使用相控阵天线的无线区域网络兼容系统和方法转让专利
申请号 : CN200880019593.9
文献号 : CN101689697A
文献日 : 2010-03-31
发明人 : 阿尔贝托·米拉诺 , 希勒尔·魏因施泰因
申请人 : 电波网络有限公司
摘要 :
本发明提供了一种无线区域网络通信系统，该系统包括至少一个相控阵天线框架和连接至至少一个相控阵天线框架的相控阵天线电路。其中，所述相控阵电路和所述至少一个相控阵天线框架都适于发射并且接收来自或到达无线区域网络装置的无线区域网路兼容信号。
权利要求 :
1.一种无线区域网络通信系统，包括：
至少一个相控阵天线框架，
相控阵天线电路，连接至所述至少一个相控阵天线框架， 其中，所述相控阵电路和所述至少一个相控阵天线框架适于向 无线区域网络装置发射无线区域网络兼容信号或者接收来自 无线区域网络装置的无线区域网络兼容信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个相控阵天线 框架发射或接收辐射。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述相控阵天线电路用于 驱动和控制所述至少一个相控阵天线框架。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述无线区域网络是无线 个人区域网络。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个相控阵天线 框架包括至少两组辐射器。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述至少两组辐射器中的 一组辐射器被定义为参考组。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述至少两组辐射器中的 一组辐射器由所述相控阵电路控制，以利用相对于所述参考组 的相移来进行发射或接收。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述相移是可编程的或硬 编码的。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个相控阵天线 框架包括至少两个基本上为线性的一维辐射器阵列。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个相控阵天线 框架包括偶数个基本为线性的一维辐射器阵列，其中，每个基 本为线性的一维辐射器阵列由两个功率的N个辐射器构成， 其中，N是大于1的整数。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个相控阵天线 框架包括基本为六边形形状的辐射器。
12.根据权利要求5所述的系统，其中，所述系统在与每组辐射器 相关联的不同辐射模式之间选择性地切换。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，根据以不同的相移发射 和接收的辐射器组的数目并根据所述可编程的相移来定义辐 射模式。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述相控阵电路控制所述 相控阵天线框架在水平波束孔径中进行辐射。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述水平波束孔径宽度 为从基本上3度到基本上15度。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统适于与多个无线 区域网络装置进行通信。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统适于与个人计算 机进行通信。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统适于与至少一个 TV装置进行通信。
19.根据权利要求8所述的系统，其中，所述可编程的相移是+/-180 度。
20.根据权利要求8所述的系统，其中，所述可编程的相移是+/-180 度，并且其中通过使用将信号相位反转的发射线来产生所述可 编程的相移。
21.根据权利要求1所述的系统，其中，在大约57GHz至大约 64GHz频带中发射无线区域网络兼容信号。
22.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统在两个辐射模 式之间选择性地切换。
23.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统在两个辐射模 式之间选择性地切换，并且其中所述至少一个相控阵天线框架 包括两个线性一维辐射器阵列。
24.根据权利要求12所述的系统，其中，不同辐射模式之间的所 述选择性切换取决于以所述不同相位模式接收的信号电平。
25.根据权利要求14所述的系统，其中，根据可编程图案来水平 地调整所述水平波束孔径。
26.根据权利要求1所述的系统，其中，通过建筑物墙壁来任选地 执行向无线区域网络装置发射无线区域网络兼容信号或者接 收来自无线区域网络装置的无线区域网络兼容信号。
27.一种用于相控阵天线无线通信的方法，包括以下步骤：提供至 少一个相控阵天线框架和连接至所述至少一个相控阵天线框 架的相控阵天线电路；并且通过所述相控阵天线电路来控制所 述至少一个相控阵天线框架，以向无线区域网络装置发射无线 区域网络兼容信号或者接收来自无线区域网络装置的无线区 域网络兼容信号。
说明书 :
相关申请的交叉参考
本文结合2006年10月3日提交的题为“PHASE SHIFTED OSCILLATOR AND ANTENNA(相移振荡器和天线)”、序列号为 PCT/IL2006/001144和2006年9月6日提交的题为“APPARATUS AND METHODS FOR RADAR IMAGING BASED ON INJECTED PUSH PUSH OSCILLATORS(用于基于置入推-推振荡器的雷达成 像的装置和方法)”、序列号为PCT/IL2006/001039的专利申请的全 部内容作为参考。
技术领域
本发明大体上涉及宽带接入领域，并且更具体地，涉及一种在 无线通信网络中使用相控阵天线(phase array antenna)的方法和系 统。
背景技术
随着家庭和办公无线配件的数量迅速增加，对宽带无线接入方 案的需求也增加。
作为一个实例，已经定义的用来规定这个通信域的标准是 IEEE802.15，该标准被分成五个子组802.15.1-802.15.5。在这些标 准中，处理高速WPAN(Wireless Personal Area Network，无线个人 区域网络)的802.15.3对主要为室内无线通信是非常重要的。
