CN112582785B 控制直接辐射阵列天线的系统和方法 （波音公司）

US2008205539A1,2008.0本发明涉及控制直接辐射阵列天线的系统(RF)能量以形成具有多个频道的波束的元件阵各个波束成形系数指定被分配给所指派的元件中的元件中的至少一些元件在波束的多个频道2所述直接辐射阵列天线，所述直接辐射阵列天线包括设置在阵列一个或更多个处理器，所述一个或更多个处理器被配置成生其中，所述激励计划指派所述波束成形系数，以在所述第一述多个频道间具有与所述第一组中的其它元件不同其中，所述激励计划将所述阵列的所述多个元件划分成多个元第一组中的元件的功率水平不同的功率水平在所述第二组中的元件间提供均匀的功率分射的功率和位于在所述多个频道间分配的用于使所述第一组中的第二元件进行辐射的功3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，4.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述多个元6.根据权利要求1或2所述的系统，其中，将7.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所8.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述激励9.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述激励其中，所述第一组中的元件并排设置在所述阵列的中心区3指派的波束成形系数仅在所述波束的所述多个频道中的一个频道处其中，所述单通道组中的被指派成在所述波束的第一频道处辐个元件沿着所述阵列与所述单通道组中的被指派成在所述波束的其它频道处辐射RF能量接收与所述直接辐射阵列天线有关的天线信息，所述天线信息标识所述直接经由一个或更多个处理器，基于所述天线信息生成用于其中，生成所述激励计划以在所述第一组中的所述元件间提供所述第一组中的所述元件中的至少一些元件在所述波束的所述多个频道间具有与所述第通过所述激励计划将所述直接辐射阵列天线的所述元件划分成通过所述激励计划将波束成形系数指派给所述第二组中的元件，第一组中的元件的功率水平不同的功率水平在所述第二组中的元件间提供均匀的功率分于在所述多个频道间分配的用于使所述第一组中的第二元件进行辐射的功率和的指定阈对应波束成形系数指派给所述直接辐射阵列天线的限定单通道组的多个元件中的各个元4置成将可以通过改变电信号的时间延迟或相位而以电子方式控制或转向的波束发送给形天线用于发送长距离波束的应用(诸如卫星和其它航天器应用)中，期望高效地操作天线。相控阵天线包括元件阵列，这些元件被单独供电(power)以按照一个或更多个频率辐射射频(RF)能量，并且由元件辐射的RF能量的组合形成了被发送到给定目标(诸如地理区域或据相同的波束成形系数)工作以使得所有元件有助于波束形成的约束，可以提高效率。然[0004]本文描述了在具有令人满意的质量和其它特性的波束的形成中对直接辐射阵列distribution)。组中的元件中的至少一些元件在波束的多个频道间具有与组中的其它元分配的用于使组中的第二元件进行辐射的功率和的指定5到第一组中的元件的功率水平不同的功率水平在第二组中的元件间提供大致均匀的功率被分配给第二元件以在第一频道处辐射RF能量的功率相比，第一元件被分配更大的功率，[0012]图1例示了结合有至少一个根据本公开的实施方式的直接辐射阵列(DRA)天线的[0016]图3是示出了根据本公开的实施方式的基于激励计划分布到阵列的元件的功率的[0017]图4是示出了根据本公开的第二实施方式的基于激励计划分布到阵列的元件的功[0019]图6是示出了根据本公开的第三实施方式的基于激励计划分布到阵列的元件的功6[0021]图8是根据本公开的实施方式的用于控制DRA天线形成多通道波束的方法的流程[0022]当结合附图阅读时，将更好地理解前面的概述以及某些实施方式的以下详细描有特定性质的一个元件或多个元件的实施方式可以包括不具有该性质的附[0023]某些示例提供了用于高效地控制直接辐射阵列天线形成具有多个频道的波束的能量形成多通道波束。元件中的某些或全部元件被控制成在多个频道处同时辐射RF能量。收与将用于在五个频道处辐射RF能量的第二元件相同的功率量(例如，在指定阈值范围内)。