(57)【要約】      （修正有）【課題】ビームのステアリング又はトラッキングの性能を向上できるフェーズドアレイアンテナシステムを提供する。【解決手段】フェーズドアレイアンテナシステム100は、所与のパターンに配置されてＲＦアパーチャ106を規定する複数の無線周波数（ＲＦ）タイルサブアレイ104を含む。各タイルサブアレイ104は、複数のＲＦ素子112を含む。各ＲＦ素子112は、当該ＲＦ素子によって生成又は受信されたＲＦビーム114ａ〜１１４ｎ、116ａ〜１１６ｎをステアリング又はトラッキングできるよう、個別に制御される。各アパーチャ状態マシン128a、128bは、１つのＲＦタイルバス130ａ、１３０ｂによって、ＲＦタイルサブアレイ104に機能的に連結されている。【選択図】図１
2017085557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所与のパターンに配置されてＲＦアパーチャを規定する複数の無線周波数（ＲＦ）タイルサブアレイであって、各々が複数のＲＦ素子を含んでおり、各ＲＦ素子は、当該ＲＦ素子によって生成又は受信されたＲＦビームをステアリング又はトラッキングできるよう個別に制御可能である、ＲＦタイルサブアレイと、
前記複数のＲＦ素子による１つ又は複数のＲＦビームをステアリング又はトラッキングするためのデータを処理するように構成されたアンテナ制御部であって、複数のアパーチャ状態マシンを含んでおり、各ＲＦタイルサブアレイに１つのアパーチャ状態マシンが関連付けられて当該関連付けられたＲＦタイルサブアレイの動作を制御する、アンテナ制御部と、
複数のＲＦタイルバスであって、各アパーチャ状態マシンが、１つの前記ＲＦタイルバスによって、関連付けられたＲＦタイルサブアレイに機能的に連結されている、ＲＦタイルバスと、を含む、フェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項２】
前記アンテナ制御部は、アンテナマネジャーをさらに含み、前記アンテナマネジャーは、１つ又は複数のＲＦビームをステアリング又はトラッキングするためのデータを受信するとともに、前記アパーチャ状態マシンのうちの１つに関連付けられた前記ＲＦタイルサブアレイのＲＦ素子が、前記1つ又は複数のＲＦビームのステアリング又はトラッキングに用いられるよう選択されたことを受けて、前記１つのアパーチャ状態マシンに制御及びステータスデータならびにビームポインティング情報を送信するように構成されている、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】
各アパーチャ状態マシンは、ビームポインティング情報及びＲＦ素子位相補償データを用いて、前記関連付けられたＲＦタイルサブアレイのＲＦ素子位相データを処理するように構成されており、前記ＲＦ素子位相データによって、前記関連付けられたＲＦタイルサブアレイが、1つ又は複数のＲＦビームをステアリング又はトラッキングすることが可能となり、前記複数のアパーチャ状態マシンは、ステアリング又はトラッキング方法に基づいた、ＲＦタイルサブアレイ位相データの同時処理を実現し、前記ＲＦ素子位相データを前記関連付けられたＲＦタイルサブアレイにロードする、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】
各アパーチャ状態マシンは、ステアリング又はトラッキング方法を決定する際に使用される情報を前記アンテナマネジャーから受信するとともに、前記情報に基づいてＲＦ素子補償データを求めるＲＦ素子補償テーブルと、
前記ＲＦ素子補償テーブルからＲＦ素子補償データを受信するとともに、前記アンテナマネジャーからビームポインティング情報を受信するタイルマルチビーム位相及び実時間遅延計算機パイプラインと、を含み、前記タイルマルチビーム位相及び実時間遅延計算機パイプラインは、前記ＲＦ素子補償情報及び前記ビームポインティング情報に基づいて、前記関連付けられたＲＦサブアレイの各ＲＦ素子の遅延を決定し、
各アパーチャ状態マシンはさらに、前記タイルマルチビーム位相及び実時間遅延計算機パイプラインを、関連付けられたＲＦタイルバスに接続するタイル物理層（ＰＨＹ）インターフェイスを含む、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】
各アパーチャ状態マシンは、前記アンテナマネジャーから、タイル書き込みＤＭＡ空間内のタイルコマンド及び書き込み情報を受信するためのタイルコマンド及び直接書き込みモジュールをさらに含み、前記タイルコマンド及び直接書き込みモジュールは、前記タイルコマンド及び書き込み情報を、前記関連付けられたＲＦタイルバスを介して、前記関連付けられたＲＦタイルサブアレイに送信するために、前記タイル物理層（ＰＨＹ）インターフェイスに接続されており、
各アパーチャ状態マシンは、前記関連付けられたＲＦタイルバスを介して、前記関連付けられたＲＦタイルサブアレイからステータス及びリードバック情報を受信するためのタイルステータス及びリードバックモジュールをさらに含み、前記タイルステータス及びリードバックモジュールは、前記タイルＰＨＹインターフェイスに接続されている、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】
各ＲＦタイルサブアレイは、タイルコネクタを含み、前記タイルコネクタは、
タイルデータ入出力ポート及びタイルクロック入力ポートを含むタイルバス接続部と、
前記ＲＦタイルサブアレイに対してＲＦ信号を送受信するためのＲＦ信号ポートと、
前記ＲＦタイルサブアレイに電力を供給するためのＲＦタイル電力及びリターンポートと、を含む、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７】
各ＲＦタイルサブアレイは、
タイル制御集積回路と、
前記タイル制御集積回路を、前記タイルコネクタを介して、前記関連付けられたＲＦタイルバスに接続するタイルデータ入出力リンクと、
前記タイル制御集積回路を、前記タイルコネクタを介して、前記ＲＦタイルバスに接続するタイルクロックリンクと、を含み、
前記タイル制御集積回路は、前記ＲＦタイルバスを介して前記アンテナ制御部から受信したデータに応答して、前記複数のＲＦ素子を個別に制御するように構成されている、
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】
各ＲＦタイルサブアレイは、複数のＲＦ集積回路を含み、各ＲＦ集積回路は、１個、２個、又は４個のＲＦ素子に機能的に連結されて、前記機能的に接続されたＲＦ素子の動作を制御する、請求項７に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項９】
各ＲＦタイルサブアレイは、所定の形状を有し、前記複数のＲＦ集積回路は、前記ＲＦタイルサブアレイ上の象限上に配置されており、ＲＦ集積回路の各象限は、各ＲＦ集積回路における相互接続ピンの数を４個に限定するクロック及びデータシリアルバスマトリックスによって、前記タイル制御集積回路に機能的に接続されている、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】
各ＲＦタイルサブアレイは、ＲＦビームあたり少なくとも１つの実時間遅延回路を含む、請求項９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ＲＦ集積回路及び前記実時間遅延回路は、マスターとしてのタイル制御集積回路に、パーティラインスレーブとして接続されている、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】
各ＲＦタイルサブアレイは、前記ＲＦタイルサブアレイ固有のキャリブレーション及びコンフィギュレーション情報を含むデータを格納するコンフィギュレーション格納装置を含む、請求項７に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項１３】
１つのＲＦタイルサブアレイの複数のＲＦ素子が、相において互いにキャリブレーションされることにより、相関したビーム機能を実現させ、コンフィギュレーション格納装置に格納されたキャリブレーション情報は、前記フェーズドアレイアンテナシステムの再キャリブレーションを行うことなく、前記ＲＦタイルサブアレイを交換することを可能にする、請求項１２に記載のフェーズドアレイアンテナシステム。
【請求項１４】
前記アパーチャ状態マシン及び前記関連付けられたＲＦタイルバスが、前記アンテナ制御部のアンテナマネジャーから前記関連付けられたＲＦタイルサブアレイへの直接のメモリアクセスを実現する構成、及び、
前記アンテナ制御部及びＲＦサブアレイは、約２ミリ秒以下のサイクルタイムでのＲＦビームのアップデート、及び、一秒あたり約６０°以上のビークル角速度についてのＲＦビームステアリング又はトラッキングパフォーマンスを実現する構成、のうちの少なくとも１つである、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１５】
