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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-07
(45)【発行日】2024-06-17
(54)【発明の名称】独立した回転放射要素を有するアンテナアレイ
(51)【国際特許分類】
H01Q 21/29 20060101AFI20240610BHJP
H01Q 21/06 20060101ALI20240610BHJP
【ＦＩ】
H01Q21/29
H01Q21/06
【請求項の数】
25
(21)【出願番号】P 2021509981
(86)(22)【出願日】2019-07-01
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-12-27
(86)【国際出願番号】 US2019040175
(87)【国際公開番号】W WO2020046467
(87)【国際公開日】2020-03-05
【審査請求日】2022-06-23
(31)【優先権主張番号】16/118,094
(32)【優先日】2018-08-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】513180451
【氏名又は名称】ヴィアサット，インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＶｉａＳａｔ，Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002848
【氏名又は名称】弁理士法人ＮＩＰ＆ＳＢＰＪ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ボンガード、フレデリック
【審査官】佐藤 当秀
(56)【参考文献】
【文献】特開平０５－１２１９３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０９６２８６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｑ ２１／２９
Ｈ０１Ｑ ２１／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
アンテナアレイのグローバル座標系に配置された複数のアンテナセルを含むアンテナアレイであって、前記複数のアンテナセルの各々は、それぞれのローカル座標系を有し、かつ
前記グローバル座標系において規定された所定の回転角度を有する放射要素と、
前記放射要素に接続されたアンテナポートであって、前記それぞれのローカル座標系において特定の座標セットに配置されているアンテナポートと、を含み
前記複数のアンテナセルの各々の前記アンテナポートの特定の座標セットは、同じであり、
前記複数のアンテナセルの各々の前記アンテナポートは、ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）に接続されたビアを含み、
前記複数のアンテナセルのうちの第１のアンテナセルの放射要素の所定の回転角度は、前記グローバル座標系における第１の回転角度であり、
前記複数のアンテナセルのうちの第２のアンテナセルの放射要素の所定の回転角度は、前記グローバル座標系における第２の回転角度であり、前記第２の回転角度は、前記第１の回転角度とは異なる、アンテナアレイ。
【請求項2】
前記複数のアンテナセルの各々の前記アンテナポートは第１のアンテナポートであり、前記複数のアンテナセルの各々は、第２のアンテナポートを更に含み、
前記第２のアンテナポートは、前記それぞれのローカル座標系において第２の座標セットに配置されており、
前記複数のアンテナセルの各々の前記第２のアンテナポートは、それぞれのローカル座標系において同じ第２の座標セットに配置されている、請求項１に記載のアンテナアレイ。
【請求項3】
前記複数のアンテナセルの各々の前記第１のアンテナポート及び前記第２のアンテナポートは、９０度の位相差を有する信号を通信する、請求項２に記載のアンテナアレイ。
【請求項4】
前記第２のアンテナセルは、前記グローバル座標系において前記第１のアンテナセルに対して回転されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のアンテナアレイ。
【請求項5】
前記複数のアンテナセルのうちの前記第１のアンテナセルの前記放射要素は、前記第１のアンテナセルのローカル座標系において所定の第１の局所的回転角度を有し、前記複数のアンテナセルのうちの前記第２のアンテナセルの前記放射要素は、前記第２のアンテナセルのローカル座標系において所定の第２の局所的回転角度を有し、
前記第２の局所的回転角度は、前記第１のアンテナセルのローカル座標系及び前記第２のアンテナセルのローカル座標系において所定の角度だけ前記第１の局所的回転角度からオフセットされている、請求項４に記載のアンテナアレイ。
【請求項6】
前記複数のアンテナセルのうちの第３のアンテナセルが、前記グローバル座標系において前記複数のアンテナセルのうちの前記第１のアンテナセルに対して回転されており、前記第３のアンテナセルの放射要素及び前記第１のアンテナセルの前記放射要素は、前記グローバル座標系において互いに対して回転されていない、請求項１～５のいずれか一項に記載のアンテナアレイ。
【請求項7】
前記ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）は、入力／出力信号と複数のサブ信号とを変換する複数の合成器／分割器を含み、前記複数のサブ信号の各々は、集積回路（ＩＣ）チップを通して前記複数のアンテナセルのそれぞれのアンテナセルのアンテナポートに通信される、請求項１に記載のアンテナアレイ。
【請求項8】
前記複数のアンテナセルの各々の前記アンテナポートは、前記アンテナセルと、前記ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）に接続された集積回路（ＩＣ）チップとの間で信号を通信するための信号インターフェースである、請求項１～７のいずれか一項に記載のアンテナアレイ。
【請求項9】
前記複数のアンテナセルの各々は、それぞれのアンテナセルの対応する放射要素とアンテナポートとを接続するフィードラインを更に含み、前記複数のアンテナセルのそれぞれ対応するフィードラインの長さは同じである、請求項１～８のいずれか一項に記載のアンテナアレイ。
【請求項10】
前記複数のアンテナセルのうちの第３のアンテナセルが、前記グローバル座標系において前記複数のアンテナセルのうちの前記第１のアンテナセルに対して回転されており、前記第３のアンテナセルの放射要素及び前記第１のアンテナセルの前記放射要素は、前記グローバル座標系において互いに対して回転されていない、請求項９に記載のアンテナアレイ。
【請求項11】
前記複数のアンテナセルの各々の前記特定の座標セットは、それぞれのアンテナセルのそれぞれの放射要素と外周との間に位置する、請求項１～１０のいずれか一項に記載のアンテナアレイ。
【請求項12】
複数のアイソレーションビアを更に含み、前記複数のアイソレーションビアのうちの所与のアイソレーションビアが、前記複数のアンテナセルのうちの少なくとも３つのアンテナポート間で共有されている、請求項１～１１のいずれか一項に記載のアンテナアレイ。
【請求項13】
前記複数のアンテナセルの各々の前記アンテナポートはビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）に接続されており、前記ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）は複数のビーム形成段を含み、
前記複数のビーム形成段の各々は、それぞれのローカル座標系を有し、
前記複数のビーム形成段の各々は、前記それぞれのローカル座標系において同じ幾何学的形状を有し、
前記複数のビーム形成段のうちの所与のビーム形成段は、前記複数のビーム形成段のうちの別のビーム形成段と同じ幾何学的形状を有し、
前記所与のビーム形成段と前記別のビーム形成段とは同じ段にあり、
前記所与のビーム形成段は、前記グローバル座標系において前記別のビーム形成段に対して回転されている、請求項１～１２のいずれか一項に記載のアンテナアレイ。
【請求項14】
前記複数のアンテナセルは、アンテナセルの複数のグループに配列されており、各グループは、それぞれのアンテナセルのグループ内の各放射要素に対して前記グローバル座標系において所定の回転角度を規定するグループ回転パターンを含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載のアンテナアレイ。
【請求項15】
前記グループ回転パターンは、アンテナセルの隣接するグループに対して異なる、請求項１４に記載のアンテナアレイ。
【請求項16】
前記複数のアンテナセルのうちの６つのアンテナセルの放射要素は、前記グローバル座標系において異なる回転角度を有する、請求項１～１５のいずれか一項に記載のアンテナアレイ。
【請求項17】
ビーム形成層と、複数のアンテナセルとを含む多層プリント回路基板（ＰＣＢ）であって、前記ビーム形成層は、ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）を形成する複数のトレースを有し、
前記ビーム形成ネットワークは、当該ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）から離れる方向に延在するビアを形成する複数のアンテナポートに接続されており、
前記ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）は、入力／出力信号と複数のサブ信号とを変換する複数の合成器／分割器を含み、
前記複数のサブ信号の各々は、等しい電力及び位相配列を有し、前記複数のサブ信号の各々は、前記複数のアンテナポートのうちの一つのアンテナポートに通信され、
前記複数のアンテナセルは、前記多層プリント回路基板（ＰＣＢ）のグローバル座標系に配置されて規則的なタイリングパターンを形成し、
前記複数のアンテナセルの各々は、それぞれのローカル座標系を有し、かつ、
前記グローバル座標系において所定の回転角度を有する放射要素を含む放射層と、
前記複数のアンテナポートの対応するアンテナポートを前記放射要素に接続するフィードラインを有するフィードライン層であって、各アンテナポートは、前記それぞれのローカル座標系における特定の座標セットにおいて前記フィードライン層と交差する、フィードライン層と、を含み、
前記複数のアンテナセルの各々の特定の座標セットは同じであり、
前記複数のアンテナセルのうちの第１のアンテナセルの放射要素の所定の回転角度は、前記グローバル座標系における第１の回転角度であり、
前記複数のアンテナセルのうちの第２のアンテナセルの放射要素の所定の回転角度は、前記グローバル座標系における第２の回転角度であり、前記第２の回転角度は、前記第１の回転角度とは異なる、多層プリント回路基板（ＰＣＢ）。
【請求項18】
前記ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）の前記複数の合成器／分割器は、複数のビーム形成段に配列されており、前記複数のビーム形成段の各々は、それぞれのローカル座標系を有し、前記複数のビーム形成段の各々は、それぞれのローカル座標系において同じ幾何学的形状を有し、前記複数のビーム形成段のうちの所与のビーム形成段は、前記複数のビーム形成段のうちの別のビーム形成段と同じ幾何学的形状を有し、
