TWI520439B - 半雙工相位陣列天線系統 - Google Patents

Description

半雙工相位陣列天線系統

本發明是有關於一種相位陣列天線系統，且特別是有關於一種半雙工相位陣列天線系統。

一種相位陣列天線(phased array antenna)使用多個輻射元件(radiating element)來傳送、接收或傳送與接收射頻(Radio frequency，RF)信號。相位陣列天線可用於多種用途，其中包括移動中通訊(Communications on the move，COTM)天線、暫停中通訊(Communications on the pause，COTP)天線、衛星通訊(Satellite communication，SATCOM)空中終端機(airborne terminal)，SATCOM行動通訊、區域多點資訊分散服務(Local multipoint distribution service，LMDS，)、無線點對點(Point to point，PTP)微波系統，及SATCOM地面終端機(earth terminal)。再者，在一相位陣列天線中這些典型的組件為分散式組件(distributed component)，因此其易受頻率影響，並針對特定頻帶進行設計。一種典型的SATCOM系統具有分時多工(Time division multiplexed，TDM)的一前向鏈結(forward link)，及分時多存取(Time division multiple access，TDMA)的返回鏈結(return link)。接收與傳送功能不需要同時完成，而同步化(synchronization)與同步化的時間標準為大多數(並非全部)前述用於操作式頻寬效率(operational bandwidth efficiency)之通訊系統中之典型的因素。

一種典型的電子式可操縱的相位陣列天線包含相位偏移器(phase shifter)、功率分離器(power splitter)、功率組合器(power combiner)、及混合電路(hybrid)之組合件。此外，一種典型的電子式可操縱的相位陣列需要在該相位陣列中每一輻射元件處具有至少一些這些組件，其增加了該架構之成本與複雜性。此外，一種電子式可操縱的相位陣列天線在當以半雙工功能操作時更為複雜。一種半雙工相位陣列天線設置成經由相同的輻射元件傳送與接收。

一種典型的相位偏移器使用切換的延遲線(delay line)，其實體很大，且由於其分散式特性而於一窄頻帶之上操作。另一種典型的數位相位偏移器實作成一種切換的高通低通濾波器架構，其相較於一切換式延遲線具有較佳的操作頻寬，但其實體仍大。並且，這些相位偏移器通常製作在砷化鎵(GaAs)之上。雖然可使用其它材料，但是砷化鎵為一種較高品質的材料，其經設計並控制成提供電子裝置之良好效能。然而，除了比其它可能的材料為具有較高品質的材料，砷化鎵亦較為昂貴且更難以製造。這些典型的相位陣列組件需要砷化鎵上許多面積，造成較高的成本。再者，一種包含固態電路之標準相位偏移器具有高射頻(RF)功率損耗，其基本上大約(2*n)dB的損耗，其中n為在該相位偏移器中相位位元的數目。另一先前技術具體實施例使用RF微機電系統(Microelectromechanical System，MEMS)開關，並具有較低的功率損耗，但仍耗用類似的空間，且通常不相容於單片式(monolithic)解決方案。

除了數位相位偏移器之外，正交混合電路(quadrature hybrid)或其它差動相位產生混合電路(differential phase generating hybrid)亦用於多種RF應用中。在一示例性具體實施例中，正交混合電路用於產生圓形極化信號、功率組合或功率分離。在一示例性具體實施例中，一正交混合電路之這些輸出具有相等的振幅，及公稱的90°相位差。在另一典型具體實施例中，該正交混合電路實作成一分散式結構，例如Lange耦合器、一分支線耦合器(branchline coupler)及/或類似者。一種180°混合電路，例如幻T電路(magic tee)或環狀混合電路(ring hybrid)，其產生公稱180°的相位偏移。概言之，正交混合電路與180°混合電路受限於頻率頻寬，並需要相當大實體空間。此外，因為這些結構性質上為分散式，它們的實體尺寸隨著頻率降低而增加。再者，這些正交混合電路與180°混合電路基本上由砷化鎵製成，且當做為一功率分離器使用時具有每混合電路3-4 dB等級的相關RF功率損耗，且當做一功率組合器使用時具有大約1 dB之相關RF功率損耗。

同相位(in-phase)功率組合器與同相位功率分離器亦可用於多種RF應用中。在一示例性具體實施例中，一同相位混合電路之這些輸出具有相等的振幅，及實質上為零的差動相位差(differential phase difference)。在另一示例性具體實施例中，設置成一功率組合器之同相位混合電路之這些輸入遭遇實質為零的差動相位與振幅偏移(amplitude shift)。在一先前技術具體實施例中，該同相位混合電路實作成一種分散式結構，例如Wilkinson耦合器。概言之，一同相位混合電路受限於頻帶，並需要相當大的實體空間。此外，因為該結構性質上為分散式，該實體尺寸隨著頻率降低而增加。該同相位混合電路基本上由砷化鎵製成。再者，該同相位混合電路一般在當做一功率分離器使用時具有每混合電路3-4 dB等級之相關RF功率損耗，且當做一功率組合器使用時具有大約1 dB之相關RF功率損耗。

此外，典型的相位陣列天線一次僅形成一單一波束，且時常無法具有極化敏捷性(polarization agility)。為了由相同的輻射孔(radiating aperture)形成額外的波束及/或具有極化敏捷性能力，在每一個輻射元件處需要額外的相位偏移與功率分離或組合組件。這些額外組件基本上特性為分散式，需要相當大實體空間，損耗多，且僅在相對狹窄的頻帶之上操作。由於這些理由，可在多重(multiple)頻帶之上操作的易於極化的多波束相位陣列天線很難在實務中實現。再者，在一相位陣列天線中這些典型的組件為分散式組件，因此其易受頻率影響，並針對特定頻帶進行設計。

一先前技術的相位陣列天線之極化器基本上係針對一特殊極化。其可以是線性、圓形或橢圓形，但一般無法電子式重新設置來處理不同的極化。再者，一種典型的通訊式相位陣列天線僅使用一輻射元件來傳送或接收，而不會在這兩種功能之間切換。此一般由於該傳送與接收頻帶有充份的隔開而使得一單一輻射元件無法以適當的效率來支援兩種頻帶。

因此，存在著無頻率限制或特定極化之相位陣列天線的需要。並且，亦存在著可對於不同極化重新設置，且能夠以半雙工方式藉由使用相同的輻射元件來傳送與接收的天線極化器之需要。

在一示例性具體實施例中，一相位陣列天線包含在一單一孔徑(single aperture)內的一半雙工架構(half-duplex architecture)。該相位陣列天線設置成經由共通的輻射元件傳送與接收射頻信號。在一示例性具體實施例中，這些傳送與接收周期不會同時發生，而可隔離不同的信號。這些射頻信號對於極化控制(polarization control)與波束操縱(beam steering)兩者做調整。在一接收具體實施例中，收到多個RF信號，並組合成至少一接收波束輸出。在一傳送具體實施例中，至少一傳送波束輸入被區分，並經由多個輻射元件傳送。

再者，在示例性具體實施例中，該相位陣列天線設置成在多個頻帶及/或多種極化之上操作。該相位陣列天線利用主動式組件(active component)取代傳統的分散式組件與砷化鎵功能，以操作一電子式可操縱多波束相位陣列天線。這些主動式組件之寬頻帶特性允許同時在多個頻帶之上操作。再者，該天線極化可於該次陣列(subarray)或個別的輻射元件層級進行靜態或動態地控制。

該示例性相位陣列天線之好處包括增加系統能力(capacity)與彈性(flexibility)。再者，能夠在多重頻帶之上操作的天線可最佳化系統可用性(availability)。此系統可實作在需要多個系統之行動應用或固定位置應用。並且，一單一天線可與多個系統及/或使用者進行通訊，以允許增加能力與可用性。

在一示例性具體實施例中，一相位陣列天線包含一雙向天線極化器(bidirectional antenna polarizer)，並設置成可雙向操作。該雙向天線極化器可組合功率分離器、功率組合器及相位偏移器之主動式實作。再者，在另一示例性具體實施例中，一雙向天線極化器具有充份的系統彈性(system flexibility)與場域可重新設置性(field reconfigurability)。在又另一種示例性具體實施例中，該雙向相位陣列天線在「雷達式」應用中操作，其中這些傳送與接收功能以半雙工方式操作。

本申請案之美國專利申請案為名為「ACTIVE BUTLER AND BLASS MATRICES」之美國臨時申請案(U.S. Provisional Application)的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/237,967，申請日為2009/08/28。本申請案之美國專利申請案亦為名為「ACTIVE HYBRIDS FOR ANTENNA SYSTEMS」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/259,375，申請日為2009/11/09。本申請案之美國專利申請案為名為「ACTIVE FEED FORWARD AMPLIFIER」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/234,513，申請日為2009/08/17。本申請案之美國專利申請案為名為「ACTIVE PHASED ARRAY ARCHITECTURE」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/222,354，申請日為2009/07/01。

本申請案之美國專利申請案為名為「ACTIVE COMPONENT PHASED ARRAY ANTENNA」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/168,913，申請日為2009/04/13。本申請案之美國專利申請案為名為「DYNAMIC REAL-TIME POLARIZATION FOR ANTENNAS」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/259,049，申請日為2009/11/06。本申請案之美國專利申請案為名為「MULTI-BAND MULTI-BEAM PHASED ARRAY ARCHITECTURE」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/234,521，申請日為2009/08/17。本申請案之美國專利申請案為名為「HALF-DUPLEX PHASED ARRAY ANTENNA SYSTEM」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/265,605，申請日為2009/12/01。本申請案之美國專利申請案為名為「FRAGMENTED APERTURE KA/KU-BAND」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/265,587，申請日為2009/12/01。本申請案之美國專利申請案為名為「ANTENNA TILE DEVICE AND DESIGN」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/265,596，申請日為2009/12/01。本申請案之美國專利申請案為名為「BIDIRECTIONAL ANTENNA POLARIZER」之美國臨時申請案的非臨時申請案，此美國臨時申請案的案號為61/222,363，申請日為2009/07/01。針對任何用途，前述申請案之內容皆在此以完整參照文獻的方式來加以併入。

此處所述之示例性具體實施例以充份的細節使得本技藝專業人士可實施本發明，應瞭解在不背離本發明之精神與範圍之下可實現其它具體實施例，並可進行邏輯材料、電性與機械性改變。因此，以下的實施方式僅為了例示之目的而呈現。

一種相位陣列天線通常包含多個輻射元件，其中每一輻射元件具有一極化組件。在一示例性具體實施例中，該輻射元件具有空間正交線性極化(spatially orthogonal linear polarization)、空間與電性正交圓形極化，或空間正交與電性非正交橢圓形極化。在一示例性具體實施例中，一相位陣列天線包含多種組件。這些多種組件可包括一向量產生器(vector generater)、一主動式功率分離器、一主動式功率組合器或類似者。再者，在一示例性具體實施例中，該相位陣列天線包含一平板天線(patch antenna)。雖然此處說明在圖面中例示的一種平板天線，但是可實作成其它種類的輻射元件。這些輻射元件包括一分段式輻射器(fragmented radiator)、一號角形饋電天線(feed horn antenna)、一十字缺口天線(cross-notched antenna)、一槽孔天線(slot antenna)及類似者。