フェーズドアレイアンテナシステムを制御及びモニターする方法であって、
無線周波数（ＲＦ）ビームのステアリング又はトラッキングに用いるデータを受信し、
前記データを同時且つ別々に処理することによって、複数のＲＦタイルサブアレイのうちの各ＲＦタイルサブアレイに固有の制御データを与え、各ＲＦタイルサブアレイは複数のＲＦ素子を含んでおり、各ＲＦ素子は、前記ＲＦ素子によって生成あるいは前記ＲＦ素子によって受信されたＲＦビームを前記固有の制御データに基づいてステアリング又はトラッキングできるよう、個別に制御可能であり、
各固有の制御データを、複数のＲＦタイルバスのうちの１つのＲＦタイルバスを介して、対応する前記ＲＦタイルサブアレイに送信し、前記複数のＲＦタイルサブアレイの各々には、前記複数のＲＦタイルバスのうちの１つが関連付けられている、方法。
【請求項１６】
さらに、前記固有の制御データを、前記ＲＦタイルサブアレイのタイル制御集積回路によって処理することにより、前記ＲＦタイルサブアレイの各ＲＦ素子に対応する個別の制御情報を与え、
前記個別の制御情報を各ＲＦ素子に関連付けられたＲＦ集積回路に送信し、前記ＲＦ集積回路は、前記個別の制御情報を用いて、前記ＲＦ信号をステアリング又はトラッキングすべく前記関連付けられたＲＦ素子を制御する、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アンテナ及びアンテナシステムに関し、より具体的には、モジュール式の制御及びモニタリングアーキテクチャを含む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】
フェーズドアレイアンテナは、所定のパターンに配置された複数のアンテナ素子を含む。例えば、アンテナ素子は、行列状に配置される場合がある。ただし、目的、用途、又はその他のパラメータ次第では、他の配置が採用される場合もある。各アンテナ素子を制御することにより、フェーズドアレイアンテナによって生成あるいは送信される無線周波数（ＲＦ）ビームの伝播方向を制御する必要がある。フェーズドアレイアンテナによって、ＲＦビーム又は信号の送信又は受信の方向を制御することは、ビームステアリング又はトラッキングと称される場合がある。電子的ステアリングのフェーズドアレイアンテナは、通常、ＲＦビームを生成及び制御するために、大量のデータの計算及び処理を必要とする。制御信号をその後にアンテナ素子に分配しなければならず、アンテナ素子には、通常、かなりの数の電気データ接続が必要となる。これによって、特に航空機や宇宙船などの大きさや空間が限られた用途において、フェーズドアレイアンテナの拡張性が制限される。また、フェーズドアレイアンテナを航空機や宇宙船に用いる場合、ある程度のレベルの効率で、複数のＲＦビームを同時に処理できなければならない。また、ビームのステアリング又はトラッキングの性能は、広範囲のビークルの角速度及び加速度を実現させるものである必要がある。また、トラッキングの性能が、ＲＦ素子及びＲＦビームの数、又は送受信アパーチャのサイズとは無関係であることが望ましい。
【発明の概要】
【０００３】
一実施例によれば、フェーズドアレイアンテナシステムは、所与のパターンに配置されてＲＦアパーチャを規定する複数の無線周波数（ＲＦ）タイルサブアレイを含む。各タイルサブアレイは、複数のＲＦ素子を含み、各ＲＦ素子は、当該ＲＦ素子によって生成又は受信されたＲＦビームをステアリング又はトラッキングできるよう、個別に制御される。フェーズドアレイアンテナシステムは、複数のＲＦ素子による１つ又は複数のＲＦビームをステアリング又はトラッキングするためのデータを処理するように構成されたアンテナ制御部をさらに含む。アンテナ制御部は、複数のアパーチャ状態マシンを含む。各ＲＦタイルサブアレイに１つのアパーチャ状態マシンが関連付けられて、当該関連付けられたＲＦタイルサブアレイの動作を制御する。フェーズドアレイアンテナシステムは、複数のＲＦタイルバスをさらに含む。各アパーチャ状態マシンは、１つのＲＦタイルバスによって、ＲＦタイルサブアレイに機能的に連結されている。
【０００４】
別の実施例によれば、フェーズドアレイアンテナシステムは、所与のパターンに配置されてＲＦアパーチャを規定する複数の無線周波数（ＲＦ）タイルサブアレイを含みうる。各ＲＦタイルサブアレイは、複数のＲＦ素子を含み、各ＲＦ素子は、ＲＦビームをステアリング又はトラッキングできるよう個別に制御可能である。ＲＦタイルサブアレイは、複数のＲＦ素子を個別に制御するように構成されたタイル制御集積回路をさらに含みうる。ＲＦタイルサブアレイは、複数のＲＦ素子をタイル制御集積回路に機能的に接続するクロック及びデータシリアルバスマトリックスをさらに含みうる。フェーズドアレイアンテナシステムは、複数のＲＦ素子によって生成又は受信された１つ又は複数のＲＦビームをステアリング又はトラッキングするためのデータを処理するように構成されたアンテナ制御部をさらに含みうる。ＲＦタイルサブアレイは、複数のＲＦタイルバスをさらに含みうる。各ＲＦタイルサブアレイに１つのＲＦタイルバスが関連付けられて、関連付けられたＲＦタイルサブアレイをアンテナ制御部に機能的に連結している。
【０００５】
さらなる実施例によれば、フェーズドアレイアンテナシステムを制御及びモニターする方法は、無線周波数（ＲＦ）ビームのステアリング又はトラッキングに用いるデータを受信することを含みうる。当該方法は、データを同時且つ別々に処理することによって、複数のＲＦタイルサブアレイのうちの各ＲＦタイルサブアレイに固有の制御データを与えることを含みうる。各ＲＦタイルサブアレイは複数のＲＦ素子を含んでおり、各ＲＦ素子は、ＲＦ素子によって生成あるいはＲＦ素子によって受信されたＲＦビームを固有の制御データに基づいてステアリング又はトラッキングできるよう、個別に制御されうる。当該方法は、各固有の制御データを、複数のＲＦタイルバスのうちの１つのＲＦタイルバスを介して、対応する前記ＲＦタイルサブアレイに送信することを含みうる。前記複数のＲＦタイルサブアレイの各々には、前記複数のＲＦタイルバスのうちの１つが関連付けられている。
【０００６】
別の実施例又は上記実施例のうちのいずれかによれば、アンテナ制御部は、アンテナマネジャーをさらに含みうる。アンテナマネジャーは、１つ又は複数のＲＦビームをステアリング又はトラッキングするためのデータを受信するとともに、アパーチャ状態マシンのうちの１つに関連付けられたＲＦタイルサブアレイのＲＦ素子が、1つ又は複数のＲＦビームのステアリング又はトラッキングに用いられるよう選択されたことを受けて、当該１つのアパーチャ状態マシンに制御及びステータスデータならびにビームポインティング情報を送信するように構成されうる。
【０００７】
別の実施例又は上記実施例のうちのいずれかによれば、各アパーチャ状態マシンは、球面座標及び位相補償機能を用いて、関連付けられたＲＦタイルサブアレイについてのＲＦ素子位相データを処理するように構成されうる。ＲＦ素子位相データによって、これに関連付けられたＲＦタイルサブアレイが１つ又は複数のＲＦビームをステアリング又はトラッキングすることが可能になる。複数のアパーチャ状態マシンは、ステアリング又はトラッキング方法に基づいた、ＲＦタイルサブアレイ位相データの同時処理を実現し、ＲＦ素子位相データを関連付けられたＲＦタイルサブアレイにロードする。
【０００８】
別の実施例又は上記実施例のうちのいずれかによれば、各アパーチャ状態マシンは、ステアリング又はトラッキング方法を決定する際に使用される情報をアンテナマネジャーから受信するとともに、前記情報に基づいてＲＦ素子補償データを求めるＲＦ素子補償テーブルを含みうる。各アパーチャ状態マシンは、ＲＦ素子補償テーブルからＲＦ素子補償データを受信するとともに、アンテナマネジャーからビームポインティング情報を受信するタイルマルチビーム位相及び実時間遅延計算機パイプラインをさらに含みうる。タイルマルチビーム位相及び実時間遅延計算機パイプラインは、ＲＦ素子補償情報及びビームポインティング情報に基づいて、関連付けられたＲＦサブアレイの各ＲＦ素子の位相シフトを決定する。アパーチャ状態マシンは、タイルマルチビーム位相及び実時間遅延計算機パイプラインを、関連付けられたＲＦタイルバスに接続するタイル物理層（ＰＨＹ）インターフェイスをさらに含みうる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
以下の実施例の詳細な説明は、添付図面を参照しており、これらの添付図面は、本開示の具体的な実施例を示すものである。異なる構造及び工程を有する他の実施例も、本開示の範囲から逸脱するものではない。
【００１０】
【図１】本開示の一実施例による、モジュール式の制御及びモニタリングアーキテクチャを含むフェーズドアレイアンテナシステムの一例の概略ブロック図である。
