TWI517499B - 主動式巴特勒矩陣、主動式布拉斯矩陣子單元、主動式布拉斯矩陣以及波束形成網路設備 - Google Patents

主動式巴特勒矩陣、主動式布拉斯矩陣子單元、主動式布拉斯矩陣以及波束形成網路設備 Download PDF

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Description

主動式巴特勒矩陣、主動式布拉斯矩陣子單元、主動式布拉斯矩陣以及波束形成網路設備
本發明是有關於一種巴特勒與布拉斯矩陣，且特別是有關於一種主動式巴特勒與布拉斯矩陣。
一種波束形成網路(beam forming network)組合多個信號以產生指向空間中一特定方向的一合成信號(composite signal)。該波束形成網路可用於傳送、接收或傳送與接收應用，並時常能夠產生多個同時存在的波束，其每一者會受惠於完整的輻射孔(radiating aperture)。已知有形成固定式空間波束(fixed spatial beam)的多種波束形成網路，其中包括一巴特勒(Butler)矩陣與一布拉斯(Blass)矩陣。
一種典型的巴特勒矩陣由多種正交混合電路(quadrature hybrid)、固定式相位偏移器(fixed phased shifter)及連接這些組件的大量同軸電纜(coaxial cable)所構成。該典型的巴特勒矩陣形成固定在空間中一群組的多個波束，其中這些波束為不可操縱，且每個波束指向空間中一唯一位置。視要傳送或要接收而定，一巴特勒矩陣將送到該矩陣的每個射頻(Radio frequency，RF)輸入連接至一唯一的波束輸出(unique beam output)，或將送到該矩陣的每個RF輸出連接至一唯一的波束輸入。基本上，該巴特勒矩陣實體上很大且昂貴，僅能在通常約10%的狹窄頻寬之上操作，並受到通常大於20 dB之較高的RF損耗(RF loss)。
此外，一典型的布拉斯矩陣由多種固定的相位偏移器或延遲線(delay line)、方向性耦合器(directional coupler)與傳輸線所構成。該典型的布拉斯矩陣提供了任意數目的波束，其將由任意數目的輻射元件(radiating element)進行傳送或接收。對於該巴特勒矩陣，一習用的布拉斯矩陣形成固定在空間中一個群組的多個波束，其中這些波束為不可操縱，且每個波束指向空間中一唯一位置。一典型具體實施例包含每個輻射元件饋送一單一RF信號路徑(亦稱之為一列)。這些波束由來自每一列的每個行取樣能量(column sampling energy)所形成。藉由沿著介於這些波束耦合點(beam coupling point)之間的每一列插入一固定的時間延遲(time delay)而形成一寬頻波束形成/感測網路(wideband beam forming/sensing network)。
一布拉斯矩陣使用沿著這些列設置之多種方向性耦合器，其耦合係數(coupling coefficient)的數值隨著其與該輻射元件的距離愈遠時呈現上升。因為每當能量停止耦合該進入信號(incoming signal)時這些耦合值之數值上升，而造成一較小的離開信號(ourgoing signal)。藉由使耦合值上升，所有來自這些不同列之樣本耦合相等的信號位準(signal level)到每個波束中。
一典型的布拉斯矩陣的多種缺點包括其尺寸非常大、很重且昂貴，特別是當實作在一具有延遲線的波導(waveguide)當中時。再者，即使這種布拉斯矩陣實作在類似一微型帶(microstrip)或帶線(stripline)的平面媒體(planar media)上，該實作在實體上仍很大且昂貴。再者，即使使用具有較小耦合值的耦合器，並僅產生不可操縱的波束，一典型的布拉斯矩陣的損耗很高。
如上所述，一種先前技術波束形成網路矩陣可包括一數位式固定相位偏移器與相位產生正交混合電路。在先前技術中，一種典型的數位式相位偏移器的實作使用一切換的延遲線架構，造成實體上很大的一解決方案，且由於其分散式性質而於一窄頻帶之上操作。另一種典型的數位式相位偏移器實作成一種切換的高通低通濾波器(high-pass low-pass filter)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)之上。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(phased array)組件需要砷化鎵上許多面積，造成較高的成本。再者，一種標準相位偏移器具有高RF功率損耗，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，並具有較低的功率損耗，但仍耗用類似的空間，且通常不相容於單片式(monolithic)解決方案。
再者，在一相位陣列天線(phased array antenna)中這些典型的組件為分散式組件(distributed component)，因此其易受頻率影響，並針對特定頻帶做設計。
正交混合電路或其它差動相位產生混合電路(differential phase generating hybrids)用於多種RF應用當中。在一示例性具體實施例中，正交混合電路係用於功率組合(power combining)或功率分離(power splitting)。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實質上相等的振幅，及一大致90°的相位差。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)或一環狀混合電路(ring hybrid)。其它的正交混合電路，例如幻T電路(magic tee)或環狀混合電路，其產生180°的相位偏移(phase shift)。概言之，一正交混合電路受限於頻帶，並需要相當大的實體空間。再者，該正交混合電路基本上由砷化鎵製成，且當做為一功率分離器(power splitter)使用時具有每混合電路3-4 dB等級之相關RF功率損耗，而當做一功率組合器(power combiner)使用時具有大約1 dB之相關RF功率損耗。
