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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2025-01-09
(54)【発明の名称】位相シフタ
(51)【国際特許分類】
H01P 1/185 20060101AFI20241226BHJP
H01Q 3/34 20060101ALI20241226BHJP
H04B 7/06 20060101ALI20241226BHJP
H04B 7/08 20060101ALI20241226BHJP
H04B 7/024 20170101ALI20241226BHJP
【ＦＩ】
H01P1/185
H01Q3/34
H04B7/06 950
H04B7/08 800
H04B7/024
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024537314
(86)(22)【出願日】2022-12-16
(85)【翻訳文提出日】2024-07-30
(86)【国際出願番号】 GB2022053282
(87)【国際公開番号】W WO2023118824
(87)【国際公開日】2023-06-29
(31)【優先権主張番号】2118518.6
(32)【優先日】2021-12-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523277334
【氏名又は名称】株式会社Ｖｉｓｂａｎ
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】ネイサン， アロキア
(72)【発明者】
【氏名】チャ， ソクベ
(72)【発明者】
【氏名】▲桑▼田 良輔
【テーマコード（参考）】
5J021
【Ｆターム（参考）】
5J021AA06
5J021DB00
5J021DB03
5J021FA01
5J021FA03
5J021FA06
5J021FA13
5J021FA30
5J021GA02
5J021HA10
5J021JA07
(57)【要約】
位相シフタ（１）が、アクティブマトリックストランジスタアレイ（２）を含み、各トランジスタ（Ｔｎ，ｍ）が、対応する蓄積キャパシタ（Ｃｓ）にわたる電圧（Ｖ１、．．．、ＶＫ）を制御するように構成される。位相シフタ（１）は、各蓄積キャパシタ（Ｃｓ）と並列に接続された電圧制御キャパシタ（３、Ｃ（Ｖ））をも含み、したがって、その蓄積キャパシタ（Ｃｓ）上の電圧（Ｖ１、．．．、ＶＫ）が、その電圧制御キャパシタ（Ｃ（Ｖ））のキャパシタンスを制御するために、その電圧制御キャパシタ（Ｃ（Ｖ））にバイアスを適用する。位相シフタ（１）は、いくつかの信号チャネル（Ｃｈ１、．．．、ＣｈＫ）をも含む。各信号チャネル（Ｃｈ１、．．．、ＣｈＫ）が、第１の端部（４１、．．．、４Ｋ）と第２の端部（５１、．．．、５Ｋ）とを有し、第１の端部（４１、．．．、４Ｋ）と第２の端部（５１、．．．、５Ｋ）との間のポイントにおいて電圧制御キャパシタ（Ｃ（Ｖ））のうちの１つまたは複数にＡＣ結合される。位相シフタ（１）は、各信号チャネル（Ｃｈ１、．．．、ＣｈＫ）に適用される位相シフトを、その信号チャネル（Ｃｈ１、．．．、ＣｈＫ）に結合された１つまたは複数の電圧制御キャパシタ（Ｃ（Ｖ））に対応する各それぞれの蓄積キャパシタ（Ｃｓ）にわたる電圧（Ｖ１、．．．、ＶＫ）を設定することによって制御するように構成される。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アクティブマトリックストランジスタアレイであって、各トランジスタが、対応する電圧制御キャパシタのキャパシタンスを制御するために、前記電圧制御キャパシタにわたる電圧バイアスを制御するように構成された、アクティブマトリックストランジスタアレイと、複数の信号チャネルであって、各信号チャネルが、第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１の端部と前記第２の端部との間のポイントにおいて前記電圧制御キャパシタのうちの１つまたは複数にＡＣ結合される、複数の信号チャネルと
を備える、位相シフタであって、
前記位相シフタが、各信号チャネルに適用される位相シフトを、前記信号チャネルに結合された前記１つまたは複数の電圧制御キャパシタの各々にわたる前記電圧を設定することによって制御するように構成された、位相シフタ。
【請求項2】
蓄積キャパシタが、各電圧制御キャパシタと並列に接続される、請求項１に記載の位相シフタ。
【請求項3】
前記アクティブマトリックストランジスタアレイが薄膜トランジスタを備える、請求項１または２に記載の位相シフタ。
【請求項4】
位相画像を受信または生成することであって、前記位相画像の各ピクセルが、前記アクティブマトリックストランジスタアレイのトランジスタに対応し、関連する電圧制御キャパシタへの適用のための電圧を記憶する、位相画像を受信または生成することと、前記位相画像に従って各電圧制御キャパシタの前記電圧を設定することと
を行うようにさらに構成された、請求項１から３のいずれか一項に記載の位相シフタ。
【請求項5】
各信号チャネルが、それぞれの前記第１の端部と前記第２の端部との間に１つまたは複数の増幅器を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の位相シフタ。
【請求項6】
各信号チャネルが、それぞれの前記第１の端部と前記第２の端部との間に１つまたは複数のフィルタを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の位相シフタ。
【請求項7】
前記アクティブマトリックストランジスタアレイと前記電圧制御キャパシタとが、共通基板によって支持される、請求項１から６のいずれか一項に記載の位相シフタ。
【請求項8】
前記蓄積キャパシタも、前記共通基板によって支持される、請求項２から従属するときの請求項７に記載の位相シフタ。
【請求項9】
前記アクティブマトリックストランジスタアレイと前記電圧制御キャパシタとが、単一の構成要素として一体化される、請求項１から８のいずれか一項に記載の位相シフタ。
【請求項10】
前記蓄積キャパシタも、前記単一の構成要素と一体化される、請求項２から従属するときの請求項９に記載の位相シフタ。
【請求項11】
各信号チャネルの少なくとも一部分が、前記単一の構成要素と一体化される、請求項９または１０に記載の位相シフタ。
【請求項12】
無線周波数信号に位相シフトを適用するように構成された、請求項１から１１のいずれか一項に記載の位相シフタ。
【請求項13】
請求項１２に記載の位相シフタである第１の位相シフタと、複数の第１のアンテナであって、各第１のアンテナが、前記第１の位相シフタのそれぞれの信号チャネルを介して無線周波数トランシーバ回路に接続される、複数の第１のアンテナと
を備え、
前記無線周波数トランシーバ回路が、前記第１の位相シフタを使用して、前記複数の第１のアンテナによって受信されるおよび／または前記複数の第１のアンテナから送信される無線信号のビームフォーミングを実施することによって、第１のフェーズドアレイとして前記複数の第１のアンテナを制御するように構成された、
無線機。
【請求項14】
各第１のアンテナが、１つまたは複数の増幅器を介して前記第１の位相シフタの前記それぞれの信号チャネルに接続される、請求項１３に記載の無線機。
【請求項15】
各第１のアンテナが、１つまたは複数のフィルタを介して前記第１の位相シフタの前記それぞれの信号チャネルに接続される、請求項１３または１４に記載の無線機。
【請求項16】
前記複数の第１のアンテナが、アレイで配設される、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の無線機。
【請求項17】
前記複数の第１のアンテナが、同じ基板上でまたは同じ積層体内で、前記第１の位相シフタと一体化される、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の無線機。
【請求項18】
前記複数の第１のアンテナが、透明基板上で支持される、請求項１３から１７のいずれか一項に記載の無線機。
【請求項19】
受信された無線信号を中継または再ブロードキャストするように構成された、請求項１３から１８のいずれか一項に記載の無線機。
【請求項20】
請求項１２に記載の第２の位相シフタと、複数の第２のアンテナであって、各第２のアンテナが、前記第２の位相シフタのそれぞれの信号チャネルを介して前記無線周波数トランシーバ回路に接続される、複数の第２のアンテナと
をさらに備え、
前記無線周波数トランシーバ回路は、
前記第１の位相シフタを使用して、無線信号を受信するために第１のフェーズドアレイとして前記複数の第１のアンテナを制御することであって、前記第１のフェーズドアレイが、指向性であり、受信方向に制御可能に配向可能である、前記複数の第１のアンテナを制御することと、
前記第２の位相シフタを使用して、前記第１のフェーズドアレイを使用して受信された前記無線信号を再送信するために、第２のフェーズドアレイとして前記複数の第２のアンテナを制御することであって、前記第２のフェーズドアレイが、指向性であり、送信方向に制御可能に配向可能である、前記複数の第２のアンテナを制御することと
を行うように構成された、請求項１３から１９のいずれか一項に記載の無線機。
【請求項21】
請求項１３から２０のいずれか一項に記載の複数の無線機を備えるシステムであって、前記２つまたはそれ以上の無線機の各無線機が、前記２つまたはそれ以上の無線機の各他の無線機とビームフォーミングを協調させるように構成された、システム。
【請求項22】
前記複数の無線機が、２つまたはそれ以上の無線機の受信および／または送信を第１の外部ソースに向けるためにビームフォーミングを協調させるように構成された、請求項２１に記載のシステム。
【請求項23】
前記複数の無線機が、少なくとも２つの空間的に分離された外部ソースに向けたビームフォーミングを協調させるように構成された、請求項２１または２２に記載のシステム。
【請求項24】
前記複数の無線機が、構造物によって支持される、請求項２１から２３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項25】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の位相シフタを制御する方法であって、アクティブマトリックストランジスタアレイの各トランジスタをアドレス指定することと、接続された電圧制御キャパシタのキャパシタンスを、結合された信号チャネルを介して伝搬する信号の所与の位相シフトに対応させるように、前記電圧制御キャパシタにわたる電圧を設定することとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多数のチャネルにスケーリングされ得る位相シフタに関する。本発明はまた、ビームフォーミング、特に、無線、オーディオおよび超音波適用例への、位相シフタの適用に関する。
【背景技術】
【0002】
技法としてのビームフォーミングは、オーディオ、超音波および無線を含む、様々な異なるタイプの波について知られている。フェーズドアレイのスケーリングは、個々のトランスデューサから受信されるおよび／または個々のトランスデューサによって送信される信号に適用される位相シフトを制御する能力によって制限される。
【0003】
ビームフォーミングは、ワイヤレス通信ネットワークにおいて関連があり得る。ワイヤレス通信ネットワークが、データレートを改善するためにより高い周波数のほうへ移るとき、波長の対応する減少は、送信機への見通し線がないエリアにおいて、たとえば、市街地、樹木で覆われたエリア、構造物の内側などにおいて、均一なカバレージを提供することに関する問題点につながることがある。
【0004】
ワイヤレス通信ネットワークが、（「第５世代」または「５Ｇ」と呼ばれることがある）５ＧＨｚにおけるおよび５ＧＨｚを上回る周波数に移り始めるとき、酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）および水蒸気（Ｈ２Ｏ）など、大気ガスによる減衰の影響は、いくつかの周波数帯域において顕著になり得る。大気気象影響が、そのような問題点を悪化させることがあり、たとえば、減衰が６０ｄＢｍ－１の領域に達し得る。
【0005】
建築物および競技場などの構造物の内部にワイヤレスネットワークカバレージを提供することは、５ＧＨｚを下回る周波数に関してすでに問題点である。より高い周波数に移ることは、構造物中に貫通する信号強度のさらなる劣化を引き起こすことになる。温度調節に関係する建築物ガラスの改善、たとえば、建築物をより涼しく保つのを助けるために薄い金属被覆された層を含めることは、外部からの無線信号をさらに減衰させ得る。
【0006】
信号中継システムが提案されており、たとえば、ＣＮ１０６９９２８０７Ａ、米国特許出願第２０１８／１３９５２１（Ａ１）号および米国特許出願第２０１５／３８０８１６（Ａ１）号を参照されたい。
【0007】
たとえば５Ｇモバイルネットワークを展開するために、見通し線中継トランシーバのネットワークを展開することは、かなりの数のステアリング可能フェーズドアレイアンテナを必要とする。各トランシーバのコストおよび複雑さが、重要なファクタである。多数の個々にアドレス指定可能なアンテナを含むアレイを作り出すことが可能であるが、どのように各々を、ビームフォーミングのために、独立して可変の位相を有する信号により、駆動すべきかという疑問もある。
【0008】
バラクタダイオードが、ビームフォーミングのために使用されるアンテナアレイに適用されており、たとえば、特開２００９－０３８４５３、特開２００６－１０１４３９および特開２００４－０８０６２６を参照されたい。
【発明の概要】
【0009】
本発明の第１の態様によれば、アクティブマトリックストランジスタアレイであって、各トランジスタが、対応する電圧制御キャパシタのキャパシタンスを制御するために、その電圧制御キャパシタにわたる電圧を制御するように構成された、アクティブマトリックストランジスタアレイを含む、位相シフタが提供される。位相シフタは、いくつかの信号チャネルをも含む。各信号チャネルが、第１の端部と第２の端部とを有し、第１の端部と第２の端部との間のポイントにおいて電圧制御キャパシタのうちの１つまたは複数にＡＣ結合される。位相シフタは、各信号チャネルに適用される位相シフトを、その信号チャネルに結合された１つまたは複数の電圧制御キャパシタの各々にわたる電圧を設定することによって制御するように構成される。