前記所与のビーム形成段と前記別のビーム形成段とは同じ段にあり、
前記所与のビーム形成段は、前記グローバル座標系において前記別のビーム形成段に対して回転されている、請求項１７に記載の多層プリント回路基板（ＰＣＢ）。
【請求項19】
前記複数のビーム形成段の各々は、第１の回路及び第２の回路に対応し、前記第１の回路及び前記第２の回路は、それぞれのビーム形成段と、前記複数のアンテナセルのうちのそれぞれのアンテナセルの対応する放射要素との間で通信される信号を増幅及び位相シフトさせる、請求項１８に記載の多層プリント回路基板（ＰＣＢ）。
【請求項20】
前記複数のアンテナセルの各々の前記アンテナポートは第１のアンテナポートであり、前記複数のアンテナセルの各々は、それぞれのローカル座標系における第２の特定の座標セットにおいて前記フィードライン層と交差する第２のアンテナポートを更に含み、前記アンテナセルの各々に対する第２の特定の座標セットは同じである、請求項１７～１９のいずれか一項に記載の多層プリント回路基板（ＰＣＢ）。
【請求項21】
前記複数のアンテナセルの各々の前記第１のアンテナポート及び前記第２のアンテナポートは、９０度の位相差を有する信号を通信する、請求項２０に記載の多層プリント回路基板（ＰＣＢ）。
【請求項22】
前記複数のアンテナセルのうちの第３のアンテナセルが、前記グローバル座標系において前記複数のアンテナセルのうちの前記第１のアンテナセルに対して回転されており、前記第３のアンテナセルの放射要素及び前記第１のアンテナセルの前記放射要素は、前記グローバル座標系において互いに対して回転されていない、請求項１７～２１のいずれか一項に記載の多層プリント回路基板（ＰＣＢ）。
【請求項23】
前記複数のアンテナセルの各々の前記特定の座標セットは、それぞれのアンテナセルのそれぞれの放射要素と外周との間に位置する、請求項１７～２２のいずれか一項に記載の多層プリント回路基板（ＰＣＢ）。
【請求項24】
前記複数のアンテナセルは、複数のアンテナセルのグループに配列されており、各グループは、それぞれのアンテナセルのグループの各放射要素に対して前記グローバル座標系において所定の回転角度を規定するグループ回転パターンを含む、請求項１７～２３のいずれか一項に記載の多層プリント回路基板（ＰＣＢ）。
【請求項25】
前記グループ回転パターンは、アンテナセルの隣接するグループに対して異なる、請求項２４に記載の多層プリント回路基板（ＰＣＢ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、概してアンテナに関し、より具体的には、回転放射要素を有するアンテナアレイに関する。
【背景技術】
【0002】
アンテナアレイ（又はアレイアンテナ）は、電波を送信又は受信するために単一のアンテナとして動作する複数の放射要素のセットである。個々の放射要素（単に「要素」と呼ばれることが多い）は、放射要素によって受信及び／又は送信された信号の適切な振幅及び／又は位相調整を適用する回路によって、受信器及び／又は送信器に接続することができる。送信に使用される場合、各個別の放射要素によって放射された電波は、互いに合成及び重畳され、所望の方向に放射される電力を増強するために加算（建設的に干渉）され、別の方向に放射された電力を低減するために相殺（破壊的に干渉）される。同様に、受信に使用される場合、個別の放射要素から別個に受信された信号は、所望の方向から受信した信号を増強し、所望ではない方向からの信号を相殺するために、適切な振幅及び／又は位相関係で合成される。
【0003】
アンテナアレイは、単一のアンテナにより達成できるものよりも、電波の狭いビームにより高い利得（方向性）を達成することができる。一般に、使用される個々のアンテナ要素の数が多いほど、利得が大きくなり、ビームが狭くなる。一部のアンテナアレイ（フェーズドアレイレーダなど）は、数千個の個別アンテナで構成することができる。アレイを使用して、より大きい利得を達成することができ（これは通信信頼性を高める）、これにより、特定の方向からの干渉を相殺し、異なる方向を指すように無線ビームを電子的に誘導し、かつ／又は無線方向を探知することができる。
【発明の概要】
【0004】
一例は、アンテナアレイのグローバル座標系に配置された複数のアンテナセルを含むことができるアンテナアレイに関する。複数のアンテナセルの各々は、それぞれのローカル座標系を有し、グローバル座標系において規定された所定の回転角度を有する放射要素と、放射要素に接続されたアンテナポートとを含むことができ、このアンテナポートは、それぞれのローカル座標系において特定の座標セットに配置される。複数のアンテナセルの各々のアンテナポートの特定の座標セットは、同じにすることができる。加えて、複数のアンテナセルうちの第１のアンテナセルの放射要素の所定の回転角度が、グローバル座標系における第１の回転角度である。複数のアンテナセルのうちの第２のアンテナセルの放射要素の所定の回転角度は、グローバル座標系における第２の回転角度とすることができる。第２の回転角度は、第１の回転角度とは異なり得る。
【0005】
別の例は、ビーム形成層を含むことができる多層ＰＣＢ（プリント回路基板、printed circuit board）に関する。このビーム形成層は、ビーム形成ネットワーク（beam-forming network、ＢＦＮ）を形成する複数のトレースを有し、ビーム形成ネットワークは、このビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）から離れる方向に延在するビアを形成する複数アンテナポートに接続される。ＢＦＮ（ビーム形成ネットワーク）は、入力信号と複数のサブ信号とを変換する複数の合成器／分割器を含むことができる。複数のサブ信号の各々は、等しい電力及び位相配列を有することができる。複数のサブ信号の各々は、複数のアンテナポートのうちの１つのアンテナポートに通信することができる。多層ＰＣＢはまた、多層ＰＣＢのグローバル座標系に配置されている複数のアンテナセルを含むことができる。これら複数のアンテナセルは、規則的なタイリングパターンを形成する。複数のアンテナセルの各々は、それぞれのローカル座標系を有することができる。各アンテナセルは、グローバル座標系において所定の回転角度を有する放射要素を備える放射層を含むことができる。各アンテナセルはまた、複数のアンテナポートのうちの対応するアンテナポートを放射要素に接続するフィードラインを有することができるフィードライン層を含むことができる。各アンテナポートは、それぞれのローカル座標系にある特定の座標セットにおいて、フィードライン層と交差することができる。複数のアンテナセルの各々に対する特定の座標セットは、同じにすることができる。加えて、複数のアンテナセルのうちの第１のアンテナセルの放射要素の所定の回転角度は、グローバル座標系における第１の回転角度とすることができる。複数のアンテナセルのうちの第２のアンテナセルの放射要素の所定の回転角度は、グローバル座標系における第２の回転角度とすることができ、第２の回転角度は、第１の回転角度と異なり得る。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】複数のアンテナセルを有するアンテナアレイの平面図を示す。
【0007】
【0008】
【図3】ＢＦＮの拡張平面図を示す。
【0009】
【図4】ＢＦＮアレイの一例を示す。
【0010】
【図5】複数のアンテナセルを有する別のアンテナアレイの平面図を示す。
【0011】
【0012】
【図7】別のＢＦＮの別の拡張平面図を示す。
【0013】
【図8】複数のアンテナセルを有する更に別のアンテナアレイの平面図を示す。
【0014】
【0015】
【図10】更に別のＢＦＮの拡張平面図を示す。
【0016】
【図11】アンテナアレイ及びＢＦＮを有するシステムを実装するための多層プリント回路基板の積層図を示す。
【0017】
【図12】アンテナアレイ及びＢＦＮを実現するシステムのブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本開示は、グローバル座標系に配置された複数のアンテナセルを有するアンテナアレイを説明し、各アンテナセルは、それぞれ固有のローカル座標系を有する。アンテナアレイの各アンテナセルは、グローバル座標系において所定の回転角度を有する放射要素（例えば、スロット結合パッチアンテナ）を有することができる。更に、各アンテナセルは、対応する放射要素に接続することができるアンテナポートを有することができる。アンテナポートは、それぞれのローカル座標系において特定の座標セットに配置することができる。いくつかの例では、この特定の座標セットは、各アンテナセルのそれぞれのローカル座標系に対して同じとすることができる。換言すれば、いくつかの例では、グローバル座標系における複数のアンテナセルの各アンテナセルの回転角度は、それぞれのローカル座標系におけるアンテナポートの位置を変化させない。
【0019】
複数のアンテナセルの各アンテナポートは、本明細書で説明するように、集積回路（integrated circuit、ＩＣ）チップによってビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）に接続することができる。各アンテナポートを各ローカル座標系において同じ座標に配置することによって、ＢＦＮの設計を簡略化することができる。具体的には、アンテナポートの位置は規則的とすることができ、ＢＦＮは、系統的に設計することができ、アンテナセルの放射要素の回転角度とは無関係である。加えて、アンテナ要素の回転は、偏波純度を改善することができる。換言すれば、アンテナ要素の回転は、望ましくない成分に対する所望の偏波成分の比を増大する。
【0020】
図１は、複数のアンテナセル１０２を有するアンテナアレイ１００の一例の平面図を示す。アンテナアレイ１００は、例えば、フェーズドアレイアンテナとして実装することができる。アンテナセル１０２は、規則的なタイリングパターンで配列することができる。アンテナアレイ１００は、多層プリント回路基板（ＰＣＢ）の最上層及び／又は領域上に形成することができ、ＰＣＢは、代替的に多層プリント配線基板（printed wire board、ＰＷＢ）と呼ぶことができる。説明を簡単にする目的で、一部の層は省略され、及び／又は透明なものとして示される。本例では、１２個のアンテナセル１０２が存在するが、他の例では、より多く又はより少ないアンテナセル１０２が存在することができる。実際に、いくつかの例では、１００、１０００又はそれより以上のアンテナセル１０２が存在することができる。１２個のアンテナセルの各々は、Ａ～Ｌとラベル付けされている。したがって、所与のアンテナセル１０２を識別し、明確に参照することができる。例えば、第１のアンテナセル１０２は、「アンテナセルＡ１０２」と参照することができ、第８のアンテナセルは、「アンテナセルＨ１０２」として参照することができる。アンテナセルＢ～Ｌ１０２もまた、このように参照することができる。
【0021】
図示の例では、各アンテナセル１０２は六角形の形状を有する。他の例では、規則的なタイリングを提供する正方形、矩形、又は菱形などの形状を含む別の形状を複数のアンテナセル１０２を実装するために用いることができる。
【0022】
