(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）（ＲＦ）センサシステムであって、
複数の磁気抵抗センサであって、各磁気抵抗センサは、磁気抵抗素子の構成を含み、経時変化する外部磁場に応答して経時変化出力電圧を発生させるように適合される複数の磁気抵抗センサと、
前記複数の磁気抵抗センサに電気的に結合され、かつ、前記複数の磁気抵抗センサからの複数の経時変化出力電圧を受取り、組合せて、センサ出力電圧を生成するように適合されたコンバイナ回路と、
前記複数の磁気抵抗センサに磁気的に結合され、かつ、入射するＲＦ信号に応答して前記経時変化する外部磁場を伝えるように適合された構造と、
を備える、ＲＦセンサシステム。
【請求項２】
前記磁気抵抗素子の構成は、巨大磁気抵抗素子の構成を含む、請求項１に記載のＲＦセンサシステム。
【請求項３】
前記磁気抵抗素子の構成は、ホイートストンブリッジ回路の抵抗素子を形成する少なくとも４つの磁気抵抗素子を含むホイートストンブリッジ回路を含む、請求項１または２に記載のＲＦセンサシステム。
【請求項４】
前記少なくとも４つの磁気抵抗素子は、少なくとも１つの遮蔽された磁気抵抗素子を含む、請求項３に記載のＲＦセンサシステム。
【請求項５】
前記複数の磁気抵抗センサは、磁気抵抗センサのアレイを含む、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＲＦセンサシステム。
【請求項６】
前記コンバイナ回路は、前記複数の経時変化出力電圧のうちの少なくともいくつかを直列に組合せて、前記センサ出力電圧を発生させるように構成される、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＲＦセンサシステム。
【請求項７】
前記コンバイナ回路に電気的に結合され、かつ、前記センサ出力電圧を増幅するように適合された増幅器をさらに備える、請求項６に記載のＲＦセンサシステム。
【請求項８】
前記複数の磁気抵抗センサは、半導体基板上に形成される、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のＲＦセンサシステム。
【請求項９】
前記構造は前記複数の磁気抵抗センサ上に位置決めされている、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のＲＦセンサシステム。
【請求項１０】
前記構造は、導電性の網目構造を備える、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のＲＦセンサシステム。
【請求項１１】
前記複数の磁気抵抗センサに磁気的に結合され、かつ、導電性接地平面に入射するＲＦ信号に応答して前記経時変化する外部磁場を伝えるように適合された導電性接地平面をさらに備える、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のＲＦセンサシステム。
【請求項１２】
前記導電性接地平面は、航空機の外側カバーの一部を形成する、請求項１１に記載のＲＦセンサシステム。
【請求項１３】
前記複数の磁気抵抗センサおよび前記コンバイナ回路は、磁気抵抗センサアレイレベルの一部を形成し、前記ＲＦセンサシステムはさらに、
磁気抵抗センサアレイ層の第１の側に結合された外面層を備え、前記外面層は、前記磁気抵抗センサアレイ層を保護するように適合され、前記ＲＦセンサシステムはさらに、
前記磁気抵抗センサアレイ層の第２の側に結合された接触層を備え、前記接触層は、前記磁気抵抗センサアレイ層を電気的に絶縁するように適合され、前記ＲＦセンサシステムはさらに、
前記接触層に結合された接着剤層を備え、前記接着剤層は、前記構造に接着できるように適合される、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のＲＦセンサシステム。
【請求項１４】
電磁センサアレイの製造方法であって、
半導体基板上に複数の磁気抵抗センサであって、各磁気抵抗センサは、磁気抵抗素子の構成を含み、経時変化する外部磁場に応答して経時変化出力電圧を発生させるように適合されている複数の磁気抵抗センサを形成するステップと、
前記複数の磁気抵抗センサの上にルーティング回路であって、前記ルーティング回路は、前記複数の磁気抵抗センサの出力端子に電気的に結合され、前記ルーティング回路によって、前記複数の磁気抵抗センサによって生成された複数の経時変化出力電圧を組合せることができるルーティング回路を形成するステップと、
構造の上に入射する無線周波数信号に応答して前記経時変化する外部磁場を伝えるように適合された前記構造に、前記複数の磁気抵抗センサを物理的に結合するステップと、を備える方法。
【請求項１５】
前記複数の磁気抵抗センサを形成するステップは、
ホイートストンブリッジ回路として前記複数の磁気抵抗センサの各々を形成するステップを備え、前記ホイートストンブリッジ回路は、
直列に電気的に結合された第１の遮蔽されていない磁気抵抗素子および第１の遮蔽された磁気抵抗素子を備える第１の抵抗脚部と、
前記第１の抵抗脚部に並列に電気的に結合され、かつ、直列に電気的に結合された第２の遮蔽されていない磁気抵抗素子および第２の遮蔽された磁気抵抗素子を備える第２の抵抗脚部とを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
大規模集積回路として前記電磁センサアレイをパッケージングするステップをさらに備える、請求項１４または１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本明細書に記載する実施例は、概して、無線周波数（radio frequency）（ＲＦ）センサシステムおよび電磁センサアレイに関し、より特定的には、磁気抵抗素子を含むＲＦセンサシステムおよび電磁センサアレイ、ならびにそれらの製造および動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
無線周波数（ＲＦ）電子機器システムは一般に、通信、レーダー脅威警報、方向探知、および他の用途のために用いられる。多くのＲＦ電子機器システムは、関連付けられるアンテナシステムの重量、寸法および物理的外形に制限を規定する。たとえば、可動プラットフォーム（たとえば、航空機搭載プラットフォーム、車両搭載プラットフォーム、および人間によって運ばれるプラットフォーム）は特に、アンテナ、ならびに支持構造および処理電子機器などの、アンテナに関連付けられる他のシステム構成要素の物理的特徴に厳密な制限を規定し得る。アンテナの物理的特徴は、用いられる特定のアンテナ技術、アンテナがサポートするように設計される帯域幅、および他の要因次第で大きく変化し得る。たとえば、航空機搭載プラットフォームでは、一般に用いられるアンテナ技術として、フェーズドアレイアンテナシステム、弾性表面波（surface acoustic wave）（ＳＡＷ）ベースのアンテナシステム、およびモノポールまたはスロットアンテナシステムが挙げられる。
【０００３】