【図２】本開示の一実施例による、フェーズドアレイアンテナシステムのアンテナアパーチャのＲＦタイルサブアレイの動作を制御するためのアパーチャ状態マシンの一例の概略ブロック図である。
【図３】本開示の一実施例による、ＲＦタイルサブアレイのタイルコネクタの一例を示す詳細ブロック概略図である。
【図４】本開示の一実施例による、ＲＦタイルサブアレイの一例を示す概略ブロック図である。
【図５】本開示の一実施例による、ＲＦ特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）データアクセス優先プロトコルの一例を表したものである。
【図６】本開示の一実施例による、ＲＦビームをステアリング又はトラッキングするために、各ＲＦ素子の位相シフトを決定する方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】本開示の一実施例による、フェーズドアレイアンテナシステムを制御及びモニターする方法の一例のフローチャートである。
【図８】本開示の一実施例による、フェーズドアレイアンテナシステムを含むビークルの概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の実施例の詳細な説明は、添付図面を参照しており、これらの添付図面は、本開示の具体的な実施例を示すものである。異なる構造及び工程を有する他の実施例も、本開示の範囲から逸脱するものではない。同じ要素又はコンポーネントは、異なる図面においても、同様の参照数字で示している。
【００１２】
ある種の用語は、本明細書において便宜上用いているだけであり、記載の実施例での限定と解釈されるべきではない。例えば、「近位」、「遠位」、「上部」「底部」「上側」「下側」「左」「右」「水平」「垂直」「上方」「下方」などの言葉は、単に、図面に示した構成、又は、説明している図面の向きを参照した相対位置を表すに過ぎない。実施例のコンポーネントは、複数の異なる配向で配置することができるため、方向を表す用語は、例示を目的として使用しており、決して限定的なものではない。なお、他の実施例も用いることができ、本発明の範囲から逸脱することなく構造的又は論理的な変更を行うこともできる。従って、以下の詳細な説明は、限定的な意味に解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【００１３】
図１は、本開示の一実施例による、モジュール式の制御及びモニタリングアーキテクチャ１０２を含むフェーズドアレイアンテナシステム１００の一例の概略ブロック図である。フェーズドアレイアンテナシステム１００は、例えば航空機や宇宙船などのビークルに用いられる薄型(low profile)フェーズドアレイアンテナシステムであってもよい。薄型フェーズドアレイアンテナ又はアンテナシステム１００が、ビークルの性能に対する妨げとなる又は影響を与えることは、たとえあったとしても無視できる程度のものであろう。フェーズドアレイアンテナシステム１００は、複数の無線周波数（ＲＦ）タイルサブアレイ１０４を含んでおり、これらのタイルサブアレイは、ある種のパターンで配置されて、ＲＦアパーチャ１０６を規定している。複数のＲＦタイルサブアレイ１０４は、受信アパーチャ１０６ａを規定する第1の群のＲＦタイルサブアレイ１０４、及び、送信アパーチャ１０６ｂを規定する第２の群のＲＦタイルサブアレイ１０４を含みうる。受信アパーチャ１０６ａのＲＦタイルサブアレイ１０４と、送信アパーチャ１０６ｂのＲＦタイルサブアレイ１０４とは、同じ構造を有しうる。受信アパーチャ１０６ａのＲＦタイルサブアレイ１０４の第１の群と、送信アパーチャ１０６ｂのＲＦタイルサブアレイ１０４の第２の群とは、同じ数のＲＦタイルサブアレイ１０４を含んでいてもよいし、異なる数のＲＦタイルサブアレイ１０４を含んでいてもよい。各ＲＦタイルサブアレイ１０４は、ＲＦ信号を送受信するための複数のＲＦ素子１１２を含みうる。各ＲＦ素子１１２は、当該ＲＦ素子１１２又は群のＲＦ素子１１２によって生成又は受信されたＲＦビーム１１４、１１６をステアリング又はトラッキングできるよう、個別に制御可能である。受信アパーチャ１０６ａの１つのＲＦ素子１１２又は群のＲＦ素子１１２は、１つの受信ＲＦビーム１１４ａ又は複数の受信ＲＦビーム１１４ａ〜１１４ｎをトラッキングすることができる。送信アパーチャ１０６ｂの１つのＲＦ素子１１２又は群のＲＦ素子１１２は、１つの送信ＲＦビーム１１６ａ又は複数の送信ＲＦビーム１１６ａ〜１１６ｄをステアリングすることができる。ＲＦビーム１１４、１１６は、ＲＦ信号を含みうる。
【００１４】
各ＲＦタイルサブアレイ１０４は、複数のＲＦ集積回路又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）１１８をさらに含みうる。各ＲＦ素子１１２に１つのＲＦ ＡＳＩＣ１１８が関連付けられて、当該ＲＦ素子１１２の動作を制御しうる。また、各ＲＦ ＡＳＩＣ１１８が、１個、２個、又は４個のＲＦ素子１１２に影響を及ぼし得るように機能的に連結されて、関連付けられた１個のＲＦ素子１１２、又は２個もしくは４個のＲＦ素子１１２を制御してもよい。
【００１５】
各ＲＦタイルサブアレイ１０４は、ＲＦ ＡＳＩＣ１１８の各々の動作にアドレスしこれを制御するためのタイル制御集積回路又はＡＳＩＣ１２０をさらに含みうる。各タイル制御ＡＳＩＣ１２０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又はＣＰＬＤ（complex programmable logic device）によって実施することができる。タイル制御ＡＳＩＣ１２０は、ＲＦ ＡＳＩＣバスマトリックス１２２によって、各ＲＦ ＡＳＩＣ１１８に機能的に連結されている。当該バスマトリックスは、本明細書において、クロック及びデータシリアルバスマトリックスと称される場合もある。タイル制御ＡＳＩＣ１２０は、以下にさらに詳しく説明するように、クロックライン及びデータラインによって、特定のＲＦ ＡＳＩＣ１１８にアドレスすることができる。各ＲＦタイルサブアレイ１０４に用いることができるＲＦタイルサブアレイの例については、図４を参照してより詳しく説明する。
【００１６】
フェーズドアレイアンテナシステム１００は、アンテナ制御部１２４をさらに含みうる。アンテナ制御部１２４は、当該アンテナ制御部１２４が受信したデータを処理することにより、１つ又は複数のＲＦビーム１１４〜１１６を複数のＲＦ素子１１２によってステアリング又はトラッキングできるように構成されている。アンテナ制御部１２４は、アンテナマネジャー１２６、及び、アンテナマネジャー１２６に機能的に連結された複数のアパーチャ状態マシン１２８を含みうる。複数のアパーチャ状態マシン１２８は、一群の受信アパーチャ状態マシン１２８ａ、及び、一群の送信アパーチャ状態マシン１２８ｂを含みうる。各ＲＦタイルサブアレイ１０４に１つのアパーチャ状態マシン１２８が関連付けられて、関連付けられたＲＦタイルサブアレイ１０４の動作を制御しうる。各アパーチャ状態マシン１２８に用いることができるアパーチャ状態マシンの一例は、図２を参照して説明する。
【００１７】
フェーズドアレイアンテナシステム１００は、複数のＲＦタイルバス１３０をさらに含みうる。各アパーチャ状態マシン１２８が、１つのＲＦタイルバス１３０によって、関連付けられたＲＦタイルサブアレイ１０４に機能的に連結されている。従って、各受信アパーチャ状態マシン１２８ａを、１つのＲＦタイルバス１３０ａによって、受信アパーチャ１０６ａの対応するＲＦタイルサブアレイ１０４に機能的に連結することができる。同様に、各送信アパーチャ状態マシン１２８ｂを、１つのＲＦタイルバス１３０ｂによって、送信アパーチャ１０６ｂの対応するＲＦタイルサブアレイ１０４に機能的に連結することができる。各ＲＦタイルバス１３０を、ＲＦ素子１１２データ伝送用のハーフデュプレックスの同期シリアルバスとすることにより、図３を参照してより詳しく説明するように、各ＲＦタイルサブアレイ１０４への電気接続を４個のピンに減らすことができる。
【００１８】
