(57)【要約】  フェーズドアレイアンテナ通信への改善された方策を提供するシステムおよび方法がここに開示される。一例において、アンテナシステムは、複数のデジタルサブアレイ信号を提供するよう、複数の入力信号を受取り、これら入力信号を選択的に複製および重み付けするようにされるデジタルビーム形成器を含む。デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器はデジタルサブアレイ信号を複数の複合アナログサブアレイ信号へと変換する。サブアレイのモジュールが、これら複合アナログサブアレイ信号のうちの少なくとも１つに対してアナログビームステアリングを行なうようにされる。別の例において、フェーズドアレイアンテナのサブアレイは、熱冷却板と、複数の入力／フィルタアセンブリと、熱冷却板の上に積重ねられる分電盤と、アナログビームステアリングを行なうようにされる複数のモジュールとを含んでもよい。これらモジュールは分電盤を介して互いに相互接続され、分電盤の中に取外し可能に挿入されてもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のデジタルサブアレイ信号を提供するよう、複数の入力信号を受取り、前記入力信号を選択的に複製および重み付けするようにされるデジタルビーム形成器と、
前記デジタルサブアレイ信号を複数の複合アナログサブアレイ信号へ変換するようにされる複数のデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器と、
前記複合アナログサブアレイ信号の少なくとも１つに対してアナログビームステアリングを行なうようにされる複数のモジュールを含むサブアレイとを含む、アンテナシステム。
【請求項２】
前記デジタルビーム形成器は、前記入力信号を複製して複数の組へマップし、前記組に対して位相および振幅で重み付けを行なうようにさらにされる、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項３】
前記サブアレイは、
熱冷却板と、
前記熱冷却板に搭載される複数の入力／フィルタアセンブリと、
前記熱冷却板の上に積重ねられる分電盤と、
アナログビームステアリングを行なうようにされる複数のモジュールとを含み、前記モジュールは前記分電盤を介して互いに相互接続され、前記分電盤の中に取外し可能に挿入され、前記サブアレイはさらに、
デジタルサブアレイ入力を受入れ、それらをアナログへと変換するようにされるサブアレイ制御部を含む、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項４】
前記サブアレイはさらに、前記デジタルビーム形成器から前記複合信号を受取るようにされるポートを含み、前記モジュールは前記分電盤を介して前記ポートから前記複合信号を受取り、前記複合信号に対してアナログビームステアリングを行なうようにされる、請求項３に記載のアンテナシステム。
【請求項５】
前記サブアレイは、前記モジュールと通信する複数の送信素子をさらに含む、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項６】
複数のサブアレイをさらに含む、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項７】
複数のモジュールを含むサブアレイと、
前記モジュールに関連付けられる複数の受信素子とを含み、前記モジュールは複数の複合アナログサブアレイ信号を提供するよう、前記受信素子から受取られた複数の信号に対してアナログビームステアリングを行なうようにされ、さらに、
前記複合アナログサブアレイ信号を複数のデジタルサブアレイ信号に変換するようにされる複数のアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器と、
前記デジタルサブアレイ信号を複数の組へとマップするようにされるデジタルルータと、
複数の出力信号を選択的に提供するよう、前記組を受取り、前記組に対して位相および振幅で重み付けならびに組合せを行なうようにされるデジタルビーム形成器とを含む、アンテナシステム。
【請求項８】
前記サブアレイは、
熱冷却板と、
前記熱冷却板に搭載される複数の入力／フィルタアセンブリと、
前記熱冷却板の上に積重ねられる分電盤と、
アナログビームステアリングを行なうようにされる複数のモジュールとを含み、前記モジュールは前記分電盤を介して互いに相互接続され、前記分電盤に取外し可能に挿入され、前記サブアレイはさらに、
前記デジタルビーム形成器へ送るために、アナログサブアレイ出力信号をデジタル出力信号へ変換するようにされるサブアレイ制御部を含む、請求項７に記載のアンテナシステム。
