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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Antennenbaugruppen, mit
denen elektromagnetische Strahlungssignale gesendet und empfangen werden
können.
Die Erfindung betrifft insbesondere Hochfrequenz-(HF)-Antennenstrukturen,
die als als Teilarrays bezeichnete Teilkomponenten für elektronisch
abgetastete Arrays (ESAs), die aus mehreren Teilarrays bestehen,
verwendet werden können.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Elektronisch
abgetastete Arrays (ESAs) bestehen aus vielen Antennenstrahlungselementen oder
Strahlern, die zusammen eine strahlende Oberfläche bilden. Bei einer ESA-Implementierung
nach dem Stand der Technik ist jedes Antennenteilarray mit mehreren
Strahlern konfiguriert, die auf maschinell bearbeiteten Metallstützstrukturen
montiert sind. Die Strahler sind über die Fläche der Antennenöffnung in
präzisen
und gleichförmigen
Abständen
angeordnet. Die Strahler sind mit Sende- und/oder Empfangs-(T/R)-Komponenten
verbunden, die über einen
Hochfrequenz-(HF)-Verteiler kombiniert sind. Phasenschieber sind
vorgesehen, um das elektronische Steuern des Antennenstrahls zu
gestatten. Bei Phasenschiebern kann es sich um eine Vielzahl von Einrichtungen,
wie etwa PIN-Dioden, MMICs, Ferrit-Phasenschieber oder andere phasenverschiebende
Einrichtungen handeln. Getrennte Gleichstromleistungs- und Steuersignale
werden in der Regel durch Verteiler an die Phasenschieber oder T/R-Komponenten
geliefert. Ein kühlender
Verteiler ist ebenfalls in der Regel vorgesehen, um von dem Phasenschieber,
T/R-Komponenten, den Gleichstrom- und Steuerverteilereinrichtungen
erzeugte Wärme
abzuleiten.
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T/R-Komponenten
können
sich unmittelbar hinter den ESA-Strahlern
befinden, um einen Active ESA (AESA) auszubilden. Alternativ können diese T/R-Komponenten
von den Strahlern weg angeordnet sein, um einen Passive ESA (PESA)
auszubilden. Zu Beispielen für
HF-Generatoren in einem PESA zählen
eine Wanderfeldröhre
(TWT – traveling
wave tube), Magnetrons oder Festkörpersender-(SST – solid
state transmitter)-Komponenten. Bei einer AESA-Konfiguration liegen die T/R-Komponenten
in hermetisch abgedichteten Modulen (T/R-Modulen). HF-Verluste werden
in AESA-Konfigurationen aufgrund der geringen Nähe der T/R-Module zu den Strahlern
auf ein Minimum reduziert. Die Anforderung jedoch, an jedem Strahlerort
ein diskretes T/R-Modul zu haben, ist teuer. Bei einer PESA-Konfiguration
können
die T/R-Komponenten für
eine kosteneffizientere Kapselung zusammengelegt werden, weil sie
von den Strahlern entfernt liegen. Da diese Einrichtungen jedoch
von den Strahlern entfernt liegen, senken erhöhte HF-Verluste im allgemeinen
die Leistung des Gesamtsystems.
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Wenngleich
ESAs gegenüber
mechanisch abgetasteten Antennen viele Vorteile bieten, ist es bei
vielen Anwendungen prohibitiv teuer, entweder AESA- oder PESA-Gerät für eine mechanisch
abgetastete Antenne gleicher Leistung zu substituieren. Die teuersten
Komponenten von AESAs enthalten im allgemeinen die T/R-Module und
eine für
die T/R-Module erforderliche Verteilerstruktur. Die teuersten Komponenten
von PESAs enthalten im allgemeinen den HF-Generator, Phasenschieber,
Verteiler und eine Struktur, die für die Phasenschieber erforderlich ist.
Diese Probleme reduzieren die Kostenwettbewerbsfähigkeit von ESAs im Vergleich
zu mechanisch abgetasteten Antennen.