混合電路可設置成同相位(in-phase)功率組合器與同相位功率分離器，其亦可用於多種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大致相等的振幅，及大致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)。在一典型的具體實施例中，該同相位混合電路實作成一種分散式結構，例如Wilkinson混合電路。概言之，一同相位混合電路受限於頻帶，並需要相當大實體空間。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一功率分離器使用時具有每混合電路3-4 dB等級之相關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RF功率損耗。
因此，存在著對一種不會受限於頻率的波束形成網路的需要。再者，該波束形成網路必須能夠在多種材料上製造，且具有少許或完全不具有相關的RF功率損耗。並且，存在著對可比具有一類似能力的先前技術網路佔用較少的空間，且適合於一種單片實作之一種波束形成網路的需要。
在一示例性具體實施例中，一種單片主動式解決方案設置成產生一巴特勒矩陣作業之固定式空間波束。該示例性巴特勒矩陣包含主動式RF混合電路與向量產生器(vector generator)，並設計成在一超小型尺寸時可有寬頻的效能，其尺寸無關於該操作頻率。該主動式RF混合電路與向量產生器為先前技術具體實施例中使用的RF正交混合電路與相位偏移器之主動式實作。再者，在一示例性具體實施例中，該向量產生器以數位方式設定，並未另外調整。此外，在一示例性具體實施例中，這些主動式混合電路與向量產生器可被設計成具有正增益(positive gain)、匹配的輸入/輸出埠、及通訊埠之間的隔離。
再者，在一示例性具體實施例中，一種單片主動式解決方案設置成產生隱含在布拉斯矩陣作業中之固定式空間波束。一示例性布拉斯矩陣包含向量產生器、主動式功率組合器與主動式功率分離器。該布拉斯矩陣組合主動式實作以取代RF耦合器與時間延遲元件(time delay element)，並設計成在一超小型尺寸下有寬頻的效能，其尺寸無關於該操作頻率。此外，在一示例性具體實施例中，這些主動式功率組合器、主動式功率分離器與向量產生器可被設計成具有正增益、匹配的輸入/輸出埠、及RF通訊埠之間的隔離。
該示例性巴特勒矩陣與示例性布拉斯矩陣兩者的好處包括它們為完全單片式解決方案，具有中性或輕微正功率增益而不具高損耗，並具有超寬頻範圍，其可造成在多個頻帶之上進行作業。此外，在一示例性具體實施例中，兩種矩陣都被設計成超小型，且不會加入分散式結構，使得該實體尺寸無關於該操作頻率。在一示例性具體實施例中，這些矩陣被設計成具有匹配的輸入/輸出埠，並提供這些通訊埠之間的隔離。再者，一示例性矩陣可因低成本的考量而製造在矽鍺(SiGe)之上，並加入在晶片上的差動式發信(differential signaling)，其可限定該電磁場，並改善隔離與雜訊抗擾性(noise immunity)。
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。
一巴特勒矩陣為一種固定式波束形成網路，其中進入該矩陣的每一RF輸入被連接至固定在空間中的一唯一波束輸出。在一示例性具體實施例中，一主動式巴特勒矩陣包含多個向量產生器與多個主動式混合電路。一布拉斯矩陣為另一種可提供固定在空間中的波束之固定式波束形成網路。該布拉斯矩陣建立這些波束之數目，其形成無關於這些輻射元件的數目。在一示例性具體實施例中，一主動式布拉斯矩陣包含多個主動式功率組合器、多個主動式功率分離器與多個向量產生器。再者，只要存在至少一主動式組件時，在此申請案中所述的這些具體實施例可包括取代這些主動式組件的被動式組件。
主動式分離器：圖1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100包含差動輸入子電路(differential input subcircuit)110、第一差動輸出子電路120及第二差動輸出子電路130。差動輸入子電路110具有成對的電晶體111、112，其具有一共通射極節點(common emitter node)，並為固定電流偏壓，如一般位於差動放大器(differential amplifier)內。一輸入信號被傳遞到差動輸入子電路110中成對的電晶體111、112之基極(base)。第一與第二差動輸出子電路120、130兩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120具有第一電晶體121，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112)的集極(collector)。第二輸出子電路電晶體122之射極連接至另一輸入子電路電晶體111之集極。在該示例性具體實施例中，該第一輸出是自第一差動輸出子電路120之電晶體121、122之這些集極汲出。再者，第二差動輸出子電路130以類似方式連接，除了電晶體131、132之射極相對於電晶體121、122為反向連接至輸入子電路電晶體111、112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131、132之射極非反向性連接至輸入子電路電晶體111、112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100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)在振幅上可以相等，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100，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，並可做選擇性的設計。