(57)【要約】      （修正有）【課題】過度にコストを増大させることなく、忠実度の高いフェーズドアレイ・アンテナ性能を提供するように改良されたフェーズドアレイ・アンテナを提供する。【解決手段】大型のアレイ寸法を実現するために、スケーラブルな組立ブロックであるサブアレイ・タイルアセンブリと呼ばれるプリント配線基板５２５を採用し、ＳｉＧｅの集積回路ダイ５４０ａ〜５４０ｄ、第２面５０４に接続された複数のアンテナ素子、導波管１０５を用いたＲＦ分配層を含む一体型フェーズドアレイ・アンテナ２０２により無線周波数干渉を低減し、作製、組み立て並びに製造性及びテストを最適化する。【選択図】図５
2017200168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の層を有するプリント配線基板「ＰＷＢ」と、
前記ＰＷＢの第１面に接続された集積回路ダイと、
前記ＰＷＢの第２面に接続されたアンテナ素子と、
第１直径を有し、前記集積回路ダイに接続されるとともに、前記層のうちの第１部分集合層を貫通する第１導電ビアと、
前記第１直径よりも大きい第２直径を有し、前記第１導電ビアからオフセット配置されるとともに、前記層のうちの第２部分集合層を貫通して前記アンテナ素子に接続された第２導電ビアと、
前記第１及び第２導電ビアに接続された前記ＰＷＢの導電配線路と、
を備えるフェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリを含み、
前記第２導電ビアの前記オフセット配置により、前記集積回路ダイに対する熱機械的な応力が緩和される、システム。
【請求項２】
前記集積回路ダイは、前記ＰＷＢの前記第１面に接続された複数のはんだバンプを含むフリップチップであり、前記はんだバンプのうちの少なくとも１つは、前記第１導電ビアに電気的に接続している、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
中継プリント配線基板「ＰＷＢ」をさらに含み、前記集積回路ダイは、前記中継ＰＷＢの第１面に接続された複数のはんだバンプを含むフリップチップであり、前記中継ＰＷＢの第２面は、前記ＰＷＢの前記第１面に接続されたボールグリッドアレイを含み、前記ボールのうちの少なくとも１つは、前記第１導電ビアに電気的に接続されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記集積回路ダイは、前記第１及び第２導電ビアを介して前記アンテナ素子に送られる偏波無線周波数「ＲＦ」信号を供給するように構成されており、前記システムは、
複数の前記アンテナ素子と、
複数の前記第１及び第２導電ビアと、を含み、
前記集積回路ダイは、前記第１及び第２導電ビアのうちの対応するビアを介して、前記アンテナ素子の各々に対応する偏波ＲＦ信号を供給するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
さらに、
前記集積回路ダイ内に形成された組込みテスト回路と、
前記組込みテスト回路に接続されたコントローラと、を含み、
前記組込みテスト回路は、前記集積回路ダイに対して第１テスト信号を供給し、前記集積回路ダイから第２テスト信号を受信するように構成されており、
前記コントローラは、前記第２テスト信号を受信して基準第２テスト信号と比較する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
さらに、前記集積回路ダイ内に形成された機内キャリブレーション回路を含み、
前記機内キャリブレーション回路は、前記第１導電ビアを介して受信した信号に応答して、システム動作を調整するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記アンテナ素子は、前記第２及び第１導電ビアを介して前記集積回路ダイに渡されるＲＦ信号を供給するように構成されており、前記集積回路ダイは、前記アンテナ素子により供給された前記ＲＦ信号を偏波ＲＦ信号に変換するように構成されており、前記システムは、
複数のアンテナ素子と、
複数の第１及び第２導電ビアと、を含み、
各アンテナ素子は、前記第２及び第１導電ビアのうちの対応するビアを介して前記集積回路ダイに送られるＲＦ信号を供給するように構成されており、
前記集積回路ダイは、各アンテナ素子により供給される前記ＲＦ信号を偏波ＲＦ信号に変換するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
さらに、
金属製ハニカム構造体と、
前記金属製ハニカム構造体内に形成されるとともに、各々が、対応するアンテナ素子の半径と実質的に等しい半径を有する複数の円筒導波管と、
前記円筒導波管の各々の表面に沿って形成された凹部と、を含み、
前記円筒導波管及び前記凹部には、誘電材料が充填され、充填された各凹部は、前記誘電材料を前記円筒導波管に機械的に固定し、前記誘電材料は、前記金属製ハニカム構造体の熱膨張係数「ＣＴＥ」と実質的に等しいＣＴＥを有するとともに、前記ＰＷＢの誘電率と実質的に等しい誘電率を有し、前記金属製ハニカム構造体は、アルミニウムを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
さらに、前記複数の円筒導波管の露出面、及び、前記金属製ハニカム構造体の外面に設けられた、材料の複数の広角インピーダンス整合「ＷＡＩＭ」層を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
さらに、
前記第２部分集合層のうちの少なくとも１つに形成されたＲＦ分配回路と、
前記第２部分集合層を貫通するとともに、前記第２導電ビアの周りに分散配置されることにより前記第２導電ビアを囲む導波管ケージを形成する複数の接地ビアと、を含み、
前記複数の接地ビアは、さらに、前記ＲＦ分配回路内の無線周波数干渉「ＲＦＩ」を低減する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
集積回路ダイとアンテナ素子との間のプリント配線基板「ＰＷＢ」を通る導電経路に沿ってＲＦ信号を送ることを含み、前記導電経路は、
第１直径を有し、前記集積回路ダイに接続されるとともに、前記ＰＷＢにおける第１部分集合層を貫通する第１導電ビアと、
前記第１直径よりも大きい第２直径を有し、前記第１導電ビアからオフセット配置されるとともに、前記ＰＷＢにおける第２部分集合層を貫通して前記アンテナ素子に接続された第２導電ビアと、
前記第１及び第２導電ビアに接続された前記ＰＷＢの導電配線路と、を含む方法。
【請求項１２】
前記集積回路ダイは、前記第１及び第２導電ビアを介して前記アンテナ素子に送られる偏波無線周波数「ＲＦ」信号を供給するように構成されている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記アンテナ素子は、複数であり、
前記第１及び第２導電ビアは、複数であり、
前記集積回路ダイは、前記第１及び第２導電ビアのうちの対応するビアを介して、前記アンテナ素子の各々に送られる対応する偏波ＲＦ信号を供給するように構成されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記アンテナ素子は、前記第２及び第１導電ビアを介して前記集積回路ダイに送られる無線周波数「ＲＦ」信号を供給するように構成されており、前記集積回路ダイは、前記アンテナ素子により供給された前記ＲＦ信号を偏波ＲＦ信号に変換するように構成されている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記アンテナ素子は、複数であり、
前記第１及び第２導電ビアは、複数であり、
各アンテナ素子は、前記第２及び第１導電ビアのうちの対応するビアを介して前記集積回路ダイに送られるＲＦ信号を供給するように構成されており、前記集積回路ダイは、各アンテナ素子により供給された前記ＲＦ信号を偏波ＲＦ信号に変換するように構成されている、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、能動走査フェーズドアレイ・アンテナシステム（actively scanned phased array anntenna system）のためのスケーラブルな平面実装アーキテクチャ（scalable planar packaging architecture）に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイ・アンテナの分野においては、フェーズドアレイ・アンテナにおける組立ブロックとして用いるための手頃で忠実度の高いフェーズドアレイ・サブアレイ・タイルアセンブリ（phased array subarray tile assembly）を提供する努力が続けられている。典型的には、フェーズドアレイ・アンテナシステム（例えば、サブアレイ・タイルアセンブリ）は、特定の用途に対応するように、大型のアレイ構成で設計及び製造される。そのようなシステムは、多くの部品を必要とするため複雑であり、製造、組み立て、及び、完成品のテストには膨大な時間がかかる。さらに、大型で複雑なアセンブリは、製造が困難な上に、歩留まりが悪いためコスト高である。
【０００３】
フェーズドアレイ・アンテナを提供するために用いられる従来の技術は、特定の用途のための単発的な解決策（single point solution）になりがちである。したがって、これらの製品は、大部分が高価で適合性に欠ける。例えば、低コストで忠実度の高いアンテナアレイを提供するための現行の解決策は、大型のアレイ・タイルアセンブリに多くの機能を組み込む傾向がある。しかしながら、大型のアレイ・タイルアセンブリは、プリント配線基板に関して、複数の層の積層、基板全体の厚み寸法の増大、ビアのアスペクト比の増大、ビア数の増大の点で複雑性が増す。このため、製造されるアセンブリの歩留まりは低く、コストも増大する。
【０００４】
したがって、過度にコストを増大させることなく、忠実度の高いフェーズドアレイ・アンテナ性能を提供するように改良されたフェーズドアレイ・アンテナを実現することが求められている。
【発明の概要】
【０００５】
１つ又は複数の例は、概してフェーズドアレイ・アンテナに関し、特に、スケーラブルな平面型フェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリに関する。本明細書においては、１つ又は複数の例に従って、システム及び方法が開示されており、これらの例は、スケーラブルな平面型フェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリを提供するための改良された手法を示している。いくつかの例において、サブアレイ・タイルアセンブリは、アンテナ素子が接続されたプリント配線基板「ＰＷＢ」として実現される。一例において、ＰＷＢは、集積回路ダイを含み、当該集積回路ダイは、ＰＷＢに直接取り付けられるとともに、アンテナ素子に接続されている。１つの集積回路ダイは、４つのビーム形成回路を含むとともに４つのアンテナ素子に接続することにより、ビーム形成処理を行う。集積回路ダイは、ＰＷＢに形成された導電ビアを介してアンテナ素子に接続している。ＰＷＢ層に形成されたマイクロビアは、集積回路ダイに接続している。マイクロビアは、より大きいめっき貫通孔ビアに接続されている。このめっき貫通孔ビアは、集積回路ダイに対する熱機械的な応力を緩和するために、オフセット配置されている。めっき貫通孔ビアは、ＰＷＢの層を貫通して、アンテナ素子に接続されている。
