(57)【要約】    フェーズドアレイアンテナシステムについて説明されている。プリント回路基板（ＰＣＢ）の１つ以上の層上に形成されたフェーズドアレイアンテナシステム。フェーズドアレイアンテナシステムは、１つ以上の素子信号とビーム信号との間で変換するためのビーム形成ネットワークを含むことができる。フェーズドアレイアンテナシステムは、１つ以上の制御回路を含むことができ、各制御回路は、対応するアンテナ素子のための素子信号を受信することができる。制御回路の各々は、アンテナ素子とビーム形成ネットワークとの間に制御信号経路及び素子信号経路を更に確立することができ、信号経路は、多重化された素子及び制御信号を搬送することができる。制御回路は、制御信号に基づいて対応する素子信号を（例えば、位相又は振幅において）調整し得る信号調整回路を含むことができる。  【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子信号ポートにおける複数の素子信号と共通信号ポートにおけるビーム信号とを変換するためのビーム形成ネットワークであって、プリント回路基板（ＰＣＢ）の１つ以上の層上に位置しているビーム形成ネットワークと、
コントローラから前記共通信号ポートへ制御信号を提供するための第１の信号ルーティング回路であって、前記ビーム形成ネットワークは、前記制御信号を前記複数の素子信号ポートの各々に分配する、第１の信号ルーティング回路と、
前記プリント回路基板（ＰＣＢ）の第１層上に位置する複数の制御回路であって、各制御回路は、前記複数の素子信号ポートのうちの対応する素子信号ポートに接続された第１のポートと、対応するアンテナ素子に接続された第２のポートとを有し、前記制御回路の各々に対応する前記アンテナ素子は、前記プリント回路基板（ＰＣＢ）の第２層上に位置している、複数の制御回路と
を備えるフェーズドアレイアンテナシステムであって、
前記複数の制御回路の各々は、
前記第１のポートに接続された第２の信号ルーティング回路であって、前記第１のポートと前記第２のポートとの間で通信される前記複数の素子信号のうちの対応する素子信号に対する素子信号経路を確立し、かつ前記第１のポートを介して受信された制御信号のための制御信号経路を確立する第２の信号ルーティング回路と、
前記素子信号経路及び前記制御信号経路に沿った第１の信号調整回路であって、前記制御信号に少なくとも一部基づいて、前記対応する素子信号を調整する第１信号調整回路とを備える、
フェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項２】
前記第１の信号ルーティング回路は、
前記制御信号及び前記ビーム信号を多重化して、前記制御信号及び前記ビーム信号を含む複合多重化信号を形成するマルチプレクサを備える、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項３】
前記制御信号及び前記ビーム信号は、重なり合わない周波数帯域を占有する、請求項２に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項４】
前記複合多重化信号は、前記制御信号及び前記ビーム信号と多重化された電力信号を更に含む、請求項２に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項５】
前記複数の制御回路の各制御回路は、当該制御回路の各々に電力を供給するために、前記電力信号を得るためのデカプラを備える、請求項４に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項６】
前記第１の信号ルーティング回路は、前記共通信号ポートに電力信号を更に提供し、前記ビーム形成ネットワークは、前記複数の素子信号ポートの各々に前記電力信号を分配する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項７】
前記ビーム信号は受信ビーム信号を含み、前記電力信号は前記受信ビーム信号と多重化される、請求項６に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項８】
前記ビーム形成ネットワークは、前記複合多重化信号と前記複数の素子信号ポートにおける複数の個々の多重化信号とを変換する、請求項２に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項９】
前記複数の制御回路の各々の前記第２の信号ルーティング回路は、前記複数の個々の多重化信号のうちの１つを多重分離して、前記制御信号と前記複数の素子信号のうちの前記対応する素子信号とを得る、請求項８に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項１０】
前記第２の信号ルーティング回路は、
前記それぞれの制御回路の前記第１のポートから前記第１の信号調整回路へのそれぞれの制御信号と、前記それぞれの制御回路の前記第２のポートから前記それぞれの制御回路の前記第１のポートへのそれぞれの素子信号とを多重化するマルチプレクサを備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項１１】
前記ビーム形成ネットワークは、前記共通信号ポートにおける前記制御信号を、前記素子信号ポートにおける複数の個々の制御信号に変換し、かつ前記素子信号ポートにおける複数の個々の多重化信号から、前記共通信号ポートにおける複合多重化信号に変換する、請求項１０に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項１２】
前記第１の信号ルーティング回路は、前記複合多重化信号を多重分離して、前記ビーム信号を得る、請求項１１に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項１３】
前記ビーム形成ネットワークは、前記共通信号ポートと前記複数の素子信号ポートとの間に１つ以上のコンバイナ／デバイダを備え、前記１つ以上のコンバイナ／デバイダは、前記プリント回路基板（ＰＣＢ）の１つ以上の層上に位置している、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項１４】
前記制御信号は、複数の調整値及び対応のアドレス指示子を含み、前記アドレス指示子の各々は、前記制御信号の対応する調整値が意図されている、前記複数の制御回路のうちの１つの制御回路のアドレスを識別する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項１５】
前記複数の制御回路の各々は、複数のアドレスピンのそれぞれの接続に少なくとも一部基づいて、自身のそれぞれのアドレスを識別する、請求項１４に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項１６】
前記複数の制御回路の各々は、行分圧器によって得られた行電圧、列分圧器によって得られた列電圧、又はそれらの組み合わせのうちの１つ以上に少なくとも一部基づいて、自身のそれぞれのアドレスを識別し、各行分圧器は複数の行分圧器素子を備え、各列分圧器は複数の列分圧器素子を備える、請求項１４に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項１７】
前記複数の制御回路の隣接する制御回路はアドレスを有し、当該アドレスは単一の異なるアドレスビット値を有する、請求項１４に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項１８】
前記アドレス指示子は、少なくとも１つのエラー訂正ビットを含む、請求項１４に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項１９】
前記複数の制御回路の前記第１の信号調整回路は、第１の信号調整をそれぞれの素子信号に適用して、複数の調整された素子信号のそれぞれ１つを得る、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項２０】
前記ビーム信号は受信ビーム信号を含み、前記ビーム形成ネットワークは、前記複数の調整された素子信号を組み合わせて、前記受信ビーム信号を得る、請求項１９に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項２１】
前記ビーム信号は送信ビーム信号を含み、前記ビーム形成ネットワークは、前記送信ビーム信号を分割して前記複数の調整された素子信号を得、それぞれの調整された素子信号が、前記対応するアンテナ素子によって送信される、請求項１９に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項２２】
前記第１の信号調整回路は、振幅調整を適用するための増幅器、位相調整を適用するための位相シフタ、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１９に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項２３】
前記コントローラは、第２の信号調整を決定し、前記第１の信号調整回路が前記第１の信号調整に従って動作している間に前記第２の信号調整を前記それぞれの制御回路に提供し、前記第２の信号調整が前記第１の信号調整に続いて適用される、請求項１９に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項２４】
前記第１の信号調整及び前記第２の信号調整は、異なる周波数帯域に関連付けられている、請求項２３に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項２５】
前記複数の制御回路の前記第１の信号調整回路は、前記対応するアンテナ素子を介して受信された受信素子信号を調整するための受信調整回路を備え、前記複数の制御回路の各々は、前記対応するアンテナ素子を介して送信される送信素子信号を調整するための送信信号調整回路を備える、請求項１〜２４のいずれか一項に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項２６】
前記対応するアンテナ素子の各々は、前記受信素子信号に結合された第１のアンテナ素子と、前記送信素子信号に結合された第２のアンテナ素子とを備える、請求項２５に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項２７】
前記アンテナ素子は、前記プリント回路基板（ＰＣＢ）の前記第２の層上に位置するパッチアンテナを備える、請求項１〜２６のいずれか一項に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項２８】
前記プリント回路基板（ＰＣＢ）の前記第１層と前記第２層とは、同じ層である、請求項１〜２７のいずれか一項に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
フェーズドアレイアンテナは、いくつかの無線通信システムで使用することができる。フェーズドアレイアンテナは、フェーズドアレイアンテナの各個々のアンテナ素子の位相及び／又は振幅関係を操作することによって、異なる方向に１つ以上のビームを向けるように構成することができる。例えば、フェーズドアレイアンテナは、動作中に１つ以上のビームを標的に向けるように構成することができる。場合によっては、フェーズドアレイアンテナは、移動システム、例えば車両に搭載してもよい。しかしながら、場合によっては、アンテナシステムの全体的なコストを比較的低く保つことが望ましい場合がある。これらの場合、堅牢な性能を維持するフェーズドアレイアンテナの費用効率が高く比較的コンパクトなアーキテクチャが望ましい場合がある。
【発明の概要】
【０００２】
フェーズドアレイアンテナシステムが記載されている。フェーズドアレイアンテナシステムは、１つ以上の素子信号ポートにおける１つ以上の素子信号と、ビーム形成ネットワークの共通信号ポートにおけるビーム信号とを変換するためのビーム形成ネットワークを含むことができる。ビーム形成ネットワークは、プリント回路基板（printed circuit board、ＰＣＢ）の１つ以上の層に配置することができる。
【０００３】
フェーズドアレイアンテナシステムは、制御信号をコントローラから素子信号ポートに提供するための第１の信号ルーティング回路（例えば、ダイプレクサ）を含んでもよく、ビーム形成ネットワークは、制御信号を１つ以上の素子信号ポートの各々に分配することができる。フェーズドアレイアンテナシステムは、ＰＣＢの第１の層に配置された１つ以上の制御回路を含んでもよく、各制御回路は、１つ以上の素子信号ポートの対応する素子信号ポートに接続された第１のポートと、対応するアンテナ素子に接続された第２のポートとを含むことができる。それぞれのアンテナ素子は、ＰＣＢの第２の層に配置されたそれぞれの制御回路に対応することができる。
【０００４】
１つ以上の制御回路の各々は、第１のポートに接続された第２の信号ルーティング回路（例えば、第２のダイプレクサ）を含むことができる。第２の信号ルーティング回路は、第１のポートと第２のポートとの間で伝達される１つ以上の素子信号のうちの対応する素子信号に対する素子信号経路を確立することができる。第２の信号ルーティング回路は、第１のポートを介して受信された制御信号の制御信号経路を更に確立することができる。１つ以上の制御回路の各々は、素子信号経路及び制御信号経路に沿って信号調整回路を更に含んでもよい。信号調整回路は、制御信号に基づいて、対応する素子信号を（例えば、位相又は振幅について）調整することができる。
【０００５】
説明される方法及び装置の適用性の更なる範囲は、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、及び図面から明らかになるであろう。説明の範囲内の様々な変更及び修正が当業者には明らかとなるので、詳細な説明及び具体例は、単に例示として与えられる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本開示の実施形態の性質及び利点の更なる理解は、以下の図面を参照することによって実現することができる。添付の図面では、類似の構成要素又は特徴部は、同じ参照ラベルを有することができる。更に、同じ種類の様々な構成要素は、類似の構成要素の中で区別するダッシュ及び第２のラベルによる参照ラベルに従うことによって区別され得る。第１の参照ラベルのみが本明細書で使用される場合、説明は、第２の参照ラベルに関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する類似の構成要素のうちのいずれか１つに適用可能である。
【０００７】
【図１】本開示の態様による衛星通信システムの図を示す。
【０００８】
【図２】本開示の態様による、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャの例示的な図を示す。
【０００９】
