專利名稱：相移振蕩器和天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于發(fā)送和接收用來利用信息的無線電波能量的 設(shè)備和處理，更具體來說，涉及相控陣天線及其在無線通信中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
天線被設(shè)計(jì)用來發(fā)射和接收電磁波。相控陣天線是包括具有定向輻 射模式(波束)的多個(gè)輻射器元件(多個(gè)輻射器)的天線，可以通過控 制天線中的單個(gè)輻射器元件(輻射器)或輻射器元件組來控制所述定向 輻射模式(波束)。
一般來說，通過控制進(jìn)入和來自輻射器元件的信號(hào)的
相位來確定輻射模式的導(dǎo)引方向(steering direction)。在常規(guī)相控陣天線 中，通過相移器實(shí)現(xiàn)相位控制。典型地，通過數(shù)字信號(hào)處理(DSP)子系 統(tǒng)確定具體相位。
相控陣天線的一個(gè)示例在序列號(hào)為6，759，980的美國專利申請(qǐng)中被 公開，該專利申請(qǐng)公開了一種相控陣天線，該相控陣天線包括輸入端、 電耦合到該輸入端的饋送網(wǎng)絡(luò)、多個(gè)輻射器、用于在將信號(hào)發(fā)送到輻射 器或者從輻射器接收信號(hào)之前為信號(hào)提供相移的多個(gè)相移器，以及用于 控制相移器提供的相移的控制器。
圖1例示了總的標(biāo)為100的系統(tǒng)的簡要框圖，系統(tǒng)100包括用于將 參考信號(hào)101分發(fā)到一個(gè)或更多個(gè)發(fā)射器/接收器(T/R)模塊的多功率分 配器140，和本領(lǐng)域中已知的簡單相控陣天線(PAA) 150。圖1例示了 以電子的方式控制信號(hào)的波陣面。示出了三種可能的波陣面162、 164、 166。參考信號(hào)101被輸入到多功率分配器140。參考信號(hào)通常由參考信 號(hào)生成器(圖1中未示出)生成。
功率分配器140將參考信號(hào)101分發(fā)到四個(gè)相移器112、 114、 116、 118。相移器112、 114、 116、 118提供各自的相移sl度、s2度、s3度、
7s4度(未示出)。波陣面162、 164或166由相移器的相移sl、 s2、 s3、 s4確定。相控陣天線150包括相移器112、 114、 116、 118、放大器122、 124、 126、 128，以及輻射器132、 134、 136、 138。各相移器112、 114、 116、 118連接到放大器122、 124、 126、 128。各放大器122、 124、 126、 128將經(jīng)過放大并經(jīng)過相移的信號(hào)傳遞到各自的輻射器。圖1的PAA可 以僅在一個(gè)維度(方位角(azimuth)維度或仰角(elevation)維度)上 控制波陣面。
示例性PAA包括一組輻射器，其中，以這種方式改變輻射器輻射的 電磁信號(hào)的相對(duì)相位，即使相控陣天線的輻射模式處于期望的方向。在 圖1中，數(shù)字161例示輻射模式(波束)。
圖1例示的簡化相控陣天線150通常包括一組T/R模塊102、 104、 106、 108和一組輻射器132、 134、 136、 138。在圖1的PAA的架構(gòu)中， 各輻射器被連接到一個(gè)T/R模塊。在圖1中，僅示出T/R模塊102、 104、 106、 108的發(fā)射部分。
示例性PAA使用執(zhí)行諸如將信號(hào)相位偏移預(yù)定的度數(shù)的功能的發(fā)射 器(TR)或接收器(RX)或T/R模塊。例如，圖1中的T/R模塊102 使信號(hào)相移sl度。
例示的常規(guī)T/R模塊102包括相移器112和放大器122等。示例性 PAA使用多個(gè)T/R模塊，每個(gè)T/R模塊都包括相移器(PS)。 PS是使得 能夠以電子的方式在期望的方向上控制天線波束、而不用以機(jī)械的方式 對(duì)PAA進(jìn)行重新定位的電子器件。常規(guī)PAA極其昂貴并且具有較高功耗， 因此它們主要用在軍事應(yīng)用中，例如飛行器雷達(dá)和導(dǎo)彈雷達(dá)。例如，在 示例性PAA中，使用約4000個(gè)相移器；每個(gè)相移器價(jià)值幾千美元，導(dǎo) 致這種PAA的總成本為數(shù)百萬美元。因此，存在對(duì)低成本相控陣天線的 需要，該低成本相控陣天線提供和常規(guī)的高成本相控陣天線大致相同的 性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一些實(shí)施方式的一方面一般地涉及相控陣天線("PAA")系統(tǒng)，更具體來說，涉及用于諸如Wi-Fi、 Wi-Max、蜂窩通信或衛(wèi)星移動(dòng) 電視的無線或電信網(wǎng)絡(luò)中的PAA。
本發(fā)明的PAA是有源相控陣天線。術(shù)語"有源"被用來強(qiáng)調(diào)該P(yáng)AA是 以電子而不是機(jī)械的方式進(jìn)行控制，并且還通過對(duì)各輻射器使用T/R模 塊來控制該P(yáng)AA。
本發(fā)明一些實(shí)施方式的一方面涉及用于高質(zhì)量視頻業(yè)務(wù)、高速數(shù)據(jù) 業(yè)務(wù)、基于網(wǎng)際協(xié)議的語音業(yè)務(wù)(VOIP)或互聯(lián)網(wǎng)電話的PAA。本發(fā)明 一些實(shí)施方式的一方面涉及新的后文中稱為相移注入振蕩器(phase shifted injection oscillator: PSIO)的裝置或電路。
本發(fā)明一些實(shí)施方式的一方面涉及新的后文中稱為相移注入鎖定雙 推振蕩器(phase shifted injection locked push-push oscillator: PSIPPO)的 裝置或電路。
本發(fā)明一些實(shí)施方式的一方面涉及包括多個(gè)PSIO或多個(gè)PSIPPO的