【０００６】
一例において、システムは、フェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリを含む。当該タイルアセンブリは、複数の層を有するプリント配線基板「ＰＷＢ」と、前記ＰＷＢの第１面に接続された集積回路ダイと、前記ＰＷＢの第２面に接続されたアンテナ素子と、第１直径を有し、前記集積回路ダイに接続されるとともに、前記層のうちの第１部分集合層を貫通する第１導電ビアと、前記第１直径よりも大きい第２直径を有し、前記第１導電ビアからオフセット配置されるとともに、前記層のうちの第２部分集合層を貫通して前記アンテナ素子に接続された第２導電ビアと、前記第１及び第２導電ビアに接続された前記ＰＷＢの導電配線路と、を含み、前記第２導電ビアの前記オフセット配置により、前記集積回路ダイに対する熱機械的な応力が緩和される。
【０００７】
他の例において、システムは、サブアレイ・タイルアセンブリを含む。当該タイルアセンブリは、複数の層を有し、実質的に平面状であるプリント配線基板「ＰＷＢ」と、前記ＰＷＢの第１面に接続された１つ又は複数の集積回路ダイと、前記ＰＷＢの第２面に接続された少なくとも４つのアンテナ素子と、を含む。前記少なくとも４つのアンテナ素子は、前記ＰＷＢ上に正方格子グリッド状に配置されており、前記集積回路ダイは、前記層を介して、前記４つのアンテナ素子の各々に電気的に接続されている。
【０００８】
他の例において、方法は、集積回路ダイとアンテナ素子との間のプリント配線基板「ＰＷＢ」を通る導電経路に沿ってＲＦ信号を渡すことを含む。前記導電経路は、第１直径を有し、前記集積回路ダイに接続されるとともに、前記ＰＷＢの第１部分集合層を貫通する第１導電ビアと、前記第１直径よりも大きい第２直径を有し、前記第１導電ビアからオフセット配置されるとともに、前記ＰＷＢの第２部分集合層を貫通して前記アンテナ素子に接続された第２導電ビアと、前記第１及び第２導電ビアに接続された前記ＰＷＢの導電配線路と、を含む。
【０００９】
他の例において、方法は、複数の層を有するプリント配線基板「ＰＷＢ」を用意し、前記ＰＷＢの第１面に接続された状態にて集積回路ダイを設け、前記ＰＷＢの第２面に接続された状態にてアンテナ素子を設け、前記層のうちの第１部分集合層を貫通する第１導電ビアに対して、前記集積回路ダイを電気的に接続し、前記第１導電ビアからオフセット配置されるとともに、前記層のうちの第２部分集合層を貫通して前記アンテナ素子に接続された第２導電ビアに対して、前記第１導電ビアを電気的に接続する、ことを含む。
【００１０】
他の例において、方法は、複数のフェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリと接続するように構成された複数の円筒導波管を含む金属製ハニカム構造体を用意し、前記円筒導波管の各々の表面に沿って凹部を形成し、前記円筒導波管及び前記凹部に誘電材料を充填する、ことを含む。充填された各凹部は、前記誘電材料を前記円筒導波管に機械的に固定する。
【００１１】
本発明の範囲は、請求の範囲により規定されるものであり、参照によりこのセクションに盛り込まれている。以下に詳細に説明する１つ又は複数の実施例を考慮することにより、当業者は、本発明の実施例をより完全に理解するとともに、付加的な利点を実現することができるであろう。最初に、添付の図面を参照しながら、これらの図面について簡単な説明を行う。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施例によるフェーズドアレイ・アンテナシステムを示す外観図である。
【図２】本開示の一実施例によるフェーズドアレイ・アンテナシステムを示す分解図である。
【図３】本開示の一実施例による、アレイ分配プリント配線基板（ＰＷＢ）に対するアンテナ一体型プリント配線基板（ＡｉＰＷＢ）のインターフェースを示す分解図である。
【図４】本開示の一実施例による、フェーズドアレイ・アンテナシステムを示す断面図である。
【図５】本開示の一実施例による、集積回路ダイ及び導波管に接続されたＡｉＰＷＢを示す断面図である。
【図６】本開示の一実施例による、集積回路ダイが、ＡｉＰＷＢを介してアンテナ素子に接続する様子を示す断面図である。
【図７】本開示の一実施例による、円筒導波管に接続されたＡｉＰＷＢの導波管を示す図である。
【図８】本開示の一実施例による、ＡｉＰＷＢを示す断面図である。
【図９】本開示の一実施例による、ＡｉＰＷＢのＲＦ分配層を示す図である。
【図１０Ａ】本開示の一実施例による、サブアレイ・タイルアセンブリを示す図である。
【図１０Ｂ】本開示の一実施例による、送信フェーズドアレイ・アンテナを示す図である。
【図１０Ｃ】本開示の一実施例による、受信フェーズドアレイ・アンテナを示す図である。
【図１１Ａ】本開示の一実施例による、アンテナ素子に対する集積回路ダイの接続を示す図である。
【図１１Ｂ】本開示の一実施例による、集積回路ダイを示す分解図である。
【図１１Ｃ】本開示の一実施例による、受信素子回路を示す図である。
【図１１Ｄ】本開示の一実施例による、送信素子回路を示す図である。
【図１２Ａ】本開示の一実施例による、受信サブアレイ・タイルアセンブリを用いるプロセスを示す図である。
【図１２Ｂ】本開示の一実施例による、送信サブアレイ・タイルアセンブリを用いるプロセスを示す図である。
【図１３】本開示の一実施例による、フェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリを提供するプロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示の実施例は、部品数、製造プロセス、製造／組立ステップ、及び、フェーズドアレイ・アンテナのコストを大幅に削減するスケーラブルなサブアレイ・タイルアセンブリを提供する。したがって、スケーラブルなサブアレイ・タイルアセンブリを任意の平面方向に複製して、より大きい集積フェーズドアレイ開口に拡張することができる。
【００１４】
いくつかの例において、アンテナ一体型プリント配線基板（ＡｉＰＷＢ）は、第１面（例えば、上面）に隣接する第１部分集合の薄いプリプレグ／銅の層を含み、これらの層は、複数の第１導電ビア（例えば、レーザードリル形成されたマイクロビア）を含む。第１導電ビアは、ファインピッチのボールグリッドを組み入れた高密度の集積回路に直接接続するために用いられる。薄いプリプレグ／銅の層、及び、第１部分集合層にレーザードリル形成されたマイクロビアを用いることにより、ＡｉＰＷＢの設計において、ファインピッチの集積回路ダイを、上面に直接取り付けるとともに、ＡｉＰＷＢの層を介して接続した状態にすることができる。これにより、従来は不可能であった電子回路の実装密度を高くすることができる。
【００１５】
いくつかの例において、ＡｉＰＷＢは、部分的に導波管移行部分として用いられる第２部分集合層を含む。第２部分集合層には、第１導電ビアに接続されるとともに、当該第２部分集合層を貫通して第２面（例えば、底面）でアンテナ素子に接続される第２導電ビア（例えば、めっき貫通ビア）が含まれる。第２導電ビアは、ファインピッチの集積回路ダイの相互接続に対する熱機械的な応力を緩和するために、第１導電ビアからオフセット配置されている。さらに、第１と第２導電ビアとは、導電配線路により、ＡｉＰＷＢ内で接続されている。この点に関して、ＡｉＰＷＢの上面に直接取り付けられたファインピッチの集積回路ダイは、アンテナ素子に確実に接続して、アンテナビーム形成処理を行うことができる。
【００１６】
いくつかの例において、集積回路ダイは、例えば、ガリウムヒ素合金などの従来のＲＦ回路と比較して、無線周波数（ＲＦ）電子回路に要する面積が小さいシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金で形成される。１つの集積回路ダイは、４つのアンテナ素子に対してビーム形成処理を行うための素子回路を含む。ＳｉＧｅ集積回路ダイを用いたことによる面積節約、及び、ファインピッチボールグリッドを確実に４つのアンテナ素子に接続する能力により、電子回路格子に対する面積要件を大幅に削減するとともに、アレイのアセンブリを簡易化することができる。面積要件の削減により、例えば、６４個のアンテナ素子を用いたサブアレイ・タイルアセンブリ（例えば、８×８マトリクス）として、正方平面型サブアレイ・タイルアセンブリを実現することができる。
【００１７】
いくつかの例において、正方平面型サブアレイ・タイルアセンブリとしてＡｉＰＷＢを実現することにより、導波管間の介在領域を用いて、第２部分集合層上のＲＦ分配回路をルーティングすることができる。導波管移行部分（例えば、第２部分集合層）を貫通する接地ビアは、アンテナ素子に接続された各第２導電ビアの周りに分散配置されて、導波管ケージを形成する。この点に関して、各アンテナ素子用導波管ケージに対して、２４個の接地ビアを用いてもよい。移行部分層において接地ビアは、ＲＦ分配回路内の無線周波数干渉を低減するために兼用することができる。接地ビアを兼用することにより、ＡｉＰＷＢのビア数を大幅に低減（例えば、ビア数を１０分の１に低減）することができ、より単純でコスト効率のよいＡｉＰＷＢを作製することができる。
【００１８】
いくつかの例において、金属製ハニカム構造体は、ＡｉＰＷＢに接続されている。円筒導波管は、金属製ハニカム構造体内に形成されるとともに、アンテナ素子に接続されている。導波管には、誘電材料が充填されてもよい。誘電材料として、ＲＦ周波数における損失が低く、ＲＦ周波数に適した誘電率を有する特性を持つ材料が選択される。また、誘電材料として、低い導波管カットオフ周波数及び小径のアンテナ素子に対応する材料を選択してもよい。さらに、誘電材料として、熱膨張係数（ＣＴＥ）が、金属製ハニカムのＣＴＥに一致する材料を選択してもよい。誘電材料は、射出成形プロセス又は圧縮成形プロセスを用いて、円筒導波管の開口内で成形されてもよい。いくつかの例において、導波管内の誘電材料を固定するために、円筒開口の面に沿って凹部が形成される。
【００１９】
いくつかの例において、追加のＡｉＰＷＢ層を用いて、組込みテスト信号及び機内キャリブレーション信号を供給してもよい。さらに、組込みテストは、自己テストを行えるようにＳｉＧｅ集積回路に組み込まれてもよい。組込みテスト及び機内キャリブレーションを用いることにより、サブアレイ・タイルアセンブリレベルにおいて１００パーセントのテストを行う必要性を低減しつつ、ロバスト性の高いシステムテストプログラムを維持することができ、大幅にコストを削減することができる。
【００２０】
一般に、ＡｉＰＷＢは、大型のアレイ寸法を達成するために、よりコスト効率のよいサブアレイ寸法（例えば、８×８マトリクスに配列された６４個の素子）を用いる。サブアレイ・タイルアセンブリは、様々な技術を組み合わせたものであり、これにより、性能及び機能を向上させる一方で、一体型フェーズドアレイ・アンテナの作製、組み立て、製造性、及びテストを最適化するために、サブアレイの寸法及び投影形状を変更可能なスケーラブルな組立ブロックのコスト、サイズ、重量、及び電力を低減することができる。
【００２１】
一例において、複数の集積回路ダイとアンテナ素子とを含むＰＷＢが提供される。集積回路ダイは、ＰＷＢの複数の層を貫通する導電ビアによりアンテナ素子に接続されている。第１部分集合層を貫通する第１導電ビアは、集積回路ダイに接続されている。第２部分集合層を貫通する第２導電ビアは、アンテナ素子に接続されている。第２導電ビアは、第１導電ビアからオフセット配置されるとともに、ＰＷＢの層上の導電配線路により第１導電ビアに接続されている。
