(57)【要約】    アンテナ素子は、給電部及び放射素子と、第１の表面及び第２の表面を有する誘電体基板と、を含むことができ、誘電体基板は、誘電体基板内にアンテナ素子の給電部を備える。アンテナ素子モジュールはまた、第１の表面誘電体基板に接着され、アンテナ素子の給電部に結合された集積回路（integrated circuit、ＩＣ）チップも含むことができる。ＩＣチップは、給電部と通信される信号を調整するための回路を含むことができる。アンテナ素子モジュールは、誘電体基板の第２の表面に接着されたプラスチックアンテナ支持体を更に含むことができる。プラスチックアンテナ支持体は、アンテナ素子の放射素子のための空洞を含む本体部分を含むことができ、放射素子は、プラスチックアンテナ支持体の本体部分の空洞内に配置されている。  【選択図】図１４
2021533623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電部及び放射素子を含むアンテナ素子と、
第１の表面及び第２の表面を有する誘電体基板であって、前記誘電体基板内に前記アンテナ素子の前記給電部を備える誘電体基板と、
前記誘電体基板の前記第１の表面に接着され、かつ前記アンテナ素子の前記給電部に結合されたＩＣ（集積回路）チップであって、前記給電部と通信される信号を調整するための回路を含むＩＣチップと、
前記誘電体基板の前記第２の表面に接着されたプラスチックアンテナ支持体と、を備えるアンテナ素子モジュールであって、
前記プラスチックアンテナ支持体は、前記アンテナ素子の前記放射素子のための空洞を含む本体部分を備えており、前記放射素子は、前記プラスチックアンテナ支持体の前記本体部分の前記空洞内に配置されている、アンテナ素子モジュール。
【請求項２】
前記空洞は、前記本体部分の上面上に形成された第１の空洞であり、
前記アンテナ素子モジュールは、
前記プラスチックアンテナ支持体の前記本体部分の下面上に形成された第２の空洞と、
前記本体部分の前記第２の空洞内に配置された前記アンテナ素子の寄生素子と、を更に備え、
前記寄生素子は、前記放射素子の下方にある、請求項１に記載のアンテナ素子モジュール。
【請求項３】
前記プラスチックアンテナ支持体は、第１のポリマーから形成されており、
前記放射素子は、第２のポリマーから形成されている、請求項１に記載のアンテナ素子モジュール。
【請求項４】
前記アンテナ素子は、複数のアンテナ素子の第１のアンテナ素子であり、
前記複数のアンテナ素子の各アンテナ素子は、複数の給電部のそれぞれの給電部、及び前記複数の放射素子のそれぞれの放射素子を含み、
前記空洞は、前記本体部分の上面に形成された複数の空洞を含み、
各放射素子は、前記複数の空洞のそれぞれの空洞内に配置されている、請求項１に記載のアンテナ素子モジュール。
【請求項５】
前記プラスチックアンテナ支持体は、前記複数のアンテナ素子の各々を分離する１つ以上の凹溝を更に備える、請求項４に記載のアンテナ素子モジュール。
【請求項６】
前記アンテナ素子は、複数のアンテナ素子の第１のアンテナ素子であり、前記複数のアンテナ素子の各アンテナ素子は、
複数の放射素子のうちの１つの放射素子と、
複数の給電部のうちの１つの給電部と、
複数の寄生素子のうちの１つの寄生素子と、を備えており、
前記空洞は、前記本体部分の上面上に形成された第１の組の空洞を含み、
前記プラスチックアンテナ支持体の前記本体部分は、前記本体部分の下面上に形成された第２の組の空洞を含み、
前記複数の放射素子の各放射素子は、前記第１の組の空洞のそれぞれの空洞内に配置されており、
前記複数の寄生素子の各寄生素子は、前記第２の組の空洞のそれぞれの空洞内に配置されており、
前記複数の放射素子の各放射素子は、前記複数の寄生素子のうちの対応する寄生素子の上方に置かれており、かつ前記複数の寄生素子のうちの前記対応する寄生素子から離間されている、請求項１に記載のアンテナ素子モジュール。
【請求項７】
前記プラスチックアンテナ支持体の前記本体部分は、前記複数のアンテナ素子の各々を分離するための、前記本体部分の前記上面に形成された１つ以上の凹溝を更に備える、請求項６に記載のアンテナ素子モジュール。
【請求項８】
前記放射素子は、パッチアンテナである、請求項１に記載のアンテナ素子モジュール。
【請求項９】
前記誘電体基板の前記第１の表面は、回路ボードに取り付けるためのはんだボールのアレイを含む、請求項１に記載のアンテナ素子モジュール。
【請求項１０】
前記プラスチックアンテナ支持体は、前記本体部分から前記誘電体基板の前記第１の表面まで延在している１つ以上の特徴部を更に備え、前記１つ以上の特徴部は、前記本体部分を前記誘電体基板の前記第１の表面から離間させる、請求項１に記載のアンテナ素子モジュール。
【請求項１１】
前記プラスチックアンテナ支持体の前記１つ以上の特徴部は、前記本体部分から抜き勾配で延在している、請求項１０に記載のアンテナ素子モジュール。
【請求項１２】
前記プラスチックアンテナ支持体の前記１つ以上の特徴部は、前記プラスチックアンテナ支持体の前記本体部分を前記給電部から分離する、請求項１０に記載のアンテナ素子モジュール。
【請求項１３】
前記アンテナ素子の前記給電部は、前記誘電体基板の前記第１の表面に直交するように配設された一対のスロットを含む、請求項１に記載のアンテナ素子モジュール。
【請求項１４】
アンテナ素子モジュールのアレイと、前記アンテナ素子モジュールのアレイの下方にある多層基板と、を備えるフェーズドアレイアンテナであって、
前記アンテナ素子モジュールのアレイの各々は、
給電部及び放射素子を含むアンテナ素子と、
第１の表面及び第２の表面を有する誘電体基板であって、前記誘電体基板内に前記アンテナ素子の前記給電部を備える誘電体基板と、
前記誘電体基板の前記第１の表面に接着され、かつ前記アンテナ素子の前記給電部に結合されたＩＣ（集積回路）チップであって、前記給電部と通信される信号を調整するための回路を含むＩＣチップと、
前記誘電体基板の前記第１の表面に接着されており、かつ本体部分を含むプラスチックアンテナ支持体であって、前記本体部分は、前記アンテナ素子の前記放射素子のための空洞を含み、前記放射素子が前記プラスチックアンテナ支持体の前記本体部分の前記空洞内に配置されている、プラスチックアンテナ支持体と、を備えており
前記多層基板は、前記多層基板の層上に形成されたＢＦＮ（ビーム形成ネットワーク）回路を含み、前記ＢＦＮ回路は、前記アンテナ素子モジュールのアレイの各々の前記ＩＣチップと電気的に通信する、フェーズドアレイアンテナ。
【請求項１５】
前記アンテナ素子モジュールのアレイの各アンテナ素子モジュールの前記空洞は、前記それぞれの本体部分の上面に形成された第１の空洞であり、前記複数のアンテナ素子モジュールの各アンテナ素子モジュールは、
前記それぞれのプラスチックアンテナ支持体の前記本体部分の下面上に形成された第２の空洞と、
前記それぞれのプラスチックアンテナ支持体の前記本体部分の前記第２の空洞内に配置されたそれぞれのアンテナ素子の寄生素子と、を更に備えており、
前記寄生素子は、前記それぞれの放射素子の下にある、請求項１４に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項１６】
複数のアンテナ素子モジュールを形成するための方法であって、
複数のＩＣ（集積回路）チップを誘電体基板の第１の表面に接着する工程と、ただし前記誘電体基板は、前記誘電体基板内に複数のアンテナ素子の複数の給電部を備えており、
アンテナ素子モジュールのアレイを形成するために、アンテナパッケージのアレイを前記誘電体基板の第２の表面に接着する工程と、ただし各アンテナパッケージは、
放射素子のための空洞を含む本体部分を含むプラスチックアンテナ支持体と、
前記プラスチックアンテナ支持体の前記本体部分の前記空洞内に配置された前記複数のアンテナ素子のそれぞれのアンテナ素子の放射素子と、を備えており、
前記複数のアンテナ素子モジュールを形成するために、前記アンテナ素子モジュールのアレイを個片化する工程と、を含む方法。
【請求項１７】
第１のポリマーを型内に注入して、プラスチックアンテナ支持体のアレイを形成することと、
第２のポリマーを前記プラスチックアンテナ支持体のアレイ内の空洞内に注入して、前記複数のプラスチックアンテナ支持体の各々に前記放射素子を形成し、前記アンテナパッケージのアレイを形成することと、更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記アンテナパッケージのアレイ内の各アンテナパッケージの前記空洞は、前記それぞれのプラスチックアンテナ支持体の前記本体部分の上面に形成された第１の空洞であり、前記放射素子は、放射素子であり、各アンテナパッケージは、
前記それぞれのプラスチックアンテナ支持体の前記本体部分の下面に形成された第２の空洞と、
前記本体部分の前記第２の空洞内に配置された寄生素子であって、前記それぞれのアンテナパッケージの前記放射素子の下方にある寄生素子と、を更に備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
各アンテナモジュールは、規則的なタイルベース形状を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数のアンテナ素子モジュールの各個片化されたアンテナ素子モジュールは、２つ以上のアンテナ素子を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
各プラスチックアンテナ支持体の本体部分は、前記本体部分から前記誘電体基板の前記第１の表面まで延在している１つ以上の特徴部を含み、前記１つ以上の特徴部は、前記本体部分を前記誘電体基板の前記第１の表面から離間させる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
各プラスチックアンテナ支持体の前記１つ以上の特徴部は、それぞれの本体部分から抜き勾配をもって延在する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記誘電体の前記表面は、回路ボード上に取り付けるためのはんだボールのアレイを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記複数のアンテナパッケージの各々の前記放射素子は、パッチアンテナである、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
前記誘電体基板の前記複数の給電部の各給電部は、前記誘電体基板の前記第１の表面内に直交するように配設された一対のスロットを含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本特許出願は、「Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ  Ａｎｔｅｎｎａ」と題する、２０１８年８月２日に出願された米国特許仮出願第６２／７１３，８７１号に対する優先権の利益を主張し、該特許仮出願の全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、概してアンテナ素子モジュールに関する。
【背景技術】
【０００３】
アンテナアレイ（又はアレイアンテナ）は、複数のアンテナ素子が接続された組である。これらのアンテナ素子は、電波を送信又は受信するために単一のアンテナとして協働する。個々のアンテナ素子（単に「素子」と呼ばれることが多い）は、特定の位相関係で素子に電力を供給する給電線路によって、受信器又は送信器に接続することができる。各個別のアンテナ素子によって放射された電波は、互いに合成及び重畳され、所望の方向に放射される電力を増強するために加算（建設的に干渉）され、他の方向に放射された電力を低減するために相殺（破壊的に干渉）される。同様に、受信のために使用される場合、個々のアンテナ素子からの別個の無線周波数電流が、所望の方向から受信した信号を増強するように正しい位相関係で受信器内で合成され、所望しない方向からの信号は相殺される。
【０００４】
アンテナアレイは、単一のアンテナにより達成できるものよりも、電波の狭いビームで高い利得（方向性）を達成することができる。一般に、使用される個々のアンテナ素子の数が多いほど、利得が高くなり、ビームが狭くなる。一部のアンテナアレイ（フェーズドアレイレーダなど）は、数千個の個別アンテナで構成することができる。アレイを使用して、より高い利得を達成し（これは通信信頼性を高める）、特定の方向からの干渉を相殺し、無線方向探知（radio direction finding、ＲＤＦ）のために異なる方向を指すように無線ビームを電子的に誘導することができる。
【発明の概要】
【０００５】
一実施例は、給電部及び放射素子を含むアンテナ素子と、第１の表面及び第２の表面を有する誘電体基板と、を含むことができるアンテナ素子モジュールに関する。この誘電体基板は、誘電体基板内にアンテナ素子の給電部を備える。アンテナ素子モジュールはまた、誘電体基板の第１の表面に接着され、アンテナ素子の給電部に結合されたＩＣ（集積回路（integrated circuit））チップも含むことができる。ＩＣチップは、給電部と通信される信号を調整するための回路を含むことができる。アンテナ素子モジュールは、誘電体基板の第２の表面に接着されたプラスチックアンテナ支持体を更に含むことができる。プラスチックアンテナ支持体は、アンテナ素子の放射素子のための空洞を含む本体部分を含むことができ、この放射素子は、プラスチックアンテ支持体の本体部分の空洞内に配置されている。
【０００６】
別の実施例は、フェーズドアレイアンテナに関する。フェーズドアレイアンテナは、アンテナ素子モジュールのアレイを含むことができる。アンテナ素子モジュールのアレイの各々は、給電部及び放射素子を含むアンテナ素子と、第１の表面及び第２の表面を有する誘電体基板とを含むアンテナ素子を含むことができ、誘電体基板は、誘電体基板内にアンテナ素子の給電部を備える。アンテナ素子モジュールのアレイの各々はまた、誘電体基板の第１の表面に接着され、アンテナ素子の給電部に結合されたＩＣチップも含むことができ、ＩＣチップは、給電部と通信される信号を調整する回路、及び誘電体基板の第１の表面に接着されたプラスチックアンテナ支持体を含む。プラスチックアンテナ支持体は、アンテナ素子の放射素子のための空洞を含む本体部分を含むことができ、放射素子は、プラスチックアンテナ支持体の本体部分の空洞内に配置されている。フェーズドアレイアンテナは、アンテナ素子モジュールのアレイの下方にある多層基板を更に含むことができ、多層基板は、多層基板の層上に形成されたＢＦＮ（ビーム形成ネットワーク（beam forming network））回路を含み、ＢＦＮ回路は、アンテナ素子モジュールのアレイの各々のＩＣチップと電気的に通信する。
【０００７】
