TWI752322B - 天線測試技術 - Google Patents

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Abstract

一種用於測試一天線的方法及裝置被描述。在一個實例中，該天線包含：一記憶體；一天線孔徑，其具有複數個電控射頻(RF)輻射天線元件；一模式產生器，其包括有一或多個處理器，以在測試期間產生複數個模式施加到該天線孔徑，以致使該天線響應於該等複數個模式之每一個模式來產生一波束同時指向一衛星；一接收器響應於以該孔徑產生的波束接收來自該衛星的衛星信號；一度量提供器，其包括有一或多個處理器，以產生用於該等接收到衛星信號的一或多個衛星信號度量；以及天線參數選擇器，以基於指出天線性能達到一預定水平之該衛星信號度量來選擇與波束成形相關聯的一或多個參數，其中該等一或多個參數的選擇係用於儲存在該記憶體中並且當執行資料通信時被使用來以該天線孔徑產生一波束。

Description

天線測試技術
優先權 本專利申請案主張對應於2018年5月31日申請之美國臨時專利申請序號第62/678,829號，標題為「ANTENNA SELF OPTIMIZATION」以及於2018年10月17日申請之美國臨時專利申請序號第62/747,040號，標題為「verifying tunable bandwidth」之優先權，並合併於本文中以供參考。
發明領域 本發明的實施例涉及無線通信領域；更具體地說，本發明的實施例涉及在現場測試衛星天線。
發明背景 在現場部署平板衛星天線來使用之前，通常會在一測試環境中測試該等天線。該測試環境通常包括具有專用射頻(RF)測試設備的一測試室。將該天線放置在該室中，然後使用未在該天線上執行的外部軟體來進行多次測試。該測試使得一或多個天線參數能夠在部署之前被正確地設置。在現有技術中，每一個製造出來的天線都要進行全參數最佳化。使用這一測試室及專用設備非常地昂貴並且增加了該天線的總體成本。
此外，一些天線可能隨著時間的推移而性能下降，並且需要重新測試以及要重置一或多個天線參數。如果這是必要的，一個人可能必須要走入現場到達該天線的該位置並嘗試重新測試天線及/或重置該等參數。這非常不方便，並且很大的程度上仰賴於需大量雇用的技術人員。然而，如果該天線已在現場中被使用，則替代的解決方案係從現場把該天線帶回並在該測試室中重新測試，這也是非常地不方便。在該目前被執行的天線測試中避免該等成本及不便係所欲的。
發明總結 一種用於測試一天線的方法及裝置被描述。在一實施例中，該天線包含：一記憶體；一天線孔徑，其具有複數個電氣控制射頻(RF)輻射天線元件；一模式產生器，其包括有一或多個處理器以在測試期間產生複數個模式以施加到該天線孔徑，以致使該天線響應於該等複數個模式之每一個模式產生一波束同時指向一衛星時；一接收器響應於以該孔徑所產生的波束接收來自該衛星的衛星信號；一度量提供器，其包括有一或多個處理器以為該等接收到的衛星信號產生一或多個衛星信號度量；以及天線參數選擇器，以基於指出天線性能達到一預定水平之該等衛星信號度量選擇與波束成形相關聯之一或多個參數，其中該等一或多個參數的選擇係用於儲存在記憶體中並在進行資料通信時被使用來以該天線孔徑產生一波束。
較佳實施例之詳細說明 在以下描述中，許多的細節被闡述以提供本發明之一更為徹底的解釋。然而，對本領域習知技藝者而言將顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節的情況下來實踐本發明。在其他的情況下，眾所周知的結構及裝置係以方塊圖形式被展示出而不是詳細地被示出，以避免模糊了本發明。
本發明的實施例包括一程序其使用來自一衛星波束之測量的信號特性來測試天線性能。在一個實施例中，該天線係具有射頻(RF)輻射天線元件之一電子控制的平板天線。在一個實施例中，該RF輻射天線元件包含表面散射超材料天線元件。在一個實施例中，該天線係一可攜式天線，其可被附接到或以其他方式被耦合到一移動物體(例如，船隻、車輛、等等)。這種天線的實例會在下面更詳細地被描述。
在一個實施例中，本文所揭露之用於測試天線性能的該等技術被使用作為在該天線上所執行之一或多個程序的一部分。在一個實施例中，這些程序在現場被執行而無需一測試室。在一個實施例中，該等程序中之一個係由該天線執行來最佳化其自身之一自我最佳化程序。在另一個實施例中，該等程序中之一個係用於驗證該天線的該可調頻寬。
圖1係用於測試一天線(例如，一電子操縱的可攜式平板天線)之一裝置的方塊圖。參考圖1，該天線包括記憶體101，該記憶體儲存測試模組110(例如，一自我最佳化模組、可調頻寬驗證模組、等等)及天線參數111、具有複數個電子控制射頻(RF)輻射天線元件(例如，超材料天線元件，等等)的天線孔徑102、耦合到天線孔徑102及記憶體101的一控制器103、耦合到天線孔徑102(並且可能直接耦合到控制器103)的一接收器104、以及耦合到接收器1045及控制器103的一調變解調器105。在一個實施例中，天線孔徑102係一天線子系統模組(ASM)的一部分。
在一個實施例中，控制器103包含一或多個處理器，並且可操作來控制該天線的該等操作。在一個實施例中，控制器103操作為一模式產生器以在測試期間產生複數個電子控制天線模式以施加到天線孔徑102，以致使天線孔徑102響應於該等複數個模式中之每一個模式來產生一波束(例如，波束120)同時指向一衛星。
在一個實施例中，基於使用衛星信號反饋度量在該操作頻率下針對增益做最佳化之波束成形參數來生成該等複數個模式中的每一個。在一個實施例中，使用一遺傳演算法選擇用於一或多個模式之該等波束成形參數中的至少一個。
接收器104響應於以該孔徑所產生的波束接收來自該衛星的衛星信號。在一個實施例中，接收器104係該天線追踪接收器硬體的一部分。在另一個實施例中，接收器104係在一衛星之一樞紐側上一追踪接收器的一部分。在一個實施例中，接收器104包括一信號度量提供器104A，其產生用於該等接收到衛星信號的一或多個衛星信號度量(例如，增益度量、信號雜訊比(SNR)度量、適合度度量)。在一個實施例中，在測試期間產生這些度量。在一個實施例中，該等衛星信號度量包括每一個模式之性能的一指示。在一個實施例中，模式性能的該指示包括一增益值(例如，一自動增益控制(AGC)值)。
接收器104把該等接收到的信號及該等信號度量提供給調變解調器105。該等信號度量可以經由調變解調器105或直接從接收器104被提供給控制器103。在一個實施例中，接收器104係一追踪接收器，它包括信號度量提供器104A之該ASM的一部分。
在一個實施例中，該等複數個模式及衛星信號度量的產生係在該天線上執行之一自我最佳化程序的一部分。在一個實施例中，當該天線不被移動並且在該天線上的追踪被關閉時執行這個自我最佳化程序。在一個實施例中，在執行該自我最佳化程序時不執行對該天線之傳入命令。
在另一個實施例中，該等複數個模式及衛星信號度量的產生係用於驗證該天線之可調頻寬之一程序的一部分。
在一個實施例中，控制器103使用一或多個處理器操作成為一天線參數選擇器，以基於來自信號度量提供器104A之該等衛星信號度量來選擇與波束成形相關聯的一或多個參數。在一個實施例中，當該天線性能已達到一預定的水平時，該天線參數選擇器選擇該等參數。例如，如果執行自我最佳化，則該天線參數選擇器可以選擇該等波束成形參數，以確保針對該天線之一特定操作頻率之適當的波束成形。因此，在一個實施例中，該天線性能係針對該天線的一操作頻率。該等被選擇的一或多個參數被儲存在該記憶體中，諸如，例如，但不侷限於，記憶體101，然後在正常操作期間當與一個衛星進行資料通信時當以該天線孔徑102產生一波束時該等參數被使用。
圖2係用於一天線孔徑之一程序的一個實施例的流程圖。在一個實施例中，該程序由處理邏輯來執行，該處理邏輯可包含硬體(電路、專用邏輯、等等)、軟體(例如，在一晶片上執行的軟體)、韌體、或該等三者的一種組合。
參考圖2，該程序開始於執行一測試程序，該測試程序包括在測試期間產生複數個電子控制的天線模式以施加到一天線孔徑以致使該天線響應於該等模式中之每一個產生一波束同時指向一衛星、響應於以該孔徑產生的波束接收來自該衛星的衛星信號、針對該等接收到的衛星信號產生一或多個天線信號度量、以及基於指出天線性能達到一預定水平之該等衛星信號度量選擇與波束成形相關聯的一或多個參數(處理方塊201)。
在該測試程序之後，處理邏輯在正常操作期間與該衛星進行資料通信時以該天線孔徑產生一波束(處理方塊202)。也就是說，在測試已被完成之後，在其正常衛星通信期間，由於測試而被選擇的該等參數會針對該天線來被使用。
上面所描述之該結構及方法可被使用在具有一天線的數個應用中。下面將更為詳細地描述這些應用中的兩個，即天線自我最佳化及可調頻寬驗證。天線自我最佳化
本發明的實施例包括一程序，該程序使用來自一衛星波束所測量之信號特性來最佳化天線性能。在一個實施例中，該天線係具有表面散射超材料天線元件的一平板天線。下面會更詳細地描述這種天線的實例。在一個實施例中，用於最佳化天線性能的該程序消除了對專用裝置、信號、或設置來執行天線最佳化的需要。在一個實施例中，該天線可以自己完成該最佳化。
在一個實施例中，在正常操作期間該自我最佳化程序被手動地啟動唯若該天線係固定的。在這種情況下，對該天線的傳入命令被阻擋以防止該波束在最佳化期間移動。在一個實施例中，可以在該天線的正常操作期間中的任何時間點上執行該最佳化。換句話說，為了進行最佳化程序，該天線不必從正常操作中被停止。此外，在一個實施例中，本文所描述的程序提供了在天線調試期間最佳化天線性能的能力，以減少用於每一個各別ASM的製造校準時間。
在一個實施例中，在現場天線性能被改善，並且潛在地被最佳化，以在各種操作頻率、環境條件達到峰值性能，或以補償會隨著時間的推移而可能會發生的性能降低。也就是說，該最佳化程序為一使用者或整合者提供了在不同的操作頻率及條件下可以在現場提升、並且潛在地最佳化天線性能的能力，其可能無法藉由工廠校準參數來提供。
