TW412885B - Phased array antenna calibration system and method - Google Patents

Description

_412M5------- 五、發明說明（1) 本發明是有關於一種相位陣列天線，且特別是有關於 —種校正此天線的儀器及方法。 ， 如同在此技藝中已熟知的，一相位陣列天線包括了一. 天線單元的陣列’此陣列用來產生一組平直且不同方向的 射頻能量束。這些相位陣列單元可以是共同或分開饋給 的。不論是那一種’天線單元陣列間相對的振輻及相角差 決定了此天線所產生的射頻能量束。這個相對的振輻及相 角狀態可以藉由搞合至相對天線單元的可控制衰減器及移 相器來產生’或是藉由位於複數射束埠及該等天線單元間〜 的聚束網路來產生’其中每個射束埠對應到其中的一條射p 束0 在 具有複 耦合至 包括了 所中使 天線單 —個發 之天線 路。在 一個陣 這個程 測到之 一個振 此種使用聚束網路 數陣列埠，每一個 其中對應的一個天 一電子 用接收 元的近 射/接 單元所 模組輪 列單元 序。接 能量的 輕及相 式可控制衰 校正模式時 場中。該發 收模組被i 接收的能量 流開啟期間 依序記錄' 著計算出每 ^ 4、$岣值 的相位 陣列埠 線單元 減器及 ，一射 陣列 都經 。每 移相 頻能 收模 模式 該開 位向量。 這 射/接 於接收 會經過 ，射束埠的 來。每 一個天 。於是 些被量 一個 線單 每一 測/ 天線中，該 由一發射/ 一個發射/ 器。在廠房 量源會置於 組會輪流地 並開啟時， 啟的模組與 能量被檢測 陣列埠都會 元相對之射 個天線單元 事後計算的 接收模细 或測試續 相位陣歹1 開啟。Ί 编合於上 該聚束雜 並針對, 重複一每 束埠被相 都對應聋 向量會成

第5頁 9- 五、發明說明 事先被设计並计算的向量來做比較。如果適當地操作天線 (意指根據它的設計），兩者間的差異應該會最小。此兩 者間之差異會供給模組中的可控制衰減器及/或移相器一. 個控制訊號’以提供一個合適正確的修正。廠房或測試場 所中發射校正的模式也是經由類似並逆向的方式來進行 .的。 * 於是不論是在發射或接收校正模式中’相對的相位或 振輕的誤差都被測得，模組中的可控制衰減器及/或移相 器也適當地被調整。雖然如此的技術適用於廠房或測試場 所中，但在操作環境中使用外接分離式的天線是不實際及 /或昂貴的。舉例來說，當天線於場地中使用時，在密集 使用後有時會需要重新校正。這種環境的例子包括且不限 於外太空（於衛星上使用天線）、在飛行器（包括了固定 翼、旋轉翼及、繩控的）上以及在地球表面。 一份由 Herbert M. Aumann、Alan J· Fenn 及 Frank G· Willwerth 所著作，發表於 IEEE Transactions on

Antennas and Propagation, Vol. 37, July 1989, pages 844-8 50，標題為「使用互耦合量測之相位陣列天 線校正及預測模型」的論文中，藉著通過兩個獨立聚束器 來發射及接收所有鄰近輻射單元對之方式’以數學方法發 展並驗証了一套運用到陣列内固有的互耦合效應之校正及 輻射模型量測技術15 根據本發明其中之一特性，它為一相位陣列天線的測 試提供了儀器及方法。該天線包括了複數天線單元及複數

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五、發明說明 發射/ 一個天 入埠； 測斋， 括在内 收模組 式時； 等天線 (指預 一個校 端，於 校正模

Q 楱組。每—個發射/接收模組耦合至相對應的 線单凡。該儀器包括了 一校正系統具有：一射頻輸 射頻檢測器埠；一耦合至射頻檢測器埠之射頻檢 及一連接至射頻輸入埠之射頻源。一開關組件也包 ，用來輪流將該等天線單元及耦合於上之發射/接 選擇性地耦合至：（a)該檢測器埠，於接收校正模 f (b)該射頻檢測輸入埠，於發射校正模式時。該 單元（指校正天線單元）中的一個或數個天線單X元 設的一組）也耦合至該開關組件。該開關組件將每 正天線單70選擇性地耦合至（a )該射頻測試輸入

