TWI536661B - 用於通訊之系統及用於傳遞rf信號之方法 - Google Patents

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Description

用於通訊之系統及用於傳遞RF信號之方法
本發明之主題概略關於使用交錯式波導元件的系統、裝置與方法。特定而言，本發明提供一種使用雙極化、寬頻、多頻率交錯式波導天線孔徑來傳遞RF信號之系統、裝置與方法。
一種相位陣列天線使用多個輻射元件來傳送、接收或傳送與接收射頻(RF，“Radio frequency”)信號。相位陣列天線可用於多種用途，包括移動中通訊(COTM，“Communications on the move”)天線、暫停中通訊(COTP，“Communications on the pause”)天線、衛星通訊(SATCOM，“Satellite communication”)空中終端機、SATCOM行動通訊、區域多點資訊分散服務(LMDS，“Local multipoint distribution service”)、無線點對點(PTP，“Point to point)微波系統，及SATCOM地面終端機。再者，在一相位陣列天線中該等典型的組件為分散式組件，因此其易受頻率影響，並針對特定頻帶進行設計。
在一種典型的先前技術具體實施例中，一相位陣列天線包含一輻射元件，其以90°或180°的相位偏移傳遞雙重線性信號至一混合式耦合器，然後通過低雜訊放大器(LNA，“Low noise amplifier”)。再者，該等雙重線性信號藉由在通過一功率組合器(power combiner)之前由相位偏移器做調整。
在一典型的先前技術具體實施例中，需要分開的傳送與接收陣列，在當它們的位置非常靠近時，即無法提供作業之傳送與接收頻帶之同位置的波束(co-located beams)。
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。再者，該天線架構必須允許利用實質上同位置的波束同時進行傳送與接收通訊。
根據多種示例性具體實施例，本發明揭示一種系統，其包括(1)一第一複數波導元件；及(2)一第二複數波導元件，其與該等第一複數波導元件交錯在一外殼中。在此示例性具體實施例中，該等第一複數波導元件可設置成以一第一頻帶進行通訊。在此示例性具體實施例中，該等第二複數波導元件可設置成以一第二頻帶進行通訊。在此示例性具體實施例中，該等第一複數波導元件與該等第二複數波導元件可以整合式地耦合至一印刷電路板。此外，在此示例性具體實施例中，該系統能夠進行全雙工作業。
根據多種示例性具體實施例，本發明揭示一種用於傳遞RF信號之方法，其包括(1)經由一第一複數波導元件傳送一第一信號；及(2)經由與該等第一複數波導元件在一外殼中交錯的一第二複數波導元件接收一第二信號。在此示例性具體實施例中，該等第一複數波導元件可設置成以一第一頻帶進行通訊。在此示例性具體實施例中，該等第二複數波導元件可設置成以一第二頻帶進行通訊。在此示例性具體實施例中，該等第一複數波導元件與該等第二複數波導元件可以整合式地耦合至一印刷電路板。在此示例性具體實施例中，該等RF信號可在全雙工作業下被傳遞。
根據本發明一示例性具體實施例，提供除此之外可便於改善RF信號之通訊的系統、裝置與方法。以下的說明並非要做為此處所述之該等系統之使用或應用性的限制，而是僅提供做為示例性具體實施例之完整與完全的說明。
主動式分配器：在一示例性具體實施例中，一主動式功率分配器(power splitter)包含一差動輸入子電路、一第一差動輸出子電路，及一第二差動輸出子電路。該差動輸入子電路包括具有一共通射極節點的成對的電晶體，並有如一般位在差動放大器中的固定電流偏壓。一輸入信號被傳遞到該差動輸入子電路中成對的電晶體之基極。該等第一與第二差動輸出子電路皆包含具有一共通基極節點的一對電晶體，且每一共通基極連接至接地。
該第一差動輸出子電路具有連接至該輸入子電路電晶體中之一者的集極之一第一電晶體射極。該第二輸出子電路電晶體之射極連接至另一輸入子電路電晶體的集極。在該示例性具體實施例中，該第一輸出自該第一差動輸出子電路之電晶體的集極排出。再者，該第二差動輸出子電路係類似地連接，除了該等電晶體射極為相對於該等電晶體為反向地連接至該輸入子電路電晶體集極以外。
藉由倒轉該等第一與第二差動輸出子電路之間的該等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°反相。在另一示例性具體實施例中，該等電晶體射極非反向性連接至該等輸入子電路電晶體集極，造成該第一輸出與該第二輸出彼此大約同相位。概言之，通過該功率分配器之該等輸出信號之絕對相位偏移並不如該等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，一主動式功率分配器轉換一輸入RF信號成為兩個輸出信號。該等輸出信號位準在振幅上可以相等，雖然這並非必要。對於一先前技術的被動式功率分配器，每個輸出信號在功率上比該輸入信號大約低3 dB。相反地，一示例性主動式分配器可提供增益，且該輸入信號與該輸出信號之間的相對功率位準係可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上中性或正功率增益。例如，該輸出信號可設置成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，一主動式功率分配器產生輸出信號，其在為零或實質為零的兩個信號之間具有一差動相位。通過該主動式功率分配器之輸出信號的絕對相位偏移可能不如該等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，一主動式功率分配器額外地於該等輸入與輸出埠提供匹配的阻抗。該等匹配的阻抗可為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，一主動式分配器提供該主動式功率分配器之該等輸出埠之間的絕緣。在一示例性具體實施例中，一主動式功率分配器係製造成一小型的射頻積體電路(RFIC，“Radio frequency integrated circuit”)，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，一主動式功率組合器包含一第一差動輸入子電路、一第二差動輸入子電路、一單一端點輸出子電路、及一差動輸出子電路。每一差動輸入子電路包括兩對電晶體，每一差動輸入子電路的每一電晶體包括具有固定電流偏壓的一共通射極節點，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中該等電晶體之該等基極。例如，一輸入信號的第一線ln1被提供給第一差動輸入子電路中每一電晶體配對的一電晶體，而一輸入信號的第二線ln1被提供給每一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中該等電晶體之該等基極。例如，一輸入信號的第一線ln2被提供給第一差動輸入子電路中每一電晶體配對的一電晶體，而一輸入信號的第二線ln2被提供給每一電晶體配對之另一電晶體。再者，在一示例性具體實施例中，一差動輸出信號由在第一與第二差動輸入子電路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。該輸出信號可為在一單一端點輸出子電路的一單一端點輸出，或為在一差動輸出子電路的一差動輸出。換言之，一主動式功率組合器執行主動式功率分配器之相反的功能。該輸入信號位準可為任意的振幅與相位。類似於一主動式功率分配器，一主動式功率組合器可以提供增益，且該等輸入端與輸出端之間的相對功率位準亦可調整，並可做選擇性的設計。在一示例性具體實施例中，該輸出信號達到在該等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該等輸入信號之總和上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。
在另一示例性具體實施例中，一主動式功率分配器額外地於該等輸入與輸出埠提供匹配的阻抗。該等匹配的阻抗可為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，一主動式分配器提供該主動式功率分配器之該等輸出埠之間的絕緣。在一示例性具體實施例中，該主動式功率分配器係製造成一小型的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信號進入一正交網路造成相位差大約90°之兩個輸出信號來達成此功能。該等兩個輸出信號被饋送到平行象限選擇電路當中，然後通過平行可變增益放大器(VGA，“Variable gain amplifier”)。在一示例性具體實施例中，該象限選擇電路接收命令，並可設置成傳送該等輸出信號但在它們之間不會有額外的相對相位偏移，或是以一額外的180°倒轉該等輸出信號之任一者或兩者。在此方式中，該360°連續體(continuum)之所有四個可能象限可同時用於兩個正交信號。來自該電流加總器所得到的合成輸出信號在振幅及相位中至少一項做調變。
根據一示例性具體實施例，一向量產生器包含一被動式同相位/正交相位(I/Q，“In-phase/Quadrature-phase”)產生器、一第一可變增益放大器(VGA)及一第二VGA、一第一象限選擇及一第二象限選擇，其每一者設置成相位倒轉切換，及一電流加總器。該第一象限選擇與I/Q產生器及第一VGA進行通訊。該第二象限選擇與I/Q產生器及第二VGA進行通訊。再者，在一示例性具體實施例中，一向量產生器包含一數位控制器，其控制一第一數位到類比轉換器(DAC，“Digital-to-analog converter”)與一第二DAC。該等第一與第二DAC分別控制第一與第二VGA。此外，一數位控制器控制第一與第二象限選擇。
在一示例性具體實施例中，一向量產生器藉由分離一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該向量產生器，或限制於該向量產生器的多個部份。在另一示例性具體實施例中，該等RF信號為非差動式傳遞。該I向量與Q向量係平行地處理，每一者通過由第一與第二象限選擇所執行的該相位倒轉切換。該等相位倒轉切換所得到的輸出包含四個可能的信號：一未倒轉的I、一倒轉的I、一未倒轉的Q及一倒轉的Q。依此方式，一相量圖的所有四個象限皆可由VGA做進一步處理。在一示例性具體實施例中，該等四個可能信號未倒轉的I、倒轉的I、未倒轉的Q及倒轉的Q中的兩個分別經由VGA做處理，直到該等兩個選擇的信號在一電流加總器中組合來形成一合成RF信號。該電流加總器輸出具有相位與振幅調整之合成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，該等合成RF信號係為單一端點形式。
