CN107046170B - 主动扫描式相控阵列天线系统的可扩展平面封装架构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及主动扫描式相控阵列天线系统的可扩展平面封装架构。针对可扩展平面相控阵列天线子阵列片组件提供了根据一个或多个示例的系统和方法。可扩展相控阵列天线子阵列片组件实施为印刷线路板(PWB)，天线元件联接到PWB。在一个示例中，PWB包括集成电路管芯，该集成电路管芯直接附接至PWB的第一表面的并与联接到所述PWB的第二表面的天线元件联接。第一导电过孔延伸穿过PWB的第一子组层并且联接到所述集成电路管芯。大于所述第一导电过孔的第二导电过孔延伸穿过PWB的第二子组层并且联接到所述天线元件。导电迹线将所述第一导电过孔和第二导电过孔联接到PWB的层上。所述第二导电过孔从所述第一导电过孔偏移以向所述集成电路管芯提供热机械应力释放。

Description

主动扫描式相控阵列天线系统的可扩展平面封装架构
技术领域
本发明涉及主动扫描式相控阵列天线系统的可扩展平面封装架构。
背景技术
在相控阵列天线的领域中，正在致力于提供实惠的高保真相控阵列子阵列片组件以用作相控阵列天线中的构筑块。通常，相控阵列天线系统(例如，子阵列片组件)采取大阵列的构造进行设计和制造，以满足特定应用。这样的系统是复杂的，需要许多零件和许多时间来制作、组装和测试最终产品。此外，较大较复杂的组件难以制造，由于低产率而增加了更多成本。
提供相控阵列天线所采用的常规技术往往是针对特定应用的单点方案。如此，这些产品大部分昂贵且适应性差。例如，提供较低成本的高保真天线阵列的现有方案经常依赖于将更多功能性整合到更大阵列的片组件中。然而，更大的阵列片组件增加了多个叠层中的印刷线路板的复杂性、总体板尺寸更厚、过孔纵横比更大以及大量的过孔，导致制造组件的产率较低且成本较高。
因此，需要有一种改进的相控阵列天线实施方案，其提供高保真相控阵列天线性能而没有过高的成本。
发明内容
一个或多个示例总体涉及相控阵列天线，更特别地涉及可扩展平面相控阵列天线子阵列片组件。根据一个或多个示例的本文所公开的系统和方法提供了一种提供可扩展平面相控阵列天线子阵列片组件的改进途径。在一些示例中，子阵列片组件实施为印刷线路板(PWB)，天线元件联接到所述PWB。在一个示例中，PWB可包括集成电路管芯，该集成电路管芯直接附接至所述PWB并且联接到所述天线元件。单个集成电路管芯可包括四个波束成形电路并且联接到四个天线元件以执行波束成形操作。所述集成电路管芯经由形成在所述PWB中的导电过孔联接到所述天线元件。形成在PWB层中的微过孔联接到所述集成电路管芯。所述微过孔联接到较大的镀覆过孔，其中所述镀覆过孔被偏移以向所述集成电路管芯提供热机械应力释放。所述镀覆过孔延伸穿过所述PWB的层并且联接到所述天线元件。
在一个示例中，一种系统包括相控阵列天线子阵列片组件，所述相控阵列天线子阵列片组件包括：印刷线路板(PWB)，其包括多个层；集成电路管芯，其联接到所述PWB的第一表面；天线元件，其联接到所述PWB的第二表面；第一导电过孔，其具有第一直径，所述第一导电过孔联接到所述集成电路管芯并且延伸穿过第一子组层；第二导电过孔，其具有大于所述第一直径的第二直径，所述第二导电过孔从所述第一导电过孔偏移、延伸穿过第二子组层并且联接到所述天线元件；所述PWB的导电迹线，其联接到所述第一导电过孔和第二导电过孔；并且其中，所述第二导电过孔的偏移为所述集成电路管芯提供了热机械应力释放。
在另一示例中，一种系统包括子阵列片组件，所述子阵列片组件包括：大致平面的印刷线路板(PWB)，其包括多个层；一个或多个集成电路管芯，其联接到所述PWB的第一表面；至少四个天线元件，其联接到所述PWB的第二表面，其中，所述至少四个天线元件在所述PWB上布置成方形栅格网格；并且其中，所述集成电路管芯经由所述层电联接到所述四个天线元件中的每个天线元件。
在另一示例中，一种方法包括：沿着在集成电路管芯与天线元件之间穿过印刷线路板(PWB)的导电路径传递RF信号，其中，所述导电路径包括：具有第一直径的第一导电过孔，所述第一导电过孔联接到所述集成电路管芯并且延伸穿过所述PWB的第一子组层；具有大于所述第一直径的第二直径的第二导电过孔，所述第二导电过孔从所述第一导电过孔偏移、延伸穿过所述PWB的第二子组层并且联接到所述天线元件；以及联接到所述第一导电过孔和第二导电过孔的所述PWB的导电迹线。
在另一示例中，一种方法包括：提供包括多个层的印刷线路板(PWB)；提供联接到所述PWB的第一表面的集成电路管芯；提供联接到所述PWB的第二表面的天线元件；将所述集成电路管芯电联接到延伸穿过第一子组层的第一导电过孔；以及将所述第一导电过孔电联接到第二导电过孔，所述第二导电过孔从所述第一导电过孔偏移、延伸穿过第二子组层并且联接到所述天线元件。
在另一示例中，一种方法包括：提供包括多个柱形波导的金属蜂窝结构，将多个柱形波导构造成与多个相控阵列天线子阵列片组件对接；沿着每个所述柱形波导的表面形成凹部；用介电材料填充所述柱形波导和所述凹部；并且其中，每个填充的凹部均将所述介电材料机械地固定到所述柱形波导。
本发明的范围由通过引用整合到该节中的权利要求书限定。通过考虑一个或多个示例的以下详细描述可以使本领域技术人员更完整理解本发明的示例并认识到本发明的额外优点。参考首先将简要描述的附图。
附图说明
图1图示了根据本公开一个示例的相控阵列天线系统的外部视图。
图2图示了根据本公开一个示例的相控阵列天线系统的分解图。
图3图示了根据本公开一个示例对接到阵列分布印刷线路板(PWB)的集成天线的印刷线路板(AiPWB)的分解图。
图4图示了根据本公开一个示例的相控阵列天线系统的横截面视图。
图5图示了根据本公开一个示例联接到集成电路管芯和波导的AiPWB的横截面视图。
图6图示了根据本公开一个示例经由AiPWB连接到天线元件的集成电路管芯连接的横截面视图。
图7图示了根据本公开一个示例联接到柱形波导的AiPWB波导的视图。
图8图示了根据本公开一个示例的AiPWB的横截面视图。
图9图示了根据本公开一个示例的AiPWB的RF分布层的视图。
图10A图示了根据本公开一个示例的子阵列片组件的视图。
图10B图示了根据本公开一个示例的发射相控阵列天线的视图。
图10C图示了根据本公开一个示例的接收相控阵列天线的视图。
图11A图示了根据本公开一个示例连接到天线元件的集成电路管芯连接。
图11B图示了根据本公开一个示例的集成电路管芯的分解图。
图11C图示了根据本公开一个示例的接收元件电子器件。
图11D图示了根据本公开一个示例的发射元件电子器件。
图12A图示了根据本公开一个示例使用接收子阵列片组件的过程。
图12B图示了根据本公开一个示例使用发射子阵列片组件的过程。
图13图示了根据本公开一个示例的提供相控阵列天线子阵列片组件的过程。
具体实施方式
本公开的示例提供了一种可扩展子阵列片组件，其显著减少了零件数、制作处理、制造/组装步骤和相控阵列天线成本。如此，可扩展子阵列片组件能在任何平面方向上复制以形成更大的集成相控阵列孔口。
在一些示例中，一种集成天线的印刷线路板(AiPWB)包括第一子组薄预浸料/铜层，所述第一子组薄预浸料/铜层邻接第一表面(例如，顶表面)以容纳多个第一导电过孔(例如，激光钻孔的微过孔)。所述第一导电过孔用于直接连接到结合有精细间距球栅的高密度集成电路管芯。通过利用第一子组层上的薄预浸料/铜层和激光钻孔的微过孔，AiPWB设计能适应精细间距的集成电路管芯使之直接附接至顶表面并且穿过AiPWB的层连接。这允许提高电子电路封装密度，这在先前是不可能的。
在一些示例中，所述AiPWB包括部分地用作波导过渡段的第二子组层。包括在所述第二子组层中的是第二导电过孔(例如，镀覆过孔)，所述第二导电过孔联接到所述第一导电过孔、延伸穿过所述第二子组层并且联接到第二表面(例如，底表面)上的天线元件。所述第二导电过孔从所述第一导电过孔偏移以向精细间距的集成电路管芯互连提供热机械应力释放。此外，所述第一导电过孔和第二导电过孔由导电迹线在所述AiPWB内联接。在这方面，直接附接至AiPWB的顶表面的所述精细间距的集成电路管芯可靠地联接到所述天线元件，以提供天线波束成形操作。
在一些示例中，所述集成电路管芯由硅锗(SiGe)合金制作，这使射频(RF)电子器件需要比常规RF电路(例如，砷化镓合金)更小的面积。单个集成电路管芯包含为四个天线元件提供波束成形操作的元件电子器件。通过使用SiGe集成电路管芯而节省的面积以及将精细间距的球栅可靠地连接到四个天线元件的能力显著减少了对电子器件的栅格的面积要求并且简化阵列的组装。面积要求的减少允许实施正方形平面子阵列片组件，例如，64个天线元件子阵列片组件(例如，8×8矩阵)。