IEEE 802.15.3任务组3c(TG3c)形成于2005年3月。TG3c为现 有的802.15.3无线个人区域网络(WPAN)标准802.15.3-2003开发 基于毫米波的可选物理层(millimiter-wave-based alternative physical layer，PHY)。
该毫米波WPAN在新的和空白(clear)的频带中运行，所述频 带包括由FCC 47 CFR 15.255所定义的57GHz-64GHz未注册 (unlicensed)频带。该毫米波WPAN允许与WPAN的802.15族中 的所有其它微波系统高共存(封闭物理空间)。
此外，毫米波WPAN允许超过1Gbit/s应用的非常高的数据速 率，诸如高速度因特网接入、流(streaming)内容下载(视频需求、 HDTV、家庭影院等)、实时流以及用于电缆替代的无线数据总线。 将提供超过3Gbit/s的任选数据速率。
对用这种宽带容量在这个频率范围中实现通信系统并且同时 遵从低成本商业需求的需要施加了严重的技术困难。
用于实现这种通信域的一个候选是MIMO(多输入多输出)。然 而，因为多个原因(如仿真计算和机械考虑)，认为MIMO不适于 上述需求。
为了提供一种能够满足高频率、高带宽以及低成本需求的高成 本效益的系统，需要一种创新技术。被认为上述目标不可或缺的技 术系统性能是天线波束聚焦的改善和天线的宽波束调整能力。
一种可行的方案是使用近来显出很大优势的相控阵天线系统。
作为一个实例，已经定义的用来规定这个通信域的标准是 IEEE802.15，该标准被分成五个子组802.15.1-802.15.5。在这些标 准中，处理高速WPAN(Wireless Personal Area Network，无线个人 区域网络)的802.15.3对主要为室内无线通信是非常重要的。
IEEE 802.15.3任务组3c(TG3c)形成于2005年3月。TG3c为现 有的802.15.3无线个人区域网络(WPAN)标准802.15.3-2003开发 基于毫米波的可选物理层(millimiter-wave-based alternative physical layer，PHY)。
该毫米波WPAN在新的和空白(clear)的频带中运行，所述频 带包括由FCC 47 CFR 15.255所定义的57GHz-64GHz未注册 (unlicensed)频带。该毫米波WPAN允许与WPAN的802.15族中 的所有其它微波系统高共存(封闭物理空间)。
此外，毫米波WPAN允许超过1Gbit/s应用的非常高的数据速 率，诸如高速度因特网接入、流(streaming)内容下载(视频需求、 HDTV、家庭影院等)、实时流以及用于电缆替代的无线数据总线。 将提供超过3Gbit/s的任选数据速率。
对用这种宽带容量在这个频率范围中实现通信系统并且同时 遵从低成本商业需求的需要施加了严重的技术困难。
用于实现这种通信域的一个候选是MIMO(多输入多输出)。然 而，因为多个原因(如仿真计算和机械考虑)，认为MIMO不适于 上述需求。
为了提供一种能够满足高频率、高带宽以及低成本需求的高成 本效益的系统，需要一种创新技术。被认为上述目标不可或缺的技 术系统性能是天线波束聚焦的改善和天线的宽波束调整能力。
一种可行的方案是使用近来显出很大优势的相控阵天线系统。
发明内容
本发明的实施例的一方面涉及一种通过相控阵天线装置实现 WPAN的方法和系统。
根据本发明的优选实施例，提供了一种无线区域网络通信系 统，该系统包括至少一个相控阵天线框架和连接至至少一个相控阵 天线框架的相控阵天线电路，其中，相控阵天线电路和所述至少一 个相控阵天线框架都适于发射和接收来自或到无线区域网络装置 的无线区域网络兼容信号。
在所述系统的一些示例性实施例中，相控阵天线框架发射或接 收辐射。
在所述系统的一些示例性实施例中，相控阵天线电路用于驱动 和控制所述至少一个相控阵天线框架。
在所述系统的一些示例性实施例中，无线区域网络是无线个人 区域网络。
在所述系统的一些示例性实施例中，相控阵天线框架包括至少 两组辐射器(radiator)，其中，所述其中多组辐射器中的一组辐射 器被定义为参考组。
在所述系统的一些示例性实施例中，其中多组辐射器中的一组 辐射器通过所述相控阵电路控制，以利用相对于所述参考组的相移 来进行发射或接收。
在所述系统的一些示例性实施例中，相移是可编程的或是硬编 码的。
在所述系统的一些示例性实施例中，相控阵天线框架包括至少 两个基本上为线性的一维辐射器阵列。
在所述系统的一些示例性实施例中，相控阵天线框架包括偶数 个基本为线性的一维辐射器阵列，其中，每个基本上为线性的一维 辐射器阵列均由N个辐射器的两个功率(power)构成，这里，N 是大于1的整数。
在所述系统的一些示例性实施例中，相控阵天线框架包括形状 基本为六边形的辐射器。
在所述系统的一些示例性实施例中，所述系统在与每组辐射器 相关联的不同辐射模式之间选择性地切换。
在所述系统的一些示例性实施例中，根据以不同的相移方式发 射和接收的辐射器组的数目和根据所述可编程的相移来定义辐射 模式。
所述系统的一些示例性实施例中，相控阵电路控制所述相控阵 天线框架以在水平波束孔径中辐射。
在所述系统的一些示例性实施例中，水平波束孔径的宽度是从 基本上为3度到基本上为15度。
在所述系统的一些示例性实施例中，所述系统适于与多个无线 区域网络装置进行通信。
在所述系统的一些示例性实施例中，所述系统适于与个人计算 机进行通信。
在所述系统的一些示例性实施例中，所述系统适于与至少一个 TV装置进行通信。
在所述系统的一些示例性实施例中，可编程的相移是+/-180度。
在所述系统的一些示例性实施例中，可编程的相移是+/-180度， 并且通过使用将信号相位反转的发射线来产生可编程的相移。
在所述系统的一些示例性实施例中，在大约57GHz至大约 64GHz频带中发射无线区域网络标准信号。
在所述系统的一些示例性实施例中，所述系统在两个辐射模式 之间选择性地切换。
在所述系统的一些示例性实施例中，所述系统在两个辐射模式 之间选择性地切换，并且其中，相控阵天线框架包括两个线性一维 辐射器阵列。
在所述系统的一些示例性实施例中，所述系统根据在所述不同 相位模式中接收的信号电平来在不同辐射模式之间进行选择性地 切换。
在所述系统的一些示例性实施例中，根据可编程图案来将水平 波束孔径水平地转向。
在所述系统的一些示例性实施例中，通过建筑物墙壁(building wall)来任选地执行发射和接收来自或到无线区域网络装置的无线 区域网络标准信号。
根据本方法的优选实施例，提供了一种用于实现无线通信的方 法，该方法包括以下步骤：提供至少一个相控阵天线框架和连接至 至少一个相控阵天线框架的相控阵天线电路；以及通过所述相控阵 天线电路控制所述至少一个相控阵天线框架，以发射和接收来自或 至无线区域网络装置的无线个人区域网络标准信号。
