專利名稱：低成本有源天線陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例總體上涉及用于智能天線的有源陣列，如相控陣列。
背景技術(shù)：
天線陣列用于諸如雷達(dá)和基于波束的通信系統(tǒng)的應(yīng)用。例如，見R.Mailloux, "Phased Array Antenna Handbook, 〃2nd edition, Artech House, 2005;D.Parker and D.Zimmermann, "Phased Arrays-Part 1: Theory and Architectures, ^IEEETrans.Microwave Theory and Techniques, vol.50,March2002;D.Parker andD.Zimmermann, "Phased Arrays-Part I1:1mplementations, Applications, and FutureTrends, ^IEEE Trans.Microwave Theory and Techniques, vol.50，March2002o 使用天線陣列的主要原因是它們的在沒有任何機(jī)械運(yùn)動的情況下產(chǎn)生諸如可操縱波束的特殊動態(tài)福射方向圖(radiation pattern)的能力。通常，天線陣列的每個(gè)陣列單元包括稱為天線單元或天線的無源天線和電路模塊。一般來說，將天線單元放置在規(guī)則網(wǎng)格上。該網(wǎng)格的間距接近或等于天線陣列工作的波長的一半。陣列單元的電路模塊可以在簡單的情況下是無源相控移動器(passive phasedshifter)，或者在復(fù)雜的情況下是整個(gè)無線電裝置，包括放大器、混頻器、濾波器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以及數(shù)字電路。如果天線陣 列僅包含無源組件，那么將其稱為無源天線陣列。如果天線陣列包含有源組件，那么將其稱為有源天線陣列。天線陣列可以產(chǎn)生許多輻射方向圖。例如，它們可以接受來自某些方向的輸入信號并阻擋來自其他方向的輸入信號，或者可以僅發(fā)射窄波束，盡管每個(gè)天線單元很寬地輻射。在許多應(yīng)用中這種輻射方向圖非常有用。在使用天線陣列的雷達(dá)中，如常規(guī)系統(tǒng)中那樣，在沒有任何天線的物理移動的情況下，所發(fā)射的信號集中在特定空間方向上，并且僅有的被接受的信號反射來自同一方向。在無線通信系統(tǒng)中，使用發(fā)射和接收的信號的空間信道，通常稱為波束操縱的技術(shù)顯著增大了通信系統(tǒng)容量。天線陣列產(chǎn)生特殊動態(tài)福射方向圖的方式是適當(dāng)?shù)亟M合來自接收模式的天線單元的接收信號，并且適當(dāng)?shù)丶ぐl(fā)發(fā)射模式的天線單元。取決于如何執(zhí)行這些操作，將天線陣列稱為模擬天線陣列或數(shù)字天線陣列。在模擬陣列中，由模擬電路形成接收和發(fā)射輻射方向圖，在數(shù)字陣列中，在軟件控制下通過數(shù)字處理形成接收和發(fā)射輻射方向圖。目前，最成功的模擬天線陣列是傳統(tǒng)相控陣列。在歷史上，首先開發(fā)了無源電子操縱陣列(PESA)。這種設(shè)計(jì)使用稱為集體饋送器(corporate feed)的信號分發(fā)/組合網(wǎng)絡(luò)和每個(gè)天線單元處的無源可調(diào)節(jié)移相器。這些組件存在很大的損耗，限制了系統(tǒng)性能。逐單個(gè)天線單元的添加性(Adding)接收/發(fā)射天線(Rx/Tx)放大器模塊有助于解決該問題，得到有源電子操縱陣列或AESA，當(dāng)前流行的軍事雷達(dá)架構(gòu)。對于PESA和EISA，集體饋送器和可編程移相器是高性能的昂貴組件。集體饋送器是由用多個(gè)分離器/組合器互連的多個(gè)傳輸線部件制成的無源樹形網(wǎng)絡(luò)。集體饋送器具有連接到樹干的起點(diǎn)的一個(gè)輸入/輸出(I/o)端口，和連接到樹的頂端樹枝的末端的許多I/O端口。網(wǎng)絡(luò)在電氣上是對稱的，使得在樹干端口處施加的信號同時(shí)到達(dá)所有樹枝端口處。該網(wǎng)絡(luò)是可逆的，使得在樹枝端口處施加的信號經(jīng)過相同的時(shí)間量到達(dá)樹干端口處。換句話說，信號從樹干端口到任何樹枝端口以及從任何樹枝端口到樹干端口的飛行時(shí)間是恒定的。此外，集體饋送器是信號組合網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)將不同輸入信號同時(shí)施加到樹枝端口時(shí)，樹干端口處的信號是這些輸入信號之和。集體饋送器的實(shí)際實(shí)現(xiàn)是昂貴的，因?yàn)樵摼W(wǎng)絡(luò)含有許多信號分離/組合操作，并且因?yàn)閭鬏斁€部件的長度必須準(zhǔn)確地匹配并且以準(zhǔn)確的阻抗電終止。所有這些設(shè)計(jì)條件都是容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的。盡管天線陣列技術(shù)領(lǐng)域的一端是傳統(tǒng)的PESA/EISA相控陣列，其僅使用模擬方法來產(chǎn)生輻射方向圖，但是在該領(lǐng)域的另一端是軟件配置的數(shù)字系統(tǒng)。通常，這些系統(tǒng)使用分別連接到4 - 12個(gè)獨(dú)立天線的4 - 12個(gè)獨(dú)立無線電裝置。這些無線電裝置或這些天線之間沒有物理連接。每個(gè)無線電裝置含有將接收到的信號從模擬格式轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式并且將發(fā)射信號從數(shù)字格式轉(zhuǎn)換成模擬格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。由數(shù)字信號處理器在通常稱為“波束成形/操縱”軟件的特殊軟件的控制下產(chǎn)生和/或處理各個(gè)4 一 12個(gè)數(shù)字發(fā)射信號和4 一 12個(gè)數(shù)字接收信號。軟件配置的數(shù) 字陣列可以用標(biāo)準(zhǔn)硬件容易地構(gòu)建，并且在可編程性方面極其靈活，但是存在根本性的缺點(diǎn)。第一，這些系統(tǒng)的硬件自然是昂貴的，因?yàn)榇嬖谠S多(4-12)無線電系統(tǒng)。再者，這些無線電裝置必須具有非常高的性能，以確保天線信號(它們總是模擬的)的數(shù)字表示是正確的。第二，產(chǎn)生信號的軟件很大并且實(shí)時(shí)運(yùn)行，需要很大的處理電力。第三，每個(gè)系統(tǒng)僅具有12個(gè)或更少的天線會限制陣列性能。一種通常的折中是僅在方位角(azimuth)(水平方向)上形成動態(tài)方向圖(例如波束等),其仰角(elevation)(垂直方向)上的方向圖固定。在形成波束的情況下，通常，這些波束是細(xì)長錐體，跨過窄但是長的區(qū)域。與此相對照，具有幾百或幾千個(gè)天線的PESA/EISA模擬相控陣列產(chǎn)生在方位角和仰角上都可操縱的窄圓波束。在原理上，可以根據(jù)系統(tǒng)成本和大小的相應(yīng)增大，調(diào)節(jié)軟件配置的數(shù)字陣列中的天線數(shù)量。限制系統(tǒng)的物理尺寸的一種通用方法是將盡可能多的無線電硬件放置在相控陣列面板上。這種具有幾十甚至幾千個(gè)單元的高度緊湊的數(shù)字陣列旨在用于成本并不是主要的技術(shù)驅(qū)動力的應(yīng)用，如一些軍事雷達(dá)。在所有模擬處理或所有數(shù)字處理定義的這兩種技術(shù)極端之間，部分地采用模擬技術(shù)并且部分地采用數(shù)字技術(shù)，還存在實(shí)現(xiàn)有源天線陣列的其他已知的可能性。例如，可以將大陣列分割成許多子陣列，每個(gè)子陣列被設(shè)計(jì)成一個(gè)模擬系統(tǒng)。但是，可以在數(shù)字域中生成往來于每個(gè)子陣列的信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例包括利用在每個(gè)天線單元處的振幅和相位控制在有源天線陣列或子陣列中分發(fā)和聚集接收和發(fā)射信號的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的實(shí)施例中包括的方法和系統(tǒng)包含以前描述的雙向信令網(wǎng)絡(luò)(BDS網(wǎng)絡(luò))中的至少一個(gè)。例如，見V.Prodanovand M.Banu^GHz Serial Passive Clock Distribution in VLSI Using BidirectionalSignaling，"Proceedings，2006IEEE Custom Integrated Circuits Conference ;和 2008年7月21日提交的美國專利申請#12/176，897。通常，BDS網(wǎng)絡(luò)包括稱為“BDS總線”的一組信號分發(fā)樹形網(wǎng)絡(luò)和一組本地處理電路。這些本地處理電路稱為到達(dá)時(shí)間平均客戶端(ATAC)電路，并且在美國專利申請#12/176, 897的說明書中被定義。