多重ビーム能動的位相配列アーキテクチャ
ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、多重放射素子と通信する多重サブ回路を備える。無線周波数信号は、偏波制御およびビーム操向の両方のために調節される。受信実施形態では、多重ＲＦ信号は、受信され、少なくとも１つの受信ビーム出力に結合される。送信実施形態では、少なくとも１つの送信ビーム入力は、分割され、多重放射素子を通して送信される。ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、多重動作周波数帯域にわたってマルチビーム形成を提供する。能動的構成要素の広帯域性質は、多重周波数帯域にわたって、同時に動作を可能にする。さらに、アンテナ偏波は、サブ配列または放射素子レベルで静的または動的に制御され得る。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
(発明の背景）
位相配列アンテナは、多重放射素子を使用し、無線周波数（ＲＦ）信号を送信、受信、または送受信する。位相配列アンテナは、移動（ＣＯＴＭ）アンテナ、衛星通信（ＳＡＴＣＯＭ）航空用端末、ＳＡＴＣＯＭモバイル通信、およびＳＡＴＣＯＭ地上端末を含む、種々の潜在的可能性において使用されている。モバイル端末の用途は、典型的には、ビームの方位、高度、および偏波を追跡し、車両が移動中、衛星位置を追従可能な自動追跡アンテナの使用を必要とする。さらに、アンテナは、「薄型」、小型、および軽量であるべきであって、それによって、一般的な搭載において遭遇する厳しい空気力学的なおよび質量の制約を充足する。
【０００２】
周知の種類の位相配列アンテナの１つは、電子的に操向可能な位相配列アンテナである。電子的に操向可能な位相配列アンテナは、完全電子操向能力を有し、匹敵する機械的位相配列アンテナよりコンパクトかつ薄型である。完全電子操向の主要な欠点は、アンテナが、通常、多くの高価なアナログＲＦ電子構成要素の一体化を要求し、市販用途に対して、法外にコストを上昇させ得ることである。一般的な電子的に操向可能な位相配列アンテナは、移相器、電力分割器、電力結合器、および直交位相ハイブリッドのアセンブリを備える。加えて、一般的な電子的に操向可能な位相配列は、位相配列内の素子毎に、これらの構成要素のうちの少なくともいくつかを要求し、アーキテクチャのコストおよび複雑性を増加させる。
【０００３】
一般的な従来技術の実施形態では、図１を参照すると、位相配列アンテナ１００は、二重線形信号をハイブリッド連結器１０２（９０°または１８０°）に、次いで、低雑音増幅器１０３、１０４を介して通信する放射素子１０１を備える。さらに、二重直交信号は、電力結合器１０７を通過する前に、移相器１０５、１０６によって、個々に、位相調節される。加えて、位相配列アンテナ内の一般的構成要素は、周波数感応性であって、特定の周波数帯域に対して設計される分散型構成要素である。
【０００４】
移相器は、移相器を通して通信されるＲＦ信号のそれぞれの位相を制御することによって信号のビームを操向するために、位相配列アンテナ内で使用される。一般的なデジタル移相器は、切替え型遅延ラインを使用し、物理的に大きく、その分散型性質のため、狭帯域の周波数にわたって動作する。別の一般的なデジタル移相器は、切替え型遅延ラインと比較してより良好な動作帯域幅を有するが、依然として物理的に大きい切替え型ハイパス／ローパスフィルタアーキテクチャを実装する。
【０００５】
また、移相器は、多くの場合、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）上に作製される。他の材料が使用され得るが、ＧａＡｓは、電子デバイスの良好な性能を提供するように設計および制御されるより高い品質の材料である。しかしながら、他の可能性のある材料より高い品質の材料であることに加え、ＧａＡｓはまた、より高価およびより製造が困難である。一般的な位相配列構成要素は、ＧａＡｓ上の多くの面積を占め、より高いコストをもたらす。さらに、標準的移相器は、一般的には、約ｎ＋１ｄＢの損失（式中、ｎは、移相器内の位相ビットの数である）である高いＲＦ損失を有する。別の従来技術の実施形態は、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチを使用し、より低い損失を有するが、依然として、同様の空間を消費し、概して、モノリシックソリューションと互換性がない。
【０００６】
直交位相ハイブリッドまたは他の位相差発生ハイブリッドは、種々のＲＦ用途において使用される。ある例示的実施形態では、直交位相ハイブリッドは、円形偏波信号、電力結合、または電力分割を発生させるために使用される。ある例示的実施形態では、直交位相ハイブリッドの出力は、等しい振幅および公称９０°の位相差を有する。別の典型的実施形態では、直交位相ハイブリッドは、Ｌａｎｇｅ連結器、分岐線路連結器、および／または同等物等、分散型構造として実装される。マジックＴまたはリングハイブリッド等の１８０°ハイブリッドは、公称１８０°の移相をもたらす。一般に、直交位相ハイブリッドおよび１８０°ハイブリッドは、周波数帯域が限定され、有意な物理的空間を必要とする。加えて、構造は、性質上、分散型であるため、その物理的サイズは、周波数の低下に伴って増加する。さらに、直交位相ハイブリッドおよび１８０°ハイブリッドは、一般的には、ＧａＡｓから成り、電力分割器として使用されると、ハイブリッド当たり約３−４ｄＢのオーダーの付随ＲＦ電力損失を、電力結合器として使用されると、約１ｄＢの付随電力損失を有する。
【０００７】
また、同相電力結合器および同相電力分割器は、種々のＲＦ用途において使用される。ある例示的実施形態では、同相ハイブリッドの出力は、同等振幅および実質的にゼロの位相差を有する。別の例示的実施形態では、電力結合器として構成される同相ハイブリッドの入力は、実質的にゼロの位相差および振幅偏移に遭遇する。従来技術の実施形態では、同相ハイブリッドは、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ連結器等の分散型構造として実装される。一般に、同相ハイブリッドは、周波数帯域が限定され、有意な物理的空間を要求する。加えて、構造は、性質上、分散型であるため、物理的サイズは、周波数の低下に伴って増加する。同相ハイブリッドは、典型的には、ＧａＡｓから成る。さらに、同相ハイブリッドは、概して、電力分割器として使用されると、ハイブリッド当たり約３−４ｄＢのオーダーの付随ＲＦ電力損失を、電力結合器として使用されると、約１ｄＢの付随ＲＦ電力損失を有する。
【０００８】
位相配列アンテナ内での異なる成分に加え、アンテナ信号は、異なる偏波、すなわち、線形、楕円形、または円形を有することが可能である。線形偏波は、垂直偏波および水平偏波から成る一方、円形偏波は、左旋円偏波（ＬＨＣＰ）および右旋円偏波（ＲＨＣＰ）から成る。楕円形偏波は、円形偏波に類似するが、垂直および水平成分の規模に対して、または垂直と水平成分との間の位相差が９０°以外の値である場合、異なる値を伴って生じる。
【０００９】
従来のアンテナは、ハードウェアに依存する固定偏波を利用する。基本偏波は、概して、衛星端末の設置の際に設定され、その時点で、偏波器ハードウェアの手動構成が、固定される。例えば、偏波器は、概して、ＬＨＣＰまたはＲＨＣＰに対して設定され、適所に締結される。偏波を変更することは、偏波器の締結を解除することを要求し、対向円形偏波に９０°回転させ、次いで、偏波器を再締結することになるであろう。明らかに、これは、多くの周波数において行われることは不可能であって、限定数（約１０、または可能性として、２０）の送受信機のみが、所与の１日において、技術者によって切替え可能である。
【００１０】
一般的な従来技術の単一偏波アンテナと異なり、いくつかのデバイスは、アンテナ端末を分解することなく、偏波を変更するように構成される。実施例として、図２を参照すると、従来技術の実施形態は、偏波間の電子的に命令可能な切替えを提供するための「野球ボール」スイッチを使用する。ブロック図から理解され得るように、「野球ボール」スイッチの回転は、ある信号経路を波路に接続する一方、他の信号経路を終端させることによって、偏波の変更を生じさせる。しかしながら、各「野球ボール」スイッチは、物理的に大きく、独立制御回路網を伴う別個の回転アクチュエータを要求し、この構成が、一般的には、広帯域端末内で使用されないほどデバイスのコストを増加させる。
【００１１】
さらに、別のアプローチは、各偏波に対して、複製の送信および受信ハードウェアを伴うシステムを有することである。偏波選択は、所望の信号の経路を維持し、望ましくない信号を選択から除外することによって達成される。しかしながら、ハードウェアを二重にすることは、端末のコストを大幅に増加させる。さらに別の実施形態では、システムは、固体ダイオードまたはＦＥＴベースのスイッチを実装し得る。これらの電子構成要素の使用は、マイクロ波およびミリ波用途において、高損失および限定された電力処理をもたらし得る。これらの代替は、位相配列および低コスト市販用途を含む、大部分の用途に対して、サイズ、電力、および法外なコストがかかる。
【００１２】
加えて、典型的位相配列アンテナは、一度に単一のビームのみを形成し、多くの場合、偏波の切替えが不可能である。追加のビームを形成し、および／または同一の放射開口からの偏波切替え能力を有するために、追加の移相および電力分割または構成要素結合が、放射素子毎に要求される。これらの追加の構成要素は、一般的には、性質上、分散型であって、有意な物理的空間を要求し、損失が多く、比較的に狭い周波数帯域にわたってのみ動作する。これらの理由から、多重周波数帯域にわたって動作可能な偏波敏捷な多重ビーム位相配列アンテナは、実際は、実現が困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、周波数限定または偏波特定ではなく、異なる偏波に対して再構成可能であって、多重周波数にわたって送信および／または受信可能であり、多重ビームを形成する位相配列アンテナアーキテクチャの必要性が存在する。さらに、アンテナアーキテクチャは、付随ＲＦ損失を伴わずに、種々の材料上で製造可能であるべきである。また、類似能力の従来技術アーキテクチャより少ない空間を使用し、モノリシック実装に好適であって、動作周波数から独立した物理的サイズを伴う構成要素を有する位相配列アンテナの必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
能動的位相配列アーキテクチャは、電子的に操向可能な位相配列アンテナを動作させるために要求される必要機能のために、従来の分散型かつＧａＡｓ実装に取って代わり得る。アーキテクチャは、能動型のベクトル発生器、電力分割器、電力結合器、および／またはＲＦハイブリッドを新規方式において結合し、二重偏波フィードを有する放射素子によって実現可能な広範囲のアンテナ用途に対して、完全または実質的モノリシックソリューションを実現する。
【００１５】
概して、能動的アンテナ偏波器は、ＲＦ信号を処理するためのデジタル的に制御された能動的実装である。例示的受信実施形態によると、位相配列放射素子を通して通信される、ＲＦ信号の偏波および振幅は、２つのベクトル発生器を並列に動作させ、空間的直交態様で２つのベクトル発生器の一方または両方の出力信号を放射素子にフィードすることによって調節可能である。位相配列アンテナは、偏波間を電気的に変更する、および／またはビーム操向をサポートするように構成される。例えば、位相配列アンテナは、線形偏波、楕円形偏波、および円形偏波間を交互し得る。例示的実施形態によると、これらの異なる偏波で動作するために、ベクトル発生器は、アンテナ信号の相対位相を制御する。ある例示的実施形態では、基本的な送信実施形態および受信実施形態は、任意の周波数帯域において異なる偏波を伴って使用される。
【００１６】
ある例示的実施形態では、能動的アンテナ偏波器は、ＲＦ信号を送信または受信するように構成され得る位相配列アンテナの一部である。一実施形態では、能動的アンテナ偏波器は、線形偏波を伴う信号を通信する。別の実施形態では、能動的アンテナ偏波器は、二重偏波を伴う信号を通信する。さらに別の実施形態では、差動信号は、線形偏波または二重偏波のいずれかを使用して通信され得る。さらに、二重偏波フィードの実装は、位相配列の動作を促進し、偏波は、サブ配列または素子ベースで静的または動的に制御可能である。
【００１７】
ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、多重放射素子と通信する、多重サブ回路を備える。無線周波数信号は、偏波制御およびビーム操向の両方のために調節される。受信実施形態では、多重ＲＦ信号は、受信され、少なくとも１つの受信ビーム出力に結合される。送信実施形態では、少なくとも１つの送信ビーム入力は、分割され、多重放射素子を通して送信される。
【００１８】
ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、多重動作周波数帯域にわたって、マルチビーム形成を提供する。位相配列アンテナは、従来の分散型構成要素およびＧａＡｓ機能を能動的構成要素と置換し、電子的に操向可能な多重ビーム位相配列アンテナを動作させる。能動的構成要素の広帯域性質は、多重周波数帯域にわたって、同時に動作を可能にする。さらに、アンテナ偏波は、サブ配列または放射素子レベルで静的または動的に制御され得る。
【００１９】
例示的な位相配列アンテナの利点として、システムの容量および柔軟性の向上が挙げられる。さらに、多重周波数帯域にわたって、操作可能なアンテナは、システムの可用性を最適化する。本システムは、モバイル用途、または多重システムが所望される固定位置用途に実装され得る。また、単一アンテナは、多重システムおよび／またはユーザと通信可能であって、容量および可用性の向上を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明のより完全な理解は、図面（同一参照番号は、図面を通して、類似素子を指す）と併せて検討される場合、発明を実施するための形態および請求項を参照することによって導出されるであろう。
【図１】図１は、位相配列アンテナ素子および制御電子機器の従来技術実施例を例証する。
【図２】図２は、偏波切替を伴う、アンテナの従来技術実施例を例証する。
【図３】図３は、能動的電力分割器の例示的実施形態を例証する。
【図４】図４は、能動的電力結合器の例示的実施形態を例証する。
【図５】図５は、能動的ベクトル発生器の例示的実施形態を例証する。
【図６】図６は、能動的ＲＦハイブリッドの例示的実施形態を例証する。
【図７】図７は、能動的アンテナ信号偏波器の例示的実施形態を例証する。
【図８】図８は、送信モードのための水平線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図９】図９は、送信モードのための二重線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図１０】図１０は、受信モードのための水平線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図１１】図１１は、受信モードのための二重線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図１２】図１２は、差動的にフィードされる送信モードのための水平線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図１３】図１３は、差動的にフィードされる送信モードのための二重線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図１４】図１４は、差動的にフィードされる受信モードのための水平線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図１５】図１５は、差動的にフィードされる受信モードのための二重線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図１６】図１６は、１−ビーム、４−素子送信機として構成される、位相配列集積回路の例示的実施例を例証する。
【図１７】図１７は、１−ビーム、４−素子受信機として構成される、位相配列集積回路の例示的実施例を例証する。
【図１８】図１８は、２−ビーム、４−素子受信機として構成される、位相配列集積回路の例示的実施例を例証する。
【図１９】図１９は、２−ビーム、４−素子送信機として構成される、位相配列集積回路の例示的実施例を例証する。
【図２０】図２０は、４−ビーム、４−素子受信機として構成される、位相配列集積回路の例示的実施例を例証する。
【図２１】図２１は、４−ビーム、４−素子送信機として構成される、位相配列集積回路の例示的実施例を例証する。
【図２２】図２２は、２−ビーム、４−素子受信機として構成される、位相配列集積回路の別の例示的実施形態を例証する。
【図２３】図２３は、マルチビームアーキテクチャの例示的実施例を例証する。
【図２４】図２４は、二重偏波マルチビーム受信アーキテクチャの例示的実施例を例証する。
【図２５】図２５は、二重偏波マルチビーム受信アーキテクチャの別の例示的実施形態を例証する。
【図２６】図２６は、二重偏波マルチビーム送信アーキテクチャの例示的実施例を例証する。
【図２７】図２７は、二重偏波マルチビーム送信アーキテクチャの別の例示的実施形態を例証する。
【図２８】図２８は、色分布の例示的実施形態を例証する。
【図２９】図２９Ａ〜２９Ｃは、例示的実施形態による、種々の衛星スポットビーム多色アジリティ方法を例証する。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
当業者が本発明を実践可能となるよう十分に詳細に、例示的実施形態が、本明細書に説明されるが、他の実施形態が、実現され得、論理的材料、電気的および機械的変更が、発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることを理解されたい。したがって、以下の発明を実施するための形態は、例証目的のためだけに提示される。
【００２２】
電子的に操向可能な位相配列アンテナは、種々のシナリオにおいて使用され得る。例えば、位相配列アンテナは、ＣＯＴＭアンテナ、ＳＡＴＣＯＭ航空用端末、ＳＡＴＣＯＭモバイル通信、およびＳＡＴＣＯＭ地上端末内に実装され得る。ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、バラン、電力分割器、電力結合器、ハイブリッド、およびベクトル発生器等のブロックを構築する種々の能動的構成要素のレイアウトを備える。本願を通して、種々の例示的実施形態において、「能動的電力分割器、ベクトル発生器、および能動的電力結合器」について参照され得るが、全３つのデバイスとは対照的に、それらのデバイスのうちの１つ以上のみ、種々の実施形態において使用され得る。
【００２３】
位相配列アンテナは、概して、偏波構成要素を有する各放射素子を伴う、多重放射素子を備える。ある例示的実施形態では、放射素子は、空間的に直交の線形偏波、空間的かつ電気的に直交の円形偏波、または空間的に直交であるが、電気的に非直交の楕円形偏波を有する。ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、種々の構成要素を備える。種々の構成要素は、ベクトル発生器、能動的電力分割器、能動的電力結合器、または同等物を含み得る。さらに、ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、パッチアンテナを備える。パッチアンテナが、図に例証され、本明細書に説明されるが、他の種類の放射素子が、実装され得る。そのような放射素子は、フラグメント放射体（ｆｒａｇｍｅｎｔｅｄ ｒａｄｉａｔｏｒ）、フィードホーンアンテナ、スロットアンテナ、および同等物を含む。
【００２４】
ある例示的実施形態では、各放射素子は、２つのフィードポートを有し、平衡化されていないフィードシステムをもたらす。さらに別の例示的実施形態では、各放射素子は、３つのフィードポートを有し、部分的に平衡化されたフィードシステムをもたらす。別の例示的実施形態では、各放射素子は、４つのフィードポートを有し、完全に平衡化されたフィードシステムをもたらす。
【００２５】
ある例示的実施形態では、２つのフィードポートを伴う、位相配列アンテナは、異なる偏波を発生および制御するように構成される。例示的偏波状態は、単一円形偏波状態、単一楕円形偏波状態、単一線形偏波状態、および２つの直交線形偏波状態を含む。
【００２６】
放射素子は、ＲＦ集積回路（ＲＦＩＣ）と通信状態にあり得る。ある例示的実施形態では、ＲＦＩＣは、基本偏波を他の直交偏波状態に分割、改変、および再結合するように構成される。加えて、ＲＦＩＣ内の純偏波状態に対応するＲＦ信号は、配列のビーム形成ネットワーク内でさらに結合され得る。
【００２７】
能動的分割器：図３は、例示的能動的電力分割器の略図を例証する。ある例示的実施形態では、能動的電力分割器３００は、差動入力サブ回路３１０、第１の差動出力サブ回路３２０、および第２の差動出力サブ回路３３０を備える。差動入力サブ回路３１０は、共通エミッタノードを伴う、対合トランジスタ３１１、３１２を有し、差動増幅器において典型的であるように、一定電流バイアスされる。入力信号は、差動入力サブ回路３１０内の対合トランジスタ３１１、３１２のベースに通信される。第１および第２の差動出力サブ回路３２０、３３０は両方とも、共通ベースノードを伴う、一対のトランジスタを備え、各共通ベースは、接地に接続される。
【００２８】
第１の差動出力サブ回路３２０は、入力サブ回路トランジスタ３１２のうちの一方のコレクタに接続される、第１のトランジスタ３２１のエミッタを有する。第２の出力サブ回路トランジスタ３２２のエミッタは、他方の入力サブ回路トランジスタ３１１のコレクタに接続される。例示的実施形態では、第１の出力は、第１の差動出力サブ回路３２０のトランジスタ３２１、３２２のコレクタから導出される。さらに、第２の差動出力サブ回路３３０は、同様に接続されるが、トランジスタ３３１、３３２のエミッタは、トランジスタ３２１、３２２に対して、入力サブ回路トランジスタ３１１、３１２コレクタに逆に接続される。
【００２９】
第１の差動出力サブ回路と第２の差動出力サブ回路との間で、入力サブ回路トランジスタコレクタ接続を逆にすることによって、第１の出力および第２の出力は、互に対して、約１８０°位相がずれる。別の例示的実施形態では、トランジスタ３３１、３３２のエミッタは、入力サブ回路トランジスタ３１１、３１２のコレクタに逆に接続されず、第１の出力および第２の出力を互に対して略同相にさせる。一般に、電力分割器を通る出力信号の絶対移相は、第１と第２の出力信号との間の相対位相ほど重要ではない。
【００３０】
ある例示的実施形態では、能動的電力分割器３００は、入力ＲＦ信号を２つの出力信号に変換する。出力信号レベルは、振幅が等しくあり得るが、これは、必須ではない。従来技術の受動的電力分割器の場合、各出力信号は、入力信号より約３ｄＢ電力が低いであろう。対照的に、能動的電力分割器３００等の例示的能動的分割器は、利得を提供可能であって、入力信号と出力信号との間の相対電力レベルは、調節可能であって、選択的に設計可能である。ある例示的実施形態では、出力信号は、入力信号に対して、実質的に不変または正の電力利得を達成するように構成される。例えば、出力信号は、入力信号に対して、３ｄＢの信号電力利得を達成し得る。ある例示的実施形態では、出力信号は、０ｄＢ乃至５ｄＢ範囲内の電力利得を達成し得る。さらに、出力信号は、任意の好適な電力利得を達成するように構成され得る。
【００３１】
例示的実施形態によると、能動的電力分割器３００は、ゼロまたは実質的にゼロである、２つの信号間に位相差を伴う、出力信号を生成する。動的電力分割器を通した出力信号の絶対移相は、出力信号間の差動位相ほど重要ではないことがある。
【００３２】
別の例示的実施形態では、加えて、能動的電力分割器３００は、入力および出力ポートにおいて、整合インピーダンスを提供する。整合インピーダンスは、５０オーム、７５オーム、または他の好適なインピーダンスであり得る。さらに、ある例示的実施形態では、能動的分割器３００は、能動的電力分割器の出力ポート間に絶縁を提供する。一例示的実施形態では、能動的電力分割器３００は、分散型構成要素がないことによって、動作周波数から独立したコンパクトサイズを伴う、無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）として製造される。
【００３３】
能動的結合器：ある例示的実施形態では、かつ図４を参照すると、能動的電力結合器４００は、第１の差動入力サブ回路４１０、第２の差動入力サブ回路４２０、シングルエンド出力サブ回路４３０、および差動出力サブ回路４４０を備える。各差動入力サブ回路４１０、４２０は、２つの対のトランジスタを含み、各差動入力サブ回路４１０、４２０の各トランジスタは、差動増幅器において典型的であるように、一定電流バイアスを伴う共通エミッタノードを有する。
【００３４】
第１の入力信号は、第１の差動入力サブ回路４１０内のトランジスタのベースに通信される。例えば、入力信号Ｉｎ１の第１のラインは、第１の差動入力サブ回路４１０内の各トランジスタ対の一方のトランジスタに提供され、入力信号Ｉｎ１の第２のラインは、各トランジスタ対の他方のトランジスタに提供される。同様に、第２の入力信号は、第２の差動入力サブ回路４２０内のトランジスタのベースに通信される。例えば、入力信号Ｉｎ２の第１のラインは、第１の差動入力サブ回路４２０内の各トランジスタ対の一方のトランジスタに提供され、入力信号Ｉｎ２の第２のラインは、各トランジスタ対の他方のトランジスタに提供される。さらに、ある例示的実施形態では、差動出力信号は、第１および第２の差動入力サブ回路４１０、４２０内のトランジスタのコレクタからの信号の組み合わせによって形成される。
【００３５】
ある例示的実施形態では、能動的電力結合器４００は、２つの入力ＲＦ信号を単一出力信号に変換する。出力信号は、シングルエンド出力サブ回路４３０におけるシングルエンド出力、または差動出力サブ回路４４０における差動出力のいずれかであることが可能である。言い換えると、能動的電力結合器４００は、能動的電力分割器３００の逆の機能を果たす。入力信号レベルは、任意の振幅および位相であることが可能である。能動的電力分割器と同様に、能動的電力結合器４００は、利得を提供可能であって、入力と出力との間の相対電力レベルもまた、調節可能であって、選択的に設計可能である。ある例示的実施形態では、出力信号は、入力信号に対して、実質的に不変または正の信号電力利得を達成する。例えば、出力信号は、入力信号に対して、３ｄＢの電力利得を達成し得る。ある例示的実施形態では、出力信号は、０ｄＢ乃至５ｄＢ範囲内の電力利得を達成し得る。さらに、出力信号は、任意の好適な電力利得を達成し得る。
【００３６】
ある例示的実施形態では、加えて、能動的電力結合器４００は、入力および出力ポートにおいて、整合インピーダンスを提供する。整合インピーダンスは、５０オーム、７５オーム、または他の好適なインピーダンスであり得る。さらに、ある例示的実施形態では、能動的電力結合器４００は、電力結合器の入力ポート間に絶縁を提供する。一例示的実施形態では、能動的電力結合器４００は、分散型構成要素がないことによって、動作周波数から独立したコンパクトサイズを伴う、ＲＦＩＣとして製造される。
【００３７】
ベクトル発生器：ある例示的実施形態では、ベクトル発生器は、ＲＦ入力信号を、所望のレベルに位相および／または振幅が偏移される、出力信号（時として、出力ベクトルとも称される）に変換する。これは、典型的な移相器の機能に取って代わり、振幅制御の能力を追加する。言い換えると、ベクトル発生器は、規模および位相制御回路である。例示的実施形態では、ベクトル発生器は、ＲＦ入力信号を直交位相ネットワークにフィードし、約９０°位相が異なる２つの出力信号をもたらすことによって、本機能を達成する。２つの出力信号は、並列象限選択回路に、次いで、並列可変利得増幅器（ＶＧＡ）を通して、フィードされる。ある例示的実施形態では、象限選択回路は、コマンドを受信し、それらの間に追加の相対移相を伴わずに、出力信号をパスするか、あるいは追加の１８０°によって出力信号の一方または両方を反転するように構成され得る。本方式では、３６０°連続の４つすべての可能性のある象限が、両直交信号に利用可能である。電流加算器から結果として生じる合成出力信号は、振幅および位相のうちの少なくとも１つにおいて変調される。
【００３８】
例示的実施形態によると、かつ図５を参照すると、ベクトル発生器５００は、受動的Ｉ／Ｑ発生器５１０、第１のＶＧＡ５２０および第２のＶＧＡ５２１、それぞれ、位相反転切替のために構成される、第１の象限選択５３０および第２の象限選択５３１、ならびに電流加算器５４０を備える。第１の象限選択５３０は、Ｉ／Ｑ発生器５１０および第１のＶＧＡ５２０と通信状態にある。第２の象限選択５３１は、Ｉ／Ｑ発生器５１０および第２のＶＧＡ５２１と通信状態にある。さらに、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器５００は、第１のデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）５６０および第２のＤＡＣ５６１を制御する、デジタルコントローラ５５０を備える。第１および第２のＤＡＣ５６０、５６１は、それぞれ、第１および第２のＶＧＡ５２１、５２０を制御する。加えて、デジタルコントローラ５５０は、第１および第２の象限選択５３０、５３１を制御する。
【００３９】
ある例示的実施形態では、ベクトル発生器５００は、ＲＦ信号を２つの別個のベクトル、同相（Ｉ）ベクトルおよび直交位相（Ｑ）ベクトルに分割することによって、ＲＦ信号の位相および振幅を制御する。一実施形態では、ＲＦ信号は、差動的に通信される。差動ＲＦ信号通信は、ベクトル発生器５００全体を通してであり得、またはベクトル発生器５００の種々の部分に限定され得る。別の例示的実施形態では、ＲＦ信号は、非差動的に通信される。ＩベクトルおよびＱベクトルは、並行して処理され、それぞれ、第１および第２の象限選択５３０、５３１によって行われる、位相反転切替を通過する。位相反転スイッチの得られる出力として、４つの可能性のある信号を備える。すなわち、非反転Ｉ、反転Ｉ、非反転Ｑ、および反転Ｑである。このように、フェーザ図の全４つの象限は、ＶＧＡ５２０、５２１によるさらなる処理のために利用可能である。ある例示的実施形態では、４つの可能性のある信号である、非反転Ｉ、反転Ｉ、非反転Ｑ、および反転Ｑのうちの２つは、２つの選択された信号が、電流加算器５４０内で結合され、合成ＲＦ信号を形成するまで、それぞれ、ＶＧＡ５２０、５２１を通して処理される。電流加算器５４０は、位相および振幅調節を伴う、合成ＲＦ信号を出力する。ある例示的実施形態では、合成ＲＦ信号は、差動信号形態にある。別の例示的実施形態では、合成ＲＦ信号は、シングルエンド形態にある。
【００４０】
ある例示的実施形態では、象限偏移およびＶＧＡ機能の制御は、一対のＤＡＣによって提供される。ある例示的実施形態では、デジタルコントローラ５５０の再構成は、適切なＤＡＣ分解能および自動利得制御（ＡＧＣ）動的範囲が存在する場合、ベクトル発生器５００が加工された後、位相ビット数をデジタル的に制御可能にする。適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲を伴う、ある例示的実施形態では、任意の所望のベクトル位相および振幅は、デジタル制御を使用して、選択可能な精密量子化ステップによって生成可能である。別の例示的実施形態では、ＤＡＣ５６０、５６１の再構成が、ベクトル振幅の調節を促進するために、ベクトル発生器５００が加工された後、為されることが可能である。
【００４１】
能動的ＲＦハイブリッド：ある例示的実施形態では、かつ図６を参照すると、能動的ＲＦハイブリッド６００は、第１の能動的電力分割器６１０、第２の能動的電力分割器６１１、第１のベクトル発生器６２０、第２のベクトル発生器６２１、第１の能動的電力結合器６３０、第２の能動的電力結合器６３１、第１のデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）６４０、および第２のＤＡＣ６４１を備える。例示的実施形態によると、第１の能動的電力分割器６１０は、ポート１において、入力を受信し、入力を第１のベクトル発生器６２０および第２の能動的電力結合器６３１に通信する。同様に、第２の能動的電力分割器６１１は、ポート２において、入力を受信し、入力を第２のベクトル発生器６２１および第１の能動的電力結合器６３０に通信する。ベクトル発生器６２０、６２１は、それぞれのＤＡＣ６４０、６４１によって、部分的に制御される。ある例示的実施形態では、４−ビットＤＡＣが使用されるが、任意のビット数が使用され得る。
【００４２】
さらに、第１のベクトル発生器６２０の出力は、第１の能動的電力結合器６３０に通信され、第２のベクトル発生器６２１の出力は、第２の能動的電力結合器６３１に通信される。例示的実施形態では、第１の能動的電力結合器６３０は、第１のベクトル発生器６２０および第２の能動的電力分割器６１１から、入力を受信し、信号をポート３に出力する。同様に、第２の能動的電力結合器６３１は、第２のベクトル発生器６２１および第１の能動的電力分割器６１０から、入力を受信し、信号をポート４に出力する。
【００４３】
能動的ＲＦハイブリッド６００は、分岐線路連結器、Ｌａｎｇｅ連結器、方向性連結器、または１８０°ハイブリッド等の種々の分散型構成要素に取って代わるために使用され得る。例示的実施形態によると、能動的ＲＦハイブリッドは、従来の分散型ハイブリッドと比較して、類似機能性を提供する。例えば、能動的ＲＦハイブリッド６００は、９０°、１８０°、またある他の位相差であり得る、出力ポート間に可変位相差を有するように、動的にように構成され得る。別の実施例は、能動的ＲＦハイブリッド６００が、入力／出力ポートにおいて、ポート間絶縁および整合インピーダンスを提供するものである。能動的ＲＦハイブリッドに関する追加の情報は、同日に出願された米国特許出願「ＡＣＴＩＶＥ ＲＦ ＨＹＢＲＩＤＳ」（代理人整理番号第３６９５６．７２００号）に開示されており、参照することによって、本明細書に組み込まれる。
【００４４】
さらに、能動的ＲＦハイブリッド６００は、従来の受動的分散型ハイブリッドに対する種々の利点を有する。ある例示的実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド６００は、電力損失をもたらさないが、代わりに、利得を有する、または少なくとも利得不変である。別の例示的実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド６００は、分散型素子に依存せず、非常に広い帯域幅にわたって動作可能である。さらに別の例示的実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド６００は、例示的能動的位相配列アーキテクチャにおいて使用されるのと同じ構築ブロック構成要素を実装する。一例示的実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド６００は、分散型構成要素がないことによって、動作周波数から独立したコンパクトサイズを伴う、ＭＭＩＣとして製造される。
【００４５】
上述の構成要素は、種々の位相配列アンテナ実施形態に実装され得る。種々の位相配列アンテナ実施形態は、送信または受信実施形態、ビームの数、線形、円形、および楕円形を含む、異なる偏波、ならびにシングルエンド信号または差動的にフィードされる信号の使用に関する変形例を含む。
【００４６】
ある例示的実施形態では、電子的に操向可能な位相配列アンテナは、放射素子配列、能動的ベクトル発生器、およびＤＡＣを備える。一例示的実施形態では、ＤＡＣは、多数の構成において、位相配列アンテナを動作させるように再構成可能である。例えば、位相配列アンテナは、多重周波数帯域をサポートし、異なる偏波種類間で変化するように再プログアム可能である。再構成は、アンテナアーキテクチャが加工された後に行うことが可能である。
【００４７】
例示的実施形態によると、位相配列アンテナは、モノリシックソリューションにおいて、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）上に製造される、能動的構成要素を備える。ＧａＡｓ、シリコン、あるいは現在周知または今後考案される他の好適な材料等、他の材料が使用され得る。能動的構成要素を使用するモノリシックＳｉＧｅ実施形態は、より低いコスト、より小さい物理的サイズ、より広い動作帯域幅、および電力損失ではなく、電力利得を提供する能力を含め、従来技術における分散型／受動的ネットワークに対するある利点をもたらす。
【００４８】
加えて、位相配列アーキテクチャに応じて、従来技術実施形態に対する他の利点も可能である。利点のうちのいくつかとして、分散型構造が要求されないため、広範に及ぶシステムの柔軟性および非常にコンパクトなアンテナシステムが挙げられる。一実施形態では、位相配列アーキテクチャの制御機能構成要素のサイズは、コンパクトであって、動作周波数から独立している。さらに、いくつかの実施形態は、差動信号伝達を採用し、ＲＦ信号がアナログ形態にある時、信号絶縁を改善する。
