BR112021003639A2

BR112021003639A2 - matriz de antenas, e, placa de circuito impresso multicamadas

Info

Publication number: BR112021003639A2
Application number: BR112021003639-3A
Authority: BR
Inventors: Frederic Bongard
Original assignee: Viasat, Inc.
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2021-05-18
Also published as: AU2019330623A1; US20240021983A1; US20200313292A1; US20230019123A1; ES2968673T3; EP3827476A1; IL281119B1; EP4304017A3; SG11202101866PA; EP3827476C0; EP4304017A2; JP7500543B2; US10553940B1; US11688938B2; US20200136248A1; IL281119A; JP2021536684A; CN112703638A; CA3111490A1; CN112703638B

Abstract

MATRIZ DE ANTENAS, E, PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO MULTICAMADAS. Uma matriz de antenas que pode incluir uma pluralidade de células de antena posicionadas em um sistema global de coordenadas da matriz de antenas. Cada célula de antena da pluralidade de células de antena tem um respectivo sistema local de coordenadas e pode incluir um elemento irradiante tendo um ângulo de rotação predeterminado definido no sistema global de coordenadas e uma porta de antena acoplada ao elemento irradiante, sendo que a porta de antena é posicionada em um conjunto específico de coordenadas no respectivo sistema local de coordenadas. O conjunto específico de coordenadas da porta de antena de cada célula de antena da pluralidade de células de antena pode ser igual.

Description

1 / 41 MATRIZ DE ANTENAS, E, PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO

MULTICAMADAS CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere, em geral, a antenas e, mais particularmente, a uma matriz de antenas com elementos irradiantes girados.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Uma matriz de antenas (ou antena de matriz) é um conjunto de múltiplos elementos irradiantes que trabalham juntos como uma única antena para transmitir ou receber ondas de rádio. Os elementos irradiantes individuais (frequentemente chamados simplesmente de "elementos") podem ser conectados a um receptor e/ou transmissor por um circuito que aplica amplitude e/ou ajuste de fase adequados de sinais recebidos e/ou transmitidos pelos elementos irradiantes. Quando usadas para transmissão, as ondas de rádio irradiadas por cada elemento irradiante individual se combinam e se sobrepõem umas às outras, somando-se (interferindo construtivamente) para acentuar a energia irradiada em direções desejadas, e cancelando-se (interferindo destrutivamente) para reduzir a energia irradiada em outras direções. De modo similar, quando usados para recepção, os sinais recebidos separados dos elementos irradiantes individuais são combinados com a relação adequada de amplitude e/ou fase para acentuar os sinais recebidos das direções desejadas e cancelar os sinais de direções indesejadas.

[003] Uma matriz de antenas pode alcançar um ganho (diretividade) elevado com um feixe mais estreito de ondas de rádio do que pode ser conseguido por uma única antena. Em geral, quanto maior o número de elementos de antena individuais usados, maior o ganho e mais estreito o feixe. Algumas matrizes de antenas (como radares de matriz em fase) podem ser compostos de milhares de antenas individuais. As matrizes podem ser usadas para obtenção de ganho mais alto (o que aumenta a confiabilidade da comunicação), para cancelar interferência proveniente de direções específicas,

2 / 41 para direcionar o feixe de rádio eletronicamente para apontar em diferentes direções e para encontrar a direção de rádio.

SUMÁRIO

[004] Um exemplo se refere a uma matriz de antenas que pode incluir uma pluralidade de células de antena posicionadas em um sistema global de coordenadas da matriz de antenas. Cada célula de antena da pluralidade de células de antena tem um respectivo sistema local de coordenadas e pode incluir um elemento irradiante tendo um ângulo de rotação predeterminado definido no sistema global de coordenadas e uma porta de antena acoplada ao elemento irradiante, sendo que a porta de antena é posicionada em um conjunto específico de coordenadas no respectivo sistema local de coordenadas. O conjunto específico de coordenadas da porta de antena de cada célula de antena da pluralidade de células de antena pode ser igual. Adicionalmente, o ângulo de rotação predeterminado do elemento irradiante de uma primeira célula de antena da pluralidade de células de antena é um primeiro ângulo de rotação no sistema global de coordenadas. O ângulo de rotação predeterminado do elemento irradiante de uma segunda célula de antena da pluralidade de células de antena pode ser um segundo ângulo de rotação no sistema global de coordenadas. O segundo ângulo de rotação pode ser diferente do primeiro ângulo de rotação.

[005] Um outro exemplo se refere a uma placa de circuito impresso (PCB, "printed circuit board") de múltiplas camadas que pode incluir uma camada de formação de feixes tendo uma pluralidade de trilhas que formam uma rede de formação de feixes (BFN, "beam-forming network"), sendo que a rede de formação de feixes é acoplada a uma pluralidade de portas de antena que formam vias que se estendem na direção contrária da rede de formação de feixes (BFN). A BFN pode incluir uma pluralidade de combinadores/divisores que convertem entre um sinal de entrada e uma pluralidade de subsinais. Cada subsinal da pluralidade de subsinais pode ter uma potência e uma matriz de

3 / 41 fases iguais. Cada subsinal da pluralidade de subsinais pode ser comunicado a uma porta de antena da pluralidade de portas de antena. A PCB de múltiplas camadas pode também incluir uma pluralidade de células de antena que são posicionadas em um sistema global de coordenadas da PCB de múltiplas camadas para formar um padrão de mosaico regular. Cada célula de antena da pluralidade de células de antena pode ter um respectivo sistema local de coordenadas. Cada célula de antena pode incluir uma camada irradiante que compreende um elemento irradiante que tem um ângulo de rotação predeterminado no sistema global de coordenadas. Cada célula de antena pode também incluir uma camada de linha de alimentação que pode ter uma linha de alimentação que acopla uma porta de antena correspondente da pluralidade de portas de antena ao elemento irradiante. Cada porta de antena pode cruzar com a camada de linha de alimentação em um conjunto específico de coordenadas no respectivo sistema local de coordenadas. O conjunto específico de coordenadas para cada célula de antena da pluralidade de células de antena pode ser igual. Adicionalmente, o ângulo de rotação predeterminado do elemento irradiante de uma primeira célula de antena da pluralidade de células de antena pode ser um primeiro ângulo de rotação no sistema global de coordenadas. O ângulo de rotação predeterminado do elemento irradiante de uma segunda célula de antena da pluralidade de células de antena pode ser um segundo ângulo de rotação no sistema global de coordenadas, sendo que o segundo ângulo de rotação pode ser diferente do primeiro ângulo de rotação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[006] A Figura 1 ilustra uma vista em planta de uma matriz de antenas com uma pluralidade de células de antena.

[007] A Figura 2 ilustra uma vista em planta de uma rede de formação de feixes (BFN) em comunicação com a matriz de antenas da Figura 1.

[008] A Figura 3 ilustra uma vista em planta estendida de uma BFN.

[009] A Figura 4 ilustra uma antena de matriz de uma rede de

4 / 41 formação de feixe (BFN).

[0010] A Figura 5 ilustra uma vista em planta de uma outra matriz de antenas com uma pluralidade de células de antena.

[0011] A Figura 6 ilustra uma vista em planta de uma outra BFN em comunicação com a matriz de antenas da Figura 5.

[0012] A Figura 7 ilustra uma outra vista em planta estendida de uma outra BFN.

[0013] A Figura 8 ilustra uma vista em planta de ainda uma outra matriz de antenas com uma pluralidade de células de antena.

[0014] A Figura 9 ilustra uma vista em planta de ainda uma outra BFN em comunicação com a matriz de antenas da Figura 8.

[0015] A Figura 10 ilustra uma vista em planta estendida de ainda uma outra BFN.

[0016] A Figura 11 ilustra uma vista empilhada de uma placa de circuito impresso de múltiplas camadas para implementar um sistema com uma matriz de antenas e uma BFN.

[0017] A Figura 12 ilustra um diagrama de blocos de um sistema que implementa uma matriz de antenas e uma BFN.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0018] Esta revelação descreve uma matriz de antenas com uma pluralidade de células de antena posicionadas em um sistema global de coordenadas, sendo que cada célula de antena tem seu próprio respectivo sistema local de coordenadas. Cada célula de antena na matriz de antenas pode ter um elemento irradiante (por exemplo, uma antena direcional tipo "patch" acoplada por fenda) com um ângulo de rotação predeterminado no sistema global de coordenadas. Além disso, cada célula de antena pode ter uma porta de antena que pode ser acoplada ao elemento irradiante correspondente. A porta de antena pode ser posicionada em um conjunto específico de coordenadas no respectivo sistema local de coordenadas. Em alguns exemplos, esse conjunto

5 / 41 específico de coordenadas pode ser o mesmo para cada respectivo sistema local de coordenadas das células de antena. Em outras palavras, em alguns exemplos, o ângulo de rotação de cada célula de antena na pluralidade de células de antena no sistema global de coordenadas não altera a posição da porta de antena em cada respectivo sistema local de coordenadas.

[0019] A porta de antena de cada célula de antena da pluralidade de células de antena pode ser acoplada a uma rede de formação de feixes (BFN) através de um chip de circuito integrado (IC), conforme explicado na presente invenção. Através do posicionamento de cada porta de antena nas mesmas coordenadas em cada sistema local de coordenadas, o design da BFN pode ser simplificado. Em particular, as posições das portas de antena podem ser regulares, de modo que a BFN possa ser projetada sistematicamente e independentemente do ângulo de rotação dos elementos irradiantes das células de antena. Adicionalmente, a rotação dos elementos de antena pode melhorar a pureza da polarização. Em outras palavras, a rotação dos elementos de antena aumenta a razão de um componente de polarização desejado em relação a um componente indesejado.

[0020] A Figura 1 ilustra uma vista em planta de um exemplo de uma matriz de antenas 100 com uma pluralidade de células de antena 102. A matriz de antenas 100 pode ser implementada, por exemplo, como uma antena de matriz faseada. As células de antena 102 podem ser dispostas em um padrão de mosaico regular. A matriz de antenas 100 pode ser formada em uma camada e/ou região superior de uma placa de circuito impresso (PCB) de múltiplas camadas, que pode ser alternativamente chamada de placa de fiação impressa (PWB, "printed wire boad") de múltiplas camadas. Para propósitos de simplificação da explicação, algumas camadas são omitidas e/ou ilustradas como sendo transparentes. No presente exemplo, há doze (12) células de antena 102, mas em outros exemplos, pode haver mais ou menos células de antena

102. De fato, em alguns exemplos, pode haver cem, mil ou mais células de

6 / 41 antena 102. Cada célula de antena das doze (12) células de antena é identificada como A a L. Consequentemente, uma dada célula de antena 102 pode ser identificada e referenciada especificamente. Por exemplo, uma primeira célula de antena 102 pode ser chamada de "célula de antena A 102", e uma oitava célula de antena pode ser chamada de "célula de antena H 102". As células de antena B a L 102 também podem ser chamadas dessa maneira.

[0021] No exemplo ilustrado, cada célula de antena 102 tem um formato hexagonal. Em outros exemplos, outros formatos podem ser usados para implementar a pluralidade de células de antena 102, incluindo formatos como quadrados, retângulos ou losangos que fornecem um mosaico regular.

[0022] A matriz de antenas 100 inclui um sistema global de coordenadas 104 que define uma posição global para toda a matriz de antenas

100. Mais particularmente, o sistema global de coordenadas 104 identifica uma posição relativa de cada célula de antena da pluralidade de células de antena

102. Cada uma das células de antena 102 pode ter um ângulo de rotação predeterminado no sistema global de coordenadas 104. Adicionalmente, cada uma das células de antena 102 pode incluir um elemento irradiante 106 com um ângulo de rotação predeterminado no sistema global de coordenadas 104 que pode ser diferente (ou igual) do ângulo de rotação da célula de antena 102 no sistema global de coordenadas 104. Em outras palavras, o ângulo de rotação no sistema global de coordenadas 104 do elemento irradiante 106 em uma dada célula de antena 102 pode ser selecionado independentemente do ângulo de rotação no sistema global de coordenadas 104 da célula de antena 102.