【0010】
蓄積キャパシタが、各電圧制御キャパシタと並列に接続され得る。
【0011】
各信号チャネルが、伝送線路の形態をとり得る。伝送線路は、マイクロストリップ伝送線路の形態をとり得る。
【0012】
電圧制御キャパシタは、電圧制御キャパシタにわたる電圧入力および／または適用されるバイアスの関数として変動され得るキャパシタンスを有する任意のデバイスである。電圧制御キャパシタは、半導体接合の空乏層の幅の変調など、幾何学的影響に少なくとも部分的に基づく、電圧依存するキャパシタンスを呈し得る。追加または代替として、電圧制御キャパシタは、キャパシタ中に含まれる材料の誘電率の変調に少なくとも部分的に基づく、電圧依存するキャパシタンスを呈し得る。電圧制御キャパシタは、（「バリキャップ」と呼ばれることもある）バラクタダイオードを含むか、またはバラクタダイオードの形態をとり得る。電圧制御キャパシタがバラクタダイオードである場合、適用されるバイアスは逆バイアスであるべきである。電圧制御キャパシタは、強誘電体材料を含み得る。
【0013】
各信号チャネルは、単一の電圧制御キャパシタに結合され得る。各信号チャネルは、２つまたはそれ以上の電圧制御キャパシタに結合され得る。
【0014】
アクティブマトリックストランジスタアレイは、薄膜トランジスタを含み得る。アクティブマトリックストランジスタアレイの各（すなわち、あらゆる）トランジスタが、薄膜トランジスタの形態をとり得る。アクティブマトリックストランジスタアレイは、対応するトランジスタの駆動線路を所望の電圧に設定することと、そのトランジスタの信号線路を使用してそのトランジスタのゲートを開くこととによって、各電圧制御キャパシタにわたる電圧が独立して設定され得るように、構成され得る。
【0015】
位相シフタは、位相画像を受信または生成するように構成され得る。位相画像の各ピクセルが、アクティブマトリックストランジスタアレイのトランジスタに対応し得、関連する電圧制御キャパシタへの適用のための電圧を記憶し得る。位相シフタは、位相画像に従って各電圧制御キャパシタの電圧を設定するように構成され得る。
【0016】
位相画像は、代替的にホログラムとして説明され得る。本明細書では、「ホログラム」という用語はまた、位相シフタによって異なる量だけ位相シフトされた信号間の干渉によって形成される３Ｄ波パターンについて説明するために使用され得る。言い換えれば、「ホログラム」という用語は、位相画像に適用され、位相シフタを通した送信の後の得られた位相シフトされた電気的信号に、および／またはその位相シフトされた電気的信号に基づいて放出される波パターンに適用され得る。
【0017】
各信号チャネルは、それぞれの第１の端部と第２の端部との間に１つまたは複数の増幅器を含み得る。
【0018】
各信号チャネルは、それぞれの第１の端部と第２の端部との間に１つまたは複数のフィルタを含み得る。
【0019】
アクティブマトリックストランジスタアレイと電圧制御キャパシタとは、共通基板によって支持され得る。蓄積キャパシタも、共通基板によって支持され得る。共通基板は、可とう性の膜またはシートであり得る。位相シフタの電気的構成要素が、共通基板の一方または両方の側上で支持、堆積、パターニングおよび／または一体化され得る。位相シフタの電気的構成要素は、限定はしないが、アクティブマトリックストランジスタアレイと、電圧制御キャパシタと、含まれるときに蓄積キャパシタとを含み得る。共通基板の両面上で支持された位相シフタの電気的構成要素間の相互接続が、スルービアを使用して提供され得る。
【0020】
共通基板は、積層体を含むか、または積層体の形態をとり得る。共通基板が積層体である場合、位相シフタの１つまたは複数の電気的構成要素が、積層体の１つまたは複数の内部層上でおよび／またはその内部層内で支持、堆積、パターニングおよび／または一体化され得る。共通基板が積層体である場合、積層体は、ガラスおよび／またはプラスチックおよび／または接着剤の１つまたは複数の層を含み得る。積層体は、１つまたは複数の導体層を含み得る。積層体の導体層は、内部にあり（すなわち、第１の面と第２の面との間にあり）、および／または外部にあり（すなわち、第１の面および／または第２の面上で支持され）得る。積層体の１つまたは複数の層が、位相シフタの１つまたは複数の構成要素を支持し得る。共通基板は、多層プリント回路板の形態をとり得る。
【0021】
アクティブマトリックストランジスタアレイは、共通基板上でおよび／または共通基板中で一体化され得る。アクティブマトリックストランジスタアレイは、共通基板にフリップチップボンディング（ｆｌｉｐ－ｃｈｉｐ ｂｏｎｄ）され得る。蓄積キャパシタは、共通基板上でおよび／または共通基板中で一体化され得る。蓄積キャパシタは、共通基板にフリップチップボンディングされ得る。電圧制御キャパシタは、共通基板上でおよび／または共通基板中で一体化され得る。電圧制御キャパシタは、共通基板にフリップチップボンディングされ得る。位相シフタの電気的構成要素は、共通基板の一方または両方の側にフリップチップボンディングされ得る。
【0022】
共通基板は透明であり得る。透明は、共通基板が可視波長について５０％の最小透過率を有することに対応し得る。可視波長は、３８０ｎｍから７５０ｎｍの間の範囲に対応し得る。
【0023】
透明共通基板は、ガラスを含むか、またはガラスから形成され得る。透明共通基板は、限定はしないが、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレートＰＥＮ、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、または回路を支持するのに十分な機械的強度と透けて見えるのに十分な透過性とを有する任意の他のポリマーを含む、１つまたは複数のプラスチックを含むか、あるいはそのプラスチックの形態をとり得る。
【0024】
信号チャネルは、共通基板によって（または積層体のとき、内部層上で）支持されるマイクロストリップ伝送線路の形態をとり得る。位相シフタは、共通基板の第１の面上で支持される第１のマイクロストリップ線路と、共通基板の第２の反対の面上で支持される第２のマイクロストリップ線路とを含み得る。第１のマイクロストリップ線路と第２のマイクロストリップ線路とは、対応するビアによって接続され得る。第１の面上で支持されるマイクロストリップ線路と第２の面上で支持されるマイクロストリップ線路との間を接続するビアは、マイクロストリップ線路にインピーダンス整合され得る。位相シフタは、第１の面上で支持されるいくつかの第１のマイクロストリップ線路を含み得る。位相シフタは、第２の面上で支持されるいくつかの第２のマイクロストリップ線路を含み得る。任意のマイクロストリップ線路が、共通基板の反対側上で支持される、１つまたは複数のマイクロストリップ線路および／または回路の他の構成要素に、共通基板を通って延びるビアによって接続され得る。たとえば、第１の面と第２の面との間の放射性伝達または容量性結合と比較して、そのような物理的接続は、共通基板が、低い誘電損特性を有する１つまたは複数の材料から形成されることを必要としない。必要とはされないが、低い誘電損特性を有する材料が、なお使用され得る。
【0025】
位相シフタの１つまたは複数の電気的構成要素が共通基板にフリップチップボンディングされるとき、そのような構成要素は、ヘテロジニアスインテグレーションロードマップ（ＨＩＲ：Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｒｏａｄｍａｐ）に従って共通基板にフリップチップボンディングされ得る。ヘテロジニアスインテグレーションロードマップ（ＨＩＲ）は、シリコンシステムインパッケージ（ＳｉＰ）技術のために開発されたガイドラインのセットである。ＨＩＲは、たとえば、ＨＩＲ２０１９版の刊行物において提示されたガイドラインを指し得る。
【0026】
位相シフタがフィルタを含む場合、フィルタは、さらに、共通基板によって支持されるか、または共通基板と一体化され得る。位相シフタは、膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ：ｆｉｌｍ ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）の形態の１つまたは複数のフィルタを含み得る。フィルタは、薄膜バルク音響共振器（ＴＦＢＡＲ：ｔｈｉｎ－ｆｉｌｍ ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を含むか、またはＴＦＢＡＲの形態をとり得る。フィルタは、メタマテリアルを含むか、またはメタマテリアルから形成され得る。位相シフタにおいて使用するのに好適なメタマテリアルフィルタは、限定されることなしに、「Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｉｎｓｐｉｒｅｄ Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ ＲＦ／Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ」、Ａｂｄｕｌｌａｈ Ａｌｂｕｒａｉｋａｎ、ＰｈＤ Ｔｈｅｓｉｓ（２０１６）、Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｅｓｃｈｏｌａｒ．ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ．ａｃ．ｕｋ／ｕｋ－ａｃ－ｍａｎ－ｓｃｗ：３０５３０８（特に５６ページ以降を参照）で説明されるメタマテリアルフィルタを含む。１つまたは複数のフィルタは、直接共通基板上に形成されるか、または共通基板と一体化され得る。追加または代替として、１つまたは複数のフィルタは、共通基板にフリップチップボンディングされ得る。
【0027】
フィルタは、信号チャネルの一部または全部中に一体化され得、たとえば、信号チャネルが伝送線路によって提供されるとき、フィルタは、１つまたは複数の分散要素フィルタ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ－ｅｌｅｍｅｎｔ ｆｉｌｔｅｒ）の形態で一体化され得る。言い換えれば、フィルタは、伝送線路の一部分に沿ったインピーダンスの変動の形態で提供され得る。
【0028】
より多くの信号チャネルのうちの１つが、各々別個の帯域幅を有する、２つまたはそれ以上のフィルタ間で切替え可能であり得る。各信号チャネルが、各々別個の帯域幅を有する、２つまたはそれ以上のフィルタ間で切替え可能であり得る。信号チャネルは、アクティブマトリックストランジスタアレイとともに共通基板上で支持されたトランジスタ、またはアクティブマトリックストランジスタアレイと一体に形成されたユーザトランジスタを使用して、２つまたはそれ以上のフィルタ間で切替え可能であり得る。
【0029】
共通基板は、ヒートスプレッダ層（図示せず）を組み込み得る。ヒートスプレッダ層は、ヘテロジニアスインテグレーション作製プロセスの間に組み込まれ得る。ヒートスプレッダ層は、ファンまたは他の冷却方法を必要とすることなしに、より高い電力における動作、ならびに／またはより高い密度の電気的構成要素および相互接続を使用することを、可能にし得る。たとえば、位相シフタのための接地平面層が、銅から形成され得、さらに、ヒートスプレッダ層として働き得る。
【0030】
位相シフタが増幅器を含む場合、増幅器は、さらに、共通基板によって支持されるか、または共通基板と一体化され得る。位相シフタは、共通基板によって支持されたＣＭＯＳ増幅器の形態の１つまたは複数の増幅器を含み得る。
【0031】
アクティブマトリックストランジスタアレイと電圧制御キャパシタとは、単一の構成要素として一体化され得る。アクティブマトリックストランジスタアレイと電圧制御キャパシタとを含む単一の構成要素は、共通基板によって支持され得る。アクティブマトリックストランジスタアレイと電圧制御キャパシタとは、単一のガラス基板上に形成され得る。
【0032】
アクティブマトリックストランジスタアレイと電圧制御キャパシタとは、単一の半導体ダイ上に形成され得る。半導体ダイは、位相シフタの電気的構成要素に関して上記で説明された任意の様式で、パッケージングされ、共通基板に搭載され得る。蓄積キャパシタは、さらに、単一の構成要素と一体化され得る。各信号チャネルの少なくとも一部分が、単一の構成要素と一体化され得る。
【0033】
位相シフタは、オーディオ周波数信号に位相シフトを適用するように構成され得る。オーディオ周波数信号は、２０Ｈｚから２０ｋＨｚの間の、および２０Ｈｚと２０ｋＨｚとを含む、範囲に対応し得る。
【0034】
位相シフタは、超音波周波数（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号に位相シフトを適用するように構成され得る。超音波周波数は、２０ｋＨｚから１８ＭＨｚの間の、および２０ｋＨｚと１８ＭＨｚとを含む、範囲に対応し得る。超音波周波数は、非破壊試験のために使用される範囲に対応し得る。超音波周波数は、範囲／距離探知のために使用される範囲に対応し得る。超音波周波数は、医療走査のために使用される範囲に対応し得る。超音波周波数は、材料を操作および／または修正するために、たとえば腎結石の破壊のために使用される、範囲に対応し得る。
【0035】
位相シフタは、無線周波数信号に位相シフトを適用するように構成され得る。
【0036】
位相シフタは、５ＧＨｚから１ＴＨｚの間の、および５ＧＨｚと１ＴＨｚとを含む、キャリア周波数を有する無線周波数信号のために構成され得る。位相シフタは、５ＧＨｚから３００ＧＨｚの間の、および５ＧＨｚと３００ＧＨｚとを含む、キャリア周波数を有する無線周波数信号のために構成され得る。位相シフタは、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚの間の、および３０ＧＨｚと３００ＧＨｚとを含む、キャリア周波数を有する無線周波数信号のために構成され得る。位相シフタは、ＮＡＴＯによって定義されたＫ（２０ＧＨｚ～４０ＧＨｚ）、Ｌ（４０ＧＨｚ～６０ＧＨｚ）、およびＭ（６０ＧＨｚ～１００ＧＨｚ）の帯域のうちの１つまたは複数内のキャリア周波数を有する無線周波数信号のために構成され得る。位相シフタは、米国電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）によって定義されたＫａ（２７ＧＨｚ～４０ＧＨｚ）、Ｖ（４０ＧＨｚ～７５ＧＨｚ）、およびＷ（７５ＧＨｚ～１１０ＧＨｚ）の帯域のうちの１つまたは複数内のキャリア周波数を有する無線周波数信号のために構成され得る。位相シフタは、３００ＧＨｚを超えるキャリア周波数を有する無線周波数信号のために構成され得る。位相シフタは、１ＴＨｚに等しいかまたはそれを超えるキャリア周波数を有する無線周波数信号のために構成され得る。位相シフタは、５Ｇ信号である無線周波数信号のために構成され得る。位相シフタは、６Ｇ信号である無線周波数信号のために構成され得る。位相シフタは、７Ｇ信号である無線周波数信号のために構成され得る。