在一個實施例中，由在該天線上之一控制器所執行的最佳化軟體利用一演算法來確定在一給定操作頻率上針對增益被最佳化的天線參數。其他可被最佳化參數的功能包括旁瓣準位、波束寬度、交叉極化鑑別、瞬間頻寬以及總資料產出量。
這些天線參數係基於被輸入到該最佳化演算法中的一適合度度量來被確定。在一個實施例中，該適合度度量包含從在該天線上之追踪接收器硬體被讀出的衛星信號反饋度量。
在一個實施例中，這些特徵比起現有天線技術需要一RF測試室及專用設備所執行的最佳化不同。本文所描述之天線自我最佳化的實施例在朝向降低製造成本以及使一客戶或整合者可在現場最佳化天線性能的方向上邁出了一步。本文所描述之該天線自我最佳化技術提供了使用一標準的客戶天線部署來最佳化天線參數的能力。在一個實施例中，該天線部署包括執行在該天線上的自我最佳化軟體。
以下的操作概述了一天線自我最佳化程序之一個實施例的使用及操作： 1. 當最佳化被觸發時，一度量執行緒被啟動以連續地從在該ASM上的該追踪接收器硬體讀取信號度量。在一個實施例中，該度量執行緒被執行在該天線的一控制器(例如，處理器)上。 2. 當正在執行該最佳化程序時，在一個實施例中，一模式產生服務命令處理程序拒絕除了最佳化狀態請求之所有傳入的命令，以確保該衛星在該最佳化程序的持續期間中繼續指向該目標衛星。 3. 該最佳化程序產生一初始天線參數集群體，然後基於針對每一個各別參數集之該等適合度分數來產生新的群體。在一個實施例中，係使用一遺傳演算法來產生該等新的群體。注意，可以使用其他的搜尋演算法來產生新的天線參數集群體。 4. 藉由使用這些各別的參數來計算及套用一天線波束模式然後從一度量執行緒讀取該適合度度量(例如，一AGC度量值)來為每一個參數集決定適合度分數。 5. 在一個實施例中，當一配置的收斂臨界值被超過、或當一配置的世代最大數目被達到時，該自我最佳化程序停止，並從所有先前的世代中選擇具有最佳分數的該參數並被套用到該天線。 6. 在該自我最佳化程序之前及之後執行對衛星信號度量的取樣以判定該新的最佳化參數是否應該被保持在該天線組配中。如果性能得到改善，則該等天線參數被儲存並且該天線會把其使用在該衛星該當前的操作頻率上。
圖3A係執行一自我最佳化程序之一天線之一部分的一個實施例的方塊圖。參照圖3A，該天線包括一ASM 301，其包括一天線孔徑(圖中未示出)、以及一調變解調器302。在一個實施例中，該天線孔徑係圖1的天線孔徑102而調變解調器302係圖1的調變解調器105。
調變解調器302透過控制器310與ASM 301交換通信。控制器310包含一或多個處理器並使用OpenAMIP，其係一基於IP的協定，來幫助在一天線控制器單元，諸如ASM 301，與一衛星之間的該資訊交換。請注意，可以使用其他的協定及通信交換機制來替代OpenAMIP。
一自我最佳化API也使用在ASM 301上之一或多個處理器來被執行。該自我最佳化API控制在ASM 301上之該自我最佳化程序的執行。
REST API 322係該面向客戶的API，用於與該ASM進行通信。在一個實施例中，係經由REST API 322使用一啟動或停止命令來控制自我最佳化。通常，一客戶會使用利用該REST API的該網頁介面來控制自我最佳化，但該模式產生服務可被直接地存取以控制自我最佳化。
在正常操作期間，控制器310發送命令給天線控制程序(ACP)模組311以啟動追踪一目標衛星，然後ACP模組311發送設置資訊並連續地計算及發送指向向量給模式產生服務313(會在下面被更詳細地描述)。對於該自我最佳化程序，控制器310控制該ACP模組311並且使用由ACP模組311最後發送之該最新的指向向量。在一個實施例中，ACP模組311發送設置及指向資訊312，其包含用於該天線孔徑之操作頻率(freq)及極化(pol)值作為設置資訊以及具有theta、phi及線性極化角(LPA)值的一指向向量作為該指向資訊，給一模式產生服務313。在一個實施例中，ACP模組311被實現在由ASM 301之一或多個處理器來執行的軟體中。或者，ACP模組311被實現為在該ASM上的硬體。
響應於該設置及指向資訊312以及來自記憶體314的輸入(例如，來自最後一次最佳化執行所儲存的參數、非最佳化的預設值)，模式產生服務313產生複數個電子控制天線模式，其控制天線孔徑的天線元件(例如，RF輻射天線元件(例如，超材料散射天線元件))以形成接收波束作為該接收自我最佳化程序的一部分。對於該自我最佳化程序，一組模式被產生並被使用來產生各種波束。在一個實施例中，該等模式基於該天線的該操作頻率被隨機地選擇。在另一個實施例中，該等模式使用一遺傳演算法(或其他的搜尋演算法)來被選擇。在又另一個實施例中，該第一模式或模式的初始集合被隨機地選擇，並使用一遺傳演算法(或其他的搜尋演算法)來選擇後續的模式。在一個實施例中，模式產生服務313包含由ASM 301上之一或多個處理器來執行的一軟體服務。在另一實施例中，模式產生服務313包含在ASM 301上的硬體。
模式產生服務313把參數及資料表載入到FPGA 315中。響應於該等參數及資料表，FPGA 315產生該模式並以數位到類比(DAC)值316的形式將其輸出給該等天線元件(對於每種模式)。更具體地說，由FPGA 315使用由模式產生服務313所提供的該等波束成形參數及資料表來計算在該天線陣列中用於每一個元件的一DAC值。然後，FPGA 315把控制信號輸出給該等天線元件以驅動該計算出的模式。DAC值316控制薄膜電晶體(TFT)317，以便控制該天線孔徑的該等天線元件(圖中未示出)以產生一波束。下面會更詳細地描述TFT及其控制的實例。
在每一個波束已經被形成以響應於由模式產生服務313所產生之一模式之後，接收器318接收返回自該衛星的一信號並由一追踪接收器服務319來處理。追踪接收器服務319發送一或多個適合度度量值320給該自我最佳化API(因為該等指向角已經由模式產生服務313所知道)。該等適合度度量值指出該天線針對該天線將被設置來操作之該特定操作頻率之該波束模式的性能。在一個實施例中，該適合度度量係與該接收信號(針對該操作頻率)相關聯的一增益值(例如，AGC值)。追踪Rx服務319確定並發送該AGC值給該自我最佳化API。更具體地說，在一個實施例中，追踪接收器服務319發送包括有該自我最佳化API使用作為一適合度度量之該AGC值的若干個信號度量。FPGA 315以一4ms的速率觸發一中斷來向追踪接收器服務319發送信號，以向其用戶發送新的追踪度量。在另一個實施例中，可以使用另一個度量來代替該增益值，諸如，例如，但不侷限於，SNR。在一個實施例中，追踪接收器服務319包括由在ASM 301上的一或多個處理器來執行的一軟體服務。在另一實施例中，追踪接收器服務319包含在ASM 301上的硬體。
響應於從追踪接收器服務319所接收到的該等值，自我最佳化API 322比較了針對不同模式的該等接收度量(例如，增益值)，以確定該執行的模式是否比在該自我最佳化程序期間中被測試之一先前所使用的模式要好。如果是的話，則自我最佳化API 322保存與該模式相關聯的該等參數。在一個實施例中，在接收在該測試期間在該所使用群體中之所有模式的接收度量(例如，增益值)並且識別出該最佳的執行模式(例如，在該群體中最佳的接收度量(例如，最佳的AGC值))之後，自我最佳化API 322把該最佳執行模式的該等接收度量與在最佳化之前所使用之該模式相關聯的該等接收度量進行比較，以確定哪一個更好。基於該比較，自我最佳化API 322儲存與來自該自我最佳化程序之該最佳表現模式相關聯之該等新的參數或保留在自我最佳化之前所使用該模式的該等參數。換句話說，如果該自我最佳化程序並不產生一更好的波束，則在該自我最佳化程序之前由該天線已經使用來創建該波束的該等天線參數值不被改變。
圖3B係一自我最佳化程序之一個實施例的流程圖。在一個實施例中，該程序由處理邏輯執行，該處理邏輯可以包含硬體(電路、專用邏輯、等等)、軟體(例如，在一晶片上執行的軟體)、韌體、或三者的一種組合。在一個實施例中，使用在圖1及3A中所闡述的該天線來執行該程序。
參考圖3B，接收(Rx)自我最佳化API 400向最佳化執行緒410發出一開始命令401。響應於該開始命令401，最佳化執行緒410發出開始命令402以致使模式將被產生403並發出開始度量命令405。開始度量命令405致使取得度量406及設置度量407的一命令循環由一度量執行緒411來啟動以收集與該天線性能相關聯的接收度量(例如，AGC值、等等)，更具體地說係該接收波束性能，針對在該自我最佳化程序中被產生之該等電子控制天線模式中的每一個。在一個實施例中，該度量循環比較每一個響應於一模式而被產生之波束的該接收度量，其中該模式係以與在該自我最佳化程序期間到目前為止已發生之最佳執行波束(例如，最高AGC)相關聯之該模式的接收度量來被產生的。如果該接收度量指出當前的波束性能優於該先前波束性能的該最佳性能，則與該天線波形模式相關聯的該等天線參數與該波束的該接收度量(例如，AGC值)一起被儲存。在一個實施例中，該接收度量值(例如，AGC值)係從結合一追踪接收器服務之該ASM上的一追踪接收器所獲得的。在一個實施例中，該循環係一4ms循環。
在一時間延遲408(例如，40ms延遲)之後，最佳化執行緒410發出一獲取度量命令409並接收該接收度量420。在一個實施例中，接收度量420包括產生該最佳接收度量值之該模式的該等天線參數以及來自在該自我最佳化程序期間所產生之該等模式之該實際的接收度量值(例如，AGC值)。
在接收到接收度量420之後，該程序轉移到處理方塊431，其中最佳化執行緒410的處理邏輯判定該自我最佳化程序是否已經被停止(431)。這可以響應於一請求停止命令432，在這種情況下，該自我最佳化程序的該狀態被設置為一停止狀態(434)。如果該自我最佳化程序尚未停止，則該程序轉移到處理方塊435，其中處理邏輯測試該自我最佳化程序是否已經完成。如果是的話，則將該狀態設置為完成(436)。如果不是的話，則該程序轉移到處理方塊403，其中額外的模式被產生並且該程序從該點重複。
