JP2010541480A - 金属導波路板を有する最新式のアンテナ一体型プリント基板 - Google Patents

Abstract

金属導波路板（１４）が配設されているプリント基板アセンブリ（１２）を組み込んだフェーズドアレイアンテナ（１０）システムを組立てるシステム及び方法が提供されている。このシステムは金属導波路板を使用して、熱をシステムの導波路部分に向かって、システムの導波路部分を介して消散させる。

Description

本発明は概してフェーズドアレイアンテナに関し、さらに具体的には、フェーズドアレイアンテナシステムのアンテナ一体型プリント基板アセンブリ及び上記システムを組立てる方法に関するものである。

米国特許第６６７０９３０号明細書に記載されているような、アンテナ一体型プリント基板アセンブリを組み込んだ既存のフェーズドアレイアンテナシステムでは、システムの導波路部分全体にわたって、単層又は多層プリント基板が用いられる。上記システムに使用されるプリント基板は一般的に、熱を絶縁する誘電物質で構成されている。プリント基板に一体化された電子機器から発生する熱は、導波路部分を介して容易に消散しないため、システムの動作が劣化する恐れがある。例えば、過度の熱により、低い等価等方輻射電力（ＥＩＲＰ）、高い騒音、及び単位セルごとの電力レベルの制限が引き起こされる可能性がある。加えて、「缶」とも呼ばれる、アンテナ要素にケージ状の導電性構造を用いる既存のシステムの稼動上限周波数は制限されている。高い上限周波数で稼動し、導波路部分を介してもっと効率的に熱を消散できることにより、例えば単位セルごとの電力レベルの増加とシステムのより良い動作が可能になり得る、多層プリント基板アセンブリを組み込んだフェーズドアレイアンテナシステムを提供することが望ましい。

金属導波路板及び多層プリント基板を組み込んだフェーズドアレイアンテナシステムを組立てるシステム及び方法が提供されている。少なくとも１つのプローブと、少なくとも１つの電子デバイスを内蔵した多層プリント基板アセンブリが提供されている。少なくとも１つの導波路が内部に形成された金属導波路板は、多層プリント基板アセンブリに隣接して位置づけされ、これにより少なくとも１つの電子デバイスから発生した熱が金属導波路板へ消散する。

ある実施形態では、金属導波路板は、プローブの少なくとも一部分が導波路内に含まれるように位置づけされている。導波路は、導波路内のプローブの少なくとも一部分を囲む誘電物質を含み、プローブと金属導波路板の間の誘電バリアとなることができる。導波路及びプローブはしたがってアンテナ要素を形成することができる。導波路は円筒状であってよく、上部及び下部を含むことができ、上部の直径は下部の直径よりも大きい。導波路の上部の深さと直径は、所望の稼動周波数に対応させることができる。さらに、別の例となる実施形態では、金属ペデスタルをプリント基板に内蔵して金属導波路板に隣接して位置づけすることができ、これにより、少なくとも１つの電子デバイスから発生した熱が金属ペデスタルを介して金属導波路板へ消散する。金属導波路板は、鋳造法により銅で構成することができ、導波路の壁は接触していてよい。説明した特徴、機能、及び利点は、本発明の種々の実施形態において個別に達成することができる、又は更なる詳細は下記の説明及び図面を参照して理解することができる更に別の実施形態に組み合わせることができる。

図１は６４要素のフェーズドアレイアンテナシステムを形成する、金属導波路板及びプリント基板アセンブリの一実施形態の一例の上面分解斜視図である。 図２は図１のライン２−２に沿った金属導波路板及びプリント基板の一実施形態の一例の断面側面図である。

金属導波路板を有するプリント基板アセンブリを組み込んだフェーズドアレイアンテナシステムを組立てるシステム及び方法が提供されている。システムは、システムの導波路部分に向かって及び導波路部分を通って熱を消散させるために、金属導波路板を使用する。金属導波路板をプリント基板アセンブリとともに使用することによって、非限定的に、高いＥＩＲＰ、低い騒音、高い単位セルごとの電力レベル、そして広い範囲の稼動周波数を含む利点が得られる。