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Beispielhafte
Antennenstrukturen sind aus
EP
0 783 189 A1 (entsprechend
US
5,872,545 ) bekannt. Diese Literaturstelle verwendet in
den
8-
10 eine dazwischenliegende
Metallmassenebene
10, die sich leitende Schaltungsanordnung
130 und
160 teilen.
Die leitende Schaltungsanordnung
130 und
160 wird
auf Trägerebenen
13 und
16 getragen.
Der Abstand zwischen Massenebene
10 und der Sendeschaltungsanordnung
130 und
160 kann durch
Dorne
101 und
102 in
8,
Abstandshalter
18 in
9 oder
Trägerebenen
13 und
16 selbst
in
10 bereitgestellt werden.
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Beispielantennenstrukturen
mit mehreren zusammenlegbaren Teilarrays sind aus
US 5,227,808 bekannt. In
5 offenbart
diese Literaturstelle ein Array aus parallel positionierten planaren Teilarraystrukturen
9.
Bezüglich
der
6 und
7 erläutert diese
Literaturstelle, daß die
Teilarraystrukturen so konfiguriert sind, daß sie beim Lagern zusammengedrückt werden
(
7) und beim Entfalten getrennt werden
(
6). Diese Funktion wird offensichtlich
durch die Verwendung eines flexiblen Speisestreifens
32 bewerkstelligt.
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Aus
WO 0039892, auch als
EP 1146593 veröffentlicht,
ist eine Antennenbaugruppe gemäß dem Oberbegriff
des unabhängigen
Anspruchs 1 bekannt.
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Kurze Darstellung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden eine Antennenstruktur und ein assoziiertes Verfahren offenbart,
die ein leichtes und preiswerteres Teilarray bereitstellen. Die
Antennenstruktur der vorliegenden Erfindung kann als ein Teilarray
für ein
ESA-System verwendet werden. Die Antennenstruktur kann ein Leiterplattenmaterial
enthalten, das an eine Trägerstruktur
gekoppelt ist. Die Leiterplatte kann elektrische Schaltungsanordnungsmuster
enthalten und darauf montierte Komponenten aufweisen, um die gewünschte Sende-
und Empfangsfunktionalität
bereitzustellen, zusammen mit einem Phasenschieber und einer Steuerschaltungsanordnung.
Bei der Trägerstruktur
kann es sich um ein beliebiges Trägermaterial handeln, beispielsweise
ein Schaummaterial, das sowohl stark als auch leicht ist. Die kombinierte Antennenteilarraystruktur
der vorliegenden Erfindung kann dadurch eine starke, starre und
leichte Antennenkomponente bilden, die in einem ESA-System verwendet
werden kann. Die Erfindung betrifft eine Antennenbaugruppe gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren zum Betreiben gemäß Anspruch 13.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die vorliegende Erfindung eine Antennenbaugruppe einschließlich einer
Trägerstruktur
mit einer Oberfläche
und einer Leiterplatte, an die Oberfläche der Trägerstruktur gekoppelt, wobei
die Leiterplatte eine Antennenschaltungsanordnung enthält. Bei
weiteren Ausführungsformen
enthält
die Antennenschaltungsanordnung eine Sende- und Empfangsschaltungsanordnung
für elektromagnetische
Strahlung für
Hochfrequenzübertragungen
und besteht aus leichtem Material wie etwa expandiertem Schaum.
Noch weiter kann die Leiterplatte leitende Strukturen aufweisen,
die durch einen Siebdruck, Ätz-
oder Schreibprozeß ausgebildet
worden sind.
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Bei
einer weiteren Ausbildungsform ist die vorliegende Erfindung ein
Antennenarray einschließlich
mehrerer Antennenbaugruppen, wobei jede Antennenbaugruppe eine Trägerstruktur
und eine an die Trägerstruktur
gekoppelte Leiterplatte enthält,
wobei die Leiterplatte eine Antennenschaltungsanordnung enthält und wobei
die mehreren Antennenbaugruppen kommunizieren, um ein Antennenarray
bereitzustellen. Bei weiteren Ausführungsformen enthält jede Antennenbaugruppe
weiterhin eine Phasensteuerschaltungsanordnung, die eine Richtung
für Senden und
Empfangen elektromagnetischer Strahlung elektrisch einstellt. Außerdem können die
Verbindungen für
die Phasensteuerschaltungsanordnung auf den Leiterplatten durch
einen Siebdruck-, Ätz-
oder Schreibprozeß ausgebildet
werden.