一種重要的ATAC電路是稱為BDS乘法器的模擬乘法器(analog multiplier)。在本發(fā)明中，我們使用ATAC電路或ATAC電路與電子信號的控制下的可調(diào)輸出振幅和可調(diào)輸出相位的組合。我們將這些ATAC電路或這種ATAC電路可調(diào)振幅和相位的組合稱為ATAC電路或TAPA電路。TAPA電路包括子電路，其可以在電子控制下改變信號的振幅和相位，稱為“A/P設(shè)置”電路。通常，A/P設(shè)置電路可以提供全振幅控制、部分振幅控制或零振幅控制，以及全相位控制、部分相位控制或零相位控制。如果A/P設(shè)置電路僅提供振幅控制，那么稱為“A設(shè)置”，如果A/P設(shè)置電路僅提供相位控制，那么稱為“P設(shè)置”。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種有源陣列發(fā)射器電路，包括具有兩個(gè)BDS樹的BDS總線、多個(gè)TAPA電路、多個(gè)混頻器電路、多個(gè)A設(shè)置電路和多個(gè)天線。BDS總線是用頻率合成器或其他外部源提供的本地振蕩器信號來激勵的。每個(gè)TAPA電路具有分別連接到BDS總線的第一和第二 BDS樹的第一和第二輸入信號端子。每個(gè)TAPA電路具有連接到混頻器電路的第一輸入信號端子的輸出信號端子。每個(gè)混頻器電路具有第一和第二輸入信號端子和耦接到一個(gè)天線的一個(gè)輸出信號端子。每個(gè)混頻器電路的第二信號輸入端連接到A設(shè)置電路的輸出端。每個(gè)A設(shè)置電路具有輸入信號端子和輸出信號端子。所有A設(shè)置電路的輸入信號端子連接在一起并且從外部源接收調(diào)制中間頻率(IF)信號。每個(gè)TAPA電路包括具有第一和第二輸入端和一個(gè)輸出端的模擬乘法器，和第一、第二以及第三P設(shè)置電路，每個(gè)P設(shè)置電路具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。第一 P設(shè)置電路的輸入端連接到TAPA電路的第一輸入端。第一P設(shè)置電路的輸出端連接到模擬乘法器的第一輸入端。第二P設(shè)置電路的輸入端連接到TAPA電路的第二輸入端。第二 P設(shè)置電路的輸出端連接到模擬乘法器的第二輸入端。第三P設(shè)置電路的輸入端連接到模擬乘法器的輸出端。第三P設(shè)置電路的輸出端連接到TAPA電 路的輸出端。有源陣列發(fā)射器電路還包括獨(dú)立控制它包括的所有P設(shè)置和A設(shè)置電路的設(shè)置的裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種有源陣列發(fā)射器電路，包括具有兩個(gè)BDS樹的BDS總線、多個(gè)TAPA電路、以及多個(gè)天線。BDS總線的第一 BDS樹是用頻率合成器或其他外部源提供的本地振蕩器信號來激勵的。BDS總線的第二BDS樹是用調(diào)制載波來激勵的。第二BDS樹的載波的頻率與第一BDS樹的本地振蕩器信號的頻率相同。每個(gè)TAPA電路具有分別連接到BDS總線的第一和第二 BDS樹的第一和第二輸入信號端子。每個(gè)TAPA電路具有率禹接到一個(gè)天線的輸出信號端子。每個(gè)TAPA電路包括具有第一和第二輸入端和一個(gè)輸出端的模擬乘法器、具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的A/P設(shè)置電路、以及第一和第二 P設(shè)置電路，每個(gè)P設(shè)置電路具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。A/P設(shè)置電路的輸入端連接到TAPA電路的第一輸入端。A/P設(shè)置電路的輸出端連接到模擬乘法器的第一輸入端。第一 P設(shè)置電路的輸入端連接到TAPA電路的第二輸入端。第一 P設(shè)置電路的輸出端連接到模擬乘法器的第二輸入端。第二P設(shè)置電路的輸入端連接到模擬乘法器的輸出端。第三P設(shè)置電路的輸出端連接到TAPA電路的輸出端。有源陣列發(fā)射器電路還包括獨(dú)立控制它包括的所有A/P設(shè)置和A設(shè)置電路的設(shè)置的裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種有源陣列接收器電路，包括具有兩個(gè)BDS樹的BDS總線、多個(gè)TAPA電路、多個(gè)混頻器電路、多個(gè)A設(shè)置電路和多個(gè)天線。BDS總線是用頻率合成器或其他外部源提供的本地振蕩器信號來激勵的。每個(gè)TAPA電路具有分別連接到BDS總線的第一和第二 BDS樹的第一和第二輸入信號端子。每個(gè)TAPA電路具有連接到混頻器電路的第一輸入信號端子的輸出信號端子。每個(gè)混頻器電路具有第一和第二輸入信號端子和一個(gè)輸出信號端子。每個(gè)混頻器電路的第二輸入信號端子通過低噪聲放大器或直接耦接到天線。每個(gè)混頻器電路的輸出信號端子連接到A設(shè)置電路的輸入端。每個(gè)A設(shè)置電路具有輸入信號端子和輸出信號端子。所有A設(shè)置電路的輸出信號端子連接在一起并且將調(diào)制中間頻率(IF)信號傳送到外部電路，如IF無線電接收器級。每個(gè)TAPA電路包括具有第一和第二輸入端和一個(gè)輸出端的模擬乘法器，和第一、第二以及第三P設(shè)置電路，每個(gè)P設(shè)置電路具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。第一 P設(shè)置電路的輸入端連接到TAPA電路的第一輸入端。第一P設(shè)置電路的輸出端連接到模擬乘法器的第一輸入端。第二P設(shè)置電路的輸入端連接到TAPA電路的第二輸入端。第二 P設(shè)置電路的輸出端連接到模擬乘法器的第二輸入端。第三P設(shè)置電路的輸入端連接到模擬乘法器的輸出端。第三P設(shè)置電路的輸出端連接到TAPA電路的輸出端。有源陣列接收器電路還包括獨(dú)立控制它包括的所有P設(shè)置和A設(shè)置電路的設(shè)置的裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種有源陣列接收器和發(fā)射器中使用的電路，包括具有兩個(gè)BDS樹的BDS總線、附加分發(fā)網(wǎng)絡(luò)以及連接到兩個(gè)BDS樹和附加分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)TAPA電路。附加分發(fā)網(wǎng)絡(luò)傳送的信號與第二 BDS樹的信號相同，但是與第二 BDS樹在所有位置處的信號相比相位被移動90度，其中TAPA電路分別連接到BDS樹和附加分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)TAPA電路具有分別連接到BDS總線的第一 BDS樹、附加分發(fā)網(wǎng)絡(luò)、以及BDS總線的第二 BDS樹的第一、第二以及第三輸入信號端子。每個(gè)TAPA電路具有輸出信號端子，其提供本實(shí)施例的電路 的輸出。每個(gè)TAPA電路包括具有第一和第二輸入端和一個(gè)輸出端的模擬乘法器，以及第一和第二 A/P設(shè)置電路。模擬乘法器的輸出端連接到TAPA電路的輸出端。第一 A/P設(shè)置電路具有分別連接到第一和第二 TAPA輸入端的第一和第二輸入端，和連接到模擬乘法器的第一輸入端的輸出端。第二 A/P設(shè)置電路具有連接到TAPA電路的第三信號端子的輸入端，和連接到模擬乘法器的第二輸入端的輸出端。第一 A/P設(shè)置電路包括對其輸入信號的量值進(jìn)行調(diào)節(jié)并對它們進(jìn)行相加的裝置。本實(shí)施例的電路還包括獨(dú)立控制它包括的所有A/P設(shè)置電路的設(shè)置的裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種有源陣列接收器和發(fā)射器中使用的電路，包括具有兩個(gè)BDS樹的BDS總線，和連接到兩個(gè)BDS樹的多個(gè)上/下變頻電路。每個(gè)上/下變頻電路具有第一、第二以及第三輸入信號端子和提供本實(shí)施例的電路的輸出的輸出信號端子。上/下變頻電路的第一輸入信號端子連接到第一 BDS樹，上/下變頻電路的第二輸入信號端子連接到第二 BDS樹。每個(gè)上/下變頻電路包括第一、第二以及第三A/P設(shè)置電路、第一和第二混頻器以及模擬處理模塊。第一 A/P設(shè)置電路具有連接到上/下變頻電路的第一輸入信號端子的輸入端和連接到第一混頻器的第一輸入端的輸出端。第二 A/P設(shè)置電路具有連接到上/下變頻電路的第二輸入信號端子的輸入端和連接到第二混頻器的第一輸入端的輸出端。第一混頻器具有第一和第二輸入端和一個(gè)輸出端。第一混頻器的第二輸入端是本實(shí)施例的電路的輸入端。第一混頻器的輸出端連接到模擬處理模塊的輸入端。模擬處理模塊具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，并提供線性濾波功能。模擬處理模塊的輸出端連接到第二混頻器的第二輸入端。第二混頻器具有第一和第二輸入端和連接到第三A/P設(shè)置電路的輸入端的一個(gè)輸出端。第三A/P設(shè)置電路具有輸入端和連接到上/下變頻電路的輸出端的輸出端。本實(shí)施例的電路還包括獨(dú)立控制它包括的所有A/P設(shè)置電路的設(shè)置的