【0037】
無線機が、上記で説明された位相シフタの形態の第１の位相シフタを含み得る。無線機は、いくつかの第１のアンテナをも含み得る。各第１のアンテナが、第１の位相シフタのそれぞれの信号チャネルを介して無線周波数トランシーバ回路に接続され得る。無線周波数トランシーバ回路は、第１の位相シフタを使用して、複数の第１のアンテナによって受信されるおよび／または複数の第１のアンテナから送信される無線信号のビームフォーミングを実施することによって、第１のフェーズドアレイとして複数の第１のアンテナを制御するように構成され得る。
【0038】
無線周波数トランシーバ回路は、無線受信機として構成され得る。無線周波数トランシーバ回路は、無線送信機として構成され得る。無線周波数トランシーバ回路は、無線送信機および受信機として構成され得る（すなわち、無線機全体がトランシーバである）。無線機は、ワイヤレス通信ネットワークの基地局として構成され得る。
【0039】
第１のアンテナの数は、第１の位相シフタの信号チャネルの数よりも少ないかまたはそれに等しいことがある。
【0040】
各第１のアンテナが、１つまたは複数の増幅器を介して第１の位相シフタのそれぞれの信号チャネルに接続され得る。
【0041】
増幅器の一部または全部が、低雑音増幅器の形態をとり得る。増幅器の一部または全部は、電力増幅器の形態をとり得る。無線周波数トランシーバ回路が送信機および受信機として構成されたとき、各第１のアンテナは、受信モードにおける低雑音増幅器と送信モードにおける電力増幅器との間で切替え可能である経路を介して、第１の位相シフタのそれぞれの信号チャネルに接続され得る。無線周波数トランシーバ回路が送信機および受信機として構成されたとき、第１のアンテナのサブセットが、１つまたは複数の低雑音増幅器を介して第１の位相シフタのそれぞれの信号チャネルに接続される受信アンテナであり得、残りの第１のアンテナ（すなわち、サブセットの補集合）が、１つまたは複数の電力増幅器を介して第１の位相シフタのそれぞれの信号チャネルに接続される送信アンテナであり得る。
【0042】
各第１のアンテナが、１つまたは複数のフィルタを介して第１の位相シフタのそれぞれの信号チャネルに接続され得る。
【0043】
複数の第１のアンテナは、アレイで配設され得る。第１のアンテナのアレイのジオメトリが、アクティブマトリックストランジスタアレイのジオメトリに対応し得る。第１のアンテナのアレイのジオメトリは、アクティブマトリックストランジスタアレイのジオメトリとは異なり得る。
【0044】
第１のアンテナは、同じ基板上でまたは同じ積層体内で、第１の位相シフタと一体化され得る。第１のアンテナは、位相シフタの共通基板上で一体化され得る。
【0045】
無線周波数トランシーバ回路の１つの、一部または全部の構成要素が、第１の位相シフタ（および随意に第１のアンテナ）と同じ基板上、または同じ積層体内、たとえば共通基板上で、一体化され得る。無線周波数トランシーバ回路の１つの、一部または全部の構成要素が、第１の位相シフタ（および随意に第１のアンテナ）を支持するかまたは含む基板または積層体、たとえば共通基板に、フリップチップボンディングされ得る。
【0046】
第１のアンテナは、透明基板上で支持され得る。透明基板は、位相シフタの共通基板に対応し得る。透明基板は、位相シフタの共通基板とは別個であり得る。
【0047】
無線機は、受信された無線信号を中継または再ブロードキャストするように構成され得る。
【0048】
無線機は、上記で説明された位相シフタである第２の位相シフタをも含み得る。無線機は、いくつかの第２のアンテナをも含み得る。各第２のアンテナが、第２の位相シフタのそれぞれの信号チャネルを介して無線周波数トランシーバ回路に接続され得る。無線周波数トランシーバ回路は、第１の位相シフタを使用して、無線信号を受信するために第１のフェーズドアレイとして複数の第１のアンテナを制御することであって、第１のフェーズドアレイが、指向性であり、受信方向に制御可能に配向可能である、複数の第１のアンテナを制御することを行うように構成され得る。無線周波数トランシーバ回路は、第２の位相シフタを使用して、第１のフェーズドアレイを使用して受信された無線信号を再送信するために、第２のフェーズドアレイとして複数の第２のアンテナを制御することであって、第２のフェーズドアレイが、指向性であり、送信方向に制御可能に配向可能である、複数の第２のアンテナを制御することを行うように構成され得る。
【0049】
第１の位相シフタと第２の位相シフタとは、別個のデバイスによって提供され得るか、または別個のデバイスの形態をとり得る。第１の位相シフタと第２の位相シフタとは、共有基板によって支持されるおよび／または共有基板と一体化され得る。第１の位相シフタと第２の位相シフタとは、単一の位相シフタによって提供され得るか、または単一の位相シフタの形態をとり得、第１の位相シフタと第２の位相シフタとが、アクティブマトリックストランジスタアレイの異なる領域に対応する。
【0050】
システムが、上記で説明されたいくつかのものを含み得る。２つまたはそれ以上の無線機の各無線機が、２つまたはそれ以上の無線機の各他の無線機とビームフォーミングを協調させるように構成され得る。
【0051】
無線機は、概ね同じ近傍に、たとえば２００ｍ圏内に位置し得る。無線機の各々が、システムに属する少なくとも１つの他の無線機の２００ｍ内に、１００ｍ内に、５０ｍ内に、２０ｍ内にまたは１０ｍ内に位置し得る。
【0052】
無線機は、ワイヤードネットワークを介して接続され得る。無線機は、ワイヤレスネットワークを介して接続され得る。無線機は、ワイヤードリンクとワイヤレスリンクとを含むネットワークを介して接続され得る。
【0053】
システムは、複数の無線機のビームフォーミングを協調させるように構成された中央制御ユニットをも含み得る。中央制御ユニットは、システムに属する無線機のうちの１つの無線機の形態をとり得る。各無線機が処理ユニットを含み得、システムは、システムに属する２つまたはそれ以上の無線機の処理ユニットを使用して、ビームフォーミングの協調が分散的な様式で実行されるように、構成され得る。
【0054】
システムに属する無線機は、２つまたはそれ以上の無線機の受信および／または送信を第１の外部ソースに向けるためにビームフォーミングを協調させるように構成され得る。システムに属する無線機は、少なくとも２つの空間的に分離された外部ソースに向けたビームフォーミングを協調させるように構成され得る。
【0055】
システムに属する無線機は、構造物によって支持され得る。構造物は建築物であり得る。各無線機が、建築物の窓によって支持され得る。各無線機は、異なる窓によって支持され得る。２つまたはそれ以上の無線機が、同じ窓によって支持され得る。構造物は、バス待合所、ランプポスト、または街路備品の任意の他のアイテムであり得る。構造物によって支持されることは、構造物に取り付けること、構造物に搭載することなどを含み得る。構造物によって支持されることは、追加または代替として、無線機が、構造物中に組み込まれること、または構造物と一体に形成されることを含み得る。システムに属する無線機は、２つまたはそれ以上の別個の構造物（すでに説明されたものと同じ意味を有する構造物）によって支持され得る。
【0056】
システムに属する無線機の全部または一部が、第１のアンテナの第１のフェーズドアレイが第１のマクロフェーズドアレイを形成するように、アレイで配置され得る。第２のアンテナの第２のフェーズドアレイが含まれるとき、これらは、追加または代替として、第２のマクロ位相アレイを形成するように配置され得る。
【0057】
オーディオデバイスが、オーディオ周波数信号に位相シフトを適用するように構成されるとき、位相シフタを含み得る。オーディオデバイスは、いくつかのオーディオトランスデューサをも含み得る。各オーディオトランスデューサが、位相シフタのそれぞれの信号チャネルを介してオーディオ周波数送信機および／または受信機回路に接続され得る。位相シフタは、フェーズドオーディオアレイとして複数のオーディオトランスデューサを制御するためにビームフォーミングを提供し得る。
【0058】
オーディオトランスデューサは、マイクロフォンの形態をとり得、オーディオデバイスは、指向性マイクロフォンの形態をとり得る。オーディオトランスデューサは、スピーカーの形態をとり得、オーディオデバイスは、指向性スピーカーの形態をとり得る。オーディオトランスデューサは、いくつかのマイクロフォンといくつかのスピーカーとを含み得、オーディオデバイスは、指向性オーディオトランシーバの形態をとり得る。オーディオトランスデューサは、１つまたは複数の圧電オーディオトランスデューサを含み得る。
【0059】
オーディオトランスデューサの数は、位相シフタの信号チャネルの数よりも少ないかまたはそれに等しいことがある。
【0060】
オーディオデバイスは、無線機の任意の特徴または機能に対応する特徴を含み得る。いくつかのオーディオデバイスを含むシステムが、いくつかの無線機を含むシステムの任意の特徴または機能に対応する特徴を含み得る。無線機、またはいくつかの無線機を含むシステムに適用可能な定義が、オーディオデバイス、および／またはいくつかのオーディオデバイスを含むシステムに等しく適用可能であり得る。
【0061】
超音波デバイス（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）が、超音波周波数信号に位相シフトを適用するように構成されるとき、位相シフタを含み得る。超音波デバイスは、いくつかの超音波トランスデューサをも含み得る。各超音波トランスデューサが、位相シフタのそれぞれの信号チャネルを介して超音波周波数（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）送信機および／または受信機回路に接続され得る。位相シフタは、フェーズド超音波アレイとして複数の超音波トランスデューサを制御するためにビームフォーミングを提供し得る。
【0062】
超音波デバイスは、指向性超音波受信機の形態をとり得る。超音波デバイス（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｄｅｖｉｃｅ）は、指向性超音波送信機の形態をとり得る。超音波デバイスは、指向性オーディオトランシーバの形態をとり得る。超音波トランスデューサは、圧電トランスデューサを含み得る。
【0063】
超音波トランスデューサの数は、位相シフタの信号チャネルの数よりも少ないかまたはそれに等しいことがある。
【0064】
超音波デバイスは、無線機の任意の特徴または機能に対応する特徴を含み得る。いくつかの超音波デバイスを含むシステムが、いくつかの無線機を含むシステムの任意の特徴または機能に対応する特徴を含み得る。無線機、またはいくつかの無線機を含むシステムに適用可能な定義が、超音波デバイス、および／またはいくつかの超音波デバイスを含むシステムに等しく適用可能であり得る。
【0065】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様による位相シフタを制御する方法が提供される。本方法は、アクティブマトリックストランジスタアレイの各トランジスタをアドレス指定することと、接続された電圧制御キャパシタのキャパシタンスを、結合された信号チャネルを介して伝搬する信号の所与の位相シフトに対応させるように、その電圧制御キャパシタにわたる電圧を設定することとを含む。
【0066】
本方法は、位相シフタ、無線機、いくつかの無線機デバイスを含むシステム、オーディオデバイスおよび／または超音波デバイスの任意の特徴または機能に対応する特徴を含み得る。無線機、またはいくつかの無線機を含むシステムに適用可能な定義が、本方法に等しく適用可能であり得る。
【0067】
次に、本発明のいくつかの実施形態が、例として、添付の図面を参照しながら説明される。
【図面の簡単な説明】
【0068】
【図1】位相シフタを示す図である。
【図2】位相シフタの一部分についての回路図である。
【図3】信号チャネルを２つまたはそれ以上の電圧制御キャパシタンスに結合することの一例についての回路図である。
【図4】増幅および／またはフィルタ処理を位相シフタの信号チャネルに一体化することを示す図である。
【図5】ビームフォーミングのための位相シフタを組み込む無線機を示す図である。
【図6】無線機のためのアンテナの例示的なアレイを示す図である。
【図7】アンテナと無線周波数トランシーバ回路との間に結合された位相シフタの一部分についての回路図である。
【図8】無線機構成要素の第１の一体化された構成を示す図である。
【図9】無線機構成要素の第２の一体化された構成を示す図である。
【図10】一体型デバイス構造を示す図である。
【図11】第１の例示的なアンテナアレイを示す図である。
【図12】第２の例示的なアンテナアレイを示す図である。
【図13】第３の例示的なアンテナアレイを示す図である。
【図14】第４の例示的なアンテナアレイを示す図である。
【図15】いくつかの無線機を含むシステムを示す図である。
【図16】ビームフォーミングのための位相シフタを組み込むオーディオデバイスを示す図である。
【図17】ビームフォーミングのための位相シフタを組み込む超音波デバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0069】
以下の説明では、同様の部分は、同様の参照番号によって示される。
【0070】