如果該自我最佳化程序已經完成，則其狀態被設置為完成(436)並且該程序轉移到處理方塊437，其中處理邏輯判定與來自該自我最佳化程序之該最佳執行模式相關聯的該等天線參數是否應被儲存在該等天線參數儲存區450中。在一個實施例中，在處理方塊440處，處理邏輯把在該自我最佳化程序之前被使用之該模式的該接收度量值(例如，AGC值等)與在該自我最佳化期間與該最佳執行波束相關聯的哪一個，以及其相關聯的模式，進行比較，以判定是否做出了改進，如果是的話，那麼在自我最佳化期間與產生該最佳波束性能之該模式相關聯的該等天線參數被儲存在天線參數儲存區450中。如果不是的話，則在該自我最佳化程序之前該使用模式的該等天線參數被保留在天線參數儲存區450中。該等參數可以根據正被使用的該模式產生演算法來變化。在一個實施例中，在自我最佳化之後所儲存的該等參數與一全息波方程式及一歐幾里德(Euclidean)調變方案有關。在一個實施例中，該等參數係用於一歐幾里得調變方案的一個實施例，該方案使用該可用極化率的集合來近似該所需極化率的集合，藉由最小化在兩者之間的該歐幾里德距離(例如，最小化在該期望極化率與可用極化率之間的該歐幾里德範數作為局部最小化在該所需極化率與由該偶極所提供之該實際極化率之間的誤差的一種方式)。更具體地說，在一個實施例中，該等參數係歐幾里德調變方案參數，用於為在該天線孔徑中之該等天線元件(例如，諧振器)的每一個設置散射相位及振幅，以便於映射一理想的或期望的調變狀態成為可實現的或可允許的調變狀態，其中該等可允許調變狀態的該等調變值被映射到該等參數。有關於用於一電子控制平板天線之一歐幾里德調變方案的一個實施例的更多資訊，請參見於2018年1月26日所申請標題為RESTRICTED EUCLIDEAN MODULATION之美國序號第15/881,440號專利，茲併入本文作為參考。
請注意本文所描述用於使用在自我最佳化中的該程序可被使用在該製造最佳化程序中，以在一較寬的頻率範圍執行測試室最佳化。可調頻寬驗證
上述該測試程序可被使用來驗證在一衛星網路上一電子操縱天線的可調頻寬。在這一種應用中，存在有與本文所描述之實施例相關聯的許多創新。例如，本發明之一或多個實施例包括以下的一或多個： l 不需使用一測試室就可驗證電子操縱天線的可調頻寬； l 檢查一電子操縱天線的該健康狀態，以判定該天線是否操作在一不滿足測試規範的一特定頻率區域中，(其可隨後被使用來針對該頻率最佳化該天線)；以及 l 在戶外驗證電子操縱天線的可調頻寬。 請注意，有鑑於現有的解決方案需要一消音室並且可能需要大量時間來執行的這些事實，這些創新是重要的。
就本發明的目的，術語「可調頻寬」係指該總頻率頻寬，使用多個電子操縱的天線模式(方程式參數)該天線可在其上操作。多種波模式允許把該天線性能調諧到不同的頻率。因此，對於每一個波方程式，一中心頻率被定義為具有與該中心頻率相關聯的一頻寬。這意味著為了要覆蓋該接收器及發射頻率範圍，需要多個獨一無二的波方程式。圖示地，這被圖示在圖4中，其中每一個波方程式調諧圍繞該等調變頻率，F0 至F5 ，的該射頻(RF)響應(其中F0 係該最佳增益頻率)，並且在該整個頻寬內滿足所有的性能要求。在這種情況下，該等調變頻率的每一個覆蓋一100 MHz的頻率，而該整個頻寬為500 MHz。 瞬間及可調頻寬的視覺化
還有一個挑戰就是要驗證用於可調頻寬之一電子操縱天線的各種射頻性能。目前，電子操縱天線係透過用於可調頻寬驗證的一消音室來進行測試，而不是一真實的場景。
在一個實施例中，作為一可調頻寬驗證程序的一部分，該天線動態地產生天線模式。為了在沒有消音室的情況下進行驗證，可以動態地改變該電子控制天線模式，同時保持在一靜態的非追踪組配中(例如，追踪被禁用使得天線充當一拋物面天線)。這允許被稱為一PL EsN0之一當前的信號雜訊比(SNR)度量(指出信號品質的一信號度量)將從該操作之電子操縱天線處被收集。或者，增益可被使用。在一個實施例中，係藉由在該天線上的一接收器(例如，包含該天線孔徑之該ASM上的一追踪接收器)來完成該收集。因此，該測試程序藉由充當一接收器的天線來被執行。
請注意，針對驗收，測試可調頻寬對於一些客戶是有興趣的。在一個實施例中，為了在沒有一赫茲室來收集資料的情況下來驗證一典型的組配，該驗證設置被組配為具有以下的內容：一起始PL Es/N0其係在一電子操縱天線之最小可檢測信號之內(例如，一大於-3 dB的信號)、係在一操作環境中、以及係於一靜態環境中。在該天線係在這個狀態的情況下，可調頻寬的一驗證可被達成。由於天線係在現場被測試，因此可同時測試在現場的許多天線。此外，該測試可能是該調試程序的一部分。
在一個實施例中，圖3A的該結構被使用來執行該可調頻寬驗證程序。在這一種情況下，該調變解調器302向該電子操縱天線孔徑提供指向的資料，該模式產生服務313產生用於各種調變頻率之該等必要的模式以覆蓋正被驗證的該整個頻寬，以及該ASM的接收器(例如，追踪接收器318及追踪接收服務319)能夠接收信號並為該等調變頻率的每一個產生度量。
在另一個實施例中，圖5A的該結構被使用來執行該可調頻寬驗證。參考圖5A，一主機電腦系統(例如，個人電腦、等等)501組配電子操縱天線502、為電子操縱天線502提供指向資料、以及命令該電子操縱天線來產生一新的天線模式用於形成指向一目標衛星(例如，衛星503)的一波束。響應於一波束，該波束係響應於該新的天線模式而產生的，電腦系統501以信號度量的形式收集資料(例如，PL EsN0或其他的信號雜訊比度量、AGC、等等)，該等信號度量指出覆蓋該頻寬之該等調變頻率之每一個的該波束性能。如果該性能高於一預定水平或臨界值，則用於該調變頻率的頻寬被認為是經驗證的。或者，該天線的一調變解調器向電子操縱天線502提供指向資料。用於該低雜訊阻斷轉換器(LNB)及該降壓轉換器(BUC)的一直流(DC)源也被包括。在一個實施例中，集線器504向衛星503提供一信號，電子操縱天線502可以搜尋該信號。請注意，可以使用其他的信號源。
在一個實施例中，每一次該電子操縱天線被命令要從該命令的頻率產生一新的天線模式時，在100 MHz內的該增益下降小於一指定值。在一個實施例中，這個指定值係1 dB，使得它只能從中心頻率之峰值增益下降1 dB，並且最大為100 MHz寬。在替代的實施例中，可以使用100 MHz之外的值。類似地，在替代實施例中，可以使用1 dB之外的值。藉由把該電子操縱天線接收解調器保持在該載波上並產生新的天線模式，可以在任何給定時刻上捕獲該接收信號度量(例如，PL EsN0)並收集該接收信號度量(例如，PL EsN0)資料。
圖5B係用於測試該可調頻寬之一程序之一個實施例的流程圖。在一個實施例中，該測試程序由處理邏輯執行，該處理邏輯可以包含硬體(電路、專用邏輯、等等)、軟體(例如，在一晶片上執行的軟體)、韌體、或三者的一種組合。圖5C圖示出在圖5B中所描繪之該程序之一部分相關聯的虛擬碼。
參照圖5B，該程序始於處理邏輯判定該ASM是否被連接到該衛星(處理方塊510)。如果不是的話，則該程序轉移到處理方塊511，其中處理邏輯允許該ASM連接到該衛星，然後該程序轉移回到處理方塊510。在一個實施例中，允許該ASM經由OpenAMIP調變解調器或經由手動組配連接到該衛星。
如果該ASM連接到該衛星，則該程序轉移到處理方塊512，其中處理邏輯捕獲當前的PL EsN0、R EsN0、以及該接收(Rx)頻率。
此後，處理邏輯測試是否有可用的鏈路預算(處理方塊513)。如果是的話，則該程序轉移到處理方塊514，其中處理邏輯判定該鏈路預算是否在該預期的頻寬範圍內。如果不是的話，則該程序轉移到處理方塊515，其中處理邏輯調查是否是在該預期的或可容許的範圍內，並且不是轉移回到處理方塊514就是轉移到處理方塊516，分別取決於它是否需要被重做與否。如果該鏈路預算在該預期的範圍內或者如果沒有可用的鏈路預算，則該程序轉移到處理方塊516，其中一使用者可以在該程序期間比較相對PL EsN0值。
在處理方塊516，該Rx可調頻寬(BW)驗證程序相對於當前的PL EsN0被執行，並且處理邏輯確定可調頻寬的一跨度以測試及取樣該範圍。在一個實施例中，該跨度被設置為200 MHz使用50 MHz的一取樣範圍。請注意，可以使用其他的跨度和範圍。
然後，處理邏輯把在該ASM中的該接收頻率設置為從當前操作頻率減去200 MHz，並記錄該PL EsN0及R EsN0(處理方塊517)，以及把在該ASM中的該接收頻率設置為從當前操作頻率加上200 MHz，並記錄該PL EsN0(實體層EsN0)及R EsN0(徑向EsN0)(處理方塊518)。
接下來，處理邏輯中減去該取樣範圍(例如，在一個實例中為50 MHz)，並使用該值作為該新的值重複處理方塊517和518(處理方塊519)。
處理邏輯繼續重複處理方塊517-519，直到該取樣範圍為0。當這種情況發生時，經由該記錄步驟的該資料收集被完成。
請注意，在替代實施例中，該200 MHz的值，其係基於如以上所討論的100 MHz，但也可被變更為其他的值。而且，在替代的實施例中，該等步長的大小可以不是50 MHz。
圖5D圖示出使用該程序的結果。在這份樣本中，曲線591(頂部)及曲線592(中間)係對相同的ASM但是不同的工作日(曲線592是在下雨期間)所做出。該垂直實線594(左邊算來第三條)係曲線591(頂部)的該轉送(FWD)載波(訊號下送載波)中心頻率而曲線592(中間)及垂直虛線595表示100 MHz。在曲線591(頂部)與曲線592(中間)之間的該水平虛線596係該「1dB」差額。
曲線593(底部)係針對一不同的ASM，而該不同的FWD載波中心頻率係垂直線597。
在一個實施例中，本文所描述的該等技術還也可被使用來驗證一電子操縱天線的掃描丟失。天線實施例的實例
以上所描述的該等技術可以與平板天線一起被使用。這種平板天線的實施例被揭露。該等平板天線包括在一天線孔徑上的一或多個天線元件陣列。在一個實施例中，該等天線元件包括液晶胞元。在一個實施例中，該平板天線係一柱面饋入天線，其包括矩陣驅動電路以唯一地定址及驅動未被放置在行及列中之該等天線元件的每一個。在一個實施例中，該等元件被放置成環狀。