接收校正模式時；或（b)該射頻檢測器埠，於發射 式時。 X 根據本發明之另一特性，它為一具有一聚束網路之相 位陣列天線的測試提供了儀器及方法。該聚束網路包括了 複數陣列埠及複數射束埠。複數天線單元及複數發射/接 收模組也包括在内。每一個模組耦合於該等天線單元中一 相對應之單元及該等陣列埠中—相對應埠。亦提供了一校 正系統具有：一射頻輸入埠；一射頻檢測器埠；一耦合至 射頻檢測器埠之射頻檢測器；及一連接至射頻輸入埠之射 頻源。一開關組件也被包括在内’闬來輪流將每一個天線 單元經由聚束網路及搞合於上之發射/接收模纟且選擇性地 輕合至（a)該檢測器埠’於接收校正模式時；或（b )該射頻 檢測輸入埠’於發射校正模式時。該開關組件包括—開 關’用以選擇性地將該組天線單元中預設的一個（意指一

第7頁 412885 五、發明說明（4) 校正天線單元）選擇性地輕合至（a)邊校正系統之射頻檢 測輪入埠’經由與聚束網路隔離之一路徑’於接收校正模. 式日守，或（b ) s亥檢測器埠，經由與^^束網路隔離之·一路-> 徑，於發射校正模式時。藉著如此的安排，經由聚束網路 對校正系統所發生之不必要的耦合效應可以消除。 又根據本發明的另一項特性’天線單元陣列是以成群 =方式排列，每一群都有一預設之天線單元（指校正天線 二=)。藉由這種安排，每一群天線單元都會被位於該 得兮救咖 ％元校正’於是在校正該群天線單元時，會使 仔該群内的 _ 昆從 、+ J大線早7〇間之變動範圍很小。 顯易·1^讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 ’下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細説明如下. 0下 〔圖式簡單說明〕 圖1晶·# 站+ ‘ 依照本發明，一相位陣列天線系統及其校正李 統之方塊_。 系 圖2 ^ 糸站尺攸照本發明之一實施例’一圖1之相位陣列天续 尔现孔經 之前視圖。 SI 3 β 正模1 X 一相位陣列天線系統及其校正系統處於接收校 塊圖。 ®J 4： J9 正模1 ~相位陣列天線系統及其校正系統處於發射校 ' ^時之方塊圖。 線系絲尺依照本發明之另一實施例，一圖1之相位陣列天 、、^、戎孔徑之前視圖》

第8頁 五、發明說明（5) 〔實施例〕 ”第-圖，顯示了一相位陣列 聚束網路12具有複數（在此是1〇6 t複 數（在此是m)射束璋1V1 。每一個射束二_4; ^ ^ 由複=射/接收模组16「16n中一模組及複數定向輕合器 對岸5 : Ϊ Ϊ應耦合器耦合至複數天線埠1 Ή'中-相 對應埠，如圖所不。每一定向耦合器均有—埠連接至一匹 0 ’如圖所示。每一個放大器組件1διΆ可以隨著複 中一相對應連線上的控制訊號個別地被開通或 :閉，如圖所示。再者，該等放大器組件15「15J隨著接 線b上之控制訊號選擇性地置於接收或發射狀態。（這可 T由每一個放大器組件内包括的一個發射/接收開關執行 …:复j天線早兀（在此有1Q6個）18「18⑽中之—個天線 2兀'，至由一組發射/接收模組2〇1_2〇⑽中一相對應模組耦 合至該等陣列埠14「14哪中一相對應埠，如圖所示。該等 發射/接收模組中之每一模組在結構上是相同的且包括了 二串接的電子式可控制衰減器22及移相器24，如圖所示。 哀，器22及移相器24是經由在發射路徑中—連串的發射放 大器30及在接收路徑中—連串的接收放大器32連接至一發 射/接收開關25。每一個發射/接收開關由連線13上之控 制訊號（亦加注於放大器組件16广161(，如前述）控制。每一 個放大器組件30、32是隨著連線ci_cie6中一相對應連線上 的控制訊號而開通（意指開啟）或關閉，如圖所示。放大器

第9頁 ---412885_____; 五 '發明說明（6) 30、32_合至一循環器34，如圖所示。每一個發射/接收 模组2(^-2(^6中之循環器34耦合至天線單元18i_18ig6中一相 對應單元，如圖所示。 特別說明的是’圖2顯示了該陣列天線1 〇的輻射面。 在此實施例中’該陣列天線包括了1 〇 6個天線單元 1 81 — 1 81〇6 ’標示是從〇 〇 1至1 0 6。其中四個天線單元，此處 是標不為001、009、097、及106的天線單元，被置放於陣 列面外侧預設的位置’其原因留待討論。所以在此例中， 天線單元Ι^-Ι、6不整齊地被排列成8行COL1-COL8。

