低互调的多波束发射阵列制造技术

一种发射机用于在多个定向波束中把多个信号发射到相应目的站，每个目的站位于一个服务区内的一个独立扇区中。该发射机包括多个成束器，每个成束器接收要发射到相关扇区的信号之一，每个成束器具有用于要发射的每个不同信号的多个输出端。多个巴特勒矩阵中的每一个都接收来自用于每个要发射的不同信号的多个成束器的多个输出之一，每个巴特勒矩阵具有彼此同相的多个输出，其中每个要发射的信号在同相的每个巴特勒矩阵的输出端之间同时提供。一种提供的天线具有一个孔径，其中布置了一个天线元的二维阵列，其中相邻天线元的相同部分连接到每个巴特勒矩阵的输出端，并且其中多个信号中的每一个信号由整个二维天线元阵列同时发射。多个成束器中每一个成束器接收调向控制信号以用于把每个波束的方向控制在其相应的扇区之内。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的目的在于一种用于发射多信号的有源相控阵列发射机，并且本专利技术的特别目的在于一种用于同时发射多个信号并且信号间的互调最小的有源相控阵发射机。具有有源相控阵天线的发射机，即相控阵发射机通常用于信号发射。通过使用多个天线单元并且每个天线元与一个发射功率放大器单元连接，有源相控阵发射机可配置为在高定向波束中发射信号。信号通过每个功率放大器馈送并且被相对调整相位，以有利于增加在希望方向上的辐射。当在一个单波束中只发射一个单信号时，丙类单频功率放大器可被有效地利用。发射频谱因而可通过关于信号调制信息的相位调制特性来确定。相控阵发射机也可配置为在多个定向波束中发射多个信号。在这种情况下，要发射的多个信号的组合通过一个使用一组波束形成系数的波束形成网络形成。信号组合馈给发射功率放大器单元，其中每个功率放大器与一个相应的天线元或天线元的子群(subgroup)相关联。在这种情况下，功率放大器必须是线性的，多信号功率放大器也称作多载波功率放大器或MCPA。但这种已有技术配置的问题在于不良的MCPA线性在信号间引起非线性失真或互调，从而产生无用的信号。这些无用信号可位于所分配的频带之外，可能会干扰其它服务。甚至当每个信号自己以及由此而通过一个成束器(beamformer)形成的它们的线性组合受到频带限制时，由于非线性失真的原因，非线性放大的组合也会呈现出带外频谱分量。在此作为参考的美国专利No.5,548,813；5,555,257；5,568,088；5,574,967；5,594,941；5,619,210；5,619,503；和5,638,024中描述了对这种已有技术的有源相控阵发射机的改进，以用于在多波束中发射多个信号，同时减少互调并提高效率。上面所列专利的主要目的在于提高相控阵天线的使用效率并且/或者改善在相控阵天线中使用的MCPA的互调和效力性能。尽管上面所列专利的主要目的并不在于降低未授权频带中的互调辐射，但它们可以提供指导。尽管用于在高定向波束中发射信号的单信号相控阵当然可以作为多个复本(copy)提供，以用于发射多个信号，但多个单信号天线阵的总孔径面积不能得到有效地利用，因为只有部分天线元用于辐射每个信号。举例来说，如果使用两个单信号相控阵天线，则每一个都要使用总天线元的一半；如果使用四个单信号相控阵天线，则每一个都要使用总天线元的四分之一，如此类推。因而需要一种具有有源相控阵天线的发射机，它可使用所有的天线元辐射每个定向波束，目的是为了获得总天线孔径面积所能得到的全定向增益(full directedgain)，同时避免过度互调。另外，需要一种可在下面情况下使用的具有有源相控阵天线的发射机，即在目前最新技术水平的情况下没有合理效率的MCPA可以满足对带外互调辐射的严格限制，因而必须使用单载波放大器，同时仍然允许由天线元阵列辐射多个信号。本专利技术的目的在于克服上述的一个或多个问题。通过把天线元沿着彼此成角度的第一和第二维度(dimension)置于一个平面或曲面上以形成一个有源相控阵天线，从而可以提供一种有源相控阵发射机。沿着第一维度的同一行的天线元通过一个行共轭巴特勒矩阵耦合，以提供若干可连接发射功率放大器的驱动端口，其中巴特勒矩阵的连续驱动端口对应于第一维度平面中的连续相邻的波束方向，其中馈给该端口的信号将被辐射。因而每行天线元能够辐射若干扇形波束，其中扇形的宽维度所处的平面垂直于该行天线元，而其窄维度位于该行天线元所处的平面中。第一组发射功率放大器连接到不同行的巴特勒矩阵的相应驱动端口，一个相应驱动端口把提供给它的信号在与另一行的一个相应驱动端口的扇形波束同平面的扇形波束中发射。该组放大器因而沿着与巴特勒矩阵连接端相对的维度的第二维度排列，因此可称作一列放大器。