在一些示例中，将AiPWB实施为正方形平面子阵列片组件允许使用波导之间的间隙区域将RF分布电路布局在第二子组层上。延伸穿过波导过渡段(例如，第二子组层)的接地过孔围绕联接到天线元件的每个第二导电过孔分布，以形成波导笼。在这方面，每个天线元件波导笼可使用二十四个接地过孔。接地过孔在过渡段层上重复使用，以减少RF分布电路内的射频干扰。通过重复使用接地过孔，AiPWB过孔数显著减少(例如，过孔减少十倍)，从而实现不太复杂和成本有效的AiPWB。
在一些示例中，金属蜂窝结构联接到所述AiPWB。柱形波导形成在所述金属蜂窝结构内并且联接到所述天线元件。所述波导可填充有介电材料。所述介电材料可针对以下特性来选择，即在RF频率下损耗低并且在RF频率下具有正确的介电常数。介电材料可选择为适应较低波导截止频率和较小直径的天线元件。此外，介电材料可选择热膨胀系数(CTE)以匹配金属蜂窝。介电材料可使用注塑或压塑工艺形成在柱形波导开口内。在一些示例中，凹部沿着柱形开口的表面形成以将介电材料固定到波导中。
在一些示例中，额外AiPWB层可用于提供内置测试和飞行中校准信号。进一步，内置测试可集成到SiGE集成电路中以提供自检能力。使用内置测试和飞行中校准减少了在子阵列片组件水平下100％测试的需要，同时仍维持稳健的系统测试程序使之转变为显著的成本节省。
一般而言，AiPWB利用更成本有效的子阵列大小(例如，布置成8×8矩阵的64个元件)，以便实现大阵列大小。子阵列片组件是各种各样技术的整合，以提高性能和功能性，同时减少使子阵列尺寸和覆盖区域变化的可扩展构筑块的成本、大小、重量和电源，以优化集成相控阵列天线的制作、组装、可制造性和测试。
在一个示例中，PWB可设置成包括多个集成电路管芯和天线元件。集成电路管芯由延伸穿过PWB的多个层的导电过孔联接到天线元件。延伸穿过第一子组层的第一导电过孔联接到所述集成电路管芯。延伸穿过第二子组层的第二导电过孔联接到所述天线元件。所述第二导电过孔从所述第一导电过孔偏移并且由所述PWB的层上的导电迹线联接到所述第一导电过孔。
在另一示例中，子阵列片组件可设置成包括大致平面的PWB以及联接到所述PWB的第一表面的一个或多个集成电路管芯。至少四个天线元件以方形栅格网格布置在所述PWB的第二表面上。单个集成电路管芯经由所述PWB的层电联接到四个天线元件中的每个天线元件。
图1图示了根据本公开一个示例的相控阵列天线系统100的外部视图。相控阵列天线系统100可用于根据本文中描述的各种技术发射和接收射频(RF)通信或雷达信号。相控阵列天线系统100可用在各种各样的平台上，诸如陆基、飞机或天基平台。相控阵列天线系统100包括发射天线孔口102和接收天线孔口103。在一些示例中，发射天线孔口102可包括2048个发射元件，并且接收天线孔口可包括2688个接收元件。相控阵列天线系统100可包括孔口壳体106，该孔口壳体106包括一个或多个安装凸缘108用于将相控阵列天线系统100牢固地安装到平台(例如，飞机天线整流罩)。孔口壳体106可包括金属蜂窝结构107以及形成在金属蜂窝结构107内的多个柱形波导105。金属蜂窝结构107的金属可包括铝，其采取纯铝或铝合金的形式。在一些示例中，波导105可构造为矩形、方形或适合波导105的任何其它形状。数据和电源馈通连接器109针对发射天线孔口102和接收天线孔口103中的每者被设置成接收和发射数据，并且接收来自外部源的功率。在一些示例中，设置了圆形凸缘安装连接器109，然而，其它类型的数据和电源连接器是可能的。同轴RF馈通连接器119针对发射天线孔口102和接收天线孔口103中的每者而设置。相控阵列天线系统100提供共享的孔口紧凑雷达和通信天线架构，以提供性能、大小和重量优点。
图2图示了根据本公开一个示例的相控阵列天线系统100的分解图。相控阵列天线系统100可包括：孔口组件201、包括接收相控阵列天线子系统211和发射相控阵列天线子系统215的天线阵列202、冷板组件204、阵列分布组件206以及盖208。
如本文中描述的，孔口组件201可包括孔口壳体106，该孔口壳体106整合有金属蜂窝结构107以及形成在金属蜂窝结构107内的多个柱形波导105。在一些示例中，柱形波导105可填充有如本文中描述的介电材料。在一些示例中，介电材料可选择为适应性能改进。例如，扫描宽角度的改进和频率带宽的增加可能需要性能适应与这种改进关联的波导截止频率和元件直径的改变的介电材料。
如图2所示，天线阵列202包括接收相控阵列天线214和发射相控阵列天线218。接收相控阵列天线214和发射相控阵列天线218均包括多个相控阵列天线子阵列片组件。在一些示例中，接收相控阵列天线214包括42个接收相控阵列天线子阵列片组件224。在一些示例中，发射相控阵列天线218包括32个发射相控阵列天线子阵列片组件228。在接收相控阵列天线214和发射相控阵列天线218的其它示例中，更多或更少的子阵列片组件是可能的。在这方面，相控阵列子阵列片组件(例如，接收相控阵列天线子阵列片组件224和/或发射相控阵列天线子阵列片组件228)形成供大型相控阵列天线中使用的可扩展构筑块。
在图2所示的示例中，冷板组件204包括接收冷板213和发射冷板217。冷板组件204可构造成联接到第一表面上的天线阵列202和第二表面上的阵列分布组件206。冷板组件204可构造成为每个相联接的天线阵列202和阵列分布组件206维持安全操作温度。在一些示例中，来自天线阵列202和/或阵列分布组件206的余热可被动地传递到冷板组件204。在其它示例中，冷板组件204可形成有沟槽以接受流体，以便主动地冷却天线阵列202和/或阵列分布组件206。接收冷板213可联接到第一表面上的接收相控阵列天线214和第二表面上的接收阵列分布印刷线路板(PWB)212。发射冷板217可联接到第一表面上的发射相控阵列天线218和第二表面上的发射阵列分布印刷线路板(PWB)216。形成为穿过接收冷板213和发射冷板217的多个开口209可接受连接器，如本文中描述的，该连接器被构造成提供天线阵列202与阵列分布组件206之间的电气接口。
在图2所示的示例中，相控阵列天线系统100包括阵列分布组件206。阵列分布组件206包括接收阵列分布PWB 212和发射阵列分布PWB 216，用以为天线阵列202提供电源、数据、时钟和/或控制信号。在这方面，接收阵列分布PWB 212的电源和控制电路222可为接收相控阵列天线214的每个接收子阵列片组件224提供RF、直流电源和控制信号。
此外，电源和控制电路222可提供控制器230，以与接收子阵列片组件224的集成电路管芯对接。例如，控制器230可包括微处理器、逻辑装置(例如，构造成执行处理操作的可编程逻辑装置)、数字信号处理(DSP)装置、用于存储可执行指令(例如，软件、固件或其它指令)的一个或多个存储器和/或任何其它适当组合的用于执行指令以执行本文中描述的任何各种操作的处理装置和/或存储器。
电源和控制电路222的控制器230可联接到形成在集成电路管芯(例如，图5的集成电路管芯540)内的内置测试电路(例如，图11的内置测试电路1162)。在一些示例中，内置测试电路可提供基本上类似于系统信号的测试信号。在这方面，内置测试电路可构造成为集成电路管芯540提供第一测试信号(1101a至1101c)并且接收来自集成电路管芯540的第二测试信号(1102a至1102d)。控制器230接收第二测试信号以与基准第二测试信号比较。此外，飞行中校准电路(例如，图11的飞行中校准电路1164)可形成在集成电路管芯540内。飞行中校准电路可构造成响应于经由第一导电过孔接收的信号来调节系统的操作。在集成电路管芯540内提供内置测试和飞行中校准能力允许实时地监控重要性能参数并且在早期检测到性能降低，这提供了测试和操作相控阵列天线系统100的成本节省。
RF转换器223可设置成将从接收子阵列片组件224接收的射频(RF)信号转换为中间频率(IF)信号并且经由同轴RF馈通连接器119将接收阵列分布PWB 212的IF信号分布到其它系统。接收阵列分布PWB 212可包括波束控制电路227，用于处理从接收子阵列片组件224接收的偏振RF信号(例如，图11的偏振RF信号1102a-1102b)。