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Bei
noch einer weiteren Ausführungsform
ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines
Antennenarrays, einschließlich
Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Strahlungssignale
mit mehreren Antennenbaugruppen, wobei jede Antennenbaugruppe eine
Trägerstruktur und
eine Leiterplatte mit einer Antennenschaltungsanordnung enthält, an eine
Oberfläche
der Trägerstruktur
gekoppelt, und Ausnutzen der von den Antennenbaugruppen empfangenen
und/oder gesendeten Signale zum Ausbilden eines Arrays von gesendeten
und/oder empfangenen Signalen. Bei einer weiteren Ausführungsform
beinhaltet die vorliegende Erfindung das Bereitstellen einer Phasensteuerschaltungsanordnung,
die eine Richtung für
das Senden oder den Empfang elektromagnetischer Strahlung elektrisch
einstellt.
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Zudem
ist die vorliegende Erfindung eine Hochfrequenz-(HF)-Antennenbaugruppe einschließlich einer
im wesentlichen leichten Trägerstruktur
mit einer ersten und zweiten gegenüberliegenden Trägerstrukturoberfläche, wobei
eine erste Leiterplatte eine erste und zweite gegenüberliegende
Leiterplattenoberfläche
aufweist, wobei mindestens ein Abschnitt der zweiten Oberfläche der
ersten Leiterplatte mit mindestens einem Abschnitt der ersten Oberfläche der
Trägerstruktur
gekoppelt ist, wobei mindestens eine der ersten oder zweiten Oberfläche der
ersten Leiterplatte eine darauf definierte leitende HF-Sendeschaltungsanordnung
aufweist und wobei mindestens eine der ersten oder zweiten Oberfläche der
ersten Leiterplatte eine darauf definierte leitende Masseebenenschaltungsanordnung
aufweist. Bei dieser Ausführungsform
sind die HF-Sendeschaltungsanordnung und die Masseebenenschaltungsanordnung
in einer operativen Beziehung beabstandet, um mindestens ein Antennenstrahlungselement auszubilden,
und das Strahlungselement ist an mindestens einen Abschnitt der
ersten oder zweiten Oberfläche
der ersten Leiterplatte in einer operativen Beziehung zwischen der
HF-Sendeschaltungsanordnung und der leitenden Masseebenenschaltungs anordnung
gekoppelt. In detaillierterer Hinsicht enthält die HF-Antenne weiterhin
eine zweite Leiterplatte mit einer ersten und zweiten gegenüberliegenden
Leiterplattenoberfläche,
wobei mindestens ein Abschnitt der zweiten Oberfläche der
zweiten Leiterplatte an mindestens einen Abschnitt der zweiten Oberfläche der
Trägerstruktur
gekoppelt ist, wobei mindestens eine der ersten oder zweiten Oberfläche der
zweiten Leiterplatte eine darauf definierte leitende HF-Sendeschaltungsanordnung
aufweist und mindestens eine der ersten oder zweiten Oberfläche der
zweiten Leiterplatte eine darauf definierte leitende Masseebenenschaltungsanordnung
aufweist.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist die vorliegende Erfindung ein elektronisch abgetasteter Array
mit mehreren Teilarrayelementen, wobei jedes der Teilarrayelemente
eine im wesentlichen leichte Trägerstruktur
mit erster und zweiter gegenüberliegender
Trägerstrukturoberfläche aufweist,
wobei eine erste Leiterplatte eine erste und zweite gegenüberliegende
Leiterplattenoberfläche
aufweist und eine zweite Leiterplatte eine erste und zweite gegenüberliegende
Leiterplattenoberfläche
aufweist. Bei dieser Ausführungsform
ist zumindest ein Abschnitt der zweiten Oberfläche der ersten Leiterplatte
an mindestens einen Abschnitt der ersten Oberfläche der Trägerstruktur gekoppelt, wobei
ihre erste Oberfläche
eine Kupfer-HF-Sendeschaltungsanordnung aufweist und ihre zweite
Oberfläche
eine darauf definierte Kupfermasseebenenschaltungsanordnung aufweist.