在一示例性具體實施例中，對該象限偏移之控制與VGA功能係由一對DAC所提供。在一示例性具體實施例中，一數位控制器之重新設置允許相位位元之數目於一向量產生器被製造之後以數位方式控制，其係當存在著適當的DAC解析度與自動增益控制(AGC，“Automatic gain control”)動態範圍的情況下。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之重新設置可在一向量產生器被製造之後進行，藉以便於該等向量振幅之調整。
在另一示例性具體實施例中，該天線系統架構可支援半雙工及/或全雙工作業。在參照圖3的一示例性具體實施例中，該天線系統可另包含一印刷電路板，其中含有一疊層結構中的複數輻射元件；該疊層結構包含一驅動層與至少一寄生層。該印刷電路板輻射元件可設置成做為一天線。在又另一示例性具體實施例中，該天線系統可支援在實質上同時多個頻帶之上的作業。在一示例性具體實施例中，該波導孔徑相位陣列天線系統可具有完整的電子極化敏捷性(electronic polarization agility)。在另一示例性具體實施例中，該波導孔徑相位陣列天線架構可支援多個同時的波束。
在一示例性具體實施例中，一RF控制模組可包括一向量控制裝置。在一示例性具體實施例中，該向量控制裝置並非包含在一個別的相位偏移器與衰減器內，而是一單一實體，例如一向量產生器。相位與振幅可對於每一輻射元件的每一基礎極化做控制。
根據一示例性具體實施例，一相位陣列可包括耦合至波導孔徑(波導元件)之波導輻射器之一平面陣列。在一示例性具體實施例中，波導元件可包括以任何適當組態配置的傳送波導孔徑與接收波導孔徑。例如，在一示例性具體實施例中，該相位陣列可包括交錯的傳送波導孔徑與接收波導孔徑。
在參照圖1A與1D的一示例性具體實施例中，相位陣列110包含複數波導孔徑125。波導孔徑125可例如形成在孔徑板131中。在一示例性具體實施例中，波導孔徑125包含傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128。
雖然波導孔徑125可使用任何適當材料以任何適當形狀與方法形成，在一示例性具體實施例中，波導孔徑125形成在孔徑板131中。在一示例性具體實施例中，孔徑板131可由任何需要的技術所製成，例如像是機械加工、線切割放電加工(EDM，“Electrical Discharge Machining”)、鑄造或塑模。例如，在一示例性具體實施例中並參照圖1B與1C的，孔徑板131由一單片式材料形成。圖1C為在單片式孔徑板131中形成的波導。在此示例性具體實施例中，該孔徑板整合式地耦合至一多層印刷電路板。在一示例性具體實施例中，孔徑板131可由在該操作頻帶下，具有充份厚度之導電表面層以做為一射頻接地層之任何適當材料，例如像是金屬、鐵電材料、金屬化塑膠及/或類似者。
根據一示例性具體實施例，傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128之每一者可包含一對正交波導。例如，一對可為一個以上的傳送波導孔徑126或一個以上的接收波導孔徑128。每個波導孔徑125可具有長度與寬度，其中該長度之可測量尺寸可比該寬度之可測量尺寸更長，例如長方形。該等複數傳送波導孔徑125中之一者的方向在一第一方向，例如長度位在一實質水平的方向，而一第二傳送波導孔徑126在一第二方向上，例如長度在一實質垂直的方向。在此示例性具體實施例中，這些波導孔徑125可包含一正交配對。在一示例性具體實施例中，一對正交的波導孔徑125可在任何適當方向上形成一「T」形。在一示例性具體實施例中，一對正交的波導孔徑125可在任何適當方向上形成一「L」形，或在任何適當方向上形成一倒「L」形。在另一示例性具體實施例中，複數傳送波導孔徑126的第一傳送波導孔徑126相對於複數傳送波導孔徑126的第二傳送波導孔徑126，可用沿著一正交平面之任何適當位置上來定向。
根據一示例性具體實施例，傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128為交錯。例如，根據一示例性具體實施例，一正交配對的接收波導孔徑128之至少一部份可以相當靠近地插入在複數正交配對的傳送波導孔徑126之至少一部份之間。類似地，根據此示例性具體實施例，一正交配對的傳送波導孔徑126之至少一部份可以相當靠近地插入在正交配對的複數接收波導孔徑128之至少一部份之間。根據一示例性具體實施例，傳送波導孔徑126的晶格(lattice)之拓樸必須被設置使得正交配對的傳送波導孔徑126之間的空間必須填入其它正交配對的傳送波導孔徑126之部份。
根據一示例性具體實施例，接收波導孔徑128的至少一部份可以相當靠近地插入在複數傳送波導孔徑126的至少一部份之間。類似地，根據此示例性具體實施例，傳送波導孔徑126的至少一部份可以相當靠近地插入在複數接收波導孔徑128的至少一部份之間。
換言之，在一示例性具體實施例中，複數傳送波導孔徑126可設置在一邊界之內，且複數接收波導孔徑128必須重疊設置在相同的邊界之內。在一示例性具體實施例中，該重疊實質上為100%。在另一示例性具體實施例中，該重疊小於100%。在一示例性具體實施例中，該重疊的 百分比要儘可能地高。在一示例性具體實施例中，波導孔徑125可用固定樣式設置在一邊界之內。在一示例性具體實施例中，波導孔徑125可用非固定樣式設置在一邊界之內。在一示例性具體實施例中，波導孔徑125做為一固定樣式的一部份與一非固定樣式的一部份之組合而設置在一邊界之內。在一示例性具體實施例中，波導孔徑125的方向在一第一方向，例如其長度位在一實質上水平的方向，而第二傳送波導孔徑126在一第二方向上，例如其長度在相對於一邊界的一固定本地座標系統中為一實質上垂直的方向。在一示例性具體實施例中，波導孔徑125的方向在一第一方向，例如其長度位在一實質上傾斜45度的方向，而第二傳送波導孔徑126在正交於該第一方向的一第二方向上，例如其長度在相對於一邊界的一固定本地座標系統中為一實質上傾斜-45度的方向。在一示例性具體實施例中，波導孔徑125的方向在一第一方向，例如其長度位在一實質上角度為α的方向，而一第二傳送波導孔徑126在正交於該第一方向的一第二方向上，例如其長度在相對於一邊界的一固定本地座標系統中為一實質上角度為α+90°的方向。
根據一示例性具體實施例，交錯的傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128可為傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128的正交配對。在參照圖1B的一示例性具體實施例中，這些傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128的正交配對可設置在任何適當方向上。例如，該正交配對可一起旋轉，且其可定向於任何適當角度。在一示例性具體實施例中，該正交配對可一起旋轉，並與其它相對於一基準座標系統之類似或者不同的旋轉角度之正交配對群組在一起。複數群組的配對可相對於一基準座標系統定向於任何角度。例如，在一示例性具體實施例中，這些傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128的正交配對可設置有導致後續旋轉圓形極化產生的正交相位加權。一輻射元件的正交配對可具有實質上相等的振幅加權，以及在該配對之內一0°與±90°的相位關係。在一示例性具體實施例中，由該配對所輻射而造成的電場將被圓形極化。在另一示例性具體實施例中，這些傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128之正交配對可設置有相等的振幅加權，及實質上在該傳送配對中為(0°,+90°)且在該接收配對中為(0°,-90°)之正交相位加權，造成後續正交圓形極化產生用於傳送與接收的作業模式。在另一示例性具體實施例中，這些傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128之正交配對可設置有相等的振幅加權，及實質上在該傳送配對中為(0°,0°)的相等相位加權且在該接收配對中為(0°,180°)之相反相位，造成正交線性極化產生用於傳送與接收的作業模式。
在一示例性具體實施例中，傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128的該等配對在相當靠近的區域中為正交。例如，在一示例性具體實施例中，其分開等於小於傳送波導孔徑126的15%之長度。
在一示例性具體實施例中，波導孔徑125可為任何適當形狀，例如長方形、具有圓角的長方形，橢圓形及/或任何拉長的形狀或形式，例如長寬比大於1.8到1之形式。在一示例性具體實施例中，波導孔徑125，例如傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128可為不相等的尺寸。例如在一示例性具體實施例中，傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128當相較於在相同晶格內的其它傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128時，可為不相等的尺寸。另外，傳送波導孔徑126可為與相同晶格內其它傳送波導孔徑126不相等的尺寸。同時，接收波導孔徑128可為與相同晶格內其它接收波導孔徑128不相等的尺寸。另外，在一示例性具體實施例中，在一晶格之內的波導孔徑125可為相等尺寸，例如傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128。在一示例性具體實施例中，多個傳送波導孔徑126及/或接收波導孔徑128可為相較於在一晶格之內其它傳送波導孔徑126及/或接收波導孔徑128之相等及不相等尺寸之組合。
在一示例性具體實施例中，波導孔徑125尺寸係正比於它們所傳播的頻帶。波導孔徑125可為任何適當尺寸、寬度、長度及/或長寬比。在一示例性具體實施例中，波導孔徑為長0.340英吋及寬0.085英吋(即該波導孔徑長度之25%)。