在一個實施例中，具有該等一或多個天線元件陣列的該天線孔徑包含有耦合在一起的多個區段。當被耦合在一起時，這些區段的該組合形成天線元件的閉合同心環。在一個實施例中，該等同心環相對於該天線饋入係同心的。天線系統的實施例
在一個實施例中，該平板天線係一超材料天線系統的一部分。用於通信衛星地站之一超材料天線系統的實施例被描述。在一個實施例中，該天線系統係在一移動平台(例如，航空、海上、陸地、等等)上操作之一衛星地站(ES)的一組件或子系統，其使用Ka頻帶或Ku頻帶頻率來操作，用於民用商業衛星通信。請注意，該天線系統的實施例也可被使用在不是移動平台(例如，固定或可移動地站)上的地站中。
在一個實施例中，該天線系統使用表面散射超材料技術並透過各別的天線來形成及操縱發射及接收波束。在一個實施例中，該天等線系統係類比系統，不同於採用數位信號處理來電氣形成及操縱波束的天線系統(例如相控陣列天線)。
在一個實施例中，該天線系統係由三個功能子系統所構成：(1)一波導結構，其包括有一柱面波饋入結構；(2)作為天線元件一部分的一波散射超材料單元胞元陣列；(3)一控制結構以命令使用全息原理從該超材料散射元件形成一可調整的輻射場(波束)。 天線元件
圖6圖示出一柱面饋入全息徑向孔徑天線之一個實施例的一示意圖。參照圖6，該天線孔徑具有一或多個天線元件603的陣列601被放置在圍繞該柱面饋入天線之一輸入饋入602四周的同心環。在一個實施例中，天線元件603係輻射出RF能量的射頻(RF)諧振器。在一個實施例中，天線元件603包含Rx和Tx簾片兩者，它們被交錯並分佈在該天線孔徑的該整個表面上。這種Rx和Tx簾片，或槽孔，可以是三組或更多組成群，其中每一組係用於一分開地且同時地受控的頻帶。具有簾片之這種天線元件的實例會在下面做更詳細地描述。注意，這裡所描述的RF諧振器可被使用在不包括一柱面饋入的天線之中。
在一個實施例中，該天線包括被使用來經由輸入饋入602提供一柱面波饋入的一同軸饋入。在一個實施例中，該柱面波饋入結構從一中心點饋入該天線，其具有一激勵從該饋入點以一柱面方式向外擴展。也就是說，一柱面饋入天線產生一向外行進的同心饋入波。即便如此，在該柱面饋入四周圍之該柱面饋入天線的該形狀可以是圓形、方形或任何形狀。在另一個實施例中，一柱面饋入天線產生一向內行進的饋入波。在這種情況下，該饋入波最自然地是來自一圓形結構。
在一個實施例中，天線元件603包含簾片並且圖6之該孔徑天線被使用來產生一主波束，其藉由使用來自一柱面饋入波的激勵來塑型，用於透過一可調液晶(LC)材料來輻射簾片。在一個實施例中，該天線可被激發以在所欲掃描角度輻射一水平或垂直極化的電場。
在一個實施例中，該等天線元件包含一群貼片天線。這群貼片天線包含一散射超材料元件陣列。在一個實施例中，在該天線系統中的每一個散射元件係一單元胞元的一部分，該單元胞元由一下導體、一介電基板以及一上導體所構成，其中該上導體嵌入有一蝕刻入或沉積在該上導體的互補電感電容諧振器(「互補電LC」或「CELC」)。如本領域的習知技藝者將理解的，在CELC的環境中，LC指的是電感-電容，而不是液晶。
在一個實施例中，一液晶(LC)被設置在該散射元件周圍的該間隙中。這個LC係由上述該等直接驅動實施例所驅動。在一個實施例中，液晶被封裝在每個單元胞元中，並把與一槽孔相關聯的該下導體與與其貼片相關聯的一上導體分開。液晶有一介電常數，該介電常數係包含有該液晶之該等分子之方向的一函數，並且該等分子的該方向(並因此該介電常數)可以藉由調節橫跨該液晶上的該偏壓來被控制。使用該特性，在一個實施例中，該液晶整合了用於把能量從該導波傳輸到該CELC的一開/關開關。當開關被開啟時，該CELC會像一小型電偶極天線一樣發出一電磁波。注意，本文的該等教導不侷限於具有相對於能量傳輸係以一種二元方式進行操作的一液晶。
在一個實施例中，這個天線系統的該饋入幾何形狀允許該等天線元件將被定位在相對於在該波饋入中的該波向量四十五度(45°)角處。注意，可以使用其他位置(例如，在40o 角)。該等元件的這個位置使得能夠控制由該等元件接收或傳輸/輻射的該自由空間波。在一個實施例中，該等天線元件被佈置成具有小於該天線操作頻率之一自由空間波長的一元件間間隔。例如，如果每個波長有四個散射元件，則在該30 GHz發射天線中的該等元件將近似為2.5 mm(即，30 GHz之該10 mm自由空間波長的1/4)。
在一個實施例中，該等兩組元件係彼此垂直的，並且如果被控制為相同的調諧狀態，會同時具有相等的振幅激勵。相對於該饋入波激勵把它們旋轉+/-45度，會一次實現兩個期望的特徵。旋轉一組0度且旋轉另一組90度將實現該垂直目標，但不是該等幅激勵目標。請注意，當從兩側以一單一結構饋入該天線元件陣列時，可以使用0度及90度來實現隔離。
來自每一個單元胞元的該輻射功率量係藉由使用一控制器把一電壓施加到該貼片(橫跨該LC通道的電位)來控制的。對每一個貼片的跡線被使用來向該貼片天線提供該電壓。該電壓被使用來調諧或失諧該電容，從而調諧或失諧各個元件的該諧振頻率以實現波束成形。該所需的電壓取決於正被使用的該液晶混合物。液晶混合物的該電壓調諧特性主要係由該液晶開始受該電壓及該飽和電壓影響的一臨界電壓來描述，高於該臨界電壓，該電壓的增加不會引起在該液晶中大的調諧。對於不同的液晶混合物，這兩個特徵參數可以改變。
在一個實施例中，如以上所討論的，一矩陣驅動器被使用來把電壓施加到該等貼片以把每一個胞元與所有其他的胞元分開來驅動，而不必有針對每一個胞元的各別連接(直接驅動)。由於元件的該高密度，該矩陣驅動器係單獨處理每一個胞元之一有效的方法。
在一個實施例中，用於該天線系統的該控制結構具有二個主要組件：該天線陣列控制器，其包括驅動電子器件，用於該天線系統，係在(諸如在本文中所描述之表面散射天線元件的)該波散射結構下方，同時該矩陣驅動開關陣列以一種不干擾該輻射的方式被散佈在該整個輻射RF陣列中。在一個實施例中，用於該天線系統的該等驅動電子器件包含被使用在商用電視家電中的商用現成LCD控制器，其藉由調整到該元件之一AC偏壓信號的該振幅或工作週期來調整每一個散射元件的該偏壓。
在一個實施例中，該天線陣列控制器還包含執行該軟體的一微處理器。該控制結構還可以包括感測器(例如，一GPS接收器、一個三軸羅盤、一個三軸加速度計、一個三軸陀螺儀、一個三軸磁力計、等等)以向該處理器提供位置及方向資訊。該位置及方向資訊可由在該地站及/或可以不是該天線系統之一部分中的其他系統提供給該處理器。
更具體地說，天線陣列控制器控制那些元件被關閉那些元件被開通，以及在該操作頻率處的那一個相位及振幅準位。藉由施加電壓對該等元件進行選擇性地失諧以進行頻率操作。
為了傳輸，一控制器提供一電壓信號陣列給該等RF貼片來建立一調變，或控制模式。該控制模式致使該等元件被轉移到不同的狀態。在一個實施例中，使用多態控制，其中各種元件被開通及關閉到不同的準位，進一步近似一正弦的控制模式，而不是一方波(即，一正弦曲線灰度調變模式)。在一個實施例中，一些元件比其他元件更強地輻射，而不是一些元件輻射而一些元件不輻射。藉由施加特定的電壓準位來實現可變輻射，該電壓準位把該液晶介電常數調整到不同的量，從而可變地使元件失諧並致使一些元件比其他元件輻射得更多。
藉由該超材料元件陣列一聚焦波束的產生可以藉由建設性及破壞性干涉的現象來進行說明。如果當它們在自由空間中相遇時具有相同的相位則各個電磁波加總(建設性干涉)；並且如果它們在自由空間中相遇時它們處於相反的相位則波相互抵消(破壞性干涉)。如果在一開槽天線中的該等槽孔被定位成使得每一個連續槽孔被定位在與該導波之該激勵點的一不同距離處，則來自該元件的該散射波將具有與前一槽孔之該散射波有一不同的相位。如果該等槽孔被間隔分開一導波長的四分之一，則每個槽孔將散射出具有距前一槽孔四分之一相位延遲的一波。
使用該陣列，可被產生之建設性及破壞性干涉的該模式數量可被增加，使得理論上波束可被指向在從該天線陣列的該視軸加上或減去九十度(90°)任何的方向中，使用該全息術的原理。因此，藉由控制哪些超材料單元胞元被開啟或關閉(即，藉由改變哪些胞元被開啟及哪些胞元被關閉的該模式)，建設性及破壞性干涉之一不同模式可被產生，並且該天線可以改變該主波束的該方向。開啟及關閉該等單元胞元所需要的該時間指定了該波束可從一個位置切換到另一個位置的該速度。
在一個實施例中，該天線系統產生用於該上行鏈路天線的一個可控波束以及用於該下行鏈路天線的一個可控波束。在一個實施例中，該天線系統使用超材料技術來形成接收波束並解碼來自衛星的信號並以形成被指向該衛星的發射波束。在一個實施例中，該等天線系統係類比系統，不同於採用數位信號處理來電氣形成及操縱波束(例如相控陣列天線)的天線系統。在一個實施例中，該天線系統被認為係平面且相對低階設定的一「表面」天線，尤其是與傳統的衛星碟型接收器相比時。
圖7圖示出包括一接地面及一可重新組配諧振器層之天線元件之一個列的一透視圖。可重新組配諧振器層1230包括可調諧槽孔1210的一陣列。可調諧槽孔1210的該陣列可被組配來把該天線指向一所欲的方向。該等可調諧槽孔的每一個可以藉由改變橫跨該液晶兩端的一電壓來被調諧/調整。
控制模組或控制器1280被耦合到可重新組配諧振器層1230以藉由改變橫跨在圖8A中該液晶兩端的該電壓來調變該可調諧槽孔1210陣列。控制模組1280可以包括一現場可規劃閘陣列(「FPGA」)、一微處理器、一控制器、系統單晶片(SoC)、或其他的處理邏輯。在一個實施例中，控制模組1280包括邏輯電路(例如，多工器)以驅動可調諧槽孔1210的該陣列。在一個實施例中，控制模組1280接收包括將被驅動到該可調諧槽孔陣列上之一全息衍射模式之規範的資料。響應於在該天線與一衛星之間的一空間關係該等全息衍射模式可被產生，使得該全息衍射模式在該適當的通信方向中控制該下行鏈路波束(以及上行鏈路波束，如果該天線系統執行發射的話)。雖然沒有在每一個圖中被繪製，類似於控制模組1280的一控制模組可以驅動本發明之該等附圖所描述的每一個可調諧槽孔陣列。