其它放大器组可以与其它列的相应驱动端口连接。每列放大器与一个相应的成束器连接，该成束器具有一个用于信号辐射的输入端，一组与其相应放大器列的输入端连接的输出端，和一个相位控制输入端以用于控制这些输出的相对相位，这样，不同行辐射的扇形波束有利于仅仅添加到该扇形宽维度的一个限定的角度部分中，从而把扇形波束减小为在两个维度上都具有窄带宽的点状波束。通过相位控制输入，点状波束的方向可在垂直于天线元行的第二维度中控制，而沿第一维度的点状波束的方向可通过一个路由器把要辐射的信号路由到一个适当的成束器来选择。通过使用这种发射机，相控阵天线的所有天线元用于形成每个辐射的波束，而该天线阵通过使用在一个时刻仅放大一个信号的放大器而在不同的波束方向上同时辐射n个不同信号。在一个实施例中，上述有源相控阵发射机装在一个轨道卫星上，以用于向位于地球上不同位置的多个用户端发送信息并且/或者在多个用户端之间进行信息通信。要发射到一个给定用户端的信息调制路由到合适的成束器和放大器列的信号，它能够在经过该用户端的一个扇区的任意位置上形成一个波束。成束器的控制输入用于选择对应于该用户端确切位置的该扇区内的方向。同时，其它列的功率放大器可用于对处于不同扇区内的任意位置的其它用户端进行发射。因此，只要多个用户端位于不同的扇区中，就允许同时向多个用户端进行发射。一个调度程序或路由器把用于同时发射的信号或信息数据包结组或者对它们进行选择，这样在同一时刻，在同一扇区中不必进行两个发射。通过使用时序信息，即通过使用分时或时分多址可以有选择地向位于相同扇区中的多个用户端提供服务。借助于用于每个用户端且包含在数据包首部中的与位置相关的地址可以执行结组。当卫星不在地球同步轨道中时，例如当位于低地轨道时，它比地球移动要快，这样发射的信号以每秒数千米的速度扫过地球。因此，通过路由器选择的成束器列和成束器控制信号必须作为时间的函数而变化，以确保在不同时间发送到同一个静止用户端的数据包能够正确地指向地球上的相同位置。这可以通过下面的操作得到简化，即把借助于成束器控制信号实现的电子束控制的方向沿着或平行于卫星的地面轨道排列，同时经路由器选择适当的成束器列处于与卫星地面轨道垂直的方向。通过定时器可以连续控制成束器以补偿轨道速度，这样，对于第一级的近似来说，点状波束继续指向固定的地面位置。由于几何失真，因此仍然需要通过把信号路由到一个不同的成束器来校正卫星的运动，以便向一个特定的地面位置提供服务，但如果选择的波束操作的方向不在轨道速率或地面轨道的希望方向中时，这也不是经常的。在另一个实施例中，每个天线元是一个具有两个输入端的双极化天线元，并且能够以不同的极化同时辐射信号，例如以水平和垂直或者左旋和右旋圆极化。一组巴特勒矩阵通过使用它们的第一极化的输入端与天线元的行连接，并且另一组巴特勒矩阵通过使用它们的第二极化的输入端与天线元的行连接。相同极化的巴特勒矩阵的相应端口与功率放大器的一个相应列和相关成束器连接。在这种方式下，相同阵列的天线元可用于产生2n个同时的定向发射，其中n是为每种极化所提供的功率放大器的列数，而每个放大器仅需放大一个信号。这种信号的波形可选择为具有仅调制信号相位的信息的恒定包络，这样的话则可以使用有效的丙类放大器并且可以在不引起信号失真的饱和状态下进行操作。该发射机的一个特征是在采用单信号放大器时同时发射多个信号，以减少由于互调失真而引起的不希望的带外辐射。该发射机的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在１个定向波束中同时发射ｎ个不同信号的发射机，所述发射机包括：接收ｎ个不同信号的ｎ个成束器，其中每个成束器接收一个要发射的信号，每个所述成束器对于每个要发射的信号来说具有ｍ个输出，并且其中所述ｎ个成束器具有一个ｍｘｎ的输出阵列； ｍ个无源耦合器，每一个耦合器都与所述ｎ个成束器操作连接，其中每个无源耦合器具有ｎ个输入端，用于接收来自所述ｎ个成束器的要同时发射的所述ｎ个不同信号，每个无源耦合器具有彼此同相的ｐ个输出；以及一个具有一个孔径的天线，在其中布置了一个二 维的ｍｘｐ辐射单元的阵列，所述辐射单元连接无源耦合器的输出端并且在１个定向波束中同时发射所述ｎ个不同信号，其中所述ｎ个成束器中的每一个成束器都接收调向控制信号，以用于确定每个所述定向波束的发射方向。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：PW登特，
申请(专利权)人：艾利森公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]