Mindestens ein Abschnitt der zweiten Oberfläche der zweiten Leiterplatte
ist an mindestens einen Abschnitt der zweiten Oberfläche der
Trägerstrukturoberfläche gekoppelt,
wobei ihre erste Oberfläche
eine Kupfer-HF-Sendeschaltungsanordnung aufweist und ihre zweite
Oberfläche
eine darauf definierte Kupfermasseebenenschaltungsanordnung aufweist.
Außerdem
sind die HF-Sendeschaltungsanordnung und die Masseebenenschaltungsanordnung
für die
erste und zweite Leiterplatte in einer operativen Beziehung beabstandet,
um erste Antennenstrahlungselemente auszubilden. Außerdem sind Steuer-
und Gleichstromschaltungsanordnungen auf den ersten Oberflächen der
ersten und zweiten Leiterplatte definiert. Eine HF-T/R-Komponente
ist elektronisch mit jedem der Antennenstrahlungselemente gekoppelt,
wobei jede der T/R-Komponenten mindestens eine einer sendenden Komponente,
einer empfangenden Komponente oder einer Mischung davon enthält. Bei
einer weiteren Ausführungsform enthält die HF-Antennenbaugruppe
ein Phasenschieberelement, das elektronisch zwischen jede HF-T/R-Komponente
und ein oder mehrere jeweilige Antennenstrahlungselemente gekoppelt
ist. Noch weiter kann der Phasenschieber ein phasenverschiebendes
Element umfassen, das einen mikroelektromechanischen Schalter umfaßt.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Es
wird angemerkt, daß die
beigefügten Zeichnungen
nur Ausführungsbeispiele
der Erfindung veranschaulichen und deshalb nicht als ihren Schutzbereich
beschränkend
anzusehen sind, da die Erfindung andere gleichermaßen effektive
Ausführungsformen
zulassen kann.
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1 ist
eine auseinandergezogene Teilperspektivansicht einer Antennenstruktur
gemäß einer Ausführungsform
des offengelegten Verfahrens und der offengelegten Vorrichtung.
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2 ist
eine Teilperspektivansicht einer Antennenstruktur gemäß einer
Ausführungsform
des offengelegten Verfahrens und der offengelegten Vorrichtung.
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3 ist
eine vereinfachte Draufsicht auf eine Antennenstruktur gemäß einer
Ausführungsform
des offengelegten Verfahrens und der offengelegten Vorrichtung.
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4 ist
eine vereinfachte Querschnittsansicht einer HF-Sendeleitung auf
einer Leiterplatte gemäß einer
Ausführungsform
des offengelegten Verfahrens und der offengelegten Vorrichtung.
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5 ist
eine vereinfachte Teilquerschnittsansicht einer alternativen HF-Sendeleitung.
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Die 1 und 2 veranschaulichen
ein Ausführungsbeispiel
einer Hochfrequenz-(HF)-Antennenbaugruppe 8 gemäß den offenbarten
Verfahren und Vorrichtungen. In 1 und 2 sind
Antennenkomponenten an einer im wesentlichen leichten Trägerstruktur 10 montiert
oder daran gekoppelt gezeigt. Der Begriff "leichte Trägerstruktur", wie er hier verwendet wird, bezieht
sich auf eine Struktur aus einem Material, das ein geringes Gewicht
oder eine geringe Dichte relativ zu dem in herkömmlichen Antennenarrays verwendeten
Trägerstrukturmaterial wie
etwa Aluminium oder ein Metallverbundwerkstoff aufweist. Zu Beispielen
für im
wesentlichen leichtes Trägerstrukturmaterial
zählen
u.a. expandierte Schäume,
Kunststoffe, Holz, Faserglas, Verbundwerkstoffe, Mischungen davon
usw. Zu spezifischen Beispielen für im wesentlichen leichte Trägerstrukturmaterialien
zählen
u.a. Schäume
wie etwa Baltek Airex R82.80; Kunststoffe wie etwa Ultem; ein Polyetherimid;
Hölzer
wie etwa Balsa; Faserglas wie etwa Hexcell HRH-10-Aramidfaser und
Phenolharz usw. Bei einer Ausführungsform
kann eine im wesentlichen leichte Trägerstruktur "weltraumgeeignet" sein, was eine mechanische
Stabilität
bei sich stark ändernden
Drücken
bedeutet. Zu Beispielen für
weltraumgeeigneten Schaum zählt
u.a. Baltek Airex R82.80 mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 1,1.
