АРХИТЕКТУРА НАРАЩИВАЕМОЙ ДВУМЕРНОЙ КОМПОНОВКИ ДЛЯ СИСТЕМЫ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ С АКТИВНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ
ARCHITECTURE OF SCALABLE TWO-DIMENSIONAL LAYOUT FOR PHASED ARRAY ANTENNA SYSTEM WITH ACTIVE SCANNING

[001] В области фазированных антенных решеток непрерывно предпринимаются попытки создать мозаичный блок подрешетки фазированной антенной решетки, характеризующийся доступной ценой и высокой производительностью, для его использования в качестве конструктивного блока в фазированных антенных решетках. Обычно системы фазированной антенной решетки (например, мозаичные блоки подрешетки) проектируют и производят в конфигурациях с крупной решеткой для решения конкретных задач. Такие системы являются сложными и требуют наличия множества деталей, а также требуют многих часов на их изготовление, сборку, а также на контроль конечной продукции. Кроме того, блоки большего размера или большей сложности затруднительно изготавливать, что дополнительно увеличивает расходы на фоне низких доходов от реализации.
[002] Обычные технологии, используемые для создания фазированных антенных решеток, в целом представляют собой одиночные решения конкретных задач. В силу этого, эти продукты являются, по большой части, дорогими и характеризуются худшей совместимостью. Например, существующие решения, направленные на создание недорогой высокоточной антенной решетки, часто основаны на объединении большего количества функциональных возможностей в мозаичных блоках решетки большего размера. Однако мозаичные блоки решетки большего размера увеличивают сложность печатных плат в многочисленных слоях, увеличивают общие размеры плат, увеличивают отношение переходного отверстия к стороне и увеличивают количество переходных отверстий, что в результате приводит к снижению доходов от производимых блоков и увеличению затрат.
[003] Соответственно, имеется потребность в создании улучшенной реализации фазированной антенной решетки, которая обеспечит наличие высокоточных характеристик у фазированной антенной решетки без чрезмерных затрат.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[004] Один или более примеров в целом относятся к фазированным антенным решеткам, в частности к наращиваемым плоским мозаичным блокам подрешетки фазированной антенной решетки. В данном документе предложены системы и способы в соответствии с одним или более примерами, которые обеспечивают улучшенный подход к созданию наращиваемого мозаичного блока подрешетки плоской фазированной антенной решетки. В некоторых примерах мозаичный блок подрешетки реализован в виде монтажной печатной платы (PWB), при этом с монтажной печатной платой соединены антенные элементы. В одном примере монтажная печатная плата может содержать кристалл интегральной схемы, прикрепленный непосредственно к монтажной печатной плате и соединенный с антенными элементами. Одиночный кристалл интегральной схемы может содержать четыре схемы для формирования диаграмм направленности и может быть соединен с четырьмя антенными элементами для выполнения операций по формированию диаграммы направленности. Кристалл интегральной схемы соединен с антенными элементами через проводящие переходные отверстия, образованные в монтажной печатной плате. Переходные микроотверстия, образованные в слоях печатной монтажной платы, соединены с кристаллом интегральной схемы. Переходные микроотверстия соединены с металлизированными сквозными переходными отверстиями большего размера, причем металлизированные сквозные переходные отверстия смещены для обеспечения снятия теплового и механического напряжений, воздействующих на кристалл интегральной схемы. Металлизированные сквозные переходные отверстия проходят через слои монтажной печатной платы и соединены с антенными элементами.
[005] В одном примере система фазированной антенной решетки содержит мозаичный блок подрешетки фазированной антенной решетки, содержащий монтажную печатную плату (PWB), содержащую множество слоев, кристалл интегральной схемы, соединенный с первой поверхностью монтажной печатной платы, антенный элемент, соединенный со второй поверхностью монтажной печатной платы, первое проводящее переходное отверстие, имеющее первый диаметр, причем первое проводящее переходное отверстие соединено с кристаллом интегральной схемы и проходит через первую подсовокупность слоев, второе проводящее переходное отверстие, имеющее второй диаметр, который больше первого диаметра, причем второе проводящее переходное отверстие смещено по отношению к первому проводящему переходному отверстию, проходит через вторую подсовокупность слоев и соединено с антенным элементом, проводящую дорожку монтажной печатной платы, соединенную с первым и вторым проводящими переходными отверстиями, причем смещение второго проводящего переходного отверстия обеспечивает разгрузку от теплового и механического напряжений, воздействующих на кристалл интегральной схемы.
[006] Еще в одном примере система фазированной антенной решетки содержит мозаичный блок подрешетки, содержащий по существу плоскую монтажную печатную плату (PWB), содержащую множество слоев, один или более кристаллов интегральной схемы, соединенных с первой поверхностью монтажной печатной платы, по меньшей мере четыре антенных элемента, соединенных со второй поверхностью монтажной печатной платы, причем указанные по меньшей мере четыре антенных элемента расположены в квадратной решетке на монтажной печатной плате, первое проводящее переходное отверстие, соединенное с кристаллом интегральной схемы и проходящее через первую подсовокупность слоев, второе проводящее переходное отверстие, смещенное по отношению к первому проводящему переходному отверстию, проходящее через вторую подсовокупность слоев и соединенное по меньшей мере с одним из указанных по меньшей мере четырех антенных элементов, проводящую дорожку монтажной печатной платы, соединенную с первым и вторым проводящими переходными отверстиями, причем кристалл интегральной схемы электрически соединен с каждым из указанных четырех антенных элементов через указанные слои.
[007] Еще в одном примере способ использования системы фазированной антенной решетки включает проведение радиочастотного сигнала вдоль проводящего пути через монтажную печатную плату (PWB) между кристаллом интегральной схемы и антенным элементом, причем проводящий путь содержит: первое проводящее переходное отверстие, имеющее первый диаметр, причем первое проводящее переходное отверстие соединено с кристаллом интегральной схемы и проходит через первую подсовокупность слоев монтажной печатной платы, второе проводящее переходное отверстие, имеющее второй диаметр, который больше первого диаметра, причем второе проводящее переходное отверстие смещено по отношению к первому проводящему переходному отверстию, проходит через вторую подсовокупность слоев монтажной печатной платы и соединено с антенным элементом, и проводящую дорожку монтажной печатной платы, соединенную с первым и вторым проводящими переходными отверстиями.
[008] Еще в одном примере способ изготовления системы фазированной антенной решетки включает обеспечение наличия монтажной печатной платы (PWB), содержащей множество слоев, обеспечение наличия кристалла интегральной схемы, соединенного с первой поверхностью монтажной печатной платы, обеспечение наличия антенного элемента, соединенного со второй поверхностью монтажной печатной платы, электрическое соединение кристалла интегральной схемы с первым проводящим переходным отверстием, проходящим через первую подсовокупность слоев, и электрическое соединение с помощью проводящей дорожки монтажной печатной платы первого проводящего переходного отверстия со вторым проводящим переходным отверстием, смещенным по отношению к первому проводящему переходному отверстию, проходящим через вторую подсовокупность слоев и соединенным с антенным элементом.
[009] Еще в одном примере способ изготовления системы фазированной антенной решетки включает выполнение металлической сотовидной структуры, содержащей множество цилиндрических волноводов, выполненных для взаимодействия со множеством мозаичных блоков подрешетки фазированной антенной решетки, формирование выемки вдоль поверхности каждого из указанных цилиндрических волноводов, заполнение указанных цилиндрических волноводов и выемок диэлектрическим материалом, причем каждая заполненная выемка механически скрепляет диэлектрический материал с цилиндрическим волноводом.
[0010] Объем настоящего изобретения задан пунктами формулы изобретения, которые включены в данный раздел посредством ссылки. После ознакомления с приведенным далее разделом «Осуществление изобретения», в котором описаны один или более примеров, специалисты в данной области техники смогут лучше понять примеры настоящего изобретения, а также дополнительные преимущества этих примеров. Далее приведены ссылки на прилагаемые листы с чертежами, которые сначала описаны в краткой форме.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0011] На ФИГ. 1 показан внешний вид системы фазированной антенной решетки в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0012] На ФИГ. 2 показан разобранный вид системы фазированной антенной решетки в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0013] На ФИГ. 3 показан разобранный вид встраиваемой в антенну монтажной печатной платы, взаимодействующей с монтажной печатной платой для распределения решеток в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0014] На ФИГ. 4 показан вид в разрезе системы фазированной антенной решетки в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0015] На ФИГ. 5 показан вид в разрезе встраиваемой в антенну монтажной печатной платы, соединенной с кристаллом интегральной схемы и волноводом в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0016] На ФИГ. 6 показан вид в разрезе кристалла интегральной схемы, соединенного с антенными элементами через встраиваемую в антенну монтажную печатную плату в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0017] На ФИГ. 7 показан вид волновода встраиваемой в антенну монтажной печатной платы, соединенного с цилиндрическим волноводом в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0018] На ФИГ. 8 показан вид в разрезе встраиваемой в антенну монтажной печатной платы в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0019] На ФИГ. 9 показан вид слоя распределения радиочастот встраиваемой в антенну монтажной печатной платы в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0020] На ФИГ. 10А показан вид мозаичного блока подрешетки в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0021] На ФИГ. 10В показан вид передающей фазированной антенной решетки в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0022] На ФИГ. 10С показан вид принимающей фазированной антенной решетки в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0023] На ФИГ. 11А показаны кристалл интегральной схемы, соединенный с антенными элементами в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0024] На ФИГ. 11В показан разобранный вид кристалла интегральной схемы в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0025] На ФИГ. 11С показаны электронные устройства
принимающего элемента в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0026] На ФИГ. 11D показаны электронные устройства
передающего элемента в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0027] На ФИГ. 12А показан способ использования принимающего
мозаичного блока подрешетки в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0028] На ФИГ. 12В показан способ использования передающего мозаичного блока подрешетки в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0029] На ФИГ. 13 показан способ создания мозаичного блока подрешетки фазированной антенной решетки в соответствии с примером настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0030] Примеры настоящего изобретения обеспечивают наращиваемый мозаичный блок подрешетки, который существенно уменьшает количество деталей, сокращает этапы технологической обработки, производства и сборки, а также уменьшает затраты на создание фазированной антенной решетки. В силу этого, наращиваемый мозаичный блок подрешетки может быть воспроизведен в любом двумерном направлении для создания апертуры фазированной решетки с большим размером.
[0031] В некоторых примерах встраиваемая в антенну монтажная печатная плата содержит первую подсовокупность слоев из тонкого препрега или меди, прилегающих к первой поверхности (например, верхней поверхности) для расположения первых проводящих переходных отверстий (например, проделанных лазером переходных микроотверстий). Первые проводящие переходные отверстия используют для прямого соединения с кристаллом интегральной схемы с высокой плотностью, содержащим решетки шариковых выводов с малым шагом. При использовании слоев из тонкого препрега или меди и проделанных лазером переходных микроотверстий на первой подсовокупности слоев, конструкция встраиваемой в антенну монтажной печатной платы может вмещать кристалл интегральной схемы с малым шагом, прикрепленный непосредственно к верхней поверхности и присоединенный через слои встраиваемой в антенну монтажной печатной платы. Это обеспечивает возможность увеличения плотности монтажа электронных схем, которая ранее считалась невозможной.