再參考圖1，以每一個天線單元被配置為圓極化天線 單元為例。所以每一個天線單元具有一右旋圓極化饋給 (Right-hand Circular Polarized Feed)及左旋圓極化饋 給（Left-hand Circular Polarized Feed)。在此，每一 個右旋圓極化饋給耦合至循環器34中一相對應循環器，如 圖所示。除了已預設位置的四個天線單元（〇〇1、、

097、106)外’其餘的單元均連接一匹配負载阻抗，如 圖所示。該四個預設的天線單元是校正天線單元且經由天 線孔徑41與该組天線單元1 8丨-1 81Q6互偶。為了使校正誤差 最小及使天線能操作在最正常的環境下，校正單元 1 h - 1 8lQe可以排列在外緣（如所示）或是成群排列。在外緣 耦合的配置中’校正單元佔據了天線孔徑的外緣，但在成 群的配置中’天線孔徑會被分成數個分離的區域或是集 群’而讓校正單元置於中央.校正單元18i-l 81G6可使用一 定向耦合器或專用元件之正交圓極化埠（如所示）做為校正

第10頁 _412885 _ 五、發明說明（7〕 ----- 單元璋專用元件疋做為校正單元並且不在正常模式下使 用匕連接至校正零件並不連接至正常的零件鏈。當在外 緣排列中被使用為iL交圓極化料，該四㈣設天線單元 18丨、189、1 897及18〖。6之左旋圓極化饋給被耦合至一校正系 統42，如圖所示。 特別說明的是，該校正系統42包括了 一開關43具有： 射頻輸入埠4 4，-聚束網路埠4 5 ; 一射頻檢測器埠4 6 ; 一輕合至射頻檢測器蟑46之射頻檢測器48 ;及一天線單元 崞50。另亦提供了-開關組件52。該開關組件52有複數開 關5V54,每個開關有一第一接頭A，輕合至複數定向 耦合Is 1 VI 9m中-相對應耦合器的？埠，如圖所示 開關…仏會隨著正常模式/校正模式線幫線）上= 制訊號而選擇性地將第一接頭55i_55a搞合至第二接頭二 58^58^或第二接碩60丨-6 0, ％圖所示。每個第二接頭 5:「58m耦合至-匹配負載62ι，，每個第三 合至-選擇開關64 ’如圖所示。開關52及64 精1 述。在此僅說明’當在正常操作模式時，計算_ 控制訊號到N/C線上，*開關5V5、將接頭55「55』合生至 匹配負載62^62^。另一方面在校正模式時，計算器 -控制訊號到N/C線上，冑開關54「5、將接頭 ^ 至接頭H A就是選擇開關64的輸入端。（必:辆： =是’在”模式中’…1Vl7m是經 員二二 合至匹配負載6^，如圖所示；否則在正 ？5二 關65l-65m是將天線璋耦合至埠17，厂17， ’如二開

412885 五、發明說明（8) 示。） "在校正模式蚪，計异器66會在匯流排上產生一控制 訊號’使聚束網路埠45經由開關“輪流地與接頭6〇「6〇m耦 合二在此，藉由開關64的操作’每個接至 聚束網路埠4 5 —段時間τ。 亦須主思的疋（原因留待後述）’當接頭6〇厂…輪流耦 合至聚束網路谭45時’計算器66會在連線31_~上產生控制 讯號，以輪流地開啟該組發射/接收放大器組件“厂丨、中 y相對應組件。因此，當接頭6〇i_6〇m輪流耦合至槔45時’ 模組^厂:^⑴便會隨即輪流且同步地被開啟。結果是埠45會 輪流地電耦合至射束埠1 Si-bn m個週期τ。 再要注意的是’在校正模式中，計算器6 6在連線 q-c^6上產生訊號，以在每一個週期τ内輪流將發射/接收 模組2(^-2 0⑽開啟。因此舉例來說，當埠45耦合至射束埠 1 5ι段週期T時，模組20i- 201Qe會輪流地被啟動一個週期 T/lj6_或更短。所以，在m個週期τ中的每一週期裏，該天 線單元1 8广1 8ι〇6會輪流地電耦合至陣列埠1 4〗-1 4106。 如上述’每個天線單元丨8ι _丨8咖有一對饋給；一右旋 圓極化饋給及一左旋圓極化饋給。亦如上述，除了天線單 元1 8丨1 %、1 8叮及1 81Q6的左旋圓極化饋給之外，每個左旋 圓極化饋給都連接上一匹配負載4 〇，如圖所示。天線單元 1 \、1 8g、1 8m及1 81Q6的左旋圓極化饋給是經由一切換網路 7 2耦合至一選擇開關7 〇，如圖所示。更特別地，該切換網 路72包括了開關72a-72d具有：耦合至天線單元18ι、ι8