信号に位相シフトを適用するためのバラクタダイオードの使用が知られているが、未解決の疑問は、チャネルの数が多数にスケーリングするとき、信号に適用される個々の位相シフトをどのように制御すべきかである。本明細書は、アクティブマトリックスアドレス指定方式を使用して位相アレイ中の要素の数をスケーリングすることを可能にする位相シフタについて説明する。本明細書の手法を使用して、数千、数万、数百または数千、さらには１００万個超という数の電圧制御キャパシタが、対応する信号チャネルに位相シフトを適用するように制御され得る。さらに、バラクタダイオード、およびさらにはアンテナが、ＴＦＴアクティブマトリックス制御方式により一体化され得、これは、既存の生産ラインの修正により製造され得るコンパクトな無線フェーズドアレイを提供する。
【0071】
特にワイヤレス通信ネットワークの分野では、基地局への見通し線と無線信号の大気および／または気象減衰との問題は、ワイヤレスネットワークにさらなるワイヤレストランシーバを追加することによって対処され得る。しかしながら、実際にはこれを行うために、小さい、高利得の、ステアリング可能な、および費用がかからない、ならびに大きい量の電力を必要としない、ワイヤレストランシーバが必要とされる。特に非見通し線環境のための、無線信号のポインティングベクトルの方向は、サービス品質性能を最大化することにとって重要である。また、使用されるワイヤレストランシーバが、審美的に目立たず、すなわち、小さく、好ましくは、環境中に偽装および／または一体化するのが容易であるべきであることが望ましい。本明細書は、適用例の中でも、これらの問題点に対処するのを助け得る無線トランシーバのための位相シフタおよびアンテナアセンブリについて説明する。
【0072】
ワイヤレス通信のための現在のインフラストラクチャは、より高い周波数のほうへ、たとえばｍｍ波のほうへ（またはそれを越えて）スケーリングすることを困難にすることになる、限界および根底にある問題点に直面することが予想される。モバイルデータ、コンテンツストリーミングなど、新しいサービスのために、より高い帯域幅についての需要がますます上方に促進されるにつれて、単一の送信機タワーによってカバーされるエリア（または「セル」）のサイズがますます小さくなった。この傾向は、しばしば「５Ｇ」と呼ばれる、５ＧＨｚを上回る周波数について続くことが予想される。セルタワーの現在の従来のインフラストラクチャは、その限界にすでに近づいており、ワイヤレス通信ネットワークが、高い周波数および高いデータレートにおいて動作する、見通し線、ポイントツーマルチポイントシステムのほうへますます多く移るにつれて、新しい手法が必要とされる。そのような高周波通信、たとえばｍｍ波はまた、ビームフォーミングおよびビームステアリングを可能にするための大規模の多入力多出力アンテナアーキテクチャの使用からかなり恩恵を受け得る。高指向性動作が、マルチパス干渉に関する問題点を回避するのを助け得る。
【0073】
ますます多様で没入型のモバイルデータサービス、たとえば、高精細度ビデオストリーミング、クラウドベースサービス、拡張現実などについての消費者需要によって促進されて、次世代ワイヤレス通信ネットワークおよびシステムは、競争力を維持するために、高スループット、低レイテンシおよび信頼性を与える必要があることになる。たとえば、６ＧＨｚまで移ることが現在計画されているインフラストラクチャ以外に、十分に利用されておらず、１０～５０Ｇｂ毎秒の領域におけるデータレートを潜在的にサポートすることができる、ｍｍ波周波数において利用可能な追加の２００ＧＨｚのスペクトルがある。
【0074】
広いスペクトルはそれが無制限であることを意味せず、他のサービスも、同じ、または隣接する、帯域を利用することになる。スペクトルのかなりの部分が単一の独立したモバイルネットワーク事業者にもっぱら許可される場合、スペクトル利用の非効率性があることになる。平均的な消費者は、３から３０ＧＨｚまでの範囲のスペクトルをもつｃｍ波と、ｍｍ波スペクトルとしての３０から４０ＧＨｚの間（３００ＧＨｚまで）とを利用し得る。
【0075】
スマート都市インフラストラクチャ、ヘルスケア、自動運転車、および多くの他の適用例を含む、ミッションクリティカルなサービスのための６０～７０ＧＨｚにおけるスペクトル共有もある。そのようなサービスは、好ましくは、常時高速、低レイテンシ接続へのアクセスを有するべきであり、共有スペクトルが、デバイスが常に接続されることを保証するのを助ける潜在性を有する。
【0076】
本明細書は、隣接するトランスデューサ（たとえば、アンテナ）から放出される信号間の必要とされる位相シフトを生成することの複雑さおよびコストを低減しながら、フェーズドアレイのためのビームステアリングを実施し得る、位相シフタに関係する。特に、本明細書は、ビームフォーミングのための可変キャパシタンスのアクティブマトリックス制御を採用する。本明細書による位相シフタは、波を放出／受信する任意のトランスデューサとともに使用され得るが、無線トランシーバのために特に有用であり得る。
【0077】
本明細書はまた、位相シフタを組み込む、および無線信号、特に、ワイヤレス通信ネットワーク（たとえばモバイル／セルサービス）におけるデータ送信のために使用される５ＧＨｚを超える無線信号を中継するために構成され得る、無線トランシーバ（または単に「無線機」）について説明する。特徴の中でも、本明細書で説明される無線トランシーバは、コンパクトおよびロープロファイルであり得、これは、構築された環境における構造物への簡単な取付け、またはその構造物中への一体化を可能にする。本明細書による無線トランシーバは、窓ガラスへの取付け、または窓ガラス中への一体化に特に好適であり得る。
【0078】
これらの特徴は、範囲を改善すること、ブラインドスポットを低減すること、構造物の内部または地下（たとえばメトロトランジットシステム）に信号を中継することなどを行うために、無線トランシーバが構造物に追加されることを可能にする。
【0079】
無線適用例のほかに、同じ技術が、オーディオおよび／または超音波周波数およびデバイスにも適用され得る。
【0080】
また、図１を参照すると、位相シフタ１が示されている。
【0081】
位相シフタ１は、アクティブマトリックストランジスタアレイ２と、アクティブマトリックストランジスタアレイ２によって制御される電圧制御キャパシタＣ（Ｖ）のアレイ３と、それぞれのキャパシタンスＣｂｌｋによって電圧制御キャパシタＣ（Ｖ）のバンク３にＡＣ結合されたＫ個の信号チャネルＣｈ１、Ｃｈ２、．．．、Ｃｈｋ、．．．、ＣｈＫとを含む。
【0082】
また、図２を参照すると、アクティブマトリックストランジスタアレイ２と、電圧制御キャパシタＣ（Ｖ）のアレイ３と、チャネルＣｈ１、．．．、ＣＨＫとの間の接続を示す回路図が示されている。
【0083】
アクティブマトリックストランジスタアレイ２は、トランジスタＴのＭ×Ｎアレイを含み、ｎ番目の列およびｍ番目の行におけるトランジスタがＴｎ，ｍと示される。各トランジスタＴｎ，ｍが、対応する蓄積キャパシタＣｓにわたる電圧バイアスを制御するように構成される。アレイ３の電圧制御キャパシタＣ（Ｖ）が、各蓄積キャパシタＣｓと並列に接続される。このようにして、各蓄積キャパシタＣｓにわたって適用される電圧Ｖｎ，ｍが、対応するトランジスタＴｎ，ｍを使用して制御され、その電圧Ｖｎ，ｍは、次いで、それぞれの電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）にわたるバイアスをも提供して、そのキャパシタンスを制御する。
【0084】
各信号チャネルＣｈｋが、第１の端部４ｋと第２の端部５ｋとを有し、たとえば図示のようにデカップリングキャパシタンスＣｂｌｋを使用して、第１の端部４ｋと第２の端部５ｋとの間のポイントにおいて１つまたは複数の電圧制御キャパシタＣ（Ｖ）にＡＣ結合される。図の間の相関の容易さのために、Ａ１、．．．、Ａｋ、．．．、ＡＫと標示されたポイントが、図１および図２においてマークされる。ポイントＡ１、．．．、ＡＫは、電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖ）のアレイ３とチャネルＣｈ１、．．．、Ｃｈｋとの間の電気的接続を行うことのための物理的電気的端子に対応し得る。トランジスタＴｎ，ｍと、電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）と、信号チャネルＣｈｋとの間の１：１の対応を示し、したがって、Ｋ＝Ｎ．Ｍである、図２が描かれているが、概して、トランジスタＴｎ，ｍの数Ｎ．Ｍは、電圧制御キャパシタＣ（Ｖ）の数よりも多いことがあり、同様に、アレイ３を形成する電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）の数は、信号チャネルの数Ｋを超え、すなわち、Ｎ．Ｍ≧Ｋであり得る。ポイントＡｋは、対応するトランジスタＴｎ，ｍについて説明するとき、時々、等価的にポイントＡｎ，ｍと呼ばれることがある。
【0085】
位相シフタ１は、所与の信号チャネルＣｈｋに適用される位相シフトφｋを、その信号チャネルＣｈｋに結合された、蓄積キャパシタＣｓと、対応する電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）とにわたる電圧Ｖｎ，ｍを設定することによって制御するように構成される。特に図２を参照すると、トランジスタＴｎ，ｍの駆動線路Ｄｎが、所望の電圧Ｖｎ，ｍに設定され、トランジスタＴｎ，ｍのゲートが、信号線路Ｓｍを使用して開に切り替えられる。図１に示されている例示的な位相シフタ１では、アクティブマトリックストランジスタアレイ２は、１つまたは複数のデジタル電子プロセッサ７と、プログラムコードを記憶するメモリ８および不揮発性ストレージ（図示せず）とを含む、コントローラ６によって制御される。コントローラ６、またはコントローラの機能は、位相シフタ１を組み込むデバイスの、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、中央処理ユニット（ＣＰＵ）などによって提供され得る。
【0086】
電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）は、デバイスにわたる電圧入力および／または適用されるバイアスの関数として変動され得るキャパシタンスを有する任意のデバイスによって提供され得る。電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）の例は、（「バリキャップ」と呼ばれることがある）バラクタダイオード、強誘電体キャパシタ、または、空乏層の幅の変調、誘電率の変調など、幾何学的影響に少なくとも部分的に基づく任意の他のデバイスを含む。電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）のタイプに応じて、蓄積キャパシタにわたる電圧Ｖｎ，ｍは、バラクタなどのダイオードベース電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）への逆バイアスとして適用され得る。
【0087】
各信号チャネルＣｈ１、．．．、ＣｈＫが、単一の導体であり得るが、より一般的には、伝送線路、たとえば、マイクロストリップ伝送線路、ワイヤのツイストペア、同軸ケーブルなどであることになる。多数のＫ個のチャネルでは、マイクロストリップ伝送線路が、最も実際的であり得る。各信号チャネルＣｈｋは、図２に示されているように、単一の電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）に結合され得る。この場合、信号チャネルＣｈｋに結合された総実効キャパシタンスＣｅｆｆは、
である。
【0088】
蓄積キャパシタンスＣｓの、電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）との並列の加算、およびそれらの和の、デカップリングキャパシタンスＣｂｌｋとの直列の（相互の）組合せによる。所与の電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）を使用して達成可能なキャパシタンスΔＣの所与の範囲について、位相シフトφｋの最も広い可能な範囲を達成するために、実効キャパシタンスＣｅｆｆへの可変キャパシタンスの寄与が最大化されるべきであることが観測され得る。これは、蓄積キャパシタンスＣｓをできるだけ小さくなるように選択することと、デカップリングキャパシタンスＣｂｌｋを、蓄積キャパシタンスＣｓと電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）との和よりも著しく大きく（たとえば１０倍またはそれよりも大きく）なるように選択することとによって行われる。実際には、蓄積キャパシタンスＣｓにわたる電圧Ｖｎ，ｍと、電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）とは、漏れ電流により時間とともに減衰することになり、周期的リフレッシュを必要とすることになる。蓄積キャパシタンスＣｓの最小サイズに関する制限は、蓄積キャパシタンスＣｓが、電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）にわたるバイアス電圧Ｖｎ，ｍを、トランジスタＴｎ，ｍをアドレス指定する間の期間の間、許容範囲内に維持するのに十分に大きいべきであることである。漏れ電流に応じて、いくつかの場合には、蓄積キャパシタンスＣｓは、（高い漏れの場合）電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）よりも大きいことがあるが、蓄積キャパシタンスは、電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）を通る漏れ電流が十分に低い場合、完全に省略され得る。このコンテキストでは、漏れ電流は、トランジスタＴｎ，ｍのアドレス指定中に設定された電圧Ｖｎ，ｍが、次にトランジスタＴｎ，ｍがアドレス指定されるときまで所望の範囲内に維持され得る場合、十分に低い。
【0089】
結合された実効キャパシタンスにおける総シフトが、単一の電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）によって提供され得るものよりも必要とされる場合、２つまたはそれ以上が、並列に信号チャネルＣｈｋに結合され得る。
【0090】
また、図３を参照すると、単一の信号チャネルＣｈｋを２つまたはそれ以上の電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）に結合することの一例が示されている。
