TW201935768A - 用於降低功率消耗的軸對稱薄化的數位波束成形陣列 - Google Patents

Abstract

一種天線盤包含根據一多邊形柵格經配置成一薄陣列的複數個天線元件。該多邊形柵格包含圍繞該柵格之一中心多邊形對稱地配置之複數個配對多邊形。在該柵格之每一多邊形中，該複數個天線元件圍繞一中心點以對稱對進行配置，使得每一對稱對之第一及第二天線元件彼此複共軛。

Description

用於降低功率消耗的軸對稱薄化的數位波束成形陣列

本發明大體上係關於天線領域，且更特定言之，係關於數位波束成形天線。

數位波束成形（Digital Beamforming；DBF）為用於方向信號傳輸及接收之技術。結構上，DBF天線之架構包含圍繞天線盤所分佈之複數個天線元件（例如，「陣列」），其中每一天線元件（或天線元件組，例如「子陣列」）被連接至複數個收發器中的一者。在DBF天線處接收到之信號在元件及/或子陣列層級處被偵測到、進行降頻轉換及數位化，且接著由數位波束處理器進行處理以形成所要波束。雜訊及失真在複數個收發器之間去相關。在傳輸側，數位波束處理器藉由將由每一天線元件或子陣列所形成之複數個子波束相加而形成所要天線波束。數位波束處理器能夠藉由改變選定天線元件之輸出來數位地「操控」天線波束。因此，藉由DBF技術，聚焦天線波束可在陣列前方廣角地以任何方向被傳輸至接收台，而不必實體地移動天線。

本發明之態樣係關於用於相控陣列天線系統之天線盤，且係關於用於設計及構造相控陣列天線系統之天線盤的對應方法。根據本發明，可例如由計算裝置實施此等態樣。

在一個態樣中，相控陣列天線系統包含天線盤及複數個天線元件。複數個天線元件根據包含複數個多邊形對之多邊形柵格分佈在天線盤上。每一多邊形對包含圍繞天線盤之中心對稱地配置之第一及第二多邊形。另外，每一多邊形對中之複數個天線元件圍繞多邊形之中心點以對稱對配置，使得每一對稱對之天線元件彼此複共軛。

在一個態樣中，複數個天線元件包含薄化的天線陣列。另外，天線盤上之複數個天線元件的密度隨著相距天線盤之中心的距離而變化。

在一個態樣中，天線盤上之複數個天線元件的密度隨著相距天線盤之中心的距離增大而減小。

在一個態樣中，每一多邊形對中之第一及第二多邊形的大小及形狀相同。此外，在一個態樣中，第一多邊形對中之第一及第二多邊形不同於第二多邊形對中之第一及第二多邊形。在此等態樣中，第一多邊形對中之第一多邊形及第二多邊形對中之第一多邊形可具有不同大小及/或形狀。

在一個態樣中，第一多邊形對中之第一及第二多邊形及第二多邊形對中之第一及第二多邊形分別具有相同大小及形狀。

在此等態樣中，第一多邊形對中之第一多邊形中的天線元件之分佈型樣與第二多邊形對中之第一多邊形中的天線元件之分佈型樣相同。

在一個態樣中，每一多邊形對中之第一及第二多邊形中的天線元件之分佈隨著每一多邊形對中之第一及第二多邊形的大小及形狀而變化。

在一個態樣中，本發明提供判定相控陣列天線系統之天線元件的分佈之方法。在此態樣中，該方法包含根據多邊形柵格將複數個天線元件分佈在天線盤上。多邊形柵格包含圍繞天線盤之中心對稱地配置成多邊形對的複數個多邊形。此外，分佈複數個天線元件包含對於每一多邊形對中之每一多邊形，圍繞多邊形之中心點以對稱對配置複數個天線元件，使得每一對稱對之天線元件彼此複共軛。

在一個態樣中，每一對稱對的天線元件包含第一及第二天線元件，且將複數個天線元件以對稱的對配置在每一多邊形中包含將每一對稱對之第一及第二天線元件配置成相距中心點實質上等距。

在一個態樣中，該方法進一步對複數個天線元件進行薄化，使得天線盤上之複數個天線元件的密度隨著相距天線盤之中心的距離而變化。在此等態樣中，天線盤上之複數個天線元件的密度隨著相距天線盤之中心的距離增大而減小。

在一個態樣中，每一多邊形對包含疊合的第一及第二多邊形。

在一個態樣中，第一多邊形對中之第一及第二多邊形及第二多邊形對中之第一及第二多邊形非疊合。在此等態樣中，第一多邊形對中之第一多邊形中的天線元件之分佈型樣不同於第二多邊形對中之第一多邊形中的天線元件之分佈型樣。

在一個態樣中，方法亦需要判定多邊形柵格中之多邊形對的一或多個集合。在此等態樣中，每一集合中之每一多邊形對中之第一及第二多邊形的大小及形狀分別疊合。在此等態樣中分佈複數個天線元件包含分別以相同型樣將天線元件分佈在每一多邊形對中之第一多邊形中及每一多邊形對中之第二多邊形中。