別の実施例は、複数のアンテナ素子モジュールを形成するための方法に関する。本方法は、複数のＩＣチップを誘電体基板の第１の表面に接着することを含むことができ、誘電体基板は、誘電体基板内に複数の給電部を備える。本方法はまた、アンテナ素子モジュールのアレイを形成するために、アンテナパッケージのアレイを誘電体基板の第２の表面に接着することも含むことができる。各アンテナパッケージは、プラスチックアンテナ支持体を含むことができ、プラスチックアンテナ支持体は、放射素子のための空洞を備える本体部分を含むことができる。各アンテナパッケージはまた、プラスチックアンテナ支持体の本体部分の空洞内に配置された放射アンテナの放射素子も含むことができる。本方法は、複数のアンテナ素子モジュールを形成するために、アンテナ素子モジュールのアレイを個片化することを更に含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】分割レベルのアーキテクチャを有する、例示的なフェーズドアレイアンテナのブロック図を示す。
【０００９】
【図２】分割レベルのアーキテクチャを有する、例示的なフェーズドアレイアンテナの斜視図を示す。
【００１０】
【図３】図２の例示的なフェーズドアレイアンテナの分解図を示す。
【００１１】
【図４】第１のアーキテクチャを有する、例示的なフェーズドアレイアンテナの一部分を示す。
【００１２】
【図５】第２のアーキテクチャを有する、例示的なフェーズドアレイアンテナの一部分を示す。
【００１３】
【図６】アンテナ素子モジュールのための誘電体基板の側断面図を示す。
【００１４】
【図７】図６の誘電体基板の集積回路（ＩＣ）チップ層の一例の平面図を示す。
【００１５】
【図８Ａ】図６の誘電体基板のビア層２５０の一例を示す。
【００１６】
【図８Ｂ】図６の誘電体基板の信号層の一例の平面図を示す。
【００１７】
【図９】図６の誘電体基板の給電層の一例の平面図を示す。
【００１８】
【図１０】第１のアーキテクチャを有するアンテナパッケージの一例の斜視図を示す。
【００１９】
【図１１】図１０に示すアンテナパッケージの側面図を示す。
【００２０】
【図１２】第２のアーキテクチャを有するアンテナパッケージの一例の斜視図を示す。
【００２１】
【図１３】図１２に示すアンテナパッケージの側面図を示す。
【００２２】
【図１４】第３のアーキテクチャを有するアンテナパッケージの一例の斜視図を示す。
【００２３】
【図１５】図１４に示すアンテナパッケージの側面図を示す。
【００２４】
【図１６】第４のアーキテクチャを有するアンテナパッケージの一例の斜視図を示す。
【００２５】
【図１７】図１６に示すアンテナパッケージの側面図を示す。
【００２６】
【図１８】第５のアーキテクチャを有するアンテナパッケージの一例の斜視図を示す。
【００２７】
【図１９】図１８に示すアンテナパッケージの側面図を示す。
【００２８】
【図２０】第６のアーキテクチャを有するアンテナパッケージの一例の斜視図を示す。
【００２９】
【図２１】図２０に示すアンテナパッケージの側面図を示す。
【００３０】
【図２２】アンテナ素子モジュールの平面図を示す。
【００３１】
【図２３】図２２のアンテナ素子モジュールの側面図を示す。
【００３２】
【図２４】誘電体基板上に取り付けられた複数のＩＣチップのアレイの一例を示す。
【００３３】
【図２５】図２４の誘電体基板上に取り付けられた複数のアンテナパッケージのアレイの一例を示す。
【００３４】
【図２６】受信モードで動作する、例示的なフェーズドアレイアンテナのブロック図を示す。
【００３５】
【図２７】送信モードで動作する、例示的なフェーズドアレイアンテナのブロック図を示す。
【００３６】
【図２８】半二重モードで動作する、例示的なフェーズドアレイアンテナのブロック図を示す。
【００３７】
【図２９】周波数分割二重モードで動作する、例示的なフェーズドアレイアンテナのブロック図を示す。
【００３８】
【図３０】偏波二重モードで動作する、例示的なフェーズドアレイアンテナのブロック図を示す。
【００３９】
【図３１】アンテナ素子モジュールを製造するための例示的な方法のフローチャートを示す。
【００４０】
【図３２】アンテナパッケージを製造するための例示的な方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本開示は、フェーズドアレイアンテナを説明する。ここでは、複数のアンテナ素子モジュールを分割レベルのアーキテクチャで多層基板上に取り付けることができる。アンテナ素子モジュールの各々は、誘電体基板と一体化された、又は誘電体基板の上側に配置された給電部（例えば、スロット又は直交するように配設された一対のスロット）を有する誘電体基板を含むことができる。アンテナ素子モジュールの各々は、誘電体基板の下側に取り付けられた埋込型集積回路（ＩＣ）チップを含むことができる。各ＩＣチップは、多層基板内の給電素子と電気回路構成要素との間で通信される信号の調整（例えば、増幅、フィルタリング、及び／又は位相シフト）のための電気回路構成要素を含むことができる。ＩＣチップは、誘電体基板を介して、対応する給電部に接続することができる。アンテナパッケージは、誘電体基板の上面に接着することができる。アンテナパッケージは、プラスチックアンテナ支持体、及びプラスチックアンテナ支持体内に埋め込まれた放射素子（例えば、寄生素子）を含むことができる。プラスチックアンテナ支持体は、誘電体基板と一体化された、又は誘電体基板の上面に埋め込まれた給電部から放射素子を離間させる脚部を含むことができる。このようにして、放射素子が給電部の上に重なり、その結果、放射素子及び給電部は連携して動作し、フェーズドアレイアンテナのためのアンテナ素子を提供する。
【００４２】
多層基板は、アンテナ素子モジュールのアレイの下方にある。多層基板は、多層基板の層上に形成されたＢＦＮ（ビーム形成ネットワーク）回路を含むことができる。ＢＦＮ回路は、アンテナ素子モジュールのアレイの各々のＩＣチップと電気的に通信することができる。
【００４３】
本明細書に記載のフェーズドアレイアンテナは、モジュール式の設計及び製造を可能にする。具体的には、アンテナ素子モジュールの各々は、多層基板とは別の時間及び／又は設備で設計及び／又は製造することができる。このモジュール式の設計及び／又は製造により、結果として得られるフェーズドアレイアンテナの低コスト化及び高性能化を可能にすることができる。例えば、コストを削減するために、アンテナパッケージは、射出成形及び／又は熱成形技術を用いて形成することができる。同様に、各アンテナ素子モジュールは、フリップチップ技術を用いてパッケージ化することができる。
【００４４】
図１は、例示的なフェーズドアレイアンテナ２のブロック図である。フェーズドアレイアンテナ２は、ローカルシステム４とリモートシステム６との間の無線通信を容易にする。ローカルシステム４は、フェーズドアレイアンテナ２に有線接続することができる。いくつかの実施例として、ローカルシステム４は、地上局又は空中局（例えば、航空機又は衛星）上に実現することができる。更に、フェーズドアレイアンテナ２は、リモートシステム６と無線通信することができる。リモートシステム６は、空中局（例えば、航空機又は衛星）であってもよい。代替的に、リモートシステム６は、地上局であってもよい。ローカルシステム４及びリモートシステム６は、データを処理、送信、及び受信することができるコンピューティングシステム（例えば、サーバ）及び／又はルータを代表することができる。
【００４５】
フェーズドアレイアンテナ２は、分割レベルのアーキテクチャを有することができる。具体的には、フェーズドアレイアンテナ２は、多層基板１０上に取り付けることができる複数のアンテナ素子モジュール８を含むことができる。多層基板１０は、例えば、複数層の回路ボード材料（例えば、誘電材料、導電性材料など）を有する多層回路ボードとして実現することができる。
【００４６】
各アンテナ素子モジュール８は、誘電体基板１２を含むことができる。誘電体基板１２は、単一又は多層回路ボード、広角インピーダンス整合メタマテリアル（wide-angle impedance matching metamaterial、ＷＡＩＭ）などとして実現することができる。誘電体基板１２は、下面１４及び上面１６を含むことができる。各アンテナ素子モジュール８は、誘電体基板１２の下面１４に接着されたＩＣチップ１８を含むことができる。更に、給電部２０は、誘電体基板１２の上面１６上に配置されるか、又は上面と一体化されてもよい。各アンテナ素子モジュール８は、アンテナパッケージ２２を更に含むことができる。アンテナパッケージ２２は、放射素子２６を有するプラスチックアンテナ支持体２４を含むことができ、放射素子２６は、プラスチックアンテナ支持体上に配置されているか、又はプラスチックアンテナ支持体２４の空洞内に埋め込まれている。いくつかの実施例では、プラスチックアンテナ支持体２４は、誘電体基板１２の上面１６に延在している１つ以上の特徴部を含むことができる。これらの１つ以上の特徴部は、プラスチックアンテナ支持体の本体部分を誘電体基板１２の上面１６から離間させることができる。いくつかの実施例では、これらの１つ以上の特徴部は、脚部２８として実現してもよい。これらの１つ以上の特徴部は、放射素子２６を給電部２０から分離するエアギャップ３０（又は空隙）を画定することができる。他の実施例では、プラスチックアンテナ支持体２４の本体部分が誘電体基板１２の上面１６に接触するように、１つ以上の特徴部（例えば、脚部２８）を省略することができる。
【００４７】
いくつかの実施例では、各給電部２０は、最上層上に形成された、又は誘電体基板１２内に埋め込まれたマイクロストリップ素子の形式（例えば、スロット又は直交するように配設された一対のスロット）で実装することができる。各放射素子２６は、パッチアンテナ（例えば、丸い又は矩形のパッチアンテナ素子）として実装することができる。各アンテナ素子モジュール８は、多層基板１０の最上面３４上に接着する（取り付ける）ことができる。いくつかの実施例では、各アンテナ素子モジュール８は、ＩＣチップ１８を給電部２０に結合する（例えば、直接接続、受動的結合など）誘電体基板１２を通って延在する給電線路を含むことができる。更に、図１の各給電部２０は、フェーズドアレイアンテナ２内のＩＣチップ１８及び給電部２０の数が均等になるように、単一の給電部であってもよい。代替的に、図１の各給電部２０は、直交するように配設された一対のスロットなどの複数の給電部であってもよく、各ＩＣチップ１８は、給電部２０とＩＣチップ１８との間で通信される信号を個々に調整するための複数の回路を含むことができる。
【００４８】
説明を簡潔にする目的で、「最上部」及び「最下部」という用語は、本開示全体を通して、選択された向きの反対側の表面を示すために用いられる。同様に、「上部」及び「下部」という用語は、選択された向きにおける相対位置を示すために用いられる。更に、「下方にある」及び「上方に置く」（並びにそれらの派生語）という用語は、選択された向きにおける２つの隣接する表面又は素子の相対位置を示すために用いられる。実際に、本開示全体を通して使用される実施例では、選択された１つの向きを示す。しかしながら、記載された実施例では、選択された向きは任意であり、本開示の範囲内で他の向き（例えば、逆さまにする、９０度回転させるなど）が可能である。
【００４９】
多層基板１０は、ＢＦＮ（ビーム形成ネットワーク）回路４０を含むことができる。ＢＦＮ回路４０は、多層基板１０の層（又は複数の層）上に形成することができる。いくつかの実施例では、ＢＦＮ回路４０は、多層基板１０の内部層上に形成することができる。他の実施例では、ＢＦＮ回路４０は、最上層又は最下層などの外部層上に形成することができる。本明細書に記載されるように、ＢＦＮ回路４０は、信号を同位相で合成及び／又は分割する合成回路及び／又は分割回路として動作する。いくつかの実施例では、ＢＦＮ回路４０は、受動回路であってもよい。本明細書で使用するとき、「受動回路」という用語は、ＢＦＮ回路４０が、電源から電力を供給されない回路構成要素（例えば、抵抗トレース、コンデンサ、及び／又はインダクタ）を含むことができることを示す。ＢＦＮ回路４０は、各アンテナ素子モジュール８のＩＣチップ１４と電気的に通信することができる。
【００５０】
ローカルシステム４は、フェーズドアレイアンテナ２の動作モードを制御することができるコントローラ３８を含むことができる。一実施例として、コントローラ３８は、埋め込まれた命令を有するマイクロコントローラとして実装してもよい。別の実施例では、コントローラ３８は、非一過性メモリに記憶されたマシンコードを実行する処理ユニット（例えば、１つ以上のプロセッサコア）を有するコンピューティングデバイスとして実装してもよい。いくつかの実施例では、コントローラ３８は、制御線（図示せず）を介してＩＣチップ１８に制御信号を提供することができる。そのような制御信号は、ＩＣチップ１８に、ＢＦＮ回路４０とアンテナ素子モジュール８の給電部２０との間で通信される信号の振幅及び／又は位相調整レベルを設定させる。すなわち、コントローラ３８は、ＩＣチップ１８の信号調整を制御することができる。追加的に又は代替的に、いくつかの実施例では、コントローラ３８は、フェーズドアレイアンテナ２を受信モード又は送信モードで動作させる制御信号をＩＣチップ１８に提供することができる。追加的に、説明を簡潔にする目的で、本明細書に記載される例では、コントローラ３８はまた、アンテナ素子モジュール８のＩＣチップ１８に電力信号を提供する。しかしながら、他の実施例では、他の供給源がＩＣチップ１４に電力を提供することができる。
【００５１】
動作中、いくつかの実施例では、フェーズドアレイアンテナ２のアーキテクチャは、受信モード又は送信モードでのみ動作するように設計することができる。他の実施例では、本明細書に記載されるように、フェーズドアレイアンテナ２のアーキテクチャは、半二重モード又は偏波二重モードで動作するように設計することができ、フェーズドアレイアンテナ２は、受信モードと送信モードとの間で切り替わる。更に他の実施例では、フェーズドアレイアンテナ２のアーキテクチャは、フェーズドアレイアンテナ２が受信モード及び送信モードで同時に動作することができるように、周波数分割多重モードで動作するように設計することができる。
【００５２】
受信モードでは、ＥＭ（電磁（electromagnetic））信号を、複数のアンテナ素子モジュール８の各々の放射素子２６、又はそれらのいくつかのサブセットによってリモートシステム６から受信することができる。放射素子２６は、受信したＥＭ信号をエアギャップ３０及び対応する給電部２０に結合することができる。対応する給電部２０は、受信したＥＭ信号を電気信号に変換し、この電気信号をそれぞれのアンテナ素子モジュール８の対応するＩＣチップ１８に提供することができる。対応するＩＣチップ１８のそれぞれは、受信した電気信号を調整して素子信号を出力することができる電気回路構成要素を含むことができる。具体的には、各ＩＣチップ１４は、受信した電気信号を増幅、フィルタリング、かつ／又は位相シフトさせて、素子信号を形成することができる。
