(57)【要約】  フェーズドアレイ用の着脱自在モジュールであって、回路基板の一面上に形成されたグラウンドプレーンを有する回路基板と、回路基板の上面上に取り付けられると共に回路基板の上面から離れるように延在するアンテナと、回路基板の背面上の回路であって、アンテナに結合されたＲＦフロントエンド回路を含む回路と、回路基板の背面上に取り付けられた１つ又は複数の第１コネクタの群であって、第１コネクタは、マスタ基板上の１つ又は複数の整合第２コネクタの対応する群を通じて、マスタ基板との間においてモジュールを物理的に且つ電気的に接続及び接続切断するためのものであり、モジュール上の第１コネクタは、ＲＦフロントエンド回路用の外部供給されたＬＯ信号及びＲＦフロントエンド回路用の且つＲＦフロントエンド回路からのＩＦ信号を搬送するための導電性ラインを有する、第１コネクタの群と、を含む着脱自在モジュール。
2018523937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェーズドアレイ用の着脱自在のモジュールであって、
回路基板であって、前記回路基板の一面上に形成されたグラウンドプレーンを有する回路基板と、
前記回路基板の上面上に設けられると共に前記回路基板の上面から離れるように延設されるアンテナと、
前記回路基板の背面上の回路であって、前記アンテナに結合されたＲＦ（高周波）フロントエンド回路を有する回路と、
前記回路基板の前記背面上に取り付けられた１つ又は複数の第１コネクタの群であって、マスタ基板上の１つ又は複数の整合第２コネクタ対応群を通じて、当該モジュールを前記マスタ基板に物理的かつ電気的に接続すると共に当該モジュールを前記マスタ基板から接続切断するための第１コネクタの群と、
を備え、
当該モジュール上の前記１つ又は複数の第１コネクタの群は、前記モジュール上の前記ＲＦフロントエンド回路用の外部供給されたＬＯ（局部発振器）信号を搬送するための、かつ、前記モジュール上の前記ＲＦフロントエンド回路用かつＲＦフロントエンド回路からのＩＦ（中間周波数）信号を搬送するための、複数の導電性ラインを備えている、着脱自在モジュール。
【請求項２】
前記ＲＦフロントエンド回路は、前記ＩＦ信号と前記ＬＯ信号から導出された信号とを混合するためのアップコンバータを有し、前記アンテナに供給されるＲＦ信号を生成する、請求項１に記載の着脱自在モジュール。
【請求項３】
前記ＲＦフロントエンド回路は、前記アンテナによって受信されたＲＦ信号を前記ＬＯ信号から導出された信号と混合するためのダウンコンバータを有し、前記１つ又は複数の第１コネクタを通じて外部回路に供給される受信ＩＦ信号を生成する請求項１に記載の着脱自在モジュール。
【請求項４】
前記１つ又は複数の第１コネクタは、単一のコネクタである請求項１に記載の着脱自在モジュール。
【請求項５】
前記１つ又は複数の第１コネクタは、複数の第１コネクタである請求項１に記載の着脱自在モジュール。
【請求項６】
前記グラウンドプレーンは、前記回路基板の前記背面上に配置されている、請求項１に記載の着脱自在モジュール。
【請求項７】
前記ＲＦフロントエンド回路は、前記ＲＦフロントエンド回路によって生成される前記ＲＦ信号の位相を調節する位相制御回路を含む、請求項１に記載の着脱自在モジュール。
【請求項８】
前記１つ又は複数の第１コネクタの前記複数の導電性ラインは、前記ＲＦフロントエンド回路を制御するために外部供給された制御信号を搬送するためのものでもある、請求項１に記載の着脱自在モジュール。
【請求項９】
前記１つ又は複数の第１コネクタの前記複数の導電性ラインは、電力を外部供給源から前記ＲＦフロントエンド回路に供給するためのものでもある、請求項１に記載の着脱自在モジュール。
【請求項１０】
さらに複数のアンテナを有し、
前記複数のアンテナは、それぞれが前記回路基板の上面上に取り付けられるとともに、前記回路基板の上面から離れるように延設されており、
最初に言及された前記アンテナは、当該複数のアンテナのうちの１つである、請求項１に記載の着脱自在モジュール。
【請求項１１】
前記回路は、さらに複数のＲＦフロントエンド回路を有し、
前記複数のＲＦフロントエンド回路は、それぞれが前記複数のアンテナのうちの異なる１つに結合されており、
最初に言及された前記ＲＦフロントエンド回路は、当該複数のＲＦフロントエンド回路のうちの１つである、請求項１０に記載の着脱自在モジュール。
【請求項１２】
前記１つ又は複数の第１コネクタの群の前記複数の導電性ラインは、前記モジュール上の前記複数のＲＦフロントエンド回路のそれぞれ用の外部供給されたＬＯ信号を搬送するための、且つ、前記モジュール上の前記複数のＲＦフロントエンド回路のそれぞれ用のかつＲＦフロントエンド回路からのＩＦ信号を搬送するためのものである、請求項１１に記載の着脱自在モジュール。
【請求項１３】
フェーズドアレイであって、
ＬＯ信号を分配するための信号送信ラインからなる第１ネットワークを有するマスタ基板と、
１つ又は複数の第１コネクタの複数の群であって、前記マスタ基板の上面上に取り付けられており、当該１つ又は複数の第１コネクタのそれぞれの群が前記送信ラインの第１ネットワークに結合されている、第１コネクタの複数の群と、
複数の着脱自在モジュールと、を有し、
前記着脱自在モジュールは、そのそれぞれが、
回路基板であって、前記回路基板の一面上に形成されたグラウンドプレーンを有する回路基板と、
前記回路基板の上面上に取り付けられるとともに前記回路基板の上面から離れるように延在するアンテナと、
前記回路基板の背面上に取り付けられた回路であって、当該モジュール上の前記アンテナに結合されたＲＦ（高周波）フロントエンド回路を有する回路と、
前記回路基板の前記背面上に取り付けられた１つ又は複数の第２コネクタの群であって、前記マスタ基板上の１つ又は複数の第１コネクタの対応する群を通じて、当該モジュールを前記マスタ基板に物理的かつ電気的に接続すると共に当該モジュールを前記マスタ基板から接続切断するためのものである第２コネクタの群と、
を有し、
当該モジュール上の前記１つ又は複数の第２コネクタの群は、そのモジュール上の前記ＲＦフロントエンド回路のために前記マスタ基板から外部供給されたＬＯ（局部発振器）信号を搬送するための、且つ、そのモジュール上の前記ＲＦフロントエンド回路用の且つ前記ＲＦフロントエンド回路からのＩＦ（中間周波数）信号を搬送するための、複数の導電性ラインを有する、フェーズドアレイ。
【請求項１４】
前記複数のモジュールのうちのそれぞれのモジュール上において、
当該モジュールの前記ＲＦフロントエンド回路は、前記ＩＦ信号と前記ＬＯ信号から導出された信号を混合するためのアップコンバータを有し、前記アンテナに供給されるＲＦ信号を生成する、請求項１３に記載のフェーズドアレイ。
【請求項１５】
前記複数のモジュールのうちのそれぞれのモジュール上において、
当該モジュール上の前記ＲＦフロントエンド回路は、当該モジュール上の前記アンテナによって受信されたＲＦ信号を前記ＬＯ信号から導出された信号と混合するためのダウンコンバータを有し、当該モジュール上の前記１つ又は複数の第１コネクタを通じて外部回路に供給される受信ＩＦ信号を生成する、請求項１３に記載のフェーズドアレイ。
【請求項１６】
前記複数のモジュールのうちのそれぞれのモジュール上において、
当該モジュール上の前記１つ又は複数の第１コネクタは、単一のコネクタである、請求項１３に記載のフェーズドアレイ。
【請求項１７】
前記複数のモジュールのうちのそれぞれのモジュール上において、
当該モジュール上の前記１つ又は複数の第１コネクタは、複数の第１コネクタである、請求項１３に記載のフェーズドアレイ。
【請求項１８】
前記複数のモジュールのうちのそれぞれのモジュール上において、
前記グラウンドプレーンは、当該モジュールの前記回路基板の前記背面上に配置されている、請求項１３に記載のフェーズドアレイ。
【請求項１９】
前記複数のモジュールのうちのそれぞれのモジュール上において、
当該モジュール上の前記ＲＦフロントエンド回路は、当該モジュール上の前記ＲＦフロントエンド回路によって生成される前記ＲＦ信号の位相を調節するための位相制御回路を含む、請求項１３に記載のフェーズドアレイ。
【請求項２０】
前記複数のモジュールのうちのそれぞれのモジュール上において、
当該モジュール上の前記１つ又は複数の第１コネクタの前記複数の導電性ラインは、当該モジュール上の前記ＲＦフロントエンド回路を制御するための外部供給された制御信号を搬送するためのものでもある、請求項１３に記載のフェーズドアレイ。
【請求項２１】
前記複数のモジュールのうちのそれぞれのモジュール上において、
当該モジュール上の前記１つ又は複数の第１コネクタの前記複数の導電性ラインは、外部供給源からそのモジュール上の前記ＲＦフロントエンド回路に電力を供給するためのものでもある、請求項１３に記載のフェーズドアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年７月２２日付けで出願された米国仮特許出願第６２／１９５，４５６号に基く優先権を主張するものであり、その全内容は本明細書に包含される。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイは、自由空間にビーム状の放射パターンを生成することで、通信チャネルを選択的に形成することを可能にする。フェーズドアレイは、平面上に複数のアンテナを格子状に配置して形成されており、これらのアンテナは、通常、高周波（ＲＦ）信号の１／２波長分だけ互いに離間されている。フェーズドアレイは、それぞれのアンテナに入力する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。放射される無線ＲＦ信号は、これら位相と振幅の調整することで、特定の方向においては増強され、その他の方向においては抑制され得る。同様に、フェーズドアレイは、自由空間の他の方向から到来する無線ＲＦ信号は無効にしつつ、所望の方向からの無線ＲＦ信号の受信については増強又は選択するように使用することもできる。到来したＲＦ信号は、フェーズドアレイによって取り込まれた後、位相及び振幅が調整されて合成されることで、自由空間の所望の領域から受信したＲＦ信号については選択し、自由空間の所望しない領域から受信されたＲＦ信号については破棄することができる。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する。このことにより、アンテナの位置又は方向を機械的に調整する必要はない。