【図３】本開示の態様による、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャのビーム形成ネットワークの例示的な図を示す。
【００１０】
【図４】本開示の態様による、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャの例示的な図を示す。
【図５】本開示の態様による、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャの例示的な図を示す。
【図６】本開示の態様による、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャの例示的な図を示す。
【００１１】
【図７】本開示の態様による、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャの多層プリント回路基板（ＰＣＢ）の例示的な図を示す。
【００１２】
【図８】本開示の態様による、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャのアドレス復号器の例示的な図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
記載される特徴は、一般的に、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャに関する。フェーズドアレイアンテナは、フェーズドアレイアンテナの各個々のアンテナ素子の位相及び／又は振幅関係を操作することによって、異なる方向に１つ以上のビームを向けるように構成することができる。例えば、フェーズドアレイアンテナは、動作中に１つ以上のビームを衛星に向けるように（例えば、衛星を能動的に追跡するように）構成することができる。いくつかのこのような用途では、ロバスト性を維持するフェーズドアレイアンテナの比較的低コストのアーキテクチャが望ましい。例えば、費用効率の高いフェーズドアレイアンテナは、衛星用ユーザ住宅端末用途、商業的及び個人的自動車用途などにおける経済的な組み込みを容易にする。更に、例えば、ＵＡＶ及び比較的小型の有人航空機（例えば、ローカルジェット及びビジネスジェット）などのいくつかの用途では、比較的小型かつよりコンパクトなフェーズドアレイアンテナアーキテクチャは、比較的小型の、より軽い、及び／又はより費用効率の高い製品を容易にする。
【００１４】
このようなフェーズドアレイアンテナのサイズ及び製造コストを低減する１つの方法は、フェーズドアレイアンテナのための制御回路アーキテクチャの設計のサイズ及び製造コストを低減することである。フェーズドアレイアンテナ制御回路は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の１つ以上の層にわたって製造することができる。制御回路アーキテクチャの複雑性及びＰＣＢの印刷層の数が増加するにつれて、フェーズドアレイアンテナの全体的な製造コストも一般的に増加する。分散制御回路アーキテクチャは、複数の分散された制御回路及び対応するアンテナ素子への信号経路を提供することができ、１つの信号経路は、アンテナ素子への又はアンテナ素子からの素子信号により多重化された、制御回路に対する制御信号を伝達するのに使用することができる。このアーキテクチャは、例えば、比較的少数のＰＣＢ層を使用することができ、そのようなＰＣＢベースのフェーズドアレイアンテナシステムの全体的な複雑性及び製造コストを低減することができる。
【００１５】
本明細書に説明される技法は、ビーム形成ネットワークと、フェーズドアレイアンテナのそれぞれ個々のアンテナ素子との間の信号経路に沿って分散された１つ以上の制御回路の各々に対して制御信号及び素子信号の両方を伝達する共有信号経路を使用する分散制御回路アーキテクチャを提供することができる。場合によっては、フェーズドアレイアンテナは、送信フェーズドアレイアンテナ、受信フェーズドアレイアンテナであってもよく、又は両方の動作を実行してもよい。ビーム形成ネットワークは、共通信号ポートにおけるビーム信号と、フェーズドアレイアンテナの特定のアンテナ素子に対応するそれぞれの素子信号ポートにおける１つ以上の素子信号とを変換することができる。例えば、送信フェーズドアレイアンテナの場合、ビーム形成ネットワークは、送信ビーム信号を、アンテナアレイのそれぞれのアンテナ素子によって送信される複数の送信素子信号に変換することができる。追加的に又は代替的に、受信フェーズドアレイアンテナの場合、ビーム形成ネットワークは、アンテナアレイのそれぞれのアンテナ素子によって受信された複数の受信素子信号を受信ビーム信号に変換することができる。
【００１６】
ビーム形成ネットワークは、共通信号ポートにおいてビーム信号により多重化された制御信号を、フェーズドアレイアンテナの特定のアンテナ素子に対応するそれぞれの素子信号ポートに更に分配することができる。制御信号は、ビーム形成ネットワークによって、それぞれの信号経路を介してそれぞれの素子信号ポートで制御回路にルーティングすることができる。制御回路は各々、信号経路を介してビーム形成ネットワークのそれぞれの素子信号ポートに接続された第１のポートと、信号経路を介してアンテナアレイのそれぞれのアンテナ素子に接続された第２のポートとを有する。場合によっては、制御信号は、例えば、ビーム形成ネットワークの素子ポートから制御回路の第１のポートで受信された信号上で、素子信号と多重化してもよい。制御回路は各々、素子信号により多重化された制御信号を抽出し、素子信号に調整を適用するように構成してもよい。具体的には、制御回路は、対応する素子信号の信号経路と、制御回路の第１のポートを介して各々受信された対応する制御信号の信号経路とを確立するためのルーティング回路を含むことができる。制御回路は、それぞれの制御信号に基づいて素子信号を調整するために、１つ又は両方の経路に沿った信号調整回路を更に含むことができ。したがって、ビーム形成ネットワークから１つの対応する制御回路を通過する単一の信号経路を、各アンテナ素子の制御信号及び素子信号の両方に使用することができる。このため、多数のＰＣＢ層を含むＰＣＢの複雑性を低減することができ、フェーズドアレイアンテナの製造コストを低下させることができる。
【００１７】
本説明は、実施例を提供し、本明細書で説明される原理の実施形態の範囲、適用性、又は構成を制限することを意図するものではない。むしろ、以下の説明は、本明細書で説明される原理の実施形態を実施するのを可能にする説明を当業者に提供するであろう。要素の機能及び配置において様々な変更が行われてもよい。
【００１８】
したがって、様々な実施形態は、適宜、様々な手順又は構成要素を省略、置換、又は追加してもよい。例えば、方法は、説明されるものとは異なる順序で実行されてもよく、様々なステップが追加され、省略され、又は組み合わされてもよいことを理解されたい。また、特定の実施形態に関して説明される態様及び要素は、様々な他の実施形態において組み合わされてもよい。また、以下のシステム、方法、デバイス、及びソフトウェアは、個別に又は集合的に、より大きいシステムの構成要素であってもよく、他の手順が、それらのアプリケーションに優先するか、又は他の方法でそれらのアプリケーションを修正してもよいことを理解されたい。
【００１９】
図１は、本開示の態様による衛星通信システム１００の図を示す。衛星通信システム１００は、衛星１０５、ゲートウェイ１１５、ゲートウェイアンテナシステム１１０、及び航空機１３０を含む。ゲートウェイ１１５は、１つ以上のネットワーク１２０と通信する。動作時において、衛星通信システム１００は、衛星１０５及びゲートウェイ１１５を通じて航空機１３０とネットワーク１２０との間の双方向通信を提供する。
【００２０】
衛星１０５は、任意の好適な種類の通信衛星であってよい。いくつかの実施例では、衛星１０５は、静止軌道又は静止地球軌道（geostationary earth orbit、ＧＥＯ）にあり得る。他の実施例では、衛星１０５に対して任意の適切な軌道（例えば、低地球軌道（low earth orbit、ＬＥＯ）、中地球軌道（medium earth orbit、ＭＥＯ）など）が使用されてもよい。衛星１０５は、所定の地理的サービスエリア内の複数のサービスビームカバレッジエリアに対してサービスを提供するように構成されたマルチビーム衛星であってもよい。いくつかの実施例では、衛星通信システム１００は、複数の衛星１０５を含む。
【００２１】
ゲートウェイアンテナシステム１１０は、双方向通信が可能であり、衛星通信システム１００と確実に通信するために適切な送信電力及び受信感度を備えて設計される。衛星通信システム１００は、１つ以上のビーム１５０を通じて信号を送受信することによってゲートウェイアンテナシステム１１０と通信することができる。ゲートウェイ１１５は、ゲートウェイアンテナシステム１１０を使用して衛星通信システム１００との間で信号を送受信する。ゲートウェイ１１５は、１つ以上のネットワーク１２０に接続されている。ネットワーク１２０は、ローカルエリアネットワーク（local area network、ＬＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（metropolitan area network、ＭＡＮ）、広域ネットワーク（wide area network、ＷＡＮ）、又は任意の他の好適な公衆ネットワーク又はプライベートネットワークを含んでもよく、インターネット、電話ネットワーク（例えば、公衆交換電話ネットワーク（Public Switched Telephone Network、ＰＳＴＮ）など）などのような他の通信ネットワークに接続されてもよい。
【００２２】
航空機１３０は、アンテナアレイ１４０、例えば、パッチアンテナのアレイを含む機内通信システムを含む。航空機１３０の機内通信システムは、モデム（図示せず）を介して、航空機１３０の通信デバイスに通信サービスを提供することができる。通信デバイスは、モデムを通じてネットワーク１２０に接続及びアクセスすることができる。例えば、モバイルデバイスは、有線又は無線であり得るモデムへのネットワーク接続を介して、１つ以上のネットワーク１２０と通信することができる。無線接続は、例えば、米国電気電子学会（Institute of Electrical and Electronics Engineers、ＩＥＥＥ）８０２．１１（Ｗｉ−Ｆｉ）、又は他の無線通信技術などの無線ローカルエリアネットワーク（wireless local area network、ＷＬＡＮ）技術であってもよい。
【００２３】
航空機１３０は、アンテナアレイ１４０を使用して、１つ以上のビーム１６０を介して衛星１０５と通信することができる。アンテナアレイ１４０は、航空機１３０の機体の外側に取り付けてもよい。場合によっては、アンテナアレイ１４０は、フェーズドアレイアンテナである。フェーズドアレイアンテナは、フェーズドアレイアンテナの個々のアンテナの位相及び／又は振幅関係を操作することによって、１つ以上のビーム１６０を特定の方向に向けるように構成することができる。例えば、アンテナアレイ１４０は、動作中に、１つ以上のビーム１６０を衛星に向けるように（例えば、衛星を能動的に追跡するように）構成することができる。アンテナアレイ１４０は、衛星１０５からの通信信号の受信、衛星１０５への通信信号の送信、又は衛星１０５との双方向通信（すなわち、通信信号を送受信）のために使用することができる。アンテナアレイ１４０は、国際電気通信連合（International Telecommunications Union、ＩＴＵ）Ｋｕ、Ｋ、又はＫａバンド、例えば、約１７〜３１ギガヘルツ（ＧＨｚ）で動作することができる。あるいは、アンテナアレイ１４０は、Ｃバンド、Ｘバンド、Ｓバンド、Ｌバンドなどのような他の周波数帯域で動作してもよい。単一のアンテナアレイ１４０が図示されているが、場合によっては、通信のために２つ以上のアンテナアレイ１４０を使用してもよい。
【００２４】
アンテナアレイ１４０は、ハウジング又はエンクロージャ内にあってもよく、これは、アンテナアレイ１４０を環境要因から保護することができ、通信信号を実質的に減衰させない材料又は材料（複数）で構成することができる。加えて、アンテナアレイ１４０は、船内、車両、又は地上ベースの静止システムなど、航空機１３０の機内以外にも他の用途に使用してもよい。いくつかのそのような用途では、ロバスト性を維持するフェーズドアレイアンテナの比較的低コストのアーキテクチャが望ましい場合がある。例えば、費用効率の高いフェーズドアレイアンテナは、衛星用住宅ユーザ端末用途、商業的及び個人的自動車用途などにおける経済的な組み込みを容易にする。更に、例えば、ＵＡＶ及び比較的小型の有人航空機（例えば、ローカルジェット及びビジネスジェット）などのいくつかの用途では、比較的小型かつよりコンパクトなフェーズドアレイアンテナアーキテクチャは、比較的小型の、より軽い、及び／又はより費用効率の高い製品を容易にする。例えば、フェーズドアレイアンテナ用のハウジングは、機械的にジンバル式の受動アンテナアレイに使用されるレドームよりも実質的に小さくなり得る。
【００２５】
このようなフェーズドアレイアンテナのサイズ及び製造コストを低減する１つの方法は、フェーズドアレイアンテナのための制御回路アーキテクチャの設計のサイズ及び製造コストを低減することである。フェーズドアレイアンテナ制御回路は、ＰＣＢの１つ以上の層にわたって製造することができる。制御回路アーキテクチャの複雑性及びＰＣＢの印刷層の数が増加するにつれて、フェーズドアレイアンテナの全体的な製造コストも一般的に増加する。分散多重化制御及び素子信号アーキテクチャは、複数の分散制御回路及び対応するアンテナ素子に対する制御信号を、同じ信号経路上のアンテナ素子を介した送信又は受信のための素子信号と多重化することができる。このアーキテクチャは、例えば、比較的少数のＰＣＢ層を使用することができ、そのようなＰＣＢベースのフェーズドアレイアンテナシステムの全体的な複雑性及び製造コストを低減し得る。
【００２６】
本明細書に説明される技法は、共有信号経路を使用する分散多重化制御及び素子信号アーキテクチャを提供する。この共有信号経路は、ビーム形成ネットワークとフェーズドアレイアンテナのそれぞれの個々のアンテナ素子との間の信号経路に沿って分散された１つ以上の制御回路の各々に対して制御信号及び素子信号の両方を伝達する。説明した分散多重化制御及び素子信号アーキテクチャでは、信号経路は、制御回路の制御データを含む制御信号を伝達することができ、この制御信号は、それぞれのアンテナ素子を介した送信又は受信のために、素子信号（すなわち、無線周波数（radio frequency、ＲＦ）信号）と多重化（例えば、周波数領域多重化（frequency-domain multiplexing、ＦＤＭ）などを介して）されている。そうすることで、単一の信号経路を、各アンテナ素子に対して制御信号及び素子信号の両方に使用することができ、例えば、別個の専用の制御信号経路と素子信号経路を設けなくてもよい。例えば、以下で更に説明するように、単一の信号経路が、対応するアンテナ素子に送信される素子信号又はそれから送信される素子信号と多重化された制御情報を伝達することができる。例えば、制御信号は、ビーム形成ネットワークから同じ方向に送信素子信号と多重化することができる。あるいは制御信号は、ビーム形成ネットワーク内で組み合わされた受信素子信号により多重化してもよい。説明された技法によれば、多数のＰＣＢ層を含むＰＣＢの複雑性を低減することができ、フェーズドアレイアンテナの製造コストを低下させることができる。