在一示例性具體實施例中，該輸出信號設置成可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，該輸出信號可設置成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100在為零或實質為零的兩個信號之間，產生具有一差動相位(differential phase)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相對相位來得重要。
在另一示例性具體實施例中，主動式功率分離器100額外地於這些輸入與輸出埠提供匹配的阻抗(mached impedance)。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100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100係製造成一小型的單片微波積體電路(Monolithic microwave integrated circuit，MMIC)，其由於缺少分散的組件而無關於該操作頻率。
主動式組合器：在一示例性具體實施例中並參照圖2，主動式功率組合器200包含第一差動輸入子電路210、第二差動輸入子電路220、單一端點輸出子電路(single ended output subcircuit)230及差動輸出子電路240。每個差動輸入子電路210、220包括兩對的電晶體，每個差動輸入子電路210、220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210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210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220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220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210、220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200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230處的一單一端點輸出，或差動輸出子電路240處的一差動輸出。換言之，主動式功率組合器200執行與主動式功率分離器100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200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，該輸出信號達到在這些輸入信號的總和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200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200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200係製造成一小型的MMIC，其由於缺少分散的組件而無關於該操作頻率。
主動式RF混合電路：在一示例性具體實施例中並參照圖3，主動式RF混合電路300包含第一主動式功率分離器310、第二主動式功率分離器311、第一向量產生器320、第二向量產生器321、第一主動式功率組合器330、第二主動式功率組合器331、第一數位到類比轉換器(Digital-to-analog converter，DAC)340與第二DAC 341。根據該示例性具體實施例，第一主動式功率分離器310於通訊埠1處接收一輸入，並傳送該輸入至第一向量產生器320與第二主動式功率組合器331。同樣地，第二主動式功率分離器311於通訊埠2處接收一輸入，並傳送該輸入至第二向量產生器321與第一主動式功率組合器330。向量產生器320、321由各別的DAC 340、341部份地控制。在一示例性具體實施例中，其使用一4位元DAC，但可使用任何數目的位元。
再者，第一向量產生器320的輸出被傳遞到第一主動式功率組合器330，而第二向量產生器321的輸出被傳遞到第二主動式功率組合器331。在該示例性具體實施例中，第一主動式功率組合器330接收來自第一向量產生器320與第二主動式功率分離器311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331接收來自第二向量產生器321與第一主動式功率分離器310之輸入，並輸出一信號至通訊埠4。
主動式RF混合電路300可以用於取代多種分散式組件，例如一分支線耦合器(branchline coupler)、Lange耦合器、方向性耦合器或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之類似的功能性。例如，主動式RF混合電路300可動態地設置成於這些輸出埠之間具有可調整的相位差，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300提供於這些輸入/輸出埠處埠對埠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專利申請案同一天立案，在此以參照方式合併。
