JP2024508495A - Ｒｆコンポーネント間の共面導波路相互接続部を用いたアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

アンテナ装置は、第１の表面と、対向する第２の表面とを有するアンテナ基材であって、第２の表面にアンテナ接地平面を有する、アンテナ基材を含む。アンテナ素子が、アンテナ基材の第１の表面にある。第１のＲＦコンポーネントが、アンテナ基材の第２の表面に取り付けられており、アンテナ素子と通信される信号を調整するためのＲＦ回路を含む。第２のＲＦコンポーネントが、アンテナ基材の第２の表面に取り付けられている。共面導波路（ＣＰＷ）相互接続部が、第１のＲＦコンポーネントを第２のＲＦコンポーネントに結合し、中央導体と、中央導体の両側にある第１及び第２の接地導体とを含む。中央導体は、アンテナ接地平面の開口部内にプロファイルを有する。【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、概して、アンテナ装置内のＲＦコンポーネント間の相互接続構造、及び分散された無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）チップに一体化されたアンテナアレイに関する。

小型アンテナアレイでは、航空機、衛星、車両、水上船舶、及び汎用陸上通信用の基地局などにおいて、マイクロ波及びミリ波周波数で様々な多様な用途が見いだされている。このようなアンテナアレイは、典型的には、ビーム操縦用のフェーズドアレイを生成するために、位相シフトビーム形成回路によって駆動されるマイクロストリップパッチ放射素子を含む。アンテナアレイ及びビーム形成回路を含めて、アンテナシステム全体が、薄型で最小限のスペースを占めることが望ましい場合が多い。

一体型アンテナアレイは、小型構造の無線周波数（ＲＦ）集積回路チップ（ＲＦＩＣ）（例えば、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ））と一体化されたアンテナ素子で構成されたアンテナアレイとして理解され得る。一体型アンテナアレイは、アンテナ素子が外装コンポーネント層に配設され、ＲＦＩＣがアンテナ素子層の後ろの近接平行コンポーネント層内の有効アンテナ開口全体に分散されている、サンドイッチ型構成を有していてもよい。ＲＦＩＣは、送信用のＲＦ電力増幅器（ＰＡ）、受信用の低雑音増幅器（ＬＮＡ）、及び／又はビーム操縦用のアクティブ位相シフタを含んでもよい。このようにＰＡ／ＬＮＡ／位相シフタを分散することによって、非分散型ＩＣ設計と比べて高い信頼性とともに、送信時の高効率性及び／又は受信時の雑音性能の向上を実現することができる。

本開示の一態様では、アンテナ装置は、第１の表面と、対向する第２の表面を有するアンテナ基材であって、第２の表面にアンテナ接地平面を有する、アンテナ基材を含む。アンテナ素子が、アンテナ基材の第１の表面にある。第１のＲＦコンポーネントが、アンテナ基材の第２の表面に取り付けられており、アンテナ素子と通信される信号を調整するためのＲＦ回路を含む。第２のＲＦコンポーネントが、アンテナ基材の第２の表面に取り付けられている。共面導波路（ＣＰＷ）相互接続部が、第１のＲＦコンポーネントを第２のＲＦコンポーネントに結合し、中央導体と、中央導体の両側にある第１及び第２の接地導体とを含む。中央導体は、アンテナ接地平面の開口部内にプロファイルを有する。

中央導体並びに第１及び第２の接地導体は、アンテナ基材内のアンテナ接地平面と同じ層内に形成されてもよい。

第１のＲＦコンポーネントは、ＲＦ回路が、少なくとも１つの増幅器及び少なくとも１つの位相シフタを含むビーム形成回路を含むＲＦＩＣチップであってもよい。

アンテナ基材は、ＲＦＩＣチップにＤＣ電圧及び／又は制御信号を提供するために、アンテナ接地平面と第２の表面との間の再分配層（ＲＤＬ）領域を更に含んでもよく、ＲＤＬ領域は、アンテナ接地平面と接合する絶縁層を含む。