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_41 ------ 五、發明說明（9) 1 897及181()6之左旋圓極化饋給的第一接頭733-73(1，如圖所 示；耦合至匹配負載74a-74 d的第二接頭’如圖所示；及 耦合至選擇開關70的第三接頭，如圖所示。在正常模式 下，開關72a-72d，會隨N/C線（如前述）上的訊號將天線單 元1 8i、1 8g、1 897及1 81Q6的左旋圓極化饋給分別連接至匹配 負载74a-74d上。在校正模式中，天線單元、1七9、1897 及1 8⑽的左旋圓極化饋給耦合至選擇開關7 0 ’如圖所示。 選擇開關7 0的功用將留待後述。在此僅說明四個預設的校 正天線單元1 8!、189、1 897及18106是不需都用上的。也就是 說，此處說明的校正可以只用四個預設的校正天線單元 18ι ' 189、1 897及18⑽中的一個來執行的。但是如果其中一 個故障，任何其他三個之一將會使用到。計算器6 6在匯流 排7 6上所產生的控制訊號會選擇使用四個預設校正天線單 元 181、18g、1 897 及181()6 中的一個。 要提到的是，校正可以在發射及接收兩種模式下進 行。在接收校正模式中，來自射頻源78的射頻能量是供給 四個預設校正天線單元1 8i、1 89、1 897及18丨中之一的。比 如說’請參考圖3，射頻源78是經由開關43的埠44及50被 輕合的’開關76選擇其中一個校正天線單元，在此例中為 單元1 8 1。要注意到在接收校正模式中，開關43的配置如 ®所示；也就是將埠44電耦合至埠50及將埠45電耦合至埠 °在發射校正模式中，開關44的配置如圖4所示，也就 &將璋44(已電耦合至射頻源78)電耦合至埠45及將埠46電 耦合至埠50。

第13頁 412885 發明說明（ίο) 因此，整體來說，在校正模式中，該校正系統42經由 聚束網路12及耦合於上之發射/接收模纟且2〇 _2〇 ' — 模組，將每個天線單元1V1、選擇性地輕合至該檢測 器蜂46，於接收校正模式時’如圖3所示；或（㈧埠“，於 發射校正模式時（圖4 )。該開關組件42包括了選擇開關 70，用來在每一測試模式下，挑選圖i中四個標示為〇〇丄、 〇〇9、0 97及106的預設校正天線單元的左旋圓極化饋給中 之一’將其選擇性地耦合至其中之一 ：（a)埠44，在接收 校正模式時經由一與聚束網路12隔離之路徑8〇，如圖3所 不，或（b)檢測器埠46，在發射校正模式時經由一與聚束 ¢) 網路12隔離之路徑80，如圖4所示。 再要提到的是，四個預設的校正天線單元丄8丨、i &、 1 89?及1 8l06可以置於天線單元陣列的外緣（圖2 )。藉由這種 排列’可以將在各種天線操作模式中的耦合射頻 射頻訊號的變動範圍減至最小。 I < 現在考慮的是’在接收校正模式下，於薇房或測試場 所中相位陣列天線1 〇的校正。在此’原射頻源7 8不與埠4 4 耦合，而此埠44將會連接至一匹配負載（圖未顯示）^、開關 5七54m、72a-72d及65^6 5^是處於正常模式下，以便（！）將 疋向輕合器19〗-1901的？埠分別連接至匹配負載621-6 2!|1;(2) 將校正天線單元1 8]、1 %、1 8gT及1 81D6之左旋圓極化饋給分 別連接至匹配負载74a-74d ;並將天線埠i7i_17m電搞合至 璋1 7 i - 1 7 ’ m ^ —射頻能量源（圖未顯示）放置於相位陣列 孔僅41的近場中。在發射/接收放大器組件11 _ 1 ^中之一

第14頁 412885 五 發明說明（11)