射頻(「RF」)全息術也可以使用類似技術，其中當一RF參考波束遇到一RF全息衍射模式時可以產生一所欲的RF波束。在衛星通信的情況下，該參考波束係一饋入波的形式，諸如饋入波1205(在一些實施例中約為20 GHz)。為了把一饋入波變換為一輻射波束(用於發射或接收目的)，在該所欲的RF波束(該目標波束)與該饋入波(該參考波束)之間一干涉模式被計算。該干涉模式被驅動到該可調諧槽孔1210陣列上作為一衍射模式，使得該饋入波「轉向」成該所欲的RF波束(具有該所欲的形狀及方向)。換句話說，遭遇該全息衍射模式的該饋入波「重建」該目標波束，其根據該通信系統的設計要求被形成。該全息衍射模式包含每一個元件的該激發並由
Figure 02_image001
被計算出，其中
Figure 02_image003
為在該波導中的該波方程式而
Figure 02_image005
為在該輸出波上的該波方程式。
圖8A圖示出一可調諧振器/槽孔1210的一個實施例。可調諧槽孔1210包括一簾片/槽孔1212、一輻射貼片1211、以及被設置在簾片1212及貼片1211之間的一液晶1213。在一個實施例中，輻射貼片1211與簾片1212位於同一地點。
圖8B圖示出一實體天線孔徑之一個實施例的一橫截面圖。該天線孔徑包括接地平面1245、以及在簾片層1233的一金屬層1236，其被包括在一可重新組配諧振層1230中。在一個實施例中，圖8B的該天線孔徑包括複數個圖8A的可調諧振器/槽孔1210。簾片/槽孔1212由在金屬層1236中的開口來被限定。一饋入波，諸於如圖8A的饋入波1205，可具有與衛星通信通道兼容的一微波頻率。該饋入波在接地平面1245與諧振器層1230之間傳播。
可重新組配諧振層1230還包括墊片層1232及貼片層1231。墊片層1232被設置在貼片層1231與簾片層1233之間。請注意，在一個實施例中，一間隔件可以代替墊片層1232。在一個實施例中，簾片層1233係一印刷電路板(「PCB」)，其包括一銅層作為金屬層1236。在一個實施例中，簾片層1233係玻璃。簾片層1233可以是其他類型的基板。
開口可以在該銅層中被蝕刻以形成槽孔1212。在一個實施例中，簾片層1233藉由一導電接合層被導電地耦合到在圖8B中的另一個結構(例如，一波導)。請注意，在一個實施例中，該簾片層並不藉由一導電接合層被導電地耦合，而是與一非導電接合層做介接。
貼片層1231也可以是一PCB，其包括金屬作為輻射貼片1211。在一個實施例中，墊片層1232包括間隔件1239，其提供一機械支座以限定在金屬層1236與1211貼片之間的尺寸。在一個實施例中，該等間隔件為75微米，但也可以使用其他的尺寸(例如，3-200 mm)。如在以上所描述的，在一個實施例中，圖8B的該天線孔徑包括多個可調諧振器/槽孔，諸如包括圖8A之貼片1211、液晶1213、以及簾片1212之可調諧振器/槽孔1210。用於液晶1213的該腔室係由間隔件1239、簾片層1233以及金屬層1236來被限定。當該腔室被填充有液晶時，可以把貼片層1231層壓到間隔件1239上以把液晶密封在諧振器層1230之中。
在貼片層1231與簾片層1233之間的一電壓可被調變以調諧在該貼片與該等槽孔(例如，可調諧振器/槽孔1210)之間該間隙中的該液晶。調整橫跨液晶1213兩端的該電壓會改變一槽孔(例如，可調諧振器/槽孔1210)的該電容。因此，可以藉由改變該電容來改變一槽孔(例如，可調諧振器/槽孔1210)的該電抗。槽孔1210的諧振頻率也會根據等式
Figure 02_image007
做改變，其中f 係槽孔1210的該諧振頻率而L及C分別係槽孔1210的電感及電容。槽孔1210的該諧振頻率影響傳播經過波該導之饋入波1205所輻射的該能量。作為一實例，如果饋入波1205係20 GHz，則可以把一槽孔1210的諧振頻率(藉由改變電容)調整到17 GHz，使得該槽孔1210基本上不耦合來自饋入波1205的能量。或者，一槽孔1210的該諧振頻率可被調整為20 GHz使得該槽孔1210耦合來自饋入波1205的能量並把該能量輻射到自由空間中。儘管該等給出的實例係二元的(完全輻射或根本不輻射)，但是使用一種多值範圍內的電壓變異，該電抗的全灰階控制並因此槽孔1210之該諧振頻率的全灰階控制是有可能的。因此，可精細地控制從每一個槽孔1210所輻射出的能量，使得詳細的全息衍射模式可由該可調諧槽孔陣列來形成。
在一個實施例中，在一列中的可調諧槽孔被彼此隔開λ/5。其他的間距可被使用。在一個實施例中，在一列中每一個可調諧槽孔與在一相鄰列中最接近的該可調諧槽孔間隔λ/2，因此，在不同列中共同定向的可調諧槽孔被間隔λ/4，但是其他間距也是可能的(例如，λ/5，λ/6.3)。在另一個實施例中，在一列中的每一個可調諧槽孔與在一相鄰列中最接近的該可調諧槽孔被間隔λ/3。
實施例使用可重新組配的超材料技術，諸如在2014年11月21所提交之美國專利申請第14/550,178號，標題為「Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna」以及在2015年1月30日所提交之美國專利申請第14/610,502號，標題為「Ridged Waveguide Feed Structures for Reconfigurable Antenna」中所描述的。
圖9A-D圖示出了用於創建該開槽陣列之該等不同層的一個實施例。該天線陣列包括被定位在環中的天線元件，諸如在圖1A中所展示的該等實例環。注意，在該實例中，該天線陣列具有兩種不同類型的天線元件，它們被使用於兩種不同的頻帶類型。
圖9A圖示出了該第一簾片板層的一部分，具有對應於該等槽孔的位置。參見圖9A，該等圓圈係在該簾片基板之該底側中在該金屬化中的開放區域/槽孔，並係用於控制元件與該饋源(該饋入波)的該耦合。請注意，此層是係一可選擇層，並未在所有的設計中被使用。圖9B圖示出包含槽孔之該第二簾片板層的一部分。圖9C圖示出該第二簾片板層之一部分上的貼片。圖9D圖示出該開槽陣列之一部分的一俯視圖。
圖10圖示出一柱面饋入天線結構之一個實施例的一側視圖。該天線使用一雙層饋入結構(即，一饋入結構的兩層)產生一向內行進波。在一個實施例中，該天線包括一圓形外形，但這不是必需的。也就是說，可以使用非圓形向內行進的結構。在一個實施例中，在圖10中的該天線結構包括一同軸饋入，諸如，例如，在2014年11月21所提交之美國專利申請第2015/0236412號，標題為「Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna」中所描述的。
參考圖10，一同軸引腳1601被使用來激發在該天線底層上的場。在一個實施例中，同軸引腳1601係一容易購得之一50Ω同軸引腳。同軸引腳1601被耦合(例如，被螺栓連接)到該天線結構的底部，其係導電接地平面1602。
與導電接地平面1602分開的係間隙導體1603，其係一內部導體。在一個實施例中，導電接地平面1602及間隙導體1603彼此平行。在一個實施例中，在接地平面1602與間隙導體1603之間的該距離為0.1-0.15’’。在另一個實施例中，該距離可以是λ/2，其中λ係在該操作頻率下該行進波的該波長。
接地平面1602藉由一間隔件1604與間隙導體1603分開。在一個實施例中，間隔件1604係一泡沫或空氣式的間隔件。在一個實施例中，間隔件1604包含一塑料間隔件。
在間隙導體1603的上方係一介電層1605。在一個實施例中，介電層1605係塑料。介電層1605的目的係相對於自由空間的速度來減慢該行進波。在一個實施例中，介電層1605相對於自由空間使得行進波減慢30％。在一個實施例中，適合於波束成形的折射率範圍係1.2-1.8，其中自由空間根據定義具有等於1的折射率。其他介電間隔件材料，諸如，例如，塑料，可被使用來達到這個效果。注意，非塑料的材料可被使用，只要它們實現所欲的波速減速效果即可。或者，具有分佈式結構的一材料可被使用作為電介質1605，諸如，例如，可被加工或被光刻限定之周期性的子波長金屬結構可被使用。
一RF陣列1606位於電介質1605的上方。在一個實施例中，在間隙導體1603與RF-陣列1606之間的該距離是0.1-0.15’’。在另一個實施例中，該距離可以是
Figure 02_image009
，其中
Figure 02_image011
係在該設計頻率下在該媒體中的該有效波長。
該天線包括側面1607及1608。側面1607及1608被形成角度以致使從同軸引腳饋入1601的一行進波經由反射從間隙導體1603下方的該區域(該間隔件層)傳播到在間隙導體1603上方的該區域(該介電層)。在一個實施例中，側面1607及1608的該角度為45°角。在一替代的實施例中，側面1607及1608可以用一連續的半徑來代替以實現該反射。雖然圖10顯示了角度化側面為45度的角度，但達成從較低層饋入到較高層饋入之信號傳輸的其他角度可被使用。也就是說，假設在該較低饋入中的該有效波長通常與在較高饋入中的該有效波長不同，則可以使用與該理想45°角度的一些偏差來輔助從該較低到該較高饋入層的該傳輸。例如，在另一個實施例中，該等45°角使用一單一步階來代替。在該天線之一端上的該等步階圍繞該介電層、該間隙導體、以及該間隔件層。該相同的兩個步階位於這些層的其他端。
在操作中，當一饋入波從同軸引腳1601被饋入，該波在接地平面1602與間隙導體1603之間的該區域中從同軸引腳1601同心定向地向外行進。該同心傳出的波由側面1607及1608被反射並在間隙導體1603與RF陣列1606之間的區域中向內行進。從該圓周邊緣的該反射使得該波保持同相(即，它係一同相反射)。該行進波被介電層1605減慢。此時，該行進波開始與在RF陣列1606中的元件互動及激勵，以獲得該所欲的散射。
為了終止該行進波，一終端1609被包括在天線中，位於該天線的幾何中心。在一個實施例中，終端1609包含一引腳終端(例如，一50Ω的引腳)。在另一個實施例中，終端1609包含一RF吸收器，其終止未使用的能量以防止該未使用的能量透過該天線的該饋入結構反射回來。這些可被使用在RF陣列1606的上方。
