TWI504061B - 多波束主動式相位陣列架構 - Google Patents

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Description

多波束主動式相位陣列架構
本發明是有關於一種相位陣列架構，且特別是有關於一種多波束主動式相位陣列架構。
一種相位陣列天線(phased array antenna)使用多個輻射元件(radiating element)來傳送、接收或傳送與接收射頻(Radio frequency，RF)信號。相位陣列天線用於多種用途，包括移動中通訊(Communications on the move，COTM)天線、衛星通訊(Satellite communication，SATCOM)空中終端機(airborne terminal)，SATCOM行動通訊與SATCOM地面終端機(earth terminal)。行動終端機的應用基本上需要使用自動追蹤天線，其能夠以方位(azimuth)、高度及極化來追蹤波束，用於當車輛在移動時跟隨衛星的位置。再者，該天線必須為「低輪廓」(low-profile)，小型與輕量，藉此滿足在典型安裝中所遇到之嚴格的空氣動力與重量限制。
一種熟知的相位陣列天線為一種電子式可操縱的相位陣列天線。該電子式可操縱的相位陣列天線具有完整的電子操縱能力，且比可相較的機械式相位陣列天線具有較小型與較低的輪廓。完全電子操縱的主要缺點在於該天線通常需要整合大量昂貴的類比RF電子組件，其會過度地提高商業應用之成本。一種典型的電子式可操縱的相位陣列天線包含相位偏移器(phase shifter)、功率分離器(power splitter)、功率組合器(power combiner)及正交混合電路(quadrature hybrid)之組合件。此外，一種典型的電子式可操縱的相位陣列需要在該相位陣列中每一元件上具有至少幾個這些組件，這增加了該架構之成本與複雜性。
在一種典型的先前技術具體實施例中並參照圖1，相位陣列天線100包含輻射元件101，其傳遞雙重線性信號(dual linear signal)至混合電路耦合器(hybrid coupler)102(為90°或180°)，然後通過低雜訊放大器(low noise amplifier，LNA)103、104。再者，這些雙重正交信號(dual orthogonal signal)在通過功率組合器107之前，由相位偏移器105、106個別地調整相位。此外，在相位陣列天線中這些典型的組件為分散式組件(distributed component)，其易受頻率影響，並針對特定頻帶所設計。
在一相位陣列天線中使用相位偏移器，以藉由控制被傳遞通過這些相位偏移器之RF信號之這些各別相位，來操縱這些信號之波束。一種典型的數位相位偏移器使用切換的延遲線(delay line)，其實體很大，且由於其分散式性質而在一窄頻帶之上操作。另一種典型的數位相位偏移器實作成一切換的高通低通濾波器架構，其相較於一切換式延遲線具有較佳的操作頻寬，但其實體仍大。
並且，該相位偏移器通常製作在砷化鎵(GaAs)上。雖然可使用其它材料，但是砷化鎵為一種較高品質的材料，其經設計並控制成提供電子裝置之良好效能。然而，除了比其它可能的材料為具有較高品質的材料，砷化鎵亦較為昂貴且更難以製造。這些典型的相位陣列組件需要砷化鎵上許多面積，並造成較高的成本。再者，一標準相位偏移器具有高RF損耗，其基本上大約損耗n+1 dB，其中n為在該相位偏移器中相位位元的數目。另一先前技術具體實施例使用RF微機電系統(Microelectromechanical System，MEMS)開關，並具有較低的損耗，但仍耗用類似的空間，且通常不相容於單片式(monolithic)解決方案。
正混合電路或其它差動相位產生混合電路(differential phase generating hybrid)用於多種RF應用當中。在一示例性具體實施例中，正交混合電路用於產生圓形極化信號、功率組合或功率分離。在一示例性具體實施例中，一正交混合電路之這些輸出具有相等的振幅，及公稱的90°相位差(phase difference)。在另一典型具體實施例中，該正交混合電路實作成一分散式結構，例如Lange耦合器、一分支線耦合器(branchline coupler)及/或類似者。一180°混合電路，例如幻T電路(magic tee)或環狀混合電路(ring hybrid)，其產生公稱180°的相位偏移。概言之，正交混合電路與180°混合電路受限於頻帶，並需要很大實體空間。此外，因為這些結構在性質上為分散式，它們的實體尺寸隨著頻率降低而增加。再者，這些正交混合電路與180°混合電路基本上由砷化鎵製成，且當做為一功率分離器使用時具有每混合電路3-4 dB等級的相關RF功率損耗，且當做一功率組合器使用時具有大約1 dB之相關的RF功率損耗。
同相位(in-phase)功率組合器與同相位功率分離器亦可用於多種RF應用中。在一示例性具體實施例中，一同相位混合電路之這些輸出具有相等的振幅，及實質上為零的差動相位差(differential phase difference)。在另一示例性具體實施例中，設置成一功率組合器之同相位混合電路之這些輸入遭遇實質為零的差動相位與振幅偏移(amplitude shift)。在一先前技術具體實施例中，該同相位混合電路實作成一種分散式結構，例如Wilkinson耦合器。概言之，一同相位混合電路受限於頻帶，並需要許多實體空間。此外，因為該結構在性質上為分散式，該實體尺寸隨著頻率降低而增加。該同相位混合電路基本上由砷化鎵製成。再者，該同相位混合電路通常在當做為一功率分離器使用時具有每混合電路3-4 dB等級的相關RF功率損耗，且當做一功率組合器使用時具有大約1 dB之相關的RF功率損耗。
除了在一相位陣列天線中這些不同組件之外，一天線信號可具有不同的極化，即線性、橢圓形或圓形。線性極化由垂直極化與水平極化構成，而圓形極化由左手圓形極化(Left-hand circular polarization，LHCP)與右手圓形極化(Right-hand circular polarization，RHCP)構成。橢圓形極化類似於圓形極化，但以與這些垂直與水平組成的大小之不同的數值發生，或是如果這些垂直與水平組成之間的相位差為90°之外的數值。
習用的天線利用一固定的極化，但與硬體相關。該基本極化(basic polarization)通常於該衛星終端機(satellite terminal)安裝期間做設定，此時該極化器硬體之人工組態(manual configuration)為固定。例如，一極化器通常對於LHCP或RHCP做設定，並繫緊在定位上。為了改變極化，將需要解開該極化器，將其旋轉90°成相反的圓形極化，然後重新繫緊該極化器。顯然，這無法在許多頻率下完成，且在特定的一天內每個技師僅可切換有限數目(以10或可能20為標準)的收發器(transceiver)。
不像是典型的先前技術之單一極化天線，一些裝置被設置成改變極化，而不需要拆解該天線終端機。例如參照圖2，一先前具體實施例係使用「棒球式」開關，以提供極化之間的電子式可操縱切換。由該方塊圖可以瞭解，這些「棒球式」開關的旋轉藉由連接一信號路徑至一波導(waveguide)而終止其它的信號路徑造成極化的改變。但是，每個「棒球式」開關實體上很大，並需要具有獨立控制電路之個別的旋轉致動器(rotational actuator)，其會增加該裝置的成本，使得此組態基本上無法用於消費者寬頻終端機上。
再者，另一種方法為提供一個對於每個極化具有重複的傳送與接收硬體之系統。該極化選擇藉由維持所需要信號之路徑並解除選擇不需要之信號來達到。但是，該硬體的加倍大為增加該終端機的成本。在又另一具體實施例中，一系統可以實作成固態二極體(solid state diode)或場效電晶體式(FET-based)的開關。這些電子組件之使用可造成高損耗，並限制了處理微波(microwave)與毫米波(mm-wave)應用之功率。這些替代例之尺寸、功率及成本對於大多數應用，包括相位陣列與低成本商業應用而言皆不適用。
此外，典型的相位陣列天線一次僅形成一單一波束，且時常無法切換極化。為了由相同的輻射孔(radiating aperture)形成額外的波束及/或具有極化切換能力，在每一個輻射元件上需要額外的相位偏移與功率分離或組合組件。這些額外組件基本上性質為分散式，需要大量實體空間、損耗多，且僅在相對狹窄的頻帶之上操作。由於這些理由，可在多重(multiple)頻帶之上操作的易於極化的多波束相位陣列天線很難在實務中實現。
因此，存在著對無頻率限制或特定極化之相位陣列天線架構的需要，且該天線架構可對於不同的極化重新設置，並能夠在多重頻率之上傳送及/或接收，並形成多重波束。再者，該天線架構必須能夠以多種材料製造，且不具有相關的RF損耗。並且，存在對比於具有類似能力之先前技術架構而佔用較少的空間之相位陣列天線的需要，該天線架構可適用於一單片實作，且其組件之實體尺寸無關於操作頻率。
一種主動式相位陣列架構，對於操作電子式可操縱的相位陣列天線所需要的必要功能而言，可取代傳統的分散式與砷化鎵實作。該架構以一種創新的方式組合向量產生器(vector generator，VG)、功率分離器、功率組合器及/或RF混合電路之主動式版本，以實現一種用於大範圍之天線應用的完全或實質上單片式解決方案，其可利用具有雙重極化之饋送(dual-polarized feed)的輻射元件來實現。
整體而言，一種主動式天線極化器為用於處理RF信號之數位控制主動式實作。根據一示例性接收具體實施例，經由一相位陣列輻射元件而傳遞的該RF信號之極化與振幅係藉由操作平行(in parallel)的兩個向量產生器，並以空間正交(spatially orthogonal)的方式饋送這些兩個向量產生器之一個或兩個輸出信號至該輻射元件來調整。該相位陣列天線設置成於極化之間電性改變及/或支援波束操縱(beam steering)。例如，該相位陣列天線可於線性極化、橢圓形極化與圓形極化之間交替。根據一示例性具體實施例，為了在這些不同極化當中操作，向量產生器控制該天線信號之相對相位。在一示例性具體實施例中，該基本傳送具體實施例與接收具體實施例可用於任何頻帶，並具有不同的極化。
在一示例性具體實施例中，一主動式天線極化器為一相位陣列天線的一部份，其可設置成傳送或接收一RF信號。在一具體實施例中，該主動式天線極化器傳遞一具有線性極化的信號。在另一具體實施例中，該主動式天線極化器傳遞一具有雙重極化的信號。在又另一具體實施例中，一差動信號(differential signal)可藉由使用線性極化或雙重極化來傳遞。再者，雙重極化的饋送的實作促進相位陣列之作業，其中該極化可以次陣列(subarray)或元件(element)為基礎來靜態或動態地控制。
在一示例性具體實施例中，一相位陣列天線包含與多個輻射元件進行通訊的多個子電路(subcircuit)。這些射頻信號對於極化控制(polarization control)與波束操縱兩者做調整。在一接收具體實施例中，收到多個RF信號，並組合成至少一接收波束輸出。在一傳送具體實施例中，至少一傳送波束輸入被區分，並經由多個輻射元件傳送。
在一示例性具體實施例中，該相位陣列天線在多個操作頻帶之上形成多波束。該相位陣列天線利用主動式組件取代傳統的分散式組件與砷化鎵功能，以操作一電子式可操縱的多波束相位陣列天線。這些主動式組件之寬頻性質允許同時在多個頻帶之上操作。再者，該天線極化可於該次陣列或輻射元件層級進行靜態或動態地控制。
該示例性相位陣列天線之好處包括增加的系統能力(capacity)與彈性(flexibility)。再者，可在多重頻帶之上操作的天線可最佳化系統可用性(availability)。此系統可實作在需要多個系統之行動應用或固定式位置應用。並且，一單一天線可與多個系統及/或使用者進行通訊，允許增加的能力與可用性。
本申請案之美國專利申請案為名為「ACTIVE BUTLER AND BLASS MATRICES」之美國臨時申請案(U.S. Provisional Application)的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/237,967，申請日為2009/08/28。本申請案之美國專利申請案亦為名為「ACTIVE HYBRIDS FOR ANTENNA SYSTEMS」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/259,375，申請日為2009/11/09。本申請案之美國專利申請案為名為「ACTIVE FEED FORWARD AMPLIFIER」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/234,513，申請日為2009/08/17。本申請案之美國專利申請案為名為「ACTIVE PHASED ARRAY ARCHITECTURE」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/222,354，申請日為2009/07/01。本申請案之美國專利申請案為名為「ACTIVE COMPONENT PHASED ARRAY ANTENNA」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/168,913，申請日為2009/04/13。本申請案之美國專利申請案為名為「DYNAMIC REAL-TIME POLARIZATION FOR ANTENNAS」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/259,049，申請日為2009/11/06。本申請案之美國專利申請案為名為「MULTI-BAND MULTI-BEAM PHASED ARRAY ARCHITECTURE」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/234,521，申請日為2009/08/17。本申請案之美國專利申請案為名為「HALF-DUPLEX PHASED ARRAY ANTENNA SYSTEM」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/265,605，申請日為2009/12/01。本申請案之美國專利申請案為名為「BIDIRECTIONAL ANTENNA POLARIZER」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/222,363，申請日為2009/07/01。針對任何用途，前述申請案之內容皆在此以完整參照文獻的方式來加以併入。
此處所述之示例性具體實施例以充份的細節使得本技藝專業人士可實施本發明，應瞭解在不背離本發明之精神與範圍之下可實施其它具體實施例，並可進行邏輯材料、電性與機械性改變。因此，以下的實施方式僅為了例示之目的而呈現。
一種電子式可操縱的相位陣列天線可用於多種方案中。例如，該相位陣列天線可實作在COTM天線、SATCOM空中終端機、SATCOM行動通訊與SATCOM地面終端機。在一示例性具體實施例中，一相位陣列天線包含多種主動式組件建構方塊(active component building block)之配置，例如平衡不平衡轉換器(balun)、功率分離器、功率組合器、混合電路與向量產生器。雖然整份申請案在多個示例性具體實施例中係參照「主動式功率分離器、向量產生器及主動式功率組合器」，但是那些裝置中僅有其中之一或多者可用於多種具體實施例中，而非所有三種裝置皆須採用。
一種相位陣列天線通常包含多個輻射元件，其中每一輻射元件具有一極化組件。在一示例性具體實施例中，該輻射元件具有空間正交線性極化、空間與電性正交圓形極化，或空間正交與電性非正交橢圓形極化。在一示例性具體實施例中，一相位陣列天線包含多種組件。這些多種組件可以包括一向量產生器、一主動式功率分離器、一主動式功率組合器或類似者。再者，在一示例性具體實施例中，該相位陣列天線包含一平板天線(patch antenna)。雖然此處說明在圖面中例示的一種平板天線，但是可實作成其它種類的輻射元件。這類輻射元件包括一分段式輻射器(fragmented radiator)、一號角形饋電天線(feed horn antenna)、一槽孔天線(slot antenna)及類似者。
在一示例性具體實施例中，每個輻射元件具有兩個饋送埠(feed port)，並產生一不平衡饋送系統(unbalanced feed system)。在又另一示例性具體實施例中，每個輻射元件具有三個饋送埠，並產生一部份平衡的饋送系統。在另一示例性具體實施例中，每個輻射元件具有四個饋送埠，並產生一完全平衡的饋送系統。
