特表 2025-502255 一体型伝導体を有する電気機械アセンブリ

(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】2025-01-24

(54)【発明の名称】一体型伝導体を有する電気機械アセンブリ

(51)【国際特許分類】

   H01P 3/06 20060101AFI20250117BHJP

   H01Q 21/00 20060101ALI20250117BHJP

【ＦＩ】

H01P3/06

H01Q21/00

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024541962

(86)(22)【出願日】2022-11-29

(85)【翻訳文提出日】2024-07-12

(86)【国際出願番号】 US2022051132

(87)【国際公開番号】W WO2023140930

(87)【国際公開日】2023-07-27

(31)【優先権主張番号】63/300,389

(32)【優先日】2022-01-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/658,344

(32)【優先日】2022-04-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524059674

【氏名又は名称】レイセオン カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】110004381

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＴＯＨ

(72)【発明者】

【氏名】ファヴロー，チャニング，ペイジ

(72)【発明者】

【氏名】ギルバート，アレクサンダー

(72)【発明者】

【氏名】シキナ，トマス ヴイ．

【テーマコード（参考）】

5J014

5J021

【Ｆターム（参考）】

5J014BA03

5J021AA06

5J021GA07

(57)【要約】

方法及び装置は、伝導材料を含むハウジング、ハウジングを通して延在する伝導体、及び伝導体を少なくとも部分的に取り囲む誘電材料を含むハウジングアセンブリのためのものである。ハウジングの部分は、伝導体、誘電体、及びハウジングの部分がハウジングを通るチャネルを形成するように伝導体を取り囲み得る。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

伝導材料を含むハウジングと、
前記ハウジングを通して延在する伝導体と、
前記伝導体を少なくとも部分的に取り囲む誘電材料であって、前記ハウジングの部分は前記伝導体を取り囲むことで、前記伝導体、前記誘電体、及び前記ハウジングの前記部分は前記ハウジングを通るチャネルを形成する、前記誘電材料と、
を含む、ハウジングアセンブリ。

【請求項2】

前記第一チャネルは同軸伝送線路を含む、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項3】

前記ハウジングはプリントされる、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項4】

前記ハウジングはコンフォーマルアンテナアレイの一部を形成する、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項5】

前記ハウジング上にコンフォーマルに取り付けられた回路基板をさらに含む、請求項４に記載のアセンブリ。

【請求項6】

前記ハウジングは半球形状を有する、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項7】

前記ハウジングは円筒形状を有する、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項8】

前記ハウジングは接地される、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項9】

前記ハウジングは熱散逸経路を設ける、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項10】

前記ハウジングを通る前記伝導体の経路は、非直線であり、前記伝導体のために選択された長さを達成するように選択される、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項11】

前記ハウジングを通る前記伝導体の経路は、非直線であり、位相性能のために選択される、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項12】

前記ハウジングを通る前記伝導体の経路は、非直線であり、損失性能のために選択される、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項13】

前記ハウジングは、一連のファセットを有する表面を含み、それぞれの回路カードは前記ファセット上に取り付けられ、それぞれの前記チャネルは前記回路カードに接続される、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項14】

前記ハウジングは、前記アセンブリの熱的性能を向上させるための構造部材をさらに含む、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項15】

前記ハウジングは、前記ハウジングの構造強度を向上させるための構造部材をさらに含む、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項16】

前記伝導体の端部は、回路基板にスルーホールはんだ付けインタフェースを設ける、請求項１に記載のアセンブリ。

【請求項17】

伝導材料を含むハウジングを用いることと、
前記ハウジングを通して延在する伝導体を用いることと、
前記伝導体を少なくとも部分的に取り囲む誘電材料を用いることであって、前記ハウジングの部分は前記伝導体を取り囲むことで、前記伝導体、前記誘電体、及び前記ハウジングの前記部分は前記ハウジングを通るチャネルを形成する、前記用いることと、
を含む、方法。

【請求項18】

前記ハウジングはプリントされる、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記ハウジングはコンフォーマルアンテナアレイの一部を形成する、請求項１７に記載の方法。