アンテナアレイ１００は、アンテナアレイ１００全体のグローバル位置を規定するグローバル座標系１０４を含む。より具体的には、グローバル座標系１０４は、複数のアンテナセル１０２の各々の相対位置を特定する。各アンテナセル１０２は、グローバル座標系１０４において所定の回転角度を有することができる。加えて、各アンテナセル１０２は、グローバル座標系１０４において所定の回転角度を有する放射要素１０６を含むことができる。この所定の回転角度は、グローバル座標系１０４におけるアンテナセル１０２の回転角度と異なることができる（又は同じであってもよい）。換言すれば、所与のアンテナセル１０２の放射要素１０６のグローバル座標系１０４における回転角度は、アンテナセル１０２のグローバル座標系１０４における回転角度とは独立して選択することができる。
【0023】
複数のアンテナセル１０２の各々は、グローバル座標系１０４において所定の回転角度を有することができる。加えて、各アンテナセル１０２は、ローカル座標系を含むことができる。図１に示す例では、各ローカル座標系の原点は、対応するアンテナセル１０２の所与の頂点に配置される。一例として、アンテナセルＡ１０２に対するローカル座標系は、ＸＡ、ＹＡとラベル付けされており、アンテナセルＡ１０２のローカル座標系に対するそれぞれのＸ軸及びＹ軸を示す。アンテナセルＢ～Ｈも、同様のやり方でラベル付けされている。
【0024】
本明細書に記載されるように、各放射要素１０６は、複数の構成構造要素を含む。具体的には、アンテナアレイ１００において各放射要素１０６は、Ｎ個のスロット要素１１０と、金属パッチ放射器１１４とを含むことができる。ただし、Ｎは１以上の整数である。各スロット要素１１０は、「Ｈ」字形状又はダンベル形状を有することができる。更に、図示し説明した例では、放射要素１０６は、Ｎ個のスロット要素１１０と、金属パッチ放射器１１４とを含むが、放射要素１０６に対して別の形式の放射器も可能である。図示の例では、２つのスロット要素１１０が存在し、これらは下付きの数で個別に参照することができる。より具体的には、図示した例では、各放射要素は、互いに直交して配向された第１のスロット要素１１０１と第２のスロット要素１１０２とを含む。換言すれば、第１のスロット要素１１０１は、グローバル座標系１０４において所定の回転角度を有することができ、第２のスロット要素１１０２は、第１のスロット要素１１０１に対して９０度回転することができる。したがって、集合的に、第１のスロット要素１１０１及び第２のスロットアンテナ１１０２は、グローバル座標系１０４において所定の回転角度を有することができ、この所定の回転角度は、放射要素１０６の所定の回転角度をアンテナセル１０２に対して規定することができる。加えて、いくつかの例では、第１のスロット要素１１０１及び第２のスロット要素１１０２よりも多い又はより少ないスロット要素１１０が存在し得る。グローバル座標系１０４における回転角度は、特定の構造要素又は所与のアンテナセル１０２の要素のセットに対して規定することができる。これら要素は、ポート１１８（又は複数のポート１１８）などであるが、これらに限定されない。同様に、このような状況では、他のアンテナセル１０２内の同じ特定の構造要素又は要素のセットを用いて、他のアンテナセル１０２の回転角度を規定することができる。換言すれば、グローバル座標系１０２における回転角度は、各Ａ～Ｌアンテナセル１０２にわたって同じやり方で規定される。
【0025】
いくつかの例では、グローバル座標系１０４における各放射要素１０６に対する回転角度は、例えば、０度、＋／－３０度、＋／－９０度、及び＋／－１５０度のうちの１つとすることができる。他の例では、グローバル座標系１０４において別の回転角度を使用してもよい。更に、アンテナセル１０２の放射要素１０６の回転角度のパターンは、アンテナアレイ１００の所望の動作特性に基づいて可変である。例えば、アンテナ要素１０６に対して所定のパターンを選択することが望ましいことがあり、この所定のパターンは、複数の方向で走査し、放射線パターンの側方ローブを一定レベル未満に維持するために、主ビームにおいて高い偏波純度を提供する。
【0026】
第１のスロット要素１１０１及び第２のスロット要素１１０２は、第１のスロット要素１１０１の信号と第２のスロット要素１１０２の信号との間の相対位相差に実質的に影響を与えることなく信号を通信するように設計することができる。例えば、それぞれのアンテナセル１０２の各放射要素１０６は、円偏波信号を通信するように設計することができる。例えば、放射要素１０６の第１スロット要素１１０１は、第１の直線偏波により信号を通信するように設計することができ、放射要素１０６の第２のスロット要素１１０２は、第２の偏波により信号を通信するように設計することができる。一例として、第１の偏波は、第２の偏波に対してオフセットすることができる。加えて、上記のように、各放射要素１０６に対して１つのスロット要素１１０のみが存在するか、及び／又は放射要素１０６に対して別の形式プの放射器が採用される実施例も存在する。これらの状況では、放射要素１０６はまた、信号円偏波により、又は直線偏波若しくは楕円偏波などの別の偏波により通信するように設計することができる。
【0027】
更に、上記のように、各アンテナセル１０２の放射要素１０６は、第１のスロット要素１１０１及び第２のスロット要素１１０２を覆うことができる金属パッチ放射器１１４を含むことができる。金属パッチ放射器１１４は、アンテナセル１０２の中心を覆うことができる。いくつかの例では、金属パッチ放射器１１４は、アンテナアレイ１００の上面に形成することができる。そのような状況では、金属パッチ放射器１１４は、（最上）の薄い金属層の部分をエッチングにより除去することによって形成することができ、エッチングされない部分が金属パッチ放射器１１４を形成する。
【0028】
説明を簡単にする目的で、「オーバレイ」、「オーバレイイング」、「アンダーレイ」、及び「アンダーレイイング」（及び派生語）という用語は、本開示全体を通して、選択された向きにおける２つの隣接する表面の相対位置を表すために用いられる。加えて、「最上」及び「最下」という用語は、本開示全体を通して、選択された向きの反対側の表面を表すために用いられる。同様に、「上部」及び「下部」という用語は、選択された向きにおける相対位置を表すために用いられる。実際に、本開示全体を通して使用される例では、選択された１つの向きを示す。しかしながら、記載された例では、選択された向きは任意であり、本開示の範囲内で他の向き（例えば、逆さまにする、９０度回転させるなど）が可能である。
【0029】
各アンテナセル１０２は、Ｎ個のポート１１８を含むことができる。各ポート１１８は、ＢＦＮ（ビーム形成ネットワーク）を対応するスロット要素１１０に電気的に接続することができる。したがって、図示した例では、各アンテナセル１０２は、第１のポート１１８１及び第２のポート１１８２を含むことができる。各アンテナセル１０２はまた、フィードライン層に形成されたＮ個のフィードライン（導電トレース）１２２を含むことができる。このフィールドライン層は、対応するローカル座標系にある特定の座標セットにおいて対応するポート１１８と交差する。更に、各フィードライン１２２は、各スロット要素１１０を対応するポート１１８と接続することができる。より具体的には、図１に示す例では、第１のフィードライン１２２１（導電トレース）は、第１のポート１１８１を第１のスロット要素１１０１と接続することができる。同様に、第２のフィードライン１２２２（導電トレース）は、第２のポート１１８２と第２のスロット要素１１０２とを接続することができる。所与のアンテナセル１０２内の各フィードライン１２２は、同じ長さを有することができる。したがって、アンテナセルＡ１０２の第１のフィードライン１２２１と第２のフィードライン１２２２は、同じ長さにすることができる。いくつかの例では、各異なるアンテナセル１０２のフィードライン１２２は、同じ長さを有することができる。各アンテナセル１０２内の回転の影響をオフセット（相殺）するために、（例えば本明細書に記載されるように、後続の信号又は先行の信号を調整することにより）付加的な位相調整を、特定のアンテナセル１０２によって通信される信号に適用することができる。一例として、アンテナセルＡ１０２及びアンテナセルＤ１０２は、同じ長さであるフィードライン１２２を有することができるが、アンテナセルＡ１０２及びアンテナセルＤ１０２により通信される信号は、異なる位相を有する。位相調整を用いて、これらの異なる位相をオフセットすることができる。
【0030】
いくつかの例では、各ポート１１８は、対応するアンテナセル１０２の外周付近（例えば、頂点付近）に配置することができる。したがって、図１に示す平面図では、各ポート１１８は、対応するアンテナセル１０２の対応する放射要素１０６と外周との間に位置する。図１のアンテナアレイ１００によって図示する例では、第１のポート１１８１及び第２のポート１１８２は、アンテナセル１０２の頂点の付近に配置される。加えて、第１のポート１１８１及び第２のポート１１８２は、ローカル座標系の原点を含む所与の（単一）頂点によって分離される。したがって、いくつかの例では、所与のアンテナセル１０２に対するポート１１８の各セットは、ローカル座標の同じ座標セットに配置することができる。換言すれば、各アンテナセル１０２に対する第１のポート１１８１は、アンテナセルＡ～Ｈ１０２の各々において、ローカル座標の同じ座標セットに配置することができる。同様に、各アンテナセル１０２に対する第２のポート１１８２は、アンテナセルＡ～Ｌの各々のローカル座標の同じセットに配置することができる。代替的に、他の例では、Ｎ個のポートの各々の位置は、各アンテナセル１０２のローカル座標において変化することができる。
【0031】
各アンテナセル１０２内のＮ個のポート１１８の各々は、ＢＦＮの設計に応じて、１つ以上の層を通ってＩＣチップ及び／又はＢＦＮまで延在するビア（めっきスルーホールとも呼ばれる）として形成することができる。このように、各アンテナセル１０２の図示したポート１１８（第１のポート１１８１及び第２のポート１１８２を含む）の各々は、ビアの端子を表すことができる。いくつかの例では、各ポート１１８は、アンテナアレイ１００を形成することができる多層ＰＣＢ全体を通る長い遷移部と見なすことができる。追加的に又は代替的に、Ｎ個のポート１１８は、ＢＦＮと各アンテナセル１０２との間で信号を通信するための別の形式のインターフェースとすることができる。各ポート１１８をアンテナセル１０２の外周付近に、かつ（中央付近に配置された）アンテナセル１０２の放射要素１０６から離して配置することにより、電磁結合を低減することができる。いくつかの例では、各ポート１１８（又はその一部のサブセット）は、対応するポート１１８まで等距離に配置された複数のアイソレーションビア１３０によって包囲され、複数のアイソレーションビア１３０は、代替的に遮蔽ビアと呼ぶことができる。他の例では、複数のアイソレーションビア１３０は、対応するポート１１８まで異なる距離に配置することができる。アイソレーションビア１３０は、ポート１１８に対する同軸シールドを模倣することができる。図示を簡単にする目的で、アイソレーションビア１３０の一部のみがラベル付けされている。アイソレーションビア１３０は、アンテナアレイ１００の複数のアンテナセル１０２とＢＦＮとの間に、完全に又は部分的に延在することができる。アンテナアレイ１００は、各ポート１１８が５つのアイソレーションビア１３０に近接しているように設計することができる。
【0032】