アンテナシステムは典型的に、関連付けられる装着および支持構造ならびに処理電子機器とともに、アンテナ素子自体を含む。アンテナシステムはまた、利得および指向性を大きくするために平面的な構成で配置されたアンテナ素子のアレイからなっていてもよい。ＲＦエネルギは、アンテナアレイに関連付けられる「スロット」を介して受取られることができる。スロットは、航空機搭載プラットフォームと併用されるときには、航空機の「外板」または外側カバーの表面を貫いて形成され得る。妥当な性能を達成するために、各受信アンテナ素子の面内寸法の大きさは典型的に、意図される帯域幅の最低周波数限度の少なくとも半波長の大きさであるように選択される。したがって、アンテナ素子の数が固定されているとすると、帯域幅下限が上がるにつれてアレイアンテナの全体的寸法は増大する。アレイアンテナのこれらの特徴のために、アレイアンテナは、アンテナの重量および大きさの仕様が制限的であるいくつかのプラットフォームに、ならびに外面の妨害物（たとえば、スロット）が望ましくない可能性があるプラットフォームに適さないまたは最適でない。これらの制約は、約１から１００メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲の周波数などのより低い周波数ではさらに深刻になる。
【０００４】
他の種類のシステムは、接地平面に入射するＲＦエネルギから発生する電流を伝えるように適合された接地平面を含んでいてもよい。これらのシステムのうちいくつかでは、アンテナは、システムの接地平面（たとえば、航空機の外側カバーの一部）に結合していてもよく、接地平面に流入する誘導電流から電力を引込んでもよい。これらの種類のシステムは、たとえば、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスおよび／またはモノポール（もしくはスロット）アンテナを含んでいてもよく、接地平面の上および接地平面に接触させて位置決めされる（または、裏面空洞（backing cavity）を有する接地平面の開口によって形成される）。これらの種類のアンテナは、いくつかのプラットフォーム上での使用には好適であるが、他のプラットフォームには適さないまたは最適でない可能性もある。たとえば、場合によっては、接地平面の上のアンテナの外形によって、望ましくない影響（たとえば、空気力学的効率の減少）が引起されることがある。
【０００５】
上記の理由で、制限的なプラットフォームの仕様の範囲内の物理的な寸法および外形を有しながら幅広い範囲の帯域幅をサポートできるアンテナ素子、アンテナおよびシステムを提供することが望ましい。加えて、接地平面に相当な物理的妨害物（たとえば、スロット）を含まないか、または構造（たとえば、裏面空洞もしくは突出しているモノポール素子）の修正がそれほど必要でないアンテナ素子、アンテナおよびシステムを提供することが望ましい。この発明の主題の実施例の他の望ましい機能および特徴は、添付の図面ならびに上記の技術分野および背景とともに、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から明らかになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概要
この発明の主題の実施例は、無線周波数（ＲＦ）センサシステムを含み、上記無線周波数（ＲＦ）センサシステムは、複数の磁気抵抗センサを有し、各磁気抵抗センサは、磁気抵抗素子の構成を含み、経時変化する外部磁場に応答して経時変化出力電圧を発生させるように適合され、上記ＲＦセンサシステムはさらに、複数の磁気抵抗センサに電気的に結合され、かつ、複数の磁気抵抗センサからの複数の経時変化出力電圧を受取り、組合せて、センサ出力電圧を生成するように適合されたコンバイナ回路を有する。さらなる実施例に従って、磁気抵抗素子の構成は、巨大磁気抵抗素子の構成を含む。さらなる実施例に従って、磁気抵抗素子の構成は、ホイートストンブリッジ回路の抵抗素子を形成する少なくとも４つの磁気抵抗素子を含むホイートストンブリッジ回路を含む。さらなる実施例に従って、少なくとも４つの磁気抵抗素子は、少なくとも１つの遮蔽された磁気抵抗素子を含む。さらなる実施例に従って、複数の磁気抵抗センサは、磁気抵抗センサのアレイを含む。さらなる実施例に従って、コンバイナ回路は、複数の経時変化出力電圧のうちの少なくともいくつかを直列に組合せて、センサ出力電圧を発生させるように構成される。
【０００７】
さらなる実施例に従って、ＲＦセンサシステムは、コンバイナ回路に電気的に結合され、かつ、センサ出力電圧を増幅するように適合された増幅器も含む。さらなる実施例に従って、複数の磁気抵抗センサは、半導体基板上に形成される。さらなる実施例に従って、ＲＦセンサシステムは、複数の磁気抵抗センサに磁気的に結合され、かつ、経時変化する外部磁場を伝えるように適合された構造も含む。さらなる実施例に従って、構造は導電性の網目構造を含む。
【０００８】
さらなる実施例に従って、ＲＦセンサシステムは、複数の磁気抵抗センサに磁気的に結合され、かつ、導電性接地平面に入射するＲＦ信号に応答して、経時変化する外部磁場を伝えるように適合された導電性接地平面も含む。さらなる実施例に従って、導電性接地平面は、航空機の外側カバーの一部を形成する。さらなる実施例に従って、複数の磁気抵抗センサおよびコンバイナ回路は、磁気抵抗センサアレイレベルの一部を形成し、ＲＦセンサシステムはさらに、磁気抵抗センサアレイ層の第１の側に結合された外面層を含み、外面層は磁気抵抗センサアレイ層を保護するように適合され、上記ＲＦセンサシステムはさらに、磁気抵抗センサアレイ層の第２の側に結合された接触層を含み、接触層は磁気抵抗センサアレイ層を電気的に絶縁するように適合され、上記ＲＦセンサシステムはさらに、接触層に結合された接着剤層を含み、接着剤層は、ＲＦセンサシステムを構造に接着できるように適合される。
【０００９】
別の実施例は、複数の磁気抵抗センサがアレイの構成で配置された電磁センサアレイを含み、各磁気抵抗センサは、ホイートストンブリッジ回路を形成する複数の磁気抵抗素子を含み、各磁気抵抗センサは、経時変化する外部磁場に応答して経時変化出力電圧を発生させるように適合される。さらなる実施例に従って、ホイートストンブリッジ回路は、第
１の遮蔽されていない磁気抵抗素子および第１の遮蔽された磁気抵抗素子が直列に電気的に結合された第１の抵抗脚部と、第１の抵抗脚部に並列に電気的に結合され、かつ、直列に電気的に結合された第２の遮蔽されていない磁気抵抗素子および第２の遮蔽された磁気抵抗素子を備える第２の抵抗脚部とを含む。さらなる実施例に従って、電磁センサアレイは、複数の磁気抵抗センサの出力端子に電気的に結合され、かつ、複数の磁気抵抗センサによって生成された複数の経時変化出力電圧を組合せることができるように適合されたルーティング回路も含む。さらなる実施例に従って、電磁センサアレイは、複数の磁気抵抗センサに電気的に結合され、かつ、複数の磁気抵抗センサからの複数の経時変化出力電圧を受取り、組合せて、センサ出力電圧を生成するように適合されたコンバイナ回路も含む。さらなる実施例に従って、電磁センサアレイは、コンバイナ回路に電気的に結合され、かつ、センサ出力電圧を増幅するように適合された増幅器も含む。
【００１０】
