Предпосылки создания изобретения
В некоторых системах беспроводной связи могут использоваться фазированные антенные решетки. Фазированная антенная решетка может быть выполнена с возможностью управления одним или более лучами в различных направлениях путем управления фазовыми и/или амплитудными соотношениями каждого отдельного антенного элемента фазированной антенной решетки. Например, фазированная антенная решетка может быть выполнена с возможностью направления одного или более лучей на цель в процессе работы. В некоторых случаях фазированная антенная решетка может быть установлена на подвижной системе, например на транспортном средстве. Однако в некоторых случаях может быть желательно, чтобы общая стоимость антенной системы была относительно низкой. В таких случаях может быть желательно использовать экономически эффективную и относительно компактную архитектуру для фазированных антенных решеток, обеспечивающую надежную работу.
Изложение сущности изобретения
Описана система фазированной антенной решетки. Система фазированной антенной решетки может содержать сеть формирования луча для преобразования между одним или более сигналами элементов на одном или более портов сигналов элементов и сигналом луча на общем порте сигналов сети формирования луча. Сеть формирования луча может быть размещена на одном или более слоях печатной платы (PCB).
Система фазированной антенной решетки может содержать первую схему маршрутизации сигнала (например, диплексор) для подачи сигнала управления от контроллера на порт сигнала элемента, причем сеть формирования луча может распределять сигнал управления на каждый из одного или более портов сигналов элементов. Система фазированной антенной решетки может содержать одну или более схем управления, расположенных в первом слое печатной платы, причем каждая схема управления может содержать первый порт, соединенный с соответствующим портом сигнала элемента одного или более портов сигналов элементов, и второй порт, соединенный с соответствующим антенным элементом. Соответствующие антенные элементы могут согласовываться с соответствующими схемами управления, расположенными во втором слое печатной платы.
Каждая из одной или более схем управления может содержать вторую схему маршрутизации сигнала (например, второй диплексор), соединенную с первым портом. Вторая схема маршрутизации сигнала может устанавливать путь прохождения сигнала элемента для соответствующего сигнала элемента из одного или более сигналов элементов, передаваемых между первым портом и вторым портом. Вторая схема маршрутизации сигнала может дополнительно устанавливать путь прохождения сигнала управления для сигнала управления, принятого через первый порт. Каждая из одной или более схем управления может дополнительно содержать схему регулирования сигнала по пути прохождения сигнала элемента и пути прохождения сигнала управления. Схема регулирования сигнала может регулировать соответствующий сигнал элемента (например, по фазе или амплитуде) на основании сигнала управления.
Дополнительные области применения описанных способов и устройств станут очевидными из приведенного ниже подробного описания, формулы изобретения и чертежей. Подробное описание и конкретные примеры приведены только в качестве иллюстрации, поскольку различные изменения и модификации в пределах объема описания будут очевидны специалистам в данной области техники.
Краткое описание графических материалов
Характер и преимущества вариантов осуществления настоящего описания станут более понятны при их рассмотрении со ссылкой на следующие чертежи. На прилагаемых фигурах аналогичные компоненты или элементы могут иметь одинаковые ссылочные обозначения. Кроме того, различные компоненты одного и того же типа можно различать с помощью справочного обозначения в виде пунктирной линии и второго обозначения, которое отличается от аналогичных компонентов. Если в спецификации используют только первое ссылочное обозначение, описание применимо к любому из аналогичных компонентов, имеющих одно и то же ссылочное обозначение, независимо от второго ссылочного обозначения.
На фиг. 1 показана схема спутниковой системы связи в соответствии с аспектами настоящего описания.
На фиг. 2 показана схема примера архитектуры схемы с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов для фазированной антенной решетки в соответствии с аспектами настоящего описания.
На фиг. 3 показана схема примера сети формирования луча архитектуры схемы с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов для фазированной антенной решетки в соответствии с аспектами настоящего описания.
На фиг. 4–6 показаны схемы примеров архитектуры схемы с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов для фазированных антенных решеток в соответствии с аспектами настоящего описания.
На фиг. 7 показана схема примера многослойной печатной платы (PCB) архитектуры схемы с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов для фазированной антенной решетки в соответствии с аспектами настоящего описания.
На фиг. 8 показана схема примера декодера адреса для архитектуры схемы с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов для фазированной антенной решетки в соответствии с аспектами настоящего описания.
Подробное описание
Описанные признаки в целом относятся к архитектуре схемы с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов для фазированной антенной решетки. Фазированная антенная решетка может быть выполнена с возможностью управления одним или более лучами в различных направлениях путем управления фазовыми и/или амплитудными соотношениями каждого отдельного антенного элемента фазированной антенной решетки. Например, фазированная антенная решетка может быть выполнена с возможностью направления одного или более лучей на спутник (например, для активного отслеживания спутника) во время работы. В некоторых таких применениях может быть желательно использовать относительно недорогую архитектуру для фазированных антенных решеток, обеспечивающую надежную работу. Например, экономически эффективные фазированные антенные решетки могут способствовать экономичному их применению в жилых домах для спутниковой связи с использованием пользовательских терминалов, в коммерческих и личных автомобилях и т.д. Кроме того, в некоторых сферах применения, например для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и малых пилотируемых летательных аппаратов (например, региональных и бизнес самолетов), относительно меньшая и более компактная архитектура фазированной антенной решетки может обеспечивать сравнительно небольшой, более легкий и/или более экономичный продукт.
Один из способов уменьшения размера и стоимости производства таких фазированных антенных решеток состоит в уменьшении размера и стоимости производства конструкции архитектуры схемы управления для фазированных антенных решеток. Схема управления фазированной антенной решетки может быть выполнена на одном или более слоях печатной платы (PCB). По мере усложнения архитектуры схемы управления и увеличения количества слоев печатной платы общая себестоимость фазированной антенной решетки также в целом увеличивается. Архитектура распределенной схемы управления может обеспечивать пути прохождения сигналов к нескольким распределенным схемам управления и соответствующим антенным элементам, причем один путь прохождения сигнала можно использовать для передачи сигнала управления для схем управления, мультиплексированного с сигналом элемента, передаваемым к антенному элементу или от него. Такая архитектура может, например, использовать относительно меньшее количество слоев печатной платы и может снижать общую сложность и стоимость производства указанных систем фазированной антенной решетки на базе печатной платы.
Описанные в настоящем документе методики могут обеспечивать архитектуру распределенной схемы управления с использованием общего пути прохождения сигнала как для сигналов управления, так и для сигналов элементов для каждой из одной или более схем управления, распределенных по путям прохождения сигналов между сетью формирования луча и соответствующими отдельными антенными элементами фазированной антенной решетки. В некоторых случаях фазированная антенная решетка может представлять собой передающую фазированную антенную решетку, приемную фазированную антенную решетку или выполнять обе операции. Сеть формирования луча может осуществлять преобразование между сигналом луча на общем порте сигналов и одним или более сигналами элементов на соответствующих портах сигналов элементов, соответствующих определенным антенным элементам фазированной антенной решетки. Например, в случае передающей фазированной антенной решетки сеть формирования луча может преобразовывать сигнал передающего луча во множество сигналов передающих элементов для передачи соответствующими антенными элементами антенной решетки. В дополнительном или альтернативном варианте, в случае приемной фазированной антенной решетки, сеть формирования луча может преобразовывать множество сигналов приемных элементов, полученных соответствующими антенными элементами антенной решетки, в сигнал приемного луча.
Сеть формирования луча может дополнительно распределять сигнал управления, мультиплексированный с сигналом луча на общем порте сигналов, в соответствующие порты сигналов элементов, соответствующие определенным антенным элементам фазированной антенной решетки. Сигнал управления может маршрутизироваться сетью формирования луча в схемы управления в соответствующих портах сигналов элементов по соответствующим путям прохождения сигналов. Каждая из схем управления может иметь первый порт, соединенный посредством пути прохождения сигнала с соответствующим портом сигнала элемента сети формирования луча, и второй порт, соединенный посредством пути прохождения сигнала с соответствующим антенным элементом антенной решетки. В некоторых случаях сигнал управления может быть мультиплексирован с сигналом элемента, например в сигнале, принимаемом на первом порту схемы управления от порта элемента сети формирования луча. Каждая из схем управления может быть выполнена с возможностью извлечения сигнала управления, мультиплексированного с сигналом элемента, и применения регулировки к сигналу элемента. В частности, схемы управления могут содержать схему маршрутизации для установления пути прохождения сигнала для соответствующего сигнала элемента и пути прохождения сигнала для соответствующего сигнала управления, каждый из которых принимают через первый порт схемы управления. Схема управления может дополнительно содержать схему регулирования сигнала на одном или обоих путях для регулирования сигналов элементов на основании соответствующих сигналов управления. Соответственно, один путь прохождения сигнала, проходящий через одну соответствующую схему управления от сети формирования луча, можно использовать как для сигналов управления, так и для сигналов элементов для каждого антенного элемента. Таким образом, сложность печатной платы, включая количество слоев печатной платы, может быть снижена, что приводит к снижению стоимости производства фазированной антенной решетки.
В настоящем описании приведены примеры, которые не предназначены для ограничения объема, применимости или конфигурации вариантов осуществления принципов, описанных в настоящем документе. Последующее описание скорее предоставляет специалистам в данной области техники подробное описание реализации вариантов осуществления принципов, описанных в настоящем документе. В функции и конструкции элементов могут быть внесены различные изменения.
Таким образом, в различных вариантах осуществления при необходимости могут быть пропущены, заменены или добавлены различные процедуры или компоненты. Например, следует понимать, что способы можно выполнять в порядке, отличном от описанного выше, и что могут быть добавлены, опущены или объединены различные их этапы. Кроме того, аспекты и элементы, описанные в связи с некоторыми вариантами осуществления, могут комбинироваться в различных других вариантах осуществления. Следует также понимать, что следующие системы, способы, устройства и программное обеспечение могут по отдельности или в совокупности являться компонентами более крупной системы, причем другие процедуры могут иметь приоритет над ними или иным образом изменять их применение.
На фиг. 1 показана схема спутниковой системы 100 связи в соответствии с аспектами настоящего описания. Спутниковая система 100 связи содержит спутник 105, шлюз 115, шлюзовую антенную систему 110 и летательный аппарат 130. Шлюз 115 осуществляет связь с одной или более сетями 120. В процессе работы спутниковая система 100 связи обеспечивает двустороннюю связь между летательным аппаратом 130 и сетью 120 через спутник 105 и шлюз 115.
Спутник 105 может представлять собой спутник связи любого подходящего типа. В некоторых примерах спутник 105 может находиться на геосинхронной или геостационарной земной орбите (GEO). В других примерах для спутника 105 можно использовать любую подходящую орбиту (например, низкую земную орбиту (LEO), среднюю земную орбиту (MEO) и т.д.). Спутник 105 может представлять собой многолучевой спутник, выполненный с возможностью обслуживания множества зон действия луча в предварительно заданной географической зоне обслуживания. В некоторых примерах спутниковая система 100 связи содержит множество спутников 105.
Шлюзовая антенная система 110 может быть выполнена с возможностью двухсторонней связи и обладать достаточной мощностью передачи и чувствительностью приема для надежной связи со спутниковой системой 100 связи. Спутниковая система 100 связи может осуществлять связь со шлюзовой антенной системой 110 посредством отправки и приема сигналов с использованием одного или более лучей 150. Шлюз 115 отправляет сигналы спутниковой системе 100 связи и принимает сигналы от нее с помощью шлюзовой антенной системы 110. Шлюз 115 соединен с одной или более сетями 120. Сети 120 могут содержать локальную сеть (LAN), региональную сеть (MAN), глобальную сеть (WAN) или любую другую подходящую публичную или частную сеть и могут быть подключены к другим коммуникационным сетям, таким как Интернет, телефонные сети (например, коммутируемая телефонная сеть общего пользования (PSTN) и т.п.) и т.д.
Летательный аппарат 130 содержит бортовую систему связи, содержащую антенную решетку 140, например массивы патч-антенн. Бортовая система связи летательного аппарата 130 может обеспечивать услуги связи для устройств связи летательного аппарата 130 посредством модема (не показан). Устройства связи могут подключаться и получать доступ к сетям 120 через модем. Например, мобильные устройства могут осуществлять связь с одной или более сетями 120 посредством сетевых подключений к модему, которые могут быть проводными или беспроводными. Беспроводное соединение может представлять собой, например, технологию беспроводной локальной сети (WLAN), такую как технология на основе стандартов Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) 802.11 (Wi-Fi), или другую технологию беспроводной связи.
Для связи со спутником 105 посредством одного или более лучей 160 в летательном аппарате 130 может быть использована антенная решетка 140. Антенная решетка 140 может быть установлена на внешней стороне фюзеляжа летательного аппарата 130. В некоторых случаях антенная решетка 140 может представлять собой фазированную антенную решетку. Фазированные антенные решетки могут быть выполнены с возможностью управления одним или более лучами 160 в определенных направлениях путем управления фазовыми и/или амплитудными соотношениями отдельных антенн фазированной антенной решетки. Например, антенная решетка 140 может быть выполнена с возможностью направления одного или более лучей 160 на спутник (например, для активного отслеживания спутника) во время работы. Антенную решетку 140 можно использовать для приема сигналов связи от спутника 105, передачи сигналов связи на спутник 105 или двунаправленной связи со спутником 105 (т.е. передачи и приема сигналов связи). Антенная решетка 140 может работать в полосах частот Международного союза по электросвязи (ITU) Ku, K или Ka, например от приблизительно 17 до 31 гигагерца (ГГц). В альтернативном варианте антенная решетка 140 может работать в других полосах частот, таких как C, X, S, L и т.п. Несмотря на то что в графических материалах изображена одна антенная решетка 140, в некоторых случаях для связи может быть использовано более одной антенной решетки 140.