在一示例性具體實施例中，波導孔徑125可設置成藉由選擇波導孔徑125的尺寸及內部特徵來過濾頻帶。例如，傳送波導孔徑126之尺寸可根據選擇性地傳播傳送信號的需要製作。換言之，傳送波導孔徑126之尺寸可根據過濾傳送信號之外的信號的需要製作。例如，傳送波導孔徑126之形狀與尺寸可根據抑制將會另外出現在該接收頻帶的高功率放大器雜訊的需要製作。另外，在一示例性具體實施例中，一高通濾波器耦合至部份的相位陣列110，以抑制將會另外出現在該接收頻帶的高功率放大器雜訊。在一示例性具體實施例中，接收波導孔徑128之尺寸可根據選擇性地抑制傳送信號的需要製作。另外，在一示例性具體實施例中，一帶通濾波器耦合至部分的相位陣列110，以抑制將會另外出現為該傳送信號之頻率。
在參照圖1E的一示例性具體實施例中，波導孔徑125可設置成使用單一或雙重脊部負載之較寬的操作頻寬，例如在Ku及/或Ka頻帶中2.4:1頻寬比例的寬操作頻寬。在一示例性具體實施例中，相位陣列110的波導孔徑125可形成任何適當的晶格，例如長方形、三角形及/或正方形。換言之，在一具體實施例中，相位陣列110的波導孔徑125位在一均勻或在一或兩個維度中具有不相等間隔的非均勻格柵(grid)上。在一示例性具體實施例中，相位陣列110的波導孔徑125以做為薄化陣列的方式半隨機性地相區隔。
在一示例性具體實施例中，該等波導孔徑之形狀可降低相對於相同長度之長方形波導孔徑之基本或主要波導模式中斷頻率值。可使用一脊部負載波導來降低相對於長方形波導孔徑之主要波導模式中斷頻率。在一示例性具體實施例中，該等波導孔徑載入有一單一脊部。在一替代示例性具體實施例中，該等波導孔徑載入有一雙脊部設置。該單一脊部或雙重脊部可偏離該波導孔徑的中心。再者，脊部波導孔徑可混合相位陣列110內非脊部波導孔徑。脊部波導孔徑可允許在相位陣列110內所使用較小的輻射元件，並可允許成對或成組的輻射器有較靠近的間隔。此外，脊部波導孔徑可允許相對於非脊部波導孔徑之較寬的頻寬作業。在具有脊部波導孔徑的一示例性具體實施例中，該操作頻寬比為2.4比1。換言之，最高的操作頻率為最低操作頻率的2.4倍。
在參照圖3的示例性具體實施例中，例示一示例性波導輻射器之側截面圖。在此示例性具體實施例中，該輻射元件整合式地耦合至一積體電路，例如單晶微波積體電路(MMIC，“monolithic microwave integrated circuit”)模組或印刷電路板。例如，並非耦合至一積體電路之輻射元件，該輻射元件被塑造成該積體電路材料的一部份。在一示例性具體實施例中，雖然可使用任何材料，該等輻射元件可製造在一適當半導體材料的任何適當MMIC基板上(即晶片、晶粒)，例如矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、鍺(Ge)、有機聚合物、磷化銦(InP)及組合物，例如混合的矽與鍺(例如矽鍺(SiGe))、混合的矽與碳、或任何適於製造輻射元件的半導體基板。在另一示例性具體實施例中，該天線系統架構可支援半雙工及/或全雙工作業。
在一示例性具體實施例中，該天線系統可另包含一印刷電路板，其中含有一疊層結構中的複數輻射元件；該疊層結構包含一驅動層與至少一寄生層。該印刷電路板輻射元件可設置成做為一天線。在又另一示例性具體實施例中，該天線系統可支援在實質上同時多個頻帶之上的作業。在另一示例性具體實施例中，該天線系統可支援動態極化劣化修正。
在一示例性具體實施例中，一數位信號處理器(DSP，“Digital signal processor”)可對每個輻射元件提供本地波束操縱計算與命令。這些操縱計算與命令可包括I與Q計算與命令。這些操縱計算與命令可包括振幅與相位計算及命令。該DSP對於每個基礎極化提供一計算及/或命令至一向量產生器，及對於每個元件提供相位及/或振幅。該等元件的極化之聚集(aggregate)造成該系統之整體極化。操縱修正亦可由位在晶片上或晶片外之一向量產生器來執行。在一示例性具體實施例中，這些晶片外的修正與命令可經由一序列纜線傳遞到該晶片。該DSP可以電性耦合至一或多個時間延遲模組、RF模組、信號纜線輸入/輸出、及/或功率輸入/輸出。
在一示例性具體實施例中，並重新參照圖3，該RF模組利用該輻射元件傳遞雙向信號，並包括用於接收信號的該低雜訊放大器(LNA)及用於傳送信號之RF功率放大器(PA，“Power amplifier”)。在一示例性具體實施例中，對應於一輻射元件的每一基礎極化有一LNA與一PA。該RF模組包含每個基礎極化的該等向量產生器。向量產生器可分別用於傳送與接收，或它們可由傳送與接收作業所共享。該RF模組可以電性耦合至一或多個時間延遲模組，RF分佈模組、元件跡線(element trace)、DSP、信號輸入/輸出、及/或功率輸入/輸出。該RF模組可傳送一信號至該元件跡線。
該輻射元件層可包含一輻射元件、一介電材料(例如孔徑寄生)及一背平面。在一示例性具體實施例中，該輻射元件層可包含一或多個元件跡線、接地耦合、接合層、孔徑寄生、射頻疊層、控制功率疊層、及/或天線疊層。
在一示例性具體實施例中，該輻射元件可包含適合做為一天線的任何輻射元件。例如，該輻射元件可包含一印刷電路板整合式輻射元件。
在一示例性具體實施例中，一輻射元件被實作在一印刷電路板中的至少三個導電層中。該第一導電層做為該輻射元件的一接地平面，而該第二導電層為該驅動元件，並直接連接至該RF模組。一第三導電層對應於該驅動層之上的一寄生層。根據特定頻帶與掃描效能之需求在該輻射元件設計中有一個以上的寄生層。在一示例性具體實施例中，該等輻射元件可為空氣負載、介電負載、或具有空氣或介電負載的脊部負載輻射器。
用於寬頻孔徑相位陣列天線的額外系統與方法係描述於共同申請中的美國臨時專利申請編號61/265,587，名為「KA/K/KU頻帶之片段式孔徑」(FRAGMENTED APERTURE FOR THE KA/K/KU FREQUENCY BANDS)，其於2009年12月1日立案，其內容在此完整參照來加以併入本文。
在一示例性具體實施例中，並參照圖2，該波導孔徑壁係直接接觸於一印刷電路板之板狀通孔108的一陣列。板狀通孔108另由一區段的一第一接地平面所連接，其實質上行經具有一開放區段的該波導孔徑壁的周圍，其具有一微帶及/或帶線連接的元件122位在波導孔徑介面114之邊界內。在該波導壁邊界內的帶元件122操作式地耦合該波導內的信號至該印刷電路板內的一傳輸模式。在一示例性具體實施例中，一波導孔徑的背短路由該印刷電路板之遠端側上一金屬凹穴所形成。在此例中，該金屬凹穴由板狀通孔或介層窗108所定義的該路徑連接至該波導孔徑。在一替代示例性具體實施例中，一波導孔徑的背短路由連接至該第一接地層的該印刷電路板內的一第二接地層所形成。
在一示例性具體實施例中並參照圖2，MMIC 104可包括RF輸出116、RF輸入118及多個輸入/輸出埠120。RF輸出116為打線接合或另外連接至RF探針122。RF探針122延伸到波導孔徑介面114當中。RF探針122可用於在波導孔徑介面114之內發出一RF信號。在一示例性具體實施例中，波導孔徑125軸係垂直於一印刷電路板。因此，在一示例性具體實施例中，RF探針122可以垂直於該印刷電路板而延伸到波導孔徑介面114當中。波導孔徑介面114設置成在一封裝與其周遭的組件與環境之間的一低損耗介面。
RF輸入118到MMIC 104為打線接合，或另外連接至結構124。結構124可包含一微帶50歐姆跡線。再者，結構124可為例如能夠傳遞一信號至MMIC 104之任何結構。結構或跡線124可依次連接至接合介層窗111中之一者。接合介層窗111可連接或經由連接器接腳接合於一接合封裝的額外介層窗108。MMIC 104的輸入/輸出埠120為打線接合，或另外連接至印刷電路板(PWB，“printed wiring board”)102上的多個跡線127。應瞭解MMIC 104可單獨封裝，或在其它裝置及/或MMIC包裝在一封裝中，例如四邊扁平無接腳(QFN，“Quad Flat No Lead”)或四邊扁平封裝成為一MMIC模組。再者，來自MMIC模組的RF信號及送至MMIC模組的RF信號可操作式地連接至複數鄰近的波導孔徑介面114。
孔112容納螺栓、螺絲或其它連接器，例如機械式地彼此固定或安裝印刷電路板102及可能的該封裝之其它組件或安裝至一或多個額外的組合件或結構。例如，印刷電路板102可經由一或多個孔112安裝至一鄰接的熱擴散板、機架、額外的PWB、額外的封裝、或其它結構。孔112可由其它附著結構補強或取代，例如可提供關聯於一封裝之多種組件當中所需要的機械式附加裝置之其它連接或空間。固定式機械連接提供組件之間可預測及需要的間隔，藉以最大化最適的熱連接與信號通訊。
用於整合式波導介面之額外的系統與方法係描述於共同申請中的美國專利申請編號12/031,236，名為「整合式波導封裝的系統與方法」(SYSTEM AND METHOD FOR INTEGRATED WAVEGUIDE PACKAGING)，其於2008年2月14日立案，其內容在此完整參照任何用途來加以合併。
在一示例性具體實施例中，單一模式波導孔徑可設置成傳送或接收波導孔徑。在一示例性具體實施例中，多個單一模式波導孔徑可設置成在該傳送與接收頻帶作業中產生傳送或接收方案。
在一示例性具體實施例中，該系統能夠進行全雙工作業。在一示例性具體實施例中，全雙工作業代表該系統能夠同步並同時當做一傳送器與一接收器來進行通訊。在一示例性具體實施例中，這些波導孔徑可設置成單一極化，例如垂直或水平。在一示例性具體實施例中，多個單一模式、單一極化波導孔徑可被組合，並設置成產生需要的極 化，例如右手圓形、左手圓形、右手橢圓形、及/或左手橢圓形。例如，在一示例性具體實施例中，聚集圓形極化可由波導孔徑的連續旋轉配合成對或成組的波導孔徑之適當相位來達成。在一示例性具體實施例中，波導孔徑可設置成以平衡的饋電系統來操作(例如0°、90°、180°及270°)。請瞭解一波導孔徑的相對相位(例如本地性0°或180°)可由該波導孔徑之內該耦合元件的相對方向來改變。
在一示例性具體實施例中，並重新參照圖1B，傳送波導孔徑126與接收波導孔徑128可被旋轉用於具有虛擬對稱性之次陣列樣式的合成。虛擬對稱性為一輻射樣式的特性，其中環繞該主要輻射方向軸的該樣式之正交平面具有一類似的特性波束寬度值。在一示例性具體實施例中，波導孔徑125可設置成根據波導孔徑125的信號發射方向來產生相位倒轉(phase inversion)。在一示例性具體實施例中(以下進一步討論)，相位陣列110包含電子極化敏捷性。在一示例性具體實施例中，相位陣列110設置成包含低交叉極化。例如，藉由設置緊密相隔的成對或成組的波導孔徑並施加正確的相位與振幅加權，即可達到低交叉極化。在一替代示例性具體實施例中，相位陣列110設置成包含低交叉極化，其藉由以相對於彼此的一系統化方法旋轉來設置成對或成組的波導孔徑，以產生可利用單一配對或組合可以達到的較佳品質之一聚集極化特性。