在一示例性具體實施例中，每個輻射元件具有兩個饋送埠(feed port)，並造成一不平衡饋送系統(unbalanced feed system)。在又另一示例性具體實施例中，每個輻射元件具有三個饋送埠，並造成一部份平衡的饋送系統。在另一示例性具體實施例中，每個輻射元件具有四個饋送埠，並造成一完全平衡的饋送系統。

在一示例性具體實施例中，具有兩個饋送埠之相位陣列天線設置成產生並控制不同的極化。示例性極化狀態包括一單一圓形極化狀態、一單一橢圓形極化狀態、一單一線性極化狀態及兩個正交線性極化狀態。

這些輻射元件可與一RF積體電路(Radio frequency integrated circuit，RFIC)進行通訊。在一示例性具體實施例中，該RFIC設置成區分、改變及重新組合這些基礎極化成其它正交極化狀態。對應於該RFIC中淨極化狀態(net polarization state)之RF信號可額外地被組合在該陣列之波束形成網路(beam-forming network)中。

在一示例性具體實施例中，並簡略參照圖4，一雙向天線極化器包含兩個開關、兩對向量產生器、一功率組合器與一功率分離器。該雙向天線極化器設置成藉由使用相同的輻射元件來傳送或接收一RF信號。換言之，當經由一共通輻射元件進行通訊時，該雙向天線極化器能夠在一接收模式與一傳送模式之間切換。再者，在一示例性具體實施例中，該輻射元件以一單一端點(single-ended)方式、一差動方式或其某種組合被驅動。再者，在一示例性具體實施例中，一雙向天線極化器具有兩對向量產生器，其設置成皆傳送與接收，其在傳送與接收操作模式兩者中提供波束操縱與極化敏捷性。

主動式分離器：圖1為一示例性主動式功率分離器之示意圖。在一示例性具體實施例中，主動式功率分離器100包含差動輸入子電路(differential input subcircuit)110、第一差動輸出子電路120及第二差動輸出子電路130。差動輸入子電路110具有成對的電晶體111、112，其具有一共通射極節點(common emitter node)，並為固定電流偏壓(constant current biased)，其一般位於差動放大器內。一輸入信號被傳遞到差動輸入子電路110中成對的電晶體111、112之基極(base)。第一與第二差動輸出子電路120、130兩者皆包含具有一共通基極節點(common base node)的一對電晶體，且每個共通基極連接至接地端。

第一差動輸出子電路120具有第一電晶體121，其射極連接至輸入子電路電晶體中之一者(亦即電晶體112)的集極(collector)。第二輸出子電路電晶體122之射極連接至另一輸入子電路電晶體111之集極。在該示例性具體實施例中，該第一輸出自第一差動輸出子電路120之電晶體121、122之這些集極汲出。再者，第二差動輸出子電路130為類似地連接，除了電晶體131、132之射極相對於電晶體121、122為反向連接至輸入子電路電晶體111、112之集極。

藉由倒轉這些第一與第二差動輸出子電路之間的這些輸入子電路電晶體集極連接，該第一輸出與該第二輸出彼此大約呈現180°異相(out of phase)。在另一示例性具體實施例中，電晶體131、132之射極非倒轉地連接至輸入子電路電晶體111、112之集極，造成該第一輸出與該第二輸出彼此大約同相位。概言之，通過該功率分離器之這些輸出信號之絕對相位偏移並不如這些第一與第二輸出信號之間的相對相位來得重要。

在一示例性具體實施例中，主動式功率分離器100轉換一輸入RF信號成為兩個輸出信號。這些輸出信號位準(level)在振幅上可以相等，雖然其並非必要。對於一先前技術的被動式功率分離器，每個輸出信號在功率上比該輸入信號大約低3 dB。相反地，一示例性主動式分離器，例如主動式功率分離器100，其可提供增益，以及該輸入信號與該輸出信號之間的相對功率位準(relative power level)可以調整，並可選擇性地設計。在一示例性具體實施例中，該輸出信號設置成達到在該輸入信號之上的實質中性或正功率增益。例如，該輸出信號可達到在該輸入信號之上的3 dB信號功率增益。在一示例性具體實施例中，該輸出信號可達到的功率增益範圍在0 dB到5 dB。再者，該輸出信號可設置成達到任何適當的功率增益。

根據一示例性具體實施例，主動式功率分離器100在為零或實質為零的兩個信號之間，產生具有一差動相位的輸出信號。經由該主動式功率分離器之輸出信號的絕對相位偏移可能不如這些輸出信號之間該差動相位來得重要。

在另一示例性具體實施例中，主動式功率分離器100額外地於這些輸入與輸出埠提供匹配的阻抗。這些匹配的阻抗可為50歐姆、75歐姆或其它適當的阻抗。再者，在一示例性具體實施例中，主動式功率分離器100提供該主動式功率分離器之這些輸出埠之間的絕緣。在一示例性具體實施例中，主動式功率分離器係製造成一小型的RFIC，其由於缺少分散的組件而無關於該操作頻率。

主動式組合器：在一示例性具體實施例中並參照圖2，主動式功率組合器200包含第一差動輸入子電路210、第二差動輸入子電路220、單一端點輸出子電路(single ended output subcircuit)230及差動輸出子電路240。每個差動輸入子電路210、220包括兩對的電晶體，每個差動輸入子電路210、220之每個電晶體包括具有固定電流偏壓之一共通射極節點，其一般位於差動放大器內。

一第一輸入信號被傳遞到第一差動輸入子電路210中這些電晶體的這些基極。例如，輸入信號In1的第一線被提供至第一差動輸入子電路210中每個電晶體配對之一電晶體，而輸入信號In1的第二線被提供至每個電晶體配對之另一電晶體。類似地，一第二輸入信號被傳遞到第二差動輸入子電路220中這些電晶體的這些基極。例如，輸入信號In2的第一線被提供至第二差動輸入子電路220中每個電晶體配對之一電晶體，而輸入信號In2的第二線被提供至每個電晶體配對之另一電晶體。再者，在一示例性具體實施例中，一差動輸出信號由來自第一與第二差動輸入子電路210、220中電晶體之集極的信號組合所形成。

在一示例性具體實施例中，主動式功率組合器200轉換兩個輸入RF信號成為一單一輸出信號。該輸出信號可為單一端點輸出子電路230處的一單一端點輸出，或差動輸出子電路240處的一差動輸出。換言之，主動式功率組合器200執行與主動式功率分離器100相反的功能。這些輸入信號位準可為任意的振幅及相位。類似於一主動式功率分離器，主動式功率組合器200可以提供增益，且這些輸入與輸出之間的相對功率位準亦可調整，並可做選擇性的設計。在一示例性具體實施例中，該輸出信號達到在該輸入信號之上的實質中性或正信號功率增益。例如，該輸出信號可達到在這些輸入信號之總和之上3 dB的功率增益。在一示例性具體實施例中，該輸出信號可達到的功率增益範圍在0 dB到5 dB。再者，該輸出信號可達到任何適當的功率增益。

在一示例性具體實施例中，主動式功率組合器200額外地於這些輸入與輸出埠處提供匹配的阻抗。這些匹配的阻抗可為50歐姆、75歐姆或其它適當的阻抗。再者，在一示例性具體實施例中，主動式功率組合器200提供該功率組合器之這些輸入埠之間的絕緣。在一示例性具體實施例中，主動式功率組合器200係製造成一小型的RFIC，其由於缺少分散的組件而無關於該操作頻率。

向量產生器：在一示例性具體實施例中，一向量產生器轉換一RF輸入信號成為一輸出信號(有時稱之為一輸出向量)，其在相位及/或振幅上被偏移到一需要的位準。此可取代一典型的相位偏移器之功能，並加入振幅控制的能力。換言之，一向量產生器為一強度(magnitude)與相位控制電路。在該示例性具體實施例中，該向量產生器藉由饋送該RF輸入信號進入一造成相位差大約90°之兩個輸出信號的正交網路(quadrature network)來達成此功能。這些兩個輸出信號被饋送到平行象限選擇電路(parallel quadrant select circuit)當中，然後通過平行可變增益放大器(Variable gain amplifier，VGA)。在一示例性具體實施例中，該象限選擇電路接收命令，並可設置成傳送這些輸出信號但在它們之間不會有額外的相對相位偏移，或是以額外的180°倒轉這些輸出信號之任一者或兩者。在此方式中，該360°連續體(360° continuum)之所有四個可能象限可用於兩個正交信號。來自該電流加總器(current summer)所得到的合成輸出信號(composite output signal)在振幅及相位中至少一項上進行調變。

根據一示例性具體實施例並參照圖3，向量產生器300包含被動式式同相位/正交相位(In-phase/Quadrature-phase，I/Q)產生器310、第一可變增益放大器(VGA)320與第二VGA 321、第一象限選擇(quadrant select)330與第二象限選擇331，其每一者設置用於相位倒轉切換(phase inversion switching)，及電流加總器340。第一象限選擇330與I/Q產生器310及第一VGA 320進行通訊。第二象限選擇331與I/Q產生器310及第二VGA 321進行通訊。再者，在一示例性具體實施例中，向量產生器300包含數位控制器(digital controller)350，其控制第一數位到類比轉換器(Digital-to-analog converter，DAC)360與第二DAC 361。第一與第二DAC 360、361分別控制第一與第二VGA 321、320。此外，數位控制器350控制第一與第二象限選擇330、331。

在一示例性具體實施例中，向量產生器300藉由分離一RF信號成為兩個獨立的向量，即該同相位(I)向量與該正交相位(Q)向量來控制該RF信號的相位與振幅。在一具體實施例中，該RF信號係差動式傳遞。該差動RF信號通訊可遍及整個向量產生器300或限制於向量產生器300之多個部份。在另一示例性具體實施例中，這些RF信號為非差動式傳遞。該I向量與Q向量係平行地處理，每次通過相位倒轉切換係由第一與第二象限選擇330、331執行。這些相位倒轉切換所得到的這些輸出包含四個可能的信號：一未倒轉I、一倒轉的I、一未倒轉Q、及一倒轉的Q。依此方式，一相量圖之所有四個象限可用於由VGA 320、321進一步處理。在一示例性具體實施例中，這些四個可能的信號：未倒轉I、倒轉的I、未倒轉Q、及倒轉的Q中的兩個分別經由VGA 320、321進行處理，直到這些兩個選擇的信號在電流加總器340中組合來形成一合成的RF信號。電流加總器340輸出具有相位與振幅調整之合成的RF信號。在一示例性具體實施例中，該合成RF信號係為差動信號形式。在另一示例性具體實施例中，這些合成的RF信號係為單一端點形式(single-ended form)。

在一示例性具體實施例中，對該象限偏移與VGA功能之控制係由一對DAC所提供。在一示例性具體實施例中，當存在著適當的DAC解析度與自動增益控制(Automatic gain control，AGC)動態範圍的情況下，在向量產生器300被製造後，數位控制器350之重新設置允許相位位元之數目被以數位方式控制。在一具有適當DAC解析度與AGC動態範圍之示例性具體實施例中，任何需要的向量相位與振幅可利用使用數位控制之可選擇的微細量化步驟來產生。在另一示例性具體實施例中，DAC 360、361之重新設置可在向量產生器300被製造之後進行，藉以促進這些向量振幅之調整。