>J-U裝直?？傮w上，在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供了一種天線單元陣列的發(fā)射器系統(tǒng)，所述發(fā)射器系統(tǒng)包括:雙向信令(BDS)網(wǎng)絡(luò),包括傳送第一載波信號的第一網(wǎng)絡(luò)和傳送第二載波信號的第二網(wǎng)絡(luò)，并且具有一組n個(gè)相位同步位置對Ui,匕)，每個(gè)相位同步位置對對應(yīng)于第一網(wǎng)絡(luò)上的位置％和第二網(wǎng)絡(luò)上的位置h ;和多個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路，每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路用于驅(qū)動所述天線單元陣列的相應(yīng)不同天線單元，其中所述多個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路的每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路具有用于傳送輸出信號的輸出線，和在所述一組相位同步位置對中的相應(yīng)一個(gè)的位置處電連接到BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)的第一和第二輸入線。每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路包括:乘法器，具有電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路的第一輸入線的第一輸入端；相位設(shè)置電路，具有用于接收相位控制信號的控制輸入端，所述相位設(shè)置電路電連接到所述乘法器以控制該可調(diào)發(fā)射器電路的輸出信號的相位；以及振幅設(shè)置電路，位于所述乘法器之后并且具有用于接收振幅控制信號的控制輸入端，所述振幅設(shè)置電路用于控制該可調(diào)發(fā)射器電路的輸出信號的振幅。其他實(shí)施例可以包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。在每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路內(nèi)，所述相位設(shè)置電路電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路內(nèi)的乘法器，以實(shí)現(xiàn)從包括第一配置和第二配置的組中選擇的配置，第一配置使所述相位設(shè)置電路位于所述可調(diào)發(fā)射器電路的第一輸入線與所述乘法器的第一輸入端之間，并且第二配置使所述相位設(shè)置電路位于所述乘法器的輸出端與所述可調(diào)發(fā)射器電路的輸出線之間。每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路還包括:功率放大器，具有電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路內(nèi)的振幅設(shè)置電路的輸入端，并且用于向所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元提供驅(qū)動信號。其他實(shí)施例還可以包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。所述多個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路的每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路還包括:上變頻混頻器，具有用于接收從所述IF發(fā)射信號得到的信號的第一輸入端、用于從該可調(diào)發(fā)射器電路中的乘法器的輸出端接收信號的第二輸入端、以及用于向該可調(diào)發(fā)射器電路的輸出線提供信號的輸出端。在所述多個(gè)發(fā)射器電路的每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路內(nèi)，該可調(diào)發(fā)射器電路內(nèi)的乘法器具有電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路的第二輸入端的第二輸入端。發(fā)射器系統(tǒng)還包括上變頻混頻器，所述上變頻混頻器用于將第一載波信號與IF發(fā)射信號混合，以生成所述BDS網(wǎng)絡(luò)的第二網(wǎng)絡(luò)上的第二載波信號。其他實(shí)施例還可以包括以下附加特征中的一個(gè)或多個(gè)。在所述多個(gè)發(fā)射器電路的每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路內(nèi)，該可調(diào)發(fā)射器電路內(nèi)的乘法器具有電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路的第二輸入端的第二 輸入端。所述多個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路的每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路還包括:上變頻混頻器，具有電耦接到該可調(diào)發(fā)射器電路中的乘法器的輸出端的第一輸入端、用于接收所述IF發(fā)射信號的第二輸入端、以及電耦接到該可調(diào)發(fā)射器電路中的所述振幅設(shè)置電路的輸出端。所述多個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路的每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路(I)還包括具有輸出端、第一輸入端以及電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路的第二輸入線的第二輸入端的第二乘法器，(2)其中該可調(diào)發(fā)射器電路中的所述第一乘法器具有輸出端和用于接收所述IF發(fā)射信號的第二輸入端，以及(3)其中所述第二乘法器的第一輸入端電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路中的所述第一乘法器的輸出端?？傮w上，在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種天線單元陣列的接收器系統(tǒng)，所述接收器系統(tǒng)包括:雙向信令(BDS)網(wǎng)絡(luò),包括傳送第一載波信號的第一網(wǎng)絡(luò)和傳送第二載波信號的第二網(wǎng)絡(luò)，并且具有一組n個(gè)相位同步位置對Ui,匕)，每個(gè)相位同步位置對對應(yīng)于第一網(wǎng)絡(luò)上的位置％和第二網(wǎng)絡(luò)上的位置h ;和多個(gè)可調(diào)接收器電路，每個(gè)可調(diào)接收器電路用于從所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元接收輸入，其中所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路具有輸出線，和在所述相位同步位置對中的相應(yīng)一個(gè)相位同步位置對的位置處電連接到BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)的第一和第二輸入線。每個(gè)可調(diào)接收器電路包括:乘法器，具有電連接到該可調(diào)接收器電路的第一輸入線的第一輸入端并且具有輸出端；相位設(shè)置電路，具有用于接收相位控制信號的控制輸入端，所述相位控制信號用于控制經(jīng)過所述相位設(shè)置電路的信號的相位，所述相位設(shè)置電路電連接到所述乘法器；以及混頻器，具有用于從所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元接收信號的第一輸入端、用于接收從所述BDS網(wǎng)絡(luò)獲得的本地載波信號的第二輸入端以及輸出端；以及振幅設(shè)置電路，具有輸入端、輸出端以及用于接收振幅控制信號的控制輸入端，所述振幅控制信號用于控制經(jīng)過所述振幅設(shè)置電路的信號的振幅，所述振幅設(shè)置電路連接到該可調(diào)接收器電路的混頻器和該可調(diào)接收器電路的乘法器中的一個(gè)。其他實(shí)施例還可以包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，所述相位設(shè)置電路電連接到該可調(diào)接收器電路內(nèi)的乘法器，以實(shí)現(xiàn)從包括第一配置和第二配置的組中選擇的配置，第一配置使所述相位設(shè)置電路位于所述可調(diào)接收器電路的第一輸入線與所述乘法器的第一輸入端之間，并且第二配置使所述相位設(shè)置電路電連接到所述乘法器的輸出端。