根据本发明的优选实施例，提供了一种无线区域网络通信系 统，该系统包括至少一个相控阵天线框架和连接至至少一个相控阵 天线框架的相控阵天线电路，其中，相控阵天线电路和所述至少一 个相控阵天线框架都适于发射和接收来自或到无线区域网络装置 的无线区域网络兼容信号。
在所述系统的一些示例性实施例中，相控阵天线框架发射或接 收辐射。
在所述系统的一些示例性实施例中，相控阵天线电路用于驱动 和控制所述至少一个相控阵天线框架。
在所述系统的一些示例性实施例中，无线区域网络是无线个人 区域网络。
在所述系统的一些示例性实施例中，相控阵天线框架包括至少 两组辐射器(radiator)，其中，所述其中多组辐射器中的一组辐射 器被定义为参考组。
在所述系统的一些示例性实施例中，其中多组辐射器中的一组 辐射器通过所述相控阵电路控制，以利用相对于所述参考组的相移 来进行发射或接收。
在所述系统的一些示例性实施例中，相移是可编程的或是硬编 码的。
在所述系统的一些示例性实施例中，相控阵天线框架包括至少 两个基本上为线性的一维辐射器阵列。
在所述系统的一些示例性实施例中，相控阵天线框架包括偶数 个基本为线性的一维辐射器阵列，其中，每个基本上为线性的一维 辐射器阵列均由N个辐射器的两个功率(power)构成，这里，N 是大于1的整数。
在所述系统的一些示例性实施例中，相控阵天线框架包括形状 基本为六边形的辐射器。
在所述系统的一些示例性实施例中，所述系统在与每组辐射器 相关联的不同辐射模式之间选择性地切换。
在所述系统的一些示例性实施例中，根据以不同的相移方式发 射和接收的辐射器组的数目和根据所述可编程的相移来定义辐射 模式。
所述系统的一些示例性实施例中，相控阵电路控制所述相控阵 天线框架以在水平波束孔径中辐射。
在所述系统的一些示例性实施例中，水平波束孔径的宽度是从 基本上为3度到基本上为15度。
在所述系统的一些示例性实施例中，所述系统适于与多个无线 区域网络装置进行通信。
在所述系统的一些示例性实施例中，所述系统适于与个人计算 机进行通信。
在所述系统的一些示例性实施例中，所述系统适于与至少一个 TV装置进行通信。
在所述系统的一些示例性实施例中，可编程的相移是+/-180度。
在所述系统的一些示例性实施例中，可编程的相移是+/-180度， 并且通过使用将信号相位反转的发射线来产生可编程的相移。
在所述系统的一些示例性实施例中，在大约57GHz至大约 64GHz频带中发射无线区域网络标准信号。
在所述系统的一些示例性实施例中，所述系统在两个辐射模式 之间选择性地切换。
在所述系统的一些示例性实施例中，所述系统在两个辐射模式 之间选择性地切换，并且其中，相控阵天线框架包括两个线性一维 辐射器阵列。
在所述系统的一些示例性实施例中，所述系统根据在所述不同 相位模式中接收的信号电平来在不同辐射模式之间进行选择性地 切换。
在所述系统的一些示例性实施例中，根据可编程图案来将水平 波束孔径水平地转向。
在所述系统的一些示例性实施例中，通过建筑物墙壁(building wall)来任选地执行发射和接收来自或到无线区域网络装置的无线 区域网络标准信号。
根据本方法的优选实施例，提供了一种用于实现无线通信的方 法，该方法包括以下步骤：提供至少一个相控阵天线框架和连接至 至少一个相控阵天线框架的相控阵天线电路；以及通过所述相控阵 天线电路控制所述至少一个相控阵天线框架，以发射和接收来自或 至无线区域网络装置的无线个人区域网络标准信号。
附图说明
从下面结合附图的详细描述中，更充分地懂得和理解本发明。 在不只一个图中所出现的同样的结构、元件或部件在所有图中用相 同或相似的标号来标注，附图中：
图1A是示出了根据本发明的示例性实施例的具有两个固定相 控阵天线系统和具有包括相控阵天线系统的两个PC的房间的俯视 图。
图1B是示出了根据本发明的示例性实施例的具有一个固定相 控阵天线系统和具有包括相控阵天线系统的多个PC的的房间的俯 视图。
图1C是示出了根据本发明的示例性实施例的在第一辐射模式 中的具有两个固定相控阵天线框架和具有包含相控阵天线系统的 两个PC的房间前视图。
图1D是示出了根据本发明的示例性实施例的在第二辐射模式 中的具有两个固定相控阵天线框架和具有包含两个相控阵天线系 统的两个PC和一个TV的房间的前视图。
图1E是示出了根据本发明的示例性实施例的在相同楼层上的 多个房间之间信号分布的俯视示意图。
图2A是示出了根据本发明的示例性实施例的相控阵天线框架 的示意图；
图2B是示出了根据本发明的示例性实施例的由用于接收和发 射的独立单元组成的相控阵天线框架的示意图；
图3A是示出了根据本发明的示例性实施例的在第一运行模式 中的相控阵天线框架的辐射图案的侧视图；
图3B是示出了根据本发明的示例性实施例的在第一运行模式 中的相控阵天线框架的辐射图案的俯视图；
图3C是示出了根据本发明的示例性实施例的在第二运行模式 中的相控阵天线框架的辐射图案的侧视图；
图3D是示出了根据本发明的示例性实施例的在第二运行模式 中的相控阵天线框架的辐射图案的俯视图；
图4是示出了根据本发明的示例性实施例的用于执行对两个运 行模式的组合支持的相控阵天线电路的电路示意图。
图1A是示出了根据本发明的示例性实施例的具有两个固定相 控阵天线系统和具有包括相控阵天线系统的两个PC的房间的俯视 图。
图1B是示出了根据本发明的示例性实施例的具有一个固定相 控阵天线系统和具有包括相控阵天线系统的多个PC的的房间的俯 视图。
图1C是示出了根据本发明的示例性实施例的在第一辐射模式 中的具有两个固定相控阵天线框架和具有包含相控阵天线系统的 两个PC的房间前视图。
图1D是示出了根据本发明的示例性实施例的在第二辐射模式 中的具有两个固定相控阵天线框架和具有包含两个相控阵天线系 统的两个PC和一个TV的房间的前视图。
图1E是示出了根据本发明的示例性实施例的在相同楼层上的 多个房间之间信号分布的俯视示意图。
图2A是示出了根据本发明的示例性实施例的相控阵天线框架 的示意图；
图2B是示出了根据本发明的示例性实施例的由用于接收和发 射的独立单元组成的相控阵天线框架的示意图；
图3A是示出了根据本发明的示例性实施例的在第一运行模式 中的相控阵天线框架的辐射图案的侧视图；
图3B是示出了根据本发明的示例性实施例的在第一运行模式 中的相控阵天线框架的辐射图案的俯视图；
图3C是示出了根据本发明的示例性实施例的在第二运行模式 中的相控阵天线框架的辐射图案的侧视图；
图3D是示出了根据本发明的示例性实施例的在第二运行模式 中的相控阵天线框架的辐射图案的俯视图；
图4是示出了根据本发明的示例性实施例的用于执行对两个运 行模式的组合支持的相控阵天线电路的电路示意图。
具体实施方式