【請求項９】
前記サブアレイは、前記熱冷却板と関連付けられる熱パイプをさらに含む、請求項８に記載のアンテナシステム。
【請求項１０】
複数のサブアレイをさらに含む、請求項７に記載のアンテナシステム。
【請求項１１】
フェーズドアレイアンテナシステムからの送信のために信号を提供する方法であって、
複数の入力信号を受取るステップと、
複数のデジタルサブアレイ信号を提供するよう前記入力信号を選択的に複製するステップと、
前記デジタルサブアレイ信号を複数の複合アナログサブアレイ信号へと変換するステップと、
前記複合アナログサブアレイ信号の少なくとも１つをサブアレイに提供するステップと、
複数のアナログ出力信号を提供するよう、前記複合アナログサブアレイ信号のうちの前記少なくとも１つに対してアナログビームステアリングを行なうステップとを含む、方法。
【請求項１２】
前記サブアレイから前記アナログ出力信号を送るステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複合アナログサブアレイ信号のうちの少なくとも第２のものを第２のサブアレイに対して提供するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記アナログビームステアリングは前記アナログ出力信号の各々の位相および振幅を選択的に調整するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
フェーズドアレイアンテナシステムによって受信される信号を提供する方法であって、
サブアレイで複数の信号を受取るステップと、
前記受取られた信号をビームポートの中に分離するステップと、
複数の複合アナログサブアレイ信号を提供するよう前記受取られた信号に対してアナログビームステアリングを行なうステップと、
前記複合アナログサブアレイ信号を複数のデジタルサブアレイ信号へと変換するステップと、
前記デジタルサブアレイ信号を用いて複数の出力信号を提供するよう前記デジタルサブアレイ信号を選択的に重み付けして組合せるステップとを含む、方法。
【請求項１６】
前記複数の受取られた信号は複数のサブアレイで受取られる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記出力信号はデジタル信号である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
フェーズドアレイアンテナのサブアレイであって、
熱冷却板と、
前記熱冷却板に搭載される複数の入力／フィルタアセンブリと、
前記熱冷却板の上に積重ねられる分電盤と、
アナログビームステアリングを行なうようにされる複数のモジュールとを含み、前記モジュールは前記分電盤を介して互いに相互接続され、前記分電盤の中へ取外し可能に挿入される、サブアレイ。
【請求項１９】
デジタルビーム形成器から複数の複合信号を受取るためのポートをさらに含み、前記モジュールは前記複合信号に対してアナログビームステアリングを行なうようにされる、請求項１９に記載のサブアレイ。
【請求項２０】
信号を受取るようにされる複数の受信素子をさらに含み、前記モジュールは前記受取られた信号に対してアナログビームステアリングを行なうようにされる、請求項１９に記載のサブアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
この発明はアンテナベースの通信システムに概して関し、より特定的にはフェーズドアレイアンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
アンテナベースの通信システムの分野において、選択された対象地域に対してより一層大量の通信帯域幅を提供するという現在進行中の取組みがある。この点において、既存の通信システムは、リフレクタジンバル（reflector gimbal）によって物理的に方向転換される複数の固定されたアンテナビームを含んでもよい大きいアンテナファーム（antenna farm）をしばしば用いる。残念なことに、このようなシステムは、固定されたアンテナビームを所望の対象地域に対して方向付けすることにおいて、制限された柔軟性しか提供し得ない。
【０００３】
他のシステムは、他所へのビームの放射を最小限にしつつ、特定の領域でのビーム範囲を最適化するビーム成形技術を用いる。１つの方策において、アナログビーム形成技術は、制限された数のアンテナビームを有し、各ビームによって高帯域幅が提供されるフェーズドアレイアンテナシステムにおいて用いられてもよい。他の方策では、フェーズドアレイアンテナシステムの各送信または受信素子でのデジタルビーム形成が用いられる。これにより、数多くのＡ／ＤおよびＤ／Ａ変換器およびかなりのデジタル処理能力が必要となる。
