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▶ トロン フューチャー テック インコーポレイテッドの特許一覧
(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】2024-12-05
(45)【発行日】2024-12-13
(54)【発明の名称】フェーズドアレイアンテナ用の無線周波数回路
(51)【国際特許分類】
H01Q 23/00 20060101AFI20241206BHJP
H01Q 21/06 20060101ALI20241206BHJP
H01Q 3/26 20060101ALI20241206BHJP
【ＦＩ】
H01Q23/00
H01Q21/06
H01Q3/26 Z
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2023101735
(22)【出願日】2023-06-21
(65)【公開番号】P2024002957
(43)【公開日】2024-01-11
【審査請求日】2023-06-21
(31)【優先権主張番号】63/367,030
(32)【優先日】2022-06-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】18/065,934
(32)【優先日】2022-12-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】523225520
【氏名又は名称】トロン フューチャー テック インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100120891
【弁理士】
【氏名又は名称】林 一好
(74)【代理人】
【識別番号】100165157
【弁理士】
【氏名又は名称】芝 哲央
(74)【代理人】
【識別番号】100205659
【弁理士】
【氏名又は名称】齋藤 拓也
(74)【代理人】
【識別番号】100126000
【弁理士】
【氏名又は名称】岩池 満
(74)【代理人】
【識別番号】100185269
【弁理士】
【氏名又は名称】小菅 一弘
(72)【発明者】
【氏名】ワン チエン チェン
(72)【発明者】
【氏名】チャン リー ハン
(72)【発明者】
【氏名】ワン ユー－ジウ
(72)【発明者】
【氏名】チュー ター－シュン
【審査官】赤穂 美香
(56)【参考文献】
【文献】特表２０２２－５０５１０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－１１４７５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／１５８８１０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０９－２３７８６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１９－５３５１８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２２／００６０１６４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２３／００４５９５５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２０／０２７０５８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２１／０１２６３６６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２１／００２１０３１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０２１－０１６１５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２１／０３５９４１５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－０５８８８７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｑ ２３／００
Ｈ０１Ｑ ２１／０６
Ｈ０１Ｑ ３／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
無線通信システムであって、複数のアンテナと、
複数の無線周波数（ＲＦ）出力信号をＲＦ信号に従って前記アンテナに提供するために、行に編成され、前記アンテナに結合された、複数のＲＦチップと、
前記行と平行に直線状に編成され、前記ＲＦチップに接続される伝送線と、
前記伝送線の第一の端部に結合された抵抗負荷と、
を備え、
前記伝送線の第二の端部は、前記ＲＦ信号を受信するように編成され、
前記ＲＦチップのそれぞれは、
金属酸化膜半導体電界効果トランジスタと、
コンデンサと、
を備え、
前記金属酸化膜半導体電界効果トランジスタは、直列接続された前記コンデンサを介して前記伝送線に接続される入力端子として機能するゲート端子を有し、
対応するＲＦチップの前記ゲート端子から見た第一のインピーダンスは、前記伝送線に接続された対応する入力端子から前記伝送線を見た第二のインピーダンスよりも１０倍大きい、無線通信システム。
【請求項2】
前記ＲＦチップは、前記第一の端部と前記第二の端部との間に均等に分散して編成され、前記伝送線に接続する、請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項3】
前記ＲＦチップのそれぞれは、前記伝送線の対応する接続端子上の電圧信号を結合することによって、前記ＲＦ信号を受信するように編成される、請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項4】
前記ＲＦチップのそれぞれは、第一のダイオードおよび第二のダイオードを含み、
前記第一のダイオードおよび前記第二のダイオードのそれぞれは、前記ゲート端子および前記コンデンサに接続された端子を含む、請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項5】
複数の分岐伝送線であって、各分岐伝送線が対応するＲＦチップのゲート端子と前記伝送線との間に結合される、複数の分岐伝送線をさらに備える、請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項6】
前記第一のダイオードおよび前記第二のダイオードは、逆バイアス構成で配置される、請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項7】
第一の表面と、前記第一の表面とは反対側の第二の表面とを有する基板をさらに備え、
前記アンテナは前記第一の表面の上に配置され、前記複数のＲＦチップ及び前記伝送線は前記第二の表面の上に配置される、請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項8】
前記基板は、透明である、請求項７に記載の無線通信システム。
【請求項9】
前記基板は、ガラス、溶融シリカ、又は石英で形成される、請求項７に記載の無線通信システム。
【請求項10】
前記ＲＦチップは、前記基板を介して前記ＲＦ信号を前記アンテナに結合するように構成され、前記基板は、前記ＲＦチップと前記アンテナとの間に導電素子が存在しない、請求項７に記載の無線通信システム。
【請求項11】
前記ＲＦチップに接続され、前記ＲＦ信号の較正データを提供するように構成された複数の信号線をさらに備える、請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項12】
前記較正データは、振幅較正データ及び位相較正データのうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の無線通信システム。
【請求項13】
前記位相較正データは、前記アンテナのフェーズドアレイアンテナ方式に対する前記ＲＦチップのそれぞれの位相遅延を提供する、請求項１２に記載の無線通信システム。
【請求項14】
無線通信システムであって、複数のアンテナと、
前記アンテナから複数の無線周波数（ＲＦ）信号を受信して複数のＲＦ出力信号を出力するために、行に編成され、前記アンテナに結合された、複数のＲＦチップと、
前記行と平行に直線状に編成され、前記ＲＦ出力信号を受信するために前記ＲＦチップに接続される伝送線と、
前記伝送線の第一の端部に結合された抵抗負荷と、
を備え、
前記伝送線の第二の端部は、前記ＲＦ出力信号の累積ＲＦ出力信号を出力するように編成され、
前記ＲＦチップのそれぞれは、
金属酸化膜半導体電界効果トランジスタと、
コンデンサと、
を備え、
前記金属酸化膜半導体電界効果トランジスタは、直列接続された前記コンデンサを介して前記伝送線に接続される出力端子として機能するドレイン端子を有し、