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Bei
der Ausführungsform
der 1 und 2 kann die Trägerstruktur 10 eine
rechteckige und planare Gestalt mit Abmessungen von etwa 15 mm (0,60'') mal etwa 84 mm (3,30'') mal etwa 493 mm (19,40'') aufweisen. Mit dem Vorteil dieser
Offenbarung jedoch versteht der Fachmann, daß eine Trägerstruktur in beliebiger Gestalt
oder Abmessung konfiguriert werden kann, die als für das Ausbilden von
HF-Antennenanordnungen geeignet bekannt ist, wie etwa für die Verwendung
in ESAs. Zu Beispielen für
alternative Gestalten zählen
u.a. konisch, zylindrisch, elliptisch oder kugelförmig. Zu
Beispielen für Abmessungen
zählen
u.a. 0,3 cm bei 100 GHz bis 3 m bei 0,1 GHz.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, können die erste und zweite Leiterplatte 12 und 14 an
eine erste und zweite Seite 16 und 18 einer Trägerstruktur 10 gekoppelt
sein. "Gekoppelt" ist hier so definiert, daß es ein
beliebiges Verfahren und/oder Materialien beinhaltet, die sich dafür eignen,
zwei oder mehr Materialien direkt oder indirekt zu verbinden, wie
etwa durch den Einsatz von Klebern, Befestigungselementen, Schweißen, Heißbonden,
Druckbonden, Nieten, Schrauben usw. Bei einer Ausführungsform
können Leiterplatten 12 und 14 direkt
an eine erste und zweite Seite 16 und 18 einer
im wesentlichen leichten Trägerstruktur 10 gekoppelt
werden, wobei ein Kleber wie etwa ein hochfestes Epoxidharz usw.
verwendet wird. Ein spezifisches Beispiel für einen derartigen Kleber ist
BF548-Epoxidfilm,
erhältlich
von Bryte Technologies Inc. Obwohl die 1 und 2 eine Ausführungsform
darstellen, bei der die erste und zweite Leiterplatte an gegenüberliegende
Seiten einer Trägerstruktur
gekoppelt sind, ist es bei anderen Ausführungsformen möglich, daß eine Leiterplatte
an nur eine Seite einer Trägerstruktur
gekoppelt ist und/oder daß zwei
oder mehr Leiterplattensektionen an eine einzelne Seite einer Trägerstruktur
gekoppelt sein können
oder daß Leiterplatten 12 und 14 aus
einer Leiterplatte bestehen können,
die um die Trägerstruktur 10 herum
ausgebildet ist.
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Die
erste und zweite Leiterplatte 12 und 14 können ein
beliebiges Leiterplattensubstrat umfassen, das sich zum Tragen und/oder
Aufnehmen einer Schaltungsanordnung eignet, wie etwa einer HF-Sendeschaltungsanordnung,
einer Steuerschaltungsanordnung, einer Leistungsschaltungsanordnung,
einer Masseebenenschaltungsanordnung, einer optischen Schaltungsanordnung,
einer Antennenstrahlungsschaltungsanordnung usw. Mit dem Vorteil
dieser Offenbarung versteht der Fachmann, daß zu Leiterplattenmaterialien,
die eingesetzt werden können,
Leiterplattenmaterialien zählen,
die in dem Elektronikbereich bekannt sind. Zu Beispielen für geeignete
Leiterplattenmaterialien zählen
u.a. Materialien wie etwa Faserglas, Polyamid, Teflon-basierte Materialien
usw. Zu spezifischen Beispielen eines Leiterplattenmaterials zählt u.a. "FR4"-Faserglasverbundwerkstoff,
erhältlich
von Atlan Industries, "N4000-13", erhältlich von
Nelco, Duroid, erhältlich von
Rogers, usw.
