JP2009535973A - ミリメートル波のマルチギガビット無線システムのためのモジュール、フィルタおよびアンテナ技術 - Google Patents

Abstract

超高周波モジュールを製作する方法が開示される。この方法は最上層を与えることと、最上層に穴を空けることと、最上層をフライス削りすることと、底部を与えることと、下端層キャビティを規定するために下端層をフライス削りすることと、最上層および下端層の位置合わせと、および最上層を下端層に接着することとを含む。この発明はさらに、最上層を有する、超高速で作動する超高周波モジュールを含み、最上層は最上層キャビティを規定し、さらに下端層を含み、下端層は下端層キャビティを規定し、さらに最上層および下端層の両方を接着する接着剤を含み、最上層および下端層はプリント回路基板の大面積パネルから形成される。

Description

発明の背景
１． 発明の分野
この発明は、通信網に関し、より特定的には、高速通信装置の向上したパッケージングに関する。

２． 関連技術の説明
世界が電子装置および携帯装置にさらに頼るようになるにつれて、より高速でより便利な装置に対する要望が引続き増大している。したがって、そのような装置の製造業者および設計者は、消費者の需要に応えるように、より高速でより容易に使え、よりコスト効率のよい装置を製造するよう努力している。

実際、特に多くの新しいマルチメディア用途の出現に起因して、超高速データレート無線通信の需要が増加している。これらの高速データレートでは制限があるので、超高速パーソナルエリアネットワーキング（ＰＡＮ）および一対一ポイントまたは一対多ポイントデータリンクの需要が不可欠になる。

従来の無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、たとえば８０２．１１ａ、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｇ規格は、最良の場合で、僅かに５４ｍｂ／ｓのデータレートに限定される。超広帯域（ＵＷＢ）および複数入力／複数出力（ＭＩＭＯ）システムなどの他の高速無線通信は、１００Ｍｂ／ｓまでデータレートを拡張することができる。

毎秒ギガビット（Ｇｂ／ｓ）のスペクトルを通って進むためには、スペクトル効率または利用可能な帯域幅のいずれかが増大されなければならない。結果として、ミリメートル波（ＭＭＷ）周波数で作動する最近の技術およびシステムの開発は、このようなさらなる高速に対する要求につれて増大している。

幸運にも、数ＧＨｚ（ギガヘルツ）帯域幅のライセンスされていない産業、科学、医療機器用（ＩＳＭ）帯域を６０ＧＨｚのスペクトルにおいて利用可能にしている政府がある。たとえば米国は、連邦通信委員会（ＦＣＣ）を通して、米国内のライセンスされていない用途に５７−６４ＧＨｚを割当てた。同様に、日本は高速データ通信に５９−６６ＧＨｚを割当てた。また、ヨーロッパは広帯域移動通信およびＷＬＡＮ通信用に５９−６２、６２−６３、および６５−６６ＧＨｚを割当てた。このスペクトルにおいて周波数が利用可能であることは、超高速短距離無線通信の機会を示すものである。

不都合にも、超高周波および／または超高速で作動するＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）チップセットおよびパッケージング装置が高コストであることは、これらの技術の進歩を享受することができる消費者の数に影響する。従来のＭＭＷ無線の解決策は、しばしば数百、または数千ドルもかかる。ＭＭＷ無線の高コストは、用いられる材料のコスト高、製作量が少ないことに関連付けられるコスト、および組立プロセスに起因する。さらに、ＭＭＷ無線用のアンテナは伝統的には金属ホーンアンテナまたはモジュールに接続される大きなプレーナアレイにプリントされたマイクロストリップを用いて実現され、それが製造コストをさらに増加させている。

従来のＭＭＷ ＭＭＩＣチップセットは、ＰＨＥＭＴ（歪格子形高電子移動度トランジスタ）（pseudomorphic high electron mobility transistor）および嵩張る金属ハウジングに基いている。さらに、ＭＭＷパッケージングは、酸化アルミニウムの改良版すなわちアルミナまたはテフロン（登録商標）ベースのマイクロストリップ基板、金属化薄膜、同軸または導波管のフィードスルーコネクタを含むことができる。

これらの高周波および高速用受動素子の製造に対する別の手法は、モジュール集積化用のプラットホームとしての低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）マルチ層基板の使用を含む。ＬＴＣＣ基板は、上述のものと比較して、材料コストが減じられる。しかしながら、競争力のある大量生産には一層のコスト削減が必要である。

低損失および埋込型機能（すなわちアンテナ）を特色とする、低コストで高度に生産可能なモジュール技術とＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）およびＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）技術との組合せには、たとえば６０ＧＨｚの高周波技術の大量の商業使用ができることが必要である。したがって、ＭＭＷ領域のマルチギガビット屋内無線通信にはアンテナ解決策が必要である。

したがって、必要となるのは、製造と材料費を低下させるような、ＭＭＷ無線の向上したパッケージングである。この発明が本来検出されるのは、そのような方法および装置である。