【０００３】
フェーズドアレイには、アレイを形成する複数のアンテナが協調して動作するように、アンテナの調和が要求される。コーポレートフィードネットワークは、ＲＦ信号の同一複製信号をフェーズドアレイを形成するアンテナのそれぞれに配信することにより、フェーズドアレイに対してタイミングを提供している。フェーズドアレイは、平面領域に複数のアンテナを規則的に配置することにより、Ｘ，Ｙ方向に、ＲＦ信号の搬送波周波数の数波長分にわたって広がる表面領域を有するものとして規定される。例えば、正方形の平面領域に配列されている１００個のアンテナを有するフェーズドアレイは、各方向にＲＦ搬送波周波数の５波長分に等しいエッジ寸法を有することになる。
【０００４】
コーポレートフィードネットワークは、この表面領域をカバーしているフェーズドアレイの各アンテナにブランチを拡張する受動型又は能動型のツリーネットワークであり得る。この種の分配の形態を実現するネットワークは、バイナリツリー分配ネットワーク（リニアアレイの場合）及びＨツリー分配ネットワーク（平面アレイの場合）として知られている。バイナリツリーは、バイナリパーティショニングを使用して形成される１：Ｎ分配ネットワークであり得る。ソース信号は、送信ラインの入出力（Ｉ／Ｏ）ポートに対して整合される。送信ラインの端部は、等長の２つの送信ラインに分割され、この分割部は特定のインピーダンス整合条件を満たす必要がある。この分割部を含む接合部は、パワー・ディバイダ（信号分配器）と呼ばれる。パワー・ディバイダは、理論的にはすべての３つのポートにおいて、無損失であり、相反性を有し、且つ、整合されるが、構築が困難である。実際には、パワー・ディバイダは、分割器を相反性且つ整合状態に維持する結果として、損失を生じ得る。等しい長さの２つの送信ラインの端部は、それぞれ、パワースプリッタ及び送信ラインセグメントによって分割されている。追加された送信ラインをそれぞれ分割するプロセスは、受動型ツリーのブランチ先端部（Ｉ／Ｏポート）の数がＮ（２の累乗）に等しくなるまで続く。アンテナは、このブランチ先端部に結合され得る。Ｎ個のブランチ先端部のそれぞれは、適切に終端処理しなければならない。
【０００５】
このようなバイナリパーティション化ネットワークは、第１の送信ラインのＩ／Ｏポートを、コーポレートフィードネットワーク内のそれぞれのブランチ先端部に結合している送信ラインの合計長さが、等長であることを保証している。したがって、このＩ／Ｏポートに供給された信号の複数のブランチ先端部に至るそれぞれの飛行時間は、たとえこれらの経路いずれに沿ったとしても同一となろう。この結果、複数の複写信号がブランチ先端部のすべてに到来した際に、その信号のすべての位相変動は理論的に除去されることになる。これらは、複数のアンテナを協調状態に調和させるために使用される信号である。ＲＦ信号がネットワークからすべてのアンテナに到来すると、ＲＦ信号の位相／振幅は各アンテナにおいてローカルに調整され、所望の放射パターンを生成する。
【０００６】
又、パワー・ディバイダは相反性を有することから、コーポレートネットワークは、ブランチ先端部に結合されたアンテナから信号を転送し、第１送信ラインのＩ／Ｏポートにおいてこれらの信号を合成するために使用することもできる。コーポレートフィードネットワークは、フェーズドアレイのアンテナによって受信された所望のＲＦ信号を自由空間の異なる領域から抽出するために使用される、すなわち、受信されたＲＦ信号の位相／振幅は、各アンテナにおいてローカルに調節されて、自由空間から望ましい放射パターンを選択する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のフェーズドアレイは、ＲＦ信号をアンテナとの間で搬送するために、コーポレートフィードネットワークを使用している。コーポレートフィードネットワークは、ＲＦ信号のこれらの高周波成分のすべてを単一のソース信号からフェーズドアレイの個々のアンテナのすべてに伝播させている。ＲＦ信号の周波数成分のいくつかは、パワースプリッタにおいてインピーダンス不整合を経験し、これにより、信号に歪をもたらす反射を生じることになる。ＲＦ信号の高周波信号コンテンツは、送信ライン内において表皮効果による損失を被り、このことがＲＦ信号の品質を更に劣化させる可能性がある。高周波数において動作するには、送信ラインは、高品質の低分散特性を有する必要がある。このネットワーク内の損失を極小化し、このネットワーク内における適切なインピーダンス整合の実現を保証することは、難題である。この課題を充足するシステムは、システムのすべての構成部品が、十分に制御されたインピーダンスを備えてスプリッタにおける反射を極小化すると共に、低損失特性を備えて信号の劣化を防止することが求められるため、高価である。
【０００８】
コーポレートフィードネットワークの全体におよぶ複数のアンテナとの間におけるＲＦ信号の分配は、信号の損失と不整合の問題に起因して困難な課題であることが理解される。また、このようなシステムは、これらの懸念の低減するように回路基板及びコネクタを構築するために、製造費用の上昇をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一般に、一態様において、本発明は、フェーズドアレイ用の着脱自在のモジュールを特徴としている。モジュールは、回路基板の一面上に形成されたグラウンドプレーンを有する回路基板と、回路基板の上面上に取り付けられると共に回路基板の上面から離れるように延在するアンテナと、回路基板の裏面上の回路であって、アンテナに結合されたＲＦ（高周波）フロントエンド回路を含む回路と、回路基板の裏面上に取り付けられた１つ又は複数の第１コネクタの群であって、１つ又は複数の第１コネクタの群は、マスタ基板上の１つ又は複数の整合した第２コネクタの対応する群を通じて、モジュールをマスタ基板に物理的且つ電気的に接続すると共にこのモジュールをマスタ基板から接続切断するためのものであり、モジュール上の１つ又は複数の第１コネクタの群は、モジュール上のＲＦフロントエンド回路用の外部供給されたＬＯ（局部発振器）信号を搬送するための、且つ、モジュール上のＲＦフロントエンド回路用の又はＲＦフロントエンド回路からのＩＦ（中間周波数）信号を搬送するための、複数の導電性ラインを有する、第１コネクタの群と、を含む。
【００１０】
その他の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含む。ＲＦフロントエンド回路は、アンテナに供給されるＲＦ信号を生成するために、ＩＦ信号とＬＯ信号から導出された信号を混合するためのアップコンバータと、１つ又は複数の第１コネクタを通じて外部回路に供給される受信ＩＦ信号を生成するために、アンテナによって受信されたＲＦ信号をＬＯ信号から導出された信号と混合するためのダウンコンバータと、を含む。１つ又は複数の第１コネクタは、単一のコネクタであり、或いは、この代わりに、複数の第１コネクタである。グラウンドプレーンは、回路基板の裏面上に配置されている。ＲＦフロントエンド回路は、ＲＦフロントエンド回路によって生成されたＲＦ信号の位相を調節するための位相制御回路を含む。又、１つ又は複数の第１コネクタの複数の導電性ラインは、ＲＦフロントエンド回路を制御するための外部供給された制御信号を搬送するためのものでもある。又、１つ又は複数の第１コネクタの複数の導電性ラインは、電力を外部供給源からＲＦフロントエンド回路に供給するためのものでもある。又、着脱自在のモジュールは、それぞれが回路基板の上面上に取り付けられると共に回路基板の上面から離れるように延在する複数のアンテナをも含み、この場合に、最初に言及されたアンテナは、複数のアンテナのうちの１つである。回路は、それぞれが複数のアンテナのうちの異なるものに結合された複数のＲＦフロントエンド回路を更に含み、この場合に、最初に言及されたＲＦフロントエンド回路は、複数のＲＦフロントエンド回路のうちの１つである。１つ又は複数の第１コネクタの群の複数の導電性ラインは、モジュール上の複数のＲＦフロントエンド回路のそれぞれ用の外部供給されたＬＯ信号を搬送するための、且つ、モジュール上の複数のＲＦフロントエンド回路のそれぞれ用の且つＲＦフロントエンド回路からのＩＦ信号を搬送するためのものである。
【００１１】
一般に、別の態様においては、本発明は、ＬＯ信号を分配するための信号送信ラインの第１ネットワークを有するマスタ基板と、１つ又は複数の第１コネクタの複数の群であって、１つ又は複数の第１コネクタの複数の群は、マスタ基板の上面上に取り付けられており、１つ又は複数の第１コネクタのそれぞれの群は、送信ラインの第１ネットワークに結合されている、第１コネクタの複数の群と、複数の着脱自在のモジュールと、を含むフェーズドアレイを特徴としている。この場合に、複数のモジュールのうちのそれぞれのモジュールは、上述の特徴のうちの１つ又は複数を有する。
【００１２】
本開示の実施形態は、モジュールを使用してモジュラーフェーズドアレイを構築するための方法及びシステムを含み、それぞれのモジュールは、複数の到来及び送出中間周波数（ＩＦ）信号の分配及び集約のためのＲＦフロントエンドと、ＲＦ信号を無線で受信及び送信するためのアンテナ要素であって、受信ＲＦ信号が到来ＲＦ信号にダウンコンバージョンされ、送出ＩＦ信号が送信ＲＦ信号にアップコンバージョンされる、アンテナ要素と、それぞれ、到来及び送出ＩＦ信号をモジュール上において且つこの外部において転送するためのコネクタであって、少なくとも１つの局部発振器（ＬＯ）をモジュール上に転送するコネクタと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】ＩＦ／ＬＯマスタ基板に結合された複数のモジュールにＬＯを結合するために使用することができるＩＦ／ＬＯマスタ基板上に形成されたコーポレートフィードを示す。
【図１Ｂ】ＬＯ信号をそれぞれのアップ／ダウン（Ｕ／Ｄ）コンバータに結合するための、図１Ａのそれぞれのモジュール上のコーポレートフィードを示す。
【図２Ａ】本開示による、複数のモジュールにＬＯ信号を分配するためにＩＦ／ＬＯマスタ基板上に形成されたＢＤＳネットワークを示す。
【図２Ｂ】本開示による、複数のＵ／ＤブロックにＬＯ信号を分配するためにモジュール上に形成されたＢＤＳネットワークを示す。