所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路還包括:低噪聲放大器，具有用于從所述多個(gè)天線單元中的相應(yīng)天線單元接收信號的輸入端，和電連接到該可調(diào)接收器電路中的混頻器的第一輸入端的輸出端。在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路內(nèi)的乘法器具有電連接到該可調(diào)接收器電路的第二輸入端的第二輸入端。在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路的混頻器的第二輸入端電連接到該可調(diào)接收器電路的乘法器的輸出端。其他實(shí)施例還可以包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路中的振幅設(shè)置電路的輸入端電連接到該可調(diào)接收器電路中的混頻器的輸出端。接收器系統(tǒng)還包括接收信號線，并且其中在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路中的振幅設(shè)置電路的輸出端電連接到所述接收信號線。在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路的振幅設(shè)置電路的輸出端電連接到所述BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)。

其他實(shí)施例還可以包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路的混頻器的第二輸入端電連接到該可調(diào)接收器電路的第二輸入線。在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路中的乘法器的第二輸入端電連接到該可調(diào)接收器電路中的混頻器的輸出端。在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路的乘法器的輸出端電耦接到該可調(diào)接收器電路的振幅設(shè)置電路的輸入端。在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路的振幅設(shè)置電路的輸出端電連接到所述BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)?？傮w上，在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種天線單元陣列的收發(fā)器系統(tǒng)，所述收發(fā)器系統(tǒng)包括:雙向信令(BDS)網(wǎng)絡(luò),包括傳送第一載波信號的第一網(wǎng)絡(luò)和傳送第二載波信號的第二網(wǎng)絡(luò)，并且具有一組n個(gè)相位同步位置對Ui,匕)，每個(gè)相位同步位置對對應(yīng)于第一網(wǎng)絡(luò)上的位置％和第二網(wǎng)絡(luò)上的位置h ;和多個(gè)收發(fā)器電路，每個(gè)收發(fā)器電路連接到所述天線單元陣列的相應(yīng)不同天線單元。每個(gè)收發(fā)器電路包括:(1)發(fā)射器電路，用于驅(qū)動所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元，所述收發(fā)器電路具有用于傳送輸出信號的輸出線，和在所述一組相位同步位置對中的相應(yīng)一個(gè)的位置處電連接到BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)的第一和第二輸入線，并且包括具有電連接到該發(fā)射器電路的第一輸入線的第一輸入端的乘法器；和(2)接收器電路，用于從所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元接收輸入，所述接收器電路具有輸出線，和在所述相位同步位置對中的相應(yīng)一個(gè)相位同步位置對的位置處電連接到BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)的第一和第二輸入線，并且包括:(a)乘法器，具有電連接到該接收器電路的第一輸入線的第一輸入端并且具有輸出端；和(b)混頻器，具有用于從所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元接收信號的第一輸入端、用于接收從所述BDS網(wǎng)絡(luò)獲得的本地載波信號的第二輸入端以及輸出端。其他實(shí)施例還可以包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。在所述多個(gè)收發(fā)器電路的每個(gè)收發(fā)器電路內(nèi)，該收發(fā)器電路中的接收器電路的輸出線電連接到所述BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)。在所述多個(gè)收發(fā)器電路的每個(gè)收發(fā)器電路內(nèi)，所述發(fā)射器電路還包括:相位設(shè)置電路，具有用于接收相位控制信號的控制輸入端，所述相位設(shè)置電路電連接到該發(fā)射器電路中的乘法器，以控制該發(fā)射器電路的輸出信號的相位；和振幅設(shè)置電路，位于該發(fā)射器電路中的乘法器之后并且 具有用于接收振幅控制信號的控制輸入端，所述振幅設(shè)置電路用于控制該發(fā)射器電路的輸出信號的振幅。在所述多個(gè)收發(fā)器電路的每個(gè)收發(fā)器電路內(nèi)，所述接收器電路還包括:相位設(shè)置電路，具有用于接收相位控制信號的控制輸入端，所述相位設(shè)置電路電連接到該接收器電路中的乘法器，用于控制所述接收器電路的輸出信號的相位；振幅設(shè)置電路，電連接到該接收器電路中的混頻器的輸出端，并且具有用于接收振幅控制信號的控制輸入端。在所述多個(gè)收發(fā)器電路的每個(gè)收發(fā)器電路內(nèi)，該收發(fā)器電路的接收器電路內(nèi)的振幅設(shè)置電路的輸出端電連接到所述BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)。以下附圖和說明書描述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的詳情。根據(jù)說明書、附圖和權(quán)利要求可以顯見本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖l(a)_(c)描述同步系統(tǒng)的示意圖，所述同步系統(tǒng)具有由兩個(gè)獨(dú)立發(fā)生器激勵的兩個(gè)獨(dú)立樹形網(wǎng)絡(luò)，所述兩個(gè)獨(dú)立樹形網(wǎng)絡(luò)具有成對的樹枝。圖2描述具有兩個(gè)普通樹形網(wǎng)絡(luò)的同步系統(tǒng)的示意圖，其中檢測點(diǎn)被選擇成以便形成相位同步對(al, a2)、(bl, b2)、(cl, c2)...(nl, n2)。圖3示出了典型的無線收發(fā)器無線電裝置的示意圖，包括上變頻混合器(上變頻器)、下變頻混合器(下變頻器)、功率放大器(PA)、低噪聲放大器(LNA)、產(chǎn)生本地振蕩器(LO)信號的頻率合成器(Frequency Synthesizer)、接收器信道濾波器(信道IF濾波器)、接收器自動增益控制放大器(AGC)、發(fā)射器數(shù)模數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(DAC)、接收器數(shù)模數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、以及數(shù)字處理硬件(數(shù)字BB+MAC)。圖4示出了相控陣列天線系統(tǒng)的無線發(fā)射器的示意圖，其通過集體饋送器分發(fā)PA輸出信號，并且不對天線發(fā)射信號進(jìn)行振幅或相位控制。圖5示出了相控陣列天線系統(tǒng)的無線發(fā)射器的示意圖，其通過集體饋送器分發(fā)LO信號，在每個(gè)單獨(dú)的天線處進(jìn)行中間頻率(IF)信號上變頻，在每個(gè)單獨(dú)的天線處具有PA，并且不對天線發(fā)射信號進(jìn)行振幅或相位控制。圖6示出了相 控陣列天線系統(tǒng)的無線發(fā)射器的示意圖，其通過BDS系統(tǒng)分發(fā)LO信號，在每個(gè)單獨(dú)的天線處進(jìn)行IF信號上變頻，在每個(gè)單獨(dú)的天線處具有PA，并且不對天線發(fā)射信號進(jìn)行振幅或相位控制。圖7示出了相控陣列天線系統(tǒng)的無線發(fā)射器的示意圖，其通過BDS系統(tǒng)分發(fā)LO信號和IF信號，在每個(gè)單獨(dú)的天線處具有PA，并且不對天線發(fā)射信號進(jìn)行振幅或相位控制。圖8 (a)-(c)不出了 A設(shè)置、P設(shè)置以及A/P設(shè)置電路。圖9(a)_(c)示出了 A設(shè)置和P設(shè)置電路的可能實(shí)現(xiàn)的示意圖。圖10示出了相控陣列天線系統(tǒng)的無線發(fā)射器的示意圖，其通過BDS系統(tǒng)分發(fā)LO信號，在每個(gè)單獨(dú)的天線處進(jìn)行IF信號上變頻，在每個(gè)單獨(dú)的天線處具有PA，并且不對天線發(fā)射信號進(jìn)行振幅或相位控制。