【００２７】
図２は、本開示の態様による、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャの例示的な図２００を示す。フェーズドアレイアンテナは、図１を参照して説明したように、1つ以上のアンテナアレイ１４０のである。図２のフェーズドアレイアンテナは、図１を参照して説明したように、衛星１０５に通信信号を送信するための送信フェーズドアレイアンテナの例であってよい。
【００２８】
図２に示すように、回路アーキテクチャは、第１のルーティング回路２０５−ａ、ビーム形成ネットワーク２１０−ａ、複数の制御回路２１５、及び複数のアンテナ素子２２０を含む。図２の例では、第１の制御回路２１５−ａと、対応する第１のアンテナ素子２２０−ａと、第２の制御回路２１５−ｂと、対応する第２のアンテナ素子２２０−ｂとが示されている。しかしながら、アンテナ素子２２０に対して任意の数Ｎの制御回路２１５を同様に実装することができることを理解されたい。したがって、第１の制御回路２１５−ａは、「制御回路１」と称される場合があり、第２の制御回路２１５−ｂは、「制御回路Ｎ」と称される場合がある。アンテナ素子２２０を介して伝達される素子信号は、所望の特性を有するアンテナビームを形成するように構成することができる（例えば、各アンテナ素子２２０を介して伝達される個々の素子信号は、アンテナビームを所望の方向に向けるために、他のアンテナ素子２２０を介して伝達される個々の素子信号に対して特定の位相及び／又は振幅を有するように構成することができる）。図２に示すように、制御回路２１５とアンテナ素子２２０との間には１対１の対応がある（すなわち、各アンテナ素子２２０には異なる制御回路２１５が接続されている）。しかしながら、場合によっては、１つの制御回路２１５が、複数のアンテナ素子２２０の間で共有されてもよい（すなわち、１つの制御回路２１５が、複数のアンテナ素子２２０に接続され、それぞれの信号を提供してもよい）ことを理解されたい。
【００２９】
上述のように、フェーズドアレイアンテナは、フェーズドアレイアンテナ及び対応する制御アーキテクチャがＰＣＢの１つ以上の層上にプリントされるか、ないしは別の方法で形成されるＰＣＢベースのアンテナシステムであってよい。ＰＣＢは、１つ以上のＰＣＢ層にわたる信号経路（例えば、導電線、トレース、異なるＰＣＢ層上のトレースを接続するビア、又は平面）を含むことができる。例えば、信号経路は、１つ以上の導電線及び接地平面又は接地線からなるＰＣＢ伝送線路を含むことができる。本明細書に記載されるように、層は、導電性材料の単一層（導電線及び／又は１つ以上の接地面及び／又は１つ以上の接地線を含み得る）を指す場合がある。例えば、「２層ＰＣＢ」は、誘電体基板によって分離された導電性材料の２つの層を含み、「４層ＰＣＢ」は、３つの誘電体基板などによって分離された導電性材料の４つの層を含む）。ＰＣＢ内に伝送線路を形成する導電信号線及び接地線又は平面の層の数は、伝送線路の種類（例えば、マイクロストリップ、ストリップライン、コプレーナ導波路など）に基づいて変化し得る。例えば、ＰＣＢ内の伝送線路は、１つの導電線層と、導電線層と同じ層内、又は異なる層内の１つ以上の接地線又は平面とを含んでもよい。信号経路は、接続された構成要素又はポート間で、制御信号、ビーム信号、素子信号などのような信号を伝達することができ、信号経路は、同じ又は異なる層内にある１つ以上のＰＣＢ伝送線路を含むことができる。
【００３０】
送信フェーズドアレイアンテナとして構成される場合、フェーズドアレイアンテナは、ボアサイト（例えば、標的衛星を追跡する方向）に対して所望の走査角方向でビームを送信するように構成することができる。第１のルーティング回路２０５−ａ（例えば、ダイプレクサ又は他のマルチプレクサ、若しくは他の種類の信号ルーティング回路）は、送信ビーム信号２３６−ａを、例えば送信プロセッサから受信することができ、これがフェーズドアレイアンテナによって送信ビームとして送信される。第１のルーティング回路２０５−ａは、更に制御データ２２６−ａをコントローラ２２５−ａから受信することができる。制御データ２２６−ａは、送信ビームを所望の走査角方向に送信するために、（後述するように）それぞれの制御回路によって適用されるＮ個の制御回路２１５のうちの１つ以上に対する調整値（例えば、振幅及び／又は位相）を指示することができる。
【００３１】
フェーズドアレイアンテナは、制御データ２２６−ａを変調して制御信号２３１−ａを形成する変調器２３０−ａ（例えば、振幅シフトキーイング（amplitude shift keying、ＡＳＫ）、又は位相シフトキーイング（phase shift keying、ＰＳＫ）変調器）を含むことができる。変調器２３０−ａは、コントローラ２２５−ａから受信した制御データ２２６−ａを変調し、変調制御信号２３１−ａを第１のルーティング回路２０５−ａに引き渡すことができる。場合によっては、変調器２３０−ａは、コントローラ２２５−ａの内部に、又はその構成要素として実装してもよい。場合によっては、制御信号２３１−ａ及び送信ビーム信号２３６−ａは、重なり合わない異なる周波数範囲を占有してもよい。第１のルーティング回路２０５−ａのマルチプレクサは、例えば、ＦＤＭを使用して、送信ビーム信号２３６−ａ（中心周波数ｆｔｘを有する）及び制御信号２３１−ａ（中心周波数ｆｃを有する）を多重化し、送信ビーム信号２３６−ａ及び制御信号２３１−ａを含む複合多重化信号２４１−ａを形成することができる。第１のルーティング回路２０５−ａとして別の可能な実現形態を使用してもよい。例えば、図２では、第１のルーティング回路２０５−ａは、各入力について１つずつの帯域通過フィルタ、全部で２つの帯域通過フィルタ２３５を含むダイプレクサ（すなわち、２つの入力端を有するマルチプレクサ）である。第１の帯域通過フィルタ２３５−ａは、第１の周波数範囲の信号が通過することを可能にし、第１の周波数範囲は、少なくとも送信ビーム信号２３６−ａの周波数範囲に対応する。送信ビーム信号２３６−ａは、例えば、変調送信ビーム信号であってもよく、変調送信信号ビーム信号は、送信ビーム信号としてキャリア周波数ｆｔｘにより変調されている。ｆｔｘに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第１の周波数範囲が（例えば、制御信号２３１−ａを除外して）送信ビーム信号２３６−ａの通過を可能にする限り、第１の帯域通過フィルタの中心周波数は、送信ビーム信号のキャリア周波数ｆｔｘと同じでなくてもよい。第２の帯域通過フィルタ２３５−ｂは、第２の周波数範囲の信号が通過することを可能にし、第２の周波数範囲は、少なくとも制御信号２３１−ａの周波数範囲に対応する。制御信号２３１−ａは、例えば、変調制御信号であってもよく、制御データ２２６−ａが制御信号としてキャリア周波数ｆｃにより変調されており、制御信号のキャリア周波数は、送信ビーム信号のキャリア周波数とは異なる。ｆｃに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第２の周波数範囲が（例えば、送信ビーム信号２３６−ａを除外して）制御信号２３１−ａの通過を可能にする限り、第２の帯域通過フィルタの中心周波数は、制御信号のキャリア周波数ｆｃと同じでなくてもよい。
【００３２】
あるいは、制御信号２３１−ａの搬送波が送信ビーム信号２３６−ａの搬送波よりも低い周波数である他の実施形態では、高域通過信号経路を、第１の帯域通過フィルタ２３５−ａの代わりに形成してもよく、低域通過信号経路を、第２の帯域通過フィルタ２３５−ｂの代わりに使用してもよい。高域通過信号経路は、例えば、ＰＣＢトレースを使用して形成してもよく、高周波数範囲内の信号が通過することを可能にし、ここで、この高周波数範囲は、送信ビーム信号２３６−ａ（例えば、変調送信ビーム信号）に対して十分である。低域通過信号経路は、例えば、コンデンサ及びインダクタなどの構成要素を使用して形成してもよく、低周波数範囲内の信号が通過することを可能にし、ここで、この低周波数範囲は、制御信号２３１−ａ（例えば、変調制御信号）に対して十分である。
【００３３】
第１のルーティング回路２０５−ａは、制御信号２３１−ａと多重化された送信ビーム信号２３６−ａを含む複合多重化信号２４１−ａを、ビーム形成ネットワーク２１０−ａの共通信号ポート２４０−ａに提供することができる。ビーム形成ネットワーク２１０−ａは、１つ以上のＰＣＢデバイダの段（例えば、均等なやり方及び／又は不均等なやり方、同相及び／又は位相外れ、若しくは組み合わせ）を含むことができ、それは、複合多重化信号２４１−ａを分割して、ビーム形成ネットワーク２１０−ａの対応する出力素子信号ポート２４５（例えば、素子信号ポート２４５−ａ及び素子信号ポート２４５−ｂ）で個々の出力信号２４６（例えば、出力信号２４６−ａ及び出力信号２４６−ｂ）を形成する。すなわち、ビーム形成ネットワーク２１０−ａは、複合多重化信号２４１−ａを個々の出力信号２４６に分割することができ、各個々の出力信号２４６は、それぞれ送信ビーム信号２３６−ａ及び制御信号２３１−ａのコピーである個々の素子信号及び個々の制御信号を含む。１つ以上のＰＣＢデバイダの段は、フェーズドアレイアンテナの全体ビーム形成の一部として、個々の出力信号２４６の個々の素子信号間に相対的な振幅及び／又は位相シフトを提供することができる。そのような場合、個々の出力信号２４６の個々の制御信号はまた、１つ以上のＰＣＢデバイダの段により相対的な振幅及び／又は位相シフトを受ける。しかしながら、振幅及び／又は位相シフトにおけるそのような相対的シフトは、個々の制御信号の搬送波に適用されるため、制御データ２２６−ａには影響を与えない。加えて、必要とされる精度が個々の素子信号に対して必要とされるものよりも著しく低くなり得るため、これらのシフトは、同期のための個々の制御信号の搬送波の復元に影響しないことがある（以下で論じられる）。制御データ２２６−ａは、制御回路２１５の各々に関する情報（例えば、シリアルデータ）を含んでもよく、ビーム形成ネットワーク２１０−ａは、制御データ２２６−ａを、アンテナ素子２２０の各々に対応する素子信号ポート２４５の各々にコピーすることができる（例えば、制御データ２２６−ａを搬送する制御信号２３１−ａを含む複合多重化信号２４１−ａを分割することによって）。それぞれの素子信号ポート２４５における各個々の出力信号２４６に含まれる個々の素子信号は、その後、対応する素子信号ポート２４５に接続された対応する制御回路２１５によって調整され、対応するアンテナ素子２２０によって送信される。
【００３４】
素子信号ポート２４５における個々の出力信号２４６の各々は、個々の制御信号（例えば、制御信号２３１−ａのコピー）と多重化された個々の素子信号（例えば、送信ビーム信号２３６−ａのコピー）を含むことができる。個々の制御信号は、対応する制御回路２１５によって使用され、対応する個々の素子信号に適切な調整（例えば、振幅及び／又は位相）を適用することができる。すなわち、ビーム形成ネットワーク２１０−ａは、複合多重化信号２４１−ａを分割して、各素子信号ポート２４５において、各々が個々の制御信号及び個々の素子信号を含む個々の出力信号２４６を形成することができる。ビーム信号及び制御信号を多重化することによって、ビーム形成ネットワーク２１０−ａを使用して、素子信号及び各制御回路２１５の対応する素子信号のための制御データを示す制御信号を形成及び分配することができる。そうすることで、単一の信号経路を、ビーム形成ネットワーク２１０−ａ内の各アンテナ素子に対する制御信号及び素子信号の両方に使用することができ、例えば、別個の専用の制御線及び素子線を設ける必要がない。これにより、多数のＰＣＢ層を含むＰＣＢの複雑性を低減することができ、フェーズドアレイアンテナの製造コストを低下させることができる。
【００３５】
各制御回路２１５は、ビーム形成ネットワーク２１０−ａの対応する素子信号ポート２４５に接続された第１のポート２４８（例えば、第１のポート２４８−ａ及び第１のポート２４８−ｂ）及び対応するアンテナ素子２２０（又は、場合によっては、複数のアンテナ素子２２０）に接続された第２のポート２４９（例えば、第２のポート２４９−ａ及び第２のポート２４９−ｂ）を含むことができる。各制御回路２１５は、第２のルーティング回路２５０（例えば、ダイプレクサ又は他のマルチプレクサ、若しくは他の種類の信号ルーティング回路）を含むことができ、この第２のルーティング回路２５０は、制御回路２１５の第１のポート２４８と第２のポート２４９との間の素子信号経路２５１（例えば、素子信号経路２５１−ａ及び素子信号経路２５１−ｂ）及び制御回路２１５の第１のポート２４８と調整回路２６５との間の制御信号経路２５２（例えば、制御信号経路２５２−ａ及び制御信号経路２５２−ｂ）を確立する。
【００３６】
図２に示すように、第２のルーティング回路２５０の各々は、受信した個々の出力信号を対応する個々の素子信号及び制御信号に多重分離する（例えば、周波数多重分離を介して）ダイプレクサである。信号を多重化する第１のルーティング回路２０５−ａを参照して対応して説明されるように、第２のルーティング回路２５０は、信号を多重分離するために、類似の構成要素を使用して、類似の逆動作を実行することができる。例えば、第２のルーティング回路２５０−ａは、それぞれ、素子信号及び制御信号のための第１の帯域通過フィルタ２３５−ｃ及び第２の帯域通過フィルタ２３５−ｄを含むことができる。すなわち、第１の帯域通過フィルタ２３５−ｃは、第１の周波数範囲の信号が通過することを可能にし、この第１の周波数範囲は、少なくとも素子信号（例えば、変調送信ビーム信号）の周波数範囲に対応する。ｆｔｘに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第１の周波数範囲が（例えば、制御信号２３１−ａを除外して）素子信号の通過を可能にする限り、第１の帯域通過フィルタ２３５−ｃの中心周波数は、素子信号のキャリア周波数ｆｔｘと同じでなくてもよい。第２の帯域通過フィルタ２３５−ｄは、第２の周波数範囲内の信号が通過することを可能にし、第２の周波数範囲は、少なくとも制御信号２３１−ａ（例えば、変調制御信号）の周波数範囲に対応する。ｆｃに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第２の周波数範囲が（例えば、素子信号を除外して）制御信号２３１−ａの通過を可能にする限り、第２の帯域通過フィルタ２３５−ｄの中心周波数は、制御信号のキャリア周波数ｆｃと同じでなくてもよい。同様に、第２のルーティング回路２５０−ｂは、それぞれ素子信号及び制御信号のための第１の帯域通過フィルタ２３５−ｅ及び第２の帯域通過フィルタ２３５−ｆを含むことができる。第１のルーティング回路２０５を参照して上述したように、他のＰＣＢトレース、高域及び低域通過フィルタを含む構成要素、コンデンサ、インダクタなどの使用を含めて、他の潜在的な実現形態を使用してもよい。