在一示例性具體實施例中，具有兩個饋送埠之相位陣列天線設置成產生並控制不同的極化。示例性極化狀態包括一單一圓形極化狀態、一單一橢圓形極化狀態、一單一線性極化狀態及兩個正交線性極化狀態。
這些輻射元件可與一RF積體電路(Radio frequency integrated circuit，RFIC)進行通訊。在一示例性具體實施例中，該RFIC設置成區分、改變及重新組合這些基本極化成其它正交極化狀態。對應於該RFIC中淨極化狀態(net polarization state)之RF信號可額外地被組合在該陣列之波束形成網路(beam-forming network)中。
主動式分離器： 圖3所示為一示例性主動式功率分離器之示意圖。在一示例性具體實施例中，主動式功率分離器300包含差動輸入子電路(differential input subcircuit)310、第一差動輸出子電路320及第二差動輸出子電路330。差動輸入子電路310具有成對的電晶體311、312，其具有一共通射極節點(common emitter node)，並為固定電流偏壓(constant current biased)，其一般位於一差動放大器內。一輸入信號被傳遞到差動輸入子電路310中成對的電晶體311、312之基極(base)。第一與第二差動輸出子電路320、330兩者皆包含具有一共通基極節點(common base node)的一對電晶體，且每個共通基極係連接至接地端。
第一差動輸出子電路320具有第一電晶體321，其射極連接至這些輸入子電路電晶體中之一者(亦即電晶體312)的集極(collector)。第二輸出子電路電晶體322之射極連接至另一輸入子電路電晶體311之集極。在該示例性具體實施例中，該第一輸出自第一差動輸出子電路320之電晶體321、322之這些集極汲出。再者，第二差動輸出子電路330以類似方式連接，除了電晶體331、332之射極相對於電晶體321、322，為反向連接至輸入子電路電晶體311、312之集極。
藉由倒轉這些第一與第二差動輸出子電路之間的這些輸入子電路電晶體集極連接，該第一輸出端與該第二輸出端彼此大約呈現180°異相(out of phase)。在另一示例性具體實施例中，電晶體331、332之射極非反向性連接至輸入子電路電晶體311、312之集極，造成該第一輸出端與該第二輸出端彼此大約同相位。概言之，通過該功率分離器之這些輸出信號之絕對相位偏移，並不如這些第一與第二輸出信號之間的相對相位來得重要。
在一示例性具體實施例中，主動式功率分離器300轉換一輸入RF信號成為兩個輸出信號。這些輸出信號位準(level)在振幅上可相等，雖然並非必要。對於一先前技術的被動式功率分離器，每個輸出信號在功率上比該輸入信號大約低3 dB。相反地，一示例性主動式分離器，例如主動式功率分離器300，其可提供增益，且該輸入信號與該輸出信號之間的相對功率位準(relative power level)可以調整，並可選擇性地設計。在一示例性具體實施例中，該輸出信號設置成達到在該輸入信號之上的實質中性或正功率增益。例如，該輸出信號可達到在該輸入信號之上的3 dB信號功率增益。在一示例性具體實施例中，該輸出信號可達到的功率增益範圍在0 dB到5 dB。再者，該輸出信號可設置成達到任何適當的功率增益。
根據一示例性具體實施例，主動式功率分離器300在為零或實質為零的兩個信號之間，產生具有一差動相位的輸出信號。經由該主動式功率分離器之輸出信號的絕對相位偏移可能不如這些輸出信號之間的該差動相位來得重要。
在另一示例性具體實施例中，主動式功率分離器300額外地於這些輸入與輸出埠提供匹配的阻抗。這些匹配的阻抗可為50歐姆、75歐姆或其它適當的阻抗。再者，在一示例性具體實施例中，主動式分離器300提供該主動式功率分離器之這些輸出埠之間的絕緣。在一示例性具體實施例中，主動式功率分離器300係製造成一小型的射頻積體電路(RFIC)，其由於缺少分散的組件而無關於該操作頻率。
主動式組合器： 在一示例性具體實施例中並參照圖4，主動式功率組合器400包含第一差動輸入子電路410、第二差動輸入子電路420、單一端點輸出子電路(single ended output subcircuit)430及差動輸出子電路440。每個差動輸入子電路410、420包括兩對的電晶體，每個差動輸入子電路410、420之每個電晶體包括具有固定電流偏壓之一共通射極節點，其一般位於差動放大器內。
一第一輸入信號被傳遞到第一差動輸入子電路410中這些電晶體的這些基極。例如，輸入信號In1的第一線被提供至第一差動輸入子電路410中每個電晶體配對之一電晶體，而輸入信號In1的第二線被提供至每個電晶體配對之另一電晶體。類似地，一第二輸入信號被傳遞到第二差動輸入子電路420中這些電晶體的這些基極。例如，輸入信號In2的第一線被提供至第二差動輸入子電路420中每個電晶體配對之一電晶體，而輸入信號In2的第二線被提供至每個電晶體配對之另一電晶體。再者，在一示例性具體實施例中，一差動輸出信號由來自第一與第二差動輸入子電路410、420中電晶體之集極的信號組合所形成。
在一示例性具體實施例中，主動式功率組合器400轉換兩個輸入RF信號成為一單一輸出信號。該輸出信號可為單一端點輸出子電路430處的一單一端點輸出，或差動輸出子電路440處的一差動輸出。換言之，主動式功率組合器400執行與主動式功率分離器300相反的功能。這些輸入信號位準可為任意的振幅及相位。類似於一主動式功率分離器，主動式功率組合器400可以提供增益，且這些輸入端與輸出端之間的相對功率位準亦可調整，並可選擇性地設計。在一示例性具體實施例中，該輸出信號達到在該輸入信號之上的實質中性或正信號功率增益。例如，該輸出信號可達到在這些輸入信號之總和之上3 dB的功率增益。在一示例性具體實施例中，該輸出信號可達到的功率增益範圍在0 dB到5 dB。再者，該輸出信號可達到任何適當的功率增益。
在一示例性具體實施例中，主動式功率組合器400額外地於這些輸入與輸出埠處提供匹配的阻抗。這些匹配的阻抗可為50歐姆、75歐姆或其它適當的阻抗。再者，在一示例性具體實施例中，主動式功率組合器400提供該功率組合器之這些輸入埠之間的絕緣。在一示例性具體實施例中，主動式功率組合器400係製造成一小型的RFIC，其由於缺少分散的組件而無關於該操作頻率。
向量產生器： 在一示例性具體實施例中，一向量產生器轉換一RF輸入信號成為一輸出信號(有時稱之為一輸出向量)，其在相位及/或振幅上被偏移到一需要的位準。此可取代一典型的相位偏移器之功能，並加入振幅控制的能力。換言之，一向量產生器為一強度(magnitude)與相位控制電路。在該示例性具體實施例中，該向量產生器藉由饋送該RF輸入信號進入一造成相位差大約90°之兩個輸出信號的正交網路(quadrature network)來達成此功能。這些兩個輸出信號被饋送到平行象限選擇電路(parallel quadrant select circuit)當中，然後通過平行可變增益放大器(parallel variable gain amplifier，parallel VGA)。在一示例性具體實施例中，該象限選擇電路接收命令，並可設置成傳送這些輸出信號但在它們之間不會有額外的相對相位偏移，或是以額外的180°倒轉這些輸出信號之任一者或兩者。在此方式中，該360°連續體(360° continuum)之所有四個可能象限可用於兩個正交信號。來自該電流加總器(current summer)所得到的合成輸出信號(composite output signal)在振幅及相位中至少一項上進行調變。
根據一示例性具體實施例並參照圖5，向量產生器500包含被動式同相位/正交相位(In-phase/Quadrature-phase，I/Q)產生器510、第一可變增益放大器(VGA)520與第二VGA 521、第一象限選擇(quadrant select)530與第二象限選擇531，其每一者設置用於相位倒轉切換(phase inversion switching)，及電流加總器540。第一象限選擇530與I/Q產生器510及第一VGA 520進行通訊。第二象限選擇531與I/Q產生器510及第二VGA 521進行通訊。再者，在一示例性具體實施例中，向量產生器500包含數位控制器(digital controller)550，其控制第一數位到類比轉換器(Digital-to-analog converter，DAC)560與第二DAC 561。第一與第二DAC 560、561分別控制第一與第二VGA 521、520。此外，數位控制器550控制第一與第二象限選擇530、531。
在一示例性具體實施例中，向量產生器500藉由分離一RF信號成為兩個獨立的向量，即該同相位(I)向量與該正交相位(Q)向量來控制該RF信號的相位與振幅。在一具體實施例中，該RF信號係差動式傳遞。該差動RF信號通訊可遍及整個向量產生器500或限制於向量產生器500之多個部份。在另一示例性具體實施例中，這些RF信號為非差動式傳遞。該I向量與Q向量係平行地處理，每次通過該相位倒轉切換係由第一與第二象限選擇530、531執行。這些相位倒轉切換所得到的這些輸出包含四個可能的信號：一未倒轉I、一倒轉的I、一未倒轉Q、及一倒轉的Q。依此方式，一相量圖之所有四個象限可用於由VGA 520、521進一步處理。在一示例性具體實施例中，這些四個可能的信號：未倒轉I、倒轉的I、未倒轉Q、及倒轉的Q中的兩個分別經由VGA 520、521進行處理，直到這些兩個選擇的信號在電流加總器540中組合來形成一合成的RF信號。電流加總器540輸出具有相位與振幅調整之合成的RF信號。在一示例性具體實施例中，該合成RF信號係為差動信號形式。在另一示例性具體實施例中，這些合成的RF信號係為單一端點形式(single-ended form)。
在一示例性具體實施例中，對該象限偏移與VGA功能之控制係由一對DAC所提供。在一示例性具體實施例中，當存在著適當的DAC解析度與自動增益控制(Automatic gain control，AGC)動態範圍的情況下，在向量產生器500被製造後，數位控制器550之重新設置允許相位位元之數目被以數位方式控制。在一具有適當DAC解析度與AGC動態範圍之示例性具體實施例中，任何需要的向量相位與振幅可利用使用數位控制之可選擇的微細量化步驟來產生。在另一示例性具體實施例中，DAC 560、561之重新設置可在向量產生器500被製造之後進行，藉以促進這些向量振幅之調整。
主動式RF混合電路： 在一示例性具體實施例中並參照圖6，主動式RF混合電路600包含第一主動式功率分離器610、第二主動式功率分離器611、第一向量產生器620、第二向量產生器621、第一主動式功率組合器630、第二主動式功率組合器631、第一數位到類比轉換器(DAC)640與第二DAC 641。根據該示例性具體實施例，第一主動式功率分離器610於通訊埠1處接收一輸入，並傳遞該輸入至第一向量產生器620與第二主動式功率組合器631。同樣地，第二主動式功率分離器611於通訊埠2處接收一輸入，並傳遞該輸入至第二向量產生器621與第一主動式功率組合器630。向量產生器620、621由各別的DAC 640、641部份地控制。在一示例性具體實施例中，使用一4位元DAC，但可使用任何數目的位元。
再者，第一向量產生器620的輸出被傳遞到第一主動式功率組合器630，而第二向量產生器621的輸出被傳遞到第二主動式功率組合器631。在該示例性具體實施例中，第一主動式功率組合器630接收來自第一向量產生器620與第二主動式功率分離器611之輸入，並輸出一信號至通訊埠3。類似地，第二主動式功率組合器631接收來自第二向量產生器621與第一主動式功率分離器610之輸入，並輸出一信號至通訊埠4。
主動式RF混合電路600可以用於取代多種分散式組件，例如一分支線耦合器、Lange耦合器、方向性耦合器(directional coupler)或180°混合電路。根據一示例性具體實施例，一主動式RF混合電路提供相較於一傳統的分散式混合電路(distributed hybrid)之類似的功能性。例如，主動式RF混合電路600可動態地設置成於這些輸出埠之間具有可變的相位差，其可為90°、180°或某種其它相位差。另一示例為主動式RF混合電路600提供於這些輸入/輸出埠處埠對埠(port-to-port)的絕緣與匹配的阻抗。關於主動式RF混合電路之額外資訊係揭示於名為「主動式RF混合電路」(ACTIVE RF HYBRIDS)之美國專利申請案，申請人案卷編號(docket number)36956.7200，其與本申請案之美國申請案同一天立案，在此以參照方式合併。
再者，主動式RF混合電路600比傳統的被動式分散混合電路具有多種好處。在一示例性具體實施例中，主動式RF混合電路600不會造成功率損耗，而是另具有一增益，或至少為增益中性(gain neutral)。在另一示例性具體實施例中，主動式RF混合電路600並不依賴分散式元件，並能夠在非常寬的頻寬之上操作。在又另一示例性具體實施例中，主動式RF混合電路600實作成相同的建構方塊組件，如在一示例性主動式相位陣列架構中所使用者。在一示例性具體實施例中，主動式RF混合電路600係製造成一小型的單晶微波積體電路(Monolithic microwave integrated circuit，MMIC)，其由於缺少分散的組件而無關於該操作頻率。
上述之這些組件可實作在多種相位陣列天線具體實施例。這些多種相位陣列天線具體實施例包括對於傳送或接收具體實施例、波束數目、不同極化(包括線性、圓形及橢圓形)的變化，以及單一端點信號或差動饋送信號(differentially fed signal)的使用。
在一示例性具體實施例中，一電子式可操縱的相位陣列天線包含一輻射元件陣列、一主動式向量產生器及一DAC。在一示例性具體實施例中，該DAC重新設置成在多種組態中操作該相位陣列天線。例如，該相位陣列天線可支援多個頻帶，並被重新程式化以於不同極化種類之間改變。該重新設置可在該天線架構被製作之後進行。
根據一示例性具體實施例，一相位陣列天線包含在一單片式解決方案中製造在矽鍺(SiGe)上的主動式組件。可使用其它材料，例如砷化鎵、矽晶(silicon)、或其它已知或在之後設計出的適當材料。使用主動式組件之單片SiGe具體實施例可產生優於先前技術中之該分散式/被動式網路的某些好處，包括較低的成本、較小的實體尺寸、較寬的操作頻寬，及有提供功率增益而非功率損耗之能力。
此外，根據該相位陣列架構而優於這些先前技術具體實施例的其它好處皆有可能。這些好處的一部分因為不需要分散式結構，而可包括廣大的系統彈性(system flexibility)及非常小型的天線系統。在一具體實施例中，該相位陣列架構之控制功能組件的尺寸較小，且無關於操作頻率。再者，一些具體實施例在當該RF信號為類比形式時，利用差動發信(differential signaling)來改善信號隔離(signal isolation)。
一些主要的好處為RF信號當經由該天線系統傳遞時，可經歷一中性或輕微的正增益，而不會發生在該被動式先前技術系統中的損耗。另一個好處為該天線系統並不受限於頻帶。換言之，該天線系統可應用到所有頻帶，包括X、K、Ku、Ka及Q頻帶。再者，在一示例性具體實施例中，該天線系統設置成在製造或安裝之後，於一第一頻率範圍內操作，而在後續以不等於該第一頻率範圍的一第二頻率範圍內操作。在另一示例性具體實施例中，該天線系統設置成同時於該第一頻率範圍與該第二頻率範圍內操作。在一示例性具體實施例中，多頻帶天線為做為一種產品的實際選項。
該天線系統的重新設置性亦為其好處。這包括有在完整的產品壽命期間重新設置相位位元之數目的能力，能夠在完整的產品壽命期間重新設置該系統之振幅衰減(amplitude taper)，並能夠在完整的產品壽命期間重新設置該系統極化。
以下將說明多種特定相位陣列天線系統的具體實施例。這些具體實施例可在極化、傳送或接收模式方面變化，且不論是否實作成差動發信。
主動式天線極化器： 整體而言，一種主動式天線極化器為用於處理RF信號之數位控制主動式實作。根據一示例性具體實施例，一相位陣列輻射元件之極化與振幅可藉由操作平行的兩個向量產生器，並以空間正交的方式饋送這些兩個向量產生器之兩個輸出信號至該輻射元件來調整。該相位陣列天線設置成在極化之間以電性改變。例如，該相位陣列天線可於線性極化與圓形極化之間交替。在一第一具體實施例中，該系統藉由使用一單一向量產生器來驅動該輻射元件以達到線性極化。在一第二具體實施例中，該系統藉由使用兩個向量產生器以空間正交方式驅動該輻射元件來達到圓形極化，此空間正交的方式具有兩個彼此以電性呈現90°異相之向量。在一第三具體實施例中，該系統藉由使用兩個向量產生器以空間正交方式驅動該輻射元件來達到橢圓形極化，此空間正交方式具有兩個彼此以電性呈現90°之外的異相之向量。
在一示例性具體實施例中，該主動式天線極化器包含離散主動式組件(discrete active component)。在另一示例性具體實施例中，一主動式極化器包含主動式組件的一單片式解決方案。在又另一示例性具體實施例中，該主動式天線極化器包含離散組件與一單片式解決方案的組合。