根據另一示例性具體實施例，相位陣列110可為具有任何適當數目的波導孔徑125之任何適當的相位陣列。根據另一示例性具體實施例，多個波導孔徑125之操作可被組合來增加一天線的掃描。例如，雖然可以組合任何數目 的波導孔徑，在一示例性具體實施例中，組合約31個傳送波導孔徑可達到大約5°的掃描。在另一示例性具體實施例中，組合大約85個傳送波導孔徑可達到大約10°的掃描。更概言之，該等元件的數目增加，且相位陣列110另由反射器150之焦點位移，以增加天線系統100的掃描角度。由幾何光學的角度而言，相位陣列110之大小與位置係根據要在最大掃描的條件之下交會來自反射器150之邊緣的能量射線的需要來製作，以提供可最大化天線系統100之整體效率的條件。在一示例性具體實施例中，顫動該波束指向可提供此處所述之該天線系統增加的掃描。在一示例性具體實施例中，該系統可在固定式波束應用及/或受限掃描應用中操作。在一示例性具體實施例中，此處所述的該等系統可包含一散焦陣列饋電。在一示例性具體實施例中，該相等等向性輻射功率(EIRP，“Equivalent isotropically radiated power”)限制為該等輻射元件之數目的函數。在無線電通訊系統中，相等等向性輻射功率(EIRP)或是另為有效等向性輻射功率為一等向性天線(其均勻地在所有方向上分散功率)將要放射的功率量，以產生在最大天線增益之方向上觀察到的峰值功率密度。
雖然此處揭示有多種示例性頻率，本發明並非一定限制於特定頻率。本發明亦不受限於特定天線尺寸。在一示例性具體實施例中，一第一複數波導元件可在一第一傳送頻率範圍與一第一接收頻率範圍中操作；而一第二複數波導元件可在一第二傳送頻率範圍與一第二接收頻率範圍中操作。在參照圖1B的一示例性具體實施例中，相位陣列110設置成具有由約28.1GHz到約30.0GHz(頻寬約1900MHz)的一傳送頻率，及由約18.3GHz到約20.2 GHz(頻寬約1900MHz)的一接收頻率。在此具體實施例中，波導輻射器可被組合來形成一正方形晶格。在另一示例性具體實施例中，相位陣列110設置成具有在約14.0GHz到約31.0GHz(頻寬約17.0GHz與頻寬比2.2到1)之範圍內的傳送頻率，及在約10.7GHz到約21.2GHz(頻寬約10.5GHz與頻寬比2.0到1)之範圍內的接收頻率。當該頻寬比大於1.5到1時，脊部波導輻射器為較佳。
在一示例性具體實施例中並參照圖4，所示為另一示例性波導拓樸400。在此示例性具體實施例中，傳送波導孔徑426根據該傳送操作頻帶高於接收操作頻帶而設置成比接收波導孔徑428要較小的波導孔徑。在此示例性具體實施例中，較小的傳送波導孔徑426之形狀與尺寸設置成過濾掉將會另外出現在該接收頻帶中的高功率放大器(HPA，“high power amplifier”)雜訊。在此示例性具體實施例中，該系統可設置成利用約27.5GHz與約31.0GHz(頻寬約3.5GHz)之間的一傳送頻率與約17.7GHz與約21.2GHz(頻寬約3.5GHz)之間的一接收頻率來操作。在此具體實施例中，波導輻射器425可被組合來形成一三角形晶格。在此具體實施例中，波導輻射器425可被組合來形成一1.75 λ晶格。在此示例性具體實施例中，傳送波導孔徑426為長0.280英吋及寬0.07英吋(例如傳送波導孔徑426之長度的25%寬)。在此示例性具體實施例中，接收波導孔徑428為長0.420英吋及寬0.105英吋(例如接收波導孔徑428之長度的25%寬)。
在一示例性具體實施例中並參照圖5，所示為另一示例性波導拓樸500。在此示例性具體實施例中，傳送波導 孔徑526設置成具有交錯式雙尺寸波導525的一對稱性次陣列。在此示例性具體實施例中，較小的傳送波導孔徑526之形狀與尺寸設置成過濾掉將會另外出線在該接收頻帶中的HPA雜訊。在此示例性具體實施例中，該系統可設置成利用約14.0GHz到約14.5GHz之間及約27.5GHz到約31.0GHz之間(各別頻寬約500MHz與3500MHz)的傳送頻率，及約10.7GHz到約12.75GHz之間及約17.7GHz到約21.2GHz之間(各別頻寬約2050MHz與3500MHz)的接收頻率來操作。在此具體實施例中，波導輻射器525可被組合來形成一正方形晶格。在此具體實施例中，系統500具有對稱性，並可連接於一平衡饋電的MMIC。在此示例性具體實施例中，傳送脊部負載波導孔徑526大約為長0.3英吋及寬0.075英吋(例如傳送波導孔徑526之長度的25%寬)。在此示例性具體實施例中，脊部負載接收波導孔徑528大約為長0.5英吋及寬0.0125英吋(例如接收波導孔徑528之長度的25%寬)。
現在請參照圖6，根據一示例性具體實施例，天線系統100包含相位陣列110、410、510、收發器120與微波反射器150。換言之，在另一示例性具體實施例中，天線系統100包含一整合式相位陣列(IPA，“Integrated phased array”)饋電收發器115與微波反射器150。IPA饋電收發器115包含相位陣列110、410、510與收發器120。
在重新參照圖6的一示例性具體實施例中，相位陣列110、410、510連接成與收發器120進行信號通訊。相位陣列110之方向面對微波反射器150。依此方式，相位陣列110、410、510可設置成做為一標準微波反射器之饋電，例如直徑0.75m的反射器。
根據一示例性具體實施例，相位陣列110、410、510可包含一相位陣列傳送。根據另一示例性具體實施例，相位陣列110、410、510可包含一相位陣列接收。在又另一示例性具體實施例中，相位陣列110、410、510同時包含傳送與接收相位陣列。
如上所述，根據一示例性具體實施例，相位陣列110、410、510實體上以其漏孔方向面對微波反射器150來定向。可使用任何適當的方法來實體定向相位陣列110、410、510以藉由微波反射器150傳送及/或接收信號。
根據一示例性具體實施例，該相位陣列使用以下兩案中所揭示的技術與方法製造，即共同申請中的美國臨時申請編號61/222,354，名為「主動式相位陣列架構」(ACTIVE PHASED ARRAY ARCHITECTURE)，於2009年7月1日立案，連同美國臨時申請編號61/234,521，名為「多頻帶多波束相位陣列架構」(MULTI-BAND MULTI-BEAM PHASED ARRAY ARCHITECTURE)，於2009年8月17日立案，前述申請案在此完全參照以併入本文。例如，該相位陣列可以加入以下技術：動態極化控制、動態振幅控制、動態相位控制、產生多個獨立可操縱波束的能力、寬頻頻率能力與低成本實作。這些技術及/或方法可便於製造低成本相位陣列，並依此實作這種陣列在大量的消費者應用當中，如此處所述者。
根據本發明一示例性具體實施例，一示例性相位陣列天線可組合一微波反射器以形成一天線系統。在一示例性具體實施例中，該系統包含位在相同位置之傳送與接收相位中心。因此，該系統提供低成本、半相等有效傳送波導孔徑與接收波導孔徑。在此示例性具體實施例中，此天線系統利用該相位陣列取代一饋電角、一正交模式換能器(OMT，“Orthomode transducer”)與一極化器之標準饋電結構。根據本發明另一示例性具體實施例，一示例性相位陣列天線整合於一平板天線而形成一天線系統。在一示例性具體實施例中，利用一示例性交錯式波導孔徑相位陣列的這些天線系統能夠進行雙重極化寬頻、多頻率作業。在一示例性具體實施例中，該系統並未包含一平板天線。
收發器120可連接成與相位陣列110、410、510進行信號通訊。收發器120另可包含一信號輸入及/或信號輸出。在一示例性具體實施例中，該信號輸入或信號輸出可連接成與一數據機或類似者進行信號通訊。該數據機或類似裝置可設置成與收發器120傳送及/或接收信號。在一示例性具體實施例中，該信號輸入/輸出為同軸電纜中頻連接器。這些連接器可設置成安全地附著於該數據機與收發器120之間的同軸電纜。再者，可使用提供信號至收發器120或自其接收信號的任何適當方法。
雖然此處所述為一收發器，應瞭解在整份說明中只要可以應用，該收發器可以僅為一傳送器或僅為一接收器。但是概言之，收發器120可包含適用於RF信號通訊的任何典型的收發器組件。在一示例性具體實施例中，該收發器之傳送部可包含一傳送升頻轉換器，例如一升頻轉換器(BUC，“Block up-converter”)。在另一示例性具體實施例中，該收發器之接收部可以包含一接收降頻轉換器，例如一低雜訊(LNB，“Low noise block”)降頻轉換器。因此，收發器120根據本發明之揭示可以包含適用於RF信號之通訊的任何適當的傳送器、接收器或收發器組件。
相反於先前技術天線系統，天線系統100並未包含一正交模式換能器(OMT)、一極化器或一饋電角。這些裝置基本上為機械式或鑄造所形成的饋電組件，且基本上可在用於消費者寬頻網際網路衛星系統中反射器式天線中發現。在一示例性具體實施例中，該OMT、極化器與饋電角組件由一相位陣列饋電所取代。
請另參照圖7，請注意天線系統100可另包含一天線罩。該天線罩可設置成覆蓋相位陣列110、410、510。該天線罩可設置成保護該相位陣列免受環境的狀況的影響，例如粉塵或雨水。
在參照圖8A至8C的一示例性具體實施例中，相位陣列110、410、510設置成平板天線800。一平板天線可以安裝在一行動式SATCOM或COTM應用之機械式定位器系統上，且平板天線800除了電子極化敏捷性之外可提供有限的掃描電子掃描能力。使用在相對於該機械漏孔的一有限的視線領域之上的快速電子掃描及利用該機械定位器之粗略定位之混合掃描天線系統可以較佳地使用於在非平坦地形之上地面式汽車COTM應用之天線追蹤系統當中。平板天線800可為相對薄，並提供解決方案給中型輪廓等級天線，其中該掃過體積的高度小於該汽車上安裝表面之上方10英吋。在一示例性具體實施例中，平板天線800可設置有在該操作頻帶下傳送與接收RF介面，或可設置成包括頻率轉換器來提供中頻(IF，“intermediate frequency”)介面，例如L頻帶。
<點對點或衛星>
本發明之天線系統與方法可應用於固定式無線存取終端。其中一示例為在毫米波頻率下操作的區域多點分散服務(LMDS,“Local multipoint distribution service”)系統。在另一示例中，本發明之教示可同等地應用到任何無線點對點微波系統之背景當中。例如，該天線系統可設置成用於使用在蜂巢塔及/或建築物之間的無線點對點(PTP，“Point-to-point”)系統，並可在最高到95 GHz之W頻帶頻率下操作，其中指向甚至對於小型天線來說亦為非常困難。雖然此處所述是以地面式應用為背景，應瞭解到本發明之教示可同等地應用到地面至衛星通訊之背景當中。
<極化的電子式切換>