図示のように、所与のアンテナセル１０２の各ポート１１８は、他の２つのアンテナセル１０２の他の２つのポート１１８付近に配置することができる。加えて、アイソレーションビア１３０の各々は、アンテナセル１０２の頂点付近及び／又は外周に位置することができる。このようにして、同じアイソレーションビア１３０は、複数のポート１１８に対して遮蔽を提供することができる。例えば、アンテナセルＢ、Ｄ、及びＥ１０２に共通の頂点に位置するアイソレーションビア１３０は、アンテナセルＢ、Ｄ、及びＥ１０２の第１のポート１１８１に対して遮蔽を同時に提供することができる。したがって、図示のやり方で、グローバル座標系１０４において各アンテナセル１０２を回転させることにより、各ポート１１８の５つの辺上に遮蔽を提供するために必要とされるアイソレーションビア１３０の総数を低減することができる。
【0033】
上記のように、各アンテナセル１０２は、グローバル座標系１０４において回転角度を有することができる。いくつかの例では、所与のアンテナセル１０２は、別のアンテナセル１０２に対して回転することができる。例えば、アンテナセルＢ１０２を、グローバル座標系１０４においてアンテナセルＡ１０２に対して１２０度回転させることができる。
【0034】
加えて、各アンテナセル１０２の放射要素１０６は、グローバル座標系１０４において規定された回転角度を有するが、各放射要素１０６はまた、対応するローカル座標系において規定された局所的回転角度を有することができる。このような状況では、所与のアンテナセル１０２の放射要素１０６に対する局所的回転角度は、別のアンテナセル１０２の放射要素１０６に対する局所的回転角度からオフセットすることができる。例えば、アンテナセルＢ１０２のローカル座標系における放射要素１０６の局所的回転角度は、アンテナセルＡ１０２のローカル座標系における放射要素１０６の局所的回転角度から１２０度オフセットすることができる。
【0035】
更に、所与の例では、所与のアンテナセル１０２は、グローバル座標系１０４における別のアンテナセル１０２に対する回転角度とは異なる回転角度を、グローバル座標系１０４において有することができる。加えて、所与の例では、所与のアンテナセル１０２及び他のアンテナセル１０２の放射要素１０６は、グローバル座標系１０４において同じ回転角度を有することができる。例えば、アンテナセルＤ１０２及びアンテナセルＧ１０２は、グローバル座標系１０４において異なる回転角度を有することができる。しかしながら、アンテナセルＤ１０２及びアンテナセルＧ１０２の放射要素１０６は、アンテナセルＤ１０２及びアンテナセルＧ１０２の放射要素１０６がそれぞれのローカル座標系において異なる回転角度を有することができるため、グローバル座標系１０４においては同じ回転角度を有することができる。本明細書で論じるように、グローバル座標系１０４におけるアンテナセル１０２の異なる回転角度を考慮するために、アンテナセルの放射要素１０６によって通信される信号の位相を調整することができる。
【0036】
いくつかの例では、各アンテナセル１０２は、アンテナセル１０２のグループの一メンバーとすることができる。いくつかの例では、アンテナセル１０２の所与のグループは、交差する点を共有することができる（例えば、アンテナセル１０２が多角形である例での共通の頂点など）。したがって、図１に示す例では、アンテナセルの第１のグループは、アンテナセルＡ、Ｂ、及びＣ１０２により形成することができる。加えて、アンテナセル１０２の第２のグループは、アンテナセルＤ、Ｆ、及びＧ１０２により形成することができる。アンテナアレイ１００は、アンテナセル１０２の所与のグループにおける各放射要素１０６の回転角度がグループ回転パターンを規定するように設計することができる。本明細書で使用するとき、「グループ回転パターン」という用語は、グループの各メンバーに対する放射要素１０６の固有の回転セットを意味する。一例として、アンテナセルＡ１０２の放射要素１０６が０度の回転角度を有する場合、アンテナセルＢ１０２は３０度の回転角度を有し、アンテナセルＣ１０２は－３０度の回転角度を有し、セルＡ、Ｂ、及びＣ１０２の相対位置において０度、３０度、及び－３０度の組み合わせセットが、グループ回転パターンを規定する。いくつかの例では、アンテナアレイ１００は、アンテナセルの隣接するグループが異なるグループ回転パターンを有するように設計することができる。加えて、いくつかの例では、アンテナアレイ１００全体にわたりアンテナセル１０２のグループに対して、放射要素１０６が同じ回転角度を繰り返すことを回避することが望ましい場合がある。これは、アンテナアレイ１００の全体的な放射パターンに対して、サイドローブの上昇を回避するためである。
【0037】
動作中、アンテナアレイ１００は、自由空間とＢＦＮとの間で信号を通信することができる。具体的には、受信モードでは、自由空間で送信される電磁（ＥＭ）信号を、対応する金属パッチ放射器１１４によってＮ個のスロット要素１１０に供給することができる。対応するアンテナセル１０２のＮ個のスロット要素１１０は、放射電磁（ＥＭ）信号を誘導電磁（ＥＭ）信号に変換することができる。Ｎ個のフィードライン１２２の各々は、対応するポート１１８に電気信号を供給することができる。各ポート１１８は、ＢＦＮに接続されたＩＣチップに電気信号を供給することができる。いくつかの例では、ＩＣチップはＢＦＮの集積構成要素とすることができる。他の例では、ＩＣチップ及びＢＦＮは、別個であるが、結合構成要素とすることができる。ＩＣチップは、電気信号を調整（例えば、合成、増幅及び／又は位相調整）し、調整電気信号をＢＦＮに供給することができる。ＢＦＮは、調整電気信号を合成して受信ビーム信号を形成し、更なる処理及び／又は復号のために受信ビーム信号を外部システムに供給することできる。
【0038】
送信モードでは、ＢＦＮからＩＣチップに電気信号を供給することができる。ＩＣチップは、信号を調整し、アンテナセル１０２の各々において、調整信号をＮ個のポート１１８に供給することができる。電気信号は、アンテナセル１０２の対応するスロット要素１１０に供給することができる。スロット要素１１０は、誘導ＥＭ信号を、各アンテナセル１０２の対応する金属パッチ放射器１１４に送信される放射ＥＭ信号に変換することができる。放射要素１１４は、ＥＭ信号を自由空間に送信することができる。
【0039】
いくつかの例では、アレイアンテナ１００は、受信モード又は送信モードで排他的に動作するように設計することができる。他の例では、アンテナアレイ１００は、アンテナアレイ１００が受信モード及び送信モードで周期的に及び／又は非同期的に動作することができるように、半二重モードで動作することができる。更に別の例では、アンテナアレイ１００は、アンテナアレイ１００が受信モード及び送信モードで同時に動作することができるように、全二重モードで動作することができる。
【0040】
アンテナアレイ１００を実装することにより、各アンテナセル１０２の放射要素１０６を、各アンテナセル１０２にあるＮ個のポート１１８の位置に依存しない回転角度をグローバル座標系１０４において有するように選択することができる。言い方を換えれば、各アンテナセル１０２に対するＮ個のスロット要素１１０（すなわち、第１のスロット要素１１０１及び第２のスロット要素１１０２）は、対応するＮ個のポート１１８、すなわち第１のポート１１８１及び第２のポート１１８２の位置が変化しなくても、グローバル座標系１０４において回転することができる。むしろ、各アンテナセル１０２は、ポート１１８の位置が、個々のアンテナセル１０２全体の回転角度に基づいて変化し、スロット要素１１０の回転角度がアンテナセル１０２の回転角度とは独立して変化することができるように設計することができる。したがって、アンテナアレイ１００は、ポート１１８の位置が、グローバル座標系１０４において規則的な所定の位置で生じるように設計することができる。このようにして、本明細書に記載するように、アンテナアレイ１００にアンダーレイするＢＦＮ（ビーム形成ネットワーク）は、アンテナアレイ１００から独立して設計することができる。実際に、詳細に説明するように、アンテナアレイ１００にアンダーレイするＢＦＮは、系統的な設計を有することができる。
【0041】
図２は、図１のアンテナアレイ１００により通信される信号を調整するために用いることができるＢＦＮ２００の一例の平面図を示す。ＢＦＮ２００は、アンテナアレイ１００に用いられる多層ＰＣＢの内部層（例えば、ＢＦＮ層）に形成することができる。ＢＦＮ層は、複数のトレース（導電トレース）を含むことができる。説明を簡単にする目的で、同じ参照番号が同じ構造を示すために図１及び図２において用いられる。ＢＦＮ２００は、グローバル座標系１０４において各々回転されている複数のＢＦＮセル２０２に区切ることができる。上記のように、ＢＦＮ２００は、図１のアンテナアレイ１００にアンダーレイすることができる。更に、各ＢＦＮセル２０２は、オーバレイイングするアンテナセル１０２と同じサイズ及び形状（例えば、六角形）を有することができる。したがって、ＢＦＮセル２０２は、オーバレイイングするアンテナセル２０２に対応するようにＡ～Ｌとラベル付けされる。したがって、ＢＦＮセルＡ２０２は、アンテナセルＡ２０２にアンダーレイすることができる。各ＢＦＮセル２０２は、対応するアンテナセル１０２と同じローカル座標系を有することができる。したがって、ＢＦＮセルＡ２０２は、アンテナセルＡ２０２と同じローカル座標系を有することができる。
【0042】
各ＢＦＮセル２０２は、Ｎ個のポート１１８を含むことができる。ＢＦＮ２００によって図示した例では、各ＢＦＮセル２０２は、第１のポート１１８１及び第２のポート１１８２を含む。各ポート１１８は、アンテナアレイ１００に図示されるポートへのビアの端子を表すことができる。例えば、ＢＦＮセルＡ２０２の第１のポート１１８１は、アンテナセルＡ１０２の第１のポート１１８１に対応するビアの終端を表すことができる。Ｎ個のポート１１８の各々は、それぞれのローカル座標系において同じ座標セットに位置することができる。Ｎ個のポート１１８の各々は、ＢＦＮ２００から離れてアンテナアレイ１００に向かうように延在することができる。アンテナアレイ１００に関して説明したように、Ｎ個のポート１１８の各々は、各ローカル座標系において同じ座標セットに位置することができる。
【0043】
Ｎ個のポート１１８の各々は、複数のアイソレーションビア１３０によって包囲することができ、そのうちのいくつかだけがラベル付けされている。アイソレーションビア１３０は、図１のアイソレーションビア１３０に対応することができる。図示した例では、各ポート１１８に近接して５つのアイソレーションビアが存在する。しかしながら、他の例では、より多い又はより少ないアイソレーションビア１３０が存在することができる。更に、アイソレーションビア１３０は、異なるＢＦＮセル２０２のポート１１８間で共有することができ、それにより、ポート１１８のために十分な遮蔽を提供するのに必要とされるアイソレーションビア１３０の総数が低減される。加えて、いくつかの例では、アイソレーションビア１３０のいくつかは、図１のＢＦＮ２００とアンテナアレイ１００との間に部分的にだけ延在することができる。
【0044】
ＢＦＮ２００は、本明細書に記載されるやり方で外部システム又は追加のアンテナセルの別のＢＦＮに接続することができる入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポート２０６を含むことができる。Ｉ／Ｏポート２０６は、第１の段の合成器／分割器２０８に接続することができ、これは、第２の段の２つの合成器／分割器２１０に接続することができる。このようにして、第１の段の合成器／分割器２０８及び第２の段の合成器／分割器２１０は、カスケード（階層）関係を有する。換言すれば、第１の段の合成器／分割器２０８は、ＢＦＮ２００の第１の段として動作することができ、第２のビーム形成段の合成器／分割器２１０は、ＢＦＮ２００の第２のビーム形成段として動作することができる。第２の段の合成器／分割器２１０の各々は、ＢＦＮ２００の第３のビーム形成段として動作することができる２つの１－３合成器／分割器２１２に接続することができる。各１－３合成器／分割器２１２は、３つのＢＦＮセル２０２の交点に配置することができる。