【００５３】
更に、種々異なるＩＣチップ１８は、異なるレベル及び種類の調整を提供することができる。例えば、第１のアンテナ素子モジュール８の第１のＩＣチップ１８は、受信した信号を第１の利得で増幅させ、かつ／又は受信した電気信号を第１の位相シフトによって移相させることができる。追加的に、第２のアンテナ素子モジュール８の第２のＩＣチップ１４が、受信した電気信号を第２の利得で増幅させ、かつ／又は受信した電気信号を第２の位相シフトによって移相させることができる。このようにして、ＩＣチップ１８によって出力された複数の素子信号は、ＢＦＮ回路４０による合成を容易にするために特定の特性を有することができる。
【００５４】
ＩＣチップ１８によって出力された素子信号の各々は、ＢＦＮ回路４０に提供することができる。ＢＦＮ回路４０は、素子信号を合成して、受信ビーム信号を形成することができる。受信ビーム信号は、多層基板１０の最下面４１又は他の位置に配置することができる接続ポートを介してローカルシステム４に提供することができる。ローカルシステム４は、受信ビーム信号を処理（例えば、復調）し、復号されたデータを消費することができる。
【００５５】
ＢＦＮ回路４０は、図１に破線で示す合成／分割回路４２の段として実装することができる。図１に示す実施例では、このような段が３つ存在するが、他の実施例では、合成／分割回路４２の段は、より多くの段で存在してもよいし、又はより少ない段（わずか１つの段）が存在してもよい。各合成／分割回路４２は、ウィルキンソン電力分割器、ハイブリッド結合器、方向性結合器、又は信号を合成及び／又は分割することができる任意の他の回路などの電力合成／分割回路として実装することができる。各合成／分割回路４２は、ＢＦＮ回路４０を通過する信号を合成又は分割することができる。例えば、受信に使用されるとき、ＩＣチップ１４とローカルシステム４との間で通信される信号は、合成／分割回路４２の各段によって合成することができる。追加的に又は代替的に、送信に使用されるとき、ローカルシステム４からＩＣチップ１４に伝達された信号は、ＢＦＮ回路４０の合成／分割回路４２の各段によって分割することができる。いくつかの例として、ＢＦＮ回路４０は、素子信号を同位相で、又は異位相で合成することができる。追加的に又は代替的に、ＢＦＮ回路４０は、素子信号を均等に又は不均等に合成することができる。一般的に、ＢＦＮ回路４０のアーキテクチャは、ほとんどの形態の信号を合成及び／又は分割するように設計することができる。
【００５６】
送信モードではローカルシステム４は、ＢＦＮ回路４０に、リモートシステム６に送信されることを意図した送信ビーム信号を提供することができる。ＢＦＮ回路４０は、送信ビーム信号を分割して、素子信号と呼ばれる複数の分割信号を形成する。素子信号を、アンテナ素子モジュール８のＩＣチップ１８に提供することができる。各ＩＣチップ１８は、受信した素子信号を調整する（例えば、増幅、フィルタリング、かつ／又は位相シフトさせる）ことができ、対応する給電部２０に対して調整された信号を出力する。送信モードでは、各ＩＣチップ１８は、受信モードの調整とは異なるレベルの調整を提供するように構成することができ、これは、フェーズドアレイアンテナ２が受信モード及び送信モードで同時に動作する例を含む。例えば、所定のＩＣチップ１８は、送信モードにおいて受信モードとは異なるレベルの利得、異なる位相シフト、及び／又は異なる通過帯域を提供することができる。
【００５７】
各アンテナ素子モジュール８の給電部２０は、対応するＩＣチップ１４によって提供された調整された素子信号を、対応する放射素子２６に向けてエアギャップ３０を介して提供されるＥＭ信号に変換することができる。各放射素子２６は、送信されたＥＭ信号を自由空間に結合することができ、その結果、送信されたＥＭ信号は、他のアンテナ素子モジュール８の送信と重畳され、矢印４４が示すように、自由空間を通ってリモートシステム６に伝搬する送信ビーム信号のビームを形成する。リモートシステム６は、受信した送信ビーム信号を復調し、結果として得られたデータを処理することができる。フェーズドアレイアンテナ２は、所望の特性（例えば、最大利得の所望の方向、及び／又は偏波）を備える放射パターンを有する送信ビーム信号のビームを形成するために、送信信号が建設的及び破壊的に干渉し合うように設計することができる。更に、いくつかの実施例では、各アンテナ素子モジュール８の複数のＩＣチップ１８による調整（例えば、増幅及び／又は位相シフト）は、コントローラ３８によって制御可能であり、所望の方向の送信ビーム信号のビームに結合することができる。フェーズドアレイアンテナ２が受信モード及び送信モードで動作するように設計された実施例では、リモートシステム６とローカルシステム４との間の双方向無線通信を確立することができる。代替的に、フェーズドアレイアンテナ２が受信モードでのみ、又は送信モードでのみ動作する例では、リモートシステム６とローカルシステム４との間の単方向無線通信を確立することができる。
【００５８】
図１のフェーズドアレイアンテナ２を実現することにより、比較的単純で低コストのフェーズドアレイアンテナを製造することができる。具体的には、アンテナ素子モジュール８は、多層基板１０とは別個に製造され、多層基板１０上に取り付けることができる。更に、本明細書で詳細に説明するように、アンテナ素子モジュール８は、多層基板１０の最上面３４に個片化して接着することができるアンテナ素子モジュールのアレイとして製造することができる。
【００５９】
更に、アンテナ素子モジュール８は、比較的単純かつ低コストのプロセスで製造することができる。例えば、アンテナパッケージ２２は、射出成形又は熱成形方法で形成することができる。アンテナパッケージ２２を射出成形で形成することができる例では、所定のアンテナパッケージ２２のプラスチックアンテナ支持体２４は、第１のポリマー（例えば、第１の種類のプラスチック）を、放射素子２６のために成形された空洞を含むことができる型枠に注入することによって形成することができる。その後、第２のポリマー（例えば、第２の種類のプラスチック）をプラスチックアンテナ支持体２４の空洞に注入して、アンテナパッケージ２２を形成することができる。追加的に、ＩＣチップ１８は、誘電体基板１２の下面１４に装着することができる。その後、アンテナパッケージ２２は、誘電体基板１２の最上面に接着することができる。
【００６０】
追加的に、アンテナ素子モジュール８にＩＣチップ１８を実装することにより、ＢＦＮ回路４０及び／又は多層基板１０の最下面４１にＩＣチップが不要になり、これにより、ＢＦＮ回路４０の複雑性が低減される。例えば、アンテナ素子モジュール８にＩＣチップ１８を含めることにより、受信信号を、多層基板１０を介して、反対側（最下部）の表面上に取り付けられたＩＣチップへと、次いでＢＦＮ回路４０へと合成のためにルーティングすることから生じるプリント配線基板（printed circuit board、ＰＣＢ）の複雑性が回避される。また更に、給電部２０及び放射素子２６の両方を含むことにより、フェーズドアレイアンテナ２の方向性及び利得が増加する。
【００６１】
図２は、ＲＦ信号などのＥＭ信号を送信及び／又は受信するための分割レベルのアーキテクチャを有する、例示的なフェーズドアレイアンテナ５０の斜視図である。図３は、フェーズドアレイアンテナ５０の分解図である。図２及び図３は、同じ構造を示すために同じ参照番号を用いる。更に、特に断りがない限り、フェーズドアレイアンテナ５０の素子への参照は、図２及び図３の両方に該当する。図１のフェーズドアレイアンテナ２を実現するために、図２及び図３のフェーズドアレイアンテナ５０を用いることができる。
【００６２】
いくつかの実施例では、フェーズドアレイアンテナ５０は、モジュールとして製造され、組み立てることができる。具体的には、フェーズドアレイアンテナ５０は、多層基板５４上に取り付けられているＮ個のアンテナ素子モジュール５２（そのいくつかのみが図１及び図２に詳細に表示されている）を含むことができる。各アンテナ素子モジュール５２は、上面５８及び下面６０を有する誘電体基板５６を含むことができる。誘電体基板５６は、１つ以上の層を含むことができ、例えば、回路ボード又はＷＡＩＭとして実装することができる。
【００６３】
フェーズドアレイアンテナ５０に埋め込まれた複数のＩＣチップ６２は、フェーズドアレイアンテナ５０の中間層上に配置することができる。複数のＩＣチップ６２のＩＣチップ６２は、アンテナ素子モジュール５２の各々に接着する（取り付ける）ことができる。具体的には、ＩＣチップ６２は、各誘電体基板５６の下面６０に接着することができる。各ＩＣチップ６２は、フリップチップはんだ付け技術、熱イオンボンディングなどのワイヤボンディング、又は他の技術を使用して、対応するアンテナ素子モジュール５２の誘電体基板５６上に接着することができる。
【００６４】
追加的に、各アンテナ素子モジュール５２は、給電部６４を含むことができる。いくつかの実施例では、給電部６４は、誘電体基板５６の上面５８に配置することができる。他の実施例では、給電部６４は、誘電体基板５６と一体化することができる。いくつかの実施例では、誘電体基板５６を貫通して延在する埋込型給電線路（又は複数の給電線路）は、給電部６４とＩＣチップ６２とを相互接続することができる。いくつかの実施例では、給電部６４は、金属化により誘電体基板５６に製造されたスロットなどのマイクロストリップ素子として実装することができる。追加的に、いくつかの実施例では、給電部６４は、複数のマイクロストリップ素子を代表することができる。例えば、給電部６４は、直交するように配設された一対のスロットを代表することができる。このような状況では、対応するＩＣチップ６２は、対応する複数の給電部６４の各々と通信される信号を個々に調整するために、（複数の回路素子を有する）複数の回路経路を含むことができる。代替的に、いくつかの実施例では、給電部６４は、単一の放射素子を代表することができる。この状況では、ＩＣチップ６２と給電部６４との間に１対１の対応が存在する。
【００６５】
追加的に、各アンテナ素子モジュール５２は、誘電体基板５６の上面５８に接着されたアンテナパッケージ７０を含むことができる。より具体的には、アンテナパッケージ７０は、プラスチックアンテナ支持体７２を含むことができる。プラスチックアンテナ支持体７２は、本体部分、及び本体部分から延在している脚部（例えば、３つ以上の脚部）を含むことができる。本明細書で使用するとき、「プラスチック」という用語は、大部分が高分子量の熱可塑性又は熱硬化性ポリマーであり、物体、フィルム、又はフィラメントに作製することができる多数の有機合成材料又は加工材料のいずれかを指す。プラスチックアンテナ支持体７２の本体部分は、空洞内に配置された放射素子７４を有する空洞を含むことができる。空洞は、プラスチックアンテナ支持体７２内の凹部又は穴であってもよい。放射素子７４は、丸いパッチアンテナ又は多角形パッチアンテナ（例えば、矩形パッチアンテナ又は六角形パッチアンテナ）などのパッチアンテナとして実装することができる。
【００６６】
いくつかの実施例では、放射素子７４は、プラスチックアンテナ支持体７２の下面上に配置されるか、又はそれと一体化された寄生素子７６に結合することができる。
【００６７】
プラスチックアンテナ支持体７２の脚部は、プラスチックアンテナ支持体７２の本体部分内の空洞を誘電体基板５６の上面５８から離間させている。より具体的には、プラスチックアンテナ支持体７２の脚部は、給電部６４を放射素子７４から離間させるエアギャップ７６（又は空隙）を確立する。このようにして、給電部６４及び放射素子７４は、連携して動作し、アンテナ素子を形成する。
【００６８】
多層基板５４は、例えば、多層回路ボードとして（例えば、下部回路ボードとして）実現することができる。いくつかの実施例では、多層基板５４は、多層基板５４の最下部（又は最下層）に位置するベース導電層８０（例えば、グラウンドプレーン）を含むことができる。ベース導電層８０は、多層基板５４が、コントローラ及び／又は電源を有するローカルシステムなどの外部構成要素と通信することを可能にするエッチング及び／又はトレースを含むことができる。下部誘電体層８２は、ベース導電層８０の上方に置かれている。ＢＦＮ（ビーム形成ネットワーク）回路８４は、多層基板５４の層（又は複数の層）上に形成することができる。いくつかの実施例では、ＢＦＮ回路８４は、多層基板５４の内部層上に形成することができる。ＢＦＮ回路８４が内部層上に形成されている実施例では、ＢＦＮ回路８４は、下部誘電体層８２の上方に置くことができる。更に、上部誘電体層８６は、ＢＦＮ回路８４の上方に置くことができる。このようにして、ＢＦＮ回路８４は、ＢＦＮ回路８４が電磁干渉（electromagnetic interference、ＥＭＩ）から電気的に遮蔽され得るように、下部誘電体層８２と上部誘電体層８６との間に挟むことができる。最上部導電層９０は、上部誘電体層８６の上方に置くことができる。他の実施例では、ＢＦＮ回路８４は、多層基板５４の上部誘電体層８６に又はその付近に形成することができる。このような状況では、ＢＦＮ回路８４は、最上部導電層９０にパターン化することができる。
【００６９】
最上部導電層９０は、Ｎ個のアンテナ素子モジュール５２の各々を受け入れるために、パターン化された取り付け境界面（例えば、エッチング及び／又は導電性パッド）を含むことができる。追加的に、最上部導電層９０は、ＢＦＮ回路８４と、ＩＣチップ６２及び／又はＮ個のアンテナ素子モジュール５２の誘電体基板５６との間の信号の通過を可能にするビアを有するパターン化された導電性境界面を含むことができる。Ｎ個のアンテナ素子モジュール５２は、最上部導電層９０のパターン取り付け境界面において、最上部導電層９０上に取り付けることができる。いくつかの実施例では、Ｎ個のアンテナ素子モジュール５２は、フェーズドアレイアンテナ５０の格子などに、秩序あるアレイで配設することができる。いくつかの実施例では、本明細書で詳細に説明されるように、各ＩＣチップ６２は、電気接合材（例えば、はんだ）を用いて、最上部導電層９０上に取り付けることができる。他の実施例では、各誘電体基板５６の下面６０は、電気接合材を用いて最上部導電層９０上に取り付けることができ、各誘電体基板５６内のトレース及び／又はビアは、対応するＩＣチップ６２を最上部導電層９０上の接続パッドに結合することができる。
【００７０】
多層基板５４は、多層基板５４の種々異なる層に構成要素を接続するために、貫通して延在するビアを含むことができる。例えば、多層基板５４の内部層上にＢＦＮ回路８４を形成することができる場合、多層基板５４は、ＢＦＮ回路８４をアンテナ素子モジュール５２に電気的に接続するためのビアを含むことができる。このようなビアは、アンテナ素子モジュール５２をＢＦＮ回路８４に結合するために、信号境界面でＢＦＮ回路８４に結合することができる。