【００３７】
第１の制御回路２１５−ａでは、制御信号経路２５２−ａは、復調器２５５−ａ及びアドレス復号器２６０−ａに制御信号を提供することができる。復調器２５５−ａは、制御信号経路２５２−ａで伝達される制御信号を復調して制御情報を得ることができる。制御情報は、ビーム形成ネットワーク２１０−ａによって制御回路２１５の各々に分配される、制御回路２１５の各々に対するコマンドを含むことができる。種々異なる制御回路２１５に対するコマンドを、制御情報内で連続的に送信してもよい。すなわち、それ自体の制御データを受信することに加えて、制御回路２１５−ａは、他の制御回路２１５の各々に対する（例えば、制御回路２１５−ｂに対する）制御情報を受信及び復調してもよい。制御情報は、対応する制御情報が意図されている特定の制御回路２１５のアドレスを識別するアドレス情報を含んでもよい（例えば、ヘッダ内に）。アドレス復号器２６０−ａは、制御回路２１５−ａの既知のアドレス（以下で更に論じられる）を制御データ２２６−ａのアドレス情報と比較して、特定の制御回路２１５−ａを意図する制御情報を識別し、特定された制御情報を信号経路２５３−ａを介して対応する調整回路２６５−ａに提供することができる。第２の制御回路２１５−ｂは、第１の制御回路２１５−ａと同様に動作することができ、第２の制御回路２１５−ｂは同様に、復調器２５５−ｂ、アドレス復号器２６０−ｂ、及び調整回路２６５−ｂを含む（例えば、識別された制御情報を信号経路２５３−ｂを介して調整回路２６５−ｂに同様に提供するために）。
【００３８】
調整回路２６５の各々（例えば、調整回路２６５−ａ及び調整回路２６５−ｂ）は、１つ以上の回路要素（例えば、１つ以上の位相シフタ２７０、１つ以上の増幅器２７５など）を含むことにより、識別された制御情報（例えば、ビーム係数など）に基づいて、対応する素子信号に対して振幅及び／又は位相の適切な調整を提供することができる。図２は、調整回路２６５−ａの詳細を示す。図示の例では、調整回路２６５−ａは、制御情報によって指示されるように対応する素子信号に位相シフトを適用する位相シフタ２７０−ａを含む。図示の実施例では、調整回路２６５−ａは、調整された素子信号を形成するために、制御情報によって指示されるように位相シフトされた位相シフタからの信号を増幅する増幅器２７５−ａを更に含む。調整された素子信号は、制御回路２１５の第２のポート２４９を介して、送信のために対応するアンテナ素子２２０に提供することができる。調整回路２６５−ａは、同様に動作して、素子信号を調整して第２のアンテナ素子２２０−ｂに提供することができる。調整された素子信号をフェーズアレイアンテナのアンテナ素子２２０の各々により送信することによって、所望の走査角方向（例えば、標的衛星の方向、又は他の受信デバイスの方向）に送信される送信ビームが共に形成される。
【００３９】
アドレスを割り当てるための様々な技法、及び制御回路２１５の各々のアドレス復号器２６０が、対応して割り当てられたアドレスを決定することができる技法について説明する。一例示的実現形態では、制御回路２１５の各々は、アンテナアレイにわたって同一であってもよい。したがって、特定の制御回路２１５は、予め設定された情報若しくは他の区別可能な情報又は特徴を有さなくてもよい場合があるが、これらの情報又は特徴は、アンテナアレイＰＣＢ上でそれらのそれぞれの場所に設置する前に、対応して割り当てられたアドレスを決定するために使用することができる。この場合、アレイアンテナＰＣＢ上の様々な場所は、アレイにわたるアドレス指定スキームを示す異なる特徴を含むことができる。これらの特徴は、対応する制御回路２１５に割り当てられたアドレスを決定するためにアドレス復号器２６０によって使用してもよい。
【００４０】
一例示的実現形態では、制御回路２１５のアドレスは、プルアップ／ダウン又はオープン／ショートアドレスストラッピングを使用して設定することができる。例えば、特定の制御回路２１５は、複数のアドレスピンを含んでもよく、アンテナアレイＰＣＢ上の特定の場所に配置してもよい。場合によっては、アドレスピンのデフォルト構成をプルアップしてもよく（例えば、制御回路２１５の内部抵抗器を介して）、ＰＣＢ上の場所に従って、接地ビアの一意の組み合わせが、特定のアドレスピンをプルダウンしてもよい。例えば、第１のセットのアドレスピンが、制御回路２１５の行アドレスに対応してもよく、第２のセットのピンが、制御回路２１５の列アドレスに対応してもよい。そして、結果として得られるプルアップ及びプルダウンされたアドレスピンのシーケンスが、その制御回路２１５に対する一意のアドレスを示すことができる。
【００４１】
追加的に又は代替的に、各制御回路２１５は、例えばアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を使用してアドレス電圧レベルを読み取ることによって、それ自体のアドレスを識別することができる。例えば、図８を参照して更に説明されるように、行及び列の各々の分圧器素子（例えば、抵抗分圧器）は、供給電圧を分圧することができ、対応する行及び列電圧を、制御回路２１５においてＡＤＣによって読み取ることができる。アンテナアレイＰＣＢは、供給電圧を、特定の行を示す対応する行電圧に分圧する行ごとの１つの分圧器素子と、供給電圧を、特定の列を示す対応する列電圧に分圧する列ごとの１つの分圧器素子とを含んでもよい。次いで、各制御回路２１５は、対応する行電圧を受け取る行アドレスピンと、対応する列電圧を受け取る列アドレスピンとを含むことができる。次いで、ＡＤＣを使用して、行及び列アドレスピンにおいてこれらの電圧を読み取ることができる。そうすることにより、いくつかの他の技法と比較して使用される抵抗器の数を低減することができる。加えて、この説明された実現形態は、プルアップ／ダウン又はオープン／ショートアドレスストラッピングを使用する場合と比較して、比較的少数のピンを使用することができ、それは各制御回路２１５に対するＰＣＢ面積又はコストを低減することができる。
【００４２】
場合によっては、制御回路が制御情報（例えば、振幅及び／又は位相の特定のビーム調整係数）を誤って復号されたアドレスに適用するように、制御回路２１５のアドレスが選択されてしまう（例えば、連続する行及び列のアドレスを使用して）ことがあるが、制御回路によって適用されるこの制御情報は、隣接する制御回路２１５のうちの１つを意図していることが多い。場合によっては、行及び列アドレス指定は、連続する行又は列のアドレスが、２ビット以上は異ならないこと（例えば、ハミング距離が１つ（１）に等しい）、及び連続しない任意の２つの行又は列が、異なるビットを２つ以上は有しないこと（例えば、ハミング距離が１つ（１）より大きい）を保証してもよい。この場合、制御回路２１５が、単一ビットエラーの結果としてアドレスを誤って復号する場合、制御回路２１５は、行及び／又は列ごとに、最も近い隣接する制御回路２１５に対して意図された調整（例えば、位相及び／又は振幅の）を適用し、これは、一部のアンテナアレイのＲＦビーム形成性能を実質的に劣化させない。例えばこのことは、アンテナアレイに誤ったアドレスが使用されなかった場合には、２倍の大きさのアンテナアレイのアンテナ素子のグループと同様の性能になることがある。場合によっては、制御データのアドレスは、誤ったアドレス復号の確率を低減するために、１つ以上のエラー訂正ビットにより符号化してもよい。例えば、制御データのアドレスは、ハミング符号、リードソロモン符号、などのような線形ブロック符号に従って送信してもよい。
【００４３】
場合によっては、制御回路２１５及びコントローラ２２５−ａは双方向通信をサポートしてもよい。例えば、制御回路２１５の各々はまた、変調器（図示せず）を有してもよく、それは復調器２５５の一部、又は別個の構成要素であってもよい。コントローラ２２５−ａは、制御回路２１５のうちの１つから構成値（例えば、制御情報）を読み取るためのコマンドを送信してもよく、次いで、アドレス指定された制御回路２１５は、応答（例えば、構成値）により信号を変調し、変調された信号をそれぞれの素子信号ポート２４５において個々の出力信号２４６上に多重化することによって反応することができる。変調された信号は、次いで、ビーム形成ネットワーク２１０−ａ及び第１のルーティング回路２０５−ａを介してコントローラ２２５−ａに伝達することができ、このコントローラはその後、信号を復調し、応答を復号することができる。したがって双方向通信は、制御回路２１５の構成をチェックすること、若しくは、試験又はデバッグの目的のために制御回路２１５から他の状態情報を読み取ることを可能にする。
【００４４】
場合によっては、復調器２５５は、搬送波（例えば、制御信号のための搬送波）を復元して、別の制御回路２１５を同期させるためのクロック信号を形成してもよい。例えば、復調器２５５−ａは、搬送波復元ループ又は他の搬送波復元技法を使用することができる（例えば、制御信号搬送波と局部発振器との間の周波数差及び／又は位相差を補償する）。復調器２５５−ａは、次いで、復元された波形に基づいてクロック信号をセットすることができる。このようにして、クロック信号は、フェーズドアレイアンテナの制御回路２１５の各々の間で同期化することができる。したがって制御信号はコヒーレント変調を使用することができ、復調器２５５において同期したクロック信号は、コヒーレント復調を使用して制御信号２３１−ａを復調することができる。
【００４５】
図３は、本開示の態様による、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャのビーム形成ネットワーク３０５の例示的な図３００を示す。図３に示すビーム形成ネットワークは、少なくとも図２及び図４〜図７を参照して説明されるビーム形成ネットワークの一例である。
【００４６】
ビーム形成ネットワーク３０５は、図２を参照して説明したような入力共通信号ポートの例であり得る共通ポート３１０を示す。ビーム形成ネットワーク３０５はまた、「素子ポート１」〜「素子ポートＮ」とラベル付けされた複数の素子ポート３１５を示す。これら素子ポートは、図２を参照して説明したように、複数の制御回路１〜Ｎに対応する。素子ポート３１５は、図２を参照して説明されたような素子信号ポートの一例である。
【００４７】
ビーム形成ネットワーク３０５の例示的な図３００は、コンバイナ／デバイダの３つの段（例えば、ＰＣＢ内に形成されたＰＣＢコンバイナ／デバイダ）を示す。すなわち、共通ポート３１０で受信した入力信号は、まず２つの信号に分割することができ、次いで、各信号は、図示された８つの素子ポート３１５で出力信号を形成するように更に２回連続して分割することができる。反対に、８つの素子ポート３１５で受信した信号は、ビーム形成ネットワーク３０５によって組み合わされて、共通ポート３１０において合成信号を形成することができる。場合によっては、これらのコンバイナ／デバイダは、均等なやり方及び／又は不均等なやり方、同相及び／又は位相外れ、若しくは任意の組み合わせであってもよい。しかしながら、これはＰＣＢコンバイナ／デバイダの一例のネットワークにすぎず、ビーム形成ネットワーク３０５は、様々な構成において、より少数の、又はより多数のそのようなコンバイナ／デバイダを含んでもよいことを理解されたい。
【００４８】
図４は、本開示の態様による、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャの例示的な図４００を示す。フェーズドアレイアンテナは、図１を参照して説明したようなアンテナアレイ１４０のうちの１つ以上の例であり、図２を参照して説明したような、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャである。図４のフェーズドアレイアンテナは、図１を参照して説明したような、衛星１０５に通信信号を送信するための送信フェーズドアレイアンテナの例であり、図２を参照して説明したような、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャである。
【００４９】
図４のフェーズドアレイアンテナのための回路アーキテクチャは、本明細書に別途記載のない限り、図２を参照して説明したような類似又は対応する構成要素と実質的に同じ方式で動作することができる。図４では、フェーズドアレイアンテナは、ビーム信号、素子信号、及び制御信号を伝達することに加えて、電源４０５を含む。この電源４０５は、電力信号４０８を発生し、この電力信号４０８は、信号経路上で伝達され、ビーム信号、素子信号、及び制御信号と多重化することができる。
【００５０】
図４に示すように、回路アーキテクチャは、第１のルーティング回路２０５−ｂ、ビーム形成ネットワーク２１０−ｂ、複数の制御回路２１５、及び複数のアンテナ素子２２０を含む。図４の例では、第１の制御回路２１５−ｃと、対応する第１のアンテナ素子２２０−ｃと、第２の制御回路２１５−ｄと、対応する第２のアンテナ素子２２０−ｄとが示されている。しかしながら、アンテナ素子２２０のための任意の数Ｎの制御回路２１５を同様に実装することができることを理解されたい。図４に図解するように、制御回路２１５とアンテナ素子２２０との間には１対１の対応がある（すなわち、各アンテナ素子２２０には異なる制御回路２１５が接続されている）。しかしながら、場合によっては、１つの制御回路２１５を、複数のアンテナ素子２２０の間で共有してもよい（すなわち、１つの制御回路２１５が、複数のアンテナ素子２２０に接続され、それぞれの信号を複数のアンテナ素子２２０に提供してもよい）ことを理解されたい。構成要素の各々は、信号経路を介して接続することができる。
【００５１】
第１のルーティング回路２０５−ｂ（例えば、ダイプレクサ又は他のマルチプレクサ、若しくは他の種類の信号ルーティング回路）は、例えば送信プロセッサから送信ビーム信号２３６−ｂを受信して、フェーズドアレイアンテナによって送信ビームとして送信することができる。第１のルーティング回路２０５−ｂは、制御データ２２６−ｂをコントローラ２２５−ａから更に受信することができる。制御データ２２６−ｂは、送信ビームを所望の走査角方向に送信するために、それぞれの制御回路によって適用されるＮ個の制御回路２１５のうちの１つ以上に対して調整値（例えば、振幅及び／又は位相）を指示することができる。
【００５２】