【図３】本開示による、Ｉ／Ｏコネクタを通じてＬＯ及びＩＦ信号を複数のモジュールに対して結合するＩＦ／ＬＯマスタ基板を提示しており、この場合に、それぞれのモジュールは、単一のＩＦをアップ／ダウンコンバージョンしている。
【図４】本開示による、Ｉ／Ｏコネクタを通じてＬＯ及びＩＦ信号を複数のモジュールに対して結合するＩＦ／ＬＯマスタ基板を示しており、この場合に、それぞれのモジュールは、複数のＩＦをアップ／ダウンコンバージョンしている。
【図５】本開示による、そのＩ／Ｏコネクタを通じてＬＯ及びＩＦ信号をモジュールに対して結合するＩＦ／ＬＯマスタ基板を示しており、モジュールは、複数のＩＦをアップ／ダウンコンバージョンしており、且つ、Ｕ／Ｄブロックを少なくとも１つのアンテナに結合するために交差接続を使用している。
【図６】本開示による、そのＩ／Ｏコネクタを通じてＬＯ及びＩＦ信号を複数のモジュールに対して結合するＩＦ／ＬＯマスタ基板を示しており、この場合に、それぞれのモジュールは、複数のＩＦをアップ／ダウンコンバージョンしており、且つ、Ｕ／Ｄブロックのそれぞれを第１アンテナ又は第１アンテナに直交する別のアンテナに結合するためにスイッチマトリックスを使用している。
【図７】本開示による、Ｉ／Ｏコネクタを通じてＬＯ及びＩＦ信号を単一のモジュールに対して結合するＩＦ／ＬＯマスタ基板を示しており、この場合に、モジュールは、複数のＩＦをアップ／ダウンコンバージョンしており、且つ、Ｕ／Ｄブロックのそれぞれを第１アンテナ又は第１アンテナに直交する別のアンテナに結合するためにスイッチマトリックスを使用している。
【図８Ａ】本開示による、ＩＦ／ＬＯマスタ基板の嵌合インターフェイスに接続される前の、アンテナ、グラウンドプレーン、集積回路、及びＩ／Ｏコネクタを有するモジュールの側面図を示す。
【図８Ｂ】本開示による、ＩＦ／ＬＯマスタ基板の嵌合インターフェイスに結合された後の、アンテナ、グラウンドプレーン、集積回路、及びＩ／Ｏコネクタを有するモジュールの正面図を提示する。
【図９Ａ】本開示による、連続的なグラウンドプレーンを提供するために、整合した境界面を有する２つのモジュールの間の当接を示す。
【図９Ｂ】本開示による、連続的なグラウンドプレーンを提供するために、傾斜した整合境界面を有する２つのモジュールの間の当接を示す。
【図９Ｃ】本開示による、嵌合インターフェイスに接続されたＩ／Ｏコネクタを有するコネクタを示す。
【図１０】本開示による、平らなグラウンドプレーン表面を形成する、ＩＦ／ＬＯマスタ基板に固定された複数のモジュールを示しており、この場合には、留め具及び支持部が、モジュールのグラウンドプレーンを１つに結合している。
【図１１Ａ】本開示による、２つのクロスポールアンテナを有するモジュールの平面図を示す。
【図１１Ｂ】本開示による、２つのクロスポールアンテナを有するモジュールの斜視図を示す。
【図１１Ｃ】本開示による、２つのクロスポールアンテナを有するモジュールの側面図を示す。
【図１２】本開示による、１つ又は複数のアンテナを有する個々のモジュール（タイルとも呼称される）と、異なるサブアンテナアレイを形成するＩＦ／ＬＯマスタ基板上へのこれらの個々のモジュールの配置と、の斜視図を示す。
【図１３Ａ】本開示による、２つのアンテナをそれぞれが有するモジュールをそれぞれが有する４つのサブアレイと、すべての４つのサブアレイを１つに結合する分配基板と、を有するように形成されたモジュラーフェーズドアレイの前面及び背面斜視図を示す。
【図１３Ｂ】本開示による、２つのアンテナを有するモジュールをそれぞれが有する２つのサブアレイと、すべての２つのサブアレイを１つに結合する分配基板と、を有するように構成されたモジュラーフェーズドアレイの前面及び背面斜視図を示す。
【図１４】本開示による能動型アンテナシステムを利用する基地局のブロックダイアグラムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この開示は、高周波コンテンツを備えるＲＦ信号を、分配ネットワークにおいてモジュラーフェーズドアレイのすべてのアンテナとの間において分配する必要性を排除する方法とシステムとを提示している。ＲＦ信号を分配する代わりに、高周波コンテンツＲＦ信号は、モジュラーフェーズドアレイ内で、ローカルに、且つ、その対応するアンテナの近傍において生成又は使用される。このことは、モジュラーフェーズドアレイのすべてのアンテナとの間における少なくとも１つのＬＯ（局部発振器）信号及び少なくとも１つのＩＦ信号の分配によって実現される。ＬＯ信号は、アナログ発振器、周波数シンセサイザ、又は外部供給源から供給することができる。ＬＯ信号は、周期的な、変調されていない、発振信号を提供し、実質的に更に高次の周波数成分を有していない。ＬＯ信号を分配するための２つの異なるネットワーク、すなわち、ＬＯ信号の周波数がＲＦ信号の基本周波数に類似しているコーポレートフィードネットワークと、分配されるＬＯ信号の周波数がＲＦ信号の基本周波数のほぼ半分である双方向性シグナリング（ＢＤＳ）ネットワーク、とについて説明する。ＢＤＳネットワークは、適宜、変調された信号を分配するために使用することもできる。
【００１５】
アンテナによって送信されるＲＦ信号は、ローカルに利用可能なＩＦ及びＬＯ信号をアップコンバージョンすることにより、又は１つに混合することにより、モジュール上に生成される。同様に、モジュール上のアンテナによって受信された到来ＲＦ信号は、ローカルに利用可能なＬＯ信号と混合することにより、モジュール上で、ローカルに生成されたＩＦ信号に直ちに変換（ダウンコンバージョン）される。ＲＦ信号のダウンコンバージョン及び生成をアンテナの近傍に局所化することは、モジュラー方式で構築可能なシステムに適している。アンテナ並びに、アップコンバージョン及びダウンコンバージョンに必要な回路は、モジュール上に局所化される。アンテナと包含する１つ又は複数のアップ・ダウンコンバータとの間の回路は、当技術分野において公知であり、アップ・ダウンコンバージョンの作業を実行し、ＲＦフロントエンドと称される。また、ＲＦフロントエンド内において信号の相対的な位相あるいは振幅を変換するためにそれぞれ使用されるすべての位相シフタ又は可変利得増幅器もまた、ＲＦフロントエンドの一部と見なされる。一実施形態において、ＲＦフロントエンドは、少なくとも１つのＰＡ（電力増幅器）、少なくとも１つのＬＮＡ（低雑音増幅器）、少なくとも１つのＤｕｐ／ＳＷ（デュープレクサ／スイッチ）、及び複数のＵ／Ｄ（アップコンバージョン／ダウンコンバージョン）ブロックを含む。Ｕ／Ｄブロックは、典型的には、上述の位相シフタ及び可変利得増幅器を含む。モジュール上に搭載された１つ又は複数のアンテナは、モジュール上に見られるＲＦ信号の唯一の入力ポート又は出力ポートである。モジュール上でアップコンバージョンされたＲＦ信号は、ローカルアンテナを励起し、無線ＲＦ信号として自由空間内に送信される。モジュール上でダウンコンバージョンされるＲＦ信号は、自由空間から無線ＲＦ信号としてアンテナに受信された後、アンテナから到来したものである。基板に搭載されたＩ／Ｏコネクタは、ＬＯ及びＩＦ信号をモジュール上で又はモジュール外で転送する。これら複数のモジュールは、更に大きな回路基板に接続することができる。この大型回路基板は、モジュラーフェーズドアレイの一部分又は全部を構成することができる。また、この大型回路基板は、それぞれのモジュール上のコネクタを通じて、ＬＯ及びＩＦ信号をすべてのモジュールに分配する。ＬＯ及びＩＦ信号は、モジュール上の１つ又は複数の搭載アンテナに対して局所的なアップ及びダウンコンバージョンを実行するために、ＲＦフロントエンド内において使用される。
【００１６】
コーポレートフィードネットワークを使用してＲＦ信号をフェーズドアレイの全体に分配するという上述の従来の手法は、信号損失及び不整合の問題を生じやすい。モジュラーフェーズドアレイの実施形態においては、ＲＦ信号が対応するアンテナの近くの各モジュールにてローカルにアップコンバージョン又はダウンコンバージョンされるため、上記の問題は低減される。これらの利点は、高価な回路基板及びコネクタを必要とするというこれまでの制約を軽減し、全体的な設計を単純化し、これにより、モジュラーフェーズドアレイを製造する費用を低減する。更には、モジュラーフェーズドアレイは、コネクタによって結合されるモジュラー回路基板構成部品から構築することができる。モジュールのコネクタはＲＦ信号を搬送しないことから、これらのコネクタは、コーポレートフィードネットワーク内においてされる高価なコネクタが要求されるのと同一の厳格な電気的要件を必要としない。
【００１７】
図１Ａは、コーポレートフィードネットワーク１−２と称される、バイナリツリー分配ネットワークを例示しており、例えば、ソース信号であるＬＯ信号１−１を、複数のモジュール１−３に分配する。コーポレートフィードネットワークの目的は、ソース信号を各々の、かつ、全てのモジュール１−３に分配し、これにより、ＬＯ信号が同一位相でそれぞれのモジュール１−３に到来するようにすることである。ソース信号は、ＩＦ信号又はＲＦ信号などのその他のタイプの信号であってもよい。ただし、ＩＦ信号のシンボル持続時間が、システムの全体を通じた伝播遅延と比較して小さい場合には、通常は、ＩＦ信号をコーポレートフィードネットワークによって分配する必要はない。モジュール上でアップ・ダウンコンバージョン処理を実行するための基準点を設定するために、それぞれのモジュールに到来する他のＬＯ信号との関係におけるＬＯ信号の位相を使用する。コーポレートフィード分配ネットワークは、回路基板内の導電性トレースを使用することにより、ＬＯ又はＩＦ信号などのこれらソース信号をルーティングするＩＦ／ＬＯマスタ基板上に形成することができる。信号を分配するために使用されるこれらの電気トレースは、送信ラインを形成する。明示的に記述されていないが、すべての分配ネットワークは、送信ラインと共に形成されており、且つ、これらの送信ラインは、信号反射を防止するための適切な終端処理を必要としている。回路基板は、ＩＦ／ＬＯマスタ基板に備えられるモジュールのための物理的な担体をも提供する。
【００１８】
図１Ｂに示されるように、個々のモジュール１−３は、そのモジュール内にコーポレートフィードネットワークをそれぞれ延在させている。すべてのモジュール上のルーティングが実質的に同一である場合には、システム内のすべてのＵ／Ｄブロック１−４に到来するＬＯ信号の位相は、基本的に同一となろう。これに加えて、類似のネットワークを、送信されたＩＦ信号（不図示）をすべてのモジュールの各Ｕ／Ｄブロックに分配するために使用することもできる。