【００２２】
他の例において、実質的に平面状のＰＷＢと、当該ＰＷＢの第１面に接続された１つ又は複数の集積回路ダイとを含むサブアレイ・タイルアセンブリが提供される。ＰＷＢの第２面上には、少なくとも４つのアンテナ素子が正方格子グリッド状に配置されている。１つの集積回路ダイが、ＰＷＢの層を介して、４つのアンテナ素子の各々に電気的に接続されている。
【００２３】
図１は、本開示の一実施例によるフェーズドアレイ・アンテナシステム１００を示す外観図である。フェーズドアレイ・アンテナシステム１００は、本明細書で説明する様々な技術に従って、無線周波数（ＲＦ）通信信号又はレーダー信号を送受信するために用いられる。フェーズドアレイ・アンテナシステム１００は、陸上用、航空機用、又は宇宙用のプラットフォームなどの様々なプラットフォームに用いることができる。フェーズドアレイ・アンテナシステム１００は、送信アンテナ開口１０２と、受信アンテナ開口１０３とを含む。いくつかの例において、送信アンテナ開口１０２は、２０４８個の送信素子を含み、受信アンテナ開口は、２６８８個の受信素子を含む。フェーズドアレイ・アンテナシステム１００は、開口ハウジング１０６を含み、当該ハウジングは、フェーズドアレイ・アンテナシステム１００を、例えば、航空機のアンテナフェアリング（antenna fairing）などのプラットフォームに確実に取り付けるための１つ又は複数の取付フランジ１０８を含む。開口ハウジング１０６は、金属製ハニカム構造体１０７と、当該金属製ハニカム構造体１０７内に形成された複数の円筒導波管１０５とを含む。金属製ハニカム構造体１０７の金属は、純アルミニウム又はアルミニウム合金の形態であるアルミニウムを含む。いくつかの例においては、導波管１０５は、矩形、正方形、又は、当該導波管１０５に適した他の形状で構成されてもよい。送信アンテナ開口１０２及び受信アンテナ開口１０３の各々には、データを送受信するとともに外部から電力を受信するためのデータ及び電力用フィードスルーコネクタ１０９が設けられている。いくつかの例においては、円形フランジ取付コネクタ１０９が設けられるが、他の種類のデータ及び電力用コネクタを用いることも可能である。送信アンテナ開口１０２及び受信アンテナ開口１０３の各々には、同軸ＲＦフィードスルーコネクタ１１９が設けられている。フェーズドアレイ・アンテナシステム１００は、性能、大きさ、及び、重量の点で有利な共用開口式の小型レーダー及び通信アンテナアーキテクチャ（shared aperture compact radar and communications antenna architecture）を提供する。
【００２４】
図２は、本開示の一実施例によるフェーズドアレイ・アンテナシステム１００を示す分解図である。フェーズドアレイ・アンテナシステム１００は、開口アセンブリ２０１と、受信フェーズドアレイ・アンテナサブシステム２１１及び送信フェーズドアレイ・アンテナサブシステム２１５を有するアンテナアレイ２０２と、コールドプレートアセンブリ（cold plate assembly）２０４と、アレイ分配アセンブリ（array distribution assembly）２０６と、カバー２０８とを含む。
【００２５】
開口アセンブリ２０１は、本明細書に記載のように、金属製ハニカム構造体１０７を組み入れた開口ハウジング１０６と、当該金属製ハニカム構造体１０７内に形成された複数の円筒導波管１０５とを含む。いくつかの例においては、本明細書に記載のように、円筒導波管１０５には誘電材料が充填されている。いくつかの例においては、誘電材料は、性能を向上させるように選択される。例えば、広角度な走査や周波数帯域幅の増大のための改善には、当該改善に伴う導波管カットオフ周波数及び素子直径の変化に対応する特性を有する誘電材料が必要である。
【００２６】
図２に示すように、アンテナアレイ２０２は、受信フェーズドアレイ・アンテナ２１４と送信フェーズドアレイ・アンテナ２１８とを含む。受信フェーズドアレイ・アンテナ２１４及び送信フェーズドアレイ・アンテナ２１８の各々は、複数のフェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリを含む。いくつかの例において、受信フェーズドアレイ・アンテナ２１４は、４２個の受信フェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリ２２４を含む。いくつかの例において、送信フェーズドアレイ・アンテナ２１８は、３２個の送信フェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリ２２８を含む。受信フェーズドアレイ・アンテナ２１４及び送信フェーズドアレイ・アンテナ２１８の他の例においては、より多い数又は少ない数のサブアレイ・タイルアセンブリを含んでもよい。この点に関して、フェーズドアレイ・サブアレイ・タイルアセンブリ（例えば、受信フェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリ２２４及び／又は送信フェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリ２２８）は、大型フェーズドアレイ・アンテナ用のスケーラブルな組立ブロックを形成する。
【００２７】
図２に示す例において、コールドプレートアセンブリ２０４は、受信コールドプレート２１３と、送信コールドプレート２１７とを含む。コールドプレートアセンブリ２０４は、第１面においてアンテナアレイ２０２と接続し、第２面においてアレイ分配アセンブリ２０６と接続するように構成されている。コールドプレートアセンブリ２０４は、接続されたアンテナアレイ２０２及びアレイ分配アセンブリ２０６の各々について安全な動作温度を維持するように構成されている。いくつかの例において、アンテナアレイ２０２及び／又はアレイ分配アセンブリ２０６からの残留熱は、コールドプレートアセンブリ２０４へ受動的に伝えられてもよい。他の例において、コールドプレートアセンブリ２０４には、能動的にアンテナアレイ２０２及び／又はアレイ分配アセンブリ２０６を冷却するために、流体を受け入れる溝が形成されてもよい。受信コールドプレート２１３は、第１面において受信フェーズドアレイ・アンテナ２１４と接続し、第２面において受信アレイ分配プリント配線基板（ＰＷＢ）２１２に接続している。送信コールドプレート２１７は、第１面において送信フェーズドアレイ・アンテナ２１８と接続し、第２面において送信アレイ分配プリント配線基板（ＰＷＢ）２１６に接続している。本明細書に記載のように、受信コールドプレート２１３及び送信コールドプレート２１７を貫通して形成された複数の開口２０９は、アンテナアレイ２０２とアレイ分配アセンブリ２０６との間の電気的インターフェースを実現するように構成されたコネクタを受け入れることができる。
【００２８】
図２に示す例において、フェーズドアレイ・アンテナシステム１００は、アレイ分配アセンブリ２０６を含む。アレイ分配アセンブリ２０６は、アンテナアレイ２０２に電力信号、データ信号、クロック信号、及び／又は制御信号を供給するための受信アレイ分配ＰＷＢ２１２と送信アレイ分配ＰＷＢ２１６とを含む。この点に関して、受信アレイ分配ＰＷＢ２１２の電力・制御回路２２２は、受信フェーズドアレイ・アンテナ２１４の受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４の各々に、ＲＦ信号、ＤＣ電力信号、及び制御信号を供給する。
【００２９】
さらに、電力・制御回路２２２は、受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４の集積回路ダイ（integrated circuit die）と接続するコントローラ２３０を有する。コントローラ２３０は、本明細書で説明する様々な処理を行うための命令を実行するために、例えば、マイクロプロセッサ、ロジックデバイス（例えば、処理動作を行うように構成されたプログラマブルロジックデバイス）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）デバイス、実行可能な命令（例えば、ソフトウェア、ファームウェア、又は、他の命令）を保存するための１つ又は複数のメモリ、及び／又は、処理装置やメモリの他の適切な組合せを含む。
【００３０】
電力・制御回路２２２のコントローラ２３０は、集積回路ダイ（例えば、図５に示す集積回路ダイ５４０など）内に形成された組込みテスト回路（例えば、図１１に示す組込みテスト回路１１６２など）に接続されている。いくつかの例において、組込みテスト回路は、システム信号と実質的に同様のテスト信号を供給する。この点に関して、組込みテスト回路は、集積回路ダイ５４０に対して第１テスト信号（１１０１ａ〜１１０１ｃ）を供給し、集積回路ダイ５４０から第２テスト信号（１１０２ａ〜１１０２ｄ）を受信するように構成されている。コントローラ２３０は、第２テスト信号を受信して基準第２テスト信号と比較する。さらに、集積回路ダイ５４０内に、機内キャリブレーション回路（例えば、図１１に示す機内キャリブレーション回路１１６４）を形成してもよい。機内キャリブレーション回路は、第１導電ビアを介して受信した信号に応答して、システムの動作を調整するように構成されている。集積回路ダイ５４０において組込みテスト及び機内キャリブレーションの機能を実現することにより、主要性能パラメータ（key performance parameters）のリアルタイムな監視、及び、性能低下の早期検出を行うことができるため、フェーズドアレイ・アンテナシステム１００のテスト及び動作にかかるコストを抑えることができる。
【００３１】
ＲＦコンバータ２２３は、受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４から受信した無線周波数（ＲＦ）信号を中間周波数（ＩＦ）信号に変換するとともに、同軸ＲＦフィードスルーコネクタ１１９を介して、当該ＩＦ信号を、受信アレイ分配ＰＷＢ２１２から離れた他のシステムに分配するために設けられている。受信アレイ分配ＰＷＢ２１２は、受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４から受信した偏波ＲＦ信号（polarized RF signals）（例えば、図１１に示す偏波ＲＦ信号１１０２ａ〜ｂ）を処理するために用いられるビームステアリング回路（beam steering circuit）２２７を含む。
【００３２】
送信アレイ分配ＰＷＢ２１６は、送信フェーズドアレイ・アンテナ２１８の送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８の各々に、ＲＦ信号、ＤＣ電力信号、及び制御信号を供給する電力・制御回路２２６を含む。電力・制御回路２２６は、送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８の集積回路ダイ（例えば、図５に示す集積回路ダイ５４０）と接続するコントローラ２３１を有する。コントローラ２３１は、本明細書に記載の電力・制御回路２２２のコントローラ２３０と同様である。電力・制御回路２２６のコントローラ２３１は、本明細書に記載のように、集積回路ダイ内に形成された組込みテスト回路に接続されており、集積回路ダイから、基準テスト信号と比較するためのテスト信号を受信する。
【００３３】