フェーズドアレイアンテナ実施形態は、第１の表面及び対向する第２の表面を有するアンテナ基材を含んでもよく、アンテナ基材は、第２の表面にアンテナ接地平面を含む。アンテナアレイを形成する複数のアンテナ素子が、アンテナ基材の第１の表面に配設されている。複数のＲＦＩＣチップが、アンテナ基材の第２の表面に取り付けられ、各々が、アンテナ接地平面の複数の第１の開口部のうちの少なくとも１つを通してアンテナ素子のうちの少なくとも１つと通信される信号の調整によるビーム操縦のためのビーム形成回路を含む。合成器／分割器コンポーネントが、ＲＦＩＣチップ間に配設され、アンテナ基材の第２の表面に取り付けられている。合成器／分割器コンポーネントは、複数の合成器／分割器導体を含むビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）の一部分を含む。複数の共面導波路（ＣＰＷ）相互接続部が、各々、合成器／分割器導体のうちのそれぞれの１つをＲＦＩＣチップのうちの１つに結合し、各々、中央導体と、中央導体の両側にある第１及び第２の接地導体とを含む。各中央導体は、アンテナ接地平面の複数の第２の開口部のうちのそれぞれの１つ内にプロファイルを有する。

開示される技術の上記及び他の態様及び特徴は、同様の参照文字が同様の要素又は特徴を示す添付の図面と併せて、以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。同一の又は類似の種類の様々な要素は、同一／類似の要素（例えば、＿１、＿２）の中で区別する下線／ダッシュ及び第２のラベルで参照ラベルを付加することによって、又は第２のラベルで参照ラベルを直接付加することによって区別され得る。しかしながら、所与の説明が第１の参照ラベルのみを使用する場合、このラベルは、第２のラベルに関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する同一／類似の要素のうちのいずれにも適用可能である。要素及び特徴は、図面で縮尺どおりに描画されていない場合がある。

図１Ａは、一実施形態によるアンテナ装置の断面図であり、アンテナ装置のＲＦＩＣチップとＲＦコンポーネントとの間の例示的なＣＰＷ相互接続部を描く。 図１Ｂは、図１Ａの線１Ｂ－１Ｂに沿ったアンテナ装置のアンテナ基材の上側部分の平面図であり、例示的なＣＰＷ相互接続部を示す。 図１Ｃは、図１Ａの線１Ｃ－１Ｃに沿ったアンテナ装置の一部分の平面図であり、ＣＰＷ相互接続部に関するＲＦＩＣチップ及びＲＦコンポーネントの例示的な電気接点を示す。 図１Ｄは、図１Ｂの線１Ｄ－１Ｄに沿った断面図であり、ＣＰＷ相互接続部をＲＦＩＣチップに接続する第１の接地－信号－接地（ＧＳＧ）遷移部を示す。 図１Ｅは、図１Ｂの線１Ｅ－１Ｅに沿った断面図であり、ＣＰＷ相互接続部をＲＦコンポーネントに接続する第２の（ＧＳＧ）遷移部を示す。 図２Ａは、一実施形態によるアンテナ装置の断面図であり、再分配層（ＲＤＬ）を有するアンテナ基材内の別の例示的なＣＰＷ相互接続部を描く。 図２Ｂは、図２Ａの線２Ｂ－２Ｂに沿ったアンテナ装置の一部分の断面図であり、例示的なＣＰＷ相互接続部を示す。 図２Ｃは、図２Ｂの線２Ｃ－２Ｃに沿ったアンテナ装置の一部分の断面図であり、例示的なＣＰＷ相互接続部の第１のＧＳＧ遷移部分を示す。 図２Ｄは、図２Ｂの線２Ｄ－２Ｄに沿ったアンテナ装置の一部分の断面図であり、例示的なＣＰＷ相互接続部の第２のＧＳＧ遷移部分を示す。 図３は、一実施形態によるアンテナ装置の断面図であり、アンテナ基材のＲＤＬ領域内に少なくとも部分的に形成されたＣＰＷ相互接続部の更なる例を描く。 図４Ａは、図３の線４－４に沿ったアンテナ装置の一部分の例示的な構成の断面図である。 図４Ｂは、図３の線４－４に沿ったアンテナ装置の一部分の別の例示的な構成の断面図である。 図５Ａは、図４Ａの線５Ａ－５Ａに沿った断面図である。 図５Ｂは、図４Ｂの線５Ｂ－５Ｂに沿った断面図である。 図６Ａは、一実施形態によるアクティブアレイアンテナ装置の上面図である。 図６Ｂは、図６Ａの方向６Ｂから見たアクティブアレイアンテナ装置の端面図である。 図７Ａは、例示的なアンテナ装置のいずれにもおけるビーム形成回路の概略図である。 図７Ｂは、例示的なアンテナ装置のいずれにもおけるビーム形成回路の概略図である。 図７Ｃは、例示的なアンテナ装置のいずれにもおけるビーム形成回路の概略図である。 図８は、アンテナ装置のいずれにもおけるビーム形成ネットワークを描く概略図である。 図９は、一実施形態によるアンテナ装置を製造する例示的な方法を示す流れ図である。