フェーズドアレイアンテナは、制御データ２２６−ｂを変調して制御信号２３１−ｂを形成する変調器２３０−ｂを含むことができる。変調器２３０−ｂは、コントローラ２２５−ｂから受信した制御データ２２６−ｂを変調し、変調制御信号２３１−ｂを第１のルーティング回路２０５−ｂに引き渡すことができる。場合によっては、変調器２３０−ｂは、コントローラ２２５−ｂの内部に又はその構成要素として実装してもよい。第１のルーティング回路２０５−ｂのマルチプレクサは、送信ビーム信号２３６−ｂ（中心周波数ｆｔｘを有する）及び制御信号２３１−ｂ（中心周波数ｆｃを有する）を多重化して、送信ビーム信号２３６−ｂ及び制御信号２３１−ｂを含む複合多重化信号２４１−ｂを形成することができる。図４では、第１のルーティング回路２０５−ｂは、各入力について１つずつ、計２つの帯域通過フィルタ２３５−１を含むダイプレクサである。第１の帯域通過フィルタ２３５−ｇは、第１の周波数範囲の信号が通過することを可能にし、第１の周波数範囲は、少なくとも送信ビーム信号２３６−ｂ（例えば、変調送信ビーム信号）の周波数範囲に対応する。ｆｔｘに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第１の周波数範囲が送信ビーム信号２３６−ｂの通過を（例えば、制御信号２３１−ｂを除外して）可能にする限り、第１の帯域通過フィルタ２３５−ｇの中心周波数は、送信ビーム信号のキャリア周波数ｆｔｘと同じでなくてもよい。第２の帯域通過フィルタ２３５−ｈは、第２の周波数範囲内の信号が通過することを可能にし、第２の周波数範囲は、少なくとも制御信号２３１−ｂ（例えば、変調制御信号）の周波数範囲に対応する。ｆｃに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第２の周波数範囲が制御信号２３１−ｂの通過を（例えば、送信ビーム信号２３６−ｂを除外して）可能にする限り、第２の帯域通過フィルタ２３５−ｈの中心周波数は、制御信号のキャリア周波数ｆｃと同じでなくてもよい。上述のように、第１のルーティング回路２０５−ｂとして別の可能な実現形態を使用してもよい。
【００５３】
第１のルーティング回路２０５−ｂは、電源４０５から電力信号４０８を更に受信することができる。図４では、電源４０５（例えば、ＤＣ電源、又は他の電圧源若しくは電流源）は、電力信号４０８（例えば、ＤＣ信号）を発生する。電力信号４０８は、第１のルーティング回路２０５−ｂ内のインダクタ４１０−ａ（又は別の種類のチョーク素子）を通過することができる。インダクタは、制御信号２３１−ｂ及び送信ビーム信号２３６−ｂが信号経路を通って電源４０５に流れるのを阻止する。第１のルーティング回路２０５−ｂは、ビーム信号２３６−ｂ及び制御信号２３１−ｂの信号経路から電力信号４０８を阻止する阻止コンデンサ４１５−ａを更に含むことができる。第１のルーティング回路２０５−ｂは、送信ビーム信号２３６−ｂ、制御信号２３１−ｂ、及び電力信号４０８の各々を含む複合多重化信号２４１−ｂを出力する。
【００５４】
第１のルーティング回路２０５−ｂは、制御信号２３１−ｂと多重化された送信ビーム信号２３６−ｂを含む複合多重化信号２４１−ｂを、ビーム形成ネットワーク２１０−ｂの共通信号ポート２４０−ｂに提供することができる。ビーム形成ネットワーク２１０−ｂは、複合多重化信号２４１−ｂを分割して、ビーム形成ネットワーク２１０−ｂの対応する出力素子信号ポート２４５（例えば、素子信号ポート２４５−ｃ及び素子信号ポート２４５−ｄ）において個々の出力信号２４６（例えば、出力信号２４６−ｃ及び出力信号２４６−ｄ）を形成する、１つ以上のＰＣＢデバイダの段を含むことができる。すなわち、ビーム形成ネットワーク２１０−ｂは、複合多重化信号２４１−ｂを個々の出力信号２４６に分割することができ、各個々の出力信号２４６は、それぞれ、送信ビーム信号２３６−ｂ及び制御信号２３１−ｂのコピーである個々の素子信号及び個々の制御信号を含む。１つ以上のＰＣＢデバイダの段は、フェーズドアレイアンテナの全体ビーム形成の一部として、個々の出力信号２４６の個々の素子信号間に相対的な振幅及び／又は位相シフトを提供することができる。そのような場合、個々の出力信号２４６の個々の制御信号はまた、１つ以上のＰＣＢデバイダの段により相対的な振幅及び／又は位相シフトを受ける。しかしながら、振幅及び／又は位相シフトにおけるそのような相対的シフトは、個々の制御信号の搬送波に適用されるため、制御データ２２６−ｂには影響を与えない。加えて、必要とされる精度が個々の素子信号に対して必要とされるものよりも著しく低くなり得るため、これらのシフトは、同期のための個々の制御信号の搬送波の復元に影響しない可能性がある（以下で論じられる）。制御データ２２６−ｂは、制御回路２１５の各々に関する情報（例えば、シリアルデータ）を含んでもよく、ビーム形成ネットワーク２１０−ｂは、共通信号ポート２４０−ｂで受信した制御データ２２６−ｂを、アンテナ素子２２０の各々に対応する素子信号ポート２４５の各々にコピーすることができる（例えば、制御データ２２６−ｂを伝達する制御信号２３１−ａを含む複合多重化信号２４１−ｂを分割することによって）。それぞれの素子信号ポート２４５における各個々の出力信号２４６に含まれる個々の素子信号は、その後、対応する素子信号ポート２４５に接続された対応する制御回路２１５によって調整され、対応するアンテナ素子２２０によって送信することができる。
【００５５】
素子信号ポート２４５における個々の出力信号２４６の各々は、個々の制御信号（例えば、制御信号２３１−ｂのコピー）と多重化された個々の素子信号（例えば、送信ビーム信号２３６−ｂのコピー）、及び電力信号４０８を含むことができる。制御信号を、対応する制御回路２１５によって使用して、対応する素子信号に適切な調整（例えば、振幅及び／又は位相）を適用することができる。すなわち、ビーム形成ネットワーク２１０−ｂは、複合多重化信号２４１−ｂを分割して、各素子信号ポート２４５において個々の制御信号及び個々の素子信号を形成することができる。個々の制御信号を、対応する素子信号により多重化して、多重化された個々の出力信号２４６を形成することができる。ビーム信号及び制御信号を多重化することによって、ビーム形成ネットワーク２１０−ｂを使用して、素子信号及び各制御回路２１５の対応する素子信号のための制御データを指示する制御信号を形成し、分配することができる。
【００５６】
各制御回路２１５は、ビーム形成ネットワーク２１０−ｂの対応する素子信号ポート２４５に接続された第１のポート２４８（例えば、第１のポート２４８−ｃ及び第１のポート２４８−ｄ）及び対応するアンテナ素子２２０に接続された第２のポート２４９（例えば、第２のポート２４９−ｃ及び第２のポート２４９−ｄ）を含むことができる。各制御回路２１５は、第２のルーティング回路２５０（例えば、ダイプレクサ又は他のマルチプレクサ、若しくは他の種類の信号ルーティング回路）を含むことができ、第２のルーティング回路２５０は、制御回路２１５の第１のポート２４８と第２のポート２４９との間の素子信号経路２５１（例えば、素子信号経路２５１−ｃ及び素子信号経路２５１−ｄ）及び制御回路２１５の第１のポート２４８と調整回路２６５との間の制御信号経路２５２（例えば、制御信号経路２５２−ｃ及び制御信号経路２５２−ｄ）を確立する。
【００５７】
図４に示すように、第２のルーティング回路２５０の各々は、受信した個々の出力信号を対応する個々の素子及び制御信号に多重分離するダイプレクサである。信号を多重化する第１のルーティング回路２０５−ｂを参照して対応して説明したように、第２のルーティング回路２５０は、信号を多重分離するために、類似の構成要素を使用して、類似の逆動作を実行することができる。例えば、第２のルーティング回路２５０−ｃは、それぞれ、素子信号及び制御信号のための第１の帯域通過フィルタ２３５−ｉ及び第２の帯域通過フィルタ２３５−ｊを含むことができる。同様に、第２のルーティング回路２５０−ｄは、それぞれ、素子信号及び制御信号のための第１の帯域通過フィルタ２３５−ｋ及び第２の帯域通過フィルタ２３５−ｌを含むことができる。ｆｔｘに等しい中心周波数を有するとして示されているが、素子信号が通過することを（例えば、制御信号を除外して）可能にする限り、第１の帯域通過フィルタ２３５−ｉ及び２３５−ｋの中心周波数は、送信ビーム信号のキャリア周波数ｆｔｘと同じでなくてもよい。同様に、第２の帯域通過フィルタ２３５−ｊ及び２３５−ｌの中心周波数は、ｆｃに等しいものとして示されるが、制御信号が通過することを（例えば、素子信号を除外して）可能にする限り、制御信号のキャリア周波数ｆｃと同じでなくてもよい。上述のように、例えば、他のＰＣＢトレース、高域及び低域通過フィルタを含む構成要素、コンデンサ、インダクタなどの使用を含めて、第２のルーティング回路２５０のために別の可能な実現形態を使用してもよい。
【００５８】
場合によっては、制御回路２１５の各々は、制御回路２１５及び他の構成要素に電力を供給するための電力信号を得るために、多重化された電力信号を分離するデカプラを含むことができる。各々の制御回路２１５内の第２のルーティング回路２５０は、インダクタ４１０（例えば、インダクタ４１０−ｂ及びインダクタ４１０−ｃ）、又は電力信号が通過することを可能にする別の種類のチョーク素子を含んでもよく、電力信号は、次に制御回路２１５の様々な他の構成要素に提供され、他の構成要素に電力を提供する。第２のルーティング回路２５０は、信号経路からそれぞれのアンテナ素子２２０への電力信号４０８を阻止する阻止コンデンサ４１５（例えば、コンデンサ４１５−ｂ及びコンデンサ４１５−ｃ）を更に含むことができる。
【００５９】
例えば、第１の制御回路２１５−ｃでは、制御信号経路２５２−ｃは、復調器２５５−ｃ及びアドレス復号器２６０−ｃに制御信号を提供することができる。復調器２５５−ｃは、制御信号経路２５２−ｃ上で伝達される制御信号を復調して制御情報を得ることができる。制御情報は、ビーム形成ネットワーク２１０−ｂによって制御回路２１５の各々に分配される、制御回路２１５の各々に対するコマンドを含むことができる。異なる制御回路２１５に対するコマンドは、制御情報において連続的に送信することができる。すなわち、制御回路２１５−ｃは、それ自体の制御データを受信することに加えて、他の制御回路２１５の各々に対する（例えば、制御回路２１５−ｄに対する）制御情報を受信及び復調してもよい。制御情報は、対応する制御情報が意図されている特定の制御回路２１５のアドレスを識別するアドレス情報を含んでもよい（例えば、ヘッダ内に）。アドレス復号器２６０−ｃは、制御回路２１５−ｃの既知のアドレス（以下で更に論じられる）を制御データ２２６−ｂのアドレス情報と比較して、特定の制御回路２１５−ｃを意図する制御情報を識別し、特定された制御情報を信号経路２５３−ｃを介して対応する調整回路２６５−ｃに提供することができる。第２の制御回路２１５−ｄは、第１の制御回路２１５−ｃと同様に動作することができ、第２の制御回路２１５−ｂは同様に、復調器２５５−ｄ、アドレス復号器２６０−ｄ、及び調整回路２６５−ｄを含む（例えば、識別された制御情報を信号経路２５３−ｄを介して調整回路２６５−ｄに同様に提供するために）。
【００６０】
調整回路２６５の各々（例えば、調整回路２６５−ｃ及び調整回路２６５−ｄ）は、１つ以上の回路要素（例えば、１つ以上の位相シフタ２７０、１つ以上の増幅器２７５など）を含むことにより、識別された制御情報に基づいて、対応する素子信号に対して振幅及び／又は位相の適切な調整を提供することができる。図４は、調整回路２６５−ｃの詳細図を示す。図示の例では、調整回路２６５−ｃは、制御情報によって指示される位相シフトを対応する素子信号に適用する位相シフタ２７０−ｂを含む。図示の実施例では、調整回路２６５−ｃは、制御情報によって指示されるように位相シフトされた、位相シフタからの信号を増幅する増幅器２７５−ｂを更に含み、調整された素子信号を形成する。調整された素子信号は、制御回路２１５の第２のポート２４９を介して、送信のために対応するアンテナ素子２２０に提供することができる。フェーズアレイアンテナのアンテナ素子２２０の各々による、調整された素子信号の送信は、共に、所望の走査角方向に送信される送信ビームを形成する。
【００６１】
場合によっては、制御回路２１５の各々は、複数のビーム形成レジスタのセットを含むことができる。いくつかの実施例では、制御回路２１５の各々は、二重バッファビーム形成レジスタを含み、それにより、現在の状態で動作している間に、次のビームポインティング状態のために、次の調整値（すなわち、送信ビームのための次のビーム方向）をロードすることができる。これは、例えば、フェーズドアレイアンテナが、２つの異なる受信デバイス間でポインティング方向を切り替える（例えば、衛星ハンドオーバのために）状況において、フェーズドアレイアンテナがポインティング方向を比較的迅速に変更することを可能にする。更に、これは、ビーム形成係数が周波数に依存しており、例えば、２つの異なる周波数帯域間を交互に切り替える間に、周波数ホッピングがビームの方向を維持するために実行される場合に、フェーズドアレイアンテナが受信デバイスの追跡方向を維持するのを容易する。いくつかの実施例では、制御回路の各々は、ミスポインティング補正（例えば、ステップトラック、円錐走査、モノパルス追跡を介して）に使用されるビームの係数を記憶するために複数のレジスタのセットを含むことができる。例えば、制御回路の各々は、現在のビームに対する円錐走査動作に関連付けられた係数のセットを記憶してもよい。円錐走査は、異なる角度オフセットに従ってアンテナビームを標的方向から意図的に離れるように向け、信号属性を測定し（例えば、送信された信号の信号強度を示す受信信号又はフィードバックを介して）、改善された信号属性が走査オフセットで発見された場合には、アンテナビームを新しい標的方向に調整することができる。各ミスポインティング補正動作が実行され、円錐走査の結果として標的に向けられた新たなビームが選択されると、係数のセットは、次の円錐走査操作のための新たな係数のセットにより更新することができる。場合によっては、アドレスヘッダの一部（例えば、１０ビット）を予約しておき、「送信有効化／無効化」及び／又は「受信有効化／無効化」などのグローバルコマンド、特定のレジスタ（例えば、二重バッファビーム形成レジスタのためのレジスタＡ及びＢ）からのバッファされたビームの重み付けを有効にするコマンド、及びフェーズドアレイアンテナのための他のコマンドとして使用してもよい。
【００６２】
場合によっては、制御回路２１５及びコントローラ２２５−ｂは双方向通信をサポートしてもよい。例えば、制御回路２１５の各々はまた、変調器（図示せず）を有してもよく、それは変調器の一部、又は別個の構成要素であってもよい。コントローラ２２５−ｂは、構成値（例えば、制御情報）を制御回路２１５のうちの１つから読み取るためのコマンドを送信することができ、次いで、アドレス指定された制御回路２１５は、応答（例えば、構成値）により信号を変調し、変調された信号をそれぞれの素子信号ポート２４５において個々の出力信号２４６に多重化することによって反応することができる。変調された信号は、次いで、ビーム形成ネットワーク２１０−ｂ及び第１のルーティング回路２０５−ｂを介してコントローラ２２５−ｂに伝達することができ、コントローラはその後、信号を復調し、応答を復号することができる。このため、双方向通信は、制御回路２１５の構成をチェックすること、若しくは、試験又はデバッグの目的のために制御回路２１５から他の状態情報を読み取ることを可能にする。
【００６３】
場合によっては、復調器２５５は、搬送波（例えば、制御信号のための搬送波）を復元して、異なる制御回路２１５を同期させるためのクロック信号を形成してもよい。例えば、復調器２５５−ｅは、搬送波復元ループ又は他の搬送波復元技法を使用することができる（例えば、制御信号搬送波と局部発振器との間の周波数差及び／又は位相差を補償する）。復調器２５５−ｅは、次いで、復元された波形に基づいてクロック信号をセットすることができる。このようにして、クロック信号を、フェーズドアレイアンテナの制御回路２１５の各々の間で同期化することができる。したがって制御信号はコヒーレント変調を使用することができ、復調器２５５における同期したクロック信号は、コヒーレント復調を使用して制御信号２３１−ｂを復調することができる。
