(57)【要約】  アンテナシステムは、金属ベースプレートと、ベースプレートの前面に配置され、そこから離れるように延びるアンテナ素子と、グランドプレーンを備え、ベースプレートに隣接して熱接触する回路基板と、電力増幅器およびＩ／Ｏコネクタを備える、回路基板上の複数の電気部品と、ベースプレートと分離しており、平行であり、対向し、回路基板は、ベースプレートと支持板との間に配置される、金属支持板と、回路基板上のＩ／Ｏコネクタと嵌合し、且つ、回路基板をマスターボードに電気的に接続するＩ／Ｏコネクタを備えるマスターボードであって、マスターボードは回路基板と支持板との間に配置され、回路基板に信号を送るための信号経路を含む、マスターボードと、を備える。
2019507519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナモジュールと、
熱伝導性の支持板と、
前記支持板上に設けられるマスターボードであって、前記マスターボードは、前記複数のアンテナモジュールに信号を送るための信号経路を含み、且つ、複数のＩ／Ｏコネクタを含み、前記複数のアンテナモジュールが前記マスターボードに電気的に接続されている、前記マスターボードと、
を備え、
前記複数のアンテナモジュールの各アンテナモジュールは、
前面および背面を有する熱伝導性のベースプレートと、
複数の熱伝導性のスタンドオフと、
前記ベースプレートの前記前面に配置され、且つ、前記ベースプレートの前記前面から離れるように延びるアンテナ素子と、
前面および背面を有する回路基板であって、前記回路基板の前記背面にグランドプレーンを備え、前記回路基板の前記グランドプレーンは、前記ベースプレートの前記背面に隣接して熱接触している、回路基板と、
前記回路基板に取り付けられた複数の電気部品であって、前記複数の電気部品は、前記マスターボード上の複数のＩ／Ｏコネクタのうち対応するＩ／Ｏコネクタと嵌合するＩ／Ｏコネクタを備えることで、前記回路基板を前記マスターボードに電気的に接続している、複数の電気部品と、
前記ベースプレートと熱接触する電力増幅器であって、送信信号を用いて前記アンテナ素子を駆動する、電力増幅器と、
を備え、
前記複数のアンテナモジュールの各アンテナモジュールの前記複数の熱伝導性のスタンドオフは、該アンテナモジュールの前記ベースプレートを前記支持板に熱接続させていることを特徴とする、アンテナシステム。
【請求項２】
前記電力増幅器は前記ベースプレートに直接取り付けられている、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項３】
前記電力増幅器は前記回路基板に取り付けられている、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項４】
前記複数のアンテナモジュールは互いに同一である、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項５】
前記複数のアンテナモジュールの各アンテナモジュールは複数のアンテナを備える、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項６】
前記支持板および前記複数のアンテナモジュールの前記ベースプレートは金属製である、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項７】
前記マスターボードは前記複数のスタンドオフが通過する複数の穴を備えることで、前記複数のアンテナモジュールの前記ベースプレートを前記支持板に熱接続させる、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項８】
前記マスターボードは受動電気部品のみを備える、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項９】
前記複数のアンテナモジュールおよび前記マスターボードを覆い、且つ、保護する、ＲＦ透過レドームを更に備える、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項１０】
前記支持板に熱接続されたヒートシンクアッセンブリを更に備え、前記ヒートシンクアッセンブリは、前記複数のアンテナモジュール内の前記回路基板によって生成される熱を消散させる、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項１１】
前記ヒートシンクアッセンブリは、対流的に熱を消散させる複数の金属フィンを備える、請求項１０に記載のアンテナシステム。
【請求項１２】
前記マスターボード上の前記信号経路は、前記複数のアンテナモジュールの各アンテナモジュールにおける前記回路基板に、ＩＦ信号および局部発振器信号を送るためのものである、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項１３】
前記複数のアンテナモジュールの各アンテナモジュールにおける前記回路基板はプリント配線板である、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項１４】
前記マスターボードはプリント配線板である、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項１５】
アンテナモジュールを備えるアンテナシステムであって、
前記アンテナモジュールは、
前面および背面を有する熱伝導性のベースプレートと、
複数の熱伝導性のスタンドオフと、
前記ベースプレートの前記前面に配置され、且つ、前記ベースプレートの前記前面から離れるように延びるアンテナ素子と、
前面および背面を有する回路基板であって、前記回路基板の前記背面にグランドプレーンを備え、前記回路基板の前記グランドプレーンは、前記ベースプレートの前記背面に隣接して熱接触する、回路基板と、
前記回路基板に取り付けられた複数の電気部品であって、Ｉ／Ｏコネクタを備える、複数の電気部品と、
前記ベースプレートと熱接触する電力増幅器であって、送信信号を用いて前記アンテナ素子を駆動する、電力増幅器と、
を備え、
前記アンテナシステムは、
前面および背面を有する熱伝導性の支持板であって、前記支持板の前記前面は、前記ベースプレートの前記前面と分離しており、平行であり、且つ、対向し、前記回路基板は、前記ベースプレートと前記支持板との間に配置される、支持板と、
前記回路基板上の前記Ｉ／Ｏコネクタと嵌合し、且つ、前記回路基板をマスターボードに電気的に接続するＩ／Ｏコネクタを備えるマスターボードであって、前記マスターボードは前記回路基板と前記支持板の前記前面との間に配置され、前記回路基板に信号を送るための信号経路を含む、マスターボードと、
を更に備え、
前記複数の熱伝導性のスタンドオフは、前記ベースプレートを前記支持板に熱接続させることを特徴とするアンテナシステム。
【請求項１６】
前記電力増幅器は前記ベースプレートに直接取り付けられている、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項１７】
前記電力増幅器は前記回路基板に取り付けられている、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項１８】
前記ベースプレートおよび前記支持板は金属製である、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項１９】
前記支持板に熱接続されたヒートシンクアッセンブリを更に備え、前記ヒートシンクアッセンブリは、前記回路基板によって生成される熱を消散させる、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項２０】
前記ヒートシンクアッセンブリは、対流的に熱を消散させる複数の金属フィンを備える、請求項１９に記載のアンテナシステム。
【請求項２１】
前記マスターボードは前記複数のスタンドオフが通過する複数の穴を備えることで、前記ベースプレートを前記支持板に熱接続させる、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項２２】
前記回路基板の背面と前記ベースプレートの背面と間に挟まれる熱伝導材料を更に備える、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項２３】
前記熱伝導材料は熱伝導性のガスケットである、請求項２２に記載のアンテナシステム。
【請求項２４】
前記マスターボード上の前記信号経路は、前記回路基板にＩＦ信号および局部発振器信号を送るためのものである、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項２５】
前記アンテナモジュールおよび前記マスターボードを覆い、且つ、保護する、ＲＦ透過レドームを更に備える、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項２６】
前記マスターボードは受動電気部品のみを備える、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項２７】
前記マスターボードは前記支持板に取り付けられている、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項２８】
前記回路基板はプリント配線板である、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【請求項２９】
前記マスターボードはプリント配線板である、請求項１５に記載のアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９（ｅ）条の下、２０１５年１２月２９日に出願された「Ａ  Ｌｏｗ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｉｎ  ａ  Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ」という名称の米国仮特許出願第６２／２７２，２０１号の利益を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本開示は、概して、セルラまたは無線ローカルエリアネットワーク等において使用されるようなフェーズドアレイに関し、より詳細には、そのようなフェーズドアレイの熱管理に関する。