説明の目的で本明細書に開示される技術の、ある特定の例示的な実施形態の包括的な理解を支援するために、添付の図面を参照しながら以下の説明が提供される。説明は、当業者が技術を理解するのを助けるための様々な具体的な詳細を含むが、これらの詳細は、単なる例示とみなされるべきである。単純化及び明確化の目的で、周知の機能及び構造の説明は、それらの包含が、当業者による技術の理解を曖昧にする可能性がある場合には、省略される場合がある。

図１Ａは、一実施形態によるアンテナ装置１００の断面図である。アンテナ装置１００（「アンテナ１００」）は、少なくとも１つの第１のＲＦコンポーネント（「ＲＦＣ」）１１０と、少なくとも１つの第２のＲＦＣ１２０と、アンテナ基材１３０と、少なくとも１つのアンテナ素子１２５と、を含む。アンテナ基材１３０は、アンテナ素子１２５が取り付けられている下側（第１の）表面１４３と、第１のＲＦＣ１１０及び第２のＲＦＣ１２０の両方が取り付けられている上側表面１３３と、を有してもよい。アンテナ基材１３０は、アンテナ基材１３０の上側表面１３３に位置付けられているアンテナ接地平面１３５と一体化された誘電体スラブ１３８からなってもよい。

第１及び第２のＲＦＣ１１０及び１２０は、そこを通過するＲＦ信号を調整するために、それぞれ、ＲＦ回路１１８及び１２８を含む。ＲＦＣのタイプに応じて、そのような調整は、パッシブ又はアクティブであってもよい。パッシブＲＦＣは、合成器／分割器又はコネクタなどの、固定された挿入損失及び位相特性を有する送信線コンポーネントであってもよい。アクティブＲＦＣは、制御可能な挿入損失又は利得／制御可能な挿入位相を提供するために、１つ以上の増幅器及び／又は１つ以上の位相シフタを含むＲＦ集積回路（ＲＦＩＣ）チップであってもよい。本明細書では、アクティブＲＦ回路は、ビーム形成回路と呼ばれることがある。図１Ａの例及び下記の他の例では、第１のＲＦＣ１１０は、ＲＦＩＣチップとして例示され、ＲＦ回路１１８は、接地平面１３５の第１の開口部１３１を通してアンテナ素子１２５と通信される信号を調整するビーム形成回路として例示される。（以下、この例を説明する際に、第１のＲＦＣ１１０は、ＲＦＩＣチップ１１０又は単に「ＲＦＩＣ１１０」と呼ばれることがあり、ＲＦ回路１１８は、ビーム形成回路１１８と呼ばれることがある。）誘電体１３８及び第１の開口部１３１を通って延びるビア１５５が、アンテナ素子１２５をビーム形成回路１１８に結合するプローブフィードとして機能してもよい。第１のＲＦＣ１１０がパッシブＲＦＣである他の実施形態では、その中のＲＦ回路１１８は、図１Ａと同じ様式で、直接的に又は介在するＲＦコンポーネント（図示せず）を介して間接的に、アンテナ素子１２５に結合されてもよい。

第２のＲＦコンポーネント１２０は、誘電体及び／又は半導体基材１２１の中又はその上に印刷されたパッシブ及び／又はアクティブＲＦ回路１２８を含んでもよい。第２のＲＦＣ１２０の一例は、合成器／分割器ネットワークである。アンテナ１００が、アンテナ１００の有効開口にわたって分散された複数のアンテナ素子１２５及び複数のＲＦＩＣチップ１１０を有するアクティブアレイとして具体化される場合、第２のＲＦＣ１２０のそのような合成器／分割器ネットワークは、各々、ＲＦＩＣチップ１１０のうちの１つに結合された複数の合成器／分割器導体（本明細書で「分岐アーム」と呼ばれることがある）を有してもよい。この例については、図６に関連して後述する。第２のＲＦＣ１２０の他の例は、ＲＦ増幅器チップと、デジタルチップと、を含む。