[0032] В некоторых примерах встраиваемая в антенну монтажная печатная плата содержит вторую подсовокупность слоев, частично используемую в качестве переходной части волновода. Во вторую подсовокупность слоев включены вторые проводящие переходные отверстия (например, металлизированные сквозные переходные отверстия), соединенные с первыми проводящими переходными отверстиями, проходящими через вторую подсовокупность слоев и соединенными с антенными элементами на второй поверхности (например, нижней поверхности). Вторые проводящие переходные отверстия смещены по отношению к первым проводящим переходным отверстиям для обеспечения снятия теплового и механического напряжения для взаимного соединения кристаллов интегральной схемы с малым шагом. Кроме того, первые и вторые проводящие переходные отверстия соединены во встраиваемой в антенну монтажной печатной платы посредством проводящей дорожки. Таким образом, кристалл интегральной схемы с малым шагом, прикрепленный непосредственно к верхней поверхности встраиваемой в антенну монтажной печатной платы, прочно соединен с антенным элементом для выполнения операций по формированию диаграммы направленности антенны.
[0033] В некоторых примерах кристалл интегральной схемы изготовлен из сплава кремния и германия (SiGe), что требует наличия области меньших размеров для радиочастотных электронных устройств по сравнению с обычными радиочастотными схемами, изготовленными, например, из сплава арсенида и галлия. Одиночный кристалл интегральной схемы содержит электронные устройства элемента для выдачи операций по формированию диаграммы направленности на четыре антенных элемента. Площадь области, сохраненная путем использования кристалла интегральной схемы из SiGe, и возможность прочного соединения решеток шариковых выводов с малым шагом на четырех антенных элементах существенно уменьшают требования к площади области в отношении решетки для электронных устройств, а также упрощают сборку решетки. Уменьшение требований к площади области обеспечивает возможность реализации квадратного плоского мозаичного блока подрешетки, такого как, например, мозаичный блок подрешетки из 64 антенных элементов (например, матрица размером восемь на восемь).
[0034] В некоторых примерах реализация встраиваемой в антенну монтажной печатной платы в виде квадратного плоского мозаичного блока подрешетки обеспечивает возможность маршрутизации схем распределения радиочастот на второй подсовокупности слоев с использованием промежуточных областей между волноводами. Переходные отверстия заземления, проходящие через переходную часть волновода (например, вторую подсовокупность слоев), распределены вокруг каждого второго проводящего переходного отверстия, соединенного с антенным элементом для образования клетки волновода. Таким образом, двадцать четыре переходных отверстия заземления могут быть использованы для каждой клетки волновода антенного элемента. Переходные отверстия заземления повторно используют на слоях переходной секции для уменьшения радиочастотных помех в схеме распределения радиочастот. Путем повторного использования переходных отверстий заземления существенно уменьшается количество переходных отверстий встраиваемой в антенну монтажной печатной платы (например, десятикратное уменьшение переходных отверстий), что делает встраиваемую в антенну монтажную печатную плату менее сложной и более рентабельной.
[0035] В некоторых примерах металлическая сотовидная структура соединена со встраиваемой в антенну монтажной печатной платой. Цилиндрические волноводы образованы в металлической сотовидной структуре и соединены с антенными элементами. Волноводы могут быть заполнены диэлектрическим материалом. Диэлектрический материал может быть подобран для обеспечения отличительных особенностей, при этом этот материал имеет малые потери на радиочастотах, а также имеет подходящую диэлектрическую постоянную на радиочастотах. Диэлектрический материал может быть выбран таким образом, что он имеет меньшую граничную частоту волновода и меньший диаметр антенного элемента. Кроме того, диэлектрический материал может быть выбран для обеспечения коэффициента теплового расширения для согласования с металлическими сотами. Диэлектрический материал может быть образован в отверстии цилиндрического волновода с использованием процесса инжекционного формования или процесса формования сжатием. В некоторых примерах выемки образованы вдоль поверхностей цилиндрических отверстий для закрепления диэлектрического материала в волноводе.
[0036] В некоторых примерах дополнительные слои встраиваемой в антенну монтажной печатной платы могут быть использованы для выдачи сигналов встроенного тестирования и сигналов калибровки в полете. Кроме того, встроенный контроль может быть включен в интегральную схему из SiGE для обеспечения возможности самоконтроля. Использование возможностей встроенного контроля и калибровки во время полета уменьшает необходимость в 100 процентном контроле на уровне мозаичного блока подрешетки с одновременным поддержанием устойчивой к ошибкам программы контроля системы, в результате чего получают существенное снижение затрат.
[0037] В целом, встраиваемая в антенну монтажная печатная плата использует подрешетки с более экономически эффективным размером (например, 64 элемента, расположенных в матрице размером восемь на восемь) для получения решетки большего размера. Мозаичный блок подрешетки объединяет в себе множество технологий для улучшения характеристик и функциональных возможностей с одновременным сокращением затрат, уменьшением размера, веса и мощности наращиваемого конструктивного блока, что может менять размеры подрешетки и шаг сетки для оптимизации изготовления, сборки, производства и контроля встроенной фазированной антенной решетки.
[0038] В одном из примеров может быть создана монтажная печатная плата, которая содержит множество кристаллов интегральной схемы и антенные элементы. Кристалл интегральной схемы соединен с антенными элементами посредством проводящих переходных отверстий, проходящих через множество слоев монтажной печатной платы. Первое проводящее отверстие, проходящее через первую подсовокупность слоев, соединено с кристаллом интегральной схемы. Второе проводящее переходное отверстие, проходящее через вторую подсовокупность слоев, соединено с антенным элементом. Второе проводящее переходное отверстие смещено по отношению к первому проводящему переходному отверстию и соединено с первым проводящим переходным отверстием посредством проводящей дорожки на слое монтажной печатной платы.
[0039] Еще в одном примере может быть создан мозаичный блок подрешетки, который содержит по существу плоскую монтажную печатную плату и один или более кристаллов интегральной схемы, соединенных с первой поверхностью монтажной печатной платы. По меньшей мере четыре антенных элемента расположены в квадратной решетке на второй поверхности монтажной печатной платы. Одиночный кристалл интегральной схемы электрически соединен с каждым из указанных четырех антенных элементов через слои монтажной печатной платы.
[0040] На ФИГ. 1 показан внешний вид системы 100 фазированной антенной решетки в соответствии с примером настоящего изобретения. Система 100 фазированной антенной решетки может быть использована для передачи и приема сигналов радиочастотной связи или сигналов радара в соответствии с различными технологиями, описанными в данном документе. Система 100 фазированной антенной решетки может быть использована на множестве различных платформ, таких как наземная платформа, платформа на базе самолета или космическая платформа. Система 100 фазированной антенной решетки содержит апертуру 102 передающей антенны и апертуру 103 принимающей антенны. В некоторых примерах апертура 102 передающей антенны может содержать две тысячи сорок восемь передающих элементов, а апертура принимающей антенны может содержать две тысячи шестьсот восемьдесят восемь принимающих элементов. Система 100 фазированной антенной решетки может содержать апертурный корпус 106, имеющий один или более монтажных выступов 108 для жесткого скрепления системы 100 фазированной антенной решетки с платформой, такой как, например, антенный обтекатель самолета. Апертурный корпус 106 может иметь металлическую сотовидную структуру 107 и множество цилиндрических волноводов 105, образованных в металлической сотовидной структуре 107. Металл металлической сотовидной структуры 107 может содержать алюминий в виде чистого алюминия или алюминиевого сплава. В некоторых примерах волноводы 105 могут иметь прямоугольную форму, квадратную форму или любую другую форму, подходящую для волновода 105. Подача данных и энергии питания через соединители 109 обеспечена для каждой из апертуры 102 передающей антенны и апертуры 103 принимающей антенны для приема и передачи данных, а также для приема энергии питания от внешних источников. В некоторых примерах обеспечено наличие монтажных соединителей 109, выполненных в виде кольцевого выступа, однако возможны и другие типы соединителей для передачи данных и энергии питания. Коаксиальные радиочастотные подающие линии, проходящие через соединители 119, обеспечены для каждой из апертуры 102 передающей антенны и апертуры 103 принимающей антенны. Система 100 фазированной антенной решетки обеспечивает компактный радар с совместно используемой апертурой и архитектуру антенны связи для обеспечения преимуществ в рабочих характеристиках, размере и весе.
[0041] На ФИГ. 2 показан разобранный вид системы 100 фазированной антенной решетки в соответствии с примером настоящего изобретения. Система 100 фазированной антенной решетки может содержать апертурный блок 201, антенную решетку 202, содержащую подсистему 211 принимающей фазированной антенной решетки и подсистему 215 передающей фазированной антенной решетки, блок 204 охлаждающих пластин, блок 206 распределения решеток и покрытие 208.
[0042] Апертурный блок 201 может содержать апертурный корпус 106, имеющий металлическую сотовидную структуру 107 и содержащий множество цилиндрических волноводов 105, образованных в металлической сотовидной структуре 107, как описано в настоящем документе. В некоторых примерах цилиндрические волноводы 105 могут быть заполнены диэлектрическим материалом, как описано в настоящем документе. В некоторых примерах диэлектрический материал может быть выбран таким образом, что он обеспечивает совершенствование рабочих характеристик. Например, улучшения в части широких углов сканирования и увеличение ширины полосы частот могут потребовать наличия диэлектрического материала со свойствами, подходящими для обеспечения улучшений в граничной частоте волновода и диаметре элемента, связанном с такими улучшениями.
[0043] Как показано на ФИГ. 2, антенная решетка 202 содержит принимающую фазированную антенную решетку 214 и передающую фазированную антенную решетку 218. Каждая из принимающей фазированной антенной решетки 214 и передающей фазированной антенной решетки 218 содержит множество мозаичных блоков подрешетки фазированной антенной решетки. В некоторых примерах принимающая фазированная антенная решетка 214 содержит двадцать четыре мозаичных блока 224 подрешетки принимающей фазированной антенной решетки. В некоторых примерах передающая фазированная антенная решетка 218 содержит тридцать два мозаичных блока 228 подрешетки передающей фазированной антенной решетки. В других примерах принимающей фазированной антенной решетки 214 и передающей фазированной антенной решетки 218 возможно использование большего или меньшего количества мозаичных блоков подрешетки. Таким образом, мозаичный блок подрешетки фазированной антенной решетки (например, мозаичный блок 224 подрешетки принимающей фазированной антенной решетки и/или мозаичный блок 228 подрешетки передающей фазированной антенной решетки) образует наращиваемый конструктивный узел, предназначенный для его использования в фазированной антенной решетке большого размера.
[0044] В примере, показанном на ФИГ. 2, блок 204 охлаждающих пластин содержит принимающую охлаждающую пластину 213 и передающую охлаждающую пластину 217. Блок 204 охлаждающих пластин может быть выполнен с возможностью соединения с антенной решеткой 202 на первой поверхности и блоком 206 распределения решеток на второй поверхности. Блок 204 охлаждающих пластин может быть выполнен с возможностью поддержания безопасной для работы температуры для каждого из присоединенной антенной решетки 202 и блока 206 распределения решеток. В некоторых примерах остаточное тепло от антенной решетки 202 и/или блока 206 распределения решеток может быть пассивно передано на блок 204 охлаждающих пластин. В других примерах блок 204 охлаждающих пластин может быть образован каналами для приема текучей среды для интенсивного охлаждения антенной решетки 202 и/или блока 206 распределения решеток. Принимающая охлаждающая пластина 213 может быть соединена с принимающей фазированной антенной решеткой 214 на первой поверхности и принимающей монтажной печатной платой 212 для распределения решеток на второй поверхности. Передающая охлаждающая пластина 217 может быть соединена с передающей фазированной антенной решеткой 218 на первой поверхности и передающей монтажной печатной платой 216 для распределения решеток на второй поверхности. Множество отверстий 209, образованных в принимающей охлаждающей пластине 213 и передающей охлаждающей пластине 217, могут принимать соединители, выполненные с возможностью обеспечения электрического интерфейса между антенной решеткой 202 и блоком 206 распределения решеток, как описано в настоящем документе.