在一示例性具體實施例中並參照圖7，傳送主動式天線極化器700包含主動式功率分離器710、兩個向量產生器720、721及兩個DAC 730、731。一RF輸入信號被主動地分離，並經由平行的兩個向量產生器720、721傳送。向量產生器720、721分別由DAC 730、731控制，且每個向量產生器產生一線性輸出信號。這兩個線性輸出可用於激勵(energize)/驅動一輻射元件(未示出)之空間正交饋送埠。
傳送主動式天線極化器700可視為一基本傳送具體實施例，其設置成實作於多種不同的相位陣列天線架構內。在一示例性具體實施例中，該基本傳送具體實施例可用於任何頻帶，並具有不同的極化。例如，如下所述，該基本傳送具體實施例可做為波束操縱以及線性極化、圓形極化或橢圓形極化的相位陣列天線傳送的至少一者的基礎。根據一示例性具體實施例，為了在這些不同極化當中操作，向量產生器720、721控制該天線信號之相位。在另一具體實施例中，向量產生器720、721為了波束操縱與極化控制而設置。
在一示例性具體實施例中，當存在有適當的DAC解析度與自動增益控制(AGC)動態範圍的情況之下，在傳送主動式天線極化器700被製造之後，DAC 730、731之重新設置允許相位位元之數目被以數位方式控制。在一具有適當DAC解析度與AGC動態範圍之示例性具體實施例中，任何需要的向量相位與振幅可利用使用數位控制之可選擇的微細量化步驟來產生。在另一示例性具體實施例中，DAC 730、731之重新設置可在傳送主動式天線極化器700被製造之後進行，藉以促進這些信號振幅之調整。
該天線系統的重新設置性亦為其好處。在一示例性具體實施例中，該天線系統包括有在完整的產品壽命期間重新設置在一DAC中相位位元的數目之能力。在另一示例性具體實施例中，該天線系統能夠在完整的產品壽命期間重新設置該系統之振幅衰減。在又另一示例性具體實施例中，該天線系統能夠在完整的產品壽命期間重新設置該系統極化。再者，在一具有適當DAC解析度與AGC動態範圍之示例性具體實施例中，任何需要的向量相位與振幅可利用使用數位控制之可選擇的微細量化步驟來產生。
在一示例性具體實施例中，這些向量產生器由軟體與數位硬體控制，且該天線極化可由軟體定義。換言之，軟體可藉著經由DAC或其它數位控制來修改這些向量產生器之操作參數以實作成控制該天線極化。例如這些操作參數可包括這些向量產生器之這些輸出之間的相對相位。在一示例性具體實施例中，軟體藉由程式化這些DAC來控制該相位變化，以達到所需要的相位關係。再者，在一示例性具體實施例中，自該天線輻射之能量的極化係即時地被控制。這即可產生一種完全電子化技術，其中軟體允許雙重極化饋送天線(dual polarization feed antenna)之極化的連續動態調整。
一接收主動式天線類似於先前所述之一傳送主動式天線。在一示例性具體實施例中，兩個RF輸入信號由一輻射元件傳遞。這些兩個RF輸入信號於由一主動式組合器組合之前，經由兩個向量產生器平行地處理。一種接收主動式天線極化器可視為一基本接收具體實施例，其設置成實作於多種不同的相位陣列天線架構。在一示例性具體實施例中，該基本接收具體實施例係用於任何頻帶，並具有不同的極化。例如，該基本接收具體實施例可做為波束操縱以及線性極化、圓形極化或橢圓形極化的相位陣列天線接收的至少一者的基礎。根據一示例性具體實施例，為了在這些不同極化當中操作，這些向量產生器控制該天線信號之相位，如此處所述。
根據一示例性具體實施例，一主動式天線極化器設置成藉由使用具有雙重極化之饋送的輻射元件，以動態地改變一天線的極化。再者，在一示例性具體實施例中，一天線設置成以一次陣列或個別元件為基礎，靜態地或動態地控制該天線的極化，藉以最佳化關聯於極化的一效能特性(performance characteristic)。這類極化相關的特性之示例包括極化損耗因子(polarization loss factor)及極化效率(polarization efficiency)。在一示例性具體實施例中，使用雙重極化饋送促進該效能的最佳化。例如，在一示例性具體實施例中，一最大信號位準可藉由環繞一預期數值(execpected value)變化該極化，直到設定該最佳位準為止而獲得。該預期數值與該最佳數值之間的差異由於多種因素而發生。例如，物件可能存在於該信號路徑上。在另一示例中，製造公差可能造成位在次佳的位置處的實體結構。在又另一示例中，險惡的天氣會造成一種極化之執行優於另一種極化。換言之，一示例性天線設置成調整該極化，藉以補償製造公差、天氣、推論物件及類似者。在一示例性具體實施例中，執行一極化掃查(polarization sweep)，藉以接收可用於信號辨識(signal identification)之不同的信號。
圖8顯示為設置成傳送具有線性極化的信號之相位陣列天線800之示例性具體實施例。相位陣列天線800包含主動式功率分離器810、第一向量產生器820、第二向量產生器821、第一DAC 830、及第二DAC 831。相位陣列天線800為一基本傳送具體實施例，其具有激勵輻射元件801之第一向量產生器820的一輸出信號，且第二向量產生器821未與輻射元件801通訊。在另一個但類似的具體實施例中，第二向量產生器821激勵輻射元件801，且第一向量產生器820未與輻射元件801通訊。此外，輻射元件801可具有「水平」方向或「垂直」方向。在該示例性具體實施例中，實作成具有兩個向量產生器820、821的基本傳送具體實施例，藉以示範可用於多種天線種類的一標準架構。因為使用相同的底層組件而非使用不同且更為客製化的組件，所以可產生成本效益。
在另一示例性具體實施例中，一設置成傳送具有線性極化的信號之相位陣列天線，僅包含一向量產生器與一控制DAC。如本技藝專業人士所瞭解，此處所述僅操縱一向量產生器輸出的這些具體實施例可僅包含一單一向量產生器。換言之，在一具體實施例中，相位陣列天線800包含第一向量產生器820，但不包含第二向量產生器821或主動式功率分離器810。
相反地，一雙重線性極化天線(dual linear polarization antenna)傳遞兩個信號至一輻射元件。在一示例性具體實施例中並參照圖9，相位陣列天線900設置成傳送具有雙重線性極化的信號。相位陣列天線900包含主動式功率分離器910、第一向量產生器920、第二向量產生器921、第一DAC 930及第二DAC 931。相位陣列天線900為在這些水平與垂直方向兩者上，具有激勵輻射元件901之兩個向量產生器輸出信號的一基本傳送具體實施例。再者，向量產生器920、921之這些輸出信號在這些兩個信號之間可具有任何相對相位。在一圓形極化具體實施例中，向量產生器920的輸出信號在當激勵輻射元件901時，與向量產生器921的該輸出信號具有+/-90°的相對相位差。在具有橢圓形極化的一示例性具體實施例中，向量產生器920的輸出信號在當激勵輻射元件901時，與向量產生器921的輸出信號具有+/-90°之外的相對相位差。
圖10顯示為設置成接收具有線性極化的信號之相位陣列天線1000之示例性具體實施例。相位陣列天線1000包含主動式功率組合器1010、第一向量產生器1020、第二向量產生器1021、第一DAC 1030與第二DAC 1031。相位陣列天線1000為具有向量產生器1020、1021中之一者的一基本接收具體實施例，其由輻射元件1001傳遞一信號至主動式功率組合器1010，而向量產生器1020、1021中之另一者並未與輻射元件1001通訊。此外，輻射元件1001可為一水平或垂直方向。
在另一示例性具體實施例中，一相位陣列天線設置成接收具有線性極化的信號，並僅包含一向量產生器與相對應的控制DAC。如本技藝專業人士所知，此處所述僅操縱一向量產生器輸出的多種具體實施例可僅包含一向量產生器。換言之，在一具體實施例中，相位陣列天線1000包含第一向量產生器1020，但不包含第二向量產生器1021或主動式功率組合器1010。
相反地，一雙重線性極化天線自一輻射元件傳遞兩個信號。在一示例性具體實施例中並參照圖11，相位陣列天線1100設置成接收具有雙重線性極化的信號。相位陣列天線1100包含主動式功率組合器1110、第一向量產生器1120、第二向量產生器1121、第一DAC 1130及第二DAC 1131。相位陣列天線1100為具有向量產生器1120、1121之一基本接收具體實施例，其自輻射元件1101接收個別極化的信號做為輸入信號。這些個別極化的信號可為一水平方向信號與一垂直方向信號。再者，向量產生器1120、1121之這些輸入信號在這些兩個信號之間可具有任何相對相位。在一圓形極化具體實施例中，向量產生器1120的輸入信號在當自輻射元件1101接收時，與向量產生器1121的該輸入信號具有+/-90°的相對相位差。在具有橢圓形極化的一示例性具體實施例中，向量產生器1120的輸入信號在當自輻射元件1101接收時，與向量產生器1121的該輸入信號具有+/-90°之外的相對相位差。
圖12顯示為設置成傳送具有差動饋送線性極化的信號之相位陣列天線1200之示例性具體實施例。相位陣列天線1200包含主動式功率分離器1210、第一向量產生器1220、第二向量產生器1221、第一DAC 1230與第二DAC 1231。相位陣列天線1200為一基本傳送具體實施例，其具有來自激勵輻射元件1201的向量產生器1220、1221中之一者的一差動輸出信號。如本技藝專業人士所知，一差動信號具有兩個信號，其彼此呈現180°異相。在多種具體實施例中，該差動信號可被饋送至輻射元件1201之「水平」部份或饋送至輻射元件1201之「垂直」部份。
在另一示例性具體實施例中，一設置成傳送具有線性極化的差動信號之相位陣列天線僅包含一向量產生器與一控制DAC。如本技藝專業人士所瞭解，此處所述僅操縱一向量產生器輸出的這些具體實施例可僅包含一單一向量產生器。換言之，在一具體實施例中，相位陣列天線1200包含第一向量產生器1220，但不包含第二向量產生器1221或主動式功率分離器1210。
相反地，一雙重線性極化天線傳遞兩個差動饋送信號至一輻射元件。在一示例性具體實施例中並參照圖13，相位陣列天線1300設置成傳送具有雙重線性極化的差動信號。相位陣列天線1300包含主動式功率分離器1310、第一向量產生器1320、第二向量產生器1321、第一DAC 1330及第二DAC 1331。相位陣列天線1300為一基本傳送具體實施例，其具有激勵輻射元件1301之向量產生器1320的一第一差動饋送輸出信號，與向量產生器1321的一第二差動饋送輸出信號。在一示例性具體實施例中，該第一差動饋送輸出信號在一垂直方向上被饋送至輻射元件1301當中。再者，在該示例性具體實施例中，該第二差動饋送輸出信號在一水平方向上被饋送至輻射元件1301中。再者，向量產生器1320的該第一差動饋送輸出信號與向量產生器1321的該第二差動饋送輸出信號在這些兩個信號之間可具有任何相對相位。在一圓形極化具體實施例中，向量產生器1320的該第一差動饋送輸出信號在當激勵輻射元件1301時，與向量產生器1321的該第二差動饋送輸出信號具有+/-90°的相對相位差。在具有橢圓形極化的一示例性具體實施例中，向量產生器1320的該第一差動饋送輸出信號在當激勵輻射元件1301時，與向量產生器1321的該第二差動饋送輸出信號具有+/-90°之外的相對相位差。
圖14顯示為設置成接收具有差動饋送水平線性極化的信號之相位陣列天線1400之示例性具體實施例。相位陣列天線1400包含主動式功率組合器1410、第一向量產生器1420、第二向量產生器1421、第一DAC 1430與第二DAC 1431。相位陣列天線1400為一基本接收具體實施例，其中向量產生器1420、1421中之一者自輻射元件1401接收一差動輸入信號，並傳遞一輸出信號至主動式功率組合器1410。在一具體實施例中，類似於相位陣列天線800，向量產生器1420、1421中之另一者並未與輻射元件1401通訊。再者，該差動信號可自輻射元件1401之「水平」部份接收，或自輻射元件1401的「垂直」部份接收。
在另一示例性具體實施例中，一相位陣列天線設置成接收具有差動饋送水平線性極化的信號，並僅包含一向量產生器與相對應的控制DAC。如本技藝專業人士所知，此處所述僅操縱一向量產生器輸入的多種具體實施例可僅包含一向量產生器。換言之，在一具體實施例中，相位陣列天線1400包含第一向量產生器1420，但不包含第二向量產生器1421或主動式功率組合器1410。
相反地，一雙重線性極化天線傳遞來自一輻射元件的兩個差動饋送信號。在一示例性具體實施例中並參照圖15，相位陣列天線1500設置成接收具有雙重線性極化的差動信號。相位陣列天線1500包含主動式功率組合器1510、第一向量產生器1520、第二向量產生器1521、第一DAC 1530及第二DAC 1531。相位陣列天線1500為一基本接收具體實施例，其具有接收一第一差動饋送輸入信號之向量產生器1520，與自輻射元件1501接收一第二差動饋送輸入信號之向量產生器1521。在一示例性具體實施例中，該第一差動饋送輸入信號在一垂直方向上自輻射元件1501接收。再者，在該示例性具體實施例中，該第二差動饋送輸入信號在一水平方向上自輻射元件1501接收。再者，向量產生器1520、1521之這些第一與第二差動饋送輸入信號在這些兩個信號之間可具有任何相對相位。在一圓形極化具體實施例中，向量產生器1520的該第一差動饋送輸入信號在當自輻射元件1501接收時，與向量產生器1521的該第二差動饋送輸入信號具有+/-90°的相對相位差。在具有橢圓形極化的一示例性具體實施例中，向量產生器1520的該第一差動饋送輸出信號在當自輻射元件1501接收時，與向量產生器1521的該第二差動饋送輸出信號具有+/-90°之外的相對相位差。
上述之多種相位陣列天線可實作到一多重輻射元件架構中。再者，這些多重輻射元件對於輻射元件與波束形成兩方面皆可進行擴縮(scalable)。一種具有與個別的輻射元件通訊的向量產生器之具體實施例在當使用相同的輻射孔時促進提供額外的波束。再者，該輻射元件傳送器/接收器可包含多種數目的輻射元件。例如，該天線架構可包含範圍在2至20之多個輻射元件。
根據一示例性具體實施例並參照圖16，相位陣列積體電路(Integrated circuit，IC)1600設置成一四輻射元件傳送器。相位陣列IC 1600包含與第一輻射元件1611通訊的第一子電路1610、與第二輻射元件1621通訊的第二子電路1620、與第三輻射元件1631通訊的第三子電路1630、及與第四輻射元件1641通訊的第四子電路1640。每個子電路1610、1620、1630、1640接收一輸入信號，並傳送該信號至各別的輻射元件1611、1621、1631、1641之空間正交埠。
根據一示例性具體實施例，一RF輸入信號係提供至相位陣列IC 1600。在一示例性具體實施例中，使用多個分離器來區分被傳遞到四個子電路1610、1620、1630、1640之每一者的該RF輸入信號做為輸入信號。在一更為特定的示例性具體實施例中，可實作一平衡不平衡轉換器來轉換該RF輸入信號成為一差動RF輸入信號。如果該RF信號為類比形式時，差動發信可改善信號隔離與干擾抑制(interference rejection)。主動式分離器1653設置成區分該差動RF輸入信號成為分別被傳遞至主動式分離器1651與主動式分離器1652之兩個獨立的信號。在下一階段中，主動式分離器1651設置成區分該傳遞的信號，並傳遞該區分的信號至第一子電路1610與第二子電路1620。類似地，主動式分離器1652設置成區分該傳遞的信號，並傳遞該區分的信號至第三子電路1630與第四子電路1640。
每個子電路1610、1620、1630、1640之結構與功能實質上類似。因此，僅有第一子電路1610將被詳細討論。再者，子電路1610實質上類似於傳送主動式天線極化器700。根據一示例性具體實施例，第一子電路1610包含由一第一DAC(未示出)控制的第一向量產生器1612、由一第二DAC(未示出)控制的第二向量產生器1613，及主動式分離器1615。雖然在相位陣列IC 1600中傳遞的這些信號可以描述成差動式，這些信號亦可為單一端點式。主動式分離器1615自主動式分離器1651接收一差動信號，並再一次區分該差動信號。在一示例性具體實施例中，向量產生器1612、1613自主動式分離器1615個別地接收一差動信號。再者，向量產生器1612、1613設置成調整要被傳送的這些信號之相位與極化，以致於可達到個別的波束操縱與極化控制。向量產生器1612、1613提供兩個自由度給極化追蹤(polarization track)與波束操縱。對於圓形或橢圓形極化與單一波束操縱，這些向量產生器中之一者能夠提供該波束操縱，而另一向量產生器能夠提供一偏置相位(offset phase)來追蹤該極化。