アンテナマネジャー１２６は、１つ又は複数のＲＦビーム１１４〜１１６をステアリング又はトラッキングするためのデータ１３２を受信するとともに、アパーチャ状態マシン１２８のうちの１つに関連付けられたＲＦタイルサブアレイ１０４のＲＦ素子１１２が、1つ又は複数のＲＦビーム１１４〜１１６のステアリング又はトラッキングに用いられるよう選択されたことを受けて、当該１つのアパーチャ状態マシン１２８に制御及びステータスデータならびにビームポインティング情報を送信するように構成されうる。アンテナマネジャー１２６によって受信されるデータ１３２の例は、ＧＰＳ（global positioning system）情報などのビークルの地理的位置や、アンテナ状態情報や、ビークル速度、機首方位（directional heading）、ビークルの角移動速度又はその他のビークルの姿勢又は状態情報などの航行情報や、ＲＦ素子フォールトステータスや、ＲＦ素子アイソレーションデータ、ならびに、ＲＦビーム１１４〜１１６をステアリング又はトラッキングするのに有用なその他の情報を含みうるが、必ずしもこれらに限定されない。データ１３２は、ビークルの様々なセンサーから受信することができる。アンテナマネジャー１２６は、受信データを処理し、1つ又は複数のどのＲＦタイルサブアレイ１０４が制御データによって制御されるかに基づいて、１つもしくは複数の受信アパーチャ状態マシン１２８ａ又は１つもしくは複数の送信アパーチャ状態マシン１２８ｂに、制御データを送信しうる。また、受信アパーチャ１０６ａにおける1つ又は複数のどのＲＦタイルサブアレイ１０４が、１つ又は複数の受信ＲＦビーム１１４ａ〜１１４ｎをトラッキングするために制御されるかに基づいて、制御データが、アンテナマネジャー１２６によって、受信アパーチャ状態マシン１２８ａのうちの選択された１つ又は複数に送信される。同様に、送信アパーチャ１０６ｂにおける1つ又は複数のどのＲＦタイルサブアレイ１０４が、送信ＲＦビーム１１６ａ〜１１６ｎをステアリングするために制御されるかに基づいて、制御データが、アンテナマネジャー１２６によって、送信アパーチャ状態マシン１２８ｂのうちの選択された１つ又は複数に送信される。
【００１９】
アンテナマネジャー１２６はまた、受信アパーチャ１０６ａ及び送信アパーチャ１０６ｂの各ＲＦタイルサブアレイ１０４から、当該ＲＦタイルサブアレイ１０４に関連付けられたＲＦタイルバス１３０及びアパーチャ状態マシン１２８を介して、ステータス情報や他の情報を受信する。アンテナマネジャー１２６と受信アパーチャ状態マシン１２８ａの間で交換される制御データ及びステータス情報は、受信（ＲＸ）ＲＦタイルダイレクトメモリアクセス（ＤＭＡ）１３４を含みうる。同様に、アンテナマネジャー１２６と送信アパーチャ状態マシン１２８ｂの間で交換される制御データ及び状態情報は、送信（ＴＸ)ＲＦタイルＤＭＡ１３６を含みうる。ＲＸ ＲＦタイルＤＭＡ１３４及びＴＸ ＲＦタイルＤＭＡ１３６の例については、図２を参照してより詳しく説明する。
【００２０】
各アパーチャ状態マシン１２８は、球面座標内のビームポインティング情報と位相補償機能とを用いて、関連付けられたＲＦタイルサブアレイ１０４のＲＦ素子位相データを処理するように構成されうる。ＲＦ素子位相データによって、関連付けられたＲＦタイルサブアレイ１０４が１つ又は複数のＲＦビーム１１４／１１６をステアリング又はトラッキングすることが可能になる。複数のアパーチャ状態マシン１２８は、ステアリング又はトラッキング方法に基づいた、ＲＦタイルサブアレイ位相データの同時処理を実現し、ＲＦ素子位相データを関連付けられたＲＦタイルサブアレイ１０４にロードすることができる。
【００２１】
図２は、本開示の一実施例による、フェーズドアレイアンテナシステムのアンテナアパーチャにおけるＲＦタイルサブアレイの動作を制御するためのアパーチャ状態マシン２００の一例を示す概略ブロック図である。例示的なアパーチャ状態マシン２００は、図１に示した受信アパーチャ状態マシン１２８ａ及び送信アパーチャ状態マシン１２８ｂの各々に用いることができる。アパーチャ状態マシン２００は、アパーチャ制御及びステータスＤＭＡスタック２０２を受信しうる。アパーチャ状態マシン２００が受信アパーチャ状態マシン１２８ａである場合、アパーチャ制御及びステータスＤＭＡスタック２０２は、図１におけるＲＸ ＲＦタイルＤＭＡ１３４に対応しうる。アパーチャ状態マシン２００が送信アパーチャ状態マシン１２８ｂである場合、アパーチャ制御及びステータスＤＭＡスタック２０２は、図１におけるＴＸ ＲＦタイルＤＭＡ１３６に対応しうる。アパーチャ制御及びステータスＤＭＡスタック２０２は、タイル書き込みＤＭＡ空間２０４、タイル補償テーブルＤＭＡ空間２０６、及び、タイル読み込みＤＭＡ空間２０８を含みうる。タイル書き込みＤＭＡ空間２０４は、当該アパーチャ状態マシン２００に関連付けられた特定のＲＦタイルサブアレイ１０４の動作を制御するためのＲＦタイルサブアレイコマンド及び直接書き込みデータを含みうる。タイル補償テーブルＤＭＡ空間２０６は、図７を参照して以下に説明するように、当該アパーチャ状態マシン２００に関連付けられたＲＦサブアレイ１０４のＲＦ素子１１２の位相補償値又は位相遅延値を決定する際に用いるデータを含みうる。タイル読み込みＤＭＡ空間２０８は、当該アパーチャ状態マシン２００に関連付けられたＲＦタイルサブアレイ１０４からのデータを含みうる。
【００２２】
アパーチャ状態マシン２００は、ＲＦ素子補償テーブル２１０を含みうる。このＲＦ素子補償テーブルは、例えば、ステアリング又はトラッキング方法を決定する際に使用する情報をアンテナマネジャー１２６から受信するとともに、当該情報に基づいてＲＦ素子位相補償データを求めるように構成される。ＲＦ素子補償テーブル２１０は、アパーチャ制御及びステータスＤＭＡスタック２０２のタイル補償テーブルＤＭＡ空間２０６内のデータ又は情報を受信しうる。タイル補償テーブルＤＭＡ空間２０６内のデータ又は情報を、ＲＦ素子補償テーブル２１０が用いることによって、送信ＲＦビーム１１６ａ〜１１６ｎのステアリング又は受信ＲＦビーム１１４ａ〜１１４ｎのトラッキングを目的として、当該アパーチャ状態マシン２００に関連付けられたＲＦタイルサブアレイ１０４のＲＦ素子１１２の位相補償値が求められる。
【００２３】
ＲＦ素子補償テーブル２１０は、自由空間内で受信もしくは送信された電磁波又はＲＦ信号に対する各ＲＦ素子１１２のインターフェイスと、ＲＦタイルサブアレイ１０４のＲＦ回路内の、すべてのＲＦ素子１１２からのＲＦ信号が結合されるポイントとの間の遅延（位相）差を補償する。ＲＦ素子補償テーブル２１０を、より具体的に、位相補償テーブルと称する場合がある。ＲＦ素子補償テーブル２１０又は位相補償テーブルの内容は、製造されたＲＦタイルサブアレイ１０４の其々に固有のものとなりうる。これは、例えば、個々のＲＦタイルサブアレイ１０４の回路基板及び個々のＲＦタイルサブアレイ１０４に取り付けられたＲＦ ＡＳＩＣ １１８の通常の製造プロセスにおけるばらつきに起因する。従って、工場テスト／キャリブレーションの間に、各ＲＦタイルサブアレイ１０４について、このような固有の補償／キャリブレーションデータを不揮発性メモリ（図４におけるコンフィギュレーション格納装置４２２）に格納する必要が生じ、この固有の補償／キャリブレーションデータが、動作中に呼び出されて、アンテナ制御部１２４における位相計算に用いられる。他の固有の補償テーブルも、同じ不揮発性メモリに含めてもよく、これには、例えば、素子のＲＦ ＡＳＩＣ１１８における内部アンプ用の減衰器設定及びバイアス設定を含むが、これらに限定されない。
【００２４】
アパーチャ状態マシン２００は、タイルマルチビーム位相及び実時間遅延（ＴＴＤ）計算機パイプライン２１２も含みうる。マルチビーム位相及びＴＴＤ計算機パイプライン２１２は、ＲＦ素子補償テーブル２１０からＲＦ素子補償データを受信し、アンテナマネジャー１２６からビームポインティング情報２１４を受信しうる。タイルマルチビーム位相及びＴＴＤ計算機パイプライン２１２は、ＲＦ素子補償テーブル２１０からのＲＦ素子補償情報とビームポインティング情報２１４とに基づいて、当該アパーチャ状態マシン２００に関連付けられたＲＦサブアレイ１０４の各ＲＦ素子の位相シフト値を決定しうる。タイルマルチビーム位相及びＴＴＤ計算機パイプライン２１２は、本出願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第６，６０６，０５６号「Beam Steering Controller for a Curved Surface Phased Array Antenna」に記載されたものと同様の位相計算方法を用いうる。この例示的な方法は、タイルマルチビーム位相及びＴＴＤ計算機パイプライン２１２によって、図６を参照して説明するように、用いることができる。この方法は、マルチビームを用いる際の各ビームについて繰り返し行ってもよい。位相及びＴＴＤ計算機パイプライン２１２は、任意の数のＲＦタイルサブアレイ１０４、及びＲＦタイルサブアレイ１０４あたりの妥当な数のＲＦ素子に応じて、スケール変更することができる。各ＲＦタイルサブアレイの位相情報は、同時に処理されるため、処理時間は、ＲＦタイルサブアレイ１０４あたりのＲＦ素子１１２の数のみに応じて増える。１つのＲＦタイルサブアレイ１０４あたり１２８個までのＲＦ素子１１２を、公称２ミリセカンドのビームアップデート時間で処理することができる。アンテナ制御部１２４及びＲＦサブアレイ１０４は、約２ミリ秒以下のサイクルタイムでのＲＦビームのアップデート、及び、一秒あたり約６０°以上のビークル角速度に対するＲＦビームステアリング又はトラッキングパフォーマンスを実現するように構成されている。
【００２５】