[0045] В примере, показанном на ФИГ. 2, система 100 фазированной антенной решетки содержит блок 206 распределения решеток. Блок 206 распределения решеток содержит приемную монтажную печатную плату 212 блока распределения решеток и передающую монтажную печатную плату 216 блока распределения решеток для выдачи энергии питания, данных, тактовых импульсов и/или управляющих сигналов на антенную решетку 202. Таким образом, схема 222 питания и управления приемной монтажной печатной платой 212 блока распределения решеток может выдавать радиочастотные сигналы, сигналы питания постоянного тока и управляющие сигналы на каждый из принимающих мозаичных блоков 224 подрешетки принимающей фазированной антенной решетки 214.
[0046] Кроме того, схема 222 питания и управления может обеспечивать контроллер 230 для взаимодействия с кристаллом интегральной схемы принимающего мозаичного блока 224 подрешетки. Контроллер 230 может содержать, например, микропроцессор, логическое устройство (например, программируемое логическое устройство, выполненное с возможностью исполнения обрабатывающих операций), устройство для цифровой обработки сигналов, одно или более запоминающих устройств для хранения исполняемых инструкций (например, программное обеспечение, программно-аппаратные средства или другие инструкции), и/или любую другую подходящую комбинацию обрабатывающего устройства и/или запоминающего устройства для исполнения инструкций для выполнения любых различных операций, описанных в данном документе.
[0047] Контроллер 230 схемы 222 питания и управления может быть соединен со встроенной схемой контроля (такой как, например, встроенная схема контроля 1162, показанная на ФИГ. 11В), образованной в кристалле интегральной схемы (такой как, например, кристалл 540 интегральной схемы, показанный на ФИГ. 5). В некоторых примерах встроенная схема контроля может выдавать тестовые сигналы, по существу схожие с системными сигналами. Таким образом, встроенная схема контроля может быть выполнена с возможностью выдачи первого тестового сигнала (1101а-1101с) на кристалл 540 интегральной схемы и с возможностью приема второго тестового сигнала (1102a-1102d) от кристалла 540 интегральной схемы. Контроллер 230 принимает второй тестовый сигнал для сравнения с опорным вторым тестовым сигналом. Кроме того, схема для калибровки в полете (такая как, например, схема 1164 для калибровки в полете, показанная на ФИГ. 11В) может быть образована внутри кристалла 540 интегральной схемы. Схема для калибровки в полете может быть выполнена с возможностью регулировки работы системы в ответ на сигнал, принятый через первое проводящее переходное отверстие. Обеспечение возможностей встроенного контроля и калибровки в полете внутри кристалла 540 интегральной схемы обеспечивает возможность контроля в реальном времени основных рабочих параметров и возможность раненного обнаружения ухудшения рабочих характеристик, что обеспечивает снижение затрат на контроль системы 100 фазированной антенной решетки и приведение ее в действие.
[0048] Радиочастотный преобразователь 223 может быть обеспечен для преобразования радиочастотных сигналов, принятых от принимающего мозаичного блока 224 подрешетки, в среднечастотные сигналы и распределения среднечастотных сигналов из приемной монтажной печатной платы 212 блока распределения решеток на другие системы через коаксиальное радиочастотное подающее устройство посредством соединителя 119. Приемная монтажная печатная плата 212 блока распределения решеток может содержать схему 227 управления диаграммой направленности, используемую при обработке поляризованных радиочастотных сигналов (таких как, например, поляризованные радиочастотные сигналы 1102а-b, показанные на ФИГ. 11С), принятых от принимающего мозаичного блока 224 подрешетки.
[0049] Передающая монтажная печатная плата 216 блока распределения решеток может содержать схему 226 питания и управления для выдачи радиочастотных сигналов, а также сигналов питания постоянного тока и управляющих сигналов на каждый из передающих мозаичных блоков 228 подрешетки передающей фазированной антенной решетки 218. Схема 226 питания и управления может обеспечивать контроллер 231 для взаимодействия с кристаллом интегральной схемы (таким как, например, кристалл 540 интегральной схемы, показанный на ФИГ. 5) передающего мозаичного блока 228 подрешетки. Контроллер 231 похож на контроллер 230 схемы 222 питания и управления, описанный в настоящем документе. Контроллер 231 схемы 226 питания и управления может быть соединен со встроенной схемой контроля, образованной в кристалле интегральной схемы для приема тестового сигнала от кристалла интегральной схемы для сравнения с опорным тестовым сигналом, как описано в настоящем документе.
[0050] Кроме того, радиочастотный преобразователь 229 может быть выполнен с возможностью преобразования среднечастотных сигналов, принятых от других систем через коаксиальное радиочастотное подающее устройство посредством соединителя 119, в радиочастотные сигналы и с возможностью выдачи преобразованных радиочастотных сигналов на передающий мозаичный блок 228 подрешетки для выполнения операций по формированию диаграммы направленности и осуществления передачи. Интерфейсный разъем 219 может быть обеспечен для электрического соединения передающей монтажной печатной платы 216 блока распределения решеток с приемной монтажной печатной платой 212 блока распределения решеток.
[0051] Как показано на ФИГ. 2, система 100 фазированной антенной решетки содержит покрытие 208 для защиты от загрязнения окружающей среды и для экранирования от электромагнитных помех.
[0052] В примере, показанном на ФИГ. 2, система 100 фазированной антенной решетки содержит подсистему 211 принимающей фазированной антенной решетки и подсистему 215 передающей фазированной антенной решетки. Подсистема 211 принимающей фазированной антенной решетки содержит приемную монтажную печатную плату 212 блока распределения решеток, принимающую охлаждающую пластину 213 и принимающую фазированную антенную решетку 214, содержащую сорок два принимающих мозаичных блока 224 подрешетки, как описано в настоящем документе. Подсистема 215 передающей фазированной антенной решетки содержит передающую монтажную печатную плату 216 блока распределения решеток, передающую охлаждающую пластину 217 и передающую фазированную антенную решетку 218, содержащую тридцать два передающих мозаичных блока 228 подрешетки, как описано в настоящем документе. Таким образом, подсистема 211 принимающей фазированной антенной решетки и подсистема 215 передающей фазированной антенной решетки обеспечивают компактную полностью встроенную многофункциональную систему 100 фазированной антенной решетки, подходящую для всех электронных устройств, соединений питания, соединений управления и радиочастотных соединений с решеткой и от нее в пределах шага сетки антенного обтекателя. Система 100 фазированной антенной решетки обеспечивает объединение многочисленных технологий в наименьшее количество деталей для уменьшения количества производственных процессов, сокращения времени сборки и снижения затрат, приходящихся на каждый элемент фазированных антенных решеток.
[0053] На ФИГ. 3 показан разобранный вид встраиваемой в антенну монтажной печатной платы, взаимодействующей с монтажной печатной платой для распределения решеток в соответствии с примером настоящего изобретения. Как показано на ФИГ. 3, апертурный блок 201 имеет металлическую сотовидную структуру 107 и множество цилиндрических волноводов 105, образованных в металлической сотовидной структуре 107, как описано в настоящем документе. Кроме того, на ФИГ. 3 показана антенная решетка 202 с принимающей фазированной антенной решеткой 214 и передающей фазированной антенной решеткой 218. Принимающая фазированная антенная решетка 214 содержит множество принимающих мозаичных блоков 224 подрешетки (например, встраиваемую в антенну приемную монтажную печатную плату), а передающая фазированная антенная решетка 218 содержит множество передающих мозаичных блоков 228 подрешетки (например, встраиваемую в антенну передающую монтажную печатную плату). Каждый из передающих мозаичных блоков 228 подрешетки и принимающих мозаичных блоков 224 подрешетки может быть образован из встраиваемой в антенну монтажной печатной платы (такой как, например, встраиваемая в антенну монтажная печатная плата 525, показанная на ФИГ. 5), как описано в настоящем документе. Каждый из передающих мозаичных блоков 228 подрешетки и принимающих мозаичных блоков 224 подрешетки может содержать интерфейсный разъем 309, выполненный с возможностью обеспечения электрической связи соответственно с передающей монтажной печатной платой 216 блока распределения решеток и приемной монтажной печатной платой 212 блока распределения решеток.
[0054] Например, интерфейсный разъем 309 может быть соединен с передающими мозаичными блоками 228 подрешетки. Интерфейсный разъем 309 может проходить через отверстие 209, выполненное в передающей охлаждающей пластине 217, для соединения с передающей монтажной печатной платой 216 блока распределения решеток. Таким образом, схема 226 питания и управления передающей монтажной печатной платой 216 блока распределения решеток может выдавать радиочастотные сигналы, сигналы питания постоянного тока и управляющие сигналы на передающий мозаичный блок 228 подрешетки через интерфейсный разъем 309. Интерфейсный разъем 309 может быть соединен с принимающим мозаичным блоком 224 подрешетки. Интерфейсный разъем 309 может проходить через отверстие 209, выполненное в принимающей охлаждающей пластине 213, для соединения с приемной монтажной печатной платой 212 блока распределения решеток. Кроме того, схема 229 питания и управления приемной монтажной печатной платой 212 блока распределения решеток может выдавать радиочастотные сигналы, сигналы питания постоянного тока и управляющие сигналы на принимающий мозаичный блок 224 подрешетки через интерфейсный разъем 309.
[0055] На ФИГ. 4 показан вид в разрезе, выполненном по линии 4-4 или 4'-4', системы 100 фазированной антенной решетки по ФИГ. 2 в соответствии с примером настоящего изобретения. Например, на ФИГ. 4 показано множество мозаичных блоков подрешетки фазированной антенной решетки 224/228, образованных из встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525 и апертурного корпуса 106, содержащего множество волноводов 105, соединенных с множеством мозаичных блоков 224/228 подрешетки. Монтажная печатная плата 212/216.для распределения решеток может быть соединена с множеством мозаичных блоков подрешетки. Охлаждающая пластина 213/217 может быть размещена между монтажной печатной платой 212/216 блока распределения решеток и множеством мозаичных блоков 224/228 подрешетки.
[0056] В примере, показанном на ФИГ. 4, интерфейсный разъем 309 может проходить через отверстие 209, выполненное в охлаждающей пластине 213/217, для соединения с монтажной печатной платой 212/216 блока распределения решеток. Схема 222/226 питания и управления монтажной печатной платой 212/216 блока распределения решеток может выдавать радиочастотные сигналы, сигналы питания постоянного тока и управляющие сигналы на принимающий мозаичный блок 224/228 подрешетки через интерфейсный разъем 309.
[0057] Апертурный корпус 106 может содержать металлическую сотовидную структуру 107 и множество цилиндрических волноводов 105, образованных в металлической сотовидной структуре 107. Цилиндрические волноводы 105 могут быть соединены с принимающим мозаичным блоком 224/228 подрешетки для обеспечения пути распространения радиочастотных сигналов, принимаемых и/или передаваемых принимающим мозаичным блоком 224/228 подрешетки, как описано в настоящем документе.