Антенная решетка 140 может находиться внутри корпуса или оболочки, защищающих антенную решетку 140 от воздействия окружающей среды, которые могут быть выполнены из материала или материалов, по существу не ослабляющих сигналы связи. Кроме того, антенную решетку 140 можно использовать в других сферах применения, отличных от бортовой системы летательного аппарата 130, например на борту судов, транспортных средств или в наземных стационарных системах. В некоторых таких применениях может быть желательно использовать относительно недорогую архитектуру для фазированных антенных решеток, обеспечивающую надежную работу. Например, экономически эффективные фазированные антенные решетки могут способствовать экономичному их применению в жилых домах для спутниковой связи с использованием пользовательских терминалов, в коммерческих и личных автомобилях и т.д. Кроме того, в некоторых сферах применения, например для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и малых пилотируемых летательных аппаратов (например, региональных и бизнес самолетов), относительно меньшая и более компактная архитектура фазированной антенной решетки может обеспечивать сравнительно небольшой, более легкий и/или более экономичный продукт. Например, корпус фазированной антенной решетки может быть по существу меньше, чем радиопрозрачные кожухи, используемые для механически поворачиваемых пассивных антенных решеток.
Один из способов уменьшения размера и стоимости производства таких фазированных антенных решеток состоит в уменьшении размера и стоимости производства конструкции архитектуры схемы управления для фазированных антенных решеток. Схема управления фазированной антенной решетки может быть выполнена в одном или более слоях печатной платы. По мере усложнения архитектуры схемы управления и увеличения количества слоев печатной платы общая себестоимость фазированной антенной решетки также в целом увеличивается. Архитектура с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов может мультиплексировать сигналы управления множества распределенных схем управления и соответствующих антенных элементов с сигналом элемента для передачи или приема посредством антенных элементов по одному и тому же пути прохождения сигнала. Такая архитектура может, например, использовать относительно меньшее количество слоев печатной платы и может снижать общую сложность и стоимость производства указанных систем фазированной антенной решетки на базе печатной платы.
Методики, описанные в настоящем документе, обеспечивают архитектуру с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов, в которой используют общий путь прохождения сигнала как для сигналов управления, так и для сигналов элементов, для каждой из одной или более схем управления, распределенных по путям прохождения сигналов между сетью формирования луча и соответствующими отдельными антенными элементами фазированной антенной решетки. В описанной архитектуре с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов пути прохождения сигналов можно использовать для передачи сигнала управления, содержащего данные управления для схем управления, мультиплексированные (например, посредством частотного мультиплексирования (FDM) и т.п.) с сигналами элементов (например, радиочастотными (RF) сигналами) для передачи или приема посредством соответствующих антенных элементов. При этом один путь прохождения сигнала можно использовать как для сигналов управления, так и для сигналов элементов для каждого антенного элемента, вместо того чтобы, например, предусматривать отдельные выделенные пути прохождения сигналов управления и сигналов элементов. Например, как дополнительно описано ниже, один путь прохождения сигнала можно использовать для передачи информации управления, мультиплексированной с сигналами элементов, отравляемыми на соответствующие антенные элементы или от них. Например, сигнал управления может быть мультиплексирован с сигналом передающего элемента в том же направлении от сети формирования луча. В альтернативном варианте осуществления сигнал управления может быть мультиплексирован с сигналами приемного элемента, скомбинированными в сети формирования луча. В соответствии с описанными методиками сложность печатной платы, включая количество слоев печатной платы, может быть снижена, что приводит к снижению стоимости производства фазированной антенной решетки.
На фиг. 2 показана схема 200 примера архитектуры схемы с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов для фазированной антенной решетки в соответствии с аспектами настоящего описания. Фазированная антенная решетка может представлять собой пример одной или более антенных решеток 140, описанных со ссылкой на фиг. 1. Фазированная антенная решетка согласно фиг. 2 может представлять собой пример передающей фазированной антенной решетки для передачи сигналов связи на спутник 105, как описано со ссылкой на фиг. 1.
Как показано на фиг. 2, архитектура схемы содержит первую схему 205-a маршрутизации, сеть 210-а формирования луча, множество схем 215 управления и множество антенных элементов 220. В примере на фиг. 2 показана первая схема 215-a управления и соответствующий первый антенный элемент 220-a, а также вторая схема 215-b управления и соответствующий второй антенный элемент 220-b. Однако следует понимать, что любое количество N схем 215 управления для антенных элементов 220 может быть реализовано аналогичным образом. Таким образом, первая схема 215-а управления иногда может называться «схемой 1 управления», а вторая схема 215-b управления иногда может называться «схемой N управления». Сигналы элементов, передаваемые посредством антенных элементов 220, могут быть скомпонованы с образованием антенного луча с требуемыми характеристиками (например, отдельные сигналы элементов, передаваемые через каждый антенный элемент 220, могут быть сконфигурированы с определенной фазой и/или амплитудой по отношению к отдельным сигналам элементов, передаваемым через другие антенные элементы 220, для наведения антенного луча в нужном направлении). Как показано на фиг. 2, между схемами 215 управления и антенными элементами 220 существует соответствие один к одному (т.е. с каждым антенным элементом 220 соединена своя, отличная от других схема 215 управления). Однако следует понимать, что в некоторых случаях одну схему 215 управления может совместно использоваться множеством антенных элементов 220 (т.е. одна схема 215 управления может быть соединена со множеством антенных элементов 220 и может обеспечивать для них соответствующую сигнализацию).
Как описано выше, фазированная антенная решетка может представлять собой антенную систему на базе печатной платы, в которой фазированная антенная решетка и соответствующая архитектура управления напечатаны или иным образом сформированы на одном или более слоях печатной платы. Печатная плата может содержать пути прохождения сигналов на одном или более слоях печатной платы (например, проводящие линии, дорожки, перемычки, соединяющие дорожки на разных слоях или плоскостях печатной платы). Например, путь прохождения сигнала может содержать линию передачи печатной платы, состоящую из одной или более проводящих линий и плоскости заземления или линий заземления. Как описано в настоящем документе, слой может обозначать один слой проводящего материала (который может содержать проводящие линии и/или одну или более плоскостей заземления и/или одну или более линий заземления). Например, двухслойная печатная плата может содержать два слоя проводящего материала, разделенные диэлектрической подложкой, а четырехслойная печатная плата может содержать четыре слоя проводящего материала, разделенные тремя диэлектрическими подложками и т.д. Число слоев проводящих сигнальных линий и линий заземления или плоскостей, образующих линию передачи на печатной плате, может варьироваться в зависимости от типа линии передачи (например, микрополоска, полоска, копланарный волновод и т.д.). Например, линия передачи на печатной плате может содержать один слой проводящей линии и одну или более линий заземления или плоскостей в том же слое, что и слой проводящей линии, либо в различных слоях. Пути прохождения сигнала могут передавать сигналы, такие как сигналы управления, сигналы лучей, сигналы элементов и т.п., между соединенными компонентами или портами, и пути прохождения сигналов могут содержать одну или более линий передачи печатной платы, которые находятся в одном или разных слоях.
При конфигурации в качестве передающей фазированной антенной решетки фазированная антенная решетка может быть выполнена с возможностью передачи луча с требуемым направлением угла сканирования относительно линии визирования (например, в направлении отслеживания целевого спутника). Первая схема 205-а маршрутизации (например, диплексор или другой мультиплексор либо схему маршрутизации сигнала другого типа) может принимать от, например, процессора передачи сигнал 236-а передающего луча, который должен передаваться фазированной антенной решеткой как передающий луч. Первая схема 205-a маршрутизации может дополнительно принимать данные 226-а управления от контроллера 225-a. Данные 226-а управления могут указывать регулирующие значения (например, амплитуду и/или фазу) для одной или более из N схем 215 управления, которые должны применяться соответствующими схемами управления (как рассмотрено ниже) для передачи передающего луча в требуемом направлении угла сканирования.
Фазированная антенная решетка может содержать модулятор 230-a (например, модулятор амплитудной манипуляции (ASK) или модулятор фазовой манипуляции (PSK)), который модулирует данные 226-а управления для получения сигнала 231-а управления. Модулятор 230-а может модулировать данные 226-а управления, полученные от контроллера 225-a, и передавать модулированный сигнал 231-а управления на первую схему 205-а маршрутизации. В некоторых случаях модулятор 230-a может быть реализован внутри или в качестве компонента контроллера 225-a. В некоторых случаях сигнал 231-а управления и сигнал 236-а передающего луча могут занимать различные, не перекрывающиеся диапазоны частот. Мультиплексор первой схемы 205-а маршрутизации может мультиплексировать сигнал 236-a передающего луча (имеющий центральную частоту ftx) и сигнал 231-а управления (имеющий центральную частоту fc), используя, например, FDM, для формирования композитного мультиплексированного сигнала 241-a, содержащего сигнал 236-a передающего луча и сигнал 231-а управления. Возможны различные варианты реализации первой схемы 205-а маршрутизации. Например, на фиг. 2 первая схема 205-a маршрутизации представляет собой диплексор (например, мультиплексор с двумя входами), содержащий два полосовых фильтра 235 — по одному для каждого входного сигнала. Первый полосовой фильтр 235-а может пропускать сигналы первого диапазона частот, причем первый диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала 236-a передающего луча. Сигнал 236-a передающего луча может представлять собой, например, модулированный сигнал передающего луча с модулирующим сигналом передающего луча, модулированным несущей частотой ftx для сигнала передающего луча. Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная ftx, центральная частота первого полосового фильтра может не совпадать с несущей частотой ftx для сигнала передающего луча, при условии что первый диапазон частот пропускает сигнал 236-a передающего луча (например, в то же время исключая сигнал 231-a управления). Второй полосовой фильтр 235-b может пропускать сигналы в пределах второго диапазона частот, причем второй диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала 231-а управления. Сигнал 231-а управления может представлять собой, например, модулированный сигнал управления с данными 226-a управления, модулированными несущей частотой fc для сигнала управления, причем несущая частота для сигнала управления отличается от несущей частоты для сигнала передающего луча. Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная fc, центральная частота второго полосового фильтра может не совпадать с несущей частотой fc для сигнала управления, при условии что второй диапазон частот пропускает сигнал 231-a управления (например, в то же время исключая сигнал 236-a передающего луча).
В качестве альтернативы в других вариантах осуществления, в которых несущая сигнала 231-а управления имеет более низкую частоту, чем несущая сигнала 236-а передающего луча, вместо первого полосового фильтра 235-а может быть сформирован путь прохождения сигналов высокой частоты, а вместо второго полосового фильтра 235-b — путь прохождения сигналов низкой частоты. Путь прохождения сигналов высокой частоты может быть сформирован таким образом (например, с использованием дорожек печатной платы), чтобы пропускать сигналы диапазона более высоких частот, причем указанный диапазон более высоких частот достаточен для сигнала 236-a передающего луча (например, модулированного сигнала передающего луча). Путь прохождения сигналов низкой частоты может быть сформирован (например, с использованием таких компонентов, как конденсаторы и индукторы) таким образом, чтобы пропускать сигналы диапазона более низких частот, причем указанный диапазон более низких частот достаточен для сигнала 231-a управления (например, модулированного сигнала управления).
Первая схема 205-a маршрутизации может подавать композитный мультиплексированный сигнал 241-a, включая сигнал 236-а передающего луча, мультиплексированный с сигналом 231-а управления, на общий порт 240-a сигналов сети 210-а формирования луча. Сеть 210-а формирования луча может содержать одну или более ступеней делителей печатной платы (например, равных и/или неравных, синфазных и/или со смещением по фазе или комбинацию), которые делят композитный мультиплексированный сигнал 241-a для получения отдельных выходных сигналов 246 (например, выходного сигнала 246-а и выходного сигнала 246-b) в соответствующих выходных портах 245 сигналов элементов (например, порте 245-a сигнала элемента и порте 245-b сигнала элемента) сети 210-а формирования луча. Таким образом, сеть 210-a формирования луча может делить композитный мультиплексированный сигнал 241-a на отдельные выходные сигналы 246, причем каждый отдельный выходной сигнал 246 содержит отдельный сигнал элемента и отдельный сигнал управления, которые являются копиями сигнала 236-а передающего луча и сигнала 231-а управления соответственно. Одна или более ступеней делителей печатной платы могут обеспечивать относительные сдвиги по амплитуде и/или фазе между отдельными сигналами элементов отдельных выходных сигналов 246 в рамках общего формирования луча фазированной антенной решетки. В этом случае отдельные сигналы управления отдельных выходных сигналов 246 также могут испытывать относительные сдвиги по амплитуде и/или фазе, вызванные одной или более ступенями делителей печатной платы. Однако такие относительные сдвиги по амплитуде и/или фазе применяют к несущим отдельных сигналов управления и, таким образом, не влияют на данные 226-a управления. Кроме того, эти сдвиги могут не влиять на восстановление несущей отдельных сигналов управления для синхронизации (как рассмотрено ниже), поскольку требуемая точность может быть значительно меньше, чем требуется для отдельных сигналов элементов. Данные 226-а управления могут содержать информацию для каждой из схем 215 управления (например, последовательные данные), и сеть 210-а формирования луча может копировать данные 226-a управления (например, деля композитный мультиплексированный сигнал 241-a, включая сигнал 231-а управления, несущий данные 226-а управления) в каждый из портов 245 сигналов элементов, соответствующих каждому из антенных элементов 220. Отдельные сигналы элементов, включенные в каждый отдельный выходной сигнал 246 на соответствующих портах 245 сигналов элементов, могут впоследствии регулироваться соответствующей схемой 215 управления, соединенной с соответствующим портом 245 сигнала элемента, и передаваться соответствующим антенным элементом 220.
Каждый из отдельных выходных сигналов 246 на портах 245 сигналов элементов может содержать отдельный сигнал элемента (например, копию сигнала 236-a передающего луча), мультиплексированный с отдельным сигналом управления (например, копией сигнала 231-а управления). Соответствующая схема 215 управления может использовать отдельный сигнал управления для применения соответствующей регулировки (например, амплитуды и/или фазы) к соответствующему отдельному сигналу элемента. Таким образом, сеть 210-а формирования луча может делить композитный мультиплексированный сигнал 241-a для формирования отдельных выходных сигналов 246 на каждом порте 245 сигнала элемента, каждый из которых содержит отдельный сигнал управления и отдельный сигнал элемента. Путем мультиплексирования сигнала луча и сигнала управления сеть 210-а формирования луча можно использовать для формирования и распределения сигналов элементов и сигналов управления, указывающих данные управления для соответствующего сигнала элемента для каждой схемы 215 управления. При этом один путь прохождения сигнала можно использовать как для сигналов управления, так и для сигналов элементов для каждого антенного элемента в сети 210-а формирования луча, вместо того чтобы, например, предусматривать отдельные выделенные линии для сигналов управления и сигналов элементов. Таким образом, сложность печатной платы, включая количество слоев печатной платы, может быть снижена, что приводит к снижению стоимости производства фазированной антенной решетки.