再者，主動式RF混合電路300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300不會造成功率損耗，而是另具有一增益，或至少為增益中性。在另一示例性具體實施例中，主動式RF混合電路300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300被製造成一MMIC，並且為小型。再者，主動式RF混合電路300具有與該操作頻率無關的一實體尺寸。
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(有時候稱之為一輸出向量)，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(orthogonal signal)。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4，向量產生器400包含被動式同相位/正交相位(In-phase/Quadrature-phase，I/Q)產生器410、第一可變增益放大器(VGA)420與第二VGA 421、第一象限選擇(quadrant select)430與第二象限選擇431，其每一者設置用於相位倒轉切換(phase inversion switching)，及電流加總器440。第一象限選擇430與I/Q產生器410及第一VGA 420進行通訊。第二象限選擇431與I/Q產生器410及第二VGA 421進行通訊。再者，在一示例性具體實施例中，向量產生器400包含數位控制器(digital controller)450，其控制第一數位到類比轉換器(DAC)460與第二DAC 461。第一與第二DAC 460、461分別控制第一與第二VGA 421、420。此外，數位控制器450控制第一與第二象限選擇430、431。
在一示例性具體實施例中，向量產生器400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400或限制於向量產生器400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430、431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(phasor diagram)之所有四個象限可用於由VGA 420、421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 420、421進行處理，直到這些兩個選擇的信號在電流加總器440中組合來形成一合成的RF信號。電流加總器440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400被製造之後，數位控制器450之重新設置允許相位位元之數目被以數位方式地控制。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 460、461之重新設置可在向量產生器400被製造之後進行，藉以促進這些向量振幅之調整。
矩陣
以下說明使用於相位陣列天線系統之多種特定固定式波束形成網路具體實施例，特別是一示例性巴特勒矩陣與一示例性布拉斯矩陣。雖然這些示例性波束形成網路具體實施例係以一傳送架構來說明，但是類似的架構可實作成在一相位陣列天線中以接收信號。相反地，僅描述成接收信號之具體實施例亦能夠實作成傳送信號。
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。使用主動式組件之一單片SiGe具體實施例可產生優於先前技術中之該分散式網路的某些好處，包括較低的成本、與操作頻率無關而較小的實體尺寸、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。這些好處的一部份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。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)與干擾抑制(interference rejection)。
一些其它的好處包括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功率增益，而不會發生在該被動式先前技術系統中的功率損耗。例如，一種典型的先前技術系統遭受的損耗大於20 dB。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。相反地，一種典型的先前技術矩陣可能僅在一窄頻寬之上，例如小於10%。在一示例性具體實施例中，該天線系統在特定頻率範圍之上操作，例如2-20 GHz、20-40 GHz或30-45 GHz。在一示例性具體實施例中，該天線系統能夠同時在多個頻帶之上操作。例如，一示例性天線系統可設置成同時傳送一Ku頻帶信號與一Ka頻帶信號。
巴特勒矩陣
一巴特勒矩陣為一種固定式波束形成網路，其中進入該矩陣的每一RF輸入被連接至一唯一波束輸出。在一示例性具體實施例中，一巴特勒矩陣設置成在多個頻帶之上操作。換言之，該巴特勒矩陣能夠同時自不同的頻帶傳送信號。例如，該巴特勒矩陣可設置成同時在Ku頻帶與Ka頻帶中傳送或接收信號。
根據一示例性具體實施例並參照圖5，四波束主動式巴特勒矩陣500包含第一主動式90°混合電路510，其平行(in parallel)於第二主動式90°混合電路511，與第三主動式90°混合電路530，其平行於第四主動式90°混合電路531。主動式巴特勒矩陣500另包含第一向量產生器520，其連接於第一與第三主動式90°混合電路510、530之間，及第二向量產生器521，其連接於第二與第四主動式90°混合電路511、531之間。在示例性四波束主動式巴特勒矩陣500中，向量產生器520、521被設定為-45°相位。主動式90°混合電路510、511、530、531可具有與主動式混合電路300類似的說明。並且，向量產生器520、521可具有與向量產生器400類似的說明。再者，主動式巴特勒矩陣500亦包含數位控制器501。在一示例性具體實施例中，數位控制器501設置成控制部份或所有這些電子組件之數位設定。