【００７１】
いくつかの実施例では、ＢＦＮ回路８４は、受動回路であってもよい。ＢＦＮ回路８４は、Ｎ個のアンテナ素子モジュール５２とローカルシステムの外部構成要素との間で通信することができる信号を分割／合成するように構成することができる。
【００７２】
更に、各アンテナ素子モジュール５２の各ＩＣチップ６２は、給電部６４とＢＦＮ回路８４との間で通信される信号を調整するための回路構成要素を含むことができる。具体的には、各アンテナ素子モジュール５２は、給電部６４とＢＦＮ回路８４との間で通信される信号をフィルタリング、増幅かつ／又は位相シフトさせることができる。更に、いくつかの実施例では、各ＩＣチップ６２は、特定の対応する給電部６４に整合させることができる。すなわち、第１のＩＣチップ６２は、第２のＩＣチップ６２とは異なる利得及び／又は位相シフトを信号に適用するように構成することができる。追加的に又は代替的に、各ＩＣチップ６２の調整パラメータ（例えば、バンドパス、利得、及び／又は位相シフト）は、ローカルシステムで動作するコントローラによって設定することができる。
【００７３】
図１のフェーズドアレイアンテナ２に関して説明したように、一例では、フェーズドアレイアンテナ５０は、送信モードで動作することができる。追加的に又は代替的に、フェーズドアレイアンテナ５０は、受信モードで動作することができる。いくつかの実施例では、フェーズドアレイアンテナ５０は、受信モード又は送信モードだけで動作するように構成することができる。他の実施例では、フェーズドアレイアンテナ５０は、半二重モード又は偏波モードで動作することができ、受信モードと送信モードとの間で切り替わる。更に他の実施例では、フェーズドアレイアンテナ５０は、周波数分割二重モードで動作することができ、フェーズドアレイアンテナ５０は、送信モード及び受信モードで同時に動作することができる。
【００７４】
フェーズドアレイアンテナ５０を実装することにより、比較的単純で低コストのフェーズドアレイアンテナを提供することができる。具体的には、フェーズドアレイアンテナ５０の分割レベルのアーキテクチャは、多層基板５４を実装するために必要とされる層の数を低減する。フェーズドアレイアンテナ５０の分割レベルのアーキテクチャは、各誘電体基板５６及び多層基板５４の複雑性を比較的に低くすることを可能にし（例えば、ブラインドビアを回避することができる）、したがって、フェーズドアレイアンテナ５０全体のコストを、単一の回路ボードの使用と比較してより低くすることができる。追加的に、ＩＣチップ６２とアンテナ素子モジュール５２とを統合すれば、ＩＣチップ６２は給電部６４に相対的に近接して配置される。したがって、ＩＣチップ６２と給電部６４との間のビアの長さを短くすることができる。
【００７５】
追加的に、多層基板５４の複雑性を低減することにより、アンテナ素子モジュール５２を製造するために、単純で安価な技術を採用することができる。具体的には、アンテナ素子モジュール５２の各々は、射出成形、熱成形、及びフリップチップ加工などの標準的な処理及びパッケージング技術で製造することができる。
【００７６】
追加的に、ＩＣチップ６２を多層基板５４から分離して配設することにより、フェーズドアレイアンテナ５０を実装するために必要とされるビアの数を削減することができ、その結果、多層基板５４内のビアの密度を低減することができる。したがって、これにより、深さの制御された掘削技術を用いて、（比較的複雑で高価な）ビアをバックドリルする必要性が低減され、かつ／又は排除される。更に、上述したように、各アンテナ素子モジュール５２は、多層基板５４の最上部導電層９０のパターン化された導電性境界面上に取り付けることができる。最上部導電層９０のパターンは、Ｎ個のアンテナ素子モジュール５２の位置を画定する。したがって、Ｎ個のアンテナ素子モジュール５２は、多層基板５４とは異なる時及び／又は設備で製造することができる。
【００７７】
更に、多層基板５４の最上部導電層９０上にアンテナ素子モジュール５２を配設する際には、アンテナ素子モジュール５２の各々は、自由空間（例えば、空気又は空隙）で分離することができ、これにより、給電部６４同士間に連続した誘電材料が存在することが回避される。このようにして、信号の望ましくない表面波の伝播が抑制／低減され（低減及び／又は排除され）、これにより、フェーズドアレイアンテナ５０の性能（信号対雑音比）が向上する。例えば、連続した誘電材料が存在したならば誘電材料の連続した表面と平行に伝搬するはずの表面波を抑制／低減することができる。具体的には、最上部導電層９０のパターンは、自由空間のギャップが各ＩＣチップ６２を分離することを確実にする。これらの自由空間のギャップは、ＩＣチップ６２間の最上部導電層９０に屈折率不連続性を導入する。これらの屈折率不連続性は、最上部導電層９０全体にわたる表面波の伝播を低減する。
【００７８】
図４は、多層基板１０４上に複数のアンテナ素子モジュール１０２を取り付けるための例示的なアーキテクチャを有する、例示的なフェーズドアレイアンテナ１００の一部分を示す。フェーズドアレイアンテナ１００は、図１のフェーズドアレイアンテナ２、並びに／又は図２及び図３のフェーズドアレイアンテナ５０を実現するために用いることができる。各アンテナ素子モジュール１０２は、誘電体基板１０６を含むことができる。この誘電体基板１０６は、誘電体基板１０６の最上面１１０上に配置された給電部１０８、又は最上面と一体化された給電部１０８を有する。各給電部１０８は、例えば、スロットとして、又は直交するように配設された一対のスロットとして実装することができる。
【００７９】
一例として、ＩＣチップ１１２を誘電体基板１０６の下面１１４に接着する（取り付ける）ことができる。他の実施例では、ＩＣチップ１１２を誘電体基板１０６の異なる表面に接着することができる。各ＩＣチップ１１２はまた、多層基板１０４の最上面１１６（例えば、導電層）に接着することができる。各ＩＣチップ１１２は、電気接合材１１３（例えば、はんだボール）を介して、多層基板１０４の最上面１１６に接着することができる。多層基板１０４は、ＢＦＮ回路などの回路を含むことができる。追加的に、多層基板１０４は、ＩＣチップ１１２に信号を提供することができる電力回路及び／又はコントローラに結合することができる。いくつかの実施例では、各ＩＣチップ１１２は、誘電体基板１０６とＩＣチップ１１２との間に信号境界面を提供することができる、１１８に示すＩＣチップ上部境界面を含むことができる。追加的に、各ＩＣチップ１１２は、ＩＣチップ１１２と多層基板１０４との間に信号境界面を提供することができるＩＣチップ下部境界面１２０を含むことができる。
【００８０】
ＩＣチップ１１２は、両方の境界面１１８、１２０に導電性境界面を提供するために、ＩＣチップ１１２を完全に貫通する１つ以上のチップ貫通ビア（例えば、シリコン貫通ビア（through-silicon via、ＴＳＶ））を含むことができる。いくつかの実施例では、ＩＣチップ下部境界面１２０は、ビアを介して、多層基板１０４にある回路（ＢＦＮ回路など）に結合することができる。例えば、多層基板１０４の最上面１１６上のはんだパッドと、各ＩＣチップ１１２との間のはんだ接合により、直接的な電気接続を提供することができる。このようにして、各ＩＣチップ１１２を多層基板１０４に直接的に結合することができる。動作中、各ＩＣチップ１１２は、対応する給電部１０８と多層基板（ＢＦＮ回路を含む）１０４との間で通信される信号を介在させる。具体的には、各ＩＣチップ１１２と多層基板１０４との間で通信される信号は、ＩＣチップ下部境界面１２０を通過することができる。追加的に、ＩＣチップ１１２と給電部１０８との間で通信される信号は、ＩＣチップ上部境界面１１８を通過することができる。各ＩＣチップ１１２は、多層基板１０４と誘電体基板１０６との間で通信される信号を調整する（例えば、増幅、フィルタリング、かつ／又は位相シフトさせる）ことができる。
【００８１】
更に、各アンテナ素子モジュール１０２は、アンテナパッケージ１３０を含むことができる。各アンテナパッケージ１３０は、プラスチックアンテナ支持体１３２及び放射素子１３４を含むことができる。プラスチックアンテナ支持体１３２は、脚部１３６及び本体部分１３８などの１つ以上の特徴部を含むことができる。放射素子１３４は、プラスチックアンテナ支持体１３２の本体部分１３８内に形成された空洞内に配置することができる。いくつかの実施例では、放射素子１３４は、パッチアンテナなどの単一のアンテナ素子であってもよい。他の実施例では、図示するような放射素子１３４は、プラスチックアンテナ支持体１３２の本体部分１３８の反対側に配置された一対のパッチアンテナなどの複数の放射素子と共に実装することができる。
【００８２】
プラスチックアンテナ支持体１３２の脚部１３６は、誘電体基板１０６の最上面１１０を、放射素子１３４が存在する空洞から離間させる。更に、いくつかの実施例では、プラスチックアンテナ支持体の本体部分１３８が誘電体基板の最上面１１０と接触するように、脚部１３６（又は他の特徴部）を省略することができる。脚部１３６が含まれる場合、脚部１３６は、例えば、長さ約０．２５ミリメートル（ｍｍ）〜長さ約２ｍｍであってもよい。しかしながら、他の実施例では、脚部１３６は、この範囲よりも長くても短くてもよい。したがって、脚部１３６は、給電部１０８と放射素子１３４との間にエアギャップ１４０（又は空隙）を形成する。このようにして、給電部１０８及び放射素子１３４は、アンテナ素子の構成部品として連携して動作することができる。具体的には、給電部１０８と通信される信号は、放射素子１３４によって結合することができる。例えば、受信モードでは、外部ソースから受信したＥＭ信号は、給電部１０８に向けて放射素子１３４によって結合することができ、ＩＣチップ１１２と通信するために給電部１０８によって電気信号に変換される。逆に、送信モードでは、ＩＣチップ１１２から給電部１０８に通信された信号は、給電部１０８によってＥＭ信号に変換することができ、放射素子１３４によって自由空間に伝播される。
【００８３】
図４のフェーズドアレイアンテナ１００に示すアーキテクチャを用いることにより、多層基板１０４とＩＣチップ１１２との間の直接的な電気接続を実現することができる。このようにして、アンテナ素子モジュール１０２のＩＣチップ１１２は、ＢＦＮ回路及び／又は多層基板１０４の電力システム及び制御システムに接続されたビア及び／又はトレースに直接的に結合することができる。図４のフェーズドアレイアンテナ１００のアーキテクチャは、各ＩＣチップ１１２を給電部１５８及び放射素子１７２に相対的に近接させて配置することによって、損失を削減する。更に、いくつかの実施例では、多層基板１０４とＩＣチップ１１２との間に直接的な電気接続を提供することにより、このような損失を更に低減することができる。
【００８４】
図５は、多層基板１５４上に複数のアンテナ素子モジュール１５２を取り付けるための例示的な別のアーキテクチャを有する、例示的なフェーズドアレイアンテナ１５０の一部分を示す。フェーズドアレイアンテナ１５０は、図１のフェーズドアレイアンテナ２、並びに／又は図２及び図３のフェーズドアレイアンテナ５０を実現するために用いることができる。各アンテナ素子モジュール１５２は、誘電体基板１５６を含むことができる。この誘電体基板は、誘電体基板１５６の最上面１５９上に配置された給電部１５８、又は最上面と一体化された給電部１５８を有する。各給電部１５８は、例えば、スロットとして、又は直交するように配設された一対のスロットとして実装することができる。
【００８５】
いくつかの実施例では、ＩＣチップ１６０を誘電体基板１５６の下面１６２に取り付けることができる。他の実施例では、ＩＣチップ１６０を誘電体基板１５６の異なる表面に接着することができる。各誘電体基板１５６は、はんだボール又はピラーなどの導電性接合材１６６を介して、多層基板１５４の最上面１６４（例えば、導電層）に取り付けることができる。各ＩＣチップ１６０は、多層基板１５４の最上面１６４から離間させることができる。換言すれば、自由空間ギャップ（例えば、空気又は空隙）は、各ＩＣチップ１６０の表面を多層基板１５４の最上面１６４から分離させることができる。追加的に、導電性接合材１６６（例えば、はんだボール）の量は、ＩＣチップ１６０と多層基板１５４との間に所望の空間（例えば、自由空間ギャップの大きさ）を提供することができるようにする。いくつかの実施例では、各ＩＣチップ１６０は、対応する誘電体基板１５６と外接することができる。このような状況では、導電性接合材１６６によって形成された電気接続は、対応する誘電体基板１５６の周辺部付近に形成することができる。
【００８６】
多層基板１５４は、ＢＦＮ回路などの回路を含むことができる。追加的に、多層基板１５４は、ＩＣチップ１６０に信号を提供することができる電力回路及び／又はコントローラに結合することができる。動作中、各ＩＣチップ１６０は、多層基板１５４と給電部１５８との間で通信される信号を調整する（例えば、増幅、フィルタリング、かつ／又は位相シフトさせる）ことができる。
【００８７】
いくつかの実施例では、各ＩＣチップ１６０は、誘電体基板１５６とＩＣチップ１６０との間に導電性境界面を提供することができるＩＣチップ境界面１６８を含むことができる。いくつかの実施例では、各ＩＣチップ１６０を反転させて誘電体基板１５６の下面１６２に装着することができる。このアーキテクチャは、ＩＣチップ１６０を給電部１５８に対して相対的に近接させて配置することによって、損失を削減する。追加的に、誘電体基板１５６は、多層基板１５４とＩＣチップ１６０との間に電気経路を提供するビア及び／又はトレースを含むことができる。このようにして、多層基板１５４からＩＣチップ１６０に提供された信号は、誘電体基板１５６を通ってルーティングすることができる。具体的には、多層基板１５４とＩＣチップ１６０との間で通信された信号は、導電性接合材１６６を通過し、誘電体基板１５６のビア及び／又はトレースを通過し、ＩＣチップ境界面１６８を通過することができる。追加的に、ＩＣチップ１６０と給電部１５８との間で通信された信号は、ＩＣチップ境界面１６８を通過し、誘電体基板１５６を通過することができる。
【００８８】
アンテナパッケージ１７０は、誘電体基板１５６の最上面１５９に接着することができる。アンテナパッケージ１７０は、図４のアンテナパッケージ１３０により実現することができる。したがって、アンテナパッケージ１７０は、プラスチックアンテナ支持体１７４の空洞内に配置された放射素子１７２を含むことができる。放射素子１７２は、プラスチックアンテナ支持体１７４によって形成されたエアギャップ又は空隙１７６によって給電部１５８から離間させることができる。このようにして、給電部１５８及び放射素子１７２は、アンテナ素子の構成部品として連携して動作することができる。具体的には、給電部１５８と通信される信号は、放射素子１７２によって結合することができる。