，&大n ’ _如16「是處於接收模式並開啟的。該發射 =接收模組2〇1-201D6處於接收模式並輪流被開啟。當每個 :射/接收模組20「20⑽處於一接收模式並被開啟時，經 =耦合於上之天線單元所接收之能量會通過該被開啟之發 射/接收模組2 0丨-2 0⑽以及聚束網路1 2。埠丨7，^ _丨7，中之 —埠的能量，在此例中為埠】7, i，在輪流開啟的過^中會 破=耦合至埠17、之檢測器所檢測。在埠17、所檢測到的 ，量大小及相位會被記錄下來。對其他埠17，厂17、也會重 複這種程序。針對每一個天線單元1 8ι_18ΐ()6，在每個崞 1 7’ i -1 7’m所檢測到的能量之最小方均值會被計算出來。因 此’在計算出最小方均值之後，每個天線單元〗Ι 8ιϋβ就 會有一個大小及相位向量。這1 〇 6個被量測/事後計算的 接收向量會與相對應之1 〇6個經設計、預先計算過的接收 向量做比較。如果天線適當地操作（意指依照它的設計）， 兩者間的差.異應該很小。任何兩者間之差異可用來提供發 射/接收模組2(^-20⑽中，耦合至該天線單元18^18⑽中之 一的可控制衰減器22及/或移相器2 4 —個控制訊號，以在 天線的接收模式下能有一合適正確的修正。在此正確修正 完成之後，該天線系統1 〇便已完成接收模式的校正。 在廠房或測試場所中的發射校正模式是以類似而逆向 的方式進行。也就是說，將一接收天線（圖未顯示）放置在 相位陣列天線單元的近場中。該發射/接收模組20t-20106 輪流被開啟並具有一射頻源（圖未顯示）供給埠1 7’ ^17’ π中 之一埠，以埠17、為例。當每個發射/接收模組2(^-2(^6

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I 五、發明說明¢12) 置於一發射模式下並被開啟時，耦合於上之天線單元 1 \ - 1 81()6便發射能量，並被接收天線（圖未顯示）所接收。 在輪流開啟的過程中，接收天線所接收的能量會被檢測。 被檢測能量之大小及相位會被記錄，i 〇 6個發射向量也备 被計算出來；每一個都對應著一個天線單元。隨著射頻曰源 ，流耦合至每一個其他埠Η、—17\，這個程序被•重複執’、 行。因此，在所有m個埠被執行後，每個天線單元i I — j 8 將會有一組m個的發射向量。每一組m個的發射向量經由g 小方均值的計算可得到一被量測/事後計算的發射向量對 應到天線單元1 -1 8m中的每一個單元。這些被量測/事 後計算的發射向量會與那些相對應的、經過設計、預先計 算過的接收向量做比較。如果天線適當地操作（意指依

i >%N 它的設計），兩者間的差異應該很小。任何兩者間之差異 "T用來&供發射/接收模組2 〇 t - 2 0 i〇6中，柄合至該天線單 元^^-18^6之一的可控制衰減器22及/或移相器24 —個控 制訊號，以在天線的發射模式下能有一合適正確的修正。 在此正確修正完成之後，該天線系統1 〇便已完成發射模式 的校正。 一旦衰減器及/或移相器執行了發射及接收模式的修 正後，且相位陣列系統依然放置於廠房或測試場所時（也 就是說剛完成了上述的校正程序後）’該校正系統42將耦 合至此天線系統（如圖1、3、4及相關說明）以找出該組天 線單元18^18^6中每個單元與預設的四個天線單元18!、 189、18g7及181(]6之間的耦合係數。因此，在接收校正模式

第16頁 ---41288^ 五、發明說明（13) η Λίί 明）中，射頻源78是經由開關43的璋44及 5 一0被耦^的，且開關70選擇了該校正天線單元中的一 兀，以早7L1 8丨為例。能量由天線單元18ι發射並藉由天 互搞合效應搞合至天線單元ΐδ「18⑽。同時，放 大™、足件16^1 6m被開啟且開關組件64也如上述般 每個射束埠1 5l-l5n輪流耦合至埠45 一段時間 ' 荖 收模式以使檢測器48能為1 〇 6個天線單元丨8丨8 , ，早兀產出m個大小及相位向量。計算出對應於每個天線 单元1 1 81(>6之一組111個向量的最小方均值便可得到每二個 天線單元的接收向量。由於天線10已完成校正這些校正 過的接收向量為爾後的量測誤差提供了 一個參考標準。這 些校正過的接收向量被存在計算器6 6的記憶體中。對校2 天線單元18i ' 1 8g、I897及18lfle中的其他三個也重複執行這 個私序。因此’在此接收校正模式的最後，在計算器6 6的 記憶體中存放了四組校正過之接收向量，每一組對應到四 個校正天線單元％、189、1 897及18⑽中的一個。 之後’校正系統便被置於如圖4及上述相關說明所提 及的發射校正模式。射頻源78經由埠44及45耦合至開關 64 ’埠5〇輕合至開關70。開關70在校正天線單元中選擇一 個’在此以單元1 8!為例。這襄要提到的是，在發射校正 模式中，開關4 3以如圖所示的方式組接，也就是將埠4 4電 耗合至埠45及將埠50電耦合至埠46。開關70將射頻源78轉 合至四個校正天線單元18丨、1 8g、I897及18咖中的一個，在