【0045】
第２の段の合成器／分割器２１０は、第１の段の合成器／分割器２０８に対して対称に配列することができる。第２の段の合成器／分割器２１０は、ＢＦＮセル２０２とは異なるＢＦＮ２００の異なる層に作製することができる。図示を簡単にする目的で、異なるライン濃さ及び／又はパターンが、ＢＦＮの異なる層を示すために用いられる。ＢＦＮセル２０２のセット、１－３合成器／分割器２１２、及び第２の段の分割器２１０は、一つのローカル座標系を有するビーム形成段を画定することができる。このようにして、各ビーム形成段（ＢＦＮセル２０２と、１－３合成器／分割器２１２と、第２の段の分割器２１０との組み合わせ）は、ローカル座標系において同じ幾何学的形状を有することができる。更に、ビーム形成段はグローバル座標系１０４において回転することができ、ＢＦＮ２００の体系的設計を容易にする。更に、同じ幾何学的形状を有するＢＦＮ２００のビーム形成段の体系的な性質が、図３に示されるようなサブアレイにわたる追加の段にも存在することができる。換言すれば、図３では、３つの第１のビーム形成段の幾何学的形状は、アレイ内の３つの第１のビーム形成段の他のインスタンスと同じ幾何学的形状である。それゆえ、更にもう一歩踏み込むと、いくつかの例では、４つの第１の段の幾何学的形状は、アレイ内の他の４つの第１の段と同じ幾何学的形状にすることができる。したがって、ビーム形成段の各インスタンスは、同じ段のビーム形成段の別のインスタンスと同じ幾何学的形状を有する。換言すれば、ＢＦＮ２００の所与のビーム形成段は、この所与のビーム形成段と別のビーム形成段とが同じ段にある場合（例えば、所与の段と別の段の両方が、第１の段、又は第２の段、などである場合）、ＢＦＮ２００の別のビーム形成段と同じ幾何学的形状を有する。
【0046】
本明細書で使用するとき、同じ幾何学的形状を有する各ビーム形成段の概念は、ビーム形成段が、図３に示されるように、グローバル座標系においてミラーリング及び／又は回転を伴う形状を有することを指し示すである。更に、２つのビーム形成段は、この２つのビーム形成段が１つ以上の対称線に関して対称である場合、同じ幾何学的形状を有すると見なすこともできる。また更に、２つのビーム形成段は、この２つのビーム形成段がミラーリング及び／又は回転なしで実質的に同一である場合、同じ幾何学的形状を有すると見なされる。
【0047】
各ＢＦＮセル２０２は、集積回路（ＩＣ）チップ２２０（又は複数のＩＣチップ）及び／又は信号を調整することができる他の回路に接続することができる。ＩＣチップ２２０は、ＢＦＮを実装する多層ＰＣＢの底部に取り付けることができる。したがって、各ＩＣチップ２２０はＢＦＮ２００にアンダーレイすることができる。各ＩＣチップ２２０は、１－３合成器／分割器２１２、及びＢＦＮセル２０２のＮ個のポート１１８に接続することができる。一例として、ＢＦＮセルＡ１０２の第１のポート１１８１及び第２のポート１１８２は、ＢＦＮセルＡ２０２のＩＣチップ２２０に接続することができ、このＩＣチップ２２０は、ＢＦＮセルＡ２０２と、ＢＦＮセルＢ２０２と、ＢＦＮセルＣ２０２との間に配置された１－３合成器／分割器２１２に接続することができる。各ＩＣチップ２２０は、電気信号を調整することができる。このような調整は、信号を増幅、位相調整、合成、及び／又は分割することを含むことができる。いくつかの例では、ＢＦＮセルＡ、Ｂ、及びＣ２０２などの３つの異なるＢＦＮセル２０２のＩＣチップ２２０は、図１の放射要素１０６などの放射要素の回転を補償する大きさによって、対応する１－３合成器２１２と通信される信号を調整することができる。
【0048】
本明細書に記載される合成器／分割器は、入力／出力信号と複数のサブ信号とを変換する分割動作及び合成動作のうちの１つ又は両方を実行することができる。本明細書に記載の例では、実行される各分割動作は、入力信号を、等しい電力及び位相配列を有する複数のサブ信号に分割することができる。逆に、本明細書に記載される例では、合成動作において、位相配列を有する複数のサブ信号を、単一の合成信号に合成することができる。
【0049】
送信モードでは、第１の段の合成器／分割器２０８は、Ｉ／Ｏポート２０６に入力された信号を、第２の段の合成器／分割器２１０に供給されるサブ信号に（例えば、均等又は不均等に、同位相で又は異なる位相で）分割するように設計することができる。同様に、送信モードでは、各第２の段の合成器／分割器２１０は、第１の段の合成器／分割器２０８から受信した信号を、１－３合成器／分割器２１２に結合された２つのサブ信号に（例えば、均等又は不均等に、同位相で又は異なる位相で）分割することができる。各１－３合成器／分割器は、信号を、３つの異なるＢＦＮセル２０２に対応するＩＣチップ２２０にそれぞれ供給される３つのサブ信号に（例えば、均等又は不均等に、同位相で又は異なる位相で）分割することができる。例えば、ＢＦＮセルＡ、Ｂ、及びＣ２０２の交点に配置された１－３合成器／分割器２１２は、ＢＦＮセルＡ、Ｂ、及びＣ２０２のＩＣチップ２２０に信号を供給することができる。
【0050】
送信モードを継続する場合、各ＢＦＮセル２０２のＩＣチップ２２０は、信号を、Ｎ個のポート１１８に供給されるＮ個の信号に調整（増幅、位相調整及び／又は分割）するように設計／プログラムすることができる。例えば、ＢＦＮセル２０２のＩＣチップ２２０は、１－３合成器／分割器２１２からの信号を、ＢＦＮセルＡ２０２の第１のポート１１８１及び第２のポート１１８２に供給される２つのサブ信号に増幅及び分割するように設計することができる。次いで、信号は、図１に関して記載されたやり方で送信することができる。
【0051】
受信モードでは、ＢＦＮセル２０２のＮ個のポート１１８の各々において受信された信号を、対応するＩＣチップ２２０によって合成及び調整（増幅及び／又は位相調整）し、対応する１－３合成器／分割器２１２に供給することができる。一例として、ＢＦＮセルＡ、Ｂ、及びＣ２０２に対応するＩＣチップ２２０は、ＢＦＮセルＡ、Ｂ、及びＣ２０２の交点において、１－３合成器／分割器２１２に調整信号をそれぞれ供給することができる。
【0052】
受信モードを継続する場合、１－３合成器／分割器２１２の各々は、調整サブ信号を合成し、対応する第２の段の合成器／分割器２１０に合成信号を供給することができる。次に、第２の段の合成器／分割器２１２は、サブ信号を再度合成し、合成信号を第１の段の合成器／分割器２０８に供給することができる。第１の段の合成器／分割器２０８は、サブ信号を合成し、Ｉ／Ｏポート２０６で合成信号を出力することができる。
【0053】
図１のアンテナアレイ１００と同様に、ＢＦＮ２００は、送信モード又は受信モードで排他的に動作するように設計することができる。加えて、ＢＦＮ２００は、送信モードと受信モードとの間で周期的に及び／又は非同期的に切り替えるように設計することができる。また更に、いくつかの例では、ＢＦＮ２００は、送信モード及び受信モードで同時に動作することができる。
【0054】
図１のアンテナアレイ１００及び図２のＢＦＮ２００で示されるように、アンテナセル１０２及びＢＦＮセル２０２は、Ｎ個のポート数１１８を介して通信することができる。更に、アンテナアレイ１００は、放射要素１０６がポート１１８の位置から独立して回転することができるように設計することができる。よって、放射要素１０６の回転角度は、ＢＦＮ２００の物理的レイアウトに必ずしも影響を与えない。したがって、ＢＦＮ２００及びアンテナアレイ１００は、各ＢＦＮセル２０２及び各アンテナセル１０２に対するＮ個のポート１１８の各々の所定の位置に基づいて、独立して設計することができる。したがって、ＢＦＮ２００及びアンテナアレイ１００の全体的な設計を簡略化することができる。実際に、ＢＦＮ２００の体系的設計は、ＢＦＮ２００が図１のアンテナアレイ１００（又はその変形）と整合されるときのＢＦＮの可能性を更に実証する。具体的には、ＢＦＮの設計者は、ポート１１８の個々の位置決めに関する懸念により悩まされることがない。その代わりに、ポート１１８は、規則的で予測可能な位置に配置されることになり、これらの位置は、アンテナアレイ１００の様々な形式のアンテナセル１０２によって容易に適応される。
【0055】
いくつかの例では、ＢＦＮ２００は、ほぼ任意の数のレベルの階層に適応するようにスケーラブルで体系的な対称モジュールにより設計することができる。具体的には、ＢＦＮ２００は、２つの段の合成器／分割器、すなわち第１の段の合成器／分割器２０８及び第２の段の合成器／分割器２０８により記載されているが、図示したＢＦＮ２００は、図３に示されるＢＦＮ３００を含むより大きなスケールのＢＦＮを実装するために、モジュール又は回路として用いることができる。
【0056】
ＢＦＮ３００において、図２のＢＦＮ２００の４つのインスタンスは、カスケード（階層）配列で接続される。具体的には、Ｉ／Ｏポート３０２は、第１の段の合成器／分割器３０４に接続することができ、これは第２の段の２つ合成器／分割器３０６に接続される。各第２の段の合成器／分割器３０６は、ＢＦＮ２００（ＢＦＮ３００のモジュール）のインスタンスのポート２０６に接続することができる。このようにして、ＢＦＮ２００の４つのインスタンスは、カスケード配列で共に接続される。更に、他の例では、ＢＦＮ３００の複数のインスタンスは、別のカスケード配列で接続することができ、したがって、ＢＦＮ３００のための系統的設計を提供する。更に、いくつかの例では、複数のＢＦＮ３００は、図４に示すＢＦＮアレイ３２０などのＢＦＮアレイに含めることができる。
【0057】
ＢＦＮアレイ３２０では、図３のＢＦＮ３００の３つのインスタンスがアレイ状に配列されている。更に、ＢＦＮ３００のインスタンスは図４では結合されていないが、ＢＦＮアレイ３２０の他の例では、ＢＦＮ３００の各インスタンス又はその一部のサブセットを結合して、別のカスケード（階層）配列を提供することができる。
【0058】
図５は、アンテナアレイ４００の一例の別の平面図を示す。アンテナアレイ４００は、多層ＰＣＢの最上層及び／又は領域に形成することができる。アンテナアレイ４００は、タイルパターンで配列された複数のアンテナセル４０２を含むことができる。各アンテナセル４０２は、正方形の形状を有することができる。アンテナアレイ４００によって図示する例は、アンテナセルＡ～Ｈとしてラベル付けされた８個のアンテナセル４０２を含む。複数のアンテナセル４０２の各々は、グローバル座標系４０４に配列することができる。更に、各アンテナセル４０２は、放射要素４０６のインスタンスを含むことができる。各放射要素４０６は、Ｎ個のスロット要素４０８を含むことができる。図示する例では、各アンテナセル４０２は、直交して配置された２つのスロット要素４０８、すなわち第１のスロット要素４０８１及び第２のスロット要素４０８２を含む。各放射要素４０６はまた、金属パッチ放射器４１０を含むことができる。
【0059】