发射阵列分布PWB 216可包括电源和控制电路226，用于为发射相控阵列天线218的每个发射子阵列片组件228提供RF、直流电源和控制信号。电源和控制电路226可提供控制器231，用以与发射子阵列片组件228的集成电路管芯(例如，图5的集成电路管芯540)对接。如本文中描述的，控制器231类似于电源和控制电路222的控制器230。如本文中描述的，电源和控制电路226的控制器231可联接到形成在集成电路管芯内的内置测试电路，以接收来自集成电路管芯的测试信号使之与基准测试信号比较。
此外，RF转换器229可构造成将经由同轴RF馈通连接器119从其它系统接收的IF信号转换为RF信号并且为发射子阵列片组件228提供转换后的RF信号以进行波束成形操作和发射。接口连接器219可设置成将发射阵列分布PWB 216电联接到接收阵列分布PWB 212。
如图2所示，相控阵列天线系统100包括盖208，用以防止环境污染并且提供电磁干扰(EMI)封闭。
在图2所示的示例中，相控阵列天线系统100包括接收相控阵列天线子系统211和发射相控阵列天线子系统215。如本文中描述的，接收相控阵列天线子系统211包括接收阵列分布PWB 212、接收冷板213和接收相控阵列天线214，接收相控阵列天线214包括42个接收子阵列片组件224。如本文中描述的，发射相控阵列天线子系统215包括发射阵列分布PWB216、发射冷板217和发射相控阵列天线218，发射相控阵列天线218包括32个发射子阵列片组件228。在这方面，接收相控阵列天线子系统211和发射相控阵列天线子系统215提供了紧凑式完全集成的多功能相控阵列天线系统100，将所有的电子器件、电源、控制装置和RF连接装配至天线整流罩覆盖区域内的阵列或者从该阵列装配。相控阵列天线系统100实现了将多种技术整合到最少数量的零件中，以减少相控阵列天线的制造过程、组装时间和每个元件成本。
图3图示了根据本公开一个示例对接到阵列分布印刷线路板(PWB)的集成天线的印刷线路板(AiPWB)的分解图。如图3所示，孔口组件201整合有金属蜂窝结构107以及形成在金属蜂窝结构107内的多个柱形波导105(如本文中描述的)。此外，图3包括天线阵列202，该天线阵列202具有接收相控阵列天线214和发射相控阵列天线218。接收相控阵列天线214包括多个接收子阵列片组件224(例如，接收集成天线的印刷线路板)，并且发射相控阵列天线218包括多个发射子阵列片组件228(例如，发射集成天线的印刷线路板)。如本文中描述的，发射子阵列片组件228和接收子阵列片组件224均可由AiPWB(例如，图5的AiPWB 525)形成。发射子阵列片组件228和接收子阵列片组件224均可包括接口连接器309，该接口连接器309被构造成提供分别对接至发射阵列分布PWB 216和接收阵列分布PWB 212的电气接口。
例如，接口连接器309可联接到发射子阵列片组件228。接口连接器309可延伸穿过发射冷板217中的开口209，以联接到发射阵列分布PWB 216。在这方面，发射阵列分布PWB216的电源和控制电路226可经由接口连接器309为发射子阵列片组件228提供RF、直流电源和控制信号。接口连接器309可联接到接收子阵列片组件224。接口连接器309可延伸穿过接收冷板213中的开口209，以联接到接收阵列分布PWB 212。此外，接收阵列分布PWB 212的电源和控制电路229可经由接口连接器309为接收子阵列片组件224提供RF、直流电源和控制信号。
图4图示了根据本公开一个示例从图2的相控阵列天线系统100的任一条线4-4或4’-4’截取的横截面视图。例如，图4示出了由AiPWB 525形成的多个相控阵列天线子阵列片组件224/228以及孔口壳体106，该孔口壳体106包括联接到多个子阵列片组件224/228的多个波导105。阵列分布印刷线路板212/216可联接到多个子阵列片组件。冷板213/217可配置在阵列分布PWB 212/216与多个子阵列片组件224/228之间。
在图4所示的示例中，接口连接器309可延伸穿过冷板213/217中的开口209，以联接到阵列分布PWB 212/216。阵列分布PWB 212/216的电源和控制电路222/226可经由接口连接器309为子阵列片组件224/228提供RF、直流电源和控制信号。
孔口壳体106可包括金属蜂窝结构107以及形成在金属蜂窝结构107内的多个柱形波导105。如本文中描述的，柱形波导105可联接到子阵列片组件224/228，以提供用于由子阵列片组件224/228接收和/或发射的RF信号的传播路径。
在一些示例中，相控阵列天线系统100使用分别用于发射天线子系统211和接收天线子系统215两者的类似的结构化途径。构建和集成子阵列片组件224/228的该结构化途径允许XY笛卡尔坐标平面方向的阵列生长。
图5图示了根据本公开一个示例的图4的AiPWB 525的细节。如图所示子阵列片组件202包括：印刷线路板(PWB)525(例如，AiPWB)，其包括多个层527/529；多个集成电路管芯540(单独标记为540a至540d)，其联接到PWB 525的第一表面503；以及多个天线元件(例如，图6的天线元件660)，其联接到PWB 525的第二表面504。
在一些示例中，AiPWB 525可由使用预浸料/铜芯的射频(RF)可兼容介电材料制作。AiPWB 525的上三层(例如，层一至层三)可形成第一子组层527。在一些示例中，层527可由薄预浸料/铜形成并且包括延伸穿过层527的多个第一导电过孔510(单独标记为510a至510f)，以提供改进的尺寸精度以及管芯与精细间距的焊料凸块的直接附接。在一些示例中，集成电路管芯540的多个焊料凸块541(单独标记为541a至541d)可间隔300微米间距。焊料凸块541之间的布局可能需要四毫米迹线和4毫米空间。通过使用用于层527的薄预浸料/铜，AiPWB 525可适应间距、迹线和空间要求，以将集成电路管芯540附接和电气连接到AiPWB 525。在这方面，具有第一直径的第一导电过孔510(例如，激光钻孔的微过孔)可联接到集成电路管芯540并且延伸穿过层527。
AiPWB 525的下二十层(例如，层四至层二十三)可形成第二子组层529。在一些示例中，多个第二导电过孔520(单独标记为520a至520f)可延伸穿过层529。在一些示例中，用于层529的预浸料/铜可厚于用于层527的预浸料/铜，以适应更大直径的过孔。在这方面，第二导电过孔520(例如，直径大于激光钻孔的微过孔的镀覆过孔)具有大于第一直径的第二直径，并且从第一导电过孔510偏移，可延伸穿过第二层529，并且可联接到天线元件660。AiPWB 525的多个导电迹线(单独标记为530a至530f)可将多个第一导电过孔510联接到公共层上的多个第二导电过孔520，以将集成电路管芯540电联接到天线元件660。
第二导电过孔520可从第一导电过孔510偏移，以向集成电路管芯540提供热机械应力释放。由于联接的较大导电过孔未偏移的构造中热膨胀系数(CTE)不匹配，机械和热应力可在集成电路管芯的焊料凸块541处造成对第一导电过孔510的焊接接头的故障。因此，偏移的第二导电过孔520和集成的导电迹线530使应变与焊接接头解耦，从而允许稳健而高度可靠的电气连接。
在一些示例中，内插式印刷线路板(PWB)560(单独标记为560a至560d)可将集成电路管芯540联接到AiPWB 525。内插式PWB 560可提供将不同管芯几何形状和/或输入/输出引脚分配的集成电路管芯540连接到公共AiPWB 525焊盘图案的适应性。此外，内插式PWB560可为集成电路管芯540提供有效的散热器，从而增加集成电路管芯540的热循环可靠性。例如，集成电路管芯540可以是包括多个焊料凸块541的倒装芯片。所述多个焊料凸块541可电气且机械地联接到内插式PWB 560的第一表面507。集成电路管芯540可结合到内插式PWB560，并且底部填充材料543可施加在集成电路管芯540的第一表面608与内插式PWB 560的第一表面507之间的区域507a中。内插式PWB 560的第二表面508可包括联接到AiPWB 525的第一表面503的球栅阵列(BGA)561(单独标记为561a至561d)，并且BGA中的至少一个球561电联接到第一导电过孔510。
在一些示例中，AiPWB 525可包括延伸穿过层529的多个接地过孔550。如本文中描述的，接地过孔550可制作为镀覆过孔并且绕第二导电过孔520的周界分布，以提供围绕第二导电过孔520的波导笼(例如，图6的波导笼651)。接地过孔550可如示出地由背钻535a背钻，以去除接地过孔550的未使用区段。背钻535(单独标记为535a至535d)使信号桩最少化并且减少了寄生信号的数量。