発明の概略
この発明は、超高周波モジュールを製作する方法を含み、この方法は、高周波基板を有する最上層を与えることと、最上層に垂直ビアを確立するために最上層に穴を空けることと、チップセットを受取るための最上層キャビティを規定するために最上層をフライス削りすることと、補強材構造を含む下端層を与えることとを含み、下端層は、ダブルクラッドコアおよび底部基板を有し、さらに、下端層キャビティを規定するために下端層をフライス削りすることと、ダブルクラッドコアおよび下端層の底部基板を接着剤でともに接着することと、最上層および下端層を位置合わせすることと、さらに、最上層を下端層に接着剤で付着することとを含む。

製作方法はさらに、最上層および下端層の表面で外付部品を組み立てることを含むことができる。さらに、この方法は、約６０ＧＨにおける超高周波モジュールの作動を可能にすることができる。

最上層は液晶ポリマ（ＬＣＰ）を含むことができ、下端層は耐火物４（ＦＲ４）を含むことができる。製作方法はさらに、プリントフィルタおよびフィルタされたアンテナをモジュールに集積化することを含むことができる。さらに、製作方法は最上層および下端層を封止することをさらに含むことができる。

好ましい実施例では、製作方法はさらに、最上層および下端層をプリント回路基板の大面積パネル上に製作することを含み、大面積パネルは約１２インチ×１８インチ以上である。

好ましい実施例では、接着剤は、室温積層、接続間の固体電気接続、および最上層と下端層との正確な位置合わせを可能にする、感圧式接着剤である。

超高速で作動する超高周波モジュールがさらに開示される。モジュールは、高周波基板
を有する最上層を含み、最上層は最上層キャビティを規定し、ダブルクラッドコアおよび底部基板を有する下端層を含み、下端層は下端層キャビティを規定し、最上層を下端層に接着するため、および下端層のダブルクラッドコアと下端層の底部基板とを接着するための接着剤とを含み、最上層と下端層とはプリント回路基板の大面積パネル上に製作される。

モジュールはさらに、直流（ＤＣ）およびミリメートル波フィードスルー遷移部（ビアまたは組込み式導波管を用いる）、埋込型フィルタ、および約６０ＧＨｚで通信するための埋込型アンテナを含むことができる。

モジュールはさらに、約６０ギガヘルツ（ＧＨｚ）で通信するためのアンテナを含み、アンテナは少なくとも毎秒２．５ギガビット（Ｇｂ／ｓ）でデータ無線送信するよう適合されている。

モジュールのアンテナは、１×４のパッチアレイアンテナ、２×２の直列パッチアレイアンテナ、２×２のデュアルエッジパッチアレイアンテナ、２×２のデュアルコーナパッチアレイアンテナ、４×４のアレイアンテナ、反射鏡を備えた、または反射鏡のない懸架されたアンテナアレイ、からなる群から選択され得、そのアンテナアレイは、線形または円形に偏波することができる。

モジュールの最上層はＬＣＰを含むことができ、下端層はＦＲ４を含む。さらに、最上層は、モノリシックマイクロ波集積回路を受取るためのキャビティを規定する。下端層は、懸架された構造（フィルタ、遷移部など）かつ／または反射鏡型アンテナを可能にするためのキャビティを好ましくは規定する。

超高周波マルチセクタモジュールは、高周波基板を含む最上層と、頑丈で電気的な材料を含む下端層と、最上層を下端層に接続するための接着剤とを含み、少なくとも２つのモジュールが互いに接続されてその間に角度をなし、異なる角度からの信号がマルチセクタモジュールによって受信され得るようにする。マルチセクタモジュールは約６０ＧＨｚの周波数で作動することができる。

最上層は液晶ポリマを含むことができ、下端層は耐火物４を含む。下端層は角度をつけてトレンチを規定することができ、耐火物４の一部は省略され、最上層は可撓性であってマルチセクタモジュールの曲った形状を可能にする。マルチセクタモジュールは、さらに方位角で３６０度をカバーするためにさらにピラミッド形を含むことができる。

この発明のこれらの、および他の目的、機構ならびに利点は、添付の図面に関連する以下の説明を読むことでより明らかになるだろう。

発明の詳細な説明
発明の原理および機構についての理解を容易にするために、例示的な実施例における実現例を参照して以下に説明する。この発明は、特に、超高周波かつ超高速のデータ通信速度で作動するための無線モジュールであるコンテキストで記載される。

さらに、この発明のさまざまな要素を構築する以下に記載される材料は、例示的であって限定的ではないように意図される。本願明細書に記載した材料と同じまたは同様の機能を実行する多くの適切な材料がこの発明の範囲内に包含されるように意図される。本願明細書に記載されないそのような他の材料は、たとえばこの発明の開発後に開発された材料を含むことができるが、これらに限定されない。

この発明は無線モジュール１００である。モジュール１００は、最上層２００、下端層３００、最上層２００を下端層３００に接続するための接着剤４００を好ましくは含む。

無線モジュール１００は超高速で超高周波を受信／送信するよう適合されていてもよい。たとえば、好ましくは、無線モジュール１００は約１０Ｇｂ／ｓにおいて約６０ＧＨｚで作動することができる。

図１は、モジュール１００の製作ステップのフローチャートを示す。モジュール１００を製作する方法１０５は最上層２００を与えることを含む。最上層２００は、ダブルクラッド高周波誘電基板２０５の両面パターニングを含み、受動ミリメートル波回路２１０を規定することができる（すなわち相互接続、フィルタおよびアンテナ）。