【0091】
３つの異なるトランジスタＴｎ１，ｍ１、Ｔｎ２，ｍ２、Ｔｎ３，ｍ３に対応する電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）が、信号チャネルＣｈｋに並列に結合される。トランジスタＴｎ１，ｍ１、Ｔｎ２，ｍ２、Ｔｎ３，ｍ３は、原則として、アクティブマトリックストランジスタアレイ中の任意のロケーションにあり得るが、実際には、接続のルーティングを簡略化するために、トランジスタＴｎ１，ｍ１、Ｔｎ２，ｍ２、Ｔｎ３，ｍ３は、好ましくは、アレイ２中で隣接する。デカップリングキャパシタンスＣｂｌｋは、ＤＣレベルが、電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）の間で、および電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）と信号チャネルＣｈｋとの間で干渉するのを防ぐ。各分岐が、式（１）としての実効キャパシタンスを有し、したがって、図３の並列結合された構成では、全体的な結合されたキャパシタンスＣｅｆｆは、
になる。
【0092】
デカップリングキャパシタンスが、各分母がＣｂｌｋとして近似され得るように、上記で説明されたように著しくより大きく（たとえば１０倍またはそれよりも大きく）なるように選択された場合、全体的な結合されたキャパシタンスＣｅｆｆは、
Ｃｅｆｆ≒３Ｃｓ＋Ｃ（Ｖｎ１，ｍ１）＋Ｃ（Ｖｎ２，ｍ２）＋Ｃ（Ｖｎ３，ｍ３） （３）
として近似され得る。
Ｃｅｆｆ≒３Ｃｓ＋Ｃ（Ｖｎ１，ｍ１）＋Ｃ（Ｖｎ２，ｍ２）＋Ｃ（Ｖｎ３，ｍ３） （３）
として近似され得る。
【0093】
可能なキャパシタンスシフトの相対サイズは影響を受けないことになるが、キャパシタンス変動の絶対範囲は３倍に増加され得る。この場合も、蓄積キャパシタＣｓは、漏れ電流が十分に低い場合、省略され得る。
【0094】
概して、結合された電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）は、互いから独立して設定され得るが、ペアまたは３つすべてが、同じ電圧Ｖｎ，ｍに設定され得る。３つすべてが、同じ電圧に設定されることになる、すなわち、Ｖｎ１，ｍ１＝Ｖｎ２，ｍ２＝Ｖｎ３，ｍ３である、特殊な場合には、図３の構成は、複数の電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）を単一の蓄積キャパシタンスＣｓと並列に接続することによって簡略化され得る。
【0095】
図３における例は、並列の３つの電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）への結合を示すが、より少ない（すなわち２つの）、またはより多くの（すなわち４つまたはそれよりも多くの）電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）を並列に接続するために適応され得る。
【0096】
アクティブマトリックストランジスタアレイ２を提供する各トランジスタＴｎ，ｍが任意のタイプのものであり得るが、実際的には、好ましくは、アクティブマトリックストランジスタアレイ２を提供するすべてのトランジスタＴｎ，ｍが、実質的に同等であり、共通基板上に形成される。アクティブマトリックストランジスタアレイ２を提供するトランジスタＴｎ，ｍが薄膜トランジスタの形態をとる、たとえばアモルファスシリコン層において画定されるとき、これは、コンピュータディスプレイなどのために使用される既存のガラス上ＴＦＴ（ＴＦＴ－ｏｎ－ｇｌａｓｓ）生産ラインを使用することが可能であることに関して有利であり得る。図８～図１４に関して以下で説明されるように、これはまた、位相シフタ１（および位相シフタ１を含む無線機１４）の他の構成要素の一部または全部が、アクティブマトリックストランジスタアレイ２と同時におよび／または同じ基板上に形成されることを可能にし得、これは、高度の一体化を提供する。
【0097】
位相画像
再び図１を参照すると、位相シフタ１は、位相画像９を受信または生成するように構成され得る。
再び図１を参照すると、位相シフタ１は、位相画像９を受信または生成するように構成され得る。
【0098】
位相画像９の各ピクセルが、アクティブマトリックストランジスタアレイ２のトランジスタＴｎ，ｍに対応し、そのピクセルの値／強度は、関連する蓄積キャパシタＣｓへの適用のための電圧Ｖｎ，ｍに対応する。たとえば、トランジスタＴｎ，ｍに対応する位相画像９のピクセルをＰｎ，ｍとして示すと、そのピクセルは、値、たとえば０≦Ｐｎ，ｍ≦２５５を記憶し得、この値は、電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）（および、含まれる場合、並列に接続された蓄積キャパシタＣｓ）に適用され得る最大バイアス電圧Ｖｍａｘの分数Ｐｎ，ｍ／２５５に変換され得る。
【0099】
このようにして、位相シフタ１（たとえばコントローラ６）は、単に位相画像９をとり、位相画像９のそれぞれのピクセルＰｎ，ｍに従って各蓄積キャパシタＣｓについて電圧Ｖｎ，ｍを設定し得る。０≦Ｐｎ，ｍ≦２５５である例では、電圧は、Ｖｎ，ｍ＝Ｖｍａｘ（Ｐｎ，ｍ／２５５）として設定され得る。位相画像９は、コントローラ６の内部不揮発性ストレージ（図示せず）に記憶されるか、同じく位相シフタ１の構成要素である、コントローラ６とは別個の不揮発性ストレージデバイス１０に記憶され得るか、または、たとえば、位相シフタ２を組み込むデバイスのＣＰＵ（図示せず）から、位相シフタ１によって受信され得る。いくつかの実装形態では、コントローラ６は、所望のビームフォーミング角度／方向を示すコマンド１１を受信したことに応答して、要求に応じて位相画像９を生成し得る。後者の実装形態では、位相シフタ１（またはコントローラ６）はまた、位相シフタ１を介してフェーズドアレイとして駆動されているトランスデューサのアレイのジオメトリ（相対位置）および随意に放出パターンを詳述する、情報を記憶または受信するべきである。
【0100】
位相画像９の使用は、アクティブマトリックスディスプレイにおいて使用するためにすでに開発された制御回路の使用または適応を可能にし得る。そのような制御回路は、すでに、ディスプレイの何百万個ものピクセルのための電圧を制御することが可能である。
【0101】
位相画像９は、代替的に、「ホログラム」として説明され得、本明細書では、「ホログラム」という用語はまた、位相シフタ１によって異なる量だけ位相シフトされた信号間の干渉によって形成される３Ｄ波パターンについて説明するために使用され得る。言い換えれば、「ホログラム」という用語は、位相画像９に適用され、位相シフタ１を通した送信の後の得られた位相シフトされた電気的信号に、および／またはその位相シフトされた電気的信号に基づいて放出される波パターンに適用され得る。
【0102】
チャネル中処理（Ｉｎ－ｃｈａｎｎｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）
１つまたは複数の可変および制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）を各信号チャネルＣｈｋに結合する主な機能に加えて、位相シフタ１は、追加の信号処理機能をもサポートし得る。
１つまたは複数の可変および制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）を各信号チャネルＣｈｋに結合する主な機能に加えて、位相シフタ１は、追加の信号処理機能をもサポートし得る。
【0103】
また、図４を参照すると、信号チャネルＣｈｋが、結合された電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）、およびアクティブマトリックストランジスタアレイ２の関連部分とともに示されている。
【0104】
図４に示されている例では、単一の電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）が、（代替的にＡｎ，ｍによって示され得る）接続ポイントＡｋを介してｋ番目の信号チャネルＣｈｋに結合される。しかしながら、他の例では、複数の電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）が、図３に示されているようにｋ番目の信号チャネルＣｈｋに結合され得る。上記で説明されたように、接続ポイントＡｋは、物理的端子であり得るが、デカップリングキャパシタンスＣｂｌｋは、代わりに、信号チャネルＣｈｋに直接接続され得る。
【0105】
信号チャネルＣｈｋ、または各信号チャネルＣｈｋは、随意に、それぞれの第１の端部４ｋと第２の端部５ｋとの間に１つまたは複数の増幅器１２を含み得る。増幅器１２は、（１つまたは複数の）電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）に結合するポイントの前におよび／または後に置かれ得る。増幅器１２は、位相シフタが展開される適用例のための信号調整を提供するための任意の好適なタイプのものであり得る。たとえば、送信アレイのビームフォーミングのために使用される場合、一部または全部の信号チャネルＣｈｋが、対応するトランスデューサを駆動するための電力増幅器の形態の増幅器１２を含み得る。代替的に、受信／検出アレイに対するビームフォーミングのために使用される場合、一部または全部の信号チャネルＣｈｋが、受信された信号を増幅するための低雑音増幅器の形態の増幅器１２を含み得る。
【0106】
同様に、信号チャネルＣｈｋ、または各信号チャネルＣｈｋは、随意に、それぞれの第１の端部４ｋと第２の端部５ｋとの間に１つまたは複数のフィルタ１３を含み得る。フィルタ１３は、（１つまたは複数の）電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）に結合するポイントの前におよび／または後に置かれ得る。フィルタ１３は、アクティブタイプまたはパッシブタイプであり得る。信号チャネルＣｈｋが伝送線路の形態をとるとき、１つまたは複数のフィルタ１３は、伝送線路と一体に、たとえば、分散要素フィルタ、膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）、メタマテリアルフィルタなどとして、形成され得る。
【0107】
信号チャネルＣＨｋの一部または全部が、各フィルタ１３が別個の帯域幅を有する、２つまたはそれ以上のフィルタ１３間で切替え可能であり得る。信号チャネルＣｈｋは、トランジスタ（図示せず）を使用して２つまたはそれ以上のフィルタ１３間で切替え可能であり得、トランジスタは、アクティブマトリックストランジスタアレイ２とは別個であり得るが、好ましくは、複雑さを低減し、長距離相互接続を回避するために、アクティブマトリックストランジスタアレイ２と一体に形成されることになる。
【0108】
無線トランシーバ
位相シフタ１が、無線周波数信号に位相シフトφｋを適用するように構成され得る。
位相シフタ１が、無線周波数信号に位相シフトφｋを適用するように構成され得る。
【0109】
また、図５を参照すると、位相シフタ１を含む無線機１４。
【0110】
無線機１４は、位相シフタ１を介してＫ個のアンテナ１７（第１のアンテナ）を含むアレイ１６に接続された無線トランシーバ回路１５を含む。各アンテナ１７ｋが、位相シフタ１のそれぞれの信号チャネルＣｈｋを介して無線トランシーバ回路１５に接続される。
【0111】
位相シフタ１は、５ＧＨｚから３００ＧＨｚの間の、および５ＧＨｚと３００ＧＨｚとを含む、キャリア周波数を有する無線周波数信号のために構成される。この構成は、主に、可変キャパシタンスＣ（Ｖ）のサイズおよび範囲によって提供され、そのサイズおよび範囲は、所望の動作周波数範囲、アンテナ１７ｋ、１７ｋ＋１の間隔ｄなどが与えられれば、範囲０～πの可能な限り広がる位相変化φを提供するように選択される必要がある。
【0112】
無線周波数トランシーバ回路１５は、位相シフタ１を使用して、アンテナ１７１、．．．、１７Ｋによって受信されるおよび／またはアンテナ１７１、．．．、アンテナ１７Ｋから送信される無線信号１８のビームフォーミングを実施することによって、（第１の）フェーズドアレイとしてアンテナ１７１、．．．、１７Ｋのアレイ１６を制御するように構成される。たとえば、無線トランシーバ１５回路は、制御信号１９を位相シフタ１に送る。制御信号１９は、位相画像９および／または命令１１を送ることを含む、位相シフタ１の構成に応じた任意の好適な形態をとり得る。一例として、命令１１は、所望のビームフォーミング角度θを識別し得、位相シフタ１は、対応する位相画像９（または任意の機械可読フォーマットにおいて記憶された対応する電圧Ｖｎ，ｍ）を取り出すためにルックアップテーブルを使用し得る。
【0113】
アレイ１６を形成するアンテナ１７１、．．．、１７Ｋは、実質的に同一平面上にあるように配設され得る。現在説明されている位相シフタ１は、位相シフタ１の構成要素トランジスタＴｎ，ｍおよび電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）に対応するように位置合わせされた平面アンテナと組み合わせられる（さらには、以下で説明されるように一体化される）とき、特に有用であり得る。これは、そのようなアレイ中のアンテナの数が極めて多いことがあり、本明細書で説明される位相シフタ１は、多数のＫ個のアンテナ１７ｋに比較的容易にスケーリングされ得るからである。たとえば、Ｋは、数十万、さらには数百万であり得、そのような数のアンテナ１７ｋを画定することは、（たとえば、それぞれのトランジスタＴｎ，ｍおよび電圧制御キャパシタＣ（Ｖ）とコロケートされた）平面アンテナとしてそれらのアンテナをパターニングすることによって以外に、実際的でないことがある。
【0114】
平面２０に沿って間隔ｄにおいて離間されたアンテナ１７１、．．．、１７Ｋでは、隣接するアンテナ１７ｋ、１７ｋ±１が、ｄ．ｓｉｎ（θ）の経路長差で、その平面に対する法線２１に対して角度θから入射する信号１８を受信することになる。角度θにおいて受信／送信するためにビームフォーミングするために、無線トランシーバ回路１５は、各信号チャネルＣｈ１、．．．、ＣｈＫに導入される位相φ１、．．．、φＫを制御して、経路長差ｄ．ｓｉｎ（θ）を補償する。もちろん、補償を必要とする正確な経路長差は、もちろんアレイ１６のジオメトリに依存することになる。説明される例が、平面上に配置されたアンテナ１７ｋを有するが、これは必要でなく、概して、アンテナ１７ｋは３次元配置を採用し得る（および、位相シフタ１は、適切な経路長差について較正され得る）。