根據一示例性具體實施例，一相位陣列天線包含在一單片式解決方案中製造在矽鍺(SiGe)上的主動式組件。可使用其它材料，例如砷化鎵、矽晶(silicon)、或其它已知或在之後設計出的適當材料。使用主動式組件之單片SiGe具體實施例可產生優於先前技術中之該分散式/被動式網路的某些好處，包括較低的成本、較小的實體尺寸、較寬的操作頻寬，及有提供功率增益而非功率損耗之能力。

再者，在另一示例性具體實施例中，一相位陣列輻射元件之極化藉由操作平行的(in parallel)兩個向量產生器，並以空間正交的方式饋送這些兩個向量產生器之兩個輸出信號至該輻射元件做調整。當一向量驅動該輻射元件時即造成線性極化。當兩個在電性上呈現90°異相的向量以空間正交方式驅動該輻射元件時即造成圓形極化。當兩個在電性上呈現90°以外的異相之向量以空間正交方式驅動該輻射元件時即造成橢圓形極化。

此外，根據該相位陣列架構而優於這些先前技術具體實施例的其它好處皆有可能。這些好處的一部分因為不需要分散式結構，而可包括廣大的系統彈性及非常小型的天線系統。在一具體實施例中，該相位陣列架構之控制功能組件的尺寸較小，且無關於操作頻率。再者，一些具體實施例在當該RF信號為類比形式時，利用差動發信(differential signaling)來改善信號隔離(signal isolation)。

一些主要的好處包括RF信號當經由該天線系統傳遞時，可經歷一中性或輕微的正增益，而不會發生在該被動式先前技術系統中的功率損耗。另一個好處為該天線系統並不受限於頻帶。換言之，該天線系統可應用到所有頻帶，包括X、K、Ku、Ka及Q頻帶。再者，在一示例性具體實施例中，該天線系統在特定頻率範圍之上操作，例如2-20 GHz、20-40 GHz或30-45 GHz。

該天線系統的重新設置性亦為其好處。在一示例性具體實施例中，該天線系統包括在完整的產品壽命期間重新設置在一DAC中相位位元的數目之能力。在另一示例性具體實施例中，該天線系統能夠在完整的產品壽命期間重新設置該系統之振幅衰減(amplitude taper)。在又另一示例性具體實施例中，該天線系統能夠在完整的產品壽命期間重新設置該系統極化。再者，在一具有適當DAC解析度與AGC動態範圍之示例性具體實施例中，任何想要的向量相位與振幅可利用使用數位控制之可選擇的微細量化步驟來產生。

雙向極化器：根據一示例性具體實施例並參照圖4，雙向天線極化器400包含與第一向量產生器(VG)411及第二向量產生器進行通訊之第一開關(SW)410，與第三向量產生器421及第四向量產生器422進行通訊之第二開關420。在一示例性具體實施例中，雙向天線極化器400另包含主動式功率組合器430、主動式功率分離器440及多個數位到類比轉換器(DAC)控制器450。在另一示例性具體實施例中，功率組合器430與功率分離器440可為被動式分散組件。DAC控制器450設置成控制這些向量產生器。在一具體實施例中，一DAC實作成驅動一向量產生器。例如，這些向量產生器被調整成提供所需要的波束操縱、極化與振幅衰減中至少一項。

在一示例性具體實施例中，開關410、420中至少一者為一單極雙投(Single-pole double-throw，SPDT)式開關。在另一示例性具體實施例中，開關410、420中至少一者包含兩個單極單投(Single-pole single-throw，SPST)式開關。在又另一示例性具體實施例中，開關410、420由一個雙極雙投式開關所取代，其能夠控制最多到四個向量產生器之信號路徑連接。在又另一示例性具體實施例中，開關410、420由兩個雙極單投式開關取代。再者，開關410、420可為設置成中斷或完成輻射元件401與向量產生器411、412、421、422之間至少一信號路徑的任何切換裝置。

根據一示例性具體實施例，開關410、420與輻射元件401進行通訊，並控制雙向天線極化器400中傳送與接收模式之信號路線安排。這些雙重開關使得一單一輻射元件具有兩個或更多的饋電(feed)來執行傳送與接收功能兩者。在一示例性具體實施例中，每個輻射元件具有兩個饋送埠(feed port)，並造成一不平衡饋送系統(unbalanced feed system)。在又另一示例性具體實施例中，每個輻射元件具有三個饋送埠，並造成一部份平衡的饋送系統。在另一示例性具體實施例中，每個輻射元件具有四個饋送埠，並造成一完全平衡的饋送系統。在一示例性具體實施例中，單一輻射元件401以一半雙工方式傳送與接收RF信號。

在該傳送模式中，主動式功率分離器440區分一輸入信號成為一第一傳送輸入信號與一第二傳送輸入信號。主動式功率分離器440提供該第一傳送輸入信號至向量產生器412，並提供該第二傳送輸入信號至向量產生器422。向量產生器412、422對於輻射元件401之需要的波束操縱、極化與振幅衰減分別在這些第一與第二傳送輸入信號上執行相位偏移與振幅調整中至少一項。向量產生器412產生一第一調整的傳送信號，而向量產生器422產生一第二調整的傳送信號。該第一調整的傳送信號自向量產生器412經由開關410傳遞到輻射元件401之這些空間正交饋電中之一者。同樣地，該第二調整的傳送信號自向量產生器422經由開關420傳遞到輻射元件401之這些空間正交饋電中之另一者。

在該接收模式中，輻射元件接收在空間上被正交區分成兩個信號(一第一接收信號與一第二接收信號)的一信號。輻射元件401之這些空間正交饋電經由開關410傳遞該第一接收輸入信號至向量產生器411。同樣地，輻射元件401之這些空間正交饋電亦經由開關420傳遞該第二接收輸入信號至向量產生器421。在一示例性具體實施例中，向量產生器411、421設置成分別相位與振幅偏移這些第一與第二接收輸入信號。向量產生器411產生一第一調整接收信號，而向量產生器421產生一第二調整接收信號。

再者，在一示例性具體實施例中，向量產生器411、421與主動式功率組合器430進行通訊。主動式功率組合器自向量產生器411接收該第一調整接收信號，並自向量產生器421接收該第二調整接收信號。這些兩個調整接收信號由主動式功率組合器430組合來形成一接收輸出信號。

根據一示例性具體實施例，雙向天線極化器400能夠波束操縱，並產生或接收具有任何極化的信號。這包括線性、圓形及橢圓形極化。該信號極化由這些向量產生器控制，其依次由這些DAC450控制。在一示例性具體實施例中，這些DAC控制器450被重新程式化，因此由這些向量產生器產生的極化可在任何時間改變，包括在製造之後，而不需要實體修改雙向天線極化器400。

半雙工架構：在一示例性具體實施例中並參照圖5，與第一輻射元件501進行通訊的一相位陣列積體電路500具有一傳送模式與一接收模式。相位陣列積體電路500包含第一傳送-接收開關510、第二傳送-接收開關511、第一低雜訊放大器(Low-noise amplifier，LNA)520、第二LNA 522、第一功率放大器521及第二功率放大器523。在一示例性具體實施例中，相位陣列積體電路500另包含四個向量產生器530、531、532、533、主動式功率組合器540及主動式功率分離器541。在一示例性具體實施例中，向量產生器530、531、532、533之每一者自數位到類比轉換器(DAC)550接收一控制信號。

根據一示例性具體實施例，傳送-接收開關510、511、LNA 520、522及功率放大器521、523係位在砷化鎵晶片上。再者，向量產生器530、531、532、533、主動式功率組合器540及主動式功率分離器541係位在一矽鍺晶片上。如上述，矽鍺晶片比砷化鎵晶片要便宜，產生較為便宜的天線系統。雖然所述者為在不同材料當中區分多種組件，相位陣列IC 500可具有在砷化鎵或矽鍺材料上的所有組件，或具有位在砷化鎵晶片或矽鍺晶片或其任何組合上之一些向量產生器、組合器、或分離器。此外，與第二輻射元件502進行通訊之相位陣列IC 500的架構與功能實質上類似於第一輻射元件501之架構與功能，故不詳細說明。

在一示例性具體實施例中並參照圖5，相位陣列IC 500設置成半雙工通訊。在一具體實施例中，相位陣列IC 500與至少兩個輻射元件進行通訊，即第一輻射元件501與第二輻射元件502。雖然僅例示兩個輻射元件，相位陣列IC 500可與多個輻射元件進行通訊。在相位陣列IC 500之示例性具體實施例中，每個輻射元件以一傳送波束路徑(transmit beam path)與一接收波束路徑進行通訊。在另一示例性具體實施例中，該傳送波束路徑與接收波束路徑中之至少一部份被區分用於傳遞正交極化的信號。再者，在一示例性具體實施例中，在相位陣列IC 500之部份或整個當中使用差動發信。

再者，根據一示例性具體實施例，提供一傳送波束至第一輻射元件501與第二輻射元件502。該傳送波束被主動式功率分離器543區分成這些多個輻射元件路徑。每個輻射元件路徑接收該傳送波束信號，並藉由使用一功率分離器，例如主動式功率分離器541，以另外區分該信號。在一示例性具體實施例中，這些區分的傳送波束信號被傳遞至兩個向量產生器532、533。這些向量產生器設置成調整這些各別的傳送信號之相位及/或振幅。在一示例性具體實施例中，一向量產生器提供波束操縱，而另一向量產生器提供極化追蹤(polarization tracking)。再者，可實作設置成提供波束操縱與極化追蹤的任何適當的向量產生器架構。此架構造成該傳送模式中獨立的極化彈性。在一示例性具體實施例中，這些各別的傳送信號被調整相位，使得這些信號相對於彼此具有正交極化。再者，該傳送路徑包含功率放大器521、523，其分別自向量產生器532、533接收該調整的傳送信號。

在一示例性具體實施例中，第一傳送-接收開關510與第二傳送-接收開關511設置成在適當模式期間致能所需要的信號路徑。在一示例性具體實施例中，傳送-接收開關510、511為單極雙投式開關。雖然所述為單極雙投式，開關510、511可為設置成致能一信號路徑及除能另一信號路徑的任何開關或多個開關。類似於雙向天線極化器400之開關410、420，傳送-接收開關510、511可包含多種的開關與組態。

在該傳送模式中，傳送-接收開關510使得功率放大器521的輸出信號被傳遞至第一輻射元件501的第一饋電。同樣地，傳送-接收開關511使得功率放大器523的輸出信號被傳遞至第一輻射元件501的第二饋電。相反地，在該接收模式中，傳送-接收開關510將該接收信號的第一極化饋電由第一輻射元件501傳遞到第一LNA 520。同樣地，傳送-接收開關511將該接收信號的第二極化饋電由第一輻射元件501傳遞到第二LNA 522。