さらに、ＲＦコンバータ２２９は、同軸ＲＦフィードスルーコネクタ１１９を介して他のシステムから受信したＩＦ信号をＲＦ信号に変換し、変換したＲＦ信号を、ビーム形成処理及び送信を行うために、送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８に送信するように構成されている。インターフェースコネクタ２１９は、送信アレイ分配ＰＷＢ２１６を受信アレイ分配ＰＷＢ２１２に電気的に接続するために設けられている。
【００３４】
図２に示すように、フェーズドアレイ・アンテナシステム１００は、環境汚染から保護するとともに電磁干渉（ＥＭＩ）を内包するためのカバー２０８を含む。
【００３５】
図２に示す例において、フェーズドアレイ・アンテナシステム１００は、受信フェーズドアレイ・アンテナサブシステム２１１と、送信フェーズドアレイ・アンテナサブシステム２１５とを含む。受信フェーズドアレイ・アンテナサブシステム２１１は、本明細書に記載のように、受信アレイ分配ＰＷＢ２１２と、受信コールドプレート２１３と、４２個の受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４を含む受信フェーズドアレイ・アンテナ２１４とを含む。送信フェーズドアレイ・アンテナサブシステム２１５は、本明細書に記載のように、送信アレイ分配ＰＷＢ２１６と、送信コールドプレート２１７と、３２個の送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８を含む送信フェーズドアレイ・アンテナ２１８とを含む。この点では、受信フェーズドアレイ・アンテナサブシステム２１１及び送信フェーズドアレイ・アンテナサブシステム２１５は、アレイに対する全ての電子部品接続、電力接続、制御接続、及びＲＦ接続をアンテナフェアリングの投影形状（antenna fairing footprint）内に配設可能な、小型で完全一体型の多機能フェーズドアレイ・アンテナシステム１００を形成している。フェーズドアレイ・アンテナシステム１００は、最小限個数の部品に複数の技術を組み込むことにより、フェーズドアレイ・アンテナの製造プロセスの工程数、組み立て時間、及び、素子ごとにかかるコストを削減することができる。
【００３６】
図３は、本開示の一実施例による、アレイ分配プリント配線基板（ＰＷＢ）に対するアンテナ一体型プリント配線基板（ＡｉＰＷＢ）のインターフェースを示す分解図である。図３に示すように、開口アセンブリ２０１は、本明細書に記載のように、金属製ハニカム構造体１０７と、当該金属製ハニカム構造体１０７内に形成された複数の円筒導波管１０５とを含む。さらに、図３は、受信フェーズドアレイ・アンテナ２１４及び送信フェーズドアレイ・アンテナ２１８を有するアンテナアレイ２０２を示している。受信フェーズドアレイ・アンテナ２１４は、複数の受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４（例えば、受信アンテナ一体型プリント配線基板）を含み、送信フェーズドアレイ・アンテナ２１８は、複数の送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８（例えば、送信アンテナ一体型プリント配線基板）を含む。送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８及び受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４の各々は、本明細書に記載のように、ＡｉＰＷＢ（例えば、図５に示すＡｉＰＷＢ５２５など）で形成される。送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８及び受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４は、インターフェースコネクタ３０９を含み、当該コネクタは、送信アレイ分配ＰＷＢ２１６及び受信アレイ分配ＰＷＢ２１２に対する電気的インターフェースを提供するように構成されている。
【００３７】
例えば、インターフェースコネクタ３０９は、送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８に接続される。インターフェースコネクタ３０９は、送信コールドプレート２１７の開口２０９を貫通して、送信アレイ分配ＰＷＢ２１６に接続される。この点に関して、送信アレイ分配ＰＷＢ２１６の電力・制御回路２２６は、インターフェースコネクタ３０９を介して、送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８に対して、ＲＦ信号、ＤＣ電力信号、及び制御信号を供給する。インターフェースコネクタ３０９は、受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４に接続される。インターフェースコネクタ３０９は、受信コールドプレート２１３の開口２０９を貫通して、受信アレイ分配ＰＷＢ２１２に接続される。さらに、受信アレイ分配ＰＷＢ２１２の電力・制御回路２２２は、インターフェースコネクタ３０９を介して、受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４に対して、ＲＦ信号、ＤＣ電力信号、及び制御信号を供給する。
【００３８】
図４は、本開示の一実施例による、図２のフェーズドアレイ・アンテナシステム１００を線４−４又は４’−４’に沿って切り取った断面図である。例えば、図４は、ＡｉＰＷＢ５２５で形成された複数のフェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリ２２４／２２８と、複数のサブアレイ・タイルアセンブリ２２４／２２８に接続された複数の導波管１０５を含む開口ハウジング１０６とを示している。アレイ分配プリント配線基板２１２／２１６は、上記サブアレイ・タイルアセンブリに接続している。コールドプレート２１３／２１７は、アレイ分配ＰＷＢ２１２／２１６と複数のサブアレイ・タイルアセンブリ２２４／２２８との間に設けられている。
【００３９】
図４に示す例においては、インターフェースコネクタ３０９は、コールドプレート２１３／２１７の開口２０９を貫通して、アレイ分配ＰＷＢ２１２／２１６に接続される。アレイ分配ＰＷＢ２１２／２１６の電力・制御回路２２２／２２６は、インターフェースコネクタ３０９を介して、サブアレイ・タイルアセンブリ２２４／２２８に対して、ＲＦ信号、ＤＣ電力信号、及び制御信号を供給する。
【００４０】
開口ハウジング１０６は、金属製ハニカム構造体１０７と、当該金属製ハニカム構造体１０７内に形成された複数の円筒導波管１０５とを含む。円筒導波管１０５は、本明細書に記載のように、サブアレイ・タイルアセンブリ２２４／２２８と接続することにより、当該サブアレイ・タイルアセンブリ２２４／２２８によって受信及び／又は送信されるＲＦ信号の伝播経路を形成する。
【００４１】
いくつかの例において、フェーズドアレイ・アンテナシステム１００は、送信用及び受信用のアンテナサブシステム２１１及び２１５の両方について、同様の構造的アプローチを用いる。この、サブアレイ・タイルアセンブリ２２４／２２８の構築及び一体化に対する構造的アプローチにより、ＸＹデカルト座標平面方向にアレイを拡張することができる。
【００４２】
図５は、本開示の一実施例による、図４のＡｉＰＷＢ５２５についての詳細を示す。図示のように、アンテナアレイ２０２は、プリント配線基板（ＰＷＢ）５２５（例えば、ＡｉＰＷＢ）を含み、当該基板は、複数の層５２７／５２９と、ＰＷＢ５２５の第１面５０３と接続する複数の集積回路ダイ５４０（個々に５４０ａ〜５４０ｄの参照符号で示されている）と、ＰＷＢ５２５の第２面５０４と接続する複数のアンテナ素子（例えば、図６に示すアンテナ素子６６０など）とを含む。
【００４３】
いくつかの例において、ＡｉＰＷＢ５２５は、無線周波数（ＲＦ）に適合する、プリプレグ／銅コア（pre-pregs/copper core）を利用した誘電材料から作製される。ＡｉＰＷＢ５２５の上側の３枚の層（例えば、１番目から３番目の層）は、第１部分集合層５２７を形成する。いくつかの例において、層５２７は、薄いプリプレグ／銅から形成され、複数の第１導電ビア５１０（個々に５１０ａ〜５１０ｆの参照符号で示されている）を含む。これらのビアは、層５２７を貫通しており、これによって、寸法精度を高めるとともに、ダイをファインピッチのはんだバンプに直接取り付けることができる。いくつかの例において、集積回路ダイ５４０の複数のはんだバンプ５４１（個々に５４１ａ〜５４１ｄの参照符号で示されている）は、３００マイクロメータのピッチで間隔を空けて配置されている。はんだバンプ５４１間のルーティング（routing）には、４ミリメータの配線路（trace）及び４ミリメータのスペースが必要である。層５２７に対して薄いプリプレグ／銅を用いることにより、ＡｉＰＷＢ５２５は、当該ＡｉＰＷＢ５２５に対する集積回路ダイ５４０の取付け及び電気的接続を行うためのピッチ、配線路、及び間隔の条件に対応することができる。この点に関して、第１直径を有する第１導電ビア５１０（例えば、レーザードリル形成されたマイクロビア）は、集積回路ダイ５４０に接続され、層５２７を貫通している。
【００４４】
ＡｉＰＷＢ５２５の下側の２０枚の層（例えば、４番目から２３番目の層）は、第２部分集合層５２９を形成する。いくつかの例において、複数の第２導電ビア５２０（個々に５２０ａ〜５２０ｆの参照符号で示されている）は、層５２９を貫通している。いくつかの例において、より大きい直径のビアに対応するために、層５２９に用いられるプリプレグ／銅は、層５２７に用いられるプリプレグ／銅に比べて厚みが大きい。この点に関して、第１直径よりも大きい第２直径を有するとともに、第１導電ビア５１０からオフセット配置されている第２導電ビア５２０（例えば、レーザードリル形成されたマイクロビアよりも大きい直径を有するめっきビア）は、第２層５２９を貫通して、アンテナ素子６６０に接続している。ＡｉＰＷＢ５２５の複数の導電配線路（個々に５３０ａ〜５３０ｆの参照符号で示されている）は、複数の第１導電ビア５１０を複数と第２導電ビア５２０とを共通の層上で接続することにより、集積回路ダイ５４０をアンテナ素子６６０に電気的に接続している。
【００４５】
第２導電ビア５２０は、集積回路ダイ５４０に対する熱機械的な応力を緩和するために、第１導電ビア５１０からオフセット配置されている。接続されたより大きい導電ビアがオフセット配置されていない構成の場合、熱機械的な応力は、熱膨張係数（ＣＴＥ）の不一致により、集積回路ダイのはんだバンプ５４１と第１導電ビア５１０とのはんだ接合部において不具合を引き起こす可能性がある。したがって、第２導電ビア５２０をオフセット配置して、導電配線路５３０を用いることにより、上記はんだ接合部に対する歪みを切り離して、ロバスト性（robust）及び信頼性の高い電気接続を実現することができる。
【００４６】
いくつかの例において、中継（interposer）プリント配線基板（ＰＷＢ）５６０（個々に５６０ａ〜５６０ｄの参照符号で示されている）は、集積回路ダイ５４０をＡｉＰＷＢ５２５に接続する。中継ＰＷＢ５６０により、ダイ形状や入出力ピンの割り当てが異なる集積回路ダイ５４０を、共通のＡｉＰＷＢ５２５パッドパターンに対して適切に接続することができる。さらに、中継ＰＷＢ５６０は、集積回路ダイ５４０に対する効率的な熱シンクとして機能することにより、集積回路ダイ５４０の熱サイクルの信頼性を高めることができる。例えば、集積回路ダイ５４０は、複数のはんだバンプ５４１を含むフリップチップであってもよい。複数のはんだバンプ５４１は、中継ＰＷＢ５６０の第１面５０７に電気的及び機械的に接続されている。集積回路ダイ５４０は、中継ＰＷＢ５６０に接合され、集積回路ダイ５４０の第１面６０８と、中継ＰＷＢ５６０の第１面５０７との間の領域５０７ａにアンダーフィル材（underfill material）５４３が塗布される。中継ＰＷＢ５６０の第２面５０８は、ＡｉＰＷＢ５２５の第１面５０３に接続されたボールグリッドアレイ（BGA：ball grid array）５６１（個々に５６１ａ〜５６１ｄの参照符号で示されている）を含み、ＢＧＡのボール５６１のうちの少なくとも１つは、第１導電ビア５１０に電気的に接続されている。
