TW201941494A - 相控陣列天線系統中之天線孔口 - Google Patents

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阿里雷札 馬漢法
賈維爾 羅德里茲迪路易斯
尼爾 亞佩汀
艾爾辛 葉提瑟
夏亞 Ｋ 阿拉尼
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美商太空探索科技公司
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Abstract

本揭露內容之實施例係有關與相控陣列天線系統中之天線孔口相關之設備、系統及方法，其係有關以一空間漸縮組態而組配天線格組並自該等天線格組進行對映，在一天線孔口中穿插天線元件，及旋轉該天線孔口中之天線元件以獲得純度偏振。

Description

相控陣列天線系統中之天線孔口
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2018年2月15日申請之美國臨時申請案第62/631195號及2018年2月17日申請之美國臨時申請案第62/631689號之權益，該等臨時申請案之揭露內容之全文特此以引用之方式併入本文中。
發明領域
本發明之領域係關於相控陣列天線系統中之天線孔口。
發明背景
天線(諸如偶極天線)通常以具有較佳方向之場型產生輻射。舉例而言，所產生之輻射場型在一些方向上較強且在其他方向上較弱。同樣地，當接收電磁信號時，天線具有相同較佳方向。信號品質(例如，信號雜訊比或SNR)，無論在傳輸抑或接收情境中，均可藉由將天線之較佳方向與信號之目標或源之方向對準來改良。然而，常常不切實際的是在實體上使天線相對於信號之目標或源重新定向。另外，可能不知道源/目標之確切位置。為了克服天線之以上缺點中之一些，可由一組天線元件形成相控陣列天線以模擬大的方向天線。相控陣列天線之優勢係其能夠在較佳方向上傳輸及/或接收信號(例如，天線之波束成形能力)而無需實體重新定位或重新定向。
將有利的是組配具有增加的頻寬之相控陣列天線，同時維持主瓣功率對旁瓣功率之高比率。同樣地，將有利的是組配具有縮減的重量、縮減的大小、較低的製造成本及/或較低的功率要求之相控陣列天線。因此，本揭露內容之實施例係有關相控陣列天線或其部分之此等及其他改良。
發明概要
提供此發明內容來以簡化形式介紹下文在實施方式中進一步描述之一系列概念。此發明內容並不意欲識別所主張之主題之關鍵特徵，亦不意欲用作輔助來判定所主張之主題之範疇。
根據本揭露內容之一個實施例，提供一種相控陣列天線系統。該系統包括：一第一部分，其攜載包括多個天線元件之一天線格組，其中該多個天線元件以一第一組態而配置，其中該第一組態為一空間漸縮組態；及一第二部分，其攜載包括多個波束成形器元件之一波束成形器格組，其中該多個波束成形器元件以不同於該第一組態之一第二組態而配置，其中該多個天線元件中之每一者藉由對映而電氣耦接至該多個波束成形器元件中之一者。
根據本揭露內容之另一實施例，提供一種相控陣列天線系統。該系統包括：一載體；一天線格組，其包括由該載體支撐之多個天線元件，該天線格組具有一空間漸縮組態；一波束成形器格組，其包括由該載體支撐之多個波束成形器元件，該波束成形器格組具有不同於該天線格組組態之一組態，其中該等波束成形器元件中之至少一者自該等天線元件中之至少一者橫向地位移；及用於將該天線格組電氣耦接至該波束成形器格組之對映。
根據本揭露內容之另一實施例，提供一種用於一相控陣列天線系統之天線格組。該天線格組包括：多個天線元件，其以一空間漸縮組態而組配；及自該多個天線元件中之每一者至多個其他元件中之一者的對映，其中該多個其他元件呈不同於該天線格組之該空間漸縮組態之一組態。
根據本揭露內容之另一實施例，提供一種相控陣列天線系統。該系統包括：一第一部分，其攜載包括多個天線元件之一天線格組，其中該多個天線元件以一第一組態而配置，其中該第一組態為一空間漸縮組態；及一第二部分，其攜載包括多個波束成形器元件之一波束成形器格組，其中該多個波束成形器元件以不同於該第一組態之一第二組態而配置，其中該多個天線元件中之至少一者與該多個波束成形器元件中之一對應波束成形器元件橫向地隔開，其中該多個天線元件中之每一者電氣耦接至該多個波束成形器元件中之一者。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該天線格組可包括一第一天線元件、一第二天線元件及一第三天線元件，其中該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件分佈於該載體之一中心與一周邊之間，其中該第一天線元件最接近該中心，該第三天線元件最遠離該中心，且該第二天線元件定位於該第一天線元件與該第三天線元件之間，其中該第一天線元件與該第二天線元件被分離一第一距離，且該第二天線元件與該第三天線元件被分離不同於該第一距離之一第二距離，且其中該第二天線元件為沿著一條線最接近該第一天線元件及該第三天線元件二者之元件。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一天線元件可為天線元件之一第一配置之多個該等天線元件中之一者，該第二天線元件可為該等天線元件之一第二配置之多個該等天線元件中之一者，且該第三天線元件可為該等天線元件之一第三配置之多個該等天線元件中之一者，其中該第一配置與該第二配置之間及該第二配置與該第三配置之間的區域可能沒有該等天線元件。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該等天線元件之該第一配置、該第二配置及該第三配置可呈實質上圓形圖案。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該等天線元件之該第一配置、該第二配置及該第三配置可呈實質上矩形圖案。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該等天線元件之該第一配置、該第二配置及該第三配置可呈向日葵形圖案。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該等天線元件之該第一配置、該第二配置及該第三配置可呈同心或非同心圖案。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件可沿著自該載體之該中心至該周邊之同一條線配置。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件可經組配以在相同頻率下傳輸信號。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件中之至少二者可經組配以在不同頻率下傳輸信號。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件可經組配以在相同偏振下發射信號。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件可經組配以在不同偏振下發射信號。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第二組態可為一經組織或均勻隔開組態。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該波束成形器格組中之該多個波束成形器元件中之至少一者可自該天線格組中之該多個天線元件中之至少一者橫向地位移。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一部分及該第二部分可界定一載體之至少一部分。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該載體可具有面向一第一方向之一第一側及面向遠離該第一方向之一第二方向之一第二側。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，其中該天線格組可在該載體之該第一側上。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該波束成形器格組可在該載體之該第二側上。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該等天線元件及該等波束成形器元件可呈一1:1比率。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該等天線元件及該等波束成形器元件可呈一大於1:1比率。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一部分及該第二部分為第一層及第二層。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該等實施例可包括安置於該第一部分與該第二部分之間的一第三層，該第三層攜載該多個天線元件與該多個波束成形器元件之間的一對映之至少一部分。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一層、該第二層及該第三層可為一PCB堆疊中之離散PCB層。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該多個天線元件中之至少一些天線元件可在實體上相對於該多個天線元件中之其他天線元件旋轉。
根據本揭露內容之另一實施例，提供一種相控陣列天線。該相控陣列天線包括：一載體；第一多個天線元件，其由該載體攜載且經組配以在一參數之一第一值下傳輸及/或接收信號；及第二多個天線元件，其由該載體攜載且經組配以在不同於該參數之該第一值的該參數之一第二值下傳輸及/或接收信號，其中該第一多個天線元件中之個別天線元件被穿插有該第二多個天線元件中之個別天線元件。
根據本揭露內容之另一實施例，提供一種產生用於一相控陣列天線之天線元件之一佈局之方法。該方法包括：產生第一多個天線元件之一第一配置，其中該第一多個天線元件中之該等天線元件經組配以在一參數之一第一值下傳輸及/或接收信號；及產生第二多個天線元件之一第二配置，其中該第二多個天線元件中之該等天線元件經組配以在不同於該參數之該第一值的該參數之一第二值下傳輸及/或接收信號，且其中該第一多個天線元件中之個別天線元件被穿插有該第二多個天線元件中之個別天線元件。
根據本揭露內容之另一實施例，提供一種使用一相控陣列天線之方法。該方法包括：使用該相控陣列天線之第一多個天線元件在一參數之一第一值下接收或傳輸一第一信號；及使用該相控陣列天線之第二多個天線元件在不同於該參數之該第一值的該參數之一第二值下接收或傳輸一第二信號，其中該第一多個天線元件中之個別天線元件被穿插有該第二多個天線元件中之個別天線元件。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該參數可選自由頻率、偏振、波束定向、資料串流、時間多工區段及其組合組成之一群組。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該參數可為一第一參數，且該天線可進一步包括第三多個天線元件，該第三多個天線元件由該載體攜載且經組配以在不同於該第一參數之該第一值及該第二值的該第一參數之一第三值下傳輸及/或接收信號，其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件及該第三多個天線元件中之個別天線元件可被穿插。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，實施例可進一步包括第四多個天線元件，該第四多個天線元件由該載體攜載且經組配以在不同於該第一參數之該第一值、該第二值及該第三值的該第一參數之一第四值下傳輸及/或接收信號，其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件、該第三多個天線元件及該第四多個天線元件中之個別天線元件可被穿插。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一多個天線元件及該第二多個天線元件中之該等天線元件可經組配以至少部分地在同一時間段期間傳輸及/或接收信號。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一多個天線元件中之該等天線元件可以一第一配置而分佈，且該第二多個天線元件中之該等天線元件以一第二配置而分佈。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一配置及該第二配置可呈圓形或矩形組態。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一配置及該第二配置可呈同心或非同心組態。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一配置及/或該第二配置可呈空間漸縮配置。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一配置可在一第一方向上接收或傳輸一第一波束，且該第二配置可在一第二方向上接收或傳輸一第二波束。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該參數可選自由頻率、偏振、波束定向、資料串流、時間多工區段及其組合組成之一群組。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，實施例可進一步包括：針對該第一多個天線元件及該第二多個天線元件中之該等天線元件判定相控陣列天線效能之一或多個量度，其中該等量度係選自由散射參數(SLL )、旁瓣位準、增益、方向性、波束寬度及掃描範圍組成之一群組；比較至少一個量度與一預定臨限值；及判定該第一配置及該第二配置是否符合該臨限值。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，實施例可進一步包括：判定該第一配置及該第二配置中之至少一者不符合該臨限值；及改變該第一配置與該第二配置之間的一距離。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，實施例可進一步包括：判定該第一配置及該第二配置中之至少一者不符合該臨限值；及改變該第一配置及該第二配置之個別天線元件之間的一距離。