【請求項20】

前記ハウジング上にコンフォーマルに取り付けられた回路基板を用いることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

当技術分野で知られているように、電気機械アセンブリは電気相互接続を必要とする。アセンブリでは、サイズが縮小し、集積度が向上すると、相互接続が限定要因になり得る。多種多様な相互接続及びコネクタを使用して、所望の信号経路を設けることができる。例えば、従来のシステムでは、ケーブル及びコネクタは、自立して配線されるか、ケーブルタイでタイダウンされるかいずれかであり得る。

【発明の概要】

【0002】

本開示の例示的な実施形態は、ＤＣ及びＲＦケーブルチャネルなど、一体型ケーブルチャネルを有する電気機械ハウジングアセンブリのための方法及び装置を提供する。いくつかの実施形態では、ハウジングは３Ｄプリントされる。いくつかの実施形態では、伝導性チャネルは、同軸ＲＦケーブルの外部接地伝導体として、及びＤＣ／ロジックケーブルのシールドとして使用される。ケーブル構造体とハウジングとの間の直接接触は、ハウジングへの熱的接続として機能し、パワー処理を改善する。ケーブル長、位相、損失などを制御するだけでなく、組み立てを単純化し、誤配線の尤度を低下させるために、多種多様な所望の複雑な幾何学的形状を実現することができる。さらに、本開示の実施形態は、高い相互接続密度を有する高周波アレイを可能にする技術を提供することができる。いくつかの実施形態では、チャネルは、高性能の同軸伝送線路として機能することができる。

【0003】

一態様では、ハウジングアセンブリは、伝導材料を含むハウジングと、ハウジングを通して延在する伝導体と、伝導体を少なくとも部分的に取り囲む誘電材料とを含み、ハウジングの部分は伝導体を取り囲むことで、伝導体、誘電体、及びハウジングの部分はハウジングを通るチャネルを形成する。

【0004】

ハウジングアセンブリは、以下の特徴、すなわち、第一チャネルは同軸伝送線を含むこと、ハウジングはプリントされること、ハウジングはコンフォーマルアンテナアレイの一部を形成すること、回路基板はコンフォーマルにハウジング上に取り付けられること、ハウジングは半球形状を有すること、ハウジングは円筒形状を有すること、ハウジングは接地されること、ハウジングは熱散逸経路を設けること、ハウジングを通る伝導体の経路は非直線（non-linear）であり、伝導体に選択された長さを達成するように選択されること、ハウジングを通る伝導体の経路は非直線であり、位相性能のために選択されること、ハウジングを通る伝導体の経路は非直線であり、損失性能のために選択されること、ハウジングは一連のファセットを有する表面を含むこと、それぞれの回路カードはファセット上に取り付けられること、それぞれのチャネルは回路カードに接続されること、ハウジングはアセンブリの熱的性能を高めるための構造部材をさらに含むこと、ハウジングはハウジングの構造強度を向上させるための構造部材をさらに含むこと、及び／または伝導体の端部は回路基板へのスルーホールはんだ付けインタフェースを設けることのうちの１つまたは複数をさらに含むことができる。

【0005】

別の態様では、方法は、伝導材料を含むハウジングを用いること、ハウジングを通して延在する伝導体を用いること、伝導体を少なくとも部分的に取り囲む誘電材料を用いることを含み、ハウジングの部分は伝導体を取り囲むことで、伝導体、誘電体、及びハウジングの部分はハウジングを通るチャネルを形成する。