[0058] В некоторых примерах система 100 фазированной антенной решетки использует схожий структурированный подход соответственно для передающих и принимающих подсистем 211 и 215 антенны. Этот структурированный подход к созданию и встраиванию мозаичных блоков 224/228 подрешетки обеспечивает рост решетки в двумерном направлении XY в декартовой системе координат.
[0059] На ФИГ. 5 показаны подробные сведения о встраиваемой в антенну монтажной печатной плате 525 по ФИГ. 4 в соответствии с примером настоящего изобретения. Как показано, антенная решетка 202 содержит монтажную печатную плату 525 (например, встраиваемую в антенну монтажную печатную плату), содержащую множество слоев 527/529, множество кристаллов 540 интегральной схемы (обозначены по отдельности как 540a-540d), соединенных с первой поверхностью 503 монтажной печатной платы 525, и множество антенных элементов (таких как, например, антенные элементы 660, показанные на ФИГ. 6), соединенных со второй поверхностью 504 монтажной печатной платы 525.
[0060] В некоторых примерах встраиваемая в антенну монтажная печатная плата 525 может быть изготовлена из радиочастотно совместимого диэлектрического материала с использованием сердцевины из препрега или меди. Верхние три слоя (например, от одного до трех слоев) встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525 могут образовывать первую подсовокупность слоев 527. В некоторых примерах слои 527 могут быть образованы из тонкого препрега или меди и могут содержать множество первых проводящих переходных отверстий 510 (обозначены по отдельности как переходные отверстия 510a-510f), проходящих через слои 527 для обеспечения лучшей точности размеров и для скрепления кристалла непосредственно с припойными столбиковыми выводами с малым шагом. В некоторых примерах множество припойных столбиковых выводов 541 (обозначены по отдельности как столбиковые выводы 541a-541d) кристалла 540 интегральной схемы могут быть расположены на расстоянии с шагом в 300 микрометров. Маршрутизирование между припойными столбиковыми выводами 541 может потребовать четырех миллиметровых дорожек и 4 миллиметровых пространств. При использовании тонкого препрега или меди для слоев 527, встраиваемая в антенну монтажная печатная плата 525 может иметь требования к шагу, дорожке и пространству для прикрепления и электрического соединения кристалла 540 интегральной схемы со встраиваемой в антенну монтажной печатной платой 525. Таким образом, первое проводящее переходное отверстие 510 (например, проделанное лазером переходное микроотверстие), имеющее первый диаметр, может быть соединено с кристаллом 540 интегральной схемы и может проходить через слои 527.
[0061] Нижние двадцать слоев (например, слои с четвертого по двадцать третий) встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525 могут образовывать вторую подсовокупность слоев 529. В некоторых примерах множество вторых проводящих переходных отверстий 520 (обозначены по отдельности как переходные отверстия 520a-520f) могут проходить через слои 529. В некоторых примерах препрег и/или медь, используемые для слоев 529, могут быть толще по сравнению с препрегом и/или медью, используемыми для слоев 527 для расположения переходных отверстий большего диаметра. Таким образом, второе проводящее переходное отверстие 520 (например, металлизированное переходное отверстие, имеющее больший диаметр по сравнению с проделанным лазером переходным микроотверстием), имеющее второй диаметр, который больше первого диаметра, и смещенное по отношению к первому проводящему переходному отверстию 510, может проходить через вторые слои 529, а также может соединяться с антенным элементом 660. Множество проводящих дорожек (обозначены по отдельности как проводящие дорожки 530a-530f) встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525 могут соединять множество первых проводящих переходных отверстий 510 со множеством вторых проводящих переходных отверстий 520 на общем слое для электрического соединения кристалла 540 интегральной схемы с антенным элементом 660.
[0062] Второе проводящее переходное отверстие 520 может быть смещено по отношению к первому проводящему переходному отверстию 510 для обеспечения снятия теплового и механического напряжений, воздействующих на кристалл 540 интегральной схемы. Механическое и тепловое напряжения могут вызвать выход из строя припойного контактного столбика 541 кристалла интегральной схемы с паяным соединением первого проводящего переходного отверстия 510 вследствие несогласования коэффициентов теплового расширения (СТЕ) в конфигурациях, в которых присоединенное проводящее переходное отверстие большего размера не оказывается смещенным. Таким образом, смещение второго проводящего переходного отверстия 520 и введение проводящей дорожки 530 устраняет напряжение, воздействующее на припойное соединение, что обеспечивает наличие устойчивого и высоконадежного электрического соединения.
[0063] В некоторых примерах промежуточная монтажная печатная плата 560 (обозначены по отдельности как 560a-560d) может соединять кристалл 540 интегральной схемы со встраиваемой в антенну монтажной печатной платой 525. Промежуточная монтажная печатная плата 560 может обеспечивать адаптируемость при соединении кристалла 540 интегральной схемы с различными геометрическими характеристиками и/или различной разводкой входных/выходных контактов с общим рисунком площадок встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525. Кроме того, промежуточная монтажная печатная плата 560 может обеспечивать эффективный термосток кристалла 540 интегральной схемы, что увеличивает стойкость кристалла 540 интегральной схемы к температурным циклам. Например, кристалл 540 интегральной схемы может представлять собой перевернутый чип, содержащий множество припойных столбиковых выводов 541. Множество припойных столбиковых выводов 541 могут быть электрически или механически соединены с первой поверхностью 507 промежуточной монтажной печатной платы 560. Кристалл 540 интегральной схемы может быть соединен посредством связующего с промежуточной монтажной печатной платой 560, а материал 543 для неполного заполнения может быть нанесен в области 507а, находящейся между первой поверхностью 608 кристалла 540 интегральной схемы и первой поверхностью 507 промежуточной монтажной печатной платы 560. Вторая поверхность 508 промежуточной монтажной печатной платы 560 может содержать решетку 561 шариковых выводов (обозначены по отдельности как 561a-561d), соединенную с первой поверхностью 503 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525, причем по меньшей мере один шариковый вывод 561 в решетке шариковых выводов электрически соединен с первым проводящим переходным отверстием 510.
[0064] В некоторых примерах встраиваемая в антенну монтажная печатная плата 525 может содержать множество переходных отверстий 550 заземления, проходящих через слои 529. Переходное отверстие 550 заземления могут быть изготовлены в виде металлизированного сквозного отверстия и могут быть распределены по периметру вокруг второго проводящего переходного отверстия 520 для обеспечения клетки 651 волновода (например, такой как клетка 651 волновода, показанная на ФИГ. 6) вокруг второго проводящего переходного отверстия 520, как описано в настоящем документе. Переходное отверстие 550 заземления может быть просверлено в обратном направлении, как показано посредством обратной борозды 535а, для удаления неиспользуемой части переходного отверстия 550 заземления. Обратная борозда 535 (обозначена по отдельности как 535a-535d) минимизирует гребни сигналов и уменьшает количество ложных сигналов.
[0065] В некоторых примерах апертурный корпус 106 может иметь металлическую сотовидную структуру 107. Множество цилиндрических волноводов 105 могут быть образованы в металлической сотовидной структуре 107 для обеспечения пути распространения передаваемых и принимаемых электромагнитных сигналов. Таким образом, каждый цилиндрический волновод 105 может быть образован таким образом, что он имеет радиус, по существу равный радиусу волновода встраиваемой в антенну монтажной печатной платы (такого как, например, волновод 601 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы, показанный на ФИГ. 6), и проходит от верхней поверхности 502 до нижней поверхности 501 металлической сотовидной структуры 107. В некоторых примерах выемки 516а и 516b могут быть образованы соответственно вдоль поверхности 505 и поверхности 506. В других примерах может быть образовано меньшее или большее количество выемок 516.
[0066] В некоторых примерах цилиндрический волновод 105 и выемки 516а и 516b могут быть заполнены диэлектрическим материалом. Диэлектрический материал может быть выбран для обеспечения отличительных особенностей, при этом этот материал имеет низкие потери на радиочастотах и имеет диэлектрическую постоянную, которая по существу равна диэлектрической постоянной встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525. Кроме того, диэлектрический материал может быть выбран таким образом, что его коэффициент теплового расширения (СТЕ) по существу равен коэффициенту теплового расширения металлической сотовидной структуры 107. Диэлектрический материал может быть образован в отверстии цилиндрического волновода 105 с использованием процесса инжекционного формования или процесса формования сжатием. В некоторых примерах заполненные выемки 516а и 516b механически скрепляют диэлектрический материал с цилиндрическим волноводом 105 для предотвращения того, чтобы тепловое напряжение и/или механическое напряжения вызывали смещение диэлектрического материала в волноводе 105. Металлическая сота 107 может быть соединена со встраиваемой в антенну монтажной печатной платой 525 на поверхности 504, а каждый цилиндрический волновод 105 может быть соединен с соответствующими волноводами из множества волноводов 601 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы.
[0067] В некоторых примерах слои 563 материала для согласования полных сопротивлений в широком диапазоне углов (WAIM) могут быть размещены на цилиндрических волноводах 105 для оптимизации согласования импедансов между системой 100 фазированной антенной решетки и свободным пространством для обеспечения возможности сканирования системы 100 фазированной антенной решетки под широким углом. Таким образом, множество слоев 563 материала для согласования полных сопротивлений в широком диапазоне углов (WAIM) могут быть размещены на открытой поверхности 509 множества цилиндрических волноводов 105 и внешней поверхности 501 металлической сотовидной структуры 107.
[0068] В некоторых примерах встраиваемая в антенну монтажная печатная плата 525 может содержать покрывающее и уплотняющее кольцо 512 для обеспечения защиты от загрязнения окружающей среды и экранирования от электромагнитных помех. Покрывающее и уплотняющее кольцо 512 может быть снабжено отдельными полостями для обеспечения экрана для каждого кристалла 540 интегральной схемы для уменьшения электромагнитных помех и сохранения технических характеристик антенны в уплотненном объеме встраиваемой в антенну монтажной печатной платы.
[0069] Как показано на ФИГ. 5, встраиваемая в антенну монтажная печатная плата 525 представляет собой объединение множества различных технологий для улучшения рабочих характеристик и расширения функциональных возможностей с одновременным снижением затрат, уменьшением размера, веса и мощности наращиваемого конструктивного блока, что может изменять размер подрешетки и шаг сетки для оптимизации изготовления, сборки, производства и контроля встраиваемой системы 100 фазированной антенной решетки.
[0070] На ФИГ. 6 показаны подробные сведения о встраиваемой в антенну монтажной печатной плате 525 по ФИГ. 4 в соответствии с еще одним примером настоящего изобретения. На ФИГ. 6 показаны различные признаки, показанные на ФИГ. 4 и ранее описанные в данном документе, причем эти признаки могут образовывать часть настоящего изобретения. В частности, на ФИГ. 6 показан вид в разрезе кристалла 540 интегральной схемы, соединенного с антенными элементами 660 через встраиваемую в антенну монтажную печатную плату 525 в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0071] В примере, показанном на ФИГ. 6, встраиваемая в антенну монтажная печатная плата 525 может содержать волновод 601 (обозначен по отдельности как 601а-601b). Волновод 601 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы может быть образован множеством металлизированных сквозных переходных отверстий (например, переходными отверстиями 550 заземления), проходящих от слоев 529 до нижней поверхности 504 для образования полости 651 волновода во встраиваемой в антенну монтажной печатной плате 525, как описано в настоящем документе. Волновод 601 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы может содержать антенный элемент 660, выполненный с возможностью приема и/или передачи радиочастотных сигналов.