根據一示例性具體實施例，包含相位陣列110、410、510的天線系統100設置成可便於極化的電子式切換，及用於極化追蹤的連續極化變化，例如其為在Ku頻帶下使用固定式衛星服務(FSS，“Fixed satellite service”)基礎設施的行動SATCOM應用所必要者。例如，天線系統100可設置成便於左手與右手圓形之間極化的電子式切換。在另一示例性具體實施例中，天線系統100設置成便於水平線性與垂直線性之間極化的電子式切換。在其它示例性具體實施例中，天線系統100可設置成便於線性極化的電子式對準。
這種極化的電子式切換或對準可經由使用適當的相位延遲來進行，及/或在對準時，可利用適當的振幅加權來完成。在多種示例性具體實施例中，天線系統100設置成將一客戶由一種極化移動到另一極化。此可用電子式及自動化方式發生。在一示例性具體實施例中，天線系統100設置成被遠端地控制而由一種極化切換到另一種。在其它示例性具體實施例中，可使用機械裝置及/或人工方法來將一客戶由一種極化移動到另一極化。
可電子式由一種極化切換到另一種極化之能力可便於最適化該等RF頻道上的利用率。在先前技術中，如果想要改變一收發器極化，例如由左手線性極化改變成右手線性極化，將會需要一技師實體地拆解該極化器，並由其原先位置旋轉而將其裝設。顯然此對於許多頻率都無法完成，且僅有有限數目的收發器(以10台或可能到20台為標準)可在一天內由技師完成切換。雖然切換極化的機電式方法，揭示於共同申請中的臨時申請案編號61/259,053，名為「機電式極化開關」，於2009年11月6日立案，其內容在此完整參照以併入本文，為減輕部份的這些考量，這類系統會受限於由於它們的機械組件而可切換極化的次數。
根據一示例性具體實施例，包含相位陣列110、410、510之天線系統200設置成實施電子式切換極化。例如，天線系統200可設置成藉由電子式極化切換來執行動態負載整平(dynamic load leveling)。在一示例性具體實施例中，該切換可在任何頻率下發生。例如，該極化可在晚間被切換，然後於營業時間切換回來，以反映出隨時間不同所發生的傳輸負載變化。在一示例性具體實施例中，該極化切換可即時地發生或近乎即時地發生。因此，與一單一衛星進行通訊的大量天線系統例如可以主動地即時管理，來說明整個天線系統群組當中使用量的變化，造成負載變化。
在一示例性具體實施例中，該極化切換由一遠端位置啟始。例如，一中央系統可判定負載改變已經顯著地減慢該左手極化的頻道，但該右手極化頻道具有可使用的頻寬。然後該中央系統可以遠端地切換一些天線系統的極化(在此例中由左手到右手極化)。此將可改善被切換及非切換之類似使用者之頻道可用性。
<多色彩系統>
在消費者衛星RF通訊之領域中，一衛星基本上將傳送及/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的消費者。最近，該等衛星可以由更多的行動平台(例如裝設於飛機、火車及/或汽車的收發器)傳送/接收資料。可預期到掌上型或攜帶型衛星收發器之增加的使用將為未來的常態。雖然在此文件中所述有時配合於家用衛星收發器，現在所討論的先前技術限制可被應用到任何與一衛星進行通訊的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所構成，然而圓形極化包含左手圓形極化(LHCP，“Left-hand circular polarization”)與右手圓形極化(RHCP，“Right-hand circular polarization”)。一天線基本上設置成通過一種極化，例如LHCP，並抑制其它極化，例如RHCP。
同時，習用的非常小型孔徑終端(VSAT，“Very small aperture terminal”)天線利用一種與硬體相關的固定式極化。該基礎極化一般在該衛星終端機的安裝期間被設定，此時該極化器硬體的人工組態為固定。例如，一極化器一般設定成LHCP或RHCP，並繫緊在定位上。為了在一習用的VSAT天線中改變極化可能需要解開該極化器，將其旋轉90度到相反的圓形極化，然後重新繫緊該極化器。顯然這對於許多頻率都無法完成，且僅有有限數目的收發器(以5台或可能到10台為標準)可在特定的一天內由技師完成切換。
不像是典型的單一極化天線，一些裝置設置成可不需要拆解該天線終端機而改變極化。做為一示例，一先前具體實施例為使用「棒球式」開關，藉以提供極化之間電子式可操縱的切換。該等「棒球式」開關的旋轉藉由連接一信號路徑並終止另一信號路徑而造成極化的改變。但是，每個「棒球式」開關需要具有獨立的控制電路之一個別的旋轉致動器，其會增加該裝置的成本，使得此組態無法用於(即使能夠)消費者寬頻或VSAT終端中，但另可用於具有有限數目之終端機的大型地面站台。
再者，另一種方式為使得一系統對於每一極化具有重複的硬體。該極化選擇藉由完成或致能該需要信號之路徑並解除選擇不需要之信號來達成。此方法常用於僅用來接收的終端機，例如具有低成本硬體的衛星電視接收器。但是，具有可同時傳送與接收的雙向終端機，例如VSAT或寬頻終端機，倍化該硬體將大為增加該終端機的成本。
習用的衛星可經由一特定頻帶之射頻信號與一特定極化來與該地面式收發器進行通訊。每個頻帶與極化之組合已知為一種「色彩」(color)。該衛星將利用在一「波束」(beam)中的信號傳送到一本地地理區域，而能夠存取在該波束上之信號的該地理區域可由一地圖上的「斑點」(spots)所表示。每個波束/斑點將具有一相關的「色彩」。因此，不同色彩的波束將不會具有相同的頻率、相同的極化或兩者皆不相同。
實務上，在相鄰斑點之間有部份重疊，使得在任何特定點可有兩個、三個或更多的波束可被任何一個地面式收發器「看見」。相鄰的斑點基本上具有不同的「色彩」，以降低來自鄰接波束之雜訊/干擾。
在先前技術中，寬頻消費者衛星收發器基本上被設定為一種色彩，且在該收發器的使用壽命期間皆保留該設定。如果由該衛星傳送的該信號之色彩要被改變，與該衛星在以該色彩進行通訊的所有該等地面式收發器將立即中斷或切斷。基本上，一技師將必須造訪該消費者的家，並人工地改變(或可能實體上拆解及重新組裝)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該新的「色彩」信號與該衛星進行通訊。如此做的實際影響在先前技術中為對於自該衛星傳送的該信號色彩無法進行改變。
為了類似的原因，第二個實際上的限制為地面式收發器基本上無法由一種色彩改變為另一種(即如果它們被改變，其為一人工程序)。因此，需要一種新的低成本方法與裝置來遠端地改變一天線系統之頻率及/或極化。亦有對可近乎即時與經常性地改變之一種方法與裝置的需要。
在斑點波束通訊衛星系統中，同時利用頻率與極化多樣性來降低來自鄰接斑點波束的干擾。在一示例性具體實施例中，頻率與極性皆在地理上分開的其它波束中重新使用，以最大化通訊傳輸能力。該等斑點波束樣式一般使用不同的色彩在一地圖上識別，以識別在該斑點波束中所使用之頻率與極性的組合。然後該頻率與極性重新使用樣式藉由使用有多少不同的組合(或「色彩」)所定義。
根據多種示例性具體實施例並參照圖9，一天線系統設置用於頻率與極化切換。在一特定示例性具體實施例中，該頻率與極化切換包含兩個頻率範圍之間與兩種不同極化之間的切換。此已知為四色彩切換。在其它示例性具體實施例中，該頻率與極化切換包含在三個頻率範圍與兩種不同極化之間切換，總共有六種個別的色彩。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兩種極化與任何適當數目的頻率範圍之間的切換。在另一示例性具體實施例中，該頻率與極化切換可包含在兩種以上的極化與任何適當數目的頻率範圍之間的切換。
根據多種示例性具體實施例，執行頻率與極化切換之能力在地面式微波通訊終端機中具有許多好處。例如，這樣一來可便於增加頻寬、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，或者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，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，例如設置成切換被廣播的一RF信號之頻率範圍及/或極性的衛星。這些地面式微波通訊終端機為斑點波束式的系統。
根據多種示例性具體實施例，設置成傳遞每一者關聯於一斑點及/或色彩之一或多個RF信號波束之衛星在微波通訊系統中可具有許多好處。例如，類似於上述根據多種具體實施例之示例性終端機，這樣一來可便於增加頻寬、負載偏移、漫遊、增加資料速率/下載速率、改善在該系統上一使用者群組的整體效率，或者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。此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，衛星與任何適當地面式微波通訊終端機進行通訊，例如具有能力來執行頻率及/或極化切換的終端機。
先前技術的斑點波束式系統使用頻率與極化多樣性來降低或消除來自鄰接斑點波束的干擾。此可允許在非鄰接波束中之頻率重新使用，造成增加的衛星容量與流量。可惜地是在先前技術中，為了具有這種多樣性，這些系統的安裝者必須能夠在安裝時設定正確的極性，或是攜帶不同極性版本的終端機。例如，在一安裝場所，一安裝者可攜帶要設置成左手極化的一第一終端機與要設置成右手極化的一第二終端機，且使用該第一終端機在一地理區域及該第二終端機在另一地理區域。另外，該安裝者可能能夠拆解及重新組裝一終端機，以將其由一種極化切換成另一種極化。此可例如藉由移除該極化器、將其旋轉90度，並在此新的方向上重新安裝該極化器來完成。這些先前技術解決方案很繁雜，其中並不需要必須攜帶多種組件到安裝場所。同時，該等人工拆解/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為了所有實務上的目的永久地設定一特定終端機之頻率範圍與極化。此係因為對於該頻率範圍與極化的任何改變將會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體地點，並藉由使用該拆解/重新組裝技術或藉由僅更換整個終端機來改變該極性。在消費者寬頻衛星終端機市場中，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/或極化可以在無人為觸碰該終端機之情況下被改變。換言之，一終端機的頻率範圍及/或極化可不需服務召喚而改變。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，該系統與方法便於安裝單一種類的終端機，其能夠被電子式地設定成由兩個或兩個以上頻率範圍中一需要的頻率範圍。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之間。在另一示例性具體實施例中，該系統與方法便於安裝一單一種類的終端機，其能夠被電子式設定成兩種或更多種極性當中一需要的極性。例如該等極性可以包含左手圓形、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之選擇當中電子式同時選擇該終端機的頻率範圍與極性。