将在2006年10月3日提交的专利申请序列号 PCT/IL2006/001144和在2006年9月6日提交的专利申请序列号 PCT/IL2006/001039所公开的全部内容通过引证结合于此，以描述 用于为有源相控阵天线提供低成本和轻重量的分布式T/R多组件 (multi-module)的元件和电路设计。
这些申请描述了可以实施为低成本和小尺寸电路或可以制造 成集成芯片的电路，以产生并且控制由相控阵天线所发射和检测的 信号。本申请实施上述申请中所描述的概念，以为实施下文进一步 描述的本发明提供适当的相控阵天线。
图1A示出了根据本发明的相控阵天线系统的设备 (development)100A的俯视图。图1A示出了起居室101，其中， 两个PC 130、140位于房间的不同部分。每个PC分别配备有相控 阵天线系统117、122。每个相控阵天线系统分别包括相控阵天线框 架115、120，并分别包括相控阵天线控制和驱动电路116和121(下 文中为“相控阵天线电路”)。
在本发明的示例性实施例中存在位于房间不同角落的两个固 定的相控阵天线系统107、112。系统107和112中的每个也分别包 括相控阵天线框架105、110，并分别包括相控阵天线电路106和111。
每个相控阵天线框架发射和/或接收数据。椭圆150、160、155 和165分别是相控阵天线框架105、115、110和120的辐射图案的 示意表示。应当注意的是，这些椭圆是意指用来描述一般波束方向 和波束宽度的粗糙表示的大体示意。然而，它不是意指用来提供波 束图案的定量表示。该解释也涉及在图1B、1C、1D和图3中所示 出的椭圆。
在本发明的示例性实施例中，相控阵天线系统107水平调整波 束150(方位调整)，直到该系统达到从相控阵天线系统117的最佳 接收水平。相同步骤也适于相控阵天线系统117，该系统执行其波 束160的水平调整，直到获得从相控阵天线系统107的最佳接收水 平。
相同步骤也适用于相控阵天线系统112和122。
应当注意的是，根据本发明的窄的水平波束孔径和相控阵天线 系统的低旁瓣保证了避免雷达自动跟踪旁瓣事件的能力。
任选地，一旦达到信号接收的最佳水平，相控阵天线系统存储 方位，以用于能够在随后上电事件中快速地进行初始化。
应当注意的是，仅使用两个系统就可以覆盖长方形房间的整个 区域。
在本发明的另一个示例性实施例中，如图1B所示的单个相控 阵天线系统107与三个相控阵天线系统117、122和172进行通信， 相控阵天线系统117和122分别连接至PC装置130和140，并且 相控阵天线系统172连接至TV装置169。
由如下文将描述的系统独立相互作用的能力是通过所有天线 的波束调整来获得的。为了从多个相控阵天线系统发射和接收数 据，相控阵天线系统107执行方位调整，并且在由指向PC 130的 椭圆150、指向PC 140的椭圆152以及指向TV 169的椭圆153所 指示的三个位置之间进行电旋转，在固定系统与PC/TV/蜂窝电话等 之间瞬时加锁(locking transient)后，与PC装置的通信典型地是 双向的，而与TV的通信是单向的，其中，TV相控阵天线系统可 以只接收数据。
应当记住的是，相控阵天线系统的天线调整是极其迅速的，从 第一波束方向150切换到第二波束方向152或153的典型持续时间 大约是微秒量级。
本领域的技术人员应当理解的是，单个相控阵天线系统在分时 基址上能够同时与多个WPAN装置进行通信，其中，对装置数目的 限制是由各装置的带宽需求和相控阵天线系统的带宽容量来指示 的。同时，图1B示出了与三个相控阵天线系统117和122进行通 信的相控阵天线系统107。相控阵天线系统107与除相控阵天线系 统外的任何WPAN标准装置进行通信也是可行的。
图1C从前面示出了相同的房间101，以便在垂直平面内来描 述相控阵天线波束。图1C示出了在第一辐射模式下运行时的波束 的垂直横截面。在第一辐射模式中，存在一个辐射主瓣如150、155、 160以及165，所述旁瓣在垂直平面中具有大约30度的孔径，其当 在两个通信装置之间存在清晰光线时应提供良好的覆盖。然而，在 动态环境中，当障碍物(如一个人穿过房间移动)可以使通信装置 之间的光线变暗时，则需要另一种方法。
图1D示出了当一个人180打断两个相控阵天线系统112与122 之间的光线时的相同房间101。图1D示出了当系统检测信号水平 接收衰减时，系统会切换成第二辐射模式，其中每个单个的主瓣165 和155分成两个主瓣，即155分成155A和155B，以及165分成165A 和165B。由相控阵天线框架所辐射的两个主瓣意指通过间接路径 来发射和接收辐射，例如，由用数字170标记的打断线所表示的路 径，即能够从环境(主要从周围的墙壁)发射和接收电磁回波。
图1E示出了在相同楼层100E上的九个房间193之间的信号分 布。在输入范围中，信号是被相控阵天线190拦截的并且被主相控 阵天线191接收。一组相控阵天线192a-192r发射和接收该信号。 如图1E所示，信号是穿过房间墙壁来被发射和接收的，例如，当 该信号从相控阵天线192b发射到相控阵天线192e时，同时穿过墙 壁194。高频辐射的相对低衰减提供了穿过普通房间墙壁(诸如混 凝土、夹板、粘土砖、玻璃等)的能力。例如，由典型的混凝土墙 壁所引起的5.8GHz信号的衰减大约为7dB。因此，单个主相控阵 天线和一组相控阵天线可以为整个楼层提供全部的无线覆盖。输出 范围是对称的，但是是在相反的方向上。
应当注意的是，相控阵天线192a-192r也适于用作转发器，以 便补偿信号沿其路径的衰减，同时，在本领域中通过一组转发器的 信号分布的技术是已知的，因此本文省略了对其的详细描述。
图2A示出了所分布的有源相控阵天线(APAA)(称作“相控 阵天线框架”)的辐射部200A，其包括位于长方形壳体205上的两 个一维微带辐射器阵列(称作“辐射器”)210、215，该壳体由具 有相关底座的介电基板组成。一维辐射器阵列由标记为A1至A4、 B1至B4的8个辐射器组成。每个辐射器均成形为六边形片，如辐 射器A1，230。每个辐射器都具有位于辐射器(A1至A4)的上顶 点的馈线235或位于辐射器(如B 1至B4)的下顶点的馈线245(将 电磁波传送至或从辐射器传送电磁波的I/O端口)。通过仿真示出了 辐射器的六边形形状，以在发射增益和/或接收增益方面提供比正方 形辐射器或圆形辐射器更好的结果，并且对于相邻的辐射器之间的 相同的距离，还借此提供他们之间更好的隔离。
在本发明的示例性实施例中，辐射器馈线的布置形成对称结 构。在第一个一维辐射器阵列中，辐射器的馈线位于六边形片的上 顶点，而在第二个一维辐射器阵列中，辐射器的馈线位于片的下顶 点。应当注意的是，辐射器馈线的这种对称布置任选地有助于改善 辐射图案的对称性。