圖ll(a)_(d)示出了相控陣列天線系統(tǒng)的各種無線發(fā)射器的示意圖，其通過BDS系統(tǒng)分發(fā)LO信號和IF信號，在每個(gè)單獨(dú)的天線處具有PA，并且不對天線發(fā)射信號進(jìn)行振幅或相位控制。圖12示出了相控陣列天線系統(tǒng)的無線接收器的示意圖，其通過集體饋送器累積LNA輸入信號，并且不對天線接收信號進(jìn)行振幅或相位控制。圖13示出了相控陣列天線系統(tǒng)的無線接收器的示意圖，其通過集體饋送器分發(fā)LO信號，在每個(gè)單獨(dú)的天線處進(jìn)行IF信號下變頻，在每個(gè)單獨(dú)的天線處具有LNA，并且不對天線接收信號進(jìn)行振幅或相位控制。圖14示出了相控陣列天線系統(tǒng)的無線接收器的示意圖，其通過BDS系統(tǒng)分發(fā)LO信號，在每個(gè)單獨(dú)的天線處進(jìn)行IF信號下變頻，在每個(gè)單獨(dú)的天線處具有LNA，并且不對天線接收信號進(jìn)行振幅或相位控制。圖15(a)_(b)示出了相控陣列天線系統(tǒng)的無線接收器的示意圖，其通過BDS系統(tǒng)分發(fā)LO信號，在每個(gè)單獨(dú)的天線處進(jìn)行IF信號下變頻，在每個(gè)單獨(dú)的天線處具有LNA，并且不對天線接收信號進(jìn)行振幅或相位控制。圖16 Ca)示出了可在相控陣列天線系統(tǒng)中使用的TAPA電路的示意圖，其具有單個(gè)BDS乘法單元和放置在BDS乘法單元(BDS multiplication)之后的A/P設(shè)置電路。圖16 (b)示出了可在相控陣列天線系統(tǒng)中使用的TAPA電路的示意圖，其具有單個(gè)BDS乘法單元和放置在BDS乘法單元之前的A/P設(shè)置電路。
圖16 (c)示出了可在相控陣列天線系統(tǒng)中使用的TAPA電路的示意圖，其具有單個(gè)BDS乘法單元和放置在BDS乘法單元之前的A/P設(shè)置電路以及放置在BDS乘法單元之后的另一 A/P設(shè)置電路。圖16 Cd)示出了可在相控陣列天線系統(tǒng)中使用的TAPA電路的示意圖，其具有單個(gè)BDS乘法單元和放置在BDS乘法單元之前的兩個(gè)A/P設(shè)置電路以及放置在BDS乘法單元之后的一個(gè)A/P設(shè)置電路。圖17示出了可在相控陣列天線系統(tǒng)中使用的TAPA電路的示意圖，其具有兩個(gè)乘法單元，具有放置在乘法單元之前的兩個(gè)A/P設(shè)置電路以及放置在乘法單元之后的一個(gè)A/P設(shè)置電路。圖18(a)示出了可在相控陣列天線系統(tǒng)中使用的TAPA電路的示意圖，其具有一個(gè)BDS乘法單元，并具有放置在BDS乘法單元之前的A/P設(shè)置電路，該A/P設(shè)置電路接收兩個(gè)相等的但是被移相的輸入信號。圖18(b)示出了 可在相控陣列天線系統(tǒng)中使用的TAPA電路的示意圖，其具有一個(gè)BDS乘法單元，并具有放置在BDS乘法單元之前的兩個(gè)A/P設(shè)置電路，一個(gè)A/P設(shè)置電路接收兩個(gè)相等的但是被移相的輸入信號。圖18(c)示出了可在相控陣列天線系統(tǒng)中使用的TAPA電路的示意圖，其具有一個(gè)BDS乘法單元，具有放置在BDS乘法單元之前的兩個(gè)A/P設(shè)置電路，一個(gè)A/P設(shè)置電路接收兩個(gè)相等的但是被移相的輸入信號，并且具有放置在BDS乘法單元之后的一個(gè)A/P設(shè)置電路。圖19示出了可在相控陣列天線系統(tǒng)中使用的TAPA電路的示意圖，其具有兩個(gè)乘法單元，并具有放置在乘法單元之前的A/P設(shè)置電路，該A/P設(shè)置電路接收兩個(gè)相等的但是被移相的輸入信號。圖20示出了可在相控陣列天線系統(tǒng)中使用的TAPA電路的示意圖，其具有兩個(gè)BDS乘法單元并且具有放置在BDS乘法單元之后的A/P設(shè)置電路，每個(gè)BDS乘法單元接收獨(dú)立的BDS信號對。圖21示出了可在相控陣列天線系統(tǒng)中使用的TAPA電路的示意圖，其具有一個(gè)BDS乘法單元，具有放置在BDS乘法單元之前的兩個(gè)A/P設(shè)置電路，所述A/P設(shè)置電路接收多個(gè)BDS信號對以及多個(gè)相等的但是被移相的信號，并且該TAPA電路具有放置在BDS乘法單元之后的一個(gè)A/P設(shè)置電路。圖22示出了可在相控陣列天線系統(tǒng)中使用的TAPA電路的示意圖，其具有兩個(gè)BDS乘法單元，具有放置在BDS乘法單元之前的兩個(gè)A/P設(shè)置電路，所述A/P設(shè)置電路接收多個(gè)BDS信號對以及多個(gè)相等的但是被移相的信號，并且該TAPA電路具有放置在BDS乘法單元之后的一個(gè)A/P設(shè)置電路。圖23示出了在假設(shè)直接變頻(direct conversion)的情況下圖14、15 (a) -(b)中的接收器的頻率計(jì)劃(frequency plan)。圖24 (a)示出了使用BDS總線傳送BDS信號并聚集和傳送IF信號的接收器。圖24 (b)示出了使用BDS總線傳送BDS信號并傳送發(fā)射器IF信號的發(fā)射器。圖25示出了圖23中的具有調(diào)制BDS信令的頻率計(jì)劃。圖26示出了使用BDS總線傳送調(diào)制BDS信號并聚集和傳送IF信號的TDD收發(fā)器。
圖27示出了使用第一 BDS總線傳送調(diào)制BDS信號并使用第二 BDS總線聚集和傳送接收器IF信號的FDD收發(fā)器。在此使用的標(biāo)題僅用于組織目的，并不是要限制說明書或權(quán)利要求的范圍。如本申請全文中使用的那樣，以允許的含義使用詞語“可(以)”(即，有可能的含義)，而不是強(qiáng)制性的含義(即，意味著必須)。類似地，詞語“包括”意味著包括但是并不限于。為了便于理解，在可能的情況下，使用相同的附圖標(biāo)記表示各個(gè)附圖所共有的相同元件。
具體實(shí)施例方式在詳細(xì)描述本發(fā)明各種實(shí)施例之前，首先理解將用于這些各種實(shí)施例的雙向信號分發(fā)概念的操作是有用的。圖1 (a)描述兩個(gè)獨(dú)立的樹形網(wǎng)絡(luò)的示意圖，每個(gè)樹形網(wǎng)絡(luò)由樹干I和樹枝2組成。我們以下一般將其稱為BDS (雙向信令)總線。每個(gè)樹形網(wǎng)絡(luò)的樹干和樹枝恰當(dāng)?shù)囟私有盘杺鬏斁€路(為了簡潔起見，圖1 (a)中未示出端接電路)，比如微帶電線、光波導(dǎo)、聲波導(dǎo)或簡單的電跡線。樹干I和樹枝2之間的差別不是實(shí)質(zhì)上的，而只是名義上的差別，以信號傳輸線路(TL)相對于樹形網(wǎng)絡(luò)輸入端口的相對位置為基礎(chǔ)。樹干I被定義為直接與輸入端口連接的信號傳輸 線路。樹枝2通過無源或有源電路3與樹干I耦接。通過這些耦接電路的信號延遲被假定為或者對所有耦接電路來說都相等，或者彼此成已知的關(guān)系。關(guān)于圖1(a)描述的樹形網(wǎng)絡(luò)是本說明書中稱為TL樹形網(wǎng)絡(luò)的一大類樹形網(wǎng)絡(luò)的特殊情況。通常，TL樹形網(wǎng)絡(luò)具有樹干和許多樹枝，所述樹干是與TL樹輸入端耦接的TL，所述樹枝是或者與樹干或者與其它樹枝耦接的TL。TL樹形網(wǎng)絡(luò)的層級是在TL樹輸入端施加的信號所通過的樹枝的最大數(shù)目加I (把樹干視為一個(gè)樹枝)。例如，圖1中的TL樹為兩層樹(輸入信號通過一個(gè)樹干和一個(gè)樹枝)。圖1 (a)中的兩個(gè)樹形網(wǎng)絡(luò)具有彼此靠近的平行的樹干，它們的樹枝被配對，以致所有各對樹枝4都具有實(shí)質(zhì)相同的物理結(jié)構(gòu)。每對樹枝連接到平行樹干的位置并不重要。每對中的兩根樹枝彼此接近(例如，彼此平行或一致(conforming))。兩個(gè)發(fā)生器5向圖1 (a)中的樹形網(wǎng)絡(luò)施加輸入信號。發(fā)生器信號可以是頻率f的調(diào)制或非調(diào)制的載波。因此，例如，生成的信號可以是頻率f的非調(diào)制載波，其他生成的信號可以是頻率f的調(diào)制載波。載波是當(dāng)不存在調(diào)制(零調(diào)制)時(shí)的任何周期性信號，載頻是當(dāng)不存在調(diào)制時(shí)載波的頻率。當(dāng)存在調(diào)制，比如相位調(diào)制或頻率調(diào)制時(shí)，載波通常不是周期性信號。此外，注意，如果在BDS總線的兩側(cè)僅傳送非調(diào)制載波信號，那么可以使用一個(gè)發(fā)生器而不是兩個(gè)發(fā)生器。在此情況下，將發(fā)生器連接到一個(gè)樹的輸入端，并將該樹的末端連接到第二個(gè)樹的輸入端。圖1 (b)所示的信號分發(fā)系統(tǒng)包括附接到網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)實(shí)質(zhì)相同的電路塊，所述電路塊稱為“取到達(dá)時(shí)間平均值客戶端”或ATAC電路。塊6代表圖1a中的ATAC電路之一。圖1a中的其它ATAC電路標(biāo)記為A、B、D、Z、AA和AF。每個(gè)ATAC電路具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。