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下操作，其會增加無自我干擾操作的信號隔離需求。
因此，一單一終端機種類之安裝對於一第一地理區域以第一種方式設置，而對於不同於該第一區域的一第二地理區域以第二種方式設置，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便於負載平衡。根據另一示例性具體實施例，一衛星可設置成便於負載平衡。負載平衡包含將在一特定衛星或點對點系統上之某些負載由一極性/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，該負載平衡藉由遠端地切換該終端機或該衛星之頻率範圍及/或極性的能力而致能。
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/或極性的該等步驟。例如，系統操作者或負載平衡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(且因此此衛星能力「負載平衡」)可定期地執行。在其它示例性具體實施例中，負載平衡可在許多終端機(例如數百或數千個終端機)上同時或實質上同時地執行。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對其它授權的使用者為已知的一速率下一通訊信號的極化來加強。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，負載平衡可用季節為基礎來完成。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。此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，如果一地理區域同時包含辦公室與家庭終端機，且該等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進行。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進行。
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哪些色彩，並切換到另一個作業色彩。例如，該地面式終端機可以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該等兩個或兩個以上的波束中哪個較適合做連接。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能力。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，因為負載會因為多種原因而同時在短期間與長期間當中變化，且這種自我調整的色彩選擇便於負載平衡。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。相對於傳統的行動電話式漫遊，此為當該漫遊判定基於信號強度時。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，要使用哪一種色彩的判定可被做出來當該終端由一個斑點移動到另一斑點時來最佳化通訊速度。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以改變，或該斑點波束可被移動，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(例如基於頻道能力)。
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該等新色彩中之一者。請參照圖10A，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要操作之該系統能力的一項功能，其同時在一裝置之內的一寬的頻寬之上傳送及/或接收，並調整該裝置在該寬的頻寬之上的頻率。
根據一示例性具體實施例並參照圖9，一衛星可具有一下鏈、一上鏈及一涵蓋區域。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)正交時間或頻率槽的數目(以下定義為色彩樣式)；(2)波束間隔(在交會點處由該波束的滾動而特徵化)；(3)頻率重新使用樣式(該等重新使用樣式在結構上為規則的，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)。極化可做為定義除了時間或頻率槽之外的一重新使用樣式之數量。在一示例性具體實施例中，該等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。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。該等第一與第二區域可重疊。
該第一斑點波束可具有第一特性極化。該第二斑點波束可具有一第二特性極化，其正交於該第一極化。該極化正交性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，在該第一波束中的該等用戶終端機可具有匹配該第一特性極化的極化。在該第二波束中的該等用戶終端機可具有匹配該第二特性極化的極化。
在該等鄰接波束之重疊區域中該等用戶終端機可選擇性地被指定給該第一波束或該第二波束。此選擇性的指定為在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適化當中的重要改善。例如，可以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。使用極化做為一種數量來提供鄰接波束之間的隔離之衛星系統因此可設置成藉由傳送包含一命令來由一第一極化狀態到一第二正交極化狀態而切換或改變該極化來遠端地改變該極性。該極化之刻意的改變可便於在使用極化的一斑點波束衛星系統中重新指定至一鄰接的波束來增加一波束隔離量。
該下鏈基於所選擇的頻率及/或極化之組合可包含多種「色彩」。雖然可以使用其它頻率與頻率範圍，以及使用其它的極化，此處提供一多重色彩具體實施例的示例。例如，重新參照圖9，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及U2來自19.7-20.2 GHz。請注意在此示例性具體實施例中，每個色彩代表一個500 MHz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，由該等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，該上鏈包含每一者可指定為一色彩的頻率/極化組合。通常LHCP與RHCP如所示為相反，以提供增加的信號隔離，但並不一定如此。在該上鏈中，色彩U1、U3及U5為RHCP，而色彩U2、U4及U6為LHCP。在頻率領域中，色彩U3及U4來自28.1-28.6 GHz；U5及U6來自28.6-29.1 GHz；而U1及U2來自29.5-30.0 GHz。請注意在此示例性具體實施例中，每個色彩同樣地代表一500 MHz頻率範圍。
在一示例性具體實施例中，該衛星可廣播關聯於一斑點與一色彩的一或多個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10A，斑點1由「紅色」改變為「藍色」。
當一斑點的色彩被改變時，其亦需要改變鄰接斑點的色彩。請再次參照圖10A，該地圖顯示在一第一時間點的斑點色彩群組，其中此時此群組被指定為1110，且該地圖的複本顯示在一第二時間點的斑點色彩群組，其被指定為1120。該等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由紅色變成藍色，且斑點2由藍色變成紅色。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。
部分的該等斑點波束為一種色彩，而其它的則為一不同色彩。對於信號隔離而言，類似色彩的該等斑點波束基本上並不會彼此鄰接。在一示例性具體實施例中並再次參照圖9，所例示的分佈樣式提供四色彩斑點波束頻率重新使用的一示例性配置樣式。應瞭解利用此樣式，色彩U1將不會鄰近另一色彩U1等等。但是應注意基本上該等斑點波束將重疊，且該等斑點波束可較佳地以圓形的涵蓋區域表示。再者，應瞭解該信號之強度會隨著與該圓形的中心之距離而降低，以致於該圓形僅接近該特定斑點波束之涵蓋範圍。該等圓形涵蓋區域在一地圖上可覆蓋，以判定哪些斑點波束可在一特定區域中使用。
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到一第二位置。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到一第二位置及/或改變一或多個斑點的有效大小。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。該等地面式收發器因為一或多個斑點之偏移將會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而被中斷。
但是，在一示例性具體實施例中，該等收發器設置成可簡易地切換色彩。因此在一示例性方法中，一或多個斑點的地理位置被偏移，且該等地面式收發器的色彩可視需要做調整。