このように、方法１０５は、好ましくは１１０で、銅を有する回路２１０を金属化し、厚さは９〜１８ミクロンであって、１２０の後は約５０ミクロンとなる。さらに、ワイヤボンディング、面実装、および付加的な保護のために、回路２１０の金めっきが好ましい。

液晶ポリマ（以後「ＬＣＰ」）は好ましい高周波基板２０５であり、最上層２００を含むことができる。ロジャーズ株式会社（Rogers Corporation）は、この発明用のＬＣＰの好ましい製造業者である。したがって、好ましいＬＣＰは、ロジャーズ株式会社によって製造されるＲＯ３６００である。高周波基板２０５（ＬＣＰ層）の厚さは、材料の利用可能度および設計要件に依存して、４〜１０ミルの範囲にあり得る。

しかしながら、（偶然だがやはりロジャーズ株式会社により製造されている）ＲＯ４００３またはＲＯ３００３などのさらなる通常の材料、または他の等価な誘電材料であっても、さらに最上層２００に用いることができる。

１２０において、方法１０５はさらに、最上層２００の垂直ビア２１５を実現するために、高周波基板２０５に穴を開け、まためっきすることをさらに含む。次に、１３０で、キャビティ２２０をフライス削りすることが生じ得る。最上層２００のキャビティ２２０はＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）チップセット（図２Ａを参照）をホストすることができる。好ましい実施例では、最上層２００のキャビティ２２０はＭＭＩＣチップセットを受取ることができるほど十分に大きい。

下端層３００が与えられ得る。１４０で、製作方法１０５はさらに、下端層３００に穴を開け、めっきすることを含む。下端層３００はダブルクラッドコア３０５および底部基板３１０を含むことができる。好ましくは、底部基板３１０はＦＲ４を含む。ＦＲ４は不燃物（Flame Resistant）４の略語である。ＦＲ４は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の製造中にしばしば用いられる、織ったファイバグラスマットで強化されたエポキシ材料である。ＦＲ４は消費者向けおよび産業用高級電子機器を構築するために広く用いられるので、広く入手可能であり、そのためコスト効率がよい。

好ましくは、１５０で、製作方法１０５はさらに、好ましくは電気的に伝導性の感圧式接着剤４００を用いて、ＦＲ４コア基板３１０の両面を積層することを含む。実際、３Ｍ（登録商標）によって製造された３Ｍ−９７１３接着テープを用いることができる。次に、１６０で、方法１０５はさらに、下端層３００のＦＲ４コア基板３０５においてキャビティ３１５をフライス削りすることを含む（図２Ｂを参照）。

１７０で、方法１０５はさらに、高周波基板２０５、ＦＲ４コア３０５およびＦＲ４底
部基板３１０、すなわち最上層２００および下端層３００を位置合わせし、積層することを含むことができる。感圧式接着剤４００の使用により、室温積層、３つの基板（２０５、３０５および３１０）間の十分な電気接続、さらに十分な精度での層の位置合わせを可能にすることができる（図３を参照）。

方法１０５の好ましい次のステップは、１８０で、モジュール１００上に部品を組立てること、すなわち面実装された部品およびワイヤボンディングされた部品の両方を含む。キャビティ２２０の高周波基板２０５内での適切な深さにより、ＭＭＩＣとモジュール１００との間の非常に短いワイヤボンディング長さが可能となる。最後に、１９０で、封止が生じ得る。封止は、金属キャップ、ＦＲ４ベースのキャップ、グロブトップなどの従来の装置を用いて生じ得る。封止するステップは、モジュール１００を分離し、保護し、囲むことができる。

方法１０５および結果として生じるモジュール１０５トポロジは、ＭＭＩＣ、プリントフィルタ、プリントアンテナ、およびミリメートル波用途のための他の多くのプリント受動素子の単一の製作大面積（すなわち約１２×１８インチおよび／または約１８×２４インチ）プリント配線板（ＰＷＢ）プロセスにおける効率的かつ同時の集積化を可能にすることができる。モジュールを製作することができる寸法範囲は、約６０ＧＨｚ、すなわち約５４−６６ＧＨｚの範囲での動作周波数のための設計要件に適合し得る。とはいえ、当業者が認識するように、最上層２００および下端層３００の寸法は、モジュール１００の周波数を増加させたり減少させたりするために、容易に変更することができる。

モジュール１００の好ましいトポロジは、ＭＭＩＣのための疑似気密パッケージング解決策を支持することができる。トポロジはさらに、直流およびミリメートル波フィードスルー相互接続、平面フィルタ、組込み型導波管フィルタ、ブロードサイド、エンドファイア、反射鏡、双方向超広帯域幅の線偏波、円偏波アンテナアレイなどの集積化を可能にする。

図２Ａは、モジュールの最上層２００の断面図を示す。最上層２００は好ましくはＬＣＰを含む高周波基板２０５を包含することができる。しかしながら、上述のように、当業者は他の材料が実現され得ることを認識するだろう。たとえばロジャーズ株式会社は最上層２００に用いることができるＲＯ４００３およびＲＯ３００３を製造している。