図１Ｂは、図１Ａの線１Ｂ－１Ｂに沿った断面図であり、アンテナ基材１３０の上側部分の平面図に対応している。図１Ａ～１Ｂを参照すると、共面導波路（ＣＰＷ）相互接続部１５０は、第１のＲＦＣ１１０を第２のＲＦＣ１２０に結合し、ＲＦ回路１１８とＲＦ回路１２８との間の電気的接続を完了する。ＣＰＷ相互接続部１５０は、中央導体１３５ａと、中央導体１３５ａの両側にある第１及び第２の接地導体１３５ｂ、１３５ｃとによって形成される。中央導体１３５ａ及び接地導体１３５ｂ、１３５ｃの各々は、接地平面１３５のそれぞれの部分である。中央導体１３５ａは、接地平面１３５の第２の開口部１４１内に配設された長方形ストリップであり得る。第２の開口部１４１の上及び下周辺部分は、それぞれ、第１及び第２の接地導体１３５ｂ及び１３５ｃから中央導体１３５ａを分離する。第２の開口部１４１の左及び右周辺部分は、中央導体１３５ａを接地平面１３５の隣接する左及び右領域から分離する。（図１Ａの図では、明瞭化のために、開口部１３１及び１４１の領域の接地平面１３５の遠位部分が省略されていることに留意されたい。）したがって、中央導体１３５ａは、接地平面１３５の周囲部分に対して島の形態であり、そこから、第２の開口部１４１内の絶縁材料又は空隙によって電気的に絶縁される。ここで、中央導体１３５ａは、第２の開口部１４１内に周縁を有するため、中央導体１３５ａは、第２の開口部１４１内にプロファイルを有すると説明され得ることに留意されたい。本明細書で使用されるとき、接地平面の開口部内の中央導体のプロファイルは、中央導体及び開口部が接地平面に平行な異なる平面上に投影されるとき、中央導体の周囲が開口部によって部分的に又は完全に囲まれることを指す。図１Ａでは、中央導体１３５ａは、接地平面１３５と同じ層内に形成されている。したがって、中央導体１３５ａのプロファイルは、両方が接地平面１３５に平行である異なる平面上に投影されるときと同様に、接地平面の第２の開口部１４１内にある。以下に説明する他の実施形態では、ＣＰＷ相互接続部の中央導体は、開口部からｚ方向（接地平面に垂直な方向）にわずかにオフセットされる。それらの実施形態では、中央導体のプロファイルは接地平面の開口部内にあり、これは、中央導体の周囲が、開口部及び中央導体が接地平面に平行な異なる平面上に投影されるとき、開口部によって部分的に又は完全に囲まれるためである。例えば、後述する図３では、ＣＰＷ遷移部の中央導体３０８ａは、接地平面の第２の開口部４４１からわずかに垂直にオフセットされ、中央導体３０８ａは、第２の開口部４４１内にプロファイルを有すると理解される。

第１及び第２の接地導体１３５ｂ及び１３５ｃは、ＲＦＩＣチップ１１０と第２のＲＦＣ１２０との間を伝播する電磁（ＥＭ）場を含むのに十分な幅Ｗ１の接地導体１３５の部分として定義されてもよい。例えば、接地導体１３５ｂ及び１３５ｃの上方及び下方の接地平面１３５の部分（ｙ方向の幅Ｗ１を超える）は、第１のＲＦＣ１１０と第２のＲＦＣ１２０との間の他のＣＰＷ相互接続部に使用されてもよい。

