(57)【要約】  本発明はフェイズドアレイアンテナに関し、それにおいて、送信／受信モジュールは一連の別々のパッケージに収容されたコンポーネントにより置換される。これらのコンポーネントは例えばベクトル制御コンポーネント、高電力増幅器コンポーネント、低雑音増幅器コンポーネント、送信／受信デュプレキシングコンポーネント、補助支持コンポーネントを具備している。この構造の利点は通常の解決法と比較するときこのようなアレイを組み込んだシステムの能力および／または性能を限定せずに、廉価なアンテナアレイが構成されることができることである。【選択図】図３
2010537461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の通信ユニットを具備し、
それらの通信ユニットは複数の送信／受信モジュールの機能を行う一連のコンポーネントを具備しているフェイズドアレイアンテナ。
【請求項２】
各通信ユニットは複数のアンテナ素子を具備している請求項１記載のアレイアンテナ。
【請求項３】
通信ユニットの全てのコンポーネントは回路板上に取付けられている請求項１または２記載のアレイアンテナ。
【請求項４】
回路板はさらにアンテナアレイにより必要とされる全てのサポート回路を具備している請求項３記載のアレイアンテナ。
【請求項５】
サポート回路は全ての電力、制御およびＲＦ相互接続、放射素子、付加的な制御および電力供給回路を含むことができる請求項４記載のアレイ。
【請求項６】
アレイはさらに熱いコンポーネントを冷却する冷却手段を具備している請求項１乃至５のいずれか１項記載のアレイ。
【請求項７】
冷却手段はディスクリートなコンポーネントを回路板に接合するはんだ接合部を具備している請求項６記載のアレイ。
【請求項８】
冷却手段はさらにコンポーネントに対向する回路板の側面上で回路板に取付けられる冷却壁を具備している請求項７記載のアレイ。
【請求項９】
添付図面の図３を参照して実質的に説明される請求項１乃至１乃至８のいずれか１項記載のアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数のディスクリートな送信／受信モジュールの必要性をなくし、それによってこのようなアレイアンテナの価格を減少させる新しいフェイズドアレイアンテナに関する。特に本発明は送信／受信モジュールの代わりにディスクリートなコンポーネントを具備するフェイズドアレイアンテナに関するがそれに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
技術における一般的な動向は、フェイズドアレイアンテナを構成するとき構成されるアンテナの最高の動作周波数を決定し、この選択された動作周波数から生じる放射素子を隔てる要求に基づいて、使用される送信／受信モジュールの数を最小にするために丁度この間隔で送信／受信モジュールに結合されるように放射素子を位置付けることである。各送信／受信モジュールはビーム成形およびビーム操縦について高い電力送信、受信、利得／位相制御の機能を行う異なるエンティティである。しかしながら、これはフェイズドアレイアンテナを構成する非常に価格が効率的な方法ではなく、このような送信／受信モジュールは通常、非常に高価であり完全なアンテナに容易に組み立てられない。
【発明の概要】
【０００３】
したがって、本発明は複数の通信ユニットを具備するフェイズドアレイアンテナを提供し、それらの通信ユニットは複数の通常の送信／受信モジュールの機能を集合的に行う一連のコンポーネントで構成されている。
【０００４】
本発明は既知の形態のフェイズドアレイアンテナの機能を複製することを目的とし、即ち放射素子の間隔は同じであり、エレメント当りの電力出力は同じである。既知のアンテナでは、各放射素子は同一の送信／受信モジュールに接続されているが本発明のアンテナでは、各放射素子は複数の別々のパッケージに収容されたコンポーネントに接続され、共に通常の送信／受信モジュールの機能を複製する。本発明では、必要とされる送信／受信機能を実行する主要なコンポーネントは好ましくは２つのパッケージ、即ち「低電力」と「高電力」ユニットとして構成される。
【０００５】
好ましくは、各通信ユニットはフェイズドアレイアンテナにより必要とされる全てのサポート回路をさらに含んでいる単一の印刷回路板からなる。
【０００６】
本発明を添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一連の放射素子に接続され、送信機／受信機モジュールの形態である一連の各通信モジュールを具備するフェイズドアレイアンテナの既知の形態の概略図である。
【図２】図１のフェイズドアレイアンテナの既知の形態の送信／受信モジュールを示す概略図である。
【図３】複数の送信／受信モジュールの機能を有する複数のコンポーネントを具備した通信ユニットを示している本発明によるフェイズドアレイアンテナの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１にはフェイズドアレイアンテナが示されており、図１は放射素子410が配置されているアレイ表面400の背後のアレイアンテナ100の構造を示している。各放射素子410、410’、410”は（矢印34、34’、34”により示されているように）送信／受信モジュール510、510’、510”と通信し、送信／受信モジュール510、510’、510”は（矢印32、32’、32”により示されているように）結合素子450と通信している。各結合素子450は（矢印36により示されているように）主要なアレイ部分300と通信する。複数の送信／受信モジュール500は１つの結合素子450と通信することができる。代わりに２以上の結合素子がその後組み合わせられる。
【０００９】
図２は図１のフェイズドアレイアンテナの送信／受信モジュール500、500’、500”の構造を示している。
【００１０】