在一些示例中，孔口壳体106可包括金属蜂窝结构107。多个柱形波导105可形成在金属蜂窝结构107内，以提供传播路径来发射和接收电磁信号。在这方面，每个柱形波导105均可形成有AiPWB波导(例如，图6的AiPWB波导601)的半径基本相等的半径并且从金属蜂窝结构107的顶表面502延伸到底表面501。在一些示例中，凹部516a和516b可分别沿着表面505和506形成。在其它示例中，可形成更多或更少的凹部516。
在一些示例中，柱形波导105以及凹部516a和516b可填充有介电材料。介电材料可针对以下特性来选择，即在RF频率下损耗低并且具有与AiPWB 525的介电常数基本相等的介电常数。此外，介电材料可选择为使热膨胀系数(CTE)基本上等于金属蜂窝结构107的CTE。介电材料可使用注塑或压塑工艺形成在柱形波导105的开口内。在一些示例中，填充的凹部516a和516b将介电材料机械地固定到柱形波导105，以防止热和/或机械应力造成介电材料在波导105内移位。金属蜂窝107可在表面504处联接到AiPWB 525，并且每个柱形波导105均可联接到多个AiPWB波导601中的对应波导。
在一些示例中，宽角度阻抗匹配(WAIM)材料层563可配置在柱形波导105上，以优化相控阵列天线系统100与自由空间之间的阻抗匹配，从而允许将相控阵列天线系统100扫描宽角度。在这方面，多个宽角度阻抗匹配(WAIM)材料层563可配置在多个柱形波导105的暴露表面509和金属蜂窝结构107的外表面501上。
在一些示例中，AiPWB 525可包括盖和密封环512，以提供环境污染保护和EMI屏蔽。盖和密封环512可形成有单独的空腔，为每个集成电路管芯540提供封闭，以减少EMI并且在紧凑的AiPWB 525容积中维持天线性能。
如图5所示，AiPWB 525是各种各样技术的整合，以提高性能和功能性，同时减少可使子阵列尺寸和覆盖区域变化的可扩展构筑块的成本、大小、重量和功率，以优化集成相控阵列天线系统100的制作、组装、可制造性和测试。
图6图示了根据本公开另一示例的图4的AiPWB 525的细节。图6提供了本文先前所讨论的图4的各种特征，其可形成本示例的一部分。特别是，图6图示了根据本公开一个示例经由AiPWB 525连接到天线元件660的集成电路管芯540的横截面视图。
在图6所示的示例中，AiPWB 525可包括AiPWB波导601(单独标记为601a至601b)。如本文中描述的，AiPWB波导601可由多个镀覆通孔过孔(例如，接地过孔550)形成，其从层529延伸到底表面504以形成AiPWB 525内的波导笼651。AiPWB波导601可包括构造成接收和/或发射RF信号的天线元件660。
在一些示例中，集成电路管芯540e可构造为包括多个焊料凸块541(单独标记为541h至541k)的倒装芯片，所述多个焊料凸块541电气且机械地联接到AiPWB 525的第一表面503。集成电路管芯540e可粘合地结合到AiPWB 525的第一表面503，并且底部填充材料543可施加在AiPWB 525的表面503与集成电路管芯540e的表面608之间。在一些示例中，底部填充543可使用液体毛细管流动过程来施加。在其它示例中，底部填充543可使用助熔过程来施加，然而，用于施加底部填充543的其它工艺是可能的。至少一个焊料凸块541可电联接到延伸穿过层527的第一导电过孔510。
第二导电过孔520(单独标记为520h至520k)可从第一导电过孔510偏移，并且可延伸穿过第二子组层529以联接到天线元件660(例如，660a和660b)。AiPWB 525的导电迹线530(单独标记为530h至530k)可联接公共AiPWB层上的第一过孔和第二过孔。如本文中描述的，第二导电过孔520可从第一导电过孔510偏移，以向集成电路管芯540e提供热机械应力释放。
在一些示例中，天线元件660可构造成提供正交RF信号。在这方面，如本文中描述的，集成电路管芯540e可选择从天线元件660a和/或660b接收的RF信号的偏振(例如，线性偏振、右旋圆偏振或左旋圆偏振)。
图7图示了根据本公开一个示例联接到柱形波导105的AiPWB波导601的视图。图7提供了本文先前所讨论的图4的各种特征，其可形成本示例的一部分。柱形波导105在图7中是无阴影而透明的，以示出AiPWB波导601的额外特征。AiPWB波导601可形成在AiPWB 525的层529内。在一些示例中，二十四个接地过孔550可延伸穿过层529并且可绕第二导电过孔520(单独标记为520l至520m)的周界分布，以提供围绕第二导电过孔520的波导笼651c。第二导电过孔520可延伸穿过层529并且电联接到配置在AiPWB 525的底表面504上的天线元件660c。柱形波导105可在AiPWB 525的底表面504处联接到波导笼651c。在这方面，子阵列片组件波导可由联接到柱形波导105的AiPWB波导601形成。
如本文中描述的，接地过孔550(单独标记为550a至550d)可在层529上重复使用，以衰减形成在AiPWB波导601的间隙区域之间的层上的RF分布电路内的射频干扰(RFI)。通过重复使用过孔，六十四个天线元件子阵列片组件内的总过孔数减少可提供不太复杂且更成本有效的AiPWB 525。例如，通过重复使用接地过孔550，AiPWB 525的过孔数可减少大约一千五百个过孔。
图8图示了根据本公开的又一示例的图4的AiPWB的细节。图8提供了本文先前所讨论的图4的各种特征，其可形成本示例的一部分。在一些示例中，如图8所示，AiPWB 525包括23个金属层(例如，第一层527和第二层529的组合)。在一些示例中，金属层是铜；然而，用于微波频率应用的其它金属也会是可能的。AiPWB还可包括多个介电层。介电层可使用介电常数适合微波频率应用的介电材料而形成。在一些示例中，购自Rogers Corporation ofBrooklyn Connecticut的Rogers 2929 Bondply可用在AiPWB 525的构建中。用于形成AiPWB 525的多个金属层和介电层可能仅需要使用行业标准PWB处理技术的两个叠层序列。常规PWB可能需要三个以上叠层序列。与常规相控阵列天线印刷线路板所需的大约三万八千个过孔比较，AiPWB 525可能需要大约四千个过孔。在这方面，优于常规工艺和技术的这些改进提供了AiPWB制作成本的显著降低。如图8所示，第一导电过孔510l可形成在层527上。第二导电过孔520(单独标记为520n至520p)可形成在层529上。
AiPWB 525可包括RF分布层860(单独标记为860a至860c)，该RF分布层860形成在AiPWB 525的层529内，以提供AiPWB 525内的RF分布网络。通过将RF分布层860实施在层529内，用于延伸穿过层529的波导笼651的接地过孔550e可重复使用，以减少RF分布层860内的射频干扰。
图9图示了根据本公开一个示例的AiPWB 525的RF分布层900的视图。在图9所示的示例中，RF分布层900可构造在AiPWB 525的一个或多个层(例如，RF分布层860a至860c)上。RF分布层900可实施为组合多个偏振RF信号(例如，图11C的偏振RF信号1102a和/或1102b)，以提供单个子阵列片组件的偏振RF信号。在这方面，RF分布层900可包括多个RF分布过孔925，所述多个RF分布过孔925实施为将所述多个偏振RF信号1102a和/或1102b联接到形成在RF分布层900上的多个导电迹线935。在一些示例中，多个导电迹线935可形成为受控阻抗的导电迹线935(例如，50欧姆受控阻抗迹线和/或100欧姆受控阻抗迹线)，该受控阻抗的导电迹线935被构造成为组合器电路945提供成对偏振RF信号1102a和/或1102b。在一些示例中，受控阻抗的导电迹线935可构造为带状导体，然而，其它类型的导体是可能的，诸如嵌入式微带。连续组合的成对偏振RF信号1102a和/或1102b可进一步组合，以在RF分布层900的过孔955处提供单个组合的偏振RF信号1102。