ＬＣＰはミリメートル波モジュール実現例の低コストな代替例を提供する。実際、ＬＣＰは、独特の優れたマイクロ波性能と機械的性能とを、低コストで、かつ大面積処理性能の点でも組合せる。

最上層２００の厚さは、約４〜１０ミルの範囲にあり得る。
最上層２００のキャビティ２２０はＭＭＩＣ回路を受信するよう適合され、したがって、キャビティ２２０は好ましくはＭＭＩＣ回路を受信することができるよう十分に大きい。

図２Ｂは、モジュール１００の下端層３００の断面図を示す。下端層３００は好ましくは安定した頑丈な材料を包含している。好ましい実施例では、下端層３００はＦＲ４を含む。

下端層３００の厚さはダブルクラッドコア３０５および底部基板３１０を含む。ダブルクラッドコア３０５の厚さは、約３５〜４５ミルの範囲にある。底部基板３１０の厚さは、好ましくは約１５〜２５ミルの範囲の中にある。

モジュール１００の最上層２００および下端層３００は、好ましくは接続されている。最上層２００および下端層３００は接着剤４００を介して接続され得る。接着剤４００は、好ましくは、電気的に伝導性のテープである３Ｍ（登録商標）の９７１３などの感圧式接着剤である。実際、９７１３テープは、等方性の電気伝導率を備えた感圧式接着剤４００移動テープである。９７１３の革新的な伝導性ファイバは接着剤４００上に延在し、基板間、この場合は最上層２００と下端層３００との間の固体電気接続を確実にする。当業者は、この発明の最上層２００を下端層３００に接続するために他の材料が実現され得ることを認識する。

最上層２００（好ましくはＬＣＰを含む）、下端層３００（好ましくはＦＲ４を含む）、および接着剤４００（好ましくは３Ｍ−９７１３を含む）は組合わさって
（集団的に「層」として）、モジュール１００に低コストパッケージングシステムをもたらす。さらに、層は大面積パネル（約１２×１８インチ以上）上に製作することができる。したがって、大量に製造された場合、さらにコストを減じることができる。モジュール１００は、完成すると、１ｍｍ²から層２００および３００の全体のサイズまでの多くのサイズであり得る。

図３はモジュール１００の断面図を示し、層２００および３００は接着剤４００で接続される。

図４Ａはモジュール１００の断面図を示し、層２００および３００は接続されている。図４Ｂはモジュール１００の斜視図を示す。アンテナアレイ２５０が最上層２００に示される。さらに、最上層２００の表面または下端層３００が部品２５５を含むことができる。部品２５５は面実装または貫通穴でありえる。

例示的な実施例に示されたように、プリントフィルタのモジュール１００上での効率的な集積化がさまざまな例によって証明されており、多くの例示的な実施例が図５Ａ−図５Ｂ、図６Ａ−図６Ｂおよび図７Ａ−図７Ｂに示される。

図５Ａは、ＬＣＰプレーナ直列給電スロット付きパッチフィルタ５００を示す。直列スロット付きパッチフィルタ５００では、帯域幅は約５５〜６５ＧＨｚの範囲にある。結果として生じる挿入損は、約６０ＧＨｚで約−１．５ｄＢ（デシベル）である。図５Ｂは、直列スロット付きパッチフィルタ５００の性能のグラフ表示を示し、挿入損対周波数の例示的な関係を図示する。測定された表示とシミュレートされた表示との両方が示される。

図６ＡはＬＣＰ ＢＣＰＷ（バックドコプレーナ波（backed co-planar wave））フィルタ６００を示す。ＬＣＰ ＢＣＰＷフィルタ６００では、帯域幅は約５７〜６４ＧＨｚの範囲にある。結果として生じる挿入損は、約６０．３ＧＨｚで約−１．８５ｄＢである。図６Ｂは、ＢＣＰＷフィルタ６００の性能のグラフ表示を示し、挿入損対周波数の例示的な関係を図示する。測定された表示とシミュレートされた表示との両方が示される。

図７ＡはＬＣＰプレーナ楕円フィルタ７００を示す。楕円フィルタ７００では、帯域幅は約６４〜７２ＧＨｚの範囲にある。結果として生じる挿入損は、約６８ＧＨｚで約−２．６ｄＢである。図７Ｂは楕円フィルタ７００の性能のグラフ表示を示し、挿入損対周波数を図示する。測定された表示とシミュレートされた表示との両方が示される。

図８Ａ−図８Ｃ、図９Ａ−図９Ｂ、図１０Ａ−図１０Ｃおよび図１１Ａ−図１１Ｃは、１×２、１×４、１×６、２×２、２×４、および４×４のアレイアンテナ設計を含む、ＬＣＰ上に集積化された複数の６０ＧＨｚのアンテナアレイ解決策の例示的な結果を示す。製作されるアンテナは、好ましくは、厚さ１５０ミクロンのＬＣＰ基板上に実現される
。これらのアンテナのためのターゲット利得は約１０ｄＢｉより上であると定められており、ＷＰＡＮ（無線パーソナルエリアネットワーキング）用途のための信頼できる６０ＧＨｚリンクを可能にする。