在一示例性具體實施例中，該等斑點被偏移，使得一高負載地理區域由兩個或兩個以上的重疊斑點所覆蓋。例如，請參照圖10B與10C，特定地理區域1210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，特定地理區域1210在第一時間點僅由斑點1所供應，如圖10B所示。在圖10C所示的一第二時間點，該等斑點已經被偏移，使得特定地理區域1210現在由斑點1、2及3供應或覆蓋。在此具體實施例中，特定地理區域1210中的地面式收發器可被調整，使得部份的該等收發器由斑點1供應，其它由斑點2供應，又其它者由斑點3供應。換言之，特定地理區域1210中的收發器可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，該等衛星及/或終端機之切換可用任何規則性發生。例如，該極化可在晚間被切換，然後於營業時間切換回來，以反映出隨時間不同所發生的傳輸負載變化。在一示例性具體實施例中，該極化可於該系統中元件的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。此係相反於從工廠出貨時被設定成一特定色彩的單元。運送出一地面式收發器而不用考慮其「色彩」的能力便於較簡單的庫存程序，因為僅有一個單元需要被儲存(相對於兩個或四個或更多)。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，該單元本身判定最佳的色彩，並以該色彩操作。
可注意到，判定對於一特定終端機要使用哪一種色彩可基於任何數目的因素。該色彩可基於哪一個信號最強，基於在可使用的色彩之間可使用的相對頻寬，隨機地於可使用的色彩當中指定，基於地理性考量，基於時間性的考量(例如天氣、頻寬使用量、事件、工作樣式、星期幾、運動項目、及/或類似者)及/或類似者。如前述一地面式消費者寬頻終端機無法基於在安裝時的狀況或於使用期間快速、遠端變化來判定要使用哪一種色彩。
根據一示例性具體實施例，該系統設置成便於用戶終端機之遠端定址能力。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，一群組的用戶終端機可被定址。此可使用目前已知或以後發明的任何數目之方法而發生，以利用一特定收發器及/或用戶終端機的群組來傳遞指令。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。該等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(IP，“Internet Protocol”)位址係關聯於每一終端機。在一示例性具體實施例中，該等終端機可經由數據機或機上盒(例如經由網際網路)進行定址。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而可遠端地改變一用戶終端機的一特性極化。此可便於負載平衡及類似者。該次群組可為在一較大的地理區域之內的一地理次群組，或以任何適當的基礎所形成的任何其它群組。
依此方式，一個別的單元可以一對一的基礎控制。類似地，在一次群組中所有的單元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，其每一者包含在該較大群組中該等終端機的1%)。其它的次群組可包含該等終端機之5%、10%、20%、35%、50%及類似者。該等次群組的粒度(granularity)可在負載平衡當中便於更微細的調整。
因此，位在地圖上位置A處具有一四色彩可切換收發器的個人(參見圖9之實際分佈例示)對它們將可使用色彩U1、U2及U3。該收發器可被切換來以在那三種色彩中最符合當時需要的一者操作。同樣地，在地圖上的位置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中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，且另可增加在一斑點波束樣式中要使用的色彩選項。此亦另可增加在一特定位置中一特定收發器可使用的該等選項。雖然描述成一四種色彩或六種色彩具體實施例，對於色彩切換可使用任何適當數目的色彩，如此處所述。同時，雖然此處所述為一衛星，其目的係要使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、本地、人工或其某種組合中至少一項來選擇。在一示例性具體實施例中，該終端機設置成被遠端地控制來由一頻率範圍/極化切換到另一種。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改變已經顯著地減慢該左手極化的頻道，但該右手極化頻道具有可使用的頻寬。然後該中央系統能夠遠端地切換一些終端機的極化。此將改善被切換及非切換之類似使用者之頻道可用性。再者，要切換的該等單元可基於地理、天氣、使用特性、個別頻寬需求及/或其它考量來選擇。再者，頻率範圍/極化的切換可作為對打電話給公司反應不良的傳輸品質的客戶之回應。
應注意到雖然此處所述內容中同時切換頻率範圍與極化，類似於那些此處所討論的優點與好處在當僅切換頻率或極化中之一者時亦可實現。
此處所述之頻率範圍切換可用任何數目的方式來執行。在一示例性具體實施例中，該頻率範圍切換係以電子方式執行。例如，該頻率範圍切換可藉由調整在一相位陣列中的相位偏移器，在固定式頻率振盪器或轉換器之間切換，及/或使用包含一可調的振盪器信號之一可調雙重轉換傳送器來實作。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」，其於2009年11月6日立案；其內容在此完整參照以加入本文。
根據另一示例性具體實施例，此處所述之極化切換可用任何數目的方式來執行。在一示例性具體實施例中，該極化切換藉由調整位在正交天線埠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，該極化切換可由使用一喇叭式開關來實作。該喇叭式開關可電子式地被致動。例如，在一示例性具體實施例中，該系統可設置成使用利用一喇叭式開關的機械式操縱的商用頻寬命令(例如17.7-20.2 GHz及/或27.5-30.0 GHz)之上進行通訊。在此示例性具體實施例中，一相位陣列可設置成在各別的元件處具有低雜訊放大器與功率放大器。該相位陣列可集中地形成使用所有該等接收垂直與水平埠之全部或一部份之圓形極化。在另一示例性具體實施例中，該相位陣列可使用所有該等傳送垂直與水平埠之全部或一部份而形成圓形極化。
例如，該喇叭式開關可由電磁鐵、伺服馬達、電感器、電磁閥、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並維持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保持在定位。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，一安裝者或客戶可使用連接至傳送命令之該開關的該終端機的一本地電腦來切換該極化。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，做為一種手段來增加效能，或做為排除不良效能之另一種選項。
在其它示例性具體實施例中，可使用人工方法來將一終端機由一極化改變成另一極化。此可藉由實體上移動在該系統之外殼內的一開關，或是藉由將該開關延伸在該外殼之外側來使其更容易地人工切換該極化來完成。此可由一安裝者或客戶中之任一者完成。
上述之多色彩具體實施例之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，一與該天線進行信號通訊之收發器，及一極性開關，其設置成使得該天線系統於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之方法。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需要的位準，而在一第二斑點波束上的負載夠低到可容納額外的負載；(2)由第二斑點波束的視角識別在該第一斑點波束上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以做切換的終端機；及(4)基於該遠端命令在該等終端機中將色彩由該第一波束切換到該第二波束。在此示例性具體實施例中，該等第一與第二斑點波束之每一者為不同色彩。
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；複數使用者終端機天線系統，其位在多個地理位置中；及一遠端系統控制器，其設置成命令該等複數使用者終端機天線系統之子集合中至少部份來切換一極性與一頻率中至少一者，以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，該等多個斑點波束可包括一第一色彩的至少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，該等複數使用者終端機天線系統中至少一子集合可同時位在該等第一與第二斑點波束之視角內。
在以下的說明及/或申請專利範圍中，可使用術語「耦合的」及/或「連接的」，連同它們的衍生詞。在特定具體實施例中，「連接的」可用於指示兩個或兩個以上的元件彼此直接實體及/或電子式接觸。「耦合的」可代表兩個或兩個以上的元件為直接實體及/或電子式接觸。但是，「耦合的」亦可代表兩個或兩個以上的元件可能彼此未直接接觸，但仍可彼此協作及/或進行互動。再者，「耦合的」可代表兩個物件彼此進行通訊，及/或彼此相互連接，例如兩個硬體。再者，該術語「及/或」(and/or)可代表「及」，其可以代表「或」，其可代表「排他或」，其可代表「一者」，其可代表「一些但非全部」，其可代表「非任一者」，及/或其可代表「兩者」，雖然所請求的標的之範圍並不限於此方面。
應瞭解此處所示與所說明的該等特定實作僅為多種具體實施例包括其最佳模式之例示，且並非要以任何方式限制本發明之範圍。為了簡化起見，習用的信號處理、資料傳輸、發信及網路控制，及該等系統之其它功能性態樣(與該等系統之個別操作組件的組件)可不在此處詳細描述。再者，在此處所包含的多個圖式中所示的連接線係要代表該等多種元件之間示例性功能性關係及/或實體耦合。應注意在一實際的通訊系統中可出現許多其它替代性或額外的功能性關係或實體連接。
