의해서만 한정된다.

Claims

전이중 사용자 단말 패널(UTP)로서,
하나 이상의 사용자 단말 모듈들(UTM);
무선 주파수(RF) 신호를 전송하도록 구성된 적어도 하나의 Tx 무선 주파수 집적회로(RFIC)로서, 상기 Tx RFIC는 하나 이상의 Tx 채널들 포함하고, 각각의 Tx 채널은 복수의 Tx 안테나 요소 포트들 중 하나에 개별적으로 연결되는, 적어도 하나의 Tx 무선 주파수 집적회로(RFIC); 및
RF 신호를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 Rx RFIC로서, 상기 Rx RFIC는 하나 이상의 Rx 채널들 포함하고, Rx 채널들의 각각은 복수의 Rx 안테나 요소 포트 들중 하나에 개별적으로 연결되는, 적어도 하나의 Rx RFIC를 포함하고,
각각의 UTM은 두 개 이상의 단위 셀을 포함하고,
각 단위 셀은,
복수의 Tx 안테나 요소 포트들을 포함하는 송신(Tx) 안테나 요소;
복수의 Rx 안테나 요소 포트들을 포함하는 수신(Rx) 안테나 요소를 포함하고;
제1 단위 셀의 제1 Tx 안테나 요소의 중심은 제2 단위 셀의 제1 Tx 안테나 요소의 중심까지의 거리(x)를 갖고;
각각의 Tx 안테나 요소는 제1 주파수 범위를 통해 전송되고, 각각의 Rx 안테나 요소는 제2 주파수 범위를 통해 수신되고, 제1 주파수 범위는 제2 주파수 범위와 상이하며;
상기 제1 단위 셀의 제1 Rx 안테나 요소의 중심은 상기 제2 단위 셀의 제1 Rx 안테나 요소의 중심과 동일한 거리를 갖고, 상기 거리(x)는, 상기 제2 주파수 범위에서의 양각면에서의 그레이팅 로브-프리 주사가 달성되도록 하는 값인, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제1항에 있어서, n번째 단위 셀에 대해, 상기 n번째 단위 셀의 중심은 인접한 단위 셀의 중심까지의 거리 x를 갖는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제1항에 있어서, 상기 복수의 Tx 안테나 포트들과 상기 복수의 Rx 안테나 포트들 사이에 RF 격리를 제공하기 위해 Tx 안테나 요소들과 상기 Rx 안테나 요소들이 서로 인접하여 위치되는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제3항에 있어서, 상기 RF 격리는 Tx 안테나 요소 킵아웃 영역 및 Rx 안테나 요소 킵아웃 영역을 통해 달성되고, Tx 안테나 요소 킵아웃 영역 Tx 안테나 요소 의 주변부에 배치되고, Rx 안테나 요소 킵아웃 영역은 Rx 안테나 요소의 주변부에 배치되는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제4항에 있어서, 상기 Tx 안테나 요소 킵아웃 영역은, 상기 Tx 안테나 요소 주변의 버퍼 영역을 포함하고, 상기 Rx 안테나 요소 킵아웃 영역은 상기 Rx 안테나 요소 주변의 버퍼 영역을 포함하는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제4항에 있어서, 상기 Rx 안테나 요소의 전계는 상기 Tx 안테나 요소의 킵아웃 영역과 중첩되지 않고, 상기 Tx 안테나 요소의 전계는 상기 Rx 안테나 요소의 킵아웃 영역과 중첩되지 않는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제3항에 있어서, 상기 Tx 안테나 요소는 상기 인접한 Rx 안테나 요소와의 신호 결합을 피하도록, 상기 인접한 Rx 안테나 요소와 관련하여 이격되는, 전이중 UTP.