在一個態樣中，本發明提供一種非暫時性電腦可讀取媒體，其儲存用於控制可程式化計算裝置之電腦程式產品。電腦程式產品包含軟體指令，該等軟體指令在由可程式化計算裝置之處理電路執行時，使得處理電路根據包含複數個多邊形之一多邊形柵格將複數個天線元件分佈在一天線盤上，該等多邊形圍繞該天線盤之一中心經對稱地配置成多邊形對，且接著將複數個天線元件分佈在天線盤上。為分佈複數個天線元件，執行軟體指令使得處理電路針對每一多邊形對中之每一多邊形圍繞多邊形之中心點以對稱對配置複數個天線元件，使得每一對稱對之天線元件彼此複共軛。

本發明之態樣係關於薄化的數位波束成形陣列（digital beamforming array；DBA）上之複數個天線元件的分佈及配置，且係關於其設計及製造。更詳細地，本發明之態樣將多邊形柵格疊置在天線盤上。多邊形柵格包含複數個多邊形，該等多邊形經配置為圍繞盤中心對稱的多邊形對。在每一多邊形中，天線元件圍繞多邊形之中心點以對稱對配置，使得每一對稱對之天線元件彼此複共軛。以此方式分佈天線元件減少計算波束成形參數所需的計算次數，藉此減少天線使用時的數位信號處理計算負荷及功率消耗。

參考附圖，圖1說明經疊置在相控陣列天線系統之天線盤10上的多邊形柵格12。如所說明的態樣中所見，天線盤10的形狀為大體上圓形；然而，一般熟習此項技術者應瞭解，這僅為達成說明之目的。由於天線盤10之大小及/或形狀並不與本發明緊密關聯，本文中所描述的態樣同樣適用於具有非圓形的大小及/或形狀之天線盤10。

多邊形柵格12包含經成對組織的複數個多邊形所包圍的中心多邊形14。每一多邊形對包含圍繞中心多邊形14所對稱佈置的第一多邊形（例如，多邊形16a、16c、18a、20a）及對應第二多邊形（例如，多邊形16b、16d、18b、20b）。每一多邊形對中之第一多邊形16a、16c、18a、20a的大小及形狀與該對中對應的第二多邊形16b、16d、18b、20b的大小及形狀實質上相同。亦即，每一多邊形對中之第一及第二多邊形（例如，16a、16b）「疊合（congruent）」。

更詳細地，如本文所使用的「疊合」意謂兩個或大於兩個多邊形（例如，多邊形對之多邊形）之大小及形狀（例如，形式）實質上相同，使得多邊形在彼此被疊置時實質上彼此重合。例如，在圖1中，多邊形16a與多邊形16b配對，且位於中心多邊形14之直徑上對置的側面。多邊形16a具有與多邊形16b實質上相同的大小及形狀，且因此多邊形16a及16b被視為「疊合」。

通常，給定第一多邊形對中的第一及第二多邊形（例如，16a、16b，本文中統稱為16-1）之大小及形狀不同於給定第二多邊形對中的第一及第二多邊形（例如，20a、20b，本文中統稱為20）之大小及形狀。亦即，不同多邊形對之各別第一及第二多邊形「非疊合」。如本文所使用，術語「非疊合」」意謂兩個或大於兩個多邊形具有不同大小或不同形狀中的至少一者。

然而，情況是並非總是非疊合。在本發明之一些態樣中，第一多邊形對（例如，多邊形對16-1）中的第一及第二多邊形（例如，16a、16b）之大小及形狀實質上分別與第二多邊形對中的第一及第二多邊形（例如，多邊形16c、16d，本文中統稱為16-2）疊合。亦即，在某些態樣中，不僅包含給定多邊形對之個別多邊形疊合，而且彼等相同多邊形亦可與包含第二多邊形對的個別多邊形疊合。

如稍後更詳細地描述，本發明之態樣有利地利用此「疊合」特性來判定天線盤10上的天線元件之分佈型樣，從而減少計算波束成形參數所需的計算負荷以及天線盤10所消耗的功率。例如，本發明之一些態樣將首先分析多邊形柵格12以識別多邊形之「代表集合」。代表集合中之每一多邊形的大小及形狀相比於代表集合中的所有其他多邊形是唯一的。然而，雖然並不必要，但代表集合中之每一多邊形亦可與不在代表集合中之一或多個其他多邊形疊合。在此等態樣中，首先判定包含代表集合之多邊形中的每一者中之天線元件的分佈型樣。接著，基於疊合性將彼等分佈型樣複製或「仿製」至多邊形柵格12中之其他多邊形。此仿製的優勢在於所需設計及製造步驟少於不仿製多邊形柵格12中之每一多邊形的分佈型樣的情況下的步驟數量。

圖2說明根據本發明之一態樣的代表多邊形16a中之天線元件22的分佈型樣D。如圖2中所示，複數個天線元件22被配置成圍繞中心點C的對稱對22-1、22-2、22-3。例如，天線元件22-1為對應天線元件。天線元件22-2及22-3亦為對應天線元件。每一對稱對22-1、22-2、22-3包含相距中心點C實質上相等距離的第一天線元件及對應第二天線元件。每一對稱對22-1、22-2、22-3中的第一及第二天線元件之此實體上的對稱配置意謂該第一天線元件及該第二天線元件被配置成彼此複共軛。例如，在此態樣中，多邊形柵格12之給定多邊形中的第一及第二天線元件之位置係基於與第一及第二天線元件相關聯的波束成形計算中的實值及虛值。