【００４９】
主要な利点のうちのいくつかとして、ＲＦ信号は、アンテナシステムを通して通知される際、受動的従来技術システムにおいて生じる損失ではなく、不変または若干正の利得を受けることが挙げられる。別の利点は、アンテナシステムが、帯域制限されないことである。言い換えると、アンテナシステムは、Ｘ、Ｋ、Ｋｕ、Ｋａ、およびＱ帯域を含む、すべての周波数帯域に適用可能である。さらに、ある例示的実施形態では、アンテナシステムは、製造または設置後、第１の周波数範囲で動作し、続いて、第１の周波数範囲と等しくない第２の周波数範囲で動作するように構成される。別の例示的実施形態では、アンテナシステムは、第１の周波数範囲および第２の周波数範囲で同時に動作するように構成される。ある例示的実施形態では、マルチバンドアンテナは、製品として、実践的選択肢である。
【００５０】
また、アンテナシステムの再構成可能性も、利点である。これは、製品寿命全体にわたって、位相ビット数の再構成可能、製品寿命全体にわたって、システムの振幅テーパを再構成可能、および製品寿命全体にわたって、システム偏波を再構成可能な能力を含む。
【００５１】
以下に説明されるのは、種々の特定の位相配列アンテナシステム実施形態である。実施形態は、偏波、送信または受信モード、および差動信号伝達が実装されるかどうかの観点において異なる。
【００５２】
能動的アンテナ偏波器：概して、能動的アンテナ偏波器は、ＲＦ信号を処理するためのデジタル的に制御された能動的実装である。例示的実施形態によると、位相配列放射素子の偏波および振幅は、２つのベクトル発生器を並行して動作させ、空間的直交方式において、２つのベクトル発生器の両出力信号を放射素子にフィードすることによって調節可能である。位相配列アンテナは、偏波間を電気的に変化するように構成される。例えば、位相配列アンテナは、線形偏波と円形偏波との間を交互し得る。第１の実施形態では、システムは、単一ベクトル発生器を使用して、放射素子を駆動させることによって、線形偏波を達成する。第２の実施形態では、システムは、２つのベクトル発生器を使用して、相互から電気的に９０°位相がずれた２つのベクトルによって、空間的直交方式において、放射素子を駆動することによって、円形偏波を達成する。第３の実施形態では、システムは、２つのベクトル発生器を使用して、互に対して９０°以外の値だけ電気的に位相がずれた２つのベクトルによって、空間的直交方式において、放射素子を駆動することによって、楕円形偏波を達成する。
【００５３】
ある例示的実施形態では、能動的アンテナ偏波器は、別々の能動的構成要素を備える。別の例示的実施形態では、能動的偏波器は、能動的構成要素のモノリシックソリューションを備える。さらに別の例示的実施形態では、能動的アンテナ偏波器は、別々の構成要素およびモノリシックソリューションの組み合わせを備える。
【００５４】
ある例示的実施形態では、かつ図７を参照すると、送信用能動的アンテナ偏波器７００は、能動的電力分割器７１０、２つのベクトル発生器７２０、７２１、および２つのＤＡＣ７３０、７３１を備える。ＲＦ入力信号は、能動的に分割され、２つの並列のベクトル発生器７２０、７２１を通して、送信される。ベクトル発生器７２０、７２１は、それぞれ、ＤＡＣ７３０、７３１によって、制御され、各ベクトル発生器は、線形出力信号を生成する。これらの２つの線形出力は、放射素子の空間的直交フィードポート（図示せず）を励起／駆動するために使用可能である。
【００５５】
送信用能動的アンテナ偏波器７００は、種々の異なる位相配列アンテナアーキテクチャに実装されるように構成される、基本的送信実施形態とみなされ得る。ある例示的実施形態では、基本的送信実施形態は、任意の周波数帯域において、異なる偏波を伴って使用される。例えば、以下に説明されるように、基本的送信実施形態は、ビーム操向、および、線形偏波、円形偏波、または楕円形偏波において送信する位相配列アンテナのうちの少なくとも１つのための基本として使用され得る。例示的実施形態によると、これらの異なる偏波において動作するために、ベクトル発生器７２０、７２１は、アンテナ信号の位相を制御する。別の実施形態では、ベクトル発生器７２０、７２１は、偏波制御と併せて、ビーム操向のために構成される。
【００５６】
ある例示的実施形態では、ＤＡＣ７３０、７３１の再構成は、適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲が存在する場合、送信用能動的アンテナ偏波器７００が加工された後、位相ビット数をデジタル的に制御可能である。適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲を伴う、ある例示的実施形態では、任意の所望のベクトル位相および振幅は、デジタル制御を使用して、選択可能な精密量子化ステップによって生成可能である。別の例示的実施形態では、ＤＡＣ７３０、７３１の再構成は、信号振幅の調節を促進するために、送信用能動的アンテナ偏波器７００が加工された後、行うことが可能である。
【００５７】
また、アンテナシステムの再構成可能性も、利点である。ある例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、ＤＡＣにおける位相ビット数を再構成する能力を含む。別の例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、システムの振幅テーパを再構成可能である。さらに別の例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、システム偏波を再構成可能である。さらに、適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲を伴う、ある例示的実施形態では、任意の所望のベクトル位相および振幅は、デジタル制御を使用して、選択可能な精密量子化ステップよって生成可能である。
【００５８】
ある例示的実施形態では、ベクトル発生器は、ソフトウェアおよびデジタルハードウェアによって制御され、アンテナ偏波は、ソフトウェア定義可能である。言い換えると、ソフトウェアは、ＤＡＣまたは他のデジタル制御を介して、ベクトル発生器の動作パラメータを修正することによって、アンテナ偏波を制御するために実装され得る。動作パラメータとして、例えば、ベクトル発生器の出力間の相対位相を含み得る。ある例示的実施形態では、ソフトウェアは、ＤＡＣをプログラムし、所望の位相関係を達成することによって、位相変化を制御する。さらに、ある例示的実施形態では、アンテナから放射されるエネルギーの偏波は、リアルタイムで制御される。これは、完全電子的技法をもたらし、ソフトウェアは、二重偏波フィードアンテナの偏波の連続動的調節を可能にする。
【００５９】
受信用能動的アンテナは、既述のように、送信用能動的アンテナに類似する。ある例示的実施形態では、２つのＲＦ入力信号が、放射素子から通信される。２つのＲＦ入力信号は、能動的結合器によって結合される前に、２つのベクトル発生器を通して、並行して処理される。受信用能動的アンテナ偏波器は、種々の異なる位相配列アンテナアーキテクチャに実装されるように構成される、基本的受信実施形態とみなされ得る。ある例示的実施形態では、基本的受信実施形態は、任意の周波数帯域において、異なる偏波を伴って使用される。例えば、基本的受信実施形態は、ビーム操向、および、線形偏波、円形偏波、または楕円形偏波において受信する位相配列アンテナのうちの少なくとも１つのための基本として使用され得る。例示的実施形態によると、これらの異なる偏波で動作するために、ベクトル発生器は、本明細書に説明されるように、アンテナ信号の位相を制御する。
【００６０】
例示的実施形態によると、能動的アンテナ偏波器は、二重偏波フィードを伴う放射素子を使用して、アンテナの偏波を動的に変更するように構成される。さらに、ある例示的実施形態では、アンテナは、偏波と関連付けられた性能特性を最適化するために、サブ配列または個々の素子ベースでアンテナの偏波を静的または動的に制御するように構成される。そのような偏波付随特性の実施例として、偏波損失要因および偏波効率を含む。ある例示的実施形態では、二重偏波フィードの使用は、性能最適化を促進する。例えば、ある例示的実施形態では、最大信号レベルは、最適レベルが設定されるまで、予測値の周囲で偏波を変動ささせることによって得られ得る。予測値と最適値との間の差異は、種々の要因によって生じ得る。例えば、物体が、信号経路内に存在し得る。別の実施例として、製造公差は、あまり最適ではない位置にある物理的構造をもたらし得る。さらに別の実施例では、悪天候は、別の偏波より性能が良好なある偏波をもたらし得る。言い換えると、例示的アンテナは、製造公差、天候、推測される物体、および同等物を補償するために、偏波を調節するように構成される。ある例示的実施形態では、偏波掃引は、信号識別のために使用可能な異なる信号を受信するために行われる。
【００６１】
図８は、線形偏波を伴う信号を送信するように構成される、位相配列アンテナ８００の例示的実施形態を示す。位相配列アンテナ８００は、能動的電力分割器８１０、第１のベクトル発生器８２０、第２のベクトル発生器８２１、第１のＤＡＣ８３０、および第２のＤＡＣ８３１を備える。位相配列アンテナ８００は、放射素子８０１を励起する第１のベクトル発生器８２０の出力信号および放射素子８０１と通信状態にない第２のベクトル発生器８２１を伴う、基本的送信実施形態である。代替であるが、類似実施形態では、第２のベクトル発生器８２１は、放射素子８０１と通信状態にない第１のベクトル発生器８２０によって、放射素子８０１を励起する。加えて、放射素子８０１は、「水平」配向または「垂直」配向を有することが可能である。例示的実施形態では、２つのベクトル発生器８２０、８２１を伴う、基本的送信実施形態は、標準的アーキテクチャが、多数のアンテナ種類において使用され得ることを実証するために実装される。これは、同一の基礎となる構成要素が、異なるよりカスタマイズされた構成要素の代わりに使用されるため、コスト効率を可能にする。
【００６２】
別の例示的実施形態では、線形偏波を伴う信号を送信するように構成される、位相配列アンテナは、１つのベクトル発生器および制御ＤＡＣのみ備える。当業者が理解するように、１つのベクトル発生器出力のみ操作する、本明細書に説明される実施形態は、単一ベクトル発生器のみ備えることが可能である。言い換えると、一実施形態では、位相配列アンテナ８００は、第１のベクトル発生器８２０を備えるが、第２のベクトル発生器８２１または能動的電力分割器８１０を備えていない。
【００６３】
対照的に、二重線形偏波アンテナは、２つの信号を放射素子に通信する。ある例示的実施形態では、かつ図９を参照すると、位相配列アンテナ９００は、二重線形偏波を伴う信号を送信するように構成される。位相配列アンテナ９００は、能動的電力分割器９１０、第１のベクトル発生器９２０、第２のベクトル発生器９２１、第１のＤＡＣ９３０、および第２のＤＡＣ９３１を備える。位相配列アンテナ９００は、水平および垂直配向の両方に、放射素子９０１を励起する２つのベクトル発生器出力信号を伴う、基本的送信実施形態である。さらに、ベクトル発生器９２０、９２１の出力信号は、２つの信号間に任意の相対位相を有することが可能である。円形偏波実施形態では、ベクトル発生器９２０の出力信号は、放射素子９０１を励起する際、ベクトル発生器９２１の出力信号と＋／−９０°相対位相差を有する。楕円形偏波を伴う、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器９２０の出力信号は、放射素子９０１を励起する際、ベクトル発生器９２１の出力信号と＋／−９０°以外の相対位相差を有する。
【００６４】
図１０は、線形偏波を伴う信号を受信するように構成される、位相配列アンテナ１０００の例示的実施形態を示す。位相配列アンテナ１０００は、能動的電力結合器１０１０、第１のベクトル発生器１０２０、第２のベクトル発生器１０２１、第１のＤＡＣ１０３０、および第２のＤＡＣ１０３１を備える。位相配列アンテナ１０００は、基本的受信実施形態であって、ベクトル発生器１０２０、１０２１のうちの一方は、放射素子１００１から能動的電力結合器１０１０に信号を通信し、ベクトル発生器１０２０、１０２１の他方は、放射素子１００１と通信状態にない。加えて、放射素子１００１は、水平または垂直配向を有することが可能である。
【００６５】
別の例示的実施形態では、位相配列アンテナは、線形偏波を伴う信号を受信するように構成され、１つのベクトル発生器および対応する制御ＤＡＣのみを備える。当業者に周知であろうように、１つのベクトル発生器出力のみ操作する、本明細書に説明される種々の実施形態は、１つのベクトル発生器のみ備え得る。言い換えると、一実施形態では、位相配列アンテナ１０００は、第１のベクトル発生器１０２０を備えるが、第２のベクトル発生器１０２１または能動的結合器１０１０を備えていない。
【００６６】
対照的に、二重線形偏波アンテナは、放射素子から２つの信号を通信する。ある例示的実施形態では、かつ図１１を参照すると、位相配列アンテナ１１００は、二重線形偏波を伴う信号を受信するように構成される。位相配列アンテナ１１００は、能動的電力結合器１１１０、第１のベクトル発生器１１２０、第２のベクトル発生器１１２１、第１のＤＡＣ１１３０、および第２のＤＡＣ１１３１を備える。位相配列アンテナ１１００は、入力信号として、放射素子１１０１から個々の偏波された信号を受信する、ベクトル発生器１１２０、１１２１を伴う、基本的受信実施形態である。個々の偏波された信号は、水平配向された信号および垂直配向された信号であり得る。さらに、ベクトル発生器１１２０、１１２１の入力信号は、２つの信号間に任意の相対位相を有することが可能である。円形偏波実施形態では、ベクトル発生器１１２０の入力信号は、放射素子１１０１から受信される際、ベクトル発生器１１２１の入力信号と＋／−９０°相対位相差を有する。楕円形偏波を伴う、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器１１２０の入力信号は、放射素子１１０１１から受信される際、ベクトル発生器１１２１の入力信号と＋／−９０°以外の相対位相差を有する。
【００６７】
図１２は、差動的にフィードされる線形偏波を伴う信号を送信するように構成される、位相配列アンテナ１２００の例示的実施形態を示す。位相配列アンテナ１２００は、能動的電力分割器１２１０、第１のベクトル発生器１２２０、第２のベクトル発生器１２２１、第１のＤＡＣ１２３０、および第２のＤＡＣ１２３１を備える。位相配列アンテナ１２００は、放射素子１２０１を励起するベクトル発生器１２２０、１２２１の一方からの差動出力信号を伴う、基本的送信実施形態である。当業者に周知のように、差動信号は、相互から１８０°位相がずれた２つの信号を有する。種々の実施形態では、差動信号は、放射素子１２０１の「水平」部分または放射素子１２０１の「垂直」部分にフィードされ得る。
【００６８】
別の例示的実施形態では、差動線形偏波を伴う信号を送信するように構成される、位相配列アンテナは、１つのベクトル発生器および制御ＤＡＣのみを備える。当業者が理解するように、１つのベクトル発生器出力のみを操作する、本明細書に説明される実施形態は、単一ベクトル発生器のみを備えることが可能である。言い換えると、一実施形態では、位相配列アンテナ１２００は、第１のベクトル発生器１２２０を備えるが、第２のベクトル発生器１２２１または能動的電力分割器１２１０を備えていない。
【００６９】
対照的に、二重線形偏波アンテナは、放射素子に２つの差動的にフィードされる信号を通信する。ある例示的実施形態では、かつ図１３を参照すると、位相配列アンテナ１３００は、差動二重線形偏波を伴う信号を送信するように構成される。位相配列アンテナ１３００は、能動的電力分割器１３１０、第１のベクトル発生器１３２０、第２のベクトル発生器１３２１、第１のＤＡＣ１３３０、および第２のＤＡＣ１３３１を備える。位相配列アンテナ１３００は、放射素子１３０１を励起する、ベクトル発生器１３２０の第１の差動的にフィードされる出力信号およびベクトル発生器１３２１の第２の差動的にフィードされる出力信号を伴う、基本的送信実施形態である。ある例示的実施形態では、第１の差動的にフィードされる出力信号は、垂直配向において、放射素子１３０１にフィードされる。さらに、例示的実施形態では、第２の差動的にフィードされる出力信号は、水平配向において、放射素子１３０１にフィードされる。さらに、ベクトル発生器１３２０の第１の差動的にフィードされる出力信号およびベクトル発生器１３２１の第２の差動的にフィードされる出力信号は、２つの信号間に任意の相対位相を有することが可能である。円形偏波実施形態では、ベクトル発生器１３２０の第１の差動的にフィードされる出力信号は、放射素子１３０１を励起する際、ベクトル発生器１３２１の第２の差動的にフィードされる出力信号と＋／−９０°相対位相差を有する。楕円形偏波を伴う、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器１３２０の第１の差動的にフィードされる出力信号は、放射素子１３０１を励起する際、ベクトル発生器１３２１の第２の差動的にフィードされる出力信号と＋／−９０°以外の相対位相差を有する。
【００７０】
図１４は、差動的にフィードされる水平線形偏波を伴う信号を受信するように構成される、位相配列アンテナ１４００の例示的実施形態を示す。位相配列アンテナ１４００は、能動的電力結合器１４１０、第１のベクトル発生器１４２０、第２のベクトル発生器１４２１、第１のＤＡＣ１４３０、および第２のＤＡＣ１４３１を備える。位相配列アンテナ１４００は、基本的受信実施形態であって、ベクトル発生器１４２０、１４２１の一方は、放射素子１４０１から差動入力信号を受信し、出力信号を能動的電力結合器１４１０に通信する。一実施形態では、位相配列アンテナ８００と同様に、ベクトル発生器１４２０、１４２１の他方は、放射素子１４０１と通信状態にない。さらに、差動信号は、放射素子１４０１の「水平」部分または放射素子１４０１の「垂直」部分から受信され得る。
【００７１】
別の例示的実施形態では、位相配列アンテナは、差動的にフィードされる水平線形偏波を伴う信号を受信するように構成され、１つのベクトル発生器および対応する制御ＤＡＣのみを備える。当業者に周知であろうように、１つのベクトル発生器入力のみを操作する、本明細書に説明される種々の実施形態は、１つのベクトル発生器のみを備え得る。言い換えると、一実施形態では、位相配列アンテナ１４００は、第１のベクトル発生器１４２０を備えるが、第２のベクトル発生器１４２１または能動的結合器１４１０を備えていない。
【００７２】
対照的に、二重線形偏波アンテナは、放射素子から２つの差動的にフィードされる信号を通信する。ある例示的実施形態では、かつ図１５を参照すると、位相配列アンテナ１５００は、差動二重線形偏波を伴う信号を受信するように構成される。位相配列アンテナ１５００は、能動的電力結合器１５１０、第１のベクトル発生器１５２０、第２のベクトル発生器１５２１、第１のＤＡＣ１５３０、および第２のＤＡＣ１５３１を備える。位相配列アンテナ１５００は、第１の差動的にフィードされる入力信号を受信するベクトル発生器１５２０および放射素子１５０１から第２の差動的にフィードされる入力信号を受信するベクトル発生器１５２１を伴う、基本的受信実施形態である。ある例示的実施形態では、第１の差動的にフィードされる入力信号は、垂直配向において、放射素子１５０１から受信される。さらに、例示的実施形態では、第２の差動的にフィードされる入力信号は、水平配向において、放射素子１５０１から受信される。さらに、ベクトル発生器１５２０、１５２１の第１および第２の差動的にフィードされる入力信号は、２つの信号間に任意の相対位相を有することが可能である。円形偏波実施形態では、ベクトル発生器１５２０の第１の差動的にフィードされる入力信号は、放射素子１５０１から受信される際、ベクトル発生器１５２１の第２の差動的にフィードされる入力信号と＋／−９０°相対位相差を有する。楕円形偏波を伴う、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器１５２０の第１の差動的にフィードされる出力信号は、放射素子１５０１から受信される際、ベクトル発生器１５２１の第２の差動的にフィードされる入力信号と＋／−９０°以外の相対位相差を有する。
【００７３】
上述の種々の位相配列アンテナ実施形態は、多重放射素子アーキテクチャに実装され得る。さらに、多重放射素子は、放射素子およびビーム形成の両方の観点から、スケーラブルである。個々の放射素子と通信状態にあるベクトル発生器を伴う実施形態は、同一放射開口を使用しながら、追加のビームを促進する。さらに、放射素子送信機／受信機は、種々の数の放射素子を備え得る。例えば、アンテナアーキテクチャは、２−２０の範囲内の多重放射素子を備え得る。
【００７４】
例示的実施形態によると、かつ図１６を参照すると、位相配列集積回路（「ＩＣ」）１６００は、４−放射素子送信機として構成される。位相配列ＩＣ１６００は、第１の放射素子１６１１と通信状態にある第１のサブ回路１６１０、第２の放射素子１６２１と通信状態にある第２のサブ回路１６２０、第３の放射素子１６３１と通信状態にある第３のサブ回路１６３０、および第４の放射素子１６４１と通信状態にある第４のサブ回路１６４０を備える。各サブ回路１６１０、１６２０、１６３０、１６４０は、入力信号を受信し、それぞれの放射素子１６１１、１６２１、１６３１、１６４１の空間的直交ポートに信号を送信する。
【００７５】
例示的実施形態によると、ＲＦ入力信号は、位相配列ＩＣ１６００に提供される。ある例示的実施形態では、多重分割器は、入力信号として、４つのサブ回路１６１０、１６２０、１６３０、１６４０それぞれに通信される、ＲＦ入力信号を分割するために使用される。より特定の例示的実施形態では、バランは、ＲＦ入力信号を差動ＲＦ入力信号に変換するために実装され得る。差動信号伝達は、ＲＦ信号がアナログ形態にある場合、信号絶縁および干渉除去を改善し得る。能動的分割器１６５３は、それぞれ、能動的分割器１６５１および能動的分割器１６５２に通信される、２つの別個の信号に差動ＲＦ入力信号を分割するように構成される。次の段階では、能動的分割器１６５１は、通信された信号を分割し、分割された信号を第１のサブ回路１６１０および第２のサブ回路１６２０に通信するように構成される。同様に、能動的分割器１６５２は、通信された信号を分割し、分割された信号を第３のサブ回路１６３０および第４のサブ回路１６４０に通信するように構成される。
【００７６】
各サブ回路１６１０、１６２０、１６３０、１６４０の構造および機能は、実質的に類似である。したがって、第１のサブ回路１６１０のみ、詳述されるであろう。さらに、サブ回路１６１０は、送信用能動的アンテナ偏波器７００と実質的に類似である。例示的実施形態によると、第１のサブ回路１６１０は、第１のＤＡＣ（図示せず）によって制御される第１のベクトル発生器１６１２、第２のＤＡＣ（図示せず）によって制御される第２のベクトル発生器１６１３、および能動的分割器１６１５を備える。位相配列ＩＣ１６００内で通信される信号は、差動として説明され得るが、信号はまた、シングルエンドであり得る。能動的分割器１６１５は、能動的分割器１６５１から差動信号を受信し、差動信号を再度分割する。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器１６１２、１６１３は、個々に、能動的分割器１６１５から差動信号を受信する。さらに、ベクトル発生器１６１２、１６１３は、個々のビーム操向および偏波制御が達成され得るように、送信される信号の位相および偏波を調節するように構成される。ベクトル発生器１６１２、１６１３は、偏波追跡およびビーム操向に対して、２自由度を利用可能にする。円形または楕円形偏波および単一ビーム操向の場合、ベクトル発生器の一方は、ビーム操向を提供可能である一方、他方のベクトル発生器は、偏波を追跡するために、オフセット位相を提供可能である。
【００７７】
次いで、偏波された信号は、送信のために、ベクトル発生器１６１２、１６１３から、放射素子１６１１の空間的直交ポートに通信される。ある例示的実施形態では、デジタル制御１６０１は、それぞれのＤＡＣを介して、偏波およびビーム操向コマンドをベクトル発生器１６１２、１６１３に通信する。
【００７８】
１−ビーム、４−放射素子送信機に加え、類似構造は、１−ビーム、４−放射素子受信機として構成され得る。ある例示的実施形態では、かつ図１７を参照すると、位相配列集積回路１７００は、１−ビーム、４−放射素子受信機として構成される。位相配列ＩＣ１７００は、第１の放射素子１７１１と通信状態にある第１のサブ回路１７１０、第２の放射素子１７２１と通信状態にある第２のサブ回路１７２０、第３の放射素子１７３１と通信状態にある第３のサブ回路１７３０、および第４の放射素子１７４１と通信状態にある第４のサブ回路１７４０を備える。各サブ回路１７１０、１７２０、１７３０、１７４０は、それぞれ、連結された放射素子１７１１、１７２１、１７３１、１７４１から、一対の空間的直交ＲＦ信号を受信し、単一出力信号を発生させる。
【００７９】
各サブ回路１７１０、１７２０、１７３０、１７４０の構造および機能は、実質的に類似である。したがって、第１のサブ回路１７１０のみ、詳述されるであろう。例示的実施形態によると、第１のサブ回路１７１０は、２つのベクトル発生器１７１２、１７１３を備える、偏波追跡および単一ビーム操向部分を有する。２つのベクトル発生器１７１２、１７１３は、放射素子１７１１から、ＲＦ入力信号を受信し、ビーム操向を提供し、信号の偏波を追跡し、ベクトル発生器出力信号を能動的電力結合器１７１５に通信するように構成される。ベクトル発生器１７１２、１７１３は、偏波追跡およびビーム操向に対して、２自由度を利用可能にする。円形または楕円形偏波および単一ビーム操向の場合、ベクトル発生器の一方は、ビーム操向を提供可能である一方、他方のベクトル発生器は、偏波を追跡するために、オフセット位相を提供可能である。能動的電力結合器１７１５は、２つのベクトル発生器出力信号を結合し、合成出力信号を発生させる。
【００８０】
ある例示的実施形態では、デジタル制御１７０１は、例えば、対応するＤＡＣを介して、偏波およびビーム操向コマンドをベクトル発生器１７１２、１７１３に通信する。
【００８１】
例示的実施形態によると、受信ビーム出力は、４つのサブ回路１７１０、１７２０、１７３０、１７４０のそれぞれからの単一出力信号を結合することによって発生される。ある例示的実施形態では、多重結合器は、サブ回路出力信号を受信ビームに結合するために使用される。より特定の例示的実施形態では、能動的結合器１７５１は、第１および第２のサブ回路１７１０、１７２０からの単一出力を結合するように構成される。また、例示的実施形態では、能動的結合器１７５２は、第３および第４のサブ回路１７３０、１７４０からの単一出力を結合するように構成される。次の段階では、能動的結合器１７５３は、能動的結合器１７５１、１７５２の結合された出力を結合し、受信ビーム出力を形成するように構成される。
【００８２】
１−ビーム４−放射素子アンテナに加え、類似構造が、２−ビーム４−放射素子アンテナとして構成され得る。ある例示的実施形態では、かつ図１８を参照すると、位相配列集積回路１８００は、２−ビーム、４−放射素子受信機として構成される。位相配列ＩＣ１８００は、第１の放射素子１８１１と通信状態にある第１のサブ回路１８１０、第２の放射素子１８２１と通信状態にある第２のサブ回路１８２０、第３の放射素子１８３１と通信状態にある第３のサブ回路１８３０、および第４の放射素子１８４１と通信状態にある第４のサブ回路１８４０を備える。各サブ回路１８１０、１８２０、１８３０、１８４０は、それぞれ、連結された放射素子１８１１、１８２１、１８３１、１８４１から、一対の空間的直交ＲＦ信号を受信し、形成される各ビームに対して１つずつ、２つの出力信号を発生させる。
【００８３】
各サブ回路１８１０、１８２０、１８３０、１８４０の構造および機能は、実質的に類似する。したがって、第１のサブ回路１８１０のみ、詳述されるであろう。例示的実施形態によると、第１のサブ回路１８１０は、２つのベクトル発生器１８１２、１８１３を備える、偏波形成部分を有する。２つのベクトル発生器１８１２、１８１３は、放射素子１８１１からＲＦ入力信号を受信し、信号の偏波追跡し、ベクトル発生器出力信号を能動的電力結合器１８１５に送信するように構成される。能動的電力結合器１８１５は、２つのベクトル発生器出力信号を結合し、合成中間信号を発生させる。合成中間信号は、能動的電力結合器１８１５から能動的電力分割器１８１６に通信される。能動的電力分割器１８１６は、各ビームに対して１つずつ、中間信号を２つの信号に分割し、２つの出力信号はそれぞれ、サブ回路１８１０のビーム形成部分を通過する。ビーム形成部分は、２つのベクトル発生器１８１８、１８１９を備え、それらの出力は、それぞれのビーム形成ネットワーク内で結合される、独立して操向されたビーム構成要素を表す。ある例示的実施形態では、デジタル制御１８０１は、偏波およびビーム操向コマンドをベクトル発生器１８１２、１８１３、１８１８、１８１９に通信する。
【００８４】
例示的実施形態によると、第１の受信ビーム出力は、４つのサブ回路１８１０、１８２０、１８３０、１８４０のそれぞれからの１つの出力信号の一方を結合することによって発生される。第２の受信ビーム出力は、４つのサブ回路１８１０、１８２０、１８３０、１８４０のそれぞれからの第２番目を結合することによって発生される。ある例示的実施形態では、多重結合器は、サブ回路出力信号を第１の受信ビーム出力および第２の受信ビーム出力に結合するために使用される。
【００８５】
より特定の例示的実施形態では、能動的結合器１８５１は、第１および第２のサブ回路１８１０、１８２０からの２つの出力のうちの第１番目を結合するように構成される。さらに、能動的結合器１８６１は、第１および第２のサブ回路１８１０、１８２０からの２つの出力のうちの第２番目を結合するように構成される。また、例示的実施形態では、能動的結合器１８５２は、第３および第４のサブ回路１８３０、１８４０からの２つの出力の第１番目を結合するように構成される。能動的結合器１８６２は、第３および第４のサブ回路１８３０、１８４０からの２つの出力の第２番目を結合するように構成される。
【００８６】
次の段階では、能動的結合器１８５３は、能動的結合器１８５１および１８５２の結合された出力を結合し、第１の受信ビーム出力を形成するように構成される。さらに、能動的結合器１８６３は、能動的結合器１８６１および１８６２の結合された出力を結合し、第２の受信ビーム出力を形成するように構成される。
【００８７】
２−ビーム、４−放射素子受信機に加え、類似構造が、２−ビーム、４−放射素子送信機として構成され得る。ある例示的実施形態では、かつ図１９を参照すると、位相配列集積回路１９００は、２−ビーム、４−放射素子送信機として構成される。位相配列ＩＣ１９００は、第１の放射素子１９１１と通信状態にある第１のサブ回路１９１０、第２の放射素子１９２１と通信状態にある第２のサブ回路１９２０、第３の放射素子１９３１と通信状態にある第３のサブ回路１９３０、および第４の放射素子１９４１と通信状態にある第４のサブ回路１９４０を備える。各サブ回路１９１０、１９２０、１９３０、１９４０は、２つの入力信号を受信し、それぞれ、連結された放射素子１９１１、１９２１、１９３１、１９４１の空間的直交ポートに信号を送信する。
【００８８】
例示的実施形態によると、第１の送信ビームおよび第２の送信ビームは、位相配列ＩＣ１９００に提供される。ある例示的実施形態では、多重分割器は、入力信号として、４つのサブ回路１９１０、１９２０、１９３０、１９４０のそれぞれに通信される、第１および第２の送信ビームを分割するために使用される。
【００８９】
より特定の例示的実施形態では、能動的分割器１９５３は、第１の送信ビーム入力を、それぞれ、能動的分割器１９５１および能動的分割器１９５２に通信される、２つの別個の信号に分割するように構成される。同様に、能動的分割器１９６３は、第２の送信ビーム入力を、それぞれ、能動的分割器１９６１および能動的分割器１９６２に通信される、２つの別個の信号に分割するように構成される。
【００９０】
次の段階では、能動的分割器１９５１、１９６１は、通信された信号を分割し、分割された信号を第１のサブ回路１９１０および第２のサブ回路１９２０に通信するように構成される。能動的分割器１９５２、１９６２は、通信された信号を分割し、分割された信号を第３のサブ回路１９３０および第４のサブ回路１９４０に通信するように構成される。
【００９１】
各サブ回路１９１０、１９２０、１９３０、１９４０の構造および機能は、実質的に類似する。したがって、第１のサブ回路１９１０のみ、詳述されるであろう。例示的実施形態によると、第１のサブ回路１９１０は、２つのベクトル発生器１９１８、１９１９を備える、ビーム形成部分を有する。２つのベクトル発生器１９１８、１９１９は、個々に、それぞれ、能動的分割器１９５１、１９６１から入力信号を受信し、ビーム操向コマンドに従って、位相を調節するように構成される。
【００９２】
能動的電力結合器１９１５は、２つの位相調節信号を結合し、合成位相調節中間信号を発生させる。合成位相調節中間信号は、能動的電力結合器１９１５から能動的電力分割器１９１６に通信される。能動的電力分割器１９１６は、中間信号を２つの分割器出力信号に分割し、２つの分割器出力信号はそれぞれ、第１のサブ回路１９１０の偏波修正部分を通過する。偏波修正部分は、ベクトル発生器１９１２、１９１３を備え、出力信号を所望の偏波に偏波するように構成される。次いで、偏波された信号は、送信のために、放射素子１９１１の空間的直交ポートに通信される。ある例示的実施形態では、デジタル制御１９０１は、ベクトル発生器１９１２、１９１３、１９１８、１９１９に偏波およびビーム操向コマンドを通信する。
【００９３】
ある例示的実施形態では、かつ図２０を参照すると、位相配列集積回路２０００は、４−ビーム、４−放射素子受信機として構成される。位相配列ＩＣ２０００は、第１の放射素子２０１１と通信状態にある第１のサブ回路２０１０、第２の放射素子２０２１と通信状態にある第２のサブ回路２０２０、第３の放射素子２０３１と通信状態にある第３のサブ回路２０３０、および第４の放射素子２０４１と通信状態にある第４のサブ回路２０４０を備える。各サブ回路２０１０、２０２０、２０３０、２０４０は、それぞれ、連結された放射素子２０１１、２０２１、２０３１、２０４１から、一対の空間的直交ＲＦ信号を受信し、形成される各ビームに１つずつ、４つの出力信号を発生させる。
【００９４】
各サブ回路２０１０、２０２０、２０３０、２０４０の構造および機能は、実質的に類似する。したがって、第１のサブ回路２０１０のみ、詳述されるであろう。例示的実施形態によると、第１のサブ回路２０１０は、２つのベクトル発生器２０１２、２０１３を備える、偏波追跡部分を有する。２つのベクトル発生器２０１２、２０１３は、放射素子２０１１からＲＦ入力信号を受信し、信号の偏波を追跡し、ベクトル発生器信号出力を能動的電力結合器２０１４に送信するように構成される。能動的電力結合器２０１４は、２つのベクトル発生器信号出力を結合し、合成中間信号を発生させる。合成中間信号は、能動的電力結合器２０１４から能動的電力分割器２０１５に通信される。能動的電力分割器２０１５は、中間信号を４つの信号に分割し、４つの出力信号はそれぞれ、サブ回路２０１０のビーム形成部分を通過する。ビーム形成部分は、４つのベクトル発生器２０１６、２０１７、２０１８、２０１９を備え、その出力は、それぞれのビーム形成ネットワーク内で結合される、独立して操向されたビーム構成要素を表す。ある例示的実施形態では、デジタル制御２００１は、ベクトル発生器２０１２、２０１３、２０１６、２０１７、２０１８、２０１９に偏波およびビーム操向コマンドを通信する。
【００９５】
例示的実施形態によると、第１の受信ビーム出力は、４つのサブ回路２０１０、２０２０、２０３０、２０４０のそれぞれからの４つの出力信号のうちの１つを結合することによって発生される。第２の受信ビーム出力は、４つのサブ回路２０１０、２０２０、２０３０、２０４０のそれぞれからの４つの出力信号のうちの第２番目を結合することによって発生される。第３の受信ビーム出力は、４つのサブ回路２０１０、２０２０、２０３０、２０４０のそれぞれからの４つの出力信号のうちの第３番目を結合することによって発生される。第４の受信ビーム出力は、４つのサブ回路２０１０、２０２０、２０３０、２０４０のそれぞれからの４つの出力信号のうちの第４番目を結合することによって発生される。ある例示的実施形態では、多重結合器は、サブ回路出力信号を４つの受信ビーム出力に結合するために使用される。
【００９６】
より特定の例示的実施形態では、能動的結合器２０５１は、第１および第２のサブ回路２０１０、２０２０からの４つの出力の第１番目を結合するように構成される。さらに、能動的結合器２０６１は、第１および第２のサブ回路２０１０、２０２０からの４つの出力の第２番目を結合するように構成される。同様に、能動的結合器２０７１は、第１および第２のサブ回路２０１０、２０２０からの４つの出力の第３番目を結合するように構成される。能動的結合器２０８１は、第１および第２のサブ回路２０１０、２０２０からの４つの出力の第４番目を結合するように構成される。