相控陣天線系統(tǒng)。
本發(fā)明一些實(shí)施方式的一方面涉及低成本或廉價(jià)的PAA。在本發(fā)明 示例性實(shí)施方式中，相對(duì)于基于常規(guī)相移電路使用常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)的T/R 模塊的常規(guī)PAA系統(tǒng)，使用了多個(gè)PSIPPO的PAA實(shí)現(xiàn)了大致相同或更 好的性能，例如效率更高。
本發(fā)明一些實(shí)施方式的一方面涉及使用多個(gè)PSIPPO的能夠進(jìn)行方 位角或仰角波束控制的PAA。
本發(fā)明一些實(shí)施方式的一方面涉及使用多個(gè)PSIPPO的生成窄波束 的PAA。
在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，與基于現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)天線相比，窄 波束能夠?qū)崿F(xiàn)更寬的覆蓋范圍或更低的電磁干擾。這使數(shù)據(jù)吞吐量能夠 顯著增加，或者使諸如Wi-Fi、 Wi-Max的無線網(wǎng)絡(luò)以及其他無線網(wǎng)絡(luò)的 同時(shí)存在的用戶數(shù)目能夠增加。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式，提供了一種振蕩器，該振蕩器包 括反射放大器；包括至少一個(gè)可變電容器和至少一個(gè)諧振器的帶阻濾 波器，其中，所述帶阻濾波器被連接到所述反射放大器。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述帶阻濾波器是雙端口帶阻濾波器。在本發(fā)明示例性 實(shí)施方式中，輸入?yún)⒖夹盘?hào)被注入所述振蕩器中。在本發(fā)明示例性實(shí)施 方式中，所述振蕩器的輸出信號(hào)被鎖定。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中， 所述振蕩器是壓控的。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式，提供了一種振蕩器，該振蕩器包 括功率分配器；時(shí)延單元；帶阻濾波器；至少兩個(gè)反射放大器；以及 功率合成器。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述帶阻濾波器包括實(shí)現(xiàn)諧 振器的至少兩個(gè)可變電容器和至少兩個(gè)電感器。在本發(fā)明示例性實(shí)施方 式中，通過DSP單元生成的信號(hào)對(duì)所述可變電容器進(jìn)行壓控。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式，提供了一種相移注入鎖定雙推振 蕩器，該相移注入鎖定雙推振蕩器包括功率分配器，所述功率分配器 將接收到的參考信號(hào)分成第一部分和第二部分，相對(duì)于所述第一部分， 所述第二部分被時(shí)延預(yù)定的延時(shí)量；以及接收所述第一部分和所述第二 部分并生成輸出信號(hào)的雙推振蕩器；其中，所述雙推振蕩器包括帶阻濾 波器，所述帶阻濾波器被配置為改變所述第一部分或所述第二部分的相 位，使得所述輸出信號(hào)具有相對(duì)于所述參考信號(hào)的相位發(fā)生了偏移的相 位。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述功率分配器是零度功率分配器。 在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述功率分配器是威爾金森(Wilkinson) 功率分配器。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所生成的輸出信號(hào)具有與所 接收到的參考信號(hào)大致相同的穩(wěn)定性特性。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中， 所生成的輸出信號(hào)具有與所接收到的參考信號(hào)大致相同的噪聲特性。在 本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述預(yù)定的延時(shí)量是所述參考信號(hào)的大約半 個(gè)周期。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述預(yù)定的延時(shí)量是所述參考信 號(hào)的大約半個(gè)周期的奇數(shù)倍。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所生成的輸 出信號(hào)具有與所接收到的參考信號(hào)相同的頻率和大致相同的噪聲特性。 在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所生成的輸出信號(hào)具有與所接收到的參考 信號(hào)大致相同的穩(wěn)定性特性。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述輸出信 號(hào)相對(duì)于所接收到的參考信號(hào)的相移在大約-100到大約+100度的范圍 內(nèi)。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述帶阻濾波器包括至少兩個(gè)可變電容器。