特定言之，給定對稱對（例如，對稱對22-1）之第一及第二天線元件由具有相等量值的實部及相等量值但正負號相反的虛部之複數來界定。舉例而言，若界定對稱對22-1中之第一天線元件的複數表達為2 + 5i，則對稱對22-1之第二天線元件為2 + 5i的複共軛，亦即2 - 5i。因此，為求得給定對稱對之任何給定第一天線元件的複共軛，本發明之態樣只要將虛部的正負號自「+」改為「-」（或者自「-」改為「+」）即可。

在一個態樣中，給定多邊形內之對稱對（諸如多邊形16a中之對稱對22-1、22-2、22-3）的複共軛關係藉由組合來自多邊形柵格12內之每一多邊形中的天線元件22的信號得以維持。例如，在一個態樣中，使用例如自網路接收到之資訊或藉由使用提供信號到達時間之真實時間延遲調整的多種已知處理技術（例如，數位信號處理技術）中之任一者來組合信號。單一真實時間延遲值用於每一多邊形內之所有天線元件22。在一個態樣中，來自每一多邊形內之天線元件22的信號亦在應用真實時間延遲調整之前或之後進行相位調整。

因為分佈式天線元件被對稱地配置成彼此複共軛，所以本發明之態樣並不需要對每一天線元件執行波束成形計算。而是，僅對天線元件對中的僅一個天線元件執行用於判定波束成形參數之計算。一旦彼等天線元件之計算完成，本發明僅需要藉由改變虛部之正負號來計算天線元件之複共軛，以獲得對稱對中之另一天線元件的波束成形參數。此等數學運算的計算成本小於在對每一天線元件單獨執行相同的波束成形計算的情況下的計算成本（例如，與需要對每一元件單獨執行計算之其他波束成形計算技術相比，計算波束成形參數所需的計算量變少）。

應注意，圖2中所見之多邊形16a的大小及形狀以及多邊形16a內的天線元件22之對稱對的特定分佈及定位僅出於說明性目的。天線元件22之數目以及天線元件22之對稱對的所示定位亦是如此。實務上，結合多邊形16a及圖2所描述之態樣可等效地應用於多邊形柵格12中之任何其他多邊形。如稍後更詳細地描述，天線元件22之數目以及因此天線元件22之對稱對的數目可取決於設計要求而變化。然而，在一些態樣中，天線元件22之密度在天線盤10之中心附近最高。

根據本發明，天線盤10上之天線元件22的特定分佈及配置可藉由計算裝置在製造天線盤10之前判定。接著，天線盤10根據所判定的分佈型樣D來構造。

詳言之，本發明之態樣以經分佈在天線盤10上之天線元件22的極密集陣列開始設計程序。在一態樣中，天線元件22之分佈為隨機或偽隨機的。天線元件22之陣列接著藉由例如應用泰勒薄化程序來進行薄化。薄化程序在策略上消除一些天線元件22，以產生具有低旁瓣位準（side lobe level；SLL）的輻射型樣。舉例而言，在一態樣中，天線元件22在薄化之後的初始分佈使得多邊形柵格12之每一多邊形具有在40個至130個之間的天線元件。多邊形柵格12接著被疊置在天線盤10上。

一旦已經應用薄化，便用天線元件22之新分佈及配置來替換天線元件22之此隨機或偽隨機分佈及配置，使得多邊形柵格12之天線元件22的總數目以及多邊形柵格12之每一多邊形中的天線元件22之數目實質上相同。然而，「分段」多邊形（亦即，被安置在多邊形柵格12之周邊的彼等多邊形）中的天線元件22之數目可基於大小按比例減少。

為實現如此分佈，本發明之一態樣在移除經薄化陣列之前重新設定柵格12中之多邊形中每一者之形狀及/或大小，以確保柵格12中之每一多邊形包含實質上相同數目的天線元件22。接著，一旦已經移除經薄化陣列，天線元件22的新分佈便以對稱對被配置在柵格12之每一多邊形中。

詳言之，每一對稱對之第一及第二天線元件圍繞多邊形之中心點C配置，使得每一對稱對之天線元件22彼此複共軛，如先前所描述。

每一多邊形之天線元件22的數目不一定是準確的；然而，每一多邊形中之天線元件22的數目應基於多邊形大小及疊合性而基本上相等。舉例而言，在一態樣中，每一多邊形之天線元件22的數目在每一多邊形約50個天線元件與每一多邊形約110個天線元件之間。多邊形柵格12中之較大多邊形可具有比較小多邊形或「周邊」多邊形更多的天線元件22；然而，具有類似大小及形狀之多邊形具有實質上相同數目的天線元件22。被分佈在多邊形柵格12之每一多邊形中之天線元件22的數目基本上不相等可指示出多邊形之大小及形狀的重新設定不準確。

不管特定數目及配置，天線元件22被分佈在天線盤10上，使得天線元件22之密度隨著相距天線盤10之中心的距離而變。因此，天線盤10上之天線元件22的密度在天線盤10之中心附近最大，且隨著相距天線盤10之中心的距離增大而減小。在某些態樣中，柵格12中之多邊形的大小亦隨著相距天線盤10之中心的距離而增大。多邊形之增大大小允許遠離天線盤10之中心所定位的多邊形容納與柵格12上被定位為更靠近天線盤10之中心的彼等多邊形大約相同數目的天線元件。

