JP7671703B2

JP7671703B2 - 差動区画化開口

Info

Publication number: JP7671703B2
Application number: JP2021577574A
Authority: JP
Inventors: ダニエルエー．パーキンス，; ダニエルジー．レーシュ，; ドナルドシー．ディッシャー，; ラファエルジョゼフウェルシュ，
Original assignee: バテルメモリアルインスティチュート
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2020-04-24
Publication date: 2025-05-02
Anticipated expiration: 2040-04-24
Also published as: US11362432B2; ES3053762T3; US20200343645A1; JP7854539B2; WO2020219794A1; AU2020261055B2; JP2022536996A; KR102797535B1; CA3137166A1; FI3959779T3; AU2025220896A1; DK3959779T3; EP4664684A1; JP2025105727A; KR20220002452A; EP3959779B1; AU2020261055A1; EP3959779A1

Description

本願は、２０１９年４月２６日に出願され、「ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬＳＥＧＭＥＮＴＥＤＡＰＥＲＴＵＲＥ」と題された、米国仮出願第６２／８３９，１２１号の利益を主張する。２０１９年４月２６日に出願された米国仮出願第６２／８３９，１２１号は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。

（背景）
以下は、無線周波数（ＲＦ）技術分野、ＲＦ伝送機技術分野、ＲＦ受信機技術分野、ＲＦ送受信機技術分野、ブロードバンドＲＦ伝送機、受信機、および／または送受信機技術分野、ＲＦ通信技術分野、ならびに関連する技術分野に関する。

「ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＲａｄｉａｔｉｏｎＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄ」と題された、Ｓｔｅｉｎｂｒｅｃｈｅｒの米国特許第７，４２０，５２２号は、ブロードバンドＲＦ開口を以下のように開示している。「電波周波数との併用のために好適である電磁放射インターフェースが、提供される。表面は、複数の金属の円錐形剛毛体を具備する。対応する複数の終端区分が、各剛毛体が終端区分に伴って終端されるように提供される。終端区分は、各個別の剛毛体によって受容された実質的に全ての電磁波エネルギーを捕捉し、それによって、インターフェースの表面からの反射の防止するために電気抵抗を備えてもよい。各終端区分はまた、各剛毛体からのエネルギーをデジタルワードに転換するためのアナログ／デジタルコンバータを備えてもよい。剛毛体は、それを通して複数の孔を有する接地面上に搭載されてもよい。複数の同軸伝送ラインが、複数の剛毛体を複数の終端区分に相互接続するために接地面を通して延在してもよい。」

いくらかの改良が、本明細書に開示される。

米国特許第７，４２０，５２２号公報

（簡単な要約）
いくつかの例証的実施形態によると、無線周波数（ＲＦ）開口が、開示される。インターフェースプリント回路基板が、表側と、裏側とを有する。導電性テーパ状突出部のアレイが、インターフェースプリント回路基板の表側に配置された基部を有し、インターフェースプリント回路基板の表側から離れるように延在する。チップバランが、インターフェースプリント回路基板の裏側に搭載される。各チップバランは、インターフェースプリント回路基板を通して通過する電気フィードスルーを介して導電性テーパ状突出部のアレイの２つの近隣する導電性テーパ状突出部と電気的に接続される、平衡ポートを有する。各チップバランはさらに、非平衡ポートを有する。ＲＦ回路網が、インターフェースプリント回路基板の裏側に配置され、チップバランの非平衡ポートと電気的に接続される。

本明細書に開示されるいくつかの例証的実施形態によると、無線周波数（ＲＦ）開口を製造する方法は、誘電性テーパ状突出部の表面を導電性層でコーティングし、導電性テーパ状突出部を形成することと、導電性テーパ状突出部をインターフェースプリント回路基板の表側に搭載することと、ＲＦ回路網を、インターフェースプリント回路基板および／またはインターフェースプリント回路と平行に搭載される第２のプリント回路基板上に搭載することと、ＲＦ回路網を導電性テーパ状突出部と電気的に接続することとを含む。