[0072] В некоторых примерах кристалл 540 интегральной схемые может быть выполнен в виде перевернутого чипа, содержащего множество припойных столбиковых выводов 541 (обозначены по отдельности как 541h-541k), электрически и механически соединенных с первой поверхностью 503 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525. Кристалл 540 интегральной схемы может быть соединен посредством связующего с первой поверхностью 503 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525, а материал 543 для неполного заполнения может быть нанесен между поверхностью 503 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525 и поверхностью 608 кристалла 540 интегральной схемы. В некоторых примерах материал 543 для неполного заполнения может быть нанесен с использованием процесса капиллярного течения. В других примерах материал 543 для неполного заполнения может быть нанесен с использованием флюксующего процесса, однако возможны и другие способы нанесения материала 543 для неполного заполнения. По меньшей мере один из припойных столбиковых выводов 541 может быть электрически соединен с первым проводящим переходным отверстием 510, проходящим через слои 527.
[0073] Второе проводящее переходное отверстие 520 (обозначено по отдельности как 520h-520k) может быть смещено по отношению к первому проводящему переходному отверстию 510 и может проходить через вторую подсовокупность слоев 529 для соединения с антенным элементом 660 (например, 660а и 660b). Проводящая дорожка 530 (обозначена по отдельности как 530h-530k) встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525 может соединять первые и вторые переходные отверстия на общем слое встраиваемой в антенну монтажной печатной платы. Второе проводящее переходное отверстие 520 может быть смещено по отношению к первому проводящему переходному отверстию 510 для обеспечения снятия теплового и механического напряжения, воздействующих на кристалл 540е интегральной схемы, как описано в настоящем документе.
[0074] В некоторых примерах антенный элемент 660 может быть выполнен с возможностью выдачи ортогональных радиочастотных сигналов. Таким образом, кристалл 540е интегральной схемы может выбрать поляризацию (например, линейную поляризацию, правостороннюю круговую поляризацию или левостороннюю круговую поляризацию) радиочастотных сигналов, принятых от антенного элемента 660а и/или 660b, как описано в настоящем документе.
[0075] На ФИГ. 7 показан вид волновода 601 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы, соединенный с цилиндрическим волноводом 105 в соответствии с примером настоящего изобретения. На ФИГ. 7 показаны различные признаки, показанные на ФИГ. 4 и ранее описанные в данном документе, при этом эти признаки могут образовывать часть настоящего примера. Цилиндрический волновод 105 незатемнен и виден на ФИГ. 7 для иллюстрации дополнительных признаков волновода 601 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы. Волновод 601 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы может быть образован в слоях 529 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525. В некоторых примерах двадцать четыре переходных отверстия 550 заземления могут проходить через слои 529 и могут быть распределены по периметру вокруг второго проводящего переходного отверстия 520 (обозначено по отдельности как 520l-520m) для обеспечения клетки 651с волновода вокруг второго проводящего переходного отверстия 520. Второе проводящее переходное отверстие 520 может проходить через слои 529 и может быть электрически соединено с антенным элементом 660с, размещенным на нижней поверхности 504 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525. Цилиндрический волновод 105 может быть соединен с клеткой 651с волновода на нижней поверхности 504 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525. Таким образом, волновод мозаичного блока подрешетки может быть образован из волновода 601 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы, соединенного с цилиндрическим волноводом 105.
[0076] Переходные отверстия 550 заземления (обозначены по отдельности как 550a-550d) могут быть повторно использованы на слоях 529 для уменьшения радиочастотных помех в схеме распределения радиочастот, образованной на слоях между промежуточными областями волновода 601 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы, как описано в настоящем документе. Путем использования переходных отверстий, уменьшение общего количества переходных отверстий в мозаичном блоке подрешетки из шестидесяти четырех антенных элементов может обеспечивать менее сложную и более рентабельную встраиваемую в антенну монтажную печатную плату 525. Например, путем повторного использования переходных отверстий 550 заземления, количество переходных отверстий встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525 может быть уменьшено приблизительно на одну тысячу пятьсот переходных отверстий.
[0077] На ФИГ. 8 показаны подробные сведения о встраиваемой в антенну монтажной печатной плате по ФИГ. 4 в соответствии с еще одним примером настоящего изобретения. На ФИГ. 8 показаны различные признаки, показанные на ФИГ. 4 и ранее описанные в данном документе, при этом эти признаки могут образовывать часть настоящего примера. В некоторых примерах, показанных на ФИГ. 8, встраиваемая в антенну монтажная печатная плата 525 содержит 23 металлических слоя (например, комбинацию из первых слоев 527 и вторых слоев 529). В некоторых примерах металлические слои выполнены из меди, однако для решения задач в области сверхвысоких частот могут быть использованы и другие металлы. Встраиваемая в антенну монтажная печатная плата может также содержать множество диэлектрических слоев. Диэлектрические слои может быть образованы с использованием диэлектрического материала с диэлектрической постоянной, подходящей для решения задач в области сверхвысоких частот. В некоторых примерах материал типа «Rogers 2929 Bondply», поставляемый компанией «Rogers Corporation of Brooklyn Connecticut», может быть использован в конструкции встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525. Множество металлических слоев и диэлектрических слоев, используемых для образования встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525, могут потребовать только двух последовательных циклов наслоения слоев с использованием технологий изготовления монтажных печатных плат промышленного стандарта. Обычные монтажные печатные платы могут потребовать трех или более последовательных слоев. Встраиваемая в антенну монтажная печатная плата 525 может потребовать приблизительно четырех тысяч переходных отверстий по сравнению приблизительно с тридцатью восемью тысячами переходных отверстий, необходимых для обычных печатных плат фазированной антенной решетки. Таким образом, эти улучшения обычных способов и технологий обеспечивают существенное уменьшение затрат на производство встраиваемых в антенну монтажных печатных плат. Как показано на ФИГ. 8, первое проводящее переходное отверстие 510l может быть образовано на слоях 527. Второе проводящее переходное отверстие 520 (обозначено по отдельности как 520n-520p) может быть образовано на слоях 529.
[0078] Встраиваемая в антенну монтажная печатная плата 525 может содержать слои 860 распределения радиочастот (обозначены по отдельности как 860а-860с), образованные в слоях 529 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525 для обеспечения сети распределения радиочастот во встраиваемой в антенну монтажной печатной плате 525. Путем реализации слоев 860 распределения радиочастот в слоях 529, переходное отверстие 550е заземления, используемое для клетки 651 волновода, проходящей через слои 529, может быть повторно использовано для уменьшения радиочастотных помех в слоях 860 распределения радиочастот.
[0079] На ФИГ. 9 показан вид слоя 900 распределения радиочастот встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525 в соответствии с примером настоящего изобретения. В примере, показанном на ФИГ. 9, слой 900 распределения радиочастот может быть выполнен на одном или более из слоев (например, слоях 860а-860с распределения радиочастот) встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525. Слой 900 распределения радиочастот может быть реализован для комбинирования множества поляризованных радиочастотных сигналов (например, таких как поляризованные радиочастотные сигналы 1102а и/или 1102b, показанные на ФИГ. 11С) для создания одиночного поляризованного радиочастотного сигнала мозаичного блока подрешетки. Таким образом, слой 900 распределения радиочастот может содержать множество переходных отверстий 925 для распределения радиочастот, выполненных для соединения множества поляризованных радиочастотных сигналов 1102а и/или 1102b с множеством проводящих дорожек 935, образованных на слое 900 распределения радиочастот. В некоторых примерах множество проводящих дорожек 935 может быть образовано в виде проводящих дорожек 935 с управляемым полным сопротивлением (например, дорожек с управляемым сопротивлением в 50 Ом и/или дорожек с управляемым сопротивлением в 100 Ом), выполненных с возможностью выдачи пары поляризованных радиочастотных сигналов 1102а и/или 1102b на объединяющую схему 945. В некоторых примерах проводящие дорожки 935 с управляемым полным сопротивлением могут быть выполнены в виде полосковых проводников, однако возможны проводники и других типов, такие как встроенная микрополоска. Успешно объединенные пары поляризованных радиочастотных сигналов 1102а и/или 1102b могут быть дополнительно объединены для выдачи одиночного комбинированного поляризованного радиочастотного сигнала 1102 в переходном отверстии 955 слоя 900 распределения радиочастот.
[0080] На ФИГ. 10А показан вид мозаичного блока подрешетки (например, принимающего мозаичного блока 224 подрешетки и/или передающего мозаичного блока 228 подрешетки) в соответствии с примером настоящего изобретения. В примере, показанном на ФИГ. 10А, мозаичный блок подрешетки может быть реализован в виде принимающего мозаичного блока 224 подрешетки из шестидесяти четырех антенных элементов, содержащего встраиваемую в антенну монтажную печатную плату 525 и множество кристаллов 540 интегральной схемы, соединенных с множеством антенных элементов 660, расположенных в квадратной решетке размером восемь на восемь. В показанном примере четыре антенных элемента 660 расположены в квадратной решетке 1001, а каждый из этих четырех антенных элементов 660 соединен с кристаллом 540 интегральной схемы. Первые и вторые проводящие переходные отверстия (например, соответственно переходные отверстия 510 и 520) могут соединять кристалл 540 интегральной схемы с каждым из четырех антенных элементов 660 для приема радиочастотных сигналов от антенных элементов 660. Проводники 1035 для распределения радиочастот могут электрически соединять поляризованные радиочастотные сигналы 1102а и/или 1102b кристалла 540 интегральной схемы со слоем 900 распределения радиочастот. В некоторых примерах проводники 1035 для распределения радиочастот могут быть выполнены в виде полосковых проводников, однако возможны проводники и других типов, такие как микрополоска. В других примерах проводники 1035 для распределения радиочастот могут представлять собой коаксиальные кабели. Слой 900 распределения радиочастот может комбинировать множество поляризованных радиочастотных выходных сигналов 1102а и/или 1102b для формирования одиночного комбинированного поляризованного радиочастотного сигнала 1102 и может выдавать одиночный комбинированный поляризованный радиочастотный сигнал 1102 на блок 206 распределения решеток блока 100 фазированной антенной решетки для выполнения операций по управлению диаграммами направленности.
[0081] На ФИГ. 10В показан вид передающей фазированной антенной решетки 218 в соответствии с примером настоящего изобретения. В примере, показанном на ФИГ. 10В, передающая фазированная антенная решетка 218 содержит тридцать два передающих мозаичных блока 228 подрешетки из шестидесяти четырех антенных элементов. На ФИГ. 10С показан вид принимающей фазированной антенной решетки 214 в соответствии с примером настоящего изобретения. В примере, показанном на ФИГ. 10С, принимающая фазированная антенная решетка 214 содержит сорок два принимающих мозаичных блока 224 подрешетки из шестидесяти четырех антенных элементов. Таким образом, мозаичный блок подрешетки представляет собой основной конструктивный блок системы 100 фазированной антенной решетки. Принимающие мозаичные блоки 224 подрешетки и передающие мозаичные блоки 228 подрешетки обеспечивают наращиваемый мозаичный блок, который может быть воспроизведен в двумерном направлении ортогональной системы координат XY для создания выполненной за одно целое с фазированной решеткой апертуры большего размера.