제1항에 있어서, 상기 Tx 안테나 요소는 상기 Rx 안테나 요소에 대해 대각선으로 위치하는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제1항에 있어서, 상기 Tx 안테나 요소는 상기 Rx 안테나 요소 위에 위치되는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제1항에 있어서, 상기 Tx 안테나 요소들의 각각은 공통 Tx 분극을 갖고, 상기 Rx 안테나 요소들의 각각은 공통 Rx 분극을 갖고, 상기 Tx 안테나 요소들의 공통 Tx 분극은 상기 Rx 안테나 요소들의 공통 Rx 분극과 직교하는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제1항에 있어서, 상기 Tx 안테나 요소는 제1 Tx 안테나 요소 포트를 포함하고, 상기 Rx 안테나 요소는 제1 Rx 안테나 요소 포트를 포함하고, 상기 제1 Tx 안테나 요소 포트 및 제1 Rx 안테나 요소 포트는 제1 직교 방향을 갖는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제11항에 있어서, 상기 Tx 안테나 요소는 제2 Tx 안테나 요소 포트를 포함하고, 상기 Rx 안테나 요소는 제2 Rx 안테나 요소 포트를 포함하고, 상기 제2 Tx 안테나 요소 포트 및 제2 Rx 안테나 요소 포트는 상기 제1 직교 방향과 다른 제2 직교 방향을 갖는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제1항에 있어서,
Rx RFIC의 한 채널에 연결되고 Rx 안테나 요소 포트에 연결된 Rx 필터를 더 포함하고, 상기 Rx 필터는 Rx 안테나 요소 포트와 Tx 안테나 요소 포트 사이에서 RF 신호 격리를 제공하는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제1항에 있어서,
Tx RFIC의 한 채널에 연결되고 Tx 안테나 요소 포트에 연결된 Tx 필터를 더 포함하고, 상기 Tx 필터는 Tx 안테나 요소 포트와 Rx 안테나 요소 포트 사이에 RF 신호 격리를 제공하는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제1항에 있어서, 상기 Tx RFIC는, 각각의 Tx RFIC 채널에 의해, 하나 이상의 Tx 안테나 요소 포트들의 각각에 대한 송신 아날로그 신호의 위상을 변경하도록 구성되고,
상기 Rx RFIC는, Rx RFIC 채널들의 각각에 의해, 하나 이상의 Rx 안테나 요소 포트들의 각각에 대한 착신 아날로그 신호의 위상을 변경하도록 구성되고,
송신 아날로그 신호의 위상 변경 및 착신 아날로그 신호의 위상 변경은 UTP의 분극 제어를 제공하는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제10항에 있어서, 상기 Tx 안테나 요소는 2개의 Tx 안테나 요소 포트들을 구비하고, 상기 2개의 Tx 안테나 요소 포트들의 각각은 Tx RFIC의 채널에 연결되고, 상기 Rx 안테나 요소는 2개의 Rx 안테나 요소 포트들을 구비하고, 상기 2개의 Rx 안테나 요소 포트들의 각각은 Rx RFIC의 채널에 연결되며, 이에 의해 공통 Tx 분극 및 공통 Rx 분극의 완전 분극 제어를 가능케 하는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제10항에 있어서, 상기 Tx 안테나 요소는 Tx RFIC의 채널에 연결된 하나의 Tx 안테나 요소 포트를 구비하고, 상기 Rx 안테나 요소는 Rx RFIC의 채널에 연결된 하나의 Rx 안테나 요소 포트를 구비하는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제10항에 있어서, 상기 Tx 안테나 요소는 Tx RFIC의 채널에 연결된 마이크로파 결합기 회로를 통해 결합된 2개의 Tx 안테나 요소 포트들을 갖고, 상기 Rx 안테나 요소는 Rx RFIC의 채널에 연결된 마이크로파 결합기 회로를 통해 결합된 2개의 Rx 안테나 요소 포트들을 포함하는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제10항에 있어서, 상기 공통 Tx 분극은 원형 분극이고, 상기 공통 Rx 분극은 원형 분극인, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제18항에 있어서, 4개의 단위 셀들의 각각이 시계 방향으로 서로 90도 회전되도록, 4개의 단위 셀들이 사분면으로 구성되는, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).
제19항에 있어서, 공통 Tx 분극은 우측 원형 분극(RHCP)이고, 상기 Rx 공통 분극은 좌측 원형 분극(LHCP)인, 전이중 사용자 단말 패널(UTP).