圖3A至圖3B說明具有根據本發明之態樣所組態的天線盤10之相控陣列天線系統的輻射型樣。

特定言之，圖3A之圖28中所說明的輻射型樣展示由0.00度處的「尖峰」所表示之明顯的主波束，兩側的SLL相對較低。因此，主波束之方向上的輻射較高，而不想要的旁瓣方向上的輻射較低。圖3B之圖30說明與圖5A之輻射型樣相同的輻射型樣，但是聚焦於較小角度（距離中心±n度）。然而，不管怎樣，圖3B中的0.0度處的尖峰所代表的主波束明顯，而主波束兩側的SLL減小。若需要，SLL輻射可以藉由額外的濾波被更大程度地減少，在某些情況下，可有效地予以消除。

圖4為說明根據本發明之一態樣的用於判定天線盤10上之複數個天線元件22之分佈型樣D的方法40的流程圖。如稍後更詳細地看到，方法40藉由諸如工作台或基於網路之伺服器的計算裝置執行包含控制應用程式之軟體設計工具來實施。

如圖4中所見，方法40藉由將複數個天線元件22隨機或偽隨機地分佈在天線盤10上而開始。此初始分佈提供天線元件22之極密集陣列（方塊42）。一旦經分佈，方法40便判定多邊形柵格12（方塊44）且將多邊形柵格12疊置在天線盤10上（方塊46）。多邊形柵格12包含以複數個多邊形對所配置之複數個多邊形。每一多邊形對包含圍繞天線盤10之中心（例如，圍繞中心多邊形14）經對稱配置之第一及第二疊合多邊形。方法40接著對極密集陣列應用薄化演算法，以對天線盤10上之天線元件22的數目進行薄化（方塊48）。如先前所述，薄化程序在策略上消除陣列中之一些天線元件22，使得其餘天線元件產生具有低旁瓣位準（SLL）之輻射型樣。

方法40接著需要變更柵格12中之一或多個多邊形的大小及/或形狀，以在每一多邊形中獲得預定密度的天線元件22（方塊50）。儘管本發明可能存在任何需要或期望的密度，但是一態樣需要每一多邊形在約50個天線元件至110個天線元件之間的預定密度。如圖中所示，天線元件22之密度朝向天線盤10之中心與朝向天線盤10之周邊相比變大。因此，在一態樣中，多邊形之大小隨著相距天線盤10之中心的距離而增大。增大大小允許更靠近天線盤10之周邊的多邊形包含與更靠近天線盤之中心的彼等多邊形大約相同數目的天線元件22，藉此維持每一多邊形的天線元件22之預定密度。

一旦多邊形柵格12中之多邊形被設定大小及形狀，方法40便移除天線元件22之當前分佈，且用天線元件22之新分佈替換彼分佈（方塊52）。特定言之，複數個天線元件22被分佈在多邊形柵格12之每一多邊形中，使得：
被新分佈在柵格12之每一多邊形中的天線元件12之密度仍基本上類似於預定密度；
天線元件22圍繞多邊形之中心點C以對稱對被配置在每一多邊形中；及
每一對稱對中之第一及第二天線元件22彼此複共軛。

如先前所述，圍繞多邊形之中心以對稱對配置天線元件22（其中第一及第二天線元件22彼此複共軛）將減少在使用數位信號處理之操作期間計算波束成形參數所需的計算數目。因此，本發明之分佈方法有益地減少使用天線時的數位信號處理計算負荷及功率消耗。

一旦已經判定天線元件22之分佈型樣D，方法40便為使用者產生並輸出天線元件分佈及配置之設計（方塊54）。在一態樣中，設計被輸出至顯示裝置以被使用者看到，而在其他態樣中，設計被儲存至記憶體裝置（例如，資料庫）以供稍後用於製造程序中。舉例而言，在一態樣中，本發明之態樣所產生的設計被用作用於產生實體的天線盤10之模板。

因此，本發明之態樣有益地減少操作配備有根據本發明組態之天線盤10的系統所需之資源。然而，另外，本發明之態樣亦包含用於促進製造此等天線盤10之方法。更特定言之，基於柵格12中之每一多邊形的大小及形狀，本發明之態樣減少在判定天線盤10上之天線元件22的分佈及配置時要考慮的多邊形數目。減少之後，本發明之態樣判定天線元件22之新的分佈型樣D，但僅針對數目減少的多邊形。一旦針對數目減少的多邊形判定新分佈，本發明僅仿製多邊形柵格12中之其餘多邊形的分佈型樣D。因此，判定柵格12之每一多邊形中的天線元件22之分佈及配置所需的處理量大大減少。

如圖5中所見，例如本發明之一態樣比較多邊形柵格12中之每一多邊形的大小及形狀。基於此比較之結果，實施方法之計算裝置可識別多邊形之代表子集60。在圖5之態樣中，多邊形之代表子集60包含15個多邊形，包含中心多邊形14。代表子集60中之每一多邊形具有唯一的大小及形狀。亦即，代表子集60中之多邊形皆不疊合。然而，中心多邊形14可能例外，代表子集60中之每一多邊形與柵格12中不含在代表子集60中的至少一個其他多邊形疊合。因此，根據本發明之一態樣，計算裝置僅需要判定代表子集60中之每一多邊形的天線元件22之分佈型樣D。一旦判定子集60中之所有多邊形的分佈型樣D，計算裝置基於疊合性將所判定之分佈型樣D仿製至柵格12中之其餘多邊形。