Каждая схема 215 управления может содержать первый порт 248 (например, первый порт 248-a и первый порт 248-b), соединенный с соответствующим портом 245 сигнала элемента сети 210-a формирования луча, и второй порт 249 (например, второй порт 249-а и второй порт 249-b), соединенный с соответствующим антенным элементом 220 (или в некоторых случаях со множеством антенных элементов 220). Каждая схема 215 управления может содержать вторую схему 250 маршрутизации (например, диплексор или другой мультиплексор или схему маршрутизации сигнала другого типа), которая устанавливает путь 251 прохождения сигнала элемента (например, путь 251-a прохождения сигнала элемента и путь 251-b прохождения сигнала элемента) между первым портом 248 и вторым портом 249 схемы 215 управления и путь прохождения 252 сигнала управления (например, путь 252-a прохождения сигнала управления и путь 252-b прохождения сигнала управления) между первым портом 248 схемы 215 управления и схемой 265 регулирования.
Как показано на фиг. 2, каждая из вторых схем 250 маршрутизации является диплексором, который демультиплексирует (например, путем частотного демультиплексирования) принятый отдельный выходной сигнал в соответствующие отдельные сигналы элемента и управления. Как соответствующим образом описано со ссылкой на первую схему 205-а маршрутизации, которая мультиплексирует сигналы, вторая схема 250 маршрутизации может выполнять аналогичные обратные операции, используя аналогичные компоненты для демультиплексирования сигналов. Например, вторая схема 250-a маршрутизации может содержать первый полосовой фильтр 235-c и второй полосовой фильтр 235-d для сигнала элемента и сигнала управления соответственно. Таким образом, первый полосовой фильтр 235-c может пропускать сигналы в пределах первого диапазона частот, причем первый диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала элемента (например, модулированного сигнала передающего луча). Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная ftx, центральная частота первого полосового фильтра 235-с может не совпадать с несущей частотой ftx для сигнала элемента, при условии что первый диапазон частот пропускает сигнал элемента (например, в то же время исключая сигнал 231-a управления). Второй полосовой фильтр 235-d может пропускать сигналы в пределах второго диапазона частот, причем второй диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала 231-а управления (например, модулированного сигнала управления). Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная fc, центральная частота второго полосового фильтра 235-d может не совпадать с несущей частотой fc для сигнала управления, при условии что второй диапазон частот пропускает сигнал 231-a управления (например, в то же время исключая сигнал элемента). Аналогично вторая схема 250-b маршрутизации может содержать первый полосовой фильтр 235-е и второй полосовой фильтр 235-f для сигнала элемента и сигнала управления соответственно. Как описано выше со ссылкой на первую схему 205 маршрутизации, можно использовать другие возможные реализации, включая использование других дорожек печатной платы, компонентов, включая фильтры верхних и нижних частот, конденсаторы, катушки индуктивности и т.п.
В первой схеме 215-а управления путь 252-а прохождения сигнала управления может подавать сигнал управления на демодулятор 255-а и декодер 260-а адресов. Демодулятор 255-а может демодулировать сигнал управления, передаваемый по пути 252-а прохождения сигнала управления, для получения информации управления. Информация управления может содержать команды для каждой из схем 215 управления, которые распределяются каждой из схем 215 управления сети 210-a формирования луча. Команды для разных схем 215 управления могут передаваться последовательно в информации управления. Таким образом, в дополнение к приему своих собственных данных управления схема 215-a управления может принимать и демодулировать информацию управления для каждой из других схем 215 управления (например, для схемы 215-b управления). Информация управления может содержать адресную информацию (например, в заголовке), идентифицирующую адрес конкретной схемы 215 управления, для которой предназначена соответствующая информация управления. Декодер 260-a адресов может сравнивать известный адрес (как дополнительно рассмотрено ниже) схемы 215-a управления с информацией об адресе в данных 226-a управления, чтобы идентифицировать информацию управления, предназначенную для конкретной схемы 215-а управления, и передавать идентифицированную информацию управления по пути 253-а прохождения сигнала в соответствующую схему 265-а регулирования. Вторая схема 215-b управления может работать аналогично первой схеме 215-a управления, и вторая схема 215-b управления аналогично содержит демодулятор 255-b, декодер 260-b адресов и схему 265-b регулирования (например, чтобы аналогичным образом предоставлять идентифицированную информацию управления по пути 253-b прохождения сигнала в схему 265-b регулирования).
Каждая из схем 265 регулирования (например, схема 265-а регулирования и схема 265-b регулирования) может содержать один или более элементов схемы (например, один или более фазовращателей 270, один или более усилителей 275 и т.д.) для предоставления на основе идентифицированной информации управления (например, коэффициенты луча и т.д.) соответствующих регулировок амплитуды и/или фазы для соответствующих сигналов элементов. На фиг. 2 приведен вид с разбивкой схемы регулирования 265-а. В проиллюстрированном примере схема 265-a регулирования содержит фазовращатель 270-a, который применяет фазовый сдвиг к соответствующему сигналу элемента, как указано информацией управления. В проиллюстрированном примере схема 265-a регулирования дополнительно содержит усилитель 275-a, усиливающий сдвинутый по фазе сигнал от фазовращателя, как указано информацией управления, для формирования отрегулированного сигнала элемента. Отрегулированный сигнал элемента может быть подан через второй порт 249 схемы 215 управления на соответствующий антенный элемент 220 для передачи. Схема 265-a регулирования может работать аналогично, регулируя и подавая сигнал элемента на второй антенный элемент 220-b. Передачи отрегулированных сигналов элементов каждым из антенных элементов 220 фазированной антенной решетки вместе создают передающий луч, передаваемый в требуемом направлении угла сканирования (например, в направлении целевого спутника или другого приемного устройства).
Описаны различные методики назначения адресов и методики, с помощью которых декодеры 260 адресов каждой из схем 215 управления могут определять соответственно назначенные им адреса. В одном из примеров реализации все схемы 215 управления на антенной решетке могут быть одинаковыми. Таким образом, конкретные схемы 215 управления могут не иметь предварительно сконфигурированной информации или другой отличительной информации или признаков, которые можно было бы использовать для определения их соответственно назначенных адресов перед установкой в их соответствующие места расположения на печатной плате антенной решетки. В этом случае различные местоположения на печатной плате антенной решетки могут содержать различные признаки, указывающие схему адресации по всей решетке. Эти признаки могут использовать декодеры 260 адресов для определения адресов, назначенных соответствующей схеме 215 управления.
В одном примере реализации адреса схем 215 управления могут быть установлены с использованием привязки адресации к увеличению/снижению или размыканию/замыканию. Например, конкретная схема 215 управления может содержать множество адресных контактов и размещаться в определенном месте на печатной плате антенной решетки. В некоторых случаях можно настроить конфигурацию по умолчанию для адресных контактов путем увеличения значения (например, посредством внутреннего резистора схемы 215 управления), и, в соответствии с местоположением на печатной плате, уникальная комбинация заземленных переходов может уменьшать значение на конкретных адресных контактах. Например, первый набор адресных контактов может соответствовать адресу строки схемы 215 управления, а второй набор контактов может соответствовать адресу столбца схемы 215 управления. Результирующая последовательность адресных контактов с увеличенным или уменьшенным значением может затем указывать уникальный адрес данной схемы 215 управления.
В дополнительном или альтернативном варианте осуществления каждая схема 215 управления может распознавать свой собственный адрес, считывая уровни напряжения адреса, например, используя аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Например, как дополнительно описано со ссылкой на фиг. 8, элементы делителя напряжения (например, резисторные делители напряжения) для каждой из строк и столбцов могут делить напряжение питания, и соответствующие напряжения по строкам и столбцам могут считываться АЦП в схемах 215 управления. Печатная плата антенной решетки может содержать один элемент делителя напряжения на строку, который делит подаваемое напряжение на соответствующее напряжение строки, указывающее конкретную строку, и один элемент делителя напряжения на столбец, который делит подаваемое напряжение на соответствующее напряжение по столбцам, указывающее столбец. Каждая схема 215 управления может также содержать контакт адреса строки, который принимает соответствующее напряжение в строках, и контакт адреса столбца, который принимает соответствующее напряжение по столбцам. Затем АЦП можно использовать для считывания этих напряжений на контактах адреса строк и столбцов. Такое решение может уменьшить количество используемых резисторов по сравнению с некоторыми другими методиками. Кроме того, в данной описанной реализации можно использовать относительно меньшее количество контактов по сравнению с использованием привязки адресов с увеличением/снижением или размыканием/замыканием, что может уменьшить площадь или стоимость печатной платы для каждой схемы 215 управления.
В некоторых случаях адреса схем 215 управления могут быть выбраны (например, с использованием последовательных адресов строк и столбцов), так что если схема управления применяет информацию управления (например, конкретные коэффициенты регулирования луча для амплитуды и/или фазы) для неправильно декодированного адреса, информация управления, применяемая схемой управления, вероятно, предназначена для одной из смежных схем 215 управления. В некоторых случаях адресация строк и столбцов может обеспечивать, что адреса последовательных строк или столбцов не отличаются более чем на один бит (например, расстояние Хэмминга равно 1 (единице)), и что любые две строки или столбца, которые не являются последовательными, имеют более одного отличающегося бита (например, расстояние Хэмминга больше 1 (единицы)). В этом случае, если схема 215 управления неправильно декодирует адрес в результате однобитовой ошибки, схема 215 управления будет применять регулировку (например, фазы и/или амплитуды), предназначенную для ее ближайшей смежной схемы 215 управления по строке и/или столбцу, что не может по существу ухудшить эффективность формирования радиочастотного луча некоторых антенных решеток. Например, по эффективности это может быть аналогично тому, когда группа антенных элементов антенной решетки вдвое больше, как в случае если неправильный адрес не использовался бы в антенной решетке. В некоторых случаях адрес данных управления может быть закодирован с одним или более битов исправления ошибок для уменьшения вероятности неправильного декодирования адреса. Например, адрес данных управления может быть передан с использованием линейного блокового кода, такого как код Хэмминга, код Рида — Соломона и т.п.
В некоторых случаях схемы 215 управления и контроллер 225-а могут поддерживать двунаправленную связь. Например, каждая из схем 215 управления также может иметь модулятор (не показан), который может быть частью демодулятора 255 или отдельным компонентом. Контроллер 225-а может отправлять команду на считывание сконфигурированного значения (например, информации управления) от одной из схем 215 управления, и схема 215 управления, являющаяся адресатом, может затем отвечать, модулируя сигнал с ответом (например, сконфигурированным значением) и мультиплексируя модулированный сигнал в отдельный выходной сигнал 246 на соответствующем порте 245 сигнала элемента. Затем модулированный сигнал может быть перенесен через сеть 210-a формирования луча и первую схему 205-a маршрутизации в контроллер 225-a, который после этого может демодулировать сигнал и декодировать ответ. Таким образом, двунаправленная связь может позволять проверять конфигурацию схем 215 управления или считывать другую информацию о состоянии из схем 215 управления для целей тестирования или отладки.
В некоторых случаях демодуляторы 255 могут восстанавливать несущую (например, несущую сигнала управления) для генерации тактового сигнала для синхронизации различных схем 215 управления. Например, демодулятор 255-a может использовать контур восстановления несущей или другие методики восстановления несущей (например, компенсацию разности частот и/или фаз между несущей сигнала управления и локальным осциллятором). Затем демодулятор 255-а может устанавливать тактовый сигнал на основе восстановленной формы сигнала. Таким образом, тактовый сигнал может быть синхронизирован между каждой из схем 215 управления фазированной антенной решетки. Таким образом, сигнал управления может использовать когерентную модуляцию, а синхронизированные тактовые сигналы в демодуляторах 255 могут использовать когерентную демодуляцию для демодуляции сигнала управления 231-a.
На фиг. 3 показана схема примера 300 сети 305 формирования луча архитектуры схемы с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов для фазированной антенной решетки в соответствии с аспектами настоящего описания. Сеть формирования луча, показанная на фиг. 3, может представлять собой пример сетей формирования луча, описанных по меньшей мере со ссылкой на фиг. 2 и 4–7.
Для сети 305 формирования луча показан общий порт 310, который может представлять собой пример общего входного порта сигналов, как описано со ссылкой на фиг. 2. В сети 305 формирования луча также показано несколько портов 315 элементов, обозначенных как «порт 1 элемента» — «порт N элемента», которые могут соответствовать количеству схем управления от 1 до N, как описано со ссылкой на фиг. 2. Порты 315 элементов могут представлять собой примеры портов сигналов элементов, описанных со ссылкой на фиг. 2.
В примере схемы 300 сети 305 формирования луча показаны три ступени объединителей/делителей (например, объединители/делители печатной платы, сформированные на печатной плате). Таким образом, входной сигнал, принятый через общий порт 310, может быть разделен в первый раз на два сигнала, затем каждый сигнал может быть разделен последовательно еще два раза, чтобы сформировать выходные сигналы восьми изображенных портов 315 элементов. И наоборот, сигналы, принятые в восьми портах 315 элементов, могут быть объединены сетью 305 формирования луча для формирования объединенного сигнала в общем порте 310. В некоторых случаях эти объединители/делители могут быть равными и/или неравными, синфазными и/или несинфазными или любой их комбинацией. Однако следует понимать, что это только один пример сети объединителей/делителей печатной платы, и что сеть 305 формирования луча может содержать меньшее или большее количество таких объединителей/делителей в различных конфигурациях.
На фиг. 4 показана схема 400 примера архитектуры схемы с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов для фазированной антенной решетки в соответствии с аспектами настоящего описания. Фазированная антенная решетка может представлять собой пример одной или более антенных решеток 140, описанных со ссылкой на фиг. 1, и архитектуры схемы распределенных мультиплексированных сигналов управления и элементов для фазированной антенной решетки, описанной со ссылкой на фиг. 2. Фазированная антенная решетка согласно ФИГ. 4 может представлять собой пример передающей фазированной антенной решетки для передачи сигналов связи на спутник 105, описанной со ссылкой на фиг. 1, и архитектуры схемы распределенных мультиплексированных сигналов управления и элементов для фазированной антенной решетки, описанной со ссылкой на фиг. 2.