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述可變電容器用于改變所述帶阻濾波器的諧振頻率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，提供了一種使注入鎖定雙推振蕩器相移的方法，該方法包括將接收到的參考信號(hào)分成第一部分和第二部分，相對(duì)于所述第一部分，所述第二部分被時(shí)延預(yù)定的延時(shí)量；通過雙推振蕩器接收所述第一部分和所述第二部分；以及通過所述雙推振蕩器生成輸出信號(hào)；其中，所述雙推振蕩器被配置為改變所述第一部分或所述第二部分的相位，使得所述輸出信號(hào)具有相對(duì)于所述參考信號(hào)的相位發(fā)生了偏移的相位。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述第二部分相對(duì)于所述第一部分被延遲的預(yù)定延時(shí)量是所述參考信號(hào)的大約半個(gè)周期。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述第二部分相對(duì)于所述第一部分被延遲的預(yù)定延時(shí)量是所述參考信號(hào)的大約半個(gè)周期的奇數(shù)倍。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，還提供了一種發(fā)射器/接收器模塊，該發(fā)射器/接收器模塊包括至少一級(jí)的相移注入鎖定雙推振蕩器；以及接收隨后通過所述至少一級(jí)的相移注入鎖定雙推振蕩器處理的功率的釆樣部分的接收功能。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，還提供了一種使注入鎖定雙推振蕩器相移的方法，該方法包括接收具有相位的第一信號(hào)；劃分所述第一信號(hào)，并將所述第一信號(hào)的第一部分注入帶阻濾波器中，將所述第一信號(hào)的第二部分注入時(shí)延單元中；改變所述第一信號(hào)的所述第一部分或所述第二部分的諧振頻率；使所述第一信號(hào)的第一部分和第二部分在所述帶阻濾波器和至少兩個(gè)反射放大器之間諧振；合成來自所述至少兩個(gè)反射放大器的所述第一信號(hào)的第一和第二部分；以及輸出合成信號(hào)。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述第一信號(hào)是參考信號(hào)或來自前一相移注入鎖定雙推振蕩器的信號(hào)。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述合成信號(hào)被輸出到另一相移注入鎖定雙推振蕩器或輻射器。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述合成信號(hào)的頻率為所述第一信號(hào)的頻率的大約兩倍，所述合成信號(hào)的相移為所述第一信號(hào)的相移的兩倍。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述時(shí)延單元產(chǎn)生所述第一信號(hào)的大約半個(gè)周期的時(shí)延。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式，提供一種能夠在方位角和仰角上控制天線波束的相控陣天線，所述天線包括多個(gè)輻射器、放大器、混合器、采樣耦合器以及相移器注入鎖定振蕩器，所述相移注入鎖定振蕩器用于在所述仰角和方位角上控制所述天線波束。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，各所述相移注入鎖定雙推振蕩器都包括功率分配器，所述功率分配器將接收到的參考信號(hào)分成第一部分和第二部分，相對(duì)于所述第一部分，所述第二部分被時(shí)延預(yù)定的延時(shí)量；以及接收所述第一部分和第二部分并生成輸出信號(hào)的雙推振蕩器；其中，所述雙推振蕩器包括帶阻濾波器，所述帶阻濾波器被配置為改變所述第一或第二部分的相位，使得所述輸出信號(hào)具有相對(duì)于所述參考信號(hào)的相位發(fā)生了偏移的相位。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述相移注入鎖定雙推振蕩器的第一部分被相移第一程度；所述相移注入鎖定雙推振蕩器的第二部分被相移第二
程度，而所述相移注入鎖定雙推振蕩器的第三部分被相移第三程度，所述第一程度與所述第二程度相關(guān)，所述第二程度與所述第三程度相關(guān)。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述相控陣天線用于無線通信設(shè)備。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述相控陣天線用于無線接入點(diǎn)。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述相控陣天線用于衛(wèi)星移動(dòng)電視系統(tǒng)。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述相控陣天線用于衛(wèi)星天線。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述相控陣天線用于連接到數(shù)據(jù)交換設(shè)備的天線。在本發(fā)明示例性實(shí)施方式中，所述相控陣天線用于連接到數(shù)據(jù)接收和發(fā)射設(shè)備的天線。


將結(jié)合附圖、參照下述實(shí)施方式描述本發(fā)明示例性的非限制性實(shí)施方式。這些圖一般未按比例示出，并且任何尺寸僅僅是示例性而不一定是限制性的。在圖中，在不止一幅圖中出現(xiàn)的相同結(jié)構(gòu)、元件或部件在它們所出現(xiàn)的所有圖中優(yōu)選地用相同或類似的標(biāo)號(hào)進(jìn)行標(biāo)注。
圖1例示了包括多功率分配器和本領(lǐng)域己知的簡單相控陣天線的系統(tǒng)的簡單框圖。
12圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的相移注入振蕩器(PSIO)