【００９７】
また、例示的実施形態では、能動的結合器２０５２は、第３および第４のサブ回路２０３０、２０４０からの４つの出力の第１番目を結合するように構成される。能動的結合器２０６２は、第３および第４のサブ回路２０３０、２０４０からの４つの出力の第２番目を結合するように構成される。さらに、能動的結合器２０７２は、第３および第４のサブ回路２０３０、２０４０からの４つの出力の第３番目を結合するように構成される。能動的結合器２０８２は、第３および第４のサブ回路２０３０、２０４０からの４つの出力の第４番目を結合するように構成される。
【００９８】
次の段階では、能動的結合器２０５３は、能動的結合器２０５１、２０５２の結合された出力を結合し、第１の受信ビーム出力を形成するように構成される。能動的結合器２０６３は、能動的結合器２０６１、２０６２の結合された出力を結合し、第２の受信ビーム出力を形成するように構成される。さらに、能動的結合器２０７３は、能動的結合器２０７１、２０７２の結合された出力を結合し、第３の受信ビーム出力を形成するように構成される。能動的結合器２０８３は、能動的結合器２０８１、２０８２の結合された出力を結合し、第４の受信ビーム出力を形成するように構成される。
【００９９】
ある例示的実施形態では、かつ図２１を参照すると、位相配列集積回路２１００は、４−ビーム、４−放射素子送信機として構成される。位相配列ＩＣ２１００は、第１の放射素子２１１１と通信状態にある第１のサブ回路２１１０、第２の放射素子２１２１と通信状態にある第２のサブ回路２１２０、第３の放射素子２１３１と通信状態にある第３のサブ回路２１３０、および第４の放射素子２１４１と通信状態にある第４のサブ回路２１４０を備える。各サブ回路２１１０、２１２０、２１３０、２１４０は、４つの入力信号を受信し、それぞれ、連結された放射素子２１１１、２１２１、２１３１、２１４１の空間的直交ポートにＲＦ信号を送信する。
【０１００】
例示的実施形態によると、第１、第２、第３、および第４の送信ビームは、位相配列ＩＣ２１００に提供される。ある例示的実施形態では、多重分割器は、入力信号として、４つのサブ回路２１１０、２１２０、２１３０、２１４０にそれぞれ通信される、第１、第２、第３、および第４の送信ビームに分割するために使用される。
【０１０１】
より特定の例示的実施形態では、能動的分割器２１５３は、第１の送信ビーム入力を、それぞれ、能動的分割器２１５１および能動的分割器２１５２に通信される、２つの別個の信号に分割するように構成される。同様に、能動的分割器２１６３は、第２の送信ビーム入力を、それぞれ、能動的分割器２１６１および能動的分割器２１６２に通信される、２つの別個の信号に分割するように構成される。ある例示的実施形態では、能動的分割器２１７３は、第３の送信ビーム入力を、それぞれ、能動的分割器２１７１および能動的分割器２１７２に通信される、２つの別個の信号に分割するように構成される。さらに、能動的分割器２１８３は、第４の送信ビーム入力を、それぞれ、能動的分割器２１８１および能動的分割器２１８２に通信される、２つの別個の信号に分割するように構成される。
【０１０２】
次の段階では、能動的分割器２１５１、２１６１、２１７１、２１８１は、通信された信号を分割し、分割された信号を第１のサブ回路２１１０および第２のサブ回路２１２０に通信するように構成される。能動的分割器２１５２、２１６２、２１７２、２１８２は、通信された信号を分割し、分割された信号を第３のサブ回路２１３０および第４のサブ回路２１４０に通信するように構成される。
【０１０３】
各サブ回路２１１０、２１２０、２１３０、２１４０の構造および機能は、実質的に類似する。したがって、第１のサブ回路２１１０のみ、詳述されるであろう。例示的実施形態によると、第１のサブ回路２１１０は、４つのベクトル発生器２１１６、２１１７、２１１８、２１１９を備える、ビーム形成部分を有する。４つのベクトル発生器２１１６、２１１７、２１１８、２１１９は、個々に、それぞれ、能動的分割器２１５１、２１６１、２１７１、２１８１から入力信号を受信し、ビーム操向コマンドに従って、位相を調節するように構成される。
【０１０４】
能動的電力結合器２１１４は、４つの位相調節信号を結合し、合成位相調節中間信号を発生させる。合成位相調節中間信号は、能動的電力結合器２１１４から能動的電力分割器２１１５に通信される。能動的電力分割器２１１５は、中間信号を２つの信号に分割し、２つの出力信号はそれぞれ、第１のサブ回路２１１０の偏波修正部分を通過する。偏波修正部分は、ベクトル発生器２１１２、２１１３を備え、出力信号を所望の偏波に偏波するように構成される。次いで、偏波された信号は、送信のために、放射素子２１１１の空間的直交ポートに通信される。ある例示的実施形態では、デジタル制御２１０１は、例えば、ＤＡＣを介して、ベクトル発生器２１１２、２１１３、２１１６、２１１７、２１１８、２１１９に、偏波およびビーム操向コマンドを通信する。
【０１０５】
上述の種々の実施形態に加え、他のアーキテクチャも可能である。例えば、ある例示的実施形態では、かつ図２２を参照すると、位相配列集積回路２２００は、円形または楕円形偏波のための２−ビーム、４−放射素子受信機として構成される。位相配列ＩＣ２２００の第１のサブ回路２２１０に例証されるように、位相配列ＩＣ１８１０との間の差異は、１つのベクトル発生器２２１２のみ、偏波形成部分内に存在することである。単一ベクトル発生器２２１２は、偏波追跡または円形または楕円形偏波のために十分である。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器２２１２は、放射素子２２１１の代替空間的直交ポートに現れる信号の位相に対して、９０°オフセット（または、楕円形の場合、非９０°位相オフセット）を提供することによって、偏波を追跡する。位相配列ＩＣ２２００の残りは、位相配列ＩＣ１８１０に類似するため、詳述されないが、種々の構成要素は、同様に参照される。類似変形例が、図１９−２１に例証される実施形態においても可能であって、円形または楕円形偏波実施形態は、偏波追跡のために、単一ベクトル発生器のみ使用する。
【０１０６】
マルチビーム動作：上述の多重放射素子実施形態に加え、種々のビーム形成ネットワークは、多重放射素子を使用して、多重ビームを形成するように設計され得る。例示的実施形態により、図２３を参照すると、マルチビームアーキテクチャ２３００は、多重放射素子（ＲＥ１，ＲＥ２，…ＲＥＮ）を備え、各放射素子は、能動的偏波制御（ＰＣ１，ＰＣ２，…ＰＣＮ）と通信状態にある。マルチビームアーキテクチャ２３００は、少なくとも１つのビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ１，ＢＦＮ２，…ＢＦＮＭ）、およびビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ１，ＢＦＮ２，…ＢＦＮＭ）毎に能動的偏波制御（ＰＣ１，ＰＣ２，…ＰＣＮ）に接続される少なくとも１つの移相器をさらに備える。ある例示的実施形態では、各放射素子は、Ｍ個の移相器と通信状態にあって、各移相器は、各ビーム形成ネットワークが、Ｎ個の放射素子の各々から信号を受信するように、Ｍ個のビーム形成ネットワークのうちの１つと通信状態にある。
【０１０７】
ある例示的実施形態では、移相器は、能動的ベクトル発生器または信号を移相するために好適な任意の他の構成要素であり得る。さらに、ビーム形成ネットワークおよび加算接合点は、受動的または能動的であることが可能である。さらに、マルチビームアーキテクチャも同様に、ＲＦ信号の送信のために実装され得る。
【０１０８】
図２３をさらに参照すると、能動的偏波制御機能（ＰＣ１，ＰＣ２，…ＰＣＮ）は、上述において本明細書に列挙された実施形態のいずれかであることが可能である。能動的偏波制御機能の各々に接続されるのは、電力分割器（受信用途用）または電力結合器（送信用途用）である。電力分割器または電力結合器は、本明細書に上述したように、受動的または能動的構造として実装可能である。電力分割器／結合器と通信状態にあるのは、一式のベクトル発生器であって、各ベクトル発生器は、特定のビームのサポートの際、移相を提供する。ある例示的実施形態では、独立して操向可能なＭ個のビームをサポートするために、各放射素子にＭ個のベクトル発生器が存在する。ある例示的実施形態では、一式のベクトル発生器は、電力結合器（受信用途用）または電力分割器（送信用途用）と通信状態にあって、ビーム形成プロセスを完了する。電力分割器または電力結合器は、本明細書に上述したように、受動的または能動的構造として実装可能である。
【０１０９】
異なる種々の実施形態では、単一放射素子と通信状態にあるビーム形成ネットワークを伴うマルチビームマルチバンドアーキテクチは、円形偏波された信号を形成および検出するために構成される。
【０１１０】
受信アーキテクチャ：例示的実施形態により、図２４を参照すると、二重偏波マルチビーム受信アーキテクチャ２４００は、放射素子２４０１と通信状態にあって、多重ビームを形成する能動的電力分割器、ベクトル発生器、および能動的電力結合器を備える。ある例示的実施形態では、受信アーキテクチャ２４００は、少なくとも１つの右旋円偏波された（ＲＨＣＰ）ビームを形成し、少なくとも１つの左旋円偏波された（ＬＨＣＰ）ビームを形成する。より具体的には、ある例示的実施形態では、受信アーキテクチャ２４００は、Ｎ個のＲＨＣＰビームを形成し、Ｍ個のＬＨＣＰビームを形成する。
【０１１１】
各ビームは、右旋円偏波または左旋円偏波されたかを問わず、類似の構成要素構成を使用して形成される。ある例示的実施形態では、信号は、放射素子２４０１で受信され、水平偏波および垂直偏波を有する。垂直偏波された信号は、第１の能動的電力分割器２４１０に通信され、水平偏波された信号は、第２の能動的電力分割器２４１１に通信される。さらに、第１の能動的電力分割器２４１０は、多重能動的電力分割器を指してもよく、第２の能動的電力分割器２４１１は、同一数の多重能動的電力分割器を指し得る。ある例示的実施形態では、能動的電力分割器２４１０、２４１１は、個々に、垂直信号偏波および水平信号偏波が、ある数の信号に分割されるように、信号を２つ以上の信号に分割する。
【０１１２】
ある例示的実施形態では、各ビームは、第１のベクトル発生器２４２０、第２のベクトル発生器２４２１、および能動的電力結合器２４３０を使用して形成される。第１のベクトル発生器２４２０は、第１の能動的電力分割器２４１０から垂直偏波された信号を受信する。第１のベクトル発生器２４２０は、ビーム操向のために垂直偏波された信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節するように構成される。さらに、第２のベクトル発生器２４２１は、第２の能動的電力分割器２４１１から水平偏波された信号を受信する。第２のベクトル発生器２４２１は、偏波追跡のために水平偏波された信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節するように構成される。他の実施形態では、垂直偏波された信号は、偏波追跡のために調節され、水平偏波された信号は、ビーム操向のために調節される。例示的実施形態によると、能動的電力結合器２４３０は、１つの信号は、第１のベクトル発生器２４２０から、別の信号は、第２のベクトル発生器２４２１からと、２つの出力信号を受信する。能動的電力結合器２４３０は、２つの信号をビームに結合する。ビームは、ベクトル発生器２４２０、２４２１のパラメータに応じて、ＲＨＣＰまたはＬＨＣＰであり得る。ある例示的実施形態では、受信アーキテクチャ２４００は、ビーム毎のベースに完全偏波柔軟性を提供するように構成される。しかしながら、受信アーキテクチャ２４００は、本完全柔軟性を達成するために、２＊（Ｍ＋Ｎ）個のベクトル発生器を使用する。
【０１１３】
円形偏波の実施形態では、円形偏波は、完全偏波の実施形態と比較して、＋／−９０°偏波追跡のみを必要とするので、より少ない構成要素が使用される。したがって、ある例示的実施形態において、図２５を参照すると、円形偏波を伴う二重偏波マルチビーム受信アーキテクチャ２５００は、放射素子２５０１と通信状態にあって、多重ビームを形成する能動的電力分割器およびベクトル発生器を備える。
【０１１４】
ある例示的実施形態では、受信アーキテクチャ２５００は、少なくとも１つのＲＨＣＰビームを形成し、少なくとも１つのＬＨＣＰビームを形成する。完全偏波実施形態と同様に、受信アーキテクチャ２５００は、最大Ｎ個のＲＨＣＰビームおよびＭ個のＬＨＣＰビームを形成し得る。各ビームは、右旋円偏波または左旋円偏波されるか否かを問わず、類似の構成要素構成を使用して形成される。ある例示的実施形態では、信号は、放射素子２５０１で受信され、水平偏波構成要素および垂直偏波構成要素を有する。垂直偏波された信号は、第１の能動的電力分割器２５１０に通信され、水平偏波された信号は、第２の能動的電力分割器２５１１に通信される。さらに、第１の能動的電力分割器２５１０は、多重能動的電力分割器を指してもよく、第２の能動的電力分割器２５１１は、同一数の多重能動的電力分割器を指し得る。ある例示的実施形態では、能動的電力分割器２５１０、２５１１は、垂直信号偏波および水平信号偏波が、ある数の信号に分割されるように、個々に信号を２つ以上の信号に分割する。
【０１１５】
ある例示的実施形態では、各ビームは、ベクトル発生器２５２０および直交位相全域通過フィルタ（ＱＡＦ）２５４０を使用して形成される。ある例示的実施形態では、ＱＡＦ２５４０は、第１の能動的電力分割器２５１０から垂直偏波された信号および第２の能動的電力分割器２５１１から水平偏波された信号を受信する。ＱＡＦ２５４０は、垂直および水平偏波された信号を結合する一方、２つの信号間に公称９０°の相対移相を投入する。結合された出力信号は、ＱＡＦ２５４０からベクトル発生器２５２０に通信される。ベクトル発生器２５２０は、結合された信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節することによって、ビーム操向を提供するように構成される。
【０１１６】
ビームは、ＱＡＦ２５４０との信号入力接続に応じて、ＲＨＣＰまたはＬＨＣＰであり得る。例えば、ＲＨＣＰビームを発生させるために、垂直偏波された信号は、ＱＡＦ２５４０のＩベクトル入力に接続され、水平偏波された信号は、ＱＡＦ２５４０のＱベクトル入力に接続される。対照的に、ＬＨＣＰビームを発生させるために、垂直偏波された信号は、ＱＡＦ２５４０のＱベクトル入力に接続され、水平偏波された信号は、ＱＡＦ２５４０のＩベクトル入力に接続される。ある例示的実施形態では、受信アーキテクチャ２５００は、（Ｍ＋Ｎ）個のベクトル発生器を使用して、各ビーム毎に円形偏波を提供する。
【０１１７】
別の例示的実施形態では、円形偏波を伴う二重偏波マルチビーム受信アーキテクチャのより単純な構成要素構成が可能である。受信アーキテクチャ２５００同様に、ある例示的実施形態では、受信アーキテクチャは、第１の能動的電力分割器、第２の能動的電力分割器、および放射素子と通信状態にある修正されたベクトル発生器を備える。しかしながら、受信アーキテクチャ２５００と対照的に、直交位相全域通過フィルタは使用されない。各ビームに対して、および基準として、依然として、受信アーキテクチャ２５００を使用して、ＱＡＦ２５４０は、ベクトル発生器２５２０の入力におけるＱＡＦの排除と併せて排除され、修正されたベクトル発生器をもたらす。
【０１１８】
２つのＱＡＦ構成要素の排除は、冗長性の結果である。受信アーキテクチャ２５００では、ＱＡＦ２５４０は、便宜上、ＱベクトルおよびＩベクトルと称される、２つの入力ベクトルを受信する。類似ベクトル発生器５００を参照すると、ベクトル発生器２５２０はまた、ＱＡＦ２５４０と別個かつ逆のＱＡＦを備える。ベクトル発生器２５２０では、ＱＡＦは、単一信号を受信し、ＱベクトルおよびＩベクトルを発生させる。ある例示的実施形態では、一連の２つの逆のＱＡＦは、冗長機能を行うため、排除され得る。例示的実施形態では、放射素子からの垂直および水平偏波された信号は、修正されたベクトル発生器の位相反転スイッチに接続される。ＱＡＦの排除は、ＱＡＦが元々相互に逆である場合、可能である。言い換えると、反対移相を投入する逆並列ＱＡＦは、相互に反作用し、必要ではなくなる。
【０１１９】
２つのＱＡＦの排除は、約３ｄＢであり得る、各ＱＡＦと関連付けられたオーム損失の排除等、システム上の利点を達成する。別の利点は、ＱＡＦが、ベクトル発生器の帯域幅制限素子であって、拡張された帯域幅が可能である修正されたベクトル発生器をもたらす。
【０１２０】
送信アーキテクチャ：例示的実施形態により、図２６を参照すると、二重偏波マルチビーム送信アーキテクチャ２６００は、放射素子２６０１と通信状態にあって、多重入力ビームから二重偏波された送信信号を形成する能動的電力分割器、ベクトル発生器、および能動的電力結合器を備える。ある例示的実施形態では、送信アーキテクチャ２６００は、少なくとも１つのＲＨＣＰビームおよび少なくとも１つのＬＨＣＰビームから、二重偏波された送信信号を発生させる。より具体的には、ある例示的実施形態では、送信アーキテクチャ２６００入力は、Ｎ個のＲＨＣＰビームおよびＭ個のＬＨＣＰビームを含む。
【０１２１】
各ビームは、右旋円偏波または左旋円偏波されたかを問わず、類似構成要素構成を使用して、二重偏波された出力信号に追加される。ある例示的実施形態では、能動的電力分割器２６１０は、右旋円または左旋円偏波を有するビームを受信し、ビームを２つの分割された信号に分割する。第１のベクトル発生器２６２０は、入力において、２つの分割された信号の一方を受信する。第２のベクトル発生器２６２１は、入力において、２つの分割された信号の他方を受信する。第１のベクトル発生器２６２０は、ビーム操向のために、分割された信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節するように構成される。第２のベクトル発生器２６２１は、偏波追跡のために、分割された信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節するように構成される。他の実施形態では、第１のベクトル発生器２６２０は、偏波追跡を行い、第２のベクトル発生器２６２１は、ビーム操向を行う。
【０１２２】
さらに、ある例示的実施形態では、第１のベクトル発生器２６２０は、第１の能動的電力結合器２６３０内の他の垂直に偏波された信号と結合される、垂直に偏波された信号を発生させる。第１の能動的電力結合器２６３０の結合された出力信号は、垂直偏波信号として、放射素子２６０１に送信される。さらに、例示的実施形態では、第２のベクトル発生器２６２１は、第２の能動的電力結合器２６３１内の他の水平に偏波された信号と結合される、水平に偏波された信号を発生させる。第２の能動的電力結合器２６３１の結合された出力信号は、水平偏波信号として、放射素子２６０１に送信される。能動的電力結合器２６３０は、多重能動的電力結合器を指してもよく、第２の能動的電力結合器２６３１は、同一数の多重能動的電力結合器指し得る。ある例示的実施形態では、送信アーキテクチャ２６００は、ビーム毎ベースに完全偏波柔軟性を提供するように構成される。しかしながら、送信アーキテクチャ２６００は、本完全柔軟性を達成するために、２＊（Ｍ＋Ｎ）個のベクトル発生器を使用する。
【０１２３】
円形偏波実施形態では、円形偏波は、＋／−９０°偏波追跡のみ必要とするために、完全偏波実施形態と比較して、より少ない構成要素が使用される。したがって、ある例示的実施形態では、かつ図２７を参照すると、円形偏波を伴う、二重偏波マルチビーム送信アーキテクチャ２７００は、放射素子２７０１と通信状態にあって、多重入力ビームから二重偏波された送信信号を形成する、ベクトル発生器および能動的電力結合器を備える。ある例示的実施形態では、送信アーキテクチャ２７００は、少なくとも１つのＲＨＣＰビームおよび少なくとも１つのＬＨＣＰビームから二重偏波された送信信号を発生させる。完全偏波実施形態と同様に、送信アーキテクチャ２７００入力は、Ｎ個のＲＨＣＰビームおよびＭ個のＬＨＣＰビームを含む。
【０１２４】
各ビームは、右旋円偏波または左旋円偏波されたかを問わず、類似構成要素構成を使用して、二重偏波された出力信号に追加される。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器２７２０は、入力ビームを受信する。ベクトル発生器２７２０は、入力ビームの位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節するように構成される。ベクトル発生器２７２０の出力信号は、ＱＡＦ２７４０に通信される。ある例示的実施形態では、ＱＡＦ２７４０は、出力信号を垂直信号および水平信号に分割する一方、２つの信号間に公称９０°相対移相を投入し、垂直および水平偏波を発生させる。
【０１２５】
さらに、ある例示的実施形態では、ＱＡＦ２７４０は、第１の能動的電力結合器２７３０内の他の垂直に偏波された信号と結合される、垂直に偏波された信号を発生させる。第１の能動的電力結合器２７３０の結合された出力信号は、垂直偏波信号として、放射素子２７０１に送信される。さらに、例示的実施形態では、ＱＡＦ２７４０はまた、第２の能動的電力結合器２７３１内の他の水平に偏波された信号と結合される、水平に偏波された信号を発生させる。第２の能動的電力結合器２７３１の結合された出力信号は、水平偏波信号として、放射素子２７０１に送信される。能動的電力結合器２７３０は、多重能動的電力結合器を指してもよく、第２の能動的電力結合器２７３１は、同一数の多重能動的電力結合器を指し得る。
【０１２６】
ある例示的実施形態では、送信アーキテクチャ２７００は、ＱＡＦ２７４０のどの出力信号が、各能動的電力結合器に通信されるかを交互させることによって、ＲＨＣＰまたはＬＨＣＰを有する入力ビームを調節する。例えば、図２７に例証されるように、ＲＨＣＰビームの場合、垂直偏波された信号は、ＱＡＦ２７４０のＩベクトル出力に接続される。対照的に、ＬＨＣＰの場合、垂直偏波された信号は、ＱＡＦ２７４０のＱベクトル出力に接続される。ある例示的実施形態では、送信アーキテクチャ２７００は、（Ｍ＋Ｎ）個のベクトル発生器を使用して、円形偏波された入力ビームから二重偏波された出力信号を形成する。
【０１２７】
図２４−２７は、１次元位相配列を例証するが、２次元位相配列もまた、企図され、当業者によって理解されるであろう。
【０１２８】
ある例示的実施形態では、ベクトル発生器のソフトウェア再構成は、システムが動作することに伴ってリアルタイムで生じ、位相配列アンテナが上述の能力を有することを可能にする。加えて、例示的実施形態では、偏波変更あるいはシステム改変のための物理的および／または手動動作を要求するハードウェア変更は存在しない。言い換えると、ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、完全に電子的に調節され、典型的システムと比較して、大幅な自由度をもたらす。さらに、位相配列アンテナの信号偏波の動的制御は、多数の用途を有する。
【０１２９】
一用途の実施形態では、信号偏波の動的制御は、偏波ホッピングを利用することによって、セキュアな通信のために実装される。通信セキュリティは、他の認証ユーザに周知の速度で、通信信号の偏波を変更することによって向上されることが可能である。不正ユーザは、任意の所与の瞬間、正確な偏波を知らないことになり、一定偏波を使用する場合、不正ユーザは、短い瞬間のみ、正確な偏波を有することになるであろう。セキュアな通信のための偏波ホッピングの類似用途は、信号スキャンのために、偏波ホッピングを使用することである。言い換えると、アンテナの偏波は、信号検出を監視するために継続的に調節可能である。
【０１３０】
ある例示的実施形態では、信号偏波の動的制御は、単一アンテナを使用するレーダ標的識別を促進する。レーダ標的識別システムは、多重偏波からの情報を使用して、標的識別情報の増加をもたらす。加えて、反射された信号の偏波および信号強度は、反射する物体によって変更され得る。したがって、ある例示的実施形態では、単一アンテナは、多重偏波を受信し、標的に関するより多くの情報を取得するため、より優れた識別をもたらすように構成される。
【０１３１】
４色システム：消費者衛星ＲＦ通信の分野では、衛星は、典型的には、個人用パラボラアンテナを有する消費者に、データ（例えば、映画ならびに他のテレビ番組、インターネットデータ、および／または同等物）を送信および／または受信するであろう。より最近では、衛星は、より多くのモバイルプラットフォーム（航空機、電車、および／または自動車に取り付けられた送受信機等）からデータを送信／受信し得る。手持式または携帯用衛星送受信機の使用の増加は、将来、標準的となることが予測される。時として、本書では、自宅用衛星送受信機と併せて説明されるが、ここで論じられる、従来技術限定は、衛星と通信する任意の個人用消費者地上用送受信機（あるいは、送信機または受信機）にも適用され得る。
【０１３２】
伝搬無線周波数（ＲＦ）信号は、異なる偏波、すなわち、線形、楕円形、または円形を有することが可能である。線形偏波は、垂直偏波および水平偏波から成る一方、円形偏波は、左旋円偏波（ＬＨＣＰ）および右旋円偏波（ＲＨＣＰ）から成る。アンテナは、典型的には、ＬＨＣＰ等のある偏波を通過させ、ＲＨＣＰ等の他の偏波を拒絶するように構成される。
【０１３３】
また、従来の超小型地上局（ＶＳＡＴ）アンテナは、ハードウェアに依存する固定偏波を利用する。基本偏波は、概して、衛星端末の設置の際に設定され、その時点で、偏波器ハードウェアの手動構成が、固定される。例えば、偏波器は、概して、ＬＨＣＰまたはＲＨＣＰに対して設定され、適所に締結される。従来のＶＳＡＴアンテナ内で偏波を変更することは、偏波器の締結を解除し、９０°対向円形偏波に回転させ、次いで、偏波器を再締結することを要求する場合がある。明らかに、これは、多くの周波数において行うことは不可能であって、限定数（約５、または可能性として、１０）の送受信機のみ、所与の１日で、技術者によって切替え可能である。
【０１３４】
典型的な単一偏波アンテナと異なり、いくつかのデバイスは、アンテナ端末を分解せずに、偏波を変更するように構成される。実施例として、従来技術の実施形態は、「野球ボール」スイッチを使用して、偏波間に電子的に命令可能な切替えを提供する。「野球ボール」スイッチの回転は、１つの信号経路を接続し、他の信号経路を終端させることによって、偏波に変更を生じさせる。しかしながら、各「野球ボール」スイッチは、独立制御回路網を伴う別個の回転アクチュエータを要求し、このことが、デバイスのコストを増加さて、（全くではないにしても）消費者広帯域またはＶＳＡＴ端末内で使用されず、代わりに、限定数の端末を有する大規模地上局のために使用される。
【０１３５】
さらに、別のアプローチは、各偏波に対して複製ハードウェアを伴うシステムを有することである。偏波選択は、所望の信号の経路を完成または有効にし、望ましくない信号を選択から除外することによって達成される。本アプローチは、多くの場合、受信専用端末、例えば、低コストハードウェアを有する衛星テレビ受信機内で使用される。しかしながら、ＶＳＡＴまたは広帯域端末等の送受信の両方を行う双方向端末の場合、ハードウェアを複製させることは、端末のコストを大幅に増加させる。
【０１３６】
従来の衛星は、特定の周波数帯域および特定の偏波において、無線周波数信号を介して、地上に設けられた送受信機と通信し得る。周波数帯域および偏波の各組み合わせは、「色」として知られる。衛星は、局所的な地理的領域に「ビーム」として信号を送信し、そのビーム上の信号にアクセス可能な地理的領域は、地図上の「スポット」によって表され得る。各ビーム／地点は、関連付けられた「色」を有するであろう。したがって、異なる色のビームは、同一周波数、同一偏波、または両方を有していないことになるであろう。
【０１３７】
実際は、任意の特定の地点において、任意の１つの地上用送受信機に「可視」である、２つ、３つ、またはそれ以上のビームが存在し得るように、隣接するスポット間にいくつかの重複が存在する。隣接するスポットは、典型的には、隣接するビームからの雑音／干渉を低減させるために、異なる「色」を有するであろう。
【０１３８】
従来技術では、広帯域消費者衛星送受信機は、典型的には、１つの色に設定され、送受信機の寿命の間、その設定のままである。万が一、衛星から送信される信号の色が変更される場合、その色に基づいてその衛星と通信していた地上用送受信機はすべて、直ちに、立ち往生するか、または切断されるであろう。典型的には、技術者は、消費者の自宅を訪問し、送受信機または偏波器を手動で交換し（または、可能性として、物理的に分解し、再度組み立て）、消費者の地上用送受信機を、新しい「色」信号に基づいて衛星と再度通信可能にする必要があるであろう。この実践上の影響として、従来技術では、衛星から送信される信号色に変更が行われない。
【０１３９】
類似の理由から、第２の実践的制限として、地上用送受信機は、典型的には、ある色から別の色に変更されないことである（すなわち、変更される場合、それは、手動プロセスである）。したがって、アンテナシステムの周波数および／または偏波を遠隔で変更するための新しい低コストの方法およびデバイスの必要性が存在する。また、略瞬時かつ頻繁に、変更され得る方法およびデバイスの必要性が存在する。
【０１４０】
スポットビーム通信衛星システムでは、周波数および偏波の多様性の両方を利用して、隣接するスポットビームからの干渉を低減する。ある例示的実施形態では、周波数および偏波は両方とも、通信トラフィック容量を最大にするために、地理的に分離される他のビーム内で再使用される。スポットビームパターンは、概して、異なる色を使用して、地図上で識別され、そのスポットビーム内で使用される周波数および偏波極性の組み合わせを識別する。次いで、周波数および偏波極性の再使用パターンは、いくつの異なる組み合わせ（または、「色」）が使用されるかによって画定される。
【０１４１】
種々の例示的実施形態により、図２８を参照すると、アンテナシステムは、周波数および偏波の切替えのために構成される。一特定の例示的実施形態では、周波数および偏波の切替えは、２つの周波数範囲間および２つの異なる偏波間の切替えを備える。これは、４つの色切替えとして知られ得る。他の例示的実施形態では、周波数および偏波の切替えは、合計６つの別個の色に対して、３つの周波数範囲間および２つの異なる偏波間の切替えを備える。さらに、種々の例示的実施形態では、周波数および偏波の切替えは、任意の好適な数の周波数範囲を伴う２つの偏波間の切替えを備え得る。別の例示的実施形態では、周波数および偏波切替えは、任意の好適な数の周波数範囲を伴う２つを超える偏波間の切替えを備え得る。
【０１４２】
種々の例示的実施形態によると、周波数および偏波切替えを行う能力は、地上マイクロ波通信端末において、多くの効果を有する。例えば、そうすることによって、帯域幅の拡大、負荷シフト、ローミング、データ速度／ダウンロードスピードの加速、システム上のユーザ群の全体的効率の向上、または個々のデータ通信速度の改善を促進し得る。地上マイクロ波通信端末は、一例示的実施形態では、２地点間端末を備える。別の例示的実施形態では、地上マイクロ波通信端末は、ブロードキャストされるＲＦ信号の周波数範囲および／または偏波極性を切り替えるように構成される衛星等、任意の衛星と通信状態にある地上端末を備える。これらの地上マイクロ波通信端末は、スポットビームベースのシステムである。
【０１４３】
種々の例示的実施形態によると、それぞれ、スポットおよび／または色と関連付けられた１つ以上のＲＦ信号ビームを通信するように構成される衛星は、マイクロ波通信システムにおいて多くの効果を有する。例えば、種々の実施形態による例示的端末に対して上述されたものと同様に、そうすることによって、帯域幅の拡大、負荷シフト、ローミング、データ速度／ダウンロードスピードの加速、システム上のユーザ群の全体的効率の向上、または個々のデータ通信速度の改善を促進し得る。別の例示的実施形態によると、衛星は、衛星によってブロードキャストされるＲＦ信号の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替えるように構成される。これは、マイクロ波通信システムにおいて多くの効果を有する。別の例示的実施形態では、衛星は、周波数および／または偏波切替えを行う能力を有する端末等、任意の好適な地上マイクロ波通信端末と通信状態にある。
【０１４４】
従来技術のスポットビームベースのシステムは、周波数および偏波の多様性を使用して、隣接するスポットビームからの干渉を低減または排除する。これは、非隣接ビームにおいて周波数を再使用させ、衛星容量およびスループットの増加をもたらすことを可能にする。残念ながら、従来技術では、そのような多様性を有するために、そのようなシステムの設置業者は、設置時、正確な偏波極性を設定する、または端末の異なる偏波極性型を搬送することが可能でなければならない。例えば、設置用地において、設置業者は、左旋円偏波に対して構成される第１の端末および右旋円偏波に対して構成される第２の端末を搬送し、ある地理的領域内で第１の端末を、別の地理的領域内で第２の端末を使用する場合がある。代替として、設置業者は、ある偏波から別の偏波に切り替えるために、端末を分解し、再度組み立てることが可能である場合がある。これは、例えば、偏波器を除去し、９０°回転させ、偏波器を新しい配向に再設置することによって行われる場合がある。これらの従来技術ソリューションは、設置用地において、種々の構成要素を搬送する必要があるため望ましくないという点から煩わしい。また、手動分解／再組立ステップは、人的エラーおよび／または欠損の可能性を招く。
【０１４５】
これらの従来技術の解決策は、さらに、あらゆる実践的目的に対して、特定の端末のための周波数範囲および偏波を永久的に設定する。これは、周波数範囲および偏波への任意の変更が、修理要請の時間および費用を含むので、そのように行われる。設置業者は、物理的場所を訪問し、分解／再組立技法を使用して、または端末全体を単に交換することによって、偏波を変更する必要があるであろう。消費者広帯域衛星端末市場では、修理要請のコストは、機器のコストを超え得、一般に、そのような端末内の偏波極性を手動で変更することは、経済的に実行可能ではない。
【０１４６】
種々の例示的実施形態によると、電子的または電気機械的に、周波数範囲および／または偏波極性を切り替えるための低コストシステムおよび方法が提供される。ある例示的実施形態では、端末の周波数範囲および／または偏波は、端末への人的接触を伴わずに変更可能である。言い換えると、端末の周波数範囲および／または偏波は、修理要請を伴わずに変更可能である。ある例示的実施形態では、システムは、端末の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で変更させるように構成される。
【０１４７】
一例示的実施形態では、システムおよび方法は、２つ以上の周波数範囲の中から所望の周波数範囲に電子的に設定可能な単一種類の端末を設置することを促進する。いくつかの例示的周波数範囲として、受信１０．７ＧＨｚ乃至１２．７５ＧＨｚ、送信１３．７５ＧＨｚ乃至１４．５ＧＨｚ、受信１８．３ＧＨｚ乃至２０．２ＧＨｚ、および送信２８．１ＧＨｚ乃至３０．０ＧＨｚが挙げられる。さらに、２地点間システムの他の所望の周波数範囲は、１５ＧＨｚ乃至３８ＧＨｚ内である。別の例示的実施形態では、システムおよび方法は、２つ以上の偏波極性の中から所望の偏波極性に電子的に設定可能な単一種類の端末の設置を促進する。偏波極性は、例えば、左旋円、右旋円、垂直線形、水平線形、または任意の他の直交偏波を備え得る。さらに、種々の例示的実施形態では、それぞれ、周波数範囲および偏波極性の選択肢の中から、端末の周波数範囲および偏波極性の両方を電子的に選択可能な単一種類の端末が設置され得る。
【０１４８】
ある例示的実施形態では、送信および受信信号は対合されて、共通切替え機構が、同時に両信号を切り替える。例えば、ある「色」は、ＲＨＣＰを使用する周波数範囲１９．７ＧＨｚ乃至２０．２ＧＨｚの受信信号と、ＬＨＣＰを使用する周波数範囲２９．５ＧＨｚ乃至３０．０ＧＨｚの送信信号であり得る。別の「色」は、同一周波数範囲を使用するが、ＲＨＣＰを使用して送信し、ＬＨＣＰを使用して受信し得る。故に、ある例示的実施形態では、送信および受信信号は、反対の偏波で動作される。しかしながら、いくつかの例示的実施形態では、送信および受信信号は、自己干渉のない動作のために、信号絶縁要件を増加させる同一偏波で動作される。
【０１４９】
したがって、第１の地理的領域に対して第１の様式で、第１の領域と異なる第２の地理的領域に対して第２の様式で構成可能な単一の端末タイプが設置され得、その場合、第１の地理的領域は、第１の色を使用し、第２の地理的領域は、第１の色と異なる第２の色を使用する。
【０１５０】
例示的実施形態によると、地上マイクロ波通信端末等の端末は、負荷平衡を促進するように構成され得る。別の例示的実施形態によると、衛星は、負荷平衡を促進するように構成され得る。負荷平衡は、特定の衛星上の負荷の一部または２地点間システムをある偏波極性／周波数範囲「色」あるいは「ビーム」から別のものに移動させるステップを伴う。ある例示的実施形態では、負荷平衡は、端末あるいは衛星の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替える能力によって有効化される。