天线尺寸取决于波的频率和基板的介电常数。作为一个实例， 在具有介电常数为6的基板上实施的60GHz的WPAN辐射器具有 大约一毫米量级的尺寸。这个简明的实施例使得本发明中描述的相 控阵天线包含在各种手持装置中诸如掌上电脑、个人数据组织者 (黑莓)、蜂窝电话、笔记本电脑等。
在本发明的示例性实施例中，为了达到具有仍然高功率密度的 更宽的覆盖角度，以与图2A所描述的装置进行通信，可以用相同 的物理辐射器阵列产生不同的辐射图案(称作“辐射模式”)。
任选地，天线200的多个辐射模式的产生是通过两个一维辐射 器阵列210、215之间的信号的相对相移来限定的。
在本发明的示例性实施例中，通过为两个一维辐射器阵列210 和215提供所需要的相位来限定第一辐射模式，以这种方式，在第 一个一维阵列的每个元件“A”与第二个一维阵列的对应元件“B” 之间不存在相位差。通过为两个一维辐射器阵列210和215提供所 需要的相位来限定第二辐射模式，以这种方式，在第一个一维阵列 的每个元件“A”与第二个一维阵列的对应元件“B”之间存在180 度的相位差。
应当注意的是，通过相同的辐射器来发射和接收是可行的，并 且这种辐射器有时是更有效的体系机构。然而在本发明的示例性实 施例中，在发射辐射器与接收辐射器之间是将发射和接收分开的。 可以在各种拓扑结构中执行用于发射和接收的不同辐射器的配置， 诸如，将两个不同的相控阵框架的功能分开，或可选择地，在相控 阵框架中限定用于发射的辐射器的子组，同时补偿子组用于接收。
应当注意的是，为了生成如上述所提及的两个辐射模式和当使 用如下文进一步描述的相控阵天线控制和驱动电路时，应当如图2A 所示的水平定位相控阵天线框架。
图2B示出了根据本发明的示例性实施例的相控阵天线收发器 的示意图，其中，发射和接收由两个单独的单元管理。如下文进一 步描述的，期望的是，将接收单元和发射单元分离，以当发射频率 相对较高时提供技术和经济优点。
接收和发射单元基本上具有相同的结构。图2B左侧示出了具 有发射辐射器A1T-A4T和B1T-B4T的发射单元。在图2B的右侧示 出了标记有A1R-A4R和B1R-B4R的接收辐射器。发射单元的馈线 标记有261a-264a和261b-264b，而接收单元的馈线标记有 265a-268a和265b-268b。
图2B还示出了硅芯片270-279之间的连接的示意图，这些硅 芯片包含提供天线控制(称作相控阵电路)的电子电路。
限定长度的微带线261a-268a、261b-268b是辐射器的馈线，并 且放置在介电基板(未示出)的上表面上。六边形片放置在与前一 个基板重叠的第二基板的上表面上，使得从馈线到片具有有效的电 磁转移。
在图2B中没有示出发射与接收单元的差别。然而，在发射单 元中，馈线261a-264a和261b-264b用于将电路270-274产生和处 理的载波传递到辐射器AIT-A4T、BIT-B4T，而在接收单元中，通 过辐射器A1R-A4R、B1R-B4R接收的信号被电路275-279产生和 处理的信号向下转换到基带。
参考上述，在本申请中详细描述图2B中限定为270-274和 265-279的电路。
图3A示出了由第一辐射模式所生成的辐射图案的侧截面图。 辐射图案310具有大约30度的垂直孔径312，其足够宽以覆盖以标 准的桌子高度放在家中或办公室中的典型的房间中的静态装置。波 束不意指以仰角方式调整，使得图3A的截面意指是直立的。
图3B是由第一辐射模式所生成的辐射图案320的俯视截面图。 辐射图案具有大约5度的水平孔径325。应当注意的是，窄的水平 波束孔径能够将功率聚集在具有低旁瓣水平的较窄的角中。波束意 指以方位调整，使得图3B的截面意指扫过宽的方位角。
图3C示出了由第二辐射模式所生成的辐射图案的侧截面图。 辐射图案具有两个主瓣330A和330B。在本发明的示例性实施例中， 第二辐射模式辐射与第一模式相同的功率量，但每个旁瓣的增益是 第一模式的增益的一半。然而，这种模式导致了所发射数据的广泛 传播分布(以及数据接收的宽角度)，以能够提供间接通信。在第 二辐射模式中生成的两个主瓣被指向地板和天花板，并且从天花板 和地板(以及从房间中的其它物体)反射的辐射的一部分到达目标 天线。
波束不意指以仰角调整，从而图3C的截面意指是固定的。
图3D示出了由第二辐射模式所生成的辐射图案的俯视截面 图。然而，在水平平面中，第一和第二辐射模式的辐射图案具有相 同的孔径，并且因此图3D示出了相同的几何形状。
波束意指以方位调整，从而图3D的界面意指扫过宽的方位角。
参考图2A：
当在辐射器A1-A4(图2A)和相应的B1-B4(图2A)的信号 具有0度相位差时，产生第一辐射模式(图3A和图3B)。
当在辐射器A1-A4(图2A)和相应的B1-B4(图2A)的信号 具有180度相位差时，产生第二辐射模式(图3C和图3D)。
图4是根据本发明的示例性实施例的用于给辐射器阵列提供载 波信号的基础电路的示例性图解。
当在相对低频率时，为接收(R/X)单元和发射(T/X)单元使 用相同的天线是商业上更有效的，在如60GHz的更高频率处，连接 至这个功能的电路涉及与小尺寸的辐射器阵列不相容的半导体不 动产(semiconductor real estate)，从而优选的是将T/X和R/X功能 分开在两个不同的子系统中。如下文将描述的，发射单元与接收单 元的物理结构之间的差别是较小的，仅只有的不同是功能的差别， 用于T/X 491i-491p的是上变频器而用于R/X491a-491h的是下变频 器。它们基本上都是相同的电路，但以不同的方式使用。上变频器 位于T/X功率放大器的输入端，而下变频器位于R/X低噪音放大器 的输出端。
电路使用振荡器单元405，其输出端提供给两个分开的单元 409、410。功率分配器409为R/X单元提供参考信号，而功率分配 器410为T/X单元提供参考信号。下面的描述将主要涉及R/X单元 -仅在存在基本差别的地方将描述扩展到T/X单元。然后，信号到 达第一级PSIPPO(相移双推式振荡器)420-421。本领域技术人员将 很容易地理解，在该级PSIPPO所确定的相移用于对波束进行调整。
接着，信号经过另一级分离元件430-431(功率分配器)，并且 继续到达第二级PSIPPO 435a-435d。本领域技术人员将很容易地理 解，在该级PSIOOP的所确定的相移用于对波束进行调整。在第一 级PSIPPO 420、421和第二级PSIPPO 435a-435d应用0度相移导 致基本为垂直的波束，其中，其对称轴垂直于天线表面。
在下一阶段，信号被传递到四个功率分配器440-443，并且接 着继续到达多功能块450-453。由于所提及的块具有相同的结构， 仅描述一个相移单元450。