_ 五、發明說明（14) 此以天線單元ιδι為例。同時，每—個 被啟動且，組件64如前述般操作，輪流將每-Γ射束\ ^5 -至射頻源78 一段時間週期τ。在這週期的 母個週期中，模組2〇1-20咖輪流開啟並置於發射模式下， 以使檢測器48為106個天線單元18ι焉中的每個單元產出 m個大小及相位向量。計算出對應於每個天線單元丨& —丨 之一組m個向量的最小方均值便可得到每一個天線單元的6 發射向量《由於天線10已完成校正，這些校正過的發射向 量為爾後的量測誤差提供了 一個參考標準。這些校正過的 發射向量被存在計算器6 6的記憶體中。對校正天線單元 、18g、IS”及181G6中的其他三個也重複執行這個程序。 因此’在此發射校正模式的最後，在計算器66的記憶體中 存放了四組校正過之發射向量，每一組對應到四個校正天 線單元1 8]、1 89、1 8S7及1 81ϋΒ中的一個0 在天線系統1 0於場地中使用了一段相當的時間而需要 重新校正時，校正系統4 2就用來產生一組「被量測的」發 射及接收向量。這些新產生之「被量測的」發射及接收向 量是在廠房或測試場所中，經由前述相同的方式，使用了 校正系統42得出四組「被校正的」接收向量及四組「發 射」向量’這些都被存在計算器6 6的記憶體中。當天線系 統在校正時，四組存放於計算器6 6的I己憶體中的「被校正 的」接收向量及r發射」向量與新產生的四組「被量測 的」接收向量及四組「被量測的」發射向量間之差異必需 在一报小的範圍内。在此向量矩陣中每個向量間的實際差

第18頁 _41288S__ 五、發明說明（15) 異被用來計算得出一個增益及/或相位的修正，這項修正 送給了相對的模組2中相對的衰減器22及/或移相 器24。 現在請參考圖5，這是該四個預設校正天線單元排列 方式中可行的一個。特別說明的是，在此這1 〇 6個天線單 元被排列成1 0個集群。這個陣列有1 0預設校正天線單元’ 也就是被標示為 011、017、028、034、037、052、071、 089、092及095的單元，這些單元用來做為如圖2及相關說 〇 明所提及的校正天線單元。再特別提出的是，在此，天線 單元18^1 81()e的陣列是排列成數個集群，在此例中是1〇 個’集群8(^-8 01Q ’如圖所示。每一個集群8 會分別 有10個預設校正天線單元中的一個單元，在此是天線單元 18 18, 18,〇 ^ 18, 18, 1 889、1 871 及 1 837 相 18" 、 1 82g ，丄 u17 ，丄 .丄1 υ95 ' ί 〇92 對於集群’如圖所示。所以在此，開關7〇 (圖丨）將 有10個輸入端以_合至10個預設校正天線單元18 、18 、 11 2 9 18 ..1 834、1 852、1 8g5、1 892、1 889、1 871 及 1 837 中的一個。每 一個校正天線早元會為該集群的每一個天線單元產生^一組 「被校正的」發射向量及「被校正的」接收向量。這些' 「被校正的」向里會被儲存於計算器6 6的記憶體中，並做 為爾後校正時的參考標準。當此校正於場地中依前述之方 式進行時，雖已有10個校正天線單元丨8 U 、丄 〇17 、 18 18 18, 18, 18 1871 及1 8 ’對每個集群中的 每個天線單70還是產生出-組「被量測的」發射向量及 「被量測的」#收向量。兩者間的差做為提供衰減器22及

第19頁 412885 五、發明說明（16) 移相器2 4修正訊號之用，如同圖3、4及相關說明。 利用這種安排，每個集群藉由該集群中之校正天線單 元執行校正，使得在該集群的校正過程中，集群中的每個 天線單元間之動態變化範圍相當小。

其他的實施例包含於所附申請專利範圍之精神與範圍 中。舉例來說，當提及圓極化天線單元時，圓極化及平面 極化天線單元孔徑都可能被用到。對一個具有雙平面或單 平面極化埠的平面極化天線來說（例如在雙平面的例子中 是垂直及水平極化，在單平面的例子中是垂直或水平極 化）’校正單元是連接到非定向耦合器或是電磁 T(electromagnetic magic tees)，在此最大或主要的耦 合埠是連接至該單元且該發射/接收模組及被耦合埠是連 接至校正零件鏈上。校正及正常操作模式對此種的校正單 元都是可行的。 再者’校正單元可以置於外緣或成群的方式來排列， 或是兩者混合使用。這些不同的排列方式是以 至最小及儘可能在正常模式下操作為目的來做選擇的。舉 例來說，在一個具有30〇個單元或更少的小天線孔徑牛 排列是最有效的。4目反的’―個具有數千個輻：元 的大天線孔徑中，成群排列是較好的。 又再者，校正単元埠可以使用正交圓極化、非 合器，或是專用的耦合埠組接（如有需要）。兴=向耦 正常模式下天線使用單一圓極化時，正交牛〇來說，在 元中被做為一個有效的耦合機制。對—個在杈正單 _右钛圓極化天線