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一配置及該第二配置可經組配以在二個不同方向上共同地傳輸及/或接收二個波束。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該等天線元件之該第一配置及該第二配置可呈圓形或矩形組態。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該等天線元件之該第一配置及該第二配置可呈同心或非同心組態。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一配置及/或該第二配置可呈空間漸縮配置。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，實施例可進一步包括產生第三多個天線元件之一第三配置，其中該第三多個天線元件中之該等天線元件經組配以在不同於該參數之該第一值及該第二值的該參數之一第三值下傳輸及/或接收信號，且其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件及該第三多個天線元件中之個別天線元件可被穿插。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，實施例可進一步包括產生第四多個天線元件之一第四配置，其中該第四多個天線元件中之該等天線元件經組配以在不同於該參數之該第一值、該第二值及該第三值的該參數之一第四值下傳輸及/或接收信號，且其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件、該第三多個天線元件及該第四多個天線元件中之個別天線元件可被穿插。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該參數可選自由頻率、偏振、波束定向、資料串流、時間多工區段及其組合組成之一群組。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一多個天線元件及該第二多個天線元件中之該等天線元件可經組配以至少部分地在同一時間段期間傳輸及/或接收信號。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一多個天線元件中之該等天線元件可以一第一配置而分佈，且該第二多個天線元件中之該等天線元件可以一第二配置而分佈。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該第一配置及該第二配置可經組配以在二個不同方向上共同地傳輸及/或接收二個波束。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，實施例可進一步包括使用該相控陣列天線之第三多個天線元件在一第一參數之一第三值下接收或傳輸一第三信號，其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件及該第三多個天線元件中之個別天線元件被穿插。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，實施例可進一步包括使用該相控陣列天線之第四多個天線元件在一第一參數之一第四值下接收或傳輸一第四信號，其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件、該第三多個天線元件及該第四多個天線元件中之個別天線元件被穿插。
根據本揭露內容之一個實施例，提供一種相控陣列天線。該相控陣列天線包括：一天線格組，其安置於一載體上，該天線格組包括以一天線格組組態而配置之多個天線元件，其中該多個天線元件中之至少一些天線元件在實體上相對於該多個天線元件中之其他天線元件旋轉。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，其中該天線格組組態之至少一部分為界定天線元件之多個環配置之一圓形圖案。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該天線格組組態之至少一部分可為一空間漸縮組態。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該天線格組組態之至少一部分可為一2-D陣列。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該天線格組中之該多個天線元件之一子集可以一分組而分組，且其中該分組中之該等天線元件可在實體上相對於該分組中之鄰近天線元件旋轉一經判定旋轉度。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該分組中之該等天線元件可被電氣激發等於該經判定旋轉度之一電氣相移。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該分組可為該載體上之一特定區域內之所有該等天線元件之間的鄰近關係，且其中鄰近天線元件之間的該經判定旋轉度可等於360除以天線元件之數目。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，該分組可為天線元件之一環配置，且其中該角旋轉度可等於該環配置中之鄰近天線元件之間的角距離。
在本文中所描述之實施例中之任一者中，其中該分組可包括該載體上之一特定區域內之所有該等天線元件之間的鄰近關係，且其中鄰近天線元件之間的該經判定旋轉度可等於360除以天線元件之數目，其中該分組可為具有其他分組之天線元件之一環配置，且其中該分組之該角旋轉度等於該環配置中之鄰近分組之間的角距離。
較佳實施例之詳細說明
本揭露內容之實施例係有關與相控陣列天線系統中之天線孔口相關之設備、系統及方法。本揭露內容之一些實施例包括有關以下各者之設備、系統及方法：以空間漸縮組態而組配天線格組且組配相關其他組件並自天線格組進行對映，在天線孔口中穿插天線元件，及旋轉天線孔口中之天線元件以獲得純度偏振。下文將更充分地描述本揭露內容之此等及其他態樣。
雖然本揭露內容之概念容許各種修改及替代形式，但該等概念之特定實施例已在圖式中作為實例予以展示且將在本文中予以詳細地描述。然而，應理解，並不意圖將本揭露內容之概念限於所揭露之特定形式，而是相反地，意圖涵蓋與本揭露內容及所附申請專利範圍一致之所有修改、等效方案及替代方案。
本說明書對「一個實施例」、「一實施例」、「一說明性實施例」等等之參考指示所描述之實施例可包括特定特徵、結構或特性，但每個實施例可或可能未必包括彼特定特徵、結構或特性。此外，此類片語未必係指同一實施例。此外，當結合一實施例來描述一特定特徵、結構或特性時，應認為，無論是否予以明確地描述，結合其他實施例來實現此類特徵、結構或特性係在熟習此項技術者之認識範圍內。另外，應瞭解，以「至少一個A、B及C」之形式包括於清單中的項目可意謂(A)；(B)；(C)；(A及B)；(B及C)；(A及C)；或(A、B及C)。類似地，以「A、B或C中之至少一者」之形式列出的項目可意謂(A)；(B)；(C)；(A及B)；(B及C)；(A及C)；或(A、B及C)。
本揭露內容中的諸如「頂部表面」、「底部表面」、「豎直」、「水平」及「橫向」之語言意謂參看圖式為讀者提供定向，且並不意欲為組件之所需定向或將定向限制賦予至申請專利範圍中。
在圖式中，可以特定配置及/或排序來展示一些結構或方法特徵。然而，應瞭解，可能不需要此類特定配置及/或排序。確切而言，在一些實施例中，可以不同於說明性圖中所展示之方式及/或次序的方式及/或次序來配置此類特徵。另外，在特定圖中包括結構或方法特徵並不意謂暗示在所有實施例中需要此類特徵，且在一些實施例中，可能不包括此類特徵或可將此類特徵與其他特徵組合。
本文中所描述之技術之許多實施例可呈電腦或控制器可執行指令之形式，該等電腦或控制器可執行指令包括由可程式化電腦或控制器執行之常式。熟習相關技術者將瞭解，可在除了上文所展示及描述之電腦/控制器系統之外的電腦/控制器系統上實踐該技術。該技術可體現於特殊用途電腦、控制器或資料處理器中，該特殊用途電腦、控制器或資料處理器經特定地程式化、組配或建構以執行上文所描述之電腦可執行指令中之一者或多者。因此，如本文中通常所使用之術語「電腦」及「控制器」係指任何資料處理器，且可包括網際網路器具及手持式裝置(包括掌上型電腦、可穿戴式電腦、蜂巢式或行動電話、多處理器系統、基於處理器或可程式化之消費型電子裝置、網路電腦、迷你電腦等等)。由此等電腦處置之資訊可呈現於任何合適顯示媒體處，包括CRT顯示器或LCD。
圖1A為根據本揭露內容之實施例之相控陣列天線系統100的示意性繪示。相控陣列天線系統100經設計及組配以在較佳方向D上自天線孔口110接收由信號S (亦被稱作電磁信號、波前等等)構成之組合波束B或將組合波束B傳輸至天線孔口110。(亦參見圖1B中之組合波束B及天線孔口110)。波束B之方向D可垂直於天線孔口110或與法線成角度θ。
參看圖1A，所繪示之相控陣列天線系統100包括天線格組120、對映系統130、波束成形器格組140、多工饋送網路150 (或階層式網路或H網路)、組合器或分配器160 (用於接收信號之組合器或用於傳輸信號之分配器)，及調變器或解調變器170。天線格組120經組配以自天線孔口110接收具有輻射場型之射頻信號S之組合波束B或將組合波束B傳輸至天線孔口110。
根據本揭露內容之實施例，相控陣列天線系統100可為多波束相控陣列天線系統，其中多個波束中之每一波束可經組配為處於不同角度、不同頻率及/或不同偏振。
在所繪示之實施例中，天線格組120包括多個天線元件122i。對應多個放大器124i耦接至多個天線元件122i。放大器124i可為在接收方向RX上之低雜訊放大器(LNA)或在傳輸方向TX上之功率放大器(PA)。多個放大器124i可與多個天線元件122i在例如天線模組或天線封裝中組合。在一些實施例中，多個放大器124i可位於與天線格組120分離之另一格組中。
天線格組120中之多個天線元件122i經組配用於傳輸信號(參見圖1A中用於傳輸信號之箭頭方向TX)或用於接收信號(參見圖1A中用於接收信號之箭頭方向RX)。參看圖1B，相控陣列天線系統100之天線孔口110為功率被輻射或接收所通過的區域。根據本揭露內容之一個實施例，圖1B中提供u/v平面中來自相控陣列天線系統100之例示性相控陣列天線輻射場型。根據自諸如聯邦通訊委員會(FCC)或國際電信聯盟(ITU)之組織發佈之法規，天線孔口具有所要指向角度D及最佳化波束B，例如縮減的旁瓣Ls，以最佳化可用於主瓣Lm之功率預算或以符合干擾法規準則。(參見圖1F的關於旁瓣Ls及主瓣Lm之描述。)
參看圖1C，在一些實施例中(參見實施例120A、120B、120C、120D)，界定天線孔口110之天線格組120可包括以特定組配而配置於印刷電路板(PCB)、陶瓷、塑膠、玻璃或其他合適基體、基底、載體、面板等等(在本文中被描述為載體112)上之多個天線元件122i。舉例而言，多個天線元件122i可以同心圓、以圓形配置、以呈直線配置之行及列、以徑向配置、以彼此之間的相等或均一間隔、以彼此之間的非均一間隔或以任何其他配置而配置。圖1C中之各別載體112A、112B、112C及112D上無限制地展示界定天線孔口(110A、110B、110C及110D)的天線格組120中之多個天線元件122i之各種實例配置。
波束成形器格組140包括多個波束成形器142i，多個波束成形器142i包括多個移相器145i。在接收方向RX上，波束成形器功能係延遲自每一天線元件到達之信號，因此信號均同時到達組合網路。在傳輸方向TX上，波束成形器功能係延遲發送至每一天線元件之信號，使得所有信號均同時到達目標位置。可藉由使用「真時延遲(true time delay)」或在特定頻率下之相移來實現此延遲。
遵循圖1A之示意性繪示中之箭頭傳輸方向TX，在傳輸相控陣列天線系統100中，傳出的射頻(RF)信號經由分配器160自調變器170路由至波束成形器格組140中之多個個別移相器145i。RF信號由移相器145i相位偏移不同相位，該等不同相位在一個移相器與另一移相器之間變化預定量。每一頻率需要被相控特定量以便維持波束效能。若應用於不同頻率之相移遵循線性行為，則相移被稱作「真時延遲」。然而，共同移相器針對所有頻率應用恆定相位偏移。
舉例而言，共同RF信號之相位可在圖1A中之底部移相器145i處移位0º、在行中之下一移相器145i處移位Δα、在下一移相器處移位2Δα，等等。因此，到達放大器124i (當傳輸時，該等放大器為功率放大器「PA」)之RF信號分別自彼此相位偏移。PA 124i放大此等相位偏移RF信號，且天線元件122i發射RF信號S作為電磁波。
由於相位偏移，來自個別天線元件122i之RF信號組合成傳出的波前，該等波前自由天線元件122i之格組形成之天線孔口110傾斜角度ϕ。角度ϕ被稱作到達角度(AoA)或波束成形角度。因此，相位偏移Δα之選擇判定了界定波前之組合信號S之輻射場型。在圖1B中，提供根據本揭露內容之一個實施例的來自天線孔口110之信號S之例示性相控陣列天線輻射場型。
遵循圖1A之示意性繪示中之箭頭接收方向RX，在接收相控陣列天線系統100中，界定波前之信號S由個別天線元件122i偵測到，且由放大器124i (當接收信號時，該等放大器為低雜訊放大器「LNA」)放大。對於任何非零AoA，包含相同波前之信號S在不同時間到達不同天線元件122i。因此，經接收信號通常將包括自接收(RX)天線元件之一個天線元件至另一天線元件之相位偏移。類似於發射相控陣列天線狀況，此等相位偏移可由波束成形器格組140中之移相器145i調整。舉例而言，每一移相器145i (例如，移相器晶片)可經程式化以將信號之相位調整至相同參考，使得抵消個別天線元件122i當中之相位偏移，以便組合對應於相同波前之RF信號。由於信號之此相長組合，可對經接收信號實現較高信號雜訊比(SNR)，此會引起通道容量增加。
仍參看圖1A，對映系統130可安置於天線格組120與波束成形器格組140之間以針對天線格組120之每一天線元件122i與波束成形器格組140中之移相器145i之間的等距電氣連接提供長度匹配，如下文將更詳細地所描述。多工饋送或階層式網路150可安置於波束成形器格組140與分配器/組合器160之間以將共同RF信號分配至波束成形器格組140之移相器145i以用於各別適當相移並提供至天線元件122i以供傳輸，且在由波束成形器142i進行適當相位調整之後組合由天線元件122i接收之RF信號。