【0115】
無線周波数トランシーバ回路１５は、無線受信機、送信機、またはその両方（時間多重化またはコンカレントに）として構成され得る。無線機１４は、ワイヤレス通信ネットワークの基地局として、またはワイヤレス通信ネットワークの一部において信号１８を中継するために使用され得る。
【0116】
図５では、アンテナ１７の数が信号チャネルＣｈｋの数に等しい状態で示されているが、これは必須でなく、第１のアンテナ１７の数は、位相シフタ１の信号チャネルＣｈｋの数Ｋよりも少ないことがある（とはいえ、これは最適効率のために選好されない）。
【0117】
各信号チャネルＣｈｋは、無線トランシーバ回路１５の対応するポートによって駆動／受信され得るが、これは、信号チャネルＣｈｋの数Ｋが増加されるにつれて、実際的でなくなり得る。それはまた、（１つまたは複数の）接続された電圧制御キャパシタＣ（Ｖ）に結合することによる、各信号チャネルＣｈｋへの異なる位相φｋの導入が、すべての信号チャネルＣｈｋが同相で駆動／受信されることを可能にし、ビームフォーミングが、導入された位相φｋによって完全に提供されるので、不必要である。信号チャネルＣｈｋごとのポートとは反対に、信号チャネルＣｈ１、．．．、ＣｈＫのすべてが、無線トランシーバ回路１５の単一のポートによって駆動／受信され得る。
【0118】
いくつかの実装形態では、ビームフォーミングが、従来の方法と位相シフタ１とのハイブリッドを使用して遂行され得る。説明の目的で、Ｋ＝１００個のアンテナ１７１、．．．、１７１００のアレイ、および対応する信号チャネルＣｈ１、．．．、Ｃｈ１００について考える。無線周波数トランシーバ回路１５は、信号を駆動／受信するための１０個のポートを有し得、それぞれの第１の位相差Ψ１、．．．、Ψｊ、．．．、Ψ１０で、各々から駆動／受信するように構成され得る。１０個の信号チャネルＣｈ１、．．．、Ｃｈ１０の第１のグループにおいて信号に適用される総位相差は、その場合、（１≦ｋ≦１０について）和Ψ１＋φｋであることになり、１０個の各グループについて以下同様である。このようにして、無線トランシーバ回路１５は、粗いビームフォーミングを提供し得、位相シフタ１は、細かいビームフォーミングの第２の層を提供する。これは、無線トランシーバ回路１５のみを使用して可能であることになるものよりも、多数のアンテナ１７をビームフォーミングすることを可能にしながら、位相シフタ１のみを使用して可能であることになるものよりも、広い範囲の角度θへビームフォーミングすることをも可能にし得る。
【0119】
必要ではないが、アンテナ１７が、アクティブマトリックスアレイ２と電圧制御キャパシタＣ（Ｖ）のアレイとに適合するアレイ１６で配置されれば、有利であり得る。
【0120】
また、図６を参照すると、アンテナ１７の例示的なアレイ１６が示されている。
【0121】
アンテナ１７のアレイ１６のジオメトリは、アクティブマトリックストランジスタアレイ２のジオメトリに対応する。アレイ１６は、各トランジスタＴｎ，ｍに対応するアンテナ１７ｎ，ｍを含み、アンテナ１７ｎ，ｍは、第１の方向ｘに沿って間隔ｄｘで、および第２の、垂直方向ｙに沿って間隔ｄｙで、矩形アレイを形成する。
【0122】
また、図７を参照すると、ｎ番目の列およびｍ番目の行のアンテナ１７ｎ，ｍをそれぞれの信号チャネルＣｈｎ，ｍを介して無線周波数トランシーバ回路１５に接続する、位相シフタ１の一部分が示されている。
【0123】
図３に関して説明された、電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）と信号チャネルＣｈｎ，ｍとの１：１のマッピングが図７に示されているが、各信号チャネルＣｈｎ，ｍが、代わりに、２つまたはそれ以上の電圧制御キャパシタＣ（Ｖ）に結合され得る。そのような構成では、トランジスタＴの数とアンテナ１７の数とは一致しないことになり、代わりに、各アンテナ１７が、対応する電圧制御キャパシタＣ（Ｖ）を制御するトランジスタＴのグループに対応するように位置決めされることになる。
【0124】
各アンテナ１７ｎ，ｍは、１つまたは複数の増幅器１２ｎ，ｍを介して位相シフタ１のそれぞれの信号チャネルＣｈｎ，ｍに接続される。図７では信号チャネルＣｈｎ，ｍおよび位相シフタ１の外部のものとして示されているが、他の例では、増幅器１２ｎ，ｍは、信号チャネルＣｈｎ，ｍおよび／または位相シフタ１の一部として一体化され得る（図４参照）。
【0125】
無線信号１８の受信のために使用されるとき、増幅器１２ｎ，ｍは、好ましくは、検出された信号を増幅するための低雑音増幅器、または等価物の形態をとる。無線信号１８の送信のために使用されるとき、増幅器１２ｎ，ｍは、好ましくは、それぞれのアンテナ１７ｎ，ｍによる送信より前に信号をブーストするための電力増幅器、または等価物の形態をとる。無線機１４が受信することと送信することとの両方（たとえば信号を中継するための、トランシーバ機能）のために使用されるとき、いくつかのオプションがある。１つのオプションは、各アンテナ１７ｎ，ｍが、受信モードにおける低雑音増幅器と送信モードにおける電力増幅器との間で切替え可能である経路（図示せず）を介して、位相シフタ１のそれぞれの信号チャネルＣｈｎ，ｍに接続され得ることである。その切換えは、アクティブマトリックストランジスタアレイ２を組成するトランジスタＴｎ，ｍと一体に形成される追加のトランジスタを使用して実装され得る。無線機１４は、次いで、信号チャネルＣｈ１、．．．、ＣｈＮ，Ｍの１つのセットを使用して、受信および送信機能を時間多重化し得る。
【0126】
代替実装形態では、アンテナ１７ｎ，ｍのサブセットは、受信のための１つまたは複数の低雑音増幅器１２ｎ，ｍを介して位相シフタ１のそれぞれの信号チャネルＣｈｎ，ｍに接続され得、アンテナ１７ｎ，ｍのサブセットの補集合は、送信のための１つまたは複数の電力増幅器１２ｎ，ｍを介して位相シフタ１のそれぞれの信号チャネルＣｈｎ，ｍに接続される。たとえば、偶数行ｍおよび列ｎが受信アンテナ１７ｎ，ｍに対応し得、奇数行ｍおよび列ｎが送信アンテナ１７ｎ，ｍに対応し得る。
【0127】
同様に、各アンテナ１７ｎ，ｍが、位相シフタ１の外部および／または内部にあり（たとえば、それぞれの信号チャネルＣｈｎ，ｍと一体化され）得る、１つまたは複数のフィルタ１３ｎ，ｍを介して、位相シフタ１のそれぞれの信号チャネルＣｈｎ，ｍに接続され得る。
【0128】
無線機構成要素の一体化
また、図８を参照すると、無線機１４構成要素の第１の一体化された構成（以下「第１の構成」）２２が示されている。
また、図８を参照すると、無線機１４構成要素の第１の一体化された構成（以下「第１の構成」）２２が示されている。
【0129】
第１の構成２２では、アクティブマトリックストランジスタアレイ２、Ｔｎ，ｍと、蓄積キャパシタＣｓおよびデカップリングキャパシタＣｂｌｋのバンク２３と、電圧制御キャパシタＣ（Ｖ）のアレイ３とが、すべて共通基板２４によって支持される。信号チャネルＣｈ１、．．．、ＣｈＫも、共通基板２４によって支持される。たとえば、図８は、電圧制御キャパシタＣ（Ｖ）に対して共通基板２４の反対の面上で支持される信号チャネルＣｈ１、．．．、ＣｈＫを示し、これは、共通基板２４の厚さを通って形成されるビア（図示せず）を使用して最小長さ接続を可能にする。
【0130】
共通基板２４は、可とう性の膜またはシート、たとえば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレートＰＥＮ、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、または回路を支持するのに十分な機械的強度を有する任意の他のポリマーなど、ポリマーの形態をとり得る。他の例では、共通基板２４は、多層プリント回路板の形態をとり得る。共通基板２４のための別のオプションはガラスであり、これは、それが、ディスプレイ製造において使用される技法および／または生産施設が、（随意に、アンテナ１７など、無線機１４のさらなる構成要素を含む）位相シフタ１の生産のために適応／再利用されることを可能にし得るので、有利であり得る。
【0131】
共通基板２４は透明であり、たとえば、可視波長（たとえば３８０ｎｍから７５０ｎｍの間の範囲）について５０％の最小透過率を有し得る。
【0132】
図８には示されていないが、平面アンテナ１７ｎ，ｍのアレイ１６が、共通基板２４の上に重なって位置合わせされた第２の基板（図示せず）上に形成され得る。代替的に、平面アンテナ１７ｎ，ｍのアレイ１６が、位相シフタ１の構成要素が散在している、同じ共通基板２４上で支持され得る。
【0133】
位相シフタ１の電気的構成要素が、共通基板２４の一方または両方の側上で支持、堆積、パターニングおよび／または一体化され得る。位相シフタ１の電気的構成要素は、たとえば、アクティブマトリックストランジスタアレイ２のトランジスタＴｎ，ｍ、蓄積キャパシタＣｓ、デカップリングキャパシタＣｂｌｋ、アレイ３の電圧制御キャパシタＣ（Ｖｎ，ｍ）、信号チャネルＣｈｋ（たとえば伝送線路）などを含み得る。位相シフタ１の電気的構成要素は、１つまたは複数の増幅器１２、フィルタ１３などをも含み得る。無線機１４の追加の構成要素、たとえば、アンテナ１７のアレイ１６、無線周波数トランシーバ回路１５などが、さらに、共通基板２４の一方または両方の側上で支持、堆積、パターニングおよび／または一体化され得る。共通基板２４の両面上で支持された位相シフタ１および／または無線機１４の電気的構成要素間の相互接続が、スルービアを使用して提供され得る。
【0134】
共通基板２４は、複数の層の積層体の形態をとり得、この積層体の各層が、非積層共通基板について本明細書で述べられる材料のいずれか、たとえば、ガラス、プラスチックおよび／または接着剤の１つまたは複数の層から形成され得る。共通基板２４が積層体であるとき、位相シフタ１（および／または無線機１４）の１つまたは複数の電気的構成要素が、積層共通基板２４の１つまたは複数の内部層上でおよび／またはその内部層内で支持、堆積、パターニングおよび／または場合によっては一体化され得る。積層体の形態の共通基板２４が、内部にあり（すなわち、第１の面と第２の面との間にあり）、および／または外部にあり（すなわち、第１の面および／または第２の面上で支持され）得る、１つまたは複数の導体層を含み得る。
【0135】
アクティブマトリックストランジスタアレイ２は、共通基板２４上でおよび／または共通基板２４中で一体化され得、たとえば、共通基板２４は、ガラス基板、または薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）作製方法に適合する他の基板であり得、アクティブマトリックストランジスタアレイ２は、ＴＦＴによって提供され得る。代替的に、アクティブマトリックストランジスタアレイは、共通基板２４に（より詳細には、その上に支持された導電性トラックおよび／または他の構成要素に）フリップチップボンディングされたスタンドアロン構成要素（たとえば半導体ダイ）であり得る。同様に、蓄積キャパシタＣｓと、デカップリングキャパシタＣｂｌｋと、電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖ）と、位相シフタ１または無線機１４の他の構成要素とのいずれかまたはすべてが、共通基板２４上でおよび／または共通基板２４中で一体化され得、あるいは、代わりに、共通基板２４にボンディング（たとえばフリップチップボンディング）された別個の構成要素であり得る。
【0136】
信号チャネルＣｈｋは、導電性層を堆積させ、パターニングすることによって、共通基板２４上に（または積層体の内部層上に）形成され得る。好ましくは、信号チャネルＣｈｋは、マイクロストリップ伝送線路として形成される。共通基板２４の一方の側上で支持されるように示されているが、信号チャネルＣｈｋは、両方の側上に形成され、ビア（図示せず）によって接続され得る。共通基板２４の両面上で支持されたマイクロストリップ線路、および他のマイクロストリップ線路および／または他の構成要素間で接続するために使用されるとき、ビアは、好ましくは、マイクロストリップ線路にインピーダンス整合されるべきである。たとえば、共通基板２４の両面間の放射性伝達または容量性結合と比較して、そのような物理的接続は、共通基板２４が、低い誘電損特性を有する１つまたは複数の材料から形成されることを必要としない。必要とはされないが、低い誘電損特性を有する材料が、なお使用され得る。
【0137】
位相シフタ１（または無線機１４）の１つまたは複数の電気的構成要素が共通基板２４にフリップチップボンディングされるとき、そのような構成要素は、ヘテロジニアスインテグレーションロードマップ（ＨＩＲ）に従って共通基板２４にフリップチップボンディングされ得る。ヘテロジニアスインテグレーションロードマップ（ＨＩＲ）は、シリコンシステムインパッケージ（ＳｉＰ）技術のために開発されたガイドラインのセットである。ＨＩＲは、たとえば、ＨＩＲ２０１９版の刊行物において提示されたガイドラインを指し得る。
【0138】
位相シフタ２がフィルタ１３を含む場合、フィルタ１３は、さらに、共通基板２４によって支持され得る。たとえば、フィルタ１３は、分散要素フィルタ、膜バルク音響共振器（ＦＢＡＲ）、薄膜バルク音響共振器（ＴＦＢＡＲ）、メタマテリアルフィルタなどのうちの１つまたは複数の形態で信号チャネルＣｈｋ中に一体化され得る。無線機１４のための位相シフタ１において使用するのに好適なメタマテリアルフィルタは、限定されることなしに、「Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｉｎｓｐｉｒｅｄ Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ ＲＦ／Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ」、Ａｂｄｕｌｌａｈ Ａｌｂｕｒａｉｋａｎ、ＰｈＤ Ｔｈｅｓｉｓ（２０１６）、Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｅｓｃｈｏｌａｒ．ｍａｎｃｈｅｓｔｅｒ．ａｃ．ｕｋ／ｕｋ－ａｃ－ｍａｎ－ｓｃｗ：３０５３０８（特に５６ページ以降を参照）で説明されるメタマテリアルフィルタを含む。フィルタは、共通基板２４（または積層体の内部層）上に直接形成され得るか、または代替的に、１つまたは複数のスタンドアロンフィルタ／フィルタバンクが、共通基板２４に取り付けられ（たとえばフリップチップボンディングされ）得る。