【０００４】
アナログビーム形成の場合、従来のフェーズドアレイ設計ではしばしば、高密度・低コストの態様での能動（active）電子機器の集積に焦点が当てられる。しかしながら、このような設計では一般的に、放射線遮蔽および熱輸送のようなその他の考慮事項に関するコストおよび性能は最適化されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、これらさまざまな先行技術の方策では、エンドツーエンドシステムの設計における所望の程度の柔軟性を適度なコストで提供し得ない。したがって、過大なコストなしに高程度の柔軟性を提供するフェーズドアレイアンテナビーム形成への改善された方策に対する要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概要
この発明の一実施例に従うと、アンテナシステムは、複数のデジタルサブアレイ信号を提供するよう、複数の入力信号を受取り、これら入力信号を選択的に複製および重み付けするようにされるデジタルビーム形成器と、デジタルサブアレイ信号を複数の複合アナログサブアレイ信号へ変換するようにされる複数のデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器と、複合アナログサブアレイ信号の少なくとも１つに対してアナログビームステアリングを行なうようにされる複数のモジュールを含むサブアレイとを含む。他の実施例において、複数のサブアレイが含まれ得る。
【０００７】
この発明の別の実施例に従うと、アンテナシステムは、複数のモジュールを含むサブアレイと、モジュールに関連付けられる複数の受信素子とを含み、モジュールは複数の複合
アナログサブアレイ信号を提供するよう、受信素子から受取られた複数の信号に対してアナログビームステアリングを行なうようにされ、さらに、アンテナシステムは複合アナログサブアレイ信号を複数のデジタルサブアレイ信号に変換するようにされる複数のアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器と、デジタルサブアレイ信号を複数の組へとマップするようにされるデジタルルータと、複数の出力信号を選択的に提供するよう、組を受取り、組に対して位相および振幅で重み付けならびに組合せを行なうようにされるデジタルビーム形成器とを含む。他の実施例において、複数のサブアレイが含まれ得る。
【０００８】
この発明の別の実施例に従うと、フェーズドアレイアンテナシステムからの送信のために信号を提供する方法は、複数の入力信号を受取るステップと、複数のデジタルサブアレイ信号を提供するよう入力信号を選択的に複製するステップと、デジタルサブアレイ信号を複数の複合アナログサブアレイ信号へと変換するステップと、複合アナログサブアレイ信号の少なくとも１つをサブアレイに提供するステップと、複数のアナログ出力信号を提供するよう、複合アナログサブアレイ信号のうちの少なくとも１つに対してアナログビームステアリングを行なうステップとを含む。
【０００９】
この発明の別の実施例に従うと、フェーズドアレイアンテナシステムによって受取られる信号を提供する方法は、サブアレイで複数の信号を受取るステップと、受取られた信号をビームポートの中に分離するステップと、複数の複合アナログサブアレイ信号を提供するよう受取られた信号に対してアナログビームステアリングを行なうステップと、複合アナログサブアレイ信号を複数のデジタルサブアレイ信号へと変換するステップと、デジタルサブアレイ信号を用いて複数の出力信号を提供するようデジタルサブアレイ信号を選択的に重み付けして組合せるステップとを含む。
【００１０】
この発明の別の実施例に従うと、フェーズドアレイアンテナのサブアレイは、熱冷却板と、熱冷却板に搭載される複数の入力／フィルタアセンブリと、熱冷却板の上に積重ねられる分電盤と、アナログビームステアリングを行なうようにされる複数のモジュールとを含み、モジュールは分電盤を介して互いに相互接続され、分電盤の中へ取外し可能に挿入される。
【００１１】
この発明の範囲は、このセクションの中に参照により援用される特許請求の範囲によって規定される。当業者ならば、１つ以上の実施例についての下記の詳細な説明を考慮することによって、この発明の実施例のより完全な理解を付加的な利点の認識と同様に得り得るであるであろう。下記に簡単に記載されことになる添付の図面に対して参照が行なわれるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の実施例およびそれらの利点は、下記の詳細な説明を参照することによって最もよく理解される。同様の参照番号が、図面の１つ以上において図示される同様の要素を識別するよう用いられるということが理解されるべきである。