本明細書に開示されるいくつかの例証的実施形態によると、ＲＦ開口は、表側と、裏側とを有する、インターフェースプリント回路基板と、導電性テーパ状突出部のアレイと、ＲＦ回路網とを備える。導電性テーパ状突出部は、インターフェースプリント回路基板の表側に配置された基部を有し、インターフェースプリント回路基板の表側から離れるように延在する。導電性テーパ状突出部は、誘電性テーパ状突出部と、誘電性テーパ状突出部の表面上に配置される、導電性層とを備える。ＲＦ回路網は、インターフェースプリント回路基板の裏側に配置され、インターフェースプリント回路基板を通して通過する電気フィードスルーを介して導電性テーパ状突出部のアレイと電気的に接続される。いくつかの実施形態では、ＲＦ回路網はさらに、インターフェースプリント回路基板を通して通過する電気フィードスルーを介して、導電性テーパ状突出部のアレイ内で隣接している導電性テーパ状突出部の対を接続する、平衡ポートを伴うバランを含む。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
無線周波数（ＲＦ）開口であって、
表側と、裏側とを有する、インターフェースプリント回路基板と、
前記インターフェースプリント回路基板の表側に配置された基部を有し、前記インターフェースプリント回路基板の表側から離れるように延在する、導電性テーパ状突出部のアレイと、
前記インターフェースプリント回路基板の裏側に搭載される、バランであって、各バランは、前記インターフェースプリント回路基板を通して通過する電気フィードスルーを介して前記導電性テーパ状突出部のアレイの２つの近隣する導電性テーパ状突出部と電気的に接続される、平衡ポートを有し、各バランはさらに、非平衡ポートを有する、バランと、
前記インターフェースプリント回路基板の裏側に配置され、前記バランの非平衡ポートと電気的に接続される、ＲＦ回路網と
を備える、ＲＦ開口。
（項目２）
前記バランは、チップバランを備え、前記ＲＦ回路網は、前記インターフェースプリント回路基板の裏側に搭載される、電子構成要素を備える、項目１に記載のＲＦ開口。
（項目３）
前記インターフェースプリント回路基板と平行に配置され、前記インターフェースプリント回路基板の裏側に面する、第２のプリント回路基板をさらに備え、
前記ＲＦ回路網は、前記第２のプリント回路基板上に搭載される、電子構成要素を備える、項目１－２のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
（項目４）
前記ＲＦ回路網は、前記バランの非平衡ポートの１つ以上の組み合わせを１つ以上のＲＦコネクタと接続する、ＲＦ電力分割器／結合器を備える、項目１－３のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
（項目５）
前記ＲＦ電力分割器／結合器は、複数のＲＦサブアセンブリとして相互接続され、各ＲＦサブアセンブリは、前記バランの非平衡ポートのうちの４つ以上の亜集合を単一のＲＦコネクタと接続する、項目４に記載のＲＦ開口。
（項目６）
前記ＲＦ回路網はさらに、複数のアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータを備え、
前記ＲＦ電力分割器／結合器は、複数のＲＦサブアセンブリとして相互接続され、各ＲＦサブアセンブリは、前記バランの非平衡ポートのうちの４つ以上の亜集合を単一のアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータと接続する、項目４に記載のＲＦ開口。
（項目７）
前記ＲＦ回路網は、前記バランの各非平衡ポートと接続される、信号調整回路を備え、各非平衡ポートと接続される前記信号調整回路は、
ＲＦ伝送増幅器と、
ＲＦ受信増幅器と、
前記ＲＦ伝送増幅器を前記非平衡ポートと動作可能に接続する伝送モードと、ＲＦ受信増幅器を前記非平衡ポートと動作可能に接続する受信モードとの間で切り替えるように構成される、ＲＦ切替回路網と
を含む、項目１－６のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
（項目８）
前記ＲＦ回路網は、前記ＲＦ開口を位相化アレイ指向性ＲＦ伝送機および／または位相化アレイ指向性ＲＦ受信機として動作させるように構成される、ビーム操向回路網を含む、項目１－７のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
（項目９）
前記導電性テーパ状突出部のアレイは、
誘電性テーパ状突出部と、
前記誘電性テーパ状突出部の表面上に配置される、導電性層と
を備える、項目１－８のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
（項目１０）
前記誘電性テーパ状突出部を含む、誘電性プレートを備える、項目９に記載のＲＦ開口。
（項目１１）
前記誘電性テーパ状突出部は、中空であり、前記導電性層は、前記中空の誘電性テーパ状突出部の外側表面または内側表面上に配置される、項目９－１０のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
（項目１２）
無線周波数（ＲＦ）開口を製造する方法であって、
誘電性テーパ状突出部の表面を導電性層でコーティングし、導電性テーパ状突出部を形成することと、
前記導電性テーパ状突出部をインターフェースプリント回路基板の表側に搭載することと、
ＲＦ回路網を、前記インターフェースプリント回路基板および／または前記インターフェースプリント回路と平行に搭載される第２のプリント回路基板上に搭載することと、
前記ＲＦ回路網を前記導電性テーパ状突出部と電気的に接続することと
を含む、方法。
（項目１３）
前記誘電性テーパ状突出部は、誘電性プレートの表面と一体型であり、前記誘電性プレートの表面から離れるように延在し、前記コーティングすることは、少なくとも前記一体型の誘電性テーパ状突出を含む、前記誘電性プレートをコーティングすることを含み、前記方法はさらに、
前記コーティングすることの後に、前記導電性テーパ状突出部間の前記プレートから離れるように前記コーティングをエッチングし、前記導電性テーパ状突出部を相互から直流的に絶縁させること、または
前記コーティングすることの前に、前記コーティングが前記導電性テーパ状突出部間の前記プレートをコーティングせず、それによって、前記導電性テーパ状突出部が相互から直流的に絶縁されるように、前記導電性テーパ状突出部間の前記プレート上にマスク材料を堆積させること
のうちの１つを含む、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記ＲＦ回路網の搭載は、前記インターフェースプリント回路基板の裏側にバランを搭載することを含み、
前記電気的に接続することは、前記インターフェースプリント回路基板を通して通過する電気フィードスルーを介して、前記バランの各平衡ポートを前記導電性テーパ状突出部のうちの２つと電気的に接続することを含む、項目１２－１３のいずれか１項に記載の方法。
（項目１５）
無線周波数（ＲＦ）開口であって、
表側と、裏側とを有する、インターフェースプリント回路基板と、
前記インターフェースプリント回路基板の表側に配置された基部を有し、前記インターフェースプリント回路基板の表側から離れるように延在する、導電性テーパ状突出部のアレイであって、前記導電性テーパ状突出部は、誘電性テーパ状突出部と、前記誘電性テーパ状突出部の表面上に配置される、導電性層とを備える、導電性テーパ状突出部のアレイと、
前記インターフェースプリント回路基板の裏側に配置され、前記インターフェースプリント回路基板を通して通過する電気フィードスルーを介して前記導電性テーパ状突出部のアレイと電気的に接続される、ＲＦ回路網と
を備える、ＲＦ開口。
（項目１６）
前記誘電性テーパ状突出部を含む誘電性プレートを備え、前記導電性層は、前記誘電性テーパ状突出部が相互から直流的に絶縁されるように、前記誘電性テーパ状突出部間の前記プレートのコーティングする部分ではない、項目１５に記載のＲＦ開口。
（項目１７）
前記誘電性テーパ状突出部は、中空である、項目１５－１６のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
（項目１８）
前記ＲＦ回路網は、前記インターフェースプリント回路基板の裏側に搭載される、電子構成要素を備える、項目１５－１７のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
（項目１９）
前記インターフェースプリント回路基板と平行に配置され、前記インターフェースプリント回路基板の裏側に面する、第２のプリント回路基板をさらに備え、
前記ＲＦ回路網は、前記第２のプリント回路基板上に搭載される、電子構成要素を備える、項目１５－１８のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
（項目２０）
前記ＲＦ回路網は、前記インターフェースプリント回路基板を通して通過する前記電気フィードスルーを介して、前記導電性テーパ状突出部のアレイ内で隣接する導電性テーパ状突出部の対を接続する、平衡ポートを伴うバランを含む、項目１５－１９のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
（項目２１）
前記ＲＦ回路網はさらに、それぞれが２つのバランの前記非平衡ポートを接続する、第１レベルのＲＦ電力分割器／結合器を含む、項目２０に記載のＲＦ開口。
（項目２２）
前記ＲＦ回路網はさらに、それぞれが２つの第１レベルのＲＦ電力分割器／結合器を接続する、第２レベルのＲＦ電力分割器／結合器を含む、項目２１に記載のＲＦ開口。
（項目２３）
前記ＲＦ回路網はさらに、各バランの非平衡ポートと接続される、信号調整回路を含み、前記信号調整回路は、
ＲＦ伝送増幅器と、
ＲＦ受信増幅器と、
前記ＲＦ伝送増幅器を前記非平衡ポートと動作可能に接続する伝送モードと、ＲＦ受信増幅器を前記非平衡ポートと動作可能に接続する受信モードとの間で切り替えるように構成される、ＲＦ切替回路網と
を含む、項目２０－２２のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
（項目２４）
前記ＲＦ回路網は、前記ＲＦ開口を位相化アレイ指向性ＲＦ伝送機および／または位相化アレイ指向性ＲＦ受信機として動作させるように構成される、ビーム操向回路網を含む、項目１５－２３のいずれか１項に記載のＲＦ開口。