然後這些極化的信號由向量產生器1612、1613傳遞至用於傳輸的輻射元件1611之空間正交埠。在一示例性具體實施例中，數位控制1601經由這些各別的DAC傳遞極化與波束操縱命令至向量產生器1612、1613。
除了一波束四輻射元件傳送器之外，一類似結構可設置成一波束四輻射元件接收器。在一示例性具體實施例中並參照圖17，相位陣列積體電路1700設置成一波束四輻射元件接收器。相位陣列IC 1700包含與第一輻射元件1711通訊的第一子電路1710、與第二輻射元件1721通訊的第二子電路1720、與第三輻射元件1731通訊的第三子電路1730、及與第四輻射元件1741通訊的第四子電路1740。每個子電路1710、1720、1730、1740自各別耦合的輻射元件1711、1721、1731、1741接收一對空間正交RF信號，並產生一單一輸出信號。
每個子電路1710、1720、1730、1740之結構與功能實質上類似。因此，僅有第一子電路1710將被詳細討論。根據一示例性具體實施例，第一子電路1710具有一極化追蹤與單一波束操縱部，其包含兩個向量產生器1712、1713。兩個向量產生器1712、1713設置成自輻射元件1711接收該RF輸入信號，提供波束操縱，追蹤這些信號之極化，並傳遞這些向量產生器輸出信號至主動式功率組合器1715。向量產生器1712、1713提供兩個自由度給極化追蹤與波束操縱。對於圓形或橢圓形極化與單一波束操縱，這些向量產生器中之一者能夠提供該波束操縱，而另一向量產生器能夠提供一偏置相位來追蹤該極化。主動式功率組合器1715組合這些兩個向量產生器輸出信號，並產生一合成輸出信號。
在一示例性具體實施例中，數位控制1701例如經由相對應的DAC傳遞極化與波束操縱命令至向量產生器1712、1713。
根據一示例性具體實施例，一接收波束輸出藉由組合來自四個子電路1710、1720、1730、1740之每一者的該單一輸出信號所產生。在一示例性具體實施例中，使用多個組合器來組合這些子電路輸出信號成為一接收波束。在一更為特定的示例性具體實施例中，主動式組合器1751設置成組合來自第一與第二子電路1710、1720之這些單一輸出。並且，在該示例性具體實施例中，主動式組合器1752設置成組合來自第三與第四子電路1730、1740之這些單一輸出。在下一階段中，主動式組合器1753設置成組合主動式組合器1751、1752之這些組合的輸出，以形成一接收波束輸出。
除了一波束四輻射元件天線之外，一類似結構可設置成二波束四輻射元件天線。在一示例性具體實施例中並參照圖18，相位陣列積體電路1800設置成二波束四輻射元件接收器。相位陣列IC 1800包含與第一輻射元件1811通訊的第一子電路1810、與第二輻射元件1821通訊的第二子電路1820、與第三輻射元件1831通訊的第三子電路1830、及與第四輻射元件1841通訊的第四子電路1840。每個子電路1810、1820、1830、1840自各別耦合的輻射元件1811、1821、1831、1841接收一對空間正交RF信號，並產生兩個輸出信號，對於每個波束形成一輸出信號。
每個子電路1810、1820、1830、1840之結構與功能實質上類似。因此，僅有第一子電路1810將被詳細討論。根據一示例性具體實施例，第一子電路1810具有包含兩個向量產生器1812、1813之一極化形成部(polarization forming portion)。兩個向量產生器1812、1813設置成自輻射元件1811接收這些RF輸入信號，極化追蹤這些信號，並傳送這些向量產生器輸出信號至主動式功率組合器1815。主動式功率組合器1815組合這些兩個向量產生器輸出信號，並產生一合成中間信號。該合成中間信號由主動式功率組合器1815傳遞到主動式功率分離器1816。主動式功率分離器1816區分該中間信號成為兩個信號，每個波束一個信號，且這些兩個輸出信號之每一者通過子電路1810的一波束形成部(beam forming portion)。該波束形成部包含兩個向量產生器1818、1819，其輸出代表在該各別的波束形成網路中要組合的獨立操縱的波束成分。在一示例性具體實施例中，數位控制1801傳送極化與波束操縱命令至向量產生器1812、1813、1818、1819。
根據一示例性具體實施例，一第一接收波束輸出藉由組合來自四個子電路1810、1820、1830、1840之每一者的這些兩個輸出信號中之一者所產生。一第二接收波束輸出藉由組合來自四個子電路1810、1820、1830、1840之每一者的這些兩個輸出信號中之第二者所產生。在一示例性具體實施例中，使用多個組合器來組合這些子電路輸出信號成為一第一接收波束輸出與一第二接收波束輸出。
在一更為特定的示例性具體實施例中，主動式組合器1851設置成組合來自第一與第二子電路1810、1820之這些兩個輸出中的第一者。再者，主動式組合器1861設置成組合來自第一與第二子電路1810、1820之這些兩個輸出中的第二者。並且，在該示例性具體實施例中，主動式組合器1852設置成組合來自第三與第四子電路1830、1840之這些兩個輸出中的第一者。主動式組合器1862設置成組合來自第三與第四子電路1830、1840之這些兩個輸出中的第二者。
在下一階段中，主動式組合器1853設置成組合主動式組合器1851與1852的這些組合的輸出來形成一第一接收波束輸出。再者，主動式組合器1863設置成組合主動式組合器1861與1862的這些組合的輸出來形成一第二接收波束輸出。
除了二波束四輻射元件接收器之外，一類似結構可設置成二波束四輻射元件傳送器。在一示例性具體實施例中並參照圖19，相位陣列積體電路1900設置成二波束四輻射元件傳送器。相位陣列IC 1900包含與第一輻射元件1911通訊的第一子電路1910、與第二輻射元件1921通訊的第二子電路1920、與第三輻射元件1931通訊的第三子電路1930、及與第四輻射元件1941通訊的第四子電路1940。每個子電路1910、1920、1930、1940接收兩個輸入信號，並傳送信號至各別耦合的輻射元件1911、1921、1931、1941之空間正交埠。
根據一示例性具體實施例，一第一傳送波束與一第二傳送波束被提供給相位陣列IC 1900。在一示例性具體實施例中，使用多個分離器來區分被傳遞至四個子電路1910、1920、1930、1940之每一者的這些第一與第二傳送波束做為輸入信號。
在一更為特定的示例性具體實施例中，主動式分離器1953設置成區分該第一傳送波束輸入成為分別被傳遞至主動式分離器1951與主動式分離器1952之兩個獨立的信號。類似地，主動式分離器1963設置成區分該第二傳送波束輸入成為分別被傳遞至主動式分離器1961與主動式分離器1962之兩個獨立的信號。
在下一階段中，主動式分離器1951、1961設置成區分這些傳遞的信號，並傳遞這些區分的信號至第一子電路1910與第二子電路1920。主動式分離器1952、1962設置成區分這些傳遞的信號，並傳遞這些區分的信號至第三子電路1930與第四子電路1940。
每個子電路1910、1920、1930、1940之結構與功能實質上類似。因此，僅有第一子電路1910將被詳細討論。根據一示例性具體實施例，第一子電路1910具有一波束形成部，其包含兩個向量產生器1918、1919。兩個向量產生器1918、1919設置成分別自主動式分離器1951、1961個別地接收一輸入信號，並根據波束操縱命令調整該相位。
主動式功率組合器1915組合這些兩個相位調整的信號，並產生一合成的相位調整中間信號。該合成的相位調整中間信號由主動式功率組合器1915傳遞到主動式功率分離器1916。主動式功率分離器1916區分該中間信號成為兩個分離器輸出信號，且這些兩個分離器輸出信號之每一者通過第一子電路1910之一極化修正部(polarization modifying portion)。該極化修正部包含向量產生器1912、1913，並設置成極化這些輸出信號到該需要的極化。然後這些極化的信號被傳遞至用於傳輸的輻射元件1911之空間正交埠。在一示例性具體實施例中，數位控制1901傳遞極化與波束操縱命令至向量產生器1912、1913、1918、1919。
在一示例性具體實施例中並參照圖20，相位陣列積體電路2000設置成四波束四輻射元件接收器。相位陣列IC 2000包含與第一輻射元件2011通訊的第一子電路2010、與第二輻射元件2021通訊的第二子電路2020、與第三輻射元件2031通訊的第三子電路2030、及與第四輻射元件2041通訊的第四子電路2040。每個子電路2010、2020、2030、2040自各別耦合的輻射元件2011、2021、2031、2041接收一對空間正交RF信號，並產生四個輸出信號，對於每個波束形成一輸出信號。
每個子電路2010、2020、2030、2040之結構與功能實質上類似。因此，僅有第一子電路2010將被詳細討論。根據一示例性具體實施例，第一子電路2010具有包含兩個向量產生器2012、2013之一極化追蹤部(polarization tracking portion)。兩個向量產生器2012、2013設置成自輻射元件2011接收該RF輸入信號，追蹤這些信號的極化，並傳送向量產生器信號輸出至主動式功率組合器2014。主動式功率組合器2014組合這些兩個向量產生器信號輸出，並產生一合成中間信號。該合成中間信號由主動式功率組合器2014傳遞到主動式功率分離器2015。主動式功率分離器2015區分該中間信號成為四個信號，且這些四個輸出信號之每一者通過子電路2010的一波束形成部。該波束形成部包含四個向量產生器2016、2017、2018、2019，其輸出代表要被組合在該各別波束形成網路中的獨立操縱的波束成分。在一示例性具體實施例中，數位控制2001傳遞極化與波束操縱命令至向量產生器2012、2013、2016、2017、2018、2019。
根據一示例性具體實施例，一第一接收波束輸出藉由組合來自四個子電路2010、2020、2030、2040之每一者的這些四個輸出信號中之一者而產生。一第二接收波束輸出藉由組合來自四個子電路2010、2020、2030、2040之每一者的這些四個輸出信號中之第二者而產生。一第三接收波束輸出藉由組合來自四個子電路2010、2020、2030、2040之每一者的這些四個輸出信號中之第三者而產生。一第四接收波束輸出藉由組合來自四個子電路2010、2020、2030、2040之每一者的這些四個輸出信號中之第四者而產生。在一示例性具體實施例中，使用多個組合器來組合這些子電路輸出信號成為這些四個接收波束輸出。
在一更為特定的示例性具體實施例中，主動式組合器2051設置成組合來自第一與第二子電路2010、2020之這些四個輸出中的第一者。再者，主動式組合器2061設置成組合來自第一與第二子電路2010、2020之這些四個輸出中的第二者。同樣地，主動式組合器2071設置成組合來自第一與第二子電路2010、2020之這些四個輸出中的第三者。主動式組合器2081設置成組合來自第一與第二子電路2010、2020之這些四個輸出中的第四者。
並且，在該示例性具體實施例中，主動式組合器2052設置成組合來自第三與第四子電路2030、2040之這些四個輸出中的第一者。主動式組合器2062設置成組合來自第三與第四子電路2030、2040之這些四個輸出中的第二者。再者，主動式組合器2072設置成組合來自第三與第四子電路2030、2040之這些四個輸出中的第三者。主動式組合器2082設置成組合來自第三與第四子電路2030、2040之這些四個輸出中的第四者。
在下一階段中，主動式組合器2053設置成組合主動式組合器2051、2052的這些組合的輸出來形成一第一接收波束輸出。主動式組合器2063設置成組合主動式組合器2061、2062的這些組合的輸出來形成一第二接收波束輸出。再者，主動式組合器2073設置成組合主動式組合器2071、2072的這些組合的輸出來形成一第三接收波束輸出。主動式組合器2083設置成組合主動式組合器2081、2082的這些組合的輸出來形成一第四接收波束輸出。
在一示例性具體實施例中並參照圖21，相位陣列積體電路2100設置成四波束四輻射元件傳送器。相位陣列IC 2100包含與第一輻射元件2111通訊的第一子電路2110、與第二輻射元件2121通訊的第二子電路2120、與第三輻射元件2131通訊的第三子電路2130、及與第四輻射元件2141通訊的第四子電路2140。每個子電路2110、2120、2130、2140接收四個輸入信號，並傳送RF信號至各別耦合的輻射元件2111、2121、2131、2141之空間正交埠。
根據一示例性具體實施例，一第一、第二、第三與第四傳送波束被提供給相位陣列IC 2100。在一示例性具體實施例中，使用多個分離器來區分被傳遞至四個子電路2110、2120、2130、2140之每一者的這些第一、第二、第三與第四傳送波束做為輸入信號。
在一更為特定的示例性具體實施例中，主動式分離器2153設置成區分該第一傳送波束輸入成為兩個獨立的信號，其分別被傳遞至主動式分離器2151與主動式分離器2152。類似地，主動式分離器2163設置成區分該第二傳送波束輸入成為分別被傳遞至主動式分離器2161與主動式分離器2162之兩個獨立的信號。在一示例性具體實施例中，主動式分離器2173設置成區分該第三傳送波束輸入成為分別被傳遞至主動式分離器2171與主動式分離器2172之兩個獨立的信號。再者，主動式分離器2183設置成區分該第四傳送波束輸入成為分別被傳遞至主動式分離器2181與主動式分離器2182之兩個獨立的信號。
在下一階段中，主動式分離器2151、2161、2171、2181設置成區分這些傳遞的信號，並傳遞這些區分的信號至第一子電路2110與第二子電路2120。主動式分離器2152、2162、2172、2182設置成區分這些傳遞的信號，並傳遞這些區分的信號至第三子電路2130與第四子電路2140。
每個子電路2110、2120、2130、2140之結構與功能實質上類似。因此，僅有第一子電路2110將被詳細討論。根據一示例性具體實施例，第一子電路2110具有一波束形成部，其包含四個向量產生器2116、2117、2118、2119。四個向量產生器2116、2117、2118、2119設置成分別自主動式分離器2151、2161、2171、2181個別地接收一輸入信號，並根據波束操縱命令調整該相位。
主動式功率組合器2114組合這些四個相位調整的信號，並產生一合成的相位調整中間信號。該合成的相位調整中間信號由主動式功率組合器2114傳遞到主動式功率分離器2115。主動式功率分離器2115區分該中間信號成為兩個信號，且這些兩個輸出信號之每一者通過第一子電路2110之一極化修正部。該極化修正部包含向量產生器2112、2113，並設置成極化這些輸出信號到該需要的極化。然後這些極化的信號被傳遞至用於傳輸的輻射元件2111之空間正交埠。在一示例性具體實施例中，數位控制2101例如經由DAC，傳遞極化與波束操縱命令至向量產生器2112、2113、2116、2117、2118、2119。
除了上述的多種具體實施例之外，亦可能有其它架構。例如，在一示例性具體實施例中並參照圖22，相位陣列積體電路2200設置成用於圓形或橢圓形極化的二波束四輻射元件接收器。如相位陣列IC 2200之第一子電路2210中所例示，相位陣列IC 1800之第一子電路1810之間的差異在於該極化形成部中僅有一個向量產生器2212。單一向量產生器2212足以用於圓形或橢圓形極化之極化追蹤。在一示例性具體實施例中，向量產生器2212藉由提供90°偏置(或如果是橢圓形時，即為非90°相位偏置)至出現在輻射元件2211之交替空間正交埠(alternate spatially orthogonal port)處的該信號的相位來追蹤該極化。相位陣列IC 2200的其餘部份類似於相位陣列IC 1800且將不會詳細說明，儘管多種組件被類似地參照。在圖19至21中所例示的這些具體實施例中可能有類似的變化，其中圓形或橢圓形極化具體實施例僅使用一單一向量產生器用於極化追蹤。
多波束作業： 除了前述之多重輻射元件具體實施例之外，可使用多個輻射元件並形成多個波束來設計多種波束形成網路。根據一示例性具體實施例並參照圖23，多波束架構2300包含多個輻射元件(RE1 ,RE2 ,...REN )，其中每一輻射元件與一主動式極化控制(PC1 ,PC2 ,...PCN )通訊。多波束架構2300另包含至少一波束形成網路(BFN1 ,BFN2 ,...BFNM )，與每波束形成網路(BFN1 ,BFN2 ,...BFNM )連接至主動式極化控制(PC1 ,PC2 ,...PCN )之至少一相位偏移器。在一示例性具體實施例中，每個輻射元件與M個相位偏移器通訊，且每個相位偏移器與M個波束形成網路中之一者通訊，以致於每個波束形成網路接收來自這些N個輻射元件之每一者的一信號。
在一示例性具體實施例中，這些相位偏移器可為主動式向量產生器或任何適用於相位偏移這些信號之其它組件。再者，這些波束形成網路與加總接合點(summing junction)可為被動式或主動式。再者，一多波束架構可類似地實作用於RF信號的傳輸。