さらに別の実施例は、電磁センサアレイの製造方法を含み、上記方法は、半導体基板上に複数の磁気抵抗センサを形成するステップを含み、各磁気抵抗センサは、磁気抵抗素子の構成を含み、経時変化する外部磁場に応答して経時変化出力電圧を発生させるように適合され、上記方法はさらに、複数の磁気抵抗センサの上にルーティング回路を形成するステップを含み、ルーティング回路は、複数の磁気抵抗センサの出力端子に電気的に結合され、ルーティング回路によって、複数の磁気抵抗センサによって生成された複数の経時変化出力電圧を組合せることができる。さらなる実施例に従って、複数の磁気抵抗センサを形成するステップは、ホイートストンブリッジ回路として複数の磁気抵抗センサの各々を形成するステップを含み、上記ホイートストンブリッジ回路は、直列に電気的に結合された第１の遮蔽されていない磁気抵抗素子および第１の遮蔽された磁気抵抗素子を備える第１の抵抗脚部と、第１の抵抗脚部に並列に電気的に結合され、かつ、直列に電気的に結合された第２の遮蔽されていない磁気抵抗素子および第２の遮蔽された磁気抵抗素子を備える第２の抵抗脚部とを含む。さらなる実施例に従って、上記方法は、大規模集積回路として電磁センサアレイをパッケージングするステップも含む。
【００１１】
以下の図面の図とともに種々の実施例について以下で説明する。図中、同様の数字は同様の要素を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
詳細な説明
以下の詳細な説明は、本来は単なる例示であり、記載する実施例または記載する実施例の適用および用途を限定するように意図されない。さらに、前の技術分野、背景、簡単な概要または以下の詳細な説明に提示するいずれの表わされる理論または暗に示される理論によっても制約されるように意図されない。
【００１３】
この発明の主題の実施例は、磁気抵抗（magnetoresistive）（ＭＲ）素子を含む無線周波数（ＲＦ）センサ、センサアレイおよびセンサシステムを含む。実施例では、磁気抵抗素子は「巨大（giant）」磁気抵抗（ＧＭＲ）素子を含むが、ＭＲ素子は代替的に「壮大な（colossal）」磁気抵抗素子、「通常の」磁気抵抗素子、および／またはトンネリング磁気抵抗効果を示す他の磁気抵抗素子を含んでいてもよい。「ＭＲ素子」は、この用語を本明細書において用いるときには、少なくとも２つの強磁性層が非強磁性層（たとえば、２つの磁性薄膜の間にある銅などの導電性薄膜）を取囲んでいる薄膜構造を含む。非強磁性層の電気伝導は量子力学的トンネリングの結果であり、これらの構造は代替的には、磁気トンネリング接合および／またはスピントンネリング接合と称されてもよい。
【００１４】
ＭＲ素子は可変抵抗を有し得る。隣接する強磁性層の磁化軸が反平行である（すなわち、約０°以外の任意の角度で互いに対して向けられている）ときには、ＭＲ素子は、隣接する強磁性層の磁化軸が平行であるときよりも比較的高い電気抵抗によって特徴付けられ
得る。この抵抗変化は、強磁性層の磁化軸の平行または反平行の磁化状態に関連し、本明細書では「ＭＲ効果」と称され得る。抵抗変化は、強磁性層の磁化軸間の相対角度に関連し得る。平行磁化状態と反平行磁化状態との間の抵抗変化は、場合によってはおよそ約２０％までまたはそれ以上である可能性があり、磁化軸がおよそ反平行であるときに最も高い抵抗が概して生じ、磁化軸がおよそ平行であるときに最も低い抵抗が生じる。
【００１５】
図１は、この発明の主題の例示的な実施例に従う、隣接する強磁性層１０２、１０６の磁化軸が反平行磁化状態にあるＭＲ素子１００の略図である。ＭＲ素子１００の動作の説明を簡略化するために、すべての方向について、示すようにｘ、ｙおよびｚ座標系１２０を参照する。
【００１６】
ＭＲ素子１００は、実施例では、第１の強磁性層１０２と、非強磁性層１０４（たとえば、導電性層）と、第２の強磁性層１０６とを含む。他の実施例では、１つ以上の追加の強磁性層および／または非強磁性層がＭＲ素子に含まれていてもよい。実施例では、第１の磁気層１０２は、磁化軸の向きが実質的に固定されているという点で、「固定された」磁気層である。これは、たとえば隣接する永久磁石層（図示せず）、反強磁性層（図示せず）、または固定した向きにとどまるように第１の磁気層１０２の磁化軸を誘導する別の構造（図示せず）と交換的に接触させて第１の磁気層１０２を位置決めすることによって達成されてもよい。これに対して、第２の磁気層１０６は、外部磁場に晒されることに基づいて磁場の向きが回転し得るという点で、「自由な」磁気層である。
【００１７】
第１および第２の強磁性層１０２、１０６は、「磁気的に結合される」と称されてもよく、この用語を本明細書において用いるときには、核磁気モーメントがＲＫＫＹ結合（ルーダーマン−キッテル−カスヤ−ヨシダ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida）結合）と称される現象を通じて結合されるのに十分に第１および第２の強磁性層１０２、１０６が互いに物理的に近接しているときである。第１および第２の強磁性層１０２、１０６は、たとえば厚さが０．５〜１．５ナノメートル（ｎｍ）の範囲の強磁性層を含み得るが、他の実施例では強磁性層１０２、１０６はより厚いおよび／またはより薄くてもよい。第１および第２の強磁性層１０２、１０６は、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル／鉄の合金、および／またはそれらの組合せを含むがそれらに限定されない材料の群から選択される１つ以上の強磁性材料を含む実質的に同一のまたは異なる材料から形成され得る。
【００１８】
非強磁性層１０４は、第１の強磁性層１０２と第２の強磁性層１０６との間にスペーサを設けるように適合される。非強磁性層１０４は、たとえば厚さが１〜３ｎｍの範囲の導電性材料層を含み得るが、他の実施例では非強磁性層１０４はより厚い場合もあれば、より薄い場合もある。非強磁性層１０４は、銅（Ｃｕ）およびルテニウム（Ｒｕ）を含むがそれらに限定されない材料の群から選択される１つ以上の非強磁性の導電性材料から形成され得る。
【００１９】
非強磁性層１０４の厚さは、第１の強磁性層１０２と第２の強磁性層１０６との間にＲＫＫＹ結合が存在できる範囲の厚さである。実施例では、非強磁性層１０４の厚さは約０．２ｎｍ〜約５ｎｍの範囲内であるが、他の実施例では、非強磁性層１０４はより薄い場合もあれば、より厚い場合もある。実施例では、非強磁性層１０４の厚さは、十分に強い外部磁場（たとえば、経時変化する外部磁場）がない状態で第１の強磁性層１０２と第２の強磁性層１０６との間のＲＫＫＹ結合が反強磁性になるような厚さである。これは、十分に強い外部磁場がない状態では第１および第２の強磁性層１０２、１０６の磁化軸が反平行方向に整列することがエネルギ的に好ましいことを意味する。ＭＲ素子は、本明細書において、第１または第２の強磁性層１０２、１０６の磁化軸が外部磁場によって回転されないとき「中性磁化状態」にあると称され得る。ＭＲ素子は、本明細書において、第１または第２の強磁性層１０２、１０６の磁化軸が外部磁場によって回転されるとき「非中
性磁化状態」にあると称され得る。ＭＲ素子は、本明細書において、第１および第２の強磁性層（たとえば、層１０２、１０６）の磁化軸が（たとえば、図１に示すように）反平行方向に整列するとき「反平行磁化状態」にあると称され得る。ＭＲ素子は、本明細書において、ＭＲ素子の第１および第２の強磁性層の磁化軸が互いに垂直に向いているとき「垂直磁化状態」にあると称され得る。図１では、第１および第２の強磁性層１０２、１０６の反平行の磁化軸を、磁化矢印１０８、１１０の方向によって示す。これに対して、ＭＲ素子は、本明細書において、第１および第２の強磁性層の磁化軸が（たとえば、図２における矢印２０８、２１０によって示すように）実質的に平行方向に整列するとき「平行磁化状態」にあると称され得る。