【００４７】
いくつかの例において、ＡｉＰＷＢ５２５は、層５２９を貫通する複数の接地ビア５５０を含む。接地ビア５５０は、本明細書に記載のように、めっき貫通孔として作製されており、第２導電ビア５２０の周りに分散配置されることにより当該第２導電ビア５２０を囲む導波管ケージ（例えば、図６に示す導波管ケージ６５１など）を形成する。接地ビア５５０に対して、バックドリル部５３５ａで示すようなバックドリル加工を行うことにより、接地ビア５５０の使用されていない部分を除去する。バックドリル部５３５（個々に５３５ａ〜５３５ｄの参照符号で示されている）により、信号スタブ（signal stubs）を最小限に抑えるとともに、寄生信号（parasitic signals）の数を低減することができる。
【００４８】
いくつかの例において、開口ハウジング１０６は、金属製ハニカム構造体１０７を含む。金属製ハニカム構造体１０７内には、複数の円筒導波管１０５が形成されており、これによって、送信電磁信号及び受信電磁信号の伝播経路が形成されている。この点に関して、各円筒導波管１０５は、ＡｉＰＷＢの導波管（例えば、図６に示すＡｉＰＷＢ導波管６０１など）の半径と実質的に等しい半径を有するように形成されるとともに、金属製ハニカム構造体１０７の上面５０２から底面５０１まで延びている。いくつかの例において、凹部５１６ａ及び５１６ｂは、それぞれ、面５０５及び５０６に沿って形成されている。他の例においては、より少ない又は多い数の凹部５１６を形成してもよい。
【００４９】
いくつかの例において、円筒導波管１０５及び凹部５１６ａ及び５１６ｂには、誘電材料が充填されている。誘電材料は、ＲＦ周波数における損失が低く、誘電率がＡｉＰＷＢ５２５と実質的に等しい特性を有するものが選択される。さらに、誘電材料は、金属製ハニカム構造体１０７の熱膨張係数（ＣＴＥ）と実質的に等しいＣＴＥを有するものが選択される。誘電材料は、射出成形プロセス又は圧縮成形プロセスを用いて、円筒導波管１０５の開口内で成形される。いくつかの例において、充填された凹部５１６ａ及び５１６ｂは、円筒導波管１０５に対して誘電材料を機械的に固定することにより、誘電材料が、熱的及び／又は機械的な応力により導波管１０５内で移動することを防止する。金属製ハニカム構造体１０７は、表面５０４でＡｉＰＷＢ５２５と接続しており、各円筒導波管１０５は、複数のＡｉＰＷＢ導波管６０１のうちの対応する導波管と接続している。
【００５０】
いくつかの例においては、広角インピーダンス整合（ＷＡＩＭ）材料層５６３を円筒導波管１０５に設けて、フェーズドアレイ・アンテナシステム１００と自由空間との間のインピーダンス整合を最適化することにより、フェーズドアレイ・アンテナシステム１００の走査を広角で行えるようにしてもよい。この点に関して、複数の広角インピーダンス整合（ＷＡＩＭ）材料層５６３は、複数の円筒導波管１０５の露出面５０９、及び、金属製ハニカム構造体１０７の外面５０１に設けられる。
【００５１】
いくつかの例において、ＡｉＰＷＢ５２５は、環境汚染からの保護及びＥＭＩの遮蔽のためのカバーシールリング５１２を含む。カバーシールリング５１２には、各集積回路ダイ５４０を内包するための個々の空洞部が形成されており、当該空洞部により、ＥＭＩを低減するとともに、小型のＡｉＰＷＢ５２５においてアンテナ性能を維持することができる。
【００５２】
図５に示すように、ＡｉＰＷＢ５２５は、様々な技術を組み合わせたものであり、これにより、性能及び機能を向上させる一方で、一体型フェーズドアレイ・アンテナシステム１００の作製、組み立て、製造性、及びテストを最適化するために、サブアレイの寸法及び投影形状を変更可能なスケーラブルな組立ブロックのコスト、サイズ、重量、及び電力を低減することができる。
【００５３】
図６は、本開示の他の実施例による、図４に示すＡｉＰＷＢ５２５の詳細を示す。図６は、本実施例の一部を形成する、上述した図４の様々な特徴部分を示す。具体的には、図６は、本開示の一実施例による、集積回路ダイ５４０が、ＡｉＰＷＢ５２５を介してアンテナ素子６６０に接続する様子を示す断面図である。
【００５４】
図６に示す例において、ＡｉＰＷＢ５２５は、ＡｉＰＷＢ導波管６０１（個々に６０１ａ〜６０１ｂの参照符号で示されている）を含む。ＡｉＰＷＢ導波管６０１は、本明細書に記載のように、複数のめっき貫通孔ビア（例えば、接地ビア５５０）で形成されており、当該ビアは、層５２９から底面５０４まで延びて、ＡｉＰＷＢ５２５内で導波管ケージ６５１を形成している。ＡｉＰＷＢ導波管６０１は、ＲＦ信号を受信及び／又は送信するように構成されたアンテナ素子６６０を含む。
【００５５】
いくつかの例において、集積回路ダイ５４０ｅは、ＡｉＰＷＢ５２５の第１面５０３に電気的及び機械的に接続された複数のはんだバンプ５４１（個々に５４１ｈ〜５４１ｋの参照符号で示されている）を含むフリップチップとして構成される。集積回路ダイ５４０ｅは、ＡｉＰＷＢ５２５の第１面５０３に接着接合されており、アンダーフィル材５４３が、ＡｉＰＷＢ５２５の面５０３と集積回路ダイ５４０ｅの面６０８との間に塗布されている。いくつかの例において、アンダーフィル５４３は、液体キャピラリーフロー処理（liquid capillary flow process）を用いて塗布される。他の例においては、フラックス処理（fluxing process）を用いてアンダーフィル５４３を塗布してもよいが、他の処理を用いてアンダーフィル５４３を塗布することも可能である。はんだバンプ５４１のうちの少なくとも１つは、層５２７を貫通する第１導電ビア５１０に電気的に接続されている。
【００５６】
第２導電ビア５２０（個々に５２０ｈ〜５２０ｋの参照符号で示されている）は、第１導電ビア５１０からオフセット配置されており、第２部分集合層５２９を貫通して、アンテナ素子６６０（例えば、６６０ａ及び６６０ｂ）に接続している。ＡｉＰＷＢ５２５の導電配線路５３０（個々に５３０ｈ〜５３０ｋの参照符号で示されている）は、共通ＡｉＰＷＢ層において第１ビア及び第２ビアに接続する。本明細書に記載のように、第２導電ビア５２０は、集積回路ダイ５４０ｅに対する熱機械的な応力を緩和するために、第１導電ビア５１０からオフセット配置されている。
【００５７】
いくつかの例において、アンテナ素子６６０は、直交ＲＦ信号を供給するように構成されている。この点に関して、集積回路ダイ５４０ｅは、本明細書に記載のように、アンテナ素子６６０ａ及び／又は６６０ｂから受信したＲＦ信号の偏波（例えば、直線偏波、右旋円偏波、又は左旋円偏波）を選択する。
【００５８】
図７は、本開示の一実施例による、円筒導波管１０５に接続されたＡｉＰＷＢ導波管６０１を示す。図７は、本実施例の一部を形成する、上述した図４の様々な特徴部分を示す。ＡｉＰＷＢ導波管６０１の付加的な特徴を示すために、図７においては、円筒導波管１０５は、陰影のない透明な導波管として示されている。ＡｉＰＷＢ導波管６０１は、ＡｉＰＷＢ５２５の層５２９内に形成される。いくつかの例においては、２４個の接地ビア５５０は、層５２９を貫通するとともに、第２導電ビア５２０（個々に５２０ｌ〜５２０ｍの参照符号で示されている）の周りに分散配置されることにより、当該第２導電ビア５２０を囲む導波管ケージ６５１ｃを形成する。第２導電ビア５２０は、層５２９を貫通するとともに、ＡｉＰＷＢ５２５の底面５０４に設けられたアンテナ素子６６０ｃと電気的に接続する。円筒導波管１０５は、ＡｉＰＷＢ５２５の底面５０４において、導波管ケージ６５１ｃと接続する。この点に関して、サブアレイ・タイルアセンブリの導波管は、円筒導波管１０５に接続されたＡｉＰＷＢ導波管６０１で形成される。
【００５９】
本明細書に記載のように、層５２９に設けられた接地ビア５５０（個々に５５０ａ〜５５０ｄの参照符号で示されている）は、ＡｉＰＷＢ導波管６０１の介在領域間の層上に形成されたＲＦ分配回路内の無線周波数干渉（ＲＦＩ）を減衰させるように兼用することができる。ビアの兼用により、６４個のアンテナ素子を用いたサブアレイ・タイルアセンブリ内のビアの総数が低減されるため、簡易化したコスト効率のよいＡｉＰＷＢ５２５を提供することができる。例えば、接地ビア５５０の兼用により、ＡｉＰＷＢ５２５におけるビア数を、約１５００個少なくすることができる。
【００６０】
図８は、本開示のさらに他の実施例による、図４に示すＡｉＰＷＢの詳細を示す。図８は、本実施例の一部を形成する、上述した図４の様々な特徴部分を示す。いくつかの例において、ＡｉＰＷＢ５２５は、図８に示すように、２３の金属層（例えば、第１部分集合層５２７及び第２部分集合層５２９の組み合わせ）を含む。いくつかの例においては、金属層は、銅であるが、マイクロ波周波数の用途に用いられる他の金属であってもよい。ＡｉＰＷＢは、さらに、複数の誘電体層を含む。誘電体層は、マイクロ波周波数の用途に適した誘電率を有する誘電材料を用いて形成される。いくつかの例においては、コネチカット州ブルックリンのRogers社から入手可能なRogers2929 Bondplyを用いてＡｉＰＷＢ５２５を形成してもよい。ＡｉＰＷＢ５２５の形成に用いられる複数の金属層及び誘電体層は、工業規格のＰＷＢ処理技術を用いた積層配列を２つしか必要としない。従来のＰＷＢは、３つ以上の積層配列を必要とする。従来のフェーズドアレイ・アンテナのプリント配線基板には、約３８０００のビアが必要であるが、ＡｉＰＷＢ５２５に必要なビアは、約４０００である。このように、従来のプロセスや技術に対する上記改善により、ＡｉＰＷＢの製造コストを大幅に低減することができる。図８に示すように、第１導電ビア５１０ｌは、層５２７に形成される。第２導電ビア５２０（個々に５２０ｎ〜５２０ｐの参照符号で示されている）は、層５２９に形成されている。
【００６１】
ＡｉＰＷＢ５２５は、当該ＡｉＰＷＢ５２５内にＲＦ分配ネットワークを構築するために、ＡｉＰＷＢ５２５の層５２９内に形成されたＲＦ分配層８６０（８６０ａ〜８６０ｃの参照符号で示されている）を含む。層５２９内にＲＦ分配層８６０を設けることにより、層５２９を貫通する導波管ケージ６５１に用いられる接地ビア５５０ｅは、ＲＦ分配層８６０内の無線周波数干渉を低減させるために兼用することができる。
【００６２】
図９は、本開示の一実施例による、ＡｉＰＷＢ５２５のＲＦ分配層９００を示す図である。図９に示す例において、ＲＦ分配層９００は、ＡｉＰＷＢ５２５の複数の層のうちの１つ又は複数（例えば、ＲＦ分配層８６０ａ〜８６０ｃ）に形成することができる。ＲＦ分配層９００を用いることにより、複数の偏波ＲＦ信号（例えば、図１１Ｃに示す偏波ＲＦ信号１１０２ａ及び／又は１１０２ｂなど）を合成して、１つのサブアレイ・タイルアセンブリ用偏波ＲＦ信号を形成することができる。これに関して、ＲＦ分配層９００は、複数の偏波ＲＦ信号１１０２ａ及び／又は１１０２ｂを当該ＲＦ分配層９００に形成された複数の導電配線路９３５に接続するための、複数のＲＦ分配ビア９２５を含む。いくつかの例において、複数の導電配線路９３５は、偏波ＲＦ信号１１０２ａ及び／又は１１０２ｂの対を合成回路９４５に供給するように構成されたインピーダンス調整導電配線路９３５（例えば、インピーダンスが５０オームに調整された配線路、及び／又は、インピーダンスが１００オームに調整された配線路）として形成されてもよい。いくつかの例において、インピーダンス調整導電配線路９３５は、ストリップライン導体（stripline conductors）として形成されてもよいが、埋込式マイクロストリップ（embedded microstrip）などの他の種類の導体を用いることも可能である。順に合成された複数対の偏波ＲＦ信号１１０２ａ及び／又は１１０２ｂをさらに合成して、ＲＦ分配層９００のビア９５５に１つの合成偏波ＲＦ信号１１０２を供給することもできる。