五、發明說明（17) 孔徑來說，不丄 _ 將一非宏父之圓極化是左旋圓極化。另一種方式是， 做為提供校正Ϊ器插入校正單元及發射/接收模組之間’ 身或ΪΪΐΐ早元埠的方法。還有另一個方式是，單元本 單元不呈正常^或數個蜂可卩專門用於校正功能，使該 卜，、止吊模式的功能。 或不Μ Ϊ正的測試頻率及操作頻率可以含括於相同 從u恤，而校ί頻以以？ 一其操作頻率 範圍内或外的頻率個或數個位於操作頻率 輻射Γ圍卜内校正程序是自“。也就是說在天線的 =需使用額外設備的。舉例來說，外接天 需要ήΓ ^ =收器、天線系統或是其等效的設備都是不 内的。此自含的校正=的儀器是包括在其本身之 測試天線零件。一板上;;算=延伸功用就是它可以自動 校之-部。這是說，由校以幻故為其自 所需之額外内建測試（Buin'In )、疋之又正貝料是連同 分析以找出天線系統内的零件est)數據經板上計算器 卞早及缺1¾。此愛/4* λα ϋ 障以故障圖來儲存，衍圭ι二芩件的故 大儲存…射/接收模組=續正途經·⑴增 二將修”數加諸於所有㈣ 接=:)’或 ⑺關閉故障零件並告知操作者以更換零件接收模，'且，或

1^· 第21頁

Claims (1)

1. BB1 02Β^2ββζ 六、申請專利範圍 1 · 一種天線系統，包括： —校正系統，具有：一射頻輸入埠；一射頻檢測器 埠；一耦合至該射頻檢測器埠之射頻檢測器；及一天線單 元埠； '' 一聚束網路’具有複數陣列埠及複數射束埠； 複數天線單元； . 複數發射/接收模組，每個模組被耦合於該等天線單 元中一相對應單元與該等陣列埠中一相對應埠之間； 一開關組件’藉由該聚束網路及耦合於該網路之該等發射 /接收模組中其一之模組輪流地將該等天線單元中之一單 元選擇性地耦合至其中之一 ：（a)該檢測器埠，於一接收 校正模式時；或（b)該射頻輸入埠，於一發射校正模式 時； 其中該開關組件中包括一開關，用以將該等天線單元 中一預設單元選擇性地耦合至其中之一 ：（a)該校正系統 之該射頻輸入端，經由與該聚束網路隔離之一路徑且於該 接收校正模式時；或（b)該檢測器埠，經由與該聚束網路 隔離之一路徑且於該發射校正模式時。 2. 如申請專利範圍第1項所述之天線系統，其中該等 天線單元之該預設單元是置於該等單元的外圍附近。 3, 如申請專利範圍第1項所述，包括一能回應 射束控制指令訊號的射束控制計算器’ 1用以產生該等發射 /接收模組之增益及相位控制訊號’其中的射束控制指令 疋經由储存於該射束控制計算器並回應該射頻檢測器所產