アパーチャ状態マシン２００は、さらに、タイル物理層（ＰＨＹ）インターフェイス２１６を含みうる。タイルＰＨＹインターフェイス２１６は、タイルマルチビーム位相及びＴＴＤ計算機パイプライン２１２を、関連するＲＦタイルバス１３０に機能的に連結する。タイルＰＨＹインターフェイス２１６は、制御データを適当な電気波形に変換し、この電気波形を、ＲＦタイルバス１３０を介して、当該アパーチャ状態マシン２００に関連付けられるとともに関連するＲＦタイルバス１３０によって当該アパーチャ状態マシン２００に機能的に連結されているＲＦタイルサブアレイ１０４に送信する。適当な電気波形の一例としては、ＴＩＡ／ＥＩＡ（Telecommunications Industry Association/Electronics Industries)規格ＲＳ−４２２／４８５、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）又はＴＩＡ／ＥＩＡ規格６４４、イーサネット（登録商標）(Institute of Electrical and Electronic Engineers technical standard IEEE-802.3xxxx)に準拠した電気波形、又は、物理的媒体及び距離に対応した他のデータ送信方法がある。
【００２６】
アパーチャ状態マシン２００は、さらに、タイルコマンド及び直接書き込みモジュール２１８を含みうる。タイルコマンド及び直接書き込みモジュール２１８は、アンテナマネジャー１２６からのアパーチャ制御及びステータスＤＭＡスタック２０２のタイル書き込みＤＭＡ空間２０４内のデータ又は情報を受信しうる。タイルコマンド及び直接書き込みモジュール２１８は、タイルＰＨＹインターフェイス２１６に接続されて、タイルコマンド及び書き込み情報を、関連付けられたＲＦタイルバス１３０を介して、当該アパーチャ状態マシン２００に関連付けられたＲＦタイルサブアレイ１０４に送信しうる。
【００２７】
アパーチャ状態マシン２００は、当該アパーチャ状態マシン２００に関連付けられたＲＦタイルサブアレイ１０４からのステータス及びリードバック情報を受信するためのタイルステータス及びリードバックモジュール２２０をさらに含みうる。ステータス及びリードバック情報は、ＲＦタイルサブアレイ１０４から、タイルＰＨＹインターフェイス２１６によって、関連付けられたＲＦタイルバス１３０を介して受信される。タイルステータス及びリードバック情報は、タイルステータス及びリードバックモジュール２２０によって、アパーチャ制御及びステータスＤＭＡスタック２０２のタイル読み込みＤＭＡ空間２０８を用いて、アンテナマネジャー１２６に送信される。アパーチャ状態マシン２００及び関連付けられたＲＦタイルバス１３０は、関連するＲＦタイルバス１３０によって当該アパーチャ状態マシン２００に機能的に連結されているＲＦタイルサブアレイ１０４に対する、アンテナマネジャー１２６からの直接のメモリアクセスを実現する。
【００２８】
アパーチャ状態マシン２００は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの、設定可能なロジックデバイスによって実施することができる。
【００２９】
図３は、本開示の一実施例による、ＲＦタイルサブアレイ１０４のタイルコネクタ３００の一例を示す概略ブロック図である。タイルコネクタ３００は、ＲＦタイルバス１３０に接続するためのタイルバス接続部３０２を含みうる。タイルバス接続部３０２は、２つのポート又はピン、すなわち、タイルデータ入出力ポート３０４又はピン、及び、タイルクロック入力ポート３０６又はピンを含みうる。タイルデータ入出力ポート３０４は、タイルデータ入出力リンク３０８又はライン（TILE DATA I/O）によって、タイル制御ＡＳＩＣ１２０に機能的に接続されている。タイルクロック入力ポート３０６は、タイルクロックリンク３１０又はライン（TILE CLK）によって、タイル制御ＡＳＩＣ１２０に機能的に接続されている。前述したように、ＲＦタイルバス１３０は、ハーフデュプレックスの同期シリアルバスであってもよい。
【００３０】
タイルコネクタ３００は、ＲＦタイルサブアレイ１０４とトランシーバ３１４の間でＲＦ信号を送受信するためのＲＦ信号ポート３１２又はピンをさらに含みうる。ＲＦ信号による誘起ノイズは、平衡差動電気信号を用いて、タイルコネクタ３００において最小化することができる。例えば、誘起ノイズは、ＬＶＤＳ又は規格ＴＩＡ／ＥＩＡ６４４又はこれらに類するデータ伝送規格を用いて、最小限に抑えることができる。タイルコネクタ３００は、ＲＦタイル電力及びリターンモジュール３１８からＲＦタイルサブアレイ１０４に電力を供給するためのＲＦタイル電力及びリターンポート３１６又はピンをさらに含みうる。従って、各ＲＦタイルサブアレイ１０４に対する電気的接続は、４個のポート又はピンに限定されうる。ＲＦタイルサブアレイ１０４へのすべての制御及びステータスデータは、タイルコネクタ３００を経由する。タイルコネクタ３００は、４個のピン又はポートのみを有するため、タイルコネクタ３００は非常にコンパクトであり、従って、複数のＲＦタイルサブアレイ１０４の各々に対するＲＦ信号の接続性にとって最適な位置に、タイルコネクタ３００を配置することができる。例えば、ＲＦタイルサブアレイ１０４の各々について、タイルコネクタ３００を、ＲＦタイルサブアレイ１０４上やＲＦタイルサブアレイ１０４の周囲における様々な位置に配置することにより、ＲＦ信号配線の最適な接続性及び経路を実現することができる。
【００３１】
図４は、本開示の一実施例による、ＲＦタイルサブアレイ１０４の一例を示す概略ブロック図である。前述したように、ＲＦタイルサブアレイ１０４は、タイル制御集積回路又はタイル制御ＡＳＩＣ１２０を含みうる。タイルデータ入出力リンク３０８又はライン（タイルデータＩ／Ｏ）が、タイルコネクタ３００（図３）を介して、タイル制御ＡＳＩＣ１２０を、関連付けられたＲＦタイルバス１３０に接続する。タイルクロックリンク３１０又はライン（タイルＣＬＫ）も、タイル制御ＡＳＩＣ１２０を、タイルコネクタ３００を介してＲＦタイルバス１３０に接続する。タイル制御ＡＳＩＣ１２０は、アンテナ制御部１２４からＲＦタイルバス１３０を介して受信したデータに応答して、複数のＲＦ素子１１２（図１）を個別に制御するよう構成することができる。
【００３２】
ＲＦタイルサブアレイ１０４は、複数のＲＦ集積回路又はＲＦ ＡＳＩＣ１１８をさらに含みうる。各ＲＦ ＡＳＩＣ１１８は、１個、２個、又４個のＲＦ素子１１２（図１）に機能的に連結されて、当該機能的に接続されたＲＦ素子１１２の動作を制御する。
【００３３】
各ＲＦタイルサブアレイ１０４は、所定の形状を有する。例えば、各ＲＦタイルサブアレイ１０４は、図４の例示的なＲＦタイルサブアレイ１０４のように、実質的に正方形又は矩形であってもよい。ただし、ＲＦタイルサブアレイ１０４は、完全な正方形又は矩形でなくてもよく、フェーズドアレイアンテナシステム１００の用途や態様に応じて、三角形、六角形、ひし形などの他の幾何学形状であってもよい。複数のＲＦ ＡＳＩＣ１１８は、図４の例に示したようなＲＦタイルサブアレイ１０４における４つの領域（象限）４１２内に配置することができる。ＲＦ ＡＳＩＣ１１８の各象限４１２は、各ＲＦ ＡＳＩＣ１１８における相互接続ピンの数を４個に限定するクロック及びデータシリアルバスマトリックス４１４によって、タイル制御ＡＳＩＣ１２０に機能的に接続されうる。各クロック及びデータシリアルバスマトリックス４１４は、２つのクロックライン（ＣＬＫ＃Ａ及びＣＬＫ＃Ｂ）４１８ａ、４１８ｂを含みうる。ＲＦタイルサブアレイ１０４は、ＲＦタイルサブアレイ１０４全体の位相遅延を制御するための、各ＲＦビーム１１４、１１６についての少なくとも１つの実時間遅延（ＴＴＤ）回路４１６を含みうる。ＴＴＤ回路４１６を用いて、ＲＦアパーチャ１０６（図１）の帯域幅を拡張することができる。各ＲＦタイルサブアレイ１０４の各ＲＦビーム１１４、１１６につき、１つのＴＴＤ回路４１６を用いることができる。
【００３４】
ＲＦ ＡＳＩＣ１１８及びＴＴＤ回路４１６に対しては、各クロック及びデータシリアルバスマトリックス４１４の２つのクロックライン４１８ａ、４１８ｂ及び複数のデータライン４２０によって、選択的にアドレスすることができる。クロックライン４１８ａ及び４１８ｂは、各象限４１２の各ＲＦ ＡＳＩＣ１１８、及び、ＴＴＤ回路４１６が存在する場合はＴＴＤ回路に、直列に接続することができる。図４の例において、各データライン４２０は、２つのＲＦ ＡＳＩＣ１１８を直列に接続しうる。他の例において、３つ以上のＲＦ ＡＳＩＣ１１８が直列に接続されることにより、追加の各ＲＦ ＡＳＩＣ１１８について追加のクロックラインが必要となる場合もある。象限４１２内のＲＦ ＡＳＩＣ１１８、及び、ＴＴＤ回路４１６が存在する場合このＴＴＤ回路は、パーティラインスレーブとして、マスターとしてのタイル制御ＡＳＩＣ１２０と接続することができる。
【００３５】