根據一示例性具體實施例，數位控制器501提供這些I/Q相位與振幅命令以及這些象限選擇命令給使用在主動式90°混合電路510、511、530、531內的這些向量產生器以及向量產生器520、521之每一者。在一示例性具體實施例中，如果四位元的相位資料被提供給這些向量產生器之每一者，則總共有40位元的相位資訊將由數位控制器501管理。在另一示例性具體實施例中，類比與數位偏壓電壓被施加於該電路。該數位電壓用於供電給該DAC與數位控制器功能，而使用該類比電壓來供電給這些RF功能。保持這些類比與數位電壓分開可用於最小化可在這些RF線上感應之數位切換雜訊(digital switching noise)。
在一示例性具體實施例中，巴特勒矩陣500具有四個輸入埠與四個輸出埠。根據該示例性具體實施例，第一主動式90°混合電路510自輸入埠1R接收一輸入信號，並自輸入埠2L接收另一輸入信號。再者，第一主動式90°混合電路510傳遞一第一信號至第一向量產生器520，並傳遞一第二信號至第四主動式90°混合電路531。第一主動式90°混合電路510組合這些兩個輸入信號，並於該第一信號與該第二信號之間射出一90°相位差。換言之，在一示例性具體實施例中，該第二信號延滯於該第一信號達90°。
同樣地，第二主動式90°混合電路511自輸入埠2R接收一輸入信號，及自輸入埠1L接收另一輸入信號。第二主動式90°混合電路511傳遞一第三信號至第三主動式90°混合電路530，並傳遞一第四信號至第二向量產生器521。第二主動式90°混合電路511組合這些兩個輸入信號，並於該第三信號與該第四信號之間射出一90°相位差。
在一示例性具體實施例中，第三主動式90°混合電路530自第一向量產生器520接收一第一向量產生器信號，並自第二主動式90°混合電路511接收該第三信號。第三主動式90°混合電路530輸出一第一輸出信號至輸出埠2L，及輸出一第二輸出信號至輸出埠1R。第三主動式90°混合電路530組合該第一向量產生器信號與該第三信號，並於該第一輸出信號與該第二輸出信號之間射出一90°相位差。
類似地，第四主動式90°混合電路531自第二向量產生器521接收一第二向量產生器信號，並自第一主動式90°混合電路510接收該第二信號。第四主動式90°混合電路531輸出一第三輸出信號至輸出埠1L，及輸出一第四輸出信號至輸出埠2R。第四主動式90°混合電路531組合該第二向量產生器信號與該第二信號，並於該第三輸出信號與該第四輸出信號之間射出一90°相位差。
再者，根據一示例性具體實施例，主動式巴特勒矩陣500之任何部份可實作成差動式發信。例如，差動式發信可用於第一主動式90°混合電路510至第一向量產生器520、第一主動式90°混合電路510至第四主動式90°混合電路531、第二主動式90°混合電路511至第二向量產生器521，及第二主動式90°混合電路511至第三主動式90°混合電路530中至少一者之間傳遞信號。再者，差動式發信可用於第一向量產生器520至第三主動式90°混合電路530，及第二向量產生器521至第四主動式90°混合電路531中至少一者之間傳遞信號。此外，差動式發信可用於這些輸入埠及/或這些輸出埠。
一主動式巴特勒矩陣之能力與尺寸可根據需要形成的波束數目而進行調整。在一示例性具體實施例中，主動式90°混合電路的數目等於N/2*log2(N)，其中N為由該矩陣所形成需要的波束數目。向量產生器的數目等於N/2*[log2(N)-1]，其中N為由該矩陣所形成需要的波束數目。巴特勒矩陣通常限制於2^N個拓樸，雖然波束的整體數目並無限制。
根據一示例性具體實施例並參照圖6，四波束主動式巴特勒矩陣600包含類似於巴特勒矩陣500的架構。因此，主動式巴特勒矩陣的類似架構將不做詳細解釋。但是，巴特勒矩陣600另包含波束加權部(beam weighting portion)601，其設置成調整(這些)輸入信號之波束部(beam portion)。該波束加權功能允許任兩個鄰接波束被組合成一合成波束，其可在包含於這些兩個原始波束之間的該空間內的任何地方被操縱。因為先前技術的巴特勒矩陣並不提供可操縱的波束，此額外的能力為一種可應用在多種應用中的好處。在一示例性具體實施例中，波束加權部601包含主動式功率分離器605、主動式90°混合電路606、第一VGA 610及第二VGA 611。主動式功率分離器605可具有與主動式功率分離器100類似的說明。主動式90°混合電路606可具有與主動式混合電路300類似的說明。波束加權部601接收一輸入信號，並分離該輸入信號成為兩個輸入信號1R與2R。這允許1R與2R輸入信號形成一單一「加總」輸出波束。藉由改變第一VGA 610與第二VGA 611之相對增益，此「加總」波束可在這些1R與2R輸出波束位置之間的任何地方被掃描。因此，此網路提供鄰接波束之間有限的掃描。再者，本技藝專業人士可瞭解此方法可被施加於任何鄰接的波束，例如2L與1L，或1L與2R。
根據一示例性具體實施例並參照圖7，八波束主動式巴特勒矩陣700包含多個主動式90°混合電路與多個向量產生器。在該示例性具體實施例中，巴特勒矩陣700另包含八個輸入埠與八個輸出埠。如圖7所示，巴特勒矩陣700類似於以上詳細說明的這些巴特勒矩陣，但其被調整成傳遞八個波束。該輸入信號到輸出波束方向映射係相同於對四波束主動式巴特勒矩陣500之描述：輸入信號1R映射到波束方向1R，輸入信號2L映射到波束方向2L，依此類推。在八波束主動式巴特勒矩陣700內的其它功能在操作上相同於或實質相同於那些在四波束主動式巴特勒矩陣500之內者。因為巴特勒矩陣700之架構與功能為主動式巴特勒矩陣500之外推，該特定架構與信號路徑將不做詳細說明。