【背景技術】
【０００３】
フェーズドアレイは、自由空間においてビーム放射パターンを生成し、選択的通信チャネルの形成を可能にする。フェーズドアレイは、複数のアンテナを、一般的に無線周波数（ＲＦ）信号の２分の１波長分ずつ互いに離間して、平面上に格子状に配置することにより形成される。フェーズドアレイは、アンテナの各々に与えられるＲＦ信号の位相と振幅を調整することにより、所望の方向に放射パターンを生成することができる。これらの調整により、発せられる無線ＲＦ信号は、特定の方向において増強され、他の方向において抑制される。同様に、フェーズドアレイは、他の方向から届く無線ＲＦ信号を抑制しながら、自由空間の好ましい方向からの無線ＲＦ信号の受信を強化するために用いることができる。到来するＲＦ信号は、フェーズドアレイによって捕捉された後、位相および振幅が調整されて結合されることで、自由空間の所望の領域から受信されたＲＦ信号については増強し、自由空間の望ましくない領域から受信されたＲＦ信号については抑制する。無線ビームは電子的に操作されて通信チャネルを送受信し、これにより、アンテナの位置または方向を機械的に調整する必要がなくなる。
【０００４】
フェーズドアレイでは、アレイを形成する複数のアンテナが一斉に動作するオーケストレーション（orchestration）が求められる。コーポレートフィードネットワークは、フェーズドアレイを形成する複数のアンテナの各々に、ある一つのＲＦ信号と同一のコピーを送ることにより、フェーズドアレイにそのタイミングを与える。平面領域上に複数のアンテナを均一に配置することにより、フェーズドアレイは、Ｘ方向およびＹ方向の両方向においてるＲＦ信号の搬送波周波数の数波長分に亘って延びる平坦な表面領域を有するものになる。例えば、正方形の平面領域に配置された１００個のアンテナを備えるフェーズドアレイであれば、各方向にＲＦ搬送波周波数の５波長分に等しい辺寸法を有するであろう。
【０００５】
電力増幅器（ＰＡ）は、個別パッケージや集積回路部品の中にパッケージされており、送信信号がアンテナに渡される前に増幅する。電力増幅器（ＰＡ）は、半導体チップ内に造り込まれる。その後、チップはパッケージされ、システム内のプリント配線板（ＰＷＢ）上に実装される。ＰＡ用の回路基板は、積層体の非導電性の層の間に貼り合わされた１つまたはそれ以上の金属シートを備えるＰＷＢである。いくつかの金属シートは、対応する回路図に示されるようにパターン化されて、集積回路部品と他の個別部品との端子を電気的に接続する配線相互接続ネットワークを形成する。また、他の金属シートは、ヒートスプレッダとして使用されることがあり、回路基板の平面に沿って横方向に熱を拡散させる。集積回路部品は、ＰＷＢの一方の表面にパッケージされ、半田付けされるか、または、ベアダイとしてＰＷＢに表面実装された後、ＰＷＢの表面にワイヤボンディングされるか、半田バンプされ得る。
【０００６】
フェーズドアレイの電力増幅器は、高いピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を有する信号を処理するように設計されている。そのようなＰＡは、ピーク電力比で線形的に動作するように設計されている。しかし、そうすることで、信号が平均電力比を有する場合に、ＰＡの電力効率が低下する。ピーク電力比が生じるのは、一般的には稀なことである。従って、ＰＡが常に線形的に動作することを確実にするため、信号が平均電力比を有する場合、ＰＡは、散逸が大きい熱損失を生じさせることになる。１つのＰＡは、２５Ｗ以上の熱を生成し得る。１００個のアンテナを備えるフェーズドアレイは、２５００Ｗも生成し得る。対照的に、１つのアンテナを駆動する電流基地局のＰＡは、１００Ｗ程度しか散逸しない。
【０００７】
アンテナおよびフェーズドアレイの電気部品は、雨、雪などの気象条件からアンテナを保護するため、密閉環境に配置される。しかし、アンテナおよび電気部品を保護するために用いられる密閉環境は、アンテナが搭載されたＰＷＢから発生する熱の排出をも妨げてしまう。これにより、フェーズドアレイシステムの過熱による問題が生じる可能性がある。
【発明の概要】
【０００８】
概して、一態様において、本発明は、前面および背面を有する熱伝導性のベースプレートと、複数の熱伝導性のスタンドオフと、上記ベースプレートの前面に配置され、且つ、上記ベースプレートの前面から離れるように延びるアンテナ素子と、前面および背面を有する回路基板であって、該回路基板の背面にグランドプレーンを備え、該回路基板のグランドプレーンは、上記ベースプレートの背面に隣接して熱接触する、回路基板と、該回路基板に取り付けられた複数の電気部品であって、Ｉ／Ｏコネクタを備える、複数の電気部品と、上記ベースプレートと熱接触する電力増幅器であって、送信信号を用いて前記アンテナ素子を駆動する、電力増幅器と、を備えるアンテナモジュールを備えるアンテナシステムを特徴付けるものである。該アンテナシステムは、前面および背面を有する熱伝導性の支持板であって、該支持板の前面は、上記ベースプレーの前面と分離しており、平行であり、且つ、対向し、上記回路基板は、上記ベースプレートと該支持板との間に配置される、支持板と、上記回路基板上の上記Ｉ／Ｏコネクタと嵌合し、且つ、上記回路基板をマスターボードに電気的に接続するＩ／Ｏコネクタを備えるマスターボードであって、該マスターボードは上記回路基板と上記支持板の前面との間に配置され、上記回路基板に信号を送るための信号経路を含む、マスターボードと、を更に備え、上記複数の熱伝導性のスタンドオフは、上記ベースプレートを上記支持板に熱的に接続する。
【０００９】
他の実施形態は、次の特徴を１つまたはそれ以上含む。上記電力増幅器は、ベースプレートに直接取り付けられている、または、上記回路基板に直接取り付けられている。上記ベースプレートおよび上記支持板は金属製である。上記アンテナシステムはまた、上記支持板に熱接続されたヒートシンクアッセンブリを備え、該ヒートシンクアッセンブリは、上記回路基板によって生成される熱を対流的に消散させる複数の金属フィンを備える。上記マスターボードは、上記複数のスタンドオフが通過する複数の穴を備えることで、上記ベースプレートを上記支持板に熱接続させる。上記アンテナシステムは、上記回路基板の背面と上記ベースプレートの背面と間に挟まれる熱伝導材料を更に備える。該熱伝導材料は、熱伝導性のガスケットである。上記マスターボード上の信号経路は、上記回路基板にＩＦ信号および局部発振器信号を送るためのものである。上記アンテナシステムはまた、上記アンテナモジュールおよび上記マスターボードを覆い、且つ、保護する、ＲＦ透過レドームを備える。該マスターボードは、受動電気部品のみを備える。該マスターボードは、上記支持板に取り付けられている。上記回路基板および上記マスターボードはプリント配線板である。
【００１０】
概して、本発明の他の一態様は、複数のアンテナモジュールと、熱伝導性の支持板と、該支持板上に設けられるマスターボードであって、該マスターボードは、上記複数のアンテナモジュールに信号を送るための信号経路を含み、且つ、複数のＩ／Ｏコネクタを含み、複数のアンテナモジュールが該マスターボードに電気的に接続されている、マスターボードと、を備え、上記複数のアンテナモジュールの各アンテナモジュールは、前面および背面を有する熱伝導性のベースプレートと、複数の熱伝導性のスタンドオフと、該ベースプレートの前面に配置され、且つ、該ベースプレートの前面から離れるように延びるアンテナ素子と、前面および背面を有する回路基板であって、該回路基板の背面にグランドプレーンを備え、該回路基板のグランドプレーンは、上記ベースプレートの背面に隣接して熱接触する、回路基板と、該回路基板に取り付けられた複数の電気部品であって、Ｉ／Ｏコネクタを備える、複数の電気部品と、上記ベースプレートと熱接触する電力増幅器であって、送信信号を用いて上記アンテナ素子を駆動する、電力増幅器と、を備えることを特徴付けるものである。上記複数の熱伝導性のスタンドオフは、上記アンテナモジュールのベースプレートを上記支持板に熱的に接続させる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、クロスポールアンテナの２つの例の斜視図を示す。
【図２】図２は、くの字型部分を有するモジュールグランドプレーンよりも上に配列されたクロスポールアンテナを示す。
【図３】図３は、モジュールグランドプレーンよりも下に配置された熱伝導ガスケットを示す。
【図４】図４は、熱伝導ガスケットよりも下に配置されたモジュール回路基板を示す。
【図５】図５は、共に接続されたモジュール回路基板および熱伝導ガスケットを示す。
【図６】図６は、モジュールグランドプレーンに接続されたクロスポールアンテナを示す。
【図７】図７は、共に接続されてモジュールを形成する４つの構成要素：クロスポールアンテナ、モジュールグランドプレーン、熱伝導ガスケット、およびモジュール回路基板を示す。
【図８】図８は、図７のＡ−Ａ’を含む垂直面に沿う断面図を示す。
【図９】図９は、モジュールの２つの例を示す。
【図１０】図１０は、共に結合されたモジュールの２つの例を示す。
【図１１】図１１は、モジュールとマスターボードの斜視図である。
【図１２】図１２は、モジュール、マスターボード、およびモジュール金属支持体の斜視図を示す。
【図１３】図１３は、モジュール金属支持体に接続されたマスターボードを示す。
【図１４】図１４は、モジュール金属支持体に接続されたモジュールを示す。
【図１５】図１５は、図１４のＢ−Ｂ’を含む垂直面に沿う断面図を示す。
【図１６】図１６は、フェーズドアレイの平面図を示す。
【図１７】図１７は、図１６における領域１６−１の拡大図を示す。
【図１８】図１８は、図１６における領域１６−２の拡大図を示す。
【図１９】図１９は、フェーズドアレイの一部を密閉するレドームと、露出したフィンからの対流熱流とを伴う、フェーズドアレイの平面図を示す。
【図２０】図２０は、図１９の領域１９−１の拡大図を示す。
【図２１】図２１は、より大きい空間Ａ−Ｂおよび露出したフィンからの対流熱流を有するフェーズドアレイの平面図を示す。
【図２２】図２２は、ＲＦ遮蔽された構成要素を含む空間Ａ―Ｂを伴う、図２１の領域２１−１の拡大図を示す。
【図２３】図２３は、図２１のＣ−Ｃ’を含む垂直面に沿う断面図を示す。
【図２４】図２４は、共に接続されてモジュールを形成する４つの構成要素：クロスポールアンテナ、モジュールグランドプレーン、熱伝導ガスケット、およびモジュール回路基板を備える、モジュールスタンドオフなしのモジュールを示す。