第一LNA 520的信號輸出饋送到向量產生器530中，而第二LNA 522的信號輸出饋送到向量產生器531。類似於向量產生器532、533，在一示例性具體實施例中，向量產生器530、531設置成調整這些各別接收信號之相位及/或振幅。在一示例性具體實施例中，一向量產生器提供波束操縱，而另一向量產生器提供極化追蹤。此架構造成該接收模式中獨立的極化彈性。

在一示例性具體實施例中，向量產生器530、531的這些各別輸出被組合於主動式功率組合器540。向量產生器530、531的輸出代表該極化的接收信號之兩個部份，其被組合而形成來自第一輻射元件501的一單一接收信號。來自第一輻射元件501的組合的接收信號另於主動式功率組合器542組合來自第二輻射元件502的另一組合的接收信號而形成一接收波束。再者，來自輻射元件的任何數目之信號可被組合，包括來自三個或三個以上的輻射元件。在一示例性具體實施例中，來自該單一孔徑的所有輻射元件之組合的接收信號被組合成該接收波束。

根據一示例性具體實施例並參照圖6，與第一輻射元件601進行通訊的簡化的相位陣列積體電路(IC)600具有一傳送模式與一接收模式。在此示例性具體實施例中，共通向量產生器用於傳送與接收功能兩者，相較於相位陣列IC 500，其可減少該系統中向量產生器之一半的數目。這些減少數目的向量產生器造成降低的系統彈性，而仍可提供波束操縱、極化追蹤與多頻帶能力。再者，該數位信號路線安排的複雜度亦減半。再者，在相位陣列IC 600的一示例性具體實施例中，每個輻射元件的電路複雜度降低，以致於如同相位陣列IC 500的相同複雜度的單一晶片可實作出兩倍多的輻射元件。電路複雜度係關連於每個晶片所執行之RF、數位及/或類比功能的數目。再者，簡化的相位陣列IC 600相較於相位陣列IC 500由於較少的向量產生器而具有降低的功率消耗。

在一示例性具體實施例中，相位陣列IC 600包含第一傳送-接收開關610、第二傳送-接收開關611、第一LNA 620、第二LNA 622、第一功率放大器621與第二功率放大器623。在一示例性具體實施例中，相位陣列積體電路600另包含第一向量產生器630、第二向量產生器631、主動式功率組合器640及主動式功率分離器641。此外，在一示例性具體實施例中，相位陣列IC 600包含向量產生器開關650、651、652、653。在一示例性具體實施例中，向量產生器630、631中之每一者自一數位到類比轉換器(DAC)660接收一控制信號。

根據一示例性具體實施例，傳送-接收開關610、611、LNA 620、622及功率放大器621、623係位在砷化鎵晶片上。再者，向量產生器630、631、主動式功率組合器640及主動式功率分離器641位在一矽鍺晶片上。雖然所述者為在不同材料當中區分多種組件，相位陣列IC 600可具有在砷化鎵或矽鍺材料上的所有組件，或位在砷化鎵晶片或矽鍺晶片或其任何組合上一些的向量產生器、組合器、或分離器。此外，與第二輻射元件602進行通訊之相位陣列IC 600的架構與功能實質上類似於第一輻射元件601的架構與功能，故將不詳細說明。

在一示例性具體實施例中並參照圖6，相位陣列IC 600設置成半雙工通訊。在一具體實施例中，相位陣列IC 600與至少兩個輻射元件，即第一輻射元件601與第二輻射元件602進行通訊。雖然僅例示兩個輻射元件，相位陣列IC 600可與多個輻射元件進行通訊。在相位陣列IC 600之示例性具體實施例中，每個輻射元件以一傳送波束路徑與一接收波束路徑進行通訊。在一示例性具體實施例中，該傳送波束路徑與接收波束路徑之至少一部份被區分用於傳遞正交極化的信號。再者，在一示例性具體實施例中，在相位陣列IC 600之部份或整個當中使用差動發信。

根據一示例性具體實施例，提供一傳送波束至第一輻射元件601與第二輻射元件602。該傳送波束被主動式功率分離器643區分成這些多個輻射元件路徑。在一示例性具體實施例中，每個輻射元件路徑接收該傳送波束信號，並藉由使用一分離器，例如主動式功率分離器641，以另外區分該信號。在另一示例性具體實施例中，向量產生器開關650設置成傳送該傳送波束信號至向量產生器630，並除能來自LNA 620的信號路徑。同樣地，在該示例性具體實施例中，向量產生器開關652設置成傳送該傳送波束信號至向量產生器631，並除能來自LNA 622的信號路徑。換言之，這些向量產生器開關基於該天線系統的目前模式致能與除能多個信號路徑。

在一示例性具體實施例中，這些區分的傳送波束信號分別由向量產生器開關650、652傳遞至兩個向量產生器630、631。這些向量產生器設置成調整這些各別的傳送信號之相位及/或振幅。在一示例性具體實施例中，向量產生器開關650、652為單極雙投式開關。雖然所述為單極雙投式，向量產生器開關650、652可為設置成致能一信號路徑及除能另一信號路徑的任何開關或多個開關。在一示例性具體實施例中，一向量產生器提供波束操縱，而另一向量產生器提供極化追蹤。此架構造成該傳送模式中獨立的極化彈性。再者，可以實作設置成提供波束操縱與極化追蹤的任何適當的向量產生器架構。

在一示例性具體實施例中，這些各別的傳送信號由向量產生器630、631調整相位及振幅。由向量產生器630產生的該調整的傳送信號經由向量產生器開關651傳遞至功率放大器621。此外，由向量產生器631產生的該調整的傳送信號經由向量產生器開關653傳遞至功率放大器623。在一示例性具體實施例中，向量產生器開關651、653為單極雙投式開關。雖然所述為單極雙投式，向量產生器開關651、653可為設置成致能一信號路徑及除能另一信號路徑的任何開關或多個開關。

在一示例性具體實施例中，第一傳送-接收開關610與第二傳送-接收開關611設置成在適當模式期間致能所需要的信號路徑。在一示例性具體實施例中，傳送-接收開關610、611為單極雙投式開關。雖然所述為單極雙投式，開關610、611可為設置成致能一信號路徑及除能另一信號路徑的任何開關或多個開關。類似於雙向天線極化器400之開關410、420，傳送-接收開關610、611可包含多種的開關與組態。

在該傳送模式中，傳送-接收開關610使得功率放大器621的輸出信號被傳遞至第一輻射元件601的第一饋電。同樣地，傳送-接收開關611使得功率放大器623的輸出信號被傳遞至第一輻射元件601的第二饋電。相反地，在該接收模式中，傳送-接收開關610將該接收信號的第一極化饋電由第一輻射元件601傳遞到第一LNA 620。同樣地，傳送-接收開關611將該接收信號的第二極化饋電由第一輻射元件601傳遞到第二LNA 622。

第一LNA 620的信號輸出饋送通過向量產生器開關650到向量產生器630當中，而第二LNA 622的信號輸出饋送通過向量產生器開關652到向量產生器631當中。在一示例性具體實施例中，向量產生器630、631設置成調整這些各別接收信號之相位及/或振幅。在一示例性具體實施例中，一向量產生器提供波束操縱，而另一向量產生器提供極化追蹤。此架構造成該傳送模式中獨立的極化彈性。再者，可實作設置成提供波束操縱與極化追蹤的任何適當的向量產生器架構。

在一示例性具體實施例中，向量產生器630的輸出在該接收模式中被傳遞通過向量產生器開關651至主動式功率組合器640。再者，向量產生器631的輸出在該接收模式中被傳遞通過向量產生器開關653至主動式功率組合器640。向量產生器630、631之輸出代表該極化的接收信號之兩個部份，其被組合而形成來自第一輻射元件601之一單一接收信號。在一示例性具體實施例中，來自第一輻射元件601之組合的接收信號於主動式功率組合器642組合於來自第二輻射元件602的另一組合的接收信號而形成一接收波束。在一示例性具體實施例中，來自該單一孔徑的所有輻射元件之組合的接收信號被組合成該接收波束。

在一示例性具體實施例中，相位陣列IC 500、600可被串級(cascade)在一單片式解決方案中。再者，串聯該系統可致能多頻帶操作，例如在Ku頻帶與Ka頻帶之上。在一示例性具體實施例中，相位陣列500、600支援波束操縱與多重極化。此外，這些描述的架構可對於一維陣列以及二維陣列來實作。

系統應用：根據一示例性具體實施例，一單一孔徑半雙工天線系統在不同的時間點以傳送與接收模式操作。藉由區分這些操作模式所以並無同時傳送與接收，這些傳送與接收信號可以彼此隔離。此外，如果利用半雙工通訊，即不需要頻率濾波器(frequency filter)來分開這些信號。在一具體實施例中，該操作時間為對稱，使得在傳送模式中的時間量實質上等於在接收模式中的時間量。在另一具體實施例中，該操作時間為非對稱，且更多的時間被分配給該傳送或接收模式。該實際時間區分可為使用者需求及/或資料負載之函數。在一示例性具體實施例中，使用一半雙工排程器(half-duplex scheduler)來解決該傳送與接收時間需求之衝突性。在一示例性具體實施例中，藉由改變這些時槽(time-slot)分配並以時槽為基礎更新一時槽上的波束指向(beam pointing)來支援在多個頻率下的多個波束，而不需要平行向量產生器架構。

再者，在一示例性具體實施例中，一相位陣列天線系統藉由重新歸零本地感測器中的漂移(drift)而修正衛星追蹤誤差。一種修正該漂移的方法為藉由使用順序性天線射束控制(sequential lobing)來判定任何誤差並執行漂移修正。在一順序性天線射束控制方法中，一天線系統檢查多個衛星位置，並獲得指示真實衛星位置之傳回資訊。例如，該天線系統可傳送一信號至五個不同位置。這些位置中之一者為根據該天線系統連同四個周遭位置的衛星位置。該傳回資訊指示在這些本地感測器中是否存在有任何漂移，以及需要進行修正的是在哪個方向。然後該漂移資訊可用於修正該天線系統中的漂移。

在一種典型的順序性天線射束控制方法中，所有這些多個衛星位置依順序檢查。但是，依序檢查該衛星位置會使用額外的操作時間，該天線系統並未如在正常操作中一樣傳遞資料。根據一示例性具體實施例，一順序性天線射束控制程序為與正常操作的時間交錯，對於正常操作只有少許或是並無中斷。特別是，在該示例性具體實施例中，該天線系統檢查在一第一位置處的衛星，在正常操作中傳送或接收資料，檢查在一第二位置處的衛星，在正常操作中傳送或接收資料，檢查在一第三位置處的衛星等等。該天線射束控制方法之位置檢查會發生在一天線系統於傳送及/或接收周期之間切換的時段之內的短脈衝(short burst)當中。

在一示例性具體實施例中，一相位陣列天線系統設置成在多個波束之間切換。這些多個波束可在多個衛星之間被區分，或這些多個波束可由一單一衛星廣播。例如，該相位陣列天線系統可於不同的點波束衛星(spot beam satellite)之間切換。在一具體實施例中，該波束切換用於執行多個部分重疊的(over-lapping)波束之間的負載偏移(load shifting)。