【００６３】
図１０Ａは、本開示の一実施例によるサブアレイ・タイルアセンブリ（例えば、受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４、及び／又は、送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８）を示す図である。図１０Ａに示す例において、サブアレイ・タイルアセンブリは、６４個のアンテナ素子を用いた受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４として形成することができ、当該アセンブリは、ＡｉＰＷＢ５２５と、８×８の正方格子状に配置された複数のアンテナ素子６６０に接続された複数の集積回路ダイ５４０とを含む。図示例においては、４つのアンテナ素子６６０が正方格子グリッド１００１状に配置され、４つのアンテナ素子６６０の各々は、集積回路ダイ５４０に接続されている。第１及び第２の導電ビア（例えば、それぞれ５１０及び５２０）は、アンテナ素子６６０からＲＦ信号を受信するために、集積回路ダイ５４０を４つのアンテナ素子６６０の各々に接続する。ＲＦ分配導体１０３５は、集積回路ダイ５４０の偏波ＲＦ信号１１０２ａ及び／又は１１０２ｂをＲＦ分配層９００に電気的に接続する。いくつかの例において、ＲＦ分配導体１０３５は、ストリップライン導体として形成されてもよいが、マイクロストリップなどの他の種類の導体を用いることも可能である。他の例においては、ＲＦ分配導体１０３５は、同軸ケーブルであってもよい。ＲＦ分配層９００は、複数の偏波ＲＦ出力信号１１０２ａ及び／又は１１０２ｂを合成して１つの合成偏波ＲＦ信号１１０２を形成し、ビームステアリング動作を行うためのフェーズドアレイ・アンテナアセンブリ１００のアレイ分配アセンブリ２０６に対して、当該合成偏波ＲＦ信号１１０２を供給する。
【００６４】
図１０Ｂは、本開示の一実施例による、送信フェーズドアレイ・アンテナ２１８を示す図である。図１０Ｂに示す例において、送信フェーズドアレイ・アンテナ２１８は、６４個のアンテナ素子を用いた送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８を、３２個含む。図１０Ｃは、本開示の一実施例による、受信フェーズドアレイ・アンテナ２１４を示す図である。図１０Ｃに示す例において、受信フェーズドアレイ・アンテナ２１４は、６４個のアンテナ素子を用いた受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４を、４２個含む。この点に関して、サブアレイ・タイルアセンブリは、フェーズドアレイ・アンテナシステム１００の基本組立ブロックである。受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４及び送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８は、一体型フェーズドアレイ開口を拡張するために、ＸＹデカルト座標平面方向に複製することができるスケーラブルなタイルアセンブリを構成する。
【００６５】
図１１Ａは、本開示の一実施例による、アンテナ素子６６０に対する集積回路ダイ５４０の接続を示す。図１１Ａに示す例において、４つのアンテナ素子６６０（個々に６６０ｄ〜６６０ｇの参照符号で示されている）が正方格子グリッド状（例えば、正方格子グリッド１００１）に配置されている。第１及び第２の導電ビア（例えば、それぞれ５１０及び５２０）は、集積回路ダイ５４０を４つのアンテナ素子６６０の各々に接続する。図示例において、各アンテナ素子６６０ｄ〜６６０ｇは、垂直ＲＦ信号を集積回路ダイ５４０の入力ポート１１４１へ供給し、水平ＲＦ信号を集積回路ダイ５４０の入力ポート１１４２へ供給する。アンテナ素子６６０の垂直ＲＦ信号及び水平ＲＦ信号の各々は、対応する第１導電ビア５１０及び第２導電ビア５２０を介して、集積回路ダイ５４０に供給される。
【００６６】
図１１Ｂは、本開示の一実施例による集積回路ダイ５４０を示す分解図である。いくつかの例において、集積回路ダイ５４０は、シリコンゲルマニウム合金（ＳｉＧｅ）材料で作製してもよい。他の例において、集積回路ダイ５４０は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術、バイポーラ／相補型金属酸化膜半導体（ＢｉＣＭＯＳ）技術、又は、ＲＦ回路の作製に用いる他の適切な半導体技術により作製されてもよい。ＳｉＧｅを用いることにより、ＡｉＰＷＢ５２５において集積回路ダイ５４０の実装に必要な面積を小さくすることにより、正方格子１００１を実現することができる。
【００６７】
集積回路ダイ５４０は、４つのアンテナ素子６６０ｄ〜６６０ｇのためのビーム形成回路を含む。例えば、図１１Ｂは、集積回路ダイ５４０の受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４の実施態様を示しており、当該アセンブリは、アンテナ素子６６０ｄ〜６６０ｇに対応する垂直ＲＦ信号用入力ポート１１４１ｄ〜１１４１ｇと水平ＲＦ信号用入力ポート１１４２ｄ〜１１４２ｇとを含む。
【００６８】
図１１Ｃは、本開示の一実施例による、受信素子回路（receive element electronics）１１５０を示す。集積回路ダイ５４０の受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４の実施態様は、受信素子回路１１５０用ビーム形成回路を４つ含む。垂直ＲＦ信号は、アンテナ素子６６０により供給され、受信素子回路１１５０の入力ポート１１４１において受信される。垂直ＲＦ信号は、スプリッタ回路１１４３によって増幅及び分割され、偏波回路１１４４によって偏波の設定が行われ、合成回路１１４５によって合成され、ビーム方向回路１１４６によって位相シフト及び増幅される。垂直偏波ＲＦ信号は、集積回路ダイ５４０の出力１１４７に供給される。同様に、水平ＲＦ信号は、アンテナ素子６６０により供給されて、入力ポート１１４２で受信される。水平ＲＦ信号は、スプリッタ回路１１４３によって増幅及び分割され、偏波回路１１４４によって偏波の設定が行われ、合成回路１１４５によって合成され、ビーム方向回路１１４６によって位相シフト及び増幅される。水平偏波ＲＦ信号は、集積回路ダイ５４０の出力１１４８に供給される。
【００６９】
偏波回路１１４４は、垂直ＲＦ信号及び水平ＲＦ信号を選択的に偏波させる。上記偏波においては、直線偏波及び／又は円偏波が設定される。円偏波は、右旋円偏波、又は左旋円偏波を含む。これに関して、集積回路ダイ５４０の４つの受信素子回路１１５０の各々は、受信素子回路出力ポート１１４７及び１１４８において、個々に選択可能な偏波を有する２つの偏波ＲＦ信号１１０２ａ及び１１０２ｂを供給する。
【００７０】
図１１Ｄは、本開示の一実施例による送信素子回路１１６０を示す。集積回路ダイ５４０の送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８の実施形態は、送信素子回路１１６０用ビーム形成回路を４つ含む。いくつかの例において、ＲＦ信号１１０１ｃは、アレイ分配アセンブリ２０６のＲＦコンバータ２２９により供給され、送信素子回路１１６０の入力ポート１１５１において受信される。ＲＦ信号１１０１ｃは、可変減衰回路１１５２によって減衰され、スプリッタ回路１１５３によって２つのＲＦ信号に分割され、右旋円偏波回路１１５４及び／又は左旋円偏波回路１１５５によって偏波される。
【００７１】
送信素子回路１１６０は、送信素子回路出力ポート１１５８及び１１５９のそれぞれにおいて、右旋円偏波（ＲＨＣＰ）信号１１０２ｃ及び１１０２ｄを送信するように構成されている。いくつかの例において、送信素子回路１１６０は、左旋円偏波駆動段１１５７がオフの場合にＲＨＣＰを送信する。
【００７２】
送信素子回路１１６０は、送信素子回路出力ポート１１５８及び１１５９のそれぞれにおいて、左旋円偏波（ＬＨＣＰ）信号１１０２ｃ及び１１０２ｄを送信するように構成されている。いくつかの例において、送信素子回路１１６０は、ＲＨＣＰ駆動段１１５６がオフの場合にＬＨＣＰを送信する。ＬＨＣＰ及びＲＨＣＰの動作中、駆動段１１５６及び１１５７を選択的にオフすることにより、出力ポート１１５８及び１１５９に対する負荷が一致した状態を維持することができる。
【００７３】
いくつかの例において、全ての駆動段（例えば、ＬＨＣＰ及びＲＨＣＰ用の駆動段）がオン状態であってフルにバイアスがかかっている場合に、送信素子回路１１６０は、ＲＨＣＰ信号及びＬＨＣＰ信号の相対的な位相シフトに応じた配向で、送信素子回路出力ポート１１５８及び１１５９において、任意の直線偏波ＲＦ信号１１０２ｃ及び１１０２ｄを送信することができる。
【００７４】
図１２Ａは、本開示の一実施例による、フェーズドアレイ・アンテナ１００の受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４を用いるプロセスを示す。
【００７５】
ブロック１２０５において、複数のアンテナ素子６６０により複数のＲＦ信号１１０１（例えば、１１０１ａ及び１１０１ｂ）が受信される。ブロック１２１０において、各アンテナ素子６６０は、対応する第２導電ビア５２０及び第１導電ビア５１０を介してＲＦ信号１１０１ａ及び１１０１ｂを集積回路ダイ５４０に供給するように、構成されている。ＲＦ信号１１０１ａ及び１１０１ｂは、導電経路に沿って、アンテナ素子６６０から供給される。当該導電経路は、第２導電ビア５２０、導電配線路５３０、第１導電ビア５１０を含み、集積回路ダイ５４０に接続されている。
【００７６】
ブロック１２１５において、ＲＦ信号１１０１ａ及び１１０１ｂは、それぞれ、集積回路ダイ５４０の入力ポート１１４１及び１１４２において受信される。集積回路ダイ５４０は、ＲＦ信号１１０１ａ及び１１０１ｂを偏波ＲＦ信号１１０２ａ及び１１０２ｂに変換するように構成されている。ＲＦ信号１１０１ａ及び１１０１ｂは、右旋円偏波、左旋円偏波、及び／又は、直線偏波に選択的に偏波される。ブロック１２２０において、集積回路ダイ５４０は、出力ポート１１４７及び１１４８のそれぞれにおいて偏波ＲＦ信号１１０２ａ及び１１０２ｂを供給する。偏波ＲＦ信号１１０２ａ及び１１０２ｂは、ＡｉＰＷＢ５２５のＲＦ分配層９００に供給され、受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４内の複数の偏波ＲＦ信号１１０２と合成され、１つの合成偏波ＲＦ信号１１０２を形成する。１つの合成偏波ＲＦ信号１１０２は、ビームステアリング動作に用いるために、フェーズドアレイ・アンテナアセンブリ１００の受信アレイ分配ＰＷＢ２１２に供給される。
【００７７】