【図２５】図２５は、図２４の断面図である。
【図２６】図２６は、モジュールスタンドオフなしのモジュールの２つの例を示す。
【図２７】図２７は、共に結合された、モジュールスタンドオフなしがモジュールの２つの例を示す。
【図２８】図２８は、モジュールスタンドオフなしのモジュールおよびマスターボードの斜視図である。
【図２９】図２９は、モジュールスタンドオフなしのモジュール、マスターボード、および伝熱バーの斜視図を示す。
【図３０】図３０は、モジュールスタンドオフなしのモジュール、マスターボード、伝熱バー、および熱フィンを有するベースプレートの斜視図を示す。
【図３１】図３１は、共に結合された、モジュールスタンドオフなしのモジュール、マスターボード、伝熱バー、および熱フィンを有するベースプレートを示す。
【図３２】図３２は、フェーズドアレイの平面図を示す。
【図３３】図３３は、図３２の領域３２−１の拡大図を示す。
【図３４】図３４の（Ａ）は、垂直フィンを示すフェーズドアレイの背面図を示し、（Ｂ）は、周囲環境への熱移送を向上させるために斜めに配置されたフィンを示すフェーズドアレイの背面図を示す。
【図３５】図３５は、分割されたマスターボードが分電盤に接続されているフェーズドアレイの中央部における底面図を示す。
【図３６】図３６は、分割されたマスターボードが分電盤に接続されている別の実施形態のフェーズドアレイの中央部における底面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、クロスポールアンテナ１−１の２つの例の斜視図を示す。各クロスポールアンテナは、互いに直交する２つのダイポールアンテナを備える。例えば、セグメント１−２上のダイポールアンテナは、セグメント１−７上のダイポールアンテナと直交している。ダイポールアンテナ１−４の半分がセグメント１−２上に図示されている。ダイポールはセグメント１−７の背面側にあるため、セグメント１−７上のダイポールアンテナは、この図の方向からは見えない。右側のクロスポールアンテナは、互いに直交するセグメント１−８および１−９を備える。ダイポールは、セグメント１−８上で、Ｃ形状のパターン１−６および１−１０として見ることができる。セグメント１−８および１−９の底部の交差部に配置されているアンテナリード１−５は、クロスポールアンテナを駆動する。同様のアンテナリードが、左側のクロスポールアンテナについても、同様の位置に配置されている。取り付けブラケット１−３は、クロスポールアンテナをグランドプレーン表面に取り付けるために用いられる。正面視は、ダイポールアンテナ１−６および１−１０を示しており、これらは、アンテナセグメント１−８用の回路基板の表面にパターン形成された金属層から作製されている。このようなアンテナとして、現在知られている、または、今後開発される、ＲＦ信号を送信または受信する機能を有する、任意の適切なアンテナ、ダイポール、パッチ、マイクロストリップ等が用いられてよいことは、理解されるべきである。
【００１３】
図２は、クロスポールアンテナに対するモジュール金属板２−１の斜視図を示す。モジュール金属板は、少なくとも１つのモジュールスタンドオフ２−２および対応するモジュールフット２−５を備える。モジュールスタンドオフ２−２およびモジュールフット２−５は、くの字型（ドッグフット形状）を形成する。モジュールフットは、取り付けのために用いられる１組の穴２−３を備えている。モジュール金属板は、フロントエンド回路をアンテナリードに接続する電気リード用の穴２−４も備えている。穴２−４は、クロスポールアンテナのうちセグメント１−８上のアンテナに対応する１つのダイポールアンテナの入力ノードと位置合わせされている。クロスポールアンテナのうちセグメント１−９上のアンテナに対応する直交ダイポールアンテナ用の穴は、図を簡略化するために図示していない。同様に、「アンテナリード用の穴」は、クロスポールアンテナのうちセグメント１−７上のアンテナに対応する１つのダイポールアンテナの入力ノードと位置合わせされる。セグメント１−２上のアンテナに対応するこのクロスポールアンテナの直交ダイポールアンテナ用の穴は、図を簡略化するために図示していない。一般的に、穴は、各アンテナに関連付けられている。複数のアンテナには、モジュール金属板に対応する複数の穴が必要である。
【００１４】
モジュール金属板は、約３．１ｍｍの厚さを有するアルミニウムであるが、他の金属が代替物として用いられてもよい。熱伝導率が大きい金属の例には、銅、銀、亜鉛、ニッケル、鉄などが含まれるが、これらに限定されない。更に、金属合金も、このシステムの構築に用いることができる。くの字型部分は、モジュール金属板の先端を連続的に曲げることによって形成されてもよい。第１の曲部がスタンドオフ部分を形成し、スタンドオフ部分の先端の第２の曲部が、フットを形成する。スタンドオフおよびフットからなるくの字型構造は、くの字型部分を形成する別個の金属部品として提供されてもよく、その場合、ねじ、ナットおよびボルト等の締結手段や、導電性セメント等の組み合わせによってモジュール金属板に取り付けられる。
【００１５】
図３は、モジュール金属板に対する熱伝導ガスケット３−１の斜視図を示す。ガスケットの表面には、モジュール金属板の穴２−４およびクロスポールアンテナのアンテナリード１−５に位置合わせされる２つの穴３−２がある。いくつかの実施形態では、ガスケットは、２つの部品を一体的に固定するために、ペースト、接着剤、または金属性接着剤などで置き換えられてもよいし、締結具（ねじ、ボルトなど）により接続されてもよい。ガスケットは、導電性または絶縁性のいずれの電気特性を有していてもよい。ガスケットの使用は任意である。
【００１６】
図４は、ガスケット、モジュール金属板、およびクロスポールアンテナに対する、モジュール回路基板４−１の斜視図を示す。モジュール回路基板４−１は多層ＰＷＢ基板であり、集積回路、他の個別部品、およびその上に取り付けられたＩ／Ｏコネクタ４−２を備えている。クロスポールアンテナを駆動するために用いられる少なくとも１つの電力増幅器（ＰＡ）が、モジュール回路基板に搭載される。ＰＡの出力リードは、モジュール基板上で位置４−３においてアクセスされ得る。なお、ＰＡのアクセスポイント４−３は、穴３−２、穴２−４、およびアンテナリード１−５と位置合わせされている。多層ＰＷＢ基板は、ＰＷＢ上に、または可能であればＰＷＢ内に、少なくとも２つの目的を果たす１つまたはそれ以上の金属シートを備える。少なくとも２つの目的のうち、１つ目は、ＰＷＢの領域に亘って広がるグランドプレーンとしてであり、２つ目は、ＰＷＢ上に搭載されている電気部品によって発生された熱を横方向に移送するヒートスプレッダとしてである。
【００１７】
図５は、回路基板４−１の上面にガスケット３−１の底部があることを示す。図６は、モジュール金属板２−１へのクロスポールアンテナ１−１の取り付けを示し、４つのダイポールアンテナがモジュール金属板２−１に取り付けられていることを表わす。しかし、他の実装は、この特定の構成またはアンテナの数に限定されない。様々な実施形態は、モジュール金属板に取り付けられた１つまたはそれ以上のアンテナを含む。任意の２つのアンテナは、互いに直交して、平行に、または任意の向きに配置されてもよい。取り付けブラケット１−３は、留め具を用いて、アンテナをモジュール金属板に接続する。なお、アンテナリード１−５は、モジュール金属板２−１の穴２−４およびガスケットの穴３−２と位置合わせがなされる。他の実施形態では、ガスケットを完全に省いてもよい。代わりに、ＰＷＢのグランドプレーン金属は、２枚を一体に固定する締結具（ねじ、ボルトなど）を用いて、または、ペースト、接着剤、または金属性接着剤などを用いて、モジュール金属板接点に直接的に接続されてもよい。
【００１８】
図７は、モジュール金属板の底面にガスケットの上面を取り付けた後の完成品モジュール７−１を示す。ガスケットは、モジュール回路基板をモジュール金属板から電気的に絶縁することができる。しかし、ガスケットは、高い熱係数を有し、回路上の回路部品（特にＰＡ）によって生成された熱を、モジュール金属板に効率よく移送する。組み立て後のモジュールは、２つのクロスポールアンテナ、少なくとも１つのモジュールスタンドオフとモジュールフット、および少なくとも１つのＩ／Ｏコネクタを備える。このようなモジュール７−１は、フェーズドアレイを構成する基礎的要素として用いられる。図７は、フェーズドアレイ用の一つのモジュールの一例を示す。モジュール設計および組み立てについての情報、モジュールの電気的および構造的特性、ならびにモジュールフェーズドアレイの他の部品の他の形態に関する説明については、２０１５年７月２２日に出願された「Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ」という名称の米国仮特許出願第６２／１９５，４５６号を参照されたく、その全内容は参照により本明細書に組み入れられる。Ａ−Ａ’を含む垂直面に沿う矢視７−２が、図８に示される。
【００１９】
図８は、Ａ−Ａ’を含む垂直面におけるモジュールの側方断面図７−２を示す。セグメント１−８および１−９を含む右側のクロスポールアンテナは、穴８−１の上に両セグメントの交点が位置合わせされる。モジュール金属板２−１の穴２−４、ガスケット３−１の穴３−２、およびＰＡの出力リード４−３に対応するモジュール回路基板４−１の穴が位置合わせされて、最終的な穴８−１が構成される。穴８−１は、モジュール金属板の一方の側に位置するアンテナのリードと、ＰＷＢについて上記モジュール金属板の他方の側に位置するＰＷＢに搭載されたＰＡの出力リードとの間に、開口部を形成する。金属配線８−２は、絶縁誘電体カバーに覆われ、または、露出したままで、ＰＡの出力リードをアンテナの入力リードに接続するために用いられる。電線および穴は、約５０オームのインピーダンスで特徴付けられる同軸電気配線を形成するのに適切な寸法を有する。一実施形態では、金属配線は、ＰＷＢの上面のリードに半田付けされ、金属配線の他端は、アンテナのリードに半田付けされる。代替的な実施形態として適しているものであれば、金属配線を一端または両端で接続する他の方法を用いてもよい。例として、圧着コネクタ、プラグおよびソケットコネクタ、ブレードコネクタなどが挙げられる。
【００２０】