【００２０】
ＭＲ素子１００は、第１および第２の強磁性層１０２、１０６の磁化軸間の相対角度に基づいて変化し得る電気抵抗によって特徴付けられる。所与の電圧ＶELEMENTをＭＲ素子１００の両端に印加すると、（電流は両方向であり得るので２方向の矢印１１２によって示される）電流はＭＲ素子１００を流れることができる。示す構成は「ＣＩＰ」（current in the plane）（面を流れる電流）種類のＭＲ素子と称され、この種類の素子では電流は層１０２、１０４および１０６の面を流れ、電圧はＭＲ素子１００の端部に印加される。別の実施例では、「ＣＰＰ」（current perpendicular to plane）（面に垂直な電流）種類のＭＲ素子を用いてもよく、この種類の素子では電流は層１０２、１０４および１０６の面に垂直に流れ、電圧はＭＲ素子の上部および底部に印加される。両方の種類のＭＲ素子は、外部磁場に晒されると同様の挙動を示す。ＭＲ素子１００の両端の電流の大きさはＭＲ素子１００の抵抗に依存し、したがって、第１および第２の強磁性層１０２、１０６の磁化軸間の相対角度に依存する。第１および第２の強磁性層１０２、１０６が反平行磁化状態にあるとき、ＭＲ素子１００の電気抵抗は、第１および第２の強磁性層１０２、１０６が平行磁化状態にあるときの電気抵抗と比較して、比較的高い。したがって、第１および第２の強磁性層１０２、１０６が反平行磁化状態にあるときのＭＲ素子１００を通る電流の大きさは、第１および第２の強磁性層１０２、１０６が平行磁化状態にあるときの電流の大きさと比較して、小さい。実施例では、第１および第２の強磁性層１０２、１０６の磁化軸の相対角度（したがって、ＭＲ素子１００の抵抗）は、ＭＲ素子１００を外部磁場（図１には図示せず）に晒すことに基づいて変更され得る。
【００２１】
図２は、例示的な実施例に従う、隣接する強磁性層１０２、１０６が平行磁化状態にある図１のＭＲ素子１００の略図である。図２では、矢印２０２によって示す磁束方向を有する外部磁場が存在する。たとえば、磁束方向は、矢印２０２によって示すように負のｘ軸に沿っていてもよい。外部磁場が十分に強いとき、自由な磁気層１０６の磁化軸は、外部磁場の磁束方向におよそ平行の方向に整列するように回転し得る。自由な磁気層１０６の磁化軸の向きを矢印２１０によって示し、この方向は（たとえば、負のｘ軸に沿った）外部磁場の磁束方向におよそ平行である。上述のように、平行状態にあるＭＲ素子１００（図２）の抵抗は、反平行状態にあるＭＲ素子１００（図１）の抵抗よりも小さいであろう。これによって、印加電圧ＶELEMENTが同じであるとすると、ＭＲ素子１００を通る電流は結果として高くなり得る。
【００２２】
実施例では、各ＭＲ素子（たとえば、図１のＭＲ素子１００）は、外部磁場に依存する可変抵抗を有する抵抗回路素子としてシステムで用いられてもよい。外部磁場が時間とともに変化するので、ＭＲ素子の抵抗も変化し、経時変化出力電圧が発生し得る。「ＭＲセンサ」は、この用語を本明細書において用いるときには、経時変化する外部磁場が存在する状態で経時変化出力電圧を発生させるように適合されたＭＲ素子の構成を含む。
【００２３】
図３は、例示的な実施例に従うＭＲセンサ３００の簡略化された回路図である。実施例では、ＭＲセンサ３００は、電気的に結合されてホイートストンブリッジ構成を形成する４つのＭＲ素子３０１、３０２、３０３、３０４を含む。したがって、２つのＭＲ素子３
０１、３０２の第１の組が直列に電気的に結合されて第１の抵抗脚部３０６を形成し、２つのＭＲ素子３０３、３０４の第２の組が直列に電気的に結合されて第２の抵抗脚部３０８を形成し、第１の脚部３０６および第２の脚部３０８同士は並列に接続される。本明細書において用いられるように、「電気的に結合される」という用語は、直接的な電気的接続を有すること、ならびに／または１つ以上の導体および／もしくは電気部品（たとえば、ディスクリート部品および／もしくはデバイス）を含み得る経路を介した電気的接続を有することを意味する。
【００２４】
入力端子３１０と接地（または他の基準）との間の第１および第２の脚部３０６、３０８の両端に入力電圧ＶINを印加すると、第１および第２の脚部３０６、３０８の中間点端子３１４、３１６の間に出力電圧ＶOUTが発生する。キルヒホッフの回路の法則に従って、ＶOUTは以下の式１（Ｅｑｕ．１）に従って導き出すことができる。
【００２５】
【数１】
0005416927.tif 000002
【００２６】
ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４はそれぞれ、任意の所与の時間におけるＭＲ素子３０１〜３０４の抵抗値である。
【００２７】
実施例では、各抵抗脚部３０６、３０８の一方のＭＲ素子が外部磁場に晒され、各抵抗脚部３０６、３０８の他方のＭＲ素子が外部磁場から遮蔽される。より具体的には、実施例では、第１および第２の抵抗脚部３０６、３０８の中間点の両側のＭＲ素子の第１の対が外部磁場に晒され、第１および第２の抵抗脚部３０６、３０８の中間点の他方の両側のＭＲ素子の第２の対が外部磁場から遮蔽される。たとえば、ＭＲ素子３０１および３０４は外部磁場に晒され得るが、ＭＲ素子３０２および３０３は外部磁場から遮蔽され得る。ＭＲ素子の抵抗が外部磁場に基づいて変化し得るので、ＭＲ素子３０１および３０４の抵抗は外部磁場の関数として変化し得る。これらのＭＲ素子３０１、３０４は、本明細書において、「遮蔽されていない」ＭＲ素子と称され得る。逆に、遮蔽のために、ＭＲ素子３０２および３０３の抵抗は外部磁場の関数として変化することができない。これらのＭＲ素子３０２、３０３は、本明細書において、「遮蔽された」ＭＲ素子と称され得る。代替的な実施例では、異なる数のＭＲ素子および／またはＭＲ素子の異なる組合せが遮蔽されない場合もあれば、遮蔽される場合もある。たとえば、実施例では単一のＭＲ素子を遮蔽しなくてもよく、残りのＭＲ素子を遮蔽してもよく、または逆の場合もあり得る。さらに他の代替的な実施例では、遮蔽されたＭＲ素子のうちのいくつかまたはすべてをディスクリート抵抗器と置き換えてもよい。
【００２８】
実施例では、ＭＲ素子３０１〜３０４は実質的に同様の構造を有し、各ＭＲ素子３０１〜３０４は、固定された磁気層（たとえば、図１の第１の磁気層１０２）と、自由な磁気層（たとえば、第２の磁気層１０６）とを含む。実施例では、隣接するＭＲ素子３０１〜３０４の固定された磁気層（たとえば、図１の層１０２）は、矢印３２１、３２２、３２３、３２４によって示すように、実質的に反対方向の磁化軸を有する。別の実施例では、隣接するＭＲ素子３０１〜３０４の固定された磁気層は同一方向であってもよい。
【００２９】
ＭＲ素子３０１〜３０４は、固定された磁気層および自由な磁気層の磁化軸の相対方向がすべて同一状態（たとえば、垂直磁化状態、反平行磁化状態または平行磁化状態）にあるときには実質的に等しい抵抗値を有し得る。実施例では、実質的に垂直な磁化状態は中性磁化状態であるが、他の実施例では、中性磁化状態は、別の反平行磁化状態または平行磁化状態であり得るだろう。中性磁化状態での抵抗は本明細書においてＲとして表わされ