Архитектура схемы для фазированной антенной решетки на фиг. 4 может работать по существу таким же образом с аналогичными или соответствующими компонентами, как описано со ссылкой на фиг. 2, за исключением других случаев, описанных в настоящем документе. На фиг. 4 фазированная антенная решетка, в дополнение к несущему лучу, сигналам элементов и управления, содержит источник 405 питания, генерирующий сигнал 408 мощности, который может переноситься по путям прохождения сигналов и мультиплексироваться с лучом, сигналами элементов и управления.
Как показано на фиг. 4, архитектура схемы содержит первую схему 205-b маршрутизации, сеть 210-b формирования луча, множество схем 215 управления и множество антенных элементов 220. В примере на фиг. 4 показана первая схема 215-с управления и соответствующий первый антенный элемент 220-с, а также вторая схема 215-d управления и соответствующий второй антенный элемент 220-d. Однако следует понимать, что любое количество N схем 215 управления для антенных элементов 220 может быть реализовано аналогичным образом. Как показано на фиг. 4, между схемами 215 управления и антенными элементами 220 существует соответствие один к одному (т.е. с каждым антенным элементом 220 соединена своя, отличная от других схема 215 управления). Однако следует понимать, что в некоторых случаях одну схему 215 управления может совместно использоваться множеством антенных элементов 220 (т.е. одна схема 215 управления может быть соединена со множеством антенных элементов 220 и может обеспечивать для них соответствующую сигнализацию). Каждый из компонентов может быть соединен через путь прохождения сигнала.
Первая схема 205-b маршрутизации (например, диплексор или другой мультиплексор либо схема маршрутизации сигнала другого типа) может принимать от, например, процессора передачи сигнал 236-b передающего луча, который должен передаваться фазированной антенной решеткой как передающий луч. Первая схема 205-b маршрутизации может дополнительно принимать данные 226-b управления от контроллера 225-a. Данные 226-b управления могут указывать регулирующие значения (например, амплитуду и/или фазу) для одной или более из N схем 215 управления, которые должны применяться соответствующими схемами управления для передачи передающего луча в требуемом направлении угла сканирования.
Фазированная антенная решетка может содержать модулятор 230-b, который модулирует данные 226-b управления для получения сигнала 231-b управления. Модулятор 230-b может модулировать данные 226-b управления, полученные от контроллера 225-b, и передать модулированный сигнал 231-b управления в первую схему 205-b маршрутизации. В некоторых случаях модулятор 230-b может быть реализован внутри или в качестве компонента контроллера 225-b. Мультиплексор первой схемы 205-b маршрутизации может мультиплексировать сигнал 236-b передающего луча (имеющий центральную частоту ftx) и сигнал 231-b управления (имеющий центральную частоту fc) для формирования композитного мультиплексированного сигнала 241-b, содержащего сигнал 236-b передающего луча и сигнал 231-b управления. На фиг. 4 первая схема 205-b маршрутизации представляет собой диплексор, содержащий два полосовых фильтра 235 — по одному для каждого входа. Т.е. первый полосовой фильтр 235-g может пропускать сигналы в пределах первого диапазона частот, причем первый диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала 236-b передающего луча (например, модулированного сигнала передающего луча). Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная ftx, центральная частота первого полосового фильтра 235-g может не совпадать с несущей частотой ftx для сигнала передающего луча, при условии что первый диапазон частот пропускает сигнал 236-b передающего луча (например, в то же время исключая сигнал 231-b управления). Второй полосовой фильтр 235-h может пропускать сигналы в пределах второго диапазона частот, причем второй диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала 231-b управления (например, модулированного сигнала управления). Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная fc, центральная частота второго полосового фильтра 235-h может не совпадать с несущей частотой fc для сигнала управления, при условии что второй диапазон частот пропускает сигнал 231-b управления (например, в то же время исключая сигнал 236-b передающего луча). Можно использовать различные варианты осуществления первой схемы 205-b маршрутизации, как описано выше.
Первая схема 205-b маршрутизации может дополнительно принимать сигнал 408 мощности от источника 405 питания. На фиг. 4 источник 405 питания (например, источник постоянного тока или другой источник напряжения или источник тока) формирует сигнал 408 мощности (например, сигнал постоянного тока). Сигнал 408 мощности может проходить через катушку 410-а индуктивности (или дроссельный элемент другого типа) в первой схеме 205-b маршрутизации. Катушка индуктивности может блокировать прохождение сигнала 231-b управления и сигнала 236-b передающего луча по пути прохождения сигнала к источнику 405 питания. Первая схема 205-b маршрутизации может дополнительно содержать блокировочный конденсатор 415-a, который блокирует сигнал 408 мощности от путей прохождения сигнала 236-b луча и сигнала 231-b управления. Первая схема 205-b маршрутизации может подавать на выход композитный мультиплексированный сигнал 241-b, содержащий каждый из сигнала 236-b передающего луча, сигнала 231-b управления и сигнала 408 мощности.
Первая схема 205-b маршрутизации может подавать композитный мультиплексированный сигнал 241-b, содержащий сигнал 236-b передающего луча, мультиплексированный с сигналом 231-b управления, на общий порт 240-b сигналов сети 210-b формирования луча. Сеть 210-b формирования луча может содержать одну или более ступеней делителей печатной платы, которые делят композитный мультиплексированный сигнал 241-b для получения отдельных выходных сигналов 246 (например, выходного сигнала 246-с и выходного сигнала 246-d) на соответствующих выходных портах 245 сигналов элементов (например, порте 245-с сигнала элемента и порте 245-d сигнала элемента) сети 210-b формирования луча. Таким образом, сеть 210-b формирования луча может делить композитный мультиплексированный сигнал 241-b на отдельные выходные сигналы 246, причем каждый отдельный выходной сигнал 246 содержит отдельный сигнал элемента и отдельный сигнал управления, которые являются копиями сигнала 236-b передающего луча и сигнала 231-b управления соответственно. Одна или более ступеней делителей печатной платы могут обеспечивать относительные сдвиги по амплитуде и/или фазе между отдельными сигналами элементов отдельных выходных сигналов 246 в рамках общего формирования луча фазированной антенной решетки. В этом случае отдельные сигналы управления отдельных выходных сигналов 246 также могут испытывать относительные сдвиги по амплитуде и/или фазе, вызванные одной или более ступенями делителей печатной платы. Однако такие относительные сдвиги по амплитуде и/или фазе применяют к несущим отдельных сигналов управления и, таким образом, не влияют на данные 226-b управления. Кроме того, эти сдвиги могут не влиять на восстановление несущей отдельных сигналов управления для синхронизации (как рассмотрено ниже), поскольку требуемая точность может быть значительно меньше, чем требуется для отдельных сигналов элементов. Данные 226-b управления могут содержать информацию для каждой из схем 215 управления (например, последовательные данные), и сеть 210-b формирования луча может копировать данные 226-b управления, принятые на общем порте 240-b сигналов (например, деля композитный мультиплексированный сигнал 241-b, содержащий сигнал 231-а управления, несущий данные 226-b управления) в каждый из портов 245 сигналов элементов, соответствующих каждому из антенных элементов 220. Отдельные сигналы элементов, включенные в каждый отдельный выходной сигнал 246 на соответствующих портах 245 сигналов элементов, могут впоследствии регулироваться соответствующей схемой 215 управления, соединенной с соответствующим портом 245 сигнала элемента, и передаваться соответствующим антенным элементом 220.
Каждый из отдельных выходных сигналов 246 на портах 245 сигналов элементов может содержать отдельный сигнал элемента (например, копию сигнала 236-b передающего луча), мультиплексированный с отдельным сигналом управления (например, копией сигнала 231-b управления), и сигнал 408 мощности. Соответствующая схема 215 управления может использовать сигнал управления для применения соответствующей регулировки (например, амплитуды и/или фазы) к соответствующему сигналу элемента. Т.е. сеть 210-b формирования луча может делить композитный мультиплексированный сигнал 241-b для формирования отдельных сигналов управления и отдельных сигналов элементов в каждом порте 245 сигнала элемента. Отдельные сигналы управления могут быть мультиплексированы с соответствующими сигналами элементов для формирования мультиплексированных отдельных выходных сигналов 246. Путем мультиплексирования сигнала луча и сигнала управления сеть 210-b формирования луча можно использовать для формирования и распределения сигналов элементов и сигналов управления, указывающих данные управления для соответствующего сигнала элемента для каждой схемы 215 управления.
Каждая схема 215 управления может содержать первый порт 248 (например, первый порт 248-с и первый порт 248-d), соединенный с соответствующим портом 245 сигнала элемента сети 210-b формирования луча, и второй порт 249 (например, второй порт 249-с и второй порт 249-d), соединенный с соответствующим антенным элементом 220. Каждая схема 215 управления может содержать вторую схему 250 маршрутизации (например, диплексор или другой мультиплексор или схему маршрутизации сигнала другого типа), которая устанавливает путь 251 прохождения сигнала элемента (например, путь 251-с прохождения сигнала элемента и путь 251-d прохождения сигнала элемента) между первым портом 248 и вторым портом 249 схемы 215 управления и путь прохождения 252 сигнала управления (например, путь 252-с прохождения сигнала управления и путь 252-d прохождения сигнала управления) между первым портом 248 схемы 215 управления и схемой 265 регулирования.
Как показано на фиг. 4, каждая из вторых схем 250 маршрутизации является диплексором, который демультиплексирует принятый отдельный выходной сигнал в соответствующие отдельные сигналы элемента и управления. Как соответствующим образом описано со ссылкой на первую схему 205-b маршрутизации, которая мультиплексирует сигналы, вторые схемы 250 маршрутизации могут выполнять аналогичные обратные операции, используя аналогичные компоненты для демультиплексирования сигналов. Например, вторая схема 250-с маршрутизации может содержать первый полосовой фильтр 235-i и второй полосовой фильтр 235-j для сигнала элемента и сигнала управления соответственно. Аналогично вторая схема 250-d маршрутизации может содержать первый полосовой фильтр 235-k и второй полосовой фильтр 235-l для сигнала элемента и сигнала управления соответственно. Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная ftx, центральная частота первых полосовых фильтров 235-i и 235-k может не совпадать несущей с частотой ftx для сигнала передающего луча, при условии что они пропускают сигнал элемента (например, в то же время исключая сигнал управления). Аналогично, центральная частота вторых полосовых фильтров 235-j и 235-l показана равной fc, но она может не совпадать с несущей частотой fc для сигнала управления, при условии, что они пропускают сигнал управления (например, в то же время исключая сигнал элемента). Как описано выше, можно использовать различные возможные реализации вторых схем 250 маршрутизации, включая, например, использование других дорожек печатной платы, компонентов, включая фильтры верхних и нижних частот, конденсаторы, катушки индуктивности и т.п.
В некоторых случаях каждая из схем 215 управления может содержать развязывающее устройство, которое разделяет мультиплексированный сигнал мощности, чтобы получать сигнал мощности для подачи питания на схемы 215 управления и другие компоненты. Вторые схемы 250 маршрутизации в каждой из схем 215 управления могут содержать катушки 410 индуктивности (например, катушку 410-b индуктивности и катушку 410-c индуктивности) или дроссельный элемент другого типа, который пропускает сигнал мощности, который затем может быть подан на различные другие компоненты схемы 215 управления для обеспечения питания других компонентов. Вторые схемы 250 маршрутизации могут также содержать блокировочные конденсаторы 415 (например, конденсатор 415-b и конденсатор 415-c), которые блокируют сигнал 408 мощности от путей прохождения сигналов к соответствующим антенным элементам 220.
Например, в первой схеме 215-с управления путь 252-с прохождения сигнала управления может подавать сигнал управления на демодулятор 255-с и декодер 260-с адресов. Демодулятор 255-с может демодулировать сигнал управления, передаваемый по пути 252-с прохождения сигнала управления, для получения информации управления. Информация управления может содержать команды для каждой из схем 215 управления, которые распределяются каждой из схем 215 управления сети 210-b формирования луча. Команды для разных схем 215 управления могут передаваться последовательно в информации управления. Таким образом, в дополнение к приему своих собственных данных управления схема 215-с управления может принимать и демодулировать информацию управления для каждой из других схем 215 управления (например, для схемы 215-d управления). Информация управления может содержать адресную информацию (например, в заголовке), идентифицирующую адрес конкретной схемы 215 управления, для которой предназначена соответствующая информация управления. Декодер 260-с адресов может сравнивать известный адрес (как дополнительно рассмотрено ниже) схемы 215-с управления с информацией об адресе в данных 226-b управления, чтобы идентифицировать информацию управления, предназначенную для конкретной схемы 215-с управления, и передать идентифицированную информацию управления по пути 253-с прохождения сигнала в соответствующую схему 265-с регулирования. Вторая схема 215-d управления может работать аналогично первой схеме 215-с управления, и вторая схема 215-b управления аналогично содержит демодулятор 255-d, декодер 260-d адресов и схемы 265-d регулирования (например, чтобы аналогичным образом предоставлять идентифицированную информацию управления по пути 253-d прохождения сигнала в схему 265-d регулирования).
Каждая из схем 265 регулирования (например, схема 265-с регулирования и схема 265-d регулирования) может содержать один или более элементов схемы (например, один или более фазовращателей 270, один или более усилителей 275 и т.д.) для предоставления на основе идентифицированной информации управления соответствующих регулировок амплитуды и/или фазы для соответствующих сигналов элементов. На фиг. 4 приведен вид с разбивкой схемы регулирования 265-с. В проиллюстрированном примере схема 265-с регулирования содержит фазовращатель 270-b, который применяет фазовый сдвиг к соответствующему сигналу элемента, как указано информацией управления. В проиллюстрированном примере схема 265-с регулирования дополнительно содержит усилитель 275-b, усиливающий сдвинутый по фазе сигнал от фазовращателя, как указано информацией управления, для формирования отрегулированного сигнала элемента. Отрегулированный сигнал элемента может быть подан через второй порт 249 схемы 215 управления на соответствующий антенный элемент 220 для передачи. Передачи отрегулированных сигналов элементов каждым из антенных элементов 220 фазированной антенной решетки вместе создают передающий луч, передаваемый в требуемом направлении угла сканирования.