【００８９】
図５のフェーズドアレイアンテナ１５０に示すアーキテクチャを用いることにより、多層基板１５４とＩＣチップ１６０との間の電気経路を、ＩＣチップ１６０の片側で単一のＩＣ境界面１６８を用いて実現することができる。図５のフェーズドアレイアンテナ１５０に示すアーキテクチャを用いることにより、各アンテナ素子モジュール１０２のＩＣチップ１６０は、ＢＦＮ回路及び／又は多層基板１５４の電力システム及び制御システムに接続されたビア及び／又はトレースに間接的に結合することができる。
【００９０】
図６は、図４及び図５の誘電体基板１０６などの誘電体基板２００の側断面図を示す。誘電体基板２００は、図５のフェーズドアレイアンテナ１５０のアンテナ素子モジュール１５２などのアンテナ素子モジュールで用いることができる。誘電体基板２００は、複数の積層体を含む。誘電体基板２００の最下層は、ＩＣチップ層２０１として実装することができる。誘電体基板２００は、ビア層２５０及び信号層２８０などの内部層を含んでもよい。誘電体基板２００は、給電層３００として実装されている最上層を更に含むことができる。図６に列挙されている層は、網羅的であることを意味するものではない。例えば、このような絶縁（誘電体）層及び／又はグラウンドプレーン層のいくつかの層は、説明を簡潔にする目的で図示されていない。
【００９１】
図７は、図５のフェーズドアレイアンテナ１５０のアンテナ素子モジュール１５２など、アンテナ素子モジュールの図１のＩＣチップ層２０１の平面図を示す。ＩＣチップ層２０１は、誘電体基板２００の下面を代表することができる。図示の例では、誘電体基板２００の下面と多層基板（図６には示されておらず、図５の参照番号１５４を参照されたい）との間の導電性接合材２０２（例えば、はんだボール、ピラーなど）の様々な群を含むことができる。
【００９２】
導電性接合材２０２は、ボールグリッドアレイ（ball grid array、ＢＧＡ）に配設することができる。具体的には、図示の例では、導電性接合材２０２ｂは、誘電体基板２００の下面の周辺に沿って配設されている。導電性接合材２０６ｂは、図５を参照して上述したように、ＩＣチップ２０８と多層基板との間に所望の空間を提供することができる。導電性接合材２０６ｂのいくつか又は全部は、外部の電磁波源からＩＣチップ２０８を遮蔽するためのグラウンドに接続することができる。別の例として、導電性接合材２０６ｂの１つ以上は、ＩＣチップ２０８の対応するポートに結合された１つ以上の導電性トレース（図示せず）を介して、ＩＣチップ２０８に電力を供給するために使用される供給電圧（又は複数の供給電圧）に接続してもよい。更に別の例として、導電性接合材２０２ｂの１つ以上は、ＩＣチップの対応するポートに結合された導電性トレース（図示せず）を介してＩＣチップ２０８に制御信号を提供するために、多層基板内の制御線に接続してもよい。図示の例では、導電性接合材２０２ｂは、周辺部に沿って配設されているものとして示しているが、他の実施例では、異なる様式で配設してもよい。
【００９３】
図示の例では、多層基板とＩＣチップ２０８上のポート（例えば、パッド、リードなど）との間で信号を通信するための電気経路は、導電性接合材２０２ａ、導電性トレース２１０、及び導電性接合材（例えば、はんだなど）２１２ａによって提供される。したがって、導電性接合材２０２ａは、多層基板の最上面から、誘電体基板２００の最下面上の導電性トレース２１０（例えば、パターン化された金属材料）まで延在している。導電性トレース２１０は、導電性接合材２０２ａと、ＩＣチップ２０８上のポートに接着された導電性接合材２１２ａとの間に延在している。代替的に、電気経路が確立される様式は、異なっていてもよい。
【００９４】
図示の例では、ＩＣチップ２０８の１つ以上のポートと給電部（図示せず）との間で信号を通信するための電気経路は、誘電体基板２２００の最下面とＩＣチップ２０８の上面との間に延在している導電性接合材（例えば、はんだ）によって提供される。図示の例では、給電部は、２つのポートを有する、直交するように配設されたスロットとして実現することができ、したがって、（例えば、水平偏波に対応する）第１の信号は、ＩＣチップ２０８の第１のポートと、導電性接合材２１４ｂ−１を通る給電部の第１のポート２１６との間で通信され、（例えば、垂直偏波に対応する）第２の信号は、ＩＣチップ２０８の第２のポートと、導電性接合材２１４ｂ−２を通る給電部の第２のポート２１８との間で通信される。代替的に、電気経路がＩＣチップと給電部との間で確立される様式は、異なっていてもよい。
【００９５】
図示の例では、追加の導電性接合材が、ＩＣチップ２０８の周辺に沿って配設されており、上述のように導電性接合材２０２ｂ及び導電性トレース（図示せず）によってグラウンド、直流電源電圧（複数可）などを提供するように、ＩＣチップ２０８上の他のポートと多層基板との間に追加の電気経路を提供する。
【００９６】
図８Ａは、図６に示す誘電体基板２００のビア層２５０（内部層）の一例の上面図を示す。このビア層は、第１のビア２５２及び第２のビア２５４を含むことができ、これらのビアは、誘電体基板２００のそれぞれのＩＣチップ層２０１の、図７の第１のポート２１６及び第２のポート２１８に結合することができる。ビア層２５０は、図７のＩＣチップ層２０１の上方に置くことができる。第１のビア２５２及び第２のビア２５４の各々は、非導電性材料から形成された遮蔽領域２５６によって包囲することができる。
【００９７】
図８Ｂは、図８Ａのビア層２５０及び図７のＩＣチップ層２０１の上方に置くことができる、図６の誘電体基板２００の信号層２８０（別の内部層）の一例を示す。信号層２８０は、エッチング領域２８２を含むことができる。信号層２８０は、第１のビア２８４の終端部及び第２のビア２８６の終端部を含む。第１のビア２８４の終端部は、図８Ａの第１のビア２５２及び図７の第１のポート２１６に結合することができる。第２のビア２８６の終端部は、図７の第２のビア２５４及び図７の第２のポート２１８に結合することができる。追加的に、第１のビア２８４の終端部及び第２のビア２８６の終端部は、非導電性材料から形成された遮蔽領域２８８によって部分的に包囲することができる。
【００９８】
エッチング領域２８２は、非導電性材料から形成することができる。追加的に、エッチング領域２８２は、導電性材料（例えば、金属）からそれぞれ形成することができる第１のマイクロストリップ線２９０及び第２のマイクロストリップ線２９２を含むことができる。第１のマイクロストリップ線２９０及び第２のマイクロストリップ線２９２は、それぞれのスロットの下方になるように成形することができる。
【００９９】
図９は、図８Ｂの信号層２８０、図８Ａのビア層２５０、及び図７のＩＣチップ層２０１の上方に置くことができる、図６に示す誘電体基板２００の給電層３００の平面図の一例を示す。給電層３００は、誘電体基板２００の最上面上に配置されるか、又は最上面と一体化してもよい。給電層３００は、信号層２８０、図８Ａのビア層２５０、及び図７のＩＣチップ層２０１の上方に置くことができる。給電層３００は、導電性材料（例えば、金属）にそれぞれ形成することができる第１のスロット３０２及び第２のスロット３０４を含むことができる。第１のスロット３０２及び第２のスロット３０４は、アンテナ素子のための給電部の構成要素として各々実装することができる。したがって、第１のスロット３０２及び第２のスロット３０４は、互いに対して直交するように配設することができる。追加的に、２つのスロットが図９に示されているが、他の実施例では、より多くの又はより少ないスロットが存在してもよい。
【０１００】
図１０〜図１９では、アンテナパッケージの例を示す。更に、図１０〜図１９では、同じ構造を示すために同じ参照番号を用いる。更に、説明を簡潔にする目的で、いくつかの参照番号は、各図に対して含まれない、かつ／又は再導入されていない。
【０１０１】
図１０は、アンテナパッケージ４００の一例の斜視図を示し、図１１は、アンテナパッケージ４００の側面図を示す。図１０及び図１１は、同じ構造を示すために同じ参照番号を用いる。更に、特に断りがない限り、アンテナパッケージ４００の素子への参照は、図１０及び図１１の両方に適用される。アンテナパッケージ４００は、図１のアンテナパッケージ２２、図２のアンテナパッケージ７０、及び／又は図３のアンテナパッケージ１３０を実現するために用いることができる。
【０１０２】
アンテナパッケージ４００は、射出成形又は熱成形（熱形成とも呼ばれる）技術によって形成することができる。アンテナパッケージ４００は、プラスチックアンテナ支持体４０２を含むことができる。プラスチックアンテナ支持体４０２は、本体部分４０４、及び本体部分４０４から延在している複数の脚部４０６を含むことができる。本実施例では、本体部分４０４は、矩形のベース形状を有することができる。しかしながら、他の実施例では、他のベース形状が可能である。より具体的には、本体部分４０４は、規則的なタイルベース形状（例えば、三角形、矩形、六角形など）を有することができる。
【０１０３】
脚部４０６は、プラスチックアンテナ支持体４０２の各頂点（例えば、角部）に配置することができる。脚部４０６は、長さ約０．２５ｍｍ〜約２ｍｍを有することができる。各脚部は、少なくとも１つの抜き勾配４１０を含むことができ、この抜き勾配は、鈍角である抜き勾配の箇所において本体部分から離れるように延在する。いくつかの実施例では、抜き勾配４１０は、９０度未満の角度であってもよい。抜き勾配４１０により、アンテナパッケージ４００を製造するために用いられる射出成形又は熱成形技術を容易にすることができる。
【０１０４】
本体部分４０４は、放射素子４１４のために成形された空洞４１２を含むことができる。したがって、空洞４１２は、本体部分４０４の最上面の凹部として実装することができる。いくつかの実施例では、空洞４１２内の縁部表面４１８は、本体部分４０４の最上面４１６に対して抜き勾配（例えば、９０度未満の角度）をもって形成することができる。放射素子４１４は、パッチアンテナとして実装することができる。本明細書で使用するとき、「パッチアンテナ」という用語は、平坦な（又はほぼ平坦な）表面上に取り付けられた、薄型のアンテナを指す。パッチアンテナは、大きな平坦な（又はほぼ平坦な）表面上に取り付けられた平坦なシート又はパッチを含む。放射素子４１４は、空洞４１２内に配置することができる。したがって、空洞４１２は、放射素子４１４を包み込んで最上面４１６と同一平面を形成するように成形することができる。他の実施例では、放射素子４１４は、本体部分４０４の最上面４１６を越えて延在することができる。更に他の実施例では、放射素子４１４は、本体部分４０４の最上面４１６よりも下の高さまで延在してもよい。
【０１０５】
いくつかの実施例では、放射素子４１４は、電気めっき又はインサート成形方法により、空洞４１２内に形成又は配置することができる。放射素子４１４は、プラスチックなどの低損失誘電材料により実装することができる。しかしながら、プラスチックアンテナ支持体４０２を製造するために用いられるプラスチックは、放射素子４１４を製造するために用いられるプラスチックとは異なる種類のプラスチックである。
【０１０６】
上述したように、アンテナパッケージ４００は、給電部（例えば、図９に示す第１のスロット３０２及び第２のスロット３０４）を含むことができる誘電体（例えば、図９の給電層３００）の最上面に接着させるように設計することができる。したがって、プラスチックアンテナ支持体４０２は、脚部４０６が放射素子４１４を給電部から離間させ、それにより、放射素子４１４と給電部との間にエアギャップ又は空隙を形成するように構成することができる。動作中、放射素子４１４は、自由空間と給電部との間にＥＭ波を結合する。
【０１０７】
図１２は、アンテナパッケージ５００の一例の斜視図を示し、図１３は、アンテナパッケージ５００の側面図を示す。更に、特に断りがない限り、アンテナパッケージ５００の素子への参照は、図１２及び図１３のいずれか、又は両方に適用することができる。
【０１０８】
アンテナパッケージ５００は、図１０〜図１１に示すアンテナパッケージ４００と同様である。更に、アンテナパッケージ５００は、放射素子５０４のために成形された第１の空洞５０２、及びアンテナ素子の寄生素子５０８のために成形された第２の空洞５０６を含むことができる。第１の空洞５０２は、プラスチックアンテナ支持体４０２の本体部分４０４の最上面４１６上に形成することができる。第２の空洞５０６は、プラスチックアンテナ支持体４０２の本体部分４０４の最下面５１０上に形成することができる。いくつかの実施例では、図示のように、空隙又はエアギャップ５１２は、第１の空洞５０２を第２の空洞５０６から分離する。他の実施例では、本体部分４０４の固体材料（例えば、プラスチック）が第１の空洞５０２と第２の空洞５０６との間に介在するように、空隙又はエアギャップ５１２を省略することができる。
【０１０９】
空隙又はエアギャップ５１２は、第１の空洞５０２及び第２の空洞５０６よりも小さい直径を有することができる。空隙又はエアギャップ５１２が含まれる実施例では、放射素子５０４は、放射素子５０４の周囲の周りにプラスチックリングを形成するようにインサート成形することができる。このような状況では、プラスチックリングは、放射素子５０４の縁部にわたって延在することができる。更に、寄生素子５０８は、放射素子５０４と同様のやり方で作製することができる。放射素子５０４及び寄生素子５０８を形成する際、プラスチックアンテナ支持体４０２は、第１の空洞５０２、第２の空洞５０６、及び第１の空洞５０２と第２の空洞５０６との間の空隙又はエアギャップ５１２と共に形成することができる。第１の空洞５０２、第２の空洞５０６、及び空隙又はエアギャップ５１２の組み合わせは、組み合わされたた空洞５０９と呼ぶことができる。したがって、空隙又はエアギャップ５１２に対応する、組み合わされた空洞５０９の中央部は、成形された放射素子５０４及び寄生素子５０８を挿入する幅よりも狭くすることができる。追加的に、組み合わされた空洞５０９は、放射素子５０４及び寄生素子５０８が配置された場所、すなわち、第１の空洞５０２及び第２の空洞５０６の領域をより広くすることができる。したがって、組み合わされた空洞５０９によりプラスチックアンテナ支持体４０２を形成する際、放射素子５０４及び寄生素子５０８は、組み合わされた空洞５０９内の広い領域、すなわち、第１の空洞５０２及び第２の空洞５０６内にそれぞれ（例えば、合成された空洞５０９の広い部分）に配設することができる。したがって、放射素子５０４及び寄生素子５０８のプラスチックリングは、プラスチックアンテナ支持体４０２の材料上に載置され、それによって支持することができる。
【０１１０】
第１の空洞５０２は、第２の空洞５０６の上方に置くことができる。放射素子５０４は、第１の空洞５０２内に配置することができ、寄生素子５０８は第２の空洞５０６内に配置することができる。
【０１１１】