[0023] Cada célula de antena da pluralidade de células de antena 102 pode ter um ângulo de rotação predeterminado no sistema global de coordenadas 104. Adicionalmente, cada célula de antena 102 pode incluir um sistema local de coordenadas. No exemplo ilustrado na Figura 1, uma origem de cada sistema local de coordenadas é posicionada em um dado vértice da célula de antena correspondente 102. Como um exemplo, o sistema local de

7 / 41 coordenadas para a célula de antena A 102 é identificado como XA, YA para denotar os respectivos eixos X e Y para o sistema local de coordenadas da célula de antena A 102. As células de antena B a H são identificadas de maneira similar.

[0024] Conforme descrito na presente invenção, cada elemento irradiante 106 inclui uma pluralidade de componentes estruturais constituintes. Em particular, na matriz de antenas 100, cada elemento irradiante 106 pode incluir um número N de elementos de fenda 110, em que N é um número inteiro maior que ou igual a um (1) e um radiador patch metálico 114. Cada elemento de fenda 110 pode ter um formato de 'H' ou haltere. Além disso, embora no exemplo ilustrado e descrito o elemento irradiante 106 inclua o número N de elementos de fenda 110 e o radiador patch metálico 114, outros tipos de radiadores para o elemento irradiante 106 são possíveis. No exemplo ilustrado, há dois (2) elementos de fenda 110, que podem ser individualmente referenciados com um número subscrito. Mais particularmente, no exemplo ilustrado, cada elemento irradiante inclui um primeiro elemento de fenda 1101 e um segundo elemento de fenda 1102 que são orientados ortogonalmente um em relação ao outro. Em outras palavras, o primeiro elemento de fenda 1101 pode ter um ângulo de rotação predeterminado no sistema global de coordenadas 104 e o segundo elemento de fenda 1102 pode ser girado 90 graus em relação ao primeiro elemento de fenda 1101. Dessa forma, coletivamente, o primeiro elemento de fenda 1101 e a segunda antena de fenda 1102 podem ter um ângulo de rotação predeterminado no sistema global de coordenadas 104 que pode definir o ângulo de rotação predeterminado do elemento irradiante 106 para a célula de antena 102. Adicionalmente, em alguns exemplos, pode haver mais ou menos elementos de fenda 110 que o primeiro elemento de fenda 1101 e o segundo elemento de fenda 1102. O ângulo de rotação no sistema global de coordenadas 104 pode ser definido em relação a um elemento estrutural específico ou um conjunto de elementos de uma dada célula de antena

8 / 41 102, como, mas não se limitando a, uma porta 118 (ou múltiplas portas 118). De modo similar, em tal situação, o mesmo elemento estrutural específico ou conjunto de elementos em outras células de antena 102 pode ser usado para definir o ângulo de rotação das outras células de antena 102. Em outras palavras, o ângulo de rotação no sistema global de coordenadas 102 é definido da mesma maneira através de cada uma das células de antena A a L 102.

[0025] Em alguns exemplos, o ângulo de rotação no sistema global de coordenadas 104 para cada elemento irradiante 106 pode ser, por exemplo, um de 0 grau, +/- 30 graus, +/- 90 graus e +/- 150 graus. Em outros exemplos, outros ângulos de rotação no sistema global de coordenadas 104 podem ser usados. Além disso, o padrão do ângulo de rotação dos elementos irradiantes 106 das células de antena 102 pode variar com base nas características operacionais desejadas da matriz de antenas 100. Por exemplo, pode ser desejável selecionar um padrão para os elementos de antena 106 que fornece um alto grau de pureza de polarização em um feixe principal para varredura em múltiplas direções e manter os lóbulos laterais de um padrão irradiantes abaixo de um certo nível.

[0026] O primeiro elemento de fenda 1101 e o segundo elemento de fenda 1102 podem ser projetados para comunicar sinais sem afetar substancialmente a diferença de fase relativa entre os sinais do primeiro elemento de fenda 1101 e do segundo elemento de fenda 1102. Por exemplo, cada elemento irradiante 106 de cada respectiva célula de antena 102 pode ser projetado para comunicar sinais circularmente polarizados. Por exemplo, o primeiro elemento de fenda 1101 do elemento irradiante 106 pode ser projetado para comunicar sinais com uma primeira polarização linear e o segundo elemento de fenda 1102 do elemento irradiante 106 pode ser projetado para comunicar sinais com uma segunda polarização. Como um exemplo, a primeira polarização pode ser deslocada em relação à segunda polarização. Adicionalmente, conforme observado, há exemplos em que há apenas um

9 / 41 elemento de fenda 110 para cada elemento irradiante 106 e/ou outros tipos de radiadores são usados para o elemento irradiante 106. Nessas situações, o elemento irradiante 106 também pode ser projetado para comunicar sinais de polarização circular ou com outras polarizações, como polarização linear ou elíptica.

[0027] Além disso, conforme observado, o elemento irradiante 106 de cada célula de antena 102 pode incluir um radiador patch metálico 114 que pode se sobrepor ao primeiro elemento de fenda 1101 e ao segundo elemento de fenda 1102. O radiador patch metálico 114 pode se sobrepor a um centro das células de antena 102. Em alguns exemplos, o radiador patch metálico 114 pode ser formado sobre uma superfície superior da matriz de antenas 100. Em tal situação, o radiador patch metálico 114 pode ser formado gravando-se uma porção de uma camada de metal fina (topo), com a porção não gravada formando o radiador patch metálico 114.

[0028] Para propósitos de simplificação de explicação, os termos "sobreposição", "que sobrepõe", "subjacente" (e derivados) são usados ao longo desta revelação para denotar uma posição relativa de duas superfícies adjacentes em uma orientação selecionada. Adicionalmente, os termos "topo" e "fundo" são usados ao longo desta revelação para denotar superfícies opostas na orientação selecionada. De modo similar, os termos "superior" e "inferior" são empregados para denotarem posições relativas na orientação selecionada. De fato, os exemplos usados em toda esta revelação denotam uma orientação selecionada. Entretanto, nos exemplos descritos, a orientação selecionada é arbitrária, e outras orientações são possíveis (por exemplo, de cabeça para baixo, girado 90 graus, etc.) dentro do escopo da presente revelação.

[0029] Cada célula de antena 102 pode incluir um número N de portas

118. Cada porta 118 pode acoplar eletricamente uma BFN a um elemento de fenda correspondente 110. Dessa forma, no exemplo ilustrado, cada célula de antena 102 pode incluir uma primeira porta 1181 e uma segunda porta 1182.

10 / 41 Cada célula de antena 102 pode também incluir um número N de linhas de alimentação 122 formadas em uma camada de linha de alimentação (trilhas condutoras) que se cruzam com uma porta correspondente 118 em um conjunto específico de coordenadas no sistema local de coordenadas correspondente. Além disso, cada linha de alimentação 122 pode conectar cada elemento de fenda 110 com uma porta correspondente 118. Mais particularmente, no exemplo ilustrado na Figura 1, uma primeira linha de alimentação 1221 (uma trilha condutora) pode conectar uma primeira porta 1181 com um primeiro elemento de fenda 1101. De modo similar, uma segunda linha de alimentação 1222 (uma trilha condutora) pode conectar uma segunda porta 1182 e um segundo elemento de fenda 1102. Cada linha de alimentação 122 em uma dada célula de antena 102 pode ter o mesmo comprimento. Dessa forma, a primeira linha de alimentação 1221 e a segunda linha de alimentação 1222 da célula de antena A 102 podem ter o mesmo comprimento. Em alguns exemplos, as linhas de alimentação 122 de cada célula de antena 102 diferente podem ter comprimentos iguais. Para deslocar (neutralizar) os efeitos de rotação em cada célula de antena 102, um ajuste de fase adicional (por exemplo, através de condicionamento de sinal subsequente ou anterior, conforme descrito aqui) pode ser aplicado aos sinais comunicados por células de antena específicas 102. Como um exemplo, a célula de antena A 102 e a célula de antena D 102 podem ter linhas de alimentação 122 que têm o mesmo comprimento, mas os sinais comunicados com a célula de antena A 102 e a célula de antena D 102 têm fases diferentes. O ajuste de fase pode ser usado para compensar essas diferentes fases.

[0030] Em alguns exemplos, cada porta 118 pode ser posicionada próxima a um perímetro (por exemplo, próxima a um vértice) da célula de antena correspondente 102. Consequentemente, na vista em planta ilustrada pela Figura 1, cada porta 118 está situada entre o elemento irradiante correspondente 106 e o perímetro da célula de antena correspondente 102. No

11 / 41 exemplo ilustrado pela matriz de antenas 100 da Figura 1, a primeira porta 1181 e a segunda porta 1182 são posicionadas próximas aos vértices da célula de antena 102. Adicionalmente, a primeira porta 1181 e a segunda porta 1182 são separadas pelo dado vértice (único) que inclui a origem do sistema local de coordenadas. Consequentemente, em alguns exemplos, cada conjunto de portas 118 para uma dada célula de antena 102 pode ser posicionado no mesmo conjunto de coordenadas locais. Em outras palavras, a primeira porta 1181 para cada célula de antena 102 pode ser posicionada no mesmo conjunto de coordenadas locais em cada uma das células de antena A a H 102. De modo similar, a segunda porta 1182 para cada célula de antena 102 pode ser posicionada no mesmo conjunto de coordenadas locais de cada uma das células de antena A a L. Alternativamente, em outros exemplos, a posição de cada porta do número N de portas pode variar nas coordenadas locais de cada célula de antena 102.

[0031] Cada porta do número N de portas 118 em cada célula de antena 102 pode ser formado como uma via (também chamada de "furos passantes metalizados") que se estende através de uma ou mais camadas até os chips de circuito integrado e/ou a BFN, dependendo do design da BFN. Dessa maneira, cada porta ilustrada 118 (incluindo a primeira porta 1181 e a segunda porta 1182) de cada célula de antena 102 pode representar um terminal da via. Em alguns exemplos, cada porta 118 pode ser considerada como uma longa transição através de toda a PCB de múltiplas camadas, na qual a matriz de antenas 100 pode ser formado. Adicional ou alternativamente, o número N de portas 118 pode ser outros tipos de interfaces para comunicação de sinais entre a BFN e cada célula de antena 102. O posicionamento de cada porta 118 próximo a um perímetro da célula de antena 102 e na direção contrária ao elemento irradiante 106 da célula de antena 102 (posicionado próximo a um centro) pode reduzir o acoplamento eletromagnético. Em alguns exemplos, cada porta 118 (ou algum subconjunto da mesma) pode ser circundada por uma

12 / 41 pluralidade de vias de isolamento 130 posicionadas equidistantes de uma porta correspondente 118, que pode ser alternativamente chamada de vias de blindagem. Em outros exemplos, a pluralidade de vias de isolamento 130 pode ser posicionada em diferentes distâncias até uma porta correspondente 118. As vias de isolamento 130 podem imitar a blindagem coaxial para a porta 118. Para propósitos de simplificação da ilustração, apenas algumas das vias de isolamento 130 são identificadas. As vias de isolamento 130 podem se estender total ou parcialmente entre a pluralidade de células de antena 102 da matriz de antenas 100 e a BFN. A matriz de antenas 100 pode ser projetada de modo que cada porta 118 esteja em estreita proximidade com cinco (5) vias de isolamento

130.

[0032] Conforme ilustrado, cada porta 118 de uma dada célula de antena 102 pode ser posicionada próxima a duas outras portas 118 em duas outras células de antena 102. Adicionalmente, cada via de isolamento 130 pode estar situada próxima a um vértice e/ou em um perímetro de uma célula de antena 102. Dessa maneira, a mesma via de isolamento 130 pode fornecer blindagem para múltiplas portas 118. Por exemplo, uma via de isolamento 130 situada em um vértice comum às células de antena B, D e E 102 pode simultaneamente fornecer blindagem para a primeira porta 1181 das células de antena B, D e E 102. Consequentemente, girando-se cada célula de antena 102 no sistema global de coordenadas 104 da maneira ilustrada, o número total de vias de isolamento 130 necessárias para fornecer blindagem em cinco (5) lados de cada porta 118 pode ser reduzido.