【0006】

方法は、以下の特徴、すなわち、第一チャネルは同軸伝送線を含むこと、ハウジングはプリントされること、ハウジングはコンフォーマルアンテナアレイの一部を形成すること、回路基板はコンフォーマルにハウジング上に取り付けられること、ハウジングは半球形状を有すること、ハウジングは円筒形状を有すること、ハウジングは接地されること、ハウジングは熱散逸経路を設けること、ハウジングを通る伝導体の経路は非直線であり、伝導体に選択された長さを達成するように選択されること、ハウジングを通る伝導体の経路は非直線であり、位相性能のために選択されること、ハウジングを通る伝導体の経路は非直線であり、損失性能のために選択されること、ハウジングは一連のファセットを有する表面を含むこと、それぞれの回路カードはファセット上に取り付けられること、それぞれのチャネルは回路カードに接続されること、ハウジングはアセンブリの熱的性能を高めるための構造部材をさらに含むこと、ハウジングはハウジングの構造強度を向上させるための構造部材をさらに含むこと、及び／または伝導体の端部は回路基板へのスルーホールはんだ付けインタフェースを設けることのうちの１つまたは複数をさらに含むことができる。

【0007】

本開示の前述の特徴、ならびに本開示自体は、図面の以下の記述からより十分に理解され得る。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】一体型ケーブルを有するハウジングアセンブリの部分切り欠き側面図である。

【図1B】一体型ケーブルを有するハウジングアセンブリの第一等角図である。

【図1C】一体型ケーブルを有するハウジングアセンブリの第二等角図である。

【図2A】図１ＡのハウジングアセンブリのＳモードパラメータのグラフ表現である。

【図2B】図１ＡのハウジングアセンブリのＥ場のグラフ表現である。

【図3】ケーブル用の溝部を有する伝導性円筒形ハウジングの等角図である。

【図4A】一体型チャネルを有するハウジングアセンブリの等角図である。

【図4B】一体型チャネルを有するハウジングアセンブリの断面図である。

【図4C】一体型チャネルを有するハウジングアセンブリの特定の特徴が取り除かれている断面図である。

【図5】一体型ケーブル及び構造部材を有するハウジングアセンブリの切り欠き等角図である。

【図6】Ａは、回路基板に相互接続された一体型ケーブルを有するハウジングアセンブリの等角図である。Ｂは、回路基板へのケーブルの接続のさらなる詳細を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示の実施形態例を説明する前に、いくつかの情報を提供する。同軸ケーブルは、誘電材料によって内部伝導体から分離されたシールドを形成する同心伝導材料によって取り囲まれた内部伝導体を有するタイプの電気ケーブルを指す。保護シースまたはジャケットは同軸ケーブルの外層を形成することができる。同軸ケーブルは、比較的低損失で高周波電気信号を伝播するためのタイプの伝送線路とみなされることができる。同軸ケーブル配置では、伝播信号に対応する電磁場は、内部伝導体と外部伝導体との間の空間内のみに存在するため、同軸ケーブルは、電力損失なしに伝導性の物体及び材料の近くに位置していることができる。同様に、外部伝導体は、中心伝導体によって搬送される信号と外部信号が干渉することを防ぐ。通常、シールドの外側は接地電位に保たれ、信号搬送電圧は中心伝導体に印加される。

【0010】

一般に、同軸ケーブルの特性インピーダンスは、絶縁材料の比誘電率ならびに中心及び外部伝導体のサイズに対応する。ケーブル長が送信される信号の波長に匹敵する用途では、均一なケーブル特性インピーダンスは信号損失を最小にする。ソース及び負荷インピーダンスは、好ましい電力伝達及び定常波特性のためにケーブルインピーダンスに一致するように選択されてよい。

【0011】

特定の用途のニーズを満たすために任意の適切な誘電体を使用することができることが理解される。例示的な誘電体は、所望の動作特性を達成するために空気または他の気体を含み得る固体及び発泡体の誘電材料を含む。いくつかの実施形態では、誘電体は空気である。