放射素子５０４及び寄生素子５０８は、パッチアンテナとして実装することができる。追加的に、放射素子５０４及び寄生素子５０８は、丸い形状（例えば、円形）であるように図示されているが、他の実施例では、放射素子５０４及び寄生素子５０８は、多角形（例えば、矩形）であってもよい。したがって、放射素子５０４は、寄生素子５０８の上方に置くことができる。寄生素子５０８を含むことにより、給電部と自由空間との間で通信される電磁波に更なる方向性が付加される。
【０１１２】
図１４は、アンテナパッケージ５５０の一例の斜視図を示し、図１５は、アンテナパッケージ５５０の側面図を示す。更に、特に断りがない限り、アンテナパッケージ５５０の素子への参照は、図１４及び図１５のいずれか、又は両方に適用することができる。
【０１１３】
アンテナパッケージ５５０は、図１０〜図１１に示すアンテナパッケージ４００、及び図１１〜図１２に示すアンテナパッケージ５００と同様である。更に、アンテナパッケージ５５０は、４つの異なるアンテナ素子５５４の一組の放射素子５５４のための第１の組の空洞５５２を含むことができる。アンテナパッケージ５５０はまた、４つの異なるアンテナ素子５５４の一組の寄生素子５５８のための第２の組の空洞５５６を含むことができる。
【０１１４】
第１の組の空洞５５２内の各空洞５５２は、本体部分４０４の最上面４１６に形成又はこれと一体化することができる。追加的に、第２の組の空洞５５６内の各空洞５５６は、本体部分４０４の最下面５１０上に形成されるか、又はそれと一体化することができる。追加的に、第１の組の空洞５５２内の各空洞５５２は、第２の組の空洞５５６内のそれぞれの空洞５５６の上方に置くことができる。したがって、一組の放射素子５５４内の各放射素子５５４は、第２の組の寄生素子５５８内のそれぞれの寄生素子５５８の上方に置くことができる。
【０１１５】
一組の放射素子５５４内の各放射素子５５４及び一組の寄生素子５５８内の各寄生素子５５８は、パッチアンテナとして実装することができる。追加的に、一組の放射素子５５４内の各放射素子５５４及び一組の寄生素子５５８内の各寄生素子５５８は、丸い形状（例えば、円形）であるように図示されているが、他の実施例では、放射素子５０４及び寄生素子５０８は、多角形（例えば、矩形）であってもよい。一組の放射素子５５４内の各放射素子５５４及び一組の寄生素子５５８内の各放射素子５５４は、フェーズドアレイアンテナの格子内に配置することができる。本実施例では、一組の放射素子５５４に４つの放射素子５５４、及び一組の寄生素子５５８に４つの寄生素子５５８が存在する。しかしながら、他の実施例では、一組の放射素子５５４の放射素子５５４及び一組の寄生素子５５８の寄生素子５５８が、より多い又は少ない実例で存在してもよい。
【０１１６】
更に、本体部分４０４の最上面４１６は、プラスチックアンテナ支持体４０２の本体部分４０４を横断する第１の凹溝５７０及び第２の凹溝５７２を含むことができる。第１の凹溝５７０及び第２の凹溝５７２は、プラスチックアンテナ支持体４０２の本体部分４０４の一方の縁部から反対側の縁部まで延在している溝（例えば、正方形の溝など）として各々実現することができる。第１の凹溝５７０及び第２の凹溝５７２は、本体部分４０４の中間部５７４付近で交差することができる。このようにして、第１の組の放射素子５５４の各放射素子５５４は、第１の凹溝５７０又は第２の凹溝５７２によって互いに分離することができる。
【０１１７】
各放射素子５５４は、特定のアンテナ素子内で下方にある寄生素子５５８と群化することができる。したがって、図示の例では、アンテナパッケージ４００は、４つのアンテナ素子、すなわち、第１のアンテナ素子５８０、第２のアンテナ素子５８２、第３のアンテナ素子５８４、及び第４のアンテナ素子５８６のための構成要素を含む。本明細書に説明するように、アンテナパッケージ５５０は、連続した材料（例えば、ポリマー）から形成されたプラスチックアンテナ支持体４０２を含む（単一の）アンテナ素子モジュールの誘電体基板上に取り付けることができる。このような状況では、結果として得られるアンテナ素子モジュールは、第１の凹溝５７０及び第２の凹溝５７２によって分離された４つのアンテナ素子を収容することができる。
【０１１８】
動作中、一組の放射素子５５４の放射素子５５４と通信されるＥＭ波は、表面波を本体部分４０４の最上面４１６にわたって伝搬させることができる。第１の凹溝５７０及び第２の凹溝５７２は、プラスチックアンテナ支持体４０２に屈折率不連続性を提供し、この不連続性は、このような表面波の流れを中断させ、かつ／又は妨害する。
【０１１９】
図１６は、アンテナパッケージ７００の一例の斜視図を示し、図１７は、アンテナパッケージ７００の側面図を示す。更に、特に断りがない限り、アンテナパッケージ７００の素子への参照は、図１６及び図１７のいずれか、又は両方に適用することができる。
【０１２０】
アンテナパッケージ７００は、単一のアンテナパッケージに一体化することができる、図１４及び図１５のアンテナパッケージ５５０の４つの実例を代表する。したがって、アンテナパッケージ７００は、一組の放射素子５５４の１６個の放射素子５５４、及び一組の寄生素子５５８の１６個の寄生要素５５８を含むことができる。図１４〜図１５のアンテナパッケージ５５０と同様に、アンテナパッケージ７００は、１６個のアンテナ素子のための構成要素を収容する（単一の）アンテナ素子モジュールに実装することができる。
【０１２１】
更に、アンテナパッケージ７００に使用可能なアンテナ素子の数は制限されない。例えば、いくつかの実施例では、フェーズドアレイアンテナ全体に対して十分な数（例えば、数百又は数千）の組の放射素子５５４及び寄生素子５５８が存在してもよい。
【０１２２】
図１８は、アンテナパッケージ７５０の一例の斜視図を示し、図１９は、アンテナパッケージ７５０の側面図を示す。アンテナパッケージ７５０は、図１２及び図１３のアンテナパッケージ５００と同様である。アンテナパッケージ７５０は、プラスチックアンテナ支持体４０２の本体部分４０４の最上面４１６内に配置されたアンテナ素子の放射素子７５４のための第１の空洞７５２を含むことができる。更に、アンテナパッケージ７５０は、本体部分４０４の最下面５１０内のアンテナ素子の寄生素子７５８のための第２の空洞７５６を含むことができる。第１のアンテナ素子７５４は、寄生素子７５８の上方に置かれている。
【０１２３】
放射素子７５４及び寄生素子７５８は、パッチアンテナとして実装することができる。放射素子７５４及び寄生素子７５８は、多角形（例えば、矩形）形状を各々有することができる。
【０１２４】
図２０は、アンテナパッケージ８００の一例の斜視図を示し、図２１は、アンテナパッケージ８００の側面図を示す。図２０及び図２１は、同じ構造を示すために同じ参照番号を用いる。更に、特に断りがない限り、アンテナパッケージ８００の素子への参照は、図１０及び図１１の両方に適用される。アンテナパッケージ８００は、図１のアンテナパッケージ２２、図２のアンテナパッケージ７０、及び／又は図３のアンテナパッケージ１３０を実現するために用いることができる。
【０１２５】
アンテナパッケージ８００は、本体部分８０４及び脚部８０６を有するプラスチックアンテナ支持体８０２を含むことができる。アンテナパッケージ８００は、図１０のアンテナパッケージ４００と同様である。本体部分８０４は、図１０〜図１９の本体部分４０４の矩形ベース形状ではなく、六角形のベース形状を有することができる。各脚部８０６は、本体部分８０４の頂点に配置することができる。追加的に、いくつかの実施例では、各脚部８０６は、長さ約０．２５ｍｍ〜約２ｍｍを有することができる。更に、アンテナパッケージ８００は、プラスチックアンテナ支持体８０２の本体部分８０４の最上面８１０により形成又はこれと一体化された空洞８０８を含むことができる。放射素子８１２は、空洞８０８内に配置することができる。
【０１２６】
アンテナパッケージ８００は、図１２〜図１７に関連して図示及び説明するように、複数組の空洞及び複数組の放射素子を含むように適合することができる。追加的に、放射素子８１２は、丸い形状であるように図示しているが、他の実施例では、放射素子８１２は、図１８及び図１９に示す放射素子７５４のような多角形形状を有することができる。
【０１２７】
図２２は、アンテナ素子モジュール８及び／又は図２のアンテナ素子モジュール５２を実現するために用いることができるアンテナ素子モジュール９００の平面図を示す。図２３は、アンテナ素子モジュール９００の側面図を示す。図２２及び２３は、同じ構造を示すために同じ参照番号を用いる。アンテナ素子モジュール９００は、図１の多層基板１０及び／又は図２及び図３の多層基板５４などの多層基板上に取り付けることができる。アンテナ素子モジュール９００は、アンテナパッケージ９０２を含むことができる。アンテナパッケージ９０２は、例えば、図１４及び図１５のアンテナパッケージ５５０によって実現することができる。
【０１２８】
アンテナ素子モジュール９００は、第１の誘電体基板９０６の最上面９０９上に配置された給電部９０８、又は最上面と一体化された給電部９０８を有する第１の誘電体基板９０６を含むことができる。各給電部９０８は、例えば、スロットとして、又は直交するように配設された一対のスロットとして実装することができる。図示の実施例では、このような給電部の４つの実例（例えば、直交するように配設された４対のスロット）が存在する。
【０１２９】
第１の誘電体基板９０６は、第１の誘電体基板９０６の最下面９１４上のＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）として配設することができるはんだボール９１２の第１の層を介して、第２の誘電体基板９１０（例えば、回路ボード）に取り付けることができる。第１のＩＣチップ９１６は、第２の誘電体基板９１０の最上面９１７に接着する（取り付ける）ことができる。第２のＩＣチップ９１８及び第３のＩＣチップ９２０は、第２の誘電体基板９１０の最下面９２１上に接着する（取り付ける）ことができる。第２の誘電体基板９１０の最下面９２１は、多層基板上にアンテナ素子モジュール９００を取り付けるためにＢＧＡに配設されたはんだボール９２２を含むことができる。いくつかの実施例では、第２のＩＣチップ９１８及び第３のＩＣチップ９２０は、第１の誘電体基板９０６のビア、第２の誘電体基板９１０のはんだボール９１２及びビアを介して、それぞれの給電部と通信することができる。同様に、第２のＩＣチップ９１８及び第３のＩＣチップ９２０は、第２の誘電体基板９１０のビアを介して第１のＩＣチップ９１６と通信することができる。追加的に、多層基板は、第１のＩＣチップ９１６、第２のＩＣチップ９１８に信号を提供することができる電力回路及び／又はコントローラに結合することができる。このようにして、第２の誘電体基板のビア及びはんだボール９２２は、第１のＩＣチップ９１６と多層基板との間の通信を可能にすることができる。
【０１３０】
動作の一例では、第２のＩＣチップ９１８及び第３のＩＣチップ９２０は、対応する給電部９０８と第１のＩＣチップ９１６との間で通信される信号を介在する。更に、第１のＩＣチップ９１６、第２のＩＣチップ９１８、及び第３のＩＣチップ９２０は、給電部９０８と多層基板との間で通信される信号を調整する（例えば、増幅、フィルタリング、かつ／又は位相シフトさせる）ことができる。
【０１３１】
更に、アンテナパッケージ９０２は、第１の誘電体基板９０６の最上面９０９に接着することができる。本明細書に記載されるように、アンテナパッケージ９０２のプラスチックアンテナ支持体９３２の脚部９３０は、給電部９０８と放射素子９２６との間のギャップ９３４（例えば、エアギャップ又は空隙）を維持する。更に、給電部９０８と通信される信号は、放射素子９２６によって結合することができる。例えば、受信モードでは、外部ソースからのＥＭ信号を放射素子９２６によって受信することができ、このＥＭ信号は、それぞれの給電部９０８に結合され、第１のＩＣチップ９１６、第２のＩＣチップ９１８、及び／又は第３のＩＣチップ９２０と通信するために給電部９０８によって電気信号に変換される。逆に、送信モードでは、信号は、第２のＩＣチップ９１８及び／又は第３のＩＣチップ９２０から給電部９０８に通信される。給電部９０８は、このような信号を、放射素子９２６によって自由空間内に伝播させることができるＥＭ信号に変換する。
【０１３２】
図示のように、アンテナ素子モジュール９００は、４つのアンテナ素子、すなわち、第１のアンテナ素子９４０、第２のアンテナ素子９４２、第３のアンテナ素子９４４、及び第４のアンテナ素子９４６を含む。各アンテナ素子は、給電部９０８の上方に置かれた放射素子９２５を含む。更に、上述したように、いくつかの実施例では、寄生素子は、放射素子９２６と給電部９０８との間に介在することができる。プラスチックアンテナ支持体９３２は、連続したプラスチック材料から形成することができる。第１のアンテナ素子９４０、第２のアンテナ素子９４２、第３のアンテナ素子９４４、及び第４のアンテナ素子９４６の各々は、アンテナ素子間の望ましくない表面波伝搬を防止する第１の凹溝９４８及び第２の凹溝９５０によって分離することができる。
【０１３３】
図２４及び図２５は、図１のアンテナ素子モジュール８、図２〜図３のアンテナ素子モジュール５２、図３のアンテナ素子モジュール１０２、図４のアンテナ素子モジュール１５２、及び／又は図２１並びに図２２のアンテナ素子モジュール９００などのアンテナ素子モジュールを製造するためのパッケージングプロセスを示す。図２４及び２５は、同じ構造を示すために同じ参照番号を用いる。追加的に、特に断りがない限り、素子への参照は、図２４及び図２５のいずれか、又は両方に適用される。
【０１３４】
図２４は、ＩＣチップの４つのアレイ１００２を誘電体基板１０００上に取り付けることができる誘電体基板１０００を示す。他の実施例では、より多い又は少ないＩＣチップ１００４のアレイが存在してもよい。ＩＣチップの各アレイ１００２は、誘電体基板１０００上に取り付けられた１６個のＩＣチップ１００４（例えば、４行及び４列のＩＣチップ１００４）を含むことができ、ＩＣチップ１００４のうちのいくつかのみが図示されている。ＩＣチップ１００４は、フリップチップパッケージングプロセスで誘電体基板１０００の最下面１００６上に取り付けることができる。別の言い方をすれば、ＩＣチップ１００４の各々を、誘電体基板１０００の露出面（例えば、最下面１００６）上に取り付け、誘電体基板１０００を反転させることができる。
【０１３５】