В некоторых случаях каждая из схем 215 управления может содержать множество наборов регистров формирования луча. В некоторых примерах каждая из схем 215 управления содержит регистры формирования луча с двойной буферизацией, так что следующие значения регулировки для следующего состояния наведения запланированного луча (т.е. направления запланированного луча для передающего луча) могут быть загружены при работе в текущем состоянии. Это может позволить фазированной антенной решетке относительно быстро изменять направления наведения, например, в случаях, когда фазированная антенная решетка должна чередовать направление наведения между двумя различными приемными устройствами (например, при переключении с одного спутника на другой). Кроме того, это может способствовать поддержанию фазированной антенной решеткой направления отслеживания приемного устройства в случае, когда коэффициенты формирования луча зависят от частоты, и выполняется скачкообразная перестройка частоты, например, для поддержания направления луча при поочередном использовании двух различных полос частот. В некоторых примерах каждая из схем управления может содержать множество наборов регистров для хранения коэффициентов для лучей, используемых для коррекции неверного направления (например, путем пошагового отслеживания, конического сканирования, моноимпульсного отслеживания). Например, каждая из схем управления может хранить наборы коэффициентов, связанных с операцией конического сканирования, относящихся к текущему лучу. Коническое сканирование может преднамеренно направлять луч антенны от целевого направления в соответствии с различными угловыми смещениями и измерять атрибут сигнала (например, посредством принятого сигнала или обратной связи, указывающей интенсивность переданного сигнала), регулируя луч антенны в новом целевом направлении, если улучшенный атрибут сигнала обнаружен при смещении сканирования. По мере выполнения каждой операции коррекции неверного направления и выбора направления нового луча на цель в результате конического сканирования наборы коэффициентов могут обновляться, заменяясь новыми наборами коэффициентов для следующей операции конического сканирования. В некоторых случаях часть (например, 10 битов) заголовков адресов может быть зарезервирована и использована в качестве глобальных команд, таких как команды разрешить/запретить передачу и/или разрешить/запретить прием, команд на использование весовых коэффициентов буферизованного луча из определенных регистров (например, регистров A и B в случае применения регистров формирования луча с двойной буферизацией) и других команд для фазированной антенной решетки.
В некоторых случаях схемы 215 управления и контроллер 225-b могут поддерживать двунаправленную связь. Например, каждая из схем 215 управления также может иметь модулятор (не показан), который может быть частью демодуляторов или отдельными компонентами. Контроллер 225-b может отправлять команду на считывание сконфигурированного значения (например, информации управления) от одной из схем 215 управления, и схема 215 управления, являющаяся адресатом, может затем отвечать, модулируя сигнал с ответом (например, сконфигурированным значением) и мультиплексируя модулированный сигнал в отдельные выходные сигналы 246 на соответствующем порте 245 сигнала элемента. Затем модулированный сигнал может быть передан через сеть 210-b формирования луча и первую схему 205-b маршрутизации в контроллер 225-b, который после этого может демодулировать сигнал и декодировать ответ. Таким образом, двунаправленная связь может позволять проверять конфигурацию схем 215 управления или считывать другую информацию о состоянии из схем 215 управления для целей тестирования или отладки.
В некоторых случаях демодуляторы 255 могут восстанавливать несущую (например, несущую сигнала управления) для генерации тактового сигнала для синхронизации различных схем 215 управления. Например, демодулятор 255-е может использовать контур восстановления несущей или другие методики восстановления несущей (например, компенсацию разности частот и/или фаз между несущей сигнала управления и локальным генератором). Демодулятор 255-е может затем устанавливать тактовый сигнал на основе восстановленной формы сигнала. Таким образом, тактовый сигнал может быть синхронизирован между каждой из схем 215 управления фазированной антенной решетки. Таким образом, сигнал управления может использовать когерентную модуляцию, а синхронизированные тактовые сигналы в демодуляторах 255 могут использовать когерентную демодуляцию для демодуляции сигнала управления 231-b.
На фиг. 5 показана схема 500 примера архитектуры схемы с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов для фазированной антенной решетки в соответствии с аспектами настоящего описания. Фазированная антенная решетка может представлять собой пример одной или более антенных решеток 140, описанных со ссылкой на фиг. 1. Фазированная антенная решетка согласно фиг. 5 может представлять собой пример приемной фазированной антенной решетки для приема сигналов связи от спутника 105, как описано со ссылкой на фиг. 1.
Архитектура схемы для фазированной антенной решетки на фиг. 5 может работать по существу сходным образом с аналогичными или соответствующими компонентами, как описано со ссылкой на фиг. 2–4, за исключением других случаев, описанных в настоящем документе. Хотя это не показано на чертежах, в некоторых случаях фазированная антенная решетка согласно фиг. 5 может генерировать и передавать сигнал мощности, как аналогично описано со ссылкой, например, на фиг. 4. Фазированная антенная решетка согласно фиг. 5 представляет собой пример приемной фазированной антенной решетки, а не передающей фазированной антенной решетки, описанной на фиг. 2 и 4. В приемной фазированной антенной решетке сигналы элементов принимаются на антенных элементах 220 и проходят по путям прохождения сигналов в направлении, противоположном передаваемым сигналам. Таким образом, антенные элементы 220 могут принимать соответствующие сигналы 266 приемных элементов (например, приемный сигнал 266-а элемента и приемный сигнал 266-b элемента) от передающего устройства (например, спутника), которые могут подаваться через соответствующие схемы 215 управления в сеть 210-с формирования луча. Сеть 210-c формирования луча может объединять эти сигналы элементов для создания сигнала приемного луча, который может передаваться через первую схему 205-c маршрутизации в процессор и другие устройства в воздушном судне (или другом транспортном средстве), на котором установлена фазированная антенная решетка.
Как показано на фиг. 5, архитектура схемы содержит первую схему 205-с маршрутизации, сеть 210-с формирования луча, множество схем 215 управления и множество антенных элементов 220. В примере на фиг. 5 показана первая схема 215-е управления и соответствующий первый антенный элемент 220-е, а также вторая схема 215-f управления и соответствующий второй антенный элемент 220-f. Однако следует понимать, что любое количество N схем 215 управления для антенных элементов 220 может быть реализовано аналогичным образом. Как показано на фиг. 5, между схемами 215 управления и антенными элементами 220 существует соответствие один к одному (т.е. с каждым антенным элементом 220 соединена своя, отличная от других схема 215 управления). Однако следует понимать, что в некоторых случаях одна схема 215 управления может совместно использоваться множеством антенных элементов 220 (т.е. одна схема 215 управления может быть соединена со множеством антенных элементов 220 и может принимать от них соответствующую сигнализацию). Каждый из компонентов может быть соединен через путь прохождения сигнала.
Как описано в настоящем документе, схемы 215 управления, сеть 210-с формирования луча, первая схема 205-с маршрутизации, контроллер 225-а и каждый из других компонентов и путей прохождения сигналов могут поддерживать двунаправленную связь. Например, как описано выше, каждая из схем 215 управления также может содержать модуляторы (не показаны), которые могут быть частью демодуляторов 255 или отдельными компонентами. Контроллер 225-с может отправлять команду на считывание сконфигурированного значения (например, информации управления) от одной из схем 215 управления, и схема 215 управления, являющаяся адресатом, может затем отвечать, модулируя сигнал с ответом (например, сконфигурированным значением) и мультиплексируя модулированный сигнал в отдельные выходные сигналы на соответствующих портах 245 сигналов элементов сети 510-с формирования луча. Затем модулированный сигнал может передаваться через сеть 210-с формирования луча и первую схему 205-с маршрутизации в контроллер 225-a, который после этого может демодулировать сигнал и декодировать ответ. Таким образом, двунаправленная связь может позволять проверять конфигурацию схем 215 управления или считывать другую информацию о состоянии из схем 215 управления для целей тестирования или отладки. Кроме того, в случае приемной фазированной антенной решетки двунаправленная связь может поддерживать пути прохождения сигналов, переносящие сигналы управления в одном направлении и которые подающие сигнал приемного элемента в противоположном направлении.
В приемной фазированной антенной решетке антенные элементы 220 могут принимать соответствующие сигналы 266 приемных элементов от передающего устройства (например, спутника) и подавать сигналы приемных элементов на схемы 215 управления. Как описано выше, каждая схема 215 управления может содержать первый порт 248 (например, первый порт 248-е и первый порт 248-f), соединенный с соответствующим портом 245 сигнала элемента сети 210-с формирования луча, и второй порт 249 (например, второй порт 249-е и второй порт 249-f), соединенный с соответствующим антенным элементом 220. Каждая схема 215 управления может содержать вторую схему 250 маршрутизации (например, диплексор или другой мультиплексор или схему маршрутизации сигнала другого типа), которая устанавливает путь 251 прохождения сигнала элемента (например, путь 251-е прохождения сигнала элемента и путь 251-f прохождения сигнала элемента) между первым портом 248 и вторым портом 249 схемы 215 управления и путь прохождения 252 сигнала управления (например, путь 252-е прохождения сигнала управления и путь 252-f прохождения сигнала управления) между первым портом 248 схемы 215 управления и схемой 265 регулирования.
Регулировку можно применять к сигналам приемных элементов в схемах 265 регулирования, чтобы сформировать отрегулированные сигналы элементов, как описано ниже. Каждая вторая схема 250 маршрутизации может подавать соответствующий отрегулированный сигнал элемента (имеющий центральную частоту frx) от соответствующей схемы 265 регулирования в соответствующий первый порт 248, в то же время обеспечивая сигнал управления (имеющий центральную частоту fc) от соответствующего первого порта 248 в соответствующий путь прохождения 252 сигнала управления. По существу путь прохождения сигнала между соответствующим первым портом 248 и соответствующим портом 245 сигнала элемента сети 210-c формирования луча содержит мультиплексированный сигнал, содержащий отрегулированный сигнал элемента и сигнал управления. На фиг. 5 каждая из вторых схем 250 маршрутизации представляет собой диплексор, содержащий два полосовых фильтра 235 — по одному для каждого сигнала. Например, во второй схеме 250-е маршрутизации первый полосовой фильтр 235-o может пропускать сигналы первого диапазона частот, причем первый диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала приемного элемента. Например, сигнал приемного элемента может быть модулированным приемным сигналом, содержащим модулирующий сигнал, модулированный несущей frx для сигнала приемного элемента. Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная frx, центральная частота первого полосового фильтра 235-о может не совпадать с несущей частотой frx для сигнала приемного элемента, при условии что первый диапазон частот пропускает сигнал приемного элемента (например, в то же время исключая сигнал управления). Второй полосовой фильтр 235-p может пропускать сигналы второго диапазона частот, причем второй диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала управления (например, модулированного сигнала управления). Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная fc, центральная частота второго полосового фильтра 235-p может не совпадать с несущей частотой fc для сигнала управления, при условии что второй диапазон частот пропускает сигнал управления (например, в то же время исключая сигнал приемного элемента). Аналогично вторая схема 250-f маршрутизации может содержать первый полосовой фильтр 235-q и второй полосовой фильтр 235-r для сигнала элемента и сигнала управления соответственно.
Например, в первой схеме 215-с управления путь 252-е прохождения сигналов управления может подавать сигнал управления на демодулятор 255-е и декодер 260-е адресов. Демодулятор 255-е может демодулировать сигнал управления, передаваемый по пути 252-е прохождения сигнала управления, для получения информации управления. Информация управления может содержать команды для каждой из схем 215 управления (например, последовательные данные), которые копируют в каждую из схем 215 управления сети 210-с формирования луча. Таким образом, в дополнение к приему своих собственных данных управления схема 215-е управления может принимать и демодулировать информацию управления для каждой из других схем 215 управления (например, для схемы 215-f управления). Информация управления может содержать адресную информацию (например, в заголовке), идентифицирующую адрес конкретной схемы 215 управления, для которой предназначена соответствующая информация управления. Декодер 260-е адресов может сравнивать известный адрес (как дополнительно рассмотрено ниже) схемы 215-е управления с информацией об адресе в данных 226-с управления, чтобы идентифицировать информацию управления, предназначенную для конкретной схемы 215-е управления, и передать идентифицированную информацию управления по пути 253-е прохождения сигнала в соответствующую схему 265-е регулирования. Вторая схема 215-f управления может работать аналогично первой схеме 215-е управления, и вторая схема 215-f управления аналогично содержит демодулятор 255-f, декодер 260-f адресов и схемы 265-f регулирования (например, чтобы аналогичным образом предоставлять идентифицированную информацию управления по пути 253-f прохождения сигнала в схему 265-f регулирования).
Каждая из схем 265 регулирования (например, схема 265-е регулирования и схема 265-f регулирования) может содержать один или более элементов схемы (например, один или более фазовращателей 270, один или более усилителей 275 и т.д.) для предоставления на основе идентифицированной информации управления соответствующих регулировок амплитуды и/или фазы для соответствующих отдельных сигналов приемных элементов с целью формирования отдельных отрегулированных сигналов элементов. На фиг. 5 приведен вид с разбивкой схемы регулирования 265-е. В проиллюстрированном примере схема 265-е регулирования содержит фазовращатель 270-с, который применяет фазовый сдвиг к соответствующему сигналу приемного элемента, как указано информацией управления. В проиллюстрированном примере схема 265-е регулирования дополнительно содержит усилитель 275-е, который сначала усиливает отдельный сигнал приемного элемента, как указано информацией управления, а затем фазовращатель применяет сдвиг фазы. Регулировки могут быть применены к сигналу 266-a приемного элемента, чтобы создавать отрегулированный сигнал элемента. Отрегулированный сигнал элемента может быть подан на вторую схему 250-е маршрутизации, как описано выше.
Вторые схемы 250 маршрутизации могут подавать отрегулированный сигнал элемента, двунаправленно мультиплексированный с сигналом управления, в порт 245 сигнала элемента (в этом случае входной порт относительно сигнала элемента и выходной порт относительно сигнала управления) сети 210-с формирования луча. Сеть 210-a формирования луча может содержать одну или более ступеней объединителей/делителей печатной платы, которые объединяют отдельные сигналы элементов для обеспечения сигнала приемного луча в общем порте 240-c сигналов. В другом направлении первая схема 205-a маршрутизации может подавать сигнал 231-c управления на общий порт 240-c сигналов сети 210-c формирования луча. Сеть 210-c формирования луча может копировать сигнал 231-c управления, содержащий данные 226-c управления, принятые через общий порт 240-c сигналов, в каждый из портов 245 сигналов элементов, соответствующих каждому из антенных элементов 220. Сеть 210-с формирования луча может, соответственно, формировать отдельные сигналы управления в отдельных комбинированных (или мультиплексированных) сигналах 247 (например, комбинированный сигнал 247-a и комбинированный сигнал 247-b) на портах 245 сигналов элементов (например, порт 245-e сигнала элемента и порт 245-f сигнала элемента) сети 210-c формирования луча.