[0033] Conforme mencionado, cada célula de antena 102 pode ter um ângulo de rotação no sistema global de coordenadas 104. Em alguns exemplos, uma dada célula de antena 102 pode ser girada em relação a uma outra célula de antena 102. Por exemplo, a célula de antena B 102 pode ser girada no sistema global de coordenadas 104 em relação à célula de antena A 102 em 120 graus.

[0034] Adicionalmente, embora os elementos irradiantes 106 de cada

13 / 41 célula de antena 102 tenham um ângulo de rotação definido no sistema global de coordenadas 104, cada elemento irradiante 106 também pode ter um ângulo local de rotação definido no sistema local de coordenadas correspondente. Em tal situação, o ângulo local de rotação para um elemento irradiante 106 de uma dada célula de antena 102 pode ser deslocado em relação ao ângulo local de rotação para um elemento irradiante 106 de uma outra célula de antena 102. Por exemplo, o ângulo local de rotação do elemento irradiante 106 no sistema local de coordenadas da célula de antena B 102 pode ser deslocado em relação ao ângulo local de rotação do elemento irradiante 106 no sistema local de coordenadas da célula de antena A 102 em 120 graus.

[0035] Ainda adicionalmente, em um dado exemplo, uma dada célula de antena 102 pode ter um ângulo de rotação no sistema global de coordenadas 104 que é diferente do ângulo de rotação no sistema global de coordenadas 104 para uma outra célula de antena 102. Adicionalmente, no dado exemplo, os elementos irradiantes 106 da dada célula de antena e das outras células de antena 102 podem ter o mesmo ângulo de rotação no sistema global de coordenadas 104. Por exemplo, a célula de antena D 102 e a célula de antena G 102 podem ter diferentes ângulos de rotação no sistema global de coordenadas 104. Entretanto, o elemento irradiante 106 das células de antena D e G 102 pode ter o mesmo ângulo de rotação no sistema global de coordenadas 104 uma vez que o elemento irradiante 106 das células de antena D e G 102 pode ter diferentes ângulos de rotação nos respectivos sistemas local de coordenadas. Conforme discutido neste documento, para ter em conta os diferentes ângulos de rotação das células de antena 102 no sistema global de coordenadas 104, as fases de sinais comunicados pelos elementos irradiantes 106 das células de antena podem ser ajustadas.

[0036] Em alguns exemplos, cada célula de antena 102 pode ser um membro de um grupo de células de antena 102. Em alguns exemplos, um dado grupo de células de antena 102 pode compartilhar um ponto de interseção (por

14 / 41 exemplo, como um vértice comum nos exemplos em que as células de antena 102 são polígonos). Consequentemente, no exemplo ilustrado na Figura 1, um primeiro grupo de células de antena poderia ser formado com as células de antena A, B e C 102. Adicionalmente, um segundo grupo de células de antena 102 pode ser formado com as células de antena D, F e G 102. A matriz de antenas 100 pode ser projetada de modo que o ângulo de rotação de cada elemento irradiante 106 em um dado grupo de células de antena 102 defina um padrão de rotação de grupo. Como usado aqui, o termo "padrão de rotação de grupo" denota um conjunto específico de rotações do elemento irradiante 106 para cada membro do grupo. Como um exemplo, se o elemento irradiante 106 da célula de antena A 102 tem um ângulo de rotação de 0 grau, a célula de antena B 102 tem um ângulo de rotação de 30 graus e a célula de antena C 102 tem um ângulo de rotação de -30 graus, o conjunto combinado de 0 grau, 30 graus e -30 graus nos locais relativos das células A, B e C 102 define o padrão de rotação de grupo. Em alguns exemplos, a matriz de antenas 100 pode ser projetada de modo que grupos adjacentes de células de antena tenham diferentes padrões de rotação de grupo. Adicionalmente, em alguns exemplos, pode ser desejável evitar a repetição do mesmo ângulo de rotação do elemento irradiante 106 para um grupo de células de antena 102 por toda a matriz de antenas 100 para evitar ressaltos laterais elevados para todo o padrão de radiação da matriz de antenas 100.

[0037] Em funcionamento, a matriz de antenas 100 pode transmitir sinais entre o espaço livre e a BFN. Em particular, em um modo de recebimento, um sinal eletromagnético (EM) transmitido no espaço livre pode ser fornecido ao número N de elementos de fenda 110 pelo radiador patch metálico correspondente 114. O número N de elementos de fenda 110 na célula de antena correspondente 102 pode converter um sinal DE em irradiado em um sinal de EM guiado. Cada linha de alimentação do número N de linhas de alimentação 122 pode fornecer os sinais elétricos para a porta correspondente

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118. Cada porta 118 pode fornecer o sinal elétrico a um chip de circuito integrado acoplado à BFN. Em alguns exemplos, o chip de circuito integrado pode ser um componente integrado da BFN. Em outros exemplos, o chip de circuito integrado e a BFN podem ser componentes separados, mas acoplados. O chip de circuito integrado pode ajustar (por exemplo, combinar, amplificar e/ou ajustar a fase) o sinal elétrico e fornecer um sinal elétrico ajustado à BFN. A BFN pode combinar o sinal elétrico ajustado para formar um sinal de feixe recebido e fornecer o sinal de feixe recebido a um sistema externo para processamento e/ou decodificação adicional.

[0038] Em um modo de transmissão, um sinal elétrico pode ser fornecido da BFN para os chips de circuito integrado. Os chips de circuito integrado podem ajustar os sinais e fornecer os sinais ajustados para o número N de portas 118 em cada célula de antena 102. Os sinais elétricos podem ser fornecidos aos elementos de fenda correspondentes 110 das células de antena

102. Os elementos de fenda 110 podem converter um sinal EM guiado em um sinal EM irradiado que é transmitido para o radiador patch metálico correspondente 114 de cada célula de antena 102. As antenas patch 114 podem transmitir o sinal EM para o espaço livre.

[0039] Em alguns exemplos, a matriz de antenas 100 pode ser projetada para funcionar exclusivamente no modo de recepção ou no modo de transmissão. Em outros exemplos, a matriz de antenas 100 pode operar em um modo semiduplex, de modo que a matriz de antenas 100 pode operar no modo de recepção e no modo de transmissão simultaneamente periodicamente e/ou assincronicamente. Em ainda outros exemplos, a matriz de antenas 100 pode operar em um modo duplex completo, de modo que a matriz de antenas 100 pode operar no modo de recepção e no modo de transmissão simultaneamente.

[0040] Através da implementação da matriz de antenas 100, os elementos irradiantes 106 de cada célula de antena 102 podem ser selecionados para ter um ângulo de rotação no sistema global de coordenadas 104 que é

16 / 41 independente da localização do número N de portas 118 em cada célula de antena 102. Dito de outra forma, o número N de elementos de fenda 110 para cada célula de antena 102 (a saber, o primeiro elemento de fenda 1101 e o segundo elemento de fenda 1102) pode ser girado no sistema global de coordenadas 104 sem a necessidade de uma alteração na localização do número N correspondente de portas 118, a saber, a primeira porta 1181 e a segunda porta 1182. Em vez disso, cada célula de antena 102 pode ser projetada de modo que a localização das portas 118 varie com base no ângulo de rotação de toda a célula de antena individual 102, e que o ângulo de rotação dos elementos de fenda 110 pode variar independentemente do ângulo de rotação da célula de antena 102. Consequentemente, a matriz de antenas 100 pode ser projetada de modo que a localização das portas 118 ocorra em posições regulares predeterminadas no sistema global de coordenadas 104. Dessa maneira, conforme descrito aqui, a BFN subjacente à matriz de antenas 100 pode ser projetada independentemente da matriz de antenas 100. De fato, conforme explicado em detalhes, a BFN subjacente à matriz de antenas 100 pode ter um design sistemático.

[0041] A Figura 2 ilustra uma vista em planta de um exemplo de uma BFN 200 que pode ser usado para ajustar os sinais comunicados com a matriz de antenas 100 da Figura 1. A BFN 200 pode ser formada sobre uma camada interior (por exemplo, uma camada de BFN) da PCB de múltiplas camadas usada para a matriz de antenas 100. A camada de BFN pode incluir uma pluralidade de trilhas (trilhas condutoras). Para propósitos de simplificação da explicação, os mesmos números de referência são usados nas Figuras 1 e 2 para denotar a mesma estrutura. A BFN 200 pode ser particionada em uma pluralidade de células de BFN 202 que são, cada uma, giradas no sistema global de coordenadas 104. Conforme observado, a BFN 200 pode estar subjacente à matriz de antenas 100 da Figura 1. Além disso, cada célula de BFN 202 pode ter o mesmo tamanho e formato (por exemplo, um hexágono) que uma célula

17 / 41 de antena de sobreposição 102. Consequentemente, as células de BFN 202 são identificadas A a L para corresponder às células de antena de sobreposição 202. Dessa forma, a célula de BFN A 202 pode sobrepor a célula de antena A 202. Cada célula de BFN 202 pode ter o mesmo sistema local de coordenadas que a célula de antena correspondente 102. Consequentemente, a célula de BFN A 202 pode ter o mesmo sistema local de coordenadas que a célula de antena A

202.

[0042] Cada célula de BFN 202 pode incluir um número N de portas

118. No exemplo ilustrado pela BFN 200, cada célula de BFN 202 inclui uma primeira porta 1181 e uma segunda porta 1182. Cada porta 118 pode ser representativa de um terminal de uma via para uma porta ilustrada na matriz de antenas 100. Por exemplo, a primeira porta 1181 da célula BFN a 202 pode representar uma extremidade terminal da via correspondente à primeira porta 1181 da célula de antena A 102. Cada porta do número N de portas 118 pode estar no mesmo conjunto de coordenadas em cada respectivo sistema local de coordenadas. Cada porta do número N de portas 118 pode se estender na direção contrária à BFN 200 e em direção à matriz de antenas 100. Conforme explicado em relação à matriz de antenas 100, cada porta do número N de portas 118 pode estar no mesmo conjunto de coordenadas em cada sistema local de coordenadas.

[0043] Cada porta do número N de portas 118 pode ser circundada por uma pluralidade de vias de isolamento 130, das quais apenas algumas são marcadas. As vias de isolamento 130 podem corresponder às vias de isolamento 130 da Figura 1. No exemplo ilustrado, há cinco (5) vias de isolamento em estreita proximidade com cada porta 118. Entretanto, em outros exemplos, pode haver mais ou menos vias de isolamento 130. Além disso, as vias de isolamento 130 podem ser compartilhadas entre as portas 118 em diferentes células de BFN 202, reduzindo assim o número total de vias de isolamento 130 necessárias para fornecer blindagem suficiente para as portas 118. Adicionalmente, em alguns

18 / 41 exemplos, algumas das vias de isolamento 130 podem se estender apenas parcialmente entre a BFN 200 e a matriz de antenas 100 da Figura 1.