【０１５１】
したがって、例示的実施形態では、負荷平衡の方法は、１つ以上の地上マイクロ波通信端末の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替えるステップを備える。例えば、システムオペレータまたは負荷監視コンピュータは、システム帯域幅リソースの動的変化が、あるユーザをあまり混雑し得ない隣接するビームに移動させることが有利であろう状況をもたらしていることを判定し得る。一実施例では、それらのユーザは、負荷の再変化に伴って、後で戻ってもよい。ある例示的実施形態では、本信号切替え（したがって、本衛星の能力「負荷平衡」）は、周期的に行うことが可能である。他の例示的実施形態では、負荷平衡は、同時または実質的に同時に、多くの端末（例えば、数百または数千の端末）上で行うことが可能である。他の例示的実施形態では、負荷平衡は、数千のユーザ端末を手動で再構成する必要なく、多くの端末上で行うことが可能である。
【０１５２】
一例示的実施形態では、信号偏波の動的制御は、偏波ホッピングを利用することによって、セキュアな通信のために実装される。通信セキュリティは、他の認証ユーザに周知の速度で、通信信号の偏波を変更することによって向上可能である。不正ユーザは、任意の所与の瞬間、正確な偏波を知らないことになり、一定偏波を使用する場合、不正ユーザは、短い瞬間のみ、正確な偏波を有することになるであろう。セキュアな通信のための偏波ホッピングの類似用途は、信号スキャンのために、偏波ホッピングを使用することである。言い換えると、アンテナの偏波は、信号検出を監視するために継続的に調節可能である。
【０１５３】
ある例示的実施形態では、負荷平衡は、システム負荷に基づいて、必要に応じた頻度で行われる。例えば、負荷平衡は、季節ベースに行われ得る。例えば、負荷は、学校、大学などが、その学期を開始ならびに終了する際、大幅に変更し得る。別の実施例として、休暇シーズンは、大幅な負荷変動をもたらし得る。例えば、特定の地理的領域は、非常に高い負荷のデータトラフィックを有し得る。これは、その領域内のより高い平均人口密度、その領域内のより高い送受信機の平均数、またはその領域内のより高いデータ送信の平均使用によるものであり得る。別の実施例では、負荷平衡は、時間ベースで行われる。さらに、負荷平衡は、任意の好適な時間で行われ得る。一実施例では、最大使用が、６−７ＰＭの間である場合、最大負荷ビーム領域内のユーザの一部は、異なる時間帯の隣接するビームに切り替えられ得る。別の実施例では、地理的領域が、オフィスおよび自宅端末の両方を備え、オフィス端末が、自宅端末と異なる時間に最大負荷を被る場合、負荷平衡は、自宅とオフィス端末との間で行われてもよい。さらに別の実施形態では、特定の領域は、事業、科学研究活動、グラフィック／ビデオ集約的娯楽データ送信、スポーツイベント、または会議内の高トラフィックに関連する等、局在的信号送信トラフィックの増加を有し得る。言い換えると、ある例示的実施形態では、負荷平衡は、送受信機群の任意のサブ群の色を切り替えることによって行われてもよい。
【０１５４】
ある例示的実施形態では、消費者広帯域地上端末は、どの色が利用可能であって、別の動作色に切り替えるかについて、事前にプログラムされた命令に基づいて判定するように構成される。例えば、地上端末は、２つ以上のビーム（それぞれ、異なる色）に対して可視性を有し得る。地上端末は、２つ以上のビームのいずれが接続により優れているかを判定し得る。この判定は、任意の好適な要因に基づいて行われてもよい。一例示的実施形態では、どの色を使用すべきかの判定は、データ速度、ダウンロードスピード、および／またはその色と関連付けられたビーム上の容量に基づく。他の例示的実施形態では、判定は、無作為または任意の他の好適な方法で行われる。
【０１５５】
本技法は、種々の理由から、短および長周期の両方にわたって負荷が変化するので、地理的不動の実施形態において有用であって、そのような色選択の自己調節は、負荷平衡を促進する。また、本技法は、「ローミング」の形態として、モバイル衛星通信において有用である。例えば、一例示的実施形態では、広帯域地上端末は、信号強度に基づいて別の動作色に切り替えるように構成される。これは、ローミング判定が信号強度に基づく、従来の携帯電話型ローミングとは対照的である。対照的に、ここでは、色分布は、チャネル内の容量に基づく。したがって、ある例示的実施形態では、どの色を使用すべきかの判定は、端末があるスポットから別のスポットに移動することに伴って、通信スピードを最適化するために行われてもよい。代替として、ある例示的実施形態では、衛星による色信号ブロードキャストは、変化してもよく、またはスポットビームは、移動され得、依然として、広帯域地上端末は、異なる色上で通信するように自動的に調節するように構成され得る（例えば、チャネル容量に基づいて）。
【０１５６】
別の例示的実施形態によると、衛星は、それぞれ、スポットおよび／または色と関連付けられた１つ以上のＲＦ信号ビームを通信するように構成される。別の例示的実施形態によると、衛星は、衛星によってブロードキャストされるＲＦ信号の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替えるように構成される。別の例示的実施形態では、衛星は、追加の色をブロードキャストするように構成され得る。例えば、面積および／または衛星は、第１の時間において、４色のみ有するが、２つの追加の色（合計６色となる）が、第２の時間に動的に追加される場合がある。この場合、特定のスポットの色を新しい色のうちの１つに変更することが望ましいであろう。図２９Ａを参照すると、スポット４は、「赤色」から、次いで、新しい色「黄色」に変化する。一例示的実施形態では、色を追加する能力は、あるデバイス内の広帯域幅にわたって、送信および／または受信の両方を操作し、その広帯域幅にわたって、そのデバイスの周波数を同調させるためのシステムの能力の機能であり得る。
【０１５７】
例示的実施形態により、新たに図２８を参照すると、衛星は、ダウンリンク、アップリンク、およびサービスエリアを有し得る。サービスエリアは、それぞれ、それぞれの領域を照射するためのスポットビームに対応する、より小さい領域から成ってもよい。スポットビームは、相互に隣接し、重複領域を有し得る。衛星通信システムは、多くの作用パラメータを有する：（１）直交時間または周波数スロットの数（以下、色パターンと定義される）；（２）ビーム間隔（交差点におけるビームロールオフによって特徴付けられる）；（３）周波数再使用パターン（再使用パターンは、均一分散型容量が要求される場合、構造内で規則的であり得る）；および（４）ビームの数（より多くのビームを伴う衛星は、より高いシステム柔軟性およびより優れた帯域幅効率を提供するであろう）。偏波は、時間または周波数スロットに加え、再使用パターンを画定するための量として使用され得る。一例示的実施形態では、スポットビームは、第１のスポットビームおよび第２のスポットビームを備え得る。第１のスポットビームは、第１の複数の加入者端末に情報を送信するために、地理的領域内の第１の領域を照射し得る。第２のスポットビームは、第２の複数の加入者端末に情報を送信するために、地理的領域内の第１の領域に隣接する第２の領域を照射し得る。第１および第２の領域は、重複し得る。
【０１５８】
第１のスポットビームは、第１の特性偏波を有し得る。第２のスポットビームは、第１の偏波に直交する第２の特性偏波を有し得る。偏波直交性は、隣接するビーム間の絶縁量を提供する役割を果たす。偏波は、周波数スロットと組み合わされ、隣接するビームとそのそれぞれのサービスエリアとの間により高い絶縁度を達成し得る。第１のビーム内の加入者端末は、第１の特性偏波に一致する偏波を有し得る。第２のビーム内の加入者端末は、第２の特性偏波に一致する偏波を有し得る。
【０１５９】
隣接するビームの重複領域内の加入者端末は、第１のビームまたは第２のビームに任意に割り当てられ得る。この任意の割当ては、衛星システムにおける柔軟性であって、重複領域内の任意の加入者端末に対するサービスの開始後、再割当てを介して改変され得る。隣接するスポットビームによって照射される重複領域内の加入者端末の偏波を遠隔で変更する能力は、加入者の分布および数を変更するための動作の重要な改善および衛星リソースの使用の最適化である。例えば、第１のビームから第２のビームまた第２のビームから第１のビームにユーザあるいはユーザ群を再割当てするための衛星リソースの効率的使用および個々の加入者サービスの改善であり得る。したがって、隣接するビーム間に絶縁を提供するための量として偏波を使用する、衛星システムは、第１の偏波状態から第２の直交偏波状態に偏波を切替えまたは変更するためのコマンドを含有する信号を送信することによって、遠隔で偏波を変更するように構成され得る。偏波の意図的変更は、ビーム絶縁量を増加させるために偏波を使用する、スポットビーム衛星システム内の隣接するビームへの再割当てを容易にし得る。
【０１６０】
ダウンリンクは、選択された周波数および／または偏波の組み合わせに基づいて、多重「色」を備え得る。他の周波数および周波数範囲が使用され得、他の偏波も同様であるが、実施例として、１つの多色実施形態が提供される。例えば、新たに図２８を参照すると、ダウンリンクでは、色Ｕ１、Ｕ３、およびＵ５は、左旋円偏波（「ＬＨＣＰ」）され、色Ｕ２、Ｕ４、およびＵ６は、右旋円偏波（「ＲＨＣＰ」）される。周波数領域では、色Ｕ３およびＵ４は、１８．３−１８．８ＧＨｚであって、Ｕ５およびＵ６は、１８．８−１９．３ＧＨｚであって、Ｕ１およびＵ２は、１９．７−２０．２ＧＨｚである。本例示的実施形態では、各色は、５００ＭＨｚ周波数範囲を表すことに留意されたい。他の周波数範囲も、他の例示的実施形態において使用され得る。したがって、ＬＨＣＰまたはＲＨＣＰのうちの１つを選択し、利用可能な選択肢の中から周波数帯域を指定することは、色を特定することになるであろう。同様に、アップリンクは、それぞれ、色として指定可能な周波数／偏波の組み合わせを備える。多くの場合、ＬＨＣＰおよびＲＨＣＰは、例証されるように、逆転され、信号絶縁の増加をもたらすが、これは必要ではない。アップリンクでは、色Ｕ１、Ｕ３、およびＵ５は、ＲＨＣＰであって、色Ｕ２、Ｕ４、およびＵ６は、ＬＨＣＰである。周波数ドメインでは、色Ｕ３およびＵ４は、２８．１−２８．６ＧＨｚであって、Ｕ５およびＵ６は、２８．６−２９．１ＧＨｚであって、Ｕ１およびＵ２は、２９．５−３０．０ＧＨｚである。本例示的実施形態では、各色は、同様に、５００ＭＨｚ周波数範囲を表すことに留意されたい。
【０１６１】
ある例示的実施形態では、衛星は、スポットおよび色と関連付けられた１つ以上のＲＦ信号ビーム（スポットビーム）をブロードキャストし得る。さらに、本衛星は、第１の色から第２の異なる色に、スポットの色を変更するように構成される。したがって、新たに図２９Ａを参照すると、スポット１は、「赤色」から「青色」に変更される。
【０１６２】
あるスポットの色が変更されると、隣接するスポットの色も同様に変更することが望ましいであろう。再び、図２９Ａ参照すると、地図は、第１の時間点におけるスポット色の群を示し、本時間における本群は、９１１０と指定され、地図のコピーは、第２の時間点におけるスポット色の群を示し、９１２０と指定される。色の一部または全部は、第１の時間点と第２の時間点との間で変化し得る。例えば、スポット１は、赤色から青色に変化し、スポット２は、青色から赤色に変化する。しかしながら、スポット３は、同じままである。このように、ある例示的実施形態では、隣接するスポットは、同じ色ではない。
【０１６３】
スポットビームのいくつかは、１つの色であって、他のスポットビームは、異なる色である。信号分離のために、類似色のスポットビームは、典型的には、相互に隣接して位置しない。ある例示的実施形態では、かつ再び図２８を参照すると、例証される分布パターンは、４色スポットビーム周波数再使用のための一例示的レイアウトパターンを提供する。本パターンでは、色Ｕ１は、別の色Ｕ１に隣接しない等であることを認識されたい。しかしながら、典型的には、スポットビームは、重複し、スポットビームは、円形サービスエリアによってより良く表され得ることに留意されたい。さらに、信号の強度は、円形が、特定のスポットビームの範囲の接近に過ぎないように、円形の中心からの距離に伴って低下し得ることを理解されたい。円形サービスエリアは、地図上にオーバーレイされ、どのスポットビームが特定の面積内で利用可能であるかを判定し得る。
【０１６４】
例示的実施形態によると、衛星は、第１の地理的場所から第２の地理的場所に、１つ以上のスポットを偏移させるように構成される。これは、第１の場所から第２の場所にスポットの中心を偏移させるように説明され得る。また、これは、スポットの有効サイズ（例えば、直径）を変更するように説明される場合もある。例示的実施形態によると、衛星は、第１の場所から第２の場所にスポットの中心を偏移させる、および／または１つ以上のスポットの有効サイズを変更するように構成される。従来技術では、そのような作用は、地上用送受信機を立ち往生させるため、スポットを偏移させることは考えられないであろう。地上用送受信機は、１つ以上のスポットの偏移が、いくつかの地上端末を異なる色の新しいスポットと通信不可能にするため、立ち往生することになるであろう。
【０１６５】
しかしながら、ある例示的実施形態では、送受信機は、容易に色を切り替えるように構成される。したがって、ある例示的方法では、１つ以上のスポットの地理的場所は、偏移され、地上用送受信機の色は、必要に応じて、調節され得る。
【０１６６】
ある例示的実施形態では、スポットは、高負荷地理的領域が、２つ以上の重複スポットによって網羅されるように偏移される。例えば、図２９Ｂおよび２９Ｃを参照すると、特定の地理的領域９２１０は、非常に高い負荷のデータトラフィックを有し得る。本例示的実施形態では、面積９２１０は、図２９Ｂによって例証される第１の時間点において、スポット１によってのみサービス提供される。図２９Ｃによって例証される第２の時間点では、スポットは、面積９２１０が、現在、サービス提供される、またはスポット１、２、および３によって網羅されるように、偏移されている。本実施形態では、面積９２１０内の地上用送受信機は、送受信機のうちのいくつかが、スポット１によって、他は、スポット２によって、さらに他は、スポット３によって、サービス提供されるように、調節され得る。言い換えると、面積９２１０内の送受信機は、３色のうちの１つが、選択的に割り当てられ得る。このように、本面積内の負荷は、共有される、または負荷平衡可能である。
【０１６７】
ある例示的実施形態では、衛星および／または端末の切替えは、任意の規則性を伴って生じてもよい。例えば、偏波は、夕方の時間の間に切り替えられ、次いで、経時的に生じる送信負荷変動を反映するために、営業時間の間は戻され得る。ある例示的実施形態では、偏波は、システム内の素子の寿命の間、数千回切り替えられ得る。
【０１６８】
一例示的実施形態では、端末の色は、地上用送受信機の設置まで、判定または割当が行われない。これは、ある特定の色として設定される、工場から出荷されるユニットとは対照的である。その「色」に関する懸念を伴うことなく、地上用送受信機を出荷する能力は、１つのユニットのみ（２つ、４つ、またはそれ以上とは対照的に）保管する必要があるため、より簡単な在庫管理プロセスを促進する。ある例示的実施形態では、端末が設置され、次いで、色が、手動で、または電子的に、自動様式で設定される（すなわち、技術者が、人的エラーを起こすことは不可能である）。別の例示的実施形態では、色は、遠隔中央制御センタによって割り当てられる等、遠隔で設定される。別の例示的実施形態では、ユニット自体が、最良の色を判定し、その色で動作する。
【０１６９】
留意され得るように、特定の端末に対して、どの色を使用すべきかの判定は、任意の数の要因に基づいてもよい。色は、どの信号が最強であるか、利用可能な色の中で無作為に割り当てられた利用可能な色間の利用可能な相対帯域幅、地理的考慮、時間的考慮（天気、帯域幅使用、イベント、労働パターン、曜日、スポーツイベント、および／または同等物等）、および同等物に基づいてもよい。以前、地上消費者広帯域端末は、設置時、または迅速に、遠隔で、使用の際に変動する状況に基づいて、どの色を使用すべきかの判定は不可能であった。
【０１７０】
例示的実施形態によると、システムは、加入者端末の遠隔アドレス指定能力を促進するように構成される。一例示的実施形態では、システムは、特定の端末を遠隔でアドレス指定するように構成される。システムは、各加入者端末をアドレス指定するように構成され得る。別の例示的実施形態では、加入者端末群が、アドレス指定可能であり得る。これは、特定の送受信機および／または加入者端末群と命令を通信するために、未知または今後判明される、任意の数の方法を使用して、生じてもよい。したがって、遠隔信号は、ある色から別の色に切り替えるように、端末または端末群に命令し得る。端末は、任意の好適な様式でアドレス指定可能であり得る。一例示的実施形態では、ＩＰアドレスは、各端末と関連付けられる。ある例示的実施形態では、端末は、モデムまたはセットトップボックスを通して（例えば、インターネットを介して）、アドレス指定可能であり得る。したがって、例示的実施形態によると、システムは、特定の端末にアドレス指定されたコマンドを送信することによって、加入者端末の特性偏波を遠隔で変更するために構成される。これは、負荷平衡および同等物を促進し得る。サブ群は、より大きな地理的領域内の地理的サブ群、または任意の好適なベースに基づいて形成される任意の他の群であり得る。
【０１７１】
このように、個々のユニットは、１対１ベースで制御され得る。同様に、サブ群内のユニットはすべて、同時に色を変更するように命令され得る。一実施形態では、群は、小サブ群（例えば、１００のサブ群であって、それぞれ、より大きな群内の端末の１％を占める）に分割される。他のサブ群は、端末の５％、１０％、２０％、３５％、５０％、および同等物を占める場合がある。サブ群の粒度は、負荷平衡のより精密な同調を促進し得る。
【０１７２】
したがって、地図上の場所Ａ（図２８の実践的分布図参照）に位置する、４色切替え可能送受信機を伴う個人は、利用可能な色Ｕ１、Ｕ２、およびＵ３を有するであろう。送受信機は、その時点における必要性に最も好適なそれらの３色のうちの１つ上で動作するように切り替えられ得る。同様に、地図上の場所Ｂは、利用可能な色Ｕ１およびＵ３を有するであろう。最後に、地図上の場所Ｃは、利用可能な色Ｕ１を有するであろう。多くの実践的状況では、送受信機は、特定の面積内で利用可能な２色または３色の選択肢を有するであろう。
【０１７３】
色Ｕ５およびＵ６もまた、使用される場合があり、スポットビームパターン内で使用する色の選択肢をさらに増加させることに留意されたい。また、これは、特定の場所内の特定の送受信機に利用可能な選択肢をさらに増加させ得る。４色または６色実施形態として説明されるが、任意の好適な数の色が、本明細書に説明されるように、色切替えのために使用され得る。また、衛星として本明細書に説明されるが、説明は、送受信機と通信するように構成されるまたは他の類似遠隔通信システムにも有効であることが意図される。
【０１７４】
端末の周波数範囲／偏波は、遠隔で、ローカルで、手動でのうちの少なくとも１つ、またはそれらのいくつかの組み合わせで、選択され得る。一例示的実施形態では、端末は、遠隔で制御され、ある周波数範囲／偏波から別のものに切り替えるように構成される。例えば、端末は、周波数範囲／偏波の切替えを制御する、中央システムからの信号を受信し得る。中央システムは、負荷変化が、左旋円偏波されたチャネルを大幅に減速させたが、右旋円偏波されたチャネルが、利用可能な帯域幅を有することを判定し得る。次いで、中央システムは、いくつかの端末の偏波を遠隔で切り替え得る。これは、一様に、切替え型および非切替え型ユーザに対するチャネル可用性を改善するであろう。さらに、切り替えるためのユニットは、地理、天気、使用特性、個々の帯域幅要件、および／または他の考慮に基づいて選択され得る。さらに、周波数範囲／偏波の切替えは、不良送信品質に関して、消費者が企業に電話を架けることに応答して行われ得る。
【０１７５】
周波数範囲および偏波の両方の切替えとの関連において、本明細書に説明されるが、本明細書に論じたものに類似する効果および利点は、周波数または偏波の一方のみを切り替えて実現され得ることに留意されたい。
【０１７６】
本明細書に説明される周波数範囲切替えは、任意の数の方法で行われてもよい。ある例示的実施形態では、周波数範囲切替えは、電子的に行われる。例えば、周波数範囲切替えは、位相配列内の移相器を調節する固定周波数発振器または変換器間で切り替える、および／または同調可能発振器信号を備える同調可能二重変換送信機を使用することによって、実装され得る。本発明と併用するための周波数切替えの追加の側面は、２００９年１１月６日出願の米国特許出願第１２／６１４，２９３号「ＤＵＡＬ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＴＲＡＮＳＭＩＴＴＥＲ ＷＩＴＨ ＳＩＮＧＬＥ ＬＯＣＡＬ ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲ」（その内容は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）に開示されている。
【０１７７】
別の例示的実施形態によると、本明細書に説明される偏波切替えは、任意の数の方法で行われてもよい。ある例示的実施形態では、偏波切替えは、直交アンテナポートにおける信号の相対位相を調節することによって電子的に行われる。別の例示的実施形態では、偏波切替えは、機械的に行われる。例えば、偏波切替えは、トランペットスイッチの使用によって実装され得る。トランペットスイッチは、電子的に作動され得る。例えば、トランペットスイッチは、電磁石、サーボ、誘導子、ソレノイド、バネ、モータ、電気機械デバイス、またはそれらの任意の組み合わせによって作動され得る。さらに、切替え機構は、トランペットスイッチの位置を移動させ、維持するように構成される任意の機構であることが可能である。さらに、ある例示的実施形態では、トランペットスイッチは、ラッチ機構によって適所に保持される。ラッチ機構は、例えば、固定磁石であり得る。ラッチ機構は、アンテナが別の偏波に切り替えられ得るまで、トランペットスイッチを適所に保持する。
【０１７８】
本明細書に説明されるように、端末は、切替えを生じさせる信号を受信するように構成され得、信号は、遠隔源からであり得る。例えば、遠隔源は、中央オフィスであり得る。別の実施例では、設置業者または消費者は、切り替えるためのコマンドを送信する端末に接続されるローカルコンピュータを使用して、偏波を切り替えることが可能である。別の実施形態では、設置業者または消費者は、次に、切り替えるための信号を送信するテレビセットトップボックスを使用して、偏波を切り替えることが可能である。偏波切替えは、性能を向上させるための手段として、または不良性能を解決するための別の選択肢として、設置の際に生じ得る。
【０１７９】
他の例示的実施形態では、手動方法を使用して、ある偏波から別の偏波に端末を変更し得る。これは、システムの筐体内のスイッチを物理的に移動させることによって、または筐体外にスイッチを延出させ、偏波を手動で切り替えることをよって容易に行うことによって達成可能である。これは、設置業者または消費者のいずれかによって行われ得る。
【０１８０】
上述の多色実施形態のいくつかの例示的実施形態は、従来技術に勝る利益を享受し得る。例えば、ある例示的実施形態では、低コスト消費者広帯域地上端末アンテナシステムは、アンテナ、アンテナと信号通信する送受信機、およびアンテナシステムを第１の偏波極性と第２の偏波極性との間で切り替えさせるように構成される偏波極性スイッチを含み得る。本例示的実施形態では、アンテナシステムは、第１の偏波極性および／または第２の偏波極性で動作するように構成され得る。
【０１８１】
ある例示的実施形態では、システムリソース負荷平衡の方法が開示される。本例示的実施形態では、方法は、以下のステップを含み得る：（１）第１のスポットビーム上の負荷が所望のレベルより高く、第２のスポットビーム上の負荷が追加の負荷に対応するために十分低いかどうかを判定するステップと、（２）第２のスポットビームの視野内の切替えのために利用可能な第１のスポットビーム上の消費者広帯域地上端末を識別するステップと、（３）切替えに利用可能な端末に、遠隔コマンドを送信するステップと、（４）遠隔コマンドに基づいて、第１のビームから第２のビームに、該端末内の色を切り替えるステップ。本例示的実施形態では、第１および第２のスポットビームはそれぞれ異なる色である。
【０１８２】
ある例示的実施形態では、衛星通信システムが開示される。本例示的実施形態では、衛星通信システムは、以下を含み得る：多重スポットビームをブロードキャストするように構成される衛星と、種々の地理的場所における複数のユーザ端末アンテナシステムと、偏波極性および周波数のうちの少なくとも１つを切り替え、第１のスポットビームから第２のスポットビームに切り替えるために、複数のユーザ端末アンテナシステムのサブセットのうちの少なくともいくつかに命令するように構成される、遠隔システムコントローラ。本例示的実施形態では、多重スポットビームは、少なくとも、第１の色の第１のスポットビームおよび第２の色の第２のスポットビームを含み得る。本例示的実施形態では、少なくとも、複数のユーザ端末アンテナシステムのサブセットは、第１および第２のスポットビームも両方の視野の中に位置し得る。
【０１８３】
以下の出願は、本主題に関連する：米国特許出願第１２／７５９，１２３号「ＡＣＴＩＶＥ ＢＵＴＬＥＲ ＡＮＤ ＢＬＡＳＳ ＭＡＴＲＩＣＥＳ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７１００号）；米国特許出願第１２／７５９，０４３号「ＡＣＴＩＶＥ ＨＹＢＲＩＤＳ ＦＯＲ ＡＮＴＥＮＮＡ ＳＹＳＴＥＭＳ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７２００号）；米国特許出願第１２／７５９，０６４号「ＡＣＴＩＶＥ ＦＥＥＤ ＦＯＲＷＡＲＤ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７３００号）；米国特許出願第１２／７５９，１３０号「ＡＣＴＩＶＥ ＰＨＳＥＤ ＡＲＲＡＹ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７６００号）；米国特許出願第１２／７５８，９９６号「ＰＲＥＳＥＬＥＣＴＯＲ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．６８００号）；米国特許出願第１２／７５９，１４８号「ＡＣＴＩＶＥ ＰＯＷＥＲ ＳＰＬＩＴＴＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．８７００号）；米国特許出願第１２／７５９，１１２号「ＨＡＬＦ−ＤＵＰＬＥＸ ＰＨＡＳＥＤ ＡＲＲＡＹ ＡＮＴＥＮＮＡ ＳＹＳＴＥＭ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第５５４２４．０５００号）；米国特許出願第１２／７５９，１１３号「ＤＥＧＩＴＡＬ ＡＭＰＬＩＴＵＤＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＡＣＴＩＶＥ ＶＥＣＴＯＲ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．９０００号）（その内容は、任意の目的のために、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）。
【０１８４】
効果、他の利点、および問題に対するソリューションが、特定の実施形態に関して上述された。しかしながら、効果、利点、問題に対するソリューション、および任意の効果、利点、またはソリューションを生じさせる、あるいはより顕著となり得る、任意の素子は、任意または全部の請求項の重要、必須、または不可欠な特徴あるいは素子として解釈されるものではない。本明細書で使用されるように、用語「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、またはそれらの任意の他の変形例は、素子のリストを備える、プロセス、方法、物品、または装置が、それらの素子のみを含むものではなく、明示的に列挙されない、あるいはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有の他の素子を含み得るように、非排他的含有を網羅するものと意図される。さらに、本明細書に説明されるいかなる素子も、「不可欠」または「重要」として明示的に説明されない限り、本発明の実践のために要求されない。
【背景技術】
【０００１】
(発明の背景）
位相配列アンテナは、多重放射素子を使用し、無線周波数（ＲＦ）信号を送信、受信、または送受信する。位相配列アンテナは、移動（ＣＯＴＭ）アンテナ、衛星通信（ＳＡＴＣＯＭ）航空用端末、ＳＡＴＣＯＭモバイル通信、およびＳＡＴＣＯＭ地上端末を含む、種々の潜在的可能性において使用されている。モバイル端末の用途は、典型的には、ビームの方位、高度、および偏波を追跡し、車両が移動中、衛星位置を追従可能な自動追跡アンテナの使用を必要とする。さらに、アンテナは、「薄型」、小型、および軽量であるべきであって、それによって、一般的な搭載において遭遇する厳しい空気力学的なおよび質量の制約を充足する。
【０００２】
周知の種類の位相配列アンテナの１つは、電子的に操向可能な位相配列アンテナである。電子的に操向可能な位相配列アンテナは、完全電子操向能力を有し、匹敵する機械的位相配列アンテナよりコンパクトかつ薄型である。完全電子操向の主要な欠点は、アンテナが、通常、多くの高価なアナログＲＦ電子構成要素の一体化を要求し、市販用途に対して、法外にコストを上昇させ得ることである。一般的な電子的に操向可能な位相配列アンテナは、移相器、電力分割器、電力結合器、および直交位相ハイブリッドのアセンブリを備える。加えて、一般的な電子的に操向可能な位相配列は、位相配列内の素子毎に、これらの構成要素のうちの少なくともいくつかを要求し、アーキテクチャのコストおよび複雑性を増加させる。
【０００３】
一般的な従来技術の実施形態では、図１を参照すると、位相配列アンテナ１００は、二重線形信号をハイブリッド連結器１０２（９０°または１８０°）に、次いで、低雑音増幅器１０３、１０４を介して通信する放射素子１０１を備える。さらに、二重直交信号は、電力結合器１０７を通過する前に、移相器１０５、１０６によって、個々に、位相調節される。加えて、位相配列アンテナ内の一般的構成要素は、周波数感応性であって、特定の周波数帯域に対して設計される分散型構成要素である。
【０００４】
移相器は、移相器を通して通信されるＲＦ信号のそれぞれの位相を制御することによって信号のビームを操向するために、位相配列アンテナ内で使用される。一般的なデジタル移相器は、切替え型遅延ラインを使用し、物理的に大きく、その分散型性質のため、狭帯域の周波数にわたって動作する。別の一般的なデジタル移相器は、切替え型遅延ラインと比較してより良好な動作帯域幅を有するが、依然として物理的に大きい切替え型ハイパス／ローパスフィルタアーキテクチャを実装する。
【０００５】
また、移相器は、多くの場合、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）上に作製される。他の材料が使用され得るが、ＧａＡｓは、電子デバイスの良好な性能を提供するように設計および制御されるより高い品質の材料である。しかしながら、他の可能性のある材料より高い品質の材料であることに加え、ＧａＡｓはまた、より高価およびより製造が困難である。一般的な位相配列構成要素は、ＧａＡｓ上の多くの面積を占め、より高いコストをもたらす。さらに、標準的移相器は、一般的には、約ｎ＋１ｄＢの損失（式中、ｎは、移相器内の位相ビットの数である）である高いＲＦ損失を有する。別の従来技術の実施形態は、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチを使用し、より低い損失を有するが、依然として、同様の空間を消費し、概して、モノリシックソリューションと互換性がない。
【０００６】
直交位相ハイブリッドまたは他の位相差発生ハイブリッドは、種々のＲＦ用途において使用される。ある例示的実施形態では、直交位相ハイブリッドは、円形偏波信号、電力結合、または電力分割を発生させるために使用される。ある例示的実施形態では、直交位相ハイブリッドの出力は、等しい振幅および公称９０°の位相差を有する。別の典型的実施形態では、直交位相ハイブリッドは、Ｌａｎｇｅ連結器、分岐線路連結器、および／または同等物等、分散型構造として実装される。マジックＴまたはリングハイブリッド等の１８０°ハイブリッドは、公称１８０°の移相をもたらす。一般に、直交位相ハイブリッドおよび１８０°ハイブリッドは、周波数帯域が限定され、有意な物理的空間を必要とする。加えて、構造は、性質上、分散型であるため、その物理的サイズは、周波数の低下に伴って増加する。さらに、直交位相ハイブリッドおよび１８０°ハイブリッドは、一般的には、ＧａＡｓから成り、電力分割器として使用されると、ハイブリッド当たり約３−４ｄＢのオーダーの付随ＲＦ電力損失を、電力結合器として使用されると、約１ｄＢの付随電力損失を有する。
【０００７】
また、同相電力結合器および同相電力分割器は、種々のＲＦ用途において使用される。ある例示的実施形態では、同相ハイブリッドの出力は、同等振幅および実質的にゼロの位相差を有する。別の例示的実施形態では、電力結合器として構成される同相ハイブリッドの入力は、実質的にゼロの位相差および振幅偏移に遭遇する。従来技術の実施形態では、同相ハイブリッドは、Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ連結器等の分散型構造として実装される。一般に、同相ハイブリッドは、周波数帯域が限定され、有意な物理的空間を要求する。加えて、構造は、性質上、分散型であるため、物理的サイズは、周波数の低下に伴って増加する。同相ハイブリッドは、典型的には、ＧａＡｓから成る。さらに、同相ハイブリッドは、概して、電力分割器として使用されると、ハイブリッド当たり約３−４ｄＢのオーダーの付随ＲＦ電力損失を、電力結合器として使用されると、約１ｄＢの付随ＲＦ電力損失を有する。
【０００８】
位相配列アンテナ内での異なる成分に加え、アンテナ信号は、異なる偏波、すなわち、線形、楕円形、または円形を有することが可能である。線形偏波は、垂直偏波および水平偏波から成る一方、円形偏波は、左旋円偏波（ＬＨＣＰ）および右旋円偏波（ＲＨＣＰ）から成る。楕円形偏波は、円形偏波に類似するが、垂直および水平成分の規模に対して、または垂直と水平成分との間の位相差が９０°以外の値である場合、異なる値を伴って生じる。
【０００９】
従来のアンテナは、ハードウェアに依存する固定偏波を利用する。基本偏波は、概して、衛星端末の設置の際に設定され、その時点で、偏波器ハードウェアの手動構成が、固定される。例えば、偏波器は、概して、ＬＨＣＰまたはＲＨＣＰに対して設定され、適所に締結される。偏波を変更することは、偏波器の締結を解除することを要求し、対向円形偏波に９０°回転させ、次いで、偏波器を再締結することになるであろう。明らかに、これは、多くの周波数において行われることは不可能であって、限定数（約１０、または可能性として、２０）の送受信機のみが、所与の１日において、技術者によって切替え可能である。
【００１０】
一般的な従来技術の単一偏波アンテナと異なり、いくつかのデバイスは、アンテナ端末を分解することなく、偏波を変更するように構成される。実施例として、図２を参照すると、従来技術の実施形態は、偏波間の電子的に命令可能な切替えを提供するための「野球ボール」スイッチを使用する。ブロック図から理解され得るように、「野球ボール」スイッチの回転は、ある信号経路を波路に接続する一方、他の信号経路を終端させることによって、偏波の変更を生じさせる。しかしながら、各「野球ボール」スイッチは、物理的に大きく、独立制御回路網を伴う別個の回転アクチュエータを要求し、この構成が、一般的には、広帯域端末内で使用されないほどデバイスのコストを増加させる。
【００１１】
さらに、別のアプローチは、各偏波に対して、複製の送信および受信ハードウェアを伴うシステムを有することである。偏波選択は、所望の信号の経路を維持し、望ましくない信号を選択から除外することによって達成される。しかしながら、ハードウェアを二重にすることは、端末のコストを大幅に増加させる。さらに別の実施形態では、システムは、固体ダイオードまたはＦＥＴベースのスイッチを実装し得る。これらの電子構成要素の使用は、マイクロ波およびミリ波用途において、高損失および限定された電力処理をもたらし得る。これらの代替は、位相配列および低コスト市販用途を含む、大部分の用途に対して、サイズ、電力、および法外なコストがかかる。
【００１２】