的示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的帶阻濾波器(BRF)的示意圖。
圖4、 5是例示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的PSIO的性能的非限制性示例。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的相移注入鎖定雙推振蕩器(PSIPPO)的簡單框圖例示。
圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的BRF的示意圖。
圖8A、 8B、 8C、 8D是例示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的相移注
入鎖定雙推振蕩器(PSIPPO)的波形性能的非限制性示例。
圖9例示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的相控陣天線，該相控
陣天線能夠在方位角和仰角上控制天線波束。
圖10例示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
圖U例示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的衛(wèi)星移動(dòng)電視系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明描述了新的得以改進(jìn)的相移注入振蕩器、相移注入鎖定雙推振蕩器以及相控陣天線(PAA)。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的PAA成本低，因此可以用在各種商業(yè)應(yīng)用中，例如無線通信或衛(wèi)星移動(dòng)電視。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的PAA，本發(fā)明的PAA提供了顯著的增強(qiáng)和改善，這將在本說明書和附圖中示出。
根據(jù)本發(fā)明的相控陣天線包括多個(gè)相移元件和其他電子部件。常規(guī)的相移器是昂貴的電子部件，或者受較高RF損耗的影響。成本和RF損耗都使得利用常規(guī)T/R模塊或常規(guī)相移器的常規(guī)相控陣天線具有非常高的成本。
在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，諸如圖1的112、 114、 116或118的相移器是相移注入振蕩器(PSIO)或相移注入鎖定雙推振蕩器(PSIPPO)，兩者都是本發(fā)明新的并且新穎的電子器件，并在下面進(jìn)行描述。首先描述PSIO，然后描述可以認(rèn)為是PSIO的改進(jìn)的PSIPPO。盡管
可以用圖1例示的結(jié)構(gòu)或架構(gòu)來使用PSIO或PSIPPO，但是本發(fā)明還公開了相控陣天線的新穎的分布式結(jié)構(gòu)或架構(gòu)，與圖1例示的天線和現(xiàn)有技術(shù)的其他天線相比，該天線具有多種優(yōu)點(diǎn)。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的電路300 (本說明中稱作PSIO)的示意圖。圖2的PSIO包括連接到帶阻濾波器(BRF) 330的反射放大器340。 BRF包括變?nèi)荻O管，該變?nèi)荻O管的偏壓由數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 390控制。BRF 330具有兩個(gè)端口 332、 333。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的BRF 330的示意圖350。BRF 330包括內(nèi)建在隔離變壓器中的至少一個(gè)可變電容器352和至少一個(gè)電感器304，所述隔離變壓器能夠與可變電容器352產(chǎn)生諧振，來與PSIO的帶阻濾波器產(chǎn)生諧振。標(biāo)號(hào)338表示接地。通過DSP 390 (圖3中未示出DSP390)生成的信號(hào)380對(duì)圖3的可變電容器352進(jìn)行壓控。
在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，圖2的信號(hào)301被注入PSIO 300中，使得PSIO 300的輸出信號(hào)341被鎖定為信號(hào)301。鎖定信號(hào)341意思是信號(hào)341也被鎖定，并且具有與信號(hào)301相同的頻率和大致相同的基本頻譜純度。結(jié)合圖4、 5，將更好地理解圖2的PSIO300的性能。圖4、 5是例示PSIO 300的性能的特定非限制性示例。PSIO 300接收輸入的RF信號(hào)301并輸出信號(hào)341，信號(hào)341具有與輸入的參考信號(hào)301相同的頻率和大致相同的基本頻譜純度。波形401、 401B是信號(hào)301針對(duì)可變電容器352的兩個(gè)不同電壓V1和V2的波形例示。類似地，波形441、441B例示了信號(hào)341針對(duì)兩個(gè)不同電壓VI和V2的波形?？梢钥闯鲂盘?hào)441和441B具有不同的相位。
波形401、 431、 441表示PSIO的特定位置處對(duì)應(yīng)于可變電容器352上的電壓V1的時(shí)域電壓。波形401B、 431B、 441B表示PSIO的特定位置處對(duì)應(yīng)于可變電容器352上的電壓V2的時(shí)域電壓。應(yīng)該注意，波形401對(duì)應(yīng)301、波形431對(duì)應(yīng)331，而波形441對(duì)應(yīng)341。
在本發(fā)明一個(gè)示例性或優(yōu)選實(shí)施方式中，BRF 300的可變電容器352圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的相移注入鎖定雙推振蕩器