図８Ａ−図８Ｃ、図９Ａ−図９Ｃ、図１０Ａ−図１０Ｃおよび図１１Ａ−図１１Ｃは、開発された線偏波アンテナの例を示す。表Ｉはこれらの図面をさらに要約する。

表Ｉ−線偏波アンテナアレイ性能の概要
図８Ａは、１×４のパッチアレイアンテナ８００の上面図を示す。図８Ｂおよび図８Ｃは、１×４のパッチアレイアンテナ８００の例示的な性能のグラフ表示を示す。図８Ｂおよび図８Ｃの双方が、測定された結果およびシミュレートされた結果を示す。図８Ｂは、周波数（ＧＨｚ）に対する反射損失（ｄＢ）のグラフ表示を示す。しかしながら、図８Ｃは、１×４のパッチアレイアンテナ８００の放射経路のグラフ表示を示す。

図９Ａは、２×２の直列パッチアレイアンテナ９００の上面図を示す。図９Ｂおよび図９Ｃは、２×２の直列パッチアレイアンテナ９００の例示的な性能のグラフ表示を示す。図９Ｂおよび図９Ｃの双方が、測定された結果およびシミュレートされた結果を示す。図９Ｂは、周波数（ＧＨｚ）に対する反射損失（ｄＢ）のグラフ表示を示す。しかしながら、図９Ｃは、２×２の直列パッチアレイアンテナ９００の放射経路のグラフ表示を示す。

図１０Ａは、２×２のデュアルエッジアレイアンテナ１０００の上面図を示す。図１０Ｂおよび図１０Ｃは、２×２のデュアルエッジパッチアレイアンテナ１０００の例示的な性能のグラフ表示を示す。図１０Ｂおよび図１０Ｃの双方が、測定された結果およびシミュレートされた結果を示す。図１０Ｂは、周波数（ＧＨｚ）に対する反射損失（ｄＢ）のグラフ表示を示す。しかしながら、図１０Ｃは、２×２のデュアルエッジアレイアンテナ１０００の放射経路のグラフ表示を示す。

図１１Ａは、２×２のデュアルコーナパッチアレイアンテナ１１００の上面図を示す。図１１Ｂおよび図１１Ｃは、２×２のデュアルコーナパッチアレイアンテナ１１００の例示的な性能のグラフ表示を示す。図１１Ｂおよび図１１Ｃの双方が、測定された結果およびシミュレートされた結果を示す。図１１Ｂは周波数（ＧＨｚ）に対する反射損失（ｄＢ）のグラフ表示を示す。しかしながら、図１１Ｃは、２×２のデュアルコーナパッチアレイアンテナ１１００の放射経路のグラフ表示を示す。

図１２Ａ−図１２Ｄ、図１３Ａ−図１３Ｄおよび図２０Ａ−図２０Ｄは、試験された円偏波アンテナの例、およびアンテナのシミュレートされ、測定された特性のグラフ表示を示す。これらのアンテナは約１０ｄＢｉの利得を示し、約２から９ＧＨｚの入力一致範囲を有して、マルチギガビットＷＰＡＮ用途に解決策を与える。さらに、結果として生じる軸比性能は、ＷＰＡＮシナリオに生じるマルチパス効果を緩和する能力を生成する。

図１２Ａは、１×２のアレイアンテナ１２００の上面図を示す。図１２Ｂは、１×２のアレイアンテナ１２００のグラフ表示を示し、周波数（ＧＨｚ）に対する反射損失（ｄＢ）の測定された結果およびシミュレートされた結果を示す。図１２Ｃは、１×２のアレイアンテナ１２００の放射経路のグラフ表示を示す。図１２Ｄは、周波数（ＧＨｚ）に対する軸率（ｄＢ）のグラフ表示を示す。

図１３Ａは、２×２のアレイアンテナ１３００の上面図を示す。図１３Ｂは、２×２のアレイアンテナ１３００のグラフ表示を示し、周波数（ＧＨｚ）に対する反射損失（ｄＢ）の測定された結果およびシミュレートされた結果を示す。図１３Ｃは、２×２のアレイアンテナ１３００の放射経路のグラフ表示を示す。図１３Ｄは、周波数（ＧＨｚ）に対する軸比（ｄＢ）のグラフ表示を示す。

表ＩＩはさらに、図１２Ａ−図１２Ｄおよび図１３Ａ−図１３Ｄを要約する。

表ＩＩ−円偏波アンテナアレイ性能の概要
図２０Ａは、２×２の円偏波アレイ２０００の上面図を示す。図２０Ｂは、２×２の円偏波アレイ２０００のグラフ表示を示し、そこで周波数（ＧＨｚ）に対する反射損失（ｄＢ）の測定された結果およびシミュレートされた結果を示す。図２０Ｃは、２×２の円偏波アレイ２０００の放射経路のグラフ表示を示す。図２０Ｄは、周波数（ＧＨｚ）に対する軸比（ｄＢ）のグラフ表示を示す。

図１４Ａは、チャネルの外部を認証するための６０ＧＨｚのマルチギガビットリンクの性能の試験環境１４００を示す。図１４Ｂは、試験環境１４００の測定された電力リンクを示す。