請另參照圖23，這些主動式極化控制功能(PC1 ,PC2 ,...PCN )可為此處先前所列之這些具體實施例中之任一者。連接至這些主動式極化控制功能中的每一者為一功率分離器(用於接收應用)或功率組合器(用於傳送應用)。該功率分離器或功率組合器可實作成一被動式或主動式結構，如此處先前所述。與該功率分離器/組合器通訊的為一組向量產生器，其中每一向量產生器提供一相位偏移來支援一特定波束。在一示例性具體實施例中，在每一輻射元件處有M個向量產生器以支援M個獨立可操縱的波束。在一示例性具體實施例中，該組向量產生器與一功率組合器(用於接收應用)或功率分離器(用於傳送應用)通訊來完成該波束形成程序(beam formation process)。該功率分離器或功率組合器可實作成一被動式或主動式結構，如此處先前所述。
在不同的多種具體實施例中，具有與一單一輻射元件通訊的一波束形成網路之一多波束多頻帶架構，係設置成形成與偵測圓形極化的信號。
接收架構：根據一示例性具體實施例並參照圖24，雙重極化多波束接收架構2400包含主動式功率分離器、向量產生器及與輻射元件2401通訊的主動式功率組合器來形成多個波束。在一示例性具體實施例中，接收架構2400形成至少一右手圓形極化(Right-hand circular polarized，RHCP)波束，並形成至少一左手圓形極化(Left-hand circular polarized，LHCP)波束。更特定而言，在一示例性具體實施例中，接收架構2400形成N個RHCP波束(N RHCP beams)，並形成M個LHCP波束(M LHCP beams)。
每個波束不論是右手極化或左手極化，係藉由使用類似的組件組態而形成。在一示例性具體實施例中，一信號於輻射元件2401處接收，其具有一水平極化與一垂直極化。該垂直極化信號被傳遞至第一主動式功率分離器2410，而該水平極化信號被傳遞至第二主動式功率分離器2411。再者，第一主動式功率分離器2410可代表多個主動式功率分離器，而第二主動式功率分離器2411可代表相同數目的多個主動式功率分離器。在一示例性具體實施例中，主動式功率分離器2410、2411個別地區分該信號成為兩個或更多的信號，使得該垂直信號極化與水平信號極化被區分成某個數目的信號。
在一示例性具體實施例中，每個波束藉由使用第一向量產生器2420、第二向量產生器2421與主動式功率組合器2430來形成。第一向量產生器2420自第一主動式功率分離器2410接收一垂直極化的信號。第一向量產生器2420設置成調整該垂直極化信號之相位與振幅中至少一者用於波束操縱。再者，第二向量產生器2421自第二主動式功率分離器2411接收一水平極化的信號。第二向量產生器2421設置成調整該水平極化信號的相位與振幅中至少一者用於極化追蹤。在其它具體實施例中，該垂直極化信號對於極化追蹤而被調整，而該水平極化信號對於波束操縱而被調整。根據一示例性具體實施例，主動式功率組合器2430接收兩個輸出信號，一個信號來自第一向量產生器2420，而另一信號來自第二向量產生器2421。主動式功率組合器2430組合這些兩個信號成為一波束。該波束可為RHCP或LHCP，根據向量產生器2420、2421之參數而定。在一示例性具體實施例中，接收架構2400設置成以個別波束為基礎來提供完整的極化彈性(polarization flexibility)於波束上。無論如何，接收架構2400使用2*(M+N)個向量產生器來達成此完整的彈性。
相較於一完整的極化具體實施例，在一圓形極化具體實施例中使用較少的組件，因為圓形極化僅需要+/-90°極化追蹤。因此，根據一示例性具體實施例並參照圖25，具有圓形極化的雙重極化多波束接收架構2500包含主動式功率分離器及與輻射元件2501通訊之向量產生器來形成多個波束。
在一示例性具體實施例中，接收架構2500形成至少一RHCP波束並形成至少一LHCP波束。對於該完整極化具體實施例，接收架構2500可形成最多N個RHCP波束與M個LHCP波束。每個波束不論是右手極化或左手極化，係藉由使用類似的組件組態而形成。在一示例性具體實施例中，一信號於輻射元件2501處接收，其具有一水平極化成分與一垂直極化成分。該垂直極化信號被傳遞至第一主動式功率分離器2510，而該水平極化信號被傳遞至第二主動式功率分離器2511。再者，第一主動式功率分離器2510可代表多個主動式功率分離器，而第二主動式功率分離器2511可代表相同數目的多個主動式功率分離器。在一示例性具體實施例中，主動式功率分離器2510、2511個別地區分該信號成為兩個或更多的信號，使得這些垂直信號極化與水平信號極化被區分成某個數目的信號。
在一示例性具體實施例中，每個波束係藉由使用向量產生器2520與正交全通濾波器(Quadrature allpass filter，QAF，)2540而形成。在一示例性具體實施例中，QAF 2540自第一主動式功率分離器2510接收一垂直極化信號，及自第二主動式功率分離器2511接收一水平極化信號。QAF 2540組合這些垂直與水平極化信號，而於這些兩個信號之間射出一公稱90°的相對相位偏移。該組合的輸出信號由QAF 2540傳遞到向量產生器2520。向量產生器2520設置成藉由調整該組合的信號之相位與振幅中至少一者來提供波束操縱。
該波束可為RHCP或LHCP，根據與QAF 2540的信號輸入連接而定。例如，為了產生一RHCP波束，一垂直極化信號連接至QAF 2540的一I向量輸入，而一水平極化信號連接至QAF 2540的一Q向量輸入。相反地，為了產生一LHCP波束，一垂直極化信號連接至QAF 2540的Q向量輸入，且一水平極化信號連接至QAF 2540的I向量輸入。在一示例性具體實施例中，接收架構2500藉由使用(M+N)個向量產生器而提供每個波束上的圓形極化。
在另一示例性具體實施例中，有可能有一種具有圓形極化的雙重極化多波束接收架構的一較簡單的組件組態。類似於接收架構2500，在一示例性具體實施例中，一接收架構包含一第一主動式功率分離器、一第二主動式功率分離器及與一輻射元件通訊的一修正的向量產生器。但是，相反於接收架構2500，不使用正交全通濾波器。對於每個波束，且仍使用接收架構2500做為參照，排除向量產生器2520的該輸入處的該QAF，QAF 2540連同地被排除，而產生一修正的向量產生器。
這些兩個QAF組件的排除為冗餘的結果。在接收架構2500中，QAF 2540接收兩個輸入向量，為方便起見稱之為一Q向量與一I向量。參照類似的向量產生器500，向量產生器2520亦包含一QAF，其為獨立且相反於QAF 2540。在向量產生器2520中，該QAF接收一單一信號，並產生一Q向量與一I向量。在一示例性具體實施例中，兩個相反的QAF之串級(cascade)執行一冗餘功能(redundant function)，並可被排除。在該示例性具體實施例中，來自該輻射元件的這些垂直與水平極化信號連接至一修正的向量產生器之相位倒轉開關。QAF的排除在當這些QAF原始為彼此相反時即有可能。換言之，倒轉的背對背QAF射出相反的相位偏移而彼此抵消，並成為可消耗的(expendable)。
排除這些兩個QAF達到的系統好處，例如排除關聯於每個QAF之歐姆損耗，其大約為3 dB。另一個好處為該QAF為該向量產生器的頻寬限制元件，造成該修正的向量產生器能夠具有一擴充的頻寬。
傳送架構：根據一示例性具體實施例並參照圖26，雙重極化多波束傳送架構2600包含主動式功率分離器、向量產生器及與輻射元件2601通訊之主動式功率組合器來由多個輸入波束形成一雙重極化的傳送信號。在一示例性具體實施例中，傳送架構2600由至少一RHCP波束與由至少一LHCP波束產生一雙重極化的傳送信號。更特定而言，在一示例性具體實施例中，傳送架構2600輸入包括N個RHCP波束，與M個LHCP波束。
每個波束，不論是右手極化或左手極化，藉由使用一類似的組件組態而被加入該雙重極化的輸出信號。在一示例性具體實施例中，主動式功率分離器2610接收具有右手或左手圓形極化的一波束，並區分該波束成為兩個區分的信號。第一向量產生器2620於該輸入處接收這些兩個區分的信號中之一者。第二向量產生器2621於該輸入處接收這些兩個區分的信號中之另一者。第一向量產生器2620設置成調整該區分的信號之相位與振幅中至少一者用於波束操縱。第二向量產生器2621設置成調整該區分的信號之相位與振幅中至少一者用於極化追蹤。在其它具體實施例中，第一向量產生器2620執行極化追蹤，而第二向量產生器2621執行波束操縱。
再者，在一示例性具體實施例中，第一向量產生器2620產生一垂直極化的信號，其與在第一主動式功率組合器2630中其它垂直極化的信號組合。第一主動式功率組合器2630之組合的輸出信號做為一垂直極化信號被傳遞至輻射元件2601。再者，在該示例性具體實施例中，第二向量產生器2621產生一水平極化的信號，其與在第二主動式功率組合器2631中其它水平極化的信號組合。第二主動式功率組合器2631之組合的輸出信號做為一水平極化信號被傳遞至輻射元件2601。主動式功率組合器2630可代表多個主動式功率組合器，而第二主動式功率組合器2631可代表相同數目的多個主動式功率組合器。在一示例性具體實施例中，傳送架構2600設置成以個別波束為基礎在波束上提供完整的極化彈性。無論如何，傳送架構2600使用2*(M+N)個向量產生器來達成此完整的彈性。
相較於一完整的極化具體實施例，在一圓形極化具體實施例中使用較少的組件，因為圓形極化僅需要+/- 90°極化追蹤。因此，在一示例性具體實施例中並參照圖27，具有圓形極化的雙重極化多波束傳送架構2700包含向量產生器及與輻射元件2701通訊的主動式功率組合器，以由多個輸入波束形成一雙重極化的傳送信號。在一示例性具體實施例中，傳送架構2700由至少一RHCP波束與由至少一LHCP波束產生一雙重極化的傳送信號。對於該完整極化具體實施例，傳送架構2700輸入包括N個RHCP波束與M個LHCP波束。
每個波束，不論是右手極化或左手極化，藉由使用一類似的組件組態而被加入該雙重極化的輸出信號。在一示例性具體實施例中，向量產生器2720接收一輸入波束。向量產生器2720設置成調整該輸入波束之相位與振幅中至少一者。向量產生器2720之輸出信號被傳遞到QAF 2740。在一示例性具體實施例中，QAF 2740區分輸出信號成為一垂直信號與一水平信號，而在這些兩個信號之間射出一公稱90°的相對相位偏移，以產生垂直與水平極化。
再者，在一示例性具體實施例中，QAF 2740產生一垂直極化的信號，其與在第一主動式功率組合器2730中其它垂直極化的信號組合。第一主動式功率組合器2730之組合的輸出信號做為一垂直極化信號被傳遞至輻射元件2701。再者，在該示例性具體實施例中，QAF 2740亦產生一水平極化的信號，其與在第二主動式功率組合器2731中其它水平極化的信號組合。第二主動式功率組合器2731之組合的輸出信號做為一水平極化信號被傳遞至輻射元件2701。主動式功率組合器2730可代表多個主動式功率組合器，而第二主動式功率組合器2731可代表相同數目的多個主動式功率組合器。
在一示例性具體實施例中，傳送架構2700藉由交替QAF 2740的哪個輸出信號被傳遞到每個主動式功率組合器來調整該輸入波束為RHCP或LHCP。例如，如圖27所示，對於一RHCP波束，一垂直極化信號連接至QAF 2740之一I向量輸出。相反地，對於一LHCP，一垂直極化信號連接至QAF 2740的一Q向量輸出。在一示例性具體實施例中，傳送架構2700使用(M+N)個向量產生器由圓形極化的輸入波束形成一雙重極化的輸出信號。
雖然圖24至27所示為一維的相位陣列，亦可考慮一二維的相位陣列，其將為本技藝專業人士所瞭解。
在一示例性具體實施例中，這些向量產生器的軟體重新設置在當該系統操作時即時地發生，其使得一相位陣列天線可具有前述之這些能力。此外，在該示例性具體實施例中，並無任何對於極化改變或系統變化所需要之實體上及/或人工上的作業的硬體改變。換言之，在一示例性具體實施例中，該相位陣列天線係完全電子式調整，相較於典型的系統其可產生更大的自由度。再者，一相位陣列天線之信號極化的動態控制具有許多應用。
在一應用具體實施例中，信號極化的動態控制藉由利用極化跳躍(polarization hopping)來實作於安全通訊(secure communication)。通訊安全性可藉由改變在其它授權的使用者已知的一速率下之一通訊信號的極化來增強。一未授權的使用者將不知道在任何給定時刻下的正確極化，且如果使用一固定極化時，該未授權的使用者將僅在短暫時間內具有正確的極化。對於安全通訊之極化跳躍的類似應用係將極化跳躍用於信號掃描。換言之，該天線之極化可被連續地調整來對信號偵測進行監視。
在一示例性具體實施例中，信號極化的動態控制促進使用一單一天線之雷達目標辨識。雷達目標辨識系統使用來自多種極化的資訊，以提供增加的目標辨識資訊。此外，一反射的信號之極化與信號強度可由其所反射之物件所改變。因此，在一示例性具體實施例中，一單一天線設置成接收多種極化，並由於取得更多關於該目標之資訊而產生較佳的辨識。
四色彩系統： 在消費者衛星RF通訊的領域中，一衛星基本上將傳送及/或接收資料(例如電影及其它電視節目、網際網路資料及/或類似者)給在其家中具有個人衛星碟(satellite dish)的消費者。最近這些衛星可由更多的行動平台(例如附加在飛機、火車及/或汽車的收發器)傳送/接收資料。可預期在未來增加使用掌上型或攜帶式衛星收發器將成為常態。雖然在此文件中有時候以有關於家用衛星收發器來描述，但是現在所討論的先前技術限制可應用到與一衛星進行通訊的任何個人消費者地面式收發器(或傳送器或接收器)。
一傳遞中的射頻(RF)信號可具有不同的極化，即線性、橢圓形或圓形。線性極化由垂直極化與水平極化構成，而圓形極化由左手圓形極化(LHCP)與右手圓形極化(RHCP)構成。一天線基本上設置成傳送一種極化，例如LHCP，並抑制另一種極化，例如RHCP。
並且，習用的非常小型孔徑終端機(Very small aperture terminal，VSAT)天線利用與硬體相關的一種固定極化。該基本極化通常於該衛星終端機安裝期間做設定，此時該極化器硬體之人工組態為固定。例如，一極化器通常對於LHCP或RHCP做設定，並繫緊在定位上。，在一習用的VSAT天線中，改變極化可能需要解開該極化器，將其旋轉90°成相反的圓形極化，然後重新繫緊該極化器。顯然這對於大量的頻率是無法完成的，且在特定的一天內每個技師僅可切換有限數目(以5或可能10為標準)的收發器。
不像是典型的單一極化天線，一些裝置被設置成改變極化，而不需要拆解該天線終端機。例如，一先前具體實施例係使用「棒球式」開關，以提供極化之間的電子式可操縱切換。這些「棒球式」開關之旋轉藉由連接一信號路徑並終止另一信號路徑造成極化的改變。但是，每個「棒球式」開關需要具有獨立的控制電路之個別的旋轉式致動器，其會增加裝置的成本，使得此組態無法使用(如果完全無法)在消費者寬頻或VSAT終端機中，但另可用於具有有限數目終端機之大型地面站台。
再者，另一種方法為提供一種對於每個極化具有重複硬體的系統。該極化選擇藉由完成或致能所需要信號之路徑並解除選擇不需要之信號來達到。此方法常用於僅用於接收的終端機，例如具有低成本硬體的衛星電視接收器。但是，傳送與接收的雙向終端機，例如VSAT或寬頻終端機，倍化該硬體大為增加該終端機的成本。
習用的衛星可經由一特定頻帶與一特定極化上的射頻信號與地面式收發器進行通訊。一頻帶與極化之每種組合已知為一種「色彩」(color)。該衛星將以在一「波束」中的信號傳送至一本地地理區域，且能夠存取在該波束上的信號之該地理區域可由一地圖上的「斑點」(spot)來表示。每個波束/斑點將具有一關聯的「色彩」。因此，不同色彩的波束將不具有相同的頻率、相同的極化或兩者。
實務上，相鄰斑點之間有些重疊，使得任何特定點可有兩個、三個或更多的波束可由任何一地面式收發器「看見」。相鄰的斑點基本上將具有不同的「色彩」，以降低來自相鄰波束的雜訊/干擾。
在先前技術中，寬頻消費者衛星收發器基本上設定為一種色彩，且在該收發器的壽命期間維持該設定。如果由該衛星傳送的該信號之色彩被改變，以該色彩與該衛星正在通訊的所有地面式收發器將立即中斷或切斷。基本上，一技師必須造訪該消費者的家，並人工地改變(或可能實體上拆解並重新組裝)該收發器或極化器，以使得該消費者的地面式收發器再一次地能夠以新的「色彩」信號與該衛星進行通訊。此為在該先前技術中的實際影響，對於自該衛星傳送的該信號色彩並未進行改變。
為了類似的原因，第二種實際限制為地面式收發器基本上無法由一種色彩改變成另一種(即如果它們被改變，即為一人工程序)。因此，需要一種新的低成本方法與裝置，以遠端地改變一天線系統之頻率及/或極化。亦需要一種方法與裝置可近乎即時性並經常做改變。