【0139】
上記で説明されるように、信号チャネルＣｈ１、．．．、ＣｈＫの一部（または全部）が、各フィルタ１３が別個の周波数帯域幅を有する、２つまたはそれ以上のフィルタ１３間で切替え可能であり得る。切換えのために使用されるトランジスタ（図示せず）が、共通基板２４上で支持され得るが、好ましくは、アクティブマトリックストランジスタアレイ２と一体に形成される。このようにしてフィルタ１３間で切り替えることは、無線機１４が、異なる周波数帯域間で切替え可能であることを可能にし得る。位相画像９の異なるセットが、（所与の物理的経路差が、異なる位相に対応するので）異なる周波数帯域のために使用（または生成）され得ることに留意されたい。
【0140】
共通基板は、ヒートスプレッダ層（図示せず）を組み込むかまたは支持し得る。ヒートスプレッダ層（図示せず）は、共通基板２４と一体に形成される、ヘテロジニアスインテグレーション作製プロセスの間に組み込まれる、共通基板２４の上に堆積される、などであり得る。含まれるとき、ヒートスプレッダ層（図示せず）は、ファンまたは他の冷却方法を必要とすることなしに、より高い電力における動作、ならびに／またはより高い密度の電気的構成要素および相互接続を使用することを、可能にし得る。たとえば、位相シフタ２のための接地平面層（図示せず）が、銅（または高い電気および熱コンダクタンスをもつ他の材料）から形成され、さらに、ヒートスプレッダ層として働き得る。
【0141】
位相シフタ２が増幅器１２を含む場合、それらの増幅器１２は、さらに、共通基板２４によって支持され得る。たとえば、位相シフタ１は、共通基板２４によって支持されたＣＭＯＳ増幅器の形態の１つまたは複数の増幅器を含み得る。
【0142】
また、図９を参照すると、無線機１４構成要素の第２の一体化された構成（以下「第２の構成」）２５が示されている。
【0143】
第２の構成２５は、キャパシタＣｓ、Ｃｂｌｋのバンク２３が、さらに、単一の構成要素として、アクティブマトリックストランジスタアレイ２と一体化されることを除いて、第１の構成２２と実質的に同じである。図１０に関してさらに説明されるように、追加の導体が、トランジスタＴｎ，ｍを画定する構造内にキャパシタを形成するように配置およびパターニングされ得る。
【0144】
一体化されたデバイス構造
また、図１０を参照すると、アクティブマトリックストランジスタアレイ２と、電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖ）のアレイ３と、信号チャネルＣｈｋとが、一体型デバイス構造２６中に形成され得る。
また、図１０を参照すると、アクティブマトリックストランジスタアレイ２と、電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖ）のアレイ３と、信号チャネルＣｈｋとが、一体型デバイス構造２６中に形成され得る。
【0145】
図１０は、単一のトランジスタＴｎ，ｍおよび関連する信号チャネルＣｈｋに対応する、一体型デバイス構造２６の一部分のみを示す。一体型デバイス構造２６は、単一の半導体ダイ上に、または共通基板２４上に直接、形成され得る。たとえば、ＴＦＴ作製プロセスが、ガラス基板の形態の共通基板２４上に一体型デバイス構造２６を作り出すように適応され得る。
【0146】
いくつかの例では共通基板２４であり得る、基板２７が、第１の面２８と第２の面２９とを有する。アドレス指定（走査）線路Ｓｍが、第２の面２９上で支持され、スルービア３１によって、対応するトランジスタＴｎ，ｍのゲート電極３０に接続される。ゲート電極３０は、第１の誘電体領域３２によって全体的に覆われ、第１の誘電体領域３２は、半導体層３３によって覆われる。半導体層３３は、ｎ形またはｐ形であり得る。半導体層３３の領域３４と領域３５とが、反対に、バルクにドープされて、トランジスタＴｎ，ｍのためのソースおよびドレインを形成する。半導体層３３とソースおよびドレイン３４、３５のうちの１つまたは複数とは、第２の誘電体層３６によって覆われ得る。トランジスタＴｎ，ｍチャネルの一方の端部３４は、駆動（データ）線路Ｄｎによって接触され、他方の端部３５は、第１の導電性相互接続３７に接続され、第１の導電性相互接続３７は、第１の面２８に沿って延びて、１つの電極に蓄積キャパシタＣｓと電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖ）との各々を提供する。
【0147】
第１の導電性相互接続３７は、順番通り、ｎドープ半導体層３８と、真性半導体層３９と、ｐドープ半導体層４０とを支持する。第３の誘電体層４１が、蓄積キャパシタンスＣｓに対応する第１の導電性相互接続３７の領域と、半導体層３８、３９、４０とを覆う。半導体層３８、３９、４０の上に重なって、ギャップ４２が、第３の誘電体層４１中に形成され、第２の導電性相互接続４３が、第３の誘電体層の上に形成されて、蓄積キャパシタンスＣｓおよび電圧制御キャパシタＣ（Ｖ）を完成させ、また、基板に沿って延びて、デカップリングキャパシタンスＣｂｌｋの電極を提供する。
【0148】
蓄積キャパシタンスＣｓまたは電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖ）に対応しない第２の導電性相互接続４３の領域が、第４の誘電体層４４によって覆われる。信号チャネルＣｈｋ（たとえばマイクロストリップ伝送線路の１つの導体）は、第４の誘電体層４４の上に形成されて、デカップリングキャパシタンスＣｂｌｋを完成させる。
【0149】
キャパシタンスＣｓ、Ｃ（Ｖ）、Ｃｂｌｋのいずれかまたはすべては、トランジスタＴｎ，ｍと一体に形成される必要がなく、代わりに、たとえば、第２の面２９に搭載され、追加のスルーホールビア（図示せず）を使用して接続された、（１つまたは複数の）別個の構成要素であり得る。特に、デカップリングキャパシタンスＣｂｌｋは、好ましくは、蓄積キャパシタンスと可変キャパシタンスとの和Ｃｓ＋Ｃ（Ｖ）よりも大きく、これは、一般に、デカップリングキャパシタンスＣｂｌｋがより大きいエリアにわたって形成されることを必要とすることになる。これは、別個のデカップリングキャパシタンスＣｂｌｋを使用して回避され得る。
【0150】
好ましくは、一体型デバイス構造２６は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アクティブマトリックスディスプレイの分野において知られている通常の方法および材料を使用して作られ得る。たとえば、（共通基板２４であり得る）基板２７はガラスであり得るが、アモルファスシリコン／酸化ケイ素が、それぞれ、半導体層および誘電体層のために使用される。導電性層が、金属、たとえばアルミニウムを使用して、堆積され得る。
【0151】
いくつかの例では、アンテナ１７は、別個の基板（図示せず）上で支持され、任意の好適なタイプの電気的相互接続を使用して信号チャネルＣｈｋに接続され得る。
【0152】
寄生キャパシタンスおよびインダクタンスが、概して、相互接続の長さとともにスケーリングし、したがって、信号チャネルＣｈｋと、対応するアンテナ１７ｋとの物理的分離を最小限に抑えることが有益であり得る。最小相互接続距離は、アンテナ１７ｋが、信号チャネルＣｈｋと同じ基板（たとえば共通基板２４または基板２７）上で支持される場合、獲得され得る。たとえば、各アンテナ１７ｋが、それぞれの信号チャネルＣｈｋを終端する平面アンテナの形態をとり得る。一体型デバイス構造の場合、平面アンテナ１７ｋが、基板２７の第１の面２８または第２の面２９のいずれか上に形成され、対応するトランジスタＴｎ，ｍおよび電圧制御キャパシタンスＣ（Ｖｎ，ｍ）に近接して位置決めされ得る。これは、高周波無線（たとえばｍｍ波）のためのアンテナ１７のサイズおよび間隔が、ディスプレイ目的のために日常的に作製されるピクセルサイズよりも大きい桁数であるので、レイアウトについて問題にならない。実際、これは、たとえば、フィルタ１３間で切り替えること、増幅器１２を提供することなどを行うための、追加のトランジスタ（図示せず）のために十分な空間を残す。
【0153】
位相シフタ１とともにアンテナ１７ｋを共通基板２４、２７上に形成することおよび／または共通基板２４、２７上で支持することは、無線機１４を製造することのコストおよび複雑さを低減し、ならびに無線機の物理的サイズを低減し得る。
【0154】
随意に、無線周波数トランシーバ回路１５の１つの、一部または全部の構成要素が、位相シフタ１（および随意にアンテナ１７）と同じ基板上、または同じ積層体内、たとえば共通基板２４上で、一体化され得る。そのような構成要素は、位相シフタ１（および随意に第１のアンテナ１７）を支持するかまたは含む基板または積層体、たとえば共通基板２４に、フリップチップボンディングされ得る。
【0155】
平面アンテナの例
また、図１１を参照すると、第１の例示的なアンテナアレイ（以下「第１のアンテナアレイ」）４５が示されている。
また、図１１を参照すると、第１の例示的なアンテナアレイ（以下「第１のアンテナアレイ」）４５が示されている。
【0156】
第１のアンテナアレイ４５は、矩形平面アンテナ４６の矩形アレイであり、その各々が、無線機１４のためのアンテナ１７のアレイ１６を提供し得る。矩形平面アンテナ４６は、基板４７上で支持される。基板４７は、車両、建築物などの窓上に第１のアンテナアレイ４５を搭載することを容易にするために透明であり得る。基板４７は、共通基板２４、および／または一体型デバイス構造２６の基板３７であり得る。
【0157】
矩形として示されているが、矩形平面アンテナ４６は正方形であり得る。矩形アレイ４５において示されているが、矩形平面アンテナ４６は、アレイの任意の（格子）タイプまたは形状に従って編成され得る。３×９アレイ４５が図１１に示されているが、矩形平面アンテナ４６のアレイ４５は、任意の数Ｍ、Ｎの行および／または列を含み得る。
【0158】
また、図１２を参照すると、第２の例示的なアンテナアレイ（以下「第２のアンテナアレイ」）４８が示されている。
【0159】
第２のアンテナアレイ４８は、リング（または「ループ」）平面アンテナ４９の正方形アレイであり、その各々が、無線機１４のためのアンテナ１７のアレイ１６を提供し得る。リング平面アンテナ４９は、矩形アンテナ４６と同じやり方で基板４７上で支持される。
【0160】
円形として示されているが、リング平面アンテナ４９は、任意の形状、たとえば、楕円形、正方形などをとり得る。正方形アレイ４８において示されているが、リング平面アンテナ４９は、アレイの任意の（格子）タイプまたは形状に従って編成され得る。４×４アレイ４８が図１２に示されているが、リング平面アンテナ４９のアレイ４８は、任意の数Ｍ、Ｎの行および／または列を含み得る。
【0161】
また、図１３を参照すると、第３の例示的なアンテナアレイ（以下「第３のアンテナアレイ」）５０が示されている。
【0162】
第３のアンテナアレイ５０は、ビバルディ平面アンテナ５１の矩形アレイであり、その各々が、無線機１４のためのアンテナ１７のアレイ１６を提供し得る。ビバルディアンテナは指向性であり、各ビバルディ平面アンテナ５１が、放出方向（図示された軸を使用して正のｘ方向）に平行な方向において中心を合わせられたメインローブをもつ放射パターンを放出する。ビバルディ平面アンテナ５１は、矩形アンテナ４６および／またはリングアンテナ４９と同じやり方で基板４７上で支持される。
【0163】
矩形アレイ５０において示されているが、ビバルディ平面アンテナ５１は、アレイの任意の（格子）タイプまたは形状に従って編成され得る。４×３アレイ５０が図１３に示されているが、ビバルディ平面アンテナ５１のアレイ５０は、任意の数Ｍ、Ｎの行および／または列を含み得る。
【0164】
また、図１４を参照すると、第４の例示的なアンテナアレイ（以下「第４のアンテナアレイ」）５２が示されている。
【0165】
ビバルディ平面アンテナ５１などの平面内指向性平面アンテナを使用するとき、それらのアンテナは、すべて同じ方向に配向される必要があるとは限らない。第４のアンテナアレイ５２は、ビバルディアンテナの半分５１ａが、一方の方向（図示の軸に関して正のｘ）において放出するように配向され、その残り５１ｂが、反対方向（図示の軸に関して負のｘ）において放出するように配置されるという点で、第３のアンテナアレイ５０とは異なる。２つの配向は、相互貫入（ｉｎｔｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ）格子で配置される（矩形であり、２つのアンテナモチーフと中心を合わせられる。本明細書でのモチーフは、結晶学および他のタイプの繰返し／モザイク式パターンから知られる意味を有するが、ここでは、格子点に対するアンテナの配置を指す）。ビバルディ平面アンテナ５１は、平行／逆平行であることに限定されず、所与のアレイが、任意の方向において配向され、任意の数のアンテナを含むモチーフをもつ格子に従って配置される、ビバルディ平面アンテナ５１を含み得る。
【0166】
第１～第４のアレイ４５、４８、５０、５２およびそれぞれのタイプのアンテナ４６、４９、５１の例は、網羅的でなく、概して、アンテナ１７のアレイ１６は、任意の好適なタイプの平面アンテナを含み得るか、または２つまたはそれ以上のタイプの平面アンテナの組合せを含み得る。
【0167】
無線信号を中継または再ブロードキャストするように構成された無線機
再び図５を参照すると、無線機１４は、受信された無線信号１８を中継または再ブロードキャストするように構成され得る。
再び図５を参照すると、無線機１４は、受信された無線信号１８を中継または再ブロードキャストするように構成され得る。
【0168】
たとえば、無線機１４は、入射方向θ１からの無線信号１８を受信するためにビームフォーミングのために位相シフタ１を使用し得るか、または位相シフタ１をアクティブに使用せず、単に、ビームフォーミングなしで受信し得る。後者のオプションは、ソースへの入射方向θ１へのビームフォーミングと比較して、より低い相対的信号強度を有し得るが、いくつかの場合には、入射方向θ１は、事前に知られていないことがある。無線信号１８を受信したことに応答して、無線機１４は、ビームフォーミングのために位相シフタ１を使用して送信方向θ２において再送信／再ブロードキャストし得る。送信方向θ２が、設置の間に事前設定または事前較正され得るか、あるいは動的構成のために無線信号１８自体中に含まれ得る。このようにして、無線機１４は、アンテナ１７の単一のアレイ１６を使用して受信と再送信とを時間多重化し得る。