【００１３】
詳細な説明
図１は、この発明の実施例に従ったフェーズドアンテナアレイ１００の送信素子の位置付けを説明する例示的な図を示す。フェーズドアンテナアレイ１００は複数の送信素子１３０を含む。一実施例において、フェーズドアンテナアレイ１００は約８０″の開口および送信素子１３０と共に実施されてもよい。
【００１４】
送信素子１３０はホーンとして実施されてもよく、複数のサブアレイで配されてもよい。図１に示される実施例において、６個のサブアレイ１１０が７番目のサブアレイ１２０を取囲むように設けられる。サブアレイ１１０の各々は約２３″×３５″にサイズ決めさ
れ得、７０個の送信素子１３０を含み得る。サブアレイ１２０はサブアレイ１１０と比べると、送信素子１３０の付加的な３つの列とともに実施され得、これにより合計９１個の素子をサブアレイ１２０の上に提供する。結果として、サブアレイ１１０および１２０は総合計５１１個の送信素子１３０を提供し得る。
【００１５】
図２は、この発明の実施例に従ったフェーズドアンテナアレイ２００の受信素子の位置付けを説明する例示的な図を示す。フェーズドアンテナアレイ２００は複数の受信素子２３０を含む。一実施例において、フェーズドアンテナアレイ２００は約５３″の開口および受信素子２３０とともに実施されてもよい。
【００１６】
受信素子２３０はホーンとして実施されてもよく、複数のサブアレイで配されてもよい。図２に示される実施例において、６つのサブアレイ２１０が７番目のサブアレイ２２０を取囲むように設けられる。サブアレイ２１０の各々は約１４″×２８″にサイズ決めされ、４０個の受信素子２３０を含み得る。サブアレイ２２０はサブアレイ２１０と比較して、１１個の受信素子２３０の付加的な列を有する２つのサブアレイ２１０と共に実施され得る。これにより、合計９１個の素子をサブアレイ２２０の上に提供する。結果として、サブアレイ２１０および２２０は総合計３３１個の受信素子２３０を提供し得る。
【００１７】
図３は、この発明の実施例に従った、複数のサブアレイ１１０、１２０、２１０、および／または２２０、ならびにデジタルビーム形成器／サブアレイ制御部３３０を示す例示的な図を示す。
【００１８】
Ｎ個（たとえば１６個）までの信号が、Ｍ個（たとえば７個）のサブアレイ１１０／１２０／２１０／２２０とデジタルビーム形成器／サブアレイ制御部３００との間で、バス３２０の各々を介して送られおよび／または受取られ得る。したがって、バス３２０の各々はＮ個の信号をサポートするＮ本のラインまで提供してもよい。フェーズドアンテナアレイ１００からの信号送信をサポートする実施例において、サブアレイ１１０および１２０が用いられ得るということは理解され得るであろう。同様に、フェーズドアンテナアレイ２００からの信号受信をサポートする実施例において、サブアレイ２１０および２２０が用いられ得る。
【００１９】
さまざまな実施例において、デジタルビーム形成器／サブアレイ制御部３００は、１つ以上の汎用または専門のプロセッサおよび関係付けられる変換器に従って実施され得る。たとえば、デジタルビーム形成器／サブアレイ制御部３００はデジタルルータ３００ａ、アンテナアレイビーム形成器制御部３００ｂ、デジタルビーム形成器３００ｃ、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３００ｄ、およびアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）３００ｅを含んでもよい。図示されるように、デジタルルータ３００ａおよびデジタルビーム形成器３００ｃはアンテナアレイビーム形成器制御部３００ｂの制御下で提供され得る。同様に図示されるように、デジタルビーム形成器／サブアレイ制御部３００は所望のように、サブアレイ１１０／１２０／２１０／２２０へデジタルコマンドを提供し得る。
【００２０】
バス３２０を介してサブアレイ２１０および２２０から受取られるＲＦ信号はＡ／Ｄ変換器３００ｅへと提供され得、それは受取ったアナログ信号をデジタル信号へと変換し、このデジタル信号をデジタルルータ３００ａへと提供する。図３に示されるように、デジタルルータ３００ａは、ＮｘＭの入力を、所望のように複合信号（すなわちビーム）を形成するよう用いられる信号の組へとマップするよう実施され得る。一実施例において、最小のマッピングはＮ個の信号のＭ個の組であり、最大のマッピングは１つの信号のＭｘＮ個の組であり、Ｎのうちの１つのみが任意の組において用いられ、任意の組は用いられる１個からＭ個の信号からどこのものでも有し得る。図３において示されるように、使用されない信号は破棄されてもよい。