   第22頁 112885 L圍 六、 申請專利範f 生之訊號而計算出的增益及相 4· -種天線系統的校正方法行修正的。 線單元、複數發射/接收模組以及一 =統具有複數天 束網路具有複數陣列埠及複數射束埠且詨' t，其中該聚 組之每一模組耦合至該等陣列埠之一 =f ^射/接收模 單元之-相對應單元，言亥方法包 步^棒及該等天線 備妥-校正系統具有：一射頻輸=驟、 埠；一耦合至射頻檢測器埠之射 ’射頻檢測器 埠； ⑴，及一天線單元 經由該聚束網路及耦合於上之該 之一模組，輪流地將該等天線單元中< f ^接收模組中 合至其中之-：（a)該檢測器埠 =J擇性地耦 或（b)該射頻測試輸入埠，於一欢接收扠正杈式時； 選擇性地將該等天線單、务射技_正模。式時；以及 之 一：U)該射頻測試輸入 二ϊ ί Ϊ f元搞合至其中 路徑且於該接收校正模t ，！由’、έΛ聚束網路隔離之 與該聚束網路隔離之—路^夺；或⑻該檢測器埠，經由 5 ·如申請專利範圍；4項且:、該發射^ 單元中之該預設單元是置兮斤述之方法’八中遠等天線 6.如申請專利範圍第4項該 /十天線^元外圍區域附近。 括一能回應射束控制所述之方；V其/該系統包 模組之增益及相位控制；=用以=等發射，接收 括下列步驟： 戒的射束控制計鼻器’該方法包 經由儲存於該射庚批 果控制計算器並回應該射頻檢測器所 ^12885 六、申請專利範圍 產生之气缺 -5- i而計算出的增益及相位校正數據來修改該等射 束控制指令。 ~ ' 種天線相位系統的校正方法，該天線相位系統且 有淨复i文天綠 οα /、 、|元，該單元是經由複數發射/接收模组耗合 至 $束網路’該方法包括下列步驟： ^ $收校正模式中，經由與該聚東網路隔離之一路 徑發射一 4f加 _ . 1頻能量測試訊號至該等天線單元中之一第一單 兀 ， 在δ亥接收校正模式中，將該等天線單元中該第一單元

   所發射的能量耦合至該等天線單元中其他的單元； f該接收校正模式中，經由該聚束網路將耗合至該等 天線單元中之該第一單元之能量的一部傳送至一檢測器； 在一發射校正模式中，經由通過該聚束網路之一路徑 發射一射頻能量測試訊號至該等天線單元中之一第二單 元； w 在該發射校正模式中，將該等天線單元中之該第二個 單7C所發射的能量耦合至該等天線單元中其他的單元； 在該發射校正模式中，經由與該聚束網路隔離之一路 徑’將麵合至該等天線單元中之第二個單元之能量的一部 傳送至該檢測器；以及 測量傳送至該檢測器之射頻能量大小及相位。 8.如申請專利範圍第7項所述之方法’其中該系統包 括一能回應射束控制指令訊號、用以為該等發射/接收模 組產生增益及相位控制訊號的射束控制計算器，該方法包

   第24頁 六、申請專利範圍 括下列步驟 經由儲 產生之訊號 束控制指令 9. 如申 單元中該第 元，該等天 元中該第二 10, -马 具有複數天 列發射/接 數陣列埠中 方法包括下 在一接 徑發射一射 元； 在該接 戶斤發射的能 在一接 &中每個模 至該等天線 在一發 模組，以經 訊號耦合至 412885 存於，射束控制計算器並回應該射頻檢測器所 而a十算出的增益及相位校正數據來修改該等射 〇 請專利範圍第7項所述之方法，其中該等天線 一預設單元就是該等天線單元中該第二預設單 線單元中該第—個選擇的單元就是該等天線單 個選擇的單元。 童天^線相位系統的校正方法，該天線相位系統 線單元’該等天線單元中每個單元經由複數降 收模組中—相對應模組耦合至一聚束網路之複 一相對應埠，此聚束網路具有複數射束埠，該 列步驟： μ 收4父正模式中，經由與該聚束網路隔離之—路 頻能量測試訊號至該等天線單元中之一第—單 ，奴正模式中，將該等天線單元中該第一單元 量，合至該等天線單元中其他的單元； 组校正模式中’輪流地啟動該等發射/接收模 j 1以經由通過該聚束網路之一路徑使已耦人 H 中其他單元的射頻能量輕合至—檢測器· 由j正模式中，輪流地啟動該陣列發射/接收 一=過該聚束網路之一路徑使一射頻能量測試 線單元，該天線單元已耦合至該等天線單 (3

   第25頁 六、申請專利範圍 元中該已被開啟之單元； 在發射校正模式中’將該等天線單元所發射 合至該等天線單元中之一第二預設單元；射之-量耦 在發射校正模式中’經由與該聚束網路隔離之一路 經’將已麵合至該等天線單元中該第二預設單元之能量耦 合至§亥檢測器；以及 測量該已耦合至該檢測器之射頻能量大小及相位。 11 ·如申請專利範圍第1 〇項所述之方法，其中該系統 包括—能回應射束控制指令訊號、用以為該等發射/接收

   模組產生增益及相位控制訊號的射束控制計算器，該方法 包括下列步驟： 經由儲存於該射束控制計算器並回應該射頻檢測器所 產生之訊號而計算出的增益及相位校正數據來修改該等射 束控制指令。 a息 12·如申請專利範圍第1〇項所述之方法，其中該等天 Ϊ早7"中該第一預設單元就是該等天線單元中該第二預設 早7L 。

   第26頁