根據本揭露內容之一些實施例，要由載體112攜載之天線模組中可含有相控陣列天線系統100之天線元件122i及其他組件。(參見例如圖2B中之天線模組226a及226b)。在圖2B所繪示之實施例中，每天線模組226a存在一個天線元件122i。然而，在本揭露內容之其他實施例中，天線模組226a可併有多於一個天線元件122i。
參看圖1D及圖1E，提供根據本揭露內容之一個實施例的用於天線孔口120之例示性組態。在圖1D及圖1E所繪示之實施例中，天線格組120中之多個天線元件122i以空間漸縮組態而分佈於載體112上。根據空間漸縮組態，天線元件122i之數目在其分佈上自載體112之中心點至載體112之周邊點改變。舉例而言，比較鄰近天線元件122i之間的間隔D1與D2，且比較鄰近天線元件122i之間的間隔d1、d2及d3。儘管被展示為以空間漸縮組態而分佈，但用於天線格組之其他組態亦在本揭露內容之範疇內。
系統100包括攜載天線格組120之第一部分及攜載波束成形器格組140之第二部分，波束成形器格組140包括多個波束成形器元件。如在圖1E之橫截面視圖中所見，載體112之多個層攜載相控陣列天線系統100之元件之間的電氣及電磁連接。在所繪示之實施例中，天線元件122i位於頂部層之頂部表面上，且波束成形器元件142i位於底部層之底部表面上。雖然天線元件122i可以諸如空間漸縮配置之第一配置而組配，但波束成形器元件142i可以不同於天線元件配置之第二配置而配置。舉例而言，天線元件122i之數目可大於波束成形器元件142i之數目，使得多個天線元件122i對應於一個波束成形器元件142i。作為另一實例，波束成形器元件142i可自載體112上之天線元件122i橫向地位移，如由圖1E中之距離M所指示。在本揭露內容之一個實施例中，波束成形器元件142i可以均勻隔開或經組織配置而配置，該均勻隔開或經組織配置例如對應於H網路或叢集網路或不均勻隔開網路，諸如不同於天線格組120之空間漸縮網路。在一些實施例中，一或多個額外層可安置於載體112之頂部層與底部層之間。該等層中之每一者可包含一或多個PCB層。
參看圖1F，提供根據本揭露內容之實施例的天線信號之主瓣Lm及旁瓣Ls的圖形。水平(亦為徑向)軸線展示以dB為單位之輻射功率。角度軸線展示以度為單位之RF場角度。主瓣Lm表示在較佳方向上由相控陣列天線系統100產生之最強RF場。在所繪示之狀況下，主瓣Lm之所要指向角度D對應於約20º。通常，主瓣Lm伴隨著多個旁瓣Ls。然而，旁瓣Ls通常係不良的，此係因為其自同一功率預算獲得其功率，藉此縮減了用於主瓣Lm之可用功率。此外，在一些情況下，旁瓣Ls可縮減天線孔口110之SNR。又，旁瓣縮減對於法規遵從性係重要的。
用於縮減旁瓣Ls之一種方法係將天線格組120中之元件122i配置成使天線元件122i相位偏移，使得相控陣列天線系統100在較佳方向D上發射具有縮減的旁瓣之波形。用於縮減旁瓣Ls之另一方法為功率漸縮。然而，功率漸縮通常係不良的，此係因為藉由縮減旁瓣Ls之功率，該系統增加了需要「可調諧及/或較低輸出」功率放大器之設計複雜性。
另外，相較於不可調諧放大器，用於輸出功率之可調諧放大器124i縮減了效率。替代地，設計具有不同增益之不同放大器會增加該系統之總體設計複雜性及成本。
根據本揭露內容之實施例的用於縮減旁瓣Ls之又一方法為用於天線格組120之天線元件122i之空間漸縮組態。(參見圖1C及圖1D中之天線元件122i組態。)空間漸縮可用以縮減對在天線元件122i當中分配功率之需要以縮減不良旁瓣Ls。然而，在本揭露內容之一些實施例中，空間漸縮分佈天線元件122i可進一步包括功率或相位分配以用於改良效能。
除了不良旁瓣縮減之外，根據本揭露內容之實施例亦可使用空間漸縮以縮減相控陣列天線系統100中之天線元件122i之數目，同時取決於系統100之應用而仍達成來自相控陣列天線系統100之可接受波束B。(舉例而言，在圖1C中比較載體112D上之空間漸縮天線元件122i之數目與由載體112B攜載之非空間漸縮天線元件122i之數目。)
圖1G描繪根據本揭露內容之實施例的被實施為鋪疊(lay-up) 180中之多個PCB層的相控陣列天線系統100之例示性組態。鋪疊180中之多個PCB層可包含PCB層堆疊，該PCB層堆疊包括天線層180a、對映層180b、多工饋送網路層180c及波束成形器層180d。在所繪示之實施例中，對映層180b安置於天線層180a與多工饋送網路層180c之間，且多工饋送網路層180c安置於對映層180b與波束成形器層180d之間。
儘管未展示，但一或多個額外層可安置於層180a與層180b之間、安置於層180b與層180c之間、安置於層180c與層180d之間、安置於層180a上方，及/或安置於層180d下方。層180a、180b、180c及180d中之每一者可包含一或多個PCB子層。在其他實施例中，層180a、180b、180c及180d相對於彼此之次序可能不同於圖1G中所展示之配置。舉例而言，在其他實施例中，波束成形器層180d可安置於對映層180b與多工饋送網路層180c之間。
層180a、180b、180c及180d可包括導電跡線(諸如由電氣隔離聚合物或陶瓷相互分離之金屬跡線)、電氣組件、機械組件、光學組件、無線組件、電氣耦接結構、電氣接地結構，及/或經組配以促進與相位陣列天線系統100相關聯之功能性的其他結構。位於諸如層180a之特定層上的結構可與豎直通路(例如，沿著笛卡爾座標系統之z方向延伸之通路)電氣互連，以與位於諸如層180d之另一層上的特定結構建立電氣連接。
天線層180a可包括但不限於多個天線元件122i，其以特定配置(例如，空間漸縮配置)而配置為載體112上之天線格組120。天線層180a亦可包括一或多個其他組件，諸如對應放大器124i。替代地，對應放大器124i可組配於單獨層上。對映層180b可包括但不限於對映系統130以及關聯載體及電氣耦接結構。多工饋送網路層180c可包括但不限於多工饋送網路150以及關聯載體及電氣耦接結構。波束成形器層180d可包括但不限於多個移相器145i、波束成形器格組140之其他組件，以及關聯載體及電氣耦接結構。在一些實施例中，波束成形器層180d亦可包括調變器/解調變器170及/或耦接器結構。在圖1G所繪示之實施例中，波束成形器142i以假想線予以展示，此係因為其自波束成形器層180d之底面延伸。
儘管未展示，但層180a、180b、180c或180d中之一者或多者自身可包含多於一個層。舉例而言，對映層180b可包含二個或多於二個層，其以組合方式可經組配以提供上文所論述之路由功能性。作為另一實例，取決於包括於多工饋送網路150中之多工饋送網路之總數目，多工饋送網路層180c可包含二個或多於二個層。
根據本揭露內容之實施例，相控陣列天線系統100可為多波束相控陣列天線系統。在多波束相控陣列天線組態中，每一波束成形器142i可電氣耦接至多於一個天線元件122i。波束成形器142i之總數目可小於天線元件122i之總數目。舉例而言，每一波束成形器142i可電氣耦接至四個天線元件122i或電氣耦接至八個天線元件122i。圖2A繪示根據本揭露內容之一個實施例的例示性多波束相控陣列天線系統，其中八個天線元件222i電氣耦接至一個波束成形器242i。在其他實施例中，每一波束成形器142i可電氣耦接至多於八個天線元件122i。
圖2B描繪根據本揭露內容之實施例的被實施為多個PCB層280的圖2A之相控陣列天線系統200之例示性組態的部分、近距、橫截面視圖。如在圖1G中運用類似數字所使用而在圖2B中使用相似部件編號，但用200系列。
在圖2B所繪示之實施例中，相控陣列天線系統200呈接收組態(如由箭頭RX所指示)。儘管被繪示為呈接收組態，但圖2B之實施例之結構可被修改為亦適合用於傳輸組態。
信號由個別天線元件222a及222b偵測到，天線元件222a及222b在所繪示之實施例中被展示為由天線格組層280a之頂部表面上之天線模組226a及226b攜載。在由天線元件222a及222b接收到之後，信號由對應低雜訊放大器(LNA) 224a及224b放大，LNA 224a及224b亦在所繪示之實施例中被展示為由天線格組層280a之頂部表面上之天線模組226a及226b攜載。
在圖2B所繪示之實施例中，天線格組220中之多個天線元件222a及222b耦接至波束成形器格組240中之單個波束成形器242a (如參看圖2A所描述)。然而，被實施為具有天線元件對波束成形器元件之一比一比率或具有大於一比一比率之多個PCB層的相控陣列天線系統亦在本揭露內容之範疇內。在圖2B所繪示之實施例中，波束成形器242i耦接至波束成形器層280d之底部表面。
在所繪示之實施例中，天線元件222i及波束成形器元件242i經組配為在PCB層鋪疊280之相對表面上。在其他實施例中，波束成形器元件可與天線元件共置於鋪疊之同一表面上。在其他實施例中，波束成形器可位於天線模組或天線封裝內。
如先前所描述，將天線層280a上之天線格組220之天線元件222a及222b耦接至波束成形器層280d上之波束成形器格組240之波束成形器元件242a的電氣連接使用導電跡線佈線於一或多個對映層280b1及280b2之表面上。圖1G之層130中提供用於對映層之例示性對映跡線組態。
在所繪示之實施例中，對映展示於二個對映層280b1及280b2之頂部表面上。然而，根據本揭露內容之實施例可使用任何數目之對映層，包括單個對映層。單個對映層上之對映跡線不能與其他對映跡線交叉。因此，使用多於一個對映層可有利於藉由允許水平平面中之對映跡線與垂直於對映層延伸通過鋪疊280之虛線交叉來縮減導電對映跡線之長度，且有利於選擇中間通路在對映跡線之間的置放。
除了層280b1及280b2之表面上之對映跡線之外，自天線格組220至波束成形器格組240之對映進一步包括豎直地延伸通過多個PCB層280中之一者或多者的一或多個導電通路。
在圖2B所繪示之實施例中，第一天線元件222a與波束成形器元件242a之間的第一對映跡線232a形成於PCB層鋪疊280之第一對映層280b1上。第一天線元件222a與波束成形器元件242a之間的第二對映跡線234a形成於PCB層鋪疊280之第二對映層280b2上。導電通路238a將第一對映跡線232a連接至第二對映跡線234a。同樣地，導電通路228a將天線元件222a (被展示為連接包括天線元件222a及放大器224a之天線模組226a)連接至第一對映跡線232a。此外，導電通路248a將第二對映跡線234a連接至RF濾波器244a且接著連接至波束成形器元件242a，波束成形器元件242a接著連接至組合器260及RF解調變器270。
值得注意的是，通路248a對應於通路148a，且濾波器244a對應於濾波器144a，二者均在圖1G之先前實施例中展示於波束成形器層180d之表面上。在本揭露內容之一些實施例中，取決於該系統之設計，可省略濾波器。
類似對映將第二天線元件222b連接至RF濾波器244b且接著連接至波束成形器元件242a。第二天線元件222b可在與第一天線元件222a相同或不同之參數值下(例如在不同頻率下)操作。若第一天線元件222a及第二天線元件222b在相同參數值下操作，則RF濾波器244a及244b可相同。若第一天線元件222a及第二天線元件222b在不同值下操作，則RF濾波器244a及244b可能不同。
可根據任何合適方法形成對映跡線及通路。在本揭露內容之一個實施例中，在已形成多個個別層280a、280b、280c及280d之後形成PCB層鋪疊280。舉例而言，在層280a之製造期間，可通過層280a形成導電通路228a。同樣地，在層280d之製造期間，可通過層280d形成導電通路248a。當將多個個別層280a、280b、280c及280d組裝及層合在一起時，通過層280a之導電通路228a與層280b1之表面上之跡線232a電氣耦接，且通過層280d之導電通路248a與層280b2之表面上之跡線234a電氣耦接。
可在將多個個別層280a、280b、280c及280d組裝及層合在一起之後形成其他導電通路，諸如耦接層280b1之表面上之跡線232a及層280b2之表面上之跡線234a的通路238a。在此建構方法中，可通過整個鋪疊280鑽孔以形成通路，將金屬沈積於整個孔中，從而在跡線232a與跡線234a之間形成電氣連接。在本揭露內容之一些實施例中，在跡線232a與跡線234a之間形成電氣連接時所不需要的通路中之過量金屬可藉由在通路之頂部及/或底部部分處對該金屬進行反向鑽孔來移除。在一些實施例中，不完全地執行金屬之反向鑽孔，從而留下通路「殘端(stub)」。可針對具有剩餘通路「殘端」之鋪疊設計執行調諧。在其他實施例中，不同製造程序可產生不會跨越超過所需豎直方向之通路。
相較於使用一個對映層，如在圖2B所繪示之實施例中所見的使用由中間通路238a及238b分離之二個對映層280b1及280b2會允許選擇性地置放中間通路238a及238b。若此等通路係通過鋪疊280之所有層被鑽孔，則其可經選擇性地定位成與鋪疊280之頂部或底部表面上之其他組件隔開。
圖3A及圖3B係有關本揭露內容之另一實施例。圖3A繪示根據本揭露內容之一個實施例的例示性多波束相控陣列天線系統，其中八個天線元件322i電氣耦接至一個波束成形器342i，其中八個天線元件322i分成二個不同群組之穿插天線元件322a及322b。
圖3B描繪根據本揭露內容之實施例的被實施為多個PCB層380之層疊之相控陣列天線系統300之例示性組態的部分、近距、橫截面視圖。圖3B之實施例類似於圖2B之實施例，惟關於穿插天線元件、對映層之數目及信號之方向的差異除外，如下文將更詳細地所描述。如在圖3A中運用類似數字所使用而在圖3B中使用相似部件編號，但用300系列。
在圖3B所繪示之實施例中，相控陣列天線系統300呈傳輸組態(如由箭頭TX所指示)。儘管被繪示為呈傳輸組態，但圖3B之實施例之結構可被修改為亦適合用於接收組態。
在本揭露內容之一些實施例中，個別天線元件322a及322b可經組配以在一或多個參數(例如，頻率、偏振、波束定向、資料串流、接收(RX)/傳輸(TX)功能、時間多工區段等等)之不同值下接收及/或傳輸資料。此等不同值可與不同群組之天線元件相關聯。舉例而言，由載體攜載之第一多個天線元件經組配以在第一參數值下傳輸及/或接收信號。由載體攜載之第二多個天線元件經組配以在不同於第一參數值之第二參數值下傳輸及/或接收信號，且第一多個天線元件中之個別天線元件被穿插有第二多個天線元件中之個別天線元件。
作為一非限制性實例，第一群組之天線元件可在頻率f1下接收資料，而第二群組之天線元件可在頻率f2下接收資料。