圖11圖示出具有一輸出波之該天線系統的另一實施例。參照圖11，兩個接地平面1610及1611基本上彼此平行，在接地平面之間具有一介電層1612(例如，一塑料層、等等)。RF吸收器1619(例如，電阻器)把兩個接地平面1610及1611耦合在一起。一同軸引腳1615(例如，50Ω)饋入該天線。一RF陣列1616位於介電層1612及接地平面1611的上方。
在操作中，一饋入波透過同軸引腳1615被饋入並同心地向外行進且與RF陣列1616的該等元件互動。
在圖10及11該等兩個天線的該柱面饋入改善了該天線的該服務角。不是正負四十五度方位角(±45° Az)及正負二十五度仰角(±25° El)的服務角，在一個實施例中，該天線系統在各個方向中具有離該視軸七十五度(75°)的一服務角。與由許多各別輻射器所組成之任何波束成形天線一樣，該整體天線增益取決於該等組成元件的該增益，該等組成元件本身係角度相關的。當使用共同的輻射元件時，該整體天線增益通常會隨著該波束指向進一步離開視軸而減小。在離開視軸75度處，預計會有約6dB的顯著增益降低。
具有一柱面饋入之該天線的實施例解決一或多個問題。與使用一集體分配器網路饋入的天線相比，這些包括顯著地簡化了該饋入結構，從而減少了總體所需天線及天線饋入量；藉由較為粗糙的控制(一直延伸到簡單的二元控制)來保持高波束性能，從而降低對製造及控制誤差的敏感度；與直線饋入相比，提供了一更有利的旁瓣模式，因為該柱面定向的饋入波可導致在該遠場中的空間多樣化旁瓣；並允許極化可以是動態的，包括允許左旋圓形、右旋圓形、以及線性極化，同時不需要一極化器。 波散射元件陣列
圖10的RF陣列1606及圖11的RF陣列1616包括一波散射子系統，該波散射子系統包括充當輻射器的一組貼片天線(即，散射器)。該組貼片天線包含一散射超材料元件陣列。
在一個實施例中，在該天線系統中的每一個散射元件係一單元胞元的一部分，該單元胞元由一下導體、一介電基板以及一上導體所構成，其中該上導體嵌入有一蝕刻入或沉積在該上導體的互補電感電容諧振器(「互補電LC」或「CELC」)。
在一個實施例中，一液晶(LC)被注入在該散射元件周圍的該間隙中。液晶被封裝在每一個單元胞元中，並把與一槽孔相關聯的該下導體與與其貼片相關聯的一上導體分隔開。液晶有一介電常數，該介電常數係包含有該液晶之該等分子方向的一函數，並且該等分子的該方向(並因而該介電常數)可以藉由調節橫跨該液晶上的該偏壓來被控制。使用該特性，該液晶作用為用於把能量從該導波傳輸到該CELC的一開/關開關。當開關被開啟時，該CELC會像一小型電偶極天線一樣發出一電磁波。
控制該LC的該厚度增加了該波束切換速度。在該下導體與上導體之間該間隙(該液晶的該厚度)減少百分之五十(50％)會導致速度增加四倍。在另一個實施例中，該液晶的該厚度導致一波束切換速度大約為十四毫秒(14 ms)。在一個實施例中，該LC係以本領域之一公知的方式被摻雜以提高響應性，使得可以滿足7毫秒(7 ms)的要求。
該CELC元件響應一磁場，該磁場被施加平行於該CELC元件之該平面並垂直於該CELC間隙補體。當一電壓被施加到在該超材料散射單元胞元中的該液晶時，該導波的該磁場分量會引起該CELC的一磁激勵，CELC接下來又產生與該導波頻率相同的一電磁波。
由一單一CELC所產生之該電磁波的相位可以藉由該CELC在該導波之該向量上的該位置來被選擇。每一個胞元產生與平行於該CELC之該導波同相的一波。因為該等CELC小於該波長，所以當該輸出波通過該CELC下方時，該輸出波具有與該導波相同的相位。
在一個實施例中，這個天線系統的該柱面饋入幾何允許該等CELC元件將被定位在相對於在該波饋入中的該波向量四十五度(45°)角處。該等元件的這個位置使得能夠控制由該等元件產生或接收的該自由空間波之極化。在一個實施例中，該等CELC元件被佈置成具有小於該天線操作頻率之一自由空間波長的一元件間間隔。例如，如果每個波長有四個散射元件，則在該30 GHz發射天線中的該等元件將近似為2.5 mm(即，30 GHz之該10 mm自由空間波長的1/4)。
在一個實施例中，該等CELC用貼片天線來實現，該等貼片天線包括被共同定位在一槽孔之上的一貼片，在該等兩者之間具有液晶。在這方面，該超材料天線作用類似於一開槽(散射)波導。對於一開槽波導，該輸出波的該相位取決於該槽孔相對於該導波的該位置。 胞元放置
在一個實施例中，該等天線元件以一種允許一系統式矩陣驅動電路的方式被放置在該柱面饋入天線孔徑。該等胞元的放置包括用於該矩陣驅動之該等電晶體的放置。圖12圖示出該矩陣驅動電路相對於天線元件之該放置的一個實施例。參考圖12，列控制器1701分別經由列選擇信號列1及列2被耦合到電晶體1711及1712，並且行控制器1702經由行選擇信號行1被耦合到電晶體1711及1712。電晶體1711還經由連接到貼片1731被耦合到天線元件1721，而電晶體1712經由連接到貼片1732被耦合到天線元件1722。
在一初始的方法中，在柱面饋入天線上實現矩陣驅動電路，其中單元胞元被放置在一非規則的網格中，兩個步驟被執行。在第一步驟中，把該等胞元放置在同心環上，並且該等胞元的每一個被連接到被放置在該胞元旁邊的一電晶體，並作用為一開關以分別地驅動每一個胞元。在該第二步驟中，構建該矩陣驅動電路以便如該矩陣驅動方法所要求的把每一個電晶體連接到一唯一的位址。由於該矩陣驅動電路由行及列跡線(類似於LCD)被建構，但是該等胞元被放置在環上，因此沒有系統的方法可為每一個電晶體分配唯一的位址。這種映射問題導致需非常複雜的電路來覆蓋所有的電晶體，並導致需顯著增加實體跡線的數量才能完成該佈線。由於胞元的高密度，這些跡線由於耦合效應會干擾該天線的該RF性能。而且，由於跡線的複雜性及高封裝密度，該等跡線的該佈線無法藉由商業上可用的佈局工具來被完成。
在一個實施例中，該矩陣驅動電路在該等胞元及電晶體被放置之被前預先定義。這確保了要驅動所有胞元所需之一最少數量的跡線，每一個胞元具有唯一的位址。這個策略降低了該驅動電路的複雜性並簡化了該佈線，從而改善了該天線的該RF性能。
更具體地說，在一種方法中，在該第一步驟中，該等胞元被放置在描述每一個胞元該唯一位址之行及列所構成的一規則的矩形網格上。在該第二步驟中，該等胞元被分組並被轉換為同心圓，同時保持它們的位址以及如在該第一步驟中所定義之與該等行及列的連接。這種轉換的目的不僅要把該等胞元放置在環上，而且還要在整個孔徑上使得在胞元之間的距離以及在環之間的距離保持恆定。為了實現這一目標，有幾種方法可以對該等胞元進行分組。
在一個實施例中，一TFT封裝被使用來啟用在該矩陣驅動中的放置及唯一定址。圖13圖示出一TFT封裝的一個實施例。參考圖13，一TFT及一保持電容器1803被展示出具有輸入和輸出埠。有兩個輸入埠被連接到跡線1801及兩個輸出埠被連接到跡線1802以使用該等行及列把該等TFT連接在一起。在一個實施例中，該等行及列跡線以90°角交叉以減少並可能最小化在該等行及列跡線之間的該耦合。在一個實施例中，該等行及列跡線係在不同的層上。一全雙工通信系統的一實例
在另一個實施例中，該組合的天線孔徑被使用在一全雙工通信系統中。圖14係具有同時發射及接收路徑之一通信系統實施例的方塊圖。雖然僅圖示出一個發射路徑及一個接收路徑，但是該通信系統可以包括多於一個發射路徑及/或多於一個接收路徑。
參考圖14，天線1401包括兩個空間交錯的天線陣列，其獨立地可操作來如以上所述的在不同的頻率上同時地發射及接收。在一個實施例中，天線1401被耦合到雙工器1445。該耦合可以係藉由一或多個饋入網路。在一個實施例中，在一徑向饋入天線的情況下，雙工器1445結合該等兩個信號，並且在天線1401與雙工器1445之間的該連接係可同時承載兩個頻率的一單一寬頻饋入網路。
雙工器1445被耦合到一低雜訊阻斷轉換器(LNB)1427，其以本領域之一公知的方式來執行一雜訊濾波功能及一降頻以及一放大功能。在一個實施例中，LNB 1427係位於一室外單元(ODU)中。在另一實施例中，LNB 1427被整合到該天線裝置中。LNB 1427被耦合到一調變解調器1460，該調變解調器1460被耦合到運算系統1440(例如，一電腦系統、調變解調器、等等)。
調變解調器1460包括一個類比到數位轉換器(ADC)1422，其被耦合到LNB 1427，以把輸出自雙工器1445之該接收到的信號轉換成數位格式。一旦轉換成數位格式，該信號由解調器1423解調並由解碼器1424來解碼，以獲得在該接收波上該經編碼的資料。然後把該解碼的資料傳送到控制器1425，控制器1425把其傳送到運算系統1440。
調變解調器1460還包括一編碼器1430，其編碼將從運算系統1440被發射的資料。該經編碼的資料由調變器1431調變，然後由數位到類比轉換器(DAC)1432被轉換為類比信號。然後該類比信號藉由一BUC(向上變頻及高通放大器)1433被濾波，並被提供給雙工器1445的一個埠。在一個實施例中，BUC 1433係位於一室外單元(ODU)中。
雙工器1445以本領域之一公知的方式來操作，提供該發射信號給天線1401以用於傳輸。
控制器1450控制天線1401，該天線包括在該單一組合的實體孔徑上之該等兩個天線元件陣列。
該通信系統可被修改以包括上述之該組合器/仲裁器。在這一種情況下，該組合器/仲裁器係在調變解調器之後但是在該BUC及LNB之前。
請注意，在圖14中所示的該全雙工通信系統具有許多的應用，包括但不侷限於，網際網路通信、車輛通信(包括軟體更新)、等等。
在本文中描述了多個示例實施例。