[0044] A BFN 200 pode incluir uma porta de entrada/saída (E/S) 206 que pode ser acoplada a um sistema externo ou a outra BFN de células de antena adicionais da maneira aqui descrita. A porta de E/S 206 pode ser acoplada a um combinador/divisor de primeiro estágio 208, que pode ser acoplado a dois (2) combinadores/divisores de segundo estágio 210. Dessa maneira, o combinador/divisor de primeiro estágio 208 e os combinadores/divisores de secundo estágio 210 têm uma relação em cascata (hierárquica). Em outras palavras, os combinadores/divisores de primeiro estágio 208 podem operar como um primeiro estágio da BFN 200, e os combinadores/divisores de secundo estágio de formação de feixes 210 podem operar como um segundo estágio de formação de feixes da BFN 200. Cada combinador/divisor do segundo estágio 210 pode ser acoplado a dois (2) combinadores/divisores 1 a 3 212, que podem operar como um terceiro estágio de formação de feixes da BFN

200. Cada combinador/divisor 1 a 3 212 pode ser posicionado em uma intersecção de três (3) células de BFN 202.

[0045] Os combinadores/divisores de segundo estágio 210 podem ser dispostos simetricamente em relação aos combinadores/divisores de primeiro estágio 208. Os combinadores/divisores de segundo estágio 210 podem ser fabricados em diferentes camadas da BFN 200 das células de BFN 202. Para propósitos de simplificação da ilustração, diferentes pesos e/ou padrões de linha são usados para denotar diferentes camadas da BFN. Um conjunto de células de BFN 202, combinador/divisor 1 a 3 212 e um divisor de segundo estágio 210 podem definir um estágio de formação de feixes que tem um sistema local de coordenadas. Dessa maneira, cada estágio de formação de feixes (uma combinação de células de BFN 202, combinador/divisor 1 a 3 212 e um divisor de segundo estágio 210) pode ter o mesmo formato geométrico no sistema local de coordenadas. Além disso, os estágios de formação de feixe

19 / 41 podem ser girados no sistema global de coordenadas 104 para facilitar o design sistemático da BFN 200. Além disso, a natureza sistemática dos estágios de formação de feixe da BFN 200 tendo o mesmo formato geométrico pode também estar presente em estágios adicionais ao longo de uma submatriz, como mostrado na Figura 3. Em outras palavras, na Figura 3, o formato geométrico dos primeiros três estágios de formação de feixe é o mesmo formato geométrico que outras instâncias dos primeiros três estágios de formação de feixe em uma matriz. Dessa forma, tomada em uma etapa adicional em alguns exemplos, o formato geométrico de um primeiro quatro estágios pode ser o mesmo formato geométrico que outros primeiros quatro estágios na matriz. Consequentemente, cada instância do estágio de formação de feixe tem o mesmo formato geométrico que uma outra instância do estágio de formação de feixe do mesmo estágio. Em outras palavras, um dado estágio de formação de feixe da BFN 200 tem o mesmo formato geométrico que um outro estágio de formação de feixe da BFN 200 se o dado e os outros estágios de formação de feixe forem o mesmo estágio (por exemplo, ambos, o dado e os outros estágios são primeiros estágios, segundos estágios, etc.).

[0046] Como usado aqui, o conceito de cada estágio de formação de feixe tendo os mesmos índices de formato geométrico que o estágio de formação de feixe tem o mesmo formato com espelhamento e/ou rotação no sistema global de coordenadas, conforme ilustrado na Figura 3. Além disso, dois estágios de formação de feixe podem também ser considerados como tendo o mesmo formato geométrico se os dois estágios de formação de feixe forem simétricos em relação a uma ou mais linhas de simetria. Ainda adicionalmente, dois estágios de formação de feixe são considerados como tendo o mesmo formato geométrico se os dois estágios de formação de feixe forem substancialmente idênticos sem espelhamento e/ou rotação.

[0047] Cada célula de BFN 202 pode ser acoplada a um chip de circuito integrado (IC) 220 (ou múltiplos chips de IC) e/ou a outros circuitos que podem

20 / 41 ajustar sinais. O chip de circuito integrado 220 pode ser montado em um fundo do PCB de múltiplas camadas que implementa a BFN. Dessa forma, cada chip de circuito integrado 220 pode ser subjacente à BFN 200. Cada chip de circuito integrado 220 pode ser acoplado a um combinador/divisor 1 a 3 212 e ao número N de portas 118 da célula de BFN 202. Como um exemplo, a primeira porta 1181 e a segunda porta 1182 da célula de BFN A 102 podem ser acopladas ao chip de circuito integrado 220 da célula de BFN A 202, que é acoplado ao combinador/divisor 1 a 3 212 posicionado entre a célula de BFN A 202, a célula de BFN B 202 e a célula de BFN C 202. Cada chip de circuito integrado 220 pode ajustar sinais elétricos. Tal ajuste pode incluir amplificação, ajuste de fase, combinação e/ou divisão de sinais. Em alguns exemplos, o chip de circuito integrado 220 de três células de BFN diferentes 202, como células de BFN A, B e C 202, pode ajustar o sinal comunicado com o combinador 1 a 3 correspondente 212 em uma quantidade para compensar a rotação de elementos irradiantes, como os elementos irradiantes 106 da Figura 1.

[0048] Os combinadores/divisores aqui descritos podem executar uma ou ambas, uma operação de divisão e uma operação de combinação, que convertem entre um sinal de entrada/saída e uma pluralidade de subsinais. Nos exemplos aqui descritos, cada operação de divisão executada pode dividir um sinal de entrada em uma pluralidade de subsinais que têm potência e uma matriz de fases iguais. Por outro lado, nos exemplos aqui descritos, em uma operação de combinação, múltiplos subsinais com uma matriz de fases podem ser combinados em um único sinal combinado.

[0049] No modo de transmissão, os combinadores/divisores de primeiro estágio 208 podem ser projetados para dividir (por exemplo, igualmente ou desigualmente, em fase ou fora de fase) uma entrada de sinal para a porta de E/S 206 em subsinais que são fornecidos aos combinadores/divisores de segundo estágio 210. De modo similar, no modo de transmissão, cada combinador/divisor de segundo estágio 210 pode dividir (por

21 / 41 exemplo, igual ou desigualmente, em fase ou fora de fase) um sinal recebido do combinador/divisor de primeiro estágio 208 em dois (2) subsinais que são acoplados aos combinadores/divisores 1 a 3 212. Cada combinador/divisor 1 a 3 pode dividir (por exemplo, igual ou desigualmente, em fase ou fora de fase) o sinal em três (3) subsinais que são, cada um, fornecidos a um chip de circuito integrado 220 que corresponde a três (3) células de BFN diferentes 202. Por exemplo, o combinador/divisor 1 a 3 212 posicionado na intersecção das células de BFN A, B e C 202 pode fornecer um sinal para o chip de circuito integrado 220 das células de BFN A, B e C 202.

[0050] Continuando no modo de transmissão, o chip de circuito integrado 220 de cada célula de BFN 202 pode ser projetado/programado para ajustar (amplificar, ajustar a fase e/ou dividir) o sinal em um número N de sinais que são fornecidos ao número N de portas 118. Por exemplo, o chip de circuito integrado 220 da célula de BFN 202 pode ser projetado para amplificar e dividir o sinal do combinador/divisor 1 a 3 212 em dois (2) subsinais que são fornecidos à primeira porta 1181 e à segunda porta 1182 da célula de BFN A

202. Os sinais podem, então, ser transmitidos da maneira descrita com referência à Figura 1.

[0051] No modo de recepção, os sinais recebidos em cada número N de portas 118 em cada uma das células de BFN 202 podem ser combinados e ajustados (amplificados e/ou ajustados em fase) pelo chip de circuito integrado correspondente 220 e fornecidos a um combinador/divisor 1 a 3 correspondente

212. Como um exemplo, cada chip de circuito integrado correspondente 220 às células de BFN A, B e C 202 pode fornecer um sinal ajustado ao combinador/divisor 1 a 3 212 na intersecção das células de BFN A, B e C 202.

[0052] Continuando no modo de recepção, cada um dos combinadores/divisores 1 a 3 212 pode combinar subsinais ajustados e fornecer um sinal combinado a um combinador/divisor de segundo estágio correspondente 210. Por sua vez, os combinadores/divisores de segundo

22 / 41 estágio 212 podem combinar novamente os subsinais e fornecer o sinal combinado ao combinador/divisor de primeiro estágio 208. O combinador/divisor de primeiro estágio 208 pode combinar os subsinais e emitir o sinal combinado na porta de E/S 206.

[0053] Similar à matriz de antenas 100 da Figura 1, a BFN 200 pode ser projetada para operar exclusivamente no modo de transmissão ou no modo de recepção. Adicionalmente, a BFN 200 pode ser projetada para alternar periódica e/ou assincronamente entre o modo de transmissão e o modo de recepção. Ainda adicionalmente, em alguns exemplos, a BFN 200 pode operar no modo de transmissão e no modo de recepção simultaneamente.

[0054] Conforme ilustrado com a matriz de antenas 100 da Figura 1 e a BFN 200 da Figura 2, as células de antena 102 e as células de BFN 202 podem se comunicar através do número N de portas 118. Além disso, a matriz de antenas 100 pode ser projetada de modo que os elementos irradiantes 106 possam ser girados independentemente do local das portas 118. Consequentemente, o ângulo de rotação dos elementos irradiantes 106 não necessariamente influencia o layout físico da BFN 200. Portanto, a BFN 200 e a matriz de antenas 100 podem ser projetadas independentemente com base em posições predeterminadas de cada número N de portas 118 para cada célula de BFN 202 e cada célula de antena 102. Dessa forma, o design geral da BFN 200 e da matriz de antenas 100 pode ser simplificado. De fato, o design sistemático da BFN 200 demonstra adicionalmente possibilidades de uma BFN quando a BFN 200 é correlacionada com a matriz de antenas 100 da Figura 1 (ou uma variante da mesma). Em particular, um designer da BFN pode não e preocupar com a questão do posicionamento individual das portas 118. Em vez disso, as portas 118 aparecem em posições regulares previsíveis que são prontamente acomodadas pelos vários tipos de células de antena 102 da matriz de antenas

100.

[0055] Em alguns exemplos, a BFN 200 pode ser projetada com

23 / 41 módulos sistematicamente simétricos que são escalonáveis para acomodar quase qualquer número de níveis de hierarquia. Em particular, embora a BFN 200 seja descrita com dois (2) estágios de combinadores/divisores, a saber, o combinador/divisor de primeiro estágio 208 e os combinadores/divisores de secundo estágio 208, a BFN 200 ilustrada pode ser usada como módulo ou circuito para implementar uma BFN de escala maior, incluindo a BFN 300 ilustrada na Figura 3.

[0056] Na BFN 300, quatro (4) instâncias da BFN 200 da Figura 2 são conectadas em uma disposição em cascata (hierárquica). Em particular, uma porta de E/S 302 é acoplada a um combinador/divisor de primeiro estágio 304, que é acoplado a dois (2) combinadores/divisores de segundo estágio 306. Cada combinador/divisor de segundo estágio 306 pode ser acoplado a uma porta 206 de uma instância da BFN 200 (um módulo da BFN 300). Dessa maneira, as quatro (4) instâncias da BFN 200 são conectadas juntas em uma disposição em cascata. Adicionalmente, em outros exemplos, múltiplas ocorrências da BFN 300 podem ser acopladas em uma outra disposição em cascata, fornecendo, assim, um design sistemático para a BFN 300. Adicionalmente, em alguns exemplos, múltiplos BFNs 300 podem ser incluídos em uma matriz BFN, como a matriz BFN 320 ilustrada na Figura 4.

[0057] Na matriz BFN 320, três (3) instâncias da BFN 300 da Figura 3 são dispostas em uma matriz. Além disso, embora as instâncias da BFN 300 não sejam acopladas na Figura 4, em outros exemplos da matriz BFN 320, cada instância da BFN 300 ou algum subconjunto da mesma pode ser acoplada para fornecer uma outra disposição em cascata (hierárquica).

[0058] A Figura 5 ilustra uma outra vista em planta de um exemplo de uma matriz de antenas 400. A matriz de antenas 400 pode ser formada sobre uma camada e/ou região superior de uma PCB de múltiplas camadas. A matriz de antenas 400 pode incluir uma pluralidade de células de antena 402 dispostas em um padrão de mosaico. Cada célula de antena 402 pode ter um formato

24 / 41 quadrado. O exemplo ilustrado pela matriz de antenas 400 inclui oito (8) células de antena 402, identificadas como células de antena A a H. Cada célula de antena da pluralidade de células de antena 402 pode ser disposta em um sistema global de coordenadas 404. Além disso, cada célula de antena 402 pode incluir uma instância de um elemento irradiante 406. Cada elemento irradiante 406 pode incluir um número N de elementos de fenda 408. No exemplo ilustrado, cada célula de antena 402 inclui dois elementos de fenda posicionados ortogonalmente 408, a saber, um primeiro elemento de fenda 4081 e um segundo elemento de fenda 4082. Cada elemento irradiante 406 pode também incluir um radiador patch metálico 410.