図面に示されるいかなる定量的寸法も、非限定的な例証的実施例として理解されるものとする。別様に示されない限り、図面は、正確な縮尺率ではなく、図面の任意の側面が、正確な縮尺率であるものとして示され、図示される縮尺は、非限定的な例証的実施例として理解されるものとする。

図１および２は、それぞれ、例証的差動区画化開口（ＤＳＡ）の正面断面図および側面断面図を図式的に図示する。図１および２は、それぞれ、例証的差動区画化開口（ＤＳＡ）の正面断面図および側面断面図を図式的に図示する。

図３は、図１－４のＤＳＡの単一のＱＵＡＤサブアセンブリのブロック図を図式的に示す。

図４は、ビアと、搭載孔とを含む、図１－３のＤＳＡのインターフェースプリント回路基板（ｉ－ＰＣＢ）の正面図を図式的に図示し、バランおよびレジスタパッドの場所を図式的に示した。

図５は、図式的に示されたＲＦ接続と、制御部と、電力コネクタとを含む、図１－４のＤＳＡのエンクロージャの背面図を図式的に図示する。

図６は、２つの隣接する導電性テーパ状突出部の間のチップバランの平衡ポートの接続の図式表現に加えて、導電性テーパ状突出部のある実施形態の側面断面図を図式的に図示する。

図７－１０は、導電性テーパ状突出部の付加的実施形態を図式的に図示する。図７－１０は、導電性テーパ状突出部の付加的実施形態を図式的に図示する。図７－１０は、導電性テーパ状突出部の付加的実施形態を図式的に図示する。図７－１０は、導電性テーパ状突出部の付加的実施形態を図式的に図示する。

（詳細な説明）
図１および２を参照すると、それぞれ、表側１２と、裏側１４とを有するインターフェースプリント回路基板（ｉ－ＰＣＢ）１０と、ｉ－ＰＣＢ１０の表側１２に配置された基部２２を有し、ｉ－ＰＣＢ１０の表側１２から離れるように延在する、導電性テーパ状突出部２０のアレイとを含む、例証的無線周波数（ＲＦ）開口の正面断面図ならびに側面断面図が、示される。例証的なｉ－ＰＣＢ１０が、５インチ×５インチの寸法を有するものとして図１に表示されるが、これは、小型のＲＦ開口の非限定的な例証的実施例にすぎない。図１は、１つの導電性テーパ状突出部２０の斜視図を示す挿入図を左上に伴う、ＲＦ開口の正面図を示す。導電性テーパ状突出部２０の本例証的実施形態は、より大きい正方形基部２２と、完全な先端まで延在せず、むしろ、平坦な頂点２４において終端する頂点とを伴う正方形断面を有する（言い換えると、挿入図の導電性テーパ状突出部２０は、円錐台形状を有する）。これは、例証的実施例にすぎず、より一般的には、導電性テーパ状突出部２０は、任意のタイプの断面（例えば、挿入図におけるような正方形、または円形、もしくは六角形、または八角形、等）を有することができる。頂点２４は、挿入図の実施例におけるように平坦であることができる、または鋭的点に到達することができる、もしくは丸みを帯びる、またはある他の頂点幾何学形状を有することができる。高さ（すなわち、頂点２４が最大「高」にある状態における、基部２２の「上方」の距離）の機能としてのテーパリングの率は、挿入図の実施例におけるように一定であることができる、またはテーパリングの率は、高さに伴って可変であることができ、例えば、テーパリングの率は、丸みを帯びた頂部を伴う突出部を形成するように、高さの増加に伴って増加することができる、もしくはより尖頭状の先端を伴う突出部を形成するように、高さの増加に伴って減少することができる。同様に、図１に最も詳細に示されるように、導電性テーパ状突出部２０の例証的アレイは、規則的な行と、直交する規則的な列とを伴う直線的アレイであるが、しかしながら、アレイは、他の対称性、例えば、六方対称性、八方対称性、等を有してもよい。挿入図の例証的実施例では、正方形基部２２および正方形頂点２４は、４つの平坦な傾斜した側壁２６を有する導電性テーパ状突出部２０に至るが、しかしながら、他の側壁形状も、考えられ、例えば、基部ならびに頂点が、円形である（または、基部が、円形であり、頂点が、ある点まで達する）場合、側壁は、傾斜した、もしくはテーパ状の円筒であり、六角形基部および六角形頂点または尖頭状頂点に関して、６つの傾斜した側壁が、存在する等となるであろう。