因此，本發明之態樣有利地利用柵格12中之一些多邊形的大小及形狀將與柵格12中之其他多邊形的大小及形狀基本上相同的知識來降低天線盤10的製造複雜度。亦即，藉由識別柵格12中之此等「唯一」設定大小及形狀的多邊形以及藉由複製此等「唯一」多邊形中之天線元件22的分佈型樣D，本發明之態樣極大地減少天線盤10作為一整體所必須判定之型樣的數目。型樣的數目減少又極大地降低天線盤10之製造複雜度。

即使存在此等降低，天線盤10之輻射型樣實質上仍未受不利影響。如圖6A至圖6B之圖62、64中所見，例如主瓣之任一側上的旁瓣之輻射型樣（再次由在0.0度處的「尖峰」所代表）稍高。在各種態樣中，可採用合適濾波以減少或消除旁瓣輻射，藉此留下主瓣之定向輻射型樣。

圖7A至圖7B為說明根據本發明之一態樣的藉由減少用於處理之多邊形（亦即，子陣列」）數目來判定天線盤10之天線元件22的分佈型樣D的方法70的流程圖。如上文所論述，方法70由計算裝置實施，且輸出一設計，指定在製造程序期間用於構造實體的天線盤10之天線盤10的天線元件22之分佈及配置。

方法70以類似於方法40之方式開始。特定言之，方法70將複數個天線元件22隨機分佈在天線盤10之上，且產生用於天線盤10之多邊形柵格12（方塊72、74）。如先前描述，柵格12包含複數個多邊形對，其中每一多邊形對包含第一及第二疊合多邊形（亦即，具有實質上相同的大小及形狀）。另外，每一多邊形對圍繞柵格12之中心多邊形14經對稱地配置。多邊形柵格12接著被疊置在天線盤10之上（方塊76），接著對天線元件22進行薄化（方塊78）。接著調整多邊形中的一或多者的形狀及/或大小以獲得天線元件22之預定分佈（方塊80）。接著移除天線元件22之現有陣列，且減少多邊形（例如，子陣列）的數目來進行處理（方塊82）。

圖7B中說明用於減少考慮的多邊形數目之一個程序。如在此態樣中所見，實施方法70之計算裝置首先判定多邊形之代表集合60（方塊84）。多邊形之此代表子集60中的每一多邊形與代表子集60中之所有其他多邊形非疊合。因此，多邊形之代表子集60中的每一多邊形具有獨特大小及形狀。然而，除中心多邊形14以外，多邊形之代表子集60中的每一多邊形與柵格12中不含在多邊形之代表子集60中的至少一個其他多邊形疊合。柵格12中之多邊形之間的疊合知識准許實施方法70之計算裝置判定極小數目的多邊形（例如，多邊形之代表子集60中的彼等多邊形）之天線元件的分佈型樣D（方塊86），接著將彼等判定之型樣仿製至柵格12中之其餘多邊形（方塊88）。

特定言之，對於多邊形之代表子集60中的每一多邊形，天線元件22被分佈成複數個對稱對（例如，圖2之22-1、22-2、22-3）。每一對稱對包含圍繞多邊形之中心點C所配置且彼此複共軛的第一及第二天線元件。在一個態樣中，每一對稱對中之第一及第二天線元件22距離多邊形之中心點C等距，如圖2中所說明。

一旦判定多邊形之代表子集60中的每一多邊形之型樣，方法70便基於疊合性將彼型樣仿製至柵格12中之所有其他多邊形（方塊88）。特定言之，對於多邊形之代表子集60中的每一個別多邊形，方法70將彼多邊形中之天線元件22的分佈及配置仿製至多邊形柵格12中不含在多邊形之代表子集60中然而與彼多邊形疊合的所有其他多邊形。此仿製不再需要單獨地判定多邊形柵格12中之每一多邊形的天線元件的分佈型樣D。方法70接著產生並輸出包含新分佈的天線元件22之天線盤10之設計，使得可基於該設計製造天線盤10（方塊90）。

圖8為說明經組態以判定根據本發明之天線盤10上的天線元件22之分佈型樣D的計算裝置100的方塊圖。如圖8中所見，計算裝置100包含經由一或多個匯流排通信被耦接至記憶體104之處理電路102、使用者輸入/輸出介面106及通信介面108。根據本發明之各種態樣，處理電路102包含一或多個微處理器、微控制器、硬體電路、離散邏輯電路、硬體暫存器、數位信號處理器（DSP）、場可程式化閘陣列（FPGA）、特殊應用積體電路（ASIC）或前述一組合。在一個此態樣中，處理電路102包括能夠執行在記憶體104中所儲存為例如機器可讀取電腦控制程式110的軟體指令之可程式化硬體。更特定言之，處理電路102經組態以執行控制程式110來執行先前所描述之本發明的態樣。

記憶體104包含此項技術中已知或可經發展之任何非暫時性機器可讀取儲存媒體（無論揮發性還是非揮發性），單獨地或任意組合地包括（但不限於）固態媒體（例如，SRAM、DRAM、DDRAM、ROM、PROM、EPROM、快閃記憶體、固態磁碟機等）、抽取式儲存裝置（例如，安全數位（SD）卡、miniSD卡、microSD卡、記憶棒、拇指驅動器、USB快閃記憶體、ROM盒、通用媒體碟）、固定驅動機（例如，磁性硬碟驅動機）或其類似者。如圖8中所見，記憶體104經組態以儲存由處理電路102所執行的電腦程式產品（例如，控制程式110）以執行本發明之態樣。