[0059] Cada número N de elementos de fenda 408 pode ser girado no sistema global de coordenadas 404. Adicionalmente, cada célula de antena 402 pode incluir um sistema local de coordenadas identificado com um eixo de origem posicionado próximo a um canto de cada célula de antena 402. Cada célula de antena 402 pode incluir um número N de portas 414 que acoplam cada respectiva célula de antena 402 a uma BFN que está subjacente à matriz de antenas 400. Cada porta 414 pode incluir uma via para acoplar cada respectiva célula de antena 402 à BFN. Além disso, cada porta 414 na Figura 5 pode ser representativa de um terminal da via. No exemplo ilustrado, cada célula de antena inclui duas (2) portas 414, a saber, uma primeira porta 4141 e uma segunda porta 4142. Adicionalmente, no exemplo ilustrado, cada uma dentre a primeira porta 4141 e a segunda porta 4142 pode ser posicionada em cantos adjacentes das células de antena 402. Como usado na presente invenção, "cantos adjacentes" são definidos como dois cantos que compartilham um lado de um polígono. Cada célula de antena 402 pode incluir um número N de linhas de alimentação 416 que são formadas sobre uma camada de linha de alimentação da matriz de antenas 400. No exemplo ilustrado, há duas (2) linhas de alimentação, a saber, uma primeira linha de alimentação 4161 e uma segunda linha de alimentação 4162. Cada linha de alimentação 416 pode

25 / 41 acoplar uma porta 414 a um elemento de fenda correspondente 408. Cada número N de linhas de alimentação 416 da matriz de antenas 400 tem o mesmo comprimento. Os sinais comunicados com os elementos irradiantes 406 podem ter a fase ajustada para compensar (neutralizar) a rotação dos elementos irradiantes 406.

[0060] Cada uma das portas 414 pode ser circundada por uma pluralidade de vias de isolamento 415 posicionadas equidistantes de uma porta correspondente 414. No exemplo ilustrado, existem quatro (4) vias de isolamento 415 em estreita proximidade com cada porta 414. Entretanto, em outros exemplos, pode haver mais ou menos vias de isolamento 415. Além disso, as vias de isolamento 415 podem ser compartilhadas entre as portas 414 em diferentes células de antena 402, reduzindo assim o número total de vias de isolamento 415 necessárias para fornecer blindagem suficiente para as portas

414. Adicionalmente, em alguns exemplos, algumas das vias de isolamento 415 podem se estender apenas parcialmente entre a BFN e a matriz de antenas 400.

[0061] Cada número N de portas 414 em cada célula de antena 402 pode ser posicionado em um conjunto de coordenadas em um sistema local de coordenadas correspondente, que pode ser o mesmo conjunto de coordenadas em cada sistema local de coordenadas. Em tais exemplos, as portas 414 podem cruzar a camada de linha de alimentação que contém as linhas de alimentação 416 no conjunto de coordenadas no sistema local de coordenadas de cada célula de antena 402. Em outras palavras, a primeira porta 4141 da célula de antena A 402 pode ter o mesmo conjunto de coordenadas no sistema local de coordenadas correspondente que a primeira porta 4141 da célula de antena B

402. Dessa maneira, as portas 414 podem estar situadas em posições regulares predeterminadas ao longo da matriz de antenas 400.

[0062] Em alguns exemplos, o ângulo de rotação de cada elemento irradiante 406 no sistema global de coordenadas 404 pode ser 0 grau, +/- 90 graus, +/- 180 graus e +/- 270 graus. Em outros exemplos, outros ângulos de

26 / 41 rotação no sistema global de coordenadas 104 são possíveis. Adicionalmente, a matriz de antenas 400 pode operar da mesma maneira (ou de maneira similar) que a matriz de antenas 100 da Figura 1. Consequentemente, cada célula de antena 402 da matriz de antenas 400 pode ser projetada para transmitir sinais de RF com espaço livre. Em outras palavras, a matriz de antenas 400 pode ser projetada para ao menos um dentre transmitir sinais de RF para o espaço livre e receber sinais de RF do espaço livre. Tais sinais comunicados podem ser ajustados por uma BFN e (em alguns exemplos), chips de IC, conforme explicado na presente invenção.

[0063] A Figura 6 ilustra uma vista em planta de um exemplo de uma BFN 500 que pode ser usada para se comunicar com a matriz de antenas 400 da Figura 5. Alguns elementos da BFN 500 podem ser formados sobre uma camada interior da PCB de múltiplas camadas empregada para a matriz de antenas 400, e outros elementos podem ser formados sobre uma camada exterior da BFN 500, como uma camada inferior da BFN 500. Para propósitos de simplificação da explicação, os mesmos números de referência são usados nas Figuras 5 e 6 para denotar a mesma estrutura. A BFN 500 pode ser particionada em uma pluralidade de células de BFN 502 que são, cada uma, giradas no sistema global de coordenadas 404. Conforme observado, a BFN 500 pode estar subjacente à matriz de antenas 400 da Figura 5. Além disso, cada célula de BFN 502 pode ter o mesmo tamanho e formato (por exemplo, um hexágono) que uma célula de antena de sobreposição 402. Consequentemente, as células de BFN 502 são marcadas A a H para corresponder à célula de antena de sobreposição 402 com a mesma marcação A a H. Dessa forma, a célula de BFN a 502 é subjacente à célula de antena a

402. Cada célula de BFN 502 pode ter o mesmo sistema local de coordenadas que a célula de antena correspondente 402.

[0064] Cada célula de BFN 502 pode incluir um número N de portas

414. No exemplo ilustrado pela BFN 500, cada célula de BFN 502 inclui uma

27 / 41 primeira porta 4141 e uma segunda porta 4142. Cada porta 414 pode ser representativa de um terminal de uma via para uma porta 414 ilustrada na matriz de antenas 400. Conforme explicado em relação à matriz de antenas 400, cada porta do número N de portas 414 pode estar no mesmo conjunto de coordenadas em cada respectivo sistema local de coordenadas.

[0065] Cada porta do número N de portas 414 pode ser circundada por uma pluralidade de vias de isolamento 415, das quais apenas algumas são marcadas. As vias de isolamento 415 podem corresponder às vias de isolamento 415 da Figura 5. Algumas das vias de isolamento 415 podem se estender apenas parcialmente entre a BFN 500 e a matriz de antenas 400 da Figura 5.

[0066] A BFN 500 pode incluir uma porta de E/S 506 que pode ser acoplada a um sistema externo. A porta de E/S 506 pode ser acoplada a um combinador/divisor de primeiro estágio 508, que pode ser acoplado a dois (2) combinadores/divisores de segundo estágio 510 através das vias 512. Em alguns exemplos, as vias 512 podem ser mais curtas que as vias das portas 414. Adicionalmente, o combinador/divisor de primeiro estágio 508 e os combinadores/divisores de segundo estágio 510 têm uma disposição em cascata.

[0067] Os combinadores/divisores de segundo estágio 510 podem ser dispostos simetricamente em relação ao primeiro estágio 508. Além disso, em tal situação, as células de BFN 502 e um combinador/divisor de segundo estágio 510 podem definir um estágio de formação de feixe que tem um sistema local de coordenadas. Dessa maneira, cada estágio de formação de feixes (uma combinação de células de BFN 502 e um divisor de segundo estágio 510) pode ter o mesmo formato geométrico no sistema local de coordenadas. Além disso, cada estágio de formação de feixe pode ser girado no sistema global de coordenadas 404.

[0068] Cada célula de BFN 502 pode corresponder a um chip de circuito integrado 520 (ou múltiplos chips de circuito integrado) que pode

28 / 41 ajustar sinais. Cada chip de circuito integrado 520 pode ser posicionado sobre a camada inferior da BFN 500. Em alguns exemplos, cada chip de circuito integrado 520 pode ser integrado à BFN 500, e em outros exemplos, cada chip de circuito integrado 520 pode ser um componente separado que se comunica com a BFN 500. Cada chip de circuito integrado 520 pode ser acoplado a um combinador/divisor 510 e ao número N de portas 414 da célula de BFN 502. Como alguns exemplos, cada chip de circuito integrado 520 pode amplificar, ajustar a fase, combinar e/ou dividir sinais.

[0069] A BFN 500 pode operar de maneira similar à BFN 200 da Figura

2. Dessa forma, a BFN 500 pode operar em ao menos um dentre o modo de transmissão e o modo de recepção.

[0070] Conforme ilustrado com a matriz de antenas 400 da Figura 5 e a BFN 500 da Figura 6, as células de antena 402 e as células de BFN 502 podem se comunicar através do número N de portas 414. Além disso, a matriz de antenas 400 pode ser projetada de modo que os elementos de fenda 408 possam ser girados independentemente da localização das portas 414. Consequentemente, o ângulo de rotação dos elementos de fenda 408 não necessariamente influenciam o layout físico da BFN 500. Portanto, a BFN 500 e a matriz de antenas 400 podem ser projetadas independentemente com base em posições predeterminadas de cada porta do número N de portas 414 para cada célula de BFN 502 e cada célula de antena 402. Dessa forma, o design geral da BFN 500 e da matriz de antenas 400 pode ser simplificado.

[0071] Em alguns exemplos, a BFN 500 pode ser projetada sistematicamente com módulos simétricos que são escalonáveis para acomodar quase qualquer número de níveis. Em particular, embora a BFN 500 seja descrita com dois (2) estágios de combinadores/divisores, a saber, o combinador/divisor de primeiro estágio 508 e os combinadores/divisores de secundo estágio 510, a BFN 500 ilustrada pode ser usada como módulo ou circuito para implementar uma BFN de escala maior, incluindo a BFN 600

29 / 41 ilustrada na Figura 7.

[0072] Na BFN 600, oito (8) instâncias da BFN 500 da Figura 6 são conectadas em uma disposição em cascata (hierárquica). Em particular, uma porta de E/S 602 é acoplada a um combinador/divisor de primeiro estágio 604, que é acoplado a dois (2) combinadores/divisores de segundo estágio 606. Cada combinador/divisor de segundo estágio 606 pode ser acoplado a dois (2) combinadores/divisores de terceiro estágio 608. Cada combinador/divisor de terceiro estágio 608 pode ser acoplado a duas instâncias de uma porta de entrada 506 de uma instância da BFN 500 (um módulo da BFN 600). Dessa maneira, as oito (8) instâncias da BFN 600 são conectadas juntas em uma disposição em cascata. Adicionalmente, em outros exemplos, múltiplas ocorrências da BFN 600 podem ser acopladas em uma disposição em cascata.

[0073] A Figura 8 ilustra uma outra vista em planta de um exemplo de uma matriz de antenas 700. A matriz de antenas 700 pode ser formada sobre uma camada e/ou região superior de uma PCB de múltiplas camadas. A matriz de antenas 700 pode incluir uma pluralidade de células de antena 702 que podem ser dispostas em padrão de mosaico regular. Cada célula de antena 702 pode ter um formato quadrado. O exemplo ilustrado pela matriz de antenas 700 inclui oito (8) células de antena 702, identificadas como células de antena A a H. Cada célula de antena da pluralidade de células de antena 702 pode ser disposta em um sistema global de coordenadas 704. Além disso, cada célula de antena 702 pode incluir um exemplo de um elemento irradiante 706. Cada elemento irradiante 706 pode incluir um número N de elementos de fenda 708. No exemplo ilustrado, cada célula de antena 702 inclui dois elementos de fenda posicionados ortogonalmente 708, a saber, um primeiro elemento de fenda 7081 e um segundo elemento de fenda 7082. Cada elemento irradiante 706 pode também incluir um radiador patch metálico 710.