図１および２を継続して参照し、図３をさらに参照すると、ＲＦ開口はさらに、例証的実施形態では、ｉ－ＰＣＢ１０の裏側１４に搭載されるチップバラン３０を含む、ＲＦ回路網を備える。各チップバラン３０は、ｉ－ＰＣＢ１０を通して通過する電気フィードスルー３２を介して導電性テーパ状突出部のアレイの２つの近隣する導電性テーパ状突出部と電気的に接続される、平衡ポートＰ _Ｂを有する（図３および６参照）。各チップバラン３０はさらに、ＲＦ回路網の残部と接続する非平衡ポートＰ _Ｕを有する（図３および６参照）。例証的ＲＦ回路網はさらに、チップバラン３０の非平衡ポートＰ _Ｕからの出力を結合するためのＲＦ電力分割器／結合器４０を含む。図３に見られるように、ＲＦ回路網の例証的電気構成は、非平衡ポートＰ _Ｕの対を結合する第１レベルの１×２ＲＦ電力分割器／結合器４０ _１と、第１レベルのＲＦ電力分割器／結合器４０ _１の対の出力を結合する第２レベルの１×２ＲＦ電力分割器／結合器４０ _２とを採用する。これは、例証的アプローチにすぎず、（３つのラインを結合する）１×３、（４つのラインを結合する）１×４、またはより高い結合ＲＦ電力分割器／結合器、もしくはそれらの種々の組み合わせ等を使用する、他の構成も、考えられる。例証的ＲＦ回路網はさらに、チップバラン３０の各非平衡ポートＰ _Ｕと第１レベルの１×２電力分割器４０ _１との間に刺し込まれる、信号調整回路４２を含む。各非平衡ポートと接続される信号調整回路４２は、ＲＦ伝送増幅器Ｔと、ＲＦ受信増幅器Ｒと、ＲＦ伝送増幅器Ｔと非平衡ポートを動作可能に接続する伝送モードと、ＲＦ受信増幅器Ｒと非平衡ポートを動作可能に接続する受信モードとの間で切り替えるように構成されるスイッチＲＦＳを含む、ＲＦ切替回路網とを含む。

図１－３を継続して参照し、図４および５をさらに参照すると、部分的に、少なくともｉ－ＰＣＢ１０を含む１つ以上のプリント回路基板（ＰＣＢ）を採用することによって、小型設計（例えば、図３の非限定的な例証的実施例における３インチの奥行）が、達成される。図３に示される例証的実施例では、チップバラン３０が、ｉ－ＰＣＢ１０の裏側１４に搭載される。随意に、他の電子構成要素もまた、その表側１２に導電性テーパ状突出部２０のアレイが配置される、ｉ－ＰＣＢ１０の裏側に搭載されてもよい。しかしながら、ｉ－ＰＣＢ１０上には、ＲＦ回路網の電子機器全てを搭載するためには不十分な占有面積が、存在し得る。例証的実施形態では、これは、ｉ－ＰＣＢ１０と並列に配置され、ｉ－ＰＣＢ１０の裏側１４に面する、第２のプリント回路基板５０を提供することによって対処される。言い換えると、第２のプリント回路基板５０は、導電性テーパ状突出部２０が配置されるｉ－ＰＣＢ１０の（表）側１２と反対側のｉ－ＰＣＢ１０の（裏）側１４に配置される。ＲＦ回路網は、本明細書において信号調整ＰＣＢまたはＳＣ－ＰＣＢ５０とも称され得る、第２のプリント回路基板５０上に搭載される、電子構成要素を備え、加えて、または代替として、ｉ－ＰＣＢ１０上に搭載される、電子構成要素を備える（典型的には、ｉ－ＰＣＢの裏側１４上であるが、導電性テーパ状突出部２０間のフィールド空間内のｉ－ＰＣＢの表側にＲＦ回路網の構成要素を搭載することもまた、考えられる（図示せず））。ＳＣ－ＰＣＢ５０が、提供される場合、図２に示されるように、これは、スタンドオフ５４によってｉ－ＰＣＢ１０に平行して適切に固着され、シングルエンドフィードスルー５２が、ｉ－ＰＣＢ１０およびＳＣ－ＰＣＢ５０を電気的に相互接続するために提供される（図３参照）。ＲＦ回路網が、２つのＰＣＢ１０、５０の占有面積上に嵌合することが不可能である場合、第３の（必要に応じて第４の、およびさらなる）ＰＣＢが、ＲＦ回路網の構成要素を収容するために追加されてもよい（図示せず）。