ＣＰＷ相互接続部１５０をアンテナ接地平面１３５の一部分として、すなわち、厚さ方向（ｚ方向）で接地平面１３５と同じ金属層の一部として提供することによって、アンテナ基材１３０は、単一の誘電体１３８層で形成されてもよい。したがって、アンテナ基材１３０は、「単一ＲＦ層」基材として表記されてもよく、「単一ＲＦ層」は、アンテナ素子１２５と接地平面１３５との間の層として理解されてもよい。（以下で説明される他の実施形態では、薄い制御信号／ＤＣ信号層が接地平面１３５の上方に提供され、これらの実施形態におけるアンテナ基材はまた、単一のＲＦ層基材として特徴付けられてもよい。）アンテナ基材１３０を単一のＲＦ層基材として構成することによって、埋設アンテナ接地平面の上方のアンテナ基材１３０の上側表面１３３の下方（ｚ方向）に距離をおいて、追加の金属層（送信線層）を有するＲＦ再分配層を提供する必要はない。そのような追加のＲＦ分配層は、典型的には、埋設接地平面と送信線層との間の絶縁層と、送信線層の上方の別の絶縁層と、を含むであろう。したがって、アンテナ基材は、別の方法では複雑な二重ＲＦ層基材として形成されることになるが、本実施形態ではこの結果は回避される。一方、本実施形態の単一ＲＦ層基材は、アンテナ装置の製造を容易にし、二重ＲＦ層基材の追加の絶縁層の必要性を回避することによって、より薄いアンテナ基材１３０を可能にする。

接地平面１３５は、任意の好適な技術を使用して導電性材料の層を堆積させることによって、誘電体１３８上に形成されていてもよい。第１及び第２の開口部１３１及び１４１は、例えば、接地平面層形成中に開口部の領域に導電性材料を堆積させないことによって、接地平面１３５に形成されていてもよい。開口部１３１及び１４１は、絶縁材料、例えば、誘電体１３８と同じ材料で充填されてもよい。あるいは、開口部１３１、１４１が各々上側表面１３３から凹んだ環状空洞を形成するように、絶縁材料は使用されない。

図１Ｃは、図１Ａの線１Ｃ－１Ｃに沿ったアンテナ１００の一部分の平面図であり、ＣＰＷ相互接続部１５０に関連するＲＦＩＣチップ１１０及び第２のＲＦＣ１２０の例示的な電気接点を示している。図１Ｄ及び１Ｅは、それぞれ、図１Ｂの線１Ｄ－１Ｄ及び１Ｅ－１Ｅに沿った断面図である。図１Ａ～１Ｅを集合的に参照すると、第１の接地－信号－接地（ＧＳＧ）遷移部１９０＿１は、ＣＰＷ相互接続部１５０の第１の端部を、点ｐ１、ｐ２、及びｐ４でＲＦＩＣチップ１１０に接続してもよい。第２のＧＳＧ遷移部１９０＿２は、ＣＰＷ相互接続部１５０の第２の対向する端部を、点ｐ２、ｐ６、及びｐ５で第２のＲＦＣ１２０に接続してもよい。第１のＧＳＧ遷移部１９０＿１は、ＲＦＩＣチップ１１０のＲＦ接点パッド（「信号接点」）１８２と、信号接点１８２の両側にあるＲＦＩＣチップ１１０の第１及び第２の接地接点パッド（「接地接点」）１９７及び１９９と、接点１８２、１９７、及び１９９を導体１３５ａ、１３５ｃ、及び１３５ｂの点ｐ１、ｐ４、及びｐ３にそれぞれ接続する電気接続ジョイント１７６と、を含んでもよい。第２のＧＳＧ遷移部１９０＿２は、第２のＲＦＣ１２０の信号接点１８４と、信号接点１８４の両側にある第２のＲＦＣ１２０の第３及び第４の接地接点１９６及び１９５と、接点１８４、１９６及び１９５を導体１３５ａ、１３５ｃ及び１３５ｂの点ｐ５、ｐ２及びｐ６にそれぞれ接続する導電性ジョイント１７６とを含み得る。導電性ジョイント１７６の例としては、半田ボール、金バンプ、半田キャップを備えた銅柱、熱圧縮結合、及び導電性エポキシが挙げられる。無電解ニッケル無電解パラジウム浸漬金（ＥＮＥＰＩＧ）などの表面仕上げ金属層（図示せず）は、接続ジョイント１７６に導電的に接着された接触パッドのいずれの間にも存在してよく、接続ジョイント１７６の液化可能な金属（例えば、半田）が接触パッドに接着するのを助ける。アンダーフィル材料１６２は、接続ジョイント１７６の少なくともいくつかを囲んで、接続ジョイントに機械的支持を提供し、それによってそれらの信頼性を向上させ得る。典型的には、アンダーフィル材料１６２は、主に非晶質溶融シリカからなる混合材料であってもよい。