在一個參數值(例如，第一頻率或波長)下操作之天線元件連同在另一參數值(例如，第二頻率或波長)下操作之天線元件在同一載體上的置放在本文中被稱作「穿插」。在一些實施例中，在不同參數值下操作的該等群組之天線元件可置放於相控陣列天線中之載體的單獨區域上方。在一些實施例中，在至少一個參數之不同值下操作的該等群組之天線元件中之天線元件中之至少一些彼此鄰近或相鄰。在其他實施例中，在至少一個參數之不同值下操作的該等群組之天線元件中之天線元件中之大部分或全部彼此鄰近或相鄰。
在圖3A所繪示之實施例中，天線元件322a及322b為穿插天線元件，其中第一天線元件322a在第一參數值下通訊且第二天線元件322a在第二參數值下通訊。
儘管在圖3A中被展示為二個群組之穿插天線元件322a及322b與單個波束成形器342a通訊，但相控陣列天線系統300亦可經組配使得一個群組之穿插天線元件與一個波束成形器通訊且另一群組之穿插天線元件與另一波束成形器通訊。
在圖3B所繪示之實施例中，相較於在圖2B中使用二個對映層280b1及280b2，鋪疊380包括四個對映層380b1、380b2、380b3及380b4。對映層380b1及380b2由中間通路338a連接。對映層380b3及380b4由中間通路338b連接。如同圖2B之實施例，圖3B之實施例之鋪疊380可允許選擇性地置放中間通路338a及338b，例如以與鋪疊380之頂部或底部表面上之其他組件隔開。
相比於圖2B及圖3B中所展示之組態，對映層及通路可以許多其他組態而配置且配置於鋪疊180之其他子層上。使用二個或多於二個對映層可有利於藉由允許水平平面中之對映跡線與垂直於對映層延伸通過鋪疊之虛線交叉來縮減導電對映跡線之長度，且有利於選擇中間通路在對映跡線之間的置放。同樣地，對映層可經組配以與呈穿插組態的一群組之天線元件相關。藉由針對每一分組使用相同對映層來針對每一分組使通路長度維持恆定，跡線長度為針對每一分組用於每一天線至波束成形器對映之長度匹配中的唯一變數。
空間漸縮天線格組
如上文所描述，相控陣列天線系統中之天線元件可被配置成具有空間漸縮組態。圖1D及圖1E為根據本發明技術之實施例的相控陣列天線格組120之個別天線元件之示意性佈局(亦被稱作分佈、配置或格組)。天線格組120之個別天線元件122i分佈於載體112上方。在一些實施例中，天線元件122i可表面安裝至載體112。在一些實施例中，天線元件122i可安置於天線模組或天線封裝中，該天線模組或天線封裝係表面安裝至載體112。
在本揭露內容之一些實施例中，天線元件122i以空間漸縮組態而分佈於載體上。根據空間漸縮組態，天線元件之數目在其分佈上自載體112之中心點至載體112之周邊點改變。
圖4為遍及相控陣列天線之個別天線元件之功率分配的圖形。所繪示之相控陣列天線包括經組配用於傳輸信號之多個天線元件422i，其包括中心天線元件及周邊天線元件。儘管被繪示為呈傳輸組態，但圖4之實施例之結構可被修改為亦適合用於接收組態。
在圖4所繪示之實施例中，至周邊天線元件之功率被縮減以縮減非想要旁瓣Ls之功率(例如，參見展示旁瓣Ls之圖1F)。如圖4之圖形中在功率漸縮之非限制性實例中所展示，中心天線元件422i以對應PA 424i之100%的可用功率(亦即，PA之可用放大率，或Pi /PMAX )被供電。然而，鄰近中心天線元件之天線元件422i以遞減的功率位準被供電，該等遞減的功率位準始於用於最接近中心天線元件之天線元件422i之約80%的可用PA功率，降至在所繪示之狀況下用於周邊天線元件422i之約10%。在PA 424i處及對應地在天線元件422i處之此類功率分配通常將使旁瓣Ls較小。
如上文所論述，功率漸縮通常係不良的，此係因為藉由縮減旁瓣Ls之功率，該系統增加了需要「可調諧及/或較低輸出」功率放大器之設計複雜性。另外，相較於不可調諧放大器，用於輸出功率之可調諧放大器124i縮減了效率。替代地，設計具有不同增益之不同放大器會增加該系統之總體設計複雜性及成本。
根據本揭露內容之實施例，可使用天線元件之空間漸縮來縮減或消除對將功率分配至周邊天線元件之需要以縮減不良旁瓣。然而，在本揭露內容之一些實施例中，空間漸縮分佈天線元件可進一步包括功率分配以用於改良效能。另外，可使用空間漸縮來縮減相控陣列天線中之天線元件之數目。
空間漸縮天線元件在鄰近元件之間具有不同間隔。根據本揭露內容之實施例，空間漸縮可以許多不同配置而組配。在本揭露內容之一些實施例中，天線元件122i可在一條線上或沿著一條線分佈，諸如接近一條線。舉例而言，在圖1E中，沿著一條線之天線元件122i分佈於載體之中心與周邊之間，其中多個天線元件分佈於載體112之中心與周邊之間。在一些實施例中，天線元件122i在載體112之中心區域中較密集地分佈，且在載體112之周邊區域中較不密集地分佈。
在一個實施例中，天線佈局可包括沿著自載體之中心至載體之周邊的線之分佈改變的至少一些天線元件。舉例而言，天線佈局可包括第一天線元件、第二天線元件及第三天線元件。第一天線元件最接近載體112之中心，第三天線元件最遠離該中心，且第二天線元件定位於第一天線元件與第三天線元件之間。第一天線元件與第二天線元件被分離第一距離，且第二天線元件與第三天線元件被分離不同於第一距離之第二距離。第二天線元件為沿著一條線最接近第一天線元件及第三天線元件二者之天線元件。
參看圖1D，所繪示之實施例中的天線元件122i之空間漸縮以圓形配置而組配。元件之間的空間漸縮可受到環間漸縮影響，該環間漸縮會漸縮同心環之間的距離，如由天線元件之鄰近環之間的距離D1及D2之差所指示。元件之間的空間漸縮亦可受到環內漸縮影響，該環內漸縮會漸縮同一環中之鄰近天線元件之間的距離，如由同一環中之鄰近元件之間的距離d1、d2及d3之差所指示。天線元件122i之分組可在本文中被稱作環、環配置，或呈天線格組之配置。
天線元件122i可以呈一或多個不同配置之空間漸縮組態而分佈。舉例而言，在圖1D中，天線元件122i以同心圓或環配置而組配。在本揭露內容之其他實施例中，鄰近天線元件可以其他配置而組配。參見例如圖7A中自環至環之空間漸縮改變，圖7B、圖7C、圖7E、圖7F中之振盪環配置，圖7D中之非同心或不一致環配置，及其他非圓形漸進聚合物配置，諸如橢圓形、多邊形或矩形配置(參見圖7G)。在其他實施例中，配置之變動可包括具有閉合形狀，該等閉合形狀在一配置、隨機配置或數學定義配置中具有變化的徑向距離。在一些實施例中，配置可能不閉合，例如，配置可被塑形為不完整圓或橢圓。在一些實施例中，配置之形狀可能不同於載體之形狀，例如，圓形配置可由矩形載體攜載。
本揭露內容中說明了一系列閉合形狀的配置，例如具有用於天線元件之配置中之每一者的閉合圓形形狀。然而，敞開形狀的配置亦係可能的，例如，天線元件在一條線上或沿著一條線(或一系列線)配置，自載體之中心或自載體之中心附近朝向載體之周邊延伸。參看圖1D，配置可在載體112之周邊處被分離較大距離D1 ，隨後朝向載體之中心被分離較小距離D2 ，等等。在一些實施例中，若干配置，例如若干居中定位之配置，可被分離相同或類似距離，而周邊配置當中之距離大於居中定位之配置當中之距離。在其他實施例中，周邊元件當中之距離可小於較居中定位之配置中之距離。
根據本揭露內容之實施例，為了達成配置之間的空間漸縮，第一配置及第二配置中之天線元件之間的至少一個距離不同於第二配置及第三配置中之天線元件之間的另一距離。在天線元件之間具有不同距離之天線元件之此等分佈/配置通常被稱作相控陣列天線之空間漸縮分佈或佈局。
此外，給定配置中之鄰近天線元件之間的距離在一個配置與另一配置之間可能不同。舉例而言，參看圖1D，鄰近天線元件122i之間的距離可在最外部環配置中為d1 ，在後續環配置中為d2 ，在後續環配置中為d3 ，等等。在一些實施例中，配置之間的距離D及/或給定配置中之鄰近天線元件122i在載體112之周邊處的距離d可縮減所發射之RF場之旁瓣的功率及/或增加所發射之RF場之中心瓣的功率。
圖1E展示分佈於載體112上方之天線元件122i。在本揭露內容之一些實施例中，載體112亦攜載與個別天線元件122i電氣連接之放大器124i (PA/LNA) (未展示)及波束成形器142i (在圖1E中展示於載體之相對側上)。載體112可包括一或多個層(亦被稱作「佈線層」、「金屬化層」或「跡線層」)。在一些實施例中，載體112之層可包括對映層、多工饋送網路層(例如，階層式網路或H網路層或其他合適饋送網路層)、波束成形器層及其他層中之一者或多者。作為饋送網路形成層之非限制性實例，圖5為根據本發明技術之實施例的自例示性H網路550至天線格組520之相控陣列天線系統佈線的示意圖。
圖6為根據本發明技術之一個實施例的縮減空間漸縮天線格組中之個別天線元件之數目之例示性繪示的示意圖。載體之大小及對應天線元件之數目係出於繪示起見而被提供，且其他大小/數目亦係可能的並在本揭露內容之範疇內。
自左上部天線格組620A開始，天線元件622A以均一方式分佈於例示性載體612A上方。在所繪示之實例中，2500個天線元件622A均一地分佈於具有側L=0.868 m之正方形載體612A上方。
在該程序之後續反覆中，例示性天線格組620B自正方形形狀改變為圓形形狀，該圓形形狀具有例示性半徑R=0.454 m，該例示性半徑為正方形載體612A側之長度的一半。圓形載體612B攜載2193個同心分佈天線元件622B，其天線元件相較於天線格組620A中之天線元件622A之數目縮減了12.3%。在一些實施例中，此較少數目之天線元件622B可引起縮減RF信號之非想要旁瓣。
在該程序之後續反覆中，例示性天線格組620C亦為半徑R=0.454 m之圓形。在此反覆中，自天線格組620C移除一些周邊天線元件622C，例如，在部分子陣列中耦接天線元件之最外部配置。因此，相比於先前反覆，天線格組620C包括較少數目之天線元件622C。由於耦接，天線格組620C包括2111個天線元件622C，比天線格組620B少82個元件，其天線元件622C相較於天線格組620A縮減了15.5%。在至少一些實施例中，移除周邊天線元件622C可引起縮減旁瓣之功率。在一些實施例中，可移除天線元件622C之整個周邊配置。
在該程序之後續反覆中，例示性天線格組620D亦為半徑R=0.454 m之圓形。在此反覆中，進一步縮減了天線格組620D中之天線元件622D之數目，其中自若干周邊配置移除了一些天線元件622D，而中心配置保持完全地填入。在一些實施例中，可藉由移除一些環配置中之所有天線元件622D而完全地減少周邊配置。因此，天線格組620D包括1689個天線元件622D，其天線元件622D相較於天線格組620A縮減了32.4%。在至少一些實施例中，自周邊配置移除(減少)天線元件可引起進一步縮減旁瓣之功率。
在該程序之後續反覆中，例示性天線格組620E亦為半徑R=0.454 m之圓形。天線格組620E包括以周邊環配置而分佈之天線元件622E，該等周邊環配置被分離大於較居中定位之配置之間的距離(例如，D2 且進一步朝向載體之中心)之距離D (例如，D1 )。因此，天線格組620E中之天線元件之數目進一步縮減至1214個，其天線元件622E相較於天線格組620A縮減了51.4%。此外，由於周邊天線元件之較小數目，亦可縮減旁瓣之功率。
在一些實施例中，根據本揭露內容之實施例，可關斷至選擇天線元件之功率或將其對映至其他天線元件以產生有效空間漸縮及天線元件計數之有效縮減。舉例而言，可關斷天線格組中之一些周邊天線元件以縮減旁瓣之功率。
圖7A至圖7F為根據本發明技術之實施例的相控陣列天線格組之個別天線元件之例示性示意性佈局。在一些實施例中，至少一些天線元件以數學定義配置而分佈。舉例而言，該等配置可被定義為：
rn=(rnom + A cos(BΦ)) cos(Φ)
其中rn 表示個別天線元件與相控陣列天線1000之中心相隔之距離，rnom 表示配置之標稱半徑，A及B為可選擇常數，且Φ為個別天線元件之徑向角度。
以上方程式可應用於一些或所有配置以獲得天線元件之不同佈局。舉例而言，圖7B至圖7F展示相控陣列天線之周邊處之不規則環配置及相控陣列天線之中心處之規則環配置中的天線元件。舉例而言，圖7C展示相控陣列天線之周邊處之四個波狀配置及相控陣列天線之中心處之規則環配置中的天線元件。圖7D展示相控陣列天線之周邊處之一些非圓形或非同心環配置。在一些實施例中，額外及/或非周邊配置亦可為非同心的。圖7E展示周邊配置之「向日葵形」分佈。根據本揭露內容之實施例的向日葵形分佈可具有同心配置與變化配置之混合，諸如振盪配置。圖7F展示較規則的居中定位之環配置及較不規則的周邊定位之配置中的天線元件。
圖7G為根據本發明技術之實施例的相控陣列天線之個別天線元件之示意性佈局。天線元件可被分佈成若干配置。在一些實施例中，該等配置為矩形。該等配置可被分離不同距離，例如，距離D2 可大於距離D1 。
圖7H為根據本發明技術之實施例的相控陣列天線之個別天線元件之示意性佈局。天線元件可被分佈成若干環配置。該等配置可被分離不同距離，例如，該等配置可在相控陣列天線之周邊處被隔開為較靠攏，而在相控陣列天線之中心處被隔開為較大距離。在一些實施例中，周邊配置中之鄰近天線元件之間的距離小於較居中定位之配置中之鄰近天線元件之間的距離。
圖8A及圖8B為根據本發明技術之實施例的個別天線元件之分佈的圖形。圖8A中之圖形展示振幅分佈i(x) (例如，中心瓣之振幅)。所繪示之振幅分佈為泰勒(Taylor) 30dB，但其他振幅分佈亦係可能的。水平軸線為天線元件之正規化位置。可例如相對於攜載天線元件之載體之特性尺寸執行正規化。豎直軸線為正規化RF功率。可例如相對於一對PA及天線元件之全指定功率執行正規化。可藉由將曲線下面積i(x)除以具有相同區域A之區段之所要數目來界定天線元件之正規化位置。因此，中心區域將較窄，且周邊區域將較寬。水平軸線上之位置Li表示給定曲線下面積之中點，其對應於天線元件100在徑向方向上之位置。由於正規化，相控陣列天線之周邊處之天線元件(例如，較接近水平軸線值0及50)相比於較接近相控陣列天線之中間之天線元件(例如，較接近水平軸線值25)將分隔得較遠。
圖8B繪示用於判定天線元件之位置之方法之另一實施例。水平軸線表示天線元件之正規化位置。豎直軸線被劃分成N個部分，表示N個天線元件。曲線I(x)表示所要振幅分佈i(x)之累積分佈函數，其中i(x)可為例如泰勒30dB。因此，I(x)可被判定為：
I(x) = CDF(i(x))。
N條水平線與曲線I(x)之相交判定區域A之群組。區域A由水平軸線之區段、曲線I(x)之區段及二條豎直線界定。水平軸線之個別區段之中間判定天線元件Ni 之位置Li 。再次，相控陣列天線之周邊處之天線元件(例如，較接近水平軸線值600)相比於較接近相控陣列天線之中間之天線元件(例如，較接近水平軸線值0)將分隔得較遠。
圖8C為根據本發明技術之實施例的用於分佈個別天線元件之方法的流程圖。該方法可在步驟810處藉由例如界定天線元件之環配置之數目N而開始。