図４は、ビアと、搭載孔とを含む、ｉ－ＰＣＢ１０の正面図を示し、図４に示される凡例内に表示されるように、バラン３０およびレジスタパッドの場所を図式的に表示した。（レジスタは、レーダ断面を低下させることに役立つように、角錐の未使用側を終端させるために使用される。）

図２を参照し、図５をさらに参照すると、例証的ＲＦ開口は、例証的実施例では、ｉ－ＰＣＢ１０の周辺がＲＦ回路網を封入するような状態で、その周辺に固着される、エンクロージャ５８を有する。これは、１つの例証的配列にすぎず、他の設計も、考えられ、例えば、ＰＣＢ１０、５０は両方とも、エンクロージャの内側に配置されてもよい（但し、そのようなエンクロージャは、ＲＦ開口の面積を閉塞させるように前方に延在するＲＦ遮蔽体を備えるべきではない）。図５は、（図２および３にも示される、または表示される）図式的に表示されたＲＦコネクタ（もしくはポート）６０、制御電子機器６２（例えば、非限定的な図として示される、例証的な位相化アレイビーム操向電子機器６３であり、これらの電子機器６２、６３は、エンクロージャ５８の外部に搭載されてもよい、および／またはエンクロージャ５８の内側に配置され、有益なＲＦ遮蔽体を提供してもよい）、ならびにＲＦ回路網の能動構成要素を動作させるための電力（例えば、アクティブなＲＦ伝送増幅器Ｔ、およびアクティブなＲＦ受信増幅器Ｒ、ならびにスイッチＲＦＳのための動作電力）を提供するための、電力コネクタ６４を示す、ＲＦ開口のエンクロージャ５８の背面図を図式的に図示する。エンクロージャの裏側の面積にわたる種々の構成要素６０、６２、６３、６４の特定の配列は、図５に示されるものから広く変動し得、また、これらの構成要素は、他所に位置してもよく、例えば、ＲＦコネクタ６０は、代替として、ＲＦ開口の縁に位置し得る等となる。ＲＦ開口が、ある他の構成要素またはシステムと一体的に構築され得、例えば、ＲＦ開口が、モバイル地上局、海上無線、無人航空車両（ＵＡＶ）等のＲＦ伝送要素ならびに／もしくは受信要素として使用される場合、エンクロージャ５８は、モバイル地上局、海上無線、ＵＡＶ機体等の筐体内に内蔵されるＲＦ開口を有することによって置き換えられ得ることもまた、理解されたい。そのような場合には、ＲＦコネクタ６０はまた、モバイル地上局、海上無線、ＵＡＶ電子機器等への有線接続によって置き換えられ得る。

特に図３を参照すると、例証的ＲＦ回路網のための例証的電気構成が、示される。本非限定的な例証的実施例では、導電性テーパ状突出部２０のアレイは、図１および４に示されるように、導電性テーパ状突出部２０の５×５アレイであると仮定される。チップバラン３０の平衡ポートＰ _Ｂは、（受信モードにおいて、または代替として、伝送モードにおいて２つの隣接する導電性テーパ状突出部２０間に差動ＲＦ信号を印加するように）２つの隣接する導電性テーパ状突出部２０間の差動ＲＦ信号を受信するように、アレイの導電性テーパ状突出部２０の隣接する（すなわち、近隣する）対を接続する。Ｓｔｅｉｎｂｒｅｃｈｅｒの米国特許第７，４２０，５２２号（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に詳述されるように、導電性テーパ状突出部２０のテーパリングは、「高さ」に伴って、すなわち、導電性テーパ状突出部２０の基部２２の「上方の」距離に伴って変動する、２つの導電性テーパ状突出部２０間の分離を提示する。テーパリングによって導入される、隣接する導電性テーパ状突出部２０間の分離の範囲に対応する、ある範囲のＲＦ波長が、捕捉され得るため、これは、ブロードバンドＲＦ捕捉を提供する。ＲＦ開口は、したがって、差動区画化開口（ＤＳＡ）であり、導電性テーパ状突出部２０の隣接する対に対応する差動ＲＦ受信（またはＲＦ伝送）要素を有する。これらの差動ＲＦ受信（または伝送）要素は、本明細書では、開口ピクセルと称される。隣接する導電性テーパ状突出部２０の例証的な直線的５×５アレイに関して、これは、５つの導電性テーパ状突出部２０の各行（もしくは列）に沿った、４つの開口ピクセルが存在することを意味する。より一般的には、Ｎ個の導電性テーパ状突出部２０の行（または列）を有する突出部の直線的アレイに関して、行（または列）に沿った、対応するＮ－１個のピクセルが、存在するであろう。図３は、４つのピクセルの行（または列）の相互接続である、ＱＵＡＤサブアセンブリを示す。４つの行と、４つの列とが、存在するため、これは、４×４または１６個のそのようなＱＵＡＤサブアセンブリにつながる。レジスタパッドが、不必要な反射を防止するために周囲の角錐の未使用の縁のための終端として使用される。レジスタパッドを介して搭載されるレジスタがなければ、それらの表面は、浮動しているままとなり、入射ＲＦエネルギーを再放射し、強化されたレーダ断面を引き起こし得る。