【００１９】
図２Ａは、双方向性シグナリング（ＢＤＳ）ネットワーク２−２を例示している。ここでは、コーポレートフィードネットワークとの比較して実質的に異なる方式を使用し、例えば、ソース信号であるＬＯ信号１−１を、複数のモジュール２−３に分配している。ＢＤＳがシリアルリンク分配であることから、ＢＤＳネットワークは、コーポレートフィードネットワークと比較して、発信元と送信先との間の全体的な送信ライン長及び信号損失が低減されている。ＢＤＳ分配ネットワークは、２つのソース信号ＬＯａ，ＬＯｂを各モジュール２−３に分配しており、これら２つのＬＯ信号は合成されて、すべてのモジュール上で正確な位相同期するＢＤＳ  ＬＯを生成する。ＢＤＳネットワークは、回路基板内に形成された電気トレースを使用して、２つの同一のソース信号を反対方向にルーティングするＩＦ／ＬＯマスタ基板上に形成される。ＢＤＳの詳細説明については、２０１４年２月６日付けで公開された、Mihai Banu及びVladimir Prodanovによる “Method and System for Multi-point Signal Generation with Phase Synchronized Local carriers”、米国特許出願公開第２０１４／００３７０３４号明細書を参照されたい。この出願の全内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。ＢＤＳ  ＬＯ信号は、モジュール上にてアップ・ダウンコンバージョン処理を実行するために使用される。また、回路基板は、ＩＦ／ＬＯマスタ基板に装着されるモジュールのための物理的な担体をも提供している。
【００２０】
図２Ｂに示されるように、個々のモジュール２−３は、そのモジュール自体の内部にＢＤＳネットワークをそれぞれ延在させることができる。単一の供給源１−１（或いは、適宜、別個の複数のＬＯ供給源）によって供給される周波数信号ＬＯａ，ＬＯｂは、ＩＦ／ＬＯマスタ基板からモジュール内にむけて合成され、モジュールの回路基板に形成された電気トレースを使用して、反対方向においてルーティングされる。これらの２つの信号は、すべての乗算器２−４にそれぞれ到来し、乗算器２−４によって１つに乗算されてＢＤＳ  ＬＯ信号２−５を生成する。ＢＤＳ  ＬＯ信号は、ＬＯａ又はＬＯｂの周波数の２倍である。モジュール内のＵ／Ｄブロック１−４に到来するＢＤＳ  ＬＯ信号の位相は、実質的に同一であり、或いは、互いに同期化されている。
【００２１】
図３は、モジュラーフェーズドアレイアンテナシステム３−８の一部分を示しており、複数のモジュール回路基板（又は、モジュール）３−７のうちの２つが示されている。モジュール回路基板３−７は回路ブロックを有し、Ｉ／Ｏコネクタ３−２を介してＩＦ／ＬＯマスタ基板に結合している。Ｉ／Ｏコネクタは、ＩＦ／ＬＯマスタ基板とモジュールとの間において送信される信号の電気的連続性を提供すると共に、ＩＦ／ＬＯマスタ基板に対するモジュールの物理的な支持体を提供している。複数のモジュールがＩＦ／ＬＯマスタ基板に接続されて、モジュラーフェーズドアレイシステムを構築している。信号は、送信ラインを備えるマスタ基板及び回路基板上をルーティングされており、送信ラインは信号反射を防止するための適切な終端処理を必要とする。
【００２２】
Ｉ／Ｏコネクタ３−２は、ＩＦ及びＬＯ信号（３−１２及び３−１３）をＩＦ／ＬＯマスタ基板からＩ／Ｏコネクタを通るように搬送する。これらの信号は、Ｕ／Ｄブロック１−４の入力部３−１１に結合されている。また、Ｉ／Ｏコネクタ３−２は、ＩＦ／ＬＯマスタ基板とモジュール３−７の間において、デジタル／アナログ制御信号、電源、基準電圧、及びグラウンド供給（３−１４Ａ〜３−１４Ｚ）をも搬送している。これらの信号、供給、及び電圧は、モジュールの回路基板上をルーティングされ（３−１５Ａ〜３−１５Ｚ）、様々な回路ブロックに分配及び接続されて、電力／グラウンド、電圧、及び制御信号をこれらブロック内の対応する回路構成部品に提供する。
【００２３】
モジュール３−７は、アンテナ３−６、Ｕ／Ｄブロック１−４、電力増幅器（ＰＡ）３−３、低雑音増幅器（ＬＮＡ）３−４、及びデュープレクサ又はスイッチ３−５を含んでおり、これらは、部分的に、ＲＦフロントエンドを形成している。ＲＦフロントエンドは、列挙された電気構成部品と関連して、ＬＯ信号、ＩＦ信号、及びＲＦ信号といういくつかの信号成分を生成及び／又は使用し、少なくとも２つの機能を実行している。１つの機能は、ＬＯ信号を使用して送出ＩＦ信号をアップコンバージョンし、送信されるべきＲＦ信号を生成するというものであり、もう１つの機能は、ＬＯ信号を使用してアンテナにて受信した到来ＲＦ信号をダウンコンバージョンし、到来ＩＦ信号を生成するというものである。ＲＦ信号は、個々のアップコンバージョン及びダウンコンバージョンプロセスにおいて、モジュール上にて生成又は消費される。モジュールに接続されているアンテナは、これらのＲＦ信号を受信又は送信する唯一のＩ／Ｏポートである。アンテナは、これらのＲＦ信号を無線で送信又は受信する、自由空間に対するインターフェイスである。
【００２４】
ＩＦ／ＬＯマスタ基板からアンテナに向かって進む信号は、送出方向となる。モジュール３−７は、ＩＦ／ＬＯマスタ基板からの送出ＩＦ信号及びＬＯ信号をＩ／Ｏコネクタ３−２を通じて受信し、この送出ＩＦ信号及びＬＯ信号をＵ／Ｄブロック１−４の入力部３−１１に接続する。送出ＩＦ及びＬＯ信号は、Ｕ／Ｄブロック内のミキサに供給される。Ｕ／Ｄブロックは、送出ＩＦ信号をＬＯ信号によってアップコンバージョンし、送出信号の流れ方向のＲＦ信号をモジュール上にて直接的に生成する。ＲＦ信号は、ＰＡ３−３の入力部に印加される。ＰＡは、ＲＦ信号を増幅し、その後、このＲＦ信号はＤｕｐ／ＳＷ３−５を通じてアンテナ３−６に結合される。アンテナは、無線ＲＦ信号３−９を生成し、この信号は自由空間に伝播する。
【００２５】
このＬＯ及び送出ＩＦ信号を各モジュールに供給する分配ネットワークは、ＬＯ信号と送出ＩＦ信号の間の位相関係が既知であり、且つ、理想的にはこれらの信号がモジュール３−７に進入したときに全てのモジュールにおいて同一であることを保証する。ただし、モジュールから送信される無線信号３−９については、他の全てのモジュールから送信される他の全ての無線信号に対して位相及び／又は振幅調節する必要がある。このことにより、自由空間の結合されたＲＦ信号は、相乗的又は相殺的に１つに加算し、且つ、すべての送信信号の結合ＲＦ無線パワー強度ビームを自由空間の選択された体積要素に置くことができる。ＬＯ信号、送出ＩＦ信号、又は各Ｕ／ＤブロックでアップコンバージョンされたＲＦ信号の位相及び／又は振幅は、アップコンバージョンされた信号が他の全てのモジュールにおける残りのアップコンバージョンされた信号に対して適切に関係付けられることを保証するために、慎重に制御される。
【００２６】
位相調節回路（位相シフタ）は、ＬＯ信号又はＲＦ信号のいずれか１つの位相角度の進み遅れを調整するために、少なくとも１つが使用される。位相シフタは、自身を通過する信号の位相をシフトさせるように機能する。位相のシフトは、アナログ又はデジタル制御信号のいずれかによって制御されている。上述の実施形態では、デジタル制御信号を使用して位相シフタを調節している。これに加えて、送出ＩＦ信号、ＬＯ信号、又はＲＦ信号のうちの少なくとも１つの振幅を変更するために、アナログ又はデジタル制御信号によって制御される少なくとも１つの振幅調節回路（可変利得増幅器）を使用してもよい。振幅又は位相調節の制御は、フル制御から、部分制御、又はゼロ制御までの範囲をとることができる。デジタル制御信号は、ＩＦ／ＬＯマスタ基板内においてバス配線され、コネクタ３−２を介してモジュールにまで伝達される。そしてモジュールにて、これらの信号は、アップ／ダウンコンバータ内の位相シフタ及び可変利得増幅器に提供される。これらのデジタル又はアナログ制御信号は、デジタルフロントエンド（ＤＦＥ）（図１４参照）内の１つ又は複数のプロセッサによって生成される。ＤＦＥは、複数の対話型の機械又はコンピュータを含み得る。コンピュータ可読媒体はコンピュータプログラムをコード化されており、これにより、１つ又は複数のプロセッサがプログラムを実行することにより、位相及び振幅調節の方法のうちの１つ又は複数が実行されるよう。
【００２７】
アンテナからＩＦ／ＬＯマスタ基板に向かって伝播する受信ＲＦ信号は、到来方向となる。到来信号の場合には、アンテナ３−６が、自由空間から少なくとも１つの到来ＲＦ無線信号３−１０を受信し、その到来ＲＦ信号をデュープレクサ又はスイッチ３−５を通じて低雑音増幅器（ＬＮＡ）３−４に結合する。ＬＮＡは、増幅された到来ＲＦ信号をＵ／Ｄブロックに印加し、Ｕ／Ｄブロックは、到来ＲＦ信号を到来ＩＦ信号にダウンコンバージョンする。ダウンコンバージョンされたＩＦ信号は、Ｉ／Ｏコネクタ３−２を通じてＩＦ／ＬＯマスタ基板に転送される。モジュールは、さらに、ＲＦフィルタ、振幅及び位相調節回路、増幅器、フェーズロックループ（ＰＬＬｓ）、データコンバータ、デジタル回路、及び周波数シンセサイザを更に含んでいてもよい。これらはいずれも、図を単純化するために図示されていない。
【００２８】
ＬＯ信号と到来ＲＦ信号との間の位相関係は、到来ＲＦ信号のダウンコンバージョンにおいて重要であり、慎重に制御する必要がある。アナログ又はデジタル制御信号によって制御される位相調節回路が、ＬＯ信号又は到来ＲＦ信号のうちの少なくとも１つの位相角度を調節するために少なくとも１つ使用される。ダウンコンバージョンされたＩＦ信号、ＬＯ信号、又は到来ＲＦ信号のうちのいずれか一つの信号の振幅を変更するために、別のアナログ又はデジタル制御信号によって制御され振幅調節回路が少なくとも１つ使用される。振幅又は位相調節の制御は、全制御、部分制御、又はゼロ制御を含むことができる。位相及び振幅調節の機能に関する更なる説明については、２０１２年６月７日付けで公開された“Low Cost, Active Antenna Arrays”、米国特許出願公開第２０１２／０１４２２８０号明細書を参照されたい。この出願の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。これらのデジタル又はアナログ制御信号は、１つ又は複数のプロセッサ、又は複数の対話型の機械又はコンピュータによって生成される。コンピュータ可読媒体はコンピュータプログラムをコード化されており、これにより、１つ又は複数のプロセッサがプログラムを実行することによって、位相及び振幅調節の方法のうちの１つ又は複数が実行する。