块450由两个支路组成，每个支路都连接至辐射器495a和 495b。参考图2A，所提及的辐射器是A1和B1。支路484a将载波 信号传递到所连接的具有确定相位的混频器。第二支路480a-482a 将相同的信号传递到所连接的混频器，该混频器具有等于484a的 相位或将484a移动180度的相位，取决于开关480a和482a的位 置。用这种方式，辐射器阵列能够产生上文所描述的两个辐射模式。 任选地，发射线181a应用大于或小于180度的相移。下变频混频 器491a、491b得到分别在天线电路(antenna patch)495a、495b 中接收的信号，并且分别被低噪音放大器492a、492b放大，并且 分别产生输入信号490a、490b。
T/X路径不同于R/X路径，通过该R/X路径的混频器是上变频 混频器491i-491p，这些上变频混频器接收数据信号490i-490p并且 产生被放大器495i-495p放大之后的转向(go to)至天线电路 495i-495p的输出信号。
原则上，通过在每个混频器之前插入附加级的PSIPPO可以实 现两个支路之间的相位差，虽然这个解决方案包括更大数目的部 件。
应当理解的是，与电子开关480a-480h、482a-482h一样，延迟 元件481a-481h是简单且低成本的发射线。与用附加级的PSIPPO 的解决方案相比，电子开关和延迟元件的使用降低了成本和尺寸。
在另一个示例性实施例中，从分配器440到下变频混频器490a 的路径(并且所有的等价路径)还包括任选的相移路径，使得电路 能够被编程，以用于更多相移的组合。
在本发明的一些实施例中，WPAN相控阵天线系统通过使用相 等或不同数目的线性辐射器阵列可以在不只两个辐射模式之间切 换。
在本发明的一些实施例中，WPAN相控阵天线系统可以为一维 辐射器阵列提供大于或小于180度的相移。
在本发明的一些实施例中，WPAN相控阵天线系统可以包括多 于或少于两个的一维线性辐射器阵列。
在本发明的一些实施例中，WPAN相控阵天线系统可以包括除 线性辐射器阵列外的辐射器的各种组合。其中，这些辐射器的子组 通过参考任一参考子组与可编程的相移相关联。
在本发明的一些实施例中，WPAN相控阵天线系统可以包括辐 射模式，其中，方位角波束比在前文描述中所描述的一个方位角更 窄或更宽。
在本发明的一些实施例中，WPAN相控阵天线系统可以包括辐 射模式，其中，垂直波束孔径比在前文描述中所描述的一个孔径更 窄或更宽，并且其中垂直波束分布不同于在前文描述中所描述的形 式。
在本发明的一些实施例中，WPAN相控阵天线系统可以执行周 期水平天线调整，以搜索应该通过系统进行通信的发射装置。
根据本发明的示例性实施例，当运行WPAN相控阵天线系统 时，该系统在两个辐射模式之间进行切换。所述切换可以是周期性 的切换图案或任何所想要的图案。在本发明的一个示例性实施例 中，该系统能够改变切换图案以适应动态情况，例如，当接收或发 射资源加入或剩下由该系统所覆盖的区域时，或当需要不同需要和 优先权时。任选地，切换图案的改变提供了在覆盖一个区域先于另 一个区域的优先权，例如以为特定的客户装置增加带宽。
使用其中一维辐射器阵列之间的相移是零度或180°的辐射模 式能够使在图4中所示的WPAN标准相控阵系统中支持发射和接收 的电子电路简化。
应当理解的是，可以以很多方式来改变上文所描述的方法和系 统，所述方式包括省略或添加步骤、改变步骤的顺序和所用装置的 类型。应当理解的是，可以以不同的方式来组合不同的特征。具体 地，不是上述特定实施例中所示的所有特征对本发明的每个实施例 是必须的。上述特征的另外的组合也被认为是落在本发明的一些实 施例的范围内。
本领域的技术人员应当理解的是，本发明不限于本文上述具体 示出的和描述的。更合适地是，本发明的范围只由下述所附的权利 要求所限定。
这些申请描述了可以实施为低成本和小尺寸电路或可以制造 成集成芯片的电路，以产生并且控制由相控阵天线所发射和检测的 信号。本申请实施上述申请中所描述的概念，以为实施下文进一步 描述的本发明提供适当的相控阵天线。
图1A示出了根据本发明的相控阵天线系统的设备 (development)100A的俯视图。图1A示出了起居室101，其中， 两个PC 130、140位于房间的不同部分。每个PC分别配备有相控 阵天线系统117、122。每个相控阵天线系统分别包括相控阵天线框 架115、120，并分别包括相控阵天线控制和驱动电路116和121(下 文中为“相控阵天线电路”)。
在本发明的示例性实施例中存在位于房间不同角落的两个固 定的相控阵天线系统107、112。系统107和112中的每个也分别包 括相控阵天线框架105、110，并分别包括相控阵天线电路106和111。
每个相控阵天线框架发射和/或接收数据。椭圆150、160、155 和165分别是相控阵天线框架105、115、110和120的辐射图案的 示意表示。应当注意的是，这些椭圆是意指用来描述一般波束方向 和波束宽度的粗糙表示的大体示意。然而，它不是意指用来提供波 束图案的定量表示。该解释也涉及在图1B、1C、1D和图3中所示 出的椭圆。
在本发明的示例性实施例中，相控阵天线系统107水平调整波 束150(方位调整)，直到该系统达到从相控阵天线系统117的最佳 接收水平。相同步骤也适于相控阵天线系统117，该系统执行其波 束160的水平调整，直到获得从相控阵天线系统107的最佳接收水 平。
相同步骤也适用于相控阵天线系统112和122。
应当注意的是，根据本发明的窄的水平波束孔径和相控阵天线 系统的低旁瓣保证了避免雷达自动跟踪旁瓣事件的能力。
任选地，一旦达到信号接收的最佳水平，相控阵天线系统存储 方位，以用于能够在随后上电事件中快速地进行初始化。
应当注意的是，仅使用两个系统就可以覆盖长方形房间的整个 区域。
在本发明的另一个示例性实施例中，如图1B所示的单个相控 阵天线系统107与三个相控阵天线系统117、122和172进行通信， 相控阵天线系统117和122分别连接至PC装置130和140，并且 相控阵天线系统172连接至TV装置169。
由如下文将描述的系统独立相互作用的能力是通过所有天线 的波束调整来获得的。为了从多个相控阵天线系统发射和接收数 据，相控阵天线系统107执行方位调整，并且在由指向PC 130的 椭圆150、指向PC 140的椭圆152以及指向TV 169的椭圆153所 指示的三个位置之间进行电旋转，在固定系统与PC/TV/蜂窝电话等 之间瞬时加锁(locking transient)后，与PC装置的通信典型地是 双向的，而与TV的通信是单向的，其中，TV相控阵天线系统可 以只接收数据。
应当记住的是，相控阵天线系统的天线调整是极其迅速的，从 第一波束方向150切换到第二波束方向152或153的典型持续时间 大约是微秒量级。
本领域的技术人员应当理解的是，单个相控阵天线系统在分时 基址上能够同时与多个WPAN装置进行通信，其中，对装置数目的 限制是由各装置的带宽需求和相控阵天线系统的带宽容量来指示 的。同时，图1B示出了与三个相控阵天线系统117和122进行通 信的相控阵天线系统107。相控阵天线系统107与除相控阵天线系 统外的任何WPAN标准装置进行通信也是可行的。