在步驟820中，針對RF信號之主瓣界定所要振幅分佈。舉例而言，可使用泰勒30 dB分佈。可標繪或表列所要振幅分佈以供後續使用。
在步驟830中，將振幅分佈曲線下之總面積劃分成N個子區域A，其各自具有相同表面。在一些實施例中，可使用參考圖8B所描述之CDF將總面積劃分成子區域。
在步驟840中，將每一天線元件之位置判定為對應子區域A之中點之橫座標。該方法可在步驟850中結束。
圖9A、圖9B及圖9C為根據本發明技術之實施例之相控陣列天線佈線的示意圖。圖9A、圖9B及圖9C中之每一者展示覆疊於H網路層或波束成形器格組上方之天線格組的俯視圖。導電跡線將H網路層或波束成形器格組之襯墊連接至天線元件(或連接至個別天線元件之PA、LNA或移相器)。在一些實施例中，可使用匈牙利演算法(Hungarian Algorithm)對該等跡線進行佈線，但其他佈線演算法亦係可能的。
圖9A、圖9B及圖9C中所繪示之三個實施例分別對應於正方形(亦即，波束成形器格組)在圓(亦即，天線層)中外接、圓在正方形中外接及正方形與圓相交。如上文所闡釋，為了使信號自波束成形器層至天線格組保持同相，對映層之個別跡線之長度應儘可能地均一。此外，對映層之個別跡線應被佈置(佈線)成使得該等跡線不重疊或交叉，且天線元件與饋送網路元件之間的連接長度應被最小化。圖9A展示了該等跡線通常在波束成形器格組之側之中間附近較長。類似地，圖9B展示了該等跡線通常在波束成形器格組之拐角附近較長。下文在圖9D中展示個別跡線之長度之統計比較。
圖9D為根據本發明技術之實施例的跡線之長度之標準偏差的圖形。通常，較小標準偏差對應於跡線群體內之長度之較高均一性，從而引起信號相位之較高均一性。水平軸線展示以公尺為單位的波束成形器之特性長度(例如，正方形之側)。豎直軸線展示以毫米為單位的跡線之長度之標準偏差。當正方形(H網路層)在圓(天線層)中外接時，正方形之側為約0.225 m，且標準偏差為約13.5 mm。當圓(天線層)外接至正方形(H網路層)時，正方形之側為約0.315 m，且標準偏差為約23 mm。對於所繪示之實施例，針對側為0.261長之正方形獲得8.756 mm之最小標準偏差，此對應於圖9C中所展示之情境。在一些實施例中，可使用其他統計矩來最佳化跡線之長度。舉例而言，可使用偏度(三階中心矩)或峰度(四階中心矩)。
實例：來自空間漸縮相控陣列天線系統之RF信號
參看圖2，根據本發明技術之實施例產生之相控陣列天線RF信號的圖形。在11 GHz下對RF信號運行模擬。自球面座標系統將座標u及v導出為：
u = sinθ cosφ；且
v = sinθ sinφ。
豎直軸線對應於以dB為單位之信號功率。經模擬信號垂直於天線元件之平面，但對於相控陣列天線，該信號之其他方向(亦即，主瓣之方向)亦係可能的。對於本實例中之經模擬信號，主瓣之功率為約38.5 dB，而旁瓣之功率處於或低於30.9 dB。因此，旁瓣比主瓣弱幾乎70 dB，此指示相對高SNR。
穿插天線格組
如上文所描述，根據本揭露內容之實施例，以不同方式操作之天線元件之陣列可穿插於天線孔口中，以最佳地使用載體之表面並增加由相控陣列天線系統發射或接收之波束(通訊鏈路)之數目。天線元件之穿插可以如上文所描述之空間漸縮組態而實施，或以其他均一或非均一組態而實施。
根據本揭露內容之一個實施例，相控陣列天線系統包括：載體；第一多個天線元件，其由載體攜載且經組配以在第一參數值下傳輸及/或接收信號；及第二多個天線元件，其由載體攜載且經組配以在不同於第一參數值之第二參數值下傳輸及/或接收信號。第一多個天線元件中之個別天線元件被穿插有第二多個天線元件中之個別天線元件。
在一些實施例中，天線元件之穿插陣列可具有規則穿插。舉例而言，天線元件可配置於穿插矩形、圓或其他陣列內。在一些實施例中，穿插陣列可具有不規則形狀或不規則穿插。
在本揭露內容之許多實施例中，穿插天線元件之二個或多於二個陣列或分組之優勢改良了相控陣列天線。當在不同參數值下操作(例如，在不同頻率下操作)時，相鄰個別天線元件之相互作用小於在相同參數操作下(例如，在相同頻率下操作)時之相互作用。因此，個別天線元件可在相控陣列天線系統中較密集地分佈，相鄰天線元件之間的串擾可縮減，及/或資料速率可增加。
在一些實施例中，天線元件之穿插群組或陣列可在多於一個不同參數值下操作。舉例而言，第一群組之天線元件可在頻率f1下接收資料，另一群組之天線元件可在頻率f2下傳輸資料。另外，第一群組之天線元件可在偏振角度α下接收資料，且第二群組之天線元件可在偏振角度β下接收資料。穿插群組之間的其他差異亦在本揭露內容之範疇內。如下文更詳細地所描述，載體可支撐多於二個穿插群組。
圖10A為根據本發明技術之實施例的例示性相控陣列天線系統1000之個別天線元件之示意性佈局。天線元件122-i可置放於載體112上方。在一些實施例中，可遍及整個相控陣列天線或相控陣列天線之僅一部分應用穿插。舉例而言，在圖10A中，相控陣列天線包括載體112之部分P1上的穿插佈局及載體112之另一部分P2上的天線元件之習知單參數佈局。
所繪示之相控陣列天線系統1000包括部分P1中之單值天線元件佈局及部分P2中之四值天線元件佈局。四個值V1 至V4 可對應於相同參數之不同值(例如，頻率f1至f4)或不同參數之不同值(例如，頻率f1-偏振角度α、頻率f2-偏振角度α、頻率f2-偏振角度α，及頻率f1-偏振角度β)。
儘管被展示為四值天線元件佈局，但天線元件分組之任何數目之不同參數或參數組合值在本揭露內容之範疇內。舉例而言，天線元件佈局可包括具有不同參數或參數組合值之二個、三個、五個或更多穿插分組以用於改良效能。
在至少一些實施例中，天線元件之穿插陣列之多值佈局使能夠具有較高的頻寬、較小的相控陣列天線佔據面積，或二者。舉例而言，天線元件122-1 (被共同地稱作「群組」或「陣列」)可在頻率f1 及偏振角度α下接收資料，而天線元件122-2在頻率f2 及偏振角度β下接收資料。此外，天線元件122-3可經組配以在頻率f2 及偏振角度α下接收資料，而天線元件122-4經組配以在頻率f1 及偏振角度β下接收資料。與個別天線元件122-i相關聯之其他參數組合亦在本揭露內容之範疇內(例如，頻率、偏振、波束定向、資料串流、接收(RX)/傳輸(TX)功能、時間多工區段等等)。
在本揭露內容之一些實施例中，例如第一多個天線元件及第二多個天線元件中之天線元件同時或在大約同一時間操作。在本揭露內容之其他實施例中，第一多個天線元件及第二多個天線元件中之天線元件在不同時間操作。
在本揭露內容之一些實施例中，例如第一多個天線元件及第二多個天線元件中之天線元件均傳輸及/或接收資料。在本揭露內容之其他實施例中，第一多個天線元件及第二多個天線元件中之天線元件用於傳輸或接收。
在一些實施例中，穿插天線元件無需遵循圖10A中所繪示之豎直列及行佈局。代替地，穿插佈局之至少一部分可被配置為呈隨機組配或呈諸如矩形、圓、其他多邊形之其他圖案，呈同心或非同心配置，具有規則及不規則的其他分組，及交替、重複或非重複圖案。
圖10B為根據本發明技術之實施例的回程損耗對頻率圖形。所繪示之圖形展示對應於包括天線元件之多個分組之佈局的模擬結果，其中經模擬參數為頻率。水平軸線展示多值佈局中之天線元件之群組的操作頻率。豎直軸線展示天線元件122i-1至122i-4之群組中之每一者的以dB為單位之回程損耗。
回程損耗之圖形展示了最小回程損耗(亦即，S11min 參數)發生於不同操作頻率下：分別用於天線元件122i-3、122i-1、122i -2及122i-4之約10.7 GHz、10.85 GHz、11.2 GHz及11.8 GHz。因為該等群組之天線元件對不同頻率敏感，所以會縮減串擾。
一般而言，回程損耗(亦即，S11 參數)之下限值指示天線之較高效能。用於所有群組之天線元件之經模擬S11 參數低於-14 dB。在許多實施例中，約-14 dB或低於-14 dB之回程損耗表示效能良好的相控陣列天線。因此，對於圖10A之經模擬相控陣列天線，每一群組之天線元件在其對應頻率下充分地執行，而相控陣列天線之總頻寬增加，此係因為相控陣列天線現在可在四個頻率值而非僅僅一個頻率值(例如，用於在10.7 GHz及11.2 GHz下接收信號RX之二個頻率值，及用於在10.85 GHz、11.8 GHz下傳輸信號TX之二個頻率值)下操作。RX及TX之其他頻率值及組合在本揭露內容之範疇內。
圖11為根據本發明技術之實施例的相控陣列天線之個別天線元件之示意性佈局。在所繪示之實施例中，天線元件122i-1在至少第一參數之第一值(例如，f1)下操作，而天線元件122i-2在至少第一參數之第二值(例如，f2)下操作。在一些實施例中，天線元件122i-1及天線元件122i-2以不規則圖案而穿插，其中個別天線元件122i-1可置放於矩形矩陣之列及行之相交處外部。然而，在給定值下操作之個別天線元件仍可適當地進行相位偏移以產生RX及/或TX波束之所需方向性。
在操作中，穿插天線格組中之天線元件之陣列可在第一參數值(例如，頻率f1)下操作，使得所有(或至少一些)陣列在適當地進行相位偏移時相互作用以在所需定向角度下接收/傳輸射頻(RF)信號之波束。類似地，陣列可在第二參數值(例如，頻率f2)下操作，以便在不同頻率下在相同或不同定向角度下接收或傳輸RF信號之另一波束。不同陣列亦可在相同參數或不同參數之不同值下接收或傳輸其RF波束。在至少一些實施例中，相控陣列天線系統之總大小可減小，此係因為在一個參數值下操作之陣列不會顯著地與在不同參數值下操作之其他配置相互作用。
下文在表1中提供用於天線元件之陣列之參數值之若干說明性、非獨占式組合。
表1：用於天線元件之陣列之各種參數
圖12為根據本發明技術之一個實施例的相控陣列天線系統之天線孔口之示意性佈局。在圖12所繪示之實施例中，穿插組態併入至天線元件之空間漸縮組態中。被標註為RING 1之天線元件之最外部分組呈圓形配置，且包括在第一參數值(例如，頻率f1)下操作之天線元件122i-1。被標註為RING 2之天線元件之第二最外部分組，在第二參數值(例如，頻率f2)下操作之天線元件122i-2。在所繪示之實施例中，第二分組之天線元件122i-2被穿插有第一分組之天線元件122i-2。(比較圖12C中具有天線元件122i-1之僅一個分組的天線孔口。)離天線孔口之中心愈近，不同群組之天線元件122i-1及122i-2配置得愈緊密且可能不呈圓環。在所繪示之實施例中，天線元件122i-1之第一陣列包括1214個天線元件，且天線元件122i-2之第二穿插陣列包括1283個天線元件。
對於所繪示之配置RING1及RING2，天線元件之穿插係非常規則的，亦即，在一個參數值下操作之天線元件(例如，天線元件122i-1)總是與在另一參數值下操作之天線元件(例如，天線元件122i-2)側接。然而，不同類型之穿插亦在本揭露內容之範疇內。舉例而言，具有一個參數值之若干天線元件(例如，天線元件12i-1)可被分組在一起且並不各自由在不同參數值下操作之天線元件(例如，天線元件122i-2)側接。此外，配置RING1、RING2等等可具有不同形狀，例如，矩形、橢圓形、梯形等等。該等配置可為非相交的，但在其他實施例中，該等配置可相交。此外，該等配置可為同心的，如圖12A中所繪示，但在其他實施例中，該等配置可為非同心的。
圖12B為根據本發明技術之實施例的圖12A之穿插天線孔口的示意圖，其展示自天線孔口發射之第一波束BEAM1及第二波束BEAM2。在所繪示之實施例中，相控陣列天線1000接收/傳輸RF波束，該等RF波束為來自天線元件之第一分組的在第一頻率下之第一波束BEAM1及來自天線元件之第二分組的在不同第二頻率下之第二波束BEAM2，該第二頻率不同於天線元件之第一分組之第一頻率。舉例而言，相控陣列天線可在頻率f1 下傳輸BEAM1，同時在頻率f2 下接收BEAM2。其他數目之波束及參數組合亦在本揭露內容之範疇內。
一般而言，波束當中之不良相互作用會縮減，此係因為穿插天線元件在一或多個參數之不同值下操作。因為穿插天線元件在一或多個參數之不同值(例如，不同頻率)下操作，所以干擾會縮減，天線元件可較密集地配置於天線孔口上。結果為來自同一天線孔口之波束數目增加。相比較而言，參看圖12C，在單個參數下具有天線元件之單個分組的天線孔口較不密集地隔開且僅發射單個波束BEAM 1。
天線元件在天線孔口上隔開以避免耦接，但亦最大化對載體之橫向的使用。當天線元件被穿插且相比於鄰近天線元件在不同頻率下操作時，鄰近天線元件之間的耦接度會縮減。在本揭露內容之一個實施例中，期望穿插陣列之間的小於-14 dB之耦接。在另一實施例中，期望穿插陣列之間的小於-12 dB之耦接。
天線元件之間的間隔為載體之可接受耦接與橫向之最大化之間的平衡。間隔亦隨頻率而變。在較高頻率下，天線元件之間需要較小間隔。
根據本揭露內容之實施例，除了穿插天線元件之間的間隔之外，穿插天線元件之分組之間的通道分離亦可進一步縮減該等分組之間的干擾。在一非限制性實例中，在具有2.05 GHz之總展度的10.7 GHz至12.75 GHz之Ku頻帶下行鏈路中，頻率分派可被劃分成四個通道：10.7至11.2 GHz；11.2至11.7 GHz；11.7至12.2 GHz；及12.2至12.7 GHz。若衛星上存在二個天線孔口，二個天線孔口各自具有穿插天線之二個分組，則可分派頻道以縮減該等分組之間的串擾。下表1提供了例示性通道組態：具有2.05 GHz之總展度的10.7 GHz至12.75 GHz之Ku頻帶下行鏈路。當被劃分成四個通道時，每一通道表示500 MHz。
表1：10.7 GHz至12.75 GHz之Ku頻帶下行鏈路中之四個通道
在其他非限制性實例中，同一頻帶可被劃分成八個通道，其中每一通道表示250 MHz。
表2：10.7 GHz至12.75 GHz之Ku頻帶下行鏈路中之八個通道
在一非限制性實例中，可在二個小組之間劃分天線元件：小組1及小組2，其各自具有二種不同類型之天線模組。
可使用頻率規劃來增加載體之同一側上之穿插天線元件之間的分率頻寬。
在4通道狀況(上表1)之所繪示之實例中，可使用以下頻率規劃以在載體之同一側上之穿插天線元件之操作頻帶之間建立至少500 MHz防護頻帶差。在此實例(例如，小組1上之通道1及通道3)中，分率防護頻帶為500 MHz除以通道對之中心頻率(11.45 GHz)，其等於4.4%。
在8通道狀況(上表2)之所繪示之實例中，可使用以下頻率規劃以在穿插天線元件之操作頻帶之間建立至少750 MHz防護頻帶差。在此實例(例如，AIP-1上之通道1及通道5)中，分率防護頻帶為750 MHz除以通道對之中心頻率(11.325 GHz)，其等於6.6%。
圖13展示天線元件之四個分組之穿插。