(PSIPPO)的簡化框圖例示600。在本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式中，PSIPPO包括功率分配器610、時(shí)延單元620、帶阻濾波器(BRF) 630、至少兩個(gè)反射放大器640和650、功率合成器660。
圖7是圖6的根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的BRF 630的示意圖。BRF 730包括嵌入兩個(gè)隔離變壓器中的至少兩個(gè)電感器734、 735，所述隔離變壓器能夠與可變電容器722、 723諧振。標(biāo)號(hào)738表示接地。通過圖2、 3中示出的DSP 3卯生成的信號(hào)380來對(duì)可變電容器722、 723進(jìn)行壓控。
結(jié)合圖8A、 8B、 8C、 8D，將更好地理解圖6的PSIPPO 600的性能。PSIPPO 600接收具有特定相位的信號(hào)601并輸出信號(hào)661，信號(hào)661具有與輸入信號(hào)601相同或不同的相位。
在本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式中，信號(hào)601是參考信號(hào)或來自前一PSIPPO的信號(hào)，并且信號(hào)661被輸出到另一 PSIPPO或輻射器。
在一個(gè)特定非限制性示例中，圖8A、 8B中的波形801、 801B是輸入的參考信號(hào)601分別針對(duì)兩個(gè)不同電壓V1和V2的波形例示，而圖8B、8D中的波形861、 861B是信號(hào)661針對(duì)不同電壓VI和V2的波形例示。與輸入的參考信號(hào)601相比，輸出信號(hào)661的頻率和相角分別是輸入的參考信號(hào)601的頻率和相角的兩倍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，與輸入的參考信號(hào)601相比，輸出信號(hào)661的頻率可以是輸入的參考信號(hào)601的頻率的兩倍，并且輸出信號(hào)661的相角可以約為輸入的參考信號(hào)601的相角的兩倍。
功率分配器610接收信號(hào)601，并將圖8A、 8C中波形802、 802B例示的第一部分602和圖8A、 8C中波形821 、 821B例示的第二部分621注入BRF 630中，其中使用時(shí)延單元620獲得第二部分621，該時(shí)延單元620造成約為參考信號(hào)601的半個(gè)周期的時(shí)延。在本發(fā)明的一個(gè)替代示例性實(shí)施方式中，時(shí)延是預(yù)定的。在本發(fā)明的一個(gè)替代示例性實(shí)施方式中，時(shí)延是參考信號(hào)的約半個(gè)周期的奇數(shù)倍。進(jìn)入BRF630的信號(hào)602和621具有相同的功率水平，但相位相反。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，進(jìn)入BRF 630的信號(hào)602和621可以具有大致相同的功率水平。
當(dāng)BRF 630的可變電容器622、 623的偏壓具有值VI時(shí)，BRF 630輸出分別由波形831、 832例示的信號(hào)631、 632。當(dāng)BRF 630的可變電容器622、623的偏壓具有值V2時(shí)，BRF 630輸出分別由波形831B、 832B例示的信號(hào)631、 632。在本發(fā)明的一個(gè)替代示例性實(shí)施方式中，輸出信號(hào)相對(duì)于接收到的參考信號(hào)的相移在約-100到約+100度的范圍內(nèi)。反射放大器640和650對(duì)應(yīng)地輸出信號(hào)641和651。信號(hào)641和651被饋送至輸出信號(hào)661的合成器661。當(dāng)BRJF630的可變電容器622、 623的偏壓具有值V1時(shí)，分別由波形841、 851表示信號(hào)641、 651。當(dāng)BRF 630的可變電容器622、 623的偏壓具有值V2時(shí)，分別由波形841B、 851B表示信號(hào)641、 651。
從圖8A、 8B、 8C、 8D可以注意到，由波形861、 861B表示的信號(hào)661的頻率為信號(hào)601頻率的兩倍。此外，對(duì)應(yīng)于偏壓VI的波形861的相位與對(duì)應(yīng)于偏壓V2的波形861B的相位不同。
圖9例示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的PAA，該P(yáng)AA能夠在方位角和仰角上控制天線波束。圖9的示例性PAA具有四個(gè)基本模塊502、 504、 506、 508。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地理解，PAA的這種結(jié)構(gòu)可以由多個(gè)分布式基本模塊組成，并且為了方便提供本發(fā)明的簡單和清楚的解釋而示出本示例。在圖9中，標(biāo)號(hào)541、 542、 543、 544、 545、546、 547、 548指代輻射器，標(biāo)號(hào)571、 572、 573、 574、 575、 576、 577、578指代放大器，標(biāo)號(hào)561、 562、 563、 564、 565、 566、 567、 568指代混合器，標(biāo)號(hào)551、 552、 553、 554、 555、 556、 557、 558指代采樣耦合器，標(biāo)號(hào)512、514、516、518指代用來在仰角方向控制天線波束的PSIPPO，標(biāo)號(hào)531、 532、 533、 534、 535、 536、 537、 538指代用來在方位角方向控制天線波束的PSIPPO。在本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式中，PSIPPO 531、533、 535、 537分別被相移角度pl、卩3、卩5、卩7 。 PSIPPO 532、 534、 536、538分別被相移角度(32、卩4、卩6、卩8，而PSIPPO 512、 514、 516、 518分別被相移角度al、 (x2、 a3、 a4。在特定示例中，角度(31=(33=(35=07=100度，角度02=34=06=(38=0度，而角度al;150度，角度(12=-50度，角度a3:+50度，角度"=+150度。根據(jù)上述示例可以容易地意識(shí)到其他角度。