【００６４】
図５は、本開示の態様による、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御信号及び素子信号のための回路アーキテクチャの例示的な図５００を示す。このフェーズドアレイアンテナは、図１を参照して説明したようなアンテナアレイ１４０の１つ以上の例である。図５のフェーズドアレイアンテナは、図１を参照して説明したように、衛星１０５から通信信号を受信するための受信フェーズドアレイアンテナの一例である。
【００６５】
図５のフェーズドアレイアンテナのための回路アーキテクチャは、本明細書に別途記載のない限り、図２〜図４を参照して説明したような類似又は対応する構成要素と実質的に類似の方式で動作することができる。図示されていないが、場合によっては、図５のフェーズドアレイアンテナは、例えば、図４を参照して同様に説明されるような、電力信号を形成及び引き渡してもよい。図５のフェーズドアレイアンテナは、図２及び図４において説明された送信フェーズドアレイアンテナではなく、受信フェーズドアレイアンテナの一例である。受信フェーズドアレイアンテナでは、素子信号は、アンテナ素子２２０で受信され、送信信号とは反対方向の信号経路を通って伝搬する。すなわち、アンテナ素子２２０は、対応する受信素子信号２６６（例えば、受信素子信号２６６−ａ及び受信素子信号２６６−ｂ）を送信デバイス（例えば、衛星）から受信することができ、これは、対応する制御回路２１５を通じてビーム形成ネットワーク２１０−ｃに提供される。ビーム形成ネットワーク２１０−ｃは、これらの素子信号を組み合わせて、受信ビーム信号を形成することができ、これは、第１のルーティング回路２０５−ｃを通して、フェーズアレイアンテナが搭載された航空機（又は他の車両）のプロセッサ及び他のデバイスに引き渡される。
【００６６】
図５に示すように、回路アーキテクチャは、第１のルーティング回路２０５−ｃ、ビーム形成ネットワーク２１０−ｃ、複数の制御回路２１５、及び複数のアンテナ素子２２０を含む。図５の例では、第１の制御回路２１５−ｅと、対応する第１のアンテナ素子２２０−ｅと、第２の制御回路２１５−ｆと、対応する第２のアンテナ素子２２０−ｆとが示されている。しかしながら、アンテナ素子２２０のために任意の数Ｎの制御回路２１５を同様に実装することができることを理解されたい。図５に図解するように、制御回路２１５とアンテナ素子２２０との間には１対１の対応がある（すなわち、各アンテナ素子２２０には異なる制御回路２１５が接続されている）。しかしながら、場合によっては、１つの制御回路２１５を、複数のアンテナ素子２２０の間で共有してもよい（すなわち、１つの制御回路２１５が、複数のアンテナ素子２２０に接続され、複数のアンテナ素子からそれぞれの信号を受信することができる）ことを理解されたい。構成要素の各々は、信号経路を介して接続される。
【００６７】
本明細書に記載されるように、制御回路２１５、ビーム形成ネットワーク２１０−ｃ、第１のルーティング回路２０５−ｃ、コントローラ２２５−ａ、並びに他の構成要素及び信号経路の各々は双方向通信をサポートすることができる。例えば、上述のように、制御回路２１５の各々はまた、変調器（図示せず）を含んでもよく、変調器は、復調器２５５の一部、又は別個の構成要素であってもよい。コントローラ２２５−ｃは、構値（例えば、制御情報）を制御回路２１５のうちの１つから読み取るためのコマンドを送信してもよく、次いで、アドレス指定された制御回路２１５は、応答（例えば、構成値）により信号を変調し、変調された信号をビーム形成ネットワーク５１０−ｃのそれぞれの素子信号ポート２４５において個々の出力信号に多重化することによって反応することができる。変調された信号は、次いで、ビーム形成ネットワーク２１０−ｃ及び第１のルーティング回路２０５−ｃを介してコントローラ２２５−ａに伝達することができ、コントローラはその後、信号を復調し、応答を復号することができる。したがって双方向通信は、制御回路２１５の構成をチェックすること、若しくは、試験又はデバッグの目的のために制御回路２１５から他の状態情報を読み取ることを可能にする。加えて、受信フェーズドアレイアンテナの場合、双方向通信は、一方向に制御信号を伝達し、反対方向に受信素子信号を提供する信号経路をサポートすることができる。
【００６８】
受信フェーズドアレイアンテナでは、アンテナ素子２２０は、送信デバイス（例えば、衛星）からそれぞれの受信素子信号２６６を受信し、受信素子信号を制御回路２１５に提供することができる。上述したように、各制御回路２１５は、ビーム形成ネットワーク２１０−ｃの対応する素子信号ポート２４５に接続された第１のポート２４８（例えば、第１のポート２４８−ｅ及び第１のポート２４８−ｆ）と、対応するアンテナ素子２２０に接続された第２のポート２４９（例えば、第２のポート２４９−ｅ及び第２のポート２４９−ｆ）を含むことができる。各制御回路２１５は、第２のルーティング回路２５０（例えば、ダイプレクサ又は他のマルチプレクサ、若しくは他の種類の信号ルーティング回路）を含むことができ、第２のルーティング回路２５０は、制御回路２１５の第１のポート２４８と第２のポート２４９との間の素子信号経路２５１（例えば、素子信号経路２５１−ｅ及び素子信号経路２５１−ｆ）及び制御回路２１５の第１のポート２４８と調整回路２６５との間の制御信号経路２５２（例えば、制御信号経路２５２−ｅ及び制御信号経路２５２−ｆ）を確立する。
【００６９】
以下で説明するように、調整回路２６５において受信素子信号に調整を適用して、調整された素子信号を形成することができる。各第２のルーティング回路２５０は、対応する調整回路２６５から対応する第１のポート２４８に、対応する調整された素子信号（中心周波数ｆｒｘを有する）を提供し、一方また、対応する第１のポート２４８から対応する制御信号経路２５２に、制御信号（中心周波数ｆｃを有する）を提供することができる。したがって、対応する第１のポート２４８とビーム形成ネットワーク２１０−ｃの対応する素子信号ポート２４５との間の信号経路は、調整された素子信号及び制御信号を含む多重化された信号を含む。図５において、第２のルーティング回路２５０の各々は、信号の各々について１つずつ、計２つの帯域通過フィルタ２３５を含むダイプレクサである。例えば、第２のルーティング回路２５０−ｅにおいて、第１の帯域通過フィルタ２３５−ｏは、第１の周波数範囲の信号が通過することを可能にし、第１の周波数範囲は、少なくとも受信素子信号の周波数範囲に対応する。例えば、受信素子信号は、受信素子信号のキャリア周波数ｆｒｘで変調された変調信号を含む変調受信信号である。ｆｒｘに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第１の周波数範囲が受信素子信号の通過を（例えば、制御信号を除外して）可能にする限り、第１の帯域通過フィルタ２３５−ｏの中心周波数は、受信素子信号のキャリア周波数ｆｒｘと同じでなくてもよい。第２の帯域通過フィルタ２３５−ｐは、第２の周波数範囲が通過することを可能にし、第２の周波数範囲は、少なくとも制御信号（例えば、変調制御信号）の周波数範囲に対応する。ｆｃに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第２の周波数範囲が制御信号の通過を（例えば、受信素子信号を除外して）可能にする限り、第２の帯域通過フィルタ２３５−ｐの中心周波数は、制御信号のキャリア周波数ｆｃと同じでなくてもよい。同様に、第２のルーティング回路２５０−ｆは、それぞれ、素子信号及び制御信号のための第１の帯域通過フィルタ２３５−ｑ及び第２の帯域通過フィルタ２３５−ｒを含むことができる。
【００７０】
例えば、第１の制御回路２１５−ｅにおいて、制御信号経路２５２−ｅは、復調器２５５−ｅ及びアドレス復号器２６０−ｅに制御信号を提供することができる。復調器２５５−ｅは、制御信号経路２５２−ｅ上で伝達される制御信号を復調して制御情報を得ることができる。制御情報は、ビーム形成ネットワーク２１０−ｃによって制御回路２１５の各々にコピーされる、制御回路２１５の各々に対するコマンド（例えば、シリアルデータ）を含んでもよい。すなわち、制御回路２１５−ｅは、それ自体の制御データを受信することに加えて、他の制御回路２１５の各々について（例えば、制御回路２１５−ｆについて）の制御情報を受信及び復調してもよい。制御情報は、対応する制御情報が意図されている特定の制御回路２１５のアドレスを識別するアドレス情報を含んでもよい（例えば、ヘッダ内に）。アドレス復号器２６０−ｅは、制御回路２１５−ｅの既知のアドレス（以下で更に論じられる）を制御データ２２６−ｃのアドレス情報と比較して、特定の制御回路２１５−ｅを意図する制御情報を識別し、特定された制御情報を信号経路２５３−ｅを介して対応する調整回路２６５−ｅに提供することができる。第２の制御回路２１５−ｆは、第１の制御回路２１５−ｅと同様に動作することができ、第２の制御回路２１５−ｆは同様に、復調器２５５−ｆ、アドレス復号器２６０−ｆ、及び調整回路２６５−ｆを含む（例えば、識別された制御情報を信号経路２５３−ｆを介して調整回路２６５−ｆに同様に提供するために）。
【００７１】
調整回路２６５の各々（例えば、調整回路２６５−ｅ及び調整回路２６５−ｆ）は、１つ以上の回路要素（例えば、１つ以上の位相シフタ２７０、１つ以上の増幅器２７５など）を含むことにより、識別された制御情報に基づいて、対応する個々の受信素子信号に対して振幅及び／又は位相の適切な調整を提供して、個々の調整された素子信号を形成することができる。図５は、調整回路２６５−ｅの詳細を示す。図示の例では、調整回路２６５−ｅは、位相シフタ２７０−ｃを含み、この位相シフタは、対応する受信素子信号に制御情報によって指示される位相シフトを適用する。図示の例では、調整回路２６５−ｅは、位相シフタが制御情報によって指示されるように位相シフトを適用する前に、最初に個々の受信素子信号を増幅する増幅器２７５−ｅを更に含む。調整は、調整された素子信号を形成するために受信素子信号２６６−ａに適用することができる。調整された素子信号は、上述のように、第２のルーティング回路２５０−ｅに提供することができる。
【００７２】
第２のルーティング回路２５０は、制御信号と双方向に多重化された調整された素子信号を、ビーム形成ネットワーク２１０−ｃの素子信号ポート２４５（この場合、素子信号に関しては入力ポートであり、制御信号に関しては出力ポート）に提供することができる。ビーム形成ネットワーク２１０−ａは、１つ以上のＰＣＢコンバイナ／デバイダの段を含むことができ、これは、共通信号ポート２４０−ｃに受信ビーム信号を提供するために個々の素子信号を組み合わせる。他方の方向では、第１のルーティング回路２０５−ａが、ビーム形成ネットワーク２１０−ｃの共通信号ポート２４０−ｃに制御信号２３１−ｃを提供することができる。ビーム形成ネットワーク２１０−ｃは、共通信号ポート２４０−ｃで受信した制御データ２２６−ｃを含む制御信号２３１−ｃを、アンテナ素子２２０の各々に対応する素子信号ポート２４５の各々にコピーすることができる。ビーム形成ネットワーク２１０−ｃは、それに応じて、ビーム形成ネットワーク２１０−ｃの素子信号ポート２４５（例えば、素子信号ポート２４５−ｅ及び素子信号ポート２４５−ｆ）において、個々の組み合わされた（又は多重化された）信号２４７（例えば、合成信号２４７−ａ及び合成信号２４７−ｂ）中に個々の制御信号を形成することができる。
【００７３】
要するに、それぞれの素子信号ポート２４５における各双方向合成信号２４７は、制御回路２１５からビーム形成ネットワーク２１０−ｃへの入力としての個々の受信素子信号と、ビーム形成ネットワーク２１０−ｃから制御回路２１５への出力としての個々の制御信号（例えば、制御信号２３１−ｃのコピー）とを含むことができる。共通信号ポート２４０−ｃにおける双方向合成信号は、第１のルーティング回路２０５−ｃへのビーム形成ネットワーク２１０−ｃの出力としての複合受信ビーム信号と、ビーム形成ネットワーク２１０−ｃへの第１のルーティング回路２０５−ｃからの出力としての制御信号２３１−ｃのコピーとを含むことができる。
【００７４】
第１のルーティング回路２０５−ｃは、ビーム形成ネットワーク２１０−ｃから受信ビーム信号を受信することができる。第１のルーティング回路２０５−ａは、コントローラ２２５−ｃから制御データ２２６−ｃを更に受信することができる。制御データ２２６−ａは、本明細書で説明されるように、所望の走査角方向で受信ビームを受信するために、調整回路２６５によって適用される調整値（例えば、振幅及び／又は位相）を指示することができる。
【００７５】
フェーズドアレイアンテナは、制御データ２２６−ｃを変調して制御信号２３１−ｃを形成する変調器２３０−ｃを含むことができる。変調器２３０−ｃは、コントローラ２２５−ｃから受信した制御データ２２６−ｃを変調し、変調制御信号２３１−ｃを第１のルーティング回路２０５−ｃに引き渡すことができる。場合によっては、変調器２３０−ｃは、コントローラ２２５−ｃに、又はその構成要素として実装してもよい。第１のルーティング回路２０５−ｃのマルチプレクサは、ビーム形成ネットワーク２１０−ｃから受信ビーム信号を受信し、変調器２３０−ｃから制御信号２３１−ｃ（中心周波数ｆｃを有する）を受信することができる。したがって、第１のルーティング回路２０５−ｃとビーム形成ネットワーク２１０−ｃとの間の信号経路は、受信ビーム信号及び制御信号２３１−ｃを含む複合多重化信号２４１−ｃを含む。次いで、第１のルーティング回路２０５−ｃは、フェーズドアレイアンテナによって受信された情報を処理するために、例えば、受信プロセッサに受信ビーム信号２３７−ａを送信する。
【００７６】
図５に示すように、第１のルーティング回路２０５−ｃは、２つの帯域通過フィルタ２３５を含むダイプレクサとして実現される。第１の帯域通過フィルタ２３５−ｍは、第１の周波数範囲の信号が通過することを可能にし、第１の周波数範囲は、少なくとも受信ビーム信号の周波数範囲に対応する。例えば、受信ビーム信号は、受信ビーム信号のキャリア周波数ｆｒｘで変調された変調信号を含む変調受信ビーム信号である。ｆｒｘに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第１の周波数範囲が受信ビーム信号の通過を（例えば、制御信号を除外して）可能にする限り、第１の帯域通過フィルタ２３５−ｍの中心周波数は、受信ビーム信号のキャリア周波数ｆｒｘと同じでなくてもよい。第２の帯域通過フィルタ２３５−ｎは、第２の周波数範囲の信号が通過することを可能にし、第２の周波数範囲は、少なくとも制御信号２３１−ｃ（例えば、変調制御信号）の周波数範囲に対応する。ｆｃに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第２の周波数範囲が制御信号の通過を（例えば、受信ビーム信号を除外して）可能にする限り、第２の帯域通過フィルタ２３５−ｎの中心周波数は、制御信号のキャリア周波数ｆｃと同じでなくてもよい。上述のように、第１のルーティング回路２０５−ｃとして別の可能な実現形態を使用してもよい。