【００２１】
信号のマップされた組はデジタルビーム形成器３００ｃへと提供され得、そこでそれらは位相および振幅で重み付けされ、特定の用途に望ましくなり得るように個々に組合される。このデジタルでビーム形成された信号は、次いで出力ポート３０４へと提供され得る。
【００２２】
サブアレイ１１０および１２０から送信されることになる信号は入力ポート３０３を介してデジタルビーム形成器３００ｃへと提供され得る。デジタルビーム形成器３００ｃは各入力信号を複製し、信号をＮｘＭの組の信号へとマップし、ＮｘＭ個の信号を形成するように位相および振幅の重み付けを行ないかつ個々の信号を組合せるよう実施され得る。この結果得られたデジタル信号は次いで、アナログ信号をサブアレイ１１０および１２０へ提供するＤ／Ａ変換器３００ｄへと提供される。
【００２３】
図４は、この発明の実施例に従ったデジタルビーム形成器／サブアレイ制御部３００の機能動作を示す例示的な図を示す。
【００２４】
サブアレイ１１０および１２０からの信号送信のために、入力ポート３０３へ提供される複数の入力信号は選択的にデジタルでビーム形成され、バス３２０へ接続される出力ポート３０２を介してサブアレイ１１０および１２０のうちの１つ以上へと提供され得る。信号受信に関し、バス３２０を介してポート３０２で受取られる複数のＲＦ信号は選択的にデジタル信号へと変換され、ルート割当てされ、デジタルにビーム形成され、出力ポート３０４へと提供され得る。これらさまざまな機能は、図３について上で議論したように、デジタルビーム形成器／サブアレイ制御部３００の構成部品によって提供され得るということが理解されるであろう。
【００２５】
図５はサブアレイ１１０、１２０、２１０、または２２０のうちの１つと関連付けられる構成部品を示す例示的な図を示す。複数のモジュール３１０は、各モジュール３１０が送信素子１３０または受信素子２３０と関連付けられる状態で、分電盤３５０の上に取外し可能に設置される。熱パイプ（図６参照）を有する熱冷却板３６０は冷却を施すために分電盤３５０へと取付けられる。特定的には、熱冷却板３６０はその関連付けられるサブアレイのための熱輸送、反流、構造支柱、および遮蔽を提供するよう実施され得る。このような機構は、図５に図示（およびさらに図６にも図示）されるように、熱冷却板３６０の上の構成部品の積重ねによって支持され得る。図示されるように、１つ以上のＤＣ電源３３０および複数のクロック／データ入力信号３４０が分電盤３５０へとさらに提供され得る。
【００２６】
デジタルビーム形成器３００のポート３０２のうちの１つからの複合アナログサブアレイ信号を運ぶバス３２０は分電盤３５０へと結合される。サブアレイ１１０、１２０、２１０、および２２０はモジュラであり得、それらの関連付けられるバス３２０へ直に接続され得る。これによりバスパッケージングにおいて柔軟性を達成する。有利なことに、バス３２０によって運ばれるこれら複合アナログサブアレイ信号は分電盤３５０を介してモジュール３１０へと提供され得る。結果として、バス３２０はモジュール３１０の各々へと個々に結合される必要はない。
【００２７】
各モジュール３１０には、バス３２０から受取られるアナログ信号の１つ以上のアナログビームステアリングおよび増幅を行なうための適切な回路網が設けられ得る。具体的には、各モジュール３１０は移相器３１２、振幅計数器３１４、増幅器３１５、モジュール３１０の動作を制御するためのＡＳＩＣ（つまり、特定用途向け集積回路）、ＤＣレギュレータ３１８、および偏波制御回路（図示せず）を含み得る。さらに、ここで記載されるモジュール３１０のさまざまな構成部品は混合信号チップのような複合構成部品へと組合
せられてもよいということが理解されるであろう。
【００２８】
モジュール３１０は、分電盤３５０、冷却板３６０、ＲＦ導波管３６７の中に取外し可能に挿入され、このような構成部品に対して同時に入力を行なうよう実施され得る。たとえば一実施例において、仲立ちするすべてのモジュール３１０は、関連付けられるサブアレイの後方からの障害物がない１つの面に設けられ得る。結果として、モジュール３１０は自身の関連付けられるサブアレイの分解なしに容易に取替えられ得る。モジュール３１０へのこのような改善されたアクセスにより、集積化および関係付けられる検査コストが低減され得るということが理解されるであろう。さらに、分電盤３５０における切抜きは、モジュール３１０から送／受信素子１３０／２３０への直接のＲＦ経路を支え得、熱冷却板３６０への直接の熱経路を提供し得ることが理解されるであろう。
【００２９】