圖9中描述的系統(tǒng)是能夠在仰角和方位角上控制波束的簡單PAA的 示例。以模塊502作為參考，PSIPPO的分布式網(wǎng)絡(luò)生成的信號(hào)用于向混 合器561、 562提供適當(dāng)?shù)腞F泵浦，以對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行上變頻。調(diào)制信 號(hào)將按混合器的符號(hào)中示出的箭頭所指示的那樣進(jìn)入混合器。采樣電容 器551、 552用于向接收器(未示出)的下變頻器提供適當(dāng)?shù)谋闷?，以?duì)
接收到的信號(hào)進(jìn)行下變頻。
圖5還示出了分布式PAA架構(gòu)，從某種意義上說，諸如512、 514、 516、 518的一個(gè)PSSIO影響不止一個(gè)輻射器，而在例如圖l所示的非分 布式架構(gòu)中，T/R模塊中諸如112、 114、 116或118的相移器僅影響一個(gè) 轄射器。
圖10例示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)250。根據(jù) 系統(tǒng)250,公開了增強(qiáng)和改進(jìn)的無線通信網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)250包括多個(gè)無線接 入點(diǎn)252、 254，每個(gè)無線接入點(diǎn)使用發(fā)射和接收信號(hào)260、 262、 264、 266、 268的PAA 256、 258。信號(hào)260、 262、 264、 266中的部分用于多 個(gè)無線設(shè)備(例如個(gè)人計(jì)算機(jī)270、 272、 274和手持設(shè)備278)之間的通 信。無線設(shè)備可以利用接入點(diǎn)252來接入第一網(wǎng)絡(luò)280，并因此可以與其 他遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)284或其他遠(yuǎn)程便攜式設(shè)備通信，所述其他遠(yuǎn)程便攜式設(shè) 備可以包括手持設(shè)備和包括無線電話和網(wǎng)絡(luò)電話在內(nèi)的無線電信設(shè)備。 在本示例性圖中，第一網(wǎng)絡(luò)280和第二網(wǎng)絡(luò)282未通過硬線連接。使用 本發(fā)明的PAA 256、 258的接入點(diǎn)252、 254在通信范圍內(nèi)，并因此可以 在第一和第二網(wǎng)絡(luò)282之間橋接?？刹捎肳i-Fi或Wi-Max技術(shù)的寬帶接 入點(diǎn)256、 258的使用可以幫助實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)284、 286之間的通信。 由于使用根據(jù)本發(fā)明示出的新的得以改進(jìn)的PAA，具有本發(fā)明的PAA的 無線接入點(diǎn)252、 254的使用將使明顯更多的用戶能夠訪問并使用各個(gè)無 線接入點(diǎn)。因此，具有多個(gè)PSIPPO (未示出)的PAA 252、 254的使用 將允許提供當(dāng)前不可用的業(yè)務(wù)，例如網(wǎng)絡(luò)電話的使用、視頻電話呼叫、 顯著的數(shù)據(jù)下載和上傳能力，以及需要額外帶寬和能力以較少數(shù)量的接 入點(diǎn)來處理多得多的使用者或訂戶的任何其他業(yè)務(wù)。
17圖11例示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的衛(wèi)星移動(dòng)電視系統(tǒng)200。
衛(wèi)星202發(fā)射信號(hào)204。放置在車輛210頂部或其他空中可見位置處的 PAA 206接收該信號(hào)，并將對(duì)應(yīng)的信號(hào)發(fā)射給放置在車輛210內(nèi)的電視機(jī) (TV)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，上述系統(tǒng)是示例性的，并用來解 釋針對(duì)本發(fā)明的新的得以改進(jìn)的PAA的許多可獲得應(yīng)用中的一些。在 PAA中，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，使用多個(gè)PSIPPO，并且當(dāng)以本 發(fā)明的特定示例性架構(gòu)組織PSIPPO時(shí)，所得到的PAA是有益的，例如 成本更低或功耗更低。還可以理解的是，本發(fā)明的PAA可以用于任何數(shù) 據(jù)接收和發(fā)射設(shè)備，以包括衛(wèi)星天線、數(shù)據(jù)交換或切換設(shè)備使用的天線 等。
已經(jīng)使用本發(fā)明的實(shí)施方式的非限制性詳細(xì)說明描述了本發(fā)明，這 些實(shí)施方式通過示例的方式提供并且不是要限制本發(fā)明的范圍。應(yīng)當(dāng)理 解，針對(duì)一個(gè)實(shí)施方式描述的特征或步驟可以用于其他實(shí)施方式，并且 不是本發(fā)明的所有實(shí)施方式都具有在特定圖中示出或針對(duì)這些實(shí)施方式 之一描述的所有特征或步驟。注意，上述實(shí)施方式的一些可以描述發(fā)明 人設(shè)想的最佳模式，并因此包括結(jié)構(gòu)、動(dòng)作或結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)以及可能對(duì)本 發(fā)明不是必不可少并作為示例所描述的動(dòng)作。