圖16為根據本發明技術之實施例的用於相控陣列天線設計之方法的流程圖。該方法在步驟1405處開始。在步驟1410處，針對經組配以在一個參數值下操作之天線元件之群組(陣列或配置)界定初始群體(分佈)。
在步驟1415處，將天線元件之一或多個額外群組(陣列)之個別天線元件穿插有初始群體之天線元件。
在步驟1420處，判定穿插相控陣列天線之效能之一或多個估計。效能之可能量度為回程損耗參數(SLL )、波束之旁瓣位準、天線之增益、波束之方向性、波束寬度，及天線之掃描範圍。
在步驟1425處，比較天線之有效性之一或多個估計與預定準則。若不符合準則，則該方法可返回至步驟1410而以新初始群體開始，或轉至步驟130以最佳化額外陣列之穿插。舉例而言，在步驟130處，可使用最佳化演算法來最佳化額外陣列之穿插。
在步驟1435處，實施新穿插(如自最佳化演算法所導出)。在步驟1420處，使用新穿插重新計算效能之估計，隨後在步驟1425處進行是否符合準則之新校驗。若符合準則，則該方法可在步驟1440處結束。
旋轉天線元件以獲得純度偏振
參考圖15A至圖17，根據本揭露內容之實施例，天線格組中之天線元件可相對於彼此旋轉以改良天線孔口之信號效能。存在圓偏振之二個分量：共偏振及交叉偏振。通常需要共偏振且通常不需要交叉偏振。天線格組中之天線元件相對於彼此之實體旋轉可有效地消除或縮減交叉偏振分量以達成高偏振純度及/或所要偏振特性。天線系統之高偏振純度(或低交叉偏振)改良了信號強度且減小了來自主波束B之洩漏(參見圖1A及圖1B)。
在本發明之一些實施例中，個別天線元件122i可圍繞中心線旋轉(例如，圍繞垂直於載體112之平面之天線元件軸線旋轉)以在天線孔口110正在接收或發射信號時實現高偏振純度。
參考圖15A，提供具有空間漸縮組態之天線元件1522a之天線格組1510a。天線格組1510a之天線元件1522a被分組成四個天線元件1522a-1、1522a-2、1522a-3及1522a-4之依序旋轉分組1523a，其中該等元件中之二者在空間漸縮格組之一個環中且該等元件中之二者在空間漸縮格組之鄰近環中，從而界定矩形分組。天線元件1522a-1、1522a-2、1522a-3、1522a-4各自在實體上相對於彼此旋轉90度，從而圍繞該分組以圓形圖案行進。
在一些實施例中，分組中之所有天線元件在結構上彼此相同。在一些實施例中，並非所有天線格組元件均在依序旋轉分組中。
除了天線元件之實體旋轉之外，亦可在天線元件被電氣激發相同量的電氣相移之情況下實現高偏振純度。舉例而言，參看圖15A，每一依序旋轉分組1523a中之鄰近天線元件1522a-1、1522a-2、1522a-3、1522a-4可在每一天線元件之間被電氣激發90度電氣相移。
藉由提供此類實體旋轉及電氣相移，空間漸縮組態中之依序旋轉天線可提供高純度圓偏振信號。
具有除了天線元件之空間漸縮組態、其他依序旋轉分組及其他實體旋轉圖案之外的其他組態之其他天線格組在本揭露內容之範疇內。參看圖15B，提供天線元件1522b之2-D陣列之一部分。天線格組1510b之天線元件1522b被分組成四個天線元件1522b-1、1522b-2、1522b-3及1522b-4之依序旋轉分組1523b，從而界定矩形分組。天線元件1522b-1、1522b-2、1522b-3及1522b-4各自在實體上相對於彼此旋轉90度，從而圍繞該分組以圓形圖案行進。同樣地，依序旋轉分組1523a中之鄰近天線元件1522a-1、1522a-2、1522a-3、1522a-4可在每一天線元件之間被電氣激發90度電氣相移。
參看圖15C，提供天線元件1522c之2-D偏移陣列之一部分。天線格組1510c之天線元件1522c被分組成三個天線元件1522c-1、1522c-2及1522c-3之依序旋轉分組1523c，從而界定三角形分組。天線元件1522c-1、1522c-2及1522c-3各自在實體上相對於彼此旋轉120度，從而圍繞該分組以圓形圖案行進。同樣地，依序旋轉分組1523c中之鄰近天線元件1522c-1、1522c-2及1522c-3可在每一天線元件之間被電氣激發120度電氣相移。
參看圖15D，提供天線元件1522b之2-D陣列之一部分。天線格組1510d之天線元件1522d被分組成九個天線元件1522d-1、1522d-2、1522d-3、1522d-4、1522d-5、1522d-6、1522d-7、1522d-8及1522d-9之依序旋轉分組1523d。該等天線各自在實體上相對於彼此旋轉40度，從而以非圓形圖案行進通過該分組。同樣地，依序旋轉分組1523d中之鄰近天線元件可在每一天線元件之間被電氣激發40度電氣相移。
其他依序旋轉方案在本揭露內容之範疇內。舉例而言，鄰近天線元件可以0º、90º、0º及90º偏振。
在根據本揭露內容之實施例設計依序旋轉分組時，考慮以下二者之間的取捨：藉由在依序旋轉分組內使用較大數目之天線元件產生高純度圓偏振信號；及可能由於分組大小(例如，與分組相關聯之平面區域)而發生之信號降級，該分組大小隨著分組內之天線元件之數目增加而增加。依序旋轉分組中之天線元件之數目獨立於格組配置之類型，例如，無論格組為空間漸縮格組抑或2-D陣列。
參考圖16A，提供具有空間漸縮組態之天線元件1622a之另一天線格組1610a。在圖16A之實施例中，天線格組1610a之天線元件1622a相對於彼此漸進地旋轉以獲得偏振純度。舉例而言，天線元件1622a-1、1622a-2、1622a-3及1622a-4各自在實體上相對於彼此旋轉相同角旋轉度ө，從而圍繞天線格組1610a之中心軸線1625a以圓形圖案行進。在一些實施例中，處於漸進旋轉之鄰近天線元件可在每一天線元件之間被電氣激發ө度電氣相移。
天線元件1622a-1、1622a-2、1622a-3及1622a-4中之箭頭用以展示天線元件相對於彼此之定向方向。在所繪示之實施例中，所有箭頭指向天線格組1610a之中心軸線1625。然而，其他方向亦在本揭露內容之範疇內，只要天線元件相對於彼此漸進地旋轉相同角旋轉度ө即可。給定環中之角旋轉度為360度除以彼環中之天線元件之數目。所有環均將具有漸進旋轉，其中每一環之角旋轉度符合以上公式。內部環具有較小數目之元件。因此，相較於外部環，內部環之角旋轉度較大。
參看圖16B，在用於獲得偏振純度之漸進旋轉之非限制性實例中，鄰近天線元件1622b-1及1622b-2旋轉了角旋轉度ө，其中ө = 45度。在一些實施例中，處於漸進旋轉之鄰近天線元件可在每一天線元件之間被電氣激發ө度電氣相移。
在圖16A及圖16B之實施例中，天線格組1610a及1610b以圓形圖案而配置。然而，天線格組1610a及1610b無需為空間漸縮格組。
參看圖17，提供組合依序及漸進旋轉之實例。在圖17之實施例中，天線格組1710之天線元件1722被分組成四個天線元件1722a-1、1722a-2、1722a-3及1722a-4之依序旋轉分組1723，其中該等元件中之二者在空間漸縮格組之外部環中且該等元件中之二者在空間漸縮格組之內部環中，從而界定矩形分組。根據上文所論述之依序旋轉方案，天線元件1722a-1、1722a-2、1722a-3及1722a-4各自在實體上相對於彼此旋轉90度，從而圍繞該分組以圓形圖案行進。同樣地，每一依序旋轉分組1723中之鄰近天線元件1722a-1、1722a-2、1722a-3、1722a-4可在每一天線元件之間被電氣激發90度電氣相移。
除了依序旋轉分組1723之外，天線格組1710之分組1723或天線元件1722自身亦相對於彼此漸進地旋轉以獲得偏振純度。舉例而言，鄰近分組1723之其他分組各自在實體上相對於彼此旋轉相同角旋轉度ө，從而圍繞天線格組1710之中心軸線1725以圓形圖案行進。同樣地，處於漸進旋轉之鄰近天線元件可在每一天線元件之間被電氣激發ө度電氣相移。
每一依序旋轉分組1723中之天線元件1722a-1、1722a-2、1722a-3、1722a-4可依據分組中之鄰近天線元件之間的角旋轉偏移x而具有旋轉調整。舉例而言，僅基於依序旋轉方案，天線元件1722a-1、1722a-2、1722a-3、1722a-4相對於彼此之實體旋轉將分別為0度、90度、180度及270度。在添加漸進旋轉之情況下，天線元件1722a-c旋轉了總共180+x1度而非180度。x1度之旋轉調整在給定環內之鄰近天線元件之間應用漸進旋轉，在此狀況下，在天線元件1722a-2與天線元件1722a-3之間應用漸進旋轉。同樣地，天線元件1722a-4旋轉了總共270+x2度而非270度。基於上文針對漸進旋轉所論述之方程式計算值x1及x2。
下文提供本文中所揭露之各種實施例之設備、系統及方法的說明性實例。該設備、系統或方法之實施例可包括下文所描述之實例中之任何一者或多者及其任何組合。
實例1為一種相控陣列天線系統，其包括：
一第一部分，其攜載包括多個天線元件之一天線格組，其中該多個天線元件以一第一組態而配置，其中該第一組態為一空間漸縮組態；及
一第二部分，其攜載包括多個波束成形器元件之一波束成形器格組，其中該多個波束成形器元件以不同於該第一組態之一第二組態而配置，其中該多個天線元件中之每一者藉由對映而電氣耦接至該多個波束成形器元件中之一者。
實例2包括實例1之主題，且其中該天線格組包括一第一天線元件、一第二天線元件及一第三天線元件，其中該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件分佈於載體之一中心與一周邊之間，其中該第一天線元件最接近該中心，該第三天線元件最遠離該中心，且該第二天線元件定位於該第一天線元件與該第三天線元件之間，其中該第一天線元件與該第二天線元件被分離一第一距離，且該第二天線元件與該第三天線元件被分離不同於該第一距離之一第二距離，且其中該第二天線元件為沿著一條線最接近該第一天線元件及該第三天線元件二者之元件。
實例3包括實例1之主題，且其中該第一天線元件為天線元件之一第一配置之多個該等天線元件中之一者，該第二天線元件為該等天線元件之一第二配置之多個該等天線元件中之一者，且該第三天線元件為該等天線元件之一第三配置之多個該等天線元件中之一者，其中該第一配置與該第二配置之間及該第二配置與該第三配置之間的區域沒有該等天線元件。
實例4包括實例3之主題，且其中該等天線元件之該第一配置、該第二配置及該第三配置呈實質上圓形圖案。
實例5包括實例3之主題，且其中該等天線元件之該第一配置、該第二配置及該第三配置呈實質上矩形圖案。
實例6包括實例3之主題，且其中該等天線元件之該第一配置、該第二配置及該第三配置呈向日葵形圖案。
實例7包括實例3至6中之任一者之主題，且其中該等天線元件之該第一配置、該第二配置及該第三配置呈同心或非同心圖案。
實例8包括實例2至7中之任一者之主題，且其中該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件沿著自該載體之該中心至該周邊之同一條線配置。
實例9包括實例2至8中之任一者之主題，且其中該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件經組配以在相同頻率下傳輸信號。
實例10包括實例2至8中之任一者之主題，且其中該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件中之至少二者經組配以在不同頻率下傳輸信號。
實例11包括實例2至10中之任一者之主題，且其中該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件經組配以在相同偏振下發射信號。
實例12包括實例2至10中之任一者之主題，且其中該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件經組配以在不同偏振下發射信號。
實例13包括實例1至12中之任一者之主題，且其中該第二組態為一經組織或均勻隔開組態。
實例14包括實例1至13中之任一者之主題，且其中該波束成形器格組中之該多個波束成形器元件中之至少一者自該天線格組中之該多個天線元件中之至少一者橫向地位移。
實例15包括實例1至14中之任一者之主題，且其中該第一部分及該第二部分界定一載體之至少一部分。
實例16包括實例15之主題，且其中該載體具有面向一第一方向之一第一側及面向遠離該第一方向之一第二方向之一第二側。
實例17包括實例16之主題，且其中該天線格組在該載體之該第一側上。
實例18包括實例16及17中之任一者之主題，且其中該波束成形器格組在該載體之該第二側上。
實例19包括實例1至18中之任一者之主題，且其中該等天線元件及該等波束成形器元件呈一1:1比率。
實例20包括實例1至18中之任一者之主題，且其中該等天線元件及該等波束成形器元件呈一大於1:1比率。
實例21包括實例1至20中之任一者之主題，且其中該第一部分及該第二部分為第一層及第二層。
實例22包括實例21之主題，且其進一步包含安置於該第一部分與該第二部分之間的一第三層，該第三層攜載該多個天線元件與該多個波束成形器元件之間的一對映之至少一部分。
實例23包括實例22之主題，且其中該第一層、該第二層及該第三層為一PCB堆疊中之離散PCB層。
實例24包括實例1至23中之任一者之主題，且其中該多個天線元件中之至少一些天線元件在實體上相對於該多個天線元件中之其他天線元件旋轉。
實例25為一種相控陣列天線系統，其包括：
一載體；
一天線格組，其包括由該載體支撐之多個天線元件，該天線格組具有一空間漸縮組態；
一波束成形器格組，其包括由該載體支撐之多個波束成形器元件，該波束成形器格組具有不同於該天線格組組態之一組態，其中該等波束成形器元件中之至少一者自該等天線元件中之至少一者橫向地位移；及
用於將該天線格組電氣耦接至該波束成形器格組之對映。
實例26為一種用於一相控陣列天線系統之天線格組，該天線格組包括：
多個天線元件，其以一空間漸縮組態而組配；及
自該多個天線元件中之每一者至多個其他元件中之一者的對映，其中該多個其他元件呈不同於該天線格組之該空間漸縮組態之一組態。
實例27為一種相控陣列天線系統，其包括：
一第一部分，其攜載包括多個天線元件之一天線格組，其中該多個天線元件以一第一組態而配置，其中該第一組態為一空間漸縮組態；及
一第二部分，其攜載包括多個波束成形器元件之一波束成形器格組，其中該多個波束成形器元件以不同於該第一組態之一第二組態而配置，其中該多個天線元件中之至少一者與該多個波束成形器元件中之一對應波束成形器元件橫向地隔開，其中該多個天線元件中之每一者電氣耦接至該多個波束成形器元件中之一者。
實例28為一種相控陣列天線，其包括：
一載體；
第一多個天線元件，其由該載體攜載且經組配以在一參數之一第一值下傳輸及/或接收信號；及