アナログビーム形成された出力信号は関連付けられるＲＦ導波管３６７を通って、分電盤３５０および冷却板３６０を通り関連付けられる送信素子１３０へと各モジュール３１０によって提供され得る。図示されるように、アナログ出力信号は、分電盤３５０および熱冷却板３６０を通って、導波管フィルタ３７０、偏波部３８０、およびホーンとして実施される送信素子１３０へと渡され得る。
【００３０】
図６は、この発明の実施例に従ったサブアレイ１１０、１２０、２１０、または２２０のうちの１つのある部分の断面側面図を示す例示的な図を示す。特定的には、図６は複数層の分電盤３５０および熱冷却板３６０に関するさまざまな構成部品の配置および位置付けについてのさらなる詳細を提供する。
【００３１】
分電盤３５０（すなわち、分電盤またはＲＦ基板）は、バックボーン、ジャンパ、ストリップライン、ディバイダ、および同軸接続に関連付けられるさまざまな機能を提供してもよい。分電盤３５０は信号のルーティングおよびＲＦ結合／分割を一体でサポートし得、これにより部品の低減を可能にする。上で図５について議論したように、熱冷却板３６０および１つ以上の関連付けられる熱パイプ３６５がさらに設けられる。図示されるように、モジュール３１０の後ろ側にクローズアウトパネル３０７が取付けられ得る。
【００３２】
モジュール３１０は、分電盤３５０に取外し可能に設置され、分電盤３５０を介して互いに相互接続される。したがって、個々のモジュール３１０は他のモジュール３１０、分電盤３５０、または冷却板３６０の接続を壊すことなしに取外し得る。上で議論したように、モジュール３１０の各々は送信素子１３０または受信素子２３０のうちの１つと関連付けられ、バス３２０を介して受取られる信号のアナログビーム形成を提供し得る。モジュール３１０のアナログビーム形成動作を調整するために制御部３０９が設けられる。モジュールの各々はさらに電力アンプ（ＰＡＭ）および受信アンプ（ＲＡＭ）機能へのサポートを提供し得る。
【００３３】
ここで、この発明のシステムの実施例に従ったアンテナシステムのさまざまな構成部品の動作が次の例について議論される。送信動作のために、初めに複数のデジタルまたはアナログ入力信号がデジタルビーム形成器３００ｃのポート３０４へと提供される。アナログ入力信号の場合、デジタルビーム形成器３００ｃは初めにこれらアナログ信号をデジタル信号へと変換してもよい。次いで、デジタルビーム形成器３００によって、これらデジタル信号は選択的に組へと複製され、次いで重み付けされ、次いで組合され、これにより複数のデジタルサブアレイ信号を提供する。デジタルサブアレイ信号は次いで、複数の複合アナログサブアレイ信号へと変換される。
【００３４】
各サブアレイ１１０および１２０のために、そのサブアレイによってサポートされる各ビームのために個々のＲＦ信号が形成される。代替的には、個々のデジタル信号が、制御
部３０９によって各サブアレイ１１０および１２０で、局地的に作られてアナログ信号に変換されてもよい。複合アナログサブアレイ信号はポート３０２およびバス３２０を介してサブアレイ１１０および１２０の分電盤３５０へと提供される。サブアレイレベルでは、これら複合アナログサブアレイ信号は、１つのアナログ信号が各モジュール３１０用になるように個々のアナログ信号へと分離され（図５に示すように１からＮ個の信号）、モジュール３１０に提供され、そこでは各モジュール３１０においてアナログビームステアリングが制御部３０９の制御の下で施される。モジュール３１０でのアナログビームステアリングの結果得られるアナログ出力信号は、偏波ポート毎に１つの複合信号へと組合され得、偏波制御され得、増幅器３１５によって増幅され得、送信素子１３０を介して送信され得る。
【００３５】
受信動作について、複数のアナログＲＦ信号がサブアレイ２１０および２２０のうちの１つ以上のものの受信素子２３０によって受信され得る。各受信素子２３０と関連付けられるモジュール３１０は、制御部３０９の制御の下で、これらの信号をサポートされるビームポートの数に分割し、受信された信号に対してアナログビーム形成を行なう。各モジュール３１０からのビームポート信号は次いで組合され、バス３２０へのビームポート出力ごとにアナログ信号が１つとなるように一括して複合アナログサブアレイ信号を提供する。代替的には、受信されたアナログ信号は、それらがデジタルビーム形成器／サブアレイ制御部３００に提供される前にサブアレイ２１０および２２０でデジタル信号へと変換されてもよい。
【００３６】