フェーズドアレイ内のＰＷＢに関連する電気部品の一部または全ては、ＲＦシールドを用いて遮蔽される。フェーズドアレイの電気システム（アンテナ、ＰＡ出力リード）は大量の電磁放射を生成し、この電磁放射は近くにある電気部品によってピックアップされる可能性がある。ＲＦシールドは、これらの電気部品の近くに配置される金属カバーであり、漂遊電磁放射射からこれらの部品を絶縁する。ＲＦシールドは、電気部品の密閉環境を形成しようとする。ＲＦシールドは、電磁放射がこれらの密閉された電気部品の通常の動作を妨げることを阻止する。
【００２１】
セグメント１−７および１−２を含む左側のクロスポールアンテナは、同様に、モジュール回路基板４−１に電気的に結合される。モジュール回路基板４−１は、ガスケット３−１に接触する露出した銅層を有する。回路基板の反対側には、少なくとも１つのＰＡ８−３、集積回路８−４、個別部品、および少なくとも１つのＩ／Ｏコネクタ（図示略）が、表面に設けられている。ガスケットは可撓性材料であり、スルーホールなどによる製造工程によって生じる、製造されたＰＷＢのグランドプレーン側の不均一な高さのばらつきを補うのに役立つ。他の実施形態では、ガスケットを完全に省いてもよい。代わりに、ＰＷＢのグランドプレーン金属は、２枚を一体に固定する締結具（ねじ、ボルトなど）を用いて、あるいは、ペースト、接着剤、または金属性接着剤などを用いて、モジュール金属板に直接接続してもよい。
【００２２】
別の実施形態では、ＰＡは、モジュール金属板２−１に直接（図示略）取り付けられる。一実施形態では、ＰＷＢは、ＰＡの集積回路が挿入されてモジュール金属板に直接取り付けることができる開口を有する。ＰＡによって生成された熱は、集積回路を通ってモジュール金属板へ熱を伝導する。ＰＡの集積回路は、熱伝導性接着剤またはペーストを用いて、モジュール金属板に接着される。ワイヤボンドまたはタブアタッチメントは、ＰＷＢとＰＡの入力／出力パッドとの間で電気信号を伝える。ＰＡの出力端子は、穴８−１を介してアンテナに接続される。
【００２３】
図９は、並べられた２つのモジュール７−１の斜視図を示す。図１０は、部品モジュール１０−１を形成する２つのモジュール７−１の配置を示す。図１１は、マスターボード１１−１に対する部品モジュール１０−１の斜視図を示す。マスターボードは、中間周波数（ＩＦ）信号および局部発振器（ＬＯ）信号を複数の部品モジュールに送る（この特定の例示的な実施形態では、受動電気部品のみを含み、能動電気部品は含まない）。より具体的には、マスターボードは、１つまたはそれ以上のＬＯ信号および出力ＩＦ信号を、マスターボード上の少なくとも１つのソース位置からこのコネクタを介して全てのモジュールに分配し、モジュールから受信した１つまたはそれ以上の入力ＩＦ信号を、コネクタを介してマスターボード上の少なくとも１つのシンク位置に分配し、分配ネットワークには、コーポレートフィードネットワークまたは双方向シグナリング（ＢＤＳ）ネットワークのいずれかを用いる。ＢＤＳネットワークは、ＢＤＳがシリアルリンク分配であるため、コーポレートフィードネットワークと比較した場合、ソースと宛先との間の全体的な伝送回線長と信号損失を低減する。ＢＤＳネットワークの説明については、例えば、２０１４年２月６日に公開された「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉ−ｐｏｉｎｔ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ  Ｌｏｃａｌ  ｃａｒｒｉｅｒｓ」という名称の米国特許出願公開第２０１４／００３７０３４号を参照されたく、その全内容は参照により本明細書に組み入れられる。
【００２４】
マスターボードは、露出した金属により裏面が覆われたＰＷＢである。部品モジュールのＩ／Ｏコネクタ４−２は、マスターボード１１−１に配置された嵌合インターフェース１１−２と位置合わせされる。嵌合インターフェース１１−２は雄コネクタであり、Ｉ／Ｏコネクタ４−２は雌コネクタであるが、これらの雄／雌コネクタの位置は交換してもよい。Ｉ／Ｏコネクタがマスターボードの嵌合インターフェースと嵌合すると、モジュール回路基板は、マスターボード上に分配されたＩＦ／ＬＯネットワークに接続することができる。マスターボード１１−１はまた、部品モジュール１０−１を形成するモジュールのモジュールスタンドオフおよびモジュールフットと位置合わせされたカットアウト開口１１−３を有し、そのいくつかは、この図では隠れている。これらのカットアウト開口は、両方のモジュールのモジュールスタンドオフとモジュールフットが妨げられることなくマスターボードを通過することを可能にする。カットアウト開口により、マスターボードは、２つまたはそれ以上の回路基板として製造されるのではなく、単一の回路基板として製造されることが可能になる。単一の回路基板として製造されたマスターボードは、フェーズドアレイの全てのモジュールとの間で伝搬する全てのＩＦ信号およびＬＯ信号が受ける電気的特性を、確実に均一に保つ。マスターボードを２つまたはそれ以上の回路基板に分けると、伝搬するＩＦ信号およびＬＯ信号に表される電気トレースの電気的特性が不一致となる可能性が高くなる。回路基板間の電気的特性の不一致は、望ましくない「同期飛行時間」として知られる重要なパラメータに影響を及ぼす可能性がある。同期飛行時間の議論については、２０１２年６月７日に公開された「Ｌｏｗ  Ｃｏｓｔ，  Ａｃｔｉｖｅ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｒｒａｙｓ」という名称の米国特許出願公開第２０１２／０１４２２８０号を参照されたく、その全内容は参照により本明細書に組み入れられる。
【００２５】
図１２は、マスターボード１１−１および部品モジュール１０−１に対する、モジュール金属支持体１２−１の斜視図を示す。モジュール金属支持体は、必要に応じて、モジュール金属支持体の構造に更なる強度を与えるために曲部を有する。図１３は、モジュール金属支持体１２−１に固定されたマスターボード１１−１を示す。図１４に示すように、部品モジュール１０−１は、モジュール金属支持体１２−１に取り付けられる。モジュールスタンドオフ２−２は、モジュール金属板から垂直方向に長さを有するように設計されることで、モジュール金属板２−１とモジュール金属支持体１２−１との間に形成されるキャビティがマスターボード１１−１を収容するのに十分な大きさであることを保証し、各モジュールのＩ／Ｏコネクタ４−２をマスターボードの嵌合インターフェース１１−２に挿入することを可能にする。モジュールのモジュールフット２−５は、モジュール金属支持体の金属表面に接触する。カットアウト開口１１−３は、（図では見えない）モジュールフットがマスターボード１１−１を通過し、モジュール金属支持体１２−１と直接接触できるようにし、フットと支持体との間の効率的な熱伝導を可能にする。各モジュールフットは、モジュールフットの穴２−３内に配置される締結具によってモジュール金属支持体に取り付けられる。これらの締結具は、ねじ、ナットおよびボルト、クイックリリースラッチなどであってもよい。モジュールフットをモジュール金属支持体に取り付ける締結具は、熱的な接続と電気的な接続の両方を、これら２つの部品間で確実に生じさせる。熱的接続とは、モジュール内の電気部品によって生成された熱を、モジュール金属支持体１２−１に移送することである。電気的接続とは、モジュールの金属構造とモジュール金属支持体とが、等電位にあることを補償することである。モジュール金属板は、電圧供給源、例えば接地電位に結合され、アンテナのグランドプレーンとして機能する。次に、Ｂ−Ｂ’を含む垂直面に沿う断面図を示す。
【００２６】
図１５は、Ｂ−Ｂ’を含む平面の底面図１４−１を示す。４つのモジュールのアウトライン７−１ａ、７−１ｂ、７−１ｃ、および７−１ｄが示されている。各モジュールは、モジュールフット２−５の２つの例を有する。マスターボード１１−１には、２つのカットアウト１１−３が設けられている。モジュール７−１ａの右側のフットとモジュール７−１ｂの左側のフットは、マスターボード１１−１の開口１１−３を通過する。２つのモジュール７−１ａおよび７−ｌｂは、１つのインスタント（即席）の部品モジュール１０−１を形成する。２つ目のインスタントの部品モジュール１０−１は、モジュール７−１ｃおよび７−１ｄによって形成される。モジュールは、並べて配置されると互いに適合するように形作られている。各フット２−５は穴２−３を有し、対応する整合穴を有するモジュール金属支持体１２−１に各モジュールを取り付けることを可能にする。なお、各列に更にモジュールを追加し、それに対応してマスターボードを延長することによって、フェーズドアレイのサイズを負のＹ方向に拡大してもよい。同様に、必要に応じて、モジュールの別の列を追加し、マスターボードを右側に延ばし、マスターボードに更なるカットアウトを含めて、フェーズドアレイをＸ方向に拡大してもよい。
【００２７】
図１６は、組み立てられたフェーズドアレイの断面図を示す。アンテナは、モジュール金属板に取り付けられ、モジュールスタンドオフとモジュールフットは、モジュール金属板に接続されている。モジュール回路基板は、ガスケットを介してモジュール金属プレートの底面に接続されている。マスターボードは、モジュール金属支持体に接続され、点線の楕円１６−１の領域内にカットアウトを示す。カットアウトにより、各モジュールフットがマスターボードの面を通過し、モジュール金属支持体に接触することができる。モジュール回路基板は、Ｉ／Ｏコネクタが嵌合インターフェースと嵌合することにより形成されたコネクタによって、マスターボードに電気的に接続される。サーマルレール１６−３は、モジュール金属支持体をベースプレート１６−４に接続する。サーマルレールは、モジュールスタンドオフおよび対応するモジュールフットの下に配置され、これらの２つの部品間の熱インピーダンスを最小限に抑える。これにより、モジュール回路基板からサーマルレールへ流れる熱の熱インピーダンスが最小限に抑えられる。ベースプレートは、フェーズドアレイに更に構造的なサポートを加え、サーマルレールから受け取った熱をベースプレート全体に分配する。分配された熱は、ベースプレート内で横方向および垂直方向下方に移動する。熱は、ベースプレートの底部に接続された複数のフィン１６−５および最も外側のフィンを保護する外側保護シュラウドに流れる。フェーズドアレイの一実施形態は、構造部品：モジュール金属板、サーマルレール、ベースプレート、フィン、および保護シュラウドを形成する金属として、アルミニウムを用い、コストおよび重量を低減するが、他の金属も適している。高い熱伝導率を有する金属の例には、銅、銀、亜鉛、ニッケル、鉄などが含まれるが、これらに限定されない。例えば、金属合金を、本システムの構築に用いることができる。金属部品の厚さは、熱を十分に運び、構造的完全性を与え、コストを最小限にし、フェーズドアレイの重量を最小にするために、約３０００μｍである。重量が問題にならない場合には、３０００μｍを超える厚さが用いられてもよく、３０００μｍ未満の厚さでは、熱抵抗が増加するが、重量をより少なくできる。更に、用いられる金属の種類および各金属部品に用いられる厚さは、各々、ユニットの所望のコスト、重量、熱抽出、および強度を達成するフェーズドアレイを製造するための代替的な実施形態として、独立して選択および調整することができる。点線の楕円１６−１および点線の楕円１６−２は、これらの領域をより詳細に示すために拡大される領域を特定する。