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Die
Leiterplatten 12 und/oder 14 können eine beliebige Gestalt
und/oder Abmessung haben, die sich für das Koppeln an eine Trägerstruktur 10 zum Ausbilden
einer HF-Antennenbaugruppe 8 eignet, und können sich
gleich mit der Trägerstruktur 10 erstrecken
oder nicht. Bei einer Ausführungsform
kann die Leiterplattendicke zwischen etwa 0,05 mm (0,002'') und etwa 1,14 mm (0,045'') liegen, wenngleich Dickenwerte außerhalb
dieses Bereichs ebenfalls möglich
sind. Bei dem in 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
können
die Leiterplatten 12 und 14 jeweils Abmessungen
von etwa 0,05 mm (0,002'') mal etwa 80 mm
(3,15'') mal etwa 488 mm (19,22'') aufweisen, obwohl auch andere Abmessungen
(einschließlich
andere Dicken) verwendet werden können.
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Wie
hier an anderer Stelle dargestellt und beschrieben, können verschiedene
Typen von Schaltungsanordnung auf der ersten Leiterplatte 12 und/oder
zweiten Leiterplatte 14 definiert werden. In dieser Hinsicht
kann die Schaltungsanordnung unter Verwendung eines beliebigen in
der Technik bekannten Verfahrens definiert werden, die sich für das Ausbilden
einer oder mehrerer Schich ten aus Schaltungsanordnung auf einer
Leiterplatte eignet. Bei einer Ausführungsform wird eine Schaltungsanordnung
auf beiden Seiten einer Leiterplatte ausgebildet, indem Strukturen
gleichzeitig geätzt
werden, die aufeinander registriert, d.h. ausgerichtet, sein können. Zu
der Registrierung kommt es durch Ausrichten der Vorlagenstrukturen
vor dem Fotoätzen
der Schaltungen.
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Wenn
mehr als eine Schicht aus Schaltungsanordnung auf der gleichen Seite
einer Leiterplatte abgeschieden werden soll, kann eine darunterliegende
Schicht aus Schaltungsanordnung (wie etwa HF-Verteilerschaltungsanordnung)
aus Kupferlaminat geätzt
werden und die darüberliegende
Schaltungsanordnung (wie etwa eine Gleichstrom-/Steuerschaltungsanordnung)
und die nichtleitenden Schichten können siebgedruckt oder "geschrieben" werden, wobei ein
präzisionsangetriebener
Stift verwendet wird, der die leitenden Schaltungsanordnungsstrukturmerkmale
und nichtleitenden Schichten ausgibt. Zu anderen Arten von leitendem
Schaltungsmaterial, die verwendet werden können, zählt beliebiges geeignet leitendes
Material zum Ausbilden einer Elektronikschaltungsanordnung. Zu Beispielen
zählen u.a.
leitende Metalle, Metallegierungen, leitende Tinten, leitende Epoxidharze,
leitende Elastomere, Halbleitermaterial usw. Abgesehen von Kupfer
zählen
zu spezifischen Beispielen u.a. Kupferlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierung,
Silber, Gold, Zinn, Zinn/Blei, Mischungen davon usw.
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Bei
einer Ausführungsform
kann Leiterplattenmaterial, das mit einer Schaltungsanordnung vorgeätzt ist,
an eine oder beide gegenüberliegende
Seiten einer Stützstruktur
gekoppelt werden. Beispielsweise kann zum Ausbilden von Antennenelementen auf
gegenüberliegenden
Seiten einer Stützstruktur ein
einzelnes Stück
aus Leiterplattenmaterial, das geeignet bemessen ist, um die gegenüberliegende Seite
der Stützstruktur
zu falten und zu bedecken, an die Stützstruktur gekoppelt werden.