使用者輸入/輸出介面106包含經組態以控制計算裝置100之輸入及輸出（I/O）資料路徑的電路。I/O資料路徑包括用於經由通信網路（未圖示）與其他電腦及大容量儲存裝置交換信號之資料路徑，及/或用於與使用者交換信號之資料路徑。

在一些態樣中，使用者I/O介面106包含各種使用者輸入/輸出裝置，包括（但不限於）一或多個顯示裝置、鍵盤或小鍵盤、滑鼠及其類似者。

通信介面108包含經組態以允許計算裝置100與一或多個遠端計算裝置進行資料及資訊通信之電路。通常，通信介面108包含乙太網卡或經組態以允許計算裝置100經由計算機網路進行資料及資訊通信之其他專用電路。然而，在本發明之其他態樣中，通信介面108包括經組態以經由一無線網路將通信信號發送至另一裝置及自另一裝置接收通信信號的收發器。

圖9為說明根據本發明之一態樣的根據不同硬體單元及軟體模組（例如，如被儲存在記憶體104上之控制程式110）所實施之處理電路102的方塊圖。如圖9中所見，處理電路102實施多邊形柵格產生器單元/模組112、多邊形集合判定單元/模組114、天線元件分佈單元/模組116、天線元件薄化單元/模組118及天線盤設計輸出單元/模組120。

多邊形柵格產生器單元/模組112經組態以產生被疊置於天線盤10上之多邊形柵格12。多邊形集合判定單元/模組114亦經組態以分析多邊形柵格12，且識別多邊形柵格12中包含先前所描述之多邊形的代表子集60之多邊形集合。天線元件分佈單元/模組114經組態以判定柵格12之每一多邊形中的天線元件22之分佈型樣D。特定言之，天線元件分佈單元/模組114判定每一多邊形中之複數個對稱對的天線元件22中的每一者的第一及第二天線元件22，以及彼等第一及第二天線元件22圍繞多邊形之中心點C對稱的位置。在減少多邊形數目以促進製造天線盤10的情況下，天線元件分佈單元/模組114判定代表子集60中之每一非疊合多邊形的天線元件22的分佈型樣D，且接著基於疊合性將彼等所判定之型樣仿製至柵格12中的其餘多邊形，如先前所描述。

天線薄化單元/模組118經組態以對天線盤10上之天線元件應用薄化演算法，使得天線盤10上之天線元件22的分佈隨著相距天線盤10之中心的距離而變化。天線盤設計輸出單元/模組120經組態以為使用者輸出天線盤10之設計。如先前所描述，在一些態樣中，由本發明之態樣所輸出之設計用於製造實體的天線盤10。

圖10為說明根據本發明之一態樣組態之相控陣列天線系統122的功能方塊圖。如圖10中所見，相控陣列天線系統122包含被分佈在天線盤10上的複數個天線元件22，如先前所描述。每一天線元件22藉由傳輸器124而具備有對應的饋入電流，其中每一饋入電流穿過由控制器128所控制對應的移相器126。

如此項技術中已知，該控制器128控制移相器124中的每一者以用電子方式更改饋入電流之間的相位關係。此更改導致由一些天線元件22所輻射之無線電波疊加在一起，以增加所要方向上的輻射，同時導致由其他天線元件22輻射之無線電波彼此相消，藉此抑制不合需要之方向上的輻射。亦即，在如此控制之後，相控陣列天線系統122經組態成定向輻射。

根據本發明之態樣所組態的天線盤10適合用於與任何數目個不同裝置相關聯的相控陣列天線系統122。圖11將此等裝置圖示成包括（但不限於）飛機130、旋翼機132、衛星（或其他地球外載具）134、雷達設施136、蜂巢式電話138、船140及其類似者。

本發明之態樣進一步包括如本文中所描述的使用各種硬體組態實施之各種方法及程序，該等硬體組態以與上文給出的廣泛描述在某些細節上有改動的方式進行組態。舉例而言，上文所論述之處理功能性中的一或多者可使用專用硬體而非經組態有程式指令之微處理器實施，這取決於（例如）各種方法之設計及成本權衡及/或系統級要求。