在另一具體實施例中，該波束切換會由於該衛星與該天線系統之間的相對位置變化而造成。一衛星可為與地球旋轉同步或不與地球旋轉同步。如此處所使用者，一與地球旋轉同步衛星為與地球的自轉周期(一天)具有相同的軌道周期。因此，一與地球旋轉同步衛星呈現在地球的相同位置之上保持靜止。相反地，一不與地球旋轉同步衛星具有與地球的自轉周期不同的一軌道周期，造成一衛星會以小於連續時段的時間存在一靜止接收器之範圍內。

不論該衛星是否為與地球旋轉同步或不與地球旋轉同步，波束切換牽涉到多個遞交程序(handoff procedure)。概言之，一遞交程序牽涉到判定是否有新的波束可使用，並協調該開關由一第一(或目前)波束到一第二(或新的)波束。

一遞交程序的一種態樣為這些波束及/或衛星之同步化，使得該傳送周期與接收周期在同時間發生。如果該天線系統在一連續模式中操作，並在多個衛星之間切換，則所有這些多個衛星皆在一示例性具體實施例中同步化。在一具體實施例中，同步化的衛星永遠以相同的時程傳送與接收信號。在另一具體實施例中，同步化的衛星偶爾在相同的傳送/接收時程中操作，且在該同步化的周期期間發生這些衛星之間的任何遞交。如果該天線系統在一不連續模式中操作，並在多個衛星之間切換，則在該遞交期間會發生一中斷期間。該中斷期間係起因於每個衛星之間不同的傳送/接收時程。為了補償該中斷，在一示例性具體實施例中，一天線系統緩衝該資料傳輸，使得一終端使用者不會知道該中斷期間。再者，在一示例性具體實施例中並參照圖7，同步化字元(synchronization word，以SYNC表示)以固定的間隔(regular interval)被插入到一信號當中。換言之，這些同步化字元以固定的間隔發生。在一具體實施例中，同步化字元以每2.5微秒被插入到一信號當中。在另一具體實施例中，同步化字元以範圍在1到20毫秒的固定間隔被插入到一信號當中。再者，插入同步化字元的固定間隔可為任何適當的時段。這些同步化字元修改該波形，並允許在已知的聆聽間隔(listening interval)進行之同步化。在一示例性具體實施例中，該天線系統於所有同步化間隔期間皆在聆聽。由該接收資料可操作式發展的資訊係用於同步化在該前向鏈結上的傳送時間與頻率，並於已知的「清楚的」聆聽間隔期間傳送。根據一示例性具體實施例，一給定終端的傳送與接收間隔的控制係藉由使用在前向鏈結波形中特定同步化字元來完成。

如前所述，在示例性具體實施例中，該相位陣列天線系統不受限於頻率，而是另可在多個頻率之上傳遞。在一第一具體實施例中，該天線系統在Ka、Ku頻帶之上操作。特別是，該Ka頻帶可定義成27.5-31.0 GHz，而Ku頻帶可定義成14-14.5 GHz。在一第二具體實施例中，該天線系統在X、Ka頻帶之上操作。特別是，該X頻帶可定義成7.25-8.4 GHz，而Ka頻帶可定義成27.5-31.0 GHz。在一第三具體實施例中，該天線系統在Q、K頻帶之上操作。特別是，該Q頻帶可定義成44-45 GHz，而K頻帶可定義成17.5-21.2 GHz。

四色彩系統：在消費者衛星RF通訊之領域中，一衛星基本上將傳送及/接收資料(例如電影及其它電視節目、網際網路資料及/或類似者)給在其家中具有個人衛星碟(satellite dish)的消費者。最近，這些衛星可以由更多的行動平台(例如裝設於飛機、火車及/或汽車的收發器(transceiver))傳送/接收資料。可預期的是，掌上型或攜帶型衛星收發器之更多的使用將為未來的常態。雖然在此文件中有時以有關於家用衛星收發器來敘述，但是現在所討論的先前技術限制可被應用到任何與一衛星進行通訊的個人消費者地面式收發器(或傳送器或接收器)。

一傳遞中的射頻(RF)信號可具有不同的極化，即線性、橢圓形或圓形。線性極化由垂直極化與水平極化構成，然而圓形極化包含左手圓形極化(Left-hand circular polarization，LHCP)與右手圓形極化(Right-hand circular polarization，RHCP)。一天線基本上設置成通過一種極化，例如LHCP，並抑制另一極化，例如RHCP。

並且，習用的非常小型孔徑終端(Very small aperture terminal，VSAT)天線利用一種與硬體相關的固定式極化。該基礎極化通常在該衛星終端機的安裝期間被設定，此時該極化器硬體的人工組態為固定。例如，一極化器通常設定成LHCP或RHCP，並繫緊在定位上。在一習用的VSAT天線中，改變極化可能需要解開該極化器、將其旋轉90°成相反的圓形極化，然後重新繫緊該極化器。顯然這對於大量的頻率是無法完成的，且在特定的一天內每個技師僅可切換有限數目的收發器(以5台或可能到10台為標準)。

不像是典型的單一極化天線，一些裝置設置成可不需要拆解該天線終端機而改變極化。做為一示例，一先前具體實施例為「棒球式」開關的使用，藉以提供極化之間電子式可操縱的切換。這些「棒球式」開關之旋轉藉由連接一信號路徑並終止另一信號路徑即可造成極化的改變。但是，每個「棒球式」開關需要具有獨立的控制電路之一個別的旋轉式致動器，其會增加該裝置的成本，使得此組態無法用於(如果完全無法)消費者寬頻或VSAT終端中，但另可用於具有有限數目之終端機的大型地面站台。

再者，另一種方式為使得一系統對於每一極化具有重複的硬體。該極化選擇藉由完成或致能該需要信號之路徑並解除選擇不需要之信號來達成。此方式常用在僅用於接收的終端機中，例如具有低成本硬體的衛星電視接收器。但是，傳送與接收的雙向終端機，例如VSAT或寬頻終端機，倍化該硬體將大為增加該終端機的成本。

習用的衛星可經由一特定頻帶與一特定極化上之射頻信號來與該地面式收發器進行通訊。一頻帶與極化之每種組合已知為一種「色彩」(color)。該衛星將以在一「波束」中的信號傳送到一本地地理區域，而能夠存取在該波束上之信號的該地理區域可由一地圖上的「斑點」(spot)來表示。每個波束/斑點將具有一相關的「色彩」。因此，不同色彩的波束將不會具有相同的頻率、相同的極化或兩者皆不相同。

實務上，在相鄰斑點之間有些重疊，使得在任何特定點處可有兩個、三個或更多的波束可由任何一個地面式收發器「看見」。相鄰的斑點基本上將具有不同的「色彩」，以降低來自相鄰波束之雜訊/干擾。

在先前技術中，寬頻消費者衛星收發器基本上設定為一種色彩，且在該收發器的壽命期間維持該設定。如果由該衛星傳送的該信號之色彩被改變，以該色彩與該衛星正在通訊的所有地面式收發器將立即中斷或切斷。基本上，一技師將必須造訪該消費者的家，並人工地改變(或可能實體上拆解並重新組裝)該收發器或極化器，以使得該消費者的地面式收發器再一次地能夠以該新的「色彩」信號上與該衛星進行通訊。此為在該先前技術中的實際影響，對於自該衛星傳送的該信號色彩並未進行改變。

為了類似的原因，第二種實際上的限制為地面式收發器基本上無法由一種色彩改變成另一種(即如果它們被改變，其為一人工程序)。因此，需要一種新的低成本方法與裝置，以遠端地改變一天線系統之頻率及/或極化。亦有需要一種方法與裝置可以近乎即時性並經常做改變。

在斑點波束通訊衛星系統(spot beam communication satellite system)中，利用頻率與極化多樣性兩者來降低來自鄰接斑點波束的干擾。在一示例性具體實施例中，頻率與極化兩者皆在地理上相隔的其它波束中重新使用，以最大化通訊傳輸容量。這些斑點波束樣式通常藉由使用不同的色彩而在一地圖上被識別，以識別用於該斑點波束之頻率與極性的組合。然後藉由使用有多少不同的組合(或「色彩」)來定義該頻率與極性重新使用樣式。

根據多種示例性具體實施例並參照圖8，一天線系統設置成頻率與極化切換。在一特定示例性具體實施例中，該頻率與極化切換包含兩個頻率範圍之間與兩個不同極化之間的切換，這已知為四色彩切換(four color switching)。在其它示例性具體實施例中，該頻率與極化切換包含對於總共六個個別的色彩的在三個頻率範圍之間與兩個不同極化之間的切換。再者，在多種示例性具體實施例中，該頻率與極化切換可包含利用任何適當數目的頻率範圍在兩個極化之間切換。在另一示例性具體實施例中，該頻率與極化切換可包含利用任何適當數目的頻率範圍在兩個以上的極化之間切換。

根據多種示例性具體實施例，執行頻率與極化切換之能力在地面式微波通訊終端中具有許多好處。例如，這樣一來可促進增加頻寬、負載偏移、漫遊(roaming)、增加資料速率/下載速度，改善該系統中一使用者群組的整體效率，或者改善個人的資料通訊速率。在一示例性具體實施例中，地面式微波通訊終端機包含點對點終端機。在另一示例性具體實施例中，地面式微波通訊終端機包含用於與任何衛星進行通訊的地面終端機，此衛星例如為設置成切換一廣播的RF信號之頻率範圍及/或極性的衛星。這些地面式微波通訊終端機為斑點波束式的系統(spot beam based system)。

根據多種示例性具體實施例，設置成傳遞一或多個RF信號波束(其每一者皆關聯於一斑點及/或色彩)的衛星，其在微波通訊系統中具有許多好處。例如，類似於上述根據多種具體實施例之示例性終端機，這樣一來可促進增加頻寬、負載偏移、漫遊、增加資料速率/下載速率、改善在該系統上一使用者群組的整體效率，或者改善個人的資料通訊速率。根據另一種示例性具體實施例，該衛星設置成遠端地切換由該衛星廣播的RF信號之頻率範圍及/或極性。這在微波通訊系統中具有許多好處。在另一示例性具體實施例中，衛星係與任何適當的地面式微波通訊終端機進行通訊，例如有能力執行頻率及/或極化切換的終端機。

先前技術之斑點波束式系統使用頻率與極化多樣性來降低或排除來自鄰近斑點波束的干擾。這可允許在非鄰近波束中重複使用頻率，而可增加衛星容量與通量(throughput)。可惜的是，在先前技術中，為了具有這種多樣性，這種系統的安裝者必須能夠在安裝時設定正確的極性，或攜帶該終端機的不同極化版本。例如，在一安裝場所，一安裝者可能攜帶要設置成左手極化的第一終端機與要設置成右手極化的第二終端機，並使用該第一終端機在一地理區域，而使用該第二終端機在另一地理區域。另外，該安裝者可以拆解並重新組裝一終端機來將其由一種極化切換到另一種極化。此可藉由例如移除該極化器、將其旋轉90°，並在此新的方向上重新安裝該極化器來完成。這些先前技術的解決方案很繁雜，在於令人討厭地必須攜帶多種組件到該安裝場所。並且，這些人工拆解/重新組裝步驟造成人為錯誤及/或缺陷的可能性。