图10A图示了根据本公开一个示例的子阵列片组件(例如，接收子阵列片组件224和/或发射子阵列片组件228)的视图。在图10A所示的示例中，子阵列片组件可实施为六十四个天线元件的接收子阵列片组件224，包括AiPWB 525和多个集成电路管芯540，所述多个集成电路管芯540联接到布置成8×8方形栅格的多个天线元件660。在示出的示例中，四个天线元件660布置成方形栅格网格1001，并且四个天线元件660均联接到集成电路管芯540。第一导电过孔和第二导电过孔(例如，分别是510和520)可将集成电路管芯540联接到四个天线元件660中的每个天线元件，以接收来自天线元件660的RF信号。RF分布导体1035可将集成电路管芯540的偏振RF信号1102a和/或1102b电联接到RF分布层900。在一些示例中，RF分布导体1035可构造为带状导体，然而，其它类型的导体是可能的，诸如微带。在其它示例中，RF分布导体1035可以是同轴线缆。RF分布层900可组合多个偏振的RF输出信号1102a和/或1102b以形成单个组合的偏振RF信号1102，并且为相控阵列天线组件100的阵列分布组件206提供单个组合的偏振RF信号1102以进行波束控制操作。
图10B图示了根据本公开一个示例的发射相控阵列天线218的视图。在图10B所示的示例中，发射相控阵列天线218包括32个/64个天线元件的发射子阵列片组件228。图10C图示了根据本公开一个示例的接收相控阵列天线214的视图。在图10C所示的示例中，接收相控阵列天线214包括42个/64个天线元件的接收子阵列片组件224。在这方面，子阵列片组件是相控阵列天线系统100的基本构筑块。接收子阵列片组件224和发射子阵列片组件228提供了能在XY笛卡尔坐标平面方向上复制以形成较大集成相控阵列孔口的可扩展片组件。
图11A图示了根据本公开一个示例连接到天线元件660的集成电路管芯540。在图11A所示的示例中，四个天线元件660(单独标记为660d至660g)可布置成方形栅格网格(例如，方形栅格网格1001)。第一导电过孔和第二导电过孔(例如，分别是510和520)可将集成电路管芯540联接到四个天线元件660中的每个天线元件。在示出的示例中，每个天线元件660d至660g均可为集成电路管芯540的输入端口1141提供竖直RF信号并且为集成电路管芯540的输入端口1142提供水平RF信号。竖直RF信号和水平RF信号的每个天线元件660均可经由对应的第一导电过孔510和第二导电过孔520联接到集成电路管芯540。
图11B图示了根据本公开一个示例的集成电路管芯540的分解图。在一些示例中，集成电路管芯540可由硅锗合金(SiGe)材料制作。在其它示例中，集成电路管芯540可由互补金属氧化物半导体(CMOS)、双极/互补金属氧化物半导体(BiCMOS)或用于制作RF电路的任何其它适当的半导体技术制作。通过使用SiGe，AiPWB 525上集成电路管芯540所需的面积可减少，从而允许方形栅格1001实施。
集成电路管芯540可提供用于四个天线元件660d至660g的波束成形电路。例如，图11B图示了集成电路管芯540的接收子阵列片组件224实施方案，其包括竖直RF信号输入端口1141d至1141g和水平RF信号输入端口1142d至1142g(对应于天线元件660d至660g)。
图11C图示了根据本公开一个示例的接收元件电子器件1150。集成电路管芯540的接收子阵列片组件224实施方案包括四个接收元件电子器件1150波束成形电路。竖直RF信号可由天线元件660提供并且可在接收元件电子器件1150的输入端口1141处接收。竖直RF信号可被放大并且由分离器电路1143分割，设定为由偏振电路1144偏振、由组合器电路1145组合以及由波束方向电路1146相移和放大。竖直偏振RF信号可在集成电路管芯540的输出1147处提供。以类似的方式，水平RF信号可由天线元件660提供并且可在输入端口1142处接收。水平RF信号可被放大并且由分离器电路1143分割，设定为由偏振电路1144偏振、由组合器电路1145组合以及由波束方向电路1146相移和放大。水平偏振RF信号可在集成电路管芯540的输出1148处提供。
偏振电路1144可选择性地偏振竖直RF信号和水平RF信号。偏振可设定为线性偏振和/或圆偏振。圆偏振可包括右旋圆偏振和左旋圆偏振。在这方面，集成电路管芯540的四个接收元件电子器件1150均为两个偏振RF信号1102a和1102b在接收元件电子器件的输出端口1147和1148处提供可独立选择的偏振。
图11D图示了根据本公开示例的发射元件电子器件1160。集成电路管芯540的发射子阵列片组件228实施方案包括四个发射元件电子器件1160的波束成形电路。在一些示例中，RF信号1101c可由阵列分布组件206的RF转换器229提供并且可接收在发射元件电子器件1160的输入端口1151处。RF信号1101c可由可变衰减电路1152衰减、由分离器电路1153分割为两个RF信号以及由右旋圆偏振电路1154和/或左旋圆偏振电路1155偏振。
发射元件电子器件1160可构造成分别在发射元件电子器件的输出端口1158和1159处发射右旋圆偏振的(RHCP)RF信号1102c和1102d。在一些示例中，当左旋圆偏振驱动器级1157关闭时，发射元件电子器件1160可发射RHCP。
发射元件电子器件1160可构造成分别在发射元件电子器件的输出端口1158和1159处发射左旋圆偏振(LHCP)的RF信号1102c和1102d。在一些示例中，当RHCP驱动器级1156关闭时，发射元件电子器件1160可发射LHCP。当驱动器级1156和1157分别在LHCP和RHCP操作期间选择性地关闭时，可维持输出端口1158和1159处的匹配负载。
在一些示例中，当所有驱动器级(例如，LHCP和RHCP驱动器级)打开并完全偏置时，发射元件电子器件1160分别在发射元件电子器件的输出端口1158和1159处发射任意线性偏振RF信号1102c和1102d，取向取决于RHCP和LHCP信号的相对相移。
图12A图示了根据本公开一个示例使用相控阵列天线100的接收子阵列片组件224的过程。
在框1205中，多个RF信号1101(例如，1101a和1101b)可由多个天线元件660接收。在框1210中，每个天线元件660均可构造成对应地经由第二导电过孔520和第一导电过孔510为集成电路管芯540提供RF信号1101a和1101b。RF信号1101a和1101b可沿着包括第二导电过孔520、导电迹线530、第一导电过孔510并且联接到集成电路管芯540的导电路径从天线元件660传递。
在框1215中，RF信号1101a和1101b可分别接收于集成电路管芯540的输入端口1141和1142处，并且集成电路管芯540可构造成将RF信号1101a和1101b转换为偏振RF信号1102a和1102b。RF信号1101a和1101b可选择性地偏振至右旋圆偏振、左旋圆偏振和/或线性偏振。在框1220中，集成电路管芯540可分别在输出端口1147和1148处提供偏振RF信号1102a和1102b。偏振RF信号1102a和1102b可耦合到AiPWB 525的RF分布层900，以与接收子阵列片组件224内的多个偏振RF信号1102组合而产生单个组合的偏振RF信号1102。单个组合的偏振RF信号1102可耦合到相控阵列天线组件100的接收阵列分布PWB 212以进行波束控制操作。
图12B图示了根据本公开一个示例使用相控阵列天线100的发射子阵列片组件228的过程。在框1225中，RF信号1101c可由阵列分布组件206的RF转换器229提供并且耦合到集成电路管芯540的输入端口1151。在框1230中，RF信号1101c可分割为两个RF信号并且由集成电路管芯540选择性地偏振。分割的RF信号可选择性地偏振至右旋圆偏振、左旋圆偏振和/或任意线性偏振。
在框1235中，偏振RF信号1102c和1102d可分别沿着包括第一导电过孔510、导电迹线530、第二导电过孔520并且联接到天线元件660的导电路径从集成电路管芯540的输出端口1158和1159传递。在框1240中，天线元件660可发射偏振RF信号1102c和1102d。
图13图示了根据本公开一个示例提供相控阵列天线100的子阵列片组件(例如，接收子阵列片组件224和/或发射子阵列片组件228)的过程。在框1305中，可提供多个PWB 525层。在框1310中，多个第一导电过孔510可形成在第一子组层527内，并且多个第二导电过孔520可形成在第二子组层529内。第二导电过孔520可从第一导电过孔510偏移以向集成电路管芯540提供热机械应力释放。多个接地过孔550可形成为延伸穿过第二子组层529并且绕第二导电过孔520的周界分布，以提供围绕第二导电过孔520的波导笼651。