Ｎ個のスロット要素４０８の各々は、グローバル座標系４０４において回転することができる。加えて、各アンテナセル４０２は、各アンテナセル４０２の角部付近に配置された原点軸によりラベル付けされたローカル座標系を含むことができる。各アンテナセル４０２は、それぞれのアンテナセル４０２を、アンテナアレイ４００にアンダーレイするビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）に接続するＮ個のポート４１４を含むことができる。各ポート４１４は、それぞれのアンテナセル４０２をＢＦＮに接続するためのビアを含むことができる。更に、図５の各ポート４１４は、ビアの端子を表すことができる。図示する例では、各アンテナセルは、２つのポート４１４、すなわち第１のポート４１４１及び第２のポート４１４２を含む。加えて、図示する例では、第１のポート４１４１及び第２のポート４１４２の各々は、アンテナセル４０２の隣接する角部に配置することができる。本明細書で使用するとき、「隣接する角部」は、多角形の辺を共有する２つの角部として定義される。各アンテナセル４０２は、アンテナアレイ４００のフィードライン層に形成されたＮ個のフィードライン４１６を含むことができる。図示する例では、２つのフィードライン、すなわち第１のフィードライン４１６１及び第２のフィードライン４１６２が存在する。各フィードライン４１６は、ポート４１４を対応するスロット要素４０８に接続することができる。アンテナアレイ４００のＮ個のフィードライン４１６の各々は、同じ長さを有する。放射要素４０６により通信される信号は、放射要素４０６の回転を補償（相殺）するように位相調整することができる。
【0060】
ポート４１４の各々は、対応するポート４１４に等距離に配置された複数のアイソレーションビア４１５によって包囲することができる。図示する例では、各ポート４１４に近接して４つのアイソレーションビア４１５が存在する。しかしながら、他の例では、より多い又はより少ないアイソレーションビア４１５が存在することができる。更に、アイソレーションビア４１５は、異なるアンテナセル４０２のポート４１４間で共有することができ、それにより、ポート４１４のために十分な遮蔽を提供するのに必要とされるアイソレーションビア４１５の総数が低減される。加えて、いくつかの例では、アイソレーションビア４１５のいくつかは、ＢＦＮとアンテナアレイ４００との間に部分的にだけ延在することができる。
【0061】
各アンテナセル４０２のＮ個のポート４１４の各々は、対応するローカル座標系における座標セットに配置することができ、この座標セットは、各ローカル座標系において同じ座標セットとすることができる。そのような例では、ポート４１４は、各アンテナセル４０２のローカル座標系における座標セットの位置で、フィードライン４１６を含むフィードライン層と交差することができる。換言すれば、アンテナセルＡ４０２の第１のポート４１４１は、アンテナセルＢ４０２の第１のポート４１４１と同じ座標セットを、対応するローカル座標系において有することができる。このようにして、ポート４１４は、アンテナアレイ４００全体にわたって規則的な所定の位置に位置することができる。
【0062】
いくつかの例では、グローバル座標系４０４における各放射要素４０６の回転角度は、０度、＋／－９０度、＋／－１８０度、及び＋／－２７０度とすることができる。他の例では、グローバル座標系１０４における他の回転角度も可能である。加えて、アンテナアレイ４００は、図１のアンテナアレイ１００と同じように（又は同様のやり方で）動作することができる。したがって、アンテナアレイ４００の各アンテナセル４０２は、ＲＦ信号を自由空間で通信するように設計することができる。換言すれば、アンテナアレイ４００は、自由空間にＲＦ信号を送信すること、及び自由空間からＲＦ信号を受信することのうちの少なくとも１つを行うように設計することができる。このような通信信号は、本明細書で説明されるように、ＢＦＮ及び（いくつかの例では）ＩＣチップによって調整することができる。
【0063】
図６は、図５のアンテナアレイ４００と通信するために用いることができるビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）５００の一例の平面図を示す。ＢＦＮ５００のいくつかの要素は、アンテナアレイ４００に用いられる多層ＰＣＢの内部層に形成することができ、他の要素は、ＢＦＮ５００の最下層などのＢＦＮ５００の外部層に形成することができる。説明を簡単にする目的で、同じ参照番号が同じ構造を示すために図５及び図６において用いられる。ＢＦＮ５００は、グローバル座標系４０４において各々回転されている複数のＢＦＮセル５０２に分割することができる。上記のように、ＢＦＮ５００は、図５のアンテナアレイ４００にアンダーレイすることができる。更に、各ＢＦＮセル５０２は、オーバレイするアンテナセル４０２と同じサイズ及び形状（例えば、正方形）を有することができる。したがって、ＢＦＮセル５０２は、同じラベルＡ～Ｈを備えるオーバレイするアンテナセル４０２に対応するようにＡ～Ｈとラベル付けされる。したがって、ＢＦＮセルＡ５０２は、アンテナセルＡ４０２にアンダーレイすることができる。各ＢＦＮセル５０２は、対応するアンテナセル４０２と同じローカル座標系を有することができる。
【0064】
各ＢＦＮセル５０２は、Ｎ個のポート４１４を含むことができる。ＢＦＮ５００によって図示した例では、各ＢＦＮセル５０２は、第１のポート４１４１及び第２のポート４１４２を含む。各ポート４１４は、アンテナアレイ４００に図示するポート４１４へのビアの端子を表すことができる。アンテナアレイ４００に関して説明したように、Ｎ個のポート４１４の各々は、それぞれのローカル座標系において同じ座標セットに位置することができる。
【0065】
Ｎ個のポート４１４の各々は、複数のアイソレーションビア４１５によって包囲することができ、そのうちのいくつかだけがラベル付けされている。アイソレーションビア４１５は、図５のアイソレーションビア４１５に対応することができる。いくつかの例では、アイソレーションビア４１５のいくつかは、図５のＢＦＮ５００とアンテナアレイ４００との間に部分的にだけ延在することができる。
【0066】
ＢＦＮ５００は、外部システムに接続することができるＩ／Ｏポート５０６を含むことができる。Ｉ／Ｏポート５０６は、第１の段の合成器／分割器５０８に接続することができ、これは、ビア５１２を介して第２の段の２つの合成器／分割器５１０に接続することができる。いくつかの例では、ビア５１２は、ポート４１４のビアよりも短くすることができる。加えて、第１の段の合成器／分割器５０８及び第２の段の合成器／分割器５１０は、カスケード配列を有する。
【0067】
第２の段の合成器／分割器５１０は、第１の段５０８に対して対称に配列することができる。更に、このような状況では、ＢＦＮセル５０２及び第２の段の合成器／分割器５１０は、ローカル座標系を有するビーム形成段を画定することができる。このようにして、各ビーム形成段（ＢＦＮセル５０２と第２の段の分割器５１０との組み合わせ）は、ローカル座標系において同じ幾何学的形状を有することができる。更に、各ビーム形成段は、グローバル座標系４０４において回転することができる。
【0068】
各ＢＦＮセル５０２は、信号を調整することができるＩＣチップ５２０（又は複数のＩＣチップ）に対応することができる。各ＩＣチップ５２０は、ＢＦＮ５００の最下層に配置することができる。いくつかの例では、各ＩＣチップ５２０はＢＦＮ５００と一体化することができ、他の例では、各ＩＣチップ５２０は、ＢＦＮ５００と通信する別個の構成要素とすることができる。各ＩＣチップ５２０は、合成器／分割器５１０、及びＢＦＮセル５０２のＮ個のポート４１４に接続することができる。いくつかの例として、各ＩＣチップ５２０は、信号を増幅、位相調整、合成、及び／又は分割することができる。
【0069】
ＢＦＮ５００は、図２のＢＦＮ２００と同様のやり方で動作することができる。したがって、ＢＦＮ５００は、送信モード及び受信モードのうちの少なくとも１つで動作することができる。
【0070】
図５のアンテナアレイ４００及び図６のＢＦＮ５００で示されるように、アンテナセル４０２及びＢＦＮセル５０２は、Ｎ個のポート４１４を介して通信することができる。更に、アンテナアレイ４００は、スロット要素４０８がポート４１４の位置から独立して回転することができるように設計することができる。したがって、スロット要素４０８の回転角度は、ＢＦＮ５００の物理的レイアウトに必ずしも影響を与えない。したがって、ＢＦＮ５００及びアンテナアレイ４００は、各ＢＦＮセル５０２及び各アンテナセル４０２に対するＮ個のポート４１４の各々の所定の位置に基づいて、独立して設計することができる。したがって、ＢＦＮ５００及びアンテナアレイ４００の全体的な設計を簡略化することができる。
【0071】
いくつかの例では、ＢＦＮ５００は、ほぼ任意の数のレベルに適応するようにスケーラブルな対称モジュールにより体系的に設計することができる。特に、ＢＦＮ５００は、２つの段の合成器／分割器、すなわち第１の段の合成器／分割器５０８、及び第２の段の合成器／分割器５１０を用いて説明されているが、図示するＢＦＮ５００は、図７に示すＢＦＮ６００を含むより大きなスケールのＢＦＮを実装するためにモジュール又は回路として用いることができる。
【0072】
ＢＦＮ６００において、図６のＢＦＮ５００の８つのインスタンスは、カスケード（階層）配列で接続される。具体的には、Ｉ／Ｏポート６０２は、第１の段の合成器／分割器６０４に接続されており、これは、第２の段の２つの合成器／分割器６０６に接続されている。各第２の段の合成器／分割器６０６は、第３の段の２つの合成器／分割器６０８に接続することができる。各第３の段の合成器／分割器６０８は、ＢＦＮ５００（ＢＦＮ６００のモジュール）のインスタンスの入力ポート５０６の２つのインスタンスに接続することができる。このようにして、ＢＦＮ６００の８つのインスタンスは、カスケード配列で共に接続される。更に、他の例では、ＢＦＮ６００の複数のインスタンスをカスケード配列で接続することができる。
【0073】
図８は、アンテナアレイ７００の一例の別の平面図を示す。アンテナアレイ７００は、多層ＰＣＢの最上層及び／又は領域に形成することができる。アンテナアレイ７００は、規則的なタイリングパターンで配列することができる複数のアンテナセル７０２を含むことができる。各アンテナセル７０２は、正方形の形状を有することができる。アンテナアレイ７００によって図示する例は、アンテナセルＡ～Ｈとしてラベル付けされた８個のアンテナセル７０２を含む。複数のアンテナセル７０２の各々は、グローバル座標系７０４において配列することができる。更に、各アンテナセル７０２は、放射要素７０６のインスタンスを含むことができる。各放射要素７０６は、Ｎ個のスロット要素７０８を含むことができる。図示する例では、各アンテナセル７０２は、直交して配置された２つのスロット要素７０８、すなわち第１のスロット要素７０８１及び第２のスロット要素７０８２を含む。各放射要素７０６はまた、金属パッチ放射器７１０を含むことができる。
【0074】