、最高抵抗状態（たとえば、反平行磁化状態）と最低抵抗状態（たとえば、平行磁化状態）との間のＭＲ素子の抵抗の最大差異は本明細書においてΔＲとして表わされる。したがって、平行磁化状態では、ＭＲ素子３０１〜３０４の抵抗はＲ−ΔＲとして表わされ得る。実施例では、中性磁化状態にあるＭＲ素子３０１〜３０４の抵抗は約１ｋΩ（キロオーム）〜約１０ｋΩの範囲の抵抗であり、約５ｋΩの抵抗が好ましい。他の実施例では、ＭＲ素子３０１〜３０４の抵抗は上記の所与の範囲よりも高い場合もあれば、低い場合もある。
【００３０】
実施例では、ＭＲ素子３０１〜３０４のすべてが中性磁化状態（たとえば、垂直磁化状態）にあるとき、抵抗は実質的に等しい。Ｅｑｕ．１に従って、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が実質的に等しいとき、ＶOUT＝０ボルト（Ｖ）である。本明細書において用いられるように、「中性センサ電圧」とは、すべてのＭＲ素子３０１〜３０４が同一の中性磁化状態にある（たとえば、固定された磁化層および自由な磁化層の磁化軸間の角度が実質的に等しい）ときに発生する出力電圧を指す。中性磁化状態から離れるように（たとえば、平行磁化状態に向かって）遮蔽されていないＭＲ素子３０１および３０４の状態を変更するのに十分な外部磁場に晒されると、遮蔽されていないＭＲ素子３０１および３０４の抵抗を低減することができ、したがって、遮蔽されていないＭＲ素子３０１および３０４の抵抗は、遮蔽されたＭＲ素子３０２および３０３の抵抗に等しくなくなる。たとえば、垂直磁化状態が中性磁化状態であるとき、および遮蔽されていないＭＲ素子３０１および３０４の状態が平行磁化状態に回転されるとき、遮蔽されていないＭＲ素子３０１および３０４の抵抗はＲ−ΔＲに低減される。Ｅｑｕ．１に従って、遮蔽されていないＭＲ素子３０１および３０４が平行磁化状態にあり、遮蔽されたＭＲ素子３０２および３０３が垂直磁化状態にあるとき、ＶOUTは以下のとおりに決定され得る。
【００３１】
【数２】
0005416927.tif 000003
【００３２】
遮蔽されていないＭＲ素子３０１および３０４が非中性磁化状態（たとえば、平行磁化状態）にあり、固定されたＭＲ素子３０２および３０３が中性磁化状態（たとえば、垂直磁化状態）にあるときに発生する出力電圧は、本明細書において、「アクティブセンサ電圧」と称され得る。
【００３３】
上述のように、外部磁場の変化は、ＭＲ素子（たとえば、遮蔽されていないＭＲ素子３０１および３０４）の状態を中性磁化状態から非中性磁化状態に変化させるのに十分であり得る。図３に示す回路の場合、この状態変化は、中性センサ電圧（たとえば、すべてのＭＲ素子が垂直磁化状態にあるとき）からアクティブセンサ電圧（いくつかのＭＲ素子が平行磁化状態にあるとき）への出力電圧ＶOUTの検出可能な変化をもたらし得る。たとえば、出力電圧の検出可能な変化は、上で説明したように、０ＶからΔＲ／（２Ｒ−ΔＲ）Ｖであり得る。たとえば、ＶIN＝５Ｖであり、Ｒ＝５ｋΩであり、ΔＲ＝５００Ωであるとき、ＶOUTは約０Ｖの中性センサ電圧から約２６０ミリボルト（ｍＶ）のアクティブセンサ電圧に変化し得る。他の実施例では、出力電圧の検出可能な変化は、異なる中性センサ電圧値およびアクティブセンサ電圧値によって示されてもよく、この中性センサ電圧値およびアクティブセンサ電圧値は、とりわけ、ＭＲセンサ回路の両端の電圧差、ＭＲセンサ回路の構成、中性磁化状態と非中性磁化状態との間の各ＭＲ素子の抵抗の差異（たとえば、ΔＲ）、ならびに／またはＭＲセンサ回路の中の遮蔽されていないＭＲ素子および（もしあれば）遮蔽されたＭＲ素子の数に依存する。
【００３４】
外部磁場の有無を検知するために、ＭＲセンサ３００などの単一のＭＲセンサおよび本明細書に記載する他の実施例を用いてもよい。別の実施例では、互いに近接して複数のＭＲセンサを（たとえば、平面的なアレイの構成で）位置決めすることによって、および複数のＭＲセンサの出力電圧を組合せることによって外部磁場の有無を検知するために複数のＭＲセンサを用いてもよい。本明細書において用いられるように、「ＭＲセンサアレイ」は、互いに物理的に近接して位置決めされた複数のＭＲセンサを含む。実施例では、ＭＲセンサアレイ内の複数のＭＲセンサによって生成された出力電圧は追加の回路によってまとめられる。これについては以下でより詳細に説明する。
【００３５】
図４は、例示的な実施例に従う電磁センサアレイ４００を形成する複数のＭＲセンサ４０２についての構成の上面図である。実施例では、アレイ４００は、行４０４および列４０６の状態で配置された複数のＭＲセンサ４０２を含む。各ＭＲセンサ４０２は、外部磁場の有無に基づいて変化し得る抵抗を有する少なくとも１つのＭＲ素子を含む。実施例では、各ＭＲセンサ４０２は、外部磁場の有無に基づいて変化する大きさを有する出力電圧を発生させるように適合される。各ＭＲセンサ４０２は、たとえば図３に関連して示しかつ記載するセンサなどのＭＲセンサを含んでいてもよい。
【００３６】
実施例では、ＭＲセンサ４０２は、集積回路基板などの共通の基板４０８上に形成され、パッケージングされたデバイス（たとえば、大規模集積回路または他のデバイス）の一部を形成し得る。ＭＲセンサ４０２は、たとえば従来の半導体製造手法を用いて基板上に形成されてもよい。実施例では、各ＭＲセンサ４０２の高さおよび幅は約３〜５ミクロンの範囲内であるが、他の実施例では、いくつかのまたはすべてのＭＲセンサ４０２がより大きな寸法を有する場合もあれば、より小さな寸法を有する場合もある。実施例では、アレイ４００の全体的な高さ４１４および幅４１６はたとえば約３００〜５００ミクロンの範囲内であり得るが、他の実施例では、全体的な高さ４１４および幅４１６はより大きい場合もあれば、より小さい場合もある。
【００３７】
実施例では、アレイ４００は、磁場を伝えるように適合された構造４２０も含む。限定としてではなく例として、構造４２０は、複数の導電性ワイヤまたはトレース４２２、接地平面、磁束集中器、ならびに／または磁場および／もしくは電流を伝えるように適合された別の種類の構造からなる網目構造を含んでいてもよい。実施例では、構造４２０は、複数のＭＲセンサ４０２の上に位置決めされ、複数のＭＲセンサ４０２に近接して磁場を集中させるように機能する。たとえば、分解されたセクション４２４に示すように、構造４２２は、ＭＲセンサ４０２の上に位置決めされた導電性ワイヤまたはトレース４２２を含んでいてもよい。実施例では、絶縁層（図示せず）がＭＲセンサ４０２と構造４２０との間に位置決めされ得る。
【００３８】
示すアレイ４００は、ＭＲセンサ４０２の複数の行４０４および列４０６を含む。種々の実施例では、アレイはＭＲセンサのＭ個の行およびＮ個の列を含んでいてもよく、ＭおよびＮは等しい場合もあれば、等しくない場合もあり、１０から１０００の間の整数であり得る。他の実施例では、アレイはより多くの行および／または列を含んでいる場合もあれば、より少ない行および／または列を含んでいる場合もある。さらに他の実施例では、ＭＲセンサ４０２は、異なるパターン（たとえば、同心円、互い違いになった行、または他のパターン）で配置されてもよく、または不規則な構成で配置されてもよい。実施例では、アレイ４００を実質的に平面的な構成で配置することができ、これは、アレイ４００の遮蔽されていないＭＲ素子（たとえば、図３の遮蔽されていないＭＲ素子３０１および３０４）のうちのいくつかまたはすべての自由な磁気層（たとえば、図１の自由な磁気層１０６）が同一方向に向いている、および／または実質的に同一平面上にあることを意味する。