対応するＲＦチップの前記ドレイン端子から見た第一のインピーダンスは、前記伝送線に接続された対応する出力端子から前記伝送線を見た第二のインピーダンスよりも１０倍大きい、無線通信システム。
【請求項15】
前記ＲＦチップは、前記伝送線に接続するために、前記第一の端部と前記第二の端部との間に均等に分配されるように編成される、請求項１４に記載の無線通信システム。
【請求項16】
前記ＲＦ出力信号のそれぞれは、対応するＲＦチップから前記伝送線上の対応する接続端子に供給される電流信号である、請求項１４に記載の無線通信システム。
【請求項17】
前記ＲＦチップのそれぞれは、第一のダイオードおよび第二のダイオードを含み、
前記第一のダイオードおよび前記第二のダイオードのそれぞれは、前記ドレイン端子および前記コンデンサに接続された端子を含む、請求項１４に記載の無線通信システム。
【請求項18】
複数の分岐伝送線であって、各分岐伝送線が対応するＲＦチップのゲート端子と前記伝送線との間に結合される、複数の分岐伝送線をさらに備える、請求項１４に記載の無線通信システム。
【請求項19】
前記第一のダイオードおよび前記第二のダイオードは、逆バイアス構成で配置される、請求項１７に記載の無線通信システム。
【請求項20】
第一の表面と、前記第一の表面とは反対側の第二の表面とを有する基板をさらに備え、
前記アンテナは前記第一の表面の上に配置され、前記複数のＲＦチップ及び前記伝送線は前記第二の表面の上に配置される、請求項１４に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（優先権主張及び相互参照）
本出願は、２０２２年６月２４日に出願された米国仮出願第６３／３６７，０３０号、及び２０２２年１２月１４日に出願された米国非仮出願第１８／０６５，９３４号の優先権を主張し、これらの開示内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２２年６月２４日に出願された米国仮出願第６３／３６７，０３０号、及び２０２２年１２月１４日に出願された米国非仮出願第１８／０６５，９３４号の優先権を主張し、これらの開示内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、フェーズドアレイアンテナ用の無線周波数回路に関する。
【背景技術】
【0003】
現代の無線通信技術において、フェーズドアレイアンテナ技術は、従来のアンテナ技術と比較して、高利得、高信頼性、ビームステアリング能力等の利点があるため、多くの注目を浴びている。フェーズドアレイアンテナ技術は、アンテナ間隔を適切に管理して編成されたアンテナのアレイを採用するため、アレイアンテナが配置される基板面積は、従来の非アレイアンテナに比べて、はるかに大きい。基板の平面性は、許容できるコストで大規模なアンテナアレイを開発するための重要な課題の一つである。一方、アンテナアレイの信号処理性能を向上させるためには、回路密度が高く、消費電力が少ない高周波回路が必要である。そのため、フェーズドアレイアンテナの新しいアーキテクチャを開発して、基板の問題を解決することで、ＲＦ回路とアンテナを低コストで高性能に形成できるようにする必要がある。
【発明の概要】
【0004】
本開示の実施形態は、複数のアンテナと、ＲＦ信号に従って複数の無線周波数（ＲＦ）出力信号をアンテナに提供するために、行に配置され、アンテナに結合された複数のＲＦチップと、を含む、無線通信システムを提案する。無線通信システムは、また、行と平行に直線状に編成され、ＲＦチップに接続される伝送線と、伝送線の第一の端部に結合された抵抗負荷と、を含む。伝送線の第二の端部は、ＲＦ信号を受信するように編成される。
【0005】
本開示の実施形態によれば、無線通信システムは、複数のアンテナと、行に編成され、アンテナに結合され、アンテナから複数の無線周波数（ＲＦ）信号を受信して複数のＲＦ出力信号を出力するための複数のＲＦチップと、行と平行に直線状に編成され、ＲＦ出力信号を受信するためにＲＦチップに接続される伝送線と、伝送線の第一の端部に結合された抵抗負荷と、を含む。伝送線の第二の端部は、ＲＦ出力信号の累積ＲＦ出力信号を出力するように編成される。
【0006】
提案されたフェーズドアレイアンテナ及びＲＦチップの編成を通じて、送信機及び受信機は、より安価に製造することができ、より少ない電力で動作することができる。また、装置の信頼性も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本開示の態様は、添付の図と一緒に読むと、以下の詳細な説明から最もよく理解される。当業界の標準的な慣行に従って、様々な特徴は、縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。実際、様々な特徴の寸法は、議論を明確にするために、任意に大きく、又は小さくすることがある。
【0008】
【図1】本開示のいくつかの実施形態による、次世代通信シナリオにおける無線通信システムを示す概略図である。
【図2A】いくつかの実施形態による、ユーザ装置の送信機又は受信機の概略透視図である。
【図3A】いくつかの実施形態による、送信機の概略ブロック図である。
【図4A】いくつかの実施形態による、受信機の概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下の開示は、提供される主題の異なる特徴を実施するために、多くの異なる実施形態又は例を提供する。本開示を簡略化するために、構成要素及び配置の具体例を以下で説明する。当然、これらは単なる例であり、限定を意図するものではない。例えば、以下の説明において、第二の特徴の全体に、又はその上に第一の特徴を形成することは、第一及び第二の特徴が直接接触して形成される実施形態を含んでもよいし、また第一及び第二の特徴が直接接触し得ないように、第一及び第二の特徴の間に追加の特徴を形成し得る実施形態を含んでもよい。さらに、本開示では、様々な例において、参照番号及び／又は文字を繰り返すこともある。この繰り返しは、単純化及び明確化のためであり、それ自体では、議論される様々な実施形態及び／又は構成の間の関係を指示するものではない。
【0010】
さらに、「下方に」、「下に」、「下部」、「上方に」、「上部」等の空間的に相対的な用語は、本明細書では、説明を容易にするために、図面に示すように、１つの要素又は特徴について、別の要素又は特徴に対する関係を説明するために使用することがある。空間的に相対的な用語は、図面に描かれている向きに加えて、使用中又は動作中の装置の異なる向きを包含することを意図している。装置は、別の向きを向いていてもよく（９０°回転していても、他の向きにあってくよく）、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子は、同様に、それに応じて解釈されてもよい。
【0011】
本開示の広い範囲を示す数値範囲及びパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の例に示す数値は、可能な限り正確に報告されている。しかしながら、任意の数値は、それぞれのテスト測定において見出される標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本質的に含む。また、本明細書で使用される場合、「約」、「実質的な」、又は「実質的に」という用語は、一般に、所与の値又は範囲の１０％、５％、１％又は０．５％以内を意味する。あるいは、「約」、「実質的な」、及び「実質的に」という用語は、当業者が考慮した場合に、平均の許容可能な標準誤差内を意味する。操作例／動作例以外、又は特に断りのない限り、材料の量、持続時間、温度、操作条件、量の比率等の数値範囲、量、値及び百分率の全ては、本明細書に開示されるそれらの用語は、全ての場合において、「約」、「実質的な」、又は「実質的に」という用語によって修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、反対に示されない限り、本開示及び添付の特許請求の範囲に提示される数値パラメータは、所望に応じて変化し得る近似である。少なくとも、各数値パラメータは、報告された有効桁数を考慮して、通常の丸め技術を適用することによって、少なくとも解釈されるべきである。範囲は、本明細書では、１つのエンドポイントから別のエンドポイントまで、すなわち、２つのエンドポイントの間として表すことができる。本明細書に開示される全ての範囲は、特に明記しない限り、エンドポイントを含む。
【0012】
本明細書で使用される場合、「接続された」という用語は、「電気的に接続された」と解釈されることがあり、また「結合された」という用語も、「電気的に結合された」と解釈されることがある。「接続された」及び「結合された」は、２つ以上の要素が相互に協働又は相互作用することを示すために使用されることもある。