第二多個天線元件，其由該載體攜載且經組配以在不同於該參數之該第一值的該參數之一第二值下傳輸及/或接收信號，其中該第一多個天線元件中之個別天線元件被穿插有該第二多個天線元件中之個別天線元件。
實例29包括實例28之主題，且其中該參數係選自由頻率、偏振、波束定向、資料串流、時間多工區段及其組合組成之一群組。
實例30包括技術方案28及29中之任一者之主題，且其中該參數為一第一參數，該天線進一步包含第三多個天線元件，該第三多個天線元件由該載體攜載且經組配以在不同於該第一參數之該第一值及該第二值的該第一參數之一第三值下傳輸及/或接收信號，其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件及該第三多個天線元件中之個別天線元件被穿插。
實例31包括實例30之主題，且其進一步包含第四多個天線元件，該第四多個天線元件由該載體攜載且經組配以在不同於該第一參數之該第一值、該第二值及該第三值的該第一參數之一第四值下傳輸及/或接收信號，其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件、該第三多個天線元件及該第四多個天線元件中之個別天線元件被穿插。
實例32包括實例28至31中之任一者之主題，且其中該第一多個天線元件及該第二多個天線元件中之該等天線元件經組配以至少部分地在同一時間段期間傳輸及/或接收信號。
實例33包括實例28至32中之任一者之主題，且其中該第一多個天線元件中之該等天線元件以一第一配置而分佈，且該第二多個天線元件中之該等天線元件以一第二配置而分佈。
實例34包括實例33之主題，且其中該第一配置及該第二配置呈圓形或矩形組態。
實例35包括實例33之主題，且其中該第一配置及該第二配置呈同心或非同心組態。
實例36包括實例33之主題，且其中該第一配置及/或該第二配置呈空間漸縮配置。
實例37包括實例33之主題，且其中該第一配置在一第一方向上接收或傳輸一第一波束，且該第二配置在一第二方向上接收或傳輸一第二波束。
實例38為一種產生用於一相控陣列天線之天線元件之一佈局之方法，其包括：
產生第一多個天線元件之一第一配置，其中該第一多個天線元件中之該等天線元件經組配以在一參數之一第一值下傳輸及/或接收信號；及
產生第二多個天線元件之一第二配置，其中該第二多個天線元件中之該等天線元件經組配以在不同於該參數之該第一值的該參數之一第二值下傳輸及/或接收信號，且其中該第一多個天線元件中之個別天線元件被穿插有該第二多個天線元件中之個別天線元件。
實例39包括實例38之主題，且其中該參數係選自由頻率、偏振、波束定向、資料串流、時間多工區段及其組合組成之一群組。
實例40包括實例38及39中之任一者之主題，且其進一步包含：針對該第一多個天線元件及該第二多個天線元件中之該等天線元件判定相控陣列天線效能之一或多個量度，其中該等量度係選自由散射參數(SLL )、旁瓣位準、增益、方向性、波束寬度及掃描範圍組成之一群組；比較至少一個量度與一預定臨限值；及判定該第一配置及該第二配置是否符合該臨限值。
實例41包括實例40之主題，且其進一步包含：判定該第一配置及該第二配置中之至少一者不符合該臨限值；及改變該第一配置與該第二配置之間的一距離。
實例42包括實例40之主題，且其進一步包含：判定該第一配置及該第二配置中之至少一者不符合該臨限值；及改變該第一配置及該第二配置之個別天線元件之間的一距離。
實例43包括實例38至42中之任一者之主題，且其中該第一配置及該第二配置經組配以在二個不同方向上共同地傳輸及/或接收二個波束。
實例44包括實例38至43中之任一者之主題，且其中該等天線元件之該第一配置及該第二配置呈圓形或矩形組態。
實例45包括實例38至44中之任一者之主題，且其中該等天線元件之該第一配置及該第二配置呈同心或非同心組態。
實例46包括實例38至45中之任一者之主題，且其中該第一配置及/或該第二配置呈空間漸縮配置。
實例47包括實例38至46中之任一者之主題，且其進一步包含產生第三多個天線元件之一第三配置，其中該第三多個天線元件中之該等天線元件經組配以在不同於該參數之該第一值及該第二值的該參數之一第三值下傳輸及/或接收信號，且其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件及該第三多個天線元件中之個別天線元件被穿插。
實例48包括實例47之主題，且其進一步包含產生第四多個天線元件之一第四配置，其中該第四多個天線元件中之該等天線元件經組配以在不同於該參數之該第一值、該第二值及該第三值的該參數之一第四值下傳輸及/或接收信號，且其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件、該第三多個天線元件及該第四多個天線元件中之個別天線元件被穿插。
實例49為一種使用一相控陣列天線之方法，其包含：
使用該相控陣列天線之第一多個天線元件在一參數之一第一值下接收或傳輸一第一信號；及
使用該相控陣列天線之第二多個天線元件在不同於該參數之該第一值的該參數之一第二值下接收或傳輸一第二信號，其中該第一多個天線元件中之個別天線元件被穿插有該第二多個天線元件中之個別天線元件。
實例50包括實例49之主題，且其中該參數係選自由頻率、偏振、波束定向、資料串流、時間多工區段及其組合組成之一群組。
實例51包括實例49及50中之任一者之主題，且其中該第一多個天線元件及該第二多個天線元件中之該等天線元件經組配以至少部分地在同一時間段期間傳輸及/或接收信號。
實例52包括實例49至51中之任一者之主題，且其中該第一多個天線元件中之該等天線元件以一第一配置而分佈，且該第二多個天線元件中之該等天線元件以一第二配置而分佈。
實例53包括實例49至52中之任一者之主題，且其中該第一配置及該第二配置經組配以在二個不同方向上共同地傳輸及/或接收二個波束。
實例54包括實例49至53中之任一者之主題，且其進一步包含使用該相控陣列天線之第三多個天線元件在一第一參數之一第三值下接收或傳輸一第三信號，其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件及該第三多個天線元件中之個別天線元件被穿插。
實例55包括實例54之主題，且其進一步包含使用該相控陣列天線之第四多個天線元件在一第一參數之一第四值下接收或傳輸一第四信號，其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件、該第三多個天線元件及該第四多個天線元件中之個別天線元件被穿插。
實例56為一種相控陣列天線，其包括：
一天線格組，其安置於一載體上，該天線格組包括以一天線格組組態而配置之多個天線元件，其中該多個天線元件中之至少一些天線元件在實體上相對於該多個天線元件中之其他天線元件旋轉。
實例57包括實例56之主題，且其中該天線格組組態之至少一部分為界定天線元件之多個環配置之一圓形圖案。
實例58包括實例56及57中之任一者之主題，且其中該天線格組組態之至少一部分為一空間漸縮組態。
實例59包括實例56至58中之任一者之主題，且其中該天線格組組態之至少一部分為一2-D陣列。
實例60包括實例56至59中之任一者之主題，且其中該天線格組中之該多個天線元件之一子集以一分組而分組，且其中該分組中之該等天線元件在實體上相對於該分組中之鄰近天線元件旋轉一經判定旋轉度。
實例61包括實例60之主題，且其中該分組中之該等天線元件被電氣激發等於該經判定旋轉度之一電氣相移。
實例62包括實例60之主題，且其中該分組包括該載體上之一特定區域內之所有該等天線元件之間的鄰近關係，且其中鄰近天線元件之間的該經判定旋轉度等於360除以天線元件之數目。
實例63包括實例60之主題，且其中該分組為天線元件之一環配置，且其中該角旋轉度等於該環配置中之鄰近天線元件之間的角距離。
實例64包括實例60之主題，且其中該分組包括該載體上之一特定區域內之所有該等天線元件之間的鄰近關係，且其中鄰近天線元件之間的該經判定旋轉度等於360除以天線元件之數目，其中該分組為具有其他分組之天線元件之一環配置，且其中該分組之該角旋轉度等於該環配置中之鄰近分組之間的角距離。
雖然已繪示及描述了各種說明性實施例，但應瞭解，可在不偏離本揭露內容之精神及範疇的情況下對該等實施例做出各種改變。
100、200、300、1000‧‧‧相控陣列天線系統
110、110A、110B、110C、110D‧‧‧天線孔口
112、112A、112B、112C、112D‧‧‧載體
120、220、520、1710、1510a、1510b、1510c、1510d、1610a、1610b、620A、620B、620C、620E‧‧‧天線格組
130‧‧‧對映系統
120A、120B、120C、120D‧‧‧實施例
122i、122i-1、122i-2、122i-3、122i-41522a-1、1522a-2、1522a-3、1522a-4、1522b-1、1522b-2、1522b-3、1522b-4、1522c-1、1522c-2、1522c-3、1522d-1、1522d-2、1522d-3、1522d-4、1522d-5、1522d-6、1522d-7、1522d-8、1522d-9、1622a-1、1622a-2、1622a-3、1622a-4、1622b-1、1622b-2、1722a-1、1722a-2、1722a-3、1722a-4、222a、222b、222i、322a、322b、422i、622A、622B、622C、622D、622E、RING 1、RING 2‧‧‧天線元件
124、124i‧‧‧放大器
140、240‧‧‧波束成形器格組
142i、342a、342i‧‧‧波束成形器/波束成形器元件
144a‧‧‧濾波器
145i‧‧‧移相器
148a‧‧‧通路
150‧‧‧多工饋送網路
160‧‧‧分配器/組合器
170‧‧‧調變器/解調變器
180、280、380‧‧‧鋪疊
180a‧‧‧天線層
180b、380b1、380b2、380b3、380b4‧‧‧對映層
180c‧‧‧多工饋送網路層
180d‧‧‧波束成形器層
224a、224b‧‧‧低雜訊放大器(LNA)
226a、226b‧‧‧天線模組
228a、248a‧‧‧導電通路
232a‧‧‧第一對映跡線
234a‧‧‧第二對映跡線
238a、238b、338a、338b‧‧‧中間通路
242a、242i‧‧‧波束成形器元件
244a、244b‧‧‧RF濾波器
260‧‧‧組合器
270‧‧‧RF解調變器
280a‧‧‧天線格組層
280b1‧‧‧第一對映層
280b2‧‧‧第二對映層
280c、280d‧‧‧層
424i‧‧‧功率放大器(PA)
550‧‧‧例示性H網路
612A‧‧‧正方形載體
612B‧‧‧圓形載體
810、820、830、840、850、1405、1410、1415、1420、1425、1435、1440‧‧‧步驟
1625a‧‧‧中心軸線
1723、1523a、1523b、1523c‧‧‧依序旋轉分組
A‧‧‧區域
B‧‧‧波束
D‧‧‧較佳方向/所要指向角度
D1、D2、d1、d2、d3、M‧‧‧距離
f1、f2、f3、f4‧‧‧頻率
i(x)‧‧‧振幅分佈/曲線
Li‧‧‧位置
LM‧‧‧主瓣
LS‧‧‧旁瓣
P1、P2‧‧‧部分
RX‧‧‧接收方向
S‧‧‧射頻(RF)信號
TX‧‧‧傳輸方向
V1、V2、V3、V4‧‧‧值
x‧‧‧角旋轉偏移
θ、ϕ‧‧‧角度
本揭露內容之前述態樣及許多伴隨優勢將變得更易於瞭解，此係因為當結合隨附圖式參考以下實施方式時，該等態樣及優勢會變得更好理解，圖式中：
圖1A繪示根據本揭露內容之一個實施例的用於相控陣列天線系統之電氣組態的示意圖，該相控陣列天線系統包括界定天線孔口之天線格組、對映、波束成形器格組、多工饋送網路、分配器或組合器，及調變器或解調變器。
圖1B繪示根據本揭露內容之一個實施例的由相控陣列天線孔口達成之信號輻射場型。
圖1C繪示根據本揭露內容之實施例的用以界定各種天線孔口的相控陣列天線之個別天線元件之示意性佈局(例如，矩形、圓形、空間漸縮)。
圖1D繪示根據本揭露內容之實施例的用以界定天線孔口的呈空間漸縮組態之個別天線元件。
圖1E為界定圖1D中之天線孔口之面板的橫截面視圖。
圖1F為天線信號之主瓣及不良旁瓣的圖形。
圖1G繪示根據本揭露內容之一個實施例的構成相控陣列天線系統之多個層疊層的等角視圖。
圖2A繪示根據本揭露內容之一個實施例的用於天線格組中之多個天線元件耦接至波束成形器格組中之單個波束成形器的電氣組態的示意圖。
圖2B繪示根據圖2A之電氣組態的構成例示性接收系統中之相控陣列天線系統之多個層疊層的示意性橫截面。
圖3A繪示根據本揭露內容之一個實施例的用於天線格組中之多個穿插天線元件耦接至波束成形器格組中之單個波束成形器的電氣組態的示意圖。
圖3B繪示根據圖3A之電氣組態的構成例示性傳輸及穿插系統中之相控陣列天線系統之多個層疊層的示意性橫截面。
圖4為根據先前發展技術的用於具有功率漸縮組態之相控陣列天線系統之電氣組態的示意圖。
圖5為根據本發明技術之實施例的自饋送網路層至例示性空間漸縮天線格組之例示性相控陣列天線佈線的示意圖。
圖6為根據本揭露內容之一個實施例的展示相控陣列天線系統中之例示性空間漸縮天線格組中之天線元件超過50%之縮減的程序示意圖。
圖7A至圖7H為根據本發明技術之實施例的相控陣列天線系統中之空間漸縮天線格組中之天線元件之各種例示性示意性佈局。
圖8A及圖8B為根據本發明技術之實施例的例示性相控陣列天線系統中之個別天線元件之例示性分佈的圖形。
圖8C為根據本發明技術之實施例的用於在例示性相控陣列天線系統中分佈個別天線元件之方法的流程圖。
圖9A至圖9C為根據本發明技術之實施例之相控陣列天線佈線的示意圖。
圖9D為根據本發明技術之一個實施例的相控陣列天線佈線之標準偏差的圖形。
圖10A為根據本發明技術之一個實施例的相控陣列天線系統之穿插天線格組中之個別天線元件之示意性佈局。
圖10B為根據本發明技術之一個實施例的針對圖10A之天線元件的回程損耗對頻率圖形。
圖11為根據本發明技術之一個實施例的相控陣列天線之穿插個別天線元件之示意性佈局。
圖12A為根據本發明技術之一個實施例的在相控陣列天線系統中具有二個天線陣列之穿插天線格組之示意性佈局。
圖12B為根據本發明技術之一個實施例的圖12A之相控陣列天線系統中之穿插天線格組之示意性佈局，其展示來自天線元件之第一陣列的波束及來自天線元件之第二陣列的波束。
圖12C為根據本發明技術之一個實施例的相控陣列天線系統中之非穿插天線格組之示意性佈局，來自天線元件之陣列的單個波束。