図１４Ａは、約２．５Ｇｂ／ｓの無線データレートを約３〜５メータ離れてターゲットとする試験環境１４００を示す。約６０ＧＨｚのフロントエンドモジュールは上述のビルディングブロックを用いてＬＣＰ基板上に実現される。第１段階では、ＰＨＥＭＴ（歪格子形高電子移動度トランジスタ）商用ＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）が用いられてモジュール集積化概念を認証することができる。第２段階ではシリコンＭＭＩＣを用いることができる。

図１４Ａは、試験環境１４００の動作を示す。ビット誤り率試験器（ＢＥＲＴ）１４０５は、最大１０Ｇｂ／ｓまで信号１４１０を与える。ライセンスされていない帯域（５７−６４ＧＨｚ）内では、簡単なＢＰＳＫ変調（２位相偏移変調）を用いて、約３．５Ｇｂ／ｓしか送信することができない。この速度は、ＱＰＳＫ変調（４位相偏移変調）を用いて７Ｇｂ／ｓまで２倍に、またデュアルキャパシティＱＰＳＫ変調スキームを用いて、１４Ｇｂ／ｓまで４倍にすることができる。信号１４１０はフィルタ１４１５を通してフィルタすることができる。次いで、信号は第１のモジュール１４２０に入る。連続波信号発
生器１４２５は第１のモジュール１４２０にバッファされる。好ましくは、連続波信号発生器１４２５は３０ＧＨｚで作動し、サブハーモニックミキサの使用により、６０ＧＨｚのミキシング動作が可能になる。組合わされた信号は、第１のモジュール１４２０から送信される。第１のモジュール１４２０から約５０センチメートルから５メータ離れた第２のモジュール１４３０は、第１のモジュール１４２０から送信された信号１４３５を受信する。第１のモジュール１４２０からの信号は、変調および使用またはダブルキャパシティ送信スキームに依存して、最大１０Ｇｂ／ｓで第２のモジュール１４３０に送信される。次いで、送信された信号１４３５はフィルタ１４４０を通してフィルタされ、次にＢＥＲＴ１４０５に送信される。第２のモジュール１４３０は、さらに、第１のモジュール１４２０の信号発生器１４２５と同期される付属の信号発生器１４４５を有する。

図１４Ｂ−図１４Ｄは、試験環境の周波数（ＧＨｚ）結果に対する経路損失（ｄＢ）のグラフ表示を示す。送信機全方位型指向性アンテナおよび４×４のペンシルビームアンテナアレイを有する受信機で実行された電力リンク測定が示される。約６３．５ＧＨｚを中心に約２ＧＨｚの無線チャネルが明らかに開いている。

図１５は、モジュールから受信および／または送信するために複数の角度を利用する、マルチセクタモジュール１５００または角度のあるモジュールを示す。マルチセクタモジュール１５００の表面上には能動部品１５０５も示される。マルチセクタモジュール１５００設計の結果として、ＬＣＰ層の積層（最上層２００）の前に、少なくとも１つのトレンチ１５１０がＦＲ４コア基板（下端層３００）に実現されることができる。したがって、ＦＲ４底部基板３１０の一部は部分的に省略される。ＦＲ４層はマルチセクタモジュール１５００に安定性を与える。ＬＣＰ（最上層２００）の機械的性質により可撓性が可能となり、したがってマルチセクタモジュール１５００の曲った（あるいは角度のある）形状が可能になる。このように、ＬＣＰは、高機能で、マルチセクタ等角モジュール１５００の容易かつ低コストな製造を可能にする低損失可撓性相互接続として、機能することができる。この手法の利点の１つはマルチセクタシステムの組立て業務を最小限にすることであり、そこでは各要素が個別に構築される。

マルチセクタモジュール１５００は、複数のセクタ、すなわちモジュールが、モジュール１５００が異なる角度から信号を受信することが可能になるよう構成され得るようにする。したがって、典型的なモジュールは、いくつかの角度からいくつかの信号を受信するよう向上される。

図１６ＡはエンドファイアＭＭＷアンテナ１６００を示す。図１６Ｂは、下端層３００の上面図を示す。図１６Ａを参照して、下端層３００はキャビティ１６０５を規定する。これはＦＲ４コア基板に規定される（図１６Ｂを参照）。下端層３００のキャビティ１６０５は、好ましくは最上層２００（ＬＣＰ）の積層の前に作られる。したがって、ＬＣＰは、高機能低損失誘電膜として実行することができる。最終結果として、エンドファイア八木アンテナアレイの容易かつ低コストな製作が可能である。

この発明の別の実施例は図１７に示される。図１７はモジュール１７００を示し、そこではキャビティ１７０５は下端層３００の中心にある。したがって、下端層３００は規定されたキャビティ１７０５を有することができる。好ましくは、キャビティ１７０５は、ＬＣＰ層の積層（最上層２００）の前に作られる。したがって、ＬＣＰは、高機能低損失誘電膜として実行することができ、これは懸架されたフィルタおよび双方向パッチアンテナアレイの容易かつ低コスト製作を可能にする。