【0013】
図１は、本開示のいくつかの実施形態による、次世代通信シナリオにおける無線通信システム１０を示す概略図である。無線通信システム１０は、１つ以上のユーザ装置１２、１４、１６、１８と、地上基地局２２と、非地上基地局２４とを含む。いくつかの実施形態では、ユーザ装置１２、１４は、人間によって運ばれ、動かされ、ハンドヘルド装置と呼ばれる。いくつかの実施形態では、ユーザ装置１６は、自動車、電車等の陸上を移動する車両に装備されるモバイル装置である。いくつかの実施形態では、ユーザ装置１８は、海、川等を移動する船舶に装備されたユーザ装置である。
【0014】
いくつかの実施形態では、地上基地局２２は、セルラー通信ネットワーク等の通信ネットワークに配備される基地局の一例である。地上基地局２２は、ユーザ装置１２、１４及び１６に通信ネットワークを提供するように構成され、ユーザ装置１２、１４及び１６は、複数の地上基地局２２によって確立されたネットワークを通じて互いの間で情報を送信又は受信できる。地上基地局２２は、低高度プラットフォームとも呼ばれ得る。いくつかの実施形態では、非地上基地局２４は、通信衛星ネットワークに配備される通信衛星の一例である。非地上基地局２４は、ユーザ装置１２、１４、１６及び１８に通信ネットワークを提供するように構成され、ユーザ装置１２、１４、１６及び１８は、衛星ネットワークを介して互いの間で情報を送信又は受信できる。複数の地上基地局２２と複数の非地上基地局２４は、相互にリンクして複合通信ネットワークを形成することができ、この場合、低高度の場所、高高度の場所、又は地上基地局２２のネットワークによってカバーされていない場所のいずれに位置していても、世界中のユーザ装置をカバーするグローバル通信ネットワークを実現することができる。
【0015】
無線通信システム１０によって例示されるグローバル通信ネットワークの目標を達成するために、ユーザ装置１２、１４、１６又は１８は、高空に位置する非地上基地局２４と通信するために、より大きな通信能力を有する送信機又は受信機を含むように設計し直す必要があるかもしれない。様々な送信機又は受信機の設計の中で、フェーズドアレイアンテナ技術は、より高い信頼性で送信又は受信利得を大幅に増加させることができ、衛星通信に適したビームフォーミング技術を実現するための有望な解決策である。
【0016】
図２Ａは、いくつかの実施形態による、図１に示すユーザ装置１２、１４、１６又は１８の送信機１００の概略透視図である。いくつかの実施形態では、送信機１００は、ＲＦ送信機である。いくつかの実施形態では、送信機１００は、制御回路基板１１０と、ＲＦ回路基板１２０と、ＲＦ回路基板１２０を制御回路基板１１０に電気的に接続する接続回路基板１３０と、を含む。さらに、ＲＦ回路基板１２０は、ＲＦ回路基板１２０の基板上に形成されたアンテナパッチ等のアンテナ素子１４０のアレイで形成されたアンテナアレイを含む。いくつかの実施形態では、送信機１００は、地上基地局２２又は非地上基地局２４に適用可能である。
【0017】
いくつかの実施形態では、制御回路基板１１０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）であり、複数の回路チップ及び配線が形成されている基板を含む。いくつかの実施形態では、制御回路基板１１０は、１つ以上の半導体ダイ、例えば、制御回路基板１１０の表面に装着された半導体ダイ１５０を含む。制御回路基板１１０の基板は、金属（例えば、銅）箔を有するエポキシ樹脂で形成されてもよい。制御回路基板１１０は、制御信号及びデータ信号を生成し、接続回路基板１３０を介して、これらの信号をＲＦ回路基板１２０に供給するように構成される。データ信号は、所定の周波数、例えば、４５５ｋＨｚの中間周波数（ＩＦ）の変調キャリアによって変調されたベースバンド信号又はＩＦ信号であってもよい。いくつかの実施形態では、制御回路基板１１０は、第一の電圧電位を第二の電圧電位に変換し、適切な電源電圧をＲＦ回路基板１２０に伝送するように構成される。いくつかの実施形態では、接続回路基板１３０は、可撓性又は非可撓性の基板を含み、電源電圧、制御信号及びＩＦデータ信号をＲＦ回路基板１２０に伝送するように構成された複数の伝送線を含む。
【0018】
いくつかの実施形態では、ユーザ装置１２、１４、１６、及び１８は、送信機１００とともに機能して双方向通信を達成する受信機（別途、図示せず）も有する。図２Ａに示す送信機１００の構成は、受信機１０１（図４Ａ参照）にも適用することができ、この受信機１０１も、制御回路基板１１１と、ＲＦ回路基板１２１と、送信機１００と同様の方法で相互接続される接続回路基板１３０と、を有する。ユーザ装置１２、１４、１６、及び１８は、送信機１００と受信機１０１との両方を含んで、無線通信システムを形成してもよい。送信機１００と受信機１０１との相違点については、後述する。
【0019】
図２Ｂは、いくつかの実施形態による、図２Ａに示すＲＦ回路基板１２０の一部分Ａ１の拡大図である。図２Ｂに示すＲＦ回路基板１２０の垂直方向（正のＺ軸）は、図２Ａに関して逆であることに留意されたい。いくつかの実施形態では、ＲＦ回路基板１２０は、基板２０２と、基板２０２の上に編成された相互接続構造２０４と、を含む。相互接続構造２０４は、上面を有し、基板２０２は、下面を有する。いくつかの実施形態では、アンテナ素子２０６のアレイが基板２０２の下面に形成され、複数のＲＦチップ２０８が相互接続構造２０４の上面に編成される。ＲＦチップ２０８は、複数の導電線２１０を介して相互接続されてもよい。いくつかの実施形態では、導電線２１０は、電気絶縁材料によってカプセル化されてもよいし、相互接続構造２０４の表面を介して露出してもよい。いくつかの実施形態では、送信機１００のアンテナのアレイは、パッチアンテナ構造を含み、アンテナ素子２０６は、それぞれのアンテナ構造のアンテナパッチである。
【0020】
図２Ｃは、いくつかの実施形態による、図２Ｂに示すＲＦ回路基板１２０の概略断面図である。図２Ｃに示す概略断面図は、図２Ｂの断面線ＡＡから取られる。図２Ｃを参照すると、基板２０２は、ガラス、溶融シリカ、酸化ケイ素、石英等の透明材料で形成されている。いくつかの実施形態では、基板２０２は、アンテナ素子２０６を、相互接続構造２０４又はＲＦチップ２０８の電子回路から分離する。いくつかの実施形態では、ＲＦ信号は、基板２０２の上側に形成されたＲＦチップ２０８から、相互接続構造２０４に形成されたＲＦ回路を介して伝送され、透明基板２０２を横切って放射され、基板２０２の下側に形成されたアンテナ素子２０６に結合される。いくつかの実施形態では、基板２０２の厚さは、アンテナ素子２０６の動作周波数に基づいて決定される。基板２０２の材料はＲＦ信号に対して透明であるため、基板２０２は、相互接続構造２０４をアンテナ素子２０６に接続するための導電性部材がなくてもよい。
【0021】
いくつかの実施形態では、相互接続構造２０４は、スタック内の複数のメタライゼーション層で形成されている。メタライゼーション層は、パターン化された導電線又は導電ビアを含み、これらのパターン化された導電ライン及びビアは、相互接続経路及びアンテナの他の部分を形成するためにパターン化されるか、あるいは電気的に相互接続される。例えば、基板２０２上に形成された第一のメタライゼーション層は、第一の導電線又はパッド２２２Ａを含む。第一の導電線又はパッド２２２Ａは、接地板として使用されてもよく、残りの空間は、ＲＦ信号をアンテナ素子２０６に結合するためのアパーチャとして形成されてもよい。第二のメタライゼーション層は、第一のメタライゼーション層上に形成され、例示の第一の導電ビア２２４Ａを含む、第一の導電ビアを含む。同様に、第三のメタライゼーション層は、第二のメタライゼーション層の上に形成され、第二の導電線又はパッド２２２Ｂを含み、第四のメタライゼーション層は、第三のメタライゼーション層の上に形成され、例示の第二の導電ビア２２４Ｂを含む、複数の第二の導電ビアを含む。第二の導電線は、電力線又は信号伝送線を形成するために、パターン化されてもよい。第五のメタライゼーション層は、第四のメタライゼーション層の上に形成され、第三の導電線２２２Ｃを含む。第三の導電線２２２Ｃは、ＲＦチップ２０８の間でＲＦ信号又は制御信号を通信するための伝送線を形成するようにパターン化されてもよい。いくつかの実施形態では、導電線２２２Ａ、２２２Ｂ、２２２Ｃは、導電ビア２２４Ａ、２２４Ｂを介して相互接続される。いくつかの実施形態では、複数の導電線２１０が第六のメタライゼーション層の上に編成され、導電線２２２ＣをＲＦチップ２０８に電気的に接続する。
【0022】
いくつかの実施形態では、導電線２２２Ａ、２２２Ｂ、２２２Ｃ及び２１０、並びに導電ビア２２４Ａ及び２２４Ｂは、銅、タングステン、アルミニウム、チタン、タンタル、これらの合金等の導電性材料で形成される。導電線２２２Ａ、２２２Ｂ、２２２Ｃ、及び導電ビア２２４Ａ、２２４Ｂは、さらに、ポリマーベースの材料、例えば、ポリイミド又はエポキシ樹脂等の絶縁材料２２６Ａ、２２６Ｂ又は２２６Ｃによって電気的に絶縁される。