図３のフェイズドアレイアンテナでは、本発明の１特徴によれば、送信／受信モジュール500、500’、500”は一連のコンポーネント500a、b、c、500’a、b、c、500”a、b、cにより置換されている。コンポーネントは共に送信／受信モジュールの機能を行い、送信／受信モジュールに対して通常外部の必要とされる任意のサポート回路を具備する単一の回路板上に取り付けられることができる。
【００１１】
コンポーネント500a、b、c、および500’a、b、c、500”a、b、cは、パッケージに２つのチップを組み込んでいる低電力モジュール（この低電力モジュールの目的は送信および受信における利得／位相シフト、全体的な制御、送信のための低レベルの駆動信号の発生である）と、マルチチップパッケージである高電力モジュール（高電力モジュールの目的は低レベルの送信信号を増幅することである）と、低雑音増幅器／保護スイッチモジュール（これは２つの形態のいずれか一方であることができ、その一方は別のユニットであり、他方は高電力モジュール内である）と、表面取付けサーキュレータ（送信／受信スイッチで置換されることができる）と、キャパシタのような少数の簡単なコンポーネントを具備することができる。さらにデジタル制御回路は複数の一般的な標準的な表面取付けコンポーネントを具備する。特別な例を先に与えたが、これらは本発明の限定ではなく、所望の効果を実現するコンポーネントの任意の組合せが使用されることができることが認識されるであろう。
【００１２】
コンポーネント500a、b、c、500’a、b、c、500”a、b、cは電力、制御、高周波数マイクロ波についての必要とされる相互接続を有効に与えることができる表面取付けパッケージ技術を使用して回路板上に取付けられる。表面取付けパッケージが使用されるので、工業標準のはんだ接合技術が使用されることができ、必要とされる接続性が実現される。ここで参考文献とされている“Antennas”という名称のGB特許出願第0615389.4(XA2192)に記載されているような特別な接続が使用される。これらの接続は根本的に垂直の同軸転移を模倣したボール・グリッド・アレイはんだボールのパターンである。これは印刷回路板中に埋設されたストリップ線を上部表面まで接続し、それはその後パッケージを通過し、ＲＦ装置またはマイクロストリップの内部ピースに接続される。代わりに、ＱＦＮ（クアッド・フラット・ノー・リード）型パッケージと共に使用するためのＲＦ転移部が使用されることができる。
【００１３】
伝統的な送信／受信モジュールは金属／セラミックの組合せであり、温度係数は送信／受信モジュール内のＧａＡｓコンポーネントと良好に整合されるが、アンテナ構造との熱的不整合につながり、したがってコンプライアントな相互接続は不可欠である。代わりに、伝統的な送信／受信モジュールの代わりに複数のコンパクトなパッケージを使用することはこの熱的不整合を減少する。熱的不整合が低いとき、コンプライアントな接続は必要とされず簡単なはんだ接合技術が代わりに使用されることができる。
【００１４】
上述したはんだ接合技術はボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）技術を使用できる。これは有効に優秀な冷却機構を与える。伝統的に、熱いコンポーネントはコンポーネントの温度を減少させるために冷却壁に取り付けられた熱放散装置に取付けられる。コンパクトなパッケージの場合、ＢＧＡ技術が使用できるので、ディスクリートな「熱い」コンポーネント下の複数のはんだボールは回路板へ設計されることができる熱通路を通って熱を伝導する。回路板はその後、冷却壁に結合されることができ、それによって通信ユニットの設計および構造を簡単にする。コンポーネントは十分に低質量でありはんだ接合は取付けに適切な方法を与えるため、これは送信／受信モジュールの別々の機械的取付けの必要性もなくす。
【００１５】
伝統的な送信／受信モジュールは種々の方法（図２参照）で「パッケージ」され、前述したように製造および検査のためのディスクリートなエンティティとして見られる。これは方法において関係する価格が大きくなり、送信／受信機能を幾つかの個別にパッケージされたコンポーネントへ分割することは図２に示されているような伝統的なパケットよりも価格が効率的で、小さく、簡単で廉価である。
【００１６】
例示により、送信／受信モジュール機能は３つの主要なコンポーネント、即ち１つは低電力／制御、１つは高電力、１つは外部のパッケージされていないサーキュレータのためのコンポーネントの使用により実現されることができる。複数の送信／受信モジュールの等価物は単一の印刷回路板上に構成され、この印刷回路板は単一の通信ユニットを形成するために全ての電力、制御およびＲＦ相互接続、放射素子、付加的な制御および電力供給回路を組み込むことができる。複数のこのような通信ユニットはその後完全なフェイズドアレイアンテナを形成するために簡単に組み立てられる。前述のフェイズドアレイアンテナは冷却壁上に各通信ユニットを取付け、（空間を規定する）アンテナの動作周波数と電力密度とに基づいて種々の手段により冷却されることができる。例示として、説明されているアンテナはＸ帯域アンテナで必要とされる電力密度を支持するために冷却壁に埋設された液体冷却チャンネルを使用する。装置は単一の回路板上で３０以上の放射素子で適切であることが証明されているが任意の数の放射素子が想定される。
【００１７】
本発明のフェイズドアレイアンテナは任意の周波数範囲にわたって使用されることができるが、特に５ＧＨｚ以上の周波数で動作するアレイに有効である。
【図１】
2010537461.tif 000003
【図２】
2010537461.tif 000004
【図３】
2010537461.tif 000005
【国際調査報告】
2010537461.tif 000006
2010537461.tif 000007
2010537461.tif 000008
2010537461.tif 000009