實例1係一種可攜式天線，其包含有：一記憶體；一天線孔徑，其具有複數個電控射頻(RF)輻射天線元件；一模式產生器，其包括有一或多個處理器，以在測試期間產生複數個模式以施加到該天線孔徑，以致使該天線響應於該等複數個模式之每一個模式產生一波束同時指向一衛星；一接收器響應於以該孔徑產生的波束接收來自該衛星的衛星信號；一度量提供器，其包括有一或多個處理器，以產生用於該等接收到衛星信號的一或多個衛星信號度量；以及天線參數選擇器，以基於指出天線性能達到一預定水平之該衛星信號度量來選擇與波束成形相關聯的一或多個參數，其中該等一或多個參數的選擇係用於儲存在該記憶體中並且當執行資料通信時被使用來以該天線孔徑產生一波束。
實例2係實例1的該天線，其可以任選地包括該天線性能係針對該衛星的一操作頻率。
實例3係實例1的該天線，其可以任選地包括該等複數個模式之每一個係基於使用衛星信號反饋度量針對在該操作頻率之增益最佳化的波束成形參數被產生。
實例4係實例3的該天線，其可以任選地包括用於一或多個模式之該等波束成形參數中的至少一個係使用一遺傳演算法來被選擇。
實例5係實例1的該天線，其可以任選地包括該等衛星信號度量包括模式性能的一指示。
實例6係實例5的該天線，其可以任選地包括模式性能的該指示包含增益、旁瓣準位、波束寬度、交叉極化鑑別、瞬間頻寬、以及總體資料產出量的一或多個。
實例7係實例1的該天線，其可以任選地包括該等複數個模式及衛星信號度量的產生係執行在該天線上之一自我最佳化程序的一部分。
實例8係實例7的該天線，其可以任選地包括該自我最佳化程序被執行在當該天線沒被移動並且在該天線上的追踪被關閉時。
實例9係實例8的該天線，其可以任選地包括其中該天線之移動係基於失去對正接收自該衛星之一數位調變信號的同步被確定。
實例10係實例8的該天線，其可以任選地包括當在該自我最佳化程序中時，對該天線的傳入命令不被執行。
實例11係實例1的該天線，其可任選地包括該等複數個模式及衛星信號度量的產生係用於驗證該天線之可調頻寬之一程序的一部分。
實例12係實例11的該天線，其可以任選地包括用於驗證該天線之可調頻寬的該程序包括由一處理器確定要測試的一頻寬範圍、命令一新的天線模式來調諧圍繞覆蓋該頻寬範圍之一組調變頻率的該RF響應、使用該接收器以在每一個調變頻率處接收並記錄一值。
實例13係實例1的該天線，其可以任選地包括該接收器係在該天線上之追踪接收器硬體的一部分。
實例14係實例1的該天線，其可以任選地包括該等RF輻射天線元件係超材料天線元件。
實例15係一種方法，其包含有：執行一測試程序，其包括在測試期間產生複數個模式以施加到一天線孔徑，以致使該天線響應於該等複數個模式之每一個模式產生一波束同時指向一衛星，該天線孔徑具有複數個電控射頻(RF)輻射天線元件，響應於以該孔徑產生的波束接收來自該衛星的衛星信號，產生用於該等接收到衛星信號的一或多個衛星信號度量，並以基於指出天線性能達到一預定水平之該衛星信號度量來選擇與波束成形相關聯的一或多個參數；以及當執行資料通信時被使用來以該天線孔徑產生一波束。
實例16係實例15的該方法，其可以任選地包括該天線性能係針對該衛星的一操作頻率。
實例17係實例16的該方法，其可以任選地包括該等複數個模式之每一個係基於使用衛星信號反饋度量針對在該操作頻率之增益最佳化的波束成形參數被產生。
實例18係實例17的該方法，其可以任選地包括用於一或多個模式之該等波束成形參數中的至少一個係使用一遺傳演算法來被選擇。
實例19係實例15的該方法，其可以任選地包括該等衛星信號度量包括模式性能的一指示。
實例20係實例15的該方法，其可以任選地包括模式性能的該指示包含增益、旁瓣準位、波束寬度、交叉極化鑑別、瞬間頻寬、以及總體資料產出量的一或多個。
實例21係實例15的該方法，其可以任選地包括該等複數個模式及衛星信號度量的產生係執行在該天線上之一自我最佳化程序的一部分。
實例22係實例21的該方法，其可以任選地包括該自我最佳化程序被執行在當該天線沒被移動並且在該天線上的追踪被關閉時，以及當在該自我最佳化程序中時對該天線的傳入命令不被執行。
實例23係實例15的該方法，其可以任選地包括該接收器係在該天線上之追踪接收器硬體的一部分。
實例24係實例15的該方法，其可任選地包括該等複數個模式及衛星信號度量的產生係用於驗證該天線之可調頻寬之一程序的一部分。
實例25係實例24的該方法，其可以任選地包括用於驗證該天線之可調頻寬的該程序包括由一處理器確定要測試的一頻寬範圍、命令一新的天線模式來調諧圍繞覆蓋該頻寬範圍之一組調變頻率的該RF響應、使用該接收器以在每一個調變頻率處接收並記錄一值。
實例26係一種具有一或多個非暫時性電腦可讀取媒體的製品，該等電腦可讀取媒體在其上儲存有指令，當該等指令由一系統執行時，致使該系統執行一種方法，其包含有：執行一測試程序，其包括在測試期間產生複數個模式以施加到一天線孔徑，以致使該天線響應於該等複數個模式之每一個模式產生一波束同時指向一衛星，該天線孔徑具有複數個電控射頻(RF)輻射天線元件；響應於以該孔徑產生的波束接收來自該衛星的衛星信號，產生用於該等接收到衛星信號的一或多個衛星信號度量，以及基於指出天線性能達到一預定水平之該衛星信號度量來選擇與波束成形相關聯的一或多個參數。
實例27係實例26的該製品，其可以任選地包括該天線性能係針對該衛星的一操作頻率，以及其中該等複數個模式之每一個係基於使用衛星信號反饋度量針對在該操作頻率之增益最佳化的波束成形參數被產生。
實例28係實例26的該製品，其可以任選地包括該等複數個模式及衛星信號度量的產生係執行在該天線上之一自我最佳化程序的一部分。
實例29係實例28的該製品，其可以任選地包括該自我最佳化程序被執行在當該天線沒被移動並且在該天線上的追踪被關閉時，以及當在該自我最佳化程序中時對該天線的傳入命令不被執行。
實例30係實例26的該製品，其可任選地包括該等複數個模式及衛星信號度量的產生係用於驗證該天線之可調頻寬之一程序的一部分。
實例31係實例30的該製品，其可以任選地包括用於驗證該天線之可調頻寬的該程序包括由一處理器確定要測試的一頻寬範圍、命令一新的天線模式來調諧圍繞覆蓋該頻寬範圍之一組調變頻率的該RF響應、使用該接收器以在每一個調變頻率處接收並記錄一值。
實例32係一種用於測試一電子操縱天線的方法，其包含有：不需使用一測試室就可檢驗該電子操縱天線的可調頻寬，藉由(a)判定該天線是否可被通信地耦合到一個衛星，(b)確定要測試的一頻寬範圍，(c)針對於一被命令的頻率下降命令一新的天線模式，(d)產生用於該頻率的新模式，(e)設置該衛星的該接收器以接收該頻率並記錄一值，以及(f)針對該頻寬範圍重複(c)-(e)。
以上詳細描述的一些部分係以在一電腦記憶體內之資料位元上進行操作之演算法及符號表示來被呈現。這些演算法描述及表示係資料處理領域的技術人員使用來最有效地把他們工作的實質傳達給本領域之其他技術人員的措施。本文中一演算法通常被認為係導致一所欲結果之一自相一致的步驟序列。該等步驟係需要實體操縱實體量的那些。通常，儘管不是必須的，這些實體量採用能夠被儲存、傳輸、組合、比較、和以其他方式操縱之電氣信號或磁信號的形式。事實證明有時候，主要係出於通用的原因，會把這些信號稱為位元、數值、元素、符號、字元、項、數字、等等。
然而，應被記住的是，所有這些及類似的術語都將與該等適當的實體量相關聯，並且僅為適用於這些量的方便標記。除非從以下的討論中被明確地說明，否則應被理解的是，在整個說明書中，利用諸如「處理」或「運算」或「計算」或「確定」或「顯示」等等術語的討論係指一電腦系統或類似電子運算裝置的該動作及程序，其把在該電腦系統之暫存器及記憶體內被表示為實體(電子)量的資料操縱及轉換成為在該電腦系統記憶體或暫存器或其他此類資訊儲存器、傳輸或顯示裝置內被類似表示為實體量的其他資料。
本發明還涉及用於執行本文之該等操作的裝置。這個裝置可為該等所需的目的被特別地建構，或者它可包含一通用電腦，該通用電腦可由儲存在其中之一電腦程式被選擇性地啟動或重新組配。這樣的一電腦程式可被儲存在一電腦可讀取儲存媒體中，諸如，但不侷限於任何類型的碟，包括軟碟、光碟、CD-ROM、以及磁光碟，唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、或適用於儲存電子指令之任何類型的媒體，並且每一個被耦合到一電腦系統匯流排。
本文中所呈現的該等演算法及顯示並不固有地涉及任何特定的電腦或其他的裝置。根據本文的教導，各種通用系統可以與程序一起被使用，或為方便起見建構出更為專用的裝置以執行該等所需方法步驟。這些系統所需之各式各樣的結構將從下面的描述中被看出。另外，本發明的描述並不參考任何特定的程式語言。將被理解的是，可以使用各種程式語言來實現如本文所描述之本發明的該等教導。
一種機器可讀媒體包括以一機器(例如，一電腦)可讀取的形式來儲存或傳輸資訊的任何機制。例如，一機器可讀取媒體包括唯讀記憶體(「ROM」)；隨機存取記憶體(「RAM」)；磁碟儲存媒體；光儲存媒體；快閃記憶體媒體；等等。
在已閱讀了前面的描述之後，本發明的許多改變及修改對本領域的普通技術人員而言無疑地將變得顯而易見，但將被理解的是，藉由圖示的方式所展示及描述之任何特定的實施例絕不意圖被視為係限制。因此，對各種實施例細節的參考並不旨在限制該等請求項的範圍，該等請求項本身僅敘述被認為係對本發明必不可少的那些特徵。
101、314:記憶體 102:孔徑 103、310、1425、1450:控制器 104、318:接收器 104A:接收度量產生器 105、302、1460:調變解調器 110:可調頻寬驗證 111:天線參數 120:波束 201〜202、401〜450、500〜520:方塊 301:ASM 311:ACP 312:設置(freq、pol)及指向(Theta、Phi、LPA) 313:PG服務 315:FPGA 316:DAC值 317:TFT 319:追踪接收器服務 320:Theta、Phi、H、V 322:REST API 400:Rx自我最佳化API 501:主機電腦系統 502:電子操縱天線 503:衛星 504:集線器 591、592、593:曲線 594、595:垂直線 596、597:水平虛線 601:孔徑天線陣列 602:柱面饋入 603:天線元件 1205:饋入波 1210:可調諧槽孔 1211、1731、1732:貼片 1212:簾片/槽孔 1213、1213A:LC 1230:可重新組配諧振器層 1231:貼片層 1232:墊片層 1233:簾片層 1236:金屬層 1239、1604:間隔件 1245、1602、1610、1611:接地平面 1280:控制模組 1401:天線 1422:ADC 1423:解調器 1424:解碼器 1427:LNB 1430:編碼器 1431:調變器 1432:DAC 1433:BUC 1445:雙工器 1440:運算系統 1601:同軸引腳 1603:間隙導體 1605、1612:介電層 1606、1616:RF陣列 1607、1608:側面 1609:終端 1615:同軸引腳 1619:RF吸收器 1701:列控制器 1702:行控制器 1711、1712:電晶體 1721、1722:天線元件 1801、1802:跡線 1803:TFT及保持電容器