図１を参照すると、フェーズドアレイアンテナシステム１０には、多層プリント基板アセンブリ１２と、金属導波路板１４が組み込まれている。多層プリント基板アセンブリ１２は、参照することにより本明細書に組み込まれる米国特許第６６７０９３０号に記載されているように、複数の独立した層又は相互に接続された電気回路を有するプリント基板を含む。例えば、多層プリント基板アセンブリ１２は、電子デバイスと、内蔵された電源、ロジック、及びＲＦ分配回路を含むことができる。上記電子デバイスは非限定的に、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、コンデンサ、レジスタ等を含むことができる。したがって、同業者には、例えばＲＦ、電源、及びロジック配置等の複数の電子及び機械操作が、多層プリント基板アセンブリ１２内部で及び多層プリント基板アセンブリ１２上で行われることが認識される。複数の電子及び機械操作により、効果的なシステム動作を維持するために消散させなければならない熱が発生する。例えば米国特許第６６７０９３０号明細書に記載されたような、プリント基板から構成される導波路部分を組み込んだフェーズドアレイアンテナシステムでは、上記導波路部分に向かって及びそれを介して熱が簡単に消散しない。

図１をさらに参照し、図２を参照すると、多層プリント基板アセンブリ１２は、内蔵された無線周波数（ＲＦ）プローブ１６を有する。図１に示す実施形態は、８×８の格子状に配置された６４個のＲＦプローブ１６を含む。ＲＦプローブ１６の数は、用途によって変化する。金属導波路板１４は、中に形成された円筒形の穴を有し、この穴はしたがって円筒導波路２０を形成する。円筒導波路２０は、上部２６と下部２８を含むことができる。上部２６の直径は下部２８の直径よりも大きくてよい。円筒導波路２０の形は円筒である必要はなく、非限定的に、正方形、三角形、長方形、六面体、及び八面体を含む様々な形であってよい。図１に示す実施形態はまた、８×８の格子状のＲＦプローブ１６を覆う、８×８の格子状に配置された６４個の円筒導波路２０も含む。金属導波路板１４は、各ＲＦプローブ１６が対応する円筒導波路２０内にあるように位置づけされる。各ＲＦプローブ１６とこれに対応する円筒導波路２０が、アンテナ要素を形成する。アンテナ要素が稼動する周波数は、円筒導波路２０の上部２６の直径及び深さによって決まる。上部２６の直径及び深さは例えば、それぞれ導波長の半分と導波長の４分の１であってよい。上部２６の深い部分は、低い稼動周波数に対応し、その一方で、上部２６の浅い部分は高い稼動周波数に対応するため、システムが多数の異なる周波数で稼動することが可能になる。同様に、上部２６の直径の広い部分は低い稼動周波数に対応する一方で、直径のさらに狭い部分は高い稼動周波数に対応する。各円筒導波路２０を誘電物質２４で充填してＲＦプローブ１６を囲み、金属板２２とＲＦプローブ１６との間の誘電バリアを築くことができる。金属ペデスタル１８を多層プリント基板アセンブリ１２と一体化させて、金属導波路板１４に向かって熱を消散させることができる。

ある実施形態では、金属板２２は硬いものであってよく、これにより内部に形成された円筒導波路２０の壁が接触することが可能になる。円筒導波路２０の壁が接触することで、米国特許第６６７０９３０号明細書に記載されているような、多層プリント基板内で接触していない、又は「ケージ状」の壁でできた既存の導波路構造よりも上限稼動周波数の限界をさらに広げることが可能になる。

多層プリント基板アセンブリ１２は、米国特許第６６７０９３０号明細書に開示された方法にしたがって組立てることができる。金属導波路板１４とＲＦプローブ１６は例えば銅で構成することができる。内部に円筒導波路２０が配置された金属導波路板１４は例えば、鋳造法又は機械加工によって組立てることが可能である。誘電物質２４は例えば射出成形によって又は作製済みのプラグとして円筒導波路２０に挿入することができる。ＲＦプローブ１６は例えばチャネルを掘削し、円筒導波路２０で充填された誘電物質全体をめっきすることによって作製することができる。銅めっきはその後でエッチング加工して、ＲＦプローブ１６の上部及び下部を形作ることができる。ＲＦプローブ１６はまた、図２に示すように、すでに互いに固定された金属導波路板１４及び多層プリント基板アセンブリ１２の両方全体のめっきを堀削することによっても作製可能である。ＲＦプローブ１６はまた、予め作製しておき、プローブを収容するために堀削されたチャネルに挿入することも可能である。図２を参照すると、多層プリント基板アセンブリ１２と金属導波路板１４は近接し当接した形で図示されている。従来の締結具、接着剤、はんだ、又は積層を使用して、多層プリント基板アセンブリ１２と導波路板１４を、近接し、しっかり固定された当接状態に固定することができる。