図３に示される例証的実施形態では、各ＱＵＡＤサブアセンブリの第２レベルの１×２ＲＦ電力分割器／結合器４０ _２が、エンクロージャ５８の裏側においてＲＦコネクタ６０と接続する。故に、図５に見られるように、行ＱＵＡＤサブアセンブリＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４および列ＱＵＡＤサブアセンブリＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のような、図４ならびに５に示される８つのＱＵＡＤサブアセンブリのための８つのＲＦコネクタが、存在する。Ｇｎｄ（Ｎ）行およびＧｎｄ（Ｍ）列は、角錐の周囲側に沿った捕捉されたＲＦエネルギーからの電流フローのための共通経路を可能にするための、回路接地である。ＱＵＡＤサブアセンブリの使用は、ＲＦ開口へのＲＦ結合の高レベルの柔軟性を可能にする。例えば、例証的な位相化アレイビーム操向電子機器６３は、行ＱＵＡＤサブアセンブリＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４のための適切な位相偏移
と、列ＱＵＡＤサブアセンブリＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４のための位相偏移
とを導入し、伝送ＲＦ信号ビームを所望の方向に操向する、または所望の方向からＲＦ信号ビームを受信するようにＲＦ開口を配向することによって、実装されてもよい（伝送もしくは受信は、信号調整回路４２のスイッチＲＦＳの設定によって制御される）。ＲＦ開口によって実装され得る他の用途は、同時の「伝送／受信二重円偏波モード」と、複数のＤＳＡを物理的に近接近するように物理的に定置させ、開口サイズの増加という組み合わせられた効果を与えることによる「拡張性」とを含む。図３に図式的に示される代替実施形態では、ＲＦコネクタ６０は、それを介してデジタル化された信号が出力されるアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ６６およびデジタルコネクタ６８によって置き換えられ得る。より一般的には、Ａ／Ｄ転換は、ＲＦチェーン内の任意の場所に挿入されてもよく、例えば、Ａ／Ｄコンバータが、信号調整回路４２の出力に設置され、アナログの第１および第２レベルのＲＦ電力分割器／結合器４０ _１、４０ _２が、したがって、デジタル信号処理（ＤＳＰ）回路網によって置き換えられ得る。

ＰＣＢ１０、５０、チップバラン３０、およびアクティブ信号調整構成要素（例えば、アクティブな伝送増幅器Ｔならびに受信増幅器Ｒ）を採用する、説明される電子機器は、有利には、ＲＦ開口が小型かつ軽量に作製されることを可能にする。次に説明されるように、導電性テーパ状突出部２０の実施形態はさらに、小型かつ軽量のブロードバンドＲＦ開口を提供することを促進する。

図６は、各導電性テーパ状突出部２０が、誘電性テーパ状突出部７０の表面上に配置される導電性層７２を伴う誘電性テーパ状突出部７０として加工される、１つの例証的実施形態の側面断面図を示す。誘電性テーパ状突出部は、例えば、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート等の電気絶縁性プラスチックまたはセラミック材料から成ってもよく、射出成型、３次元（３Ｄ）印刷、もしくは他の好適な技法によって製造されてもよい。導電性層７２は、銅、銅合金、銀、銀合金、金、金合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の任意の好適な導電性材料であってもよい、または異なる導電性材料の層状スタックを含んでもよく、真空蒸発、ＲＦスパッタリング、もしくは任意の他の真空蒸着技法によって誘電性テーパ状突出部７０上にコーティングされてもよい。図６は、はんだ付け点７４が各誘電性テーパ状突出部２０の導電性層７２とｉ－ＰＣＢ１０を通して通過するその対応する電気フィードスルー３２を電気的に接続するために使用される、ある実施例を示す。図６はまた、はんだ付け点７６を介した、２つの隣接する導電性テーパ状突出部２０間の１つのチップバラン３０の平衡ポートＰ _Ｂの例証的接続も示す。

図７および８は、それぞれ、誘電性テーパ状突出部７０が誘電性プレート８０内に一体的に含まれる、ある実施形態の分解側面断面図ならびに斜視図を示す。導電性層７２は、各誘電性テーパ状突出部７０をコーティングするが、近隣する誘電性テーパ状突出部２０間にガルバニック絶縁を提供する、絶縁間隙８２を有する。絶縁間隙８２は、コーティングの後、コーティングを導電性テーパ状突出部２０の間のプレート８０から離れるようにエッチングし、導電性テーパ状突出部を相互から直流的に絶縁することによって、導電性層７２をコーティングした後に形成されることができる。代替として、絶縁間隙８２は、コーティングの前に、コーティングが導電性テーパ状突出部間絶縁間隙８２内のプレートをコーティングせず、それによって、導電性テーパ状突出部が相互から直流的に絶縁されるように、導電性テーパ状突出部２０間のプレート８０上にマスク材料（図示せず）を堆積させることによって、コーティング前に画定されることができる。図８の斜視図に見られるように、結果として、誘電性プレート８０は、導電性テーパ状突出部２０が誘電性プレート８０から離れるように延在している状態で、ｉ－ＰＣＢ１０の表面を被覆する（したがって、それを閉塞する）。

特に図７を参照すると、電気相互接続のための１つのアプローチでは、貫通孔８２が、例証的プレート８０および下層のｉ－ＰＣＢ１０を通して通過し、リベット、ねじ、または他の導電性締結具３２’が、貫通孔８２を通して通過し（図７が、分解図であることに留意されたい）、したがって、配設されると、ｉ－ＰＣＢ１０を通して通過する、電気フィードスルー３２’を形成する。（図８の斜視図が、単純化されていること、および締結具３２’を描写していないことに留意されたい。）一体型の誘電性テーパ状突出部７０および組み合わせられた締結具／フィードスルー３２’を伴う誘電性プレート８０の使用は、有利には、導電性テーパ状突出部２０が精密な位置付けを用いて、はんだ付けを用いずに配設されることを可能にする。