【００２９】
ＬＯ信号、ＩＦ信号、及びＲＦ信号は、シングルエンド信号であってもよく、或いは、差動信号であってもよい。差動信号は、第１信号及び第２信号から構成されており、この場合に、第２信号は、第１信号（真）にたいする補完体（補）である。
【００３０】
デュープレクサ又はスイッチ３０５は、送出及び到来信号の容量を制御するために使用される。デュープレクサは、周波数分割デュープレクシング（ＦＤＤ）システム内において使用することができ、２つの異なる流れ方向に関して異なる周波数帯域を使用することでフルデュープレックス（全二重）通信を確立する。スイッチは、時分割デュープレクシング（ＴＤＤ）システムにおいて使用することができ、第２の反対信号フロー方向の時間に対して、１つの信号フロー方向により多くの時間を割り当てることにより、送出又は到来信号フローの容量を調節する。
【００３１】
モジュラーフェーズドアレイにおいて、全てのモジュールは、ＩＦ／ＬＯマスタ基板から取得された対応する送出ＩＦ信号をアップコンバージョンし、適切な位相及び振幅を導入する。これにより、モジュラーフェーズドアレイ内のすべてのアンテナからのＲＦ無線信号３−９は、重畳し、且つ、強めあったり又は弱めあったりして加算されて、送信された信号の合成ＲＦ無線パワー強度ビームを、自由空間の選択された体積要素内に配置する。同様に、、全てのモジュールは、アンテナから得られた対応する到来ＲＦ信号をダウンコンバージョンし、適切な位相及び振幅を導入する。このことにより、全てのダウンコンバージョンされたＩＦ信号は、重畳し、且つ、強めあったり又は弱めあったりして加算されて、自由空間の選択された体積要素から受信された情報を抽出する。さらなる操向ビームについての説明は、２０１２年１０月１１日付けで公開された“Techniques for Achieving High Average Spectrum Efficiency in a Wireless System”、米国特許出願公開第２０１２／０２５８７５４号明細書を参照されたい。この内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
【００３２】
Ｉ／Ｏコネクタ３−２は、モジュールとＩＦ／ＬＯマスタ基板との間でＩＦ信号及びＬＯ信号を転送することに加えて、ＩＦ／ＬＯマスタ基板から供給されるデジタル／アナログ制御信号、電力、及びグラウンド供給をもモジュールに提供している。明示的に述べられていない場合、全てのモジュールは、上述の動作を実行するために、ＲＦフィルタ、振幅及び位相調節回路、増幅器、位相ロックループ（ＰＬＬｓ）、データコンバータ、デジタル回路、及び周波数シンセサイザを含んでいるが、これらは、いずれも、図を単純化するために図示されていない。
【００３３】
特許請求された電気的機能のうちのいくつか又は全部は、回路基板上に取り付けられた別個の（ディスクリート）コンポーネントによって、又は集積回路とＦＰＧＡの組合せにより、或いは、ＡＳＩＣにより、実装することができる。特許請求された電気的機能のうちのいくつか又は全ては、複数の対話型機械又はコンピュータを含みうる１つ又は複数のプロセッサの支援によって実装することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータプログラムがコード化されており、１つ又は複数のコンピュータがこのプログラムを実行することにより、当該１つ又は複数のコンピュータが、上記に開示された方法のうちの１つ又は複数を実行することができるように構成されている。
【００３４】
Ｉ／Ｏコネクタを通じてＩＦ／ＬＯマスタ基板から転送されたＬＯ信号は、ＬＯ信号を分配するためのコーポレートフィードネットワークを使用することにより、Ｕ／Ｄブロック内のミキサに対して印加することができる。しかしながら、ＢＤＳ方式が使用される場合には、ＢＤＳ  ＬＯを生成するために、付加的に乗算器２−４（図２Ｂを参照）が必要となる。ＩＦ／ＬＯマスタ基板からの分配ＬＯ信号のうちの２つが、１つに乗算されて、ＢＤＳ  ＬＯを生成する。明示的に述べられていない場合、すべてのモジュールは、コーポレートフィードネットワーク、ＢＤＳネットワーク、又はこれらのネットワークの両方タイプの組合せを支持するＩＦ／ＬＯマスタ基板に対して接続することができる。
【００３５】
図４は、サブアレイアンテナシステム４−１の一部分の別の実施形態を示す。モジュール４−３は、そのＩ／Ｏコネクタ３−２を通じて、少なくとも１つのＩＦ／ＬＯマスタ基板に装着されている。ＩＦ／ＬＯマスタ基板は、Ｉ／Ｏコネクタを介して、少なくとも１つのＬＯ信号及び１つのＩＦ信号を、全てのモジュール上の各Ｕ／Ｄブロックに提供する。ＩＦ／ＬＯマスタ基板及びモジュールについてのＬＯ信号の分配は、コーポレートフィードネットワーク又はＢＤＳネットワークのうちの少なくとも１つから形成されたネットワークを使用する。これらのタイプのＬＯネットワークは、Ｕ／Ｄブロックに到来したＬＯ信号が互いに同期化されていることを保証する。モジュールは、少なくとも１つのアンテナ３−６と、複数のＵ／Ｄブロック１−４と、を含む。ＬＯ信号又はアップコンバージョンされたＲＦ信号の位相、及び／又は、ＬＯ信号、送出ＩＦ信号、又はアップコンバージョンされたＲＦ信号の振幅は、各Ｕ／Ｄブロックにおいて慎重に制御され、アップコンバージョンされた信号がすべてのその他のモジュール上の残りのアップコンバージョンされた信号と適切に関係付けられることを保証する。Ｕ／Ｄブロック内の複数のアップコンバータのうちのそれぞれは、対応するＩＦ信号をＬＯ信号と混合して、送出ＲＦ信号を生成する。複数の送出ＲＦ信号のそれぞれは、コンバイナ４−２において、単一の複合送出ＲＦ信号として組み合わせられている。単一の複合送出ＲＦ信号は、図３に示されるＰＡ３−３、ＬＮＡ３−４、及びデュープレクサ又はスイッチ３−５を表すブロック４−５を介して、アンテナに結合されている。アンテナ３−６は、複合送出ＲＦ無線信号を自由空間内に送信している。複合送出ＲＦ無線信号内の複数の送出ＲＦ信号のそれぞれの成分は、その他のものとは独立して振る舞うことができる。すべてのその他のモジュールからの同一のＲＦ無線成分は、送信信号のＲＦ信号無線パワー強度ビームのその成分を自由空間の選択された体積要素内に配置するために、重畳し、且つ、肯定的又は否定的に加算される。同様に、すべてのモジュールからの複合送出ＲＦ無線信号内の次のＲＦ無線成分も、送信信号のＲＦ信号無線パワー強度ビームの次の成分を自由空間の別の選択された体積要素内に配置するために、重畳し、且つ、肯定的又は否定的に加算される。複数のアップコンバータは、それぞれ、複数のユーザーに対してサービスすることができる。即ち、それぞれのＩＦ信号は、複数のユーザーの通信信号を搬送することができる。
【００３６】
到来信号フロー方向において、アンテナ３−６は、自由空間から受信された少なくとも１つの複合到来ＲＦ無線信号を受信する。信号は、４−５内のＬＮＡによって増幅され、到来ＲＦ信号を複数のＵ／Ｄブロックに印加する分配器４−４に供給される。複数のＵ／Ｄブロックは、適切に位相又は振幅が調節されたＬＯ信号により、複合到来ＲＦ信号を対応する複数の到来ＩＦ信号にダウンコンバージョンする。それぞれの到来ＩＦ信号は、複数のＵ／Ｄブロックのうちの１つによって生成される。複数の到来ＩＦ信号のそれぞれは、アナログ又はデジタル制御信号によって振幅調節されていてもよく、Ｉ／Ｏコネクタ３−２により、モジュールから、ＩＦ／ＬＯマスタ基板に転送される。ＩＦ信号がＩＦ／ＬＯマスタ基板上に到達すると、それぞれのモジュールからの対応するＩＦ信号がＤＦＥに送信される。Ｉ／Ｏコネクタは、ＩＦ／ＬＯマスタ基板から供給されるデジタル／アナログ制御信号、電力、及びグラウンド供給をモジュールに対して提供する。明示的に記述されていない場合には、すべてのモジュールが、上述のように、アナログ又はデジタル制御信号を使用することにより、ＬＯ信号、ＩＦ信号、又はＲＦ信号のうちの少なくとも１つの位相及び／又は振幅調節の機能を実行している。
【００３７】
モジュール４−３は、ＲＦフィルタ、振幅及び位相調節回路、増幅器、位相ロックループ（ＰＬＬｓ）、周波数シンセサイザ、ＰＡ、ＬＮＡ、及びデュープレクサ又はスイッチを更に含む。これらのモジュールは、ＩＦ／ＬＯマスタ基板に結合されており、複数の放出されたＲＦ信号の方向及び強度を制御するために、あるいは、自由空間の異なる容積要素に由来する複数の受信ＲＦ信号から情報を抽出するために使用される。特許請求されている機能は、モジュールをＩＦ／ＬＯマスタ基板に結合するＩ／Ｏコネクタを通じてＲＦ信号を転送することなしに実現される。
【００３８】
図５は、複数のアンテナ３−６、複数のＵ／Ｄブロック１−４、及び２つのＩ／Ｏコネクタ３−２が備えられたモジュール５−２を示している。他の実施形態では、ＩＦ／ＬＯマスタ基板とモジュールとの間で電気信号を転送するために、２倍数のリードを有するコネクタを使用してもよい。図５は、図４の複数のモジュールを１つのモジュールとして組み合わせている。複数のＩＦ信号及び少なくとも１つのＬＯ信号をＩ／Ｏコネクタを通じてＩＦ／ＬＯマスタ基板からモジュールに転送することにより、送出信号フロー方向は、ＩＦ／ＬＯマスタ基板からモジュールへ向かう方向に形成されている。モジュール上の複数のＵ／Ｄブロック１−４は、複数のバンドルされたＵ／Ｄブロック５−３内にパーティション化されており、１つのバンドルされたＵ／Ｄブロック５−３は、複数のアンテナ３−６のうちのそれぞれのアンテナと関連付けられている。バンドルされたＵ／Ｄブロック５−３内の個々のＵ／Ｄブロック１−４は、複数のＩＦ信号のうちの１つを少なくとも１つのＬＯ信号と混合することにより、対応する送出ＲＦ信号としてそれぞれアップコンバージョンする。バンドルされたＵ／Ｄブロックからの対応するＲＦ信号のそれぞれは、コンバイナ４−２によって複合送出ＲＦ信号５−４として合成され、第２のバンドルされたＵ／Ｄブロックは、異なる複合送出ＲＦ信号５−５を生成する。バンドルされたＵ／Ｄブロック両方からの複合送出ＲＦ信号は、ブロック４−５を介して、複数のアンテナのうちの関連付けられたものに対して結合される。Ｕ／Ｄブロックは、各ＩＦ信号をＬＯ信号によってアップコンバージョンしてＲＦ信号を生成するための少なくとも１つのミキサと、アナログ又はデジタル信号によって制御され、ＬＯ信号又はＲＦ信号のうちの少なくとも１つの位相角度を進行又は遅延させるための少なくとも１つの位相調節回路と、アナログ又はデジタル信号によって制御され、ＩＦ信号、ＬＯ信号、又はＲＦ信号のうちの少なくとも１つの振幅を変更するための少なくとも１つの振幅調節回路と、を含む。