【００２８】
モジュール金属板に取り付けられたＰＷＢの開示された構造は、ＰＷＢ内の金属シートに沿って横方向熱インピーダンスを著しく低減させる。ＰＷＢの裏側の薄い銅層（典型的には、僅か２５ミクロンの厚さ）は、発熱する電気部品から放熱する能力に限りがある。モジュール金属板は、ＰＷＢの銅金属シート内で利用可能なものに加えて、横方向熱流路を提供する。更に、モジュール金属板は、２５ミクロンよりもかなり大きい厚さで設計することができ、これにより、ＰＷＢ上の発熱する部品から放熱する、より効率的な方法を提供することができる。モジュール金属板の一実施形態では、ＰＷＢ内で典型的に用いられる金属シートより２桁大きい、厚さ３０００ミクロンのアルミニウムが用いられる。この実施形態の横方向熱インピーダンスは、熱インピーダンスを２桁近く低減させることができる。
【００２９】
図１７は、図１６の領域１６−１を示し、回路基板上に取り付けられた部品（集積回路、能動素子および受動素子など）から、様々な構造部品を介して、サーマルレール１６−３までの、熱流を詳細に示す。ＰＡは、通常の動作中に大量の熱を消散する。１つのＰＡは、２５Ｗ以上の熱を生成させることができる。各々がＰＡを必要とする１００個のアンテナを備えるフェーズドアレイは、２５００Ｗも生成させることができる。各ＰＡが生成する熱は、フェーズドアレイから、低熱インピーダンス経路を介して、外部環境に除去される必要がある。低い熱インピーダンスを達成する一実施形態が説明される。白い矢印は、フェーズドアレイを形成する構造部品を通る熱流の方向を示す。（熱流量の大きさを表す場合）各矢印の太さは、縮尺通りに描かれていない場合がある。構造部品の多くは、ＰＷＢ基板の積層を除いて、金属製である。例えば、表面実装集積回路ＩＣ−１およびＰＡからの熱流１７−１および１７−２は、回路基板のグランドプレーンに達する前、回路基板４−１内の積層に垂直に流れる。ガスケット３−１により、回路基板４−１が回路基板のグランドプレーンの全表面に亘り良好に熱接触することが確実となる。ガスケットは、回路基板をモジュール金属板に固定するために、代替的には、ペースト、接着剤、または金属性接着剤などに置き換えられてもよいし、締結具（ねじ、ボルトなど）で接続されてもよい。熱は、電気絶縁ガスケット３−１（使用される場合）の低熱インピーダンスを通ってモジュール金属板２−１に流れる。
【００３０】
ＰＷＢの積層層は、一般的に、熱流に対して高い熱インピーダンスを与える。この高い熱インピーダンスは、ＰＡパッケージの面積を大きくすることで、このより大きい領域に熱を拡散させるのに役立つ場合、低減されることができる。更に、集積回路内のＰＡ回路の実際の配置は、半導体のより大きい表面積に亘り再設計および配置されてもよい。ＰＡの電力消費増幅器ステージによって生成される熱は、半導体内のより広い領域に亘って拡散され、パッケージ化された装置とモジュール金属板との間のＰＷＢの積層の熱インピーダンスを低減するのに更に役立つであろう。
【００３１】
モジュール金属板２−１は、熱流１７−３をモジュールスタンドオフ２−２に導き、モジュールスタンドオフ２−２は、モジュール金属支持体１２−１に熱を移送する。モジュール金属板によって捕捉された熱の大部分は、モジュールスタンドオフ金属部品２−２を介して、熱流１７−６によって示されるように、モジュール金属支持体に移送される。マスターボード上の集積回路パッケージは、熱を、ＰＷＢを介して垂直方向に、モジュール金属支持体１２−１に移送する。例えば、集積回路ＩＣ−２の熱流１７−４は、マスターボードの回路基板を介してモジュール金属支持体１２−１に流れる。マスターボードの裏面の露出した金属層は、モジュール金属支持体と直接熱接触している。マスターボードによって生成される熱は、ＰＡを備えるモジュール回路基板の熱よりはるかに小さいので、ガスケットは必要でない場合がある。マスターボードの残りの全ての部品からの熱流１７−５は、モジュール金属支持体１２−１によってサーマルレール１６−３に向かって運ばれる。モジュールスタンドオフ２−２からの熱流１７−６およびモジュール金属支持体からの熱流１７−５は、サーマルレール１６−３内の熱流１７−７ａおよび１７−７ｂとして組み合わさる。なお、モジュール金属板２−１とサーマルレール１６−３との間の熱インピーダンスを最小にするために、サーマルレール１６−３はモジュールスタンドオフ２−２の下に配置される。これにより、ＰＡから流れる熱についての熱インピーダンスが最小限に抑えられる。
【００３２】
図１８は、図１６の領域１６−２を示し、コネクタの近くの回路基板上に取り付けられた部品からの熱流を詳細に示す。熱流は、モジュール金属板およびモジュール金属支持体の構造部品を通る矢印によって示される。コネクタ１８−１は、モジュール回路基板とマスターボードとの間で信号を伝達するために用いられる。コネクタは、通常、高い熱インピーダンスを有し、効率的な熱伝導体ではない。白い矢印は、モジュール回路基板とマスターボードＰＷＢからの構造部品を通る熱流の方向を示します。構造部品の多くは、ＰＷＢ基板の積層を除いて、金属製である。例えば、集積回路ＩＣ−３からの熱流１８−２は、回路基板のグランドプレーンに達する前、モジュール回路基板内の積層に垂直に流れる。熱は、電気絶縁／熱伝導ガスケットを通ってモジュール金属板に流れる。モジュール金属板は、熱をモジュール金属支持体に移送する最も近いモジュールスタンドオフ（図示略）に向けて、熱流１８−２の殆どを導く。ＰＡの熱流１８−３は、同様の経路に沿って流れる。モジュール金属板によって捕捉された熱は、モジュール金属支持体（図示略）に移送される。マスターボード上の集積回路パッケージは、それらの熱を、ＰＷＢを介してモジュール金属支持体に移送する。例えば、集積回路ＩＣ−４からの熱流１８−４は、マスターボードを通ってモジュール金属支持体に流れる。マスターボードの部品からの熱流１８−５は、モジュール金属支持体によってサーマルレール（図示せず）に向かって運ばれる。
【００３３】
図１９は、ＲＦ透過レドームで覆われたフェーズドアレイの断面上面図を示す。言い換えれば、レドームは、ＲＦエネルギーの通過を可能にする一方で、外部環境の気象条件に対する障壁としても機能するシールドである。レドーム１９−２は、ベースプレート１６−４に取り付けられ、アンテナ、モジュール金属板２−１、モジュールスタンドオフ、モジュール金属支持体、およびサーマルレールを収容する密閉空間を形成する。サーマルレール１６−３は、密閉環境内でベースプレート１９−５とモジュール金属支持体１２−１との間に内部キャビティＡおよびＢを形成するように長さが決められている。これらのキャビティは、フェーズドアレイを動作させるのに必要な残りの電子機器の殆どで満たされることができる。従って、フェーズドアレイ内の電子機器は、フェーズドアレイの密閉空間内にある。レドーム内の密封空間は、厳しい気象条件から全ての電子機器を保護するだけでなく、収容された電子機器によって生成される熱を外部環境と効率的に交換するために対流熱を効果的に用いることを妨げる密閉空間を構成する。代わりに、この密閉部分内の電子機器によって生成された熱は、フェーズドアレイの金属構造部品によって形成された対流熱流を用いることにより、除去される。金属構造部品は、個別の部品として構成することができ、これらの個別の部品は、接着、溶接、リベット締め、延伸加工によって、または、ナットおよびボルトの使用によって、共に保持することができる。延伸加工は、２つの部品を押し合わせるスロットペグシステムであり、ペグとスロットが嵌合されて、互いに押し合わされる。いくつかの個別の部品は、平らな金属のシートを、くの字型またはより複雑な輪郭に曲げることによって、形成されてもよい。金属構造部品の完成した構造は、電気部品からフェーズドアレイの外部フィンに熱を移送する金属骨格を形成する。
【００３４】
ヒートパイプが、フェーズドアレイのＰＡおよび電子部品によって生成された熱を運ぶために、金属支持体に取り付けられてもよい。ヒートパイプは、金属支持体から熱を吸収し、密閉容器内の液体を蒸発させ、密閉容器の他端側で液体に凝縮し戻し、この工程において放熱する。ヒートパイプは、例えば、システムの密閉部分内のモジュール金属板２−１と接触してもよい。ヒートパイプの密封容器の他端は、密封システムの外側に延び、周囲環境に放熱してもよい。ヒートパイプは、密封システムの任意の内部ポイントと周囲環境内の任意の外部ポイントとの間に高い熱伝導率の経路を提供するであろう。
【００３５】
フィン１６−５に取り付けられたベースプレート１６−４の側面に、ヒートパイプを取り付けてもよい。ヒートパイプは、ベースプレートに沿った熱の横方向伝導に役立つであろう。ヒートパイプは、フィン（ヒートパイプに適したフィンのスロット）およびベースプレートと、同時に直接接触してもよい。ベースプレートからの熱は、横方向におよびフィンに、同時に拡散し易くなるであろう。このようなヒートパイプ構成は、より広い領域に亘り放熱するために、ベースプレートの幅を延ばすために用いられてもよい。ヒートパイプは、周囲環境内のシステムの任意の２つの外部ポイント間に、高い熱伝導率の経路を提供するであろう。
【００３６】