加えて、典型的位相配列アンテナは、一度に単一のビームのみを形成し、多くの場合、偏波の切替えが不可能である。追加のビームを形成し、および／または同一の放射開口からの偏波切替え能力を有するために、追加の移相および電力分割または構成要素結合が、放射素子毎に要求される。これらの追加の構成要素は、一般的には、性質上、分散型であって、有意な物理的空間を要求し、損失が多く、比較的に狭い周波数帯域にわたってのみ動作する。これらの理由から、多重周波数帯域にわたって動作可能な偏波敏捷な多重ビーム位相配列アンテナは、実際は、実現が困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、周波数限定または偏波特定ではなく、異なる偏波に対して再構成可能であって、多重周波数にわたって送信および／または受信可能であり、多重ビームを形成する位相配列アンテナアーキテクチャの必要性が存在する。さらに、アンテナアーキテクチャは、付随ＲＦ損失を伴わずに、種々の材料上で製造可能であるべきである。また、類似能力の従来技術アーキテクチャより少ない空間を使用し、モノリシック実装に好適であって、動作周波数から独立した物理的サイズを伴う構成要素を有する位相配列アンテナの必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
能動的位相配列アーキテクチャは、電子的に操向可能な位相配列アンテナを動作させるために要求される必要機能のために、従来の分散型かつＧａＡｓ実装に取って代わり得る。アーキテクチャは、能動型のベクトル発生器、電力分割器、電力結合器、および／またはＲＦハイブリッドを新規方式において結合し、二重偏波フィードを有する放射素子によって実現可能な広範囲のアンテナ用途に対して、完全または実質的モノリシックソリューションを実現する。
【００１５】
概して、能動的アンテナ偏波器は、ＲＦ信号を処理するためのデジタル的に制御された能動的実装である。例示的受信実施形態によると、位相配列放射素子を通して通信される、ＲＦ信号の偏波および振幅は、２つのベクトル発生器を並列に動作させ、空間的直交態様で２つのベクトル発生器の一方または両方の出力信号を放射素子にフィードすることによって調節可能である。位相配列アンテナは、偏波間を電気的に変更する、および／またはビーム操向をサポートするように構成される。例えば、位相配列アンテナは、線形偏波、楕円形偏波、および円形偏波間を交互し得る。例示的実施形態によると、これらの異なる偏波で動作するために、ベクトル発生器は、アンテナ信号の相対位相を制御する。ある例示的実施形態では、基本的な送信実施形態および受信実施形態は、任意の周波数帯域において異なる偏波を伴って使用される。
【００１６】
ある例示的実施形態では、能動的アンテナ偏波器は、ＲＦ信号を送信または受信するように構成され得る位相配列アンテナの一部である。一実施形態では、能動的アンテナ偏波器は、線形偏波を伴う信号を通信する。別の実施形態では、能動的アンテナ偏波器は、二重偏波を伴う信号を通信する。さらに別の実施形態では、差動信号は、線形偏波または二重偏波のいずれかを使用して通信され得る。さらに、二重偏波フィードの実装は、位相配列の動作を促進し、偏波は、サブ配列または素子ベースで静的または動的に制御可能である。
【００１７】
ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、多重放射素子と通信する、多重サブ回路を備える。無線周波数信号は、偏波制御およびビーム操向の両方のために調節される。受信実施形態では、多重ＲＦ信号は、受信され、少なくとも１つの受信ビーム出力に結合される。送信実施形態では、少なくとも１つの送信ビーム入力は、分割され、多重放射素子を通して送信される。
【００１８】
ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、多重動作周波数帯域にわたって、マルチビーム形成を提供する。位相配列アンテナは、従来の分散型構成要素およびＧａＡｓ機能を能動的構成要素と置換し、電子的に操向可能な多重ビーム位相配列アンテナを動作させる。能動的構成要素の広帯域性質は、多重周波数帯域にわたって、同時に動作を可能にする。さらに、アンテナ偏波は、サブ配列または放射素子レベルで静的または動的に制御され得る。
【００１９】
例示的な位相配列アンテナの利点として、システムの容量および柔軟性の向上が挙げられる。さらに、多重周波数帯域にわたって、操作可能なアンテナは、システムの可用性を最適化する。本システムは、モバイル用途、または多重システムが所望される固定位置用途に実装され得る。また、単一アンテナは、多重システムおよび／またはユーザと通信可能であって、容量および可用性の向上を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明のより完全な理解は、図面（同一参照番号は、図面を通して、類似素子を指す）と併せて検討される場合、発明を実施するための形態および請求項を参照することによって導出されるであろう。
【図１】図１は、位相配列アンテナ素子および制御電子機器の従来技術実施例を例証する。
【図２】図２は、偏波切替を伴う、アンテナの従来技術実施例を例証する。
【図３】図３は、能動的電力分割器の例示的実施形態を例証する。
【図４】図４は、能動的電力結合器の例示的実施形態を例証する。
【図５】図５は、能動的ベクトル発生器の例示的実施形態を例証する。
【図６】図６は、能動的ＲＦハイブリッドの例示的実施形態を例証する。
【図７】図７は、能動的アンテナ信号偏波器の例示的実施形態を例証する。
【図８】図８は、送信モードのための水平線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図９】図９は、送信モードのための二重線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図１０】図１０は、受信モードのための水平線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図１１】図１１は、受信モードのための二重線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図１２】図１２は、差動的にフィードされる送信モードのための水平線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図１３】図１３は、差動的にフィードされる送信モードのための二重線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図１４】図１４は、差動的にフィードされる受信モードのための水平線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図１５】図１５は、差動的にフィードされる受信モードのための二重線形偏波を伴う、位相配列アンテナの例示的実施例を例証する。
【図１６】図１６は、１−ビーム、４−素子送信機として構成される、位相配列集積回路の例示的実施例を例証する。
【図１７】図１７は、１−ビーム、４−素子受信機として構成される、位相配列集積回路の例示的実施例を例証する。
【図１８】図１８は、２−ビーム、４−素子受信機として構成される、位相配列集積回路の例示的実施例を例証する。
【図１９】図１９は、２−ビーム、４−素子送信機として構成される、位相配列集積回路の例示的実施例を例証する。
【図２０】図２０は、４−ビーム、４−素子受信機として構成される、位相配列集積回路の例示的実施例を例証する。
【図２１】図２１は、４−ビーム、４−素子送信機として構成される、位相配列集積回路の例示的実施例を例証する。
【図２２】図２２は、２−ビーム、４−素子受信機として構成される、位相配列集積回路の別の例示的実施形態を例証する。
【図２３】図２３は、マルチビームアーキテクチャの例示的実施例を例証する。
【図２４】図２４は、二重偏波マルチビーム受信アーキテクチャの例示的実施例を例証する。
【図２５】図２５は、二重偏波マルチビーム受信アーキテクチャの別の例示的実施形態を例証する。
【図２６】図２６は、二重偏波マルチビーム送信アーキテクチャの例示的実施例を例証する。
【図２７】図２７は、二重偏波マルチビーム送信アーキテクチャの別の例示的実施形態を例証する。
【図２８】図２８は、色分布の例示的実施形態を例証する。
【図２９】図２９Ａ〜２９Ｃは、例示的実施形態による、種々の衛星スポットビーム多色アジリティ方法を例証する。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
当業者が本発明を実践可能となるよう十分に詳細に、例示的実施形態が、本明細書に説明されるが、他の実施形態が、実現され得、論理的材料、電気的および機械的変更が、発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることを理解されたい。したがって、以下の発明を実施するための形態は、例証目的のためだけに提示される。
【００２２】
電子的に操向可能な位相配列アンテナは、種々のシナリオにおいて使用され得る。例えば、位相配列アンテナは、ＣＯＴＭアンテナ、ＳＡＴＣＯＭ航空用端末、ＳＡＴＣＯＭモバイル通信、およびＳＡＴＣＯＭ地上端末内に実装され得る。ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、バラン、電力分割器、電力結合器、ハイブリッド、およびベクトル発生器等のブロックを構築する種々の能動的構成要素のレイアウトを備える。本願を通して、種々の例示的実施形態において、「能動的電力分割器、ベクトル発生器、および能動的電力結合器」について参照され得るが、全３つのデバイスとは対照的に、それらのデバイスのうちの１つ以上のみ、種々の実施形態において使用され得る。
【００２３】
位相配列アンテナは、概して、偏波構成要素を有する各放射素子を伴う、多重放射素子を備える。ある例示的実施形態では、放射素子は、空間的に直交の線形偏波、空間的かつ電気的に直交の円形偏波、または空間的に直交であるが、電気的に非直交の楕円形偏波を有する。ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、種々の構成要素を備える。種々の構成要素は、ベクトル発生器、能動的電力分割器、能動的電力結合器、または同等物を含み得る。さらに、ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、パッチアンテナを備える。パッチアンテナが、図に例証され、本明細書に説明されるが、他の種類の放射素子が、実装され得る。そのような放射素子は、フラグメント放射体（ｆｒａｇｍｅｎｔｅｄ ｒａｄｉａｔｏｒ）、フィードホーンアンテナ、スロットアンテナ、および同等物を含む。
【００２４】
ある例示的実施形態では、各放射素子は、２つのフィードポートを有し、平衡化されていないフィードシステムをもたらす。さらに別の例示的実施形態では、各放射素子は、３つのフィードポートを有し、部分的に平衡化されたフィードシステムをもたらす。別の例示的実施形態では、各放射素子は、４つのフィードポートを有し、完全に平衡化されたフィードシステムをもたらす。
【００２５】
ある例示的実施形態では、２つのフィードポートを伴う、位相配列アンテナは、異なる偏波を発生および制御するように構成される。例示的偏波状態は、単一円形偏波状態、単一楕円形偏波状態、単一線形偏波状態、および２つの直交線形偏波状態を含む。
【００２６】
放射素子は、ＲＦ集積回路（ＲＦＩＣ）と通信状態にあり得る。ある例示的実施形態では、ＲＦＩＣは、基本偏波を他の直交偏波状態に分割、改変、および再結合するように構成される。加えて、ＲＦＩＣ内の純偏波状態に対応するＲＦ信号は、配列のビーム形成ネットワーク内でさらに結合され得る。
【００２７】
能動的分割器：図３は、例示的能動的電力分割器の略図を例証する。ある例示的実施形態では、能動的電力分割器３００は、差動入力サブ回路３１０、第１の差動出力サブ回路３２０、および第２の差動出力サブ回路３３０を備える。差動入力サブ回路３１０は、共通エミッタノードを伴う、対合トランジスタ３１１、３１２を有し、差動増幅器において典型的であるように、一定電流バイアスされる。入力信号は、差動入力サブ回路３１０内の対合トランジスタ３１１、３１２のベースに通信される。第１および第２の差動出力サブ回路３２０、３３０は両方とも、共通ベースノードを伴う、一対のトランジスタを備え、各共通ベースは、接地に接続される。
【００２８】
第１の差動出力サブ回路３２０は、入力サブ回路トランジスタ３１２のうちの一方のコレクタに接続される、第１のトランジスタ３２１のエミッタを有する。第２の出力サブ回路トランジスタ３２２のエミッタは、他方の入力サブ回路トランジスタ３１１のコレクタに接続される。例示的実施形態では、第１の出力は、第１の差動出力サブ回路３２０のトランジスタ３２１、３２２のコレクタから導出される。さらに、第２の差動出力サブ回路３３０は、同様に接続されるが、トランジスタ３３１、３３２のエミッタは、トランジスタ３２１、３２２に対して、入力サブ回路トランジスタ３１１、３１２コレクタに逆に接続される。
【００２９】
第１の差動出力サブ回路と第２の差動出力サブ回路との間で、入力サブ回路トランジスタコレクタ接続を逆にすることによって、第１の出力および第２の出力は、互に対して、約１８０°位相がずれる。別の例示的実施形態では、トランジスタ３３１、３３２のエミッタは、入力サブ回路トランジスタ３１１、３１２のコレクタに逆に接続されず、第１の出力および第２の出力を互に対して略同相にさせる。一般に、電力分割器を通る出力信号の絶対移相は、第１と第２の出力信号との間の相対位相ほど重要ではない。
【００３０】
ある例示的実施形態では、能動的電力分割器３００は、入力ＲＦ信号を２つの出力信号に変換する。出力信号レベルは、振幅が等しくあり得るが、これは、必須ではない。従来技術の受動的電力分割器の場合、各出力信号は、入力信号より約３ｄＢ電力が低いであろう。対照的に、能動的電力分割器３００等の例示的能動的分割器は、利得を提供可能であって、入力信号と出力信号との間の相対電力レベルは、調節可能であって、選択的に設計可能である。ある例示的実施形態では、出力信号は、入力信号に対して、実質的に不変または正の電力利得を達成するように構成される。例えば、出力信号は、入力信号に対して、３ｄＢの信号電力利得を達成し得る。ある例示的実施形態では、出力信号は、０ｄＢ乃至５ｄＢ範囲内の電力利得を達成し得る。さらに、出力信号は、任意の好適な電力利得を達成するように構成され得る。
【００３１】
例示的実施形態によると、能動的電力分割器３００は、ゼロまたは実質的にゼロである、２つの信号間に位相差を伴う、出力信号を生成する。動的電力分割器を通した出力信号の絶対移相は、出力信号間の差動位相ほど重要ではないことがある。
【００３２】
別の例示的実施形態では、加えて、能動的電力分割器３００は、入力および出力ポートにおいて、整合インピーダンスを提供する。整合インピーダンスは、５０オーム、７５オーム、または他の好適なインピーダンスであり得る。さらに、ある例示的実施形態では、能動的分割器３００は、能動的電力分割器の出力ポート間に絶縁を提供する。一例示的実施形態では、能動的電力分割器３００は、分散型構成要素がないことによって、動作周波数から独立したコンパクトサイズを伴う、無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）として製造される。
【００３３】
能動的結合器：ある例示的実施形態では、かつ図４を参照すると、能動的電力結合器４００は、第１の差動入力サブ回路４１０、第２の差動入力サブ回路４２０、シングルエンド出力サブ回路４３０、および差動出力サブ回路４４０を備える。各差動入力サブ回路４１０、４２０は、２つの対のトランジスタを含み、各差動入力サブ回路４１０、４２０の各トランジスタは、差動増幅器において典型的であるように、一定電流バイアスを伴う共通エミッタノードを有する。
【００３４】
第１の入力信号は、第１の差動入力サブ回路４１０内のトランジスタのベースに通信される。例えば、入力信号Ｉｎ１の第１のラインは、第１の差動入力サブ回路４１０内の各トランジスタ対の一方のトランジスタに提供され、入力信号Ｉｎ１の第２のラインは、各トランジスタ対の他方のトランジスタに提供される。同様に、第２の入力信号は、第２の差動入力サブ回路４２０内のトランジスタのベースに通信される。例えば、入力信号Ｉｎ２の第１のラインは、第１の差動入力サブ回路４２０内の各トランジスタ対の一方のトランジスタに提供され、入力信号Ｉｎ２の第２のラインは、各トランジスタ対の他方のトランジスタに提供される。さらに、ある例示的実施形態では、差動出力信号は、第１および第２の差動入力サブ回路４１０、４２０内のトランジスタのコレクタからの信号の組み合わせによって形成される。
【００３５】
ある例示的実施形態では、能動的電力結合器４００は、２つの入力ＲＦ信号を単一出力信号に変換する。出力信号は、シングルエンド出力サブ回路４３０におけるシングルエンド出力、または差動出力サブ回路４４０における差動出力のいずれかであることが可能である。言い換えると、能動的電力結合器４００は、能動的電力分割器３００の逆の機能を果たす。入力信号レベルは、任意の振幅および位相であることが可能である。能動的電力分割器と同様に、能動的電力結合器４００は、利得を提供可能であって、入力と出力との間の相対電力レベルもまた、調節可能であって、選択的に設計可能である。ある例示的実施形態では、出力信号は、入力信号に対して、実質的に不変または正の信号電力利得を達成する。例えば、出力信号は、入力信号に対して、３ｄＢの電力利得を達成し得る。ある例示的実施形態では、出力信号は、０ｄＢ乃至５ｄＢ範囲内の電力利得を達成し得る。さらに、出力信号は、任意の好適な電力利得を達成し得る。
【００３６】
ある例示的実施形態では、加えて、能動的電力結合器４００は、入力および出力ポートにおいて、整合インピーダンスを提供する。整合インピーダンスは、５０オーム、７５オーム、または他の好適なインピーダンスであり得る。さらに、ある例示的実施形態では、能動的電力結合器４００は、電力結合器の入力ポート間に絶縁を提供する。一例示的実施形態では、能動的電力結合器４００は、分散型構成要素がないことによって、動作周波数から独立したコンパクトサイズを伴う、ＲＦＩＣとして製造される。
【００３７】
ベクトル発生器：ある例示的実施形態では、ベクトル発生器は、ＲＦ入力信号を、所望のレベルに位相および／または振幅が偏移される、出力信号（時として、出力ベクトルとも称される）に変換する。これは、典型的な移相器の機能に取って代わり、振幅制御の能力を追加する。言い換えると、ベクトル発生器は、規模および位相制御回路である。例示的実施形態では、ベクトル発生器は、ＲＦ入力信号を直交位相ネットワークにフィードし、約９０°位相が異なる２つの出力信号をもたらすことによって、本機能を達成する。２つの出力信号は、並列象限選択回路に、次いで、並列可変利得増幅器（ＶＧＡ）を通して、フィードされる。ある例示的実施形態では、象限選択回路は、コマンドを受信し、それらの間に追加の相対移相を伴わずに、出力信号をパスするか、あるいは追加の１８０°によって出力信号の一方または両方を反転するように構成され得る。本方式では、３６０°連続の４つすべての可能性のある象限が、両直交信号に利用可能である。電流加算器から結果として生じる合成出力信号は、振幅および位相のうちの少なくとも１つにおいて変調される。
【００３８】
例示的実施形態によると、かつ図５を参照すると、ベクトル発生器５００は、受動的Ｉ／Ｑ発生器５１０、第１のＶＧＡ５２０および第２のＶＧＡ５２１、それぞれ、位相反転切替のために構成される、第１の象限選択５３０および第２の象限選択５３１、ならびに電流加算器５４０を備える。第１の象限選択５３０は、Ｉ／Ｑ発生器５１０および第１のＶＧＡ５２０と通信状態にある。第２の象限選択５３１は、Ｉ／Ｑ発生器５１０および第２のＶＧＡ５２１と通信状態にある。さらに、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器５００は、第１のデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）５６０および第２のＤＡＣ５６１を制御する、デジタルコントローラ５５０を備える。第１および第２のＤＡＣ５６０、５６１は、それぞれ、第１および第２のＶＧＡ５２１、５２０を制御する。加えて、デジタルコントローラ５５０は、第１および第２の象限選択５３０、５３１を制御する。
【００３９】
ある例示的実施形態では、ベクトル発生器５００は、ＲＦ信号を２つの別個のベクトル、同相（Ｉ）ベクトルおよび直交位相（Ｑ）ベクトルに分割することによって、ＲＦ信号の位相および振幅を制御する。一実施形態では、ＲＦ信号は、差動的に通信される。差動ＲＦ信号通信は、ベクトル発生器５００全体を通してであり得、またはベクトル発生器５００の種々の部分に限定され得る。別の例示的実施形態では、ＲＦ信号は、非差動的に通信される。ＩベクトルおよびＱベクトルは、並行して処理され、それぞれ、第１および第２の象限選択５３０、５３１によって行われる、位相反転切替を通過する。位相反転スイッチの得られる出力として、４つの可能性のある信号を備える。すなわち、非反転Ｉ、反転Ｉ、非反転Ｑ、および反転Ｑである。このように、フェーザ図の全４つの象限は、ＶＧＡ５２０、５２１によるさらなる処理のために利用可能である。ある例示的実施形態では、４つの可能性のある信号である、非反転Ｉ、反転Ｉ、非反転Ｑ、および反転Ｑのうちの２つは、２つの選択された信号が、電流加算器５４０内で結合され、合成ＲＦ信号を形成するまで、それぞれ、ＶＧＡ５２０、５２１を通して処理される。電流加算器５４０は、位相および振幅調節を伴う、合成ＲＦ信号を出力する。ある例示的実施形態では、合成ＲＦ信号は、差動信号形態にある。別の例示的実施形態では、合成ＲＦ信号は、シングルエンド形態にある。
【００４０】
ある例示的実施形態では、象限偏移およびＶＧＡ機能の制御は、一対のＤＡＣによって提供される。ある例示的実施形態では、デジタルコントローラ５５０の再構成は、適切なＤＡＣ分解能および自動利得制御（ＡＧＣ）動的範囲が存在する場合、ベクトル発生器５００が加工された後、位相ビット数をデジタル的に制御可能にする。適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲を伴う、ある例示的実施形態では、任意の所望のベクトル位相および振幅は、デジタル制御を使用して、選択可能な精密量子化ステップによって生成可能である。別の例示的実施形態では、ＤＡＣ５６０、５６１の再構成が、ベクトル振幅の調節を促進するために、ベクトル発生器５００が加工された後、為されることが可能である。
【００４１】
能動的ＲＦハイブリッド：ある例示的実施形態では、かつ図６を参照すると、能動的ＲＦハイブリッド６００は、第１の能動的電力分割器６１０、第２の能動的電力分割器６１１、第１のベクトル発生器６２０、第２のベクトル発生器６２１、第１の能動的電力結合器６３０、第２の能動的電力結合器６３１、第１のデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）６４０、および第２のＤＡＣ６４１を備える。例示的実施形態によると、第１の能動的電力分割器６１０は、ポート１において、入力を受信し、入力を第１のベクトル発生器６２０および第２の能動的電力結合器６３１に通信する。同様に、第２の能動的電力分割器６１１は、ポート２において、入力を受信し、入力を第２のベクトル発生器６２１および第１の能動的電力結合器６３０に通信する。ベクトル発生器６２０、６２１は、それぞれのＤＡＣ６４０、６４１によって、部分的に制御される。ある例示的実施形態では、４−ビットＤＡＣが使用されるが、任意のビット数が使用され得る。
【００４２】
さらに、第１のベクトル発生器６２０の出力は、第１の能動的電力結合器６３０に通信され、第２のベクトル発生器６２１の出力は、第２の能動的電力結合器６３１に通信される。例示的実施形態では、第１の能動的電力結合器６３０は、第１のベクトル発生器６２０および第２の能動的電力分割器６１１から、入力を受信し、信号をポート３に出力する。同様に、第２の能動的電力結合器６３１は、第２のベクトル発生器６２１および第１の能動的電力分割器６１０から、入力を受信し、信号をポート４に出力する。
【００４３】
能動的ＲＦハイブリッド６００は、分岐線路連結器、Ｌａｎｇｅ連結器、方向性連結器、または１８０°ハイブリッド等の種々の分散型構成要素に取って代わるために使用され得る。例示的実施形態によると、能動的ＲＦハイブリッドは、従来の分散型ハイブリッドと比較して、類似機能性を提供する。例えば、能動的ＲＦハイブリッド６００は、９０°、１８０°、またある他の位相差であり得る、出力ポート間に可変位相差を有するように、動的にように構成され得る。別の実施例は、能動的ＲＦハイブリッド６００が、入力／出力ポートにおいて、ポート間絶縁および整合インピーダンスを提供するものである。能動的ＲＦハイブリッドに関する追加の情報は、同日に出願された米国特許出願「ＡＣＴＩＶＥ ＲＦ ＨＹＢＲＩＤＳ」（代理人整理番号第３６９５６．７２００号）に開示されており、参照することによって、本明細書に組み込まれる。
【００４４】
さらに、能動的ＲＦハイブリッド６００は、従来の受動的分散型ハイブリッドに対する種々の利点を有する。ある例示的実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド６００は、電力損失をもたらさないが、代わりに、利得を有する、または少なくとも利得不変である。別の例示的実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド６００は、分散型素子に依存せず、非常に広い帯域幅にわたって動作可能である。さらに別の例示的実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド６００は、例示的能動的位相配列アーキテクチャにおいて使用されるのと同じ構築ブロック構成要素を実装する。一例示的実施形態では、能動的ＲＦハイブリッド６００は、分散型構成要素がないことによって、動作周波数から独立したコンパクトサイズを伴う、ＭＭＩＣとして製造される。
【００４５】
上述の構成要素は、種々の位相配列アンテナ実施形態に実装され得る。種々の位相配列アンテナ実施形態は、送信または受信実施形態、ビームの数、線形、円形、および楕円形を含む、異なる偏波、ならびにシングルエンド信号または差動的にフィードされる信号の使用に関する変形例を含む。
【００４６】
ある例示的実施形態では、電子的に操向可能な位相配列アンテナは、放射素子配列、能動的ベクトル発生器、およびＤＡＣを備える。一例示的実施形態では、ＤＡＣは、多数の構成において、位相配列アンテナを動作させるように再構成可能である。例えば、位相配列アンテナは、多重周波数帯域をサポートし、異なる偏波種類間で変化するように再プログアム可能である。再構成は、アンテナアーキテクチャが加工された後に行うことが可能である。
【００４７】
例示的実施形態によると、位相配列アンテナは、モノリシックソリューションにおいて、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）上に製造される、能動的構成要素を備える。ＧａＡｓ、シリコン、あるいは現在周知または今後考案される他の好適な材料等、他の材料が使用され得る。能動的構成要素を使用するモノリシックＳｉＧｅ実施形態は、より低いコスト、より小さい物理的サイズ、より広い動作帯域幅、および電力損失ではなく、電力利得を提供する能力を含め、従来技術における分散型／受動的ネットワークに対するある利点をもたらす。
【００４８】
加えて、位相配列アーキテクチャに応じて、従来技術実施形態に対する他の利点も可能である。利点のうちのいくつかとして、分散型構造が要求されないため、広範に及ぶシステムの柔軟性および非常にコンパクトなアンテナシステムが挙げられる。一実施形態では、位相配列アーキテクチャの制御機能構成要素のサイズは、コンパクトであって、動作周波数から独立している。さらに、いくつかの実施形態は、差動信号伝達を採用し、ＲＦ信号がアナログ形態にある時、信号絶縁を改善する。
【００４９】
主要な利点のうちのいくつかとして、ＲＦ信号は、アンテナシステムを通して通知される際、受動的従来技術システムにおいて生じる損失ではなく、不変または若干正の利得を受けることが挙げられる。別の利点は、アンテナシステムが、帯域制限されないことである。言い換えると、アンテナシステムは、Ｘ、Ｋ、Ｋｕ、Ｋａ、およびＱ帯域を含む、すべての周波数帯域に適用可能である。さらに、ある例示的実施形態では、アンテナシステムは、製造または設置後、第１の周波数範囲で動作し、続いて、第１の周波数範囲と等しくない第２の周波数範囲で動作するように構成される。別の例示的実施形態では、アンテナシステムは、第１の周波数範囲および第２の周波数範囲で同時に動作するように構成される。ある例示的実施形態では、マルチバンドアンテナは、製品として、実践的選択肢である。
【００５０】
また、アンテナシステムの再構成可能性も、利点である。これは、製品寿命全体にわたって、位相ビット数の再構成可能、製品寿命全体にわたって、システムの振幅テーパを再構成可能、および製品寿命全体にわたって、システム偏波を再構成可能な能力を含む。
【００５１】
以下に説明されるのは、種々の特定の位相配列アンテナシステム実施形態である。実施形態は、偏波、送信または受信モード、および差動信号伝達が実装されるかどうかの観点において異なる。
【００５２】
能動的アンテナ偏波器：概して、能動的アンテナ偏波器は、ＲＦ信号を処理するためのデジタル的に制御された能動的実装である。例示的実施形態によると、位相配列放射素子の偏波および振幅は、２つのベクトル発生器を並行して動作させ、空間的直交方式において、２つのベクトル発生器の両出力信号を放射素子にフィードすることによって調節可能である。位相配列アンテナは、偏波間を電気的に変化するように構成される。例えば、位相配列アンテナは、線形偏波と円形偏波との間を交互し得る。第１の実施形態では、システムは、単一ベクトル発生器を使用して、放射素子を駆動させることによって、線形偏波を達成する。第２の実施形態では、システムは、２つのベクトル発生器を使用して、相互から電気的に９０°位相がずれた２つのベクトルによって、空間的直交方式において、放射素子を駆動することによって、円形偏波を達成する。第３の実施形態では、システムは、２つのベクトル発生器を使用して、互に対して９０°以外の値だけ電気的に位相がずれた２つのベクトルによって、空間的直交方式において、放射素子を駆動することによって、楕円形偏波を達成する。
【００５３】
ある例示的実施形態では、能動的アンテナ偏波器は、別々の能動的構成要素を備える。別の例示的実施形態では、能動的偏波器は、能動的構成要素のモノリシックソリューションを備える。さらに別の例示的実施形態では、能動的アンテナ偏波器は、別々の構成要素およびモノリシックソリューションの組み合わせを備える。
【００５４】
ある例示的実施形態では、かつ図７を参照すると、送信用能動的アンテナ偏波器７００は、能動的電力分割器７１０、２つのベクトル発生器７２０、７２１、および２つのＤＡＣ７３０、７３１を備える。ＲＦ入力信号は、能動的に分割され、２つの並列のベクトル発生器７２０、７２１を通して、送信される。ベクトル発生器７２０、７２１は、それぞれ、ＤＡＣ７３０、７３１によって、制御され、各ベクトル発生器は、線形出力信号を生成する。これらの２つの線形出力は、放射素子の空間的直交フィードポート（図示せず）を励起／駆動するために使用可能である。
【００５５】
送信用能動的アンテナ偏波器７００は、種々の異なる位相配列アンテナアーキテクチャに実装されるように構成される、基本的送信実施形態とみなされ得る。ある例示的実施形態では、基本的送信実施形態は、任意の周波数帯域において、異なる偏波を伴って使用される。例えば、以下に説明されるように、基本的送信実施形態は、ビーム操向、および、線形偏波、円形偏波、または楕円形偏波において送信する位相配列アンテナのうちの少なくとも１つのための基本として使用され得る。例示的実施形態によると、これらの異なる偏波において動作するために、ベクトル発生器７２０、７２１は、アンテナ信号の位相を制御する。別の実施形態では、ベクトル発生器７２０、７２１は、偏波制御と併せて、ビーム操向のために構成される。
【００５６】
ある例示的実施形態では、ＤＡＣ７３０、７３１の再構成は、適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲が存在する場合、送信用能動的アンテナ偏波器７００が加工された後、位相ビット数をデジタル的に制御可能である。適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲を伴う、ある例示的実施形態では、任意の所望のベクトル位相および振幅は、デジタル制御を使用して、選択可能な精密量子化ステップによって生成可能である。別の例示的実施形態では、ＤＡＣ７３０、７３１の再構成は、信号振幅の調節を促進するために、送信用能動的アンテナ偏波器７００が加工された後、行うことが可能である。
【００５７】
また、アンテナシステムの再構成可能性も、利点である。ある例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、ＤＡＣにおける位相ビット数を再構成する能力を含む。別の例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、システムの振幅テーパを再構成可能である。さらに別の例示的実施形態では、アンテナシステムは、製品寿命全体にわたって、システム偏波を再構成可能である。さらに、適切なＤＡＣ分解能およびＡＧＣ動的範囲を伴う、ある例示的実施形態では、任意の所望のベクトル位相および振幅は、デジタル制御を使用して、選択可能な精密量子化ステップよって生成可能である。
【００５８】
ある例示的実施形態では、ベクトル発生器は、ソフトウェアおよびデジタルハードウェアによって制御され、アンテナ偏波は、ソフトウェア定義可能である。言い換えると、ソフトウェアは、ＤＡＣまたは他のデジタル制御を介して、ベクトル発生器の動作パラメータを修正することによって、アンテナ偏波を制御するために実装され得る。動作パラメータとして、例えば、ベクトル発生器の出力間の相対位相を含み得る。ある例示的実施形態では、ソフトウェアは、ＤＡＣをプログラムし、所望の位相関係を達成することによって、位相変化を制御する。さらに、ある例示的実施形態では、アンテナから放射されるエネルギーの偏波は、リアルタイムで制御される。これは、完全電子的技法をもたらし、ソフトウェアは、二重偏波フィードアンテナの偏波の連続動的調節を可能にする。
【００５９】
受信用能動的アンテナは、既述のように、送信用能動的アンテナに類似する。ある例示的実施形態では、２つのＲＦ入力信号が、放射素子から通信される。２つのＲＦ入力信号は、能動的結合器によって結合される前に、２つのベクトル発生器を通して、並行して処理される。受信用能動的アンテナ偏波器は、種々の異なる位相配列アンテナアーキテクチャに実装されるように構成される、基本的受信実施形態とみなされ得る。ある例示的実施形態では、基本的受信実施形態は、任意の周波数帯域において、異なる偏波を伴って使用される。例えば、基本的受信実施形態は、ビーム操向、および、線形偏波、円形偏波、または楕円形偏波において受信する位相配列アンテナのうちの少なくとも１つのための基本として使用され得る。例示的実施形態によると、これらの異なる偏波で動作するために、ベクトル発生器は、本明細書に説明されるように、アンテナ信号の位相を制御する。
【００６０】
例示的実施形態によると、能動的アンテナ偏波器は、二重偏波フィードを伴う放射素子を使用して、アンテナの偏波を動的に変更するように構成される。さらに、ある例示的実施形態では、アンテナは、偏波と関連付けられた性能特性を最適化するために、サブ配列または個々の素子ベースでアンテナの偏波を静的または動的に制御するように構成される。そのような偏波付随特性の実施例として、偏波損失要因および偏波効率を含む。ある例示的実施形態では、二重偏波フィードの使用は、性能最適化を促進する。例えば、ある例示的実施形態では、最大信号レベルは、最適レベルが設定されるまで、予測値の周囲で偏波を変動ささせることによって得られ得る。予測値と最適値との間の差異は、種々の要因によって生じ得る。例えば、物体が、信号経路内に存在し得る。別の実施例として、製造公差は、あまり最適ではない位置にある物理的構造をもたらし得る。さらに別の実施例では、悪天候は、別の偏波より性能が良好なある偏波をもたらし得る。言い換えると、例示的アンテナは、製造公差、天候、推測される物体、および同等物を補償するために、偏波を調節するように構成される。ある例示的実施形態では、偏波掃引は、信号識別のために使用可能な異なる信号を受信するために行われる。
【００６１】