以下的申請案皆關於本發明標的：美國專利申請編號　　　　　　　　　，名為「主動式巴特勒與布拉斯矩陣」(ACTIVE BUTLER AND BLASS MATRICES)，其係與本申請案同時立案(註冊編號36956.7100)；美國專利申請編號　　　　　　　　　，名為「天線系統的主動混合電路」(ACTIVE HYBRIDS FOR ANTENNA SYSTEMS)，其係與本申請案同時立案(註冊編號36956.7200)；美國專利申請編號　　　　　　　　　　，名為「主動前饋放大器」(ACTIVE FEED FORWARD AMPLIFIER)，其係與本申請案同時立案(註冊編號36956.7300)；美國專利申請編號　　　　　　　　　，名為「主動式相位陣列架構」(ACTIVE PHASED ARRAY ARCHITECTURE)，其係與本申請案同時立案(註冊編號36956.7600)；美國專利申請編號　　　　　　　　，名為「多波束主動式相位陣列架構」(MULTI-BEAM ACTIVE PHASED ARRAY ARCHITECTURE)，其係與本申請案同時立案(註冊編號36956.6500)；美國專利申請編號　　　　　　　　，名為「預選器放大器」(PRESELECTOR AMPLIFIER)，其係與本申請案同時立案(註冊編號36956.6800)；美國專利申請編號　　　　　　　　，名為「主動式功率分配器」(ACTIVE POWER SPLITTER)，其係與本申請案同時立案(註冊編號36956.8700)；美國專利申請編號　　　　　　　　，名為「半雙工相位陣列天線系統」(HALF-DUPLEX PHASED ARRAY ANTENNA SYSTEM)，其係與本申請案同時立案(註冊編號55424.0500)；美國專利申請編號12/614,185，名為「模製的正交模式換能器」(MOLDED ORTHOMODE TRANSDUCER)，於2009年11月6日立案；美國專利臨時申請編號61/113,517，名為「模製的正交模式換能器」(MOLDED ORTHOMODE TRANSDUCER)，於2008年11月11日立案；美國專利臨時申請編號61/112,538，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)，於2008年11月7日立案；美國專利申請編號　　　　　　　　，名為「機電極化切換器」(ELECTROMECHANICAL POLARIZATION SWITCH)，其係與本申請案同時立案(註冊編號36956.8200)；美國專利申請編號　　　　　　　　，名為「自動波束峰化衛星接地終端」(AUTOMATED BEAM PEAKING SATELLITE GROUND TERMINAL)，其係與本申請案同時立案(註冊編號36956.6700)；美國專利申請編號　　　　　　　　名為「主動式相位陣列架構」(ACTIVE PHASED ARRAY ARCHITECTURE)，其係與本申請案同時立案(註冊編號36956.6500)；美國專利申請編號　　　　　　　　，名為「雙重極化多頻帶全雙工交錯式波導孔徑」(DUAL-POLARIZED,MULTI-BAND,FULL DUPLEX,INTERLEAVED WAVEGUIDE APERTURE)，其係與本申請案同時立案(註冊編號55424.0900)；美國專利申請編號　　　　　　　　，名為「主動式向量產生器之數位振幅控制」(DIGITAL AMPLITUDE CONTROL OF ACTIVE VECTOR GENERATOR)，其係與本申請案同時立案(註冊編號36956.9000)；其內容皆在此完整參照任何用途來併入本文。
雖然本發明之原理已經在具體實施例中顯示，在實務上使用時結構、配置、比例、該等元件、材料與組件的許多修正對於一特定環境與操作需求做了特別的調適，其皆不背離本發明之原理與範圍。這些與其它變化或修正皆要包含在本發明之範圍內，並可在以下的申請專利範圍中表述。
1．．．斑點
2．．．斑點
3．．．斑點
4‧‧‧斑點
100‧‧‧天線系統
102‧‧‧印刷電路板
104‧‧‧單晶微波積體電路
108‧‧‧板狀通孔或介層窗
110‧‧‧相位陣列
111‧‧‧接合介層窗
112‧‧‧孔
114‧‧‧波導孔徑介面
115‧‧‧整合式相位陣列饋電收發器
116‧‧‧射頻輸出
118‧‧‧射頻輸入
120‧‧‧輸入/輸出埠、收發器
122‧‧‧微帶及/或帶線連接的元件/帶元件、射頻探針
124‧‧‧結構或跡線
125‧‧‧波導孔徑
126‧‧‧傳送波導孔徑
127‧‧‧跡線
128‧‧‧接收波導孔徑
131‧‧‧孔徑板
150‧‧‧反射器/微波反射器
200‧‧‧天線系統
270‧‧‧天線罩
280‧‧‧饋電雨遮
400‧‧‧波導拓樸
410‧‧‧相位陣列
425‧‧‧波導輻射器
426‧‧‧傳送波導孔徑
428‧‧‧接收波導孔徑
500‧‧‧波導拓樸
510‧‧‧相位陣列
525‧‧‧交錯式雙尺寸波導、波導輻射器
526‧‧‧傳送脊部負載波導孔徑/傳送波導孔徑
528‧‧‧脊部負載接收波導孔徑/接收波導孔徑
800‧‧‧平板天線
U1,U2,U3,U4,U5,U6‧‧‧色彩
A‧‧‧位置
B‧‧‧位置
C‧‧‧位置
1110‧‧‧第一時間點的斑點色彩群組
1120‧‧‧第二時間點的斑點色彩群組
1210‧‧‧特定地理區域
本發明之這些及其它特徵、態樣及好處將可參照以下的說明、附屬申請專利範圍及附屬圖式來更加瞭解，其中：
圖1A為一相位陣列裝置的示例性前視圖；
圖1B為耦合至一多層印刷電路板之示例性單一化波導組合件；
圖1C為由耦合至一多層印刷電路板之圖1B的示例性單一化波導組合件所形成的孔徑；
圖1D為圖1A之示例性相位陣列拓樸的示例性放大圖；
圖1E描繪一單一脊部負載波導孔徑之示例性具體實施例；
圖2為一毫米波封裝的示例性上視圖；
圖3為一示例性印刷電路板佈線；
圖4為一示例性相位陣列拓樸的另一替代之詳細例示；
圖5為一示例性相位陣列拓樸的又另一詳細例示；
圖6為經由一相位陣列饋電傳遞RF信號之示例性天線系統；
圖7為一相位陣列之多種示例性視圖的詳細例示；
圖8A至8C為經由使用一相位陣列的一平板天線傳遞RF信號之一示例性天線系統的多個視圖；
圖9描繪根據示例性具體實施例，例示一種多色彩切換的示例性實作之多種方塊圖；及
圖10A至10C為根據示例性具體實施例之多種示例性衛星斑點波束多色彩敏捷性方法。
110．．．相位陣列
125．．．波導孔徑
126．．．傳送波導孔徑
128．．．接收波導孔徑
131．．．孔徑板

Claims (20)

  1. 一種用於通訊之系統，該系統包含：一第一複數波導元件；其中該等第一複數波導元件設置成以一第一頻帶進行通訊；一第二複數波導元件，其在一外殼中與該等第一複數波導元件交錯；其中該等第二複數波導元件設置成以一第二頻帶進行通訊；其中該等第一複數波導元件與該等第二複數波導元件整合式地耦合至一印刷電路板；及其中該系統能夠進行全雙工作業。
  2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該系統耦合於一相位陣列反射器碟RF天線系統。
  3. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該RF天線系統未包含一OMT、極化器及饋電角。
  4. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該RF天線系統為一點對點系統與一衛星對地面式消費者終端系統中之一者。
  5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該等第一複數波導元件以一傳送頻率範圍與一接收頻率範圍中至少一者進行操作；且其中該等第二複數波導元件以一傳送頻率範圍與一接收頻率範圍中至少一者進行操作。
  6. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該系統設置成在 複數傳送頻帶與複數接收頻帶中進行操作。
  7. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該等第一複數波導元件以垂直極化、水平極化、右手橢圓形極化、左手橢圓形極化、右手圓形極化與左手圓形極化中至少一者來傳遞信號，且其中該等第二複數波導元件以垂直極化、水平極化、右手橢圓形極化、左手橢圓形極化、右手圓形極化與左手圓形極化中至少一者來傳遞信號。
  8. 如申請專利範圍第1項之系統，其中(a)該等第一複數波導元件為脊部負載波導輻射元件；及(b)該等第二複數波導元件為脊部負載波導輻射元件中至少一者。
  9. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該系統之設置使得一傳送的信號與一接收的信號具有實質上同位置的相位中心。
  10. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該等第一複數波導元件包含一孔徑板。
  11. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該等第一複數波導元件相較於該等第二複數波導元件為相等尺寸及相較於該等第二複數波導元件為不同尺寸中之一者。
  12. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該等第一複數波導元件之尺寸係根據要過濾除了該等傳送信號之外的 信號，而該等第二複數波導元件之尺寸係根據要過濾除了該等接收信號之外的信號。
  13. 如申請專利範圍第1項之系統，另包含一高通濾波器，其中該高通濾波器設置成抑制HPA雜訊。
  14. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該系統至少部份實作成整合於一MMIC晶片。
  15. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該等第一複數波導元件在約14GHz與31.5GHz之間的頻率下操作，且其中該等第二複數波導元件在約10.7GHz與21.2GHz之間的頻率下操作。
  16. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該系統耦合於一平板天線。
  17. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該系統耦合於一相位陣列饋電。
  18. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該系統包含複數單一模式波導元件，其可被組合來以複數種極化進行通訊。
  19. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該系統設置用於寬頻帶作業。
  20. 一種用於傳遞RF信號之方法，該方法包含：經由一第一複數波導元件傳送一第一信號；其中該等第一複數波導元件設置成以一第一頻帶進行通訊；經由在一外殼中與該等第一複數波導元件交錯的一第二複數波導元件接收一第二信號；其中該等第二複數波導元件設置成以一第二頻帶進行通訊；其中該等第一複數波導元件與該等第二複數波導元件整合式地耦合至一印刷電路板；及其中該等RF信號可用全雙工作業來傳遞。
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