【００３９】
モジュール上の複数のＵ／Ｄブロックのそれぞれは、複数のバンドルされたＵ／Ｄブロック５−３にパーティション化されており、１つのバンドルされたＵ／Ｄブロック５−３は、アンテナ３−６のうちそれぞれ一つと関連付けられている。到来信号フロー方向は、モジュールを介して自由空間からＩＦ／ＩＯマスタ基板に到来する信号の方向に沿っている。複数のアンテナのうちのそれぞれは、到来する複合ＲＦ信号を受信し、これを分配器４−４を介して対応するバンドルされたＵ／Ｄブロックに対して結合する。バンドルされたダウンコンバータのＵ／Ｄブロック１−４内のそれぞれのダウンコンバータは、到来する複合ＲＦ信号をＬＯ信号によってダウンコンバージョンしてＩＦ信号を生成するための少なくとも１つのミキサと、アナログ又はデジタル信号によって制御され、ＬＯ信号又はＲＦ信号の位相角度を進行又は遅延させるための少なくとも１つの位相調節回路と、アナログ又はデジタル信号によって制御され、ＩＦ信号、ＬＯ信号、又はＲＦ信号のうちの少なくとも１つの振幅を変更するための少なくとも１つの振幅調節回路と、を含む。それぞれのバンドルされたダウンコンバータは、対応するアンテナによってキャプチャされた到来複合ＲＦ信号をＬＯ信号と混合して、複数のＩＦ信号を生成する。すべてのバンドルされたダウンコンバータからの複数の到来ＩＦ信号のすべてが、Ｉ／Ｏコネクタのうちの１つを通じて、モジュールからＩＦ／ＬＯマスタ基板に結合されている。
【００４０】
図５に示されるように、複数のアンテナを有するモジュールは、集積回路のうちの１つに、複数のアップ／ダウンコンバータを有することができる。コネクタからそれぞれのアップ／ダウンコンバータへのトレースのうちのそれぞれは、慎重に整合されており、アップ／ダウンコンバータからモジュール上のその個々のアンテナへのトレースのうちのそれぞれも整合されている。すべてのアンテナは、特定の通信チャネルを同時に表す、わずかに異なるＲＦ無線信号を自由空間から受信する。デジタル制御信号を使用して、複数のモジュール上のアップ／ダウンコンバータによって生成されるダウンコンバージョンされたＩＦ信号をそれぞれ調節する。このことによって、自由空間内の特定の地点からの受信無線信号から生成されたＩＦ信号は、当該地点から到来する受信無線信号から生成される他のダウンコンバージョンされたＩＦ信号を強めあうように改善する。
【００４１】
図６は、第１アンテナ３−６、第１アンテナに直交するように方向付けされた第２アンテナ６−３、少なくとも１つのスイッチマトリックス６−２、複数のＵ／Ｄブロック１−４、及びＩ／Ｏコネクタ３−２を有するモジュール６−１を示している。Ｉ／Ｏコネクタは、複数のＩＦ信号及び少なくとも１つＬＯ信号をＩＦ／ＬＯマスタ基板からモジュールに結合している。複数のＩＦ信号のそれぞれが、Ｕ／Ｄブロック１０４内の対応するアップコンバータ内においてＬＯ信号と混合されている。複数のアップコンバータの出力は、スイッチマトリックス６−２に結合されている。スイッチマトリックスは、アップコンバータから受信されたＲＦ信号を第１群６−４としてパーティション化し、且つ、ＲＦ信号のうちの残りのものを第２群６−５としてパーティション化している。第１群６−４は、ブロック４−５ａ内のＰＡによって増幅され、第１アンテナ３−６に結合されている。第２群６−５は、第２ブロック４−５ｂ内のＰＡによって増幅され、第２アンテナ６−３に結合されている。又、スイッチマトリックスは、すべてのアップコンバージョンされたＲＦ信号を第１群６−４又は第２群６−５内に選択的に配置することもできる。第１アンテナ３−６は、第２アンテナ６−３と直交するように方向付けされている。２つのアンテナは、協働してクロスポールアンテナを形成している。Ｕ／Ｄブロックは、ＬＯ信号によってＩＦ信号をアップコンバージョンしてＲＦ信号を生成するための少なくとも１つのミキサと、アナログ又はデジタル信号によって制御され、信号を進行又は遅延させるための少なくとも１つの位相調節回路と、アナログ又はデジタル信号によって制御され、ＩＦ信号、ＬＯ信号、又はＲＦ信号のうちの少なくとも１つの振幅を変更するための振幅調節回路と、を含む。
【００４２】
到来方向において、第１アンテナ３−６は、第１到来複合ＲＦ信号６−６を受信し、これをスイッチマトリックス６−２に結合する。第２アンテナ６−３は、第２到来複合ＲＦ信号６−７を受信し、これを同一のスイッチマトリックス６−２に結合する。スイッチマトリックスは、第１又は第２到来複合ＲＦ信号をＵ／Ｄブロック１−４内の複数のダウンコンバータのそれぞれに対して結合すると共に割り当てている。Ｕ／Ｄブロック１−４内のダウンコンバータに対する到来複合ＲＦ信号の割当を構成するために、制御信号（図示せず）がスイッチマトリックス６−２に印加される。それぞれのＵ／Ｄブロック１−４内のそれぞれのダウコンバータは、到来複合ＲＦ信号をＬＯ信号によってダウンコンバージョンしてＩＦ信号を生成するための少なくとも１つのミキサと、アナログ又はデジタル信号によって制御され、ＬＯ信号又はＲＦ信号のうちの少なくとも１つの位相角度を進行又は遅延させるための少なくとも１つの位相調節回路と、アナログ又はデジタル信号によって制御され、ＩＦ信号、ＬＯ信号、又はＲＦ信号のうちの少なくとも１つの振幅を変更するための少なくとも１つの振幅調節回路と、を含む。それぞれのダウンコンバータは、その対応するアンテナによってキャプチャされた到来複合ＲＦ信号をＬＯ信号と混合して、対応するＩＦ信号を生成する。すべてのダウンコンバータからの複数の到来ＩＦ信号のすべては、Ｉ／Ｏコネクタ３−２を通じて、モジュールからマスタ基板に結合されている。ＩＦ信号がＩＦ／ＬＯマスタ基板上に位置すると、モジュールのそれぞれからの対応するＩＦ信号は、ＤＦＥに送信される単一のＩＦ信号として集約される。
【００４３】
図７は、図６に示されている２つのモジュールの内容を有するモジュール７−１を示している。後の図は、このモジュールを様々な方向から視た図を提示しており、クロスポールアンテナの構造、モジュール上におけるクロスポールアンテナの位置、及びモジュールの回路基板の形状を示している。アンテナ７−４は、アンテナ７−５と直交するように位置決めされることにより、第１クロスポールアンテナを形成している。アンテナが互いに直交していることから、これらは、それぞれ、同一の周波数において電磁エネルギーを同時に送信し、これにより、実質的に、システムの利用可能な帯域幅を二倍にすることができる。同様に、アンテナ７−２も、アンテナ７−３と直交するように位置決めされることにより、第２クロスポールアンテナを形成している。２つのクロスポールアンテナの間において、第２クロスポールアンテナ内のアンテナ７−３は、第１ポールアンテナのアンテナ７−４と直交するように方向付けすることができる。
【００４４】
図８Ａは、モジュール８−１がＩ／Ｏコネクタ３−２及び嵌合インターフェイス８−７によってマスタ基板８−１に接続される前の、ＩＦ／ＬＯマスタ基板８−８及びモジュール８−１の側面図を示している。モジュール８−１は、回路基板の上部表面上において平らな金属化層８−３を有する回路基板８−４を含む。平らな金属化層は、表面の一部の又は全部をカバーし、回路基板のすべてのエッジまで延在し、且つ、エッジの少なくとも一部の又は全部をカバーしている。平らな金属化層は、モジュール上においてグラウンドプレーンを形成している。回路基板８−２は、グラウンドプレーンの上部表面に、且つ、グラウンドプレーンに対して垂直に、取り付けられている。アンテナは、この回路基板８−２上に配置されている。モジュールの下部表面は、集積回路８−５と、少なくとも１つのＩ／Ｏコネクタ３−２と、を有する。モジュールの記述されている電気的機能は、集積回路によって実装されている。集積回路は、フルカスタム設計ＣＭＯＳパッケージ化装置、ＦＰＧＡ、又はＡＳＩＣであってもよい。又、別個の素子又はコンポーネント（コンデンサ、インダクタ、又は抵抗器）を回路基板上に取り付けることもできる。ＩＦ／ＬＯマスタ基板８−８は、嵌合インターフェイス８−７が基板の上部表面に接続されており、この嵌合インターフェイス内にコネクタ３−２が嵌合されたときにモジュールを―電気的に、且つ、物理的に―マスタ基板に接続するためのものであることを示している。
【００４５】
図８Ｂは、ＩＦ／ＬＯマスタ基板８−８に接続されたモジュールの正面図を示している。これらのコンポーネントの間の接続は、Ｉ／Ｏコネクタが嵌合インターフェイスに接続された際に形成される。これらの２つのコンポーネントが１つに接続された後の組み合わせは、コネクタ組立体と呼ぶことができる。コネクタ組立体は、モジュールとＩＦ／ＬＯマスタ基板との間において転送される信号のための電気的な接続を提供する。図示の実施形態は、信号を搬送するために、複数の電気リードから構成されるコネクタを利用しており、それぞれのリードは、絶縁体によって隔離されている。又、コネクタの物理的側面は、ＩＦ／ＬＯマスタ基板との関係において、モジュールに対する機械的な支持体をも提供している。これに加えて、Ｉ／Ｏコネクタを単純に嵌合インターフェイスから接続切断することにより、モジュールはマスタ基板から容易に分離又は切り離しすることができる。正面図は、アンテナの回路基板８−２の表面上においてパターン化されたダイポールアンテナ８−１２を示している。このようなアンテナとして、既知の又はこれから開発される、ＲＦ信号を送信又は受信するように機能する、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、又はその他のものを使用できることを、当業者であれば理解するであろう。モジュールのエッジ８−１０及び８−１１は、グラウンドプレーンがエッジまで延在していることを示している。この延在は、互いに当接しているた隣接モジュールが、それらのグラウンドプレーンを電気的に接続することを可能にしている。Ｉ／Ｏコネクタ及び対応する嵌合インターフェイスの内部のリード（導電経路）の数は、モジュールとＩＦ／ＬＯマスタ基板の間において転送されるチャネルの数をサポートするように、サイズ設定されている。
【００４６】