Zwei HF-Verteilerschaltungsanordnungsstrukturen können dann
auf eine und/oder gegenüberliegende
Seiten der Leiterplatte geätzt
werden. Die Leiterplatte kann um die Stützstruktur gefaltet und gewickelt
und gekoppelt werden, um zwei Teilarrays pro einzelner Stützstruktur
auszubilden. Geschehen kann dies bespielsweise durch Ausrichten
der Leiterplatte auf die Stützstruktur über Ausrichtungsmerkmale
oder Maskenherstellung und dann Ausüben von Druck, um die Leiterplatte
während
des Härtezyklus
des Klebers zwischen der Leiterplatte und der Stützstruktur gegen die Stützstruktur
zu drücken.
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Bei
der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform
ist eine Schaltungsanordnung auf ersten Seiten 20 und 22 jeweiliger
Leiterplatten 12 und 14 definiert dargestellt.
Zweite Seiten 24 und 26 sind in einer Position
gezeigt zum Koppeln der ersten und zweiten Seiten 16 und 18 der
Stützstruktur 10. Bei
dieser Ausführungsform
enthält
die auf den ersten Seiten 20 und 22 der Leiterplatten 12 und 14 definierte
Schaltungsanordnung eine HF-Verteilerschaltungsanordnung 40,
eine DC-Strom-/Steuerschaltungsanordnung 32 und HF-Strahlungselemente 34. Mit
dem Vorteil dieser Offenbarung können
Gestalt und Abmessung von Strahlungselementen 34 sowie eine
operative Beziehung zwischen Strahlungselement 34 und HF-Verteilerschaltungsanordnung 40 unter
Verwendung von in der Technik bekannten Verfahren konfiguriert werden.
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Eine
Steuerschaltungsanordnungsverbindungsstruktur 36 kann durch
ein entsprechendes Ausformen der Leiterplatten 12 und 14 und
durch Ausbildung einer Steuerschaltungsanordnung 32 darauf
unter Verwendung von hier an anderer Stelle beschriebenen Verfahren
bereitgestellt werden. Beispielsweise können die Linien der Steuerschaltungsanordnung 32 unter
Verwendung von hier an anderer Stelle beschriebenen Verfahren geätzt, siebgedruckt und/oder
geschrieben werden.
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Ebenfalls
in 1 und 2 sind auf Trägern 44 montierte
Phasenschieber 42 dargestellt. In dieser Hinsicht kann
als ein Träger
jede Struktur verwendet werden, die sich zum Koppeln zwischen den Phasenschiebern 42 und
den Leiterplatten 12 und 14 eignet. Zu Beispielen
zählen
u.a. ein von MSC (Micro Substrate Corporation) kundenspezifisch
hergestellter BGA-Baustein usw. Bei einer Ausführungsform kann der Träger 44 ein
Dünnfilmnetz
aus einer dielektrischen Folie mit geringem HF-Verlust sein. Die
Träger 44 können elektrisch
an die darunterliegende Schaltungsanordnung gekoppelt sein, beispielsweise mit
Drahtbonds, BGAs (ball grid arrays), Goldbändern, leitendem Epoxidharz,
Lot, leitendem Elastomer oder einem anderen geeigneten elektronischen Verbindungsverfahren.
Bei den Phasenschiebern 42 kann es sich um eine beliebige
Einrichtung handeln, die sich für
das Verschieben der Phase eines HF-Signals durch digitale und/oder
analoge Steuersignale und/oder Strom eignet. Zu Beispielen für spezifische Arten
von Phasenschiebereinrichtungen zählen u.a. MEMS, PIN-Dioden,
MMICs (monolithic microwave integrated circuits) oder Ferrit-Phasenschieber usw. Bei
einer Ausführungsform
können
die Phasenschieber mikroelektromechanische Schalter wie etwa MEMS
sein, erhältlich
von Raytheon, HRL, MCC, Northrup-Grumman, usw. MEMS-Controller 46 sind zwischen
Phasenschiebern 42 auf jedem Träger 44 montiert gezeigt.