此外，本發明包含根據以下條項之實施例：條項1.一種相控陣列天線系統，其包含：一天線盤；根據包含複數個多邊形對之一多邊形柵格分佈在該天線盤上的複數個天線元件；其中每一多邊形對包含圍繞該天線盤之一中心對稱地配置之第一及第二多邊形；且其中每一多邊形對中之每一多邊形中的該複數個天線元件圍繞該多邊形之一中心點以對稱對配置，使得每一對稱對之該等天線元件彼此複共軛。
條項2.如條項1所述之相控陣列天線系統，其中該複數個天線元件包含一薄化的天線陣列，且其中該天線盤上之該複數個天線元件的一密度隨著相距該天線盤之該中心的距離而變化。
條項3.如條項2所述之相控陣列天線系統，其中該天線盤上之該複數個天線元件的該密度隨著相距該天線盤之該中心的該距離增大而減小。
條項4.如任一前述條項所述之相控陣列天線系統，其中每一多邊形對中之該等第一及第二多邊形的一大小及一形狀相同。
條項5.如條項4所述之相控陣列天線系統，其中一第一多邊形對中之該等第一及第二多邊形不同於一第二多邊形對中之該等第一及第二多邊形。
條項6.如條項5所述之相控陣列天線系統，其中該第一多邊形對中之該第一多邊形及該第二多邊形對中之該第一多邊形具有不同大小。
條項7.如條項5所述之相控陣列天線系統，其中該第一多邊形對中之該第一多邊形及該第二多邊形對中之該第一多邊形具有不同形狀。
條項8.如任一前述條項所述之相控陣列天線系統，其中一第一多邊形對中之該等第一及第二多邊形及一第二多邊形對中之該等第一及第二多邊形分別具有相同的大小及形狀。
條項9.如條項8所述之相控陣列天線系統，其中該第一多邊形對中之該第一多邊形中的該等天線元件之一分佈型樣與該第二多邊形對中之該第一多邊形中的該等天線元件之一分佈型樣相同。
條項10.如任一前述條項所述之相控陣列天線系統，其中每一多邊形對中之該等第一及第二多邊形中的該等天線元件之一分佈隨每一多邊形對中之該等第一及第二多邊形的一大小及一形狀而變。
條項11.一種判定一相控陣列天線系統之天線元件的一分佈之方法，該方法包含：
根據包含複數個多邊形之一多邊形柵格將複數個天線元件分佈在一天線盤上，該等多邊形圍繞該天線盤之一中心對稱地配置成多邊形對；及
其中分佈該複數個天線元件包含對於每一多邊形對中之每一多邊形，圍繞該多邊形之一中心點以對稱對配置該複數個天線元件，使得每一對稱對之該等天線元件彼此複共軛。
條項12.如條項11所述之方法，其中每一對稱對的天線元件包含第一及第二天線元件，且其中將該複數個天線元件以對稱對配置在每一多邊形中包含將每一對稱對之該等第一及第二天線元件配置成相距該中心點實質上等距。
條項13.如任一前述條項所述之方法，其進一步包含對該複數個天線元件進行薄化，使得該天線盤上之該複數個天線元件的一密度隨著相距該天線盤之該中心的距離而變化。
條項14.如條項13所述之方法，其中該天線盤上之該複數個天線元件的該密度隨著相距該天線盤之該中心的該距離增大而減小。
條項15.如任一前述條項所述之方法，其中每一多邊形對包含一第一多邊形及一第二多邊形，其中每一多邊形對之該等第一及第二多邊形疊合。
條項16.如條項15所述之方法，其中一第一多邊形對中之該等第一及第二多邊形及一第二多邊形對中之該等第一及第二多邊形非疊合。
條項17.如條項16所述之方法，其中該第一多邊形對中之該第一多邊形中的該等天線元件之一分佈型樣不同於該第二多邊形對中之該第一多邊形中的該等天線元件之一分佈型樣。
條項18.如任一前述條項所述之方法，其進一步包含判定多邊形柵格中之多邊形對的一或多個集合，其中每一集合中之每一多邊形對中之第一及第二多邊形的大小及形狀分別疊合。
條項19.如條項18所述之方法，其中分佈複數個天線元件包含分別以相同型樣將天線元件分佈在每一多邊形對之第一多邊形中及每一多邊形對之第二多邊形中。
條項20.一種儲存用於控制可程式化計算裝置的電腦程式產品之非暫時性電腦可讀取媒體，該電腦程式產品包含軟體指令，該等軟體指令在由可程式化計算裝置之處理電路執行時使得處理電路：
根據包含複數個多邊形之一多邊形柵格判定複數個天線元件在一天線盤上之分佈，該等多邊形圍繞該天線盤之一中心對稱地配置成多邊形對；及
將複數個天線元件分佈在天線盤上，其中為了分佈複數個天線元件，軟體指令在由處理電路執行時使得處理電路對於每一多邊形對中之每一多邊形，圍繞多邊形之中心點以對稱對配置複數個天線元件，使得每一對稱對之天線元件彼此複共軛。

前文描述及隨附圖式表示本文中教示之方法及設備的非限制性實例。因此，本發明之態樣不受前文描述及隨附圖式限制。實情為，本發明之態樣僅受所附申請專利範圍及其法定等效物限定。