图1C从前面示出了相同的房间101，以便在垂直平面内来描 述相控阵天线波束。图1C示出了在第一辐射模式下运行时的波束 的垂直横截面。在第一辐射模式中，存在一个辐射主瓣如150、155、 160以及165，所述旁瓣在垂直平面中具有大约30度的孔径，其当 在两个通信装置之间存在清晰光线时应提供良好的覆盖。然而，在 动态环境中，当障碍物(如一个人穿过房间移动)可以使通信装置 之间的光线变暗时，则需要另一种方法。
图1D示出了当一个人180打断两个相控阵天线系统112与122 之间的光线时的相同房间101。图1D示出了当系统检测信号水平 接收衰减时，系统会切换成第二辐射模式，其中每个单个的主瓣165 和155分成两个主瓣，即155分成155A和155B，以及165分成165A 和165B。由相控阵天线框架所辐射的两个主瓣意指通过间接路径 来发射和接收辐射，例如，由用数字170标记的打断线所表示的路 径，即能够从环境(主要从周围的墙壁)发射和接收电磁回波。
图1E示出了在相同楼层100E上的九个房间193之间的信号分 布。在输入范围中，信号是被相控阵天线190拦截的并且被主相控 阵天线191接收。一组相控阵天线192a-192r发射和接收该信号。 如图1E所示，信号是穿过房间墙壁来被发射和接收的，例如，当 该信号从相控阵天线192b发射到相控阵天线192e时，同时穿过墙 壁194。高频辐射的相对低衰减提供了穿过普通房间墙壁(诸如混 凝土、夹板、粘土砖、玻璃等)的能力。例如，由典型的混凝土墙 壁所引起的5.8GHz信号的衰减大约为7dB。因此，单个主相控阵 天线和一组相控阵天线可以为整个楼层提供全部的无线覆盖。输出 范围是对称的，但是是在相反的方向上。
应当注意的是，相控阵天线192a-192r也适于用作转发器，以 便补偿信号沿其路径的衰减，同时，在本领域中通过一组转发器的 信号分布的技术是已知的，因此本文省略了对其的详细描述。
图2A示出了所分布的有源相控阵天线(APAA)(称作“相控 阵天线框架”)的辐射部200A，其包括位于长方形壳体205上的两 个一维微带辐射器阵列(称作“辐射器”)210、215，该壳体由具 有相关底座的介电基板组成。一维辐射器阵列由标记为A1至A4、 B1至B4的8个辐射器组成。每个辐射器均成形为六边形片，如辐 射器A1，230。每个辐射器都具有位于辐射器(A1至A4)的上顶 点的馈线235或位于辐射器(如B 1至B4)的下顶点的馈线245(将 电磁波传送至或从辐射器传送电磁波的I/O端口)。通过仿真示出了 辐射器的六边形形状，以在发射增益和/或接收增益方面提供比正方 形辐射器或圆形辐射器更好的结果，并且对于相邻的辐射器之间的 相同的距离，还借此提供他们之间更好的隔离。
在本发明的示例性实施例中，辐射器馈线的布置形成对称结 构。在第一个一维辐射器阵列中，辐射器的馈线位于六边形片的上 顶点，而在第二个一维辐射器阵列中，辐射器的馈线位于片的下顶 点。应当注意的是，辐射器馈线的这种对称布置任选地有助于改善 辐射图案的对称性。
天线尺寸取决于波的频率和基板的介电常数。作为一个实例， 在具有介电常数为6的基板上实施的60GHz的WPAN辐射器具有 大约一毫米量级的尺寸。这个简明的实施例使得本发明中描述的相 控阵天线包含在各种手持装置中诸如掌上电脑、个人数据组织者 (黑莓)、蜂窝电话、笔记本电脑等。
在本发明的示例性实施例中，为了达到具有仍然高功率密度的 更宽的覆盖角度，以与图2A所描述的装置进行通信，可以用相同 的物理辐射器阵列产生不同的辐射图案(称作“辐射模式”)。
任选地，天线200的多个辐射模式的产生是通过两个一维辐射 器阵列210、215之间的信号的相对相移来限定的。
在本发明的示例性实施例中，通过为两个一维辐射器阵列210 和215提供所需要的相位来限定第一辐射模式，以这种方式，在第 一个一维阵列的每个元件“A”与第二个一维阵列的对应元件“B” 之间不存在相位差。通过为两个一维辐射器阵列210和215提供所 需要的相位来限定第二辐射模式，以这种方式，在第一个一维阵列 的每个元件“A”与第二个一维阵列的对应元件“B”之间存在180 度的相位差。
应当注意的是，通过相同的辐射器来发射和接收是可行的，并 且这种辐射器有时是更有效的体系机构。然而在本发明的示例性实 施例中，在发射辐射器与接收辐射器之间是将发射和接收分开的。 可以在各种拓扑结构中执行用于发射和接收的不同辐射器的配置， 诸如，将两个不同的相控阵框架的功能分开，或可选择地，在相控 阵框架中限定用于发射的辐射器的子组，同时补偿子组用于接收。
应当注意的是，为了生成如上述所提及的两个辐射模式和当使 用如下文进一步描述的相控阵天线控制和驱动电路时，应当如图2A 所示的水平定位相控阵天线框架。
图2B示出了根据本发明的示例性实施例的相控阵天线收发器 的示意图，其中，发射和接收由两个单独的单元管理。如下文进一 步描述的，期望的是，将接收单元和发射单元分离，以当发射频率 相对较高时提供技术和经济优点。
接收和发射单元基本上具有相同的结构。图2B左侧示出了具 有发射辐射器A1T-A4T和B1T-B4T的发射单元。在图2B的右侧示 出了标记有A1R-A4R和B1R-B4R的接收辐射器。发射单元的馈线 标记有261a-264a和261b-264b，而接收单元的馈线标记有 265a-268a和265b-268b。
图2B还示出了硅芯片270-279之间的连接的示意图，这些硅 芯片包含提供天线控制(称作相控阵电路)的电子电路。
限定长度的微带线261a-268a、261b-268b是辐射器的馈线，并 且放置在介电基板(未示出)的上表面上。六边形片放置在与前一 个基板重叠的第二基板的上表面上，使得从馈线到片具有有效的电 磁转移。
在图2B中没有示出发射与接收单元的差别。然而，在发射单 元中，馈线261a-264a和261b-264b用于将电路270-274产生和处 理的载波传递到辐射器AIT-A4T、BIT-B4T，而在接收单元中，通 过辐射器A1R-A4R、B1R-B4R接收的信号被电路275-279产生和 处理的信号向下转换到基带。
参考上述，在本申请中详细描述图2B中限定为270-274和 265-279的电路。
图3A示出了由第一辐射模式所生成的辐射图案的侧截面图。 辐射图案310具有大约30度的垂直孔径312，其足够宽以覆盖以标 准的桌子高度放在家中或办公室中的典型的房间中的静态装置。波 束不意指以仰角方式调整，使得图3A的截面意指是直立的。
图3B是由第一辐射模式所生成的辐射图案320的俯视截面图。 辐射图案具有大约5度的水平孔径325。应当注意的是，窄的水平 波束孔径能够将功率聚集在具有低旁瓣水平的较窄的角中。波束意 指以方位调整，使得图3B的截面意指扫过宽的方位角。