サブアレイ２１０および２２０の各々から受取られる複合アナログサブアレイ信号はデジタルビーム形成器３０２のポート３０２で受取られ得る。上で記載されるように、これら複合アナログサブアレイ信号は次いでＡ／Ｄ変換器３００ｅによってデジタルサブアレイ信号へと変換され得、デジタルルータ３００ａおよびデジタルビーム形成器３００ｃによって処理され得る。これにより、複数のデジタル出力信号を選択的に提供する。この結果得られたデジタル出力信号は、デジタル出力信号としてポート３０４から送られ得、またはポート３０４から送られる前にアナログ出力信号へと変換され得る。
【００３７】
上記に照らし合わせると、ビーム形成に対するハイブリッドのアナログ−デジタルの方策がこの発明のさまざまな実施例に従って提供され得るということが理解されるであろう。さまざまな実施例において、この方策は信号をサブアレイに供給することにおいて柔軟性を提供する。アナログサブアレイは、システムにとって有用な最大値以下の最小ビーム幅を有する、効果的に独立して方向転換可能なフェーズドアレイアンテナである。デジタルビーム形成器／サブアレイ制御部３００はさまざまなサブアレイへの適切な信号およびさまざまなサブアレイからの適切な信号を選択的にルート割当ておよび／またはデジタルにビーム形成し得るので、それは最大限の柔軟性を提供する。さらに、モジュール／素子信号と対比して、集合サブアレイ信号に対するデジタルビーム形成の実現例により、ＤＣ電力の不利益が最小である最大のデジタル帯域幅が可能になる。サブアレイは、さまざまなレイアウトにおいて相互接続可能に実施され得、これにより全アンテナ開口を設計することにおける柔軟性がもたらされる。さらに、この方策は、単向二路通信の送信および受信アレイアンテナと同様に、受信および送信アレイの両方に適用し得る。
【００３８】
ここで議論されたような、分電盤３５０を介したモジュール３１０の相互接続およびモジュール３１０の取外し可能な実現例は、モジュール３１０がそれらの関連付けられるサブアレイの分解なしに容易に取替えられることを有利に可能とすることが理解されるであろう。さらに、図５および図６に示されるような、熱冷却板３６０の上に構成部品を積重ねることは、熱冷却板３６０がその関連するサブアレイのための熱輸送、反流、構造支柱、および遮蔽を提供するのを有利に可能にし得る。
【００３９】
上述した実施例はこの発明を説明するが、限定はしない。たとえば適切な場合は、信号の送信に対してここで適用された原理は信号の受信にも適用し得、その逆もあり得るということは理解されるであろう。さらに、多くの修正例および変形例がこの発明の原理に従って可能であるということも理解されるべきである。したがって、この発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施例に従ったフェーズドアンテナアレイの送信素子の位置付けを説明する例示的な図を示す。
【図２】この発明の実施例に従ったフェーズドアンテナアレイの受信素子の位置付けを説明する例示的な図を示す。
【図３】この発明の実施例に従った複数のサブアレイおよびデジタルビーム形成器／サブアレイ制御部を示す例示的な図を示す。
【図４】この発明の実施例に従ったデジタルビーム形成器／サブアレイ制御部に仲介される複数のサブアレイポートを示す例示的な図を示す。
【図５】この発明の実施例に従ったサブアレイと関連付けられる構成部品を示す例示的な図を示す。
【図６】この発明の実施例に従ったサブアレイのある部分の断面側面図を示す例示的な図を示す。
【図１】
2009514345.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年7月1日(2008.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のデジタルサブアレイ信号を提供するよう、複数の入力信号を受取り、前記入力信号を選択的に複製および重み付けするようにされるデジタルビーム形成器と、
前記デジタルサブアレイ信号を複数の複合アナログサブアレイ信号へ変換するようにされる複数のデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器と、
前記複合アナログサブアレイ信号の少なくとも１つに対してアナログビームステアリングを行なうようにされる複数のモジュールを含むサブアレイとを含む、アンテナシステム。
【請求項２】
前記デジタルビーム形成器は、前記入力信号を複製して複数の組へマップし、前記組に対して位相および振幅で重み付けを行なうようにさらにされる、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項３】
前記サブアレイは、
熱冷却板と、
前記熱冷却板に搭載される複数の入力／フィルタアセンブリと、
前記熱冷却板の上に積重ねられる分電盤と、