這里描述的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作可以用本領(lǐng)域已知的執(zhí)行相同功能的等同物 替換，即使結(jié)構(gòu)或動(dòng)作是不同的。因此，僅由如權(quán)利要求中所使用的要 素和限制限制本發(fā)明的范圍。此外，當(dāng)用在權(quán)利要求中時(shí)，術(shù)語"包括"、 "包含"、"具有"及其變化意指"包括但不限于"。
權(quán)利要求
1. 一種振蕩器，該振蕩器包括(a)反射放大器；(b)包括至少一個(gè)可變電容器和至少一個(gè)諧振器的帶阻濾波器；其中，所述帶阻濾波器被連接到所述反射放大器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩器，其中，所述帶阻濾波器是雙端口 帶阻濾波器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩器，其中，輸入?yún)⒖夹盘?hào)被注入到所 述振蕩器中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩器，其中，所述振蕩器的輸出信號(hào)被 鎖定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的振蕩器，其中，所述振蕩器是壓控的。
6. —種振蕩器，該振蕩器包括-功率分配器；時(shí)延單元； 帶阻濾波器；至少兩個(gè)反射放大器；以及 功率合成器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的振蕩器，其中，所述帶阻濾波器包括實(shí)現(xiàn) 諧振器的至少兩個(gè)可變電容器和至少兩個(gè)電感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的振蕩器，其中，通過DSP單元生成的信 號(hào)對(duì)所述可變電容器進(jìn)行壓控。
9. 一種相移注入鎖定雙推振蕩器，該相移注入鎖定雙推振蕩器包括(a) 功率分配器，所述功率分配器將接收到的參考信號(hào)分成第一部 分和第二部分，相對(duì)于所述第一部分，所述第二部分被時(shí)延預(yù)定的延時(shí) 量；以及(b) 接收所述第一和第二部分并生成輸出信號(hào)的雙推振蕩器；其中， 所述雙推振蕩器包括帶阻濾波器，所述帶阻濾波器被配置為改變所述第一或第二部分的相位，使得輸出信號(hào)具有相對(duì)于所述參考信號(hào)的相位發(fā) 生了偏移的相位。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的相移注入鎖定雙推振蕩器，其中，所述功率分配器是零度功率分配器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的相移注入鎖定雙推振蕩器，其中，所述 功率分配器是威爾金森功率分配器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的相移注入鎖定雙推振蕩器，其中，所生 成的輸出信號(hào)具有與所接收到的參考信號(hào)大致相同的穩(wěn)定性特性。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的相移注入鎖定雙推振蕩器，其中，所生成的輸出信號(hào)具有與所接收到的參考信號(hào)大致相同的噪聲特性。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的相移注入鎖定雙推振蕩器，其中，所述 預(yù)定的延時(shí)量是所述參考信號(hào)的大約半個(gè)周期。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的相移注入鎖定雙推振蕩器，其中，所述 預(yù)定的延時(shí)量是所述參考信號(hào)的大約半個(gè)周期的奇數(shù)倍。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的相移注入鎖定雙推振蕩器，其中，所生 成的輸出信號(hào)具有與所接收到的參考信號(hào)相同的頻率和大致相同的噪聲 特性。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的相移注入鎖定雙推振蕩器，其中，所生 成的輸出信號(hào)具有與所接收到的參考信號(hào)大致相同的穩(wěn)定性特性。
18. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的相移注入鎖定雙推振蕩器，其中，所述 輸出信號(hào)相對(duì)于所接收到的參考信號(hào)的相移在大約-100到大約+100度的 范圍內(nèi)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的相移注入鎖定雙推振蕩器，其中，所述 帶阻濾波器包括至少兩個(gè)可變電容器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的相移注入鎖定雙推振蕩器，其中，所述 可變電容器用于改變所述帶阻濾波器的諧振頻率。