图3C示出了由第二辐射模式所生成的辐射图案的侧截面图。 辐射图案具有两个主瓣330A和330B。在本发明的示例性实施例中， 第二辐射模式辐射与第一模式相同的功率量，但每个旁瓣的增益是 第一模式的增益的一半。然而，这种模式导致了所发射数据的广泛 传播分布(以及数据接收的宽角度)，以能够提供间接通信。在第 二辐射模式中生成的两个主瓣被指向地板和天花板，并且从天花板 和地板(以及从房间中的其它物体)反射的辐射的一部分到达目标 天线。
波束不意指以仰角调整，从而图3C的截面意指是固定的。
图3D示出了由第二辐射模式所生成的辐射图案的俯视截面 图。然而，在水平平面中，第一和第二辐射模式的辐射图案具有相 同的孔径，并且因此图3D示出了相同的几何形状。
波束意指以方位调整，从而图3D的界面意指扫过宽的方位角。
参考图2A：
当在辐射器A1-A4(图2A)和相应的B1-B4(图2A)的信号 具有0度相位差时，产生第一辐射模式(图3A和图3B)。
当在辐射器A1-A4(图2A)和相应的B1-B4(图2A)的信号 具有180度相位差时，产生第二辐射模式(图3C和图3D)。
图4是根据本发明的示例性实施例的用于给辐射器阵列提供载 波信号的基础电路的示例性图解。
当在相对低频率时，为接收(R/X)单元和发射(T/X)单元使 用相同的天线是商业上更有效的，在如60GHz的更高频率处，连接 至这个功能的电路涉及与小尺寸的辐射器阵列不相容的半导体不 动产(semiconductor real estate)，从而优选的是将T/X和R/X功能 分开在两个不同的子系统中。如下文将描述的，发射单元与接收单 元的物理结构之间的差别是较小的，仅只有的不同是功能的差别， 用于T/X 491i-491p的是上变频器而用于R/X491a-491h的是下变频 器。它们基本上都是相同的电路，但以不同的方式使用。上变频器 位于T/X功率放大器的输入端，而下变频器位于R/X低噪音放大器 的输出端。
电路使用振荡器单元405，其输出端提供给两个分开的单元 409、410。功率分配器409为R/X单元提供参考信号，而功率分配 器410为T/X单元提供参考信号。下面的描述将主要涉及R/X单元 -仅在存在基本差别的地方将描述扩展到T/X单元。然后，信号到 达第一级PSIPPO(相移双推式振荡器)420-421。本领域技术人员将 很容易地理解，在该级PSIPPO所确定的相移用于对波束进行调整。
接着，信号经过另一级分离元件430-431(功率分配器)，并且 继续到达第二级PSIPPO 435a-435d。本领域技术人员将很容易地理 解，在该级PSIOOP的所确定的相移用于对波束进行调整。在第一 级PSIPPO 420、421和第二级PSIPPO 435a-435d应用0度相移导 致基本为垂直的波束，其中，其对称轴垂直于天线表面。
在下一阶段，信号被传递到四个功率分配器440-443，并且接 着继续到达多功能块450-453。由于所提及的块具有相同的结构， 仅描述一个相移单元450。
块450由两个支路组成，每个支路都连接至辐射器495a和 495b。参考图2A，所提及的辐射器是A1和B1。支路484a将载波 信号传递到所连接的具有确定相位的混频器。第二支路480a-482a 将相同的信号传递到所连接的混频器，该混频器具有等于484a的 相位或将484a移动180度的相位，取决于开关480a和482a的位 置。用这种方式，辐射器阵列能够产生上文所描述的两个辐射模式。 任选地，发射线181a应用大于或小于180度的相移。下变频混频 器491a、491b得到分别在天线电路(antenna patch)495a、495b 中接收的信号，并且分别被低噪音放大器492a、492b放大，并且 分别产生输入信号490a、490b。
T/X路径不同于R/X路径，通过该R/X路径的混频器是上变频 混频器491i-491p，这些上变频混频器接收数据信号490i-490p并且 产生被放大器495i-495p放大之后的转向(go to)至天线电路 495i-495p的输出信号。
原则上，通过在每个混频器之前插入附加级的PSIPPO可以实 现两个支路之间的相位差，虽然这个解决方案包括更大数目的部 件。
应当理解的是，与电子开关480a-480h、482a-482h一样，延迟 元件481a-481h是简单且低成本的发射线。与用附加级的PSIPPO 的解决方案相比，电子开关和延迟元件的使用降低了成本和尺寸。
在另一个示例性实施例中，从分配器440到下变频混频器490a 的路径(并且所有的等价路径)还包括任选的相移路径，使得电路 能够被编程，以用于更多相移的组合。
在本发明的一些实施例中，WPAN相控阵天线系统通过使用相 等或不同数目的线性辐射器阵列可以在不只两个辐射模式之间切 换。
在本发明的一些实施例中，WPAN相控阵天线系统可以为一维 辐射器阵列提供大于或小于180度的相移。
在本发明的一些实施例中，WPAN相控阵天线系统可以包括多 于或少于两个的一维线性辐射器阵列。
在本发明的一些实施例中，WPAN相控阵天线系统可以包括除 线性辐射器阵列外的辐射器的各种组合。其中，这些辐射器的子组 通过参考任一参考子组与可编程的相移相关联。
在本发明的一些实施例中，WPAN相控阵天线系统可以包括辐 射模式，其中，方位角波束比在前文描述中所描述的一个方位角更 窄或更宽。
在本发明的一些实施例中，WPAN相控阵天线系统可以包括辐 射模式，其中，垂直波束孔径比在前文描述中所描述的一个孔径更 窄或更宽，并且其中垂直波束分布不同于在前文描述中所描述的形 式。
在本发明的一些实施例中，WPAN相控阵天线系统可以执行周 期水平天线调整，以搜索应该通过系统进行通信的发射装置。
根据本发明的示例性实施例，当运行WPAN相控阵天线系统 时，该系统在两个辐射模式之间进行切换。所述切换可以是周期性 的切换图案或任何所想要的图案。在本发明的一个示例性实施例 中，该系统能够改变切换图案以适应动态情况，例如，当接收或发 射资源加入或剩下由该系统所覆盖的区域时，或当需要不同需要和 优先权时。任选地，切换图案的改变提供了在覆盖一个区域先于另 一个区域的优先权，例如以为特定的客户装置增加带宽。
使用其中一维辐射器阵列之间的相移是零度或180°的辐射模 式能够使在图4中所示的WPAN标准相控阵系统中支持发射和接收 的电子电路简化。
应当理解的是，可以以很多方式来改变上文所描述的方法和系 统，所述方式包括省略或添加步骤、改变步骤的顺序和所用装置的 类型。应当理解的是，可以以不同的方式来组合不同的特征。具体 地，不是上述特定实施例中所示的所有特征对本发明的每个实施例 是必须的。上述特征的另外的组合也被认为是落在本发明的一些实 施例的范围内。
本领域的技术人员应当理解的是，本发明不限于本文上述具体 示出的和描述的。更合适地是，本发明的范围只由下述所附的权利 要求所限定。