在另一示例性具體實施例中並參照圖8，八波束主動式巴特勒矩陣800類似於八波束主動式巴特勒矩陣700，除了巴特勒矩陣800排除所有單獨運作的向量產生器以外。該適當延遲線僅調整其通過相位(thru-phase)來包括原本佔用該位置之各別向量產生器的相位延遲(phase delay)效應。
特別是在一示例性具體實施例中，主動式巴特勒矩陣800包含第一階段的主動式混合電路810，第二階段的主動式混合電路820，及第三階段的主動式混合電路830。主動式混合電路810、820、830可具有與主動式混合電路300類似之說明。在此特定具體實施例中，所有主動式混合電路為公稱90°的混合電路。
在一示例性具體實施例中，主動式巴特勒矩陣800具有八個輸入埠與八個輸出埠(輸入1R-4R及1L-4L，輸出1R-4R及1L-4L)。根據一示例性具體實施例，第一階段的主動式混合電路810自這些八個輸入埠接收輸入信號，第一階段中這些四個主動式混合電路810之每一者中接收兩個輸入信號。第一階段的主動式混合電路810的每一者組合兩個輸入信號，並產生具有公稱90°的相對相位延遲之兩個輸出信號。然後第一階段的主動式混合電路810的每一者經由延遲線傳遞這些兩個輸出信號至第二階段的主動式混合電路820。於第一階段的主動式混合電路810與第二階段的主動式混合電路820之間傳遞的這些信號會經歷由這些主動式混合電路射出的多種相位延遲。第一階段的主動式混合電路810個別地傳送兩個信號至第二階段的主動式混合電路820，其中這些兩個傳送的信號中之一者不具有相位延遲，而另一信號具有一相位延遲。例如，信號可具有射出的0°、-22.5°或-67.5°相位延遲，如圖8所示。此與在巴特勒矩陣700中射出的90°相位延遲形成對比。
在第二階段的主動式混合電路820中，每個主動式混合電路820自第一階段的主動式混合電路810接收兩個相位延遲信號，並組合這些兩個輸入信號成為具有公稱90°的相對相位偏移之兩個輸出信號。這些兩個輸入信號之第一者具有-67.5°的相位延遲，而這些輸入信號之第二者不具有相位延遲。如圖8所示，第二階段的主動式混合電路820之這些輸出信號被連線，使得一主動式混合電路的一輸出信號與另一主動式混合電路的一輸出信號相混合。
在第三階段的主動式混合電路830中，每個主動式混合電路830自第二階段的主動式混合電路820接收兩個相位延遲信號，並組合這些兩個輸入信號成為具有公稱90°的相對相位延遲之兩個輸出信號。這些兩個輸出信號之第一者具有-45°的相位延遲，而這些輸出信號之第二者不具有相位延遲。來自第三階段的主動式混合電路830的這些輸出為指向一唯一固定的方向之這些波束輸出。類似於主動式巴特勒矩陣700，巴特勒矩陣800將每個輸入信號映射到指向一唯一方向上的一單一波束。
布拉斯矩陣
一布拉斯矩陣為另一種提供固定在空間中的波束之固定式波束形成網路。該布拉斯矩陣建立這些波束之數目，其形成無關於這些輻射元件的數目。但是，一布拉斯矩陣基本上比一巴特勒矩陣要具有更多的組件，造成一較重且成本較高的波束形成網路。
根據一示例性具體實施例並參照圖9，設置為接收應用的主動式布拉斯矩陣900包含複數個主動式功率組合器910、主動式功率分離器920及向量產生器930。主動式功率分離器920可具有與主動式功率分離器100類似的說明。主動式功率組合器910可具有與主動式功率組合器200類似的說明。向量產生器930可具有與向量產生器400類似的說明。在一示例性接收具體實施例中，多個輻射元件901接收RF信號，並傳遞這些信號至主動式布拉斯矩陣900。布拉斯矩陣900係由多個主動式布拉斯矩陣子單元(subunit)構成。在一示例性具體實施例中，一主動式布拉斯矩陣子單元包含一主動式功率組合器910、一主動式功率分離器920與一向量產生器930。該主動式布拉斯矩陣子單元為設置成行與列的一格柵(grid)之子單元的一部份。在一示例性具體實施例中，每一列係關聯於一個別的輻射元件，而每一行形成一個別的波束。
在該示例性具體實施例中，主動式功率分離器920區分該RF信號能量而為傳遞至向量產生器930的一小部份能量以及傳遞至在相同列中一鄰接的布拉斯矩陣子單元的剩餘的信號能量。向量產生器930以符合於將波束1導向在一所需的實體方向上的方式，相位偏移該RF信號。向量產生器930之輸出信號被傳遞至主動式功率組合器910做為一第一輸入信號。再者，在一示例性具體實施例中，主動式功率組合器910亦自在相同行中該鄰接的布拉斯矩陣子單元接收一第二輸入。該第二輸入信號被組合於該第一輸入信號，以形成一布拉斯矩陣子單元輸出信號。在一示例性具體實施例中，每一行的向量產生器促使一相鋒(phase front)的形成，並造成被指向所需的實體方向上的一波束。為了達到該波束形成，由向量產生器930射出的該相位延遲係基於主動式布拉斯矩陣900之大小、在主動式布拉斯矩陣900之內的個別的主動式布拉斯矩陣子單元的位置、以及所需的波束指向方向而定。一相位梯度(phase gradient)橫跨每一行的向量產生器而形成，以支援在一唯一方向上的波束形成。該相位梯度藉由確保該行之內鄰接的向量產生器之差值相位(delta phase)被保持固定而形成。
在一示例性具體實施例中，在每一行之內，主動式功率分離器920傳遞該收到的RF信號至位在相同列內的下一個主動式功率分離器，其中下一個主動式功率分離器在功能上同於主動式功率分離器920。當新一行的向量產生器自前一行的功率分離器接收這些信號時，可以建立橫跨該新的一行之一新的相位梯度來支援一新的波束。依此方式，每一波束可個別地操縱，且彼此無關。換言之，因此每一行對應於與其它波束無關的特定波束。在一示例性具體實施例中，每一列的主動式功率組合器910依序地組合來自這些行之信號能量來形成這些輸出波束。