在框1315中，多个第一导电过孔510和第二导电过孔520可由形成在PWB层上的多个导电迹线530电联接。
在框1320中，可提供多个RF分布层900，其包括联接到形成在层900上的多个组合器电路945的多个RF分布的受控阻抗导电迹线935。延伸穿过RF分布层900的多个接地过孔550可重复使用，以减少RF分布电路(例如，由联接到组合器电路945的受控阻抗导电迹线935形成的RF分布电路)内的射频干扰。
在框1325中，多个PWB层(例如，第一子组层527和第二子组层529)可被层压而形成AiPWB 525。
在框1330中，多个集成电路管芯540可粘合地结合到AiPWB 525并且在集成电路管芯540的第一表面608与AiPWB 525的第一表面503之间的区域609中填充底部填充材料543。构造在集成电路管芯540的第一表面608上的多个焊料凸块541可机械联接到AiPWB 525的第一表面503。至少一个焊料凸块541电联接到延伸穿过第一子组层527的第一导电过孔510。
在一些示例中，集成电路管芯540可联接到内插式印刷线路板(PWB)560的第一表面507并且在集成电路管芯540的表面608与内插式PWB 560的表面507之间填充底部填充材料543。构造在内插式PWB 560的第二表面508上的球栅阵列561可联接到AiPWB 525的第一表面503。BGA中的至少一个球561电联接到第一导电过孔510。
在框1335中，多个天线元件660可联接到AiPWB 525的第二表面504。天线元件660可联接到相应一个第二导电过孔520。在框1340中，可提供孔口壳体106，其包括形成在孔口壳体106的金属蜂窝结构107内的多个柱形波导105。每个柱形波导105的半径基本上等于对应天线元件660的半径。所述多个柱形波导105可联接到所述多个天线元件660。
在框1345中，一个或多个凹部516(例如，516a和516b)可沿着多个波导105中的每个波导的表面505和506形成。在框1350中，多个柱形波导105和一个或多个凹部516可填充构造成使介电常数基本上等于AiPWB 525的介电常数的介电材料。在这方面，介电材料可在第二表面504处接触AiPWB 525并且联接到天线元件660，以提供连续的波导。填充的凹部516将介电材料机械地固定到波导105。
在一些示例中，介电材料可模制成基本上对应于柱形波导105和凹部516的形状。模制的介电材料可放置到每个波导105中以填充波导105和凹部516。在一些示例中，介电材料可注入每个波导105中以填充波导105和凹部516。介电材料可使热膨胀系数(CTE)基本上等于金属蜂窝结构107的CTE。
在框1355中，孔口组件201、构造为接收子阵列片组件224和发射子阵列片组件228的多个AiPWB 525、冷板组件204、阵列分布组件206和盖208可组装而形成相控阵列天线系统100。
进一步，本公开包括根据以下条款的示例：
条款1、一种包括相控阵列天线子阵列片组件(224，228)的系统，所述相控阵列天线子阵列片组件包括：印刷线路板“PWB”(525)，其包括多个层(527，529)；集成电路管芯(540)，其联接到所述PWB的第一表面(503)；天线元件(660)，其联接到所述PWB的第二表面(504)；第一导电过孔(510)，其具有第一直径，所述第一导电过孔联接到所述集成电路管芯并且延伸穿过第一子组层(527)；第二导电过孔(520)，其具有大于所述第一直径的第二直径，所述第二导电过孔从所述第一导电过孔偏移、延伸穿过第二子组层(529)并且联接到所述天线元件；所述PWB的导电迹线(530)，其联接到所述第一导电过孔和第二导电过孔；并且其中，所述第二导电过孔的偏移为所述集成电路管芯提供了热机械应力释放。
条款2、根据条款1所述的系统，其中，所述集成电路管芯是倒装芯片，所述倒装芯片包括联接到所述PWB的所述第一表面的多个焊料凸块(541)；并且其中，至少一个所述焊料凸块电联接到所述第一导电过孔。
条款3、根据条款1所述的系统，所述系统进一步包括内插式印刷线路板“PWB”(560)，其中，所述集成电路管芯是倒装芯片，所述倒装芯片包括联接到所述内插式PWB的第一表面(507)的多个焊料凸块，其中，所述内插式PWB的第二表面(508)包括球栅阵列(561)，所述球栅阵列(561)联接到所述PWB的所述第一表面，并且其中，至少一个所述球电联接到所述第一导电过孔。
条款4、根据条款1所述的系统，其中，所述集成电路管芯被构造成提供经由所述第一导电过孔和第二导电过孔传递到所述天线元件的偏振射频“RF”信号(1102c，1102d)。
条款5、根据条款4所述的系统，所述系统进一步包括：多个所述天线元件(660)；多个所述第一导电过孔和第二导电过孔(510，520)；并且其中，所述集成电路管芯被构造成提供经由所述第一导电过孔和第二导电过孔中的对应导电过孔传递到每个所述天线元件的对应偏振RF信号。
条款6、根据条款1所述的系统，所述系统进一步包括：内置测试电路(1162)，其形成在所述集成电路管芯内；控制器(230，231)，其联接到所述内置测试电路；其中，所述内置测试电路被构造成向所述集成电路管芯提供第一测试信号(1101a至1101c)并且接收来自所述集成电路管芯的第二测试信号(1102a至1102d)；并且其中，所述控制器接收所述第二测试信号以与基准第二测试信号比较。
条款7、根据条款1所述的系统，所述系统进一步包括：飞行中校准电路(1164)，其形成在所述集成电路管芯内；并且其中，所述飞行中校准电路被构造成响应于经由所述第一导电过孔接收的信号来调节所述系统的操作。
条款8、根据条款1所述的系统，其中，所述天线元件被构造成提供经由所述第二导电过孔和第一导电过孔传递到所述集成电路管芯的RF信号(1101a，1101b)；并且其中，所述集成电路管芯被构造成将由所述天线元件提供的所述RF信号转换为偏振RF信号(1102a，1102b)。
条款9、根据条款8所述的系统，所述系统进一步包括：多个天线元件(660)；多个第一导电过孔和第二导电过孔(510，520)；其中，每个天线元件均被构造成提供经由所述第二导电过孔和第一导电过孔中的对应导电过孔传递到所述集成电路管芯的RF信号(1101a，1101b)；并且其中，所述集成电路管芯被构造成将由每个天线元件提供的所述RF信号转换为偏振RF信号(1102a，1102b)。
条款10、根据条款1所述的系统，所述系统进一步包括：金属蜂窝结构(107)；多个柱形波导(105)，其形成在所述金属蜂窝结构内，其中，每个柱形波导的半径基本上等于对应天线元件的半径；凹部(516a，516b)，其沿着每个所述柱形波导的表面(505，506)形成；并且其中，所述柱形波导和所述凹部填充有介电材料；并且其中，每个填充的凹部均将所述介电材料机械地固定到所述柱形波导。
条款11、根据条款10所述的系统，其中：所述介电材料的热膨胀系数“CTE”基本上等于所述金属蜂窝结构的CTE；并且所述介电材料的介电常数基本上等于所述PWB的介电常数。
条款12、根据条款10所述的系统，所述系统进一步包括多个宽角度阻抗匹配“WAIM”材料层(563)，所述多个WAIM材料层配置在所述多个柱形波导的暴露表面(509)和所述金属蜂窝结构的外表面(501)上。
条款13、根据条款10所述的系统，其中，所述金属蜂窝结构包括铝。
条款14、根据条款1所述的系统，所述系统进一步包括：RF分布电路(935，945)，其形成在至少一个所述第二子组层上；多个接地过孔(550)，其延伸穿过所述第二子组层，所述多个接地过孔绕所述第二导电过孔的周界分布以提供围绕所述第二导电过孔的波导笼(651)；并且其中，所述多个接地过孔进一步减少了所述RF分布电路内的射频干扰“RFI”。
条款15、根据条款1所述的系统，所述系统进一步包括：多个相控阵列天线子阵列片组件(224，228)；孔口壳体(106)，其包括联接到所述多个子阵列片组件的多个柱形波导；阵列分布印刷线路板“PWB”(212，216)，其联接到所述多个子阵列片组件；以及冷板(213，217)，其配置在所述阵列分布PWB与所述多个子阵列片组件之间。
条款16、一种包括子阵列片组件(224，228)的系统，所述子阵列片组件包括：大致平面的印刷线路板“PWB”(525)，其包括多个层(527，529)；一个或多个集成电路管芯(540)，其联接到所述PWB的第一表面(503)；至少四个天线元件(660d，660e，660f，660g)，其联接到所述PWB的第二表面(504)，其中，所述至少四个天线元件在所述PWB上布置成方形栅格网格(1001)；并且其中，所述集成电路管芯经由所述层电联接到所述四个天线元件中的每个天线元件。