【0023】
図３Ａは、いくつかの実施形態による、図２Ａに示す送信機１００の概略ブロック図である。図２Ａ及び図３Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、制御回路基板１１０は、電力変換モジュール３１２、メモリモジュール３１４、コントローラ３１６、局部発振器モジュール３１８及びデータ処理モジュール３２２を含む。制御回路基板１１０は、電源電圧ＶＤ、ＩＦデータ信号ＩＦ＿ｉｎ、基準周波数信号ＬＯ、及び制御信号（較正データＤｉｎ、データクロック信号ＣＬＫ、及び同期クロック信号ＳＹＮＣを含む）を、接続回路基板１３０の両側の入出力ポート及び接続回路基板１３０の信号線を通じてＲＦ回路基板１２０に提供するように構成される。
【0024】
いくつかの実施形態では、電力変換モジュール３１２は、制御回路基板１１０の外部の電源電圧源３０２から入力電力を受信するように構成される。電力変換モジュール３１２は、電源電圧源３０２の初期電源電圧（例えば１１０Ｖ）を、ＲＦ回路基板１２０の構成要素のための電源電圧ＶＤ（例えば、５Ｖ又は１．２Ｖ）に変換するように構成された電圧変換器を含んでもよい。電力変換モジュール３１２は、メモリモジュール３１４、コントローラ３１６、局部発振器モジュール３１８及びデータ処理モジュール３２２等、制御回路基板１１０の他の構成要素に電力をさらに供給してもよい。いくつかの実施形態では、電力変換モジュール３１２は、電源電圧ＶＤを供給するための電圧変換器を含む。いくつかの実施形態では、電力変換モジュール３１２は、干渉をフィルタリングするための電磁干渉フィルタをさらに含む。
【0025】
いくつかの実施形態では、メモリモジュール３１４は、コントローラ３１６及びデータ処理モジュール３２２によってアクセス可能なデータ及びコマンド、例えば、送信データを格納するように構成される。メモリモジュール３１４は、異なるタイプのメモリ、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、キャッシュメモリ等を含んでもよい。
【0026】
いくつかの実施形態では、コントローラ３１６は、ＩＦ変調キャリアによって送信データを変調することによって、ＩＦデータ信号ＩＦ＿ｉｎを生成するように構成される。送信データは、データ処理モジュール３２２によって提供されてもよい。ＩＦデータ信号ＩＦ＿ｉｎは、ＲＦ回路基板１２０によってＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎとなるようにアップコンバージョンされることになる。
【0027】
いくつかの実施形態では、コントローラ３１６は、較正データＤｉｎ、データクロック信号ＣＬＫ、及び同期クロック信号ＳＹＮＣ等のＲＦ信号の較正のための制御信号を生成するようにさらに構成される。いくつかの実施形態では、較正データＤｉｎは、送信データ又はコマンドに従って、ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎの振幅又は位相を較正するために使用される。較正データは、振幅較正データもしくは位相較正データ、又はその両方を含んでもよい。いくつかの実施形態では、データクロック信号ＣＬＫは、ＲＦ回路基板１２０の構成要素内のレジスタに汎用クロックを提供するために使用される。データクロック信号ＣＬＫの周波数は、ＲＦ回路基板１２０内のデジタルデータ処理の作業周波数を表してもよい。いくつかの実施形態では、同期クロック信号ＳＹＮＣは、異なるステージのレジスタのいくつかに対して、同じクロック時間で較正データを出力するためのクロックを提供するために使用される。同期クロック信号ＳＹＮＣは、較正データの更新レートを表してもよい。いくつかの実施形態では、制御信号は、デジタル形式を含むので、デジタル制御信号とも呼ばれる。
【0028】
局部発振器モジュール３１８は、ＩＦ信号ＩＦ＿ｉｎとＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎとの間のアップコンバージョン又はダウンコンバージョンのための基準周波数信号ＦＲを生成するように構成される。いくつかの実施形態では、局部発振器モジュール３１８は、所定の周波数の基準周波数信号ＦＲを生成するように構成された水晶発振器を含む。
【0029】
いくつかの実施形態では、データ処理モジュール３２２は、制御回路基板１１０の外部の制御ユニット３０４から入力データ又はコマンドを受信するように構成される。データ処理モジュール３２２は、またコントローラ３１６によって提供される出力データを送信するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、データ処理モジュール３２２は、伝送プロトコルの下でデータ又はコマンドを受信又は伝送するように構成されたネットワークインターフェース回路を含む。データ処理モジュール３２２は、入力データから送信データ又は制御信号を抽出するように構成されてもよい。
【0030】
いくつかの実施形態では、ＲＦ回路基板１２０は、一対のＲＦ信号生成経路、一対の電力分割器ネットワーク３４２、及び２列の送信機アレイ３００を含む。各ＲＦ信号生成経路は、ＩＦ信号受信機３３２、位相同期ループモジュール３３４、増幅器３３５及び３３８、並びにミキサ３３６を含む。
【0031】
いくつかの実施形態では、電力分割器ネットワーク３４２のそれぞれは、対応するミキサ３３６の出力に接続され、ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎを各ＲＦチップ２０８（図３Ｃ参照）に送達するように構成される。いくつかの実施形態では、電力分割器ネットワーク３４２は、ツリー構造又はバイナリ構造で接続された複数の電力分割器３４４から形成される多段電力分割器ネットワークである。いくつかの実施形態では、電力分割器ネットワーク３４２は、２つの段Ｋ１及びＫ２を含み、段Ｋ１又はＫ２の各電力分割器３４４は、ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎの電力を電力分割器３４４の２つの出力に実質的に等しく分配するように構成される。段Ｋ２の電力分割器３４４の各出力は、対応する送信機アレイ３００に接続される。いくつかの実施形態では、左側電力分割器ネットワーク３４２及び右側電力分割器ネットワーク３４２は、左側電力分割器ネットワーク３４２と右側電力分割器ネットワーク３４２との間の中心線について対称に編成される。いくつかの実施形態では、送信機アレイ３００の左側列と送信機アレイ３００の右側列とは、送信機アレイ３００の左側列と右側列との間の中心線について対称に編成される。いくつかの実施形態では、電力分割器３４４は、受信機アーキテクチャにおける電力結合器としても使用することができ、ここで、電力分割器３４４の入力端子と出力端子は、電力結合器の出力端子と入力端子に反転している。
【0032】
いくつかの実施形態では、較正データＤｉｎ、データクロック信号ＣＬＫ及び同期クロック信号ＳＹＮＣを含む制御信号は、バス又は複数の信号線を介して送信機アレイ３００のそれぞれに提供される。いくつかの実施形態では、描かれている実施形態は、２段の電力分割器ネットワーク３４２のみを示している。しかしながら、２つより多くの段数又は少ない段数を有する電力分割器ネットワーク３４２も、他の実施形態における送信機１００に適用可能である。いくつかの実施形態では、描かれている実施形態は、送信機アレイ３００の１つの列における４つの送信機アレイ３００のみを示している。しかしながら、アレイの送信機アレイ３００を４つより多くすることも、少なくすることも、他の実施形態における送信機１００に適用することができ、送信機アレイ３００の数は、電力分割器ネットワーク３４２の段数に合わせて調整される。
【0033】
いくつかの実施形態では、ＩＦ信号受信機３３２は、接続回路基板１３０からＩＦデータ信号ＩＦ＿ｉｎを受信するように構成される。位相同期ループモジュール３３４は、位相同期ループを介して基準周波数ＦＲに基づいて、局部発振器信号ＬＯを生成するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、局部発振器信号ＬＯは、増幅器３３５を介して増幅される。いくつかの実施形態では、増幅器３３５は、オペアンプである。ミキサ３３６は、ＩＦ信号ＩＦ＿ｉｎを、所定の動作周波数、例えば、１８ＧＨｚ、２８ＧＨｚ、又は他の好適な周波数のＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎにアップコンバージョンするように構成される。いくつかの実施形態では、ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎは、増幅器３３８を介して増幅される。いくつかの実施形態では、増幅器３３８は、オペアンプである。いくつかの実施形態では、位相同期ループ制御信号等のより多くの制御信号が、制御回路基板１１０から位相同期ループモジュール３３４に提供される。