在一示例性具體實施例中，這些主動式分離器與主動式組合器之有效耦合值(effective coupling value)(或增益)係藉由使用這些差動放大器或小數值阻抗衰減器(resistive attenuator)之偏壓控制來做調整。本技藝專業人士可瞭解，在另一示例性具體實施例中，每個波束可藉由改變個別行之這些相鋒而獨立地操縱。因此，本發明提供了在先前技術中僅能夠產生不可操縱波束之分散式電路為主的布拉斯矩陣所不可能達到的個別可操縱波束。
再者，根據一示例性具體實施例，主動式布拉斯矩陣900之部份可實作成差動式發信。例如，差動式發信可用於在主動式功率組合器910、主動式功率分離器920與向量產生器930中至少一者之間傳遞信號。再者，亦可植入差動式發信，以利用這些輸入埠及/或輸出埠傳遞一信號。
除了上述之該接收具體實施例之外，一布拉斯矩陣亦可設置成傳送。根據一示例性具體實施例並參照圖10，設置為傳送應用的主動式布拉斯矩陣1000傳遞信號至多個輻射元件1001，以傳送這些產生的RF信號。一示例性傳送具體實施例的結構類似於該示例性接收具體實施例的結構。特別是主動式布拉斯矩陣1000包含將主動式布拉斯矩陣子單元設置成行及列。但是，該主動式布拉斯矩陣子單元的結構於一傳送具體實施例與一接收具體實施例之間作變化。在一示例性傳送具體實施例中，一主動式布拉斯矩陣子單元包含主動式功率組合器1010、主動式功率分離器1020及向量產生器1030。主動式功率分離器1020區分一輸入信號成為兩個信號。這些區分的信號之第一者被傳遞至相同行中一鄰接的主動式布拉斯矩陣子單元。這些區分的信號之第二者在傳送通過向量產生器1030之後，被傳遞至主動式功率組合器1010。主動式功率組合器1010設置成組合該第二區分的信號與自相同列中一鄰接的主動式布拉斯矩陣子單元接收的一信號。在該示例性具體實施例中，主動式功率組合器1010傳遞一組合的輸出信號至下一個鄰接的主動式布拉斯矩陣子單元或輻射元件1001。
以下的申請案皆關於本發明標的：美國專利申請編號12/759,043，名為「天線系統的主動式混合電路」(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「主動式前饋放大器」(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12/759,059，名為「多波束主動式相位陣列架構」(MULTI-BEAM 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36956.6500)；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。
100．．．主動式功率分離器
110．．．差動輸入子電路
111．．．輸入子電路電晶體
112．．．輸入子電路電晶體
120．．．第一差動輸出子電路
121．．．第一電晶體
122．．．第二輸出子電路電晶體
130．．．第二差動輸出子電路
131、132．．．電晶體
200．．．主動式功率組合器
210．．．第一差動輸入子電路
220．．．第二差動輸入子電路
230．．．單一端點輸出子電路
240．．．差動輸出子電路
300．．．主動式射頻(RF)混合電路
310．．．第一主動式功率分離器
311．．．第二主動式功率分離器
320．．．第一向量產生器
321．．．第二向量產生器
330．．．第一主動式功率組合器
331．．．第二主動式功率組合器
340．．．第一數位到類比轉換器
341．．．第二數位到類比轉換器
400．．．向量產生器
410．．．被動式I/Q產生器
420．．．第一可變增益放大器
421．．．第二可變增益放大器
430．．．第一象限選擇
431．．．第二象限選擇
440．．．電流加總器
450．．．數位控制器
460．．．第一數位到類比轉換器
461．．．第二數位到類比轉換器
500．．．四波束主動式巴特勒矩陣
501．．．數位控制器
510．．．第一主動式90°混合電路
511．．．第二主動式90°混合電路
520．．．第一向量產生器
521．．．第二向量產生器
530．．．第三主動式90°混合電路
531．．．第四主動式90°混合電路
600．．．四波束主動式巴特勒矩陣
601．．．波束加權部
605．．．主動式功率分離器
606．．．主動式90°混合電路
610．．．第一可變增益放大器
611．．．第二可變增益放大器
700．．．八波束主動式巴特勒矩陣
800．．．八波束主動式巴特勒矩陣
810．．．主動式混合電路的第一階段/主動式混合電路
820．．．主動式混合電路的第二階段/主動式混合電路
830．．．主動式混合電路的第三階段/主動式混合電路
900．．．主動式布拉斯矩陣
901．．．輻射元件
910．．．主動式功率組合器
920．．．主動式功率分離器
930．．．向量產生器
1000．．．主動式布拉斯矩陣
1001．．．輻射元件
1010．．．主動式功率組合器
1020．．．主動式功率分離器
1030．．．向量產生器
1R．．．輸入埠/輸出埠
1L．．．輸入埠/輸出埠
2R．．．輸入埠/輸出埠
2L．．．輸入埠/輸出埠
3R．．．輸入埠/輸出埠
3L．．．輸入埠/輸出埠
4R．．．輸入埠/輸出埠
4L．．．輸入埠/輸出埠
對於本發明更為完整的瞭解可藉由參考實施方式與申請專利範圍並配合參考附屬圖式而得到，其中類似參考編號代表所有圖式當中的類似元件，及：
圖1為一主動式功率分離器之示例性具體實施例；
圖2為一主動式功率組合器之示例性具體實施例；
圖3為一主動式RF混合電路之示例性具體實施例；
圖4為一主動式向量產生器之示例性具體實施例；
圖5為一四波束主動式巴特勒矩陣之示例性具體實施例；
圖6為一四波束主動式巴特勒矩陣之另一示例性具體實施例；
圖7為一八波束主動式巴特勒矩陣之示例性具體實施例；
圖8為一八波束主動式巴特勒矩陣之另一示例性具體實施例；
圖9為一設置為接收應用的一主動式布拉斯矩陣的示例性具體實施例；及