【0012】

同軸ケーブルは、同軸接続を維持し、ケーブルと同じインピーダンスを与えるために終端部にコネクタを有する。コネクタは、通常、導電率が高い金属でコーティングされる。

【0013】

図１は、伝導性金属ハウジング１０２と、低損失で高絶縁の相互接続部を設けるために、誘電材料１０６内に少なくとも部分的に収容される伝導体１０４とを含む例示的なアセンブリ１００を示す。例示的な相互接続部は、ＲＦ信号、ＤＣ信号、デジタル論理信号などのために構成される。いくつかの実施形態では、伝導体１０４は、誘電材料１０６内に完全に収容される。他の実施形態では、伝導体１０４は、誘電材料内に完全に収容されていない。いくつかの実施形態では、同軸ケーブルは、伝導体１０４、誘電材料１０６、及び伝導性ハウジング１０２によって設けられるシールドまたは外部伝導体１０８を含む。いくつかの実施形態では、伝導体１０４は、ハウジング材料１０８内に完全に収容される。他の実施形態では、伝導体１０４は、ハウジング材料１０８内に完全に収容されていない。

【0014】

実施形態では、伝導体１０４、誘電体１０６、及びシールド１０８は、３Ｄプリントされたハウジング内に信号チャネルを設ける。３Ｄプリントを使用することで、従来のアセンブリよりもハウジングを形成するための自由度が高くなり、より優れた性能になる。

【0015】

この配置により、既存のハウジングにチャネルを追加することができ、追加のタイダウンポイントを必要とせずにケーブルを適所に固定することができる。ハウジング１０２が伝導性であるため、ハウジングは、ケーブルの全体サイズを縮小するように、同軸ケーブルの外部伝導体として機能することができる。実施形態では、チャネルは、高性能の同軸伝送線路として機能することができる。

【0016】

実施形態では、伝導体１０４は、ハウジング１０２内に一体化して形成され、伝導体内及びその周りで発生した熱を散逸させるための熱的経路を設ける。

【0017】

本開示の態様では、特定の用途のニーズを満たすために、それぞれのチャネルのケーブル長、位相、損失などを制御するために複雑な幾何学的形状を実現することができる。実施形態では、チャネルは、高周波及びコンフォーマルアレイのイネーブラとして多数の信号を搬送するのに役立つことができる。さらに、例示的なチャネルの実施形態は、アセンブリの誤配線の尤度を低下させ得る。

【0018】

図１Ａに最もよく見られるように、チャネルは、図１Ｃに示されるように、コンフォーマルアンテナアレイ１２０に相互接続されたそれぞれの伝導体１０４を含むことができる。本明細書で使用される場合、コンフォーマルアレイは、非平面基板の形状に適合するアレイを指す。例えば、コンフォーマルアレイは、飛行機の外面に適合し得る。

【0019】

実施形態では、チャネルは、標準的なコネクタ及びケーブルよりも良好に位相及び損失を整合させることができる。チャネルは、所望の性能に特異的な長さ及び形状に最適化されることができる。

【0020】

図２Ａは、図１ＡのハウジングアセンブリについてのモードＳ（１，１）２００及びＳ（２，１）の周波数に対するＳパラメータのプロットの例を示す。図２Ｂは、図１Ａの伝導体１０４、誘電体１０６、半球状ハウジング１０８の配置など、例示的なチャネルのグラフィカルＥ場の表示例を示す。

【0021】

図３は、円筒形の形状である伝導性ハウジング３００の例を示す。ハウジング３００は、ハウジングの長さに沿って、伝導体及び誘電材料を収容するように構成される溝部３０２を含む。溝部３０２によって、伝導性ハウジング３００の内面上にケーブルを配線することが可能になる。溝部３０２が特定の伝導体及び誘電体の配置を収容して、選択された特性を有するチャネルを形成するのに適した任意の幾何学的形状、位置、サイズなどを有することができることが理解される。

【0022】

図４Ａは一体型ケーブルを有するハウジングアセンブリ４００の等角図であり、図４Ｂは図４Ａのハウジングアセンブリ４００の等角断面図であり、図４Ｃはケーブルの外部伝導体が伝導性ハウジングによって設けられていない、図４Ｂのハウジングアセンブリの等角断面図である。

【0023】

図示の実施形態では、ハウジング４０２は、８つのファセット４０４及び１つの底面４０８を備えた頂部を含む。それぞれの回路カードアセンブリ（ＣＣＡ）４１０は、ファセット４０４のそれぞれの上に取り付けられる。さらなるＣＣＡ（図示せず）は、ハウジングの底面４０８に取り付けられることができる。