図１８Ａは、１０Ｇｂ／ｓ無線リンク用の集積化された二重偏波デュアルキャパシティアンテナアレイとともに６０ＧＨｚの無線モジュール１８００として使用されるための好
ましいトポロジを示し、円偏波アンテナ設計のための金属反射鏡（３１０で実現）を形成するために底部キャビティ３１５を用いることができ、これにより、最大１０Ｇｂ／ｓシステムまでのデュアルキャパシティＢＰＳＫまたはＱＰＳＫを実現するのに必要な広い軸比（＜２ｄＢ）帯域幅（＞５ＧＨｚ）が可能となる。特に、この例では、デュアルキャパシティシステムは、反射鏡上に懸架された２つのデュアルロンビックアンテナを備えて実現される。図１８Ｂは、１０Ｇｂ／ｓ無線リンク用の集積化された二重偏波デュアルキャパシティアンテナアレイの性能を示す。

図１９は、６０ＧＨｚの無線ドッキングステーション用のピラミッド形マルチセクタアンテナ１９００を示す。ピラミッド形アンテナ１９００は方位角で３６０度をカバーすることができる。各セクタは、必要な／所望のカバー範囲に依存して、低利得から中利得の単一パッチアンテナまたは１×２のパッチアンテナアレイ１９１０を支持する。さらに、線偏波または円偏波を用いることができる。好ましい実施例では、ピラミッド形アンテナ１９００の寸法は、１．８×１．８×１．８立方センチメートルでその集積化に対応する。

この発明は好ましい形で開示されているが、以下の請求項に述べられるようなこの発明とその等価物との精神および範囲から逸脱せずに、多くの修正、追加および削除をなすことができることは、当業者には明らかであろう。

この発明の好ましい実施例に従うモジュールの好ましい製作ステップのフローチャートを示す図である。 この発明の好ましい実施例に従うモジュールの最上層の断面図を示す図である。 この発明の好ましい実施例に従うモジュールの下端層の断面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従う、モジュールを形成するために結合された最上層および下端層を示すモジュールの断面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従うモジュールの断面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従うモジュールの斜視図を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、液晶ポリマプレーナ直列給電スロット付きパッチフィルタの上面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、液晶ポリマプレーナ直列給電スロット付きパッチフィルタの挿入損対周波数のグラフ表示を示す図である。 この発明の好ましい実施例に従って、液晶ポリマのバックドコプレーナ波（ＢＣＰＷ）フィルタの上面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、液晶ポリマＢＣＰＷフィルタの挿入損対周波数のグラフ表示を示す図である。 この発明の好ましい実施例に従う液晶ポリマプレーナ楕円フィルタの上面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従う、液晶ポリマプレーナ楕円フィルタの挿入損対周波数のグラフ表示を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、１×４のパッチアレイアンテナの上面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、１×４のパッチアレイアンテナの性能のグラフ表示を示す図である。 この発明の好ましい実施例に従って、１×４のパッチアレイアンテナの性能のグラフ表示を示す図である。 この発明の好ましい実施例に従って、２×２の直列パッチアレイアンテナの上面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、２×２の直列パッチアレイアンテナの性能のグラフ表示を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、２×２の直列パッチアレイアンテナの性能のグラフ表示を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、２×２のデュアルパッチアレイアンテナの上面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、２×２のデュアルパッチアレイアンテナの性能のグラフ表示を示す図である。 この発明の好ましい実施例に従って、２×２のデュアルパッチアレイアンテナの性能のグラフ表示を示す図である。 この発明の好ましい実施例に従って、２×２のデュアルコーナパッチアレイアンテナの上面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、２×２のデュアルコーナパッチアレイアンテナの性能のグラフ表示を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、２×２のデュアルコーナパッチアレイアンテナの性能のグラフ表示を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、１×２の円偏波アンテナの上面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、１×２の円偏波アンテナの性能のグラフ表示を示す図である。 この発明の好ましい実施例に従って、１×２の円偏波アンテナの性能のグラフ表示を示す図である。 この発明の好ましい実施例に従って、１×２の円偏波アンテナの性能のグラフ表示を示す図である。 この発明の好ましい実施例に従って、２×２の円偏波アンテナの上面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、２×２の円偏波アンテナの性能のグラフ表示を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、２×２の円偏波アンテナの性能のグラフ表示を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、２×２の円偏波アンテナの性能のグラフ表示を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、６０ＧＨｚのマルチギガビット・リンクの試験環境の上面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従って試験環境の測定された電力リンクを示す図である。 この発明の好ましい実施例に従って試験環境の測定された電力リンクを示す図である。 この発明の好ましい実施例に従って試験環境の測定された電力リンクを示す図である。 この発明の好ましい実施例に従って、マルチセクタモジュールの側面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従うエンドファイアミリメートル波アンテナの斜視図である。 この発明の好ましい実施例に従うエンドファイアミリメートル波アンテナの下端層の上面図を示す。 この発明の好ましい実施例に従って、キャビティを規定する下端層を有するモジュールを示す図である。 この発明の好ましい実施例に従って、６０ＧＨｚのダブルキャパシティ無線モジュールの（底部基板のない）図を示す。 この発明の好ましい実施例に従うダブルキャパシティ無線モジュールで用いられる６０ＧＨｚのアンテナの測定された性能のグラフ表示を示す図である。 この発明の好ましい実施例に従うピラミッド形のマルチセクタアンテナを示す図である。 この発明の好ましい実施例に従う２×２の円形直列アレイの上面図を示す図である。 この発明の好ましい実施例に従う２×２の円形直列アレイの性能のグラフ表示を示す図である。 この発明の好ましい実施例に従う２×２の円形直列アレイの性能のグラフ表示を示す図である。 この発明の好ましい実施例に従う２×２の円形直列アレイの性能のグラフ表示を示す図である。