21. —種使注入鎖定雙推振蕩器相移的方法，該方法包括(a)將接收到的參考信號(hào)分成第一部分和第二部分，相對(duì)于所述第 一部分，所述第二部分被時(shí)延預(yù)定的延時(shí)量；以及(b)通過雙推振蕩器接收所述第一部分和所述第二部分；以及 (C)通過所述雙推振蕩器生成輸出信號(hào)； 其中，所述雙推振蕩器被配置為改變所述第一部分或所述第二部分 的相位，使得輸出信號(hào)具有相對(duì)于所述參考信號(hào)的相位發(fā)生了偏移的相 位。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述第二部分相對(duì)于所述 第一部分被延遲的所述預(yù)定延時(shí)量是所述參考信號(hào)的大約半個(gè)周期。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述第二部分相對(duì)于所述 第一部分被延遲的所述預(yù)定延時(shí)量是所述參考信號(hào)的大約半個(gè)周期的奇 數(shù)倍。
24. —種發(fā)射器/接收器模塊，該發(fā)射器/接收器模塊包括(a) 至少一級(jí)的根據(jù)權(quán)利要求1所述的相移注入鎖定雙推振蕩器；以及(b) 接收隨后通過所述至少一級(jí)的相移注入鎖定雙推振蕩器處理的 功率的采樣部分的接收功能。
25. —種使注入鎖定雙推振蕩器相移的方法，該方法包括-接收具有相位的第一信號(hào)；劃分所述第一信號(hào)，并將所述第一信號(hào)的第一部分注入帶阻濾波器 中，將所述第一信號(hào)的第二部分注入時(shí)延單元中；改變所述第一信號(hào)的第一部分或第二部分的諧振頻率；使所述第一信號(hào)的第一部分和第二部分在所述帶阻濾波器和至少兩 個(gè)反射放大器之間諧振；合成來自所述至少兩個(gè)反射放大器的所述第一信號(hào)的第一和第二部 分；以及輸出合成信號(hào)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述第一信號(hào)是參考信號(hào) 或來自前一相移注入鎖定雙推振蕩器的信號(hào)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述合成信號(hào)被輸出到另 一相移注入鎖定雙推振蕩器或輻射器。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述合成信號(hào)的頻率大約 為所述第一信號(hào)的頻率的兩倍，所述合成信號(hào)的相移為所述第一信號(hào)的 相移的兩倍。
29. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述時(shí)延單元產(chǎn)生所述第 一信號(hào)的大約半個(gè)周期的時(shí)延。
30. —種能夠在方位角和仰角上控制天線波束的相控陣天線，所述 相控陣天線包括多個(gè)輻射器、放大器、混合器、采樣耦合器以及相移 注入鎖定振蕩器，所述相移注入鎖定振蕩器用于在仰角和方位角的方向 上控制所述天線波束。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的相控陣天線，其中，各所述相移注入鎖 定雙推振蕩器都包括(a) 功率分配器，所述功率分配器將接收到的參考信號(hào)分成第一部 分和第二部分，相對(duì)于所述第一部分，所述第二部分被時(shí)延預(yù)定的延時(shí) 量；以及(b) 接收所述第一部分和所述第二部分并生成輸出信號(hào)的雙推振蕩 器；其中，所述雙推振蕩器包括帶阻濾波器，所述帶阻濾波器被配置為 改變所述第一或第二部分的相位，使得輸出信號(hào)具有相對(duì)于所述參考信 號(hào)的相位發(fā)生了偏移的相位。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的相控陣天線，其中，所述相移注入鎖定 雙推振蕩器的第一部分被相移第一程度；所述相移注入鎖定雙推振蕩器 的第二部分被相移第二程度，而所述相移注入鎖定雙推振蕩器的第三部 分被相移第三程度，所述第一程度與所述第二程度相關(guān)，所述第二程度 與所述第三程度相關(guān)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的相控陣天線，所述相控陣天線用于無線 通信設(shè)備。
34. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的相控陣天線，所述相控陣天線用于無線 接入點(diǎn)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的相控陣天線，所述相控陣天線用于衛(wèi)星 移動(dòng)電視系統(tǒng)。
36. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的相控陣天線，所述相控陣天線用于衛(wèi)星 天線。
37. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的相控陣天線，所述相控陣天線用于連接 到數(shù)據(jù)交換設(shè)備的天線。
38. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的相控陣天線，所述相控陣天線用于連接 到數(shù)據(jù)接收和發(fā)射設(shè)備的天線。
全文摘要
本發(fā)明描述了新的得以改進(jìn)的相移注入振蕩器、相移注入鎖定雙推振蕩器以及相控陣天線(PAA)。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的PAA成本低，因此可以用在各種商業(yè)應(yīng)用中，例如無線通信或衛(wèi)星移動(dòng)電視。
文檔編號(hào)H01Q3/42GK101523664SQ200680056028
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2006年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月3日
發(fā)明者希勒爾·魏因施泰因, 阿爾伯托·米拉諾 申請(qǐng)人:碧姆網(wǎng)絡(luò)有限公司