10‧‧‧天線盤

12‧‧‧多邊形柵格

14‧‧‧中心多邊形

16a、16c、18a、20a‧‧‧（第一）多邊形

16b、16d、18b、20b‧‧‧（第二）多邊形

22‧‧‧天線元件

22-1、22-2、22-3‧‧‧對稱對

28、30‧‧‧圖

60‧‧‧代表子集/集合

62、64‧‧‧圖

100‧‧‧計算裝置

102‧‧‧處理電路

104‧‧‧記憶體

106‧‧‧使用者輸入/輸出（I/O）介面

108‧‧‧通信介面

110‧‧‧機器可讀取電腦控制程式

112‧‧‧多邊形柵格產生器單元/模組

114‧‧‧多邊形集合判定單元/模組

116‧‧‧天線元件分佈單元/模組

118‧‧‧天線元件薄化單元/模組

120‧‧‧天線盤設計輸出單元/模組

122‧‧‧相控陣列天線系統

124‧‧‧傳輸器

126‧‧‧移相器

128‧‧‧控制器

130‧‧‧飛機

132‧‧‧旋翼機

134‧‧‧衛星

136‧‧‧雷達設施

138‧‧‧蜂巢式電話

140‧‧‧船

C‧‧‧中心點

D‧‧‧分佈型樣

本發明之態樣藉助於實例說明且不受隨附圖式限制，其中類似標號指示類似元件。

圖1說明根據本發明之一態樣的相控陣列天線系統的天線盤及經疊置在該天線盤上之多邊形柵格。

圖2說明根據本發明之一態樣的多邊形柵格的多邊形中之天線元件的分佈。

圖3A至圖3B說明具有根據本發明之態樣所組態的天線盤之相控陣列天線的輻射型樣。

圖4為說明根據本發明之態樣的用於判定天線盤上之複數個天線元件之分佈型樣的方法的流程圖。

圖5說明根據本發明之一態樣的用以促進製造天線盤之多邊形柵格。

圖6A至圖6B說明具有根據圖5之態樣所組態的天線盤之相控陣列天線系統的輻射型樣。

圖7A至圖7B為說明根據本發明之一態樣的用於判定天線盤上之複數個天線元件之分佈型樣的方法的流程圖。

圖8為說明根據本發明之態樣的經組態以判定天線元件之分佈型樣的計算裝置之功能方塊圖。

圖9為說明經組態以實施本發明之態樣的處理電路之功能方塊圖。

圖10為說明根據本發明之一態樣所組態之相控陣列天線系統的功能方塊圖。

圖11說明可利用根據本發明之態樣所組態的天線盤的一些例示性裝置。

Claims (15)

1. 一種相控陣列天線系統，其包含： 天線盤（10）； 複數個天線元件（22），其根據包含複數個多邊形對（16）（18）（20）之多邊形柵格（12）被分佈在該天線盤上； 其中每一多邊形對包含圍繞該天線盤之中心經對稱地配置之第一多邊形及第二多邊形；及 其中每一多邊形對中之每一多邊形中的該複數個天線元件圍繞該多邊形之中心點（C）以對稱對（22-1）（22-2）（22-3）配置，使得每一對稱對之天線元件彼此複共軛。
2. 如請求項1所述之相控陣列天線系統，其中該複數個天線元件包含經薄化的天線陣列，且其中該天線盤上之該複數個天線元件的密度（D）隨著相距該天線盤之該中心的距離而變化。
3. 如請求項2所述之相控陣列天線系統，其中該天線盤上之該複數個天線元件的該密度隨著相距該天線盤之該中心的該距離增大而減小。
4. 如請求項1至3中任一項所述之相控陣列天線系統，其中每一多邊形對中之該第一多邊形及該第二多邊形的大小及形狀相同。
5. 如請求項4所述之相控陣列天線系統，其中第一多邊形對中之該第一多邊形及該第二多邊形不同於第二多邊形對中之該第一多邊形及該第二多邊形。
6. 如請求項5所述之相控陣列天線系統，其中該第一多邊形對中之該第一多邊形及該第二多邊形對中之該第一多邊形具有不同大小。
7. 如請求項5所述之相控陣列天線系統，其中該第一多邊形對中之該第一多邊形及該第二多邊形對中之該第一多邊形具有不同形狀。
8. 如請求項4所述之相控陣列天線系統，其中第一多邊形對中之該第一多邊形（16a）及該第二多邊形（16b）及第二多邊形對中之該第一多邊形（16c）及該第二多邊形（16d）分別具有相同的大小及形狀。
9. 如請求項8所述之相控陣列天線系統，其中該第一多邊形對中之該第一多邊形中的該等天線元件之分佈型樣與該第二多邊形對中之該第一多邊形中的該等天線元件之分佈型樣相同。
10. 如請求項1至3中任一項所述之相控陣列天線系統，其中每一多邊形對中之該第一多邊形及該第二多邊形中的該等天線元件之分佈隨著每一多邊形對中之該第一多邊形及該第二多邊形的大小及形狀而變化。
11. 一種判定相控陣列天線系統之天線元件（22）的分佈（D）之方法，該方法包含： 根據包含複數個多邊形（16）（18）（20）之多邊形柵格（12）將複數個天線元件（22）分佈（52）在天線盤（10）上，該等多邊形圍繞該天線盤之中心經對稱地配置成多邊形對；及 其中分佈該複數個天線元件包含對於每一多邊形對中之每一多邊形，圍繞該多邊形之中心點（C）以對稱對（22-1）（22-2）（22-3）配置該複數個天線元件，使得每一對稱對之該等天線元件彼此複共軛。
12. 如請求項11所述之方法，其中每一對稱對的天線元件包含第一天線元件及第二天線元件，且其中將該複數個天線元件以對稱對配置在每一多邊形中包含將每一對稱對之該第一天線元件及該第二天線元件配置成相距該中心點實質上等距。
13. 如請求項11至12中任一項所述之方法，其進一步包含對該複數個天線元件進行薄化（44），使得該天線盤上之該複數個天線元件的密度（D）隨著相距該天線盤之該中心的距離而變化。
14. 如請求項13所述之方法，其中該天線盤上之該複數個天線元件的該密度隨著相距該天線盤之該中心的該距離增大而減小。
15. 如請求項11至12中任一項所述之方法，其中每一多邊形對（16）（18）（20）包含第一多邊形（16a）（16c）（18a）（20a）及第二多邊形（16b）（16d）（18b）（20b），其中每一多邊形對之該第一多邊形及該第二多邊形疊合（congruent），其中第一多邊形對中之該第一多邊形及該第二多邊形及第二多邊形對中之該第一多邊形及該第二多邊形非疊合，其中該第一多邊形對中之該第一多邊形中的該等天線元件之分佈型樣不同於該第二多邊形對中之該第一多邊形中的該等天線元件之分佈型樣。