ATAC電路輸入端均在同一位置連接到樹枝對的不同樹枝。一些ATAC電路可不同于其它ATAC電路，按照相反的順序被連接。例如，如果“正常的”連接順序被定義為使ATAC電路的第一輸入端與第一樹形網(wǎng)絡(luò)連接，ATAC電路的第二輸入端與第二樹形網(wǎng)絡(luò)連接，那么可通過使一些ATAC電路的第一輸入端連接到第二樹形網(wǎng)絡(luò)，使其第二輸入端連接到第一樹形網(wǎng)絡(luò)而連接所述一些ATAC電路。ATAC電路被認(rèn)為不會以任何顯著的方式加重形成樹枝的傳輸線路的負(fù)載。換句話說，認(rèn)為在每棵樹上傳播的信號不會因ATAC電路的存在而受到干擾。作為進(jìn)一步的澄清，如果圖1 (b)中的系統(tǒng)是純粹的電氣系統(tǒng)，那么相對于傳輸線路的特性阻抗來說，認(rèn)為ATAC電路的輸入阻抗較大，以致ATAC電路只感測樹枝上的電壓或電流，對樹信號沒有任何顯著影響。如果ATAC電路的數(shù)目并不過大，那么這種假定實(shí)際上是合理的。當(dāng)發(fā)生器信號是周期脈沖(零調(diào)制)時(shí)，這些脈沖在不同的時(shí)間到達(dá)兩個(gè)ATAC電路輸入端。在這兩個(gè)輸入脈沖之間的時(shí)段的中間，ATAC電路產(chǎn)生輸出脈沖，因此命名該電路。換句話說，ATAC電路輸出脈沖被放在輸入脈沖的到達(dá)時(shí)間之間的平均時(shí)間。在Wayne D.Grover^Method and Apparatus for Clock Distribution and for DistributedClock Synchronization” 美國專利 N0.5361277,1994 年 11 月 I 日；Michael Farmwald 和Mark Horowitz, “Apparatus for Synchronously Generating Clock signals in a DataProcessing System”美國專利N0.5243703,1993年9 月 7 日 JPCharles D.MiIler“SignalsDistribution System”美國專利N0.5712882，1998年I月27日中更詳細(xì)地以時(shí)鐘提取電路的形式描述了 ATAC電路關(guān)于周期脈沖情況的功能，這些專利的公開內(nèi)容在此整體引為參考。實(shí)際的實(shí)現(xiàn)包括PLL和DLL電路。圖1 (b)的系統(tǒng)中的ATAC電路的輸出具有相位同步載波。從以下分析可以更充分認(rèn)識到的確如此。為了簡潔起見，考慮周期性的無任何調(diào)制的發(fā)生器信號的情況。圖1(b)還表示了具體示出的不同的信號傳播路徑和時(shí)間。標(biāo)記為A、B、C、Z、AA、AF的ATAC電路將被稱為客戶端A、B、C等。參照圖1 (b)，從樹輸入端到客戶端B的信號傳播時(shí)間為TBl和TB2。我們把稱為“同步飛行時(shí)間”或者說SFT的參數(shù)定義為TBl與TB2之和:SFT=TBI+TB2 圖1 (c)表示到客戶端D的信號路徑和相關(guān)的信號傳播時(shí)間TDl和TD2。這兩個(gè)參量可如下用TBl和TB2表示:TDI=TB1-ATiTD2=TB2+ATl參量A Tl是在客戶端B和D的位置之間的樹枝上的信號傳播時(shí)間。把以上兩個(gè)關(guān)系式相加，我們得到:TD1+TD2=SFT注意，該關(guān)系式是在沒有關(guān)于客戶端D在其樹枝對上的位置的任何特定假設(shè)的情況下得到的。于是，對于所考慮的樹枝對，SFT是恒量。依據(jù)類似的論證，可以看到所有樹枝對都具有恒定的SFT。此外，我們能夠證實(shí)所有樹枝對的SFT具有相同的值，于是，SFT是系統(tǒng)常數(shù)。因此，可以斷定對于圖1 (a)中的分配系統(tǒng)(例如，彼此靠近的平行線)，置于樹枝對上的任意位置處的所有客戶端(ATAC電路)檢測從其相應(yīng)的發(fā)生器開始的組合總傳播時(shí)間為恒量(SFT)的信號。平均脈沖到達(dá)時(shí)間是等于SFT值的一半的絕對時(shí)刻(假定時(shí)間零被定義為當(dāng)發(fā)生器產(chǎn)生脈沖時(shí)的時(shí)刻)。于是，所有客戶端輸出處于精確的相位同步。這種性質(zhì)與脈沖發(fā)生時(shí)間無關(guān)。盡管圖1 (a)的系統(tǒng)中的客戶端被布置在不同的空間坐標(biāo)處，不過如果輸入是周期信號，即，未調(diào)制的載波，那么它們的輸出的相位精確對準(zhǔn)。其帶寬相對于載波較小的角調(diào)制的添加不會以任何明顯的方式改變實(shí)際的系統(tǒng)行為。由于SFT是系統(tǒng)不變量，因此SFT的任何函數(shù)也是不變量。為此，通?？梢允褂卯a(chǎn)生作為SFT的函數(shù)的輸出的任何客戶端電路來獲得全局相位同步。為了清楚起見，這里術(shù)語“函數(shù)”指的不是任何具體公式，而是聯(lián)系固定集合的每個(gè)元素(例如，數(shù)字)的單一值的一般數(shù)學(xué)概念。實(shí)現(xiàn)SFT的函數(shù)的電路被稱為同步客戶端或者“S客戶端”。ATAC電路是所有可能的S客戶端的特殊情況。簡單的S客戶端(它不是ATAC電路)應(yīng)是鎖定在偏離平均脈沖到達(dá)時(shí)間的恒定時(shí)間偏移處的DLL(延遲鎖定環(huán))?？蓮脑竭^兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的脈沖串的周期得到恒定時(shí)間延遲AT。關(guān)于當(dāng)使用正弦載波信號時(shí)的情況的S客戶端的其它例子有模擬乘法器，在 NARO, A Proposal for a Very Large Array Radio Telescope, Vol.1I,National Radio Astronomy Observatory, Green Bank, West Virginia, Ch.14,1967 ;和Richard R Goulette “Technique for Distributing Common Phase Clock Signals，，美國專利N0.6531358B1，2003年5月13日中可找到其示例，上述文獻(xiàn)的內(nèi)容在此整體引為參考。其它例子包括具有相位偏移的模擬乘法器。為了理解為什么乘法器對于生成BDS總線上的兩個(gè)載波信號的同步時(shí)間來說很有用，考慮以下描述。乘法器以第一條線上的點(diǎn)X處的第一載波信號和第二條線上的同樣在點(diǎn)X處的第二載波信號作為其兩個(gè)輸入。相對于雙總線內(nèi)的基準(zhǔn)點(diǎn)，第一載波信號在相位上移位了量-A爐,第二載波信號在相位上移位了量+ Af。即，可以將這兩個(gè)載波信號表
示為碼
權(quán)利要求
1.一種天線單元陣列的發(fā)射器系統(tǒng)，所述發(fā)射器系統(tǒng)包括: 雙向信令(BDS)網(wǎng)絡(luò)，包括傳送第一載波信號的第一網(wǎng)絡(luò)和傳送第二載波信號的第二網(wǎng)絡(luò)，并且具有一組n個(gè)相位同步位置對Ui,匕)，每個(gè)相位同步位置對對應(yīng)于第一網(wǎng)絡(luò)上的位置％和第二網(wǎng)絡(luò)上的位置匕；和 多個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路，每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路用于驅(qū)動所述天線單元陣列的相應(yīng)不同天線單元，其中所述多個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路的每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路具有用于傳送輸出信號的輸出線，和在所述一組相位同步位置對中的相應(yīng)一個(gè)的位置處電連接到BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)的第一和第二輸入線，并且包括: 乘法器，具有電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路的第一輸入線的第一輸入端； 相位設(shè)置電路，具有用于接收相位控制信號的控制輸入端，所述相位設(shè)置電路電連接到所述乘法器以控制該可調(diào)發(fā)射器電路的輸出信號的相位；以及 振幅設(shè)置電路，位于所述乘法器之后并且具有用于接收振幅控制信號的控制輸入端，所述振幅設(shè)置電路用于控制該可調(diào)發(fā)射器電路的輸出信號的振幅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射器系統(tǒng)，其中在每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路內(nèi)，所述相位設(shè)置電路電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路內(nèi)的乘法器，以實(shí)現(xiàn)從包括第一配置和第二配置的組中選擇的配置，第一配置使所述相位設(shè)置電路位于所述可調(diào)發(fā)射器電路的第一輸入線與所述乘法器的第一輸入端 