Ｎ個のスロット要素７０８の各々は、グローバル座標系７０４において回転することができる。加えて、各アンテナセル７０２は、各アンテナセル７０２の角部付近に配置された原点軸によりラベル付けされたローカル座標系を含むことができる。各アンテナセル７０２は、それぞれのアンテナセル７０２を、アンテナアレイ７００のアンダーレイのＢＦＮに接続するＮ個のポート７１４を含むことができる。図示する例では、各アンテナセルは、２つのポート７１４、すなわち第１のポート７１４１及び第２のポート７１４２を含む。加えて、図示する例では、第１のポート７１４１及び第２のポート７１４２の各々は、アンテナセル７０２の対向する角部に配置することができる。換言すれば、第１のポート７１４１及び第２のポート７１４２は、互いに対角に配置されている。各ポート７１４は、対応するポート７１４から等距離に離間した複数のアイソレーションビア７１５によって包囲することができ、そのうちのいくつかだけがラベル付けされている。図示する例では、各ポート７１４に近接して４つのアイソレーションビア７１５が存在する。しかしながら、他の例では、より多い又はより少ないアイソレーションビア７１５が存在することができる。更に、アイソレーションビア７１５は、異なるアンテナセル７０２のポート７１４間で共有することができ、それにより、ポート７１４に対して十分な遮蔽を提供するために必要とされるアイソレーションビア７１５の総数が低減される。加えて、いくつかの例では、アイソレーションビア７１５の一部は、ＢＦＮとアンテナアレイ７００との間に部分的にだけ延在することができる。
【0075】
各アンテナセル７０２は、フィードライン層に形成されたＮ個のフィードライン７１６を含むことができる。図示する例では、各々のアンテナセル７０２に２つのフィードライン７１６、すなわち第１のフィードライン７１６１及び第２のフィードライン７１６２が存在する。各フィードライン７１６は、ポート７１４を対応するスロット要素７０８と接続することができる。いくつかの例では、所与のアンテナセル７０２の第１のフィードライン７１６１及び第２のフィードライン７１６２は、同じ長さを有することができる。
【0076】
各アンテナセル７０２のＮ個のポート７１４の各々は、対応するローカル座標系における座標セットに配置することができ、この座標セットは、各ローカル座標系において同じ座標セットとすることができる。したがって、いくつかの例では、各アンテナセル７０２のＮ個のポート７１４は、対応するローカル座標系における同じ座標セットにおいて、フィードライン層と交差することができる。したがって、アンテナセルＡ７０２の第１のポート７１４１は、アンテナセルＢ７０２の第１のポート７１４１と同じ座標セットを、対応するローカル座標系において有することができる。このようにして、ポート７１４は、アンテナアレイ７００全体にわたって規則的な位置に配置される。
【0077】
いくつかの例では、グローバル座標系７０４における各放射要素７０６の回転角度は、０度、＋／－９０度、＋／－１８０度、及び＋／－２７０度とすることができる。他の例では、グローバル座標系７０４にいて別の回転角度が可能である。アンテナアレイ７００は、図１のアンテナアレイ１００と同じように（又は同様のやり方で）動作することができる。したがって、アンテナアレイ７００の各アンテナセル７０２は、ＲＦ信号を自由空間で通信するように設計することができる。換言すれば、アンテナアレイ７００は、自由空間にＲＦ信号を送信すること、及び自由空間からＲＦ信号を受信することのうちの少なくとも１つを行うように設計することができる。このような通信信号は、本明細書で説明されるように、ＢＦＮ（ビーム形成ネットワーク）及び（いくつかの例では）ＩＣチップによって調整することができる。
【0078】
図９は、図８のアンテナアレイ７００と通信するために用いることができるＢＦＮ８００の一例の別の平面図を示す。ＢＦＮ８００のいくつかの構成要素は、アンテナアレイ７００に用いられる多層ＰＣＢの内部層に形成することができる。更に、本明細書で説明するように、ＢＦＮ８００のいくつかの構成要素は、ＢＦＮ８００の外部層（例えば、最下層）に形成又は取り付けることができる。説明を簡単にする目的で、同じ参照番号が同じ構造を示すために図８及び図９において用いられる。ＢＦＮ８００は、グローバル座標系７０４において各々回転されている複数のＢＦＮセル８０２に区切ることができる。上記のように、ＢＦＮ８００は、図８のアンテナアレイ７００にアンダーレイすることができる。更に、各ＢＦＮセル８０２は、オーバレイイングするアンテナセル７０２と同じサイズ及び形状（例えば、正方形）を有することができる。したがって、ＢＦＮセル８０２は、オーバレイイングするアンテナセル７０２に対応するようにＡ～Ｈとラベル付けされる。したがって、ＢＦＮセルＡ８０２は、アンテナセルＡ７０２にアンダーレイする。各ＢＦＮセル８０２は、対応するアンテナセル７０２と同じローカル座標系を有することができる。
【0079】
各ＢＦＮセル８０２は、Ｎ個のポート数７１４を含むことができる。ＢＦＮ８００によって図示した例では、各ＢＦＮセルは、第１のポート７１４１及び第２のポート７１４２を含む。各ポート７１４は、アンテナアレイ７００に図示されるポートへのビアの端子を表すことができる。Ｎ個のポート７１４の各々は、それぞれのローカル座標系において同じ座標セットに位置することができる。アンテナアレイ７００に関して説明したように、Ｎ個のポート７１４の各々は、各ローカル座標系において同じ座標セットに位置することができる。
【0080】
Ｎ個のポート７１４の各々は、複数のアイソレーションビア７１５によって包囲することができ、そのうちのいくつかだけがラベル付けされている。アイソレーションビア７１５は、図８のアイソレーションビア７１５に対応することができる。加えて、いくつかの例では、アイソレーションビア７１５のいくつかは、図８のＢＦＮ８００とアンテナアレイ７００との間に部分的にだけ延在することができる。
【0081】
ＢＦＮ８００は、外部システムに接続できるＩ／Ｏポート８０６を含むことができる。Ｉ／Ｏポート８０６は、第１の段の合成器／分割器８０８に接続することができ、これは、ビア８１２を介して第２の段の２つの合成器／分割器８１０に接続することができる。いくつかの例では、ビア８１２は、ポート７１４のビアよりも短くすることができる。第１の段の合成器／分割器８０８及び第２の段の合成器／分割器８１０は、カスケード配列を有することができる。
【0082】
各ＢＦＮセル８０２は、信号を調整することができるＩＣチップ８２０（又は複数のＩＣチップ）に対応することができる。各ＩＣチップ８２０は、ＢＦＮ８００の最下層に配置することができる。いくつかの例では、各ＩＣチップ８２０はＢＦＮ８００と一体化することができ、他の例では、各ＩＣチップ８２０は、ＢＦＮ８００と通信する別個の構成要素とすることができる。各ＩＣチップ８２０は、第２の段の合成器／分割器８１０、及びＢＦＮセル８０２のＮ個のポート７１４に接続することができる。各ＩＣチップ８２０は、信号を増幅、位相調整、合成、及び／又は分割することができる。
【0083】
第２の段の合成器／分割器８１０は、第１の段８０８に対して対称に配列することができる。更に、このような状況では、ＢＦＮセル８０２及び第２の段の合成器／分割器８１０は、ローカル座標系を有するビーム形成段を画定することができる。このようにして、各ビーム形成段（ＢＦＮセル８０２と第２の段の合成器／分割器８１０との組み合わせ）は、ローカル座標系において同じ幾何学的形状を有することができる。更に、各ビーム形成段は、グローバル座標系７０４において回転することができる。
【0084】
ＢＦＮ８００は、図２のＢＦＮ２００と同様のやり方で動作することができる。したがって、ＢＦＮ８００は、送信モード及び受信モードのうちの少なくとも１つで動作することができる。
【0085】
図８のアンテナアレイ７００及び図９のＢＦＮ８００により示されるように、アンテナセル７０２及びＢＦＮセル８０２は、Ｎ個のポート数７１４を介して通信することができる。更に、アンテナアレイ７００は、スロット要素７０８がポート７１４の位置から独立して回転することができるように設計することができる。したがって、スロット要素７０８の回転角度は、ＢＦＮ８００の物理的レイアウトに必ずしも影響を与えない。したがって、ＢＦＮ８００及びアンテナアレイ７００は、各ＢＦＮセル８０２及び各アンテナセル７０２に対するＮ個のポート７１４の各々の所定の位置に基づいて、独立して設計することができる。したがって、ＢＦＮ８００及びアンテナアレイ７００の全体的な設計を簡略化することができる。
【0086】
いくつかの例では、ＢＦＮ８００は、ほぼ任意の数のレベルに適応するようにスケーラブルな対称モジュールにより体系的に設計することができる。具体的には、ＢＦＮ８００は、２つの段の合成器／分割器、すなわち第１の段の合成器／分割器８０８、及び第２の段の合成器／分割器８１０を用いて説明されているが、例示されるＢＦＮ８００は、図１０に示すＢＦＮ９００を含むより大きなスケールのＢＦＮを実装するためにモジュール又は回路として用いることができる。
【0087】
ＢＦＮ９００において、図９のＢＦＮ８００の８つのインスタンスは、カスケード（階層）配列で接続される。具体的には、Ｉ／Ｏポート９０２は、第１の段の合成器／分割器９０４に接続されており、これは、第２の段の２つの合成器／分割器９０６にそれぞれ接続することができる。各第２の段の合成器／分割器９０６は、第３の段の２つの合成器／分割器９０８に接続することができる。各第３の段の合成器／分割器９０８は、ＢＦＮ８００（ＢＦＮ９００のモジュール）のインスタンスの入力ポート８０６の２つのインスタンスに接続することができる。このようにして、ＢＦＮ９００の８つのインスタンスは、カスケード配列で共に接続される。更に、他の例では、ＢＦＮ９００の複数のインスタンスをカスケード配列で接続することができる。
【0088】
図１１は、多層ＰＣＢ１０００（又は別の誘電体基板）のスタックアップ（断面）図を示す。この多層ＰＣＢは、ＢＦＮ層に形成されたＢＦＮ１００４にオーバレイイングするアンテナアレイ１００２を含むことができる。多層ＰＣＢ１０００は、ＲＦ信号を送信すること及び受信することの少なくとも１つを行うことができるシステムを実現するために用いることができる。アンテナアレイ１００２は、例えば、図１のアンテナアレイ１００、図５のアンテナアレイ４００、及び／又は図８のアンテナアレイ７００により実装することができる。ＢＦＮ層に形成されたＢＦＮ１００４は、複数のトレース（例えば、導電トレース）を有することができる。ＢＦＮ１００４は、例えば、図２のＢＦＮ２００、図３のＢＦＮ３００、図４のＢＦＮアレイ３２０の一部分、図６のＢＦＮ５００、図７のＢＦＮ６００、図９のＢＦＮ８００、又は図１０のＢＦＮ９００として実装することができる。図１１では、多層ＰＣＢ１０００の一部が含まれる。多層ＰＣＢ１０００は、コア材料（例えば、誘電積層体）層１００８、プリプレグ材料（エポキシ系材料などの予め含浸された材料）層１０１０及び導電性材料（例えば、グラウンドプレーン）層１０１２を含むことができる。
【0089】
ＩＣチップ領域１０１４は、ＩＣチップ１０１６をＢＦＮ１００４の下面に取り付けるための層を含むことができる。ＩＣチップ１０１６は、例えば、図２のＩＣチップ２２０、図６のＩＣチップ５２０、又は図９のＩＣチップ８２０のインスタンスとして実装することができる。多層ＰＣＢ１０００は、ＩＣチップ１０１６をアンテナアレイ１００２に通信可能に接続するビアとして実装されるポート１０１８を含むことができる。多層ＰＣＢ１０００はまた、ポート１０１８に対して遮蔽を提供するアイソレーションビア１０２０を含むことができる。ＩＣチップ領域１０１４は、ビア１０２２を介してＢＦＮ１００４と通信することができる。このビアは、ＢＦＮ１００４の底部（外部）層に形成することができる合成器／分割器を、ＩＣチップ１０１６に通信可能に接続する。合成器／分割器は、例えば、図２の３－１合成器／分割器２１２、図６の第２の段の合成器／分割器５１０又は図９の第２の段の合成器分割器８１０として実装することができる。加えて、ＩＣチップ１０１６は、このＩＣチップ１０１６を多層ＰＣＢ１０００の直流（ＤＣ）電源領域１０２８に接続することができるビア１０２６を介して電源に接続することができる。更に、ＩＣチップ１０１６は、ビア１０３０を介して電気的に中性のノード（例えば、グラウンド）に接続することができる。