【0034】
図３Ｂは、いくつかの実施形態による、図３Ａに示す送信機１００の送信機アレイ３００の概略ブロック図である。いくつかの実施形態では、送信機アレイ３００は、別の電力分割器ネットワーク３４６と、複数の送信機ブロック３１０とを含む。いくつかの実施形態では、電力分割器ネットワーク３４６は、電力分割器ネットワーク３４２と組み合わされた電力分割器ネットワークを形成し、その中で、電力分割器ネットワーク３４６の最終段ＫＮの電力分割器３４４は、対応する送信機ブロック３１０に接続される。いくつかの実施形態では、電力分割器ネットワーク３４６は、Ｎ－２個の段を含み、各段の各電力分割器３４４は、入力端子におけるＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎの電力を電力分割器３４４の２つの出力端子に実質的に等しく分配するように構成される。いくつかの実施形態では、電源電圧ＶＤ及び制御信号Ｄｉｎ、ＣＬＫ、ＳＹＮＣも、バス又は複数の信号線を介して送信機ブロック３１０のそれぞれに提供される。
【0035】
図３Ｃは、いくつかの実施形態による、図３Ｂに示す送信機アレイ３００の送信機ブロック３１０の概略ブロック図である。いくつかの実施形態では、送信機ブロック３１０は、ＲＦチップ２０８の行と、ＲＦチップ２０８の行に対応するアンテナ給電線２１２の行とで形成される。いくつかの実施形態では、図２Ｂを参照して前述したように、ＲＦチップ２０８は、それぞれ個々のＲＦ回路を含み、ＲＦ回路２０８とも呼ばれる。いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０８は、送信機（ＴＸ）ＲＦチップとして構成される。いくつかの実施形態では、電源電圧ＶＤが提供され、ＲＦチップ２０８のそれぞれに送信される。さらに、較正データＤｉｎ、データクロック信号ＣＬＫ及び同期クロック信号ＳＹＮＣを含む制御信号が、１つ以上の信号線を介して各ＲＦチップ２０８に供給される。いくつかの実施形態では、ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎも、伝送線２２０を介して各ＲＦチップ２０８に供給される。図２Ｂ及び図３Ｃを参照すると、いくつかの実施形態では、ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎは、伝送線２２０、ＲＦチップ２０８（ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔとして出力）、給電線２１２及び基板２０２を介してアンテナパッチ２０６に伝送され、アンテナパッチ２０６によって外側に放射される。
【0036】
ＲＦチップ２０８は、較正データＤｉｎに従ってＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎの較正が行われた後、較正されたＲＦ信号をＲＦ出力信号ＲＦ＿ｏｕｔとして生成するように構成される。いくつかの実施形態では、較正の更新レートは、データクロック信号ＣＬＫ及び同期クロック信号ＳＹＮＣによって制御される。いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０８は、それぞれのＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎ、電源電圧ＶＤ、較正データＤｉｎ、データクロック信号ＣＬＫ及び同期クロック信号ＳＹＮＣのための入力ポートを含む。いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０８は、それぞれの較正データＤｏｕｔと、ＲＦ出力信号ＲＦ＿ｏｕｔの２つの分岐（すなわち、ＲＦコンポーネント信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｉ及びＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｑ）のための出力ポートを含む。
【0037】
いくつかの実施形態では、ＲＦ出力信号ＲＦ＿ｏｕｔは、水平（Ｈ）偏波成分及び垂直（Ｖ）偏波成分にそれぞれ対応する同相成分ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｉ及び直交成分ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｑから形成される。別個の成分ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｉ及びＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｑは、同相成分ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｉ及び直交成分ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｑを表し、互いに直交している。ＲＦ出力信号の別個の直交成分は、ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎ又はＲＦ出力信号ＲＦ＿ｏｕｔの較正を支援してもよい。
【0038】
いくつかの実施形態では、データクロック信号ＣＬＫ及び同期クロック信号ＳＹＮＣは、ＲＦチップ２０８のそれぞれのデータクロック信号ＣＬＫ及び同期クロック信号ＳＹＮＣの入力ポートにそれぞれ供給される。いくつかの実施形態では、較正データＤｉｎは、信号線を介して較正データＤｉｎの入力ポートから第一の（最も左の）ＲＦチップ２０８に送信され、第一のＲＦチップ２０８は、第一のＲＦチップ２０８の出力ポートＤｏｕｔから、別の信号線を介して、第一のＲＦチップ２０に隣接する第二のＲＦチップ２０に較正データＤｉｎを中継する。その後、較正データＤｉｎは、第三のＲＦチップ２０８の較正データＤｉｎの入力ポートＤｉｎに送信される。その結果、較正データＤｉｎは、最後（最も右）のＲＦチップ２０８まで、カスケード接続されたＲＦチップ２０８の入力ポート及び出力ポートを介して伝送される。データ読み出しタイミングは、データクロック信号ＣＬＫ及び同期信号ＳＹＮＣによって制御されてもよい。
【0039】
いくつかの実施形態では、送信機ブロック３１０は、第一の端部、すなわち、送信機ブロック３１０の入力ポートと、伝送線２２０の第二の端部との間に伝送線２２０を含む。いくつかの実施形態では、伝送線２２０の第二の端部は、抵抗負荷３７２を介して接地される。いくつかの実施形態では、伝送線２２０は、直線、又は異なる方向に延びる複数の線分を含む線である。いくつかの実施形態では、伝送線２２０は、ＲＦチップ２０８の行に平行である。抵抗負荷３７２は、抵抗器を含んでもよい。いくつかの実施形態では、抵抗負荷３７２の抵抗は、信号反射を排除するために、伝送線２２０のインピーダンスと整合するように決定される。いくつかの実施形態では、抵抗負荷３７２は、約５０Ωの抵抗を含む。
【0040】
いくつかの実施形態では、ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎは、伝送線２２０の第一の端部から第二の端部まで伝搬される。いくつかの実施形態では、フェーズドアレイアンテナ構成において、隣接するアンテナ給電線２１２は、所定のアンテナ間隔だけ離間される。アンテナ間隔は、ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎの波長に関連することがある。さらに、個々のアンテナ給電線２１２によって送信されるＲＦ出力信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｉ及びＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｑは、指向性ＲＦ信号ビームを集合的に構築するために、較正データＤｉｎの位相調整データに従って適切な位相遅延で変調される必要がある。したがって、ＲＦ出力成分信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｉ及びＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｑのそれぞれは、アンテナアレイ内の位置等の１つ以上の設計基準に従って位相変調される。
【0041】
いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０８は、相互接続構造２０４上に任意に編成されない場合がある。いくつかの実施形態では、同じ送信機ブロック３１０内のＲＦチップ２０８の行は、伝送線２２０の異なる場所Ｄｉで伝送線２２０の接続端子に接続され、インデックスｉは送信機ブロック３１０内のｉ番目のＲＦチップ２０８を表し、１＜ｉ≦Ｌ、Ｌは１より大きい任意の整数であり得る。いくつかの実施形態では、数Ｌは、２～８の範囲にある。場所Ｄｉは、所定の距離だけ離間している。いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０８は、伝送線２２０の第一の端部と第二の端部との間に等しく分布している。単一の伝送線２２０を使用する送信機ブロック３１０におけるＲＦチップ２０８の信号供給型は、「直列給電」信号供給方法と呼ばれる。ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎは、伝送線２２０の異なる場所Ｄ１、Ｄ２、…、Ｄ７、…、ＤＬの間で位相差を有してもよい。異なる場所Ｄ１～ＤＬによって引き起こされる望ましくない位相遅延は、同時に較正データＤｉｎの位相調整データによって対処され、補償されてもよい。その結果、追加コストを支払うことなく、フェーズドアレイアンテナの位相不正確性の問題を解決することができる。
【0042】
同相ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｉ及び直交ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｑは、アンテナパッチ２０６に結合され、合成され、アンテナパッチ２０６を介して外側に放射される。同相ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｉ及び直交ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｑに基づく合成ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔは、円偏波ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔをもたらす。いくつかの実施形態では、合成されたＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔは、直交ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｑに対する同相ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｉの位相の順序に依存して、右側の円偏波ＲＦ信号又は左側の円偏波信号となる。いくつかの実施形態では、ＲＦ信号出力ＲＦ＿ｏｕｔの理想的な円偏波は、同相ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｉと直交ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｑとの間の等しい振幅及び９０°の正確な位相差によって達成されるので、較正データＤｉｎの有効性は、重要な役割を果たす。いくつかの実施形態では、同相ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｉ及び直交ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｑは、アンテナパッチ２０６に伝送される前に分割され、振幅較正及び位相較正に独立して付される。さらに、いくつかの実施形態では、同相ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｉ及び直交ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔ＿Ｑは、アンテナパッチ２０６から受信され、それらが合成されてＲＦチップ２０８から送信される前に、ＲＦチップ２０８において振幅較正及び位相較正に独立して付される。したがって、較正タスクは、複雑な較正回路なしに、容易に達成することができる。
【0043】
いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０８は、高インピーダンスを有する入力端子又は入力ポートを含むように設計される。例えば、伝送線２２０からＲＦチップ２０８の入力端子２０８Ａ又は入力ポートを介してＲＦチップ２０８に見られるＲＦチップ２０８の入力インピーダンスＲｉｎは、比較的高く、例えば、約１００ｋΩより大きく、５００ｋΩより大きく、又は１０００ｋΩより大きい。
【0044】
図３Ｄは、いくつかの実施形態による、図３Ｃに示すＲＦチップ２０８の概略ブロック図を左のサブ図で示す。いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０８の入力ポート２０８Ａは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｍ１、例えば、金属酸化膜半導体ＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）に接続され、そこでは、ゲート端子Ｍ１Ｇ又はゲート電極が分岐伝送線２２１を介して伝送線２２０に接続されている。いくつかの実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１は、キャパシタＣｐ１を介してＲＦチップ２０８の入力ポート２０８Ａに接続される。いくつかの実施形態では、キャパシタＣｐ１は、ゲート端子Ｍ１Ｇで、ＲＦチップ２０８のダイオードＤ１１及びＤ１２に接続される。図３Ｄの右のサブ図を参照すると、左のサブ図に示された入力ポート２０８Ａに接続されたＲＦチップ２０８の回路は、入力抵抗Ｒｐと並列接続されたキャパシタＣｐの形成される等価回路によって表すことができる。いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０８のゲート端子Ｍ１Ｇから見たＲＦチップ２０８の入力抵抗Ｒｐ（又はＲｉｎ）又は入力インピーダンスは、伝送線２２０に接続された入力端子２０８Ａから伝送線２２０を見たインピーダンスの実質的に１０倍に等しいか、あるいはそれ以上であり、例えば、約５００Ω以上である。いくつかの実施形態では、図３Ｃに示す入力抵抗Ｒｉｎに等しい入力抵抗Ｒｐは、少なくとも５００Ω以上、１０００Ω以上、又は５０００Ω以上である。いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０８の入力ポート２０８Ａの高インピーダンス性を維持するために、ＲＦチップ２０８の入力ポート２０８Ａに配置されたＭＯＳＦＥＴは、ＲＦチップ２０８の他の回路と並列に接続されない。いくつかの実施形態では、分岐線２２１とＲＦチップ２０８のゲート端子Ｍ１Ｇとの間には、中間回路、マッチングネットワーク、バッファリング回路は存在しない。いくつかの実施形態では、ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎの上述の直列給電型の信号供給型は、電圧駆動型の信号供給型によって達成される。ＲＦ出力信号ＲＦ＿ｏｕｔは、電流駆動信号ではなく、入力ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のゲート端子Ｍ１Ｇで伝送される電圧信号に基づいて生成される。
【0045】
前述に基づいて、提案された直列型信号供給方法は、利点を提供する。リーク電流を適切に管理できれば、ＭＯＳＦＥＴの高インピーダンス性により、ＲＦチップ２０８の入力ポート２０８Ａに流れる電流レベルは、非常に低くなる。したがって、ＲＦチップ２０８の消費電力は、装置性能を損なうことなく、比較的低くなるであろう。さらに、制御信号の較正データは、ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎの較正を支援するために、フェーズドアレイアンテナアーキテクチャにおいて、位相較正データを既に含んでいるので、送信機ブロック３１０に対する追加の位相較正モジュールは、必要ではなく、遅延位相の調整も位相調整又は較正をカバーしている。
【0046】
既存のＲＦチップは、電流駆動信号供給型でＲＦ信号の伝送を採用しており、ツリー型電力分割器ネットワークが付属している。ツリー型電力分割器ネットワークの最終段の電力分割器は、それぞれ対応するＲＦチップに接続されている。入力ポートは、インピーダンス整合ルールに従うように設計されており、例えば、約５０Ωのインピーダンスを含む。駆動電流は、ＲＦ信号源からツリー型分割器ネットワークを介して各ＲＦチップに流れる。このようなＲＦ信号供給アーキテクチャは、ＲＦ信号が電力分割器ネットワークの終点にあるＲＦチップに分配されているときに電力を消費する。電流駆動信号供給型のＲＦチップ間の位相誤差は、ＲＦ信号源に対する全てのＲＦチップの伝送長が実質的に等しいため、電圧駆動信号供給型よりも小さくなる可能性があるが、それでもプロセス起因の装置変動により、しばしば無視できない位相誤差が発生する。したがって、フェーズドアレイアンテナの性能を確保するためには、通常、位相較正モジュールが必要である。これに対し、提案する電圧駆動信号型は、装置性能を損なうことなく、消費電力が少なく、電力分割器の数も少なくて済む。このように、提案するアンテナアレイ構造によって、送信機の電力、コスト、信頼性を向上させることができる。