從下面給出之詳細描述及本發明之各種實施例的該等附圖，本發明將更為全面地被理解，然而，其不應被視為限制本發明於特定的實施例，而是僅用於解釋及理解。 圖1係用於測試一天線(例如，一電子操縱的可攜式平板天線)之一裝置的一方塊圖。 圖2係用於一天線孔徑之一程序之一個實施例的流程圖。 圖3A係執行一自我最佳化程序之一天線之一部分的一個實施例的方塊圖。 圖3B係一自我最佳化程序之一個實施例的流程圖。 圖4圖示出在其上一天線可以以多種調變模式被調諧之頻寬的一實例。 圖5A係執行可調頻寬驗證之一結構之一個實施例的方塊圖。 圖5B係執行可調頻寬驗證之一程序之一個實施例的方塊圖。 圖5C圖示出用於執行可調頻寬驗證之虛擬碼的一實例。 圖5D圖示出來自執行可調頻寬驗證之結果的一組圖。 圖6圖示出一柱面饋入全息徑向孔徑天線之一個實施例的示意圖。 圖7圖示出了一列天線元件的一透視圖，其包括一接地平面及一可重新組配諧振器層。 圖8A圖示出一可調諧振器/槽孔的一個實施例。 圖8B圖示出一實體天線孔徑之一個實施例的一橫截面視圖。 圖9A-D圖示出用於創建該開槽陣列之該等不同層的一個實施例。 圖10圖示出一柱面饋入電天線結構之一個實施例的一側視圖。 圖11圖示出了具有一輸出波之天線系統的另一個實施例。 圖12圖示出矩陣驅動電路相對於天線元件之該放置的一個實施例。 圖13圖示出一TFT封裝的一個實施例。 圖14係具有同時發射及接收路徑之一通信系統的一個實施例的方塊圖。
201~202:方塊

Claims (27)

  1. 一種可攜式天線，其包含有：一記憶體；一天線孔徑，其具有複數個電控射頻(RF)輻射天線元件；一模式產生器，其包括有一或多個處理器，以在測試期間產生複數個模式施加到該天線孔徑，以致使該天線在指向一衛星同時響應於該等複數個模式之每一個模式來產生一波束，以作為針對該天線所執行之一自我最佳化程序的一部分；一接收器，響應於以該孔徑產生波束而接收來自該衛星的衛星信號；一度量提供器，其包括有一或多個處理器，以產生用於所接收到之該等衛星信號的一或多個衛星信號度量，來作為針對該天線所執行之一自我最佳化程序的一部分，其中該自我最佳化程序係在當該天線沒被移動並且在該天線上的追踪被關閉時被執行；以及一天線參數選擇器，以基於指出天線性能達到一預定水平之該等衛星信號度量來選擇與波束成形相關聯的一或多個參數，其中該等一或多個參數的選擇係用於儲存在該記憶體中並且當執行資料通信時被使用來以該天線孔徑產生一波束。
  2. 如請求項1之可攜式天線，其中該天線性能係針對該衛星的一操作頻率。
  3. 如請求項2之可攜式天線，其中該等複數個模式之每一者係基於使用衛星信號反饋度量針對在該操作頻率之增益所最佳化的波束成形參數而被產生。
  4. 如請求項3之可攜式天線，其中用於一或多個模式之該等波束成形參數中的至少一者係使用一遺傳演算法被選擇。
  5. 如請求項1之可攜式天線，其中該等衛星信號度量包括模式性能的一指示。
  6. 如請求項5之可攜式天線，其中模式性能的該指示包含增益、旁瓣準位、波束寬度、交叉極化鑑別、瞬間頻寬、以及總體資料產出量中的一或多者。
  7. 如請求項1之可攜式天線，其中該天線之移動係基於失去對正接收自該衛星之一數位調變信號的同步而被確定。
  8. 如請求項1之可攜式天線，其中當在該自我最佳化程序中時，對該天線的傳入命令不被執行。
  9. 如請求項1之可攜式天線，其中該接收器係在該天線上之追踪接收器硬體的一部分。
  10. 如請求項1之可攜式天線，其中該等RF輻射天線元件係超材料天線元件。
  11. 一種可攜式天線，其包含有：一記憶體；一天線孔徑，其具有複數個電控射頻(RF)輻射天線元件； 一模式產生器，其包括有一或多個處理器，以在測試期間產生複數個模式施加到該天線孔徑，以致使該天線在指向一衛星同時響應於該等複數個模式之每一個模式來產生一波束；一接收器，響應於以該孔徑產生波束而接收來自該衛星的衛星信號；一度量提供器，其包括有一或多個處理器，以產生用於所接收到之該等衛星信號的一或多個衛星信號度量；以及一天線參數選擇器，以基於指出天線性能達到一預定水平之該等衛星信號度量來選擇與波束成形相關聯的一或多個參數，其中該等一或多個參數的選擇係用於儲存在該記憶體中並且當執行資料通信時被使用來以該天線孔徑產生一波束，其中該等複數個模式及衛星信號度量的產生係用於驗證該天線之可調頻寬之一程序的一部分。
  12. 如請求項11之可攜式天線，其中用於驗證該天線之可調頻寬的該程序包括由一處理器確定要測試的一頻寬範圍、命令一新的天線模式來調諧圍繞覆蓋該頻寬範圍之一組調變頻率的RF響應、使用該接收器以在每一個調變頻率處接收並記錄一值。
  13. 一種用以測試一天線之方法，其包含有：執行一測試程序，其包括： 在測試期間產生複數個模式以施加到一天線孔徑，以致使該天線在指向一衛星同時響應於該等複數個模式之每一個模式來產生一波束，該天線孔徑具有複數個電控射頻(RF)輻射天線元件，響應於以該孔徑產生波束而接收來自該衛星的衛星信號，產生用於所接收到之該等衛星信號的一或多個衛星信號度量，和基於指出天線性能達到一預定水平之該等衛星信號度量來選擇與波束成形相關聯的一或多個參數；以及當與該衛星進行資料通信時以該天線孔徑產生一波束，其中該等複數個模式及衛星信號度量的產生係在當該天線沒被移動並且在該天線上的追踪被關閉時針對該天線所執行之一自我最佳化程序的一部分。
  14. 如請求項13之方法，其中該天線性能係針對該衛星的一操作頻率。
  15. 如請求項14之方法，其中該等複數個模式之每一者係基於使用衛星信號反饋度量針對在該操作頻率之增益所最佳化的波束成形參數而被產生。
  16. 如請求項15之方法，其中用於一或多個模式之該等波束成形參數中的至少一者係使用一遺傳演算法而被選擇。
  17. 如請求項13之方法，其中該等衛星信號度量包括模式性能的一指示。
  18. 如請求項13之方法，其中模式性能的該指示包含增益、旁瓣準位、波束寬度、交叉極化鑑別、瞬間頻寬、以及總體資料產出量中的一或多者。
  19. 如請求項13之方法，其中當在該自我最佳化程序中時，對該天線的傳入命令不被執行。
  20. 如請求項13之方法，其中該接收器係在該天線上之追踪接收器硬體的一部分。
  21. 一種用以測試一天線之方法，其包含有：執行一測試程序，其包括：在測試期間產生複數個模式以施加到一天線孔徑，以致使該天線在指向一衛星同時響應於該等複數個模式之每一個模式來產生一波束，該天線孔徑具有複數個電控射頻(RF)輻射天線元件，響應於以該孔徑產生波束而接收來自該衛星的衛星信號，產生用於所接收到之該等衛星信號的一或多個衛星信號度量，和基於指出天線性能達到一預定水平之該等衛星信號度量來選擇與波束成形相關聯的一或多個參數；以及當與該衛星進行資料通信時以該天線孔徑產生一波 束，其中該等複數個模式及衛星信號度量的產生係用於驗證該天線之可調頻寬之一程序的一部分。
  22. 如請求項21之方法，其中用於驗證該天線之可調頻寬的該程序包括由一處理器確定要測試的一頻寬範圍、命令一新的天線模式來調諧圍繞覆蓋該頻寬範圍之一組調變頻率的RF響應、使用該接收器以在每一個調變頻率處接收並記錄一值。
  23. 一種具有一或多個非暫時性電腦可讀取媒體的製品，該等電腦可讀取媒體儲存有指令在其上，當該等指令由一系統執行時，致使該系統執行一方法，其包含有：執行一測試程序，其包括：在測試期間產生複數個模式以施加到一天線孔徑，以致使該天線在指向一衛星同時響應於該等複數個模式之每一個模式來產生一波束，該天線孔徑具有複數個電控射頻(RF)輻射天線元件；響應於以該孔徑產生波束而接收來自該衛星的衛星信號，產生用於所接收到之該等衛星信號的一或多個衛星信號度量，以及基於指出天線性能達到一預定水平之該等衛星信號度量來選擇與波束成形相關聯的一或多個參數，其中該等複數個模式及衛星信號度量的產生係在當該 天線沒被移動並且在該天線上的追踪被關閉時針對該天線所執行之一自我最佳化程序的一部分。
  24. 如請求項23之製品，其中該天線性能係針對該衛星的一操作頻率，以及其中該等複數個模式之每一者係基於使用衛星信號反饋度量針對在該操作頻率之增益所最佳化的波束成形參數而被產生。
  25. 如請求項23之製品，其中當在該自我最佳化程序中時，對該天線的傳入命令不被執行。
  26. 一種具有一或多個非暫時性電腦可讀取媒體的製品，該等電腦可讀取媒體儲存有指令在其上，當該等指令由一系統執行時，致使該系統執行一方法，其包含有：執行一測試程序，其包括：在測試期間產生複數個模式以施加到一天線孔徑，以致使該天線在指向一衛星同時響應於該等複數個模式之每一個模式來產生一波束，該天線孔徑具有複數個電控射頻(RF)輻射天線元件；響應於以該孔徑產生波束而接收來自該衛星的衛星信號，產生用於所接收到之該等衛星信號的一或多個衛星信號度量，以及基於指出天線性能達到一預定水平之該等衛星信號度量來選擇與波束成形相關聯的一或多個參數，其中該等複數個模式及衛星信號度量的產生係用於驗 證該天線之可調頻寬之一程序的一部分。
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