ＲＦタイルサブアレイ１０４は、コンフィギュレーション格納装置４２２も含みうる。コンフィギュレーション格納装置４２２は、任意のタイプのデータ記憶装置又はメモリであってよい。コンフィギュレーション格納装置４２２は、そのＲＦタイルサブアレイ１０４に固有のキャリブレーション及びコンフィギュレーション情報を含むデータを保存しうる。１つのＲＦタイルサブアレイ１０４の複数のＲＦ素子１１２が、初期製造中に、位相に関し互いにキャリブレーションされることにより、フェーズドアレイアンテナシステム１００の動作中における相関したビーム機能を実現させる。ＲＦタイルサブアレイ１０４の各ＲＦタイル素子１１２固有の位相キャリブレーション及び補償データは、コンフィギュレーション格納装置４２２に保存されうる。これによれば、フェーズドアレイアンテナシステム１００全体の再キャリブレーションを行うことなく、ＲＦタイルサブアレイ１０４の修理又は交換を行うことができる。また、ＲＦ素子位相キャリブレーション及び補償データを、アンテナ制御部１２４（図１）にダウンロードして、ビーム形成位相計算に用いることができる。
【００３６】
従って、ＲＦタイルサブアレイ１０４は、最小限の量の制御ステータスの実施を含むとともに、ＲＦ素子１１２の位相データの処理に関してはアンテナ制御部１２４（図１）に依存する、単一アセンブリ内の自己充足的なＲＦサブアレイ１０４である。ＲＦ素子１１２の位相処理は、アンテナ制御部１２４内のアンテナ制御機能に包含されており、図６を参照して説明する。本明細書に記載のアンテナ制御及びモニタリングアーキテクチャ１０２は、低コストでの実施を維持しつつ、実質的に、あらゆる実際的な数のＲＦタイルサブアレイ１０４に拡張可能である。
【００３７】
図５は、本開示の一実施例による、ＲＦ ＡＳＩＣデータアクセス優先プロトコル５００を表したものである。各ＲＦ ＡＳＩＣ１１８（図４）は、各ＲＦ素子１１２（図１）へのデータアクセスに優先順位をつけるための３つのレベルのデータアクセスプロトコル５０２を使用しうる。第１のレベルのデータアクセス優先権５０４は、最も優先順位の高いデータに与えられる。最も優先順位の高いデータの例は、ビームアップデートサイクルごとにアクセスされるＲＦ素子１１２の制御動作及び／又はトラッキングもしくはステアリングのための、ビーム位相データ、ＴＴＤローディングデータ、及びこれらに類するデータを含むが、必ずしもこれらに限定されない。第２のレベルのデータアクセス優先権５０６又は中間レベルのデータアクセス優先権は、中間レベルのデータへのアクセスを提供する。中間レベルのデータの例は、通常用いられるステータスデータ、ロードワンスコンフィギュレーション（load-once configuration）設定、又はこれらに類するデータを含むが、必ずしもこれらに限定されない。第３のレベルのデータアクセス優先権５０８又は最も低いレベルのデータアクセス優先権は、取得のために複数回のアクセスを必要としうる、より長い又は遅い装置ステータスへのアクセスを提供する。第２及び第３のレベルのデータアクセス優先権５０６及び５０８は、複数のＲＦビームアップデートサイクルにわたってインターリーブされる。従って、第１のレベルのデータアクセス優先権５０４を有する最も優先順位の高いデータは、第２及び第３のレベルのデータアクセス優先権５０６及び５０８のデータによる干渉なしに、送信又はアクセスすることができる。この複数レベルのアクセス方法は、アンテナ制御部１２４に対する効率的なＲＦ素子の接続を可能にするとともに、現在のフェーズドアレイアンテナシステムに比べて、故障の検出及び分離にとってより良い状態を実現する。
【００３８】
図６は、本開示の一実施例による、ＲＦビームをステアリング又はトラッキングするために、各ＲＦ素子の位相シフトを決定する方法６００の一例を示すフローチャートである。方法６００は、米国特許第６，６０６，０５６号に記載された位相計算法に類似するものであり、図２のタイルマルチビーム位相及びＴＴＤ計算機パイプライン２１２によって実施及び実行することができる。方法６００は、フェーズドアレイアンテナシステム１００などのマルチビームに用いる際に、各ビーム１１４／１１６について繰り返し行ってもよい。ブロック６０２において、ＲＦビームポインティング情報及びＲＦ素子位相補償情報が受信される。前述したように、ＲＦビームポインティング情報及びＲＦ素子補償情報は、図２におけるタイルマルチビーム位相及びＴＴＤ計算機パイプライン２１２によって、アンテナマネジャー１２６から受信することができる。ＲＦビームポインティング情報は、シータ（θ）が仰角であり、ファイ（Φ）が方位角である球面座標によるものであってよい。
【００３９】
ブロック６０４において、ビームポインティング情報から、ｄｘ、ｄｙ、及びｄｚの波長シフト値を求める。ｄｘ、ｄｙ、及びｄｚの波長シフト値は、それぞれ、ビームポインティング情報に基づいた、フェーズドアレイアンテナのアンテナアパーチャのＸ、Ｙ、Ｚの各軸に沿う波長のずれあたりの波長シフトの割合に相当しうる。これらの値は、以下の式によって表すことができる。
dx=sin(θ)＊cos(Φ）    式（１）
dy=sin(θ)＊sin(Φ）    式（２）
dz=cos(θ)              式（３）
【００４０】
ブロック６０６において、ＲＦタイルサブアレイの各ＲＦ素子の遅延値が決定される。各ＲＦ素子の遅延値は、式（４）に従って求められる。
素子遅延=dx*ΔX+dy*ΔY+dz*ΔZ    式（４）
ΔＸ、ΔＹ及びΔＺは、アンテナアパーチャの所定の中心からの各ＲＦ素子１１２の（波長における）Ｘ、Ｙ、Ｚのずれである。素子遅延は、所与のＲＦ素子からの信号に必要とされる、フェーズドアレイアンテナの所定の中心に対する、波長における２の補数の符号付き遅延であり、アレイの他のＲＦ素子からの信号と同相で合計するためのものである。
【００４１】
ブロック６０８において、各ＲＦ素子に適用される実際の位相シフト値が決定される。各ＲＦ素子に適用される実際の位相シフト値は、式（５）に従って求められる。
素子位相シフト＝１波長に切り捨て(Ｎビットに四捨五入(素子遅延))    式（５）
【００４２】
同式において、Ｎは、２Nの位相状態を生成するよう位相シフタを制御するのに用いられるビット数である。素子位相シフトは、１波長を法とし、各ＲＦ素子にロードされる、実際の位相シフト値でありうる。素子位相シフト値は、小数点の右側にあるＮビットのみが維持されるように切り捨てられうる。これによって、実際の位相シフト値に２-N（すなわち、１／２N）の精度を与えることができる。
【００４３】
ブロック６１０において、位相シフトデータは、ＲＦタイルサブアレイに送信されて特定のＲＦ素子に適用される。
【００４４】
図７は、本開示の一実施例による、フェーズドアレイアンテナシステムを制御及びモニターする方法７００の一例のフローチャートである。方法７００は、図１におけるフェーズドアレイアンテナシステム１００によって実施及び実行することができる。ブロック７０２において、無線周波数（ＲＦ）ビームのステアリング又はトラッキングに用いるデータが受信される。データは、図１におけるアンテナ制御部１２４と同様のアンテナ制御部によって受信されうる。前述のように、当該データの例は、ＧＰＳ（global positioning system）情報などのビークルの地理的位置や、アンテナ状態情報や、ビークル速度、機首方位（directional heading）、ビークルの角移動速度又はその他のビークルの姿勢又は状態情報などの航行情報や、ＲＦ素子フォールトステータスや、ＲＦ素子アイソレーションデータ、ならびに、図１におけるＲＦビーム１１４〜１１６などのＲＦビームをステアリング又はトラッキングするのに有用なその他の情報を含みうるが、必ずしもこれらに限定されない。
【００４５】
ブロック７０４において、データを同時且つ別々に処理することによって、複数のＲＦタイルサブアレイの各ＲＦタイルサブアレイに固有の制御データを与える。前述したように、各ＲＦタイルサブアレイは、複数のＲＦ素子を含み、各ＲＦ素子は、固有の制御データに基づいて、当該ＲＦ素子によって生成されたＲＦビーム又は当該ＲＦ素子によって受信されたＲＦビームのステアリング又はトラッキングができるよう、個別に制御可能である。
【００４６】
ブロック７０６において、各々の固有の制御データが、複数のＲＦタイルバスのうちの１つのＲＦタイルバスを介して、対応するＲＦタイルサブアレイに送信される。ブロック７０８において、固有の制御データが、ＲＦタイルサブアレイのタイル制御集積回路又はＡＳＩＣによって処理されて、ＲＦタイルサブアレイの各ＲＦ素子に対応する個別の制御情報が提供される。
【００４７】
ブロック７１０において、個別の制御情報が、各ＲＦ素子に関連付けられたＲＦ集積回路又はＲＦ ＡＳＩＣに送信される。ＲＦ ＡＳＩＣは、個別の制御情報を用いて、関連付けられたＲＦ素子を制御し、ＲＦビームをステアリング又はトラッキングする。
【００４８】
図８は、本開示の一実施例による、フェーズドアレイアンテナシステム８０２を含むビークル８００の概略ブロック図である。フェーズドアレイアンテナシステム８０２は、図１を参照して説明したフェーズドアレイアンテナシステム１００と同様のものでありうる。
【００４９】