第一元件可以被控制成分配有60％的接收功率以在五个频道中的第一频道处进行辐[0025]可以在由包括一个或更多个处理器的控制单元生成的激励计划内指定针对阵列的元件的相应功率分配。激励计划向元件中的各个元件指派一个或更多个波束成形系数。如，被指派给第一元件的给定波束成形系数可以指示该第一元件利用指定的功率设置(或水平)和相位设置以相关联的频率辐射RF能量。控制单元可以通过利用各种信息作为输入执行波束规划算法来生成激励计划，该各种信息包括例如与用于形成多通道波束的DRA天[0026]本文描述的系统和方法使得能够通过DRA天线或其它相控阵天线高效地生成多通7文描述的系统和方法使得能够经由天线阵列高效[0027]图1例示了结合有至少一个根据实施方式的直接辐射阵列(DRA)天线102的卫星列天线形成的至少一些波束相比，波束104以更高的功率效率生成和/或具有更高的质量天线102表示一种潜在的应用，并且本文所述的系统和方法可以用于控制位于被构建为承所述系统和方法也可以用于对除DRA天线之外的类型的相控阵天线进行控[0028]图1A例示了根据实施方式的DRA天线124的元件122的阵列120。阵列120中的元件发送给指定的目标(诸如覆盖区域或特定的接收设备)。所示实施方式中的阵列120是二维122被控制成在与其它元件122不同的频道处辐射能量。一些元件122被控制成在与其它元[0029]图2是根据实施方式的包括DRA天线124和控制单元208的系统200(例如，通信系的多个元件122以及多个波束成形模块206。控制单元208在工作时连接至DRA天线124。例以表示图1A所示的阵列120中的数十个元件122中的三个元件。波束成形模块206的数量可[0031]DRA天线124可以被操作以形成并发送诸如图1所示的波束104的波束。信号源2028的输入信号划分成与阵列中的元件122的数量相对应的多个信号，使得各个元件122A、[0033]各个波束成形模块206A、206B、206C包括一个或更多个信号修改器212和放大器器214接收经衰减的和/或经相移的信号并放大该信号以产生被提供给相关联的元件122A、行移相的多个移相器和/或以不同方式对接收到的信号进行衰减的多个衰减器，以提供不9(未示出)和/或无线通信设备(未示出)。存储器218存储对一个或更多个处理器216的功能[0038]波束规划算法利用了与DRA天线124和将形成的波束相对应的各种输入参数和/或214的类型和波束成形模块206的其它部件、将在元件122间分布的用于形成波束的可用功束规划算法期间可以施加的约束可以包括指定阵列120的至少一组的元件122具有大致均[0039]图2A是例示了图2所示的DRA天线124的激励计划230和元件122的框图。由控制单例示为三角形和圆形)被提供给波束成形模块206(图2所示)并且指定用于控制波束成形模第一元件122A的第二波束成形系数232B指定将由第一元件122A使用以在波束的第二频道两者处辐射RF能量。根据指派的波束成形系数232来控制波束成形模块206的信号修改器角形)指派给元件122的至少一些元件，以向这些被指派的元件122提供多通道波束的第一这些元件122在多个频道234(诸如第一频道234A和第二频道234B)处同时[0041]在阵列120包括100个元件122并且将形成的多通道波束包括五个不同频道234的非限制性示例中，由控制单元208生成的激励计划230将五个波束成形系数232指派给阵列[0042]图3是示出了根据实施方式的基于激励计划分布到阵列120的第一组中的元件122[0043]图表300表示DRA天线124(如图2所示)如何根据激励计划将功率分布到阵列120的元件122并在不同频道234间分配功率以形成多通道波束的非限制性示例。在所示示例中，的一个或更多个元件122接收功率分布320。每个功率分布指定被提供给元件122的总功率234C、234D处进行辐射。各个波束成形系数为所指派的一个或更多个元件122指定功率量[0045]例如，被指派给第一子组304的第一波束成形系数为第一子组304中的元件122指指派给第一子组304的第三波束成形系数和第四波束成形系数分别指定将分配给第三频道[0046]在一个或更多个实施方式中，激励计划将波束形成系数指派给元件122以在第一值范围内。