圖10為一設置為傳送應用的一主動式布拉斯矩陣的示例性具體實施例。
100．．．主動式功率分離器
110．．．差動輸入子電路
111、112．．．輸入子電路電晶體
120．．．第一差動輸出子電路
121．．．第一電晶體
122．．．第二輸出子電路電晶體
130．．．第二差動輸出子電路

Claims (15)

  1. 一種主動式巴特勒矩陣，包含至少一主動式混合電路與至少一向量產生器，其中該至少一向量產生器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，其中經由該主動式巴特勒矩陣傳遞的一信號不會造成一信號功率損耗。
  2. 如申請專利範圍第1項之主動式巴特勒矩陣，其中該主動式巴特勒矩陣由矽鍺製成。
  3. 如申請專利範圍第1項之主動式巴特勒矩陣，其中該主動式巴特勒矩陣設置成同時在複數個頻帶之上操作。
  4. 如申請專利範圍第1項之主動式巴特勒矩陣，另包含差動式發信來增加信號隔離。
  5. 如申請專利範圍第1項之主動式巴特勒矩陣，其中該主動式巴特勒矩陣形成至少一可操縱的(steerable)波束。
  6. 一種四波束主動式巴特勒矩陣，其包含：一第一主動式90°混合電路，其設置成接收一第一輸入信號與一第二輸入信號；一第二主動式90°混合電路，其設置成接收一第三輸入信號與一第四輸入信號；一第三主動式90°混合電路，其與該第一主動式90°混合電路及該第二主動式90°混合電路進行通訊，其中該第三主動式 90°混合電路設置成傳送一第一輸出信號至一第一輻射元件，並傳送一第二輸出信號至一第二輻射元件；一第四主動式90°混合電路，其與該第一主動式90°混合電路及該第二主動式90°混合電路進行通訊，其中該第四主動式90°混合電路設置成傳送一第三輸出信號至一第三輻射元件，並傳送一第四輸出信號至一第四輻射元件；一第一向量產生器，其與該第一主動式90°混合電路及該第三主動式90°混合電路進行通訊，其中該第一向量產生器自該第一主動式90°混合電路接收一信號，並輸出具有一45°相位延遲的一第一向量產生器信號；一第二向量產生器，其與該第二主動式90°混合電路及該第四主動式90°混合電路進行通訊，其中該第二向量產生器自該第二主動式90°混合電路接收一信號，並輸出具有一45°相位延遲的一第二向量產生器信號；其中該第三主動式90°混合電路接收該第一向量產生器信號與來自該第二主動式90°混合電路的一信號；及其中該第四主動式90°混合電路接收該第二向量產生器信號與來自該第一主動式90°混合電路的一信號。
  7. 一種設置成一格柵陣列之複數個布拉斯矩陣子單元的一主動式布拉斯矩陣子單元，該主動式布拉斯矩陣子單元包含：一主動式分離器，其設置成自一輻射元件或一第一鄰接的布拉斯矩陣子單元中至少一者接收一輸入信號，其中該主動式分離器區分該輸入信號成為一第一輸出信號與一第二輸出信號； 一向量產生器，其設置成自該主動式分離器接收該第一輸出信號，並產生一相位調整的輸出信號，其中該向量產生器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；及一主動式組合器，其設置成自該主動式分離器接收該第二輸出信號，並自一第二鄰接的布拉斯矩陣子單元接收一第二輸入信號，其中該主動式組合器產生一組合的布拉斯矩陣子單元輸出信號。
  8. 如申請專利範圍第7項之主動式布拉斯矩陣子單元，其中一波束藉由依序地組合來自在該格柵陣列中，該等複數個布拉斯矩陣子單元之一行的該組合的布拉斯矩陣子單元輸出信號而形成。
  9. 如申請專利範圍第8項之主動式布拉斯矩陣子單元，其中該第一鄰接的布拉斯矩陣子單元係與該主動式布拉斯矩陣子單元位在相同的列中，且其中該第二鄰接的布拉斯矩陣子單元係與該主動式布拉斯矩陣子單元位在相同的行中。
  10. 一種包含一列之行的主動式布拉斯矩陣，其包含：複數個主動式布拉斯矩陣子單元，其中該等複數個主動式布拉斯矩陣子單元之每一者包含一主動式功率分離器、一主動式功率組合器與一向量產生器，其中在該等複數個主動式布拉斯矩陣子單元中每一者之每個主動式功率分離器接收一輸入信號，並輸出一第一區分的信號至該向量產生器，及一第二區 分的信號至該主動式功率組合器；該等複數個主動式布拉斯矩陣子單元之多行，其中在該等複數個主動式布拉斯矩陣子單元之該等多行之每一者中，該等複數個主動式布拉斯矩陣子單元之每一者的該主動式功率組合器之該輸出被加總，以形成該各別之行的一波束；該等複數個主動式布拉斯矩陣子單元的多列，其中在該等複數個主動式布拉斯矩陣子單元之該等多列之每一者中，該等複數個主動式布拉斯矩陣子單元之每一者的該輸入信號以一串級的方式(cascaded manner)自該列中一鄰接之行的該主動式布拉斯矩陣子單元被接收，其中在該列中的該第一輸入信號來自一輻射元件。
  11. 如申請專利範圍第10項之主動式布拉斯矩陣，其中該主動式布拉斯矩陣設置成在複數個輻射元件上接收，其中該等複數個輻射元件之每一者係關聯於該等多列之一個別的列，且其中該主動式布拉斯矩陣形成複數個波束，該等複數個波束之每一者關聯於該等複數個行的一個別的行。
  12. 一種波束形成網路設備，其包含：至少四個信號輸入與至少四個信號輸出；及至少一主動式向量產生器，其中該至少一主動式向量產生器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，其中經由該波束形成網路設備傳遞的一信號並不會造成一信號功率損耗。
  13. 如申請專利範圍第12項之波束形成網路設備，其中該波 束形成網路設備設置成同時在複數個頻帶之上操作。
  14. 如申請專利範圍第12項之波束形成網路設備，另包含差動式發信來增加信號隔離。
  15. 如申請專利範圍第12項之波束形成網路設備，其中該波束形成網路設備形成至少一可操縱的波束。
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