再者，這些先前技術解決方案對於所有實務上的目的而言，永久地設定一特定終端機之頻率範圍與極化。此係因為對於該頻率範圍與極化的任何改變將牽涉到一服務召喚的時間與費用。一安裝者將必須造訪該實際地點，並藉由使用該拆解/重新組裝技術或藉由僅切換到整個終端機來改變該極化。在消費者寬頻衛星終端機市場上，該服務召喚的成本會超過該設備的成本，且概言之，人工地改變這些終端機中的極性在經濟性上並不可行。

根據多種示例性具體實施例，提供一種用於電子式或機電式切換頻率範圍及/或極性的低成本系統與方法。在一示例性具體實施例中，一終端機的頻率範圍及/或極化可不需透過人為觸碰該終端機來改變。換言之，一終端機的頻率範圍及/或極化可在沒有服務召喚情況下改變。在一示例性具體實施例中，該系統設置成遠端地使得該終端機的頻率範圍及/或極性被改變。

在一示例性具體實施例中，該系統與方法促進安裝一單一種類的終端機，其能夠被電子式地設定在兩個或兩個以上頻率範圍內的一需要的頻率範圍。一些示例性頻率範圍包括接收10.7 GHz到12.75 GHz，傳送13.75 GHz到14.5 GHz，接收18.3 GHz到20.2 GHz，並傳送28.1 GHz到30.0 GHz。再者，一點對點系統之其它需要的頻率範圍落在15 GHz到38 GHz之間。在另一示例性具體實施例中，該系統與方法可促進安裝一單一種類的終端機，其能夠被電子式地設定成兩種或兩種以上極性當中的一需要的極性。這些極性可包含例如左手圓形、右手圓形、垂直線性、水平線性或任何其它正交極性。再者，在多種示例性具體實施例中，一單一種類的終端機可被安裝，其能夠分別由頻率範圍與極性的多種選擇當中電子式地選擇該終端機的頻率範圍與極性兩者。

在一示例性具體實施例中，傳送與接收信號為成對，以致於一共通切換機制同時地切換兩個信號。例如，一「色彩」可為使用RHCP之頻率範圍在19.7 GHz到20.2 GHz中的一接收信號，及使用LHCP之頻率範圍在29.5 GHz到30.0 GHz中的一傳送信號。另一種「色彩」可使用相同的頻率範圍，但使用RHCP傳送並使用LHCP接收。因此，在一示例性具體實施例中，傳送與接收信號在相反的極化中操作。但是，在一些示例性具體實施例中，傳送與接收信號在相同的極化中操作，其會增加無自我干擾作業(self-interference free operation)的信號隔離需求。

因此，一單一終端機種類可被安裝，其可用第一種方法設置在一第一地理區域，並用第二種方法設置在不同於該第一區域的一第二地理區域，其中該第一地理區域使用一第一色彩，而該第二地理區域使用不同於該第一色彩的一第二色彩。

根據一示例性具體實施例，一種像是地面式微波通訊終端機的終端機，可設置成促進負載平衡(load balancing)。根據另一示例性具體實施例，一衛星可以設置成促進負載平衡。負載平衡牽涉到將在一特定衛星或點對點系統上之部份負載由一極性/頻率範圍「色彩」或「波束」移動到另一者。在一示例性具體實施例中，該負載平衡藉由遠端地切換該終端機或該衛星之任一者之頻率範圍及/或極性的能力來致能。

因此，在示例性具體實施例中，一種負載平衡的方法包含遠端地切換一或多個地面式微波通訊終端機的頻率範圍及/或極性的這些步驟。例如，系統操作者或負載監視電腦可判定在系統頻寬資源中動態變化已經產生一種狀況，其中將有利於移動某些使用者到較不擁塞的鄰近波束。在一示例中，那些使用者可在稍後當該負載再次改變時被移回。在一示例性具體實施例中，此信號切換(且因此此衛星容量「負載平衡」)可定期地執行。在其它示例性具體實施例中，負載平衡可在許多終端機(例如數百或數千台終端機)上同時或實質上同時地執行。在其它示例性具體實施例中，負載平衡可在許多終端機上執行，而不需要數千台使用者終端機人工地重新設置。

在一示例性具體實施例中，信號極化的動態控制藉由利用極化跳躍(polarization hopping)來實作於安全通訊(secure communication)。通訊安全性可藉由改變在其它授權的使用者已知的一速率下的一通訊信號的極化來加強。一未授權的使用者將不知道在任何給定時刻下的正確極化，且如果使用一固定極化時，該未授權的使用者將僅在短暫時間內具有正確的極化。對於安全通訊之極化跳躍的類似應用係將極化跳躍用於信號掃描。換言之，該天線之極化可被連續地調整來對信號偵測進行監視。

在一示例性具體實施例中，該負載平衡基於系統負載可視需要經常地執行。例如，負載平衡可以季節為基礎來完成。例如，負載可在當學校、大學及類似者開始及結束學期時顯著地變化。在另一示例中，放假期間可能造成顯著的負載變化。例如，一特定地理區域可能具有非常高的資料流量之負載。這可由於高於該地區之平均人口密度，高於該地區之收發器的平均數目，或高於在該地區之資料傳輸的平均使用量。在另一示例中，負載平衡以每小時為基礎來執行。再者，負載平衡可在任何適當時間執行。在一示例中，如果最大使用量在下午6至7點之間，則在最沉重負載之波束區域中的一些使用者可被切換到不同時區中的相鄰波束。在另一示例中，如果一地理區域包含辦公室與家庭終端機兩者，且這些辦公室終端機在不同時間要比家庭終端機會經歷到最沉重的負載，該負載平衡可在家庭與辦公室終端機之間來執行。在又另一具體實施例中，一特定區域可具有增加的本地化信號傳輸流量，例如關於公司、科學研究活動，圖形/視訊密集的娛樂資料傳輸、運動項目或展覽會範圍內的高流量。換言之，在一示例性具體實施例中，負載平衡可藉由切換一個群組的收發器之任何子群組的色彩來執行。

在一示例性具體實施例中，該消費者寬頻地面式終端機設置成基於預先程式化的指令來判定可使用哪些色彩，並切換到另一個作業色彩。例如，該地面式終端機可看到兩個或兩個以上的波束(每一個為不同色彩)。該地面式終端機可判定這些兩個或兩個以上的波束中哪些較適合做連接。此判定可基於任何適當的因素來進行。在一示例性具體實施例中，所要使用之色彩的判定係基於該資料速率、該下載速度，及/或關聯於該色彩之該波束上的容量。在其它示例性具體實施例中，該判定係隨機性或以任何其它適當方式來做出。

此技術可用於地理性靜止的具體實施例，因為負載會由於多種原因而在短期間與長期間兩者當中變化，且這種自我調整的色彩選擇促進負載平衡。此技術亦可用於行動衛星通訊做為一「漫遊」的形式。例如，在一示例性具體實施例中，該寬頻地面式終端機設置成基於信號強度而切換到另一種作業色彩。這是有別於傳統的行動電話式漫遊，其中該漫遊判定係基於信號強度。相反地，在此處該色彩分佈係基於在該頻道上的容量。因此，在一示例性具體實施例中，當該終端由一個斑點移動到另一斑點時，要使用哪一種色彩的判定可被決定出以最佳化通訊速度。另外在一示例性具體實施例中，由該衛星廣播的一色彩信號可改變，或該斑點波束可被移動，且該寬頻地面式終端機仍可設置成自動地調整來以一不同的色彩進行通訊(例如基於頻道容量)。

根據另一示例性具體實施例，一衛星設置成傳遞一或多個RF信號波束，其每一者關聯於一斑點及/或色彩。根據另一種示例性具體實施例，該衛星設置成遠端地切換由該衛星廣播的RF信號之頻率範圍及/或極性。在另一示例性具體實施例中，一衛星可設置成廣播額外的色彩。例如，一區域及/或一衛星可在第一次僅具有四個色彩，但可在第二次動態地加入兩個額外的色彩(造成總共六個色彩)。在此狀況下，會需要改變一特定斑點之色彩成為這些新色彩中之一者。請參照圖9A，斑點4由「紅色」然後變成新的「黃色」。在一示例性具體實施例中，加入色彩的能力可為該系統之能力的一項功能，該系統之能力為在一裝置之內的一寬的頻寬上操作、傳送及/或接收，並在該寬的頻寬上調整該裝置的頻率。

根據一示例性具體實施例並參照圖8，一衛星可具有一下鏈(downlink)、一上鏈(uplink)及一涵蓋區域(coverage area)。該涵蓋區域可包含較小的區域，其每一者對應於一斑點波束來照射該各別的區域。斑點波束可彼此鄰接，並具有部分重疊的區域。一衛星通訊系統具有許多參數來運作：(1)正交時間(orthogonal time)或頻率槽(frequency slot)的數目(以下定義為色彩樣式(color pattern))；(2)波束間隔(beam spacing)(在交會點處(cross-over point)由該波束的滾動(roll-off)而特徵化)；(3)頻率重新使用樣式(frequency re-use pattern)(該重新使用樣式在結構可為規則的，其中需要一均勻分佈的能力)；及(4)波束數目(具有更多波束的一衛星將提供更多的系統彈性與較佳的頻寬效率(bandwidth efficiency))。極化可做為一數量(quantity)以定義除了時間或頻率槽之外的一重新使用樣式。在一示例性具體實施例中，這些斑點波束可包含一第一斑點波束與一第二斑點波束。該第一斑點波束可以照射在一地理區域之內的一第一區域，藉以傳送資訊至第一複數個用戶終端機(subscriber terminal)。該第二斑點波束可照射在該地理區域之內並鄰接於該第一區域的一第二區域，藉以傳送資訊至第二複數個用戶終端機。這些第一與第二區域可部分重疊。

該第一斑點波束可以具有第一特性極化(characteristic polarization)。該第二斑點波束可以具有第二特性極化，其正交於該第一極化。該極化正交性(polarization orthogonality)用於提供鄰接波束之間的一隔離量。極化可以結合於頻率槽，以達到鄰接波束以及其各別的涵蓋區域之間較高的隔離度。在該第一波束中的這些用戶終端機可具有匹配該第一特性極化的極化；在該第二波束中的這些用戶終端機可具有匹配該第二特性極化的極化。

在這些鄰接波束之重疊區域中這些用戶終端機可選擇性被指定給該第一波束或該第二波束。此選擇性的指定為該衛星系統之內的彈性，並可藉由在服務開始之後對於該重疊區域內任何用戶終端機的重新指定而改變。可在由鄰接的斑點波束照射的一重疊區域中遠端地改變一用戶終端機的極化之能力，為使用該衛星資源來改變用戶分佈與數量之作業與最佳化當中的重要改善。例如，其可有效率地使用衛星資源，並改善個別的用戶服務來重新指定一使用者或一使用者群組由一第一波束到一第二波束或由一第二波束到一第一波束。使用極化做為一種數量來提供鄰接波束之間的隔離的衛星系統因此可以設置成，藉由傳送包含一命令的信號來將該極化由一第一極化狀態切換或改變到一第二正交極化狀態而遠端地改變該極化。該極化之刻意的改變可促進在使用極化以增加一波束隔離量的一斑點波束衛星系統中重新指定至一鄰接的波束。