【0047】
いくつかの実施形態では、本開示の直列給電型信号供給型は、配線効率をさらに高める。図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃを参照すると、送信機アレイ３００（ＲＦチップ２０８を含む）は、ＲＦ回路基板１２０の中央部分に列方向に編成され、周辺回路、例えば、電力分割器ネットワーク３４２及び３４６、増幅器３３５、３３８、並びにミキサ３３６は、ＲＦ回路基板１２０の２つの側に編成される。送信機ブロック３１０の一次元編成は行方向に延びており、その中で、アンテナ間隔とＲＦチップの数が送信機ブロック３１０の長さ／幅の比を決定する。送信機ブロック３１０の段数Ｎ＝５、ＲＦチップ数Ｌ＝８を例にとると、結果として送信機アレイ３００を形成した送信機１００の送信機アレイは、サイズが３２×３２個のＲＦチップ２０８となり、正方形状となる。さらに、送信機ブロック３１０の電源及び信号伝送線、例えば、電源電圧ＶＤ、制御信号Ｄｉｎ、ＣＬＫ、ＳＹＮＣ、ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎ等の配線を行う際に、その行の形状から配線交差の割合が比較的低くなる。その結果、高い配線効率で正方形のフェーズアレーアンテナを実装することができる。さらに、本開示のフェーズアレーアンテナは、配置及び配線を再設計する必要なく、単に数Ｎ及びＬを調整することによって、簡単な方法でスケールアップ又はスケールダウンすることができる。
【0048】
図４Ａは、いくつかの実施形態による、受信機１０１の概略ブロック図である。いくつかの実施形態では、受信機１０１は、ＲＦ受信機である。いくつかの実施形態では、受信機１０１は、送信機１００の相互装置として見られ、受信機１０１も、制御回路基板１１１と、ＲＦ回路基板１２１と、制御回路基板１１１をＲＦ回路基板１２１に接続する接続回路基板１３０と、を含む。受信機１０１は、二重化伝送を容易にするために、送信機１００と動作周波数が異なっていてもよく、例えば、送信機１００及び受信機１０１の一方は１８ＧＨｚの周波数で動作するように構成され、他方は２８ＧＨｚの周波数で動作するように構成される。送信機１００及び受信機１０１の装置設計パラメータは、動作周波数が異なるために、異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、受信機１０１は、ユーザ装置１２、１４、１６、１８、地上基地局２２又は非地上基地局２４に適用可能である。
【0049】
いくつかの実施形態では、制御回路基板１１１は、電力変換モジュール３１２、メモリモジュール３１４、コントローラ３１７、局部発振器モジュール３１８、及びデータ処理モジュール３２３を含む。いくつかの実施形態では、制御回路基板１１１に追加のモジュールを追加してもよく、又は上述のモジュールの一部を省略することも、別のモジュールで置換することもできる。接続回路基板１３０、電力変換モジュール３１２、メモリモジュール３１４、及び局部発振器モジュール３１８の機能及び構成は、図３Ａを参照して説明したものと同様であり、したがって、簡潔のために、詳細は本明細書に繰り返さない。
【0050】
いくつかの実施形態では、コントローラ３１７は、受信信号の復調を制御するように構成される。いくつかの実施形態では、制御回路基板１１１によって生成された受信信号は、ＩＦ＿ｏｕｔとしてＩＦ入力信号の形態をとり、これは、コントローラ３１７又はデータ処理モジュール３２３によって、ベースバンド信号にダウンコンバージョンされる。いくつかの実施形態では、コントローラ３１７は、外部電源又は電力変換モジュール３１２によって電力供給され、ＲＦ回路基板１２１によって提供される受信データＩＦ＿ｏｕｔに従ってＩＦ信号ＩＦ＿ｏｕｔを受信する。いくつかの実施形態では、コントローラ３１７は、較正データＤｉｎ、データクロック信号ＣＬＫ、及び同期クロック信号ＳＹＮＣ等の、位相アレイアンテナの制御信号を生成するように構成される。
【0051】
いくつかの実施形態では、図４Ａに示すデータ処理モジュール３２３は、制御回路基板１１０の外部の制御ユニット３０４からコマンドを受信するように構成される。データ処理モジュール３２３又はコントローラ３１７は、ＲＦ回路基板１２１によって提供される受信ＩＦ信号ＩＦ＿ｏｕｔから抽出された送信データを受信し、送信データを制御ユニット３０４に送信するように構成されてもよい。
【0052】
ＲＦ回路基板１２１は、一対のＲＦ信号受信経路と、一対の電力結合器ネットワーク３５２と、２列の受信機アレイ３０１と、を含む。図４Ａに示すＲＦ信号受信経路のそれぞれは、図３Ａに示すＲＦ信号生成経路と逆向きの方法で進行する。いくつかの実施形態では、受信機アレイ３０１の左側列と受信機アレイ３０１の右側列とは、受信機アレイ３０１の左側列と右側列との間の中心線について対称に編成される。いくつかの実施形態では、左側電力結合器ネットワーク３５２及び右側電力結合器ネットワーク３５２は、左側電力結合器ネットワーク３５２と右側電力結合器ネットワーク３５２との間の中心線について対称に編成される。いくつかの実施形態では、各ＲＦ信号受信経路は、ＩＦ信号受信機３６２、位相同期ループモジュール３３４、増幅器３３５及び３３８、並びにミキサ３３６を含む。いくつかの実施形態では、ＩＦ信号受信機３３２は、ミキサ３３６の出力からＩＦ信号ＩＦ＿ｏｕｔを受信するように構成される。位相同期ループモジュール３３４は、位相同期手順を通じて基準周波数ＦＲに基づいて局部発振器信号ＬＯを生成するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、局部発振器信号ＬＯは、増幅器３３５を介して増幅される。いくつかの実施形態では、増幅器３３５は、オペアンプである。ミキサ３３６は、ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔを、所定の周波数帯域、例えば、４４５ｋＨｚのＩＦ信号ＩＦ＿ｏｕｔにダウンコンバージョンするように構成される。いくつかの実施形態では、ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔは、増幅器、例えば、オペアンプを介して増幅される。
【0053】
いくつかの実施形態では、電力結合器ネットワーク３５２は、ミキサ３３６の入力に接続され、各ＲＦチップ２０８（図４Ｃ参照）からのＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔを合成ＲＦデータ信号ＲＦ＿ｏｕｔに収集するように構成される。図４Ａに示す電力結合器ネットワーク３５２は、入力端子と出力端子が逆であることを除いて、図３Ａに示す電力分割器３４２と同様の多段電力結合器ネットワークである。いくつかの実施形態では、較正データＤｉｎ、データクロック信号ＣＬＫ及び同期クロック信号ＳＹＮＣを含む制御信号は、バス又は複数の信号線を介して受信機アレイ３０１のそれぞれに提供される。
【0054】
図４Ｂは、いくつかの実施形態による、図４Ａに示す受信機１０１の受信機アレイ３０１の概略ブロック図である。いくつかの実施形態では、受信機アレイ３０１は、別の電力結合器ネットワーク３５６と、複数の受信機ブロック３１１と、を含む。いくつかの実施形態では、図４Ｂに示す電力結合器ネットワーク３５６は、入力端子と出力端子が逆であることを除いて、図３Ｂに示す電力分割器ネットワーク３４６と同様である。いくつかの実施形態では、電源電圧ＶＤと、較正データＤｉｎ、データクロック信号ＣＬＫ及び同期クロック信号ＳＹＮＣを含む制御信号も、バス又は複数の信号線を介して受信機ブロック３１１のそれぞれに提供される。
【0055】
図４Ｃは、いくつかの実施形態による、図４Ｂに示す受信機アレイ３０１の受信機ブロック３１１の概略ブロック図である。いくつかの実施形態では、受信機ブロック３１１は、ＲＦチップ２０９の行と、ＲＦチップ２０９の行に対応するアンテナ給電線２１３の行とで形成される。いくつかの実施形態では、図２Ｂを参照して前述したように、ＲＦチップ２０９は、それぞれ個々のＲＦ回路を含み、ＲＦ回路２０９とも呼ばれる。いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０９は、受信機（ＲＸ）ＲＦチップとして構成される。いくつかの実施形態では、電源電圧ＶＤが提供され、ＲＦチップ２０９のそれぞれに送信される。さらに、較正データＤｉｎ、データクロック信号ＣＬＫ及び同期クロック信号ＳＹＮＣを含む制御信号が、各ＲＦチップ２０９に供給される。図２Ｂ及び図４Ｃを参照すると、いくつかの実施形態では、ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎは、アンテナパッチ２０６によって受信され、基板２０２、給電線２１３、ＲＦチップ２０９（ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔとして出力）、及び伝送線２２０を介して信号ポートＲＦ＿ｉｎに伝送される。