[0074] Cada número N de elementos de fenda 708 pode ser girado no sistema global de coordenadas 704. Adicionalmente, cada célula de antena 702

30 / 41 pode incluir um sistema local de coordenadas identificado com um eixo de origem posicionado próximo a um canto de cada célula de antena 702. Cada célula de antena 702 pode incluir um número N de portas 714 que acoplam cada célula de antena respectiva 702 a uma BFN que é subjacente à matriz de antenas

700. No exemplo ilustrado, cada célula de antena inclui duas (2) portas 714, a saber, uma primeira porta 7141 e uma segunda porta 7142. Adicionalmente, no exemplo ilustrado, cada uma dentre a primeira porta 7141 e a segunda porta 7142 pode ser posicionada em cantos opostos das células de antena 702. Em outras palavras, a primeira porta 7141 e a segunda porta 7142 são posicionadas quadriculadas uma em relação à outra. Cada porta 714 pode ser circundada por uma pluralidade de vias de isolamento 715 espaçadas equidistantes de uma porta correspondente 714, apenas algumas das quais são identificadas. No exemplo ilustrado, existem quatro (4) vias de isolamento 715 em estreita proximidade com cada porta 714. Entretanto, em outros exemplos, pode haver mais ou menos vias de isolamento 715. Além disso, as vias de isolamento 715 podem ser compartilhadas entre as portas 714 em diferentes células de antena 702, reduzindo assim o número total de vias de isolamento 715 necessárias para fornecer blindagem suficiente para as portas 714. Adicionalmente, em alguns exemplos, algumas das vias de isolamento 715 podem se estender apenas parcialmente entre a BFN e a matriz de antenas 700.

[0075] Cada célula de antena 702 pode incluir um número N de linhas de alimentação 716 formadas sobre uma camada de linha de alimentação. No exemplo ilustrado, há duas (2) linhas de alimentação 716 em cada célula de antena 702, a saber, uma primeira linha de alimentação 7161 e uma segunda linha de alimentação 7162. Cada linha de alimentação 716 pode acoplar uma porta 714 a um elemento de fenda correspondente 708. Em alguns exemplos, a primeira linha de alimentação 7161 e a segunda linha de alimentação 7162 dentro de uma dada célula de antena 702 podem ter o mesmo comprimento.

[0076] Cada porta do número N de portas 714 em cada célula de antena

31 / 41 702 pode ser posicionada em um conjunto de coordenadas em um sistema local de coordenadas correspondente, que pode ser o mesmo conjunto de coordenadas em cada sistema local de coordenadas. Consequentemente, em alguns exemplos, o número N de portas 714 em cada célula de antena 702 pode cruzar a camada de linha de alimentação no mesmo conjunto de coordenadas no sistema local de coordenadas correspondente. Consequentemente, a primeira porta 7141 da célula de antena A 702 pode ter o mesmo conjunto de coordenadas no sistema local de coordenadas correspondente que a primeira porta 7141 da célula de antena B 702. Dessa maneira, as portas 714 estão situadas em posições regulares ao longo da matriz de antenas 700.

[0077] Em alguns exemplos, o ângulo de rotação de cada elemento irradiante 706 no sistema global de coordenadas 704 pode ser 0 grau, +/- 90 graus, +/- 180 graus e +/- 270 graus. Em outros exemplos, outros ângulos de rotação no sistema global de coordenadas 704 são possíveis. A matriz de antenas 700 pode operar da mesma maneira (ou de maneira similar) que a matriz de antenas 100 da Figura 1. Consequentemente, cada célula de antena 702 da matriz de antenas 700 pode ser projetada para transmitir sinais de RF com espaço livre. Em outras palavras, a matriz de antenas 700 pode ser projetada para ao menos um dentre transmitir sinais de RF para o espaço livre e receber sinais de RF do espaço livre. Tais sinais comunicados podem ser ajustados por uma BFN e (em alguns exemplos), chips de IC, conforme explicado na presente invenção.

[0078] A Figura 9 ilustra uma outra vista em planta de um exemplo de uma BFN 800 que pode ser usado para se comunicar com a matriz de antenas 700 da Figura 8. Alguns componentes da BFN 800 podem ser formados em uma camada interna da PCB de múltiplas camadas usada para a matriz de antenas 700. Além disso, conforme explicado na presente invenção, alguns componentes da BFN 800 podem ser formados ou montados sobre uma camada exterior (por exemplo, uma camada inferior) da BFN 800. Para propósitos de

32 / 41 simplificação da explicação, os mesmos números de referência são usados nas Figuras 8 e 9 para denotar a mesma estrutura. A BFN 800 pode ser particionada em uma pluralidade de células de BFN 802 que são, cada uma, giradas no sistema global de coordenadas 704. Conforme observado, a BFN 800 pode estar sob a matriz de antenas 700 da Figura 8. Além disso, cada célula de BFN 802 pode ter o mesmo tamanho e formato (por exemplo, um quadrado) que uma célula de antena sobreposta 702. Consequentemente, as células de BFN 802 são identificadas como A a H para corresponder à célula de antena de sobreposição

702. Dessa forma, a célula de BFN A 802 é subjacente à célula de antena A

702. Cada célula de BFN 802 pode ter o mesmo sistema local de coordenadas que a célula de antena correspondente 702.

[0079] Cada célula de BFN 802 pode incluir um número N de portas

714. No exemplo ilustrado pela BFN 800, cada célula de BFN inclui uma primeira porta 7141 e uma segunda porta 7142. Cada porta 714 pode ser representativa de um terminal de uma via para uma porta ilustrada na matriz de antenas 700. Cada número N de portas 714 pode estar no mesmo conjunto de coordenadas em cada respectivo sistema local de coordenadas. Conforme explicado em relação à matriz de antenas 700, cada porta do número N de portas 714 pode estar no mesmo conjunto de coordenadas em cada sistema local de coordenadas.

[0080] Cada porta do número N de portas 714 pode ser circundada por uma pluralidade de vias de isolamento 715, das quais apenas algumas são identificadas. As vias de isolamento 715 podem corresponder às vias de isolamento 715 da Figura 8. Adicionalmente, em alguns exemplos, algumas das vias de isolamento 715 podem se estender apenas parcialmente entre a BFN 800 e a matriz de antenas 700 da Figura 8.

[0081] A BFN 800 pode incluir uma porta de E/S 806 que pode ser acoplada a um sistema externo. A porta de E/S 806 pode ser acoplada a um combinador/divisor de primeiro estágio 808, que pode ser acoplado a dois (2)

33 / 41 combinadores/divisores de segundo estágio 810 através das vias 812. Em alguns exemplos, as vias 812 podem ser mais curtas que as vias das portas 714. O combinador/divisor de primeiro estágio 808 e os combinadores/divisores de segundo estágio 810 podem ter uma disposição em cascata.

[0082] Cada célula de BFN 802 pode corresponder a um chip de circuito integrado 820 (ou múltiplos chips de circuito integrado) que pode ajustar sinais. Cada chip de circuito integrado 820 pode ser posicionado sobre a camada inferior da BFN 800. Em alguns exemplos, cada chip de circuito integrado 820 pode ser integrado à BFN 800, e em outros exemplos, cada chip de circuito integrado 820 pode ser um componente separado que se comunica com a BFN 800. Cada chip de circuito integrado 820 pode ser acoplado a um combinador/divisor de segundo estágio 810 e ao número N de portas 714 da célula de BFN 802. Cada chip de circuito integrado 820 pode amplificar, ajustar a fase, combinar e/ou dividir sinais.

[0083] Os combinadores/divisores de secundo estágio 810 podem ser dispostos simetricamente em relação ao primeiro estágio 808. Além disso, em tal situação, as células de BFN 802 e um combinador/divisor de segundo estágio 810 podem definir um estágio de formação de feixe que tem um sistema local de coordenadas. Dessa maneira, cada estágio de formação de feixes (uma combinação de células de BFN 802 e um combinador/divisor de segundo estágio 810) pode ter o mesmo formato geométrico no sistema local de coordenadas. Além disso, cada estágio de formação de feixe pode ser girado no sistema global de coordenadas 704.

[0084] A BFN 800 pode operar de maneira similar à BFN 200 da Figura

2. Dessa forma, a BFN 800 pode operar em ao menos um dentre o modo de transmissão e o modo de recepção.

[0085] Conforme ilustrado com a matriz de antenas 700 da Figura 8 e a BFN 800 da Figura 9, as células de antena 702 e as células de BFN 802 podem se comunicar através do número N de portas 714. Além disso, a matriz de

34 / 41 antenas 700 pode ser projetada de modo que os elementos de fenda 708 possam ser girados independentemente da localização das portas 714. Consequentemente, o ângulo de rotação dos elementos de fenda 708 não necessariamente influenciam o layout físico da BFN 800. Portanto, a BFN 800 e a matriz de antenas 700 podem ser projetadas independentemente com base em posições predeterminadas de cada porta do número N de portas 714 para cada célula de BFN 802 e cada célula de antena 702. Dessa forma, o design geral da BFN 800 e da matriz de antenas 700 pode ser simplificado.

[0086] Em alguns exemplos, a BFN 800 pode ser projetada sistematicamente com módulos simétricos que são escalonáveis para acomodar quase qualquer número de níveis. Em particular, embora a BFN 800 seja descrita com dois (2) estágios de combinadores/divisores, a saber, o combinador/divisor de primeiro estágio 808 e os combinadores/divisores de segundo estágio 810, a BFN 800 ilustrada pode ser usada como módulo ou circuito para implementar uma BFN de escala maior, incluindo a BFN 900 ilustrada na Figura 10.

[0087] Na BFN 900, oito (8) instâncias da BFN 800 da Figura 9 são conectadas em uma disposição em cascata (hierárquica). Em particular, uma porta de E/S 902 é acoplada a um combinador/divisor de primeiro estágio 904, que pode, cada um, ser acoplado a dois (2) combinadores/divisores de segundo estágio 906. Cada combinador/divisor de segundo estágio 906 pode ser acoplado a dois (2) combinadores/divisores de terceiro estágio 908. Cada combinador/divisor de terceiro estágio 908 pode ser acoplado a duas instâncias de uma porta de entrada 806 de uma instância da BFN 800 (um módulo da BFN 900). Dessa maneira, as oito (8) instâncias da BFN 900 são conectadas juntas em uma disposição em cascata. Adicionalmente, em outros exemplos, múltiplas ocorrências da BFN 900 podem ser acopladas em uma disposição em cascata.

[0088] A Figura 11 ilustra uma vista empilhada (em seção transversal) de uma PCB de múltiplas camadas 1000 (ou outro substrato dielétrico) que

35 / 41 pode incluir uma matriz de antenas 1002 sobrepondo uma BFN 1004 formada sobre uma camada de BFN. A PCB de múltiplas camadas 1000 pode ser usada para implementar um sistema que pode, ao menos um dentre, transmitir e receber sinais de RF. A matriz de antenas 1002 pode ser implementada, por exemplo, com uma matriz de antenas 100 da Figura 1, a matriz de antenas 400 da Figura 5 e/ou a matriz de antenas 700 da Figura 8. A BFN 1004 formada sobre a camada de BFN pode ter uma pluralidade de trilhas (por exemplo, trilhas condutoras). A BFN 1004 pode ser implementada, por exemplo, como a BFN 200 da Figura 2, a BFN 300 da Figura 3, uma porção da matriz de BFN 320 da Figura 4, a BFN 500 da Figura 6, a BFN 600 da Figura 7, a BFN 800 da Figura 9 ou a BFN 900 da Figura 10. Na Figura 11, uma porção da PCB de múltiplas camadas 1000 está incluída. A PCB de múltiplas camadas 1000 pode incluir camadas de material de núcleo (por exemplo, laminado dielétrico) 1008, camadas de material de prepreg (um material pré-impregnado, como um material à base de epóxi) 1010 e camadas de material condutor (por exemplo, plano terra) 1012.