【0169】
別の実装形態では、アンテナ１７の単一のアレイ１６が、（別個のブロック、相互貫入格子などにおいて）２つのグループに分割され得る。アンテナ１７の第１のグループが、受信のために使用され得、第２のグループ（たとえば第１のグループの補集合）が、再送信のために使用される。位相シフタ１構成は、個々の位相を制御することが可能であり、したがって、異なるブロック／領域、さらには、相互貫入アレイを制御するために使用されて、アンテナのそのようなグループの独立した動作を提供し得る。そのような構成は、受信された無線信号１８のほぼ即時の（信号伝搬遅延のみの）再送信を可能にし得る。
【0170】
代替的に、さらなる実装形態（図示せず）では、上記は、第２の位相シフタ（図示せず）を含み得、第２の位相シフタは、第２のアンテナ（図示せず）の第２のアレイ（図示せず）を無線周波数トランシーバ回路１５に（または、示されていない、別個の、第２の無線周波数トランシーバ回路に）接続することを除いて、（第１の）位相シフタ１と同等である。第２のアンテナ（図示せず）の第２のアレイ（図示せず）は、（第１の）アンテナ１７の（第１の）アレイ１６について説明された何らかのやり方で構成され得る。このようにして、（第１の）位相シフタ１は、第１のフェーズドアレイとして（第１の）アレイ１６を制御するために使用され得、第２の位相シフタ（図示せず）は、第２のフェーズドアレイとして第２のアレイ（図示せず）を制御するために使用される。そのような構成は、受信された無線信号１８のほぼ即時の（信号伝搬遅延のみの）再送信を可能にし得る。
【0171】
無線機のシステム
また、図１５を参照すると、互いと協調するように構成されたいくつかの無線機１４を含むシステム５３が示されている。
また、図１５を参照すると、互いと協調するように構成されたいくつかの無線機１４を含むシステム５３が示されている。
【0172】
システム５３は、本明細書で説明されるいくつかの、示されているように９個の、無線機１４を含む。各無線機１４が、システム５３の一部を形成する各他の無線機１４とビームフォーミングを協調させるように構成される。無線機は、概ね同じ近傍に、たとえば、すべてが２００ｍ圏内に、または各々がシステム５３の別の無線機１４の２００ｍ以内に位置する。互いとの無線機１４の協調は、ワイヤードおよび／またはワイヤレスネットワーク（図示せず）を介した接続によって達成され得る。ワイヤレスネットワークが使用されるとき、それは、受信されることになる無線信号１８および／または送信機と同じ周波数帯域、あるいはまったく異なる周波数帯域において動作し得る。
【0173】
システム５３は、随意に、無線機１４の間でビームフォーミングを協調させるように構成された中央制御ユニット（図示せず）を含み得る。中央制御ユニット（図示せず）は、別個の、専用デバイスとして実装され得るが、等しく、無線機１４のうちの１つによって（たとえばコントローラ６によって）提供され得る。代替的に、各無線機１４が、コントローラ６または相当するデータ処理デバイスを含み得、無線機の間のビームフォーミングの協調が、２つまたはそれ以上の無線機１４のコントローラ６を使用して、分散的な様式で実行され得る。
【0174】
システム５３は、無線機１４のうちの２つまたはそれ以上の受信および／または送信を、携帯電話または同様のポータブルデバイスなど、第１の外部ソース５４ａに向けるために、それらの無線機のビームフォーミングを協調させるように構成される。たとえば、図１５に示されているように、無線機１４１、１４４、１４７および１４８が、第１の外部ソース５４ａに向けられたそれぞれの無線信号１８１、１８４、１８７、１８８を送信し得る。システム５３は、信号１８１、１８４、１８７、１８８が、第１の外部ソース５４ａに向けられるだけでなく、第１の外部ソース５４ａにおいて同相で到着するように、それぞれの位相シフタ１を使用して位相φを制御するために無線機１４１、１４４、１４７および１４８を協調させ得る。後者のオプションは、システムの無線機１４間のクロックの良好な同期と、また、各無線機１４のロケーションの較正とを必要とする。異なる無線機１４間の経路長差が、ビームフォーミング方向θと無線機１４の較正された相対ロケーションとの暗示される交点から推論され得るので、第１の外部ソース５４ａのロケーションの正確な知識は必要でない。
【0175】
協調の代替の形態は、外部ソース５４ａと通信するための最も強い信号をどの無線機１４が有するかを決定することと、次いで、その外部ソース５４ａに信号１８を送信するためにその無線機１４のみを使用することとである。これは、異なる無線機１４間の信号クラッシュを回避するのを、２つまたはそれ以上が、同じ外部ソース５４ａと同時に通信することを試みるのを防ぐことによって、助け得る。
【0176】
システム５３の無線機１４のすべてが、同じ外部ソース５４ａと通信する必要があるとは限らない。システムは、無線機１４が、少なくとも２つの空間的に分離された外部ソース５４ａ、５４ｂに向けたビームフォーミングを協調させ得るように、構成され得る。たとえば、図１５に示されているように、無線機１４１、１４４、１４７および１４８が、第１の外部ソース５４ａに向けられたそれぞれの無線信号１８１、１８４、１８７および１８８を送信し、残りの無線機１４２、１４３、１４５、１４６および１４９が、第２の外部ソース５４ｂに向けられたそれぞれの無線信号１８２、１８３、１８５、１８６および１８９を送信する。
【0177】
システム５３を形成する無線機１４は、構造物５５、たとえば、建築物、または建築物の壁、窓などによって支持され得る。いくつかの例では、構造物５５は、バス待合所、ランプポスト、または街路備品の任意の他のアイテムであり得る。システム５３に属する無線機１４は、２つまたはそれ以上の別個の構造物５５（上記で説明された何らかの意味を有する各構造物）によって支持され得る。
【0178】
図１５では正方形／矩形アレイで配置されて示されているが、無線機１４は、任意の他のタイプのアレイで配置され得るか、またはアレイで配置される必要がまったくない。無線機１４間の位相を協調させるために、規則的な配置は必要とされず、それらの無線機１４の相対ロケーションの知識のみが必要とされる。
【0179】
オーディオビームフォーミング
位相シフタ１が、オーディオ周波数信号に位相シフトφｋを適用するように構成され得る。
位相シフタ１が、オーディオ周波数信号に位相シフトφｋを適用するように構成され得る。
【0180】
また、図１６を参照すると、オーディオデバイス５６が位相シフタ１を含む。
【0181】
オーディオデバイス５６は、位相シフタ１を介してＫ個のオーディオトランスデューサ５８１、．．．、５８ｋ、．．．、５８Ｋ（たとえばスピーカーおよび／またはマイクロフォン）に接続されたオーディオ周波数トランシーバ回路５７を含む。各オーディオトランスデューサ５８ｋが、位相シフタ１のそれぞれの信号チャネルＣｈｋを介してオーディオトランシーバ回路５７に接続される。
【0182】
位相シフタ１は、オーディオ周波数信号、たとえば、２０Ｈｚから２０ｋＨｚの間の、および２０Ｈｚと２０ｋＨｚとを含む、周波数を有する信号のために構成される。この構成は、主に、上記で説明されたように可変キャパシタンスＣ（Ｖ）のサイズおよび範囲によって提供される。オーディオトランスデューサ５８の例は、コーンスピーカー／マイクロフォン、圧電スピーカー／マイクロフォンなどを含む。
【0183】
オーディオ周波数トランシーバ回路５７は、音の受信および／または放出のためにビームフォーミングを実施することによって、フェーズドアレイとしてオーディオトランスデューサ５８１、．．．、５８Ｋを制御するように構成される。このようにして、指向性オーディオデバイス５６は、無線信号のビームフォーミングに類似する様式（単に、媒体および典型的な周波数／波長の差）で、指向性マイクロフォンおよび／または指向性音を提供し得る。たとえば、オーディオ周波数トランシーバ回路５７回路は、制御信号５９を位相シフタ１に送り得る。制御信号５９は、位相画像９および／または命令１１を送ることを含む、位相シフタ１の構成に応じた任意の好適な形態をとり得る。一例として、命令１１は、所望のビームフォーミング角度θを識別し得、位相シフタ１は、対応する位相画像９（または任意の機械可読フォーマットにおいて記憶された対応する電圧Ｖｎ，ｍ）を取り出すためにルックアップテーブルを使用し得る。
【0184】
オーディオデバイス５６は、指向性オーディオ出力および指向性マイクロフォン入力をコンカレントにサポートするように構成され得る。たとえば、位相シフタ１のサブアレイによって制御された別個のビームフォーミングにより、オーディオトランスデューサ５８の一部がスピーカーを提供し得、他のもの５８がマイクロフォンを提供する。代替的に、オーディオデバイス５６は、第２の位相シフタ１と、オーディオトランスデューサ５８の対応する第２のグループ／セット／アレイとを含み得る。
【0185】
オーディオデバイス５６は、上記で説明された無線機１４の任意の特徴に類似する特徴を含み得る。
【0186】
超音波ビームフォーミング
位相シフタ１が、超音波信号に位相シフトφｋを適用するように構成され得る。
位相シフタ１が、超音波信号に位相シフトφｋを適用するように構成され得る。
【0187】
また、図１７を参照すると、超音波デバイス６０が位相シフタ１を含む。
【0188】
超音波デバイス６０は、位相シフタ１を介してＫ個の超音波トランスデューサ６２１、．．．、６２ｋ、．．．、６２Ｋ（たとえばセラミックまたはポリマーベース圧電トランスデューサ）に接続された超音波周波数トランシーバ回路６１を含む。各超音波トランスデューサ６２ｋが、位相シフタ１のそれぞれの信号チャネルＣｈｋを介して超音波周波数トランシーバ回路６１に接続される。
【0189】
位相シフタ１は、超音波周波数信号、たとえば、２０ｋＨｚから１８ＭＨｚの間の、および２０ｋＨｚと１８ＭＨｚとを含む、周波数を有する信号のために構成される。この構成は、主に、上記で説明されたように可変キャパシタンスＣ（Ｖ）のサイズおよび範囲によって提供される。超音波トランスデューサ６２の例は、セラミックまたはポリマー圧電材料を使用して形成された圧電トランスデューサを含む。超音波トランスデューサ６２は、指向性であるように構成され得、位相シフタ１によって提供されるビームフォーミングは、そのようなトランスデューサの本有的な指向性のさらなる改良を提供し得る。
【0190】
超音波周波数トランシーバ回路６１は、超音波（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｓｏｕｎｄ ｗａｖｅ）の受信および／または放出のためにビームフォーミングを実施することによって、フェーズドアレイとして超音波トランスデューサ６２１、．．．、６２Ｋを制御するように構成される。このようにして、超音波デバイス６０は、無線信号のビームフォーミングに類似する様式（単に、媒体および典型的な周波数／波長の差）で、指向性超音波プローブを提供し得る。たとえば、超音波周波数トランシーバ回路６１回路は、制御信号６３を位相シフタ１に送り得る。制御信号６３は、位相画像９および／または命令１１を送ることを含む、位相シフタ１の構成に応じた任意の好適な形態をとり得る。一例として、命令１１は、所望のビームフォーミング角度θを識別し得、位相シフタ１は、対応する位相画像９（または任意の機械可読フォーマットにおいて記憶された対応する電圧Ｖｎ，ｍ）を取り出すためにルックアップテーブルを使用し得る。
【0191】
超音波デバイス６０は、限定はしないが、非破壊材料試験（クラックを検出／画像化することなど）、範囲および／または方向探知、医療走査／画像化、材料を操作および／または修正すること（たとえば腎結石の破壊）などを含む、超音波が適用できる広範囲の適用例のために使用され得る。
【0192】
超音波デバイス６０は、超音波のパルスまたはバーストを放出することと、その後、受信モードに切り替わって、反射された超音波を聴取することとを行うように構成され得る。代替的に、超音波デバイス６０は、指向性送信および受信をコンカレントにサポートするように構成され得る。たとえば、位相シフタ１のサブアレイによって制御された別個のビームフォーミングにより、超音波トランスデューサ６２の一部が放出し得、他のものが受信する。代替的に、超音波デバイス６０は、第２の位相シフタ１と、超音波トランスデューサ６２の対応する第２のグループ／セット／アレイとを含み得る。
【0193】
超音波デバイス６０は、上記で説明された無線機１４の任意の特徴に類似する特徴を含み得る。
【0194】
修正
上記で説明された実施形態に対して多くの修正が行われ得ることが諒解されよう。そのような修正は、位相シフタ、無線機、オーディオデバイスおよび／または超音波デバイスの設計、製造および使用においてすでに知られており、本明細書ですでに説明された特徴の代わりにまたはそれらの特徴に加えて使用され得る、等価な特徴および他の特徴を伴い得る。一実施形態の特徴が、別の実施形態の特徴によって置き換えられるかまたは補足され得る。
上記で説明された実施形態に対して多くの修正が行われ得ることが諒解されよう。そのような修正は、位相シフタ、無線機、オーディオデバイスおよび／または超音波デバイスの設計、製造および使用においてすでに知られており、本明細書ですでに説明された特徴の代わりにまたはそれらの特徴に加えて使用され得る、等価な特徴および他の特徴を伴い得る。一実施形態の特徴が、別の実施形態の特徴によって置き換えられるかまたは補足され得る。
【0195】
本出願では特許請求の範囲が特徴の特定の組合せに対して規定されたが、本発明の本開示の範囲は、いずれかの請求項において今回請求されるものと同じ発明に関するか否かにかかわらず、および本発明が軽減するものと同じ技術的問題のいずれかまたはすべてを軽減するか否かにかかわらず、明示的にまたは暗示的にのいずれかで、本明細書で開示される任意の新規の特徴または特徴の任意の新規の組合せ、あるいはそれらの任意の一般化をも含むことを理解されたい。本出願人は、本出願のまたは本出願から派生した任意のさらなる出願の審査過程中に、そのような特徴および／またはそのような特徴の組合せに対して新たな請求項が規定され得ることを本明細書によって通知する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【国際調査報告】