【００７７】
図６は、本開示の態様による、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャの例示的な図６００を示す。フェーズドアレイアンテナは、図１を参照して説明したように、アンテナアレイ１４０のうちの１つ以上の例である。図６のフェーズドアレイアンテナは、図１を参照して説明したように、衛星１０５に通信信号を送信し、衛星１０５から通信信号を受信することができる送信／受信フェーズドアレイアンテナの一例である。
【００７８】
図６のフェーズドアレイアンテナのためのアーキテクチャは、本明細書に別途記載のない限り、図２〜図５を参照して説明したような類似又は対応する構成要素と実質的に類似の方式で動作し得る。図６は、１つの制御回路２１５−ｇのみを示しているが、図２〜図５のように任意の数Ｎの制御回路２１５が存在し得ることを理解するべきである。
【００７９】
図６に示すように、アンテナ素子２２０−ｇは、受信調整回路２６５−ｇに接続された信号経路を有する受信アンテナ素子２２０である。アンテナ素子２２０−ｈは、送信調整回路２６５−ｈに接続された信号経路を有する送信アンテナ素子２２０である。図６は、別個の送信アンテナ素子２２０及び受信アンテナ素子２２０を示しているが、単一のアンテナ素子２２０を送信及び受信の両方に使用することができることを理解されたい。
【００８０】
図６に示すように、回路アーキテクチャは、第１のルーティング回路２０５−ｄ、ビーム形成ネットワーク２１０−ｄ、制御回路２１５−ｇ、及び複数のアンテナ素子２２０を含む。図６の例では、制御回路２１５−ａ及び対応する受信アンテナ素子２２０−ｇ並びに送信アンテナ素子２２０−ｈが示されている。しかしながら、アンテナ素子２２０のための任意の数Ｎの制御回路２１５を同様に実装することができることを理解されたい。図６に図解するように、制御回路２１５とアンテナ素子２２０との間には１対２の対応がある。しかしながら、場合によっては、１つの制御回路２１５を、複数の受信及び送信アンテナ素子２２０で共有してもよい（すなわち、１つの制御回路２１５が、複数の受信アンテナ素子２２０に接続され、複数の受信アンテナ素子２２０からそれぞれの信号を受信するか、又は複数の送信アンテナ素子２２０へ信号を提供することができる）ことを理解されたい。構成要素の各々は、信号経路を介して接続される。
【００８１】
第１のルーティング回路２０５−ｄ（例えば、ダイプレクサ又は他のマルチプレクサ、若しくは他の種類の信号ルーティング回路）は、例えば送信プロセッサから送信ビーム信号２３６−ｃを受信して、フェーズドアレイアンテナによって送信ビームとして送信することができる。第１のルーティング回路２０５−ｄは、本明細書に記載されるように、フェーズドアレイアンテナによって受信された、ビーム形成ネットワーク２１０−ｄからの受信ビーム信号を受信することができる。第１のルーティング回路２０５−ｄは、コントローラ２２５−ｄからの制御データ２２６−ｄを含む制御信号２３１−ｄを変調器２３０−ｄから更に受信することができる。制御データ２２６−ｄは、Ｎ個の制御回路２１５のうちの１つ以上に対する調整値（例えば、振幅及び／又は位相）を指示することができ、この調整値は、所望の走査角方向で送信ビーム信号を送信し、かつ受信ビーム信号を受信するために、それぞれの制御回路によって適用される。
【００８２】
フェーズドアレイアンテナは、制御データ２２６−ｄを変調して制御信号２３１−ｄを形成する変調器２３０−ｄを含むことができる。変調器２３０−ｄは、コントローラ２２５−ｄから受信した制御データ２２６−ａを変調し、変調制御信号２３１−ｄを第１のルーティング回路２０５−ｄに引き渡すことができる。場合によっては、変調器２３０−ｄは、コントローラ２２５−ｄの内部に、又はその構成要素として実装してもよい。上述のように、第１のルーティング回路２０５−ｄへの入力は、送信ビーム信号２３６−ｃ（中心周波数ｆｔｘを有する）、複合受信ビーム信号（中心周波数ｆｒｘを有する）、及び制御信号２３１−ｄ（中心周波数ｆｃを有する）を含むことができる。したがって図６に示すように、複合多重化信号２４１−ｄは双方向信号であり、制御信号及び送信ビーム信号が一方向（第１のルーティング回路２０５−ｄからビーム形成ネットワーク２１０−ｄへの方向）にあり、受信ビーム信号が反対方向（ビーム形成ネットワーク２１０−ｄから第１のルーティング回路２０５−ｄへの方向）にある。
【００８３】
第１のルーティング回路２０５−ｄは、送信ビーム信号２３６−ｃ及び制御信号２３１−ｄを含む複合多重化信号２４１−ｄの構成成分を形成することができる。複合多重化信号２４１−ｄは、ビーム形成ネットワーク２１０−ｄから第１のルーティング回路２０５−ｄへの他方の方向で信号経路上を伝搬する複合受信ビーム信号の上に多重化することができる。第１のルーティング回路２０５−ｄは、フェーズドアレイアンテナによって受信された情報を処理するために、例えば、受信プロセッサに受信ビーム信号２３７−ｂを更に送信することができる。
【００８４】
図６に示すように、第１のルーティング回路２０５−ｄは、各それぞれの信号ついて１つずつ、計３つの帯域通過フィルタ２３５を含むトリプレクサ（又は、ダイプレクサの組み合わせ）である。第１の帯域通過フィルタ２３５−ｓは、第１の周波数範囲の信号が通過することを可能にし、第１の周波数範囲は、少なくとも送信ビーム信号２３６−ｃ（例えば、変調送信ビーム信号）の周波数範囲に対応する。ｆｔｘに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第１の周波数範囲が送信ビーム信号２３６−ｃの通過を（例えば、制御信号２３１−ｄ及び変調受信ビーム信号を除外して）可能にする限り、第１の帯域通過フィルタ２３５−ｓの中心周波数は、送信ビーム信号のキャリア周波数ｆｔｘと同じでなくてもよい。第２の帯域通過フィルタ２３５−ｔは、第２の周波数範囲の周波数帯域が通過することを可能にし、第２の周波数範囲は、少なくとも受信ビーム信号２３７−ｂ（例えば、変調受信ビーム信号）の周波数範囲に対応する。ｆｒｘに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第２の周波数範囲が受信ビーム信号２３６−ａの通過を（例えば、制御信号及び送信ビーム信号を除外して）可能にする限り、第２の帯域通過フィルタ２３５−ｔの中心周波数は、受信ビーム信号のキャリア周波数ｆｒｘと同じでなくてもよい。第３の帯域通過フィルタ２３５−ｕは、第３の周波数範囲の信号が通過することを可能にし、第３の周波数範囲は、少なくとも制御信号２３１−ｄ（例えば、変調制御信号）の周波数範囲に対応する。ｆｃに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第３の周波数範囲が制御信号の通過を（例えば、送信ビーム信号及び受信ビーム信号を除外して）可能にする限り、第３の帯域通過フィルタ２３５−ｕの中心周波数は、制御信号のキャリア周波数ｆｃと同じでなくてもよい。上述のように、第１のルーティング回路２０５−ｄとして別の可能な実現形態を使用してもよい。
【００８５】
第１のルーティング回路２０５−ｄは、制御信号２３１−ｄと多重化された送信ビーム信号２３６−ｃを、ビーム形成ネットワーク２１０−ｄの共通信号ポート２４０−ｄに提供することができる。逆方向において、受信ビーム信号２３７−ｂはまた、複合多重化信号２４１−ｄと多重化して、第１のルーティング回路２０５−ｄによって受信することができる。ビーム形成ネットワーク２１０−ｄは、１つ以上のＰＣＢコンバイナ／デバイダ段を含むことができ、ＰＣＢコンバイナ／デバイダ段は、複合多重化信号２４１−ｃの送信構成成分を分割して、ビーム形成ネットワーク２１０−ｄの出力素子信号ポート２４５に個々の出力信号２４６を形成する。すなわち、ビーム形成ネットワーク２１０−ｄは、複合多重化信号２４１−ｄを個々の出力信号２４６（例えば、個々の出力信号２４６−ｇ）に分割することができ、各出力信号２４６は、個々の送信素子信号（例えば、送信ビーム信号２３６−ｃのコピー）及び個々の制御信号（例えば、制御信号２３１−ｄのコピー）を含む。１つ以上のＰＣＢデバイダ段は、個々の出力信号２４６の個々の素子信号間に相対的な振幅及び／又は位相シフトを提供することができる。これは、フェーズドアレイアンテナのビーム形成全体の一部として行われる。そのような場合、個々の出力信号２４６の個々の制御信号はまた、１つ以上のＰＣＢデバイダの段により相対的な振幅及び／又は位相シフトを受ける。しかしながら、振幅及び／又は位相シフトにおけるそのような相対的シフトは、個々の制御信号の搬送波に適用されるため、制御データ２２６−ｄに影響を与えない。加えて、必要とされる精度が個々の素子信号に対して必要とされるものよりも著しく低くなり得るため、これらのシフトは、同期のための個々の制御信号の搬送波の復元に影響しない可能性がある（以下で論じられる）。制御データ２２６−ｄは、制御回路２１５の各々に関する情報（例えば、シリアルデータ）を含んでもよく、ビーム形成ネットワーク２１０−ｄは、共通信号ポート２４０−ｄで受信した制御信号２３１−ｄを素子信号ポート２４５にコピーすることができる。それぞれの素子信号ポート２４５における各個々の出力信号２４６に含まれる個々の送信素子信号は、その後、対応する素子信号ポート２４５に接続された対応する制御回路２１５によって調整され、対応するアンテナ素子２２０によって送信される。同様に、逆方向において、ビーム形成ネットワーク２１０−ｄは、素子信号ポート２４５において受信された個々の調整された素子信号を組み合わせて、共通信号ポート２４０−ｄにおいて受信ビーム信号２３７−ｂを提供する。
【００８６】
素子信号ポート２４５−ｇにおける送信及び受信の個々の出力信号２４６−ｇは、個々の制御信号（例えば、制御信号２３１−ｄのコピー）と多重化された個々の素子信号（例えば、送信及び受信素子信号）を含む。制御信号は、対応する制御回路２１５によって使用され、対応する送信及び受信素子信号に適切な調整（例えば、振幅及び／又は位相）を適用する。すなわち、ビーム形成ネットワーク２１０−ｃは、複合多重化信号２４１−ｃを分割して、素子信号ポート２４５−ｇにおいて個々の制御信号及び個々の送信素子信号を形成する。逆方向で、複合多重化信号２４１−ｄを分割するＰＣＢコンバイナ／デバイダの同じ段を使用して、ビーム形成ネットワーク２１０−ｄは、素子信号ポート２４５における個々の受信素子信号を組み合わせて、共通信号ポート２４０−ｄにおいて複合受信ビーム信号２３７−ｂを提供する。個々の制御信号は、対応する受信及び送信素子信号と多重化され、多重化された個々の出力信号２４６−ｇを形成する。素子信号及び制御信号を多重化することによって、ビーム形成ネットワーク２１０−ｄを使用して、送信素子信号と、制御回路２１５−ｇの各アンテナ素子２２０の対応する素子信号の各々に対する制御データを指示する制御信号とを形成及び分配することができる。
【００８７】
制御回路２１５−ｇは、ビーム形成ネットワーク２１０−ｄの対応する素子信号ポート２４５−ｇに接続された第１のポート２４８−ｇ、受信アンテナ素子２２０−ｇに接続された第２のポート２４９−ｇ、及び送信アンテナ素子２２０−ｈに接続された第３のポート２５４を含む。制御回路２１５−ｇは、制御回路２１５−ｇの第１のポート２４８−ｇと第２のポート２４９−ｇとの間に受信素子信号経路２５１−ｇを確立する第２のルーティング回路２５０−ｇ（例えば、トリプレクサ又は他のマルチプレクサ、若しくは他の種類の信号ルーティング回路）、制御回路２１５−ｇの第１のポート２４８−ｇと第３のポート２５４との間の送信素子信号経路２５１−ｈ、及び制御回路２１５−ｇの第１のポート２４８−ｇと調整回路２６５（例えば、受信調整回路２６５−ｇ及び送信調整回路２６５−ｈ）との間の制御信号経路２５２−ｇを含む。
【００８８】
図６に示すように、第２のルーティング回路２５０−ｇは、送信素子信号及び制御信号を対応する個々の素子及び制御信号に多重分離する（例えば、周波数多重分離により）トリプレクサである。信号を多重化する第１のルーティング回路２０５−ｄを参照して対応して説明されるように、第２のルーティング回路２５０−ｇは、信号を多重分離するために、類似の構成要素を使用して、類似の逆動作を実行することができる。第２のルーティング回路２５０−ｇは、受信調整回路２６５−ｇを介して受信アンテナ素子２２０−ｇから調整された受信素子信号を更に受信することができる。第２のルーティング回路２５０−ｇは、第１の帯域通過フィルタ２３５−ｖを含み、それは、第１の周波数範囲の信号が通過することを可能にし、第１の周波数範囲は、少なくとも送信素子信号（例えば、変調送信ビーム信号）の周波数範囲に対応する。ｆｔｘに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第１の周波数範囲が、送信素子信号の通過を（例えば、制御信号及び変調受信ビーム信号を除外して）可能にする限り、第１の帯域通過フィルタ２３５−ｖの中心周波数は、送信ビーム信号のキャリア周波数ｆｔｘと同じでなくてもよい。第２の帯域通過フィルタ２３５−ｗは、第２の周波数範囲の周波数が通過することを可能にし、第２の周波数範囲は、少なくとも受信素子信号（例えば、変調受信ビーム信号）の周波数範囲に対応する。ｆｒｘに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第２の周波数範囲が受信素子信号の通過を（例えば、制御信号及び送信ビーム信号を除外して）可能にする限り、第２の帯域通過フィルタ２３５−ｗの中心周波数は、受信素子信号のキャリア周波数ｆｒｘと同じでなくてもよい。第３の帯域通過フィルタ２３５−ｘは、第３の周波数範囲の信号が通過することを可能にし、第３の周波数範囲は、少なくとも制御信号（例えば、変調制御信号）の周波数範囲に対応する。ｆｃに等しい中心周波数を有するとして示されているが、第３の周波数範囲が制御信号の通過を（例えば、送信ビーム信号及び受信ビーム信号を除外して）可能にする限り、第３の帯域通過フィルタ２３５−ｘの中心周波数は、制御信号のキャリア周波数ｆｃと同じでなくてもよい。第２のルーティング回路２５０−ｇは、個々の出力信号２４６−ｇを用いて、調整された受信要素信号を、ビーム形成ネットワーク２１０−ｄの出力素子信号ポート２４５−ｇに提供するために、調整された受信素子信号を反対方向に提供する。上述したように、他のＰＣＢトレース、高域及び低域通過フィルタを含む構成要素、コンデンサ、インダクタなどの使用を含めて、他の潜在的な実現形態を使用してもよい。
【００８９】