[0082] На ФИГ. 11А показан кристалл 540 интегральной схемы, соединенный с антенными элементами 660, в соответствии с примером настоящего изобретения. В примере, показанном на ФИГ. 11А, четыре антенных элемента 660 (обозначены по отдельности как 660d-660g) могут быть расположены в квадратной решетке (например, квадратной решетке 1001). Первые и вторые проводящие переходные отверстия (например, 510 и 520, соответственно) может соединять кристалл 540 интегральной схемы с каждым из четырех антенных элементов 660. В показанном примере каждый антенный элемент 660d-660g может выдавать вертикальный радиочастотный сигнал на входной порт 1141 кристалла 540 интегральной схемы и выдавать горизонтальный радиочастотный сигнал на входной порт 1142 кристалла 540 интегральной схемы. Каждый из вертикальных и горизонтальных радиочастотных сигналов антенного элемента 660 могут быть связаны с кристаллом 540 интегральной схемы через соответствующее первое проводящее переходное отверстие 510 и второе проводящее переходное отверстие 520.
[0083] На ФИГ. 11В показан разобранный вид кристалла 540 интегральной схемы в соответствии с примером настоящего изобретения. В некоторых примерах кристалл 540 интегральной схемы может быть изготовлен из материала в виде сплава кремния и германия (SiGe). В других примерах кристалл 540 интегральной схемы может быть изготовлен из комплементарного металло-оксидного полупроводника (CMOS), биполярного комплементарного металло-оксидного полупроводника (BiCMOS) или полупроводника на основе любой другой подходящей технологии, используемого для изготовления радиочастотных схем. Путем использования сплава SiGe может быть уменьшена площадь области, необходимая для встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525 кристалла 540 интегральной схемы, что обеспечивает возможность реализации квадратной решетки 1001.
[0084] Кристалл 540 интегральной схемы может обеспечивать схемы для формирования диаграмм направленности для четырех антенных элементов 660d-660g. Например, на ФИГ. 11В показана реализация принимающего мозаичного блока 224 подрешетки кристалла 540 интегральной схемы, которая содержит входные порты 1141d-1141g для вертикальных радиочастотных сигналов и входные порты 1142d-1142g для горизонтальных радиочастотных сигналов, соответствующие антенным элементам 660d-660g.
[0085] На ФИГ. 11С показаны электронные устройства 1550 принимающего элемента в соответствии с примером настоящего изобретения. Реализация принимающего мозаичного блока 224 подрешетки 224 кристалла 540 интегральной схемы содержит четыре схемы для формирования диаграмм направленности электронных устройств 1550 принимающего элемента. Вертикальный радиочастотный сигнал может быть выдан антенным элементом 660 и может быть принят на входном порте 1141 электронных устройств 1550 принимающего элемента. Вертикальный радиочастотный сигнал может быть усилен и разделен посредством разделительной схемы 1143, задан для поляризации посредством схемы 1144 поляризации, объединен объединяющей схемой 1145, а также сдвинут по фазе и усилен посредством схемы 1146 направления лучей. Радиочастотный сигнал с вертикальной поляризацией может быть обеспечен на выходе 1147 кристалла 540 интегральной схемы. Аналогичным образом, горизонтальный радиочастотный сигнал может быть выдан антенным элементом 660 и может быть принят на входном порте 1142. Горизонтальный радиочастотный сигнал может быть усилен и разделен посредством разделительной схемы 1143, задан для поляризации посредством схемы 1144 поляризации, объединен объединяющей схемой 1145 и сдвинут по фазе и усилен посредством схемы 1146 направления лучей. Радиочастотный сигнал с горизонтальной поляризацией может быть обеспечен на выходе 1148 кристалла 540 интегральной схемы.
[0086] Схема 1144 поляризации может выборочно поляризовать вертикальные и горизонтальные радиочастотные сигналы. Поляризация может быть задана таким образом, что она представляет собой линейную поляризацию и/или круговую поляризацию. Круговая поляризации может содержать правостороннюю круговую поляризацию и левостороннюю круговую поляризацию. Таким образом, каждое из четырех электронных устройств 1550 принимающего элемента кристалла 540 интегральной схемы выдает два поляризованных радиочастотных сигнала 1102а и 1102b с независимо выбираемыми поляризациями на портах 1147 и 1148 электронных устройств принимающего элемента.
[0087] На ФИГ. 11D показаны электронные устройства 1160 передающего элемента в соответствии с примерами настоящего изобретения. Реализация передающего мозаичного блока 228 подрешетки кристалла 540 интегральной схемы содержит четыре схемы для формирования диаграмм направленности электронных устройств 1160 передающего элемента. В некоторых примерах радиочастотный сигнал 1101с может быть обеспечен радиочастотным преобразователем 229 блока 206 распределения решеток и может быть принят на входном порте 1151 электронных устройств 1160 передающего элемента. Радиочастотный сигнал 1101с может быть ослаблен схемой 1152 переменного ослабления, разделен на два радиочастотных сигнала посредством разделительной схемы 1153 и поляризован схемой 1154 правосторонней круговой поляризации и/или схемой 1155 левосторонней круговой поляризации.
[0088] Электронные устройства 1160 передающего элемента могут быть выполнены с возможностью передачи радиочастотных сигналов 1102с и 1102d с правосторонней круговой поляризацией соответственно на порты 1158 и 1159 электронных устройств передающего элемента,. В некоторых примерах электронные устройства 1160 передающего элемента могут передавать правостороннюю круговую поляризацию при выключенном задающем каскаде 1157 левосторонней круговой поляризации.
[0089] Электронные устройства 1160 передающего элемента могут быть выполнены с возможностью передачи радиочастотных сигналов 1102с и 1102d с левосторонней круговой поляризацией соответственно на порты 1158 и 1159 электронных устройств передающего элемента. В некоторых примерах электронные устройства 1160 передающего элемента могут передавать левостороннюю круговую поляризацию при выключенном задающем каскаде 1156 правосторонней круговой поляризации. Согласованная нагрузка на выходных портах 1158 и 1159 может быть сохранена в случае, в котором задающие каскады 1156 и 1157 выборочно выключают в течение соответственно операций по левосторонней круговой поляризации и правосторонней круговой поляризации.
[0090] В некоторых примерах, в которых все задающие каскады (например, задающие каскады правосторонней круговой поляризации и задающие каскады левосторонней круговой поляризации) включены и полностью смещены, электронные устройства 1160 передающего элемента передают радиочастотные сигналы 1102с и 1102d с произвольной линейной поляризацией соответственно на выходные порты 1158 и 1159 электронных устройств передающего элемента, при этом ориентация зависит от относительного фазового сдвига сигналов с правосторонней круговой поляризацией и сигналов с левосторонней круговой поляризацией.
[0091] На ФИГ. 12А показан процесс использования принимающего мозаичного блока 224 подрешетки фазированной антенной решетки 100 в соответствии с примером настоящего изобретения.
[0092] В блоке 1205 множество радиочастотных сигналов 1101 (например, 1101а и 1101b) могут быть приняты множеством антенных элементов 660. В блоке 1210 каждый антенный элемент 660 может быть выполнен с возможностью выдачи радиочастотных сигналов 1101а и 1101b на кристалл 540 интегральной схемы через соответствующие отверстия из вторых проводящих переходных отверстий 520 и первых проводящих переходных отверстий 510. Радиочастотные сигналы 1101а и 1101b могут быть проведены от антенного элемента 660 вдоль проводящего пути, содержащего второе проводящее переходное отверстие 520, проводящую дорожку 530, первое проводящее переходное отверстие 510 и соединенного с кристаллом 540 интегральной схемы.
[0093] В блоке 1215 радиочастотные сигналы 1101а и 1101b могут быть приняты соответственно на входных портах 1141 и 1142 кристалла 540 интегральной схемы, а кристалл 540 интегральной схемы может быть выполнен с возможностью преобразования радиочастотных сигналов 1101а и 1101b в поляризованные радиочастотные сигналы 1102а и 1102b. Радиочастотные сигналы 1101а и 1101b могут быть выборочно поляризованы в правостороннюю круговую поляризацию, левостороннюю круговую поляризацию и/или линейную поляризацию. В блоке 1220 кристалл 540 интегральной схемы может выдавать поляризованные радиочастотные сигналы 1102а и 1102b соответственно на выходные порты 1147 и 1148. Поляризованные радиочастотные сигналы 1102а и 1102b могут быть соединены со слоем 900 распределения радиочастот встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525 для объединения с множеством поляризованных радиочастотных сигналов 1102 в принимающем мозаичном блоке 224 подрешетки для создания одиночного комбинированного поляризованного радиочастотного сигнала 1102. Одиночный комбинированный поляризованный радиочастотный сигнал 1102 может быть соединен с приемной монтажной печатной платой 212 блока распределения решеток блока 100 фазированной антенной решетки, которую необходимо использовать для выполнения операций по управлению диаграммами направленности.
[0094] На ФИГ. 12В показан способ использования передающего мозаичного блока 228 подрешетки фазированной антенной решетки 100 в соответствии с примером настоящего изобретения. В блоке 1225 радиочастотный сигнал 1101 с может быть обеспечен радиочастотным преобразователем 229 блока 206 распределения решеток и соединен с входным портом 1151 кристалла 540 интегральной схемы. В блоке 1230 радиочастотный сигнал 1101с может быть разделен на два радиочастотных сигнала и может быть выборочно поляризован кристаллом 540 интегральной схемы. Разделенные радиочастотные сигналы могут быть выборочно поляризованы в правостороннюю круговую поляризацию, левостороннюю круговую поляризацию и/или произвольную линейную поляризацию.
[0095] В блоке 1235 поляризованные радиочастотные сигналы 1102с и 1102d могут быть проведены соответственно от выходных портов 1158 и 1159 кристалла 540 интегральной схемы вдоль проводящего пути, содержащего первое проводящее переходное отверстие 510, проводящую дорожку 530, второе проводящее переходное отверстие 520 и соединенного с антенным элементом 660. В блоке 1240 антенный элемент 660 может передавать поляризованные радиочастотные сигналы 1102с и 1102d.
[0096] На ФИГ. 13 показан способ создания мозаичного блока подрешетки фазированной антенной решетки 100 (например, принимающего мозаичного блока 224 подрешетки и/или передающего мозаичного блока 228 подрешетки) в соответствии с примером настоящего изобретения. В блоке 1305 может быть обеспечено наличие множества слоев монтажной печатной платы 525. В блоке 1310 множество первых проводящих переходных отверстий 510 может быть образовано в первой подсовокупности слоев 527, а множество вторых проводящих переходных отверстий 520 может быть образовано во второй подсовокупности слоев 529. Второе проводящее переходное отверстие 520 может быть смещено по отношению к первому проводящему переходному отверстию 510 для обеспечения снятия теплового и механического напряжения, воздействующих на кристалл 540 интегральной схемы. Может быть образовано множество переходных отверстий 550 заземления, проходящих через вторую подсовокупность слоев 529 и распределенных по периметру вокруг второго проводящего переходного отверстия 520 для обеспечения клетки 651 волновода вокруг второго проводящего переходного отверстия 520.
[0097] В блоке 1315 множество первых проводящих переходных отверстий 510 и вторых проводящих переходных отверстий 520 могут быть электрически соединены посредством множества проводящих дорожек 530, образованных на слоях печатной монтажной платы.
[0098] В блоке 1320 может быть обеспечено наличие множества слоев 900 распределения радиочастот, содержащих множество проводящих дорожек 935 с управляемым полным сопротивлением для распределения радиочастот, соединенных с множеством объединяющих схем 945, образованных на слоях 900. Множество переходных отверстий 550 заземления, проходящих через слои 900 распределения радиочастот, могут быть повторно использованы для уменьшения радиочастотных помех в схемах распределения радиочастот (например, схемы распределения радиочастот, образованные посредством проводящих дорожек 935 с управляемым полным сопротивлением, соединенных с объединяющими схемами 945).