該下鏈基於選出的頻率及/或極化之組合而可包含多種「色彩」。雖然可使用其它頻率與頻率範圍，以及使用其它的極化，但是此處提供一多重色彩具體實施例的一示例。例如，並重新參照圖8，在該下鏈中，色彩U1、U3及U5為左手圓形極化(LHCP)，而色彩U2、U4及U6為右手圓形極化(RHCP)。在該頻率領域中，色彩U3及U4來自18.3-18.8 GHz；U5及U6來自18.8-19.3 GHz；而U1及U2來自19.7-20.2 GHz。應注意在此示例性具體實施例中，每個色彩代表一個500 MHz的頻率範圍。在其它示例性具體實施例中可使用其它頻率範圍。因此，由這些可使用的選項當中選擇LHCP或RHCP中之一者，並指定一頻帶將指明一色彩。類似地，該上鏈包含多個頻率/極化的組合，其每一者可指定為一色彩。通常LHCP與RHCP如所示為相反，以提供增加的信號隔離，但此並非必要。在該上鏈中，色彩U1、U3及U5為RHCP，而色彩U2、U4及U6為LHCP。在頻率領域中，色彩U3及U4來自28.1-28.6 GHz；U5及U6來自28.6-29.1 GHz；而U1及U2來自29.5-30.0 GHz。應注意在此示例性具體實施例中，每個色彩類似地代表一500 MHz頻率範圍。

在一示例性具體實施例中，該衛星可以廣播關聯於一斑點與一色彩的一或多個RF信號波束(斑點波束)。此衛星另設置成將該斑點的色彩由一第一色彩改變成一第二不同的色彩。因此，請重新參照圖9A，斑點1由「紅色」改變為「藍色」。

當一斑點的色彩改變時，亦需要改變鄰接斑點的色彩。再次參照圖9A，該地圖顯示在一第一時間點的斑點色彩群組，其中此群組在此時被指定為9110，而該地圖的一複本顯示在一第二時間點的斑點色彩群組，指定為9120。這些色彩的部份或全部可在第一時間點與第二時間點之間改變。例如，斑點1由紅色變成藍色，而斑點2由藍色變成紅色。但是斑點3維持相同。依此方式，在一示例性具體實施例中，鄰接的斑點並非相同的色彩。

這些斑點波束之部份為一種色彩，而其它則為不同的色彩。對於信號隔離而言，類似色彩的這些斑點波束基本上並不會彼此鄰接。在一示例性具體實施例中並再次參照圖8，對於四個色彩斑點波束頻率重新使用而言，所例示的分佈樣式(distribution pattern)提供一示例性配置樣式(layout pattern)。應瞭解利用此樣式，色彩U1將不會鄰接於另一色彩U1等。但是應注意基本上這些斑點波束將部分重疊，且這些斑點波束可較佳地以圓形的涵蓋區域表示。再者，應瞭解該信號之強度會隨著與該圓形的中心之距離而降低，以致於該圓形僅近似該特定斑點波束之涵蓋範圍。這些圓形涵蓋區域可覆蓋在一地圖上，以判定在一特定區域中可使用哪些斑點波束。

根據一示例性具體實施例，該衛星設置成將一或多個斑點由一第一地理位置偏移至一第二地理位置。此可描述成將該斑點的中心由一第一位置偏移至一第二位置。此亦可描述成改變該斑點的有效大小(例如直徑)。根據一示例性具體實施例，該衛星設置成將該斑點的中心由一第一位置偏移至一第二位置及/或改變一或多個斑點的有效大小。在先前技術中不可能偏移一斑點，因為這種動作將會中斷地面式收發器。這些地面式收發器將被中斷，因為一或多個斑點之偏移將會使得一些地面式終端機無法與一不同色彩的新斑點進行通訊。

但是，在一示例性具體實施例中，這些收發器設置成可簡易地切換色彩。因此，在一示例性方法中，一或多個斑點的地理位置被偏移，且這些地面式收發器的色彩可視需要調整。

在一示例性具體實施例中，這些斑點被偏移，使得一高負載地理區域由兩個或兩個以上的部分重疊的斑點所覆蓋。例如，請參照圖9B與9C，特定地理區域9210可具有一非常高的資料流量負載。在此示例性具體實施例中，區域9210在第一時間點僅由斑點1供應，如圖9B所示。在圖9C所示之第二時間點，這些斑點已經被偏移，使得區域9210現在由斑點1、2及3供應或涵蓋。在此具體實施例中，區域9210中的地面式收發器可被調整，使得這些收發器之部份由斑點1供應，其它由斑點2供應，而又其它的由斑點3供應。換言之，在區域9210中的收發器可被選擇性地指定三種色彩中之一種。依此方式，在此區域中的負載可以共享或負載平衡。

在一示例性具體實施例中，這些衛星及/或終端機之切換可以任何規則性發生。例如，該極化可在晚間被切換，然後於營業時間切換回來，以反映出不同時間所發生的傳輸負載變化。在一示例性具體實施例中，該極化可於該系統中元件的壽命期間被切換數千次。

在一示例性具體實施例中，該終端機的色彩直到安裝該地面式收發器之後才被判定或指定。此係相反於由工廠出貨時，被設定為一特定色彩的單體(unit)。將一地面式收發器運送出去而不考慮其「色彩」的能力可促進較簡單的庫存程序，因為僅有一種單體(相對於兩種或四種或更多)需要被儲存。在一示例性具體實施例中，該終端機被安裝，然後該色彩以人工或電子式的自動化方式(即該技師無法造成人為錯誤)被設定。在另一示例性具體實施例中，該色彩被遠端地設定，例如由一遠端中央控制中心所指定。在另一示例性具體實施例中，該單體本身判定最佳的色彩，並以該色彩操作。

可注意到對於一特定終端機判定要使用哪種色彩可基於任何數目的因素。該色彩可以基於哪個信號最強，基於在可使用的色彩之間可使用的相對頻寬，於可使用的色彩當中隨機地指定，基於地理性考量，基於時間性考量(例如天氣、頻寬使用量、事件、工作樣式、星期幾、運動賽會、及/或類似者)，及/或類似者。在此之前，一地面式消費者寬頻終端機無法基於在安裝時或在使用期間快速、遠端地變化之狀況來判定使用哪種色彩。

根據一示例性具體實施例，該系統設置成促進用戶終端機之遠端定址能力(addressability)。在一示例性具體實施例中，該系統設置成遠端地定址一特定終端機。該系統可設置成定址每一用戶終端機。在另一示例性具體實施例中，一用戶終端機的群組可被定址。此可使用目前已知或以後發明的任何數目之方法而發生，以傳遞指令於一特定收發器及/或用戶終端機的群組。因此，一遠端信號可命令一終端機或終端機群組由一種色彩切換到另一種色彩。這些終端機可用任何適當方式定址。在一示例性具體實施例中，一網際網路通訊協定(Internet Protocol，IP)位址係關聯於每一個終端機。在一示例性具體實施例中，這些終端機可經由數據機或機上盒(set top box)(例如經由網際網路)進行定址。因此，根據一示例性具體實施例，該系統設置成藉由傳送被定址到一特定終端機的一命令，遠端地改變一用戶終端機的特性極化。此可促進負載平衡及類似者。該次群組可為在一較大的地理區域之內的一地理次群組，或以任何適當的基礎所形成的任何其它群組。

依此方式，一個別單體可用一對一的基礎進行控制。類似地，在一次群組中的所有單體可在同時間被命令來改變色彩。在一具體實施例中，一群組被打散成小的次群組(例如100個次群組，其每一者包含該較大群組中這些終端機之1%)。其它的次群組可以包含這些終端機之5%、10%、20%、35%、50%及類似者。這些次群組的顆粒性(granularity)可促進在該負載平衡中更微細的調整。

因此，位在地圖上位置A處的具有一四色彩可切換收發器的個人(參見圖8之實際分佈例示)將具有可使用的色彩U1、U2及U3。該收發器可被切換成在那三種色彩中，最符合當時需要之一者上操作。同樣地，在地圖上位置B將可使用色彩U1及U3。最後，在地圖上的位置C將可使用色彩U1。在許多實際狀況中，一收發器在一特定區域內將有兩個或三個色彩選項可使用。

應注意色彩U5及U6亦可使用，且另增加色彩的選項以用於一斑點波束樣式內。此亦另可增加在一特定位置上一特定收發器可使用的這些選項。雖然描述成一四種色彩或六種色彩具體實施例，但是可使用任何適當數目的色彩來進行色彩切換，如此處所述。並且，雖然此處描述為一衛星，但是該說明可有效用於設置成與該收發器進行通訊的其它類似的遠端通訊系統。

該終端機的頻率範圍/極化可以遠端地、本地地、人工地或其某些組合中至少一者來選擇。在一示例性具體實施例中，該終端機設置成被遠端控制來由一頻率範圍/極化切換到另一者。例如，該終端機可自控制切換該頻率範圍/極化的一中央系統接收一信號。該中央系統可判定負載變化已經顯著地減慢該左手極化的頻道，但該右手極化頻道具有可使用的頻寬。然後該中央系統能夠遠端地切換一些終端機的極化。這將可改善被切換及非切換之類似使用者之頻道可使用性。再者，要切換的這些單體可基於地理、天氣、使用特性、個別頻寬需求及/或其它考量來選擇。再者，該頻率範圍/極化的切換可做為對打電話給該公司反應不良的傳輸品質的客戶的回應。

應注意雖然在此處所述內容為切換頻率範圍與極化兩者，但是當僅切換頻率或極化中之一者時，亦可實現類似於此處所討論到的好處與優點。

此處所述之頻率範圍切換可用任何數目的方式來執行。在一示例性具體實施例中，該頻率範圍切換係電子式地執行。例如，該頻率範圍切換可藉由調整一相位陣列中的相位偏移器，在這些固定式頻率振盪器(frequency oscillator)或這些轉換器(converter)之間切換，及/或使用包含一可調式振盪器信號(tunable oscillator signal)之一可調式雙重轉換傳送器(tunable dual conversion transmitter)來實作。用於本發明之頻率切換的額外態樣係揭示於美國專利申請編號12/614,293，名為「具有單一本地振盪器之雙重轉換傳送器」(DUAL CONVERSION TRANSMITTER WITH SINGLELOCAL OSCILLATOR)，其申請日為2009年11月6日；前述申請案之內容在此處以參照方式併入本文。

根據另一示例性具體實施例，此處所述之該極化切換可用任何數目的方式執行。在一示例性具體實施例中，該極化切換藉由調整位在正交天線埠上的信號之相對相位來電子式地執行。

如此處所述，該終端機可設置成接收造成切換的一信號，且該信號可來自一遠端來源。例如，該遠端來源可為一中央辦公室。在另一示例中，一安裝者或客戶可使用一本地電腦來切換該極化，該本地電腦連接至傳送命令至該開關的該終端機。在另一具體實施例中，一安裝者或客戶能夠使用依次傳送信號至該開關的電視機上盒來切換該極化。該極化切換可於安裝期間發生，做為增加效能的一種手段，或做為排除不良效能之另一種選項。