条款17、根据条款16所述的系统，其中，所述集成电路管芯包括硅锗合金。
条款18、根据条款16所述的系统，其中，所述集成电路管芯被构造成接收来自所述四个天线元件中的每个天线元件的RF信号(1101a，1101b)并且将对应RF信号转换为偏振RF信号(1102a，1102b)。
条款19、根据条款16所述的系统，所述系统进一步包括：第一导电过孔(510)，其具有第一直径、联接到所述集成电路管芯并且延伸穿过第一子组层(527)；第二导电过孔(520)，其具有大于所述第一直径的第二直径，所述第二导电过孔从所述第一导电过孔偏移、延伸穿过第二子组层(529)并且联接到所述天线元件；所述PWB的导电迹线(530)，其联接到所述第一导电过孔和第二导电过孔；并且其中，所述第二导电过孔的偏移为所述集成电路管芯提供了热机械应力释放。
条款20、根据条款19所述的系统，其中，所述集成电路管芯是倒装芯片，所述倒装芯片包括联接到所述PWB的所述第一表面的多个焊料凸块(541)；并且其中，至少一个所述焊料凸块电联接到所述第一导电过孔。
条款21、根据条款19所述的系统，所述系统进一步包括：RF分布电路(935，945)，其形成在至少一个所述第二子组层上；多个接地过孔(550)，其延伸穿过所述第二子组层，所述多个接地过孔绕所述第二导电过孔的周界分布以提供围绕所述第二导电过孔的波导笼(651)；并且其中，所述多个接地过孔进一步减少了所述RF分布电路内的射频干扰“RFI”。
条款22、一种方法，所述方法包括：沿着在集成电路管芯(540)与天线元件(660)之间穿过印刷线路板“PWB”(525)的导电路径(510，530，520)传递(1205，1210)RF信号，其中，所述导电路径包括：具有第一直径的第一导电过孔(510)，所述第一导电过孔联接到所述集成电路管芯并且延伸穿过所述PWB的第一子组层(527)；具有大于所述第一直径的第二直径的第二导电过孔(520)，所述第二导电过孔从所述第一导电过孔偏移、延伸穿过所述PWB的第二子组层(529)并且联接到所述天线元件；以及联接到所述第一导电过孔和第二导电过孔的所述PWB的导电迹线(530)。
条款23、根据条款22所述的方法，其中，将所述集成电路管芯构造成提供经由所述第一导电过孔和第二导电过孔传递到所述天线元件的偏振射频“RF”信号(1102c，1102d)。
条款24、根据条款23所述的方法，所述导电路径进一步包括：多个所述天线元件；多个所述第一导电过孔和第二导电过孔；并且其中，将所述集成电路管芯构造成提供经由对应的所述第一导电过孔和第二导电过孔传递到每个所述天线元件的对应偏振RF信号。
条款25、根据条款22所述的方法，其中，将所述天线元件构造成提供经由所述第二导电过孔和第一导电过孔传递到所述集成电路管芯的射频“RF”信号(1101a，1101b)；并且其中，将所述集成电路管芯构造成将由所述天线元件提供的所述RF信号转换为偏振RF信号(1102a，1102b)。
条款26、根据条款25所述的方法，所述方法进一步包括：多个天线元件；多个第一导电过孔和第二导电过孔；并且其中，将每个天线元件均构造成提供经由所述第二导电过孔和第一导电过孔中的对应导电过孔传递到所述集成电路管芯的RF信号；并且其中，将所述集成电路管芯构造成将由每个天线元件提供的所述RF信号转换为偏振RF信号。
条款27、一种方法，所述方法包括：提供(1305)包括多个层(527，529)的印刷线路板“PWB”(525)；提供(1330)联接到所述PWB的第一表面(503)的集成电路管芯(540)；提供(1335)联接到所述PWB的第二表面(504)的天线元件(660)；将所述集成电路管芯电联接(1315，1330)到延伸穿过第一子组层(527)的第一导电过孔(510)；以及将所述第一导电过孔电联接(1310，1315，1335)到第二导电过孔(520)，所述第二导电过孔从所述第一导电过孔偏移、延伸穿过第二子组层(529)并且联接到所述天线元件。
条款28、根据条款27所述的方法，其中，提供集成电路管芯的步骤包括：将构造在所述集成电路管芯的第一表面(608)上的多个焊料凸块(541)联接(1330)到所述PWB的所述第一表面，其中，将至少一个所述焊料凸块电联接到所述第一导电过孔；以及底部填充(1330)所述集成电路管芯的第一表面与所述PWB的所述第一表面之间的区域(609)。
条款29、根据条款27所述的方法，其中，提供集成电路管芯的步骤包括：将构造在所述集成电路管芯的第一表面(608)上的多个焊料凸块(541)联接(1330)到内插式印刷线路板“PWB”(560)的第一表面(507)；底部填充(1330)所述集成电路管芯的所述第一表面与所述内插式PWB的所述第一表面之间的区域(507a)；以及将构造在所述内插式PWB的第二表面(508)上的球栅阵列“BGA”(561)联接(1330)到所述PWB的所述第一表面，其中，将所述BGA中的至少一个所述球电联接到所述第一导电过孔。
条款30、根据条款27所述的方法，所述方法进一步包括：提供(1335)金属蜂窝结构(107)；将多个柱形波导(105)形成(1335)在所述金属蜂窝结构内，其中，每个柱形波导的半径基本上等于对应天线元件(660)的半径；沿着每个所述柱形波导的表面(505，506)形成(1345)凹部(516a，516b)；用介电材料填充(1350)所述柱形波导和所述凹部，所述介电材料的介电常数基本上等于所述PWB的介电常数；并且其中，每个填充的凹部均将所述介电材料机械地固定到所述柱形波导。
条款31、根据条款27所述的方法，所述方法进一步包括：将RF分布电路(935，945)形成(1320)在至少一个所述第二子组层上；形成(1310)延伸穿过所述第二子组层的多个接地过孔(550)，所述多个接地过孔绕所述第二导电过孔的周界分布以提供围绕所述第二导电过孔的波导笼(651)；并且其中，所述多个接地过孔进一步减少了所述RF分布电路内的射频干扰“RFI”。
条款32、一种方法，所述方法包括：提供(1340)包括多个柱形波导(105)的金属蜂窝结构(107)，将多个柱形波导构造成与多个相控阵列天线子阵列片组件(224，228)对接；沿着每个所述柱形波导的表面(505，506)形成(1345)凹部(516a，516b)；用介电材料填充(1345)所述柱形波导和所述凹部；并且其中，每个填充的凹部均将所述介电材料机械地固定到所述柱形波导。
条款33、根据条款32所述的方法，其中，所述金属蜂窝结构包括铝。
条款34、根据条款32所述的方法，所述方法进一步包括：将多个天线元件(660)联接到所述多个柱形波导，其中，每个柱形波导的半径基本上等于对应天线元件的半径。
条款35、根据条款32所述的方法，其中，所述介电材料接触每个所述子阵列片组件的印刷线路板“PWB”(525)，其中，填充所述柱形波导的步骤进一步包括：将介电材料模制(1350)成基本上对应于所述柱形波导和所述凹部的形状，其中，所述介电材料的热膨胀系数“CTE”基本上等于所述金属蜂窝结构的CTE，并且其中，所述介电材料的介电常数基本上等于所述PWB的介电常数；以及将模制的介电材料放置(1350)到每个所述柱形波导中以填充所述柱形波导和所述凹部。
条款36、根据条款32所述的方法，其中，所述介电材料接触每个所述子阵列片组件的印刷线路板“PWB”，其中，填充所述柱形波导的步骤进一步包括：将所述介电材料注入(1350)所述柱形波导和凹部的每者中，其中，所述介电材料的热膨胀系数“CTE”基本上等于所述金属蜂窝结构的CTE，并且其中，所述介电材料的介电常数基本上等于所述PWB的介电常数。
鉴于以上讨论，将认识到，根据本文中阐述的各种示例实施的子阵列片组件可通过整合各种各样技术而形成，以提高性能和功能性，同时减少成本、大小、重量和功率。子阵列片组件是利用更成本有效的子阵列尺寸以便实现大阵列尺寸的可扩展构筑块。AiPWB525集成了SiGe集成电路管芯540、天线元件660、微过孔和从微过孔偏移以将管芯540联接到天线元件660的镀覆过孔、RF分布层900及形成在AiPWB 525的波导601的间隙区域内的RF分布电路935/945，重复使用波导接地过孔550以减少RF分布电路935/945内的射频干扰、内置测试和飞行中校准都优化了集成相控阵列天线100的制作、组装、可制造性和测试。