図６－８の実施形態では、導電性コーティング７２が、誘電性テーパ状突出部７０の外側表面上に配置される。本場合には、誘電性テーパ状突出部７０は、中空または中実のいずれであってもよい。

図９および１０を参照すると、誘電材料は、ＲＦ放射に対して実質的に透過的であるため、導電性コーティング７２は、代わりに、（中空の）誘電性テーパ状突出部７０の内側表面上にコーティングされてもよい。図９は、そのような実施形態の側面断面図を示す一方、図１０は、斜視図を示す。図９および１０の実施形態は、再び、誘電性テーパ状突出部７０を含む誘電性プレート８０を採用する。図１０に見られるように、中空の誘電性テーパ状突出部７０の内側表面上を導電性コーティング７２でコーティングすることによって、これは、導電性コーティング７２を一体型の誘電性テーパ状突出部７０を含む誘電性プレート８０による、外部からの接触から保護させる。これは、天候が問題となり得る環境において有用であり得る。

種々の開示される側面が例証的実施例であること、および開示される特徴が、具体的実施形態では、種々に組み合わせられる、または省略され得ることを理解されたい。例えば、導電性テーパ状突出部２０の例証的実施例のうちの１つまたはそれらの異形が、図２－５のＱＵＡＤサブアセンブリ回路網構成を伴わずに採用され得る。逆に、図２－５のＱＵＡＤサブアセンブリ回路網構成またはそれらの異形が、導電性テーパ状突出部２０のための誘電体／コーティング構成を伴うことなく採用され得る。同様に、チップバラン３０が、具体的な実施形態等において使用される場合とそうでない場合がある。

好ましい実施形態が、例証され、説明されている。明白なこととして、修正および改変が、前述の詳細な説明を熟読ならびに理解することに応じて、当業者に想起されるであろう。本発明が、添付の請求項またはそれらの均等物の範囲内に該当する限りにおいて、そのような修正および改変全てを含むものとして解釈されることが意図される。