トランシーバ８０４は、フェーズドアレイアンテナシステム８０２に機能的に連結されうる。トランシーバ８０４は、フェーズドアレイアンテナシステム８０２を用いてＲＦ信号を送受信するように構成されうる。トランシーバ８０４は、フェーズドアレイアンテナシステム８０２を用いてＲＦ信号を送信するための送信機８０６、及び、フェーズドアレイアンテナシステム８０２を用いてＲＦ信号を受信するための受信機８０８を含みうる。
【００５０】
トランシーバ８０４は、アンテナ方向制御モジュール８１０又はコントローラをさらに含んでもよく、これは、フェーズドアレイアンテナシステム８０２によって送信又は受信されたＲＦ信号を搬送するＲＦビームを、ステアリング又はトラッキングするように構成されたものである。
【００５１】
また、ユーザーインターフェイス８１２もトランシーバ８０４に機能的に連結して、トランシーバ８０４の動作を制御してもよい。
【００５２】
また、本開示は以下の付記に基づく実施形態を含む。
【００５３】
付記１．  所与のパターンに配置されてＲＦアパーチャ（１０６）を規定する複数の無線周波数（ＲＦ）タイルサブアレイ（１０４）であって、各々が複数のＲＦ素子（１１２）を含んでおり、各ＲＦ素子（１１２）は、当該ＲＦ素子（１１２）によって生成又は受信されたＲＦビーム（１１４、１１６）をステアリング又はトラッキングできるよう個別に制御可能である、ＲＦタイルサブアレイ（１０４）と；前記複数のＲＦ素子による１つ又は複数のＲＦビームをステアリング又はトラッキングするためのデータを処理するように構成されたアンテナ制御部（１２４）であって、複数のアパーチャ状態マシン（１２８ａ、１２８ｂ）を含んでおり、各ＲＦタイルサブアレイに１つのアパーチャ状態マシンが関連付けられて当該関連付けられたＲＦタイルサブアレイの動作を制御する、アンテナ制御部と；複数のＲＦタイルバス（１３０）であって、各アパーチャ状態マシン（１２８ａ、１２８ｂ）が、１つの前記ＲＦタイルバスによって、関連付けられたＲＦタイルサブアレイ（１０４）に機能的に連結されている、ＲＦタイルバスと、を含む、フェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００５４】
付記２．  前記アンテナ制御部（１２４）は、アンテナマネジャー（１２６）をさらに含み、前記アンテナマネジャーは、１つ又は複数のＲＦビーム（１１４、１１６）をステアリング又はトラッキングするためのデータを受信するとともに、前記アパーチャ状態マシン（１２８ａ、１２８ｂ）のうちの１つに関連付けられた前記ＲＦタイルサブアレイ（１０４）のＲＦ素子（１１２）が、前記1つ又は複数のＲＦビーム（１１４、１１６）のステアリング又はトラッキングに用いられるよう選択されたことを受けて、前記１つのアパーチャ状態マシン（１２８ａ、１２８ｂ）に制御及びステータスデータならびにビームポインティング情報を送信するように構成されている、付記１に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００５５】
付記３．  各アパーチャ状態マシン（１２８、２００）は、ビームポインティング情報（２１４）及びＲＦ素子位相補償データ（６０２）を用いて、前記関連付けられたＲＦタイルサブアレイのＲＦ素子位相データを処理するように構成されており、前記ＲＦ素子位相データによって、前記関連付けられたＲＦタイルサブアレイが、1つ又は複数のＲＦビームをステアリング又はトラッキングすることが可能となり、前記複数のアパーチャ状態マシンは、ステアリング又はトラッキング方法に基づいた、ＲＦタイルサブアレイ位相データの同時処理を実現し、前記ＲＦ素子位相データを前記関連付けられたＲＦタイルサブアレイにロードする、付記２に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００５６】
付記４．  各アパーチャ状態マシン（１２８、２００）は、ステアリング又はトラッキング方法を決定する際に使用される情報を前記アンテナマネジャー（１２６）から受信するとともに、前記情報に基づいてＲＦ素子補償データを求めるＲＦ素子補償テーブル（２１０）と；前記ＲＦ素子補償テーブルからＲＦ素子補償データを受信するとともに、前記アンテナマネジャーからビームポインティング情報を受信するタイルマルチビーム位相及び実時間遅延計算機パイプライン（２１２）と、を含み、前記タイルマルチビーム位相及び実時間遅延計算機パイプラインは、前記ＲＦ素子補償情報及び前記ビームポインティング情報に基づいて、前記関連付けられたＲＦサブアレイの各ＲＦ素子の遅延を決定し、各アパーチャ状態マシンはさらに、前記タイルマルチビーム位相及び実時間遅延計算機パイプラインを、関連付けられたＲＦタイルバスに接続するタイル物理層（ＰＨＹ）インターフェイス（２１６）を含む、付記２に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００５７】
付記５．  各アパーチャ状態マシン（１２８、２００）は、前記アンテナマネジャー（１２６）から、タイル書き込みＤＭＡ空間（２０４）内のタイルコマンド及び書き込み情報を受信するためのタイルコマンド及び直接書き込みモジュール（２１８）をさらに含み、前記タイルコマンド及び直接書き込みモジュールは、前記タイルコマンド及び書き込み情報を、前記関連付けられたＲＦタイルバス（１３０）を介して、前記関連付けられたＲＦタイルサブアレイ（１０４）に送信するために、前記タイル物理層（ＰＨＹ）インターフェイス（２１６）に接続されており、各アパーチャ状態マシンは、前記関連付けられたＲＦタイルバス（１３０）を介して、前記関連付けられたＲＦタイルサブアレイ（１０４）からステータス及びリードバック情報を受信するためのタイルステータス及びリードバックモジュール（２２０）をさらに含み、前記タイルステータス及びリードバックモジュール（２２０）は、前記タイルＰＨＹインターフェイス（２１６）に接続されている、付記４に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００５８】
付記６．  前記アパーチャ状態マシン（１２８、２００）及び前記関連付けられたＲＦタイルバスは、前記アンテナ制御部のアンテナマネジャーから前記関連付けられたＲＦタイルサブアレイへの直接のメモリアクセスを実現する、付記１に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００５９】
付記７．  各ＲＦタイルサブアレイ（１０４）は、タイルコネクタ（３００）を含み、前記タイルコネクタは、タイルデータ入出力ポート（３０４）及びタイルクロック入力ポート（３０６）を含むタイルバス接続部（３０２）と、前記ＲＦタイルサブアレイに対してＲＦ信号を送受信するためのＲＦ信号ポート（３１２）と、前記ＲＦタイルサブアレイに電力を供給するためのＲＦタイル電力及びリターンポート（３１６）と、を含む、付記１に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００６０】
付記８．  各ＲＦタイルサブアレイ（１０４）は、タイル制御集積回路（１２０）と、前記タイル制御集積回路を前記タイルコネクタ（３００）を介して前記関連付けられたＲＦタイルバス（１３０）に接続するタイルデータ入出力リンク（３０８）と、前記タイル制御集積回路（１２０）を前記タイルコネクタ（３００）を介して前記ＲＦタイルバス（１３０）に接続するタイルクロックリンク（３１０）と、を含み、前記タイル制御集積回路（１２０）は、前記ＲＦタイルバス（１３０）を介して前記アンテナ制御部（１２４）から受信したデータに応答して、前記複数のＲＦ素子（１１２）を個別に制御するように構成されている、付記７に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００６１】
付記９．  各ＲＦタイルサブアレイ（１０４）は、複数のＲＦ集積回路（１１８）を含み、各ＲＦ集積回路（１１８）は、１個、２個、又は４個のＲＦ素子（１１２）に機能的に連結されて、前記機能的に接続されたＲＦ素子（１１２）の動作を制御する、付記８に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００６２】
付記１０．  各ＲＦタイルサブアレイ（１０４）は、所定の形状を有し、前記複数のＲＦ集積回路（１１８）は、前記ＲＦタイルサブアレイ（１０４）上の４つの象限（４１２）上に配置されており、ＲＦ集積回路の各象限は、各ＲＦ集積回路における相互接続ピンの数を４個に限定するクロック及びデータシリアルバスマトリックス（４１４）によって、前記タイル制御集積回路に機能的に接続されている、付記９に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００６３】
付記１１．  各ＲＦタイルサブアレイ（１０４）は、ＲＦビーム（１１４、１１６）あたり少なくとも１つの実時間遅延回路（４１６）を含む、付記１０に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００６４】