【0056】
ＲＦチップ２０９は、較正データＤｉｎに従って、アンテナ給電線２１３上のＲＦ入力信号ＲＦ＿ｉｎから較正ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔを提供するように構成される。いくつかの実施形態では、較正の更新レートは、データクロック信号ＣＬＫ及び同期クロック信号ＳＹＮＣによって制御される。いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０９は、それぞれの同相ＲＦ信号成分ＲＦ＿ｉｎ＿Ｉ及び直交ＲＦ信号成分ＲＦ＿ｉｎ＿Ｑ、電源電圧ＶＤ、較正データＤｉｎ、データクロック信号ＣＬＫ及び同期クロック信号ＳＹＮＣに対する入力ポートを含む。いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０９は、それぞれの較正データ及びＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔに対する出力ポートＤｏｕｔを含む。較正データＤｉｎ、データクロック信号ＣＬＫ及び同期クロック信号ＳＹＮＣの機能及び構成は、図３Ａ～図３Ｃを参照して説明したものと同様であり、詳細はここでは繰り返さない。
【0057】
いくつかの実施形態では、受信機ブロック３１１は、第一の端部、すなわち受信機ブロック３１１の出力ポートと、伝送線２２０の第二の端部との間に伝送線２２０を含む。いくつかの実施形態では、伝送線２２０の第二の端部は、抵抗負荷３７２を介して接地される。いくつかの実施形態では、伝送線２２０は、直線、又は異なる方向に延びる複数の線分を含む線である。いくつかの実施形態では、伝送線２２０は、ＲＦチップ２０９の行に対して平行である。抵抗負荷３７２は、抵抗器を含んでもよい。いくつかの実施形態では、抵抗負荷３７２の抵抗は、信号反射を排除するために、伝送線２２０のインピーダンスと整合するように決定される。いくつかの実施形態では、抵抗負荷３７２は、約５０Ωの抵抗を含む。
【0058】
いくつかの実施形態では、提供されたＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔは、伝送線２２０の第一の端部と第二の端部との間で伝搬される。個々のアンテナ給電線２１３によって提供されるＲＦ信号は、較正データＤｉｎの位相調整データに従って適切な位相遅延で復調され、累積された構成ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔを集合的に形成することが必要である。したがって、ＲＦ信号成分ＲＦ＿ｉｎ＿Ｉ及びＲＦ＿ｉｎ＿Ｑが合成される前に、又は個々のＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔが伝送線２２０に供給される前に、アンテナアレイ内のそれらの位置等の１つ以上の設計基準に従って位相復調される。いくつかの実施形態では、ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔのそれぞれは、対応するＲＦチップ２０９から伝送線２２０上の異なる場所Ｄｉで対応する接続端子に供給される電流信号Ｉｏｕｔである。
【0059】
いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０９は、ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔの電流Ｉｏｕｔを最大化するために、伝送線２２０にインピーダンス整合した出力端子を含むように設計される。例えば、ＲＦチップ２０９の出力インピーダンスは、約５０Ωである。
【0060】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、収集され、合成されたＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔは、電力結合器ネットワーク３５６及び３５２を介して伝送されて、ＩＦ信号ＩＦ＿ｏｕｔにダウンコンバージョンするためにミキサ３３６に達する。位相同期ループモジュール３３４は、位相同期手順を通じて、基準周波数ＦＲに基づいて局部発振器信号ＬＯを生成するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ＩＦ信号受信機３６２は、ミキサ３３６の出力からＩＦデータ信号ＩＦ＿ｉｎを受信するように構成される。いくつかの実施形態では、局部発振器信号ＬＯは、増幅器３３５を介して増幅される。いくつかの実施形態では、増幅器３３５は、オペアンプである。ＩＦ信号ＩＦ＿ｏｕｔは、ＩＦ信号受信機３６２及び接続回路基板１３０を介して制御回路基板１１０に伝送される。いくつかの実施形態では、ＩＦ信号ＩＦ＿ｏｕｔは、コントローラ３１７又はデータ処理モジュール３２３によって、ベースバンド信号にダウンコンバージョンされ、ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔで変調された送信データは、ベースバンド信号から復調され検出される。
【0061】
図４Ｄは、いくつかの実施形態による、図４Ｃに示すＲＦチップ２０９の概略ブロック図と、ＲＦチップ２０９の出力の等価回路を示す。図４Ｄは、いくつかの実施形態による、図４Ｃに示すＲＦチップ２０９の概略ブロック図を左のサブ図で示す。いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０９の出力端子２０９Ａ又は出力ポートは、ＦＥＴ Ｍ２で形成され、ドレイン端子Ｄ２が分岐伝送線２２１を介して伝送線２２０に接続されている。いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０９の出力ポート２０９Ａは、比較的高い入力インピーダンスを含むように設計され、１つのＲＦチップ２０９から伝送線２２０に提供される受信ＲＦ信号ＲＦ＿ｏｕｔの出力電流Ｉｏｕｔの大部分が同じ受信機ブロック３１１の他のＲＦチップ２０９に逆流しないようにしている。
【0062】
いくつかの実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ２は、キャパシタＣｐ１を介してＲＦチップ２０９の出力ポート２０９Ａに接続される。いくつかの実施形態では、キャパシタＣｐ１は、ドレイン端子Ｍ２Ｄで、ＲＦチップ２０９のダイオードＤ２１及びＤ２２に接続される。図４Ｄの右のサブ図を参照すると、左のサブ図に示す入力ポート２０９Ａに接続されたＲＦチップ２０９の回路は、入力抵抗Ｒｐと並列接続されたキャパシタＣｐの形成される等価回路によって表すことができる。いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０９のドレイン端子Ｍ２Ｄから見たＲＦチップ２０９の入力インピーダンス又は抵抗Ｒｐは、伝送線２２０に接続された出力端子２０９Ａから伝送線２２０を見た入力インピーダンスの実質的に１０倍に等しいか、あるいはそれ以上である。いくつかの実施形態では、ＲＦチップ２０９の入力抵抗Ｒｐは、少なくとも５００Ω、１０００Ω、又は５０００Ωに等しいか、あるいはそれ以上である。
【0063】
前述に基づいて、提案された直列型信号蓄積方法は、利点を提供する。リーク電流を適切に管理できれば、ＭＯＳＦＥＴの高インピーダンス性により、同じ受信機ブロック３１１内の１つのＲＦチップ２０９から他のＲＦチップ２０９に流れる電流レベルは、非常に低くなる。したがって、ＲＦチップ２０９の集電効率は、装置性能を損なうことなく、比較的高くなるであろう。さらに、制御信号の較正データは、ＲＦ信号ＲＦ＿ｉｎ（同相ＲＦ信号成分ＲＦ＿ｉｎ＿Ｉ及び直交ＲＦ信号成分ＲＦ＿ｉｎ＿Ｑを含む）の較正を支援するために、フェーズドアレイアンテナアーキテクチャにおいて、位相較正データを既に含んでいるので、受信機ブロック３１１に対する追加の位相較正モジュールは、必要ではなく、遅延位相の調整も位相調整又は較正をカバーしている。
【0064】
前述は、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説したものである。当業者は、本開示を、本明細書で紹介した実施形態の同じ目的を実行するために、及び／又は同じ利点を達成するために、他のプロセス及び構造を設計又は修正するための基礎として、本開示を容易に使用できることを理解すべきである。また、当業者は、そのような同等の構築が本開示の精神及び範囲から逸脱しないことも、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく本明細書において様々な変更、置換、及び改変を実行可能なことを認識すべきである。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】