図１２Ｂは、本開示の一実施例による、フェーズドアレイ・アンテナ１００の送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８を用いるプロセスを示す。ブロック１２２５において、ＲＦ信号１１０１ｃは、アレイ分配アセンブリ２０６のＲＦコンバータ２２９によって供給され、集積回路ダイ５４０の入力ポート１１５１に供給される。ブロック１２３０において、ＲＦ信号１１０１ｃは、２つのＲＦ信号に分割され、集積回路ダイ５４０によって選択的に偏波される。分割ＲＦ信号は、右旋円偏波、左旋円偏波、及び／又は、任意の直線偏波に選択的に偏波される。
【００７８】
ブロック１２３５において、偏波ＲＦ信号１１０２ｃ及び１１０２ｄは、それぞれ、導電経路に沿って、集積回路ダイ５４０の出力ポート１１５８及び１１５９からそれぞれ供給される。当該導電経路は、第１導電ビア５１０、導電配線路５３０、第２導電ビア５２０を含み、アンテナ素子６６０に接続されている。ブロック１２４０において、アンテナ素子６６０は、偏波ＲＦ信号１１０２ｃ及び１１０２ｄを送信する。
【００７９】
図１３は、本開示の一実施例による、フェーズドアレイ・アンテナ１００のサブアレイ・タイルアセンブリ（例えば、受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４及び／又は送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８）を形成するプロセスを示す。ブロック１３０５において、複数のＰＷＢ層５２５が用意される。ブロック１３１０において、複数の第１導電ビア５１０は、第１部分集合層５２７内に形成され、複数の第２導電ビア５２０は、第２部分集合層５２９内に形成される。第２導電ビア５２０は、集積回路ダイ５４０に対する熱機械的な応力を緩和するために、第１導電ビア５１０からオフセット配置されている。複数の接地ビア５５０は、第２部分集合層５２９を貫通するとともに、第２導電ビア５２０の周りに分散するように形成されることにより、当該第２導電ビア５２０を囲む導波管ケージ６５１を形成する。
【００８０】
ブロック１３１５において、複数の第１導電ビア５１０と第２導電ビア５２０とは、ＰＷＢ層上に形成された複数の導電配線路５３０により電気的に接続される。
【００８１】
ブロック１３２０において、複数のＲＦ分配層９００が用意される。当該ＲＦ分配層は、これらの層上に形成された複数の合成回路９４５に接続された複数のＲＦ分配用インピーダンス調整導電配線路９３５を含む。ＲＦ分配層９００を貫通する複数の接地ビア５５０は、ＲＦ分配回路（例えば、合成回路９４５に接続されたインピーダンス調整導電配線路９３５により形成されたＲＦ分配回路）内の無線周波数干渉を低減するために兼用することができる。
【００８２】
ブロック１３２５において、ＡｉＰＷＢ５２５を形成するために、複数のＰＷＢ層（例えば、第１部分集合層５２７及び第２部分集合層５２９）が積層される。
【００８３】
ブロック１３３０において、複数の集積回路ダイ５４０は、ＡｉＰＷＢ５２５に接着接合され、集積回路ダイ５４０の第１面６０８と、ＡｉＰＷＢ５２５の第１面５０３との間の領域６０９に、アンダーフィル材５４３が充填される。集積回路ダイ５４０の第１面６０８に設けられた複数のはんだバンプ５４１は、ＡｉＰＷＢ５２５の第１面５０３に機械的に接続される。はんだバンプ５４１のうちの少なくとも１つは、第１部分集合層５２７を貫通する第１導電ビア５１０に電気的に接続されている。
【００８４】
いくつかの例において、集積回路ダイ５４０は、中継プリント配線基板（ＰＷＢ）５６０の第１面５０７に接続され、集積回路ダイ５４０の面６０８と、中継ＰＷＢ５６０の面５０７との間にアンダーフィル材５４３が充填されてもよい。中継ＰＷＢ５６０の第２面５０８に設けられたボールグリッドアレイ５６１は、ＡｉＰＷＢ５２５の第１面５０３に接続される。ＢＧＡにおけるボール５６１のうちの少なくとも１つは、第１導電ビア５１０と電気的に接続される。
【００８５】
ブロック１３３５において、複数のアンテナ素子６６０は、ＡｉＰＷＢ５２５の第２面５０４に接続される。アンテナ素子６６０は、対応する第２導電ビア５２０に接続される。ブロック１３４０において、複数の円筒導波管１０５を含む開口ハウジング１０６が用意される。当該円筒導波管は、開口ハウジング１０６の金属製ハニカム構造体１０７内に形成される。各円筒導波管１０５は、対応するアンテナ素子６６０の半径に実質的に等しい半径を有する。複数の円筒導波管１０５は、複数のアンテナ素子６６０に接続される。
【００８６】
ブロック１３４５において、１つ又は複数の凹部５１６（例えば、５１６ａ及び５１６ｂ）が、複数の導波管１０５の各々の面５０５及び５０６に沿って形成される。ブロック１３５０において、複数の円筒導波管１０５及び１つ又は複数の凹部５１６に誘電材料が充填される。当該誘電材料は、ＡｉＰＷＢ５２５の誘電率と実質的に等しい誘電率を有する。この点に関して、誘電材料は、第２面５０４においてＡｉＰＷＢ５２５と接触するとともにアンテナ素子６６０に接続することにより、連続的な導波管を形成している。充填された凹部５１６は、誘電材料を導波管１０５に対して機械的に固定する。
【００８７】
いくつかの例において、誘電材料は、円筒導波管１０５及び凹部５１６に実質的に対応するように成形されてもよい。成形された誘電材料は、各導波管１０５に挿入されて、これらの導波管１０５及び凹部５１６を充填する。いくつかの例において、誘電材料は、各導波管１０５に注入されて、これらの導波管１０５及び凹部５１６を充填するようにしてもよい。誘電材料は、金属製ハニカム構造体１０７の熱膨張係数（ＣＴＥ）と実質的に等しいＣＴＥを有するものを選択することができる。
【００８８】
ブロック１３５５において、開口アセンブリ２０１、受信サブアレイ・タイルアセンブリ２２４及び送信サブアレイ・タイルアセンブリ２２８として構成された複数のＡｉＰＷＥＢ５２５、コールドプレートアセンブリ２０４、アレイ分配アセンブリ２０６、並びに、カバー２０８を組み立てることにより、フェーズドアレイ・アンテナシステム１００が形成される。
【００８９】
さらに、本開示は、以下の付記による例を含む。
【００９０】
付記１．複数の層（５２７，５２９）を有するプリント配線基板「ＰＷＢ」（５２５）と、前記ＰＷＢの第１面（５０３）に接続された集積回路ダイ（５４０）と、前記ＰＷＢの第２面（５０４）に接続されたアンテナ素子（６６０）と、第１直径を有し、前記集積回路ダイに接続されるとともに、前記層のうちの第１部分集合層（５２７）を貫通する第１導電ビア（５１０）と、前記第１直径よりも大きい第２直径を有し、前記第１導電ビアからオフセット配置されるとともに、前記層のうちの第２部分集合層（５２９）を貫通して前記アンテナ素子に接続された第２導電ビア（５２０）と、前記第１及び第２導電ビアに接続された前記ＰＷＢの導電配線路（５３０）と、を備えるフェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリ（２２４，２２８）を含み、前記第２導電ビアの前記オフセット配置により、前記集積回路ダイに対する熱機械的な応力が緩和される、システム。
【００９１】
付記２．前記集積回路ダイは、前記ＰＷＢの前記第１面に接続された複数のはんだバンプ（５４１）を含むフリップチップであり、前記はんだバンプのうちの少なくとも１つは、前記第１導電ビアに電気的に接続している、付記１に記載のシステム。
【００９２】
付記３．中継プリント配線基板「ＰＷＢ」（５６０）をさらに含み、前記集積回路ダイは、前記中継ＰＷＢの第１面（５０７）に接続された複数のはんだバンプを含むフリップチップであり、前記中継ＰＷＢの第２面（５０８）は、前記ＰＷＢの前記第１面に接続されたボールグリッドアレイ（５６１）を含み、前記ボールのうちの少なくとも１つは、前記第１導電ビアに電気的に接続されている、付記１に記載のシステム。
【００９３】
付記４．前記集積回路ダイは、前記第１及び第２導電ビアを介して前記アンテナ素子に送られる偏波無線周波数「ＲＦ」信号（１１０２ｃ，１１０２ｄ）を供給するように構成されている、付記１に記載のシステム。
【００９４】
付記５．複数の前記アンテナ素子（６６０）と、複数の前記第１及び第２導電ビア（５１０，５２０）と、を含み、前記集積回路ダイは、前記第１及び第２導電ビアのうちの対応するビアを介して、前記アンテナ素子の各々に対応する偏波ＲＦ信号を供給するように構成されている、付記４に記載のシステム。
【００９５】
付記６．さらに、前記集積回路ダイ内に形成された組込みテスト回路（１１６２）と、前記組込みテスト回路に接続されたコントローラ（２３０，２３１）と、を含み、前記組込みテスト回路は、前記集積回路ダイに対して第１テスト信号（１１０１ａ〜１１０１ｃ）を供給し、前記集積回路ダイから第２テスト信号（１１０２ａ〜１１０２ｄ）を受信するように構成されており、前記コントローラは、前記第２テスト信号を受信して基準第２テスト信号と比較する、付記１に記載のシステム。
【００９６】
付記７．さらに、前記集積回路ダイ内に形成された機内キャリブレーション回路（１１６４）を含み、前記機内キャリブレーション回路は、前記第１導電ビアを介して受信した信号に応答して、システム動作を調整するように構成されている、付記１に記載のシステム。
【００９７】
付記８．前記アンテナ素子は、前記第２及び第１導電ビアを介して前記集積回路ダイ送られるＲＦ信号（１１０１ａ，１１０１ｂ）を供給するように構成されており、前記集積回路ダイは、前記アンテナ素子により供給された前記ＲＦ信号を偏波ＲＦ信号（１１０２ａ，１１０２ｂ）に変換するように構成されている、付記１に記載のシステム。
【００９８】
付記９．複数のアンテナ素子（６６０）と、複数の第１及び第２導電ビア（５１０，５２０）と、を含み、各アンテナ素子は、前記第２及び第１導電ビアのうちの対応するビアを介して前記集積回路ダイに送られるＲＦ信号（１１０１ａ，１１０１ｂ）を供給するように構成されており、前記集積回路ダイは、各アンテナ素子により供給される前記ＲＦ信号を偏波ＲＦ信号（１１０２ａ，１１０２ｂ）に変換するように構成されている、付記８に記載のシステム。
【００９９】
付記１０．さらに、金属製ハニカム構造体（１０７）と、前記金属製ハニカム構造体内に形成されるとともに、各々が、対応するアンテナ素子の半径と実質的に等しい半径を有する複数の円筒導波管（１０５）と、前記円筒導波管の各々の表面（５０５，５０６）に沿って形成された凹部（５１６ａ，５１６ｂ）と、を含み、前記円筒導波管及び前記凹部には、誘電材料が充填され、充填された各凹部は、前記誘電材料を前記円筒導波管に機械的に固定する、付記１に記載のシステム。
【０１００】
付記１１．前記誘電材料は、前記金属製ハニカム構造体の熱膨張係数「ＣＴＥ」と実質的に等しいＣＴＥを有するとともに、前記ＰＷＢの誘電率と実質的に等しい誘電率を有する、付記１０に記載のシステム。
【０１０１】
付記１２．さらに、前記複数の円筒導波管の露出面（５０９）、及び、前記金属製ハニカム構造体の外面（５０１）に設けられた、材料の複数の広角インピーダンス整合「ＷＡＩＭ」層（５６３）を含む、付記１０に記載のシステム。
【０１０２】
付記１３．前記金属製ハニカム構造体は、アルミニウムを含む、付記１０に記載のシステム。
【０１０３】
付記１４．さらに、前記第２部分集合層のうちの少なくとも１つに形成されたＲＦ分配回路（９３５，９４５）と、前記第２部分集合層を貫通するとともに、前記第２導電ビアの周りに分散配置されることにより前記第２導電ビアを囲む導波管ケージ（６５１）を形成する複数の接地ビアと、を含み、前記複数の接地ビアは、さらに、前記ＲＦ分配回路内の無線周波数干渉「ＲＦＩ」を低減する、付記１に記載のシステム。