付記１２．  前記ＲＦ集積回路（１１８）及び前記実時間遅延回路（４１６）は、マスターとしてのタイル制御集積回路に、パーティラインスレーブとして接続されている、付記１１に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００６５】
付記１３．  各ＲＦタイルサブアレイ（１０４）は、前記ＲＦタイルサブアレイ（１０４）固有のキャリブレーション及びコンフィギュレーション情報を含むデータを格納するコンフィギュレーション格納装置（４２２）を含む、付記８に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００６６】
付記１４．  １つのＲＦタイルサブアレイ（１０４）の複数のＲＦ素子（１１２）が、位相に関し互いにキャリブレーションされることにより、相関したビーム機能を実現させ、コンフィギュレーション格納装置（４２２）に格納されたキャリブレーション情報は、前記フェーズドアレイアンテナシステム（１００）の再キャリブレーションを行うことなく、前記ＲＦタイルサブアレイを交換することを可能にする、付記１３に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００６７】
付記１５．  前記アンテナ制御部（１２４）及びＲＦサブアレイ（１０４）は、約２ミリ秒以下のサイクルタイムでのＲＦビームのアップデート、及び、一秒あたり約６０°以上のビークル角速度についてのＲＦビームステアリング又はトラッキングパフォーマンスを実現するように構成されている、付記１に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００６８】
付記１６．  所与のパターンに配置されてＲＦアパーチャ（１０６）を規定する複数の無線周波数（ＲＦ）タイルサブアレイ（１０４）であって、各々が、ＲＦビームをステアリング又はトラッキングできるよう個別に制御可能である複数のＲＦ素子（１１２）と、前記複数のＲＦ素子（１１２）を個別に制御するように構成されたタイル制御集積回路（１２０）と、前記複数のＲＦ素子を前記タイル制御集積回路に機能的に接続するクロック及びデータシリアルバスマトリックス（４１４）とを含むＲＦタイルサブアレイと；前記複数のＲＦ素子によって生成又は受信された１つ又は複数のＲＦビームをステアリング又はトラッキングするためのデータを処理するように構成されたアンテナ制御部（１２４）と；複数のＲＦタイルバス（１３０）であって、各ＲＦタイルサブアレイ（１０４）に１つの前記ＲＦタイルバス（１３０）が関連付けられて、関連付けられたＲＦタイルサブアレイ（１０４）を前記アンテナ制御部（１２４）に機能的に連結するＲＦタイルバスと、を含む、フェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００６９】
付記１７．  前記アンテナ制御部（１２４）は、複数のアパーチャ状態マシン（１２８ａ、１２８ｂ、２００）を含んでおり、各ＲＦタイルサブアレイ（１０４）に関連１つのアパーチャ状態マシンが関連付けられて、当該関連付けられたＲＦタイルサブアレイ（１０４）の動作を制御し、各アパーチャ状態マシン（１２８ａ、１２８ｂ、２００）は、１つの前記タイルバス（１３０）によって関連付けられたＲＦタイルサブアレイ（１０４）に機能的に連結されている、付記１６に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００７０】
付記１８．  各ＲＦタイルサブアレイは、各ＲＦタイルサブアレイ固有のキャリブレーション及びコンフィギュレーション情報を含むデータを格納するコンフィギュレーション格納装置（４２２）を含む、付記１６に記載のフェーズドアレイアンテナシステム（１００）。
【００７１】
付記１９．  フェーズドアレイアンテナシステムを制御及びモニターする方法（７００）であって、無線周波数（ＲＦ）ビームのステアリング又はトラッキングに用いるデータを受信し（７０２）；前記データを同時且つ別々に処理することによって、複数のＲＦタイルサブアレイ（１０４）のうちの各ＲＦタイルサブアレイ（１０４）に固有の制御データを与え（７０４）、各ＲＦタイルサブアレイ（１０４）は複数のＲＦ素子を含んでおり、各ＲＦ素子は、前記ＲＦ素子によって生成あるいは前記ＲＦ素子によって受信されたＲＦビームを前記固有の制御データに基づいてステアリング又はトラッキングできるよう、個別に制御可能であり；各固有の制御データを、複数のＲＦタイルバスのうちの１つのＲＦタイルバスを介して、対応する前記ＲＦタイルサブアレイ（１０４）に送信し（７０６）、前記複数のＲＦタイルサブアレイの各々には、前記複数のＲＦタイルバスのうちの１つが関連付けられている、方法。
【００７２】
付記２０．  さらに、前記固有の制御データを、前記ＲＦタイルサブアレイ（１０４）のタイル制御集積回路によって処理することにより、前記ＲＦタイルサブアレイ（１０４）の各ＲＦ素子に対応する個別の制御情報を与え（７０８）、前記個別の制御情報を各ＲＦ素子に関連付けられたＲＦ集積回路に送信し（７１０）、前記ＲＦ集積回路は、前記個別の制御情報を用いて、前記ＲＦ信号をステアリング又はトラッキングすべく前記関連付けられたＲＦ素子を制御する、付記１９に記載の方法。
【００７３】
図面におけるフローチャート及びブロック図は、本発明の様々な実施例によるシステム、方法、及びコンピュータープログラム製品の可能な実施態様の、構造、機能、及び動作を示すものである。この点において、フローチャート又はブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、又は命令の一部を表す場合があり、当該命令の一部は、指定された論理機能を実現するための１つ又は複数の実行可能な命令を含む。いくつかの代替の実施態様において、ブロックに記載した機能を、図示した順序とは異なる順序で実行してもよい。例えば、関連する機能によっては、連続するものとして示されている２つのブロックを、実際には実質的に同時に実行してもよいし、ブロックを時には逆の順序で実行してもよい。また、ブロック図及び／又はフローチャートの各ブロック、及び、ブロック図及び／又はフローチャートのブロックの組み合わせは、指定された機能もしくは動作を実行する、又は、特別な目的のハードウェア及びコンピューター命令を実行する特別な目的のハードウェアベースのシステムによって実施することができる。
【００７４】
本明細書で使用されている用語は、特定の実施例を説明する目的のためだけのものであり、本発明の実施例を限定することを意図したものではない。本明細書で使用されている単数形「a」、「an」および「the」は、文脈から明らかにそうでないことがわかる場合以外は、複数形も含むことを意図している。また、「含む（comprises and/or comprising)」という用語が本明細書で使われている場合、これらは、記載した特徴、部分、工程、動作、要素、及び／又はコンポーネントが存在することを意味するが、他の特徴、部分、工程、動作、要素、コンポーネント、及び／又はそれらのグループが１つ又は複数存在する又は追加されることを排除するものではない。
【００７５】
以下の特許請求の範囲における、全ての「ミーンズ又はステッププラスファンクション」要素に対応する構成、材料、動作、及び均等物には、特許請求の範囲に具体的に記載された他の要素と組み合わせて当該機能を実施するための、他の任意の構成、材料、又は動作が含まれることが意図されている。本発明の記載は、例示および説明のために提示したものであり、すべてを網羅することや、開示した形態での発明の実施に限定することを意図するものではない。本発明の実施例の範囲及び精神から逸脱することなく、多くの変更または変形が当業者には明らかであろう。実施例は、発明の実施例の原理及び実際の用途を最も的確に説明するために、且つ、当業者が、想定した特定の用途に適した種々の変形を加えた様々な実施例について、発明を理解できるようにするために、選択且つ記載したものである。
【００７６】
本明細書には特定の実施例を図示及び説明したが、当業者であればわかるように、同じ目的を達成するよう設計された任意の構成を、説明した特定の実施例の代用とすることが可能であり、また、本発明の実施例は、他の環境下の他の用途も有するものである。本出願は、本発明のいかなる改変または変形例をも範囲に含ませることを意図している。以下の特許請求の範囲は、本発明の実施例の範囲を、本明細書に記載した特定の実施形態に限定することを意図したものではない。
【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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【外国語明細書】
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2017085557000002.pdf
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