在斑點波束通訊衛星系統(spot beam communication satellite system)中，利用頻率與極化多樣性兩者來降低來自鄰近斑點波束之干擾。在一示例性具體實施例中，頻率與極化兩者皆在地理上相隔的其它波束中重新使用，以最大化通訊傳輸容量。這些斑點波束樣式通常藉由使用不同色彩而在一地圖上被辨識，以辨識用於該斑點波束的頻率與極性的組合。然後藉由使用有多少的不同組合(或「色彩」)來定義該頻率與極性重新使用樣式。
根據多種示例性具體實施例並參照圖28，一天線系統設置成頻率與極化切換。在一特定示例性具體實施例中，該頻率與極化切換包含於兩個頻率範圍之間與兩個不同極化之間切換，這已知為四色彩切換(four color switching)。在其它示例性具體實施例中，該頻率與極化切換包含對於總共六個個別色彩之在三個頻率範圍之間與兩個不同極化之間的切換。再者，在多種示例性具體實施例中，該頻率與極化切換可包含利用任何適當數目的頻率範圍在兩個極化之間切換。在另一示例性具體實施例中，該頻率與極化切換可包含利用任何適當數目的頻率範圍在兩個以上的極化之間切換。
根據多種示例性具體實施例中，執行頻率與極化切換的能力在地面式微波通訊終端機中具有許多好處。例如，這樣一來可促進增加頻寬、負載偏移(load shifting)，漫遊(roaming)、增加資料速率/下載速度，改善該系統上一使用者群組之整體效率，或改善個別的資料通訊速率。在一示例性具體實施例中，地面式微波通訊終端機包含點對點終端機。在另一示例性具體實施例中，地面式微波通訊終端機包含用於與任何衛星進行通訊的地面終端機，此衛星例如為設置成切換一廣播的RF信號之頻率範圍及/或極性之衛星。這些地面式微波通訊終端機為斑點波束式的系統(spot beam based system)。
根據多種示例性具體實施例，設置成傳遞一或多個RF信號波束(其每一者關聯於一斑點及/或色彩)的衛星，其在微波通訊系統中具有許多好處。例如，類似於前述根據多種具體實施例中的示例性終端機，這樣一來可促進增加頻寬、負載偏移、漫遊、增加資料速率/下載速度，改善該系統上一使用者群組的整體效率，或改善個別的資料通訊速率。根據另一種示例性具體實施例，該衛星設置成遠端地切換由該衛星廣播的RF信號之頻率範圍及/或極性。這在微波通訊系統中具有許多好處。在另一示例性具體實施例中，衛星係與任何適當的地面式微波通訊終端機進行通訊，例如有能力執行頻率及/或極化切換的終端機。
先前技術之斑點波束式系統使用頻率與極化多樣性來降低或排除來自鄰近斑點波束的干擾。這可允許在非鄰近波束中重複使用頻率，而可以增加衛星容量與通量(throughput)。可惜地是，在先前技術中，為了具有這種多樣性，這種系統的安裝者必須能夠在安裝時設定正確的極性，或攜帶不同極性版本的終端機。例如，在安裝場所，一安裝者可能攜帶要設置成左手極化的第一終端機與要設置成右手極化的第二終端機，並使用該第一終端機在一地理區域，而使用該第二終端機在另一地理區域。另外，該安裝者可以拆解並重新組裝一終端機來將其由一種極化切換到另一種極化。此可藉由例如移除該極化器，將其旋轉90°，並在此新的方向上重新安裝該極化器來完成。這些先前技術的解決方案很繁雜，在於令人討厭地必須攜帶多種組件到該安裝場所。並且，這些人工拆解/重新組裝步驟造成人為錯誤及/或缺陷的可能性。
再者，這些先前技術解決方案對於所有實務上的目的而言，永久地設定一特定終端機的頻率範圍與極化。此亦因為對於該頻率範圍與極化的任何改變將牽涉到一服務召喚的時間與費用。一安裝者將必須造訪該實際地點，並藉由使用該拆解/重新組裝技術或藉由僅切換到整個終端機來改變該極化。在消費者寬頻衛星終端機市場上，該服務召喚的成本會超過該設備的成本，且概言之，人工地改變這些終端機中的極性在經濟性上並不可行。
根據多種示例性具體實施例，提供一種用於電子式或機電式切換頻率範圍及/或極性的低成本系統與方法。在一示例性具體實施例中，一終端機的頻率範圍及/或極化可不需透過人為觸碰該終端機來改變。換言之，一終端機的頻率範圍及/或極化可在沒有服務召喚情況下改變。在一示例性具體實施例中，該系統設置成遠端地使得該終端機的頻率範圍及/或極性被改變。
在一示例性具體實施例中，該系統與方法促進安裝一單一種類的終端機，其能夠被電子式地設定成在兩個或兩個以上頻率範圍內的一需要的頻率範圍。一些示例性頻率範圍包括接收10.7 GHz到12.75 GHz，傳送13.75 GHz到14.5 GHz，接收18.3 GHz到20.2 GHz，並傳送28.1 GHz到30.0 GHz。再者，一點對點系統之其它需要的頻率範圍落在15 GHz到38 GHz內。在另一示例性具體實施例中，該系統與方法促進安裝一單一種類的終端機，其能夠被電子式地設定成兩種或兩種以上極性中的一需要的極性。這些極性可包含例如左手圓形、右手圓形、垂直線性、水平線性、或任何其它正交極性。再者，在多種示例性具體實施例中，一單一種類的終端機可被安裝，其能夠分別由頻率範圍與極性的多種選擇當中電子式地選擇該終端機的頻率範圍與極性兩者。
在一示例性具體實施例中，傳送與接收信號為成對，以致於一共通切換機制同時地切換兩個信號。例如，一「色彩」可為使用RHCP之頻率範圍在19.7 GHz到20.2 GHz中的一接收信號，及使用LHCP之頻率範圍在29.5 GHz到30.0 GHz中的一傳送信號。另一種「色彩」可使用相同的頻率範圍，但使用RHCP傳送並使用LHCP接收。因此，在一示例性具體實施例中，傳送與接收信號在相反的極化中操作。但是，在一些示例性具體實施例中，傳送與接收信號在相同的極化中操作，其會增加無自我干擾作業(self-interference free operation)之信號隔離需求。
因此，一單一終端機種類可被安裝，其可用第一種方法設置在一第一地理區域，並用第二種方法設置在不同於該第一區域的一第二地理區域，其中該第一地理區域使用一第一色彩，而該第二地理區域使用不同於該第一色彩的一第二色彩。
根據一示例性具體實施例，一種像是地面式微波通訊終端機的終端機，可設置成促進負載平衡(load balancing)。根據另一示例性具體實施例，一衛星可設置成促進負載平衡。負載平衡牽涉到將在一特定衛星或點對點系統上的部份負載由一極性/頻率範圍「色彩」或「波束」移動到另一者。在一示例性具體實施例中，該負載平衡可藉由遠端地切換該終端機或該衛星之任一者的頻率範圍及/或極性的能力來致能。
因此，在示例性具體實施例中，一種負載平衡的方法包含遠端地切換一或多個地面式微波通訊終端機的頻率範圍及/或極性的這些步驟。例如，系統操作者或負載監視電腦可判定在系統頻寬資源中動態變化已經產生一種狀況，其中將有利於移動某些使用者到較不擁塞的鄰近波束。在一示例中，那些使用者可在稍後當該負載再次改變時被移回。在一示例性具體實施例中，此信號切換(且因此此衛星容量「負載平衡」)可定期地執行。在其它示例性具體實施例中，負載平衡可同時或實質上同時於許多終端機上執行(例如數百或數千台終端機)。在其它示例性具體實施例中，負載平衡可在許多終端機上執行，而不需要數千台使用者終端機人工地重新設置。
在一示例性具體實施例中，信號極化的動態控制藉由利用極化跳躍來實作於安全通訊。通訊安全性可藉由改變在其它授權的使用者已知的一速率下的一通訊信號的極化來增強。一未授權的使用者將不知道在任何給定時刻下的正確極化，且如果使用一固定極化時，該未授權的使用者將僅在短暫時間內具有正確的極化。對於安全通訊之極化跳躍的類似應用係將極化跳躍用於信號掃描。換言之，該天線之極化可被連續地調整來對信號偵測進行監視。
在一示例性具體實施例中，該負載平衡基於系統負載可視需要經常地執行。例如，負載平衡可以季節為基礎來完成。例如，負載可在當學校、大學及類似者開始及結束學期時顯著地變化。在另一示例中，放假期間可能造成顯著的負載變化。例如，一特定地理區域可能具有非常高的資料流量之負載。這可由於高於該地區之平均人口密度，高於該地區之收發器的平均數目，或高於在該地區之資料傳輸的平均使用量。在另一示例中，負載平衡以每小時為基礎來執行。再者，負載平衡可在任何適當時間執行。在一示例中，如果最大使用量在下午6至7點之間，則在最沉重負載之波束區域中的一些使用者可被切換到不同時區中的相鄰波束。在另一示例中，如果一地理區域包含辦公室與家庭終端機兩者，且這些辦公室終端機在不同時間要比家庭終端機會經歷到最沉重的負載，該負載平衡可在家庭與辦公室終端機之間來執行。在又另一具體實施例中，一特定區域可具有增加的本地化信號傳輸流量，例如關於公司、科學研究活動、圖形/視訊密集的娛樂資料傳輸、運動項目或展覽會範圍內的高流量。換言之，在一示例性具體實施例中，負載平衡可藉由切換一個群組的收發器之任何子群組的色彩來執行。
在一示例性具體實施例中，該消費者寬頻地面式終端機設置成基於預先程式化的指令來判定可使用那些色彩，並切換到另一個作業色彩。例如，該地面式終端機可看到兩個或兩個以上的波束(每一個為不同色彩)。該地面式終端機可判定這些兩個或兩個以上的波束中哪些較適合做連接。此判定可基於任何適當的因素來進行。在一示例性具體實施例中，所要使用之色彩的判定係基於該資料速率、該下載速度，及/或關聯於該色彩之該波束上的容量。在其它示例性具體實施例中，該判定係隨機性或以任何其它適當方式來做出。
此技術可用於地理性靜止的具體實施例，因為負載會由於多種原因而在短期間與長期間兩者當中變化，且這種自我調整的色彩選擇促進負載平衡。此技術亦可用於行動衛星通訊做為一「漫遊」的形式。例如，在一示例性具體實施例中，該寬頻地面式終端機設置成基於信號強度而切換到另一種作業色彩。這是有別於傳統的行動電話式漫遊，其中該漫遊判定係基於信號強度。相反地，在此處該色彩分佈係基於在該頻道上的容量。因此，在一示例性具體實施例中，當該終端由一個斑點移動到另一斑點時，要使用哪一種色彩的判定可被決定出以最佳化通訊速度。另外在一示例性具體實施例中，由該衛星廣播的一色彩信號可改變，或該斑點波束可被移動，且該寬頻地面式終端機仍可設置成自動地調整來以一不同的色彩進行通訊(例如基於頻道容量)。
根據另一示例性具體實施例，一衛星設置成傳遞一或多個RF信號波束，其每一者關聯於一斑點及/或色彩。根據另一種示例性具體實施例，該衛星設置成遠端地切換由該衛星廣播的RF信號之頻率範圍及/或極性。在另一示例性具體實施例中，一衛星可設置成廣播額外的色彩。例如，一區域及/或一衛星可在第一次僅具有四個色彩，但可在第二次動態地加入兩個額外的色彩(造成總共六個色彩)。在此狀況下，會需要改變一特定斑點之色彩成為這些新色彩中之一者。請參照圖29A，斑點4由「紅色」然後變成新的「黃色」。在一示例性具體實施例中，加入色彩的能力可為該系統之能力的一項功能，該系統之能力為在一裝置之內的一寬的頻寬上操作、傳送及/或接收，並在該寬的頻寬上調整該裝置的頻率。
根據一示例性具體實施例並重新參照圖28，一衛星可具有一下鏈(downlink)、一上鏈(uplink)及一涵蓋區域(coverage area)。該涵蓋區域可包含較小的區域，其每一者對應於一斑點波束來照射該各別的區域。斑點波束可彼此鄰接，並具有部分重疊的區域。一衛星通訊系統具有許多參數來運作：(1)正交時間(orthogonal time)或頻率槽(frequency slot)的數目(以下定義為色彩樣式(color pattern))；(2)波束間隔(beam spacing)(在交會點(cross-over point)處由該波束的滾動(roll-off)而特徵化)；(3)頻率重新使用樣式(frequency re-use pattern)(該重新使用樣式在結構上可為規則的，其中需要一均勻分佈的能力)；及(4)波束數目(具有更多波束的一衛星將提供更多的系統彈性與較佳的頻寬效率(bandwidth efficiency))。極化可做為一數量(quantity)以定義除了時間或頻率槽之外的一重新使用樣式。在一示例性具體實施例中，這些斑點波束可包含一第一斑點波束與一第二斑點波束。該第一斑點波束可照射在一地理區域之內的一第一區域，藉以傳送資訊至第一複數個用戶終端機(subscriber terminal)。該第二斑點波束可照射在該地理區域之內並鄰接於該第一區域的一第二區域，藉以傳送資訊至第二複數個用戶終端機。這些第一與第二區域可部分重疊。
該第一斑點波束可以具有第一特性極化(characteristic polarization)。該第二斑點波束可以具有第二特性極化，其正交於該第一極化。該極化正交性(polarization orthogonality)用於提供鄰接波束之間的一隔離量。極化可以結合於頻率槽，以達到鄰接波束以及其各別的涵蓋區域之間較高的隔離度。在該第一波束中的這些用戶終端機可具有匹配該第一特性極化的極化；在該第二波束中的這些用戶終端機可具有匹配該第二特性極化的極化。
在這些鄰接波束之重疊區域中的這些用戶終端機可選擇性被指定給該第一波束或該第二波束。此選擇性的指定為該衛星系統之內的彈性，並可藉由在服務開始之後對於該重疊區域內任何用戶終端機的重新指定而改變。可在由鄰接的斑點波束照射的一重疊區域中遠端地改變一用戶終端機的極化之能力，為使用該衛星資源來改變用戶分佈與數量之作業與最佳化當中的重要改善。例如，其可有效率地使用衛星資源，並改善個別的用戶服務來重新指定一使用者或一使用者群組由一第一波束到一第二波束或由一第二波束到一第一波束。使用極化做為一數量來提供鄰接波束之間的隔離的衛星系統因此可設置成，藉由傳送包含一命令的信號來將該極化由一第一極化狀態切換或改變到一第二正交極化狀態而遠端地改變該極化。該極化之刻意的改變可促進在使用極化以增加一波束隔離量的一斑點波束衛星系統中重新指定至一鄰接的波束。
該下鏈基於選出的頻率及/或極化的組合而可包含多個「色彩」。雖然可使用其它頻率及頻率範圍，以及使用其它的極化，但是此處提供一多重色彩具體實施例的一示例。例如，並重新參照圖28，在該下鏈中，色彩U1、U3及U5為左手圓形極化(LHCP)，而色彩U2、U4及U6為右手圓形極化(RHCP)。在該頻率領域中，色彩U3及U4來自18.3-18.8 GHz；U5及U6來自18.8-19.3 GHz；而U1與U2來自19.7-20.2 GHz。應注意在此示例性具體實施例中，每個色彩代表一500 MHz的頻率範圍。在其它示例性具體實施例中可使用其它頻率範圍，因此，由這些可使用的選項當中選擇LHCP或RHCP中之一者並指定一頻帶將指明一色彩。類似地，該上鏈包含多個頻率/極化的組合，其每一者可指定為一色彩。通常，LHCP與RHCP如所示為相反，提供增加的信號隔離，但此並非必要。在該上鏈中，色彩U1、U3及U5為RHCP，而色彩U2、U4及U6為LHCP。在該頻率領域中，色彩U3及U4來自28.1-28.6 GHz；U5及U6來自28.6-29.1 GHz；而U1與U2來自29.5-30.0 GHz。應注意在此示例性具體實施例中，每個色彩類似地代表一500 MHz的頻率範圍。
在一示例性具體實施例中，該衛星可以廣播關聯於一斑點與一色彩之一或多個RF信號波束(斑點波束)。此衛星另設置成將該斑點的色彩由一第一色彩改變成一第二不同的色彩。因此，請重新參照圖29A，斑點1由「紅色」變為「藍色」。
當一斑點的色彩改變時，亦需要改變鄰接斑點的色彩。再次參照圖29A，該地圖顯示在一第一時間點的斑點色彩群組，其中此群組在此時被指定為9110，而該地圖的一複本顯示在一第二時間點的斑點色彩群組，指定為9120。這些色彩之部份或全部可在該第一時間點與該第二時間點之間改變。例如，斑點1由紅色變為藍色，而斑點2由藍色變為紅色。但是斑點3維持相同。依此方式，在一示例性具體實施例中，鄰接的斑點並非相同的色彩。
這些斑點波束之部份為一種色彩，而其它則為不同的色彩。對於信號隔離而言，類似色彩的這些斑點波束基本上並不彼此鄰接。在一示例性具體實施例中並再次參照圖28，對於四個色彩斑點波束頻率重新使用而言，所例示之分佈樣式(distribution pattern)提供一示例性配置樣式(layout pattern)。應瞭解利用此樣式，色彩U1將不會鄰接於另一色彩U1等。但是應注意基本上這些斑點波束將部分重疊，且這些斑點波束可以較佳地以圓形的涵蓋區域表示。再者，應瞭解該信號的強度可隨著與該圓形中心的距離而降低，所以該圓形僅近似該特定斑點波束之涵蓋範圍。這些圓形的涵蓋區域可覆蓋在一地圖上，以判定在一特定區域中可以使用哪些斑點波束。
根據一示例性具體實施例，該衛星設置成將一或多個斑點由一第一地理位置偏移至一第二地理位置。此可描述成將該斑點的中心由一第一位置偏移至一第二位置。此亦可描述成改變該斑點的有效大小(例如直徑)。根據一示例性具體實施例，該衛星設置成將該斑點的中心由一第一位置偏移至一第二位置及/或改變一或多個斑點之有效大小。在先前技術中不可能偏移一斑點，因為這種動作將會中斷地面式收發器。這些地面式收發器將被中斷，因為一或多個斑點之偏移將使得一些地面式終端機無法與一不同色彩的新斑點進行通訊。
但是在一示例性具體實施例中，這些收發器設置成可簡易地切換色彩。因此，在一示例性方法中，一或多個斑點之地理位置被偏移，且這些地面式收發器之色彩可視需要調整。