【０１０４】
付記１５．さらに、複数のフェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリ（２２４，２２８）と、前記複数のサブアレイ・タイルアセンブリに接続された複数の円筒導波管を含む開口ハウジング（１０６）と、前記複数のサブアレイ・タイルアセンブリに接続されたアレイ分配プリント配線基板「ＰＷＢ」（２１２，２１６）と、前記アレイ分配ＰＷＢと前記複数のサブアレイ・タイルアセンブリとの間に設けられたコールドプレート（２１３，２１７）と、を含む付記１に記載のシステム。
【０１０５】
付記１６．複数の層（５２７，５２９）を有し、実質的に平面状であるプリント配線基板「ＰＷＢ」（５２５）と、前記ＰＷＢの第１面に接続された１つ又は複数の集積回路ダイ（５４０）と、前記ＰＷＢの第２面（５０４）に接続された少なくとも４つのアンテナ素子（６６０ｄ，６６０ｅ，６６０ｆ，６６０ｇ）と、を備えるサブアレイ・タイルアセンブリ（２２４，２２８）を含み、前記少なくとも４つのアンテナ素子は、前記ＰＷＢ上に正方格子グリッド状（１００１）に配置されており、前記集積回路ダイは、前記層を介して、前記４つのアンテナ素子の各々に電気的に接続されている、システム。
【０１０６】
付記１７．前記集積回路ダイは、シリコンゲルマニウム合金を含む、付記１６に記載のシステム。
【０１０７】
付記１８．前記集積回路ダイは、前記４つのアンテナ素子の各々からＲＦ信号（１１０１ａ，１１０１ｂ）を受信して、対応するＲＦ信号を偏波ＲＦ信号（１１０２ａ，１１０２ｂ）に変換する、付記１６に記載のシステム。
【０１０８】
付記１９．第１直径を有し、前記集積回路ダイに接続されるとともに、前記層のうちの第１部分集合層（５２７）を貫通する第１導電ビア（５１０）と、前記第１直径よりも大きい第２直径を有し、前記第１導電ビアからオフセット配置されるとともに、前記層のうちの第２部分集合層（５２９）を貫通して前記アンテナ素子に接続された第２導電ビアと、前記第１及び第２導電ビアに接続された前記ＰＷＢの導電配線路（５３０）と、をさらに含み、前記第２導電ビアの前記オフセット配置により、前記集積回路ダイに対する熱機械的な応力が緩和される、付記１６に記載のシステム。
【０１０９】
付記２０．前記集積回路ダイは、前記ＰＷＢの前記第１面に接続された複数のはんだバンプ（５４１）を含むフリップチップであり、前記はんだバンプのうちの少なくとも１つは、前記第１導電ビアに電気的に接続している、付記１９に記載のシステム。
【０１１０】
付記２１．さらに、前記第２部分集合層のうちの少なくとも１つに形成されたＲＦ分配回路（９３５，９４５）と、前記第２部分集合層を貫通するとともに、前記第２導電ビアの周りに分散配置されることにより前記第２導電ビアを囲む導波管ケージ（６５１）を形成する複数の接地ビアと、を含み、前記複数の接地ビアは、さらに、前記ＲＦ分配回路内の無線周波数干渉「ＲＦＩ」を低減する、付記１９に記載のシステム。
【０１１１】
付記２２．集積回路ダイ（５４０）とアンテナ素子（６６０）との間のプリント配線基板「ＰＷＢ」（５２５）を通る導電経路（５１０，５３０，５２０）に沿ってＲＦ信号を送ること（１２０５，１２１０）を含む方法であって、前記導電経路は、第１直径を有し、前記集積回路ダイに接続されるとともに、前記ＰＷＢにおける第１部分集合層（５２７）を貫通する第１導電ビア（５１０）と、前記第１直径よりも大きい第２直径を有し、前記第１導電ビアからオフセット配置されるとともに、前記ＰＷＢにおける第２部分集合層（５２９）を貫通して前記アンテナ素子に接続された第２導電ビア（５２９）と、前記第１及び第２導電ビアに接続された前記ＰＷＢの導電配線路（５３０）と、を含む方法。
【０１１２】
付記２３．前記集積回路ダイは、前記第１及び第２導電ビアを介して前記アンテナ素子に送られる偏波無線周波数「ＲＦ」信号（１１０２ｃ，１１０２ｄ）を供給するように構成されている、付記２２に記載の方法。
【０１１３】
付記２４．複数の前記アンテナ素子と、複数の前記第１及び第２導電ビアと、を含み、前記集積回路ダイは、前記第１及び第２導電ビアのうちの対応するビアを介して、前記アンテナ素子の各々に対応する偏波ＲＦ信号を供給するように構成されている、付記２３に記載の方法。
【０１１４】
付記２５．前記アンテナ素子は、前記第２及び第１導電ビアを介して前記集積回路ダイに送られる無線周波数「ＲＦ」信号（１１０１ａ，１１０１ｂ）を供給するように構成されており、前記集積回路ダイは、前記アンテナ素子により供給された前記ＲＦ信号を偏波ＲＦ信号（１１０２ａ，１１０２ｂ）に変換するように構成されている、付記２２に記載の方法。
【０１１５】
付記２６．前記アンテナ素子は、複数であり、前記第１及び第２導電ビアは、複数であり、各アンテナ素子は、前記第２及び第１導電ビアのうちの対応するビアを介して前記集積回路ダイに送られるＲＦ信号を供給するように構成されており、前記集積回路ダイは、各アンテナ素子により供給された前記ＲＦ信号を偏波ＲＦ信号に変換するように構成されている、付記２５に記載の方法。
【０１１６】
付記２７．複数の層（５２７，５２９）を有するプリント配線基板「ＰＷＢ」（５２５）を用意し（１３０５）、前記ＰＷＢの第１面（５０３）に接続された状態にて集積回路ダイ（５４０）を設け（１３３０）、前記ＰＷＢの第２面（５０４）に接続された状態にてアンテナ素子（６６０）を形成し（１３３５）、前記層のうちの第１部分集合層（５２７）を貫通する第１導電ビア（５１０）に対して、前記集積回路ダイを電気的に接続し（１３１５，１３３０）、前記第１導電ビアからオフセット配置されるとともに、前記層のうちの第２部分集合層（５２９）を貫通して前記アンテナ素子に接続された第２導電ビア（５２０）に対して、前記第１導電ビアを電気的に接続する（１３１０，１３１５．１３３５）、方法。
【０１１７】
付記２８．前記集積回路ダイを設けるに際して、前記集積回路ダイの第１面（６０８）に設けられた複数のはんだバンプ（５４１）を、前記ＰＷＢの前記第１面に接続し（１３３０）、その際、前記はんだバンプのうちの少なくとも１つは、前記第１導電ビアに電気的に接続しており、前記集積回路ダイの第１面と、前記ＰＷＢの前記第１面との間の領域（６０９）にアンダーフィル材を充填する（１３３０）、付記２７に記載の方法。
【０１１８】
付記２９．前記集積回路ダイを設けるに際して、前記集積回路ダイの第１面（６０８）に設けられた複数のはんだバンプ（５４１）を、中継プリント配線基板（ＰＷＢ）（５６０）の第１面（５０７）に接続し（１３３０）、前記集積回路ダイの前記第１面と、前記中継ＰＷＢ５６０の前記第１面との間の領域（５０７ａ）にアンダーフィル材を充填し（１３３０）、前記中継ＰＷＢの第２面（５０８）上に設けられたボールグリッドアレイ「ＢＧＡ」を、前記ＰＷＢの前記第１面に接続し（１３３０）、その際、前記ＢＧＡにおけるボールのうちの少なくとも１つは、前記第１導電ビアと電気的に接続させる、付記２７に記載の方法。
【０１１９】
付記３０．さらに、金属製ハニカム構造体を用意し（１３３５）、前記金属製ハニカム構造体内に複数の円筒導波管（１０５）を形成し（１３３５）、その際、各円筒導波管は、対応するアンテナ素子（６６０）の半径と実質的に等しい半径を有しており、前記円筒導波管の各々の表面（５０５，５０６）に沿って凹部（５１６ａ，５１６ｂ）を形成し（１３４５）、前記円筒導波管及び前記凹部に誘電材料を充填し（１３５０）、その際、前記誘電材料は、前記ＰＷＢの誘電率と実質的に等しい誘電率を有しており、充填された各凹部は、前記誘電材料を前記円筒導波管に機械的に固定する、付記２７に記載の方法。
【０１２０】
付記３１．さらに、前記第２部分集合層のうちの少なくとも１つにＲＦ分配回路（９３５，９４５）を形成し（１３２０）、前記第２部分集合層を貫通する複数の接地ビア（５５０）を形成し（１３１０）、前記複数の接地ビアは、前記第２導電ビアの周りに分散配置されることにより前記第２導電ビアを囲む導波管ケージ（６５１）を形成するとともに、前記ＲＦ分配回路内の無線周波数干渉「ＲＦＩ」を低減する、付記２７に記載の方法。
【０１２１】
付記３２．複数のフェーズドアレイ・アンテナ・サブアレイ・タイルアセンブリ（２２４，２２８）と接続するように構成された複数の円筒導波管（１０５）を含む金属製ハニカム構造体（１０７）を用意し（１３４０）、前記円筒導波管の各々の表面（５０５，５０６）に沿って凹部（５１６ａ，５１６ｂ）を形成し（１３４５）、前記円筒導波管及び前記凹部に誘電材料を充填し（１３４５）、充填された各凹部は、前記誘電材料を前記円筒導波管に機械的に固定する、方法。
【０１２２】
付記３３．前記金属製ハニカム構造体は、アルミニウムを含む、付記３２に記載の方法。
【０１２３】
付記３４．前記複数の円筒導波管には、複数のアンテナ素子（６６０）が接続されており、各円筒導波管は、対応するアンテナ素子の半径に実質的に等しい半径を有する、付記３２に記載の方法。
【０１２４】
付記３５．前記誘電材料は、前記サブアレイ・タイルアセンブリの各々のプリント配線基板「ＰＷＢ」（５２５）に接触し、前記円筒導波管を充填するに際して、さらに、誘電材料を、前記円筒導波管及び前記凹部に実質的に対応する形状に成形し（１３５０）、その際、前記誘電材料は、前記金属製ハニカム構造体の熱膨張係数「ＣＴＥ」に実質的に等しいＣＴＥを有するとともに、前記ＰＷＢの誘電率に実質的に等しい誘電率を有し、成形された前記誘電材料を前記円筒導波管の各々に挿入して、前記円筒導波管及び前記凹部を充填する（１３５０）、付記３２に記載の方法。
【０１２５】
付記３６．前記誘電材料は、前記サブアレイ・タイルアセンブリの各々のプリント配線基板「ＰＷＢ」に接触しており、前記円筒導波管を充填するに際して、前記誘電材料を、前記円筒導波管及び凹部の各々に注入し（１３５０）、その際、前記誘電材料は、前記金属製ハニカム構造体の熱膨張係数「ＣＴＥ」に実質的に等しいＣＴＥを有するとともに、前記ＰＷＢの誘電率に実質的に等しい誘電率を有する、付記３２に記載の方法。
【０１２６】
上記説明を考慮すると、本明細書に記載した様々な例に従って実施されるサブアレイ・タイルアセンブリは、様々な技術を組み合わせて形成されるものであり、これにより、性能及び機能性を向上させる一方で、コスト、寸法、重量、及び電力を低減することができるということが分かるであろう。サブアレイ・タイルアセンブリは、大型のアレイ寸法を実現するために、よりコスト効率のよいサブアレイ寸法を用いるスケーラブルな組立ブロックである。ＳｉＧｅの集積回路ダイ５４０を組み入れたＡｉＰＷＢ５２５、アンテナ素子６６０、マイクロビア及び当該マイクロビアからオフセット配置されてダイ５４０をアンテナ素子６６０に接続するめっきビア、ＡｉＰＷＢ５２５の導波管６０１の介在領域内に形成されたＲＦ分配回路９３５／９４５を有するＲＦ分配層９００、導波管の接地ビア５５０を兼用してＲＦ分配回路９３５／９４５内の無線周波数干渉を低減すること、組込みテスト、並びに、機内キャリブレーションは、全て、一体型フェーズドアレイ・アンテナ１００の作製、組み立て、製造性、及び、テストを最適化することができる。
【０１２７】
上述した例は、本発明を説明するものであって、何ら限定を加えるものではない。また、本発明の原理に従って、多くの改変及び変形が可能であることを理解されたい。したがって、本発明の範囲は、以下の請求の範囲によってのみ定義される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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