最上面１０１０が露出されるように誘電体基板１０００を反転させると、アンテナパッケージの４つのアレイ１００８を、図２５に示すように、誘電体基板１０００の最上面１０１０に接着することができる。例示される実施例では、アンテナパッケージの各アレイ１００８は、１６個のアンテナパッケージ１０１４（例えば、４行及び４列のアンテナパッケージ１０１４）を含むことができ、アンテナパッケージ１０１４のうちのいくつかのみが図示されている。しかしながら、他の実施例では、より多い又は少ないアンテナパッケージ１０１４が存在してもよい。各アンテナパッケージ１０１４は、対応するＩＣチップ１００４の上に置くことができる。アンテナパッケージのアレイ１００８を誘電体基板１０００に接着した後、誘電体基板１０００は、個片化プロセスにおいてレーザ又は鋸で切断され、アンテナ素子モジュールを提供することができる。より具体的には、誘電体基板１０００をレーザ又は鋸で切断して、任意の数のＩＣチップ１００４及びアンテナパッケージ１００８を有するセットアンテナ素子モジュールを提供することができる。結果として得られるアンテナ素子モジュールは、本明細書に記載されるやり方で、多層基板（例えば、図１の多層基板１０、図２の多層基板５４、図４の多層基板１０４、及び／又は図５の多層基板１５４）上に取り付けることができる。
【０１３６】
図２６は、図１のフェーズドアレイアンテナ２、及び／又は受信モードで動作する図２及び図３のフェーズドアレイアンテナ５０の論理的相互接続を図示する、例示的なフェーズドアレイアンテナ１２００のブロック図を示す。更に、図４のフェーズドアレイアンテナ１００のアーキテクチャ、又は図５のフェーズドアレイアンテナ１５０のアーキテクチャを用いて、図２６のフェーズドアレイアンテナ１２００を実現することができる。図示の例では、Ｎ個のアンテナ素子モジュール１２０２は、受信（ＲＸ）ＢＦＮ回路１２０４と通信する。
【０１３７】
Ｎ個のアンテナ素子モジュール１２０２の各々は、誘電体基板１２０６上に配置された、又は誘電体基板１２０６と一体化された給電部１２０８（例えば、スロット又は直交するように配設された一対のスロット）を有する誘電体基板１２０６を含むことができる。Ｎ個のアンテナ素子モジュール１２０２の各々はまた、誘電体基板１２０６上に取り付けられたＩＣチップ１２１０を含むことができる。図示の例では、各ＩＣチップ１２１０は、増幅器１２１２及び位相シフタ１２１４を含むことができる。ＩＣチップ１２１０は、外部システム（例えば、ローカルシステム）に実装することができるコントローラ１２１６から制御信号を受信することができる。いくつかの実施例では、制御信号は、各増幅器１２１２の利得、及び／又は各位相シフタ１２１４によって適用される位相シフトを制御することができる。したがって、いくつかの実施例では、各増幅器１２１２は、可変利得増幅器、交換アッテネータ回路などとして実現することができる。
【０１３８】
Ｎ個のアンテナ素子モジュール１２０２の各々は、誘電体基板１２０６に接着されたアンテナパッケージ１２２０を更に含むことができる。アンテナパッケージ１２２０は、エアギャップを介して給電部１２０８から離間された放射素子１２２２を含むことができる。
【０１３９】
動作中、Ｎ個の放射素子１２２２（又はそのいくつかのサブセット）の各々が受信したＥＭ信号は、誘電体基板１２０６の対応する給電部１２０８に向けて結合することができる。Ｎ個の給電部１２０８の各々は、ＥＭ信号を、対応するＩＣチップ１２１０に調整のために提供され得る電気信号に変換することができる。ＩＣチップ１２１０の各増幅器１２１２は、提供された電気信号を増幅することができ、各位相シフタ１２１４は、Ｎ個の素子信号を出力するために位相シフトを適用することができ、これを代替的に調整された信号と呼ぶことができる。図２６のフェーズドアレイアンテナ１２００のいくつかの実施例では、位相シフタ１２１４は、コントローラ１２１６から提供された制御信号に応じて位相調整可変量を適用することができる。追加的に又は代替的に、増幅器１２１２は、コントローラ１２１６から提供された制御信号に応じて振幅調整可変量を提供することができる。Ｎ個の素子信号を、ＲＸ  ＢＦＮ回路１２０４に提供することができる。ＲＸ  ＢＦＮ回路１２０４は、Ｎ個の素子信号を合成して、復調及び処理のためにローカルシステムに提供され得る受信ビーム信号を形成することができる。
【０１４０】
図２７は、図１のフェーズドアレイアンテナ２、及び／又は送信モードで動作する図２及び図３のフェーズドアレイアンテナ５０の論理的相互接続を図示する、フェーズドアレイアンテナ１３００のブロック図を示す。更に、図４のフェーズドアレイアンテナ１００のアーキテクチャ、又は図５のフェーズドアレイアンテナ１５０のアーキテクチャを用いて、図２７のフェーズドアレイアンテナ１３００を実現することができる。図示の例では、Ｎ個のアンテナ素子モジュール１３０２は、送信（ＴＸ）ＢＦＮ回路１３０４と通信する。
【０１４１】
Ｎ個のアンテナ素子モジュール１３０２の各々は、誘電体基板１３０６上に配置された、又は誘電体基板１３０６と一体化された給電部１３０８（例えば、スロット又は直交するように配設された一対のスロット）を有する誘電体基板１３０６を含むことができる。Ｎ個のアンテナ素子モジュール１３０２の各々はまた、ＩＣチップ１３１０を含むことができる。図示の例では、各ＩＣチップ１３１０は、増幅器１３１２及び位相シフタ１３１４を含むことができる。ＩＣチップ１３１０は、外部システム（例えば、ローカルシステム）に実装することができるコントローラ１３１６から制御信号を受信することができる。いくつかの実施例では、制御信号は、各増幅器１３１２によって適用される振幅調整可変量、及び／又は各位相シフタ１３１４によって適用される位相調整可変量を制御することができる。したがって、いくつかの実施例では、各増幅器１３１２は、可変利得増幅器、交換アッテネータ回路などとして実現することができる。
【０１４２】
Ｎ個のアンテナ素子モジュール１３０２の各々は、誘電体基板１３０６に接着されたアンテナパッケージ１３２０を更に含むことができる。アンテナパッケージ１３２０は、エアギャップを介して給電部１３０８から離間された放射素子１３２２を含むことができる。放射素子１３２２は、パッチアンテナ又は複数のパッチアンテナとして実現することができる。
【０１４３】
動作中、送信ビーム信号を、ローカルシステムからＴＸ  ＢＦＮ回路１３０４に提供することができる。ＴＸ  ＢＦＮ回路１３０４は、送信ビーム信号を、Ｎ個のアンテナ素子モジュール１３０２に提供することができるＮ個の素子信号に分割する。Ｎ個のアンテナ素子モジュール１３０２の各ＩＣチップ１３１０は、対応する素子信号を調整して、調整された信号を生成することができ、調整された信号は、対応する給電部１３０８に提供することができる。Ｎ個の給電部１３０８の各々は、対応する調整された信号を、アンテナパッケージ１３２０の対応する放射素子１３２２に向けて伝搬されるＥＭ信号に変換することができる。図示の例では、調整することは、素子信号を位相シフトさせる位相シフタ１３１４、及び素子信号を増幅する増幅器１３１２を含むことができる。各放射素子１３２２は、ＥＭ信号として相応に調整された信号を自由空間に結合することができる。
【０１４４】
図２８は、図１のフェーズドアレイアンテナ２、及び／又は半二重モードで動作する図２及び図３のフェーズドアレイアンテナ５０の論理的相互接続を図示する、フェーズドアレイアンテナ１４００のブロック図を示す。更に、図４のフェーズドアレイアンテナ１００のアーキテクチャ、又は図５のフェーズドアレイアンテナ１５０のアーキテクチャを用いて、図２８のフェーズドアレイアンテナ１４００を実現することができる。半二重モードでは、フェーズドアレイアンテナ１４００は、受信モードと送信モードとの間で切り替わる。図示の例では、Ｎ個のアンテナ素子モジュール１４０２は、ＢＦＮ回路１４０４と通信する。
【０１４５】
Ｎ個のアンテナ素子モジュール１４０２の各々は、誘電体基板上に配置された、又は誘電体基板と一体化され得る給電部１４０８（例えば、スロット又は直交するように配設された一対のスロット）を有する誘電体基板１４０６を含むことができる。Ｎ個のアンテナ素子モジュール１４０２の各々はまた、ＩＣチップ１４１０を含むことができる。図示の例では、各ＩＣチップ１４１０は、受信経路１４１２及び送信経路１４１４を含むことができる。受信経路１４１２は、対応する給電部１４０８から受信した信号を調整するための受信増幅器１４１６及び受信位相シフタ１４１８を含むことができる。同様に、送信経路１４１４は、ＢＦＮ回路１４０４から提供された、対応する素子信号を調整するための送信増幅器１４２０及び送信位相シフタ１４２２を含むことができる。
【０１４６】
各ＩＣチップ１４１０はまた、受信モードと送信モードとの間を切り替えるためのスイッチ１４２４（例えば、トランジスタスイッチ）を含むことができる。ＩＣチップ１４１０は、外部システム（例えば、ローカルシステム）に実装することコントローラ１４３０から制御信号を受信することができる。制御信号は、スイッチ１４２４の状態を制御して、フェーズドアレイアンテナ１４００を受信モードから送信モードに切り替えるか、又はその逆に切り替えることができる。追加的に、いくつかの実施例では、コントローラ１４３０から提供された制御信号は、各受信増幅器１４１６及び各送信増幅器１４２０によって適用される振幅調整可変量を制御することができる。したがって、いくつかの実施例では、各受信増幅器１４１６及び各送信増幅器１４２０は、可変利得増幅器、交換アッテネータ回路などとして実現することができる。同様に、いくつかの実施例では、コントローラ１４３０から提供された制御信号は、各受信位相シフタ１４１８及び各送信位相シフタ１４２２によって適用される位相調整可変量を制御することができる。
【０１４７】
Ｎ個のアンテナ素子モジュール１４０２の各々は、誘電体基板１４０６に接着されたアンテナパッケージ１４４０を更に含むことができる。アンテナパッケージ１４４０は、エアギャップを介して給電部１４０８から離間された放射素子１４４２を含むことができる。放射素子１４４２は、パッチアンテナ又は複数のパッチアンテナとして実現することができる。
【０１４８】
受信モードでの動作中、コントローラ１４３０は、受信経路１４１２を通して信号をルーティングするようにＩＣチップ１４１０のスイッチ１４２４を設定する。また、受信モードでは、Ｎ個の放射素子１４４２（又はそのいくつかのサブセット）の各々が受信したＥＭ信号は、対応する給電部１４０８に向けて結合することができ、この信号は、調整のために対応するＩＣチップ１４１０に提供される。ＩＣチップ１４１０の各受信増幅器１４１６は、提供された信号を増幅し、各受信位相シフタ１４１８は、Ｎ個の素子信号を出力するために位相シフトを適用し、これを代替的に調整信号と呼ぶことができる。Ｎ個の素子信号は、ＢＦＮ回路１４０４に提供することができる。ＢＦＮ回路１４０４は、Ｎ個の素子信号を合成して受信ビーム信号を形成することができ、この受信ビーム信号は、復調及び処理のためにローカルシステムに提供することができる。
【０１４９】
送信モードでの動作中、コントローラ１４３０は、ローカルシステムからＢＦＮ回路１４０４に提供することができるビーム信号を送信するようにスイッチ１４２４を送信経路１４１４に設定する。ＢＦＮ回路１４０４は、送信ビーム信号を、Ｎ個の素子信号に分割し、これら素子信号は、Ｎ個のアンテナ素子モジュール１４０２に提供することができる。Ｎ個のアンテナ素子モジュール１４０２の各ＩＣチップ１４１０は、対応する素子信号を調整して、調整された信号を生成することができ、この調整された信号は、対応する給電部１４０８に提供することができる。図示の例では、調整することは、素子信号を位相シフトさせる送信位相シフタ１４２２、及び素子信号を増幅する送信増幅器１４２０を含むことができる。各給電部１４０８は、対応する調整された信号をＥＭ信号として、対応する放射素子１４４２に向けて伝搬する。更に、放射素子１４４２は、ＥＭ信号を自由空間に結合することができる。
【０１５０】
半二重モードでは、フェーズドアレイアンテナ１４００は、受信モードと送信モードとの間で切り替わる。このようにして、同じアンテナ素子モジュール１４０２を、ＲＦ信号の送信及び受信の両方に用いることができる。
【０１５１】
図２９は、図１のフェーズドアレイアンテナ２、及び／又は周波数分割二重モードで動作する図２及び図３のフェーズドアレイアンテナ５０の論理的相互接続を図示する、フェーズドアレイアンテナ１５００のブロック図を示す。更に、図４のフェーズドアレイアンテナ１００のアーキテクチャ、又は図５のフェーズドアレイアンテナ１５０のアーキテクチャを用いて、図２９のフェーズドアレイアンテナ１５００を実現することができる。周波数分割二重モードでは、フェーズドアレイアンテナ１５００は、受信帯域で受信されたＲＦ信号を処理し、送信帯域のＲＦ信号を伝搬するための電気回路構成要素を含むことができる。
【０１５２】
図示の例では、Ｎ個のアンテナ素子モジュール１５０２は、ＢＦＮ回路１５０４と通信する。Ｎ個のアンテナ素子モジュール１５０２の各々は、誘電体基板１５０６上に配置された、又は誘電体基板１５０６と一体化された給電部１５０８（例えば、スロット又は直交するように配設された一対のスロット）を有する誘電体基板１５０６を含むことができる。Ｎ個のアンテナ素子モジュール１５０２の各々はまた、ＩＣチップ１５１０を含むことができる。図示の例では、各ＩＣチップ１５１０は、受信経路１５１２及び送信経路１５１４を含むことができる。受信経路１５１２は、対応する給電部１５０８から受信した信号を調整するための受信増幅器１５１６及び受信位相シフタ１５１８を含むことができる。追加的に、受信経路１５１２は、入力受信フィルタ１５２０及び出力受信フィルタ１５２２を含むことができる。入力受信フィルタ１５２０及び出力受信フィルタ１５２２は、受信帯域外の周波数の信号を除去する、比較的狭い帯域通過フィルタとして実現することができる。したがって、入力受信フィルタ１５２０及び出力受信フィルタ１５２２は、阻止帯域が設定された通過帯域を有することができる。
【０１５３】
同様に、送信経路１５１４は、ＢＦＮ回路１５０４から提供された、対応する素子信号を調整するための送信増幅器１５２４及び送信位相シフタ１５２６を含むことができる。追加的に、送信経路１５１４は、入力送信フィルタ１５２８及び出力受信フィルタ１５２２を含むことができる。入力送信フィルタ１５２８及び出力送信フィルタ１５３０は、送信帯域外の周波数の信号を除去する、比較的狭い帯域通過フィルタとして実現することができる。したがって、入力送信フィルタ１５２８及び出力送信フィルタ１５３０は、送信帯域に設定された通過帯域を有することができる。
【０１５４】
ＩＣチップ１５１０は、外部システム（例えば、ローカルシステム）に実装することコントローラ１５４０から制御信号を受信することができる。いくつかの実施例では、制御信号は、入力受信フィルタ１５２０及び出力受信フィルタ１５２２の通過帯域及び／又は帯域幅を制御する。同様に、いくつかの実施例では、コントローラ１５４０から提供された制御信号は、入力送信フィルタ１５２８及び出力送信フィルタ１５３０の通過帯域及び／又は帯域幅を制御する。追加的に又は代替的に、コントローラ１５４０から提供された制御信号は、各受信増幅器１５１６及び各送信増幅器１５２４によって適用される振幅調整可変量を制御することができる。したがって、いくつかの実施例では、各受信増幅器１５１６及び各送信増幅器１５２４は、可変利得増幅器、交換アッテネータ回路などとして実現することができる。同様に、いくつかの実施例では、コントローラ１５４０から提供された制御信号は、各受信位相シフタ１５１８及び各送信位相シフタ１５２６によって適用される位相調整可変量を制御することができる。