在一示例性具體實施例中，這些斑點被偏移，使得一高負載地理區域由兩個或兩個以上的部分重疊的斑點所涵蓋。例如，請參照圖29B與29C，特定地理區域9210可具有一非常高的資料流量負載。在此示例性具體實施例中，區域9210在第一時間點僅由斑點1供應，如圖29B所示。在圖29C所示之第二時間點，這些斑點已經被偏移，使得區域9210現在由斑點1、2及3供應或涵蓋。在此具體實施例中，區域9210中的地面式收發器可被調整，使得這些收發器之部份由斑點1供應，其它由斑點2供應，而又其它的由斑點3供應。換言之，在區域9210中的收發器可被選擇性地指定三種色彩中之一者。依此方式，在此區域中的負載可以共享或負載平衡。
在一示例性具體實施例中，這些衛星及/或終端機之切換可以任何規則性發生。例如，該極化可於晚間被切換，然後於營業時間被切換回來，以反映出不同時間之傳輸負載的變化。在一示例性具體實施例中，該極化可於該系統中元件壽命期間被切換數千次。
在一示例性具體實施例中，該終端機的色彩直到安裝該地面式收發器之後才被判定或指定。此係相反於由工廠出貨時，被設定為一特定色彩的單體(unit)。將一地面式收發器運送出去而不考慮其「色彩」的能力可促進較簡單的庫存程序，因為僅有一種單體(相對於兩種或四種或更多)需要被儲存。在一示例性具體實施例中，該終端機被安裝，然後該色彩以人工或電子式的自動化方式(即該技師無法造成人為錯誤)被設定。在另一示例性具體實施例中，該色彩被遠端地設定，例如由一遠端中央控制中心所指定。在另一示例性具體實施例中，該單體本身判定最佳的色彩，並以該色彩操作。
可注意到對於一特定終端機判定要使用哪種色彩可基於任何數目的因素。該色彩可基於哪個信號最強，基於可使用的色彩之間可使用的相對頻寬，於可使用的色彩當中隨機地指定，基於地理性考量，基於時間性考量(例如天氣、頻寬使用量、事件、工作樣式、星期幾、運動賽會及/或類似者)，及/或類似者。在此之前，一地面式消費者寬頻終端機無法基於在安裝時或在使用期間快速、遠端地變化之狀況來判定使用哪種色彩。
根據一示例性具體實施例，該系統設置成促進用戶終端機的遠端定址能力(addressability)。在一示例性具體實施例中，該系統設置成遠端地定址一特定終端機。該系統可設置成定址每一用戶終端機。在另一示例性具體實施例中，一用戶終端機的群組可被定址。此可使用現在已知或在之後發明的任何數目的方法而發生，以傳遞指令於一特定收發器及/或用戶終端機的群組。因此，一遠端信號可命令一終端機或終端機群組由一種色彩切換到另一種色彩。這些終端機可用任何適當方式定址。在一示例性具體實施例中，一網際網路通訊協定(Internet Protocol，IP)位址係關聯於每一終端機。在一示例性具體實施例中，這些終端機可經由數據機或機上盒(set top box)(例如經由網際網路)來定址。因此，根據一示例性具體實施例，該系統設置成藉由傳送被定址到一特定終端機的一命令，遠端地改變一用戶終端機的特性極化。此可促進負載平衡及類似者。該次群組可為在一較大地理區域內的一地理次群組，或以任何適當基礎所形成的任何其它群組。
依此方式，一個別單體可用一對一的基礎進行控制。類似地，在一次群組中的所有單體可在同時間被命令來改變色彩。在一具體實施例中，一群組被打散成小的次群組(例如100個次群組，其每一者包含該較大群組中這些終端機的1%)。其它次群組可包含這些終端機的5%、10%、20%、35%、50%及類似者。這些次群組的顆粒性(granularity)可促進在該負載平衡中更微細地調整。
因此，位在地圖上位置A處的具有一四色彩可切換式收發器的個人(請見圖28之實際分佈例示)將具有可使用的色彩U1、U2及U3。該收發器能夠被切換成在那三種色彩中，最符合當時需要之一者上操作。同樣地，在地圖上位置B將可使用色彩U1及U3。最後，在地圖上的位置C將可使用色彩U1。在許多實際狀況中，一收發器在一特定區域內將有兩個或三個色彩選項可使用。
應注意色彩U5及U6亦可使用，且另增加色彩的選項以用於一斑點波束樣式內。此亦可另增加在一特定位置上一特定收發器可使用的這些選項。雖然描述為一四種或六種色彩具體實施例，但是可使用任何適當數目的色彩來進行色彩切換，如此處所述。並且，雖然在此處描述為一衛星，但是該說明可有效用於設置成與該收發器進行通訊的其它類似的遠端通訊系統。
該終端機的頻率範圍/極化可以遠端地、本地地、人工地或其某些組合當中至少一者來選擇。在一示例性具體實施例中，該終端機設置成被遠端控制來由一頻率範圍/極化切換到另一者。例如，該終端機可自控制切換該頻率範圍/極化的一中央系統接收一信號。該中央系統可判定負載變化已經顯著地減慢該左手極化頻道，但該右手極化頻道有可使用的頻寬。然後該中央系統可以遠端地切換一些終端機的極化。這將可改善被切換與非切換之類似使用者的頻道可用性。再者，要切換的這些單體可基於地理、天氣、使用特性、個別頻寬需求及/或其它考量來選擇。再者，該頻率範圍/極化的切換可做為對打電話給該公司反應不良的傳輸品質的客戶的回應。
應注意雖然在此處所述內容為切換頻率範圍與極化兩者，但是當僅切換頻率或極化中之一者時，亦可實現類似於此處所討論到的好處與優點。
此處所述之頻率範圍切換可用任何數目的方式執行。在一示例性具體實施例中，該頻率範圍切換係電子式地執行。例如，該頻率範圍切換可藉由調整一相位陣列中的相位偏移器，於這些固定的頻率振盪器(frequency oscillator)或這些轉換器(converter)之間切換，及/或使用包含一可調式振盪器信號(tunable oscillator signal)之一可調式雙重轉換傳送器(tunable dual conversion transmitter)來實作。用於本發明之頻率切換的額外態樣係揭示於美國專利申請編號12/614,293，名為「具有單一本地振盪器之雙重轉換傳送器」(DUAL CONVERSION TRANSMITTER WITH SINGLE LOCAL OSCILLATOR)，其申請日為2009年11月6日；其內容在此以參照方式加以併入。
根據另一示例性具體實施例，此處所述之該極化切換可用任何數目的方式執行。在一示例性具體實施例中，該極化切換藉由調整在正交天線埠上的信號之相對相位來電子式地執行。在另一示例性具體實施例中，該極化切換係機械式地執行。例如，該極化切換可藉由使用一喇叭式開關(trumpet switch)來實作。該喇叭式開關可電子式地致動。例如，該喇叭式開關可由電磁鐵、伺服馬達、電感器、電磁圈(solenoid)、彈簧、馬達、機電裝置或其任何組合來致動。再者，該切換機制可為設置成移動及維持該喇叭式開關之位置的任何機制。再者，在一示例性具體實施例中，喇叭式開關由一閂鎖機構(latching mechanism)維持在定位。該閂鎖機構例如可為固定式磁鐵。該閂鎖機構保持喇叭式開關在定位，直到該天線被切換到另一極化為止。
如此處所述，該終端機可設置成接收造成切換的一信號，且該信號可以來自一遠端來源。例如，該遠端來源可為一中央辦公室。在另一示例中，一安裝者或客戶可以使用一本地電腦來切換該極化，該本地電腦連接至傳送命令至該開關的該終端機。在另一具體實施例中，一安裝者或客戶能夠使用依次傳送信號至該開關的電視機上盒來切換該極化。該極化切換可於安裝期間發生，做為增加效能的一種手段，或做為排除不良的效能之另一種選項。
在其它示例性具體實施例中，可使用人工的方法來將一終端機由一種極化改變成另一種。這可藉由實體上移動該系統之外殼內的一開關，或藉由將開關延伸於該外殼之外來使其較易於人工地切換該極化來達成。這可由一安裝者或客戶來完成。
上述之多色彩具體實施例的一些示例性具體實施例可具有優於先前技術的一些好處。例如，在一示例性具體實施例中，一低成本消費者寬頻地面式終端機天線系統可包括一天線、一與該天線以信號通訊的收發器，及一極性開關，其設置成讓該天線系統在一第一極性與一第二極性之間切換。在此示例性具體實施例中，該天線系統可設置成在該第一極性及/或該第二極性下操作。
在一示例性具體實施例中，揭示一種系統資源負載平衡的方法。在此示例性具體實施例中，該方法可包括以下步驟：(1)判定在一第一斑點波束上的負載高於一需要的位準，且在一第二斑點波束上的負載夠低到可容納額外的負載；(2)識別在該第一斑點波束上且位於該第二斑點波束的視野內的可用於切換之消費者寬頻地面式終端機；(3)傳送一遠端命令至可用於切換的終端機；及(4)基於該遠端命令，切換在這些終端機上的色彩由該第一波束到該第二波束。在此示例性具體實施例中，這些第一與第二斑點波束之每一者皆為不同色彩。
在一示例性具體實施例中，揭示一種衛星通訊系統。在此示例性具體實施例中，該衛星通訊系統可包括：一衛星，其設置成廣播多個斑點波束；複數個使用者終端機天線系統，其位在多個地理位置上；及一遠端系統控制器，其設置成命令這些複數個使用者終端機天線系統之子集合的至少部份以切換一極性與一頻率中至少一者，來由該第一斑點波束切換到該第二斑點波束。在此示例性具體實施例中，這些多個斑點波束可至少包括一第一色彩的一第一斑點波束與一第二色彩的一第二斑點波束。在此示例性具體實施例中，這些複數個使用者終端機天線系統之至少一子集合可位在這些第一與第二斑點波束兩者之視野內。
以下的申請案皆關於本發明標的：美國專利申請編號12/759,123，名為「主動式巴特勒與布拉斯矩陣」(ACTIVE BUTLER AND BLASS MATRICES)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.7100)；美國專利申請編號12/759,043，名為「天線系統的主動混合電路」(ACTIVE HYBRIDS FOR ANTENNA SYSTEMS)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.7200)；美國專利申請編號12/759,064，名為「主動前饋放大器」(ACTIVE FEED FORWARD AMPLIFIER)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.7300)；美國專利申請編號12/759,130，名為「主動式相位陣列架構」(ACTIVE PHASED ARRAY ARCHITECTURE)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.7600)；美國專利申請編號12/758,996，名為「前置選擇器放大器」(PRESELECTOR AMPLIFIER)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.6800)；美國專利申請編號12/759,148，名為「主動式功率分離器」(ACTIVE POWER SPLITTER)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.8700)；美國專利申請編號12/759,112，名為「半雙工相位陣列天線系統」(HALF-DUPLEX PHASED ARRAY ANTENNA SYSTEM)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號55424.0500)；美國專利申請編號12/759,113，名為「主動式向量產生器之數位振幅控制」(DIGITAL AMPLITUDE CONTROL OF ACTIVE VECTOR GENERATOR)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.9000)；針對任何用途，前述申請案之內容皆在此以完整參照文獻的方式來加以併入。
優點、其它好處與對問題之解決方案已在以上參照特定具體實施例加以說明。但是，可產生任何優點、好處或即將發生或可成為更明確的解決方案之任何優點、好處或解決方案及任何元件皆不應視為任何或所有申請專利範圍之關鍵、必須或基本特徵或元件。如此處所使用者，這些術語「包括」(「includes」，「including」)，「包含」(「comprises」，「comprising」)或其任何其它變化皆係要涵蓋非排他性包含，使得包含一元件清單之程序、方法、物件或設備不僅包括那些元件，而可包括未明確列出或隱含於這些程序、方法、物件或設備中的其它元件。另外，此處所述之元件皆非實施本發明之必要元件，除非另以「基本」或「關鍵」之詞做明確描述。
1．．．斑點
2．．．斑點
3．．．斑點
4．．．斑點
100．．．相位陣列天線
101．．．輻射元件
102．．．混合電路耦合器
103,104．．．低雜訊放大器
105,106．．．相位偏移器
107．．．功率組合器
300．．．主動式功率分離器
310．．．差動輸入子電路
311,312．．．輸入子電路電晶體
320．．．第一差動輸出子電路
321．．．第一電晶體
322．．．第二輸出子電路電晶體
330．．．第二差動輸出子電路
331,332．．．電晶體
400．．．主動式功率組合器
410．．．第一差動輸入子電路
420．．．第二差動輸入子電路
430．．．單一端點輸出子電路
440．．．差動輸出子電路
500．．．向量產生器
510．．．被動式I/Q產生器
520．．．第一可變增益放大器
521．．．第二可變增益放大器
530．．．第一象限選擇
531．．．第二象限選擇
540．．．電流加總器
550．．．數位控制器
560．．．第一數位到類比轉換器
561．．．第二數位到類比轉換器
600．．．主動式射頻混合電路
610．．．第一主動式功率分離器
611．．．第二主動式功率分離器
620．．．第一向量產生器
621．．．第二向量產生器
630．．．第一主動式功率組合器
631．．．第二主動式功率組合器
640．．．第一數位到類比轉換器
641．．．第二數位到類比轉換器
700．．．傳送主動式天線極化器
710．．．主動式功率分離器
720,721．．．向量產生器
730,731．．．數位到類比轉換器
800．．．相位陣列天線
801．．．輻射元件
810．．．主動式功率分離器
820．．．第一向量產生器
821．．．第二向量產生器
830．．．第一數位到類比轉換器
831．．．第二數位到類比轉換器
900．．．相位陣列天線
901．．．輻射元件
910．．．主動式功率分離器
920．．．第一向量產生器
921．．．第二向量產生器
930．．．第一數位到類比轉換器
931．．．第二數位到類比轉換器
1000．．．相位陣列天線
1001．．．輻射元件
1010．．．主動式功率組合器
1020．．．第一向量產生器
1021．．．第二向量產生器
1030．．．第一數位到類比轉換器
1031．．．第二數位到類比轉換器
1100．．．相位陣列天線
1101．．．輻射元件
1110．．．主動式功率組合器
1120．．．第一向量產生器
1121．．．第二向量產生器
1130．．．第一數位到類比轉換器
1131．．．第二數位到類比轉換器
1200．．．相位陣列天線
1201．．．輻射元件
1210．．．主動式功率分離器
1220．．．第一向量產生器
1221．．．第二向量產生器
1230．．．第一數位到類比轉換器
1231．．．第二數位到類比轉換器
1300．．．相位陣列天線
1301．．．輻射元件
1310．．．主動式功率分離器
1320．．．第一向量產生器
1321．．．第二向量產生器
1330．．．第一數位到類比轉換器
1331．．．第二數位到類比轉換器
1400．．．相位陣列天線
1401．．．輻射元件
1410．．．主動式功率組合器
1420．．．第一向量產生器
1421．．．第二向量產生器
1430．．．第一數位到類比轉換器
1431．．．第二數位到類比轉換器
1500．．．相位陣列天線
1501．．．輻射元件
1510．．．主動式功率組合器
1520．．．第一向量產生器
1521．．．第二向量產生器
1530．．．第一數位到類比轉換器
1531．．．第二數位到類比轉換器
1600．．．相位陣列積體電路
1601．．．數位控制
1610．．．第一子電路
1611．．．第一輻射元件
1612．．．第一向量產生器
1613．．．第二向量產生器
1615．．．主動式分離器
1620．．．第二子電路
1621．．．第二輻射元件
1630．．．第三子電路
1631．．．第三輻射元件
1640．．．第四子電路
1641．．．第四輻射元件
1651．．．主動式分離器
1652．．．主動式分離器
1653．．．主動式分離器
1700．．．相位陣列積體電路
1701．．．數位控制
1710．．．第一子電路
1711．．．第一輻射元件
1712．．．向量產生器
1713．．．向量產生器
1715．．．主動式功率組合器
1720．．．第二子電路
1721．．．第二輻射元件
1730．．．第三子電路
1731．．．第三輻射元件
1740．．．第四子電路
1741．．．第四輻射元件
1751．．．主動式組合器
1752．．．主動式組合器
1753．．．主動式組合器
1800．．．相位陣列積體電路
1801．．．數位控制