[0089] Uma região do chip de circuito integrado 1014 pode incluir camadas para montagem de um chip de circuito integrado 1016 sobre uma superfície inferior da BFN 1004. O chip de circuito integrado 1016 pode ser implementado, por exemplo, como uma instância do chip de circuito integrado 220 da Figura 2, do chip de circuito integrado 520 da Figura 6 ou do chip de circuito integrado 820 da Figura 9. A PCB de múltiplas camadas 1000 pode incluir uma porta 1018 implementada como uma via que acopla comunicativamente o chip de circuito integrado 1016 à matriz de antenas 1002. A PCI de múltiplas camadas 1000 pode também incluir uma via de isolamento 1020 que fornece blindagem para a porta 1018. A região do chip de circuito integrado 1014 pode se comunicar com a BFN 1004 através de uma via 1022 que acopla de modo comunicativo um combinador/divisor que pode ser formado em uma camada de fundo (exterior) da BFN 1004 ao chip de circuito

36 / 41 integrado 1016. O combinador/divisor pode ser implementado, por exemplo, como o combinador/divisor 3 a 1 212 da Figura 2, o combinador/divisor de segundo estágio 510 da Figura 6 ou o combinador divisor de segundo estágio 810 da Figura 9. Adicionalmente, o chip de circuito integrado 1016 pode ser conectado a uma fonte de alimentação através de uma via 1026 que pode acoplar o chip de circuito integrado 1016 à região de fonte de alimentação de corrente contínua (CC) 1028 da PCB de múltiplas camadas 1000. Adicionalmente, o chip de circuito integrado 1016 pode ser conectado a um nó eletricamente neutro (por exemplo, terra) através de uma via 1030.

[0090] Uma camada alimentadora 1032 da matriz de antenas 100 pode estar subjacente aos elementos irradiantes 1034 da matriz de antenas 1002. A camada alimentadora 1032 pode incluir uma instância de uma linha de alimentação 1036. A linha de alimentação 1036 pode acoplar a porta 1018 a um elemento de fenda 1038 dos elementos irradiantes 1034. O elemento de fenda 1038 pode ser eletromagneticamente acoplado a uma antena patch 1039 dos elementos irradiantes 1034.

[0091] A Figura 11 inclui uma seta que representa um sinal 1040 que flui através da PCB de múltiplas camadas 1000 operando no modo transmissor. O sinal 1040 pode ser fornecido, por exemplo, como um sinal elétrico (um sinal EM guiado) a partir de um sistema externo. O sinal 1040 atravessa o combinador/divisor 1024 e é fornecido ao chip de circuito integrado 1016 através da via 1022. O chip de circuito integrado 1016 pode ajustar (por exemplo, amplificar, ajustar a fase e/ou dividir) o sinal 1040. Além disso, o sinal 1040 pode ser fornecido à porta 1018, e o sinal 1040 é recebido na matriz de antenas 1002. O sinal 1040 pode ser fornecido ao elemento de fenda 1038 através da linha de alimentação 1036. O elemento de fenda 1038 pode converter um sinal EM guiado em um sinal EM irradiado que é transmitido pela antena patch 1039 para o espaço livre. No modo de recepção, os sinais operam em sentido inverso ao sinal 1040.

37 / 41

[0092] A Figura 12 ilustra um diagrama de blocos de um sistema 1100 que representa a interconexão lógica de uma matriz de antenas 1102 e uma BFN

1104. A matriz de antenas 1002 pode ser implementada, por exemplo, com uma matriz de antenas 100 da Figura 1, a matriz de antenas 400 da Figura 5 e/ou a matriz de antenas 700 da Figura 8. A BFN 1004 pode ser implementada, por exemplo, como a BFN 200 da Figura 2, a BFN 300 da Figura 3, a BFN 500 da Figura 6, a BFN 600 da Figura 7, a BFN 800 da Figura 9 ou a BFN 900 da Figura 10.

[0093] Em alguns exemplos, a matriz de antenas 1102 pode operar exclusivamente no modo de transmissão ou no modo de recepção. Em outros exemplos, a matriz de antes 1102 pode operar em um modo semiduplex, sendo que a matriz de antenas 1102 se alterna entre o modo de recepção e o modo de transmissão. Em ainda outros exemplos, a matriz de antenas 1102 pode operar em um modo duplex completo, sendo que a matriz de antenas 1102 opera simultaneamente no modo de recepção e no modo de transmissão.

[0094] No exemplo ilustrado, o número K de células de antena 1106 se comunica com a BFN 1104, em K é um número inteiro maior ou igual a dois (2). Cada célula de antena do número K de células de antena 1106 pode incluir um elemento irradiante 1108. O elemento irradiante 1108 pode ser representativo do número N de elementos de fenda dispostos ortogonalmente 1110 e uma antena patch 1114. No exemplo ilustrado, há dois elementos de fenda 1110, a saber, um primeiro elemento de fenda 11101 e um segundo elemento de fenda 11102. Cada célula de antena do número K de células de antena 1106 pode se comunicar com um chip de circuito integrado correspondente 1116. No exemplo ilustrado, cada chip de circuito integrado 1116 pode incluir um combinador/divisor 1120 que pode combinar e/ou dividir sinais que atravessam o chip de circuito integrado 1116. Adicionalmente, cada chip de circuito integrado 1116 pode incluir um número N de caminhos para comunicação com o número N de elementos de fenda 1110 da célula de antena

38 / 41 correspondente 1106. No exemplo ilustrado, cada chip de IC 1116 pode incluir uma trajetória de recepção 1122 e uma trajetória de transmissão 1124. Adicionalmente, em alguns exemplos, a primeira trajetória 1122 e a segunda trajetória 1124 de cada chip de circuito integrado 1116 podem ser representativas de múltiplas trajetórias que podem ser adicionalmente subdivididas em uma trajetória de recepção e uma trajetória de transmissão.

[0095] Cada primeira trajetória 1122 e cada segunda trajetória 1124 pode incluir um amplificador 1130 e um deslocador de fase 1132 para ajustar os sinais comunicados com o elemento irradiante 1108 e/ou a BFN 1104 correspondentes.

[0096] A trajetória de recepção 1122 pode ser acoplada a uma primeira porta 11341 da célula de antena correspondente 1106 e a trajetória de transmissão 1124 pode ser acoplada a uma segunda porta 11342 da célula de antena correspondente 1106. A primeira porta 11341 da célula de antena 1106 pode ser projetada para comunicar sinais entre a primeira trajetória 1122 do chip de circuito integrado 1116 e o primeiro elemento de fenda 11101 que estão em uma primeira polarização. A segunda porta 11342 da célula de antena 1106 pode ser projetada para comunicar sinais entre o segundo elemento de fenda 11102 com uma segunda polarização, ortogonal à primeira polarização. Por exemplo, a primeira polarização pode ser uma polarização vertical e a segunda polarização pode ser uma polarização horizontal, ou vice-versa. Em tal situação, a matriz de antenas 1102 pode comunicar sinais com polarização circular à direita (RHCP, "right hand circular polarization") ou polarização circular à esquerda (LHCP, "left hand circular polarization"). Alternativamente, em alguns exemplos, pode haver apenas um elemento de fenda 1110, e a polarização pode ser uma polarização linear.

[0097] Os chips de IC 1116 podem receber sinais de controle a partir de um controlador 1140 que pode ser implementado em um sistema externo. Como um exemplo, o controlador 1140 pode ser implementado como um

39 / 41 microcontrolador com instruções embutidas. Em outros exemplos, o controlador 1140 pode ser implementado como um computador de propósito geral com software executado no mesmo. Em alguns exemplos, os sinais de controle podem controlar o modo de operação do sistema 1100. Ou seja, em alguns exemplos, os sinais de controle podem fazer com que os chips de circuito integrado 1116 alternem a matriz de antenas 1102 do modo de recepção para o modo de transmissão, ou vice-versa. Adicionalmente, em alguns exemplos, os sinais de controle fornecidos a partir do controlador 1140 podem controlar uma quantidade variável de ajuste de amplitude aplicada por cada amplificador 1130. Dessa forma, em alguns exemplos, cada amplificador 1130 pode ser implementado como um amplificador de ganho variável, um circuito comutado atenuador, etc. De modo similar, em alguns exemplos, os sinais de controle fornecidos a partir do controlador 1140 podem controlar uma quantidade variável de ajuste de fase aplicada por cada deslocador de fase 1132.

[0098] Durante a operação no modo de recepção, o controlador 1140 pode fazer com que os chips de circuito integrado 1116 direcionem sinais a partir do número K de células de antena 1106 para a BFN 1104. Além disso, no modo de recepção, um sinal EM (um sinal de RF) na primeira polarização pode ser recebido na antena patch 1114 e detectado pelos primeiros elementos de intervalo 11101 por cada célula de antena do número K de células de antena 1106 (ou algum subconjunto das mesmas). De modo similar, um sinal EM (RF) na segunda polarização pode ser recebido na antena patch 1114 e detectado pelo segundo elemento de fenda 11102. Cada elemento de fenda dos primeiros elementos de fenda 11101 e dos segundos elementos de fenda 11102 pode converter os sinais EM recebidos em um sinal elétrico que pode ser fornecido a um chip de circuito integrado correspondente 1116 para ajuste. Os sinais fornecidos a partir do primeiro elemento de fenda 11101 podem ser fornecidos à primeira trajetória para o chip de circuito integrado 1116 e os sinais fornecidos a partir do segundo elemento de fenda 11102 podem ser fornecidos

40 / 41 à segunda trajetória 1124 do chip de circuito integrado 1116.

[0099] Continuando no modo de recepção, cada amplificador 1130 na primeira trajetória 1122 dos chips de circuito integrado 1116 pode amplificar o sinal fornecido a partir do primeiro elemento de fenda 11101 e cada deslocador de fase 1132 da primeira trajetória 1122 pode aplicar um ajuste de fase para emitir um sinal ao combinador/divisor 1120. De modo similar, cada amplificador 1130 na segunda trajetória 1124 dos chips de circuito integrado 1116 pode amplificar o sinal fornecido a partir do segundo elemento de fenda 11102 e cada deslocador de fase 1132 da segunda trajetória 1124 pode aplicar um ajuste de fase para emitir um sinal ao combinador/divisor 1120. Cada combinador/divisor 1120 pode combinar um sinal da primeira trajetória 1122 com um sinal da segunda trajetória 1124, de modo que o número K de chips de circuito integrado 1116 possa emitir um número K de subsinais. O número K de subsinais pode ser fornecido à BFN 1104. A BFN 1104 pode combinar o número K de subsinais para formar um sinal de feixe recebido que pode ser fornecido ao sistema externo para demodulação e processamento.

[00100] Durante a operação no modo de transmissão, o controlador 1140 pode ajustar os chips de circuito integrado 1116 para fornecer um sinal da BFN 1104 para o número K de células de antena 1106. O número K de células de antena 1106 pode, dessa forma, transmitir um sinal de feixe de transmissão que pode ser fornecido do sistema externo para a BFN 1104. A BFN 1104 pode dividir o sinal de feixe de transmissão em um número K de subsinais que podem ser fornecidos ao número K de chips de IC 1116. Cada chip de IC 1116 do número K de chips IC 1116 pode ajustar um subsinal correspondente para gerar um sinal ajustado que pode ser fornecido a uma célula de antena correspondente

1106. No exemplo ilustrado, o ajuste pode incluir dividir o subsinal correspondente em um primeiro sinal e um segundo sinal.

[00101] O primeiro sinal pode ser fornecido na primeira trajetória 1122 do chip de circuito integrado 1116 e o segundo sinal pode ser fornecido na

41 / 41 segunda trajetória 1124 do chip de circuito integrado 1116. O deslocador de fase 1132 da primeira trajetória 1122 pode aplicar um ajuste de fase ao primeiro sinal e o amplificador 1130 da primeira trajetória 1122 pode amplificar o primeiro sinal. O primeiro sinal pode ser fornecido ao primeiro elemento de fenda 11101. O primeiro elemento de fenda 11101 pode converter o primeiro sinal em um sinal EM (um sinal de RF) na primeira polarização que pode ser transmitido para a antena patch 1114. De modo similar, o deslocador de fase 1132 da segunda trajetória 1124 pode aplicar um ajuste de fase ao segundo sinal e o amplificador 1130 da segunda trajetória 1124 pode amplificar o segundo sinal. O segundo sinal pode ser fornecido ao segundo elemento de fenda 11102. O segundo elemento de fenda 11102 pode converter o segundo sinal em um sinal EM (um sinal de RF) na segunda polarização que pode ser transmitido para a antena patch 1114. A antena patch 1114 pode transmitir o sinal EM na primeira polarização e o sinal EM na segunda polarização para o espaço livre.