之間，并且第二配置使所述相位設(shè)置電路位于所述乘法器的輸出端與所述可調(diào)發(fā)射器電路的輸出線之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射器系統(tǒng)，其中所述多個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路的每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路還包括:功率放大器，具有電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路內(nèi)的振幅設(shè)置電路的輸入端，并且用于向所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元提供驅(qū)動信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射器系統(tǒng)，用于處理IF發(fā)射信號，并且其中所述多個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路的每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路還包括:上變頻混頻器，具有用于接收從所述IF發(fā)射信號得到的信號的第一輸入端、用于從該可調(diào)發(fā)射器電路中的乘法器的輸出端接收信號的第二輸入端、以及用于向該可調(diào)發(fā)射器電路的輸出線提供信號的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)射器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)發(fā)射器電路的每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路內(nèi)，該可調(diào)發(fā)射器電路內(nèi)的乘法器具有電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路的第二輸入端的第二輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射器系統(tǒng)，還包括上變頻混頻器，所述上變頻混頻器用于將第一載波信號與IF發(fā)射信號混合，以生成所述BDS網(wǎng)絡(luò)的第二網(wǎng)絡(luò)上的第二載波信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)射器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)發(fā)射器電路的每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路內(nèi)，該可調(diào)發(fā)射器電路內(nèi)的乘法器具有電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路的第二輸入端的第二輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射器系統(tǒng)，用于處理IF發(fā)射信號，并且其中所述多個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路的每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路還包括:上變頻混頻器，具有電耦接到該可調(diào)發(fā)射器電路中的乘法器的輸出端的第一輸入端、用于接收所述IF發(fā)射信號的第二輸入端、以及電耦接到該可調(diào)發(fā)射器電路中的所述振幅設(shè)置電路的輸出端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射器系統(tǒng)，用于處理IF發(fā)射信號，并且其中所述多個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路的每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路(I)還包括具有輸出端、第一輸入端以及電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路的第二輸入線的第二輸入端的第二乘法器，(2)其中該可調(diào)發(fā)射器電路中的所述第一乘法器具有輸出端和用于接收所述IF發(fā)射信號的第二輸入端，以及(3)其中所述第二乘法器的第一輸入端電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路中的所述第一乘法器的輸出端。
10.一種天線單元陣列的接收器系統(tǒng)，所述接收器系統(tǒng)包括: 雙向信令(BDS)網(wǎng)絡(luò)，包括傳送第一載波信號的第一網(wǎng)絡(luò)和傳送第二載波信號的第二網(wǎng)絡(luò)，并且具有一組n個(gè)相位同步位置對Ui,匕)，每個(gè)相位同步位置對對應(yīng)于第一網(wǎng)絡(luò)上的位置％和第二網(wǎng)絡(luò)上的位置匕；和 多個(gè)可調(diào)接收器電路，每個(gè)可調(diào)接收器電路用于從所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元接收輸入，其中所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路具有輸出線，和在所述相位同步位置對中的相應(yīng)一個(gè)相位同步位置對的位置處電連接到BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)的第一和第二輸入線，并且包括: 乘法器，具有電連接到該可調(diào)接收器電路的第一輸入線的第一輸入端并且具有輸出端; 相位設(shè)置電路，具有用于接收相位控制信號的控制輸入端，所述相位控制信號用于控制經(jīng)過所述相位設(shè)置電路的信號的相位，所述相位設(shè)置電路電連接到所述乘法器；以及 混頻器，具有用于從所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元接收信號的第一輸入端、用于接收從所述BDS網(wǎng)絡(luò)獲得的本地載波信號的第二輸入端以及輸出端；以及 振幅設(shè)置電路，具有輸入端、輸出端以及用于接收振幅控制信號的控制輸入端，所述振幅控制信號用于控制經(jīng)過所述振幅設(shè)置電路的信號的振幅，所述振幅設(shè)置電路連接到該可調(diào)接收器電路的混頻器和該可調(diào)接收器電路的乘法器中的一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的接收器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，所述相位設(shè)置電路電連接到該可調(diào)接收器電路內(nèi)的乘法器，以實(shí)現(xiàn)從包括第一配置和第二配置的組中選擇的配置，第一配置使所述相位設(shè)置電路位于所述可調(diào)接收器電路的第一輸入線與所述乘法器的第一輸入端之間，并且第二配置使所述相位設(shè)置電路電連接到所述乘法器的輸出端。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的接收器系統(tǒng)，其中所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路還包括:低噪聲放大器，具有用于從所述多個(gè)天線單元中的相應(yīng)天線單元接收信號的輸入端，和電連接到該可調(diào)接收器電路中的混頻器的第一輸入端的輸出端。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的接收器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路內(nèi)的乘法器具有電連接到該可調(diào)接收器電路的第二輸入端的第二輸入端。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的接收器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路的混頻器的第二輸入端電連接到該可調(diào)接收器電路的乘法器的輸出端。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路中的振幅設(shè)置電路的輸入端電連接到該可調(diào)接收器電路中的混頻器的輸出端。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的接收器系統(tǒng)，還包括接收信號線，并且其中在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路中的振幅設(shè)置電路的輸出端電連接到所述接收信號線。