図９Ａは、１つのモジュールのエッジ８−１１が隣接モジュールのエッジ８−１０に当接する方式を示している。影を付した領域は、それぞれのグラウンドプレーンの金属化を示している。グラウンドプレーンの金属化は境界部分において１つに結合し、２つの接続モジュールの間にグラウンドプレーンの電気的連続性を提供していることが留意される。モジュールのエッジが当接すると、個々のモジュールのグラウンドプレーンのエリアは組み合わされて、モジュラーフェーズドアレイのグラウンドプレーンの全体面積は増大する。この組み合わせられたグラウンドプレーンは、複数のアンテナにより、そのグラウンドプレーンとして使用することができる。図９Ｂは、傾斜した金属化エッジ９−１及び９−２を有するモジュールのエッジを示している。傾斜したエッジは境界面９−３において当接してモジュールの金属性表面を１つに接続し、これにより、システムのグラウンドプレーン全体の面積を増大させる。
【００４７】
図９Ｃは、モジュールに装着されているＩ／Ｏコネクタ３−２を、ＩＦ／ＬＯマスタ基板に装着される嵌合インターフェイス８−７に接続することによって形成されたコネクタ組立体を示している。コネクタ組立体は、モジュールとＩＦ／ＬＯマスタ基板の間において転送される信号のための電気的接続を提供している。コネクタ組立体は、ＩＦ／ＬＯマスタ基板との関係において、モジュールに対する機械的な支持をも提供している。Ｉ／Ｏコネクタは、オスコネクタ又はメスコネクタであってもよい。オス及びメスコネクタは、境界において嵌合する。オス及びメスコネクタが１つに結合した後に、導電性経路がコネクタを通じて形成される。これらの導電性経路は、電気信号を搬送する。これに加えて、オス及びメスコネクタは、モジュールと基板との間の電気接続を破断させるために、且つ、モジュールをＩＦ／ＬＯマスタ基板から切り離すために、その境界において互いに分離することもできる。モジュールは、分離されると、試験することが可能であり、万一オリジナルのモジュールが欠陥を有することが判明した場合には、置換モジュールによって置換することもできる。図示された実施形態では、複数の電気リードから製造されたコネクタを利用して信号を搬送しており、それぞれのリードは、絶縁体によって別のリードと隔離されている。様々な代替コネクタ組立体の設計を利用することが可能であり、その設計は、この開示の主題の代替の実施形態として適切である。例えば、印刷回路基板（ＰＣＢ）コネクタ、インピーダンス整合コネクタ、及び垂直表面実装コネクタが挙げられる。現在既知の又はこれから開発される、電気的に接続するように機能する任意の適切なコネクタ組立体が、モジュールをシステムの残りに部分に接続するために使用されうることは、当業者であれば理解するであろう。コネクタ組立体は、ＩＦ信号、ＬＯ信号、デジタル制御信号、電力、及びグラウンド基準を搬送する。
【００４８】
図１０は、ＩＦ／ＬＯマスタ基板８−８に接続された複数のモジュール８−１ａ〜８−１ｃを含むサブアンテナアレイ１０−１の断面図を提示している。それぞれのモジュールは、少なくとも１つのアンテナと、集積回路８−５と、少なくとも１つのＩ／Ｏコネクタ３０２と、を更に含む。ＩＦ／ＬＯマスタ基板は、長さ及び幅適切にサイズ設定されており、このことにより、複数の嵌合インターフェイス８−７は、モジュールが、サブアンテナアレイを形成するＩＦ／ＬＯマスタ基板の嵌合インターフェイスに装着されるべき対応数で配置できるような離隔状態に、配置される。モジュールのうちの１つに装着されたＩ／Ｏコネクタ３−２は、マスタ基板に装着された嵌合インターフェイスのうちの１つに接続され、これにより、コネクタ組立体を形成する。このコネクタ組立体は、ＩＦ／ＬＯマスタ基板とそれぞれの対応する接続されたモジュールとの間のすべての電気回路を接続している。この結果、ＩＦ／ＬＯマスタ基板は、その分配ネットワークを装着された複数のモジュールのそれぞれに延在させることができる。ＩＦ／ＬＯマスタ基板内の分配ネットワークは、コネクタ組立体を介して、ＩＦ信号、ＬＯ信号、デジタル制御信号、電力などの電源、及びグラウンドを、モジュールに分配する。直線型又は平面型のコーポレートフィードネットワークを使用することにより、或いは、ＢＤＳネットワークを使用することにより、すべてのモジュールは、コネクタ組立体を介して、マスタ基板上においてルーティングされる分配ネットワークから同一の信号を受信する。更には、すべてのコネクタ組立体は、同一の電気特性を有し、ＩＦ／ＬＯマスタ基板によって提供されるＩＦ又はＬＯ信号が、同期状態で、又は同相状態で、モジュールのそれぞれに到来することを保証する。コネクタ組立体を介して接続されたモジュールのそれぞれは、実質的に等しい電気トレースを有しており、これにより、それぞれのモジュールのＩ／Ｏコネクタからアップ／ダウンコンバータへの配線トレースは、実質的に同一である。従って、１つのモジュールは、コネクタを介してマスタ基板に接続されているすべての残りのモジュールが受信するものと、同一のＩＦ信号及び同一のＬＯ信号を等しく受信する。
【００４９】
複数のモジュールは、ＩＦ／ＬＯマスタ基板に接続された際に、モジュールのエッジが互いに当接することを許容するように、それぞれ相応してサイズ設定されている。支持部１０−３は、ＩＦ／ＬＯマスタ基板上に配置されており、各モジュール間に形成された接合部の下部表面を支持する。留め具１０−２は、モジュールの接合部の上部表面に対して力を印加し、モジュールのエッジを堅固に１つに接続している。支持構造及び留め具は、モジュラーフェーズドアレイの構造的完全性及び安定性を支援しており、且つ、当接したモジュールのそれぞれのグラウンドプレーンの間の接続性を高めている。当業者であれば、モジュールのエッジを１つに接続するために、既知の又はこれから開発される、一方のエッジを別のエッジに対して押圧するように機能する任意の適切な留め具が使用されうることを理解することができる。留め具は、ねじ、接着剤、リベット、磁石、又はスナップであってもよい。
【００５０】
モジュールは、図１０に示されるように、ＩＦ／ＬＯマスタ基板に１次元で接続することで、単一の列からなるモジュラーフェーズドアレイを形成することができる。又、モジュールは、図示されるように、ＩＦ／ＬＯマスタ基板に２次元で接続することで、複数の列及び複数の行からなるモジュラーフェーズドアレイを形成することもできる。それぞれのモジュールは制御信号を使用して、モジュール上において生成される送出ＲＦ信号の位相をシフトさせている。フェーズアレイから放出されるすべての信号の合計を自由空間内の所定の場所において肯定的に組み合わせることができる。それぞれのモジュールは制御信号を使用し、複合到来ＲＦ信号からダウンコンバージョンされた複数の到来ＩＦ信号のうちのそれぞれの信号の抽出をシフトさせる。これらの受信されたすべてのＩＦ信号の合計は、自由空間内の異なる場所からの通信チャネルのエネルギーコンテンツを事実上無効にしつつ、自由空間内の所与の場所からの通信チャネルのエネルギーコンテンツを選択するように、肯定的に組み合わせることができる。
【００５１】
図１１Ａは、２つのクロスポールアンテナを有するモジュールの平面図を示している。モジュールは、２つの矩形部分を含む一体的に形成されたＺ形状のタイルであり、矩形部分のそれぞれは、単一のクロスポールアンテナを支持している。図示のように、２つの矩形部分は、２つのクロスポールアンテナが、水平方向及び垂直方向の両方において異なる列内に位置するように、互いにオフセットされている。回路基板の上部（面している）表面は、２つのクロスポールアンテナ用のグラウンドプレーンとして機能する金属化層を有する。グラウンドプレーンは、回路基板のエッジの少なくとも一部分にまで延在し、且つ、これをカバーしている。第１クロスポールアンテナは、２つの回路基板１１−２及び１１−３上に形成されたダイポールを含む。第１ダイポールアンテナは、回路基板１１−３上に配置されており、第１アンテナに対して９０°に方向付けられた第２ダイポールアンテナは、回路基板１１−２上に配置されている。これら２つのダイポールアンテナは、実質的に同一の場所に位置しているが、無線信号は互いに直交しているためにこれらが互いに干渉しないことに留意されたい。第２クロスポールアンテナは、２つの回路基板１１−５及び１１−６上に形成されたダイポールを含む。第３ダイポールアンテナは、回路基板１１−５上に配置されており、第３アンテナに対して９０°において方向付けされた第４ダイポールアンテナが、回路基板１１−６上に配置されている。
【００５２】
図１１Ｂには、２つのクロスポールアンテナを有するモジュールの斜視図が提示されている。クロスポールアンテナはそれぞれ、互いに直交する２つのダイポールアンテナを有することが示されている。第２クロスポールアンテナのダイポールは、可視線で示されている。第３ダイポールアンテナは、回路基板１１−５上に形成された金属化層１１−４及び１１−７を含む。第４直交ダイポールアンテナは、回路基板１１−６上に形成された金属化層１１−８及び１１−９を含む。図１１Ｂにおいて示されているダイポールは、図８Ｂ及び図１０において示されているダイポールとの比較において、グラウンドプレーンから遠く離れたところに位置決めされている。これらのダイポールは、グラウンドプレーンから離れるように移動していることから、グラウンドプレーンの金属化は回路基板１１−５及び１１−６上に延在している。この延在により、ダイポールは、「Ｃ」の形状を実現している。同様に、第１クロスポールアンテナも、１１−２及び１１−３の回路基板上に配置されている。但し、このケースにおいては、これらのダイポールは、回路基板の反対側に配置されており（破線）、且つ、この視点からは、直接的に可視状態にはない。
【００５３】