圖13為根據本發明技術之一個實施例的在相控陣列天線系統中具有四個天線陣列之穿插天線格組之示意性佈局。
圖14為根據本發明技術之實施例的用於穿插相控陣列天線設計之方法的流程圖。
圖15A至圖15D為根據本揭露內容之實施例的包括用於偏振純度之天線旋轉方案之天線格組之示意性佈局；
圖16A及圖16B為根據本揭露內容之其他實施例的包括用於偏振純度之天線旋轉方案之天線格組之示意性佈局。
圖17為根據本揭露內容之其他實施例的包括用於偏振純度之天線旋轉方案之天線格組之示意性佈局。

Claims (64)

  1. 一種相控陣列天線系統，其包含： 一第一部分，其攜載包括多個天線元件之一天線格組，其中該多個天線元件以一第一組態而配置，其中該第一組態為一空間漸縮組態；及 一第二部分，其攜載包括多個波束成形器元件之一波束成形器格組，其中該多個波束成形器元件以不同於該第一組態之一第二組態而配置，其中該多個天線元件中之每一者藉由對映而電氣耦接至該多個波束成形器元件中之一者。
  2. 如請求項1之相控陣列天線系統，其中該天線格組包括一第一天線元件、一第二天線元件及一第三天線元件，其中該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件分佈於載體之一中心與一周邊之間，其中該第一天線元件最接近該中心，該第三天線元件最遠離該中心，且該第二天線元件定位於該第一天線元件與該第三天線元件之間，其中該第一天線元件與該第二天線元件被分離一第一距離，且該第二天線元件與該第三天線元件被分離不同於該第一距離之一第二距離，且其中該第二天線元件為沿著一條線最接近該第一天線元件及該第三天線元件二者之元件。
  3. 如請求項2之相控陣列天線系統，其中該第一天線元件為天線元件之一第一配置之多個該等天線元件中之一者，該第二天線元件為該等天線元件之一第二配置之多個該等天線元件中之一者，且該第三天線元件為該等天線元件之一第三配置之多個該等天線元件中之一者，其中該第一配置與該第二配置之間及該第二配置與該第三配置之間的區域沒有該等天線元件。
  4. 如請求項3之相控陣列天線系統，其中該等天線元件之該第一配置、該第二配置及該第三配置呈實質上圓形圖案。
  5. 如請求項3之相控陣列天線系統，其中該等天線元件之該第一配置、該第二配置及該第三配置呈實質上矩形圖案。
  6. 如請求項3之相控陣列天線系統，其中該等天線元件之該第一配置、該第二配置及該第三配置呈向日葵形圖案。
  7. 如請求項3之相控陣列天線系統，其中該等天線元件之該第一配置、該第二配置及該第三配置呈同心或非同心圖案。
  8. 如請求項2之相控陣列天線系統，其中該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件沿著自該載體之該中心至該周邊之同一條線配置。
  9. 如請求項2之相控陣列天線系統，其中該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件經組配以在相同頻率下傳輸信號。
  10. 如請求項2之相控陣列天線系統，其中該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件中之至少二者經組配以在不同頻率下傳輸信號。
  11. 如請求項2之相控陣列天線系統，其中該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件經組配以在相同偏振下發射信號。
  12. 如請求項2之相控陣列天線系統，其中該第一天線元件、該第二天線元件及該第三天線元件經組配以在不同偏振下發射信號。
  13. 如請求項1之相控陣列天線系統，其中該第二組態為一經組織或均勻隔開組態。
  14. 如請求項1之相控陣列天線系統，其中該波束成形器格組中之該多個波束成形器元件中之至少一者自該天線格組中之該多個天線元件中之至少一者橫向地位移。
  15. 如請求項1之相控陣列天線系統，其中該第一部分及該第二部分界定一載體之至少一部分。
  16. 如請求項15之相控陣列天線系統，其中該載體具有面向一第一方向之一第一側及面向遠離該第一方向之一第二方向之一第二側。
  17. 如請求項16之相控陣列天線系統，其中該天線格組在該載體之該第一側上。
  18. 如請求項16之相控陣列天線系統，其中該波束成形器格組在該載體之該第二側上。
  19. 如請求項1之相控陣列天線系統，其中該等天線元件及該等波束成形器元件呈1:1比率。
  20. 如請求項1之相控陣列天線系統，其中該等天線元件及該等波束成形器元件呈一大於1:1比率。
  21. 如請求項1之相控陣列天線系統，其中該第一部分及該第二部分為第一層及第二層。
  22. 如請求項21之相控陣列天線系統，其進一步包含安置於該第一部分與該第二部分之間的一第三層，該第三層攜載該多個天線元件與該多個波束成形器元件之間的一對映之至少一部分。
  23. 如請求項22之相控陣列天線系統，其中該第一層、該第二層及該第三層為一PCB堆疊中之離散PCB層。
  24. 如請求項1之相控陣列天線系統，其中該多個天線元件中之至少一些天線元件在實體上相對於該多個天線元件中之其他天線元件旋轉。
  25. 一種相控陣列天線系統，其包含： 一載體； 一天線格組，其包括由該載體支撐之多個天線元件，該天線格組具有一空間漸縮組態； 一波束成形器格組，其包括由該載體支撐之多個波束成形器元件，該波束成形器格組具有不同於該天線格組組態之一組態，其中該等波束成形器元件中之至少一者自該等天線元件中之至少一者橫向地位移；及 用於將該天線格組電氣耦接至該波束成形器格組之對映。
  26. 一種用於一相控陣列天線系統之天線格組，該天線格組包含： 多個天線元件，其以一空間漸縮組態而組配；及 自該多個天線元件中之每一者至多個其他元件中之一者的對映，其中該多個其他元件呈不同於該天線格組之該空間漸縮組態之一組態。
  27. 一種相控陣列天線系統，其包含： 一第一部分，其攜載包括多個天線元件之一天線格組，其中該多個天線元件以一第一組態而配置，其中該第一組態為一空間漸縮組態；及 一第二部分，其攜載包括多個波束成形器元件之一波束成形器格組，其中該多個波束成形器元件以不同於該第一組態之一第二組態而配置，其中該多個天線元件中之至少一者與該多個波束成形器元件中之一對應波束成形器元件橫向地隔開，其中該多個天線元件中之每一者電氣耦接至該多個波束成形器元件中之一者。
  28. 一種相控陣列天線，其包含： 一載體； 第一多個天線元件，其由該載體攜載且經組配以在一參數之一第一值下傳輸及/或接收信號；及 第二多個天線元件，其由該載體攜載且經組配以在不同於該參數之該第一值的該參數之一第二值下傳輸及/或接收信號，其中該第一多個天線元件中之個別天線元件被穿插有該第二多個天線元件中之個別天線元件。
  29. 如請求項28之相控陣列天線，其中該參數係選自由頻率、偏振、波束定向、資料串流、時間多工區段及其組合組成之一群組。
  30. 如請求項28之相控陣列天線，其中該參數為一第一參數，該天線進一步包含第三多個天線元件，該第三多個天線元件由該載體攜載且經組配以在不同於該第一參數之該第一值及該第二值的該第一參數之一第三值下傳輸及/或接收信號，其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件及該第三多個天線元件中之個別天線元件被穿插。
  31. 如請求項30之相控陣列天線，其進一步包含第四多個天線元件，該第四多個天線元件由該載體攜載且經組配以在不同於該第一參數之該第一值、該第二值及該第三值的該第一參數之一第四值下傳輸及/或接收信號，其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件、該第三多個天線元件及該第四多個天線元件中之個別天線元件被穿插。
  32. 如請求項28之相控陣列天線，其中該第一多個天線元件及該第二多個天線元件中之該等天線元件經組配以至少部分地在同一時間段期間傳輸及/或接收信號。
  33. 如請求項28之相控陣列天線，其中該第一多個天線元件中之該等天線元件以一第一配置而分佈，且該第二多個天線元件中之該等天線元件以一第二配置而分佈。
  34. 如請求項33之相控陣列天線，其中該第一配置及該第二配置呈圓形或矩形組態。
  35. 如請求項33之相控陣列天線，其中該第一配置及該第二配置呈同心或非同心組態。
  36. 如請求項33之相控陣列天線，其中該第一配置及/或該第二配置呈空間漸縮配置。
  37. 如請求項33之相控陣列天線，其中該第一配置在一第一方向上接收或傳輸一第一波束，且該第二配置在一第二方向上接收或傳輸一第二波束。
  38. 一種產生用於一相控陣列天線之天線元件之一佈局之方法，其包含： 產生第一多個天線元件之一第一配置，其中該第一多個天線元件中之該等天線元件經組配以在一參數之一第一值下傳輸及/或接收信號；及 產生第二多個天線元件之一第二配置，其中該第二多個天線元件中之該等天線元件經組配以在不同於該參數之該第一值的該參數之一第二值下傳輸及/或接收信號，且其中該第一多個天線元件中之個別天線元件被穿插有該第二多個天線元件中之個別天線元件。
  39. 如請求項38之方法，其中該參數係選自由頻率、偏振、波束定向、資料串流、時間多工區段及其組合組成之一群組。
  40. 如請求項38之方法，其進一步包含：針對該第一多個天線元件及該第二多個天線元件中之該等天線元件判定相控陣列天線效能之一或多個量度，其中該等量度係選自由散射參數(SLL )、旁瓣位準、增益、方向性、波束寬度及掃描範圍組成之一群組；將至少一個量度與一預定臨限值作比較；及判定該第一配置及該第二配置是否符合該臨限值。
  41. 如請求項40之方法，其進一步包含：判定該第一配置及該第二配置中之至少一者不符合該臨限值；及改變該第一配置與該第二配置之間的一距離。
  42. 如請求項40之方法，其進一步包含：判定該第一配置及該第二配置中之至少一者不符合該臨限值；及改變該第一配置及該第二配置之個別天線元件之間的一距離。
  43. 如請求項38之方法，其中該第一配置及該第二配置經組配以在二個不同方向上共同地傳輸及/或接收二個波束。
  44. 如請求項38之方法，其中該等天線元件之該第一配置及該第二配置呈圓形或矩形組態。
  45. 如請求項38之方法，其中該等天線元件之該第一配置及該第二配置呈同心或非同心組態。
  46. 如請求項38之方法，其中該第一配置及/或該第二配置呈空間漸縮配置。
  47. 如請求項38之方法，其進一步包含產生第三多個天線元件之一第三配置，其中該第三多個天線元件中之該等天線元件經組配以在不同於該參數之該第一值及該第二值的該參數之一第三值下傳輸及/或接收信號，且其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件及該第三多個天線元件中之個別天線元件被穿插。
  48. 如請求項47之方法，其進一步包含產生第四多個天線元件之一第四配置，其中該第四多個天線元件中之該等天線元件經組配以在不同於該參數之該第一值、該第二值及該第三值的該參數之一第四值下傳輸及/或接收信號，且其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件、該第三多個天線元件及該第四多個天線元件中之個別天線元件被穿插。
  49. 一種使用一相控陣列天線之方法，其包含： 使用該相控陣列天線之第一多個天線元件在一參數之一第一值下接收或傳輸一第一信號；及 使用該相控陣列天線之第二多個天線元件在不同於該參數之該第一值的該參數之一第二值下接收或傳輸一第二信號，其中該第一多個天線元件中之個別天線元件被穿插有該第二多個天線元件中之個別天線元件。
  50. 如請求項49之方法，其中該參數係選自由頻率、偏振、波束定向、資料串流、時間多工區段及其組合組成之一群組。
  51. 如請求項49之方法，其中該第一多個天線元件及該第二多個天線元件中之該等天線元件經組配以至少部分地在同一時間段期間傳輸及/或接收信號。
  52. 如請求項49之方法，其中該第一多個天線元件中之該等天線元件以一第一配置而分佈，且該第二多個天線元件中之該等天線元件以一第二配置而分佈。
  53. 如請求項49之方法，其中該第一配置及該第二配置經組配以在二個不同方向上共同地傳輸及/或接收二個波束。
  54. 如請求項49之方法，其進一步包含使用該相控陣列天線之第三多個天線元件在一第一參數之一第三值下接收或傳輸一第三信號，其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件及該第三多個天線元件中之個別天線元件被穿插。
  55. 如請求項54之方法，其進一步包含使用該相控陣列天線之第四多個天線元件在一第一參數之一第四值下接收或傳輸一第四信號，其中該第一多個天線元件、該第二多個天線元件、該第三多個天線元件及該第四多個天線元件中之個別天線元件被穿插。
  56. 一種相控陣列天線，其包含： 一天線格組，其安置於一載體上，該天線格組包括以一天線格組組態而配置之多個天線元件，其中該多個天線元件中之至少一些天線元件在實體上相對於該多個天線元件中之其他天線元件旋轉。
  57. 如請求項56之相控陣列天線，其中該天線格組組態之至少一部分為界定天線元件之多個環配置之一圓形圖案。
  58. 如請求項56之相控陣列天線，其中該天線格組組態之至少一部分為一空間漸縮組態。
  59. 如請求項56之相控陣列天線，其中該天線格組組態之至少一部分為一2-D陣列。
  60. 如請求項56之相控陣列天線，其中該天線格組中之該多個天線元件之一子集以一分組而分組，且其中該分組中之該等天線元件在實體上相對於該分組中之鄰近天線元件旋轉一經判定旋轉度。
  61. 如請求項60之相控陣列天線，其中該分組中之該等天線元件被電氣激發等於該經判定旋轉度之一電氣相移。
  62. 如請求項60之相控陣列天線，其中該分組包括該載體上之一特定區域內之所有該等天線元件之間的鄰近關係，且其中鄰近天線元件之間的該經判定旋轉度等於360除以天線元件之數目。
  63. 如請求項60之相控陣列天線，其中該分組為天線元件之一環配置，且其中該角旋轉度等於該環配置中之鄰近天線元件之間的角距離。
  64. 如請求項60之相控陣列天線，其中該分組包括該載體上之一特定區域內之所有該等天線元件之間的鄰近關係，且其中鄰近天線元件之間的該經判定旋轉度等於360除以天線元件之數目，其中該分組為具有其他分組之天線元件之一環配置，且其中該分組之該角旋轉度等於該環配置中之鄰近分組之間的角距離。
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