В итоге, каждый двунаправленный комбинированный сигнал 247 на соответствующих портах 245 сигналов элементов может содержать отдельный сигнал приемного элемента в качестве входного сигнала для сети 210-c формирования луча от схем 215 управления и отдельный сигнал управления (например, копию сигнала 231-c управления) в качестве выходного сигнала от сети 210-c формирования луча в схемы 215 управления. Двунаправленный комбинированный сигнал на общем порте 240-c сигналов может содержать композитный сигнал приемного луча в качестве выхода сети 210-c формирования луча для первой схемы 205-c маршрутизации и копию сигнала 231-c управления в качестве выхода первой схемы 205-с маршрутизации для сети 210-с формирования луча.
Первая схема 205-с маршрутизации может принимать сигнал приемного луча от сети 210-с формирования луча. Первая схема 205-a маршрутизации может дополнительно принимать данные 226-с управления от контроллера 225-с. Данные 226-а управления могут указывать значения регулировки (например, амплитуды и/или фазы), которые должны быть применены схемами 265 регулирования, как описано в настоящем документе, для приема приемного луча в требуемом направлении угла сканирования.
Фазированная антенная решетка может содержать модулятор 230-с, который модулирует данные 226-с управления для получения сигнала 231-с управления. Модулятор 230-с может модулировать данные 226-с управления, полученные от контроллера 225-с, и передавать модулированный сигнал 231-с управления в первую схему 205-с маршрутизации. В некоторых случаях модулятор 230-с может быть реализован внутри или в качестве компонента контроллера 225-с. Мультиплексор первой схемы 205-c маршрутизации может принимать сигнал приемного луча от сети 210-c формирования луча и принимать сигнал 231-c управления (имеющий центральную частоту fc) от модулятора 230-c. По существу путь прохождения сигнала между первой схемой 205-c маршрутизации и сетью 210-c формирования луча содержит композитный мультиплексированный сигнал 241-c, содержащий сигнал приемного луча и сигнал 231-c управления. Первая схема 205-c маршрутизации может затем отправлять сигнал 237-a приемного луча, например, в процессор приема для обработки информации, принятой фазированной антенной решеткой.
Как показано на фиг. 5, первая схема 205-c маршрутизации реализована в виде диплексора, содержащего два полосовых фильтра 235. Первый полосовой фильтр 235-m может пропускать сигналы первого диапазона частот, причем первый диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала приемного луча. Например, сигнал приемного луча может быть модулированным сигналом приемного луча, содержащим модулирующий сигнал, модулированный несущей frx для сигнала приемного луча. Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная frx, центральная частота первого полосового фильтра 235-m может не совпадать с несущей частотой frx для сигнала приемного луча, при условии что первый диапазон частот пропускает сигнал приемного луча (например, в то же время исключая сигнал управления). Второй полосовой фильтр 235-n может пропускать сигналы второго диапазона частот, причем второй диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала 231-с управления (например, модулированного сигнала управления). Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная fc, центральная частота второго полосового фильтра 235-n может не совпадать с несущей частотой fc для сигнала управления, при условии что второй диапазон частот пропускает сигнал управления (например, в то же время исключая сигнал приемного луча). Можно также использовать различные варианты осуществления первой схемы 205-с маршрутизации, как описано выше.
На фиг. 6 показана схема 600 примера архитектуры схемы с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов для фазированной антенной решетки в соответствии с аспектами настоящего описания. Фазированная антенная решетка может представлять собой пример одной или более антенных решеток 140, описанных со ссылкой на фиг. 1. Фазированная антенная решетка согласно фиг. 6 может представлять собой пример передающей/приемной фазированной антенной решетки, которая может как передавать, так и принимать сигналы связи от спутника 105, как описано со ссылкой на фиг. 1.
Архитектура схемы для фазированной антенной решетки на фиг. 6 может работать по существу сходным образом с аналогичными или соответствующими компонентами, как описано со ссылкой на фиг. 2–5, за исключением других случаев, описанных в настоящем документе. Хотя на фиг. 6 проиллюстрирована только одна схема 215-g управления, следует понимать, что, как и на фиг. 2–5, возможно наличие любого числа N схем 215 управления.
Как показано на фиг. 6, антенный элемент 220-g является приемным антенным элементом 220 с путем прохождения сигнала, соединенным с приемной схемой 265-g регулирования. Антенный элемент 220-h является передающим антенным элементом 220 с путем прохождения сигналов, соединенным с передающей схемой 265-h регулирования. Следует понимать, что хотя на фиг. 6 проиллюстрирован отдельный передающий антенный элемент 220 и приемный антенный элемент 220, один антенный элемент 220 можно использовать как для передачи, так и для приема.
Как показано на фиг. 6, архитектура схемы содержит первую схему 205-d маршрутизации, сеть 210-d формирования луча, схему 215-g управления и множество антенных элементов 220. В примере согласно фиг. 6 показаны схема 215-a управления и соответствующие приемный антенный элемент 220-g и передающий антенный элемент 220-h. Однако следует понимать, что любое количество N схем 215 управления для антенных элементов 220 может быть реализовано аналогичным образом. Как показано на фиг. 6, между схемами 215 управления и антенными элементами 220 имеется соответствие один к двум. Однако следует понимать, что в некоторых случаях одна схема 215 управления может совместно использоваться множеством приемных и передающих антенных элементов 220 (т.е. одна схема 215 управления может быть соединена со множеством антенных элементов и может принимать от множества приемных антенных элементов 220 соответствующую сигнализацию или подавать сигнализацию на множество передающих антенных элементов 220). Каждый из компонентов может быть соединен через путь прохождения сигнала.
Первая схема 205-d маршрутизации (например, диплексор или другой мультиплексор либо другой тип схемы маршрутизации сигнала) может принимать от, например, процессора передачи сигнал 236-с передающего луча, который должен передаваться фазированной антенной решеткой как передающий луч. Первая схема 205-d маршрутизации может принимать сигнал приемного луча от сети 210-c формирования луча, который мог быть принят фазированной антенной решеткой, как описано в настоящем документе. Первая схема 205-d маршрутизации может дополнительно принимать сигнал управления 231-d от модулятора 230-d, который содержит данные 226-d управления от контроллера 225-d. Данные 226-d управления могут указывать регулирующие значения (например, амплитуду и/или фазу) для одной или более из N схем 215 управления, которые должны применяться соответствующими схемами управления для передачи сигнала передающего луча и приема сигнала приемного луча в требуемом направлении угла сканирования.
Фазированная антенная решетка может содержать модулятор 230-d, который модулирует данные 226-d управления для получения сигнала 231-d управления. Модулятор 230-d может модулировать данные 226-а управления, полученные от контроллера 225-d, и передавать модулированный сигнал 231-d управления в первую схему 205-d маршрутизации. В некоторых случаях модулятор 230-d может быть реализован внутри или в качестве компонента контроллера 225-d. Как указано выше, входные сигналы первой схемы 205-d маршрутизации могут включать сигнал 236-c передающего луча (имеющий центральную частоту ftx), композитный сигнал приемного луча (имеющий центральную частоту frx) и сигнал 231-d управления (имеющий центральную частоту fc). Таким образом, как показано на фиг. 6, композитный мультиплексированный сигнал 241-d является двунаправленным сигналом, причем сигнал управления и сигнал передающего луча имеет одно направление (от первой схемы 205-d маршрутизации к сети 210-d формирования луча), а сигнал приемного луча имеет противоположное направление (от сети 210-d формирования луча к первой схеме 205-d маршрутизации).
Первая схема 205-d маршрутизации может формировать компоненты композитного мультиплексированного сигнала 241-d, включая сигнал 236-c передающего луча и сигнал 231-d управления. Композитный мультиплексированный сигнал 241-d может быть мультиплексирован поверх композитного сигнала приемного луча, проходящего по пути прохождения сигнала в другом направлении к первой схеме 205-d маршрутизации от сети 210-c формирования луча. Первая схема 205-d маршрутизации может дополнительно отправлять сигнал 237-b приемного луча, например, в процессор приема для обработки информации, принятой фазированной антенной решеткой.
Как показано на фиг. 6, первая схема 205-а маршрутизации представляет собой триплексор (или комбинацию диплексоров), содержащий три полосовых фильтра 235 — по одному для каждого соответствующего сигнала. Первый полосовой фильтр 235-s может пропускать сигналы в пределах первого диапазона частот, причем первый диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала 236-с передающего луча (например, модулированного сигнала передающего луча). Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная ftx, центральная частота первого полосового фильтра 235-s может не совпадать с несущей частотой ftx для сигнала передающего луча, при условии что первый диапазон частот пропускает сигнал 236-с передающего луча (например, в то же время исключая сигнал 231-d управления и модулированный сигнал приемного луча). Второй полосовой фильтр 235-t может пропускать сигналы второго диапазона частот, причем второй диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала 237-b приемного луча (например, модулированного сигнала приемного луча). Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная frx, центральная частота второго полосового фильтра 235-t может не совпадать с несущей частотой frx для сигнала приемного луча, при условии что второй диапазон частот пропускает сигнал 236-а приемного луча (например, в то же время исключая сигнал управления и сигнал передающего луча). Третий полосовой фильтр 235-u может пропускать сигналы в пределах третьего диапазона частот, причем третий диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала 231-d управления (например, модулированного сигнала управления). Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная fc, центральная частота третьего полосового фильтра 235-u может не совпадать с несущей частотой fc для сигнала управления, при условии что третий диапазон частот пропускает сигнал управления (например, в то же время исключая сигнал передающего луча и сигнал приемного луча). Можно также использовать различные варианты осуществления первой схемы 205-d маршрутизации, как описано выше.
Первая схема 205-d маршрутизации может подавать сигнал 236-с передающего луча, мультиплексированный с сигналом 231-d управления, на общий порт 240-d сигналов сети 210-d формирования луча. В обратном направлении сигнал 237-b приемного луча также может быть мультиплексирован с композитным мультиплексированным сигналом 241-d и принят первой схемой 205-d маршрутизации. Сеть 210-d формирования луча может содержать одну или более ступеней объединителей/делителей печатной платы, которые разделяют передающие компоненты композитного мультиплексированного сигнала 241-c для формирования отдельных выходных сигналов 246 на выходных портах 245 сигналов элементов сети 210-d формирования луча. Таким образом, сеть 210-c формирования луча может делить композитный мультиплексированный сигнал 241-c на отдельные выходные сигналы 246 (например, отдельный выходной сигнал 246-g), причем каждый выходной сигнал 246 содержит отдельный сигнал передающего элемента (например, копию сигнала 236-c передающего луча) и отдельный сигнал управления (например, копию сигнала 231-d управления). Одна или более ступеней делителей печатной платы могут обеспечивать относительные сдвиги по амплитуде и/или фазе между отдельными сигналами элементов отдельных выходных сигналов 246 в рамках общего формирования луча фазированной антенной решетки. В этом случае отдельные сигналы управления отдельных выходных сигналов 246 также могут испытывать относительные сдвиги по амплитуде и/или фазе, вызванные одной или более ступенями делителей печатной платы. Однако такие относительные сдвиги по амплитуде и/или фазе применяют к несущим отдельных сигналов управления и, таким образом, не влияют на данные 226-d управления. Кроме того, эти сдвиги могут не влиять на восстановление несущей отдельных сигналов управления для синхронизации (как рассмотрено ниже), поскольку требуемая точность может быть значительно меньше, чем требуется для отдельных сигналов элементов. Данные 226-d управления могут содержать информацию для каждой из схем 215 управления (например, последовательные данные), и сеть 210-d формирования луча может копировать сигнал 231-d управления, принятый через общий порт 240-d сигналов, в порты 245 сигналов элементов. Отдельный сигнал передающего элемента, включенный в каждый отдельный выходной сигнал 246 на соответствующих портах 245 сигналов элементов, может впоследствии регулироваться соответствующей схемой 215 управления, соединенной с соответствующим портом 245 сигнала элемента, и передаваться соответствующим антенным элементом 220. Аналогично в обратном направлении сеть 210-d формирования луча может объединять отдельные отрегулированные сигналы элементов, принятые в портах 245 сигналов элементов, для обеспечения сигнала 237-b приемного луча в общем порте 240-d сигналов.
Передающие и приемные отдельные выходные сигналы 246-g в порте 245-g сигнала элемента могут содержать отдельные сигналы элементов (например, сигналы передающего и приемного элементов), мультиплексированные с отдельным сигналом управления (например, копией сигнала 231-d управления). Соответствующая схема 215 управления может использовать сигнал управления для применения соответствующей регулировки (например, амплитуды и/или фазы) к соответствующим сигналам передающих и приемных элементов. Таким образом, сеть 210-с формирования луча может делить композитный мультиплексированный сигнал 241-с для формирования отдельных сигналов управления и отдельных сигналов передающих элементов в порте 245-g сигнала элемента. В обратном направлении и с использованием тех же ступеней объединителей/делителей печатной платы, которые разделяют композитной мультиплексированный сигнал 241-d, сеть 210-d формирования луча может объединять сигналы отдельных приемных элементов на портах 245 сигналов элементов, чтобы обеспечивать композитной сигнал 237-b приемного луча на общем порте 240-d сигналов. Отдельные сигналы управления могут быть мультиплексированы с соответствующими сигналами приемных и передающих элементов для формирования мультиплексированных отдельных выходных сигналов 246-g. Путем мультиплексирования сигналов элементов и сигнала управления сеть 210-d формирования луча можно использовать для формирования и распределения сигналов передающих элементов и сигналов управления, указывающих данные управления для каждого из соответствующих сигналов элементов для каждого антенного элемента 220 схемы 215-g управления.