在其它示例性具體實施例中，可使用人工的方法來將一終端機由一種極化改變成另一種。這可藉由實體上移動該系統之外殼內的一開關，或藉由將該切換器延伸於該外殼之外來使其較易於人工地切換該極化來達成。此可由一安裝者或客戶來完成。

上述之多色彩具體實施例之一些示例性具體實施例可具有優於先前技術的一些好處。例如，在一示例性具體實施例中，一低成本消費者寬頻地面式終端機天線系統可包括一天線，一與該天線以信號通訊之收發器，及一極性開關，其設置成讓該天線系統於一第一極性與一第二極性之間切換。在此示例性具體實施例中，該天線系統可設置成在該第一極性及/或該第二極性下操作。

在一示例性具體實施例中，揭示一種系統資源負載平衡之方法。在此示例性具體實施例中，該方法可包括以下步驟：(1)判定在一第一斑點波束上的負載高於一需要的位準，而在一第二斑點波束上的負載夠低到可容納額外的負載；(2)識別在該第一斑點波束上且位於該第二斑點波束的視野內的可用於切換之消費者寬頻地面式終端機；(3)傳送一遠端命令至可用於切換的終端機；及(4)基於該遠端命令，切換在這些終端機上的色彩由該第一波束到該第二波束。在此示例性具體實施例中，這些第一與第二斑點波束之每一者皆為不同色彩。

在一示例性具體實施例中，揭示一種衛星通訊系統。在此示例性具體實施例中，該衛星通訊系統可包括：一衛星，其設置成廣播多個斑點波束；複數個使用者終端機天線系統，其位在多個地理位置上；及一遠端系統控制器，其設置成命令這些複數個使用者終端機天線系統之子集合中至少部份以切換一極性與一頻率中至少一者，以由該第一斑點波束切換到該第二斑點波束。在此示例性具體實施例中，這些多個斑點波束可至少包括一第一色彩的一第一斑點波束與一第二色彩的一第二斑點波束。在此示例性具體實施例中，這些複數個使用者終端機天線系統之至少一子集合可位在這些第一與第二斑點波束兩者之視野內。

以下的申請案皆關於本發明標的：美國專利申請編號12/759,123，名為「主動式巴特勒與布拉斯矩陣」(ACTIVE BUTLER AND BLASS MATRICES)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.7100)；美國專利申請編號12/759,043，名為「天線系統的主動混合電路」(ACTIVE HYBRIDS FOR ANTENNA SYSTEMS)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.7200)；美國專利申請編號12/759,064，名為「主動前饋放大器」(ACTIVE FEED FORWARD AMPLIFIER)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.7300)；美國專利申請編號12/759,130，名為「主動式相位陣列架構」(ACTIVE PHASED ARRAY ARCHITECTURE)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.7600)；美國專利申請編號12/758,996，名為「前置選擇器放大器」(PRESELECTOR AMPLIFIER)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.6800)；美國專利申請編號12/759,148，名為「主動式功率分離器」(ACTIVE POWER SPLITTER)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.8700)；美國專利申請編號12/759,059，名為「多波束主動式相位陣列架構」(MULTI-BEAM ACTIVE PHASED ARRAY ARCHITECTURE)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.6500)；美國專利申請編號12/759,113，名為「主動式向量產生器之數位振幅控制」(DIGITAL AMPLITUDE CONTROL OF ACTIVE VECTOR GENERATOR)，其係與本申請案之美國專利申請案同時立案(案卷編號36956.9000)；針對任何用途，前述申請案之內容皆在此以完整參照文獻的方式來加以併入。

優點、其它好處與對問題之解決方案已在以上參照特定具體實施例加以說明。但是，可產生任何優點、好處或即將發生或可成為更明確的解決方案之任何優點、好處或解決方案及任何元件皆不應視為任何或所有申請專利範圍之關鍵、必須或基本特徵或元件。如此處所使用者，這些術語「包括」(「includes」，「including」)，「包含」(「comprises」，「comprising」)或其任何其它變化皆係要涵蓋非排他性包含，使得包含一元件清單之程序、方法、物件或設備不僅包括那些元件，而可包括未明確列出或隱含於這些程序、方法、物件或設備中的其它元件。另外，此處所述之元件皆非實施本發明之必要元件，除非另以「基本」或「關鍵」之詞做明確描述。

1．．．斑點

2．．．斑點

3．．．斑點

4．．．斑點

100．．．主動式功率分離器

110．．．差動輸入子電路

111、112．．．電晶體/輸入子電路電晶體

120．．．第一差動輸出子電路

121、122．．．電晶體

130．．．第二差動輸出子電路

131、132．．．電晶體

200．．．主動式功率組合器

210．．．第一差動輸入子電路

220．．．第二差動輸入子電路

230．．．單一端點輸出子電路

240．．．差動輸出子電路

300．．．向量產生器

310．．．被動式I/Q產生器

320．．．第一可變增益放大器

321．．．第二可變增益放大器

330．．．第一象限選擇

331．．．第二象限選擇

340．．．電流加總器

350．．．數位控制器

360．．．第一數位到類比轉換器

361．．．第二數位到類比轉換器

400．．．雙向天線極化器

401．．．輻射元件

410．．．第一開關

411．．．第一向量產生器

412．．．第二向量產生器

420．．．第二開關

421．．．第三向量產生器

422．．．第四向量產生器

430．．．主動式功率組合器

440．．．主動式功率分離器

450．．．數位到類比控制器

500．．．相位陣列積體電路

501．．．第一輻射元件

502．．．第二輻射元件

510．．．第一傳送-接收開關

511．．．第二傳送-接收開關

520．．．第一低雜訊放大器

521．．．第一功率放大器

522．．．第二低雜訊放大器

523．．．第二功率放大器

530、531、532、533．．．向量產生器

540．．．主動式功率組合器

541．．．主動式功率分離器

542．．．主動式功率組合器

543．．．主動式功率分離器

550．．．數位到類比轉換器

600．．．簡化相位陣列積體電路

601．．．第一輻射元件

610．．．第一傳送-接收開關

611．．．第二傳送-接收開關

620．．．第一低雜訊放大器

621．．．第一功率放大器

622．．．第二低雜訊放大器

623．．．第二功率放大器

630．．．第一向量產生器

631．．．第二向量產生器

640．．．主動式功率組合器

641．．．主動式功率分離器

642．．．主動式功率組合器

643．．．主動式功率分離器

650、651、652、653．．．向量產生器開關

660．．．數位到類比轉換器

9110．．．在一第一時間點的斑點色彩群組

9120．．．在一第二時間點的斑點色彩群組

9210．．．特定地理區域

U1、U2、U3、U4、U5、U6．．．色彩

A．．．位置

B．．．位置

C．．．位置

若要對本發明有較完整的理解，可參考實施方式與申請專利範圍並配合參考附屬圖式，其中類似參考編號代表所有圖式中的類似元件，且：

圖1為一主動式功率分離器之示例性具體實施例；

圖2為一主動式功率組合器之示例性具體實施例；

圖3為一主動式向量產生器之示例性具體實施例；

圖4為一雙向天線極化器之示例性具體實施例；

圖5為一種具有半雙工架構之相位陣列天線系統的示例性具體實施例；

圖6為一種具有簡化的半雙工架構之相位陣列天線系統的示例性具體實施例；

圖7為波形修正之示例性具體實施例；

圖8為色彩分佈之示例性具體實施例；及

圖9A至9C為根據示例性具體實施例之多種衛星斑點波束多色彩敏捷性方法。

500．．．相位陣列積體電路

501．．．第一輻射元件

502．．．第二輻射元件

510．．．第一傳送-接收開關

511．．．第二傳送-接收開關

520．．．第一低雜訊放大器

521．．．第一功率放大器

522．．．第二低雜訊放大器

523．．．第二功率放大器

530、531、532、533．．．向量產生器

540．．．主動式功率組合器

541．．．主動式功率分離器

542．．．主動式功率組合器

543．．．主動式功率分離器

550．．．數位到類比轉換器

Claims (12)

1. 一種與一輻射元件進行通訊的雙向天線極化器，該雙向天線極化器包含：至少兩個向量產生器，其設置成調整一傳送信號與一接收信號之相位與振幅中至少一項；及至少一開關，其設置成控制該傳送信號與該接收信號的信號路線安排(signal routing)，其中該雙向天線極化器設置成與該輻射元件進行半雙工通訊。
2. 如申請專利範圍第1項之雙向天線極化器，其中該等至少兩個向量產生器之每一者處理該傳送信號與該接收信號之一獨立的饋送。
3. 如申請專利範圍第1項之雙向天線極化器，其中該等至少兩個向量產生器之每一者個別地與該輻射元件的兩個饋送埠進行通訊。
4. 如申請專利範圍第1項之雙向天線極化器，其中該雙向天線極化器之至少一部份製造在矽鍺之上。
5. 一種雙向天線極化器，其包含：至少一傳送-接收開關，其與一輻射元件進行通訊，其中該至少一傳送-接收開關設置成基於該雙向天線極化器的一傳送模式或一接收模式而控制信號路線安排；及 多個向量產生器，其與該至少一傳送-接收開關進行通訊，其中該等多個向量產生器設置成調整一傳送信號與一接收信號之相位與振幅中至少一項。
6. 如申請專利範圍第5項之雙向天線極化器，另包含：一主動式功率分離器，其設置成區分一傳送輸入信號成為一第一傳送信號與一第二傳送信號，其中該第一傳送信號被提供給該等多個向量產生器之一第一向量產生器，且其中該第二傳送信號被提供給該等多個向量產生器之一第二向量產生器。
7. 如申請專利範圍第5項之雙向天線極化器，另包含：一主動式功率組合器，其設置成自該等多個向量產生器之一第三向量產生器接收一第一接收信號，並自該等多個向量產生器之一第四向量產生器接收一第二接收信號，其中該主動式功率組合器組合該第一接收信號與該第二接收信號來形成一接收輸出信號。
8. 如申請專利範圍第5項之雙向天線極化器，其中該雙向天線極化器在該傳送模式與該接收模式中操作。
9. 如申請專利範圍第5項之雙向天線極化器，其中該雙向天線極化器在該傳送模式或該接收模式中操作。
10. 如申請專利範圍第5項之雙向天線極化器，其中該雙向天線極化器藉由使用線性極化、圓形極化或橢圓形極化中至 少一者來傳遞該傳送信號與該接收信號。
11. 如申請專利範圍第5項之雙向天線極化器，其中該等多個向量產生器設置成提供需要的波束操縱、極化與振幅衰減。
12. 一種與包含一第一饋送埠與一第二饋送埠之一輻射元件進行通訊的雙向天線極化器，該雙向天線極化器包含：一第一向量產生器，其中該第一向量產生器與該第一饋送埠進行通訊，其中該第一向量產生器經由多個開關連接於該第一饋送埠，使得該第一向量產生器可回應於該等開關之狀態變化而皆用於傳送與接收；及一第二向量產生器，其中該第二向量產生器與該第二饋送埠進行通訊，其中該第二向量產生器經由該等開關連接於該第二饋送埠，使得該第二向量產生器可回應於該等開關之狀態變化而皆用於傳送與接收；其中該雙向天線極化器設置成用於半雙工通訊。