図１９は、これらの金属構造部品が、密閉空間内の電子機器から外部環境への伝導熱流路をどのように提供するかを示す。密閉されたフェーズドアレイ内のこれらの電子部品によって生成された熱は、各サーマルレール（例えば、１７−７ａ、１７−７ｂ、１７−７ｃ、１７−７ｄなど）を介して、ベースプレート１６−４に流れる。ベースプレート１６−４は、ベースプレートを介してベースプレートの反対側に、熱を集めて伝導的に移送する。ベースプレート１６−４の反対側には、ベースプレートに取り付けられた複数の金属フィン１６−５が設けられている。ベースプレートからの熱は、熱流１９−４から１９−７によって示されるように、複数のフィンに伝導的に流れる。フィンは、側部において、保護シュラウド１９−３によって部分的に囲まれている。しかし、フィン１６−５の位置に対応するフェーズドアレイの底部および上部は、外部環境に対して開放されている。従って、これらのフィンは外部環境に曝され、フィンと外部環境の空気との間に対流熱流１９−８が生じる。最適には、フィンは、地球の表面に対して垂直に方向合わせされてもよい。ベースプレート１６−4からの熱の伝導伝達によりフィンが加熱されると、フィンからの熱は対流熱流を介してフィン間の空気に伝達される。加熱された空気は上昇し、フェーズドアレイの上部から流出する。これにより真空が生じ、より低温の空気が外部環境から導入され、垂直配向されたフェーズドアレイの底部に入る。新たに流入した空気は、フェーズドアレイからの熱を抽出するフィンからの対流熱流を受け、フェーズドアレイの上部から放出される。フィンからフィン間の移動空気へのこの熱交換プロセスにより、フェーズドアレイから熱が抽出される。電気ファンを空気流路内に配置して、フィン間の空気の流れを強制的に生じさせてもよい。この空気流は、空気流の速度を上げ、所定の時間内にフィンからより多くの熱を抽出するのに役立つ。キャビティＡを含む破線の正方形１９−１が、図２０で更に示される。
【００３７】
図２０において、一実施形態では、キャビティＡは、集積回路、個別部品２０−３、２０−４、および同様の部品が搭載された両面サービス回路基板２０−２で満たされている。サービス回路基板２０−２は、フェーズドアレイのアンテナによって放射されるＲＦエネルギーから影響を受け易い電子機器を遮蔽するための金属ＲＦシールド２０−１によって囲まれている。シールドは、モジュール金属支持体に取り付けられている。サービス回路基板によって生成された熱は、経路２０−６に沿って流れ、マスターボードによって生成された熱流１７−５と合流する。モジュール回路基板からの熱流１７−６がモジュールスタンドオフ内を流れる。熱流２０−６、１７−５、１７−６は、サーマルレールによって熱流１７−７ａとして集められる。サーマルレール１６−３に沿う熱流１７−７ａは、ベースプレート１６−４に移動する。サーマルレールからの熱流は、ベースプレートに沿ってベースプレートを通って、複数のフィンに移送される。例えば、ベースプレートからの熱流１９−５が、フィン１６−５に流れる。同様に、別のサーマルレールの熱流１７−７ｃは、サービス基板、マスターボード、およびモジュール回路基板からの熱流の組み合わせによるものである。熱は、ベースプレートおよび複数のフィンに移送される（例えば、１９−４）。複数のフィンは、ベースプレートからの熱を伝達し、熱を対流的に空気と交換する。
【００３８】
図２１は、中央のサーマルレールを省いて、キャビティを拡大した例を示す。より大きなキャビティＡ−Ｂにより、より大きな回路基板がキャビティ内に挿入されることが可能になる。回路基板で満たされたこのキャビティの例は、図２２に示すように、破線の矩形２１−１内に示される。ここで、サービスボードは、フェーズドアレイの幅方向に延び、一実施形態では、回路基板の両面に取り付けられた個別部品内に多数の集積回路を備える。回路基板全体がＲＦシールドによって囲まれ、アンテナからのＲＦ放射がサービス回路基板上の集積回路および個別部品回路の動作を妨げるのを防ぐ。サービス回路基板、マスターボード、およびモジュール回路基板によって生成される熱は、熱流１７−７ｃおよび１７−７ｄとして、サーマルレール内で組み合わさる。サーマルレールからの熱は、ベースプレート１６−４に流れ、ベースプレートに沿って、ベースプレートに取り付けられた複数のフィンに流れる（例えば、１９−４から１９−７）。複数のフィンは、熱をフィン間の空気に伝達する。
【００３９】
図２１に戻ると、線Ｃ−Ｃ’を含む平面の垂直図２１−２が、図２３に示されている。ベースプレート１６−４は、サーマルレール２３−１から２３−５と共に示されている。中央のサーマルレールは、２３−２、２３−３、および２３−５の３つの部分に分かれている。中央のサーマルレールが欠落している部分は、キャビティＡ−Ｂの形成を規定し、３つの中央のレールが存在する部分は、キャビティＡおよびキャビティＢの形成を規定する。より大きいキャビティＡ−Ｂ内に形成される回路基板は、キャビティＡおよびキャビティＢの個々のキャビティに形成される回路基板間において信号を伝達するために用いられる。ベースプレートの底部における、下側の矩形およびの３つの開口は、フェーズドアレイ内の電子機器との間で信号を転送する導管として用いられる。
【００４０】
ヒートパイプは、あるサーマルレールと別のサーマルレールとの間、または、モジュール金属支持体１２−１とサーマルレールの１つとの間に接続することができる。例えば、ヒートパイプを用いて、サーマルレール２３−３をサーマルレール２３−２に接続してもよいし、サーマルレール２３−３をサーマルレール２３−２に接続してモジュール金属支持体１２−１と接触させてもよいし、またはサーマルレール２３−１をサーマルレール２３−２に接続してもよい。ヒートパイプは、密封システムの任意の２つの内部ポイントの間に高い熱伝導率の経路を提供するであろう。
【００４１】
図２４は、モジュール回路基板をガスケットに、そして、ガスケットをモジュール金属板の底面に取り付けた後の完全なモジュール２４−１を示す。ガスケットは、モジュール回路基板をモジュール金属板から電気的に絶縁することができる。しかし、ガスケットは高い熱係数を有し、回路上の回路部品（特にＰＡ）によって生成された熱を、モジュール金属板に移送する。組み立て後のモジュールは、２つのクロスポールアンテナおよび少なくとも１つのＩ／Ｏコネクタを備える。モジュール２４−１は、フェーズドアレイを構築するための基礎的要素として用いられる。図２４は、フェーズドアレイ用のモジュールの別の実施形態を示す。モジュール金属板２４−２は、金属延長部２４−３を有する。金属延長部は、大きな接触面積を提供することで、熱インピーダンスを最小にし、モジュール金属板からの熱除去を向上させる。組み立てにおけるモジュール設計および情報、モジュールの電気的および構造的特性、およびモジュールフェーズドアレイの他の部品の他の形態に関する説明については、２０１５年７月２２日に提出されたＲｏｂｅｒｔ  Ｆｒｙｅ、Ｐｅｔｅｒ  Ｋｉｓｓ、およびＪｏｓｅｆ  Ｏｃｅｎａｓｅｋの「Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ」という名称の米国仮特許出願第６２／１９５，４５６号を参照されたく、その開示内容全体は参照により本明細書に組み入れられる。２４−１の断面図は、次の図に示す。
【００４２】
図２５は、モジュール金属板に垂直な平面におけるモジュールの側方断面図２５−２の別の実施形態を示す。セグメント１−８および１−９を含む右側のクロスポールアンテナは、穴８−１の上にセグメントの交点が位置合わせされる。穴８−１は、モジュール金属板２４−２に形成された穴、ガスケット３−１に形成された穴、およびモジュール回路基板の穴が位置合わせされたものからなる。穴８−１は、モジュール金属板の一方の側に位置するアンテナのリードと、モジュール金属板の他方の側に位置するモジュール回路基板（ＰＷＢ）に搭載されたＰＡの出力リードとの間に、開口部を形成する。金属配線８−２は、絶縁された、または、露出した電線で、ＰＡの出力リードをアンテナの入力リードに接続するために用いられてもよい。電線および穴は、約５０オームのインピーダンスで特徴付けられる同軸電気配線を形成するのに適切な寸法を有するが、他のインピーダンス値を代替値として用いて設計されてもよい。一実施形態では、金属配線は、ＰＷＢの上面のリードに半田付けされ、金属配線の他端は、アンテナのリードに半田付けされる。本開示の主題の代替的な実施形態として適しているであろう、一方または両方の端部で金属配線を接続する他の方法を用いてもよい。例として、圧着コネクタ、プラグおよびソケットコネクタ、ブレードコネクタなどが挙げられる。
【００４３】
フェーズドアレイ内のＰＷＢに関連する電気部品の一部または全ては、ＲＦシールドを用いて遮蔽されることが可能である。フェーズドアレイの電気システム（アンテナ、ＰＡ出力リード）は、近くにある電気部品によってピックアップされる可能性がある、大量の電磁放射を生成する。ＲＦシールドは、これらの電気部品の近くに配置される金属カバーであり、漂遊電磁放射射からこれらの部品を絶縁する。ＲＦシールドは、電気部品（図示略）の密閉環境を形成しようとする。ＲＦシールドは、電磁放射がこれらの密閉された電気部品の通常の動作を妨げることを阻止する。
【００４４】
セグメント１−７および１−２を含む左側のクロスポールアンテナは、同様に、モジュール回路基板４−１に電気的に接続される。モジュール回路基板４−１は、ガスケット３−１に接触する露出した銅層を有する。回路基板の反対側には、少なくとも１つのＰＡ８−３、集積回路８−４、個別部品、および少なくとも１つのＩ／Ｏコネクタが、表面に設けられている。ガスケットは可撓性材料であり、スルーホールなどによる製造工程によって生じる、製造されたＰＷＢのグランドプレーン側の不均一な高さのばらつきを補うのに役立つ。本開示の他の実施形態では、ガスケットを完全に省いてもよい。例えば、２枚を共に保持するために、締結具（ねじ、ボルトなど）を用いて、または、ペースト、接着剤、または金属性接着剤などを用いて、ＰＷＢのグランドプレーン金属が、モジュール金属板に直接接続されてもよい。
【００４５】
本開示の別の実施形態では、ＰＡは、モジュール金属板２−１に直接（図示略）取り付けられてもよい。一実施形態では、ＰＷＢは、ＰＡの集積回路が挿入されてモジュール金属板に直接取り付けることができる開口を有していてもよい。ＰＡによって生成された熱は、集積回路を通ってモジュール金属板へ熱を伝導するであろう。ＰＡの集積回路は、熱伝導性接着剤またはペーストを用いて、モジュール金属板に接着されてもよい。ワイヤボンドまたはタブアタッチメントは、ＰＷＢとＰＡの入力／出力パッドとの間で電気信号を伝えてもよい。ＰＡの出力端子は、穴８−１を介してアンテナに接続されてもよい。モジュール金属板２４−２は、大きな金属接触領域を露出させる金属延長部２４−３を有する。この金属接触領域は、モジュール金属板から熱を移送するために用いられてもよい。