大致均匀的功率分布324使DRA天线124(如图2所示)能够以期望的功率效率工组中的元件122中的至少一些元件在波束的多个频道间具有与第一组中的其它元件122不[0049]例如，针对第一子组304的功率分布314向第一频道234A分配比其它频道234B、间约相等地划分分布到第一子组304的功率的另一半。在针对第二子组306的功率分布316通道234D间约相等地划分另一半。同样地，针对第三子组308的功率分布318向第三频道第四频道234D上的辐射RF能量分配约一半的组304中的一个或更多个元件122在第一频道234A处辐射的能量或强度比其它子组306、子组308的元件122向多通道波束的第三频道234C的形成提供最大的贡献，并且第四子组122的总功率可以是均匀的，但生成激励计划以使元件122中的至少一些元件在多个频道[0051]图4是示出了根据第二实施方式的基于激励计划分布到阵列120的元件122的功率将第六功率分布407指派给第二组404的第二子组408，将第七功率分布409指派给第二组[0052]在一个或更多个实施方式中，激励计划将波束成形系数指派给第二组404以在第第二功率水平414不同于由第一组402中的元件122中的各个元件接收的第一功率水平322。使得第二组404中的元件122接收的功率小于第一组402中组或中心组402以及阵列中的哪些元件122被分类为第二组或外围组404来选择阶梯锥形。二组404中的其它元件122不同的功率分配的方式将波束成形系数指派给第二组404中的元[0056]图6是示出了根据第三实施方式的基于激励计划分布到阵列120的元件122的功率所示实施方式中，单通道组602中的一个或更多个元件122的第一子组604被指派了波束成在第三频道234C处辐射RF能量，并且单通道组602中的第四子组610被指派成在第四频道单通道元件)的功率等于分布到第一组402中的元件122的功率(例如，第一功率水平322)，以被预定并输入到波束规划算法中作为约束。图7所示的布置是通过指定某些元件仅用于[0059]图8是根据本公开的实施方式的用于控制DRA天线形成多通道波束的方法800的流个或更多个处理器216)执行。方法800的各种实施方式可以包括图8中未示出的附加步骤、[0060]在804处，在波束质量约束下至少基于天线信息生成用于向元件供电以形成波束少一些元件在波束的多个频道间具有与第一组中的其它元件不同的功率分配的方式生成第一组中的第一元件进行辐射的功率和位于在多个频道间分配的用于使第一组中的第二功率分配，使得与被分配给第一组中的第二元件以在第一频道处进行辐射的功率量相比，第一组中的第一元件被分配更大的功率量以在第一频道[0062]可选地，生成激励计划包括将直接辐射阵列天线的元件划分成第一组和第二的功率水平不同的功率水平在第二组中的元件间提供均[0066]直接辐射阵列(120)天线，所述直接辐射阵列(120)天线包括设置在阵列(120)中个对应波束成形系数(232)指派给限定单通道组(402、404、602)的多个元件(122、122A、122C)被控制成根据所指派的波束成形系数(232)仅在所述波束(104)的所述多个频道成在所述波束(104)的第一频道(234A)处辐射RF能量的一个或更多个元件(122、122A、[0081]14.一种控制直接辐射阵列(120)天线的方法(800)，所述方法(800)包括以下步[0082]接收与所述直接辐射阵列(120)天线有关的天线信息，所述天线信息标识所述直接辐射阵列(120)天线中的元件(122、122A、122B、122C)的数量和布置，所述元件(122、[0083]经由一个或更多个处理器(216)基于所述天线信息生成用于向所述元件(122、多个对应波束成形系数(232)，各个波束成形系数(232)指定被分配给所指派的元件(122、(104)的第一频道(234A)处进行辐射的功率相比，所述组(402、404、602)中的第一元件更多个波束成形系数(232)，各个波束成形系数(232)指定被分配给所指派的元件(122、[0093]其中，所述激励计划(230)向所述阵列(120)中的第一元件(122A)(122、122A、改以使特定情况或材料适应本公开的各种实施方式的教导。尽管本文描述的材料的尺寸和类型旨在限定本公开的各种实施方式的参数，但是该实施方式绝不是限制性的，而是示例