制御回路２１５−ｇでは、制御信号経路２５２−ｇは、復調器２５５−ｇ、アドレス復号器２６０−ｇ、並びにそれぞれの受信及び送信調整回路２６５を経過する。復調器２５５−ｇは、制御信号経路２５２−ｇ上で伝達される制御信号を復調して制御情報を得ることができる。制御情報は、ビーム形成ネットワーク２１０−ｄによって制御回路２１５の各々に分配される、制御回路２１５に対するコマンドを含んでもよい。すなわち、制御回路２１５−ｇは、それ自体の制御データを受信することに加えて、他の制御回路２１５の各々についての制御情報を受信及び復調してもよい。制御情報は、対応する制御情報が意図されている特定の制御回路２１５のアドレスを識別するアドレス情報を含んでもよい（例えば、ヘッダ内に）。アドレス復号器２６０−ｇは、制御回路２１５−ｇの既知のアドレス（以下で更に論じる）を、制御データ２２６−ｄ内のアドレス情報と比較して、特定の制御回路２１５−ｇ及びその対応する受信アンテナ素子２２０−ｇ並びに送信アンテナ素子２２０−ｈのために意図されている制御情報を識別する。アドレス復号器２６０−ｇは、信号経路２５３を介して、対応する調整回路２６５に識別された制御情報を提供する。例えば、アドレス復号器２６０−ｇは、受信ビーム調整のための制御情報を信号経路２５３−ｇを介して受信調整回路２６５−ｇに提供し、信ビーム調整のための制御情報を信号経路２５３−ｈを介して送信調整回路２６５−ｈに提供する。本明細書に記載されるように、調整回路２６５は、識別された制御情報に基づいて、対応する素子信号に対する振幅及び／又は位相の適切な調整を提供するために、１つ以上の回路要素（例えば、１つ以上の位相シフタ２７０、１つ以上の増幅器２７５など）を含むことができる。フェーズアレイアンテナのアンテナ素子２２０の各々について素子信号に調整を適用することにより、所望の走査角方向に送信及び受信ビームが形成される。
【００９０】
場合によっては、制御回路２１５−ｇ及びコントローラ２２５−ｄは、更なる双方向通信（例えば、素子信号の双方向通信に加えて制御情報の双方向通信）をサポートしてもよい。例えば、制御回路２１５−ｇはまた、変調器（図示せず）を有してもよく、変調器は復調器２５５−ｇの一部、又は別個の構成要素であってもよい。コントローラ２２５−ｄは、構成値（例えば、制御情報）を制御回路２１５のうちの１つ（例えば、制御回路２１５−ｇ）から読み取るためのコマンドを送信してもよく、アドレス指定された制御回路２１５は、応答（例えば、構成値）により信号を変調し、変調された信号を、それぞれの素子信号ポート２４５−ｇにおいて個々の出力信号２４６−ｇに多重化することによって反応してもよい。変調された信号は、次いで、ビーム形成ネットワーク２１０−ｄ及び第１のルーティング回路２０５−ｄを介してコントローラ２２５−ｄに伝達され、コントローラはその後、信号を復調し、応答を復号する。このため、更なる双方向通信は、制御回路２１５−ｇの構成をチェックすること、又は、試験若しくはデバッグの目的のために制御回路２１５から他の状態情報を読み取ることを可能にする。
【００９１】
図７は、本開示の態様による、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャの多層ＰＣＢ７０５の例示的な図７００を示す。フェーズドアレイアンテナは、図１を参照して説明したようなアンテナアレイ１４０のうちの１つ以上の例であり、図２及び図４〜図６を参照して説明したような、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャである。図７のフェーズドアレイアンテナは、図１を参照して説明したような、衛星１０５に通信信号を送信するための送信フェーズドアレイアンテナの例であり、図２、図４、及び図６を参照して説明したような、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のための回路アーキテクチャの例である。図７のフェーズドアレイアンテナのための回路アーキテクチャは、図２、図４、及び／又は図６を参照して説明したような類似又は対応する構成要素と実質的に同じ方式で動作する。更に、図７は、フェーズドアレイアンテナの送信動作を示すが、図５を参照して説明したように、フェーズドアレイアンテナは受信のために構成してもよい。
【００９２】
図７に示すように、多層ＰＣＢ７０５は、１つ以上のセクション７１０を含むことができ、このセクションは、制御回路を含む第１のセクション７１０−ａ、ビーム形成ネットワークを含む第２のセクション７１０−ｂ、及びアンテナ素子２２０を含む第３のセクション７１０−ｃを含む。各セクション７１０は、１つ以上のＰＣＢ層を含むことができる。これらの３つのセクションは、記載された回路アーキテクチャのための多層ＰＣＢ７０５の実現例の１つにすぎず、例えば、異なるセクション７１０に異なるＰＣＢ層上で異なる構成要素を有するなど、他の実現形態を使用してもよいことを理解されたい。
【００９３】
図７に示される実施例では、第１のルーティング回路２０５−ｅ及び制御回路２１５の各々は、多層ＰＣＢ７０５の底部層の底部側に配置されている。信号経路７０８（例えば、信号経路１）は、第１のルーティング回路２０５−ｅからアンテナ素子２２０−ｉへの破線として示されている。第１のルーティング回路２０５−ｅは、複合多重化信号７１５（送信ビーム信号及び制御信号を含む）をビア７２０−ａに出力し、ビア７２０−ａは、層７２５上の導電トレースに接続されている。信号経路７０８は、複合多重化信号７１５を伝達し、複合多重化信号７１５を分割してそれぞれの素子信号ポート２４５において個々の多重化信号を形成する複数のＰＣＢデバイダ段７３０の段を含むビーム形成ネットワークに入力する。例えば、ビーム形成ネットワークの第１のＰＣＢデバイダ７３０−ａは、第１の多重化制御及び素子信号を、第１のアンテナ素子２２０−ｉを目的として第１の制御回路２１５−ｈを介して第１の素子信号ポート２４５−ｈに提供し、ビーム形成ネットワークの第２のＰＣＢデバイダ７３０−ｂは、第２の多重化制御及び素子信号を、第２のアンテナ素子２２０−ｊを目的として第２の制御回路２１５−ｉを介して第２の素子信号ポート２４５−ｉに提供する。
【００９４】
図７の例示的な実現形態に示すように、素子信号ポート２４５−ｈ（すなわち、出力ポート１）において、個々の多重化信号７１８は、アンテナ素子２２０−ｉを目的とする多重化された個々の制御及び素子信号を搬送することができる。ビア７２０−ｂは、ビーム形成ネットワークの素子信号ポート２４５−ｈに接続されており、個々の多重化信号７１８（すなわち、素子信号１及び対応する制御信号を含む個々の多重化信号１）を制御回路２１５−ｈ（すなわち、制御回路１）の入力端に伝達する。上述のように、制御回路２１５−ｈは、制御信号を復調し、それにアドレス指定された制御情報を識別することができる。制御回路２１５−ｈは、識別された制御情報を対応する調整回路に提供することができる。この調整回路は、調整された個々の素子信号７２２を形成するために、制御情報に基づいて、素子信号１の位相及び／又は振幅を調整する。調整された個々の素子信号７２２は、制御回路２１５−ｈの出力端においてビア７２０−ｃに提供され、送信のためにアンテナ素子２２０−ｉに伝達される。
【００９５】
図８は、本開示の態様による、フェーズドアレイアンテナ用の分散多重化制御及び素子信号のためのアドレス指定アーキテクチャの例示的な図８００を示す。アドレス指定アーキテクチャは、図２及び図４〜図６を参照して説明したような、アドレス復号器２６０のうちの１つ以上のためのアドレス指定アーキテクチャの例である。例示的な図８００は、アンテナアレイのＰＣＢ上で行及び列に配列された複数の制御回路２１５−ｊを図解する。
【００９６】
アンテナアレイの各制御回路２１５−ｊは、例えばＡＤＣを使用してアドレス電圧レベルを読み取ることによって、それ自体のアドレスを認識することができる。図８に示すように、アドレス指定アーキテクチャは、列分圧器８０５及び行分圧器８１０を含む。列分圧器８０５は、供給電圧８２０−ａから電圧接地８２５までに１つ以上の列８１５を含むことができる。列分圧器８０５は、数ｍの列分圧器素子８３０（例えば、抵抗分圧器）を含んでもよく、列分圧器素子８３０の組み合わせは、供給電圧を分圧して、各列８１５について結果として生じる列電圧８５０を得ることができる。行分圧器８１０はまた、供給電圧８２０−ｂから電圧接地８２５までに数ｎの行８３５を含むことができる。行分圧器８１０は、１つ以上の行分圧器素子８４０（例えば、抵抗分圧器）を含んでもよく、行分圧器素子８４０の組み合わせは、供給電圧を分圧して、各行８３５について結果として生じる行電圧８５５を得ることができる。
【００９７】
各制御回路２１５−ｊは、列電圧８５０のうちの１つに接続された列８１５のうちの１つの位置に配置することができる。同様に、各アドレス素子８４５は、行電圧８５５のうちの１つに接続された行８３５のうちの１つの位置にある。このようにして、各制御回路２１５−ｊを、行アドレス及び列アドレスのそれぞれの一意の組み合わせに配置することができる。各制御回路２１５−ｊは、対応する行電圧を受け取る行アドレスピンと、対応する列電圧を受け取る列アドレスピンとを含むことができる。次いで、ＡＤＣを使用して、行及び列アドレスピンでこれらの電圧を読み取り、こうして、対応するアンテナ素子を意図する特定の制御情報（例えば、振幅及び／又は位相についての特定のビーム調整係数）を識別することができる。図示されたアドレス指定アーキテクチャは、プルアップ／ダウン又はオープン／ショートアドレスストラッピングを使用する場合と比較して、比較的少ないピン数を使用することができ、それは各制御回路に対するＰＣＢ面積及びコストを低減する。
【００９８】
上述のように、場合によっては、制御回路が制御情報を誤って復号されたアドレスに適用するように、制御回路のアドレスが（例えば、連続する行及び列のアドレスを使用して）選択されてしまうことがあるが、制御回路によって適用されるこの制御情報は、隣接する制御回路のうちの１つを意図している可能性が高い（すなわち（ｍ，ｎ）の制御回路が、（ｍ，ｎ＋１）又は（ｍ，ｎ−１）のアンテナ素子を意図する制御情報を適用することがある）。さらに、行及び列電圧レベルが制御回路のアドレス指定に使用される場合、行又は列アドレス電圧を読み取る際のエラーが、隣接又は近接する制御回路のために意図されている制御情報に適用されることもある。これらの場合、例えば、隣接する制御回路２１５の制御情報によって指示される調整であっても、制御回路２１５の実際の位置について指示される調整とは実質的に異ならない場合がある。例えば、１つの制御回路２１５が、行及び／又は列ごとに、最も近い隣接する制御回路２１５に対して意図された（例えば、位相及び／又は振幅の）調整を適用しても、これは、一部のアンテナアレイのＲＦビーム形成性能を実質的に低下させない場合がある。
【００９９】
場合によっては上述のように、制御信号とビーム信号を、ビーム形成ネットワークに同時に提供してもよい。しかしながら場合によっては、コントローラは、制御信号を連続的に、及び／又はビーム信号と同時に提供しなくてもよい。むしろ場合によっては、コントローラは、必要に応じて適時に制御情報を提供し、フェーズドアレイアンテナを再構築して所望の走査角方向を変更することができる。
【０１００】
本明細書の開示に関連して説明される様々な例示的なブロック及び構成要素（例えば、コントローラ２２５、変調器２３０、及び／又は第１のルーティング回路２０５並びに制御回路２１５の様々な構成要素の各々）は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（digital signal processor、ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（application-specific integrated circuit、ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field-programmable gate array、ＦＰＧＡ）又は他のプログラム可能な論理デバイス、ディスクリートゲート又はトランジスタ論理、ディスクリートハードウェア構成要素、又は本明細書に記載の機能を実行するように設計されたそれらの任意の組み合わせ、を用いて実装又は実行されてもよい。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであってもよいが、代替的に、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、又はステートマシンであってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと組み合わせたマイクロプロセッサ、又は任意の他のそのような構成として実装されてもよい。
【０１０１】
添付の図面に関連して上記で説明された詳細な説明は、例示的な実施形態を説明しており、実施され得るか、又は特許請求の範囲内にある唯一の実施形態を表すものではない。本明細書を通して使用される「例」という用語は、「例、実例、又は例証としての役割を果たす」を意味し、「好ましい」又は「他の実施形態より有利」ではない。詳細な説明は、記載された技法の理解を提供する目的のための具体的な詳細を含む。しかしながら、これらの技法は、これらの具体的な詳細を伴わずに実践されてもよい。いくつかの例では、説明されている実施形態の概念を不明瞭にすることを避けるために、周知の構造及びデバイスがブロック図の形態で示されている。
【０１０２】
情報及び信号は、様々な異なる技術及び技法のいずれかを使用して表すことができる。例えば、上記の説明全体を通して参照され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、記号、及びチップは、電圧、電流、電磁波、磁場又は粒子、光学場又は粒子、若しくはこれらの任意の組み合わせによって表されてもよい。
【０１０３】
本明細書に記載される機能は、異なる材料、特徴、形状、サイズなどを用いて様々な方法で実装されてもよい。他の例及び実装形態は、本開示及び添付の特許請求の範囲内にある。機能を実装する特徴部はまた、機能の部分が異なる物理的位置に実装されるように分散されることを含めて、様々な位置に物理的に位置決めされてもよい。また、特許請求の範囲を含めて、本明細書で使用されるとき、項目のリスト（例えば、「少なくとも１つの」又は「１つ以上の」などの語句によって前置きされた項目のリスト）において使用される「又は」は、例えば、「少なくとも１つのＡ、Ｂ、又はＣ」のリストが、Ａ又はＢ又はＣ又はＡＢ又はＡＣ又はＢＣ又はＡＢＣ（すなわち、Ａ及びＢ及びＣ）を意味するように、離接的なリストを示す。
【０１０４】
本開示の前の説明は、当業者が本開示を作製又は使用することを可能にするために提供されている。本開示に対する様々な修正は、当業者には容易に明らかとなり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の範囲から逸脱することなく他の変形形態に適用され得る。したがって、本開示は、本明細書に記載される実施例及び設計に限定されるべきではなく、本明細書に開示される原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるものである。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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