Схема 215-g управления может содержать первый порт 248-g, соединенный с соответствующим портом 245-g сигнала элемента сети 210-d формирования луча, второй порт 249-g, соединенный с приемным антенным элементом 220-g, и третий порт 254, соединенный с передающим антенным элементом 220-h. Схема 215-g управления может содержать вторую схему маршрутизации 250-g (например, триплексор или другой мультиплексор либо схему маршрутизации сигнала другого типа), которая устанавливает путь 251-g прохождения сигнала приемного элемента между первым портом 248-g и вторым портом 249-g схемы 215-g управления, путь 251-h прохождения сигнала передающего элемента между первым портом 248-g и третьим портом 254 схемы 215-g управления и путь 252-g прохождения сигнала управления между первым портом 248-g схемы 215-g управления и схемами 265 регулирования (например, приемной схемой 265-g регулирования и передающей схемой 265-h регулирования).
Как показано на фиг. 6, вторая схема 250-g маршрутизации является триплексором, который демультиплексирует (например, путем частотного демультиплексирования) сигнал передающего элемента и сигнал управления в соответствующие отдельные сигналы элемента и управления. Как соответствующим образом описано со ссылкой на первую схему 205-d маршрутизации, которая мультиплексирует сигналы, вторая схема 250-g маршрутизации может выполнять аналогичные обратные операции, используя аналогичные компоненты для демультиплексирования сигналов. Вторая схема 250-g маршрутизации может дополнительно принимать отрегулированный сигнал приемного элемента от приемного антенного элемента 220-g через приемную схему 265-g регулирования. Вторая схема 250-g маршрутизации может содержать первый полосовой фильтр 235-v, который может пропускать сигналы в пределах первого диапазона частот, причем первый диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала передающего элемента (например, модулированного сигнала передающего луча). Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная ftx, центральная частота первого полосового фильтра 235-v может не совпадать с несущей частотой ftx для сигнала передающего луча, при условии что первый диапазон частот пропускает сигнал передающего элемента (например, в то же время исключая сигнал управления и модулированный сигнал приемного луча). Второй полосовой фильтр 235-w может пропускать сигналы второго диапазона частот, причем второй диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала приемного элемента (например, модулированного сигнала приемного луча). Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная frx, центральная частота второго полосового фильтра 235-w может не совпадать с несущей частотой frx для сигнала приемного элемента, при условии что второй диапазон частот пропускает сигнал приемного элемента (например, в то же время исключая сигнал управления и сигнал передающего луча). Третий полосовой фильтр 235-x может пропускать сигналы в пределах третьего диапазона частот, причем третий диапазон частот соответствует по меньшей мере диапазону частот сигнала управления (например, модулированного сигнала управления). Хотя проиллюстрирована центральная частота, равная fc, центральная частота третьего полосового фильтра 235-х может не совпадать с несущей частотой fc для сигнала управления, при условии что третий диапазон частот пропускает сигнал управления (например, в то же время исключая сигнал передающего луча и сигнал приемного луча). Вторая схема 250-g маршрутизации может подавать отрегулированный сигнал приемного элемента в противоположном направлении с отдельным выходным сигналом 246-g, чтобы подавать отрегулированный сигнал приемного элемента в выходной порт 245-g сигнала элемента сети 210-d формирования луча. Как описано выше, можно использовать другие возможные реализации, включая использование других дорожек печатной платы, компонентов, включая фильтры верхних и нижних частот, конденсаторы, катушки индуктивности и т.п.
В схеме 215-g управления путь 252-g прохождения сигнала управления может проходить через демодулятор 255-g, декодер 260-g адресов и соответствующие приемные и передающие схемы 265 регулирования. Демодулятор 255-g может демодулировать сигнал управления, передаваемый по пути 252-g прохождения сигнала управления, для получения информации управления. Информация управления может содержать команды для схем 215 управления, которые затем распределяют каждой из схем 215 управления сети 210-d формирования луча. Таким образом, в дополнение к приему своих собственных данных управления схема 215-g управления может принимать и демодулировать информацию управления для каждой из других схем 215 управления. Информация управления может содержать адресную информацию (например, в заголовке), идентифицирующую адрес конкретной схемы 215 управления, для которой предназначена соответствующая информация управления. Декодер 260-g адресов может сравнивать известный адрес (как дополнительно рассмотрено ниже) схемы 215-g управления с информацией адреса в данных 226-d управления, чтобы идентифицировать информацию управления, предназначенную для конкретной схемы 215-g управления и ее соответствующих приемного антенного элемента 220-g и передающего антенного элемента 220-h. Декодер 260-g адресов может предоставлять идентифицированную информацию управления через пути 253 прохождения сигналов в соответствующие схемы 265 регулирования. Например, декодер 260-g адресов может предоставлять информацию управления по пути 253-g прохождения сигнала в приемную схему 265-g регулирования для регулировки приемного луча и информацию управления по пути 253-h прохождения сигнала в передающую схему 265-h регулирования для регулирования передающего луча. Как описано в настоящем документе, схемы 265 регулирования могут содержать один или более элементов схемы (например, один или более фазовращателей 270, один или более усилителей 275 и т.д.) для предоставления на основе идентифицированной информации управления соответствующих корректировок амплитуды и/или фазы для соответствующего сигнала элемента. Регулировки, применяемые к сигналам элементов для каждого из антенных элементов 220 фазированной антенной решетки, вместе создают передающие и приемные лучи с требуемыми направлениями угла сканирования.
В некоторых случаях схема 215-g управления и контроллер 225-d могут поддерживать дополнительную двунаправленную связь (например, двунаправленную передачу информации управления в дополнение к двунаправленной передаче сигналов элементов). Например, схема 215-g управления также может иметь модулятор (не показан), который может быть частью демодулятора 255-g или отдельным компонентом. Контроллер 225-d может отправлять команду на считывание сконфигурированного значения (например, информации управления) от одной из схем 215 управления (например, схемы 215-g управления), и схема 215 управления, являющаяся адресатом, может отвечать, модулируя сигнал с ответом (например, сконфигурированным значением) и мультиплексируя модулированный сигнал в отдельный выходной сигнал 246-g на соответствующем порте 245-g сигнала элемента. Затем модулированный сигнал может передаваться через сеть 210-d формирования луча и первую схему 205-d маршрутизации в контроллер 225-d, который после этого может демодулировать сигнал и декодировать ответ. Таким образом, дополнительная двунаправленная связь может позволять проверять конфигурацию схем 215-g управления или считывать другую информацию о состоянии из схем 215 управления для целей тестирования или отладки.
На фиг. 7 показана схема 700 примера многослойной печатной платы 705 архитектуры схемы с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов для фазированной антенной решетки в соответствии с аспектами настоящего описания. Фазированная антенная решетка может представлять собой пример одной или более антенных решеток 140, описанных со ссылкой на фиг. 1, и архитектур схемы распределенных мультиплексированных сигналов управления и элементов для фазированной антенной решетки, описанных со ссылкой на фиг. 2 и 4-6. Фазированная антенная решетка на фиг. 7 может быть примером передающей фазированной антенной решетки для передачи сигналов связи на спутник 105, как описано со ссылкой на фиг. 1, и архитектуры схемы распределенных мультиплексированных сигналов управления и элементов для фазированной антенной решетки, как описано со ссылкой на фиг. 2, 4 и 6. Архитектура схемы для фазированной антенной решетки на фиг. 7 может работать по существу таким же образом с аналогичными или соответствующими компонентами, как описано со ссылкой на фиг. 2, 4 и/или 6. Кроме того, хотя на фиг. 7 показана работа фазированной антенной решетки в режиме передачи, фазированная антенная решетка может быть выполнена с возможностью приема, как описано со ссылкой на фиг. 5.
Как показано на фиг. 7, многослойная печатная плата 705 может содержать одну или более секций 710, включая первую секцию 710-a, содержащую схемы управления, вторую секцию 710-b, содержащую сеть формирования луча, и третью секцию 710-c, содержащую антенные элементы 220. Каждая секция 710 может содержать один или более слоев печатной платы. Следует понимать, что хотя эти три секции являются лишь одним примером реализации многослойной печатной платы 705 для описанной архитектуры схемы, и что могут быть использованы другие реализации, например с разными компонентами в разных слоях печатной платы в различных секциях 710 и т.д.
В примере, проиллюстрированном на фиг. 7, первая схема 205-е маршрутизации и каждая из схем 215 управления расположены на нижней стороне нижнего слоя многослойной печатной платы 705. Путь 708 прохождения сигнала (например, путь 1 прохождения сигнала) показан пунктирной линией от первой схемы 205-е маршрутизации к антенному элементу 220-i. Первая схема 205-е маршрутизации подает на выход композитный мультиплексированный сигнал 715 (включая сигнал передающего луча и сигнал управления) через дорожку 720-a, причем дорожка 720-a соединена с проводящей дорожкой в слое 725. Путь 708 прохождения сигнала, по которому проходит композитный мультиплексированный сигнал 715, может затем подходить ко входу сети формирования луча, содержащей несколько ступеней делителей 730 печатной платы, которые разделяют композитный мультиплексированный сигнал 715 для получения отдельных мультиплексированных сигналов в соответствующих портах 245 сигналов элементов. Например, первый делитель 730-a печатной платы сети формирования луча может подавать первый мультиплексированный сигнал управления и сигнал элемента на первый порт 245-h сигнала элемента, предназначенный для первого антенного элемента 220-i, через первую схему 215-h управления, второй делитель 730-b печатной платы сети формирования луча может подавать второй мультиплексированный сигнал управления и сигнал элемента на второй порт 245-i сигнала элемента, предназначенный для второго антенного элемента 220-j, через вторую схему 215-i управления и т.д.
Как показано в примере реализации на фиг. 7, в порте 245-h сигнала элемента (т.е. выходном порте 1) отдельный мультиплексированный сигнал 718 может нести мультиплексированные отдельные сигналы управления и элемента, предназначенные для антенного элемента 220-i. Дорожка 720-b соединена с портом 245-h сигнала элемента сети формирования луча и передает отдельный мультиплексированный сигнал 718 (т.е. отдельный мультиплексированный сигнал 1, содержащий сигнал 1 элемента и соответствующий сигнал управления) на вход схемы 215-h управления (т.е. схемы 1 управления). Как было рассмотрено выше, схема 215-h управления может демодулировать сигнал управления и идентифицировать адресованную ей информацию управления. Схема 215-h управления может предоставлять идентифицированную информацию управления своей соответствующей схеме регулирования, которая регулирует сигнал 1 элемента по фазе и/или амплитуде на основе информации управления для формирования отдельного отрегулированного сигнала 722 элемента. Отдельный отрегулированный сигнал 722 элемента можно подавать на выход схемы 215-h управления через дорожку 720-c и передавать на антенный элемент 220-i для передачи.
На фиг. 8 показана схема 800 примера архитектуры адресации с распределенными мультиплексированными сигналами управления и элементов для фазированной антенной решетки в соответствии с аспектами настоящего изобретения. Архитектура адресации может представлять собой пример архитектуры адресации для одного или более декодеров 260 адресов, как описано со ссылкой на фиг. 2 и 4-6. Примерная схема 800 иллюстрирует множество схем 215-j управления, расположенных в виде строк и столбцов на печатной плате антенной решетки.
Каждая схема 215-j управления антенной решеткой может распознавать свой собственный адрес, считывая уровни напряжения адреса, например, используя АЦП. Как показано на фиг. 8, архитектура адресации содержит делитель 805 напряжения по столбцам и делитель 810 напряжения по строкам. Делитель 805 напряжения по столбцам может содержать один или более столбцов 815 от напряжения 820-a питания до напряжения 825 земли. Делитель 805 напряжения по столбцам может содержать ряд m элементов 830 делителя напряжения по столбцам (например, резисторные делители напряжения), причем комбинация элементов 830 делителя напряжения по столбцам может делить напряжение питания для получения результирующих напряжений 850 по столбцам для каждого столбца 815. Делитель 810 напряжения строки может также содержать ряд n строк 835 от напряжения 820-b питания до напряжения 825 земли. Делитель 810 напряжения строки может содержать один или более элементов 840 делителя напряжения строки (например, резисторные делители напряжения), причем комбинация элементов 840 делителя напряжения строки может делить напряжение питания для получения результирующих напряжений 855 строки для каждой строки 835.
Каждая схема 215-j управления может быть расположена на позиции в одном из столбцов 815, связанных с одним из напряжений 850 по столбцам. Аналогично, каждый элемент 845 адреса находится на позиции в одной из строк 835, связанных с одним из напряжений 855 строки. Таким образом, каждая схема 215-j управления может быть расположена в соответствующей уникальной комбинации адресов строк и столбцов. Каждая схема 215-j управления может содержать контакт адреса строки, который принимает соответствующее напряжение строки, и контакт адреса столбца, который принимает соответствующее напряжение по столбцам. Затем АЦП можно использовать для считывания этих напряжений на контактах адреса строки и столбца, таким образом идентифицируя конкретную информацию управления (например, конкретные коэффициенты регулирования луча по амплитуде и/или фазе), предназначенную для соответствующего антенного элемента. В проиллюстрированной архитектуре адресации можно использовать относительно меньшее количество контактов по сравнению с использованием привязки адресов с увеличением/снижением или размыканием/замыканием, что может уменьшить площадь и стоимость печатной платы для каждой схемы управления.
Как описано выше, в некоторых случаях адреса схем управления могут быть выбраны (например, с использованием последовательных адресов строк и столбцов), так что если схема управления применяет информацию управления к неправильно декодированному адресу, информация управления, применяемая схемой управления, вероятно, предназначена для одной из смежных схем управления (т.е. схема управления может в (m,n) применять информацию управления, предназначенную для антенного элемента в (m,n + 1) или (m,n - 1). В случае использования уровней напряжения по строкам и столбцам для адресации схем управления ошибки при считывании напряжения адреса строки или столбца могут также приводить к применению информации управления, предназначенной для смежной или ближайшей схемы управления. В этих случаях регулировки, указанные информацией управления, например, для соседней схемы 215 управления, могут по существу не отличаться от регулировки, указанной для фактического местоположения схемы 215 управления. Например, одна схема 215 управления будет применять регулировку (например, фазы и/или амплитуды), предназначенные для ее ближайшей соседней схемы 215 управления по строке и/или столбцу, что не может по существу ухудшать эффективность формирования радиочастотного луча некоторых антенных решеток.