[00102] O que foi descrito acima são exemplos. Obviamente, não é possível descrever todas as combinações concebíveis de componentes ou metodologias, mas os versados na técnica reconhecerão que muitas combinações e permutas adicionais são possíveis. Consequentemente, a revelação se destina a abranger todas essas alterações, modificações e variações que se enquadram no escopo deste pedido, incluindo as reivindicações anexas. Para uso na presente invenção, o termo "inclui" significa inclui, mas não se limita a, e o termo "incluindo" significa incluindo, mas não se limitando a. O termo "baseado em" significa baseado pelo menos em parte em. Além disso, sempre que a revelação ou as reivindicações mencionarem "um", "um primeiro" ou "um outro" elemento, ou o seu equivalente, deve ser interpretado de modo a incluir um ou mais de um de tais elementos, não exigindo nem excluindo dois ou mais de tais elementos.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Matriz de antenas caracterizada por compreender: uma pluralidade de células de antena posicionadas em um sistema global de coordenadas da matriz de antena, sendo que cada célula de antena da pluralidade de células de antena tem um respectivo sistema local de coordenadas e compreende: um elemento irradiante que tem um ângulo de rotação predeterminado definido no sistema global de coordenadas; e uma porta de antena acoplada ao elemento irradiante, sendo a porta de antena posicionada em um conjunto específico de coordenadas no respectivo sistema local de coordenadas; sendo que o conjunto específico de coordenadas da porta de antena de cada célula de antena da pluralidade de células de antena são iguais; e sendo que o ângulo de rotação predeterminado do elemento irradiante de uma primeira célula de antena da pluralidade de células de antena é um primeiro ângulo de rotação no sistema global de coordenadas, e o ângulo de rotação predeterminado do elemento irradiante de uma segunda célula de antena da pluralidade de células de antena é um segundo ângulo de rotação no sistema global de coordenadas, sendo o segundo ângulo de rotação diferente do primeiro ângulo de rotação.

2. Matriz de antenas de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a porta de antena de cada célula de antena da pluralidade de células de antena ser uma primeira porta de antena e cada célula de antena da pluralidade de células de antena compreender adicionalmente uma segunda porta de antena, sendo a segunda porta de antena posicionada em um segundo conjunto de coordenadas no respectivo sistema local de coordenadas, sendo que a segunda porta de antena de cada célula da pluralidade de células de antena é posicionada no mesmo segundo conjunto de coordenadas em cada respectivo sistema local de coordenadas.

3. Matriz de antenas de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por a primeira porta de antena e a segunda porta de antena de cada célula de antena da pluralidade de células de antena comunicarem sinais que têm uma diferença de fase de 90 graus.

4. Matriz de antenas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por a segunda célula de antena ser girada no sistema global de coordenadas em relação à primeira célula de antena.

5. Matriz de antenas de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por o elemento irradiante da primeira célula de antena da pluralidade de células de antena ter um primeiro ângulo de rotação local predeterminado no sistema local de coordenadas da primeira célula de antena e o elemento irradiante da segunda célula de antena da pluralidade de células de antena ter um segundo ângulo de rotação local predeterminado no sistema local de coordenadas da segunda célula de antena, sendo o segundo ângulo de rotação local predeterminado deslocado em relação ao primeiro ângulo de rotação local predeterminado por um ângulo predeterminado no sistema local de coordenadas da primeira célula de antena e no sistema local de coordenadas da segunda célula de antena.

6. Matriz de antenas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada por uma terceira célula de antena da pluralidade de células de antena ser girada no sistema global de coordenadas em relação à primeira célula de antena da pluralidade de células de antena e um elemento irradiante da terceira célula de antena e o elemento irradiante da primeira célula de antena não serem girados um em relação ao outro no sistema global de coordenadas.

7. Matriz de antenas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada por a porta de antena de cada célula de antena da pluralidade de células de antena compreender uma via que é acoplada a uma rede de formação de feixes (BFN, “beam-forming network”).

8. Matriz de antenas de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pela BFN compreender uma pluralidade de combinadores/divisores que se convertem entre um sinal de entrada/saída e uma pluralidade de subsinais, sendo que cada subsinal da pluralidade de subsinais é comunicado a uma porta de antena de uma respectiva célula de antena da pluralidade de células de antena através de um chip de circuito integrado (IC, “integrated circuit”).

9. Matriz de antenas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada por a porta de antena de cada célula de antena da pluralidade de células de antena ser uma interface de sinal para comunicar sinais entre a célula de antena e um chip de circuito integrado (IC) acoplado a uma rede de formação de feixes (BFN).

10. Matriz de antenas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada por cada célula de antena da pluralidade de células de antena compreender adicionalmente uma linha de alimentação que acopla um elemento irradiante e uma porta de antena correspondentes de uma respectiva célula de antena, sendo que um comprimento de cada respectiva linha de alimentação da pluralidade de células de antena é igual.

11. Matriz de antenas de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por uma terceira célula de antena da pluralidade de células de antena ser girada no sistema global de coordenadas em relação à primeira célula de antena da pluralidade de células de antena e um elemento irradiante da terceira célula de antena e o elemento irradiante da primeira célula de antena não serem girados um em relação ao outro no sistema global de coordenadas.

12. Matriz de antenas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada por o conjunto específico de coordenadas para cada célula de antena da pluralidade de células de antena estar situado entre um respectivo elemento irradiante e um perímetro de uma respectiva célula de antena.

13. Matriz de antenas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada por compreender adicionalmente uma pluralidade de vias de isolamento, sendo que uma dada via de isolamento da pluralidade de vias de isolamento é compartilhada entre uma porta de antena de pelo menos três células da pluralidade de células de antena.

14. Matriz de antenas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada por a porta de antena de cada célula de antena da pluralidade de células de antena estar acoplada a uma rede de formação de feixes (BFN), sendo que a BFN compreende uma pluralidade de estágios de formação de feixes, sendo que cada estágio de formação de feixe da pluralidade de estágios de formação de feixes tem um respectivo sistema local de coordenadas, e cada estágio de formação de feixe da pluralidade de estágios de formação de feixes tem o mesmo formato geométrico no respectivo sistema local de coordenadas; e sendo que um dado estágio de formação de feixe da pluralidade de estágios de formação de feixes tem o mesmo formato geométrico que um outro estágio de formação de feixe da pluralidade de estágios de formação de feixes, sendo que o dado estágio de formação de feixe e o outro estágio de formação de feixe são o mesmo estágio, e o dado estágio de formação de feixe é girado no sistema global de coordenadas em relação ao outro estágio de formação de feixe.

15. Matriz de antenas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizada por a pluralidade de células de antena ser disposta em uma pluralidade de grupos de células de antena, sendo que cada uma compreende um padrão de rotação de grupo que define um ângulo de rotação predeterminado no sistema global de coordenadas para cada elemento irradiante em um respectivo grupo de células de antena.

16. Matriz de antenas de acordo com a reivindicação 15, caracterizada por o padrão de rotação de grupo para grupos adjacentes de células de antena ser diferente.

17. Matriz de antenas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizada por o elemento irradiante de seis células de antena da pluralidade de células de antena ter um ângulo de rotação diferente no sistema global de coordenadas.

18. Placa de circuito impresso (PCB) multicamadas, caracterizada por compreender: uma camada de formação de feixe tendo uma pluralidade de traços que formam uma rede de formação de feixes (BFN), sendo que a rede de formação de feixes é acoplada a uma pluralidade de vias de formação de portas de antena que se estendem na direção contrária da rede de formação de feixes (BFN), sendo que o BFN compreende: uma pluralidade de combinadores/divisores que convertem entre um sinal de entrada/saída e uma pluralidade de subsinais, sendo que cada subsinal da pluralidade de subsinais tem uma mesma potência e uma matriz de fases, sendo que cada subsinal da pluralidade de subsinais é comunicado a uma porta de antena da pluralidade de portas de antena; uma pluralidade de células de antena sendo posicionadas em um sistema global de coordenadas da PCB de múltiplas camadas para formar um padrão de mosaico regular, sendo que cada célula de antena da pluralidade de células de antena tem um respectivo sistema local de coordenadas e compreende: uma camada irradiante que compreende um elemento irradiante que tem um ângulo de rotação predeterminado no sistema global de coordenadas; e uma camada de linha de alimentação tendo uma linha de alimentação que acopla uma porta de antena correspondente da pluralidade de portas de antena ao elemento irradiante, sendo que cada porta de antena cruza com a camada de linha de alimentação em um conjunto específico de coordenadas no respectivo sistema local de coordenadas; sendo que o conjunto específico de coordenadas para cada célula de antena da pluralidade de células de antena é igual; e sendo que o ângulo de rotação predeterminado do elemento irradiante de uma primeira célula de antena da pluralidade de células de antena é um primeiro ângulo de rotação no sistema global de coordenadas, e o ângulo de rotação predeterminado do elemento irradiante de uma segunda célula de antena da pluralidade de células de antena é um segundo ângulo de rotação no sistema global de coordenadas, sendo o segundo ângulo de rotação diferente do primeiro ângulo de rotação.

19. Placa de circuito impresso de múltiplas camadas de acordo com a reivindicação 18, caracterizada por a pluralidade de combinadores/divisores da BFN estar disposta em uma pluralidade de estágios de formação de feixes, sendo que cada estágio de formação de feixe da pluralidade de estágios de formação de feixes tem um respectivo sistema local de coordenadas, e cada estágio de formação de feixe da pluralidade de estágios de formação de feixes tem o mesmo formato geométrico no respectivo sistema local de coordenadas; e sendo que um dado estágio de formação de feixe da pluralidade de estágios de formação de feixes tem o mesmo formato geométrico que um outro estágio de formação de feixe da pluralidade de estágios de formação de feixes, sendo que o dado estágio de formação de feixe e o outro estágio de formação de feixe são o mesmo estágio, e o dado estágio de formação de feixe é girado no sistema global de coordenadas em relação ao outro estágio de formação de feixe.

20. Placa de circuito impresso de múltiplas camadas de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 19, caracterizada por cada estágio de formação de feixe da pluralidade de estágios de formação de feixes corresponder a um primeiro circuito e a um segundo circuito, sendo que o primeiro circuito e o segundo circuito amplificam e deslocam a fase de sinal comunicado entre os respectivos estágios de formação de feixes e um elemento irradiante correspondente de uma respectiva célula de antena da pluralidade de células de antena.

21. Placa de circuito impresso de múltiplas camadas de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, caracterizada por a porta de antena de cada célula de antena da pluralidade de células de antena ser uma primeira porta de antena e cada célula de antena da pluralidade de células de antena compreender adicionalmente uma segunda porta de antena que se cruza com a camada de linha de alimentação em um segundo conjunto específico de coordenadas no respectivo sistema local de coordenadas, e sendo que o segundo conjunto específico de coordenadas para cada uma das células de antena são iguais.

22. Placa de circuito impresso de múltiplas camadas de acordo com a reivindicação 21, caracterizada por a primeira porta de antena e a segunda porta de antena de cada célula de antena da pluralidade de células de antena transmitirem sinais que têm uma diferença de fase de 90 graus.

23. Placa de circuito impresso de múltiplas camadas de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 22, caracterizada por uma terceira célula de antena da pluralidade de células de antena ser girada no sistema global de coordenadas em relação à primeira célula de antena da pluralidade de células de antena e um elemento irradiante da terceira célula de antena e o elemento irradiante da primeira célula de antena não serem girados um em relação ao outro no sistema global de coordenadas.

24. Placa de circuito impresso de múltiplas camadas de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 23, caracterizada por o conjunto específico de coordenadas para cada célula de antena da pluralidade de células de antena estar situado entre um respectivo elemento radiante e um perímetro de uma respectiva célula de antena.

25. Placa de circuito impresso de múltiplas camadas de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 24, caracterizada por a pluralidade de células de antena ser disposta em uma pluralidade de grupos de células de antena, sendo que cada um compreende um padrão de rotação de grupo que define um ângulo predeterminado de rotação no sistema global de coordenadas para cada elemento irradiante em um grupo respectivo de células de antena.

26. Placa de circuito impresso de múltiplas camadas de acordo com a reivindicação 25, caracterizada por o padrão de rotação de grupo para grupos adjacentes de células de antena ser diferente.