【００４６】
本開示の別の実施形態では、典型的にモジュール金属板の底部と接触する熱伝導ガスケットと接触しているＰＷＢ４−１（図２５参照）の上側に、部品が取り付けられてもよい。グランドプレーン３−１は、典型的にはＰＷＢのこの側に形成されるが、グランドプレーンにおける複数の開口は、これらの部品をＰＷＢの上側に取り付けることができるように設計されてもよい。更に、モジュール金属板は、これらの部品と位置合わせされた、モジュール金属板における対応する複数のカットアウト領域を有してもよい。ＰＷＢがモジュール金属板に取り付けられると、カットアウト領域はこれらの部品のための空間を提供し、これにより、ＰＷＢのグランドプレーンの上側が、上述のように、熱伝導ガスケット、または、伝熱伝導層の他の手段のいずれかを介して、モジュール金属板の底面と接触する。
【００４７】
図２６は、並べられた２つの別個のモジュール２４−１の斜視図を示す。図２７は、部品モジュール２７−１を形成するための２つのモジュール２４−１の配置を示す。図２８は、マスターボード２８−１の別の実施形態に対する部品モジュール２７−１の斜視図を示す。マスターボードは、中間周波数（ＩＦ）信号および局部発振器（ＬＯ）信号を複数の部品モジュールに送る。部品モジュールのＩ／Ｏコネクタ４−２は、マスターボード２８−１に配置された嵌合インターフェース１１−２と位置合わせされる。嵌合インターフェース１１−２は雄コネクタであり、Ｉ／Ｏコネクタ４−２は雌コネクタであるが、これらの雄／雌コネクタの位置は相互交換可能である。Ｉ／Ｏコネクタがマスターボードの嵌合インターフェースと嵌合すると、モジュール回路基板は、マスターボード上に分配されたＩＦ／ＬＯネットワークに接続することができる。マスターボード２８−１はまた、ボードの大部分の長さに沿って延びる大きなカットアウト開口２８−３を有する。カットアウト開口は、すぐ後で説明するように、フェーズドアレイの部品モジュールとベースプレートとの間に低熱抵抗路を形成する可能性を与える。１つの実施形態では、カットアウト開口は、マスターボードの大部分に沿って延び、これにより、マスターボードは、２つまたはそれ以上の回路基板として製造されるのではなく、単一の回路基板として製造されることが可能になる。単一の回路基板として製造されたマスターボードは、マスターボードに沿う全てのモジュールとの間で伝搬する全てのＩＦ信号およびＬＯ信号が受ける電気的特性が、同様の電気的環境を経験することを確実にする。マスターボードを２つまたはそれ以上の回路基板に分けると、伝搬するＩＦ信号およびＬＯ信号に表される電気トレースの電気的特性が不一致となることが多くなる。回路基板間の電気的特性の不一致は、望ましくない「同期飛行時間」として知られる重要なパラメータに影響を及ぼす可能性がある。同期飛行時間の議論については、２０１２年６月７日に公開されたＭｉｈａｉ  Ｂａｎｕ、Ｙｉｐｉｎｇ  Ｆｅｎｇ、およびＶｌａｄｉｍｉｒ  Ｐｒｏｄａｎｏｖの「Ｌｏｗ  Ｃｏｓｔ，  Ａｃｔｉｖｅ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｒｒａｙｓ」という名称の米国特許出願公開第２０１２／０１４２２８０号を参照されたく、その開示内容全体は参照により本明細書に組み入れられる。
【００４８】
図２９は、マスターボード２８−１および部品モジュール２７−１に対する、伝熱バー２９−１（スペーサまたはスタンドオフとしても知られる）の配置の斜視図を示す。伝熱バーは金属製であり、モジュール金属板からの熱について低熱インピーダンス経路を提供する。伝熱バーの上面は、モジュール金属板２４−２の金属延長部２４−３に関する金属表面に低熱インピーダンス接触するように配置される。図３０は、ベースプレート１６−４に固定されたマスターボード２８−１および伝熱バー２９−１を示す。次に、ベースプレートはフィン１６−５に接続される。図３１に示すように、部品モジュール２７−１は、伝熱バー２９−１に（電気的、物理的、および熱的に）取り付けられる。次に、伝熱バーは、ベースプレート１６−４に（電気的、物理的、および熱的に）接続される。ベースプレートに接続された熱フィン１６−５は、大きな表面積を提供する。この大きな表面積は、フィンからフィン間の空気へ対流的に熱を移送するために用いられる。モジュール回路基板上の電気部品によって生成された熱は、モジュール金属板に移送される。伝熱バーは、モジュール金属板とベースプレートとの間に低熱インピーダンス経路を提供する。部品モジュール２７−１は２９−１に接続される。伝熱バーは、ベースプレート１６−４から垂直な高さを有するように設計されることで、モジュール金属板２４−２とベースプレートとの間に形成されるキャビティがマスターボード２８−１を収容するのに十分な大きさであることを確実にし、各モジュールのＩ／Ｏコネクタ４−２をマスターボードの嵌合インターフェース１１−２に挿入することを可能にする。カットアウト開口２８−３は、伝熱バー２９−１がマスターボード２８−１を通過し、ベースプレート１６−４と直接接触できるようにし、モジュール金属板とフィンとの間の効率的な熱移送を可能にする。
【００４９】
各モジュール金属板２４−２は、締結具（図示略）によって伝熱バー２９−１に取り付けられる。これらの締結具は、ねじ、ナットおよびボルト、クイックリリースラッチなどであってもよい。モジュール金属板を伝熱バーに取り付ける締結具は、熱的接続および電気的接続の両方を、これら２つの部品間で確実に生じさせる。熱的接続は、モジュール金属板に結合された電気部品によって生成された熱を、ベースプレートおよびフィンに伝達する。伝熱バー２９−１、ベースプレート１６−４、および熱フィン１６−５は、個別の部品から組み立てられ、締結具または接着剤によって互いに接続されてもよい。電気的接続は、モジュール金属板の金属構造とベースプレートが、確実に同じ電位になるようにする。モジュール金属板は、電圧供給、例えば接地電位に結合され、モジュール金属板に取り付けられたアンテナのグランドプレーンとして機能する。しかし、伝熱バー２９−１、ベースプレート１６−４、および熱フィン１６−５の２つまたはそれ以上の構造が、連続した金属部品の単一部品から形成されてもよい。３つの部品全てを１つのユニットとして形成すると、２つのインターフェース：伝熱バーとベースプレートとのインターフェースおよびベースプレートおよび熱フィンのインターフェースが省かれるであろう。１つまたはそれ以上のインターフェースを省くことで、これらの省かれたインターフェースにまたがる熱伝達および電気的特性が向上される。矢印３１−１の方向に沿う断面図が、次に示される。
【００５０】
図３２は、組み立てられたフェーズドアレイの断面図３１−１を示す。アンテナはモジュール金属板に取り付けられ、伝熱バー２９−１はモジュール金属板をベースプレート１６−４に接続する。モジュール回路基板４−１は、ガスケットまたは他の接続方法を介して、モジュール金属プレートの底面に接続されてもよい。回路板を金属板に取り付ける他の形態は、上述の通りで、直接接触、接着剤、または締結具を含むことができる。マスターボード２８−１は、上述の通り、ガスケット３２−１または他の同様の接続方法により、ベースプレートに熱的および電気的に接続される。マスター回路基板内のカットアウトにより、中央の伝熱バーは、モジュール金属板をベースプレートに、熱的および電気的に接続させることができる。伝熱バーはまた、モジュール金属板をベースプレートに接続するための物理的構造を与える。モジュール回路基板は、Ｉ／Ｏコネクタが嵌合インターフェースと嵌合することによって形成されるコネクタによって、マスターボードに電気的に接続される。外側の伝熱バー２９−３は、モジュール金属板の他方の側をベースプレート１６−４に接続して支持する。伝熱バーは、モジュール回路基板からベースプレートに接続されたフィンへ流れる熱についての熱インピーダンスを最小限に抑える。ベースプレートは、更なる構造支持をフェーズドアレイに追加し、伝熱バーから受け取った熱をベースプレート全体に分配する。分配された熱は、ベースプレート内に垂直に移動する。熱は、ベースプレートの底部に接続された複数のフィン１６−５へ、垂直方向および横方向に流れる。外部保護シュラウド（使用される場合）は、最も外側のフィンを保護する。
【００５１】
図３３は、図３２の領域３２−２を示し、回路基板上に取り付けられた部品（集積回路、能動素子および受動素子など）から、様々な構造部品を介して、フィン１６−５までの、熱流を詳細に示す。複数のフィンのうちの２つのみが図示されている。残りの複数のフィン（図示略）は、同様の方法でベースプレートから熱を除去する。ＰＡは、通常の動作中に大量の熱を放散する。１つのＰＡは、２５Ｗ以上の熱を生成し得る。１００個のアンテナを備えるフェーズドアレイは、各々のアンテナがＰＡを必要とするため、２５００Ｗもの熱を生成し得る。各ＰＡが生成する熱は、フェーズドアレイから、低熱インピーダンス経路を介して、外部環境に除去する必要がある。これは、低熱インピーダンスを達成する一実施形態である。白い矢印は、フェーズドアレイを形成する構造部品を通る熱流の方向を示す。（熱流量の大きさを表す場合）各矢印の太さは、縮尺通りに描かれていない場合がある。構造部品の多くは、ＰＷＢ基板の積層を除いて、金属製である。例えば、表面実装集積回路ＩＣ−１およびＰＡからの熱流３３−１および３３−２は、回路基板のグランドプレーンに達する前、回路基板４−１内の積層に垂直に流れる。ガスケット３−１により、回路基板４−１が回路基板のグランドプレーンの全表面に亘り良好に熱的に接触することが補償される。ガスケットは、回路基板をモジュール金属板に固定するために、代替的には、ペースト、接着剤、または金属性接着剤などに置き換えられてもよいし、締結具（ねじ、ボルトなど）で接続されてもよい。熱は、電気絶縁ガスケット３−１（使用される場合）の低熱インピーダンスを通ってモジュール金属板２４−２に流れる。
【００５２】
ＰＷＢの積層層は、一般的に、熱流に対して高い熱インピーダンスを与える。この高い熱インピーダンスは、ＰＡパッケージの面積を熱を拡散させるのに役立つようなより大きい領域に拡大することで、低減され得る。更に、集積回路内のＰＡ回路の実際の配置は、半導体のより大きい表面積に亘り再設計および配置されてもよい。ＰＡの電力消費増幅器ステージによって生成される熱は、半導体内のより広い領域に亘って拡散され、パッケージ化された装置とモジュール金属板との間のＰＷＢの積層の熱インピーダンスを低減するのに更に役立つであろう。