図８は、線形偏波を伴う信号を送信するように構成される、位相配列アンテナ８００の例示的実施形態を示す。位相配列アンテナ８００は、能動的電力分割器８１０、第１のベクトル発生器８２０、第２のベクトル発生器８２１、第１のＤＡＣ８３０、および第２のＤＡＣ８３１を備える。位相配列アンテナ８００は、放射素子８０１を励起する第１のベクトル発生器８２０の出力信号および放射素子８０１と通信状態にない第２のベクトル発生器８２１を伴う、基本的送信実施形態である。代替であるが、類似実施形態では、第２のベクトル発生器８２１は、放射素子８０１と通信状態にない第１のベクトル発生器８２０によって、放射素子８０１を励起する。加えて、放射素子８０１は、「水平」配向または「垂直」配向を有することが可能である。例示的実施形態では、２つのベクトル発生器８２０、８２１を伴う、基本的送信実施形態は、標準的アーキテクチャが、多数のアンテナ種類において使用され得ることを実証するために実装される。これは、同一の基礎となる構成要素が、異なるよりカスタマイズされた構成要素の代わりに使用されるため、コスト効率を可能にする。
【００６２】
別の例示的実施形態では、線形偏波を伴う信号を送信するように構成される、位相配列アンテナは、１つのベクトル発生器および制御ＤＡＣのみ備える。当業者が理解するように、１つのベクトル発生器出力のみ操作する、本明細書に説明される実施形態は、単一ベクトル発生器のみ備えることが可能である。言い換えると、一実施形態では、位相配列アンテナ８００は、第１のベクトル発生器８２０を備えるが、第２のベクトル発生器８２１または能動的電力分割器８１０を備えていない。
【００６３】
対照的に、二重線形偏波アンテナは、２つの信号を放射素子に通信する。ある例示的実施形態では、かつ図９を参照すると、位相配列アンテナ９００は、二重線形偏波を伴う信号を送信するように構成される。位相配列アンテナ９００は、能動的電力分割器９１０、第１のベクトル発生器９２０、第２のベクトル発生器９２１、第１のＤＡＣ９３０、および第２のＤＡＣ９３１を備える。位相配列アンテナ９００は、水平および垂直配向の両方に、放射素子９０１を励起する２つのベクトル発生器出力信号を伴う、基本的送信実施形態である。さらに、ベクトル発生器９２０、９２１の出力信号は、２つの信号間に任意の相対位相を有することが可能である。円形偏波実施形態では、ベクトル発生器９２０の出力信号は、放射素子９０１を励起する際、ベクトル発生器９２１の出力信号と＋／−９０°相対位相差を有する。楕円形偏波を伴う、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器９２０の出力信号は、放射素子９０１を励起する際、ベクトル発生器９２１の出力信号と＋／−９０°以外の相対位相差を有する。
【００６４】
図１０は、線形偏波を伴う信号を受信するように構成される、位相配列アンテナ１０００の例示的実施形態を示す。位相配列アンテナ１０００は、能動的電力結合器１０１０、第１のベクトル発生器１０２０、第２のベクトル発生器１０２１、第１のＤＡＣ１０３０、および第２のＤＡＣ１０３１を備える。位相配列アンテナ１０００は、基本的受信実施形態であって、ベクトル発生器１０２０、１０２１のうちの一方は、放射素子１００１から能動的電力結合器１０１０に信号を通信し、ベクトル発生器１０２０、１０２１の他方は、放射素子１００１と通信状態にない。加えて、放射素子１００１は、水平または垂直配向を有することが可能である。
【００６５】
別の例示的実施形態では、位相配列アンテナは、線形偏波を伴う信号を受信するように構成され、１つのベクトル発生器および対応する制御ＤＡＣのみを備える。当業者に周知であろうように、１つのベクトル発生器出力のみ操作する、本明細書に説明される種々の実施形態は、１つのベクトル発生器のみ備え得る。言い換えると、一実施形態では、位相配列アンテナ１０００は、第１のベクトル発生器１０２０を備えるが、第２のベクトル発生器１０２１または能動的結合器１０１０を備えていない。
【００６６】
対照的に、二重線形偏波アンテナは、放射素子から２つの信号を通信する。ある例示的実施形態では、かつ図１１を参照すると、位相配列アンテナ１１００は、二重線形偏波を伴う信号を受信するように構成される。位相配列アンテナ１１００は、能動的電力結合器１１１０、第１のベクトル発生器１１２０、第２のベクトル発生器１１２１、第１のＤＡＣ１１３０、および第２のＤＡＣ１１３１を備える。位相配列アンテナ１１００は、入力信号として、放射素子１１０１から個々の偏波された信号を受信する、ベクトル発生器１１２０、１１２１を伴う、基本的受信実施形態である。個々の偏波された信号は、水平配向された信号および垂直配向された信号であり得る。さらに、ベクトル発生器１１２０、１１２１の入力信号は、２つの信号間に任意の相対位相を有することが可能である。円形偏波実施形態では、ベクトル発生器１１２０の入力信号は、放射素子１１０１から受信される際、ベクトル発生器１１２１の入力信号と＋／−９０°相対位相差を有する。楕円形偏波を伴う、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器１１２０の入力信号は、放射素子１１０１１から受信される際、ベクトル発生器１１２１の入力信号と＋／−９０°以外の相対位相差を有する。
【００６７】
図１２は、差動的にフィードされる線形偏波を伴う信号を送信するように構成される、位相配列アンテナ１２００の例示的実施形態を示す。位相配列アンテナ１２００は、能動的電力分割器１２１０、第１のベクトル発生器１２２０、第２のベクトル発生器１２２１、第１のＤＡＣ１２３０、および第２のＤＡＣ１２３１を備える。位相配列アンテナ１２００は、放射素子１２０１を励起するベクトル発生器１２２０、１２２１の一方からの差動出力信号を伴う、基本的送信実施形態である。当業者に周知のように、差動信号は、相互から１８０°位相がずれた２つの信号を有する。種々の実施形態では、差動信号は、放射素子１２０１の「水平」部分または放射素子１２０１の「垂直」部分にフィードされ得る。
【００６８】
別の例示的実施形態では、差動線形偏波を伴う信号を送信するように構成される、位相配列アンテナは、１つのベクトル発生器および制御ＤＡＣのみを備える。当業者が理解するように、１つのベクトル発生器出力のみを操作する、本明細書に説明される実施形態は、単一ベクトル発生器のみを備えることが可能である。言い換えると、一実施形態では、位相配列アンテナ１２００は、第１のベクトル発生器１２２０を備えるが、第２のベクトル発生器１２２１または能動的電力分割器１２１０を備えていない。
【００６９】
対照的に、二重線形偏波アンテナは、放射素子に２つの差動的にフィードされる信号を通信する。ある例示的実施形態では、かつ図１３を参照すると、位相配列アンテナ１３００は、差動二重線形偏波を伴う信号を送信するように構成される。位相配列アンテナ１３００は、能動的電力分割器１３１０、第１のベクトル発生器１３２０、第２のベクトル発生器１３２１、第１のＤＡＣ１３３０、および第２のＤＡＣ１３３１を備える。位相配列アンテナ１３００は、放射素子１３０１を励起する、ベクトル発生器１３２０の第１の差動的にフィードされる出力信号およびベクトル発生器１３２１の第２の差動的にフィードされる出力信号を伴う、基本的送信実施形態である。ある例示的実施形態では、第１の差動的にフィードされる出力信号は、垂直配向において、放射素子１３０１にフィードされる。さらに、例示的実施形態では、第２の差動的にフィードされる出力信号は、水平配向において、放射素子１３０１にフィードされる。さらに、ベクトル発生器１３２０の第１の差動的にフィードされる出力信号およびベクトル発生器１３２１の第２の差動的にフィードされる出力信号は、２つの信号間に任意の相対位相を有することが可能である。円形偏波実施形態では、ベクトル発生器１３２０の第１の差動的にフィードされる出力信号は、放射素子１３０１を励起する際、ベクトル発生器１３２１の第２の差動的にフィードされる出力信号と＋／−９０°相対位相差を有する。楕円形偏波を伴う、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器１３２０の第１の差動的にフィードされる出力信号は、放射素子１３０１を励起する際、ベクトル発生器１３２１の第２の差動的にフィードされる出力信号と＋／−９０°以外の相対位相差を有する。
【００７０】
図１４は、差動的にフィードされる水平線形偏波を伴う信号を受信するように構成される、位相配列アンテナ１４００の例示的実施形態を示す。位相配列アンテナ１４００は、能動的電力結合器１４１０、第１のベクトル発生器１４２０、第２のベクトル発生器１４２１、第１のＤＡＣ１４３０、および第２のＤＡＣ１４３１を備える。位相配列アンテナ１４００は、基本的受信実施形態であって、ベクトル発生器１４２０、１４２１の一方は、放射素子１４０１から差動入力信号を受信し、出力信号を能動的電力結合器１４１０に通信する。一実施形態では、位相配列アンテナ８００と同様に、ベクトル発生器１４２０、１４２１の他方は、放射素子１４０１と通信状態にない。さらに、差動信号は、放射素子１４０１の「水平」部分または放射素子１４０１の「垂直」部分から受信され得る。
【００７１】
別の例示的実施形態では、位相配列アンテナは、差動的にフィードされる水平線形偏波を伴う信号を受信するように構成され、１つのベクトル発生器および対応する制御ＤＡＣのみを備える。当業者に周知であろうように、１つのベクトル発生器入力のみを操作する、本明細書に説明される種々の実施形態は、１つのベクトル発生器のみを備え得る。言い換えると、一実施形態では、位相配列アンテナ１４００は、第１のベクトル発生器１４２０を備えるが、第２のベクトル発生器１４２１または能動的結合器１４１０を備えていない。
【００７２】
対照的に、二重線形偏波アンテナは、放射素子から２つの差動的にフィードされる信号を通信する。ある例示的実施形態では、かつ図１５を参照すると、位相配列アンテナ１５００は、差動二重線形偏波を伴う信号を受信するように構成される。位相配列アンテナ１５００は、能動的電力結合器１５１０、第１のベクトル発生器１５２０、第２のベクトル発生器１５２１、第１のＤＡＣ１５３０、および第２のＤＡＣ１５３１を備える。位相配列アンテナ１５００は、第１の差動的にフィードされる入力信号を受信するベクトル発生器１５２０および放射素子１５０１から第２の差動的にフィードされる入力信号を受信するベクトル発生器１５２１を伴う、基本的受信実施形態である。ある例示的実施形態では、第１の差動的にフィードされる入力信号は、垂直配向において、放射素子１５０１から受信される。さらに、例示的実施形態では、第２の差動的にフィードされる入力信号は、水平配向において、放射素子１５０１から受信される。さらに、ベクトル発生器１５２０、１５２１の第１および第２の差動的にフィードされる入力信号は、２つの信号間に任意の相対位相を有することが可能である。円形偏波実施形態では、ベクトル発生器１５２０の第１の差動的にフィードされる入力信号は、放射素子１５０１から受信される際、ベクトル発生器１５２１の第２の差動的にフィードされる入力信号と＋／−９０°相対位相差を有する。楕円形偏波を伴う、ある例示的実施形態では、ベクトル発生器１５２０の第１の差動的にフィードされる出力信号は、放射素子１５０１から受信される際、ベクトル発生器１５２１の第２の差動的にフィードされる入力信号と＋／−９０°以外の相対位相差を有する。
【００７３】
上述の種々の位相配列アンテナ実施形態は、多重放射素子アーキテクチャに実装され得る。さらに、多重放射素子は、放射素子およびビーム形成の両方の観点から、スケーラブルである。個々の放射素子と通信状態にあるベクトル発生器を伴う実施形態は、同一放射開口を使用しながら、追加のビームを促進する。さらに、放射素子送信機／受信機は、種々の数の放射素子を備え得る。例えば、アンテナアーキテクチャは、２−２０の範囲内の多重放射素子を備え得る。
【００７４】
例示的実施形態によると、かつ図１６を参照すると、位相配列集積回路（「ＩＣ」）１６００は、４−放射素子送信機として構成される。位相配列ＩＣ１６００は、第１の放射素子１６１１と通信状態にある第１のサブ回路１６１０、第２の放射素子１６２１と通信状態にある第２のサブ回路１６２０、第３の放射素子１６３１と通信状態にある第３のサブ回路１６３０、および第４の放射素子１６４１と通信状態にある第４のサブ回路１６４０を備える。各サブ回路１６１０、１６２０、１６３０、１６４０は、入力信号を受信し、それぞれの放射素子１６１１、１６２１、１６３１、１６４１の空間的直交ポートに信号を送信する。
【００７５】
例示的実施形態によると、ＲＦ入力信号は、位相配列ＩＣ１６００に提供される。ある例示的実施形態では、多重分割器は、入力信号として、４つのサブ回路１６１０、１６２０、１６３０、１６４０それぞれに通信される、ＲＦ入力信号を分割するために使用される。より特定の例示的実施形態では、バランは、ＲＦ入力信号を差動ＲＦ入力信号に変換するために実装され得る。差動信号伝達は、ＲＦ信号がアナログ形態にある場合、信号絶縁および干渉除去を改善し得る。能動的分割器１６５３は、それぞれ、能動的分割器１６５１および能動的分割器１６５２に通信される、２つの別個の信号に差動ＲＦ入力信号を分割するように構成される。次の段階では、能動的分割器１６５１は、通信された信号を分割し、分割された信号を第１のサブ回路１６１０および第２のサブ回路１６２０に通信するように構成される。同様に、能動的分割器１６５２は、通信された信号を分割し、分割された信号を第３のサブ回路１６３０および第４のサブ回路１６４０に通信するように構成される。
【００７６】
各サブ回路１６１０、１６２０、１６３０、１６４０の構造および機能は、実質的に類似である。したがって、第１のサブ回路１６１０のみ、詳述されるであろう。さらに、サブ回路１６１０は、送信用能動的アンテナ偏波器７００と実質的に類似である。例示的実施形態によると、第１のサブ回路１６１０は、第１のＤＡＣ（図示せず）によって制御される第１のベクトル発生器１６１２、第２のＤＡＣ（図示せず）によって制御される第２のベクトル発生器１６１３、および能動的分割器１６１５を備える。位相配列ＩＣ１６００内で通信される信号は、差動として説明され得るが、信号はまた、シングルエンドであり得る。能動的分割器１６１５は、能動的分割器１６５１から差動信号を受信し、差動信号を再度分割する。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器１６１２、１６１３は、個々に、能動的分割器１６１５から差動信号を受信する。さらに、ベクトル発生器１６１２、１６１３は、個々のビーム操向および偏波制御が達成され得るように、送信される信号の位相および偏波を調節するように構成される。ベクトル発生器１６１２、１６１３は、偏波追跡およびビーム操向に対して、２自由度を利用可能にする。円形または楕円形偏波および単一ビーム操向の場合、ベクトル発生器の一方は、ビーム操向を提供可能である一方、他方のベクトル発生器は、偏波を追跡するために、オフセット位相を提供可能である。
【００７７】
次いで、偏波された信号は、送信のために、ベクトル発生器１６１２、１６１３から、放射素子１６１１の空間的直交ポートに通信される。ある例示的実施形態では、デジタル制御１６０１は、それぞれのＤＡＣを介して、偏波およびビーム操向コマンドをベクトル発生器１６１２、１６１３に通信する。
【００７８】
１−ビーム、４−放射素子送信機に加え、類似構造は、１−ビーム、４−放射素子受信機として構成され得る。ある例示的実施形態では、かつ図１７を参照すると、位相配列集積回路１７００は、１−ビーム、４−放射素子受信機として構成される。位相配列ＩＣ１７００は、第１の放射素子１７１１と通信状態にある第１のサブ回路１７１０、第２の放射素子１７２１と通信状態にある第２のサブ回路１７２０、第３の放射素子１７３１と通信状態にある第３のサブ回路１７３０、および第４の放射素子１７４１と通信状態にある第４のサブ回路１７４０を備える。各サブ回路１７１０、１７２０、１７３０、１７４０は、それぞれ、連結された放射素子１７１１、１７２１、１７３１、１７４１から、一対の空間的直交ＲＦ信号を受信し、単一出力信号を発生させる。
【００７９】
各サブ回路１７１０、１７２０、１７３０、１７４０の構造および機能は、実質的に類似である。したがって、第１のサブ回路１７１０のみ、詳述されるであろう。例示的実施形態によると、第１のサブ回路１７１０は、２つのベクトル発生器１７１２、１７１３を備える、偏波追跡および単一ビーム操向部分を有する。２つのベクトル発生器１７１２、１７１３は、放射素子１７１１から、ＲＦ入力信号を受信し、ビーム操向を提供し、信号の偏波を追跡し、ベクトル発生器出力信号を能動的電力結合器１７１５に通信するように構成される。ベクトル発生器１７１２、１７１３は、偏波追跡およびビーム操向に対して、２自由度を利用可能にする。円形または楕円形偏波および単一ビーム操向の場合、ベクトル発生器の一方は、ビーム操向を提供可能である一方、他方のベクトル発生器は、偏波を追跡するために、オフセット位相を提供可能である。能動的電力結合器１７１５は、２つのベクトル発生器出力信号を結合し、合成出力信号を発生させる。
【００８０】
ある例示的実施形態では、デジタル制御１７０１は、例えば、対応するＤＡＣを介して、偏波およびビーム操向コマンドをベクトル発生器１７１２、１７１３に通信する。
【００８１】
例示的実施形態によると、受信ビーム出力は、４つのサブ回路１７１０、１７２０、１７３０、１７４０のそれぞれからの単一出力信号を結合することによって発生される。ある例示的実施形態では、多重結合器は、サブ回路出力信号を受信ビームに結合するために使用される。より特定の例示的実施形態では、能動的結合器１７５１は、第１および第２のサブ回路１７１０、１７２０からの単一出力を結合するように構成される。また、例示的実施形態では、能動的結合器１７５２は、第３および第４のサブ回路１７３０、１７４０からの単一出力を結合するように構成される。次の段階では、能動的結合器１７５３は、能動的結合器１７５１、１７５２の結合された出力を結合し、受信ビーム出力を形成するように構成される。
【００８２】
１−ビーム４−放射素子アンテナに加え、類似構造が、２−ビーム４−放射素子アンテナとして構成され得る。ある例示的実施形態では、かつ図１８を参照すると、位相配列集積回路１８００は、２−ビーム、４−放射素子受信機として構成される。位相配列ＩＣ１８００は、第１の放射素子１８１１と通信状態にある第１のサブ回路１８１０、第２の放射素子１８２１と通信状態にある第２のサブ回路１８２０、第３の放射素子１８３１と通信状態にある第３のサブ回路１８３０、および第４の放射素子１８４１と通信状態にある第４のサブ回路１８４０を備える。各サブ回路１８１０、１８２０、１８３０、１８４０は、それぞれ、連結された放射素子１８１１、１８２１、１８３１、１８４１から、一対の空間的直交ＲＦ信号を受信し、形成される各ビームに対して１つずつ、２つの出力信号を発生させる。
【００８３】
各サブ回路１８１０、１８２０、１８３０、１８４０の構造および機能は、実質的に類似する。したがって、第１のサブ回路１８１０のみ、詳述されるであろう。例示的実施形態によると、第１のサブ回路１８１０は、２つのベクトル発生器１８１２、１８１３を備える、偏波形成部分を有する。２つのベクトル発生器１８１２、１８１３は、放射素子１８１１からＲＦ入力信号を受信し、信号の偏波追跡し、ベクトル発生器出力信号を能動的電力結合器１８１５に送信するように構成される。能動的電力結合器１８１５は、２つのベクトル発生器出力信号を結合し、合成中間信号を発生させる。合成中間信号は、能動的電力結合器１８１５から能動的電力分割器１８１６に通信される。能動的電力分割器１８１６は、各ビームに対して１つずつ、中間信号を２つの信号に分割し、２つの出力信号はそれぞれ、サブ回路１８１０のビーム形成部分を通過する。ビーム形成部分は、２つのベクトル発生器１８１８、１８１９を備え、それらの出力は、それぞれのビーム形成ネットワーク内で結合される、独立して操向されたビーム構成要素を表す。ある例示的実施形態では、デジタル制御１８０１は、偏波およびビーム操向コマンドをベクトル発生器１８１２、１８１３、１８１８、１８１９に通信する。
【００８４】
例示的実施形態によると、第１の受信ビーム出力は、４つのサブ回路１８１０、１８２０、１８３０、１８４０のそれぞれからの１つの出力信号の一方を結合することによって発生される。第２の受信ビーム出力は、４つのサブ回路１８１０、１８２０、１８３０、１８４０のそれぞれからの第２番目を結合することによって発生される。ある例示的実施形態では、多重結合器は、サブ回路出力信号を第１の受信ビーム出力および第２の受信ビーム出力に結合するために使用される。
【００８５】
より特定の例示的実施形態では、能動的結合器１８５１は、第１および第２のサブ回路１８１０、１８２０からの２つの出力のうちの第１番目を結合するように構成される。さらに、能動的結合器１８６１は、第１および第２のサブ回路１８１０、１８２０からの２つの出力のうちの第２番目を結合するように構成される。また、例示的実施形態では、能動的結合器１８５２は、第３および第４のサブ回路１８３０、１８４０からの２つの出力の第１番目を結合するように構成される。能動的結合器１８６２は、第３および第４のサブ回路１８３０、１８４０からの２つの出力の第２番目を結合するように構成される。
【００８６】
次の段階では、能動的結合器１８５３は、能動的結合器１８５１および１８５２の結合された出力を結合し、第１の受信ビーム出力を形成するように構成される。さらに、能動的結合器１８６３は、能動的結合器１８６１および１８６２の結合された出力を結合し、第２の受信ビーム出力を形成するように構成される。
【００８７】
２−ビーム、４−放射素子受信機に加え、類似構造が、２−ビーム、４−放射素子送信機として構成され得る。ある例示的実施形態では、かつ図１９を参照すると、位相配列集積回路１９００は、２−ビーム、４−放射素子送信機として構成される。位相配列ＩＣ１９００は、第１の放射素子１９１１と通信状態にある第１のサブ回路１９１０、第２の放射素子１９２１と通信状態にある第２のサブ回路１９２０、第３の放射素子１９３１と通信状態にある第３のサブ回路１９３０、および第４の放射素子１９４１と通信状態にある第４のサブ回路１９４０を備える。各サブ回路１９１０、１９２０、１９３０、１９４０は、２つの入力信号を受信し、それぞれ、連結された放射素子１９１１、１９２１、１９３１、１９４１の空間的直交ポートに信号を送信する。
【００８８】
例示的実施形態によると、第１の送信ビームおよび第２の送信ビームは、位相配列ＩＣ１９００に提供される。ある例示的実施形態では、多重分割器は、入力信号として、４つのサブ回路１９１０、１９２０、１９３０、１９４０のそれぞれに通信される、第１および第２の送信ビームを分割するために使用される。
【００８９】
より特定の例示的実施形態では、能動的分割器１９５３は、第１の送信ビーム入力を、それぞれ、能動的分割器１９５１および能動的分割器１９５２に通信される、２つの別個の信号に分割するように構成される。同様に、能動的分割器１９６３は、第２の送信ビーム入力を、それぞれ、能動的分割器１９６１および能動的分割器１９６２に通信される、２つの別個の信号に分割するように構成される。
【００９０】
次の段階では、能動的分割器１９５１、１９６１は、通信された信号を分割し、分割された信号を第１のサブ回路１９１０および第２のサブ回路１９２０に通信するように構成される。能動的分割器１９５２、１９６２は、通信された信号を分割し、分割された信号を第３のサブ回路１９３０および第４のサブ回路１９４０に通信するように構成される。
【００９１】
各サブ回路１９１０、１９２０、１９３０、１９４０の構造および機能は、実質的に類似する。したがって、第１のサブ回路１９１０のみ、詳述されるであろう。例示的実施形態によると、第１のサブ回路１９１０は、２つのベクトル発生器１９１８、１９１９を備える、ビーム形成部分を有する。２つのベクトル発生器１９１８、１９１９は、個々に、それぞれ、能動的分割器１９５１、１９６１から入力信号を受信し、ビーム操向コマンドに従って、位相を調節するように構成される。
【００９２】
能動的電力結合器１９１５は、２つの位相調節信号を結合し、合成位相調節中間信号を発生させる。合成位相調節中間信号は、能動的電力結合器１９１５から能動的電力分割器１９１６に通信される。能動的電力分割器１９１６は、中間信号を２つの分割器出力信号に分割し、２つの分割器出力信号はそれぞれ、第１のサブ回路１９１０の偏波修正部分を通過する。偏波修正部分は、ベクトル発生器１９１２、１９１３を備え、出力信号を所望の偏波に偏波するように構成される。次いで、偏波された信号は、送信のために、放射素子１９１１の空間的直交ポートに通信される。ある例示的実施形態では、デジタル制御１９０１は、ベクトル発生器１９１２、１９１３、１９１８、１９１９に偏波およびビーム操向コマンドを通信する。
【００９３】
ある例示的実施形態では、かつ図２０を参照すると、位相配列集積回路２０００は、４−ビーム、４−放射素子受信機として構成される。位相配列ＩＣ２０００は、第１の放射素子２０１１と通信状態にある第１のサブ回路２０１０、第２の放射素子２０２１と通信状態にある第２のサブ回路２０２０、第３の放射素子２０３１と通信状態にある第３のサブ回路２０３０、および第４の放射素子２０４１と通信状態にある第４のサブ回路２０４０を備える。各サブ回路２０１０、２０２０、２０３０、２０４０は、それぞれ、連結された放射素子２０１１、２０２１、２０３１、２０４１から、一対の空間的直交ＲＦ信号を受信し、形成される各ビームに１つずつ、４つの出力信号を発生させる。
【００９４】
各サブ回路２０１０、２０２０、２０３０、２０４０の構造および機能は、実質的に類似する。したがって、第１のサブ回路２０１０のみ、詳述されるであろう。例示的実施形態によると、第１のサブ回路２０１０は、２つのベクトル発生器２０１２、２０１３を備える、偏波追跡部分を有する。２つのベクトル発生器２０１２、２０１３は、放射素子２０１１からＲＦ入力信号を受信し、信号の偏波を追跡し、ベクトル発生器信号出力を能動的電力結合器２０１４に送信するように構成される。能動的電力結合器２０１４は、２つのベクトル発生器信号出力を結合し、合成中間信号を発生させる。合成中間信号は、能動的電力結合器２０１４から能動的電力分割器２０１５に通信される。能動的電力分割器２０１５は、中間信号を４つの信号に分割し、４つの出力信号はそれぞれ、サブ回路２０１０のビーム形成部分を通過する。ビーム形成部分は、４つのベクトル発生器２０１６、２０１７、２０１８、２０１９を備え、その出力は、それぞれのビーム形成ネットワーク内で結合される、独立して操向されたビーム構成要素を表す。ある例示的実施形態では、デジタル制御２００１は、ベクトル発生器２０１２、２０１３、２０１６、２０１７、２０１８、２０１９に偏波およびビーム操向コマンドを通信する。
【００９５】
例示的実施形態によると、第１の受信ビーム出力は、４つのサブ回路２０１０、２０２０、２０３０、２０４０のそれぞれからの４つの出力信号のうちの１つを結合することによって発生される。第２の受信ビーム出力は、４つのサブ回路２０１０、２０２０、２０３０、２０４０のそれぞれからの４つの出力信号のうちの第２番目を結合することによって発生される。第３の受信ビーム出力は、４つのサブ回路２０１０、２０２０、２０３０、２０４０のそれぞれからの４つの出力信号のうちの第３番目を結合することによって発生される。第４の受信ビーム出力は、４つのサブ回路２０１０、２０２０、２０３０、２０４０のそれぞれからの４つの出力信号のうちの第４番目を結合することによって発生される。ある例示的実施形態では、多重結合器は、サブ回路出力信号を４つの受信ビーム出力に結合するために使用される。
【００９６】
より特定の例示的実施形態では、能動的結合器２０５１は、第１および第２のサブ回路２０１０、２０２０からの４つの出力の第１番目を結合するように構成される。さらに、能動的結合器２０６１は、第１および第２のサブ回路２０１０、２０２０からの４つの出力の第２番目を結合するように構成される。同様に、能動的結合器２０７１は、第１および第２のサブ回路２０１０、２０２０からの４つの出力の第３番目を結合するように構成される。能動的結合器２０８１は、第１および第２のサブ回路２０１０、２０２０からの４つの出力の第４番目を結合するように構成される。
【００９７】
また、例示的実施形態では、能動的結合器２０５２は、第３および第４のサブ回路２０３０、２０４０からの４つの出力の第１番目を結合するように構成される。能動的結合器２０６２は、第３および第４のサブ回路２０３０、２０４０からの４つの出力の第２番目を結合するように構成される。さらに、能動的結合器２０７２は、第３および第４のサブ回路２０３０、２０４０からの４つの出力の第３番目を結合するように構成される。能動的結合器２０８２は、第３および第４のサブ回路２０３０、２０４０からの４つの出力の第４番目を結合するように構成される。
【００９８】
次の段階では、能動的結合器２０５３は、能動的結合器２０５１、２０５２の結合された出力を結合し、第１の受信ビーム出力を形成するように構成される。能動的結合器２０６３は、能動的結合器２０６１、２０６２の結合された出力を結合し、第２の受信ビーム出力を形成するように構成される。さらに、能動的結合器２０７３は、能動的結合器２０７１、２０７２の結合された出力を結合し、第３の受信ビーム出力を形成するように構成される。能動的結合器２０８３は、能動的結合器２０８１、２０８２の結合された出力を結合し、第４の受信ビーム出力を形成するように構成される。
【００９９】
ある例示的実施形態では、かつ図２１を参照すると、位相配列集積回路２１００は、４−ビーム、４−放射素子送信機として構成される。位相配列ＩＣ２１００は、第１の放射素子２１１１と通信状態にある第１のサブ回路２１１０、第２の放射素子２１２１と通信状態にある第２のサブ回路２１２０、第３の放射素子２１３１と通信状態にある第３のサブ回路２１３０、および第４の放射素子２１４１と通信状態にある第４のサブ回路２１４０を備える。各サブ回路２１１０、２１２０、２１３０、２１４０は、４つの入力信号を受信し、それぞれ、連結された放射素子２１１１、２１２１、２１３１、２１４１の空間的直交ポートにＲＦ信号を送信する。
【０１００】
例示的実施形態によると、第１、第２、第３、および第４の送信ビームは、位相配列ＩＣ２１００に提供される。ある例示的実施形態では、多重分割器は、入力信号として、４つのサブ回路２１１０、２１２０、２１３０、２１４０にそれぞれ通信される、第１、第２、第３、および第４の送信ビームに分割するために使用される。
【０１０１】
より特定の例示的実施形態では、能動的分割器２１５３は、第１の送信ビーム入力を、それぞれ、能動的分割器２１５１および能動的分割器２１５２に通信される、２つの別個の信号に分割するように構成される。同様に、能動的分割器２１６３は、第２の送信ビーム入力を、それぞれ、能動的分割器２１６１および能動的分割器２１６２に通信される、２つの別個の信号に分割するように構成される。ある例示的実施形態では、能動的分割器２１７３は、第３の送信ビーム入力を、それぞれ、能動的分割器２１７１および能動的分割器２１７２に通信される、２つの別個の信号に分割するように構成される。さらに、能動的分割器２１８３は、第４の送信ビーム入力を、それぞれ、能動的分割器２１８１および能動的分割器２１８２に通信される、２つの別個の信号に分割するように構成される。
【０１０２】
次の段階では、能動的分割器２１５１、２１６１、２１７１、２１８１は、通信された信号を分割し、分割された信号を第１のサブ回路２１１０および第２のサブ回路２１２０に通信するように構成される。能動的分割器２１５２、２１６２、２１７２、２１８２は、通信された信号を分割し、分割された信号を第３のサブ回路２１３０および第４のサブ回路２１４０に通信するように構成される。
【０１０３】
各サブ回路２１１０、２１２０、２１３０、２１４０の構造および機能は、実質的に類似する。したがって、第１のサブ回路２１１０のみ、詳述されるであろう。例示的実施形態によると、第１のサブ回路２１１０は、４つのベクトル発生器２１１６、２１１７、２１１８、２１１９を備える、ビーム形成部分を有する。４つのベクトル発生器２１１６、２１１７、２１１８、２１１９は、個々に、それぞれ、能動的分割器２１５１、２１６１、２１７１、２１８１から入力信号を受信し、ビーム操向コマンドに従って、位相を調節するように構成される。
【０１０４】
能動的電力結合器２１１４は、４つの位相調節信号を結合し、合成位相調節中間信号を発生させる。合成位相調節中間信号は、能動的電力結合器２１１４から能動的電力分割器２１１５に通信される。能動的電力分割器２１１５は、中間信号を２つの信号に分割し、２つの出力信号はそれぞれ、第１のサブ回路２１１０の偏波修正部分を通過する。偏波修正部分は、ベクトル発生器２１１２、２１１３を備え、出力信号を所望の偏波に偏波するように構成される。次いで、偏波された信号は、送信のために、放射素子２１１１の空間的直交ポートに通信される。ある例示的実施形態では、デジタル制御２１０１は、例えば、ＤＡＣを介して、ベクトル発生器２１１２、２１１３、２１１６、２１１７、２１１８、２１１９に、偏波およびビーム操向コマンドを通信する。
【０１０５】
上述の種々の実施形態に加え、他のアーキテクチャも可能である。例えば、ある例示的実施形態では、かつ図２２を参照すると、位相配列集積回路２２００は、円形または楕円形偏波のための２−ビーム、４−放射素子受信機として構成される。位相配列ＩＣ２２００の第１のサブ回路２２１０に例証されるように、位相配列ＩＣ１８１０との間の差異は、１つのベクトル発生器２２１２のみ、偏波形成部分内に存在することである。単一ベクトル発生器２２１２は、偏波追跡または円形または楕円形偏波のために十分である。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器２２１２は、放射素子２２１１の代替空間的直交ポートに現れる信号の位相に対して、９０°オフセット（または、楕円形の場合、非９０°位相オフセット）を提供することによって、偏波を追跡する。位相配列ＩＣ２２００の残りは、位相配列ＩＣ１８１０に類似するため、詳述されないが、種々の構成要素は、同様に参照される。類似変形例が、図１９−２１に例証される実施形態においても可能であって、円形または楕円形偏波実施形態は、偏波追跡のために、単一ベクトル発生器のみ使用する。
【０１０６】
マルチビーム動作：上述の多重放射素子実施形態に加え、種々のビーム形成ネットワークは、多重放射素子を使用して、多重ビームを形成するように設計され得る。例示的実施形態により、図２３を参照すると、マルチビームアーキテクチャ２３００は、多重放射素子（ＲＥ１，ＲＥ２，…ＲＥＮ）を備え、各放射素子は、能動的偏波制御（ＰＣ１，ＰＣ２，…ＰＣＮ）と通信状態にある。マルチビームアーキテクチャ２３００は、少なくとも１つのビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ１，ＢＦＮ２，…ＢＦＮＭ）、およびビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ１，ＢＦＮ２，…ＢＦＮＭ）毎に能動的偏波制御（ＰＣ１，ＰＣ２，…ＰＣＮ）に接続される少なくとも１つの移相器をさらに備える。ある例示的実施形態では、各放射素子は、Ｍ個の移相器と通信状態にあって、各移相器は、各ビーム形成ネットワークが、Ｎ個の放射素子の各々から信号を受信するように、Ｍ個のビーム形成ネットワークのうちの１つと通信状態にある。
【０１０７】
ある例示的実施形態では、移相器は、能動的ベクトル発生器または信号を移相するために好適な任意の他の構成要素であり得る。さらに、ビーム形成ネットワークおよび加算接合点は、受動的または能動的であることが可能である。さらに、マルチビームアーキテクチャも同様に、ＲＦ信号の送信のために実装され得る。
【０１０８】
図２３をさらに参照すると、能動的偏波制御機能（ＰＣ１，ＰＣ２，…ＰＣＮ）は、上述において本明細書に列挙された実施形態のいずれかであることが可能である。能動的偏波制御機能の各々に接続されるのは、電力分割器（受信用途用）または電力結合器（送信用途用）である。電力分割器または電力結合器は、本明細書に上述したように、受動的または能動的構造として実装可能である。電力分割器／結合器と通信状態にあるのは、一式のベクトル発生器であって、各ベクトル発生器は、特定のビームのサポートの際、移相を提供する。ある例示的実施形態では、独立して操向可能なＭ個のビームをサポートするために、各放射素子にＭ個のベクトル発生器が存在する。ある例示的実施形態では、一式のベクトル発生器は、電力結合器（受信用途用）または電力分割器（送信用途用）と通信状態にあって、ビーム形成プロセスを完了する。電力分割器または電力結合器は、本明細書に上述したように、受動的または能動的構造として実装可能である。
【０１０９】
異なる種々の実施形態では、単一放射素子と通信状態にあるビーム形成ネットワークを伴うマルチビームマルチバンドアーキテクチは、円形偏波された信号を形成および検出するために構成される。
【０１１０】
受信アーキテクチャ：例示的実施形態により、図２４を参照すると、二重偏波マルチビーム受信アーキテクチャ２４００は、放射素子２４０１と通信状態にあって、多重ビームを形成する能動的電力分割器、ベクトル発生器、および能動的電力結合器を備える。ある例示的実施形態では、受信アーキテクチャ２４００は、少なくとも１つの右旋円偏波された（ＲＨＣＰ）ビームを形成し、少なくとも１つの左旋円偏波された（ＬＨＣＰ）ビームを形成する。より具体的には、ある例示的実施形態では、受信アーキテクチャ２４００は、Ｎ個のＲＨＣＰビームを形成し、Ｍ個のＬＨＣＰビームを形成する。
【０１１１】