Claims (23)

1. 超高周波モジュールを製作する方法であって、
   高周波基板である最上層を与えるステップと、
   最上層に垂直ビアを確立するために最上層に穴を空けるステップと、
   チップセットを受取るための最上層キャビティを規定するために最上層をフライス削りするステップと、
   補強材構造を含む下端層を与えるステップとを含み、下端層はダブルクラッドコアおよび底部基板を有し、さらに、
   下端層のダブルクラッドコアおよび底部基板を接着するステップと、
   下端層キャビティを規定するために下端層をフライス削りするステップと、
   最上層と下端層とを位置合わせするステップと、
   最上層を下端層に接着するステップとを含む、製作方法。
2. 超高周波モジュールは約６０ＧＨｚで作動する、請求項１に記載の製作方法。
3. 最上層は液晶ポリマを含み、下端層は耐火物４を含む、請求項１に記載の製作方法。
4. プリントフィルタおよびフィルタされたアンテナをモジュールに集積化するステップをさらに含む、請求項１に記載の製作方法。
5. ＤＣおよびミリメートル波フィードスルー、埋込型フィルタおよび埋込型アンテナをモジュールに集積化するステップをさらに含む、請求項１に記載の製作方法。
6. 最上層および下端層を封止するステップをさらに含む、請求項１に記載の製作方法。
7. 最上層および下端層をプリント回路基板の大面積パネル上に製作するステップをさらに含み、大面積パネルは約１２インチ×１８インチ以上である、請求項１に記載の製作方法。
8. ダブルクラッドコアおよび底部基板を接着するステップと、最上層を下端層に接着するステップとは、接着剤で実行される、請求項１に記載の製作方法。
9. 接着剤は、室温積層、接続間の固体電気接続、および最上層と下端層との正確な位置合わせを可能にする感圧式接着剤である、請求項７に記載の製作方法。
10. 接着剤は、室温積層、接続間の固体電気接続、および最上層と下端層との正確な位置合わせを可能にする電気的に伝導性の感圧式接着剤である、請求項７に記載の製作方法。
11. 超高速で作動する超高周波モジュールであって、
    高周波基板を有する最上層を含み、最上層は最上層キャビティを規定し、
    ダブルクラッドコアおよび底部基板を有する下端層を含み、下端層は下端層キャビティを規定し、
    最上層および下端層、下端層のダブルクラッドコアおよび下端層の底部基板、の両方を接着する接着剤を含み、
    最上層および下端層はプリント回路基板の大面積パネルから形成される、モジュール。
12. モジュールはさらに約６０ＧＨｚで通信するためのアンテナを含み、アンテナは少なくとも毎秒２．５ギガビットでデータを無線送信するよう適合される、請求項９に記載のモジュール。
13. アンテナは、１×４のパッチアレイアンテナ、２×２の直列パッチアレイアンテナ、２×２のデュアルエッジパッチアレイアンテナ、２×２のデュアルコーナパッチアレイアンテナ、４×４のアレイアンテナ、線偏波アンテナおよび円偏波アンテナからなる群から選択される、請求項１０に記載のモジュール。
14. 底部キャビティは、広軸比帯域幅がデュアルキャパシティＢＰＳＫまたはＱＰＳＫを最大１０Ｇｂ／ｓまで実現することができるようにするアンテナ用反射鏡を形成するよう適合されている、請求項１０に記載のモジュール。
15. 最上層は液晶ポリマを含み、下端層は耐火物４を含む、請求項９に記載のモジュール。
16. モノリシックマイクロ波集積回路を受取ることが最上層キャビティ内に位置決めされる、請求項９に記載のモジュール。
17. プリントアンテナは下端層キャビティ内に位置決めされる、請求項１３に記載のモジュール。
18. 超高周波モジュールの組合せは、
    高周波基板と、
    頑丈で電気的な材料と、
    高周波基板を頑丈で電気的な材料に接続するための接着剤とを含み、
    少なくとも２つのモジュールがその間に角度をなすよう互いに接続され、少なくとも２つのモジュールは異なる角度からの信号が受信され得るようにする、モジュールの組合せ。
19. 少なくとも２つのモジュールの各モジュールは約６０ＧＨｚの周波数で作動する、請求項１５に記載のモジュールの組合せ。
20. 高周波基板は液晶ポリマを含み、頑丈で電気的な材料は耐火物４を含む、請求項１６に記載のモジュールの組合せ。
21. トレンチは頑丈で電気的な材料に規定され、頑丈で電気的な材料の一部は省略され、高周波基板は可撓性であってマルチセクタモジュールの曲った形状を可能にする、請求項１５に記載のモジュールの組合せ。
22. 組合せモジュールは方位角で３６０度をカバーするためにピラミッド形を形成する、請求項１８に記載のモジュールの組合せ。
23. モジュールはマルチセクタモジュールを構築する、請求項１８に記載のモジュールの組合せ。