ＲＦ信号エネルギーがビーム形成回路１１８からアンテナ素子１２５へ自由に流れることを可能にするように、ビア１５５と、ビア１５５の両側にある接地平面１３５の接地点とをＲＦＩＣチップ１１０のそれぞれの接点に接続するために、接続点ｐ８、ｐ９及びｐ１０に別のＧＳＧ遷移部が提供されてもよい。この目的のために、ビア１５５の一方の端部は、アンテナ素子１２５に電気的に接続され、一方、対向する端部は、点ｐ１０で、導電性ジョイント１７６を介してＲＦＩＣチップ１１０の信号接点１８６に接続される。第１の開口部１３１を挟むビア１５５の両側にある接地平面１３５の接地点ｐ８及びｐ９は、それぞれのジョイント１７６を通して、接地接点１９２及び１９４にそれぞれ接続してもよい。接点１８６、１９２、及び１９４（以下、「アンテナ素子接点」）は、受信増幅器の入力回路ノード又は送信増幅器の出力回路ノードなど、ビーム形成回路１１８の入力部分に結合される。接点１８２、１９７及び１９９（「ＣＰＷ相互接続接点」）は、位相シフタ又はフィルタなどのビーム形成回路１１８の出力部分に結合される。ビーム形成回路１１８とアンテナ素子接点及びＣＰＷ相互接続接点の各々との間の遷移部の構造及びタイプは、ビーム形成回路１１８がマイクロストリップ送信線内に形成されるか、又はＣＰＷ送信線内に形成されるか、及びＲＦＩＣチップ１１０がアンテナ基材１３０に関して「フリップチップ」配置で接続されるかに依存する。ビーム形成回路１１８がマイクロストリップ送信線に形成されるとき、ＲＦＩＣチップ１１０は、「マイクロストリップチップ」と表記されることがあり、ＣＰＷ送信線に形成されるとき、ＲＦＩＣチップ１１０は、「ＣＰＷチップ」と表記されることがある。

ＲＦＩＣチップ１１０がマイクロストリップチップとして具体化されるとき、ＣＰＷからマイクロストリップへの遷移部１１５＿１は、アンテナ素子接点とビーム形成回路１１８の入力部分との間に結合され得る。同様に、ＣＰＷからマイクロストリップへの遷移部１１５＿２は、ビーム形成回路１１８の出力部分とＣＰＷ相互接続接点との間に結合され得る。ＲＦＩＣチップ１１０がフリップチップ配置でアンテナ基材１３０にも接続されている場合、ＲＦＩＣチップ１１０のアクティブダイ側は、下側表面１１３に近接し、アンテナ基材１３０に面する。例えば、ビーム形成回路トランジスタのドーピング領域及び金属化、並びに合成器／分割器導体（存在する場合）は、アクティブ領域内に位置付けられる。

マイクロストリップチップの場合、ＲＦＩＣチップ１１０のマイクロストリップ接地平面は、上側表面１１４に位置付けられ得、「接地ビア」（図示せず）が、接地接点１９２、１９４、１９７、及び１９９の各々から、材料１１２を通ってマイクロストリップ接地平面に延びていてもよい。マイクロストリップ送信線の信号導体は、信号導体と信号接点１８６及び１８２の各々との間に短い又は直接的な接続が行われ得るように、アクティブ領域内に位置付けられ得る。逆に、ＲＦＩＣチップ１１０が非フリップチップ配置でアンテナ基材１３０に接続されている場合、アクティブダイ側及びマイクロストリップ信号導体は、上側表面１１４にあり得、マイクロストリップ接地平面は、下側表面１１３に位置付けられ得る。この場合、短い又は直接的な接続は、マイクロストリップ接地平面と、接地接点１９２、１９４、１９７、及び１９９の各々との間で行われ得、「信号ビア」は、信号接点１８６及び１８２の各々からマイクロストリップ信号導体まで延びていてもよい。