本発明の好適な実施形態の上述の説明は、図示及び説明の目的で記載されたものであり、本発明を包括する、又は開示された明確な形態の本発明を限定するように意図されたものではない。この説明は本明細書の原理及びその実際的な応用を最適に説明し、これにより、当業者が本発明を、考慮される特定の使用に適した様々な実施形態及び様々な変形例において最適に用いることができるように選択されたものである。本発明の範囲は本明細書によって限定されるものではなく、下に記述された請求項によって定義されるものである。

Claims (20)

1. フェーズドアレイアンテナシステム（１０）であって、
   多層プリント基板アセンブリ（１２）と、
   多層プリント基板アセンブリ（１２）と一体化した少なくとも１つのプローブ（１６）と、
   多層プリント基板アセンブリ（１２）と一体化した少なくとも１つの電子デバイスと、
   少なくとも１つの電子デバイスから発生した熱が金属導波路板（１４）に向かって消散するように、多層プリント基板アセンブリ（１２）に隣接して位置づけされた金属導波路板（１４）と、
   金属導波路板（１４）内に形成された少なくとも１つの導波路（２０）
   を備えるシステム。
2. プローブ（１６）の少なくとも一部が導波路（２０）内に含まれるように、金属導波路板（１４）が位置づけされている、請求項１に記載のシステム。
3. 導波路（２０）が、誘電物質が導波路（２０）内のプローブ（１６）の少なくとも一部を囲んで、プローブ（１６）と金属導波路板（１４）との間に誘電バリアとなるように、誘電物質を含む、請求項２に記載のシステム。
4. 導波路（２０）とプローブ（１６）がアンテナ要素を形成する、請求項３に記載のシステム。
5. 導波路（２０）が円筒形であり、上部（２６）及び下部（２８）を更に備え、上部（２６）の直径が下部（２８）の直径よりも大きい、請求項４に記載のシステム。
6. 導波路（２０）の上部（２６）の深さ及び直径が、アンテナ要素の所望の稼動周波数に対応する、請求項５に記載のシステム。
7. プリント基板アセンブリ（１２）に内蔵され、少なくとも１つの電子デバイスから発生した熱が金属ペデスタル（１８）を介して金属導波路板（１４）へ消散するように、金属導波路板（１４）に隣接して位置づけされる金属ペデスタル（１８）
   をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
8. 金属導波路板（１４）が銅から構成されている、請求項１に記載のシステム。
9. 少なくとも１つの導波路（２０）の壁が接触している、請求項１に記載のシステム。
10. フェーズドアレイアンテナシステム（１０）を組立てる方法であって、
    金属導波路板（１４）内に少なくとも１つの導波路（２０）を形成し、
    金属導波路板（１４）を多層プリント基板アセンブリ（１２）に隣接するように位置づけするステップ
    を含み、多層プリント基板アセンブリ（１２）に少なくとも１つの電子デバイスが内蔵されており、これにより、少なくとも１つの電子デバイスから発生した熱が金属導波路板（１４）に向かって消散する方法。
11. 少なくとも１つの導波路（２０）に、上部（２６）と下部（２８）を形成し、上部（２６）の壁と下部（２８）の壁が接触しているステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 上部（２６）の深さと直径を、所望の稼動周波数に対応するように形成するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 誘電物質を少なくとも１つの導波路（２０）内部に位置づけするステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 誘電物質を少なくとも１つの導波路（２０）内部に位置づけするステップが、射出成形によって行われる、請求項１３に記載の方法。
15. プローブ（１６）の少なくとも一部が金属導波路板（１４）の導波路（２０）内部にあり、多層プリント基板アセンブリ（１２）と一体化されるように、プローブ（１６）を位置づけするステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
16. プローブ（１６）を位置づけするステップが、堀削及びめっきによって行われる、請求項１５に記載の方法。
17. プローブ（１６）を位置づけするステップが、プローブ（１６）を収容するチャネルを掘削し、作製済みのプローブ（１６）を挿入することによって行われる、請求項１５に記載の方法。
18. 金属導波路板（１４）を位置づけするステップが、多層プリント基板アセンブリ（１２）に隣接するように金属導波路板（１４）を位置づけするステップを含み、多層プリント基板アセンブリ（１２）が、少なくとも１つの電子デバイスと、内蔵された少なくとも１つの金属ペデスタル（１８）を有し、これにより、少なくとも１つの電子デバイスから発生した熱が金属ペデスタル（１８）を介して金属導波路板（１４）に向かって消散する、請求項１０に記載の方法。
19. 金属導波路板（１４）が鋳造法によって形成される、請求項１０に記載の方法。
20. 金属導波路板（１４）が、締め付け、接着、半田付け又は積層のうちの少なくとも１つによって、多層プリント基板アセンブリ（１２）に当接するように固定される、請求項１０に記載の方法。

Images