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的接收器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路的振幅設(shè)置電路的輸出端電連接到所述BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路的混頻器的第二輸入端電連接到該可調(diào)接收器電路的第二輸入線。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的接收器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路中的乘法器的第二輸入端電連接到該可調(diào)接收器電路中的混頻器的輸出端。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的接收器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路的乘法器的輸出端電耦接到該可調(diào)接收器電路的振幅設(shè)置電路的輸入端。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的接收器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)可調(diào)接收器電路的每個(gè)可調(diào)接收器電路內(nèi)，該可調(diào)接收器電路的振幅設(shè)置電路的輸出端電連接到所述BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)。
22.—種天線單元陣列 的收發(fā)器系統(tǒng)，所述收發(fā)器系統(tǒng)包括: 雙向信令(BDS)網(wǎng)絡(luò)，包括傳送第一載波信號的第一網(wǎng)絡(luò)和傳送第二載波信號的第二網(wǎng)絡(luò)，并且具有一組n個(gè)相位同步位置對Ui,匕)，每個(gè)相位同步位置對對應(yīng)于第一網(wǎng)絡(luò)上的位置％和第二網(wǎng)絡(luò)上的位置匕； 上變頻混頻器，用于將第一載波信號與IF發(fā)射信號混合，以生成所述BDS網(wǎng)絡(luò)的第二網(wǎng)絡(luò)上的第二載波信號；以及 多個(gè)收發(fā)器電路，每個(gè)收發(fā)器電路連接到所述天線單元陣列的相應(yīng)不同天線單元，并且每個(gè)收發(fā)器電路包括: (1)發(fā)射器電路，用于驅(qū)動所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元，所述收發(fā)器電路具有用于傳送輸出信號的輸出線，和在所述一組相位同步位置對中的相應(yīng)一個(gè)的位置處電連接到BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)的第一和第二輸入線，并且包括具有電連接到該發(fā)射器電路的第一輸入線的第一輸入端的乘法器；和 (2)接收器電路，用于從所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元接收輸入，所述接收器電路具有輸出線，和在所述相位同步位置對中的相應(yīng)一個(gè)相位同步位置對的位置處電連接到BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)的第一和第二輸入線，并且包括: (a)乘法器，具有電連接到該接收器電路的第一輸入線的第一輸入端并且具有輸出端；和 (b)混頻器，具有用于從所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元接收信號的第一輸入端、用于接收從所述BDS網(wǎng)絡(luò)獲得的本地載波信號的第二輸入端以及輸出端。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的收發(fā)器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)收發(fā)器電路的每個(gè)收發(fā)器電路內(nèi)，該收發(fā)器電路中的接收器電路的輸出線電連接到所述BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的收發(fā)器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)收發(fā)器電路的每個(gè)收發(fā)器電路內(nèi)，所述發(fā)射器電路還包括: 相位設(shè)置電路，具有用于接收相位控制信號的控制輸入端，所述相位設(shè)置電路電連接到該發(fā)射器電路中的乘法器，以控制該發(fā)射器電路的輸出信號的相位；和 振幅設(shè)置電路，位于該發(fā)射器電路中的乘法器之后并且具有用于接收振幅控制信號的控制輸入端，所述振幅設(shè)置電路用于控制該發(fā)射器電路的輸出信號的振幅。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的收發(fā)器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)收發(fā)器電路的每個(gè)收發(fā)器電路內(nèi)，所述接收器電路還包括: 相位設(shè)置電路，具有用于接收相位控制信號的控制輸入端，所述相位設(shè)置電路電連接到該接收器電路中的乘法器，用于控制所述接收器電路的輸出信號的相位； 振幅設(shè)置電路，電連接到該接收器電路中的混頻器的輸出端，并且具有用于接收振幅控制信號的控制輸入端。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的收發(fā)器系統(tǒng)，其中在所述多個(gè)收發(fā)器電路的每個(gè)收發(fā)器電路內(nèi)，該收發(fā)器電路的接收器電路內(nèi)的振幅設(shè)置電路的輸出端電連接到所述BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)。
27.一種天線單元陣列的收發(fā)器系統(tǒng)，所述收發(fā)器系統(tǒng)包括: 雙向信令(BDS)網(wǎng)絡(luò)，包括傳送第一載波信號的第一網(wǎng)絡(luò)和傳送第二載波信號的第二網(wǎng)絡(luò)，并且具有一組n個(gè)相位同步位置對Ui,匕)，每個(gè)相位同步位置對對應(yīng)于第一網(wǎng)絡(luò)上的位置％和第二網(wǎng)絡(luò)上的位置匕；和 多個(gè)收發(fā)器電路，每個(gè)收發(fā)器電路連接到所述天線單元陣列的相應(yīng)不同天線單元，并且每個(gè)收發(fā)器電路包括: (1)發(fā)射器電路，用于驅(qū)動所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元，所述收發(fā)器電路具有用于傳送輸出信號的輸出線，和在所述一組相位同步位置對中的相應(yīng)一個(gè)的位置處電連接到BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)的第一和第二輸入線，并且包括具有電連接到該發(fā)射器電路的第一輸入線的第一輸入端的乘法器；和 (2)接收器電路，用于從所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元接收輸入，所述接收器電路具有電連接到BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)的輸出線，和在所述相位同步位置對中的相應(yīng)一個(gè)相位同步位置對的位置處電連接到BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)的第一和第二輸入線，并且包括: (a)乘法器，具有電連接到該接收器電路的第一輸入線的第一輸入端并且具有輸出端；和 (b)混頻器，具有用 于從所述天線單元陣列的相應(yīng)天線單元接收信號的第一輸入端、用于接收從所述BDS網(wǎng)絡(luò)獲得的本地載波信號的第二輸入端以及輸出端。
全文摘要
一種發(fā)射器系統(tǒng)包括雙向信令(BDS)網(wǎng)絡(luò)，具有傳送第一和第二載波信號的第一和第二網(wǎng)絡(luò)，并且具有一組n個(gè)相位同步位置對(ai，bi)；還包括多個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路，用于驅(qū)動天線陣列，每個(gè)可調(diào)發(fā)射器電路具有用于傳送輸出信號的輸出線，和在所述一組相位同步位置對中的相應(yīng)一個(gè)的位置處電連接到BDS網(wǎng)絡(luò)的第一和第二網(wǎng)絡(luò)的第一和第二輸入線，并且包括乘法器，具有電連接到該可調(diào)發(fā)射器電路的第一輸入線的第一輸入端；相位設(shè)置電路，電連接到所述乘法器以控制該可調(diào)發(fā)射器電路的輸出信號的相位；以及振幅設(shè)置電路，用于控制該可調(diào)發(fā)射器電路的輸出信號的振幅。
文檔編號H01Q3/26GK103229355SQ201180041238
公開日2013年7月31日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者M·巴努, 馮亦平, V·普洛達(dá)諾維 申請人:藍(lán)色多瑙河實(shí)驗(yàn)室公司