各ビームは、右旋円偏波または左旋円偏波されたかを問わず、類似の構成要素構成を使用して形成される。ある例示的実施形態では、信号は、放射素子２４０１で受信され、水平偏波および垂直偏波を有する。垂直偏波された信号は、第１の能動的電力分割器２４１０に通信され、水平偏波された信号は、第２の能動的電力分割器２４１１に通信される。さらに、第１の能動的電力分割器２４１０は、多重能動的電力分割器を指してもよく、第２の能動的電力分割器２４１１は、同一数の多重能動的電力分割器を指し得る。ある例示的実施形態では、能動的電力分割器２４１０、２４１１は、個々に、垂直信号偏波および水平信号偏波が、ある数の信号に分割されるように、信号を２つ以上の信号に分割する。
【０１１２】
ある例示的実施形態では、各ビームは、第１のベクトル発生器２４２０、第２のベクトル発生器２４２１、および能動的電力結合器２４３０を使用して形成される。第１のベクトル発生器２４２０は、第１の能動的電力分割器２４１０から垂直偏波された信号を受信する。第１のベクトル発生器２４２０は、ビーム操向のために垂直偏波された信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節するように構成される。さらに、第２のベクトル発生器２４２１は、第２の能動的電力分割器２４１１から水平偏波された信号を受信する。第２のベクトル発生器２４２１は、偏波追跡のために水平偏波された信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節するように構成される。他の実施形態では、垂直偏波された信号は、偏波追跡のために調節され、水平偏波された信号は、ビーム操向のために調節される。例示的実施形態によると、能動的電力結合器２４３０は、１つの信号は、第１のベクトル発生器２４２０から、別の信号は、第２のベクトル発生器２４２１からと、２つの出力信号を受信する。能動的電力結合器２４３０は、２つの信号をビームに結合する。ビームは、ベクトル発生器２４２０、２４２１のパラメータに応じて、ＲＨＣＰまたはＬＨＣＰであり得る。ある例示的実施形態では、受信アーキテクチャ２４００は、ビーム毎のベースに完全偏波柔軟性を提供するように構成される。しかしながら、受信アーキテクチャ２４００は、本完全柔軟性を達成するために、２＊（Ｍ＋Ｎ）個のベクトル発生器を使用する。
【０１１３】
円形偏波の実施形態では、円形偏波は、完全偏波の実施形態と比較して、＋／−９０°偏波追跡のみを必要とするので、より少ない構成要素が使用される。したがって、ある例示的実施形態において、図２５を参照すると、円形偏波を伴う二重偏波マルチビーム受信アーキテクチャ２５００は、放射素子２５０１と通信状態にあって、多重ビームを形成する能動的電力分割器およびベクトル発生器を備える。
【０１１４】
ある例示的実施形態では、受信アーキテクチャ２５００は、少なくとも１つのＲＨＣＰビームを形成し、少なくとも１つのＬＨＣＰビームを形成する。完全偏波実施形態と同様に、受信アーキテクチャ２５００は、最大Ｎ個のＲＨＣＰビームおよびＭ個のＬＨＣＰビームを形成し得る。各ビームは、右旋円偏波または左旋円偏波されるか否かを問わず、類似の構成要素構成を使用して形成される。ある例示的実施形態では、信号は、放射素子２５０１で受信され、水平偏波構成要素および垂直偏波構成要素を有する。垂直偏波された信号は、第１の能動的電力分割器２５１０に通信され、水平偏波された信号は、第２の能動的電力分割器２５１１に通信される。さらに、第１の能動的電力分割器２５１０は、多重能動的電力分割器を指してもよく、第２の能動的電力分割器２５１１は、同一数の多重能動的電力分割器を指し得る。ある例示的実施形態では、能動的電力分割器２５１０、２５１１は、垂直信号偏波および水平信号偏波が、ある数の信号に分割されるように、個々に信号を２つ以上の信号に分割する。
【０１１５】
ある例示的実施形態では、各ビームは、ベクトル発生器２５２０および直交位相全域通過フィルタ（ＱＡＦ）２５４０を使用して形成される。ある例示的実施形態では、ＱＡＦ２５４０は、第１の能動的電力分割器２５１０から垂直偏波された信号および第２の能動的電力分割器２５１１から水平偏波された信号を受信する。ＱＡＦ２５４０は、垂直および水平偏波された信号を結合する一方、２つの信号間に公称９０°の相対移相を投入する。結合された出力信号は、ＱＡＦ２５４０からベクトル発生器２５２０に通信される。ベクトル発生器２５２０は、結合された信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節することによって、ビーム操向を提供するように構成される。
【０１１６】
ビームは、ＱＡＦ２５４０との信号入力接続に応じて、ＲＨＣＰまたはＬＨＣＰであり得る。例えば、ＲＨＣＰビームを発生させるために、垂直偏波された信号は、ＱＡＦ２５４０のＩベクトル入力に接続され、水平偏波された信号は、ＱＡＦ２５４０のＱベクトル入力に接続される。対照的に、ＬＨＣＰビームを発生させるために、垂直偏波された信号は、ＱＡＦ２５４０のＱベクトル入力に接続され、水平偏波された信号は、ＱＡＦ２５４０のＩベクトル入力に接続される。ある例示的実施形態では、受信アーキテクチャ２５００は、（Ｍ＋Ｎ）個のベクトル発生器を使用して、各ビーム毎に円形偏波を提供する。
【０１１７】
別の例示的実施形態では、円形偏波を伴う二重偏波マルチビーム受信アーキテクチャのより単純な構成要素構成が可能である。受信アーキテクチャ２５００同様に、ある例示的実施形態では、受信アーキテクチャは、第１の能動的電力分割器、第２の能動的電力分割器、および放射素子と通信状態にある修正されたベクトル発生器を備える。しかしながら、受信アーキテクチャ２５００と対照的に、直交位相全域通過フィルタは使用されない。各ビームに対して、および基準として、依然として、受信アーキテクチャ２５００を使用して、ＱＡＦ２５４０は、ベクトル発生器２５２０の入力におけるＱＡＦの排除と併せて排除され、修正されたベクトル発生器をもたらす。
【０１１８】
２つのＱＡＦ構成要素の排除は、冗長性の結果である。受信アーキテクチャ２５００では、ＱＡＦ２５４０は、便宜上、ＱベクトルおよびＩベクトルと称される、２つの入力ベクトルを受信する。類似ベクトル発生器５００を参照すると、ベクトル発生器２５２０はまた、ＱＡＦ２５４０と別個かつ逆のＱＡＦを備える。ベクトル発生器２５２０では、ＱＡＦは、単一信号を受信し、ＱベクトルおよびＩベクトルを発生させる。ある例示的実施形態では、一連の２つの逆のＱＡＦは、冗長機能を行うため、排除され得る。例示的実施形態では、放射素子からの垂直および水平偏波された信号は、修正されたベクトル発生器の位相反転スイッチに接続される。ＱＡＦの排除は、ＱＡＦが元々相互に逆である場合、可能である。言い換えると、反対移相を投入する逆並列ＱＡＦは、相互に反作用し、必要ではなくなる。
【０１１９】
２つのＱＡＦの排除は、約３ｄＢであり得る、各ＱＡＦと関連付けられたオーム損失の排除等、システム上の利点を達成する。別の利点は、ＱＡＦが、ベクトル発生器の帯域幅制限素子であって、拡張された帯域幅が可能である修正されたベクトル発生器をもたらす。
【０１２０】
送信アーキテクチャ：例示的実施形態により、図２６を参照すると、二重偏波マルチビーム送信アーキテクチャ２６００は、放射素子２６０１と通信状態にあって、多重入力ビームから二重偏波された送信信号を形成する能動的電力分割器、ベクトル発生器、および能動的電力結合器を備える。ある例示的実施形態では、送信アーキテクチャ２６００は、少なくとも１つのＲＨＣＰビームおよび少なくとも１つのＬＨＣＰビームから、二重偏波された送信信号を発生させる。より具体的には、ある例示的実施形態では、送信アーキテクチャ２６００入力は、Ｎ個のＲＨＣＰビームおよびＭ個のＬＨＣＰビームを含む。
【０１２１】
各ビームは、右旋円偏波または左旋円偏波されたかを問わず、類似構成要素構成を使用して、二重偏波された出力信号に追加される。ある例示的実施形態では、能動的電力分割器２６１０は、右旋円または左旋円偏波を有するビームを受信し、ビームを２つの分割された信号に分割する。第１のベクトル発生器２６２０は、入力において、２つの分割された信号の一方を受信する。第２のベクトル発生器２６２１は、入力において、２つの分割された信号の他方を受信する。第１のベクトル発生器２６２０は、ビーム操向のために、分割された信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節するように構成される。第２のベクトル発生器２６２１は、偏波追跡のために、分割された信号の位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節するように構成される。他の実施形態では、第１のベクトル発生器２６２０は、偏波追跡を行い、第２のベクトル発生器２６２１は、ビーム操向を行う。
【０１２２】
さらに、ある例示的実施形態では、第１のベクトル発生器２６２０は、第１の能動的電力結合器２６３０内の他の垂直に偏波された信号と結合される、垂直に偏波された信号を発生させる。第１の能動的電力結合器２６３０の結合された出力信号は、垂直偏波信号として、放射素子２６０１に送信される。さらに、例示的実施形態では、第２のベクトル発生器２６２１は、第２の能動的電力結合器２６３１内の他の水平に偏波された信号と結合される、水平に偏波された信号を発生させる。第２の能動的電力結合器２６３１の結合された出力信号は、水平偏波信号として、放射素子２６０１に送信される。能動的電力結合器２６３０は、多重能動的電力結合器を指してもよく、第２の能動的電力結合器２６３１は、同一数の多重能動的電力結合器指し得る。ある例示的実施形態では、送信アーキテクチャ２６００は、ビーム毎ベースに完全偏波柔軟性を提供するように構成される。しかしながら、送信アーキテクチャ２６００は、本完全柔軟性を達成するために、２＊（Ｍ＋Ｎ）個のベクトル発生器を使用する。
【０１２３】
円形偏波実施形態では、円形偏波は、＋／−９０°偏波追跡のみ必要とするために、完全偏波実施形態と比較して、より少ない構成要素が使用される。したがって、ある例示的実施形態では、かつ図２７を参照すると、円形偏波を伴う、二重偏波マルチビーム送信アーキテクチャ２７００は、放射素子２７０１と通信状態にあって、多重入力ビームから二重偏波された送信信号を形成する、ベクトル発生器および能動的電力結合器を備える。ある例示的実施形態では、送信アーキテクチャ２７００は、少なくとも１つのＲＨＣＰビームおよび少なくとも１つのＬＨＣＰビームから二重偏波された送信信号を発生させる。完全偏波実施形態と同様に、送信アーキテクチャ２７００入力は、Ｎ個のＲＨＣＰビームおよびＭ個のＬＨＣＰビームを含む。
【０１２４】
各ビームは、右旋円偏波または左旋円偏波されたかを問わず、類似構成要素構成を使用して、二重偏波された出力信号に追加される。ある例示的実施形態では、ベクトル発生器２７２０は、入力ビームを受信する。ベクトル発生器２７２０は、入力ビームの位相および振幅のうちの少なくとも１つを調節するように構成される。ベクトル発生器２７２０の出力信号は、ＱＡＦ２７４０に通信される。ある例示的実施形態では、ＱＡＦ２７４０は、出力信号を垂直信号および水平信号に分割する一方、２つの信号間に公称９０°相対移相を投入し、垂直および水平偏波を発生させる。
【０１２５】
さらに、ある例示的実施形態では、ＱＡＦ２７４０は、第１の能動的電力結合器２７３０内の他の垂直に偏波された信号と結合される、垂直に偏波された信号を発生させる。第１の能動的電力結合器２７３０の結合された出力信号は、垂直偏波信号として、放射素子２７０１に送信される。さらに、例示的実施形態では、ＱＡＦ２７４０はまた、第２の能動的電力結合器２７３１内の他の水平に偏波された信号と結合される、水平に偏波された信号を発生させる。第２の能動的電力結合器２７３１の結合された出力信号は、水平偏波信号として、放射素子２７０１に送信される。能動的電力結合器２７３０は、多重能動的電力結合器を指してもよく、第２の能動的電力結合器２７３１は、同一数の多重能動的電力結合器を指し得る。
【０１２６】
ある例示的実施形態では、送信アーキテクチャ２７００は、ＱＡＦ２７４０のどの出力信号が、各能動的電力結合器に通信されるかを交互させることによって、ＲＨＣＰまたはＬＨＣＰを有する入力ビームを調節する。例えば、図２７に例証されるように、ＲＨＣＰビームの場合、垂直偏波された信号は、ＱＡＦ２７４０のＩベクトル出力に接続される。対照的に、ＬＨＣＰの場合、垂直偏波された信号は、ＱＡＦ２７４０のＱベクトル出力に接続される。ある例示的実施形態では、送信アーキテクチャ２７００は、（Ｍ＋Ｎ）個のベクトル発生器を使用して、円形偏波された入力ビームから二重偏波された出力信号を形成する。
【０１２７】
図２４−２７は、１次元位相配列を例証するが、２次元位相配列もまた、企図され、当業者によって理解されるであろう。
【０１２８】
ある例示的実施形態では、ベクトル発生器のソフトウェア再構成は、システムが動作することに伴ってリアルタイムで生じ、位相配列アンテナが上述の能力を有することを可能にする。加えて、例示的実施形態では、偏波変更あるいはシステム改変のための物理的および／または手動動作を要求するハードウェア変更は存在しない。言い換えると、ある例示的実施形態では、位相配列アンテナは、完全に電子的に調節され、典型的システムと比較して、大幅な自由度をもたらす。さらに、位相配列アンテナの信号偏波の動的制御は、多数の用途を有する。
【０１２９】
一用途の実施形態では、信号偏波の動的制御は、偏波ホッピングを利用することによって、セキュアな通信のために実装される。通信セキュリティは、他の認証ユーザに周知の速度で、通信信号の偏波を変更することによって向上されることが可能である。不正ユーザは、任意の所与の瞬間、正確な偏波を知らないことになり、一定偏波を使用する場合、不正ユーザは、短い瞬間のみ、正確な偏波を有することになるであろう。セキュアな通信のための偏波ホッピングの類似用途は、信号スキャンのために、偏波ホッピングを使用することである。言い換えると、アンテナの偏波は、信号検出を監視するために継続的に調節可能である。
【０１３０】
ある例示的実施形態では、信号偏波の動的制御は、単一アンテナを使用するレーダ標的識別を促進する。レーダ標的識別システムは、多重偏波からの情報を使用して、標的識別情報の増加をもたらす。加えて、反射された信号の偏波および信号強度は、反射する物体によって変更され得る。したがって、ある例示的実施形態では、単一アンテナは、多重偏波を受信し、標的に関するより多くの情報を取得するため、より優れた識別をもたらすように構成される。
【０１３１】
４色システム：消費者衛星ＲＦ通信の分野では、衛星は、典型的には、個人用パラボラアンテナを有する消費者に、データ（例えば、映画ならびに他のテレビ番組、インターネットデータ、および／または同等物）を送信および／または受信するであろう。より最近では、衛星は、より多くのモバイルプラットフォーム（航空機、電車、および／または自動車に取り付けられた送受信機等）からデータを送信／受信し得る。手持式または携帯用衛星送受信機の使用の増加は、将来、標準的となることが予測される。時として、本書では、自宅用衛星送受信機と併せて説明されるが、ここで論じられる、従来技術限定は、衛星と通信する任意の個人用消費者地上用送受信機（あるいは、送信機または受信機）にも適用され得る。
【０１３２】
伝搬無線周波数（ＲＦ）信号は、異なる偏波、すなわち、線形、楕円形、または円形を有することが可能である。線形偏波は、垂直偏波および水平偏波から成る一方、円形偏波は、左旋円偏波（ＬＨＣＰ）および右旋円偏波（ＲＨＣＰ）から成る。アンテナは、典型的には、ＬＨＣＰ等のある偏波を通過させ、ＲＨＣＰ等の他の偏波を拒絶するように構成される。
【０１３３】
また、従来の超小型地上局（ＶＳＡＴ）アンテナは、ハードウェアに依存する固定偏波を利用する。基本偏波は、概して、衛星端末の設置の際に設定され、その時点で、偏波器ハードウェアの手動構成が、固定される。例えば、偏波器は、概して、ＬＨＣＰまたはＲＨＣＰに対して設定され、適所に締結される。従来のＶＳＡＴアンテナ内で偏波を変更することは、偏波器の締結を解除し、９０°対向円形偏波に回転させ、次いで、偏波器を再締結することを要求する場合がある。明らかに、これは、多くの周波数において行うことは不可能であって、限定数（約５、または可能性として、１０）の送受信機のみ、所与の１日で、技術者によって切替え可能である。
【０１３４】
典型的な単一偏波アンテナと異なり、いくつかのデバイスは、アンテナ端末を分解せずに、偏波を変更するように構成される。実施例として、従来技術の実施形態は、「野球ボール」スイッチを使用して、偏波間に電子的に命令可能な切替えを提供する。「野球ボール」スイッチの回転は、１つの信号経路を接続し、他の信号経路を終端させることによって、偏波に変更を生じさせる。しかしながら、各「野球ボール」スイッチは、独立制御回路網を伴う別個の回転アクチュエータを要求し、このことが、デバイスのコストを増加さて、（全くではないにしても）消費者広帯域またはＶＳＡＴ端末内で使用されず、代わりに、限定数の端末を有する大規模地上局のために使用される。
【０１３５】
さらに、別のアプローチは、各偏波に対して複製ハードウェアを伴うシステムを有することである。偏波選択は、所望の信号の経路を完成または有効にし、望ましくない信号を選択から除外することによって達成される。本アプローチは、多くの場合、受信専用端末、例えば、低コストハードウェアを有する衛星テレビ受信機内で使用される。しかしながら、ＶＳＡＴまたは広帯域端末等の送受信の両方を行う双方向端末の場合、ハードウェアを複製させることは、端末のコストを大幅に増加させる。
【０１３６】
従来の衛星は、特定の周波数帯域および特定の偏波において、無線周波数信号を介して、地上に設けられた送受信機と通信し得る。周波数帯域および偏波の各組み合わせは、「色」として知られる。衛星は、局所的な地理的領域に「ビーム」として信号を送信し、そのビーム上の信号にアクセス可能な地理的領域は、地図上の「スポット」によって表され得る。各ビーム／地点は、関連付けられた「色」を有するであろう。したがって、異なる色のビームは、同一周波数、同一偏波、または両方を有していないことになるであろう。
【０１３７】
実際は、任意の特定の地点において、任意の１つの地上用送受信機に「可視」である、２つ、３つ、またはそれ以上のビームが存在し得るように、隣接するスポット間にいくつかの重複が存在する。隣接するスポットは、典型的には、隣接するビームからの雑音／干渉を低減させるために、異なる「色」を有するであろう。
【０１３８】
従来技術では、広帯域消費者衛星送受信機は、典型的には、１つの色に設定され、送受信機の寿命の間、その設定のままである。万が一、衛星から送信される信号の色が変更される場合、その色に基づいてその衛星と通信していた地上用送受信機はすべて、直ちに、立ち往生するか、または切断されるであろう。典型的には、技術者は、消費者の自宅を訪問し、送受信機または偏波器を手動で交換し（または、可能性として、物理的に分解し、再度組み立て）、消費者の地上用送受信機を、新しい「色」信号に基づいて衛星と再度通信可能にする必要があるであろう。この実践上の影響として、従来技術では、衛星から送信される信号色に変更が行われない。
【０１３９】
類似の理由から、第２の実践的制限として、地上用送受信機は、典型的には、ある色から別の色に変更されないことである（すなわち、変更される場合、それは、手動プロセスである）。したがって、アンテナシステムの周波数および／または偏波を遠隔で変更するための新しい低コストの方法およびデバイスの必要性が存在する。また、略瞬時かつ頻繁に、変更され得る方法およびデバイスの必要性が存在する。
【０１４０】
スポットビーム通信衛星システムでは、周波数および偏波の多様性の両方を利用して、隣接するスポットビームからの干渉を低減する。ある例示的実施形態では、周波数および偏波は両方とも、通信トラフィック容量を最大にするために、地理的に分離される他のビーム内で再使用される。スポットビームパターンは、概して、異なる色を使用して、地図上で識別され、そのスポットビーム内で使用される周波数および偏波極性の組み合わせを識別する。次いで、周波数および偏波極性の再使用パターンは、いくつの異なる組み合わせ（または、「色」）が使用されるかによって画定される。
【０１４１】
種々の例示的実施形態により、図２８を参照すると、アンテナシステムは、周波数および偏波の切替えのために構成される。一特定の例示的実施形態では、周波数および偏波の切替えは、２つの周波数範囲間および２つの異なる偏波間の切替えを備える。これは、４つの色切替えとして知られ得る。他の例示的実施形態では、周波数および偏波の切替えは、合計６つの別個の色に対して、３つの周波数範囲間および２つの異なる偏波間の切替えを備える。さらに、種々の例示的実施形態では、周波数および偏波の切替えは、任意の好適な数の周波数範囲を伴う２つの偏波間の切替えを備え得る。別の例示的実施形態では、周波数および偏波切替えは、任意の好適な数の周波数範囲を伴う２つを超える偏波間の切替えを備え得る。
【０１４２】
種々の例示的実施形態によると、周波数および偏波切替えを行う能力は、地上マイクロ波通信端末において、多くの効果を有する。例えば、そうすることによって、帯域幅の拡大、負荷シフト、ローミング、データ速度／ダウンロードスピードの加速、システム上のユーザ群の全体的効率の向上、または個々のデータ通信速度の改善を促進し得る。地上マイクロ波通信端末は、一例示的実施形態では、２地点間端末を備える。別の例示的実施形態では、地上マイクロ波通信端末は、ブロードキャストされるＲＦ信号の周波数範囲および／または偏波極性を切り替えるように構成される衛星等、任意の衛星と通信状態にある地上端末を備える。これらの地上マイクロ波通信端末は、スポットビームベースのシステムである。
【０１４３】
種々の例示的実施形態によると、それぞれ、スポットおよび／または色と関連付けられた１つ以上のＲＦ信号ビームを通信するように構成される衛星は、マイクロ波通信システムにおいて多くの効果を有する。例えば、種々の実施形態による例示的端末に対して上述されたものと同様に、そうすることによって、帯域幅の拡大、負荷シフト、ローミング、データ速度／ダウンロードスピードの加速、システム上のユーザ群の全体的効率の向上、または個々のデータ通信速度の改善を促進し得る。別の例示的実施形態によると、衛星は、衛星によってブロードキャストされるＲＦ信号の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替えるように構成される。これは、マイクロ波通信システムにおいて多くの効果を有する。別の例示的実施形態では、衛星は、周波数および／または偏波切替えを行う能力を有する端末等、任意の好適な地上マイクロ波通信端末と通信状態にある。
【０１４４】
従来技術のスポットビームベースのシステムは、周波数および偏波の多様性を使用して、隣接するスポットビームからの干渉を低減または排除する。これは、非隣接ビームにおいて周波数を再使用させ、衛星容量およびスループットの増加をもたらすことを可能にする。残念ながら、従来技術では、そのような多様性を有するために、そのようなシステムの設置業者は、設置時、正確な偏波極性を設定する、または端末の異なる偏波極性型を搬送することが可能でなければならない。例えば、設置用地において、設置業者は、左旋円偏波に対して構成される第１の端末および右旋円偏波に対して構成される第２の端末を搬送し、ある地理的領域内で第１の端末を、別の地理的領域内で第２の端末を使用する場合がある。代替として、設置業者は、ある偏波から別の偏波に切り替えるために、端末を分解し、再度組み立てることが可能である場合がある。これは、例えば、偏波器を除去し、９０°回転させ、偏波器を新しい配向に再設置することによって行われる場合がある。これらの従来技術ソリューションは、設置用地において、種々の構成要素を搬送する必要があるため望ましくないという点から煩わしい。また、手動分解／再組立ステップは、人的エラーおよび／または欠損の可能性を招く。
【０１４５】
これらの従来技術の解決策は、さらに、あらゆる実践的目的に対して、特定の端末のための周波数範囲および偏波を永久的に設定する。これは、周波数範囲および偏波への任意の変更が、修理要請の時間および費用を含むので、そのように行われる。設置業者は、物理的場所を訪問し、分解／再組立技法を使用して、または端末全体を単に交換することによって、偏波を変更する必要があるであろう。消費者広帯域衛星端末市場では、修理要請のコストは、機器のコストを超え得、一般に、そのような端末内の偏波極性を手動で変更することは、経済的に実行可能ではない。
【０１４６】
種々の例示的実施形態によると、電子的または電気機械的に、周波数範囲および／または偏波極性を切り替えるための低コストシステムおよび方法が提供される。ある例示的実施形態では、端末の周波数範囲および／または偏波は、端末への人的接触を伴わずに変更可能である。言い換えると、端末の周波数範囲および／または偏波は、修理要請を伴わずに変更可能である。ある例示的実施形態では、システムは、端末の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で変更させるように構成される。
【０１４７】
一例示的実施形態では、システムおよび方法は、２つ以上の周波数範囲の中から所望の周波数範囲に電子的に設定可能な単一種類の端末を設置することを促進する。いくつかの例示的周波数範囲として、受信１０．７ＧＨｚ乃至１２．７５ＧＨｚ、送信１３．７５ＧＨｚ乃至１４．５ＧＨｚ、受信１８．３ＧＨｚ乃至２０．２ＧＨｚ、および送信２８．１ＧＨｚ乃至３０．０ＧＨｚが挙げられる。さらに、２地点間システムの他の所望の周波数範囲は、１５ＧＨｚ乃至３８ＧＨｚ内である。別の例示的実施形態では、システムおよび方法は、２つ以上の偏波極性の中から所望の偏波極性に電子的に設定可能な単一種類の端末の設置を促進する。偏波極性は、例えば、左旋円、右旋円、垂直線形、水平線形、または任意の他の直交偏波を備え得る。さらに、種々の例示的実施形態では、それぞれ、周波数範囲および偏波極性の選択肢の中から、端末の周波数範囲および偏波極性の両方を電子的に選択可能な単一種類の端末が設置され得る。
【０１４８】
ある例示的実施形態では、送信および受信信号は対合されて、共通切替え機構が、同時に両信号を切り替える。例えば、ある「色」は、ＲＨＣＰを使用する周波数範囲１９．７ＧＨｚ乃至２０．２ＧＨｚの受信信号と、ＬＨＣＰを使用する周波数範囲２９．５ＧＨｚ乃至３０．０ＧＨｚの送信信号であり得る。別の「色」は、同一周波数範囲を使用するが、ＲＨＣＰを使用して送信し、ＬＨＣＰを使用して受信し得る。故に、ある例示的実施形態では、送信および受信信号は、反対の偏波で動作される。しかしながら、いくつかの例示的実施形態では、送信および受信信号は、自己干渉のない動作のために、信号絶縁要件を増加させる同一偏波で動作される。
【０１４９】
したがって、第１の地理的領域に対して第１の様式で、第１の領域と異なる第２の地理的領域に対して第２の様式で構成可能な単一の端末タイプが設置され得、その場合、第１の地理的領域は、第１の色を使用し、第２の地理的領域は、第１の色と異なる第２の色を使用する。
【０１５０】
例示的実施形態によると、地上マイクロ波通信端末等の端末は、負荷平衡を促進するように構成され得る。別の例示的実施形態によると、衛星は、負荷平衡を促進するように構成され得る。負荷平衡は、特定の衛星上の負荷の一部または２地点間システムをある偏波極性／周波数範囲「色」あるいは「ビーム」から別のものに移動させるステップを伴う。ある例示的実施形態では、負荷平衡は、端末あるいは衛星の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替える能力によって有効化される。
【０１５１】
したがって、例示的実施形態では、負荷平衡の方法は、１つ以上の地上マイクロ波通信端末の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替えるステップを備える。例えば、システムオペレータまたは負荷監視コンピュータは、システム帯域幅リソースの動的変化が、あるユーザをあまり混雑し得ない隣接するビームに移動させることが有利であろう状況をもたらしていることを判定し得る。一実施例では、それらのユーザは、負荷の再変化に伴って、後で戻ってもよい。ある例示的実施形態では、本信号切替え（したがって、本衛星の能力「負荷平衡」）は、周期的に行うことが可能である。他の例示的実施形態では、負荷平衡は、同時または実質的に同時に、多くの端末（例えば、数百または数千の端末）上で行うことが可能である。他の例示的実施形態では、負荷平衡は、数千のユーザ端末を手動で再構成する必要なく、多くの端末上で行うことが可能である。
【０１５２】
一例示的実施形態では、信号偏波の動的制御は、偏波ホッピングを利用することによって、セキュアな通信のために実装される。通信セキュリティは、他の認証ユーザに周知の速度で、通信信号の偏波を変更することによって向上可能である。不正ユーザは、任意の所与の瞬間、正確な偏波を知らないことになり、一定偏波を使用する場合、不正ユーザは、短い瞬間のみ、正確な偏波を有することになるであろう。セキュアな通信のための偏波ホッピングの類似用途は、信号スキャンのために、偏波ホッピングを使用することである。言い換えると、アンテナの偏波は、信号検出を監視するために継続的に調節可能である。
【０１５３】
ある例示的実施形態では、負荷平衡は、システム負荷に基づいて、必要に応じた頻度で行われる。例えば、負荷平衡は、季節ベースに行われ得る。例えば、負荷は、学校、大学などが、その学期を開始ならびに終了する際、大幅に変更し得る。別の実施例として、休暇シーズンは、大幅な負荷変動をもたらし得る。例えば、特定の地理的領域は、非常に高い負荷のデータトラフィックを有し得る。これは、その領域内のより高い平均人口密度、その領域内のより高い送受信機の平均数、またはその領域内のより高いデータ送信の平均使用によるものであり得る。別の実施例では、負荷平衡は、時間ベースで行われる。さらに、負荷平衡は、任意の好適な時間で行われ得る。一実施例では、最大使用が、６−７ＰＭの間である場合、最大負荷ビーム領域内のユーザの一部は、異なる時間帯の隣接するビームに切り替えられ得る。別の実施例では、地理的領域が、オフィスおよび自宅端末の両方を備え、オフィス端末が、自宅端末と異なる時間に最大負荷を被る場合、負荷平衡は、自宅とオフィス端末との間で行われてもよい。さらに別の実施形態では、特定の領域は、事業、科学研究活動、グラフィック／ビデオ集約的娯楽データ送信、スポーツイベント、または会議内の高トラフィックに関連する等、局在的信号送信トラフィックの増加を有し得る。言い換えると、ある例示的実施形態では、負荷平衡は、送受信機群の任意のサブ群の色を切り替えることによって行われてもよい。
【０１５４】
ある例示的実施形態では、消費者広帯域地上端末は、どの色が利用可能であって、別の動作色に切り替えるかについて、事前にプログラムされた命令に基づいて判定するように構成される。例えば、地上端末は、２つ以上のビーム（それぞれ、異なる色）に対して可視性を有し得る。地上端末は、２つ以上のビームのいずれが接続により優れているかを判定し得る。この判定は、任意の好適な要因に基づいて行われてもよい。一例示的実施形態では、どの色を使用すべきかの判定は、データ速度、ダウンロードスピード、および／またはその色と関連付けられたビーム上の容量に基づく。他の例示的実施形態では、判定は、無作為または任意の他の好適な方法で行われる。
【０１５５】
本技法は、種々の理由から、短および長周期の両方にわたって負荷が変化するので、地理的不動の実施形態において有用であって、そのような色選択の自己調節は、負荷平衡を促進する。また、本技法は、「ローミング」の形態として、モバイル衛星通信において有用である。例えば、一例示的実施形態では、広帯域地上端末は、信号強度に基づいて別の動作色に切り替えるように構成される。これは、ローミング判定が信号強度に基づく、従来の携帯電話型ローミングとは対照的である。対照的に、ここでは、色分布は、チャネル内の容量に基づく。したがって、ある例示的実施形態では、どの色を使用すべきかの判定は、端末があるスポットから別のスポットに移動することに伴って、通信スピードを最適化するために行われてもよい。代替として、ある例示的実施形態では、衛星による色信号ブロードキャストは、変化してもよく、またはスポットビームは、移動され得、依然として、広帯域地上端末は、異なる色上で通信するように自動的に調節するように構成され得る（例えば、チャネル容量に基づいて）。
【０１５６】
別の例示的実施形態によると、衛星は、それぞれ、スポットおよび／または色と関連付けられた１つ以上のＲＦ信号ビームを通信するように構成される。別の例示的実施形態によると、衛星は、衛星によってブロードキャストされるＲＦ信号の周波数範囲および／または偏波極性を遠隔で切り替えるように構成される。別の例示的実施形態では、衛星は、追加の色をブロードキャストするように構成され得る。例えば、面積および／または衛星は、第１の時間において、４色のみ有するが、２つの追加の色（合計６色となる）が、第２の時間に動的に追加される場合がある。この場合、特定のスポットの色を新しい色のうちの１つに変更することが望ましいであろう。図２９Ａを参照すると、スポット４は、「赤色」から、次いで、新しい色「黄色」に変化する。一例示的実施形態では、色を追加する能力は、あるデバイス内の広帯域幅にわたって、送信および／または受信の両方を操作し、その広帯域幅にわたって、そのデバイスの周波数を同調させるためのシステムの能力の機能であり得る。
【０１５７】
例示的実施形態により、新たに図２８を参照すると、衛星は、ダウンリンク、アップリンク、およびサービスエリアを有し得る。サービスエリアは、それぞれ、それぞれの領域を照射するためのスポットビームに対応する、より小さい領域から成ってもよい。スポットビームは、相互に隣接し、重複領域を有し得る。衛星通信システムは、多くの作用パラメータを有する：（１）直交時間または周波数スロットの数（以下、色パターンと定義される）；（２）ビーム間隔（交差点におけるビームロールオフによって特徴付けられる）；（３）周波数再使用パターン（再使用パターンは、均一分散型容量が要求される場合、構造内で規則的であり得る）；および（４）ビームの数（より多くのビームを伴う衛星は、より高いシステム柔軟性およびより優れた帯域幅効率を提供するであろう）。偏波は、時間または周波数スロットに加え、再使用パターンを画定するための量として使用され得る。一例示的実施形態では、スポットビームは、第１のスポットビームおよび第２のスポットビームを備え得る。第１のスポットビームは、第１の複数の加入者端末に情報を送信するために、地理的領域内の第１の領域を照射し得る。第２のスポットビームは、第２の複数の加入者端末に情報を送信するために、地理的領域内の第１の領域に隣接する第２の領域を照射し得る。第１および第２の領域は、重複し得る。
【０１５８】
第１のスポットビームは、第１の特性偏波を有し得る。第２のスポットビームは、第１の偏波に直交する第２の特性偏波を有し得る。偏波直交性は、隣接するビーム間の絶縁量を提供する役割を果たす。偏波は、周波数スロットと組み合わされ、隣接するビームとそのそれぞれのサービスエリアとの間により高い絶縁度を達成し得る。第１のビーム内の加入者端末は、第１の特性偏波に一致する偏波を有し得る。第２のビーム内の加入者端末は、第２の特性偏波に一致する偏波を有し得る。
【０１５９】
隣接するビームの重複領域内の加入者端末は、第１のビームまたは第２のビームに任意に割り当てられ得る。この任意の割当ては、衛星システムにおける柔軟性であって、重複領域内の任意の加入者端末に対するサービスの開始後、再割当てを介して改変され得る。隣接するスポットビームによって照射される重複領域内の加入者端末の偏波を遠隔で変更する能力は、加入者の分布および数を変更するための動作の重要な改善および衛星リソースの使用の最適化である。例えば、第１のビームから第２のビームまた第２のビームから第１のビームにユーザあるいはユーザ群を再割当てするための衛星リソースの効率的使用および個々の加入者サービスの改善であり得る。したがって、隣接するビーム間に絶縁を提供するための量として偏波を使用する、衛星システムは、第１の偏波状態から第２の直交偏波状態に偏波を切替えまたは変更するためのコマンドを含有する信号を送信することによって、遠隔で偏波を変更するように構成され得る。偏波の意図的変更は、ビーム絶縁量を増加させるために偏波を使用する、スポットビーム衛星システム内の隣接するビームへの再割当てを容易にし得る。
【０１６０】
ダウンリンクは、選択された周波数および／または偏波の組み合わせに基づいて、多重「色」を備え得る。他の周波数および周波数範囲が使用され得、他の偏波も同様であるが、実施例として、１つの多色実施形態が提供される。例えば、新たに図２８を参照すると、ダウンリンクでは、色Ｕ１、Ｕ３、およびＵ５は、左旋円偏波（「ＬＨＣＰ」）され、色Ｕ２、Ｕ４、およびＵ６は、右旋円偏波（「ＲＨＣＰ」）される。周波数領域では、色Ｕ３およびＵ４は、１８．３−１８．８ＧＨｚであって、Ｕ５およびＵ６は、１８．８−１９．３ＧＨｚであって、Ｕ１およびＵ２は、１９．７−２０．２ＧＨｚである。本例示的実施形態では、各色は、５００ＭＨｚ周波数範囲を表すことに留意されたい。他の周波数範囲も、他の例示的実施形態において使用され得る。したがって、ＬＨＣＰまたはＲＨＣＰのうちの１つを選択し、利用可能な選択肢の中から周波数帯域を指定することは、色を特定することになるであろう。同様に、アップリンクは、それぞれ、色として指定可能な周波数／偏波の組み合わせを備える。多くの場合、ＬＨＣＰおよびＲＨＣＰは、例証されるように、逆転され、信号絶縁の増加をもたらすが、これは必要ではない。アップリンクでは、色Ｕ１、Ｕ３、およびＵ５は、ＲＨＣＰであって、色Ｕ２、Ｕ４、およびＵ６は、ＬＨＣＰである。周波数ドメインでは、色Ｕ３およびＵ４は、２８．１−２８．６ＧＨｚであって、Ｕ５およびＵ６は、２８．６−２９．１ＧＨｚであって、Ｕ１およびＵ２は、２９．５−３０．０ＧＨｚである。本例示的実施形態では、各色は、同様に、５００ＭＨｚ周波数範囲を表すことに留意されたい。