【0024】

ＣＣＡ４１０の少なくともいくつかは、ハウジングの底面４０８上の回路基板に相互接続される。図示の実施形態では、それぞれのチャネルは、誘電材料４１２によって取り囲まれたケーブル（図示せず）と、伝導性ハウジング４０２と同じ材料によって設けられたシールド４１４とを含む。

【0025】

実施形態では、ハウジング４０２は、伝導材料を使用して、チャネルのファセット４０４、側部４１６、及び外部伝導体／ケーブルシールド４１４を形成するように３Ｄプリントされることができる。チャネルは、例えば、アンテナアレイに多数の高周波信号を搬送することができる。いくつかの実施形態では、アレイはコンフォーマルアレイを含むことができる。ケーブルはハウジングに挿入される、及び／または埋め込まれることができると、誤配線接続部が減少し、または排除され、組み立てが容易になることができる。

【0026】

図５は、従来のケーブル配置と比較して改善された性能を提供するために、位相及び損失を整合させる形状に作られ、整合させるように構成された一体型チャネル５０２を有するハウジングアセンブリ５００を示す。チャネル５０２は、所望の性能特性の最適化のための長さ及び形状を有することができる。

【0027】

ハウジングと同じ伝導材料を含むことができるチャネル壁部は、システムの残りの部分に熱インタフェースを設ける。いくつかの実施形態では、構造部材５０４は、構造上の支持及び熱性能を高めることができる。

【0028】

所望の構造性能特性、熱性能特性、及び／または電気性能特性を達成するのに適した任意の幾何学的形状で任意の実際的な数の支持部材を使用することができることが理解される。例えば、図示の実施形態では、チャネル５０２は、一端または両端でフレア５０６になることができる。

【0029】

図６Ａは、プリント配線基板など、回路基板６０２へのインタフェースを設けることができる一体型ケーブルを有するハウジングアセンブリ６００の等角図である。図６Ｂは、回路基板へのインタフェースのさらなる詳細を示す。

【0030】

図示の実施形態では、プリント配線基板（ＰＷＢ）６０２は、半球状ハウジング６０４にコンフォーマルに取り付けられる。上記のように、誘電材料６０８によって包囲された伝導体６０６は、ハウジング６０４を通過することができる。伝導体６０６は、ハウジングの表面から上方に延出することができる。実施形態では、伝導体６０６は、ＰＷＢ６０２へのスルーホールはんだ付けインタフェースとして使用される。

【0031】

図６Ｂに最もよく示されるように、伝導体６０６の一部分はＰＷＢ６０２を通して延在する。はんだフィレット６１０及びはんだビアパッド６１２は、ＰＷＢ６０２への接続部を設ける。この配置により、回路カードは、回路基板内のスルーホール内にはんだ付けされたワイヤによってハウジング上に設置されることができる。

【0032】

高度に一体化された電気機械アセンブリが望ましい、一体型ケーブルを有するアセンブリの実施形態が、レーダーアンテナフィードライン、コンピュータネットワーク接続、デジタルオーディオ、ストリーミング構成、セルラーネットワーク接続、車両などのような多種多様な用途に適用可能であることが理解される。

【0033】

本開示の例示的な実施形態を説明してきたが、当業者には、それらの概念を組み込んだ他の実施形態も使用し得ることが明らかになるであろう。本明細書に含まれる実施形態は、開示される実施形態に限定されるべきではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲によってのみ限定されるべきである。本願明細書において引用されるすべての出版物及び参照文献は、その全体が参照によって本願明細書に明示的に組み込まれているものとする。

【0034】

本願明細書において記載されている異なる実施形態の要素を組み合わせて、具体的に上記に記載されていない他の実施形態を形成してもよい。単一の実施形態の文脈で記載されている様々な要素は、別々に、または任意の適切な下位の組み合わせでも提供してもよい。本明細書に具体的に説明されていない他の実施形態も、以下の特許請求の範囲の範囲内である。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】