[0099] В блоке 1325 множество слоев печатной монтажной платы (например, первая подсовокупность слоев 527 и вторая подсовокупность слоев 529) могут быть наслоены для образования встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525.
[00100] В блоке 1330 множество кристаллов 540 интегральной схемы могут быть соединены посредством связующего со встраиваемой в антенну монтажной печатной платой 525 и могут быть заполнены материалом 543 для неполного заполнения в области 609, находящейся между первой поверхностью 608 кристалла 540 интегральной схемы и первой поверхностью 503 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525. Множество припойных столбиковых выводов 541, выполненных на первой поверхности 608 кристалла 540 интегральной схемы, могут быть механически соединены с первой поверхностью 503 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525. По меньшей мере один из припойных столбиковых выводов 541 электрически соединен с первым проводящим переходным отверстием 510, проходящим через первую подсовокупность слоев 527.
[00101] В некоторых примерах кристалл 540 интегральной схемы может быть соединен с первой поверхностью 507 промежуточной монтажной печатной платы 560 и может быть заполнен материалом 543 для неполного заполнения между поверхностью 608 кристалла 540 интегральной схемы и поверхностью 507 промежуточной монтажной печатной платы 560. Решетка 561 шариковых выводов, выполненная на второй поверхности 508 промежуточной монтажной печатной платы 560, может быть соединена с первой поверхностью 503 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525. По меньшей мере один шариковый вывод 561 в решетке шариковых выводов электрически соединен с первым проводящим переходным отверстием 510.
[00102] В блоке 1335 множество антенных элементов 660 может быть соединено со второй поверхностью 504 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525. Антенные элементы 660 могут быть соединены с соответствующими одними из вторых проводящих переходных отверстий 520. В блоке 1340 может быть обеспечен апертурный корпус 106, содержащий множество цилиндрических волноводов 105, образованных в металлической сотовидной структуре 107 апертурного корпуса 106. Каждый цилиндрический волновод 105 имеет радиус, который по существу равен радиусу соответствующего антенного элемента 660. Множество цилиндрических волноводов 105 может быть соединено с множеством антенных элементов 660.
[00103] В блоке 1345 одна или более выемок 516 (например, выемки 516а и 516b) могут быть образованы вдоль поверхностей 505 и 506 каждого из множества волноводов 105. В блоке 1350 множество цилиндрических волноводов 105 и одна или более выемок 516 могут быть заполнены диэлектрическим материалом, выполненным с диэлектрической постоянной, которая по существу равна диэлектрической постоянной встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525. Таким образом, диэлектрический материал может контактировать со встраиваемой в антенну монтажной печатной платой 525 во второй поверхности 504 и может быть соединен с антенным элементом 660 для обеспечения непрерывного волновода. Заполненные выемки 516 механически скрепляют диэлектрический материал с волноводом 105.
[00104] В некоторых примерах диэлектрический материал может быть сформован с приданием формы, по существу соответствующей цилиндрическому волноводу 105 и выемкам 516. Формованный диэлектрический материал может быть помещен в каждый из волноводов 105 для заполнения волноводов 105 и выемок 516. В некоторых примерах диэлектрический материал может быть введен в каждый из волноводов 105 для заполнения волноводов 105 и выемок 516. Диэлектрический материал может иметь коэффициент теплового расширения (СТЕ), по существу равный коэффициенту теплового расширения металлической сотовидной структуры 107.
[00105] В блоке 1355 апертурный блок 201, множество встраиваемых в антенну монтажных печатных плат 525, выполненных в виде принимающего мозаичного блока 224 подрешетки и передающего мозаичного блока 228 подрешетки, блок 204 охлаждающих пластин, блок 206 распределения решеток и покрытие 208 могут быть собраны для образования системы 100 фазированной антенной решетки.
Кроме того, настоящее изобретение включает примеры согласно следующим пунктам:
Пункт 1. Система, содержащая:
мозаичный блок (224, 228) подрешетки фазированной антенной решетки, содержащий:
монтажную печатную плату (525), содержащую множество слоев (527, 529),
кристалл (540) интегральной схемы, соединенный с первой поверхностью (503) монтажной печатной платы,
антенный элемент (660), соединенный со второй поверхностью (504) монтажной печатной платы,
первое проводящее переходное отверстие (510), имеющее первый диаметр, причем первое проводящее переходное отверстие соединено с кристаллом интегральной схемы и проходит через первую подсовокупность слоев (527),
второе проводящее переходное отверстие (520), имеющее второй диаметр, который больше первого диаметра, причем второе проводящее переходное отверстие смещено по отношению к первому проводящему переходному отверстию, проходит через вторую подсовокупность слоев (529) и соединено с антенным элементом,
проводящую дорожку (530) монтажной печатной платы, соединенную с первым и вторым проводящими переходными отверстиями,
причем смещение второго проводящего переходного отверстия обеспечивает разгрузку от теплового и механического напряжений, воздействующих на кристалл интегральной схемы.
Пункт 2. Система по пункту 1, в которой кристалл интегральной схемы представляет собой перевернутый чип, содержащий множество припойных столбиковых выводов (541), соединенных с первой поверхностью монтажной печатной платы,
причем по меньшей мере один из припойных столбиковых выводов электрически соединен с первым проводящим переходным отверстием.
Пункт 3. Система по пункту 1, дополнительно содержащая промежуточную монтажную печатную плату (560), причем
кристалл интегральной схемы представляет собой перевернутый чип, содержащий множество припойных столбиковых выводов, соединенных с первой поверхностью (507) промежуточной монтажной печатной платы,
вторая поверхность (508) промежуточной монтажной печатной платы содержит решетку (561) шариковых выводов, соединенную с первой поверхностью монтажной печатной платы, и
по меньшей мере один шариковый вывод электрически соединен с первым проводящим переходным отверстием.
Пункт 4. Система по пункту 1, в которой кристалл интегральной схемы выполнен с возможностью выдачи поляризованного радиочастотного сигнала (1102с, 1102d), передаваемого антенным элементом через первое и второе проводящие переходные отверстия.
Пункт 5. Система по пункту 4, дополнительно содержащая множество антенных элементов (660),
множество первых и вторых проводящих переходных отверстий (510, 520),
причем кристалл интегральной схемы выполнен с возможностью выдачи соответствующего поляризованного радиочастотного сигнала, передаваемого в каждый из указанных антенных элементов через соответствующие отверстия из указанных первых и вторых проводящих переходных отверстий.
Пункт 6. Система по пункту 1, дополнительно содержащая
встроенную схему контроля (1162), выполненную в кристалле интегральной схемы, и
контроллер (230, 231), соединенный со встроенной схемой контроля,
причем встроенная схема контроля выполнена с возможностью выдачи первого тестового сигнала (1101а-1101с) на кристалл интегральной схемы и с возможностью приема второго тестового сигнала (1102a-1102d) от кристалла интегральной схемы, а
контроллер выполнен с возможностью приема второго тестового сигнала для сравнения с опорным вторым тестовым сигналом.
Пункт 7. Система по пункту 1, дополнительно содержащая схему (1164) для калибровки в полете, выполненную в кристалле интегральной схемы и выполненную с возможностью регулировки работы системы в ответ на сигнал, принятый посредством первого проводящего переходного отверстия.
Пункт 8. Система по пункту 1, в которой
антенный элемент выполнен с возможностью выдачи радиочастотного сигнала (1101а, 1101b), передаваемого на кристалл интегральной схемы через указанные второе и первое проводящие переходные отверстия, а
кристалл интегральной схемы выполнен с возможностью преобразования радиочастотного сигнала, выданного антенным элементом, в поляризованный радиочастотный сигнал (1102а, 1102b).
Пункт 9. Система по пункту 8, дополнительно содержащая
множество антенных элементов (660),
множество первых и вторых проводящих переходных отверстий (510, 520),
причем каждый антенный элемент выполнен с возможностью выдачи радиочастотного сигнала (1101а, 1101b), передаваемого на кристалл интегральной схемы через соответствующие отверстия из указанных вторых и первых проводящих переходных отверстий,
а кристалл интегральной схемы выполнен с возможностью преобразования радиочастотного сигнала, выданного каждым антенным элементом, в поляризованный радиочастотный сигнал (1102а, 1102b).
Пункт 10. Система по пункту 1, дополнительно содержащая
металлическую сотовидную структуру (107),
множество цилиндрических волноводов (105), образованных в металлической сотовидной структуре, причем каждый цилиндрический волновод имеет радиус, который по существу равен радиусу соответствующего антенного элемента,
выемку (516а, 516b), выполненную вдоль поверхности (505, 506) каждого из указанных цилиндрических волноводов,
причем цилиндрические волноводы и выемки заполнены диэлектрическим материалом, а каждая заполненная выемка механически скрепляет диэлектрический материал с цилиндрическим волноводом.
Пункт 11. Система по пункту 10, в которой диэлектрический материал имеет коэффициент теплового расширения, по существу равный коэффициенту теплового расширения металлической сотовидной структуры, и имеет диэлектрическую постоянную, по существу равную диэлектрической постоянной монтажной печатной платы.
Пункт 12. Система по пункту 10, дополнительно содержащая множество слоев (563) материала для согласования полных сопротивлений в широком диапазоне углов, размещенных на открытой поверхности (509) указанного множества цилиндрических волноводов и на внешней поверхности (501) металлической сотовидной структуры.
Пункт 13. Система по пункту 10, в которой металлическая сотовидная структура содержит алюминий.
Пункт 14. Система по пункту 1, дополнительно содержащая
схему (935, 945) распределения радиочастот, образованную по меньшей мере на одном слое из второй подсовокупности слоев,
множество переходных отверстий (550) заземления, проходящих через вторую подсовокупность слоев, причем указанное множество переходных отверстий заземления распределены по периметру вокруг второго проводящего переходного отверстия для обеспечения клетки (651) волновода вокруг второго проводящего переходного отверстия,
причем указанное множество переходных отверстий заземления дополнительно уменьшает радиочастотные помехи в схеме распределения радиочастот.
Пункт 15. Система по пункту 1, дополнительно содержащая множество мозаичных блоков (224, 228) подрешетки фазированной антенной решетки,
апертурный корпус (106), содержащий множество цилиндрических волноводов, соединенных с указанным множеством мозаичных блоков подрешетки,
монтажную печатную плату (212, 216) для распределения решеток, соединенных с указанным множеством мозаичных блоков подрешетки, и
охлаждающую пластину (213, 217), размещенную между монтажной печатной платой блока распределения решеток и указанным множеством мозаичных блоков подрешетки.
Пункт 16. Система, содержащая:
мозаичный блок (224, 228) подрешетки, содержащий
по существу плоскую монтажную печатную плату (525), содержащую множество слоев (527, 529),
один или более кристаллов (540) интегральной схемы, соединенных с первой поверхностью (503) монтажной печатной платы,
по меньшей мере четыре антенных элемента (660d, 660e, 660f, 660g), соединенных со второй поверхностью (504) монтажной печатной платы,
причем указанные по меньшей мере четыре антенных элемента расположены в квадратной решетке (1001) на монтажной печатной плате, а кристалл интегральной схемы электрически соединен с каждым из указанных четырех антенных элементов через указанные слои.
Пункт 17. Система по пункту 16, в которой кристалл интегральной схемы содержит сплав кремния и германия.