【０１６１】
ある例示的実施形態では、衛星は、スポットおよび色と関連付けられた１つ以上のＲＦ信号ビーム（スポットビーム）をブロードキャストし得る。さらに、本衛星は、第１の色から第２の異なる色に、スポットの色を変更するように構成される。したがって、新たに図２９Ａを参照すると、スポット１は、「赤色」から「青色」に変更される。
【０１６２】
あるスポットの色が変更されると、隣接するスポットの色も同様に変更することが望ましいであろう。再び、図２９Ａ参照すると、地図は、第１の時間点におけるスポット色の群を示し、本時間における本群は、９１１０と指定され、地図のコピーは、第２の時間点におけるスポット色の群を示し、９１２０と指定される。色の一部または全部は、第１の時間点と第２の時間点との間で変化し得る。例えば、スポット１は、赤色から青色に変化し、スポット２は、青色から赤色に変化する。しかしながら、スポット３は、同じままである。このように、ある例示的実施形態では、隣接するスポットは、同じ色ではない。
【０１６３】
スポットビームのいくつかは、１つの色であって、他のスポットビームは、異なる色である。信号分離のために、類似色のスポットビームは、典型的には、相互に隣接して位置しない。ある例示的実施形態では、かつ再び図２８を参照すると、例証される分布パターンは、４色スポットビーム周波数再使用のための一例示的レイアウトパターンを提供する。本パターンでは、色Ｕ１は、別の色Ｕ１に隣接しない等であることを認識されたい。しかしながら、典型的には、スポットビームは、重複し、スポットビームは、円形サービスエリアによってより良く表され得ることに留意されたい。さらに、信号の強度は、円形が、特定のスポットビームの範囲の接近に過ぎないように、円形の中心からの距離に伴って低下し得ることを理解されたい。円形サービスエリアは、地図上にオーバーレイされ、どのスポットビームが特定の面積内で利用可能であるかを判定し得る。
【０１６４】
例示的実施形態によると、衛星は、第１の地理的場所から第２の地理的場所に、１つ以上のスポットを偏移させるように構成される。これは、第１の場所から第２の場所にスポットの中心を偏移させるように説明され得る。また、これは、スポットの有効サイズ（例えば、直径）を変更するように説明される場合もある。例示的実施形態によると、衛星は、第１の場所から第２の場所にスポットの中心を偏移させる、および／または１つ以上のスポットの有効サイズを変更するように構成される。従来技術では、そのような作用は、地上用送受信機を立ち往生させるため、スポットを偏移させることは考えられないであろう。地上用送受信機は、１つ以上のスポットの偏移が、いくつかの地上端末を異なる色の新しいスポットと通信不可能にするため、立ち往生することになるであろう。
【０１６５】
しかしながら、ある例示的実施形態では、送受信機は、容易に色を切り替えるように構成される。したがって、ある例示的方法では、１つ以上のスポットの地理的場所は、偏移され、地上用送受信機の色は、必要に応じて、調節され得る。
【０１６６】
ある例示的実施形態では、スポットは、高負荷地理的領域が、２つ以上の重複スポットによって網羅されるように偏移される。例えば、図２９Ｂおよび２９Ｃを参照すると、特定の地理的領域９２１０は、非常に高い負荷のデータトラフィックを有し得る。本例示的実施形態では、面積９２１０は、図２９Ｂによって例証される第１の時間点において、スポット１によってのみサービス提供される。図２９Ｃによって例証される第２の時間点では、スポットは、面積９２１０が、現在、サービス提供される、またはスポット１、２、および３によって網羅されるように、偏移されている。本実施形態では、面積９２１０内の地上用送受信機は、送受信機のうちのいくつかが、スポット１によって、他は、スポット２によって、さらに他は、スポット３によって、サービス提供されるように、調節され得る。言い換えると、面積９２１０内の送受信機は、３色のうちの１つが、選択的に割り当てられ得る。このように、本面積内の負荷は、共有される、または負荷平衡可能である。
【０１６７】
ある例示的実施形態では、衛星および／または端末の切替えは、任意の規則性を伴って生じてもよい。例えば、偏波は、夕方の時間の間に切り替えられ、次いで、経時的に生じる送信負荷変動を反映するために、営業時間の間は戻され得る。ある例示的実施形態では、偏波は、システム内の素子の寿命の間、数千回切り替えられ得る。
【０１６８】
一例示的実施形態では、端末の色は、地上用送受信機の設置まで、判定または割当が行われない。これは、ある特定の色として設定される、工場から出荷されるユニットとは対照的である。その「色」に関する懸念を伴うことなく、地上用送受信機を出荷する能力は、１つのユニットのみ（２つ、４つ、またはそれ以上とは対照的に）保管する必要があるため、より簡単な在庫管理プロセスを促進する。ある例示的実施形態では、端末が設置され、次いで、色が、手動で、または電子的に、自動様式で設定される（すなわち、技術者が、人的エラーを起こすことは不可能である）。別の例示的実施形態では、色は、遠隔中央制御センタによって割り当てられる等、遠隔で設定される。別の例示的実施形態では、ユニット自体が、最良の色を判定し、その色で動作する。
【０１６９】
留意され得るように、特定の端末に対して、どの色を使用すべきかの判定は、任意の数の要因に基づいてもよい。色は、どの信号が最強であるか、利用可能な色の中で無作為に割り当てられた利用可能な色間の利用可能な相対帯域幅、地理的考慮、時間的考慮（天気、帯域幅使用、イベント、労働パターン、曜日、スポーツイベント、および／または同等物等）、および同等物に基づいてもよい。以前、地上消費者広帯域端末は、設置時、または迅速に、遠隔で、使用の際に変動する状況に基づいて、どの色を使用すべきかの判定は不可能であった。
【０１７０】
例示的実施形態によると、システムは、加入者端末の遠隔アドレス指定能力を促進するように構成される。一例示的実施形態では、システムは、特定の端末を遠隔でアドレス指定するように構成される。システムは、各加入者端末をアドレス指定するように構成され得る。別の例示的実施形態では、加入者端末群が、アドレス指定可能であり得る。これは、特定の送受信機および／または加入者端末群と命令を通信するために、未知または今後判明される、任意の数の方法を使用して、生じてもよい。したがって、遠隔信号は、ある色から別の色に切り替えるように、端末または端末群に命令し得る。端末は、任意の好適な様式でアドレス指定可能であり得る。一例示的実施形態では、ＩＰアドレスは、各端末と関連付けられる。ある例示的実施形態では、端末は、モデムまたはセットトップボックスを通して（例えば、インターネットを介して）、アドレス指定可能であり得る。したがって、例示的実施形態によると、システムは、特定の端末にアドレス指定されたコマンドを送信することによって、加入者端末の特性偏波を遠隔で変更するために構成される。これは、負荷平衡および同等物を促進し得る。サブ群は、より大きな地理的領域内の地理的サブ群、または任意の好適なベースに基づいて形成される任意の他の群であり得る。
【０１７１】
このように、個々のユニットは、１対１ベースで制御され得る。同様に、サブ群内のユニットはすべて、同時に色を変更するように命令され得る。一実施形態では、群は、小サブ群（例えば、１００のサブ群であって、それぞれ、より大きな群内の端末の１％を占める）に分割される。他のサブ群は、端末の５％、１０％、２０％、３５％、５０％、および同等物を占める場合がある。サブ群の粒度は、負荷平衡のより精密な同調を促進し得る。
【０１７２】
したがって、地図上の場所Ａ（図２８の実践的分布図参照）に位置する、４色切替え可能送受信機を伴う個人は、利用可能な色Ｕ１、Ｕ２、およびＵ３を有するであろう。送受信機は、その時点における必要性に最も好適なそれらの３色のうちの１つ上で動作するように切り替えられ得る。同様に、地図上の場所Ｂは、利用可能な色Ｕ１およびＵ３を有するであろう。最後に、地図上の場所Ｃは、利用可能な色Ｕ１を有するであろう。多くの実践的状況では、送受信機は、特定の面積内で利用可能な２色または３色の選択肢を有するであろう。
【０１７３】
色Ｕ５およびＵ６もまた、使用される場合があり、スポットビームパターン内で使用する色の選択肢をさらに増加させることに留意されたい。また、これは、特定の場所内の特定の送受信機に利用可能な選択肢をさらに増加させ得る。４色または６色実施形態として説明されるが、任意の好適な数の色が、本明細書に説明されるように、色切替えのために使用され得る。また、衛星として本明細書に説明されるが、説明は、送受信機と通信するように構成されるまたは他の類似遠隔通信システムにも有効であることが意図される。
【０１７４】
端末の周波数範囲／偏波は、遠隔で、ローカルで、手動でのうちの少なくとも１つ、またはそれらのいくつかの組み合わせで、選択され得る。一例示的実施形態では、端末は、遠隔で制御され、ある周波数範囲／偏波から別のものに切り替えるように構成される。例えば、端末は、周波数範囲／偏波の切替えを制御する、中央システムからの信号を受信し得る。中央システムは、負荷変化が、左旋円偏波されたチャネルを大幅に減速させたが、右旋円偏波されたチャネルが、利用可能な帯域幅を有することを判定し得る。次いで、中央システムは、いくつかの端末の偏波を遠隔で切り替え得る。これは、一様に、切替え型および非切替え型ユーザに対するチャネル可用性を改善するであろう。さらに、切り替えるためのユニットは、地理、天気、使用特性、個々の帯域幅要件、および／または他の考慮に基づいて選択され得る。さらに、周波数範囲／偏波の切替えは、不良送信品質に関して、消費者が企業に電話を架けることに応答して行われ得る。
【０１７５】
周波数範囲および偏波の両方の切替えとの関連において、本明細書に説明されるが、本明細書に論じたものに類似する効果および利点は、周波数または偏波の一方のみを切り替えて実現され得ることに留意されたい。
【０１７６】
本明細書に説明される周波数範囲切替えは、任意の数の方法で行われてもよい。ある例示的実施形態では、周波数範囲切替えは、電子的に行われる。例えば、周波数範囲切替えは、位相配列内の移相器を調節する固定周波数発振器または変換器間で切り替える、および／または同調可能発振器信号を備える同調可能二重変換送信機を使用することによって、実装され得る。本発明と併用するための周波数切替えの追加の側面は、２００９年１１月６日出願の米国特許出願第１２／６１４，２９３号「ＤＵＡＬ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＴＲＡＮＳＭＩＴＴＥＲ ＷＩＴＨ ＳＩＮＧＬＥ ＬＯＣＡＬ ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲ」（その内容は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）に開示されている。
【０１７７】
別の例示的実施形態によると、本明細書に説明される偏波切替えは、任意の数の方法で行われてもよい。ある例示的実施形態では、偏波切替えは、直交アンテナポートにおける信号の相対位相を調節することによって電子的に行われる。別の例示的実施形態では、偏波切替えは、機械的に行われる。例えば、偏波切替えは、トランペットスイッチの使用によって実装され得る。トランペットスイッチは、電子的に作動され得る。例えば、トランペットスイッチは、電磁石、サーボ、誘導子、ソレノイド、バネ、モータ、電気機械デバイス、またはそれらの任意の組み合わせによって作動され得る。さらに、切替え機構は、トランペットスイッチの位置を移動させ、維持するように構成される任意の機構であることが可能である。さらに、ある例示的実施形態では、トランペットスイッチは、ラッチ機構によって適所に保持される。ラッチ機構は、例えば、固定磁石であり得る。ラッチ機構は、アンテナが別の偏波に切り替えられ得るまで、トランペットスイッチを適所に保持する。
【０１７８】
本明細書に説明されるように、端末は、切替えを生じさせる信号を受信するように構成され得、信号は、遠隔源からであり得る。例えば、遠隔源は、中央オフィスであり得る。別の実施例では、設置業者または消費者は、切り替えるためのコマンドを送信する端末に接続されるローカルコンピュータを使用して、偏波を切り替えることが可能である。別の実施形態では、設置業者または消費者は、次に、切り替えるための信号を送信するテレビセットトップボックスを使用して、偏波を切り替えることが可能である。偏波切替えは、性能を向上させるための手段として、または不良性能を解決するための別の選択肢として、設置の際に生じ得る。
【０１７９】
他の例示的実施形態では、手動方法を使用して、ある偏波から別の偏波に端末を変更し得る。これは、システムの筐体内のスイッチを物理的に移動させることによって、または筐体外にスイッチを延出させ、偏波を手動で切り替えることをよって容易に行うことによって達成可能である。これは、設置業者または消費者のいずれかによって行われ得る。
【０１８０】
上述の多色実施形態のいくつかの例示的実施形態は、従来技術に勝る利益を享受し得る。例えば、ある例示的実施形態では、低コスト消費者広帯域地上端末アンテナシステムは、アンテナ、アンテナと信号通信する送受信機、およびアンテナシステムを第１の偏波極性と第２の偏波極性との間で切り替えさせるように構成される偏波極性スイッチを含み得る。本例示的実施形態では、アンテナシステムは、第１の偏波極性および／または第２の偏波極性で動作するように構成され得る。
【０１８１】
ある例示的実施形態では、システムリソース負荷平衡の方法が開示される。本例示的実施形態では、方法は、以下のステップを含み得る：（１）第１のスポットビーム上の負荷が所望のレベルより高く、第２のスポットビーム上の負荷が追加の負荷に対応するために十分低いかどうかを判定するステップと、（２）第２のスポットビームの視野内の切替えのために利用可能な第１のスポットビーム上の消費者広帯域地上端末を識別するステップと、（３）切替えに利用可能な端末に、遠隔コマンドを送信するステップと、（４）遠隔コマンドに基づいて、第１のビームから第２のビームに、該端末内の色を切り替えるステップ。本例示的実施形態では、第１および第２のスポットビームはそれぞれ異なる色である。
【０１８２】
ある例示的実施形態では、衛星通信システムが開示される。本例示的実施形態では、衛星通信システムは、以下を含み得る：多重スポットビームをブロードキャストするように構成される衛星と、種々の地理的場所における複数のユーザ端末アンテナシステムと、偏波極性および周波数のうちの少なくとも１つを切り替え、第１のスポットビームから第２のスポットビームに切り替えるために、複数のユーザ端末アンテナシステムのサブセットのうちの少なくともいくつかに命令するように構成される、遠隔システムコントローラ。本例示的実施形態では、多重スポットビームは、少なくとも、第１の色の第１のスポットビームおよび第２の色の第２のスポットビームを含み得る。本例示的実施形態では、少なくとも、複数のユーザ端末アンテナシステムのサブセットは、第１および第２のスポットビームも両方の視野の中に位置し得る。
【０１８３】
以下の出願は、本主題に関連する：米国特許出願第１２／７５９，１２３号「ＡＣＴＩＶＥ ＢＵＴＬＥＲ ＡＮＤ ＢＬＡＳＳ ＭＡＴＲＩＣＥＳ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７１００号）；米国特許出願第１２／７５９，０４３号「ＡＣＴＩＶＥ ＨＹＢＲＩＤＳ ＦＯＲ ＡＮＴＥＮＮＡ ＳＹＳＴＥＭＳ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７２００号）；米国特許出願第１２／７５９，０６４号「ＡＣＴＩＶＥ ＦＥＥＤ ＦＯＲＷＡＲＤ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７３００号）；米国特許出願第１２／７５９，１３０号「ＡＣＴＩＶＥ ＰＨＳＥＤ ＡＲＲＡＹ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．７６００号）；米国特許出願第１２／７５８，９９６号「ＰＲＥＳＥＬＥＣＴＯＲ ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．６８００号）；米国特許出願第１２／７５９，１４８号「ＡＣＴＩＶＥ ＰＯＷＥＲ ＳＰＬＩＴＴＥＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．８７００号）；米国特許出願第１２／７５９，１１２号「ＨＡＬＦ−ＤＵＰＬＥＸ ＰＨＡＳＥＤ ＡＲＲＡＹ ＡＮＴＥＮＮＡ ＳＹＳＴＥＭ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第５５４２４．０５００号）；米国特許出願第１２／７５９，１１３号「ＤＥＧＩＴＡＬ ＡＭＰＬＩＴＵＤＥ ＣＯＮＴＲＯＬ ＯＦ ＡＣＴＩＶＥ ＶＥＣＴＯＲ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ」（本願と同時に出願されている）（代理人整理番号第３６９５６．９０００号）（その内容は、任意の目的のために、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）。
【０１８４】
効果、他の利点、および問題に対するソリューションが、特定の実施形態に関して上述された。しかしながら、効果、利点、問題に対するソリューション、および任意の効果、利点、またはソリューションを生じさせる、あるいはより顕著となり得る、任意の素子は、任意または全部の請求項の重要、必須、または不可欠な特徴あるいは素子として解釈されるものではない。本明細書で使用されるように、用語「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、またはそれらの任意の他の変形例は、素子のリストを備える、プロセス、方法、物品、または装置が、それらの素子のみを含むものではなく、明示的に列挙されない、あるいはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有の他の素子を含み得るように、非排他的含有を網羅するものと意図される。さらに、本明細書に説明されるいかなる素子も、「不可欠」または「重要」として明示的に説明されない限り、本発明の実践のために要求されない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号を放射素子に送信するように構成される能動的アンテナ偏波器であって、
ＲＦ入力信号を受信するように構成される能動的分割器であって、該ＲＦ入力信号を第１のＲＦ中間信号および第２のＲＦ中間信号に分割する、能動的分割器と、
該能動的分割器から該第１の中間信号の位相を受信し、調節するように構成される第１のベクトル発生器と、
該第１のベクトル発生器と並列する第２のベクトル発生器であって、該能動的分割器から該第２の中間信号の位相を受信し、調節するように構成される、第２のベクトル発生器と
を備える、能動的アンテナ偏波器。
【請求項２】
前記能動的アンテナ偏波器は、前記第１のベクトル発生器から前記放射素子に、線形偏波を伴うＲＦ出力信号を送信するように構成される、請求項１に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項３】
前記能動的アンテナ偏波器は、前記第１のベクトル発生器から前記放射素子に、線形偏波を伴う差動的にフィードされるＲＦ出力信号を送信するように構成される、請求項１に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項４】
前記能動的アンテナ偏波器は、前記第１および第２のベクトル発生器から前記放射素子に、二重線形偏波を伴うＲＦ出力信号を送信するように構成される、請求項１に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項５】
前記能動的アンテナ偏波器は、前記第１および第２のベクトル発生器から前記放射素子に、二重線形偏波、円形偏波、および楕円形偏波のうちの少なくとも１つを伴う、差動的にフィードされるＲＦ出力信号を送信するように構成される、請求項１に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項６】
放射素子からＲＦ信号を受信するように構成される能動的アンテナ偏波器であって、
第２のベクトル発生器と並列する第１のベクトル発生器であって、該第１のベクトル発生器および該第２のベクトル発生器のうちの少なくとも１つは、該放射素子から少なくとも１つのＲＦ入力信号を受信するように構成され、
該第１のベクトル発生器および該第２のベクトル発生器のうちの少なくとも１つは、該少なくとも１つのＲＦ入力信号の位相を調節し、少なくとも１つの中間ＲＦ信号を発生させるように構成される、ベクトル発生器と、
該第１のベクトル発生器および該第２のベクトル発生器のうちの少なくとも１つから、該少なくとも１つの中間ＲＦ信号を受信し、結合するように構成される能動的電力結合器であって、ＲＦ出力信号を発生させる、能動的電力結合器と
を備える、能動的アンテナ偏波器。
【請求項７】
前記放射素子から受信された前記少なくとも１つのＲＦ入力信号は、前記第１のベクトル発生器で受信された線形偏波を伴うＲＦ入力信号である、請求項６に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項８】
前記放射素子から受信された前記少なくとも１つのＲＦ入力信号は、前記第１のベクトル発生器で受信された線形偏波を伴う、差動的にフィードされるＲＦ入力信号である、請求項６に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項９】
前記放射素子から受信された前記少なくとも１つのＲＦ入力信号は、前記第１および第２のベクトル発生器において受信された二重線形偏波を伴うＲＦ入力信号である、請求項６に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項１０】
前記放射素子から受信された前記少なくとも１つのＲＦ入力信号は、前記第１および第２のベクトル発生器で受信された二重線形偏波、円形偏波、および楕円形偏波のうちの少なくとも１つを伴う、差動的にフィードされるＲＦ入力信号である、請求項６に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項１１】
多重放射素子送信機回路であって、
少なくとも２つの放射素子と個々に通信する少なくとも２つのサブ回路と、
少なくとも１つの入力ビームを分割し、該分割された入力ビームを該少なくとも２つのサブ回路に通信するように構成される能動的分割器のネットワークと
を備え、該少なくとも２つのサブ回路の各々は、偏波追跡およびビーム操向を行うように構成され、該少なくとも２つのサブ回路の各々は、送信のために、該それぞれの少なくとも２つの放射素子に信号を通信する、多重放射素子送信機回路。
【請求項１２】
前記多重放射素子送信機回路は、単一ビームを送信するように構成され、前記少なくとも２つのサブ回路は、
前記能動的分割器のネットワークから受信された前記分割された入力ビームを分割するように構成される能動的電力分割器であって、第１のサブ回路信号および第２のサブ回路信号を発生させる、能動的電力分割器と、
該第１のサブ回路信号を受信するように構成される第１のベクトル発生器、および該第２のサブ回路信号を受信するように構成される第２のベクトル発生器であって、前記偏波追跡およびビーム操向を行うように構成される、第１のベクトル発生器および第２のベクトル発生器と
を個々に備える、請求項１１に記載の多重放射素子送信機回路。
【請求項１３】
前記多重放射素子送信機回路は、２つのビームを送信するように構成され、前記少なくとも２つのサブ回路は、
前記能動的分割器のネットワークから入力信号を受信し、該入力信号上でビーム操向を行うように構成される並列の第１の対のベクトル発生器と、
該第１の対のベクトル発生器から２つの信号を受信し、結合するように構成される能動的電力結合器であって、結合された出力信号を発生させる、能動的電力結合器と、
該結合された出力信号を受信し、第１のサブ回路信号および第２のサブ回路信号を発生させるように構成される能動的電力分割器と、
該第１のサブ回路信号および該第２のサブ回路信号をそれぞれ受信するように構成される並列の第２の対のベクトル発生器であって、偏波追跡を行うように構成される、第２の対のベクトル発生器と
を個々に備える、請求項１１に記載の多重放射素子送信機回路。
【請求項１４】
多重放射素子受信機回路であって、
少なくとも２つの放射素子と個々に通信する少なくとも２つのサブ回路と、
該少なくとも２つのサブ回路から中間信号を受信し、該中間信号を少なくとも１つの出力ビームに結合するように構成される能動的結合器のネットワークと、
を備え、該少なくとも２つのサブ回路の各々は、少なくとも２つの放射素子から受信された信号上で偏波追跡およびビーム操向を行うように構成される、多重放射素子受信機回路。
【請求項１５】
前記多重放射素子受信機回路は、単一ビームを形成するように構成され、前記少なくとも２つのサブ回路は、
前記それぞれの少なくとも２つの放射素子から第１の信号を受信するように構成される第１のベクトル発生器、および該それぞれの少なくとも２つの放射素子から第２の信号を受信するように構成される第２のベクトル発生器であって、前記偏波追跡およびビーム操向を行うように構成される、第１のベクトル発生器および第２のベクトル発生器と、
該第１および第２のベクトル発生器からの２つの信号を結合するように構成される能動的電力結合器であって、能動的結合器のネットワークに通信するための結合された出力信号を発生させる、能動的電力結合器と
を個々に備える、請求項１４に記載の多重放射素子受信機回路。
【請求項１６】
前記多重放射素子受信機回路は、２つのビームを形成するように構成され、前記少なくとも２つのサブ回路は、
前記それぞれの少なくとも２つの放射素子から、第１のＲＦ入力信号および第２のＲＦ入力信号を個々に受信するように構成される並列の第１の対のベクトル発生器であって、該第１および第２のＲＦ入力信号上で偏波追跡を行うように構成される、第１の対のベクトル発生器と、
該第１の対のベクトル発生器から、該第１および第２のＲＦ入力信号を受信し、結合するように構成される能動的電力結合器であって、結合された出力信号を発生させる、能動的電力結合器と、
該結合された出力信号を受信し、第１のサブ回路信号および第２のサブ回路信号を発生させるように構成される能動的電力分割器と、
該第１のサブ回路信号および該第２のサブ回路信号をそれぞれ受信するように構成される並列の第２の対のベクトル発生器であって、ビーム操向を行うように構成される、第２の対のベクトル発生器と
を個々に備える、請求項１４に記載の多重放射素子受信機回路。
【請求項１】
ＲＦ信号を放射素子に送信するように構成される能動的アンテナ偏波器であって、
ＲＦ入力信号を受信するように構成される能動的分割器であって、該ＲＦ入力信号を第１のＲＦ中間信号および第２のＲＦ中間信号に分割する、能動的分割器と、
該能動的分割器から該第１の中間信号の位相を受信し、調節するように構成される第１のベクトル発生器と、
該第１のベクトル発生器と並列する第２のベクトル発生器であって、該能動的分割器から該第２の中間信号の位相を受信し、調節するように構成される、第２のベクトル発生器と
を備える、能動的アンテナ偏波器。
【請求項２】
前記能動的アンテナ偏波器は、前記第１のベクトル発生器から前記放射素子に、線形偏波を伴うＲＦ出力信号を送信するように構成される、請求項１に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項３】
前記能動的アンテナ偏波器は、前記第１のベクトル発生器から前記放射素子に、線形偏波を伴う差動的にフィードされるＲＦ出力信号を送信するように構成される、請求項１に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項４】
前記能動的アンテナ偏波器は、前記第１および第２のベクトル発生器から前記放射素子に、二重線形偏波を伴うＲＦ出力信号を送信するように構成される、請求項１に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項５】
前記能動的アンテナ偏波器は、前記第１および第２のベクトル発生器から前記放射素子に、二重線形偏波、円形偏波、および楕円形偏波のうちの少なくとも１つを伴う、差動的にフィードされるＲＦ出力信号を送信するように構成される、請求項１に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項６】
放射素子からＲＦ信号を受信するように構成される能動的アンテナ偏波器であって、
第２のベクトル発生器と並列する第１のベクトル発生器であって、該第１のベクトル発生器および該第２のベクトル発生器のうちの少なくとも１つは、該放射素子から少なくとも１つのＲＦ入力信号を受信するように構成され、
該第１のベクトル発生器および該第２のベクトル発生器のうちの少なくとも１つは、該少なくとも１つのＲＦ入力信号の位相を調節し、少なくとも１つの中間ＲＦ信号を発生させるように構成される、ベクトル発生器と、
該第１のベクトル発生器および該第２のベクトル発生器のうちの少なくとも１つから、該少なくとも１つの中間ＲＦ信号を受信し、結合するように構成される能動的電力結合器であって、ＲＦ出力信号を発生させる、能動的電力結合器と
を備える、能動的アンテナ偏波器。
【請求項７】
前記放射素子から受信された前記少なくとも１つのＲＦ入力信号は、前記第１のベクトル発生器で受信された線形偏波を伴うＲＦ入力信号である、請求項６に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項８】
前記放射素子から受信された前記少なくとも１つのＲＦ入力信号は、前記第１のベクトル発生器で受信された線形偏波を伴う、差動的にフィードされるＲＦ入力信号である、請求項６に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項９】
前記放射素子から受信された前記少なくとも１つのＲＦ入力信号は、前記第１および第２のベクトル発生器において受信された二重線形偏波を伴うＲＦ入力信号である、請求項６に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項１０】
前記放射素子から受信された前記少なくとも１つのＲＦ入力信号は、前記第１および第２のベクトル発生器で受信された二重線形偏波、円形偏波、および楕円形偏波のうちの少なくとも１つを伴う、差動的にフィードされるＲＦ入力信号である、請求項６に記載の能動的アンテナ偏波器。
【請求項１１】
多重放射素子送信機回路であって、
少なくとも２つの放射素子と個々に通信する少なくとも２つのサブ回路と、
少なくとも１つの入力ビームを分割し、該分割された入力ビームを該少なくとも２つのサブ回路に通信するように構成される能動的分割器のネットワークと
を備え、該少なくとも２つのサブ回路の各々は、偏波追跡およびビーム操向を行うように構成され、該少なくとも２つのサブ回路の各々は、送信のために、該それぞれの少なくとも２つの放射素子に信号を通信する、多重放射素子送信機回路。
【請求項１２】
前記多重放射素子送信機回路は、単一ビームを送信するように構成され、前記少なくとも２つのサブ回路は、
前記能動的分割器のネットワークから受信された前記分割された入力ビームを分割するように構成される能動的電力分割器であって、第１のサブ回路信号および第２のサブ回路信号を発生させる、能動的電力分割器と、
該第１のサブ回路信号を受信するように構成される第１のベクトル発生器、および該第２のサブ回路信号を受信するように構成される第２のベクトル発生器であって、前記偏波追跡およびビーム操向を行うように構成される、第１のベクトル発生器および第２のベクトル発生器と
を個々に備える、請求項１１に記載の多重放射素子送信機回路。
【請求項１３】
前記多重放射素子送信機回路は、２つのビームを送信するように構成され、前記少なくとも２つのサブ回路は、
前記能動的分割器のネットワークから入力信号を受信し、該入力信号上でビーム操向を行うように構成される並列の第１の対のベクトル発生器と、
該第１の対のベクトル発生器から２つの信号を受信し、結合するように構成される能動的電力結合器であって、結合された出力信号を発生させる、能動的電力結合器と、
該結合された出力信号を受信し、第１のサブ回路信号および第２のサブ回路信号を発生させるように構成される能動的電力分割器と、
該第１のサブ回路信号および該第２のサブ回路信号をそれぞれ受信するように構成される並列の第２の対のベクトル発生器であって、偏波追跡を行うように構成される、第２の対のベクトル発生器と
を個々に備える、請求項１１に記載の多重放射素子送信機回路。
【請求項１４】
多重放射素子受信機回路であって、
少なくとも２つの放射素子と個々に通信する少なくとも２つのサブ回路と、
該少なくとも２つのサブ回路から中間信号を受信し、該中間信号を少なくとも１つの出力ビームに結合するように構成される能動的結合器のネットワークと、
を備え、該少なくとも２つのサブ回路の各々は、少なくとも２つの放射素子から受信された信号上で偏波追跡およびビーム操向を行うように構成される、多重放射素子受信機回路。
【請求項１５】
前記多重放射素子受信機回路は、単一ビームを形成するように構成され、前記少なくとも２つのサブ回路は、
前記それぞれの少なくとも２つの放射素子から第１の信号を受信するように構成される第１のベクトル発生器、および該それぞれの少なくとも２つの放射素子から第２の信号を受信するように構成される第２のベクトル発生器であって、前記偏波追跡およびビーム操向を行うように構成される、第１のベクトル発生器および第２のベクトル発生器と、
該第１および第２のベクトル発生器からの２つの信号を結合するように構成される能動的電力結合器であって、能動的結合器のネットワークに通信するための結合された出力信号を発生させる、能動的電力結合器と
を個々に備える、請求項１４に記載の多重放射素子受信機回路。
【請求項１６】
前記多重放射素子受信機回路は、２つのビームを形成するように構成され、前記少なくとも２つのサブ回路は、
前記それぞれの少なくとも２つの放射素子から、第１のＲＦ入力信号および第２のＲＦ入力信号を個々に受信するように構成される並列の第１の対のベクトル発生器であって、該第１および第２のＲＦ入力信号上で偏波追跡を行うように構成される、第１の対のベクトル発生器と、
該第１の対のベクトル発生器から、該第１および第２のＲＦ入力信号を受信し、結合するように構成される能動的電力結合器であって、結合された出力信号を発生させる、能動的電力結合器と、
該結合された出力信号を受信し、第１のサブ回路信号および第２のサブ回路信号を発生させるように構成される能動的電力分割器と、
該第１のサブ回路信号および該第２のサブ回路信号をそれぞれ受信するように構成される並列の第２の対のベクトル発生器であって、ビーム操向を行うように構成される、第２の対のベクトル発生器と
を個々に備える、請求項１４に記載の多重放射素子受信機回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公表番号】特表２０１２−５２３８０２（Ｐ２０１２−５２３８０２Ａ）
【公表日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０６１２７（Ｐ２０１２−５０６１２７）
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３０８８１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２０７７０
【国際公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（５０１１５２０２０）ビアサット・インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３０８８１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２０７７０
【国際公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（５０１１５２０２０）ビアサット・インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
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