【００３９】
実施例では、各ＭＲセンサ４０２は少なくとも４つの端子を含む。「入力端子」と称される端子のうちの２つは、センサの両端に入力電圧（たとえば、図３のＶIN）を供給するように適合される。「出力端子」と称される他の２つの端子は、センサから出力電圧（たとえば、図３のＶOUT）を供給するように適合される。実施例では、各ＭＲセンサ４０２の出力端子は、複数の出力電圧を直列に組合せてアレイ出力信号を発生させるように電気的に接続され得る。他の実施例では、ＭＲセンサ４０２は、アレイ出力信号を発生させるために他の構成で（たとえば、並列の構成、および／または並列／直列の構成の組合せで）電気的に接続されてもよい。次いで、アレイ出力信号は、センサシステムの他の部分によって増幅、フィルタリング、処理、および／または分析され得る。
【００４０】
実施例では、１つ以上のＭＲセンサアレイ（たとえば、アレイ４００）が電磁センサシステムに組入れられ得る。このようなシステムでは、１つ以上のＭＲセンサアレイは、磁場を伝えるように適合された構造に近接して位置決めされてもよく、１つ以上のＭＲセンサアレイは、磁場の経時変化の性質に対応する経時変化アレイ出力信号を発生させ得る。たとえば、図６に関連してより詳細に記載するように、１つ以上のＭＲセンサアレイは、１つ以上のＭＲセンサを担持するようにおよび構造（たとえば、航空機の外面部分）に対して１つ以上のＭＲセンサを所定の位置に保持するように適合されたアップリケなどの可撓性または非可撓性の取付手段と結合されてもよい。別の実施例では、１つ以上のＭＲセンサアレイは無線周波数（ＲＦ）センサシステムに組入れられてもよい。このようなシステムでは、１つ以上のＭＲセンサアレイは、経時変化する磁場を伝えるように適合された構造に近接して（たとえば、アップリケまたは他の取付手段を介して）位置決めされてもよく、経時変化する磁場は、構造に入射する経時変化ＲＦ信号によって発生し得る。したがって、ＭＲセンサアレイは経時変化する磁場に対応する経時変化アレイ出力信号を生成するように適合され得るが、入射する経時変化ＲＦ信号に応答して経時変化する磁場を発生させるように適合された構造を含むことによって、ＲＦセンサシステムがもたらされる。
【００４１】
図５は、例示的な実施例に従うＲＦセンサシステム５００の簡略化されたブロック図である。ＲＦセンサシステム５００は、複数のＭＲセンサ（たとえば、アレイ）５０２と、コンバイナ回路５０４と、増幅器５０６（たとえば、低雑音増幅器）と、ダウンコンバータ５０８と、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ５１０と、少なくとも１つのプロセッサ５１２とを含む。センサシステム５００は、外部磁場５２２のキャリアとして機能し得る構造５２０に近接して配備され得る。たとえば、構造５２０は、導電性の平面構造（たとえば、航空機の外側カバーの一部）、接地平面、および／または電場を伝えるように適合された別の種類の構造を含んでいてもよい。絶縁膜などの絶縁体５２３が構造５２０とＭＲセンサ５０２との間に施され得る。加えて、磁束集中器５２５が構造５２０とＭＲセンサ５０２との間に位置決めされ得る。たとえば、磁束集中器５２５は、実施例では、磁場を伝えるおよび／または集中させるように適合された構造（たとえば、図４の構造４２０）を含み得る。他の実施例では、磁束集中器５２５は、導電性ワイヤまたはトレースの集まり（たとえば、複数の平行および／または垂直なワイヤまたはトレース）、導電性の網目構造、および／または磁場から磁束を集中させるように適合された別の種類の構造を含んでいてもよい。さらに他の実施例では、磁束集中器５２５をシステムから除外してもよい。実施例では、外部磁場５２２は、経時変化する外部ＲＦ信号５２４によって構造５２０の中で発生し得る。限定としてではなく例として、外部ＲＦ信号５２４は、通信信号、レーダー信号、および／または別の種類の広帯域もしくは狭帯域ＲＦ信号を含んでいてもよい。
【００４２】
実施例では、センサシステム５００のセンサ部５３０は、外部磁場５２２に基づいて、および／したがって外部磁場５２２を発生させた外部ＲＦ信号５２４に基づいて、アナログアレイ出力信号５３２を発生させるように適合される。実施例では、センサ部５３０は
、複数のＭＲセンサ５０２と、コンバイナ回路５０４と、種々のパッケージングおよび他の電気的または構造的構成要素とを含む。単に例示の目的で６つのＭＲセンサ５０２を図５に示す。センサ部５３０は、より多くのＭＲセンサ５０２を含んでいる場合もあれば、より少ないＭＲセンサ５０２を含んでいる場合もある。センサ部５３０は、ＭＲセンサ５０２の出力端子（たとえば、図３の端子３１４、３１６）に電気的に結合されたルーティング回路も含み得る。実施例では、ルーティング回路は、ＭＲセンサ５０２によって生成された複数の経時変化出力電圧を組合せることができるように適合される。
【００４３】
センサ部５３０は、ＭＲセンサ５０２が構造５２０に磁気的に結合されるように配備され得る。たとえば、特定の応用例では、センサ部５３０は航空機の外側カバーの外面および／または外面に取付けられた別の構造（たとえば、磁束集中器５２５および／または絶縁体５２３）と接触させて配備されてもよい。外部ＲＦ信号５２４が構造５２０に入射すると、外部磁場５２２は構造５２０および存在する場合には磁束集中器５２５内で発生し得る。外部磁場５２２の大きさが十分に大きいときには、ＭＲセンサ５０２のうちのいくつかまたはすべてが中性磁化状態から非中性磁化状態に変化し得る。したがって、ＭＲセンサ５０２のうちのいくつかまたはすべては、アクティブセンサ電圧を表わすセンサ出力電圧５４０を発生させ得る。実施例では、アクティブセンサ電圧５４０の各々は、信号線によって処理部５５０に伝えられるアナログアレイ出力信号５３２を発生させるようにコンバイナ回路５０４によって組合せられ得る。実施例では、センサ部５３０は構造５２０の第１の側（たとえば、外面側）の上に位置決めされることができ、処理部５５０はその他の場所に（たとえば、構造５２０の内部側の下に）位置決めされることができる。アレイ出力信号５３２を伝えるように適合された信号線は、構造５２０の比較的小さな貫通部を貫いて延在し得る。
【００４４】
センサシステム５００の処理部５５０は、アナログアレイ出力信号５３２を増幅、処理、および／または分析するように適合され得る。実施例では、処理部５５０は、増幅器５０６と、ダウンコンバータ５０８と、Ａ／Ｄコンバータ５１０と、少なくとも１つのプロセッサ５１２とを含む。処理部５５０は、センサ部５３０に近接してまたはセンサ部５３０から離れたところに配備され得る。たとえば、上述の航空機の例では、処理部５５０は、航空機の外側カバーの下の内部空洞などの航空機の内部部分または離れた場所（たとえば、コックピット）に配備されてもよい。
【００４５】