【0090】
アンテナアレイ１００のフィーダ層１０３２は、アンテナアレイ１００２の放射要素１０３４にアンダーレイすることができる。フィーダ層１０３２は、フィードライン１０３６のインスタンスを含むことができる。フィードライン１０３６は、ポート１０１８を放射要素１０３４のスロット要素１０３８に接続することができる。スロット要素１０３８は、放射要素１０３４のパッチアンテナ１０３９に電磁結合することができる。
【0091】
図１１は、送信モードで動作する多層ＰＣＢ１０００を通って流れる信号１０４０を表す矢印を含む。信号１０４０は、例えば、外部システムからの電気信号（誘導ＥＭ信号）として供給することができる。信号１０４０は、合成器／分割器１０２４を横断し、ビア１０２２を介してＩＣチップ１０１６に供給される。ＩＣチップ１０１６は、信号１０４０を調整（例えば、増幅、位相調整及び／又は分割）することができる。更に、信号１０４０は、ポート１０１８に供給することができ、信号１０４０はアンテナアレイ１００２で受信される。信号１０４０は、フィードライン１０３６を介してスロット要素１０３８に供給することができる。スロット要素１０３８は、誘導ＥＭ信号を放射ＥＭ信号に変換することができ、放射ＥＭ信号は、パッチアンテナ１０３９よって自由空間に送信される。受信モードでは、信号は信号１０４０の逆に動作する。
【0092】
図１２は、アンテナアレイ１１０２及びＢＦＮ１１０４の論理的相互接続を示すシステム１１００のブロック図を示す。アンテナパッケージ１００２は、図１のアンテナパッケージ１００、図５のアンテナパッケージ４００、又は図８のアンテナパッケージ７００により実装することができる。ＢＦＮ１００４は、例えば、図２のＢＦＮ２００、図３のＢＦＮ３００、図６のＢＦＮ５００、図７のＢＦＮ６００、図９のＢＦＮ８００、又は図１０のＢＦＮ９００として実装することができる。
【0093】
いくつかの例では、アンテナアレイ１１０２は、送信モード又は受信モードで排他的に動作することができる。他の例では、アレイアンテナ１１０２は、半二重モードで動作することができ、アンテナアレイ１１０２は、受信モードと送信モードとの間で切り替わる。更に他の例では、アンテナアレイ１１０２は、全二重モードで動作することができ、アンテナアレイ１１０２は、受信モードと送信モードで同時に動作する。
【0094】
図示する例では、Ｋ個のアンテナセル１１０６がＢＦＮ１１０４と通信し、ただしＫは２以上の整数である。Ｋ個のアンテナセル１１０６の各々は、放射要素１１０８を含むことができる。放射要素１１０８は、直交して配列されたＮ個のスロット要素１１１０及びパッチアンテナ１１１４を代表することができる。図示する例では、２つのスロット要素１１１０、すなわち第１のスロット要素１１１０１及び第２のスロット要素１１１０２が存在する。Ｋ個のアンテナセル１１０６の各々は、対応するＩＣチップ１１１６と通信することができる。図示する例では、各ＩＣチップ１１１６は、ＩＣチップ１１１６を横断する信号を合成及び／又は分割することができる合成器／分割器１１２０を含むことができる。加えて、各ＩＣチップ１１１６は、対応するアンテナセル１１０６のＮ個のスロット要素１１１０と通信するためのＮ個の経路を含むことができる。本例では、各ＩＣチップ１１１６は、第１の経路１１２２及び第２の経路１１２４を含むことができる。加えて、いくつかの例では、各ＩＣチップ１１１６の第１の経路１１２２及び第２の経路１１２４は、受信経路及び伝送経路に更に細分化することができる複数の経路を代表することができる。
【0095】
第１の経路１１２２及び第２の経路１１２４は各々、対応する放射要素１１０８及び／又はＢＦＮ１１０４と通信される信号を調整するための増幅器１１３０及び位相シフタ１１３２を含むことができる。
【0096】
第１の経路１１２２は、対応するアンテナセル１１０６の第１のポート１１３４１に接続することができ、第２の経路１１２４は、対応するアンテナセル１１０６の第２のポート１１３４２に接続することができる。アンテナセル１１０６の第１のポート１１３４１は、第１の偏波により、ＩＣチップ１１１６の第１の経路１１２２と第１のスロット要素１１１０１との間で信号を通信するように設計することができる。アンテナセル１１０６の第２のポート１１３４２は、第１の偏波に直交する第２の偏波により、第２のスロット要素１１１０２間で信号を通信するように設計することができる。例えば、第１の偏波は、水平偏波とすることができ、第２の偏波は、垂直偏波とすることができ、逆もまた同様である。このような状況では、アンテナアレイ１１０２は、右旋円偏波（right hand circular polarization、ＲＨＣＰ）又は左旋円偏波（left hand circular polarization、ＬＨＣＰ）により信号を通信することができる。あるいは、いくつかの例では、１つのスロット要素１１１０のみが存在することができ、偏波は直線偏波であってもよい。
【0097】
ＩＣチップ１１１６は、外部システムに実装することのできるコントローラ１１４０から制御信号を受信することができる。いくつかの例では、コントローラ１１４０は、埋め込まれた命令を備えるマイクロコントローラとして実装することができる。いくつかの例では、コントローラ１１４０は、ソフトウェアを実行している汎用コンピュータとして実装することができる。いくつかの例では、制御信号は、システム１１００の動作モードを制御することができる。すなわち、いくつかの例では、制御信号は、ＩＣチップ１１１６が、アンテナアレイ１１０２を受信モードから送信モードに切り替えるか、又はその逆をするように制御することができる。加えて、いくつかの例では、コントローラ１１４０から供給された制御信号は、各送信増幅器１１３０によって適用される振幅調整可変量を制御することができる。したがって、いくつかの例では、各送信増幅器１１３０は、可変利得増幅器、切替アッテネータ回路などとして実装することができる。同様に、いくつかの例では、コントローラ１１４０から供給された制御信号は、各位相シフタ１１３２によって適用される位相調整可変量を制御することができる。
【0098】
受信モードでの動作中、コントローラ１１４０は、ＩＣチップ１１１６に、Ｋ個のアンテナセル１１０６からの信号をＢＦＮ１１０４にルーティングさせる発ことができる。更に、受信モードでは、第１の偏波のＥＭ信号（ＲＦ信号）を、パッチアンテナ１１１４で受信し、Ｋ個のアンテナセル１１０６（又はその一部のサブセット）の各々の第１のスロット要素１１１０１によって検出することができる。同様に、第２の偏波のＥＭ信号（ＲＦ）を、パッチアンテナ１１１４で受信し、第２のスロット要素１１１０２によって検出することができる。第１のスロット要素１１１０１及び第２のスロット要素１１１０２の各々は、受信されたＥＭ信号を電気信号に変換することができ、この電気信号は、調整のために対応するＩＣチップ１１１６に供給することができる。第１のスロット要素１１１０１から供給された信号は、ＩＣチップ１１１６の第１の経路に供給することができ、第２のスロット要素１１１０２から供給された信号は、ＩＣチップ１１１６の第２の経路１１２４に供給することができる。
【0099】
受信モードを継続する場合、ＩＣチップ１１１６の第１の経路１１２２内の各増幅器１１３０は、第１のスロット要素１１１０１から供給された信号を増幅することができ、第１の経路１１２２の各位相シフタ１１３２は、位相調整を適用して信号を合成器／分割器１１２０に出力することができる。同様に、ＩＣチップ１１１６の第２経路１１２４内の各増幅器１１３０は、第２のスロット要素１１１０２から供給された信号を増幅することができ、第２の経路１１２４の各位相シフタ１１３２は、位相調整を適用して信号を合成器／分割器１１２０に出力することができる。各合成器／分割器１１２０は、Ｋ個のＩＣチップ１１１６がＫ個のサブ信号を出力することができるように、第１の経路１１２２からの信号を第２の経路１１２４からの信号と合成することができる。Ｋ個のサブ信号を、ＢＦＮ１１０４に供給することができる。ＢＦＮ１１０４は、Ｋ個のサブ信号を合成して受信ビーム信号を形成することができ、この受信ビーム信号は、復調及び処理のために外部システムに提供することができる。
【0100】
送信モードでの動作中、コントローラ１１４０は、ＩＣチップ１１１６がＢＦＮ１１０４からの信号をＫ個のアンテナセル１１０６に供給するように設定することができる。したがって、Ｋ個のアンテナセル１１０６は、外部システムからＢＦＮ１１０４に供給することができる送信ビーム信号を送信することができる。ＢＦＮ１１０４は、送信ビーム信号を、Ｋ個のＩＣチップ１１１６に供給することができるＫ個のサブ信号に分割することができる。Ｋ個のＩＣチップ１１１６の各ＩＣチップ１１１６は、対応するサブ信号を調整して、調整された信号を生成することができ、この調整された信号を、対応するアンテナセル１１０６に供給することができる。図示した例では、調整は、対応するサブ信号を第１の信号及び第２の信号に分割することを含むことができる。
【0101】
ＩＣチップ１１１６の第１の経路１１２２に第１の信号を供給することができ、ＩＣチップ１１１６の第２の経路１１２４に第２の信号を供給することができる。第１の経路１１２２の位相シフタ１１３２は、第１の信号に位相調整を適用することができ、第１の経路１１２２の増幅器１１３０は、第１の信号を増幅することができる。第１の信号は、第１のスロット要素１１１０１に供給することができる。第１のスロット要素１１１０１は、第１の信号を、パッチアンテナ１１１４に送信することができる第１の偏波のＥＭ信号（ＲＦ信号）に変換することができる。同様に、第２の経路１１２４の位相シフタ１１３２は、第２の信号に位相調整を適用することができ、第２の経路１１２４の増幅器１１３０は、第２の信号を増幅することができる。第２の信号は、第２のスロット要素１１１０２に供給することができる。第２のスロット要素１１１０２は、第２の信号をパッチアンテナ１１１４に送信することができる第２の偏波のＥＭ信号（ＲＦ信号）に変換することができる。パッチアンテナ１１１４は、第１の偏波のＥＭ信号を送信し、第２の偏波のＥＭ信号を自由空間に送信することができる。
【0102】
上で説明してきたものは、実施例である。当然ながら、構成要素又は方法論のあらゆる考えられる組み合わせを説明することはできないが、当業者は、多くの更なる組み合わせ及び順列が可能であることを認識するであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲を含む、本出願の範囲内に入る全てのそのような代替例、修正例、及び変形例を包含することを意図している。本明細書で使用するとき、「含む（includes）」という用語は、含むがそれらに限定されないことを意味し、「含んでいる（including）」という用語は、含んでいるがそれらに限定されないことを意味する。「～に基づく」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。加えて、本開示又は特許請求の範囲が、「１つの（a）」、「１つの（an）」、「第１の（a first）」、又は「別の（another）」の要素又はその等価物を列挙する場合、「第１の」又は「別の」要素（又はその等価物）は、１つ又は１つを超えるそのような要素を含み、２つ以上のそのような要素を必要とすることも、除外することもないと解釈されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