アナログビームステアリングを行なうようにされる複数のモジュールとを含み、前記モジュールは前記分電盤を介して互いに相互接続され、前記分電盤の中に取外し可能に挿入され、前記サブアレイはさらに、
デジタルサブアレイ入力を受入れ、それらをアナログへと変換するようにされるサブアレイ制御部を含む、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項４】
前記サブアレイはさらに、前記デジタルビーム形成器から前記複合信号を受取るようにされるポートを含み、前記モジュールは前記分電盤を介して前記ポートから前記複合信号を受取り、前記複合信号に対してアナログビームステアリングを行なうようにされる、請求項３に記載のアンテナシステム。
【請求項５】
前記サブアレイは、前記モジュールと通信する複数の送信素子をさらに含む、請求項１
に記載のアンテナシステム。
【請求項６】
複数のサブアレイをさらに含む、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項７】
複数のモジュールを含むサブアレイと、
前記モジュールに関連付けられる複数の受信素子とを含み、前記モジュールは複数の複合アナログサブアレイ信号を提供するよう、前記受信素子から受取られた複数の信号に対してアナログビームステアリングを行なうようにされ、さらに、
前記複合アナログサブアレイ信号を複数のデジタルサブアレイ信号に変換するようにされる複数のアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器と、
前記デジタルサブアレイ信号を複数の組へとマップするようにされるデジタルルータと、
複数の出力信号を選択的に提供するよう、前記組を受取り、前記組に対して位相および振幅で重み付けならびに組合せを行なうようにされるデジタルビーム形成器とを含む、アンテナシステム。
【請求項８】
前記サブアレイは、
熱冷却板と、
前記熱冷却板に搭載される複数の入力／フィルタアセンブリと、
前記熱冷却板の上に積重ねられる分電盤と、
アナログビームステアリングを行なうようにされる複数のモジュールとを含み、前記モジュールは前記分電盤を介して互いに相互接続され、前記分電盤に取外し可能に挿入され、前記サブアレイはさらに、
前記デジタルビーム形成器へ送るために、アナログサブアレイ出力信号をデジタル出力信号へ変換するようにされるサブアレイ制御部を含む、請求項７に記載のアンテナシステム。
【請求項９】
前記サブアレイは、前記熱冷却板と関連付けられる熱パイプをさらに含む、請求項８に記載のアンテナシステム。
【請求項１０】
フェーズドアレイアンテナシステムからの送信のために信号を提供する方法であって、
複数の入力信号を受取るステップと、
複数のデジタルサブアレイ信号を提供するよう前記入力信号を選択的に複製するステップと、
前記デジタルサブアレイ信号を複数の複合アナログサブアレイ信号へと変換するステップと、
前記複合アナログサブアレイ信号の少なくとも１つをサブアレイに提供するステップと、
複数のアナログ出力信号を提供するよう、前記複合アナログサブアレイ信号のうちの前記少なくとも１つに対してアナログビームステアリングを行なうステップとを含む、方法。
【請求項１１】
前記サブアレイから前記アナログ出力信号を送るステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記複合アナログサブアレイ信号のうちの少なくとも第２のものを第２のサブアレイに対して提供するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記アナログビームステアリングは前記アナログ出力信号の各々の位相および振幅を選択的に調整するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
フェーズドアレイアンテナシステムによって受信される信号を提供する方法であって、
サブアレイで複数の信号を受取るステップと、
前記受取られた信号をビームポートの中に分離するステップと、
複数の複合アナログサブアレイ信号を提供するよう前記受取られた信号に対してアナログビームステアリングを行なうステップと、
前記複合アナログサブアレイ信号を複数のデジタルサブアレイ信号へと変換するステップと、
前記デジタルサブアレイ信号を用いて複数の出力信号を提供するよう前記デジタルサブアレイ信号を選択的に重み付けして組合せるステップとを含む、方法。
【請求項１５】
前記複数の受取られた信号は複数のサブアレイで受取られる、請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
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