増幅器５０６は、たとえば低雑音増幅器を含んでいてもよい。増幅器５０６は、アナログアレイ出力信号５３２を増幅して、増幅されたアレイ出力信号５５１を発生させるように適合される。ダウンコンバータ５０８は、増幅されたアレイ出力信号５５１を受取り、ダウンコンバートするように適合される。種々の実施例では、ダウンコンバータ５０８は、増幅されたアレイ出力信号５５１を中間周波数または基底帯域に変換してもよい。Ａ／Ｄコンバータ５１０は、ダウンコンバートされたアレイ出力信号５５２を受取るように、および信号をデジタルアレイ出力信号５５３に変換するように適合される。少なくとも１つのプロセッサ５１２は、デジタルアレイ出力信号５５３を受取り、処理するように適合される。処理は、限定としてではなく例として、デジタルアレイ出力信号５５３から情報を抽出すること、デジタルアレイ出力信号５５３内に含まれる情報をパケット化および／もしくはルーティングすること、デジタルアレイ出力信号５５３の有無および／もしくは内容に基づいて他の情報を生成すること、デジタルアレイ出力信号５５３に関連する情報を表示および／もしくは記憶すること、ならびに／またはデジタルアレイ出力信号５５３を別の方法で処理することを含んでいてもよい。
【００４６】
上述のように、センサシステムのセンサ部（たとえば、センサ部５３０）は、関連付けられるＭＲセンサ（たとえば、ＭＲセンサ５０２）が構造（たとえば、構造５２０）に磁気的に結合されるように配備され得る。磁気結合とともに、センサ部を構造に物理的に結
合することが望ましいであろう。物理的な結合はいくつかの異なる方法でなされ得る。特定の実施例では、１つ以上のセンサ部および／またはセンサアレイは、構造に物理的に結合、接着または別の方法で取付けられることができるアップリケの一部を形成してもよい。本明細書において用いられるように、「アップリケ」という用語は、１つ以上のＭＲセンサ部（たとえば、ＭＲセンサアレイ）の、１つ以上のセンサ部を担持し１つ以上のセンサ部を構造に物理的に結合するための手段との組合せを指す。
【００４７】
図６は、例示的な実施例に従う、構造６０４と物理的に結合された、アップリケを実現したＭＲセンサ６０２の一部の簡略化された断面側面図である。構造６０４は、たとえば航空機の外側カバーの一部を形成する導電性接地平面などの、磁場を伝えるように適合された構造をたとえば含み得る。実施例では、アップリケを実現したＭＲセンサ６０２は、ＭＲセンサアレイ層６０６と、接触層６０８と、接着剤層６１０と、外面層６１２とを含む。種々の実施例では、アップリケを実現したＭＲセンサ６０２の種々の層６０６、６０８、６１０、６１２の各々は、可撓性である場合もあれば、剛性である場合もある。層６０６、６０８、６１０、６１２がすべて可撓性であるときには、アップリケを実現したＭＲセンサ６０２は構造６０４の表面に適合し得る。
【００４８】
実施例では、ＭＲセンサアレイ層６０６は１つ以上のＭＲセンサアレイ（たとえば、図４のＭＲセンサアレイ４００）を含み、１つ以上のＭＲセンサアレイの各々は別個の基板上に形成され得る。ＭＲセンサアレイ層６０６が複数のＭＲセンサアレイを含むときには、複数のＭＲセンサアレイの出力は、実施例では、複数のＭＲセンサアレイから単一のセンサ出力を発生させるように（たとえば、直列に、並列にまたは組合せられた構成で）ともに電気的に結合され得る。
【００４９】
実施例では、外面層６１２はＭＲセンサアレイ層６０６の一方の側に結合され得る。外面層６１２は、ＭＲセンサアレイ層６０６が環境に晒されると生じる可能性がある物理的損害および／または環境的損害からＭＲセンサアレイ層６０６を保護するように適合される。加えて、外面層６１２は、ＭＲセンサアレイ層６０６の１つ以上のＭＲセンサアレイのキャリアとして機能し得る。実施例では、外面層６１２は、たとえばポリウレタンおよび／または他の好適な材料などの耐久性のある絶縁性材料からなる１つ以上の膜または層から形成され得る。
【００５０】
接触層６０８は、ＭＲセンサアレイ層６０６の、外面層６１２とは反対の側に物理的に結合され得る。実施例では、接触層６０８はＭＲセンサアレイ層６０６と構造６０４との間を電気的に絶縁するように適合される。接触層６０８は、たとえばポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、および／または他の絶縁膜もしくは層などのたとえば絶縁材料からなる１つ以上の膜または層を含み得る。接着剤層６１０は、アップリケを実現したＭＲセンサ６０２を構造６０４に接着できるように適合される。実施例では、接着剤層６１０は、接触層６０８の表面上に散布された感圧性接着剤を含む。
【００５１】
実施例では、アップリケを実現したＭＲセンサ６０２は、構造６０４とＭＲセンサアレイ層６０６との間に導電性を与えるように適合された１つ以上の電気接点６１４も含み得る。種々の実施例では、電気接点６１４は、１つ以上の「ファズボタン（fuzz button）」、導電性ビア、または他の導電性構造を含んでいてもよい。
【００５２】
実施例では、経時変化ＲＦ信号に応答する経時変化する磁場を検知するために単一のセンサアレイが配備され得る。別の実施例では、経時変化する磁場を検知するために複数のセンサアレイを配備してもよく、複数のセンサアレイからの出力はセンサシステム内で組合せられてもよい。たとえば、複数のセンサアレイは互いに非常に近接しておよび／または離れた場所に配備されてもよく、複数のセンサアレイの出力はセンサシステムによって
組合せられ、処理されてもよい。たとえば、航空機の応用例では、センサアレイを航空機上の種々の場所に配備してもよく、センサアレイの出力はセンサシステムの共通の処理部に送信されてもよい。
【００５３】
図７は、例示的な実施例に従う、航空機７０２上に配備されたＲＦセンサシステム７００の斜視図である。ＲＦセンサシステム７００は、航空機７０２上の種々の場所に位置決めされた複数のセンサアレイ７０４を含む。たとえば、１つ以上のセンサアレイ７０４を各場所に配備してもよい。アレイ出力信号（たとえば、図５のアナログアレイ出力信号５３２）は次いで、有線式接続、無線式（たとえば、ＲＦ）接続および／または光学的接続７０６を介してＲＦセンサシステム７００の１つ以上の処理部７０８（たとえば、図５の処理部５５０）に送信され得る。１つ以上の処理部は、受取ったアレイ出力信号を組合せるおよび／または相互に関連させることができ、他の機能を行なうこともできる。たとえば、１つ以上の処理部は航空機のコックピットに近接して位置していてもよい。
【００５４】
図８は、例示的な実施例に従うＲＦセンサシステムの製造および配備方法のフローチャートである。この方法は、ブロック８０２において、共通の基板（たとえば、図４の基板４０８）上にＭＲセンサのアレイ（たとえば、図４のＭＲセンサ４０２のアレイ４００）を形成することによって開始し得る。ＭＲセンサアレイは、従来の集積回路製造手法を用いて製造されてもよい。製造は、（たとえば、１つ以上の堆積およびエッチングプロセスを通じて）複数の多層構造を形成することを含み得て、複数の多層構造の各々はホイートストンブリッジ回路（たとえば、図３の回路３００）などのＭＲセンサ回路を形成し得る。実施例では、多層構造は、固定された強磁性素子（たとえば、図１の第１の強磁性層１０２）を含む少なくとも１つの層、少なくとも１つの非強磁性層（たとえば、図１の非強磁性層１０４）、および自由な強磁性素子（たとえば、図１の第２の強磁性層１０６）を含む少なくとも１つの層を含み得る。加えて、多層構造は、固定された強磁性素子の磁化軸を固定した方向に固定するように適合された少なくとも１つの永久磁石層を、固定された強磁性素子に近接して含み得る。