В некоторых случаях, как описано выше, сигнал управления и сигнал луча можно одновременно подавать в сеть формирования луча. Однако в некоторых случаях контроллер может не предоставлять сигнал управления непрерывно и/или не одновременно с сигналом луча. Скорее, в некоторых случаях контроллер может предоставлять информацию управления время от времени, когда это необходимо для перенастройки фазированной антенной решетки для изменения требуемого направления угла сканирования.
Различные иллюстративные блоки и компоненты (например, контроллеры 225, модуляторы 230 и/или каждый из различных компонентов первых схем 205 маршрутизации и схем 215 управления), описанные в связи с приведенным в настоящем документе описанием, могут быть реализованы или выполнены с помощью процессора общего назначения, цифрового сигнального процессора (DSP), специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA) или другого программируемого логического устройства, дискретной логической схемы или транзисторной логической схемы, дискретных аппаратных компонентов или любой их комбинации, предназначенной для выполнения описанных в настоящем документе функций. Процессор общего назначения может представлять собой микропроцессор, или в альтернативном варианте осуществления процессор может представлять собой стандартный процессор, контроллер, микроконтроллер или машину состояний. Процессор также может быть реализован в виде комбинации вычислительных устройств, например комбинации DSP и микропроцессора, множества микропроцессоров, микропроцессоров в сочетании с ядром DSP или любой другой подобной конфигурации.
Подробное описание, изложенное выше в связи с прилагаемыми чертежами, описывает примеры осуществления изобретения, а не единственно возможные варианты осуществления, которые могут быть реализованы или которые входят в объем формулы изобретения. Термин «пример», применяемый в настоящем описании, означает «служащий примером, образцом или иллюстрацией», а не «предпочтительный» или «преимущественный по сравнению с другими вариантами осуществления». Подробное описание содержит конкретные детали с целью обеспечения полного понимания описанных методик. Однако эти методики могут быть реализованы без этих конкретных деталей. В некоторых случаях хорошо известные структуры и устройства показаны в виде блок-схемы для лучшей иллюстрации идей описанных вариантов осуществления.
Информация и сигналы могут быть представлены с использованием любой из множества различных технологий и методик. Например, данные, инструкции, команды, информация, сигналы, биты, символы и микросхемы, которые могут упоминаться в приведенном выше описании, могут быть представлены напряжениями, токами, электромагнитными волнами, магнитными полями или частицами, оптическими полями или частицами или любой их комбинацией.
Описанные в настоящем документе функции могут быть реализованы различными способами с использованием различных материалов, особенностей, форм, размеров и т.п. Другие примеры и варианты реализации входят в объем описания и прилагаемой формулы изобретения. Элементы, реализующие функции, могут также быть физически расположены в различных местоположениях, включая распределенное расположение таким образом, что части функций реализованы в различных физических местоположениях. Кроме того, при использовании в настоящем документе термин «или», применяемый в списке пунктов (например, списке пунктов, предваряемом таким выражением, как «по меньшей мере один из» или «один или более из»), указывает на дизъюнктивный список, так что, например, список «по меньшей мере один из A, B или C» означает A или B или C, или AB или AC или BC, или ABC (т.е. A, и B, и C).
Предыдущее описание изобретения предоставлено, чтобы дать возможность специалисту в данной области техники воссоздать или использовать изобретение. Различные модификации описания будут очевидны специалистам в данной области техники, и общие принципы, определенные в настоящем документе, можно применять к другим вариантам, не выходя за рамки объема описания. Таким образом, описание не должно ограничиваться примерами и конструкциями, описанными в настоящем документе, а должно рассматриваться в самом широком объеме в соответствии с принципами и новыми признаками, описанными в настоящем документе.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ПОЛЕЗНЫЙ ГРУЗ СПУТНИКА СВЯЗИ (ВАРИАНТЫ), БЛОК ПЕРЕДАЮЩЕЙ АНТЕННЫ С ФАЗИРОВАННОЙ РЕШЕТКОЙ (ВАРИАНТЫ) И БЛОК ПРИЕМНОЙ АНТЕННЫ С ФАЗИРОВАННОЙ РЕШЕТКОЙ (ВАРИАНТЫ) | 1994 |
|
RU2136107C1 |
| АРХИТЕКТУРА НАРАЩИВАЕМОЙ ДВУМЕРНОЙ КОМПОНОВКИ ДЛЯ СИСТЕМЫ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ С АКТИВНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ | 2016 |
|
RU2741378C2 |
| ЛИНЗОВАЯ АНТЕННАЯ СИСТЕМА | 2018 |
|
RU2782177C2 |
| Фазированная антенная решетка для спутниковой связи в Ku-диапазоне | 2023 |
|
RU2820493C1 |
| МОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ПОЛЕЗНЫХ НАГРУЗОК СПУТНИКОВ СВЯЗИ | 2009 |
|
RU2494542C2 |
| МОДУЛЬ АНТЕННОГО ЭЛЕМЕНТА | 2019 |
|
RU2799836C2 |
| СИСТЕМА РАДИОРЕЛЕЙНОЙ СВЯЗИ С ПОДСТРОЙКОЙ ЛУЧА | 2014 |
|
RU2595941C2 |
| АНТЕННАЯ СИСТЕМА | 1995 |
|
RU2162260C2 |
| ГИБКИЕ ВНУТРИСПУТНИКОВЫЕ МАРШРУТЫ СИГНАЛОВ | 2017 |
|
RU2745111C1 |
| Регулирование зоны покрытия для адаптации спутниковой связи | 2017 |
|
RU2741489C1 |
Изобретение относится к антенной технике, в частности к фазированным антенным решеткам (ФАР). Техническим результатом является упрощение конструкции и снижение массогабаритных характеристик ФАР. Технический результат достигается тем, что предложена система фазированной антенной решетки, содержащая сеть формирования луча для преобразования между множеством сигналов элементов на множестве портов сигналов элементов и сигналом луча на общем порте сигналов, причем сеть формирования луча расположена в одном или более слоях печатной платы (PCB), первую схему маршрутизации сигналов для подачи сигнала управления от контроллера на общий порт сигналов и множество схем управления, расположенных в первом слое печатной платы, причем каждая схема управления имеет первый порт, соединенный с соответствующим портом сигнала элемента из множества портов сигналов элементов, и второй порт, соединенный с соответствующим антенным элементом, причем антенные элементы, соответствующие каждой из схем управления, расположены в первом или втором слое печатной платы. 26 з.п. ф-лы, 8 ил.
1. Система фазированной антенной решетки, содержащая:
сеть формирования луча для преобразования между множеством сигналов элементов на множестве портов сигналов элементов и сигналом луча на общем порте сигналов, причем сеть формирования луча расположена в одном или более слоях печатной платы (PCB);
первую схему маршрутизации сигналов для подачи сигнала управления от контроллера на общий порт сигналов, причем сеть формирования луча распределяет сигнал управления на каждый из множества портов сигналов элементов; и
множество схем управления, расположенных в первом слое печатной платы, причем каждая схема управления имеет первый порт, соединенный с соответствующим портом сигнала элемента из множества портов сигналов элементов, и второй порт, соединенный с соответствующим антенным элементом, причем антенные элементы, соответствующие каждой из схем управления, расположены в первом или втором слое печатной платы, при этом каждая из множества схем управления содержит:
вторую схему маршрутизации сигнала, соединенную с первым портом, причем вторая схема маршрутизации сигнала предназначена для установления пути прохождения сигнала элемента для соответствующего сигнала элемента из множества сигналов элементов, передаваемых между первым портом и вторым портом, и для установления пути прохождения сигнала управления для сигнала управления, принятого через первый порт, и
первую схему регулирования сигнала на пути прохождения сигнала элемента и пути прохождения сигнала управления, причем первая схема регулирования сигнала предназначена для регулирования соответствующего сигнала элемента по меньшей мере частично на основании сигнала управления.
2. Система фазированной антенной решетки по п. 1, в которой первая схема маршрутизации сигнала содержит:
мультиплексор, который мультиплексирует сигнал управления и сигнал луча для формирования композитного мультиплексированного сигнала, содержащего сигнал управления и сигнал луча.
3. Система фазированной антенной решетки по п. 2, в которой сигнал управления и сигнал луча занимают неперекрывающиеся полосы частот.
4. Система фазированной антенной решетки по п. 2, в которой композитный мультиплексированный сигнал дополнительно содержит сигнал мощности, мультиплексированный с сигналом управления и сигналом луча.
5. Система фазированной антенной решетки по п. 4, в которой каждая схема управления из множества схем управления содержит развязывающее устройство для получения сигнала мощности с целью подачи питания на каждую из схем управления.
6. Система фазированной антенной решетки по любому одному из пп. 1-5, в которой первая схема маршрутизации сигнала дополнительно подает сигнал мощности на общий порт сигналов, при этом сеть формирования луча распределяет сигнал мощности на каждый из множества портов сигналов элементов.
7. Система фазированной антенной решетки по п. 6, в которой сигнал луча содержит сигнал приемного луча, а сигнал мощности мультиплексирован с сигналом приемного луча.
8. Система фазированной антенной решетки по п. 2, в которой сеть формирования луча осуществляет преобразование между композитным мультиплексированным сигналом и множеством отдельных мультиплексированных сигналов на множестве портов сигналов элементов.
9. Система фазированной антенной решетки по п. 8, в которой вторая схема маршрутизации сигнала каждой из множества схем управления демультиплексирует один из множества отдельных мультиплексированных сигналов для получения сигнала управления и соответствующего сигнала элемента из множества сигналов элементов.
10. Система фазированной антенной решетки по любому одному из пп. 1-9, в которой вторая схема маршрутизации сигнала содержит:
мультиплексор, который мультиплексирует соответствующий сигнал управления из первого порта соответствующей схемы управления в первую схему регулирования сигнала и соответствующий сигнал элемента из второго порта соответствующей схемы управления в первый порт соответствующей схемы управления.
11. Система фазированной антенной решетки по п. 10, в которой сеть формирования луча преобразует сигнал управления на общем порте сигналов в множество отдельных сигналов управления на портах сигналов элементов и из множества отдельных мультиплексированных сигналов на портах сигналов элементов в композитный мультиплексированный сигнал на общем порте сигналов.
12. Система фазированной антенной решетки по п. 11, в которой первая схема маршрутизации сигнала демультиплексирует композитный мультиплексированный сигнал для получения сигнала луча.
13. Система фазированной антенной решетки по любому одному из пп. 1-12, в которой сеть формирования луча содержит один или более объединителей/делителей между общим портом сигналов и множеством портов сигналов элементов, причем один или более объединителей/делителей расположены на одном или более слоев печатной платы.
14. Система фазированной антенной решетки по любому одному из пп. 1-13, в которой сигнал управления содержит множество значений регулировки и соответствующих индикаторов адреса, причем каждый из индикаторов адреса идентифицирует адрес одной из схем управления из множества схем управления, для которой предназначено соответствующее значение регулировки сигнала управления.
15. Система фазированной антенной решетки по п. 14, в которой каждая из множества схем управления идентифицирует свой соответствующий адрес по меньшей мере частично на основании соответствующего соединения множества адресных контактов.
16. Система фазированной антенной решетки по п. 14, в которой каждая из множества схем управления идентифицирует свой соответствующий адрес по меньшей мере частично на основании одного или более из напряжения по строкам, полученного делителем напряжения по строкам, напряжения по столбцам, полученного делителем напряжения по столбцам, или их комбинации, причем каждый делитель напряжения по строкам содержит множество элементов делителя напряжения по строкам, а каждый делитель напряжения по столбцам содержит множество элементов делителя напряжения по столбцам.
17. Система фазированной антенной решетки по п. 14, в которой смежные схемы управления из множества схем управления имеют адреса, имеющие одно различающееся значение бита адреса.
18. Система фазированной антенной решетки по п. 14, в которой индикаторы адреса содержат по меньшей мере один бит исправления ошибок.
19. Система фазированной антенной решетки по любому одному из пп. 1-18, в которой первые схемы регулирования сигналов из множества схем управления применяют соответствующие первые регулировки сигналов к соответствующим сигналам элементов для получения соответствующих сигналов из множества отрегулированных сигналов элементов.
20. Система фазированной антенной решетки по п. 19, в которой сигнал луча содержит сигнал приемного луча, а сеть формирования луча объединяет множество отрегулированных сигналов элементов для получения сигнала приемного луча.
21. Система фазированной антенной решетки по п. 19, в которой сигнал луча содержит сигнал передающего луча, а сеть формирования луча делит сигнал передающего луча для получения множества сигналов элементов, и при этом соответствующие отрегулированные сигналы элементов передаются соответствующими антенными элементами.
22. Система фазированной антенной решетки по п. 19, в которой первая схема регулирования сигнала содержит усилитель для применения регулировки амплитуды, фазовращатель для применения регулировки фазы или их комбинацию.
23. Система фазированной антенной решетки по п. 19, в которой контроллер определяет вторую регулировку сигнала и обеспечивает вторую регулировку сигнала для соответствующей схемы управления, в то время как первая схема регулирования сигнала работает в соответствии с первой регулировкой сигнала, причем вторая регулировка сигнала должна применяться после первой регулировки сигнала.
24. Система фазированной антенной решетки по п. 23, в которой первая регулировка сигнала и вторая регулировка сигнала связаны с различными полосами частот.
25. Система фазированной антенной решетки по любому одному из пп. 1-24, в которой первые схемы регулирования сигнала из множества схем управления содержат приемные схемы регулировки для регулирования сигнала приемного элемента, принятого через соответствующий антенный элемент, и при этом каждая из множества схем управления содержит схему регулирования передаваемого сигнала для регулирования сигнала передающего элемента, который должен передаваться через соответствующий антенный элемент.
26. Система фазированной антенной решетки по п. 25, в которой каждый из соответствующих антенных элементов содержит первый антенный элемент, связанный с сигналом приемного элемента, и второй антенный элемент, связанный с сигналом передающего элемента.
27. Система фазированной антенной решетки по любому одному из пп. 1-26, в которой антенные элементы содержат патч-антенны, расположенные на первом или втором слое печатной платы.
| RU 88213 U1, 27.10.2009 | |||
| Нажимное устройство для обжимных прокатных станов | 1960 |
|
SU135457A1 |
| Способ приготовления активной окиси алюминия | 1959 |
|
SU132622A1 |
| US 20160302208 A1, 13.10.2016 | |||
| US 20170170559 A1, 15.06.2017. | |||