図１１Ｃは、２つのクロスポールアンテナを有するモジュールの側面図を提示している。第２クロスポールアンテナの第３ダイポールのダイポールコンポーネント１１−４及び１１−７が、回路基板１１−５上において示されている。トレース１１−１２及び１１−１４は、垂直方向セグメント１１−１１及び１１−１３を介して、ＤＣグラウンドに接続されている。これらの垂直方向セグメントは、１／４波長の長さを有し、且つ、ＤＣにおいて短絡を提供しているが、搬送波周波数においては、高インピーダンスを提供する。（高インピーダンスに起因し、搬送波周波数においては、事実上、浮遊状態にある）上部のダイポール要素１１−４及び１１−７には、２つのダイポール要素の間の小さなギャップを介して、基板（図示されていない）の反対側のバラン構造により、エネルギーが供給されている。電力増幅器が、基板１１−５の反対側上においてルーティングされているバランに対して接続している。電力増幅器は、バランを通じて、エネルギーをダイポール要素１１−４及び１１−７の間の小さなギャップに転送する。このトレースは、２つのダイポール要素１１−４及び１１−７の間の小さなギャップを横断している。これを実行することにより、小さなギャップを横断するバランの金属の部分が（浮遊する）ダイポールを励起し、これにより、ダイポールが自由空間内にエネルギーを放射することになる。当業者であれば、既知の又はこれから開発される、電磁放射を放出又はキャプチャするように機能する任意の適切なアンテナが、ＲＦ送信信号を送信又は受信するために使用されうることを理解することができる。アンテナは、例えば、パッチアンテナ、マイクロストリップアンテナ、又はビバルディアンテナであってもよい。
【００５４】
図１１Ｃの第４ダイポールは、エッジの観点において図示されており、従って、可視状態にはない。第１クロスポールアンテナの第２ダイポールは、回路基板１１−２の左側に位置している。第１クロスポールアンテナの第１ダイポールは、エッジの観点において図示されており、従って、可視状態にはない。第２クロスポールアンテナからの第１クロスポールアンテナの分離は、ＲＦ無線信号の搬送波周波数の波長の半分である。モジュールの回路基板８−４の下部表面には、Ｉ／Ｏコネクタ３−２及び集積回路８−５が取り付けられている。
【００５５】
図１２は、１つのアンテナを有するモジュール１２−１、２つのアンテナを有するモジュール１２−２、及び第２アンテナからオフセットされた第１アンテナを有するモジュール１２−３がＩＦ／ＬＯマスタ基板に接続されて、サブアンテナアレイを形成する方式を示している。モジュールは、１つ又は複数のアンテナを支持することができる。ＩＦ／ＬＯマスタ基板８−８は、平らな回路基板であり、且つ、複数のモジュールの接続を支持するために、十分な幅及び長さ寸法を有する。それぞれのモジュールのＩ／Ｏコネクタは、ＩＦ／ＬＯマスタ基板の嵌合インターフェイスのうちの１つに対して接続し、且つ、ＩＦ／ＬＯマスタ基板とモジュールのそれぞれの間における物理的支持及び電気的連続性を提供している。複数のモジュールのそれぞれは、ＩＦ／ＬＯマスタ基板の（幅及び長さの）平面構造に準拠した平らな２Ｄ構造を形成するように、構成されている。それぞれのモジュール上に取り付けられたアンテナは、複数のモジュールから形成された平面アンテナフェーズドアレイを形成するために、ＩＦ／ＬＯマスタ基板の平らな２Ｄ構造を延在させている。それぞれのモジュールのグラウンドプレーンは、隣接するモジュールのグラウンドプレーンに対してそれぞれ接続され、これにより、ほぼ、ＩＦ／ＬＯマスタ基板のサイズに延在するグラウンドプレーンを形成している。
【００５６】
単一アンテナを有するモジュール１２−１は、４×６サブアンテナアレイ１２−４を形成するために、ＩＦ／ＬＯマスタ基板８−８に装着されている。このサブアンテナアレイは、モジュール１２−１のアンテナを水平方向の行及び垂直方向の列として位置決めしている。互いからのアンテナの分離は、アンテナアレイから／アンテナアレイによって送信又は受信されている無線信号の搬送波周波数の波長と関係付けられている。モジュラーフェーズドアレイ内のアンテナの分離は、搬送波周波数の波長の１／２である。
【００５７】
サブアンテナアレイ１２−５は、１２−４において提示されているものと同一のアンテナパターンを提示しているが、サブアンテナアレイ１２−５は、２つの異なるタイプのモジュールを使用している。単一のアンテナモジュール１２−１がＩＦ／ＬＯマスタ基板８−８の下部半体に接続されており、２つのアンテナを有するモジュール１２−２が上部半体に接続されている。好ましくは、費用の問題を低減すると共に均一性を維持するために、同一のモジュールから構築されたサブアンテナアレイが好ましいが、その他の方法として、１２−５に示されているように、異なるモジュールを使用してモジュラーフェーズドアレイを構築することも可能である。
【００５８】
図１２は、互いにオフセットされた２つのクロスポールアンテナを有するＺ形状のモジュール１２−３から構築されたサブアンテナアレイ１２−６を示している。アレイ１２−６のそれぞれの垂直方向の列内のアンテナは、互いに等しく分離された状態において配列されている。垂直方向の列内におけるアンテナの中心の間の分離は、搬送波周波数の波長の１／２である。すべての「偶」数の列内のアンテナは、互いに１波長だけ離隔した水平方向の行を形成している。すべての「奇」数の列内のアンテナは、互いに１波長だけ離隔した水平方向の行を形成している。２つの隣接した行の間の垂直方向の間隔は、モジュール１２−３内のオフセットに起因して、ＲＦ信号の搬送波周波数の波長のほぼ１／４である。このサブアンテナアレイは、アンテナのＲＦ性能を改善するために、このオフセットを有するように構築されている。
【００５９】
最後のサブアンテナアレイ１２−７は、１２−６において提示されているものと同一のオフセットされたアンテナ構造を示している。相違点は、アレイの上部部分が、オフセットされたモジュール１２−３を使用して構築されている一方で、アレイの下部半体が、単一の矩形のアンテナモジュール１２−１から構築されているという点にある。モジュラーフェーズドアレイが通信システムに提供する必要がある望ましいカバレージに応じて、システム内において使用されるアンテナアレイは、１つ又は複数のサブアンテナアレイを使用することにより形成することが可能であり、この場合に、サブアンテナアレイのそれぞれは、複数のモジュールを含む。
【００６０】
図１３Ａは、４つのサブアンテナアレイ１２−６から構築されたモジュラーフェーズドアレイ１３−１を示している。隣接するアンテナ列は、互いにオフセットされている。それぞれのモジュールは、１／４波長だけ互いにオフセットされた２つのダイポールアンテナを含む。垂直方向の偏向、水平方向の偏向、又はこれら２つの偏向の組合せ、を有するＲＦ信号を送信しうるアンテナアレイを生成するために、ダイポールアンテナをクロスポールアンテナによって置換することができる。モジュラーフェーズドアレイの背面１３−２は、サブアンテナアレイ１２−６のそれぞれに結合する分配基板１３−３を示している。分配基板は、デジタルフロントエンド（ＤＦＥ）とサブアンテナアレイセクションの間において、ＩＦ信号、１つ又は複数のＬＯ信号、デジタル／アナログ制御信号、電力、及びグラウンドを転送している。それぞれのサブアンテナアレイは、これらのＩＦ信号、１つ又は複数のＬＯ信号、デジタル／アナログ制御信号、電力、及びグラウンドをその個々に装着されたモジュールに対して分配している。
【００６１】
図１３Ｂには、アンテナアレイ１３−５の相対的に狭いバージョンが示されており、この場合には、２つのサブアンテナアレイのみが使用されている。このモジュラーフェーズドアレイは、水平方向において、相対的に乏しい選択性を提供することになる。背面図１３−６は、相対的に狭いアンテナアレイを形成するために２つのサブアンテナアレイを１つに結合している分配基板を示している。
【００６２】
図１４は、コアネットワーク１４−２に結合された基地局を示している。ｅＮｏｄｅＢは、ベースバンドユニット（ＢＢＵ）１４−４と、少なくとも１つのリモートラジオヘッド（ＲＲＨ）１４−７と、を含む。共通パブリックラジオインターフェイス（ＣＰＲＩ）１４−５の仕様に準拠した光学インターフェイスがＢＢＵ１４−４をＲＲＨ１４−７に結合している。共通パブリックラジオインターフェイス（ＣＰＲＩ）１４−５は、４ＧＰＰのロングタームエボリューション（ＬＴＥ）の仕様によって定義された規格に準拠するように設計されている。ＢＢＵは、デジタル信号処理、コアネットワークに対する且つ隣接するｅＮｏｄｅＢに対するラインの終端処理、監視、及び通話処理の責任を担っている。ＢＢＵは、コアネットワーク１４−２から受信されると共にこれに対して送信されるデータパケットとやり取りしている。ＲＲＨ１４−７は、複数のサブアンテナアレイ１２−６を含む。ＲＲＨは、ＢＢＵから受信されたデジタルベースバンド信号をアンテナから送信される高周波信号に変換している。ＲＲＨは、アンテナからの高周波信号をＢＢＵに送信されるデジタルベースバンド信号に変換している。
【００６３】
ベースバンドと高周波の間における信号変換は、２つのステップにおいて実行される。第１に、ベースバンドと中間周波数（ＩＦ）の間における信号変換が、デジタルフロントエンド（ＤＥＦ）ブロック１４−６内において実行される。第２に、ＩＦと高周波の間における信号変換が、サブアンテナアレイ１２−６のモジュール内において実行される。ＤＦＥは、サブアンテナアレイ内におけるアップ／ダウンコンバージョンに必要とされるＬＯ信号を生成している。
【００６４】
分配ブロック１３−３は、複数のサブアンテナブロックのそれぞれに取り付けられており、デジタルフロントエンド（ＤＦＥ）１４−６から受信されたＬＯ信号及び送出ＩＦ信号をすべてのサブアンテナアレイに分配している。これらのＩＦ信号は、アップコンバージョンされ、アンテナアレイによって送信される。又、分配ブロックは、到来ＩＦ信号が、受信ＲＦ信号からダウンコンバージョンされた後に、到来ＩＦ信号を受信し、これらの信号をＤＦＥ１４−６に送信している。ＢＢＵは、システム用の演算を実行している。
【００６５】
その他の実施形態が添付の請求項に含まれる。例えば、ネットワーク及び移動可能システムは、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）、超ワイドバンド（ＵＷＢ）、Ｗｉ−Ｆｉ、ＷｉＧｉｇ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのような、通信技法を使用することにより、情報を無線で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、ローカルルーター、並びに、場合によっては、その他の移動可能システムを含むことができる。「コンピュータ」は、（単一の場所において、或いは、互いに離れた複数の場所において、配置された）単一の機械又はプロセッサ或いは複数の対話型機械又はプロセッサであってもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2018523937.tif 000026
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