Пункт 18. Система по пункту 16, в которой кристалл интегральной схемы выполнен с возможностью приема радиочастотного сигнала (1101а, 1101b) от каждого из указанных четырех антенных элементов и с возможностью преобразования соответствующего радиочастотного сигнала в поляризованный радиочастотный сигнал (1102а, 1102b).
Пункт 19. Система по пункту 16, дополнительно содержащая
первое проводящее переходное отверстие (510), имеющее первый диаметр, причем первое проводящее переходное отверстие соединено с кристаллом интегральной схемы и проходит через первую подсовокупность слоев (527),
второе проводящее переходное отверстие (520), имеющее второй диаметр, который больше первого диаметра, причем второе проводящее переходное отверстие смещено по отношению к первому проводящему переходному отверстию, проходит через вторую подсовокупность слоев (529) и соединено с антенным элементом,
проводящую дорожку (530) монтажной печатной платы, соединенную с первым и вторым проводящими переходными отверстиями,
причем смещение второго проводящего переходного отверстия обеспечивает разгрузку от теплового и механического напряжений, воздействующих на кристалл интегральной схемы.
Пункт 20. Система по пункту 19, в которой кристалл интегральной схемы представляет собой перевернутый чип, содержащий множество припойных столбиковых выводов (541), соединенных с первой поверхностью монтажной печатной платы,
причем по меньшей мере один из припойных столбиковых выводов электрически соединен с первым проводящим переходным отверстием.
Пункт 21. Система по пункту 19, дополнительно содержащая: схему (935, 945) распределения радиочастот, образованную по меньшей мере на одном слое из второй подсовокупности слоев,
множество переходных отверстий (550) заземления, проходящих через вторую подсовокупность слоев и распределенных по периметру вокруг второго проводящего переходного отверстия для обеспечения клетки (651) волновода вокруг второго проводящего переходного отверстия,
причем указанное множество переходных отверстий заземления дополнительно уменьшает радиочастотные помехи в схеме распределения радиочастот.
Пункт 22. Способ, согласно которому
пропускают (1205, 1210) радиочастотный сигнал вдоль проводящего пути (510, 530, 520) через монтажную печатную плату (525) между кристаллом (540) интегральной схемы и антенным элементом (660), причем проводящий путь содержит
первое проводящее переходное отверстие (510), имеющее первый диаметр, причем первое проводящее переходное отверстие соединено с кристаллом интегральной схемы и проходит через первую подсовокупность слоев (527) монтажной печатной платы,
второе проводящее переходное отверстие (520), имеющее второй диаметр, который больше первого диаметра, причем второе проводящее переходное отверстие смещено по отношению к первому проводящему переходному отверстию, проходит через вторую подсовокупность слоев (529) монтажной печатной платы и соединено с антенным элементом, и
проводящую дорожку (530) монтажной печатной платы, соединенную с первым и вторым проводящими переходными отверстиями.
Пункт 23. Способ по пункту 22, согласно которому кристалл интегральной схемы выполнен с возможностью выдачи поляризованного радиочастотного сигнала (1102с, 1102d), передаваемого антенным элементом через первое и второе проводящие переходные отверстия.
Пункт 24. Способ по пункту 23, дополнительно содержащий
множество антенных элементов,
множество первых и вторых проводящих переходных отверстий,
причем кристалл интегральной схемы выполнен с возможностью выдачи соответствующего поляризованного радиочастотного сигнала, передаваемого в каждый из указанных антенных элементов через соответствующие отверстия из указанных первых и вторых проводящих переходных отверстий.
Пункт 25. Способ по пункту 22, согласно которому антенный элемент выполнен с возможностью выдачи радиочастотного сигнала (1101а, 1101b), передаваемого в кристалл интегральной схемы через указанные вторые и первые проводящие переходные отверстия, причем кристалл интегральной схемы выполнен с возможностью преобразования радиочастотного сигнала, выданного антенным элементом, в поляризованный радиочастотный сигнал (1102а, 1102b).
Пункт 26. Способ по пункту 25, дополнительно содержащий
множество антенных элементов,
множество первых и вторых проводящих переходных отверстий, причем каждый антенный элемент выполнен с возможностью выдачи радиочастотного сигнала, передаваемого в кристалл интегральной схемы через соответствующие отверстия из указанных вторых и первых проводящих переходных отверстий, а кристалл интегральной схемы выполнен с возможностью преобразования радиочастотного сигнала, выданного каждым антенным элементом, в поляризованный радиочастотный сигнал.
Пункт 27. Способ, согласно которому
обеспечивают наличие (1305) монтажной печатной платы (525), содержащей множество слоев (527, 529),
обеспечивают наличие (1330) кристалла (540) интегральной схемы, соединенного с первой поверхностью (503) монтажной печатной платы,
обеспечивают наличие (1335) антенного элемента (660), соединенного со второй поверхностью (504) монтажной печатной платы,
электрически соединяют (1315, 1330) кристалл интегральной схемы с первым проводящим переходным отверстием (510), проходящим через первую подсовокупность слоев (527), и
электрически соединяют (1310, 1315, 1335) первое проводящее переходное отверстие со вторым проводящим переходным отверстием (520), смещенным по отношению к первому проводящему переходному отверстию, проходящим через вторую подсовокупность слоев (529) и соединенным с антенным элементом.
Пункт 28. Способ по пункту 27, согласно которому обеспечение наличия кристалла интегральной схемы включает
соединение (1330) множества припойных столбиковых выводов (541), выполненных на первой поверхности (608) кристалла интегральной схемы, с первой поверхностью монтажной печатной платы, причем по меньшей мере один из припойных столбиковых выводов электрически соединен с первым проводящим переходным отверстием, и
не полное заполнение (1330) области (609) между первой поверхностью кристалла интегральной схемы и первой поверхностью монтажной печатной платы.
Пункт 29. Способ по пункту 27, согласно которому обеспечение наличия кристалла интегральной схемы включает
соединение (1330) множества припойных столбиковых выводов (541), выполненных на первой поверхности (608) кристалла интегральной схемы, с первой поверхностью (507) промежуточной монтажной печатной платы (560),
неполное заполнение (1330) области (507а) между первой поверхностью кристалла интегральной схемы и первой поверхностью промежуточной монтажной печатной платы, и
соединение (1330) решетки (561) шариковых выводов, выполненной на второй поверхности (508) промежуточной монтажной печатной платы, с первой поверхностью монтажной печатной платы, причем с первым проводящим переходным отверстием электрически соединен по меньшей мере один шариковый вывод в решетке шариковых выводов.
Пункт 30. Способ по пункту 27, согласно которому дополнительно
обеспечивают наличие (1335) металлической сотовидной структуры (107),
образуют (1335) множество цилиндрических волноводов (105) в металлической сотовидной структуре, причем каждый цилиндрический волновод имеет радиус, который по существу равен радиусу соответствующего антенного элемента (660),
образуют (1345) выемку (516а, 516b) вдоль поверхности (505, 506) каждого из указанных цилиндрических волноводов,
заполняют (1350) указанные цилиндрические волноводы и выемки диэлектрическим материалом, имеющим диэлектрическую постоянную, которая по существу равна диэлектрической постоянной монтажной печатной платы,
причем каждая заполненная выемка механически скрепляет диэлектрический материал с цилиндрическим волноводом.
Пункт 31. Способ по пункту 27, согласно которому дополнительно образуют (1320) схему (935, 945) распределения радиочастот по меньшей мере на одном слое из второй подсовокупности слоев,
образуют (1310) множество переходных отверстий (550) заземления, проходящих через вторую подсовокупность слоев, причем указанное множество переходных отверстий заземления распределено по периметру вокруг второго проводящего переходного отверстия для обеспечения клетки (651) волновода вокруг второго проводящего переходного отверстия,
причем указанное множество переходных отверстий заземления дополнительно уменьшает радиочастотные помехи в схеме распределения радиочастот.
Пункт 32. Способ, согласно которому
обеспечивают наличие (1340) металлической сотовидной структуры (107), содержащей множество цилиндрических волноводов (105), выполненных с возможностью взаимодействия с множеством мозаичных блоков (224, 228) подрешетки фазированной антенной решетки,
образуют (1345) выемку (516а, 516b) вдоль поверхности (505, 506) каждого из указанных цилиндрических волноводов,
заполняют (1345) указанные цилиндрические волноводы и выемки диэлектрическим материалом,
причем каждая заполненная выемка механически скрепляет диэлектрический материал с цилиндрическим волноводом.
Пункт 33. Способ по пункту 32, согласно которому металлическая сотовидная структура содержит алюминий.
Пункт 34. Способ по пункту 32, дополнительно содержащий множество антенных элементов (660), соединенных с указанным множеством цилиндрических волноводов, причем каждый цилиндрический волновод имеет радиус, который по существу равен радиусу соответствующего антенного элемента.
Пункт 35. Способ по пункту 32, согласно которому диэлектрический материал контактирует с монтажной печатной платой (525) каждого из указанных мозаичных блоков подрешетки, причем заполнение цилиндрических волноводов дополнительно включает:
формование (1350) диэлектрического материала с приданием формы, по существу соответствующей форме цилиндрического волновода и выемок, причем диэлектрический материал имеет коэффициент теплового расширения, по существу равный коэффициенту теплового расширения металлической сотовидной структуры, и имеет диэлектрическую постоянную, по существу равную диэлектрической постоянной монтажной печатной платы, и
размещение (1350) сформованного диэлектрического материал в каждом из указанных цилиндрических волноводов для заполнения указанных цилиндрических волноводов и выемок.
Пункт 36. Способ по пункту 32, согласно которому диэлектрический материал контактирует с монтажной печатной платой каждого из указанных мозаичных блоков подрешетки, причем заполнение цилиндрических волноводов дополнительно включает:
введение (1350) диэлектрического материала в каждый из указанных цилиндрических волноводов и выемок, причем диэлектрический материал имеет коэффициент теплового расширения, по существу равный коэффициенту теплового расширения металлической сотовидной структуры, и имеет диэлектрическую постоянную, по существу равную диэлектрической постоянной монтажной печатной платы.
Ввиду приведенного выше описания, будет понятно, что мозаичный блок подрешетки, реализованный в соответствии с различными примерами, заданными в данном документе, может быть образован путем объединения множества различных технологий для улучшения технических характеристик и расширения функциональных возможностей с одновременным сокращением затрат, уменьшением размера и мощности. Мозаичный блок подрешетки представляет собой наращиваемый конструктивный блок, который использует подрешетку с более экономически эффективными размерами для получения решетки большого размера. Встраиваемая в антенну монтажная печатная плата 525, содержащая кристалл 540 интегральной схемы из SiGe, антенные элементы 660, переходные микроотверстия и металлизированные переходные отверстия, смещенные по отношению к переходным микроотверстиям для соединения кристалла 540 с антенными элементами 660, слои 900 распределения радиочастот со схемами 935/945 распределения радиочастот, образованными в промежуточных областях волноводов 601 встраиваемой в антенну монтажной печатной платы 525, повторно использует переходные отверстия 550 заземления волновода для уменьшения радиочастотных помех в схемах 935/945 распределения радиочастот, при этом встроенный контроль и калибровка в полете совместно оптимизируют изготовление, сборку, производство и контроль встроенной фазированной антенной решетки 100.
Вышеописанные примеры иллюстрируют настоящее изобретение, но не ограничивают его. Кроме того, следует понимать, что в соответствии с принципами настоящего изобретения возможны многочисленные модификации и изменения. Соответственно, объем настоящего изобретения задан приведенной далее формулой изобретения.