上述示例说明但不限制本发明。还应该理解的是，根据本发明的原理可以做出许多修改和变型。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (14)

1.一种包括相控阵列天线子阵列片组件(224，228)的系统，所述相控阵列天线子阵列片组件包括：
印刷线路板(525)，该印刷线路板包括多个层(527，529)；
集成电路管芯(540)，该集成电路管芯联接到所述印刷线路板的第一表面(503)；
天线元件(660)，该天线元件联接到所述印刷线路板的第二表面(504)；
第一导电过孔(510)，该第一导电过孔具有第一直径，所述第一导电过孔联接到所述集成电路管芯并且延伸穿过第一子组层(527)；
第二导电过孔(520)，该第二导电过孔具有大于所述第一直径的第二直径，所述第二导电过孔从所述第一导电过孔偏移、延伸穿过第二子组层(529)并且联接到所述天线元件；
所述印刷线路板的导电迹线(530)，该导电迹线联接到所述第一导电过孔和第二导电过孔；并且
其中，所述第二导电过孔的偏移为所述集成电路管芯提供热机械应力释放，
所述系统进一步包括：
金属蜂窝结构(107)；
多个柱形波导(105)，所述柱形波导形成在所述金属蜂窝结构内，其中，每个柱形波导的半径基本上等于对应天线元件的半径；
凹部(516a，516b)，所述凹部沿着每个所述柱形波导的表面(505，506)形成；并且
其中，所述柱形波导和所述凹部填充有介电材料；并且其中，每个填充的凹部均将所述介电材料机械地固定到所述柱形波导；其中，所述介电材料的热膨胀系数基本上等于所述金属蜂窝结构的热膨胀系数；并且所述介电材料的介电常数基本上等于所述印刷线路板的介电常数；并且其中，所述金属蜂窝结构包括铝。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述集成电路管芯是倒装芯片，所述倒装芯片包括联接到所述印刷线路板的所述第一表面的多个焊料凸块(541)；并且其中，至少一个所述焊料凸块电联接到所述第一导电过孔。
3.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括内插式印刷线路板(560)；其中，所述集成电路管芯是倒装芯片，所述倒装芯片包括联接到所述内插式印刷线路板的第一表面(507)的多个焊料凸块；其中，所述内插式印刷线路板的第二表面(508)包括球栅阵列(561)，所述球栅阵列(561)联接到所述印刷线路板的所述第一表面；并且其中，至少一个所述球电联接到所述第一导电过孔。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述集成电路管芯被构造成提供经由所述第一导电过孔和第二导电过孔传递到所述天线元件的偏振射频信号(1102c，1102d)，所述系统进一步包括：
多个所述天线元件(660)；
多个所述第一导电过孔(510)和多个所述第二导电过孔(520)；并且
其中，所述集成电路管芯被构造成提供经由所述第一导电过孔和所述第二导电过孔中的对应导电过孔传递到每个所述天线元件的对应偏振射频信号。
5.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括：
内置测试电路(1162)，该内置测试电路形成在所述集成电路管芯内；
控制器(230，231)，该控制器联接到所述内置测试电路；
其中，所述内置测试电路被构造成向所述集成电路管芯提供第一测试信号(1101a至1101c)并且接收来自所述集成电路管芯的第二测试信号(1102a至1102d)；并且
其中，所述控制器接收所述第二测试信号以与基准第二测试信号比较。
6.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括：
飞行中校准电路(1164)，该飞行中校准电路形成在所述集成电路管芯内；并且
其中，所述飞行中校准电路被构造成响应于经由所述第一导电过孔接收的信号来调节所述系统的操作。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述天线元件被构造成提供经由所述第二导电过孔和所述第一导电过孔传递到所述集成电路管芯的射频信号(1101a，1101b)；并且其中，所述集成电路管芯被构造成将由所述天线元件提供的所述射频信号转换为偏振射频信号(1102a，1102b)；所述系统进一步包括：
多个天线元件(660)；
多个第一导电过孔(510)和多个第二导电过孔(520)；
其中，每个天线元件均被构造成提供经由所述第二导电过孔和所述第一导电过孔中的对应导电过孔传递到所述集成电路管芯的射频信号(1101a，1101b)；并且
其中，所述集成电路管芯被构造成将由每个天线元件提供的所述射频信号转换为偏振射频信号(1102a，1102b)。
8.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括多个宽角度阻抗匹配材料层(563)，所述多个宽角度阻抗匹配材料层配置在所述多个柱形波导的暴露表面(509)和所述金属蜂窝结构的外表面(501)上。
9.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括：
射频分布电路(935，945)，所述射频分布电路形成在至少一个所述第二子组层上；
多个接地过孔(550)，所述多个接地过孔延伸穿过所述第二子组层，所述多个接地过孔绕所述第二导电过孔的周界分布以提供围绕所述第二导电过孔的波导笼(651)；并且
其中，所述多个接地过孔进一步减少了所述射频分布电路内的射频干扰。
10.一种方法，所述方法包括：
沿着在集成电路管芯(540)与天线元件(660)之间穿过印刷线路板(525)的导电路径(510，530，520)传递(1205，1210)射频信号，其中，所述导电路径包括：
具有第一直径的第一导电过孔(510)，所述第一导电过孔联接到所述集成电路管芯并且延伸穿过所述印刷线路板的第一子组层(527)；
具有大于所述第一直径的第二直径的第二导电过孔(520)，所述第二导电过孔从所述第一导电过孔偏移、延伸穿过所述印刷线路板的第二子组层(529)并且联接到所述天线元件；以及
所述印刷线路板的联接到所述第一导电过孔和第二导电过孔的导电迹线(530)，
其中，所述印刷线路板(525)联接到金属蜂窝结构(107)；
多个柱形波导(105)形成在所述金属蜂窝结构内，其中，每个柱形波导的半径基本上等于对应天线元件的半径；并且
凹部(516a，516b)沿着每个所述柱形波导的表面(505，506)形成；
其中，所述柱形波导和所述凹部填充有介电材料；并且其中，每个填充的凹部均将所述介电材料机械地固定到所述柱形波导；其中，所述介电材料的热膨胀系数基本上等于所述金属蜂窝结构的热膨胀系数；并且所述介电材料的介电常数基本上等于所述印刷线路板的介电常数；并且其中，所述金属蜂窝结构包括铝。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，将所述集成电路管芯构造成提供经由所述第一导电过孔和所述第二导电过孔传递到所述天线元件的偏振射频信号(1102c，1102d)。
12.根据权利要求11所述的方法，所述导电路径进一步包括：
多个所述天线元件；
多个所述第一导电过孔和多个所述第二导电过孔；并且
其中，将所述集成电路管芯构造成提供经由所述第一导电过孔和所述第二导电过孔中的对应导电过孔传递到每个所述天线元件的对应偏振射频信号。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，将所述天线元件构造成提供经由所述第二导电过孔和所述第一导电过孔传递到所述集成电路管芯的射频信号(1101a，1101b)；并且其中，将所述集成电路管芯构造成将由所述天线元件提供的所述射频信号转换为偏振射频信号(1102a，1102b)。
14.根据权利要求13所述的方法，所述导电路径进一步包括：
多个所述天线元件；
多个所述第一导电过孔和多个所述第二导电过孔；并且
其中，将每个天线元件均构造成提供经由所述第二导电过孔和所述第一导电过孔中的对应导电过孔传递到所述集成电路管芯的射频信号；并且其中，将所述集成电路管芯构造成将由每个天线元件提供的所述射频信号转换为偏振射频信号。
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