Die Controller 46 fungieren dahingehend, Phasenbefehlsignale
in MEMS-Konfigurationseinstellungen zu interpretieren, und es kann
sich bei ihnen um eine beliebige Einrichtung handeln, die sich zum
Interpretieren von Phasenbefehlssignalen eignet. Zu Beispielen für geeignete
Controllereinrichtungen 46 zählen u.a. kommerziell erhältliche
Controller wie etwa "HV510", erhältlich von
Super Tex.
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3 zeigt
die verschiedenen HF-Sendeleitungen 52 der Ausführungsform
der 1 und 2. In 3 sind auch Koaxialverbinder 50 für die Verbindung
eines HF-Verteilers 40 mit
Komponenten wie etwa HF-Sende- und/oder
Empfangs-(T/R)-Komponenten 51 dargestellt. Die T/R-Komponenten 51 können mit
Antennenbaugruppen 8 konfiguriert und kombiniert werden,
um ESA-Teilarrays auszubilden. In dieser Hinsicht können T/R-Komponenten 51 unmittelbar
hinter einer Antennenbaugruppe 8 liegen, um einen aktiven
ESA auszubilden, oder können
von der Baugruppe 8 entfernt liegen, um einen passiven ESA
auszubilden. Zu Beispielen für
geeignete HF-Generatoren,
die verwendet werden können, zählen u.a.
Wanderfeldröhren-
und Festkörpersenderkomponenten.
Für AESA-Konfigurationen
können T/R-Komponenten
in hermetisch abgedichteten T/R-Modulen liegen wie etwa F-22-Transmit/Receive Modules.
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Wie
zuvor beschrieben, können
verschiedene Schaltungsanordnungskomponenten in mehreren isolierten
Schichten auf einer einzelnen Seite einer Leiterplatte definiert
werden und/oder in variierenden Kombinationen auf gegenüberliegenden
Seiten einer Leiterplatte definiert werden. In dieser Hinsicht veranschaulichen 4 und 5 Ausführungsbeispiele
einer HF-Sendeschaltungsanordnung 60 und Masseebenenschaltungsanordnung 62 wie
auf der Leiterplatte 64 definiert. Bei einer Ausführungsform kann
eine Schaltungsanordnung 60 und 62 als benachbart
definierte Leiterbahnen auf einer Leiterplatte 64 (zum
Beispiel Schaltungsanordnung 30 von 3) und elektronisch
miteinander gekoppelte Komponenten (zum Beispiel Koaxialverbinder 50 von 3)
existieren. 4 zeigt eine Sendeschaltungsanordnung 60 und
Masseebenenschaltungsanordnung 62 auf der gleichen Seite
der Platine 64 definiert. Bei einer derartigen Ausführungsform
kann zwischen Sendeschaltungsanordnung 60 und Masseebenenschaltungsanordnung 62 eine
Lücke von
etwa 0,09 mm (0,0035'') existieren. 5 zeigt
eine Sendeschaltungsanordnung 60 und eine Masseebenenschaltungsanordnung 62 auf
gegenüberliegenden Seiten
einer Leiterplatte 64 mit einer Dicke von etwa 0,05 mm
(0,002''). Bei einer derartigen
Ausführungsform
kann eine horizontale Lücke
von etwa 0,74 mm (0,029'') zwischen gegenüberliegenden
Seiten 66 und 68 der Masseebenenschaltungsanordnung 62 existieren.
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Wenngleich
elektronisch abgetastete Arrays hier beschrieben und dargestellt
worden sind, versteht sich mit dem Vorteil dieser Offenbarung, daß andere
Arten von Arrays (einschließlich
mechanisch abgetasteter Arrays) sowie andere Antennenkonfigurationen
unter Verwendung eines oder mehrerer der hier offenbarten Merkmale
hergestellt werden können.
Zu Beispielen für
solche Merkmale, die so verwendet werden können, zählen Verbundantennenbaugruppen
mit im wesentlichen leichten Stützstrukturen,
wobei mindestens eine Leiterplatte an mindestens eine Seite jeder
Stützstruktur
gekoppelt ist.