ＲＦＩＣチップ１１０がＣＰＷチップとして具体化され（遷移部１１５＿１及び１１５＿２は省略される）、フリップチップとして配置される場合、ビーム形成回路１１８のアクティブダイ側及びＣＰＷ送信線は、下側表面１１３にあってもよく、その結果、ＣＰＷ送信線の中央導体のそれぞれの点と信号接点１８２及び１８６の各々との間、並びにＣＰＷ送信線の接地導体の各々と接地接点１９２、１９４、１９７、１９９との間に短い又は直接的な接続が行われてもよい。ＣＰＷチップが非フリップチップ配置で接続されるとき、アクティブダイ側及びＣＰＷ送信線は、上側表面１１４にある。このシナリオでは、材料１１１を通って延びる接地ビアは、接地接点の各々をＣＰＷ送信線のそれぞれの接地点に接続してもよく、信号ビアは、信号接点１８２及び１８６をＣＰＷ送信線の中央導体のそれぞれの点に接続してもよい。

同様に、第２のＲＦＣ１２０の接点１８４、１９５、及び１９６とＲＦ回路１２８との間の遷移部のタイプは、ＲＦコンポーネント１２０の送信線送信線のタイプ、及び第２のＲＦＣ１２０の信号導体が第２のＲＦＣ１２０の下側表面１２３又は上側表面１２４に配置されるかどうかに依存する。例えば、ＣＰＷからマイクロストリップへの遷移部１１５＿３は、ＲＦ回路１２８がマイクロストリップ送信線と形成されるとき、接点とＲＦ回路１２８との間に結合され得る。第２のＲＦＣ１２０は、点ｐ７でアンテナ基材１３０の上側表面１３３にジョイント１７６によって接着され得る１つ以上の更なる接点１６８を更に含み得ることに留意されたい。接点１６８は、第２のＲＦＣ１２０の接続のための更なる機械的支持を提供し得、かつ／又は別のＲＦＩＣチップ１１０に電気的に結合された別のＲＦ接点であり得る。

アンテナ１００及び以下に説明する他の実施形態では、アンテナ素子１２５は各々、アンテナ基材１３０上に印刷されたマイクロストリップパッチアンテナ素子であり得る。双極子又はモノポールなどの他の種類のアンテナ素子に置き換えられてもよい。マイクロストリップパッチとして具体化される場合、アンテナ素子１２５は、円形、正方形、長方形、又は楕円形などの任意の好適な形状を有してもよく、所望の偏波、例えば、円形、線形、又は楕円形を達成するのに十分な様式で給電され、構成されてもよい。アンテナ素子１２５の数、それらのタイプ、サイズ、形状、要素間の間隔、及びそれらの給電機構は、本出願の性能目標に従って実施形態ごとに変化し得る。例えば、以下のアンテナ６００（図６）の例は、８個のアンテナ素子１２５で示されているが、狭いアンテナビームを達成するための典型的な実施形態は、数百個又は数千個のアンテナ素子１２５を含んでもよい。別の例では、各アンテナ素子１２５は、異なる円偏波給電方法を使用して、２つのオフセットビア１５５によって給電される。他の実施例では、ビア１５５の代わりに電磁給電メカニズムが使用され、各アンテナ素子１２５は、近接場エネルギーでそれぞれの給電点から励起される。

アンテナ１００及び以下に説明する他の実施形態では、アンテナは、一般に、３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚの範囲内の帯域として定義される、ミリメートル（ｍｍ）の波動周波数帯域にわたって動作するように構成されてもよい。他の場合には、アンテナ１００は、約１ＧＨｚ～３０ＧＨｚのマイクロ波範囲、又は１ＧＨｚ未満のサブマイクロ波範囲で動作する。ここで、ＲＦ信号は、１ＧＨｚ未満～３００ＧＨｚまでのいずれかの周波数の信号を示す。マイクロ波又はミリ波周波数で動作するように構成されたＲＦＩＣ１１０は、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）と呼ばれることが多く、典型的には、リン酸インジウム（ＩｎＰ）若しくは砒化ガリウム（ＧａＡｓ）などのＩＩＩ－Ｖ族半導体材料、又はシリコン－ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）などの他の材料からなることに留意されたい。