【００５３】
モジュール金属板２４−２は、熱流３３−３を伝熱バーに導き、伝熱バーは、ベースプレート１６−４に熱３３−６を伝達する。伝熱バーによって捕捉された熱の大部分は、伝熱バー（図３３参照）を介して、熱流３３−６によって示されるように、ベースプレートに移送される。全てのモジュール金属プレートの金属延長部２４−３の底面は、伝熱バーの上面に実質的に接触している。外側の伝熱バーの底面は、ベースプレートの上面に接触している。しかし、中央の伝熱バーの１つまたはそれ以上の底面は、伝熱バーの底面に沿って窪みが形成される少なくとも１つの位置を有していてもよい。伝熱バーのこの窪みは、少なくとも１つの選択されたＰＷＢが２つの外側の伝熱バーの間に邪魔にならずに配置されることが可能である大きさである。この分配ボードは、選択したＰＷＢの１つであってもよい。この選択されたＰＷＢにより、フェーズドアレイ内の複数のマスターボードが１つの分配ボードを介して共に接続されることが可能になる。
【００５４】
マスターボード上の集積回路パッケージは、熱を、ＰＷＢを介して垂直方向に、ベースプレート１６−４にまで移送する。例えば、集積回路ＩＣ−２の熱流３３−４は、マスターボードの回路基板を介してベースプレート１６−４に流れる。マスターボードの露出した金属層は、ベースプレートと直接接触してもよい。マスターボードによって生成される熱は、ＰＡを備えるモジュール回路基板の熱よりはるかに小さいので、ガスケットは必要でない場合がある。伝熱バーからの熱流３３−６は、熱流３３−５および熱流３３−７に分割される。熱流３３−５は、伝熱バーから、ベースプレートによって運ばれ、残りのフィン１６−５（図示略）に向かって移動する、横方向の熱流を示す。
【００５５】
フェーズドアレイの一実施形態は、構造部品：モジュール金属板、伝熱バー、ベースプレート、フィン、保護シュラウドを形成する金属としてアルミニウムを用いて、コストと重量を低減する。他の金属も本開示の主題の代替的な実施形態として適している。熱伝導率が大きい金属の例には、銅、銀、亜鉛、ニッケル、鉄などが含まれるが、これらに限定されない。例えば、金属合金を、本システムの構築に用いてもよい。金属部品の厚さは、熱を十分に運び、構造的完全性を与え、コストを最小限にし、フェーズドアレイの重量を最小にするために、約３０００μｍである。重量が問題にならない場合には、３０００μｍを超える厚さが用いられてもよく、３０００μｍ未満の厚さでは、熱抵抗が増加するが、重量をより少なくできる。更に、用いられる金属の種類および各金属部品に用いられる厚さは、各々、ユニットの所望のコスト、重量、熱抽出、および強度を達成する、本開示の主題の代替的な実施形態として、独立して選択および調整することができる。
【００５６】
図３４の（Ａ）は、組み立てられたフェーズドアレイの背面図を示し、垂直の矢印によって示されるように、垂直方向にベースプレート１６−４に接続されたフィン１６−５を示す実施形態を示す。フェーズドアレイからの熱は、垂直フィンに伝達される。フィンが熱くなると、フィン間の空気が加熱されて上方に流れる。空気はフェーズドアレイの上部を出て、熱を周囲大気に運ぶ。新鮮な空気が底部から入り、フェーズドアレイからの熱を連続的に運ぶ。図３４の（Ｂ）は、垂直矢印に対してベースプレート１６−４に接続されたフィン１６−５の向きが垂直からある角度で回転される別の実施形態を示す、組み立てられたフェーズドアレイの背面図を示す。フィン１６−５は、垂直から複数の角度の任意の１つで傾斜させることができる。フェーズドアレイからの熱は、斜めに傾けられたフィンに伝達される。フィンが加熱されると、フィン間の空気が加熱され、フィン間の空気流がフィンとより多く接触し、これにより、フィンと空気との間の熱交換が向上する。加熱されている空気は、フェーズドアレイの右側を出て上方および右に移動し、周囲大気に熱を運ぶ。新鮮なより冷えた空気が、フィン間のフェーズドアレイの左側から取り込まれ、熱除去のプロセスが継続される。右側から出る加熱された空気は、フェーズドアレイによって生成された熱を除去する。
【００５７】
図３５は、モジュール、マスターボード、および分配ボードを示すフェーズドアレイの底面図を示す。４つのモジュールのアウトライン２４−２ａ、２４−２ｂ、２４−２ｃ、および２４−２ｄが、上部に沿って示されている。各モジュールは、コネクタ（図示略）によってマスターボードに接続される。マスターボード２８−１は、開口２８−３と、マスターボードを分配ボード３５−１に結合するコネクタとを備える。マスターボード２８−１は、開口部２８−３によって２つの長い回路基板部に分離されているが、回路基板３５−２の共通部によって一体的に接続されている。長い回路基板上に形成されたトレースの電気的特性は、基板が同時に単一ユニットとして製造されるので同一となり得る。２つのモジュール２４−２ａおよび２４−２ｂは、１つのインスタントの部品モジュール２４−１を形成する。２つ目のインスタントの部品モジュール２４−１は、モジュール２４−２ｃおよび２４−２ｄによって形成される。モジュールは、並べて配置されると互いに適合するように形作られている。なお、各列に更にモジュールを追加し、それに対応してマスターボードを上方／下方に延長することによって、フェーズドアレイのサイズを正／負のＹ方向に拡大してもよい。同様に、必要に応じて、モジュールの別の列を追加し、マスターボードを右側／左側に延ばし、マスターボードに更なるカットアウトを含めて、フェーズドアレイをＸ方向に拡大してもよい。
【００５８】
図３６は、回路基板３５−２の共通部分が省略されたマスターボード３６−２を示す。回路基板は、遠端（図示略）の共通部分によって接続されてもよい。この場合、長い回路基板上に形成されたトレースの電気的特性は、基板が単一ユニットとして製造されるので、同様であり得る。しかし、別の実施形態では、分配ボード３５−１の上部に沿う４つの別個のマスターボードと、分配ボードの下部に沿う４つの別個のマスターボードとが設けられ得る。この場合の各マスターボードは、各々のコネクタによって分配ボードに接続され得る。
【００５９】
図示しないが、図３２のフェーズドアレイは、レドーム（レーダードーム）で覆われてもよい。レドームは、ＲＦエネルギーの通過を可能にする一方で、外部環境の気象条件に対する障壁としても機能するシールドである。レドームは、ベースプレートに取り付けられ、アンテナ、モジュール金属板、および伝熱バーを収容する密閉空間を形成する。キャビティはフェーズドアレイ内に形成することができ、これらのキャビティは、フェーズドアレイを動作させるのに必要な残りの電子機器で殆どが満たされ得る。このように、フェーズドアレイ内の電子機器は、フェーズドアレイの密閉空間内にある。レドーム内の密閉空間は、厳しい気象条件から全ての電子機器を保護するだけでなく、密閉空間を構成する。代わりに、この密閉部分内の電子機器によって生成された熱は、フェーズドアレイの金属構造部品によって形成された対流熱流を用いることにより、除去される。金属構造部品は、個別の部品として構成することができ、これらの個別の部品は、接着、溶接、リベット締め、延伸加工によって、または、ナットおよびボルトの使用によって、共に保持することができる。延伸加工は、２つの部品を押し合わせるスロットペグシステムであり、ペグとスロットが嵌合されて、互いに押し合わされる。金属構造部品の完成した構造は、電気部品からフェーズドアレイの外部フィンに熱を伝達する金属骨格を形成する。別の実施形態では、金属構造部品の一部または全部を、本システム内の単一の連続ユニットとして構成してもよい。これにより、金属・金属間のインターフェースが省かれる。金属・金属間のインターフェースは、それらの全表面に沿って均一な接触を形成しない場合がある。これにより、インターフェースにエアギ空隙が点在して形成される可能性がある。これらの空隙は、インターフェースを横切る熱流を減少させる。これらの金属・金属間のインターフェースを省くことにより、空隙が除去され、システム内の熱伝達が向上する。
【００６０】
ヒートパイプが、フェーズドアレイのＰＡおよび電子部品によって生成された熱を運ぶために、金属支持体に取り付けられてもよい。ヒートパイプは、金属支持体から熱を吸収し、密閉容器内の液体を蒸発させ、密閉容器の他端側で液体に凝縮し戻し、この工程において放熱する。ヒートパイプは、例えば、システムの密閉部分内のモジュール金属板２４−２と接触してもよい。ヒートパイプの密封容器の他端は、密封システムの外側に延び、周囲環境に放熱してもよい。ヒートパイプは、密封システムの任意の内部ポイントと周囲環境内の任意の外部ポイントとの間に高い熱伝導率の経路を提供するであろう。
【００６１】
フィン１６−５に取り付けられたベースプレート１６−４の側面に、ヒートパイプを取り付けてもよい。ヒートパイプは、ベースプレートに沿った熱の横方向伝導に役立つであろう。ヒートパイプは、フィン（ヒートパイプに適したフィンのスロット）およびベースプレートと、同時に直接接触してもよい。ベースプレートからの熱は、横方向におよびフィンに、同時に拡散し易くなるであろう。このようなヒートパイプ構成は、より広い領域に亘り放熱するために、ベースプレートの幅を延ばすために用いられてもよい。ヒートパイプは、周囲環境内のシステムの任意の２つの外部ポイント間に、高い熱伝導率の経路を提供するであろう。
【００６２】
他の実施形態は、下記の特許請求の範囲内にある。例えば、マイクロプロセッサ、ＤＳＰなどの電力散逸型の集積回路部品は、モジュールグランドプレート技術を用いて、ＰＷＢ上に取り付けられた部品から放熱することができる。また、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）、超広帯域（ＵＷＢ）、Ｗｉ−Ｆｉ、ＷｉＧｉｇ、ブルートゥース（登録商標）等の通信技術を用いて、ネットワークおよび可搬システムが無線で情報交換することができる。通信ネットワークは、電話ネットワーク、ＩＰ（インターネットプロトコル）ネットワーク、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、アドホックネットワーク、ローカルルータ、およびその他可搬システムを含むことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【国際調査報告】
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