1810．．．第一子電路
1811．．．第一輻射元件
1812．．．向量產生器
1813．．．向量產生器
1815．．．主動式功率組合器
1816．．．主動式功率分離器
1818,1819．．．向量產生器
1820．．．第二子電路
1821．．．第二輻射元件
1830．．．第三子電路
1831．．．第三輻射元件
1840．．．第四子電路
1841．．．第四輻射元件
1851．．．主動式組合器
1852．．．主動式組合器
1853．．．主動式組合器
1861．．．主動式組合器
1862．．．主動式組合器
1863．．．主動式組合器
1900．．．相位陣列積體電路
1901．．．數位控制
1910．．．第一子電路
1911．．．第一輻射元件
1912．．．向量產生器
1913．．．向量產生器
1915．．．主動式功率組合器
1916．．．主動式功率分離器
1918,1919．．．向量產生器
1920．．．第二子電路
1921．．．第二輻射元件
1930．．．第三子電路
1931．．．第三輻射元件
1940．．．第四子電路
1941．．．第四輻射元件
1951．．．主動式分離器
1952．．．主動式分離器
1953．．．主動式分離器
1961．．．主動式分離器
1962．．．主動式分離器
1963．．．主動式分離器
2000．．．相位陣列積體電路
2001．．．數位控制
2010．．．第一子電路
2011．．．第一輻射元件
2012．．．向量產生器
2013．．．向量產生器
2014．．．主動式功率組合器
2015．．．主動式功率分離器
2016,2017,2018,2019．．．向量產生器
2020．．．第二子電路
2021．．．第二輻射元件
2030．．．第三子電路
2031．．．第三輻射元件
2040．．．第四子電路
2041．．．第四輻射元件
2051．．．主動式組合器
2052．．．主動式組合器
2053．．．主動式組合器
2061．．．主動式組合器
2062．．．主動式組合器
2063．．．主動式組合器
2071．．．主動式組合器
2072．．．主動式組合器
2073．．．主動式組合器
2081．．．主動式組合器
2082．．．主動式組合器
2083．．．主動式組合器
2100．．．相位陣列積體電路
2101．．．數位控制
2110．．．第一子電路
2111．．．第一輻射元件
2112．．．向量產生器
2113．．．向量產生器
2114．．．主動式功率組合器
2115．．．主動式功率分離器
2116,2117,2118,2119．．．向量產生器
2120．．．第二子電路
2121．．．第二輻射元件
2130．．．第三子電路
2131．．．第三輻射元件
2140．．．第四子電路
2141．．．第四輻射元件
2151．．．主動式分離器
2152．．．主動式分離器
2153．．．主動式分離器
2161．．．主動式分離器
2162．．．主動式分離器
2163．．．主動式分離器
2171．．．主動式分離器
2172．．．主動式分離器
2173．．．主動式分離器
2181．．．主動式分離器
2182．．．主動式分離器
2183．．．主動式分離器
2200．．．相位陣列積體電路
2210．．．第一子電路
2211．．．輻射元件
2212．．．向量產生器
2300．．．多波束架構
2400．．．雙重極化多波束接收架構
2401．．．輻射元件
2410．．．第一主動式功率分離器
2411．．．第二主動式功率分離器
2420．．．第一向量產生器
2421．．．第二向量產生器
2430．．．主動式功率組合器
2500．．．雙重極化多波束接收架構
2501．．．輻射元件
2510．．．第一主動式功率分離器
2511．．．第二主動式功率分離器
2520．．．向量產生器
2540．．．正交全通濾波器
2600．．．雙重極化多波束傳送架構
2601．．．輻射元件
2610．．．主動式功率分離器
2620．．．第一向量產生器
2621．．．第二向量產生器
2630．．．第一主動式功率組合器
2631．．．第二主動式功率組合器
2700．．．雙重極化多波束傳送架構
2701．．．輻射元件
2720．．．向量產生器
2730．．．第一主動式功率組合器
2731．．．第二主動式功率組合器
2740．．．正交全通濾波器
U1,U2,U3,U4,U5,U6．．．色彩
9110．．．在一第一時間點的斑點色彩群組
9120．．．在一第二時間點的斑點色彩群組
9210．．．特定地理區域
A．．．位置
B．．．位置
C．．．位置
PC1 ,PC2 ,…PCN ．．．主動式極化控制/主動式極化控制功能
RE1 ,RE2 ,…REN ．．．輻射元件
BFN1 ,BFN2 ,…BFNM ．．．波束形成網路
若要對本發明有較完整的理解，可參考實施方式與申請專利範圍並配合參考附屬圖式，其中類似參考編號代表所有圖式中的類似元件，且：
圖1為一相位陣列天線元件與控制電子之先前技術示例；
圖2為一具有極化切換之天線的先前技術示例；
圖3為一主動式功率分離器之示例性具體實施例；
圖4為一主動式功率組合器之示例性具體實施例；
圖5為一主動式向量產生器之示例性具體實施例；
圖6為一主動式RF混合電路之示例性具體實施例；
圖7為一主動式天線信號極化器之示例性具體實施例；
圖8為用於傳送模式，具有水平線性極化之一相位陣列天線的示例性具體實施例；
圖9為用於傳送模式，具有雙重線性極化之一相位陣列天線的示例性具體實施例；
圖10為用於接收模式，具有水平線性極化之一相位陣列天線的示例性具體實施例；
圖11為用於接收模式，具有雙重線性極化之一相位陣列天線的示例性具體實施例；
圖12為用於傳送模式，具有差動饋送水平線性極化之一相位陣列天線的示例性具體實施例；
圖13為用於傳送模式，具有差動饋送雙重線性極化之一相位陣列天線的示例性具體實施例；
圖14為用於接收模式，具有差動饋送水平線性極化之一相位陣列天線的示例性具體實施例；
圖15為用於接收模式，具有差動饋送雙重線性極化之一相位陣列天線的示例性具體實施例；
圖16為設置成一波束四元件傳送器之相位陣列積體電路之示例性具體實施例；
圖17為設置成一波束四元件接收器之相位陣列積體電路之示例性具體實施例；
圖18為設置成二波束四元件接收器之相位陣列積體電路之示例性具體實施例；
圖19為設置成二波束四元件傳送器之相位陣列積體電路之示例性具體實施例；
圖20為設置成四波束四元件接收器之相位陣列積體電路之示例性具體實施例；
圖21為設置成四波束四元件傳送器之相位陣列積體電路之示例性具體實施例；
圖22為設置成二波束四元件接收器之相位陣列積體電路之另一示例性具體實施例；
圖23為一多波束架構之示例性具體實施例；
圖24為一雙重極化多波束接收架構之示例性具體實施例；
圖25為一雙重極化多波束接收架構之另一示例性具體實施例；
圖26為一雙重極化多波束傳送架構之示例性具體實施例；
圖27為一雙重極化多波束傳送架構之另一示例性具體實施例；
圖28為色彩分佈之示例性具體實施例；及
圖29A至29C為根據示例性具體實施例之多種衛星斑點波束多色彩敏捷性方法。
800．．．相位陣列天線
801．．．輻射元件
810．．．主動式功率分離器
820．．．第一向量產生器
821．．．第二向量產生器
830．．．第一數位到類比轉換器
831．．．第二數位到類比轉換器

Claims (24)

  1. 一種設置成傳送一射頻信號至一輻射元件的主動式天線極化器，該主動式天線極化器包含：一分離器，其設置成接收一射頻輸入信號，且其中該分離器區分該射頻輸入信號成為一第一射頻中間信號與一第二射頻中間信號；一第一向量產生器，其設置成自該分離器接收並調整該第一中間信號之相位；及一第二向量產生器，其平行(in paraller)於該第一向量產生器，其中該第二向量產生器設置成自該分離器接收並調整該第二中間信號之相位；以及其中該第一向量產生器與該第二向量產生器個別地包含平行於一第二象限選擇之一第一象限選擇與平行於一第二可變增益放大器之一第一可變增益放大器。
  2. 如申請專利範圍第1項之主動式天線極化器，其中該主動式天線極化器設置成自該第一向量產生器傳送具有線性極化之一射頻輸出信號至該輻射元件。
  3. 如申請專利範圍第1項之主動式天線極化器，其中該主動式天線極化器設置成自該第一向量產生器傳送具有線性極化之一差動饋送射頻輸出信號至該輻射元件。
  4. 如申請專利範圍第1項之主動式天線極化器，其中該主動式天線極化器設置成自該等第一與第二向量產生器傳送具有雙重線性極化之一射頻輸出信號至該輻射元件。
  5. 如申請專利範圍第1項之主動式天線極化器，其中該主動式天線極化器設置成自該等第一與第二向量產生器傳送具有雙重線性極化、圓形極化與橢圓形極化中至少一者之一差動饋送射頻輸出信號至該輻射元件。
  6. 一種設置成自一輻射元件接收一射頻信號的主動式天線極化器，該主動式天線極化器包含：一第一向量產生器，其平行於一第二向量產生器，其中該第一向量產生器與該第二向量產生器中至少一者設置成自該輻射元件接收至少一射頻輸入信號；其中該第一向量產生器與該第二向量產生器中該至少一者設置成調整該至少一射頻輸入信號之相位，並產生至少一中間射頻信號，其中該第一向量產生器與該第二向量產生器個別地包含平行於一第二象限選擇之一第一象限選擇與平行於一第二可變增益放大器之一第一可變增益放大器；及一組合器，其設置成接收並組合來自該第一向量產生器與該第二向量產生器中該至少一者的該至少一中間射頻信號，且其中該組合器產生一射頻輸出信號。
  7. 如申請專利範圍第6項之主動式天線極化器，其中自該輻射元件接收的該至少一射頻輸入信號係於該第一向量產生器接收的具有線性極化之一射頻輸入信號。
  8. 如申請專利範圍第6項之主動式天線極化器，其中自該輻射元件接收的該至少一射頻輸入信號係於該第一向量產 生器接收的具有線性極化之一差動饋送射頻輸入信號。
  9. 如申請專利範圍第6項之主動式天線極化器，其中自該輻射元件接收的該至少一射頻輸入信號係於該等第一與第二向量產生器接收的具有雙重線性極化之一射頻輸入信號。
  10. 如申請專利範圍第6項之主動式天線極化器，其中自該輻射元件接收的該至少一射頻輸入信號係於該等第一與第二向量產生器接收的具有雙重線性極化、圓形極化與橢圓形極化中至少一者之一差動饋送射頻輸入信號。
  11. 一種多重輻射元件傳送器電路，其包含：至少兩個子電路，其個別地與至少兩個輻射元件進行通訊；一分離器網路，其設置成區分至少一輸入波束，並傳遞該被區分的輸入波束至該等至少兩個子電路；及其中該等至少兩個子電路之每一者包含至少一向量產生器，其具有平行於一第二象限選擇之一第一象限選擇與平行於一第二可變增益放大器之一第一可變增益放大器，且其中該等至少兩個子電路之每一者設置成執行極化追蹤與波束操縱，且其中該等至少兩個子電路之每一者傳遞一信號至用於傳輸的各別的該等至少兩個輻射元件。
  12. 如申請專利範圍第11項之多重輻射元件傳送器電路，其中該多重輻射元件傳送器電路設置成傳送一單一波束，其 中該等至少兩個子電路個別地包含：一分離器，其設置成區分自該分離器網路接收的該被區分的輸入波束，且其中該分離器產生一第一子電路信號與一第二子電路信號；及一第一向量產生器，其設置成接收該第一子電路信號，及一第二向量產生器，其設置成接收該第二子電路信號，且其中該第一向量產生器與該第二向量產生器設置成執行該極化追蹤與波束操縱。
  13. 如申請專利範圍第11項之多重輻射元件傳送器電路，其中該多重輻射元件傳送器電路設置成傳送兩個波束，其中該等至少兩個子電路個別地包含：一第一對平行的向量產生器，其設置成個別地自該分離器網路接收一輸入信號，並對於該輸入信號執行波束操縱；一組合器，其設置成自該第一對向量產生器接收與組合兩個信號，且其中該組合器產生一組合的輸出信號；一分離器，其設置成接收該組合的輸出信號，並產生一第一子電路信號與一第二子電路信號；及一第二對平行的向量產生器，其設置成各別地接收該第一子電路信號與該第二子電路信號，且其中該第二對向量產生器設置成執行極化追蹤。
  14. 一種多重輻射元件接收器電路，其包含：至少兩個子電路，其個別地與至少兩個輻射元件進行通訊；及一組合器網路，其設置成自該等至少兩個子電路接收多個 中間信號，並組合該等中間信號成為至少一輸出波束；其中該等至少兩個子電路之每一者包含至少一向量產生器，其具有平行於一第二象限選擇之一第一象限選擇與平行於一第二可變增益放大器之一第一可變增益放大器，且其中該等至少兩個子電路之每一者設置成對於自各別的該等至少兩個輻射元件接收的一信號執行極化追蹤與波束操縱。
  15. 如申請專利範圍第14項之多重輻射元件接收器電路，其中該多重輻射元件接收器電路設置成形成一單一波束，其中該等至少兩個子電路個別地包含：一第一向量產生器，其設置成自各別的該等至少兩個輻射元件接收一第一信號，及一第二向量產生器，其設置成自各別的該等至少兩個輻射元件接收一第二信號，且其中該第一向量產生器與該第二向量產生器設置成執行該極化追蹤與波束操縱；及一組合器，其設置成組合來自該等第一與第二向量產生器之兩個信號，且其中該組合器產生一組合的輸出信號，用來傳遞至該組合器網路。
  16. 如申請專利範圍第14項之多重輻射元件接收器電路，其中該多重輻射元件接收器電路設置成形成兩個波束，其中該等至少兩個子電路個別地包含：一第一對平行的向量產生器，其設置成自各別的該等至少兩個輻射元件個別地接收一第一射頻輸入信號與一第二射頻輸入信號，且其中該第一對向量產生器設置成對於該等第一與第二射頻輸入信號執行極化追蹤； 一組合器，其設置成自該第一對向量產生器接收與組合該等第一與第二射頻輸入信號，且其中該組合器產生一組合的輸出信號；一分離器，其設置成接收該組合的輸出信號，並產生一第一子電路信號與一第二子電路信號；及一第二對平行的向量產生器，其設置成各別地接收該第一子電路信號與該第二子電路信號，且其中該第二對向量產生器設置成執行波束操縱。
  17. 一種多重輻射元件傳送器電路，其包含：至少兩個子電路，其個別地與至少兩個輻射元件進行通訊；一分離器網路，其設置成區分至少一輸入波束，並傳遞該被區分的輸入波束至該等至少兩個子電路；及其中該等至少兩個子電路之每一者設置成執行極化追蹤與波束操縱，且其中該等至少兩個子電路之每一者傳遞一信號至用於傳輸的各別的該等至少兩個輻射元件；及其中該多重輻射元件傳送器電路設置成傳送兩個波束，其中該等至少兩個子電路個別地包含：一第一對平行的向量產生器，其設置成個別地自該分離器網路接收一輸入信號，並對於該輸入信號執行波束操縱；一組合器，其設置成自該第一對向量產生器接收與組合兩個信號，且其中該組合器產生一組合的輸出信號；一分離器，其設置成接收該組合的輸出信號，並產生一第一子電路信號與一第二子電路信號；及 一第二對平行的向量產生器，其設置成各別地接收該第一子電路信號與該第二子電路信號，且其中該第二對向量產生器設置成執行極化追蹤。
  18. 如申請專利範圍第13或17項之任一項之多重輻射元件傳送器電路，其中該組合器為一主動式功率組合器或一被動式組合器的其中之一，以及該分離器為一主動式分離器或一被動式分離器的其中之一。
  19. 一種多重輻射元件接收器電路，其包含：至少兩個子電路，其個別地與至少兩個輻射元件進行通訊；及一組合器網路，其設置成自該等至少兩個子電路接收多個中間信號，並組合該等中間信號成為至少一輸出波束；其中該等至少兩個子電路之每一者設置成對於自各別的該等至少兩個輻射元件接收的一信號執行極化追蹤與波束操縱；及其中該多重輻射元件接收器電路設置成形成兩個波束，其中該等至少兩個子電路個別地包含：一第一對平行的向量產生器，其設置成自各別的該等至少兩個輻射元件個別地接收一第一射頻輸入信號與一第二射頻輸入信號，且其中該第一對向量產生器設置成對於該等第一與第二射頻輸入信號執行極化追蹤；一組合器，其設置成自該第一對向量產生器接收與組合該等第一與第二射頻輸入信號，且其中該組合器產生一組合的輸出信號； 一分離器，其設置成接收該組合的輸出信號，並產生一第一子電路信號與一第二子電路信號；及一第二對平行的向量產生器，其設置成各別地接收該第一子電路信號與該第二子電路信號，且其中該第二對向量產生器設置成執行波束操縱。
  20. 如申請專利範圍第16或19項之任一項之多重輻射元件接收器電路，其中該組合器為一主動式功率組合器或一被動式組合器的其中之一，以及該分離器為一主動式分離器或一被動式分離器的其中之一。
  21. 如申請專利範圍第1項之主動式天線極化器，其中該分離器為一主動式功率分離器或一被動式分離器的其中之一。
  22. 如申請專利範圍第6項之主動式天線極化器，其中該組合器為一主動式功率組合器或一被動式組合器的其中之一。
  23. 如申請專利範圍第12項之多重輻射元件傳送器電路，其中該分離器為一主動式分離器或一被動式分離器的其中之一。
  24. 如申請專利範圍第15項之多重輻射元件接收器電路，其中該組合器為一主動式功率組合器或一被動式組合器的其中之一。
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