【００５５】
ブロック８０４において、複数のＭＲセンサの上にルーティング回路を形成することができ、ルーティング回路は、複数のＭＲセンサの出力端子（たとえば、図３の端子３１４、３１６）に電気的に結合された導電性トレースの１つ以上の層を含む。実施例では、ルーティング回路は、複数のＭＲセンサによって生成された複数の経時変化出力電圧を組合せることができるように適合される。ルーティング回路は、とりわけ電力、接地および他の信号を伝えるための導電性トレースを有する１つ以上の層も含んでいてもよい。
【００５６】
実施例では、製造は、ブロック８０６において、ルーティング回路を介して受取られたＭＲセンサの出力を組合せるように適合されたコンバイナ回路にＭＲセンサアレイを相互接続することも含み得る。ブロック８０８において、ＭＲセンサアレイおよび／またはコンバイナ回路の上に磁束集中器構造（たとえば、図４の構造４２０）を位置決めし得る。ブロック８１０において、実施例では、従来の集積回路パッケージング手法を用いて、ＭＲセンサアレイは集積回路パッケージ（たとえば、大規模集積回路パッケージ）にパッケージングされ得る。
【００５７】
ブロック８１２において、ＭＲセンサアレイのうちの１つ以上を、経時変化する磁場を伝えるように適合された構造に物理的に結合し得る。たとえば、ＭＲセンサアレイは、アップリケまたは他の装置に結合されてもよく、アップリケまたは他の装置は次に構造（たとえば、図５の構造５２０）の上に物理的に結合される。実施例では、絶縁層（たとえば、図５の絶縁層５２３）をＭＲセンサアレイと構造との間に位置決めし得る。ＭＲセンサアレイを構造の上に結合するために、ＭＲセンサアレイは構造に対して向けられ、その結果、遮蔽されていないＭＲ素子（たとえば、図３のＭＲ素子３０１、３０４）が構造に磁
気的に結合される。次いで、（上述のように）アップリケを用いて、または代替的にはブレース、接着剤および／または他の結合機構を用いて、ＭＲセンサアレイは構造に留められ得る。
【００５８】
ブロック８１４において、ＭＲセンサアレイをＲＦシステムの他の部分に電気的に結合する。たとえば、電気コネクタ、光学コネクタおよび／またはＲＦコネクタが、ＭＲセンサアレイとＲＦシステムの他の部分（たとえば、図５の処理部５５０）との間に結合されてもよい。次いで、この方法は終了し得る。
【００５９】
ＲＦセンサシステム、電磁センサアレイ、およびそれらの製造方法の実施例について記載してきた。例示的な実施例はＲＦセンサシステムを含み、上記ＲＦセンサシステムは複数のＭＲセンサを有し、各ＭＲセンサは、ＭＲ素子の構成を含み、経時変化する外部磁場に応答して経時変化出力電圧を発生させるように適合される。ＲＦセンサシステムは、複数のＭＲセンサに電気的に結合され、かつ、複数のＭＲセンサからの複数の経時変化出力電圧を受取り、組合せて、センサ出力電圧を生成するように適合されたコンバイナ回路も含む。別の例示的な実施例は、複数のＭＲセンサがアレイの構成で配置された電磁センサアレイを含み、各ＭＲセンサは、ホイートストンブリッジ回路を形成する複数のＭＲ素子を含み、各ＭＲセンサは、経時変化する外部磁場に応答して経時変化出力電圧を発生させるように適合される。さらに別の例示的な実施例は、電磁センサアレイの製造方法を含み、上記方法は、半導体基板上に複数のＭＲセンサを形成するステップを含み、各ＭＲセンサは、ＭＲ素子の構成を含み、経時変化する外部磁場に応答して経時変化出力電圧を発生させるように適合される。上記方法は、複数のＭＲセンサの上にルーティング回路を形成するステップも含み、ルーティング回路は、複数のＭＲセンサの出力端子に電気的に結合され、ルーティング回路によって、複数のＭＲセンサによって生成された複数の経時変化出力電圧を組合せることができる。
【００６０】
この発明の主題の実施例は、従来のアンテナシステムよりも有利な点を１つ以上有し得る。たとえば、この発明の主題の実施例は、帯域幅に関係なく、伝統的なフェーズドアレイアンテナ、ＳＡＷベースのアンテナまたはモノポールベースのアンテナよりも大幅に小さな寸法に尺度決めされ得る電磁センサアレイを提供できる。加えて、種々の実施例に組入れられたＭＲ素子の元来ミスマッチな動作は、実質的に照射場（たとえば、システム接地平面）からの電力の引込みを無くす。したがって、実施例に従う電磁センサアレイは、従来のアンテナよりも大幅に小さくてもよく、したがって、従来のアンテナよりも大幅に小さなエリアに設置することができ、より低い物理的外形を有することができ、および／または大幅に重量を少なくすることができる。
【００６１】
航空機と併用されるＭＲセンサアレイおよびＭＲセンサシステムの例を上に挙げてきた。これらの例は、この発明の主題を航空機に適用することに限定するように意図されるものではない。その代わりに、種々の実施例のＭＲセンサアレイおよびＭＲセンサシステムは、幅広い用途で用いることができる。上記の詳細な説明では少なくとも１つの例示的な実施例を提示してきたが、膨大な数の変形例が存在することを理解すべきである。例示的な実施例は単に例であり、記載する実施例の範囲、利用可能性または構成を限定するように意図されるものでは決してないことも理解すべきである。むしろ、上記の詳細な説明は、例示的な実施例を実現するための都合のよい指針を当業者に提供する。添付の特許請求の範囲およびその法的等価物に述べられる範囲から逸脱することなく要素の機能および構成をさまざまに変更できることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明の主題の例示的な実施例に従う、隣接する強磁性層の磁化軸が反平行磁化状態にある磁気抵抗（ＭＲ）素子の略図である。
【図２】例示的な実施例に従う、隣接する強磁性層の磁化軸が平行磁化状態にある図１のＭＲ素子の略図である。
【図３】例示的な実施例に従うＭＲセンサの簡略化された回路図である。
【図４】例示的な実施例に従う電磁センサアレイを形成する複数のＭＲセンサの上面図である。
【図５】例示的な実施例に従うＲＦセンサシステムの簡略化されたブロック図である。
【図６】例示的な実施例に従う、ＲＦセンサのアップリケ実現の一部の簡略化された断面側面図である。
【図７】例示的な実施例に従う、航空機上に配備されたＲＦセンサシステムの斜視図である。
【図８】例示的な実施例に従うＲＦセンサシステムの製造および配備方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
５０２  磁気抵抗センサ、５０４  コンバイナ回路、５２２  外部磁場、５４０  センサ出力電圧
【図１】
0005416927.tif 000004
【図２】
0005416927.tif 000005
【図３】
0005416927.tif 000006
【図４】
0005416927.tif 000007
【図５】
0005416927.tif 000008
【図６】
0005416927.tif 000009
【図７】
0005416927.tif 000010
【図８】
0005416927.tif 000011