【０１５５】
Ｎ個のアンテナ素子モジュール１５０２の各々は、誘電体基板１５０６に接着されたアンテナパッケージ１５５０を更に含むことができる。アンテナパッケージ１５５０は、空隙又はエアギャップを介して給電部１５０８から離間された放射素子１５５２を含むことができる。放射素子１５５２は、パッチアンテナ又は複数のパッチアンテナとして実現することができる。
【０１５６】
動作中、フェーズドアレイアンテナ１５００は、フェーズドアレイアンテナ１５００を横断する信号の周波数に基づいて、受信モード及び送信モードで同時に動作することができる。より具体的には、ＥＭ信号は、Ｎ個の放射素子１５５２（又はそれらのいくつかのサブセット）の各々によって受信することができ、これらの信号は、対応する給電部１５０８に結合することができる。このような給電部１５０８のそれぞれは、ＥＭ信号を電気信号に変換することができ、この電気信号は、調整のために対応するＩＣチップ１５１０に提供される。入力受信フィルタ１５２０の通過帯域（受信帯域）内の信号は、対応するＩＣチップ１５１０の受信経路によって調整（例えば、増幅及び位相シフト）することができる。調整された信号は、出力受信フィルタ１５２２によってフィルタリングすることができ、ＢＦＮ回路１５０４に素子信号として提供される。このようにして、ＢＦＮ回路１５０４は、Ｎ個のアンテナ素子モジュール１５０２からＮ個の素子信号を受信し、受信したＮ個の素子信号の各々は、受信帯域内にすることができる。
【０１５７】
追加的に、ＲＦ信号の受信と同時に、送信ビーム信号をローカルシステムからＢＦＮ回路１５０４に提供することができる。ＢＦＮ回路１５０４は、送信ビーム信号を、Ｎ個のアンテナ素子モジュール１５０２に提供することができるＮ個の素子信号に分割する。Ｎ個のアンテナ素子モジュール１５０２の各ＩＣチップ１５１０の入力送信フィルタ１５２８は、通過帯域（送信帯域）外の信号を除去する。追加的に、送信経路１５１４は、対応する素子信号を調整（位相シフト及び増幅）して調整された信号を生成することができ、この調整された信号は、出力送信フィルタ１５３０を通して対応する給電部１５０８に提供することができる。各給電部１５０８は、対応する調整された信号をＥＭ信号に変換することができ、このＥＭ信号は、対応する放射素子１５５２に向けて伝搬される。追加的に、それぞれの対応する放射素子１５５２は、ＥＭ信号を自由空間に結合することができる。
【０１５８】
フェーズドアレイアンテナ１５００では、横断する信号の周波数は、フェーズドアレイアンテナ１５００を通る信号のルーティングを制御する。このようにして、同じアンテナ素子モジュール１５０２を、ＲＦ信号の送信及び受信の両方に用いることができる。追加的に、いくつかの実施例では、フェーズドアレイアンテナ１５００は、半二重化を提供するために送信モードと受信モードとの間で断続的に切り替わるアーキテクチャを有することができる。
【０１５９】
図３０は、図１のフェーズドアレイアンテナ２、及び／又は半二重モードの特定の構成であり得る偏波二重モードで動作する図２並びに図３のフェーズドアレイアンテナ５０の論理的相互接続を図示する、フェーズドアレイアンテナ１６００のブロック図を示す。偏波二重モードでは、フェーズドアレイアンテナ１６００は、第１の偏波で受信されたＲＦ信号を処理し、第１の偏波に直交する第２の偏波でＲＦ信号を伝搬するための電気回路構成要素を含むことができる。
【０１６０】
図示の実施例では、Ｎ個のアンテナ素子モジュール１６０２は、ＢＦＮ回路１６０４と通信する。Ｎ個のアンテナ素子モジュール１６０２の各々は、誘電体基板１６０６上に配置された、又は誘電体基板１６０６と一体化された給電部１６０８（例えば、スロット又は直交するように配設された一対のスロット）を有する誘電体基板１６０６を含むことができる。Ｎ個のアンテナ素子モジュール１６０２の各々はまた、ＩＣチップ１６１０を含むことができる。図示の例では、各ＩＣチップ１６１０は、受信経路１６１２及び送信経路１６１４を含むことができる。受信経路１６１２は、対応する給電部１６０８から受信した信号を調整するための受信増幅器１６１６及び受信位相シフタ１６１８を含むことができる。同様に、送信経路１６１４は、ＢＦＮ回路１６０４から提供された、対応する素子信号を調整するための送信増幅器１６２０及び送信位相シフタ１６２２を含むことができる。
【０１６１】
受信経路１６１２は、給電部１６０８の第１のポート１６２４に結合することができ、送信経路１６１４は、給電部１６０８の第２のポート１６２６に結合することができる。給電部１６０８の第１のポート１６２４は、給電部１６０８で受信された、第１の偏波のＥＭ信号から変換された電気信号を出力するように構成することができ、給電部１６０８の第２のポート１６２６は、電気信号を、給電部１６０８で受信された、第１の偏波に直交する第２の偏波のＥＭ信号に変換するように構成することができる。例えば、第１の偏波は、垂直偏波であってもよく、第２の偏波は、水平偏波であってもよく、逆もまた同様である。代替的に、第１の偏波は、右旋円偏波（right hand circular polarization、ＲＨＣＰ）であってもよく、第２の偏波は、左旋円偏波（left hand circular polarization、ＬＨＣＰ）であってもよく、逆もまた同様である。
【０１６２】
各ＩＣチップ１６１０はまた、受信モードと送信モードとの間で切り替わるためのスイッチ１６２８（例えば、トランジスタスイッチ）を含むことができる。ＩＣチップ１６１０は、外部システム（例えば、ローカルシステム）に実装することのできるコントローラ１６３０から制御信号を受信することができる。制御信号は、スイッチ１６２８の状態を制御して、フェーズドアレイアンテナ１６００を受信モードから送信モードに切り替えるか、又はその逆に切り替えることができる。追加的に、いくつかの実施例では、コントローラ１６３０から提供された制御信号は、各受信増幅器１６１６及び各送信増幅器１６２０によって適用される振幅調整可変量を制御することができる。したがって、いくつかの実施例では、各受信増幅器１６１６及び各送信増幅器１６２０は、可変利得増幅器、交換アッテネータ回路などとして実現することができる。同様に、いくつかの実施例では、コントローラ１６３０から提供された制御信号は、各受信位相シフタ１６１８及び各送信位相シフタ１６２２によって適用される位相調整可変量を制御することができる。
【０１６３】
Ｎ個のアンテナ素子モジュール１６０２の各々は、誘電体基板１６０６に接着されたアンテナパッケージ１６４０を更に含むことができる。アンテナパッケージ１６４０は、エアギャップを介して給電部１４０８から離間された放射素子１６４２を含むことができる。放射素子１６４２は、パッチアンテナ又は複数のパッチアンテナとして実現することができる。
【０１６４】
受信モードでの動作中、コントローラ１６３０は、受信経路１６１２を通して信号をルーティングするようにＩＣチップ１６１０のスイッチ１６２８を設定する。更に、受信モードでは、Ｎ個の放射素子１６４２（又はそれらのいくつかのサブセット）の各々によって受信された第１の偏波二重モードにおけるＥＭ信号は、対応する給電部１６０８に向けて結合することができる。給電部１６０８は、ＥＭ信号を電気信号に変換することができ、この電気信号は、調整のために対応するＩＣチップ１６１０に提供することができる。ＩＣチップ１６１０の各受信増幅器１６１６は、提供された信号を増幅することができ、各受信位相シフタ１６１８は、Ｎ個の素子信号を出力するために位相シフトを適用することができ、これを代替的に調整信号と呼ぶことができる。Ｎ個の素子信号を、ＢＦＮ回路１６０４に提供することができる。ＢＦＮ回路１６０４は、Ｎ個の素子信号を合成して受信ビーム信号を形成することができ、この受信ビーム信号は、復調及び処理のためにローカルシステムに提供することができる。
【０１６５】
送信モードでの動作中、コントローラ１６３０は、ビーム信号を送信するようにスイッチ１６２８を送信経路１６１４に設定し、このビーム信号は、ローカルシステムからＢＦＮ回路１６０４に提供することができる。ＢＦＮ回路１６０４は、送信ビーム信号を、Ｎ個のアンテナ素子モジュール１６０２に提供することができるＮ個の素子信号に分割する。Ｎ個のアンテナ素子モジュール１６０２の各ＩＣチップ１６１０は、対応する素子信号を調整して調整された信号を生成することができ、この調整された信号は、対応する給電部１６０８に提供することができる。図示の例では、調整することは、素子信号を位相シフトさせる送信位相シフタ１６２２、及び素子信号を増幅する送信増幅器１６２０を含むことができる。各給電部１６０８は、調整された信号をＥＭ信号に変換することができ、このＥＭ信号をアンテナパッケージ１６４０の対応する放射素子１６４２に向けて伝搬する。放射素子１６４２は、ＥＭ信号を自由空間に結合することができる。
【０１６６】
偏波二重モードでは、フェーズドアレイアンテナ１６００は、受信モードと送信モードとの間で切り替わる。しかしながら、放射素子１６０８の第１のポート１６２４における信号と第２のポート１６２６における信号の直交関係を利用することにより、各アンテナ素子モジュール１６０２は、損失を低減するために単一のスイッチ１６２８を用いて実現することができる。追加的に、同じアンテナ素子モジュール１６０２を、ＲＦ信号の送信及び受信の両方に用いることができる。
【０１６７】
前述の構造及び上で説明した特徴の観点から、例示的な方法は、図３１及び図３２を参照してより良好に認識されるであろう。説明を簡潔にする目的で、図３１及び図３２の例示的な方法は、順次に実行するものとして示し、説明しているが、本実施例は、示した順序に限定されず、他の実施例では、本明細書に示し、説明するものとは異なる順序で、複数回、及び／又は同時に作用動作が生じ得る。更に、記載した全ての作用動作を行って、方法を実施する必要はない。
【０１６８】
図３１は、図１のアンテナ素子モジュール８、図２及び図３のアンテナ素子モジュール５２、図４のアンテナ素子モジュール１０２、図５のアンテナ素子モジュール１５２、及び／又は図２２及び図２３のアンテナ素子モジュール９００などの複数のアンテナ素子モジュールを形成するための例示的方法１７００のフローチャートを示す。方法１７００は、フリップチップパッケージング技術を用いて実現することができる。１７１０において、複数のＩＣチップ（例えば、図２４のＩＣチップ１００４）を、誘電体基板（例えば、図２４の誘電体基板１０００）の下面に接着する（取り付ける）ことができる。誘電体基板は、誘電体基板内に複数の給電部を含むことができる。１７２０において、アンテナパッケージ（例えば、図２５のアンテナパッケージ１００８）のアレイを誘電体基板の上面に接着させて、アンテナ素子モジュールのアレイを形成することができる。各アンテナパッケージは、プラスチックアンテナ支持体を含むことができる。プラスチックアンテナ支持体は、放射素子のための空洞を有する本体部分、及び本体部分から誘電体基板まで延在している複数の脚部を含むことができる。プラスチックアンテナ支持体はまた、プラスチックアンテナ支持体の本体部分の空洞内に配置された放射アンテナの放射素子を含むことができる。複数の脚部は、各放射素子を誘電体基板内の給電部から離間させることができる。１７３０において、アンテナ素子モジュールのアレイを個片化して、複数のアンテナ素子モジュールを形成することができる。
【０１６９】
図３２は、方法１７００で用いられるアンテナパッケージなどのアンテナパッケージを形成するための例示的方法１８００のフローチャートを示す。いくつかの実施例として、結果として得られるアンテナパッケージを用いて、図１のアンテナパッケージ２２、図２のアンテナパッケージ７０、及び／又は図３のアンテナパッケージ１３０を実現することができる。１８１０において、アンテナパッケージのプラスチックアンテナ支持体（例えば、図１０〜図１９のプラスチックアンテナ支持体４０２又は図２０及び図２１のプラスチックアンテナ支持体８０２）を形成することができる。プラスチックアンテナ支持体は、例えば、射出成形方法によりアンテナ支持体のアレイプラスチックを形成するために、型枠内に第１のポリマーを注入することによって形成することができる。代替的に、プラスチックアンテナ支持体は、熱成形方法で、第１のポリマーのシートを加熱し、加熱された第１のポリマーのシートを型枠に成形することによって形成することができる。結果として得られるプラスチックアンテナ支持体は、放射素子のための空洞（例えば、図１０及び図１１の空洞４１２）を含むことができる。１８２０において、放射素子（例えば、図１０及び図１１の放射素子４１４）は、アンテナパッケージを形成するためにプラスチックアンテナ支持体の空洞内に形成することができる。放射素子は、第２のポリマーを各プラスチックアンテナ支持体の空洞に注入することによって形成することができる。代替的に、放射素子は、第２のポリマーを取り付けるために、各プラスチックアンテナ支持体の空洞に電気めっきを用いることによって形成することができる。
【０１７０】
上で説明してきたものは、実施例である。当然ながら、構成要素又は方法論のあらゆる考えられる組み合わせを説明することはできないが、当業者は、多くの更なる組み合わせ及び順列が可能であることを認識するであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲を含む、本出願の範囲内に入る全てのそのような代替例、修正例、及び変形例を包含することを意図している。本明細書で使用するとき、「含む（includes）」という用語は、含むがそれらに限定されないことを意味し、「含んでいる（including）」という用語は、含んでいるがそれらに限定されないことを意味する。「〜に基づく」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。加えて、本開示又は特許請求の範囲が、「１つの（a）」、「１つの（an）」、「第１の（a first）」、又は「別の（another）」の要素又はその等価物を列挙する場合、「第１の」又は「別の」要素（又はその等価物）は、１つ又は１つを超えるそのような要素を含み、２つ以上のそのような要素を必要とすることも、除外することもないと解釈されるべきである。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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