Claims

無線周波数（ＲＦ）開口であって、
表側と、裏側とを有する、インターフェースプリント回路基板と、
前記インターフェースプリント回路基板の表側に配置された基部を有し、前記インターフェースプリント回路基板の表側から離れるように延在する、導電性テーパ状突出部のアレイと、
前記インターフェースプリント回路基板の裏側に搭載される、バランであって、各バランは、前記導電性テーパ状突出部のアレイの２つの近隣する導電性テーパ状突出部間の差動ＲＦ信号を受信または印加するように前記インターフェースプリント回路基板を通して通過する電気フィードスルーを介して前記２つの近隣する導電性テーパ状突出部と電気的に接続される、平衡ポートを有し、各バランはさらに、非平衡ポートを有する、バランと、
前記インターフェースプリント回路基板の裏側に配置され、前記バランの非平衡ポートと電気的に接続される、ＲＦ回路網と
を備え、
前記ＲＦ回路網は、前記ＲＦ開口を位相化アレイ指向性ＲＦ伝送機および／または位相化アレイ指向性ＲＦ受信機として動作させるように構成される、ビーム操向回路網を含む、ＲＦ開口。
前記バランは、チップバランを備え、前記ＲＦ回路網は、前記インターフェースプリント回路基板の裏側に搭載される、電子構成要素を備える、請求項１に記載のＲＦ開口。
前記インターフェースプリント回路基板と平行に配置され、前記インターフェースプリント回路基板の裏側に面する、第２のプリント回路基板をさらに備え、
前記ＲＦ回路網は、前記第２のプリント回路基板上に搭載される、電子構成要素を備える、請求項１－２のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
前記ＲＦ回路網は、前記バランの非平衡ポートの１つ以上の組み合わせを１つ以上のＲＦコネクタと接続する、ＲＦ電力分割器／結合器を備える、請求項１－３のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
前記ＲＦ電力分割器／結合器は、複数のＲＦサブアセンブリとして相互接続され、各ＲＦサブアセンブリは、前記バランの非平衡ポートのうちの４つ以上の亜集合を単一のＲＦコネクタと接続する、請求項４に記載のＲＦ開口。
前記ＲＦ回路網はさらに、複数のアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータを備え、
前記ＲＦ電力分割器／結合器は、複数のＲＦサブアセンブリとして相互接続され、各ＲＦサブアセンブリは、前記バランの非平衡ポートのうちの４つ以上の亜集合を単一のアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータと接続する、請求項４に記載のＲＦ開口。
前記ＲＦ回路網は、前記バランの各非平衡ポートと接続される、信号調整回路を備え、各非平衡ポートと接続される前記信号調整回路は、
ＲＦ伝送増幅器と、
ＲＦ受信増幅器と、
前記ＲＦ伝送増幅器を前記非平衡ポートと動作可能に接続する伝送モードと、前記ＲＦ受信増幅器を前記非平衡ポートと動作可能に接続する受信モードとの間で切り替えるように構成される、ＲＦ切替回路網と
を含む、請求項１－６のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
前記導電性テーパ状突出部のアレイは、
誘電性テーパ状突出部と、
前記誘電性テーパ状突出部の表面上に配置される、導電性層と
を備える、請求項１－７のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
前記誘電性テーパ状突出部を含む、誘電性プレートを備える、請求項８に記載のＲＦ開口。
前記誘電性テーパ状突出部は、中空であり、前記導電性層は、前記中空の誘電性テーパ状突出部の外側表面または内側表面上に配置される、請求項８－９のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
無線周波数（ＲＦ）開口を製造する方法であって、
誘電性テーパ状突出部の表面を導電性層でコーティングし、導電性テーパ状突出部を形成することと、
前記導電性テーパ状突出部をインターフェースプリント回路基板の表側に搭載することと、
ＲＦ回路網を、前記インターフェースプリント回路基板および／または前記インターフェースプリント回路基板と平行に搭載される第２のプリント回路基板上に搭載することであって、前記ＲＦ回路網は、前記ＲＦ開口を位相化アレイ指向性ＲＦ伝送機および／または位相化アレイ指向性ＲＦ受信機として動作させるように構成される、ビーム操向回路網を含む、ことと、
導電性テーパ状突出部の近隣する対間の差動ＲＦ信号を受信または印加するように前記ＲＦ回路網を前記導電性テーパ状突出部と電気的に接続することと
を含む、方法。
前記誘電性テーパ状突出部は、誘電性プレートの表面と一体型であり、前記誘電性プレートの表面から離れるように延在し、前記コーティングすることは、少なくとも前記一体型の誘電性テーパ状突出部を含む、前記誘電性プレートをコーティングすることを含み、前記方法はさらに、
前記コーティングすることの後に、前記導電性テーパ状突出部間の前記誘電性プレートから離れるように前記コーティングをエッチングし、前記導電性テーパ状突出部を相互から直流的に絶縁させること、または
前記コーティングすることの前に、前記コーティングが前記導電性テーパ状突出部間の前記誘電性プレートをコーティングせず、それによって、前記導電性テーパ状突出部が相互から直流的に絶縁されるように、前記導電性テーパ状突出部間の前記誘電性プレート上にマスク材料を堆積させること
のうちの１つを含む、請求項１１に記載の方法。
前記ＲＦ回路網の搭載は、前記インターフェースプリント回路基板の裏側にバランを搭載することを含み、
前記電気的に接続することは、前記インターフェースプリント回路基板を通して通過する電気フィードスルーを介して、前記バランの各平衡ポートを前記導電性テーパ状突出部のうちの２つと電気的に接続することを含む、請求項１１－１２のいずれか１項に記載の方法。
無線周波数（ＲＦ）開口であって、
表側と、裏側とを有する、インターフェースプリント回路基板と、
前記インターフェースプリント回路基板の表側に配置された基部を有し、前記インターフェースプリント回路基板の表側から離れるように延在する、導電性テーパ状突出部のアレイであって、前記導電性テーパ状突出部は、誘電性テーパ状突出部と、前記誘電性テーパ状突出部の表面上に配置される、導電性層とを備える、導電性テーパ状突出部のアレイと、
前記インターフェースプリント回路基板の裏側に配置され、導電性テーパ状突出部の近隣する対間の差動ＲＦ信号を受信または印加するように前記インターフェースプリント回路基板を通して通過する電気フィードスルーを介して前記導電性テーパ状突出部のアレイと電気的に接続される、ＲＦ回路網と
を備え、
前記ＲＦ回路網は、前記ＲＦ開口を位相化アレイ指向性ＲＦ伝送機および／または位相化アレイ指向性ＲＦ受信機として動作させるように構成される、ビーム操向回路網を含む、ＲＦ開口。
前記誘電性テーパ状突出部を含む誘電性プレートを備え、前記導電性層は、前記誘電性テーパ状突出部が相互から直流的に絶縁されるように、前記誘電性テーパ状突出部間の前記誘電性プレートのコーティングする部分ではない、請求項１４に記載のＲＦ開口。
前記誘電性テーパ状突出部は、中空である、請求項１４－１５のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
前記ＲＦ回路網は、前記インターフェースプリント回路基板の裏側に搭載される、電子構成要素を備える、請求項１４－１６のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
前記インターフェースプリント回路基板と平行に配置され、前記インターフェースプリント回路基板の裏側に面する、第２のプリント回路基板をさらに備え、
前記ＲＦ回路網は、前記第２のプリント回路基板上に搭載される、電子構成要素を備える、請求項１４－１７のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
前記ＲＦ回路網は、前記インターフェースプリント回路基板を通して通過する前記電気フィードスルーを介して、前記導電性テーパ状突出部のアレイ内で隣接する導電性テーパ状突出部の対を接続する、平衡ポートを伴うバランを含む、請求項１４－１８のいずれか１項に記載のＲＦ開口。
前記ＲＦ回路網はさらに、それぞれが２つのバランの非平衡ポートを接続する、第１レベルのＲＦ電力分割器／結合器を含む、請求項１９に記載のＲＦ開口。
前記ＲＦ回路網はさらに、それぞれが２つの第１レベルのＲＦ電力分割器／結合器を接続する、第２レベルのＲＦ電力分割器／結合器を含む、請求項２０に記載のＲＦ開口。
前記ＲＦ回路網はさらに、各バランの非平衡ポートと接続される、信号調整回路を含み、前記信号調整回路は、
ＲＦ伝送増幅器と、
ＲＦ受信増幅器と、
前記ＲＦ伝送増幅器を前記非平衡ポートと動作可能に接続する伝送モードと、前記ＲＦ受信増幅器を前記非平衡ポートと動作可能に接続する受信モードとの間で切り替えるように構成される、ＲＦ切替回路網と
を含む、請求項１９－２１のいずれか１項に記載のＲＦ開口。