図２Ａは、別の実施形態によるアンテナ装置１００’の断面図である。アンテナ装置（「アンテナ」）１００’は、接地平面１３５の上方の薄い再分配層（ＲＤＬ）領域２２０を有するアンテナ基材１３０’を構成することによって、上述のアンテナ１００とは異なっている。上述のＣＰＷ相互接続部１５０と同様に、ＲＦＩＣチップ１１０を第２のＲＦＣ１２０に結合するためのＣＰＷ相互接続部３５０は、接地平面１３５の部分及び接地平面１３５の開口部１４１によって形成され得る。図２Ａは、単一のＲＦＩＣチップ１１０及び単一の第２のＲＦＣ１２０を示すが、アンテナ１１０’は、１つ以上の第２のＲＦＣ１２０に結合するための１つ以上のＣＰＷ相互接続部３５０を各々有する複数のＲＦＩＣ１１０を含み得る。

ＲＤＬ領域２２０は、アンテナ基材１３０’の上側表面１３３から接地平面１３５に向かって順に、第１の絶縁層３０２、第１の導電性層３０４、第２の絶縁層３０６、第２の導電性層３０８、及び第３の絶縁層３１０を含み得る。他の実施形態では、ＲＤＬ領域２２０は、各々の場合において好適な数の絶縁層とともに、単一の導電性層、又は３つ以上の導電性層を有する。第１及び第２の導電性層３０４、３０８は、ＤＣ及び／又は制御信号を、ＲＦＩＣチップ１１０（及び内部にアクティブ回路が含まれる場合は第２のＲＦＣ１２０）に転送させるために使用される信号線を形成するように、パターン化されてもよい。導電性層３０４及び３０８は、金属又は他の導電性材料からなる。３９１、３９２、３９３などの開口部は、例えば、それぞれの層形成中に開口部の領域に導電性材料を堆積させないことによって、導電性層３０４及び３０８に形成されていてもよい。同様に、第１の開口部１３１及び第２の開口部１４１は、同じ様式で接地平面１３５層内に形成されていてもよい。様々な開口部が、絶縁材料によって充填されてもよい。ビア１５５は、開口部１３１、３９２、及び３９３を横断し、絶縁材料によって導電性層３０４、３０８、及び１３５から絶縁される。

層領域２２０内の層３０２、３０４などの各々は、誘電体１３８より少なくとも一桁薄くてもよい。例えば、これらの層の各々は、２～１０μｍ程度の厚さ（ｚ方向）を有していてもよく、一方、誘電体１３８は、２５０μｍ程度の厚さであってもよい。第１及び第２の導電性層３０４及び３０８は、各々、１２μｍ程度の幅を有し、１２μｍ程度の間隔で互いに離間している、ｘ－ｙ平面内の信号／接地線を形成し得る。層３０４及び３０８の各々は、アンテナ１００’の典型的な実施形態において、数十、数百、又は数千個の信号線及び接地線を形成するようにエッチングされ、又は別様にパターン化されていてもよい。しかしながら、他の実施形態（図１Ａ～１Ｅの実施形態など）では、層ＲＤＬ領域２２０は省略され、この場合、バイアス電圧及び信号は、他の手段によってＲＦＩＣ１１０に配線される。

アクティブアレイの実施形態では、ＲＦＩＣチップ１１０は、その下側表面に３５７、３６７などの、数十又は１００超の電気接点を有してもよい。これらの接点は、導電性ジョイント１７６との相互接続を通じて、第１及び第２の導電性層３０４及び３０８内に形成された信号線からバイアス電圧及び／又は制御信号を受信してもよい。例えば、第１の導電性層３０４内に形成された信号線を電気接点３５７に接続するための相互接続を形成するために、第１の導電性層３０４の信号線を露出させるための開口部が第１の絶縁層３０２に作製されていてもよく、開口部内に導電性ウェル３８７が形成されていてもよい。第１の絶縁層３０２の開口部は、後続の開口部の位置に層３０４上にレジスト材料を配置し、次いで、レジスト材料を除く領域内に絶縁層３０２の絶縁材料を堆積させることによって作製されていてもよい。接触パッド３３０は、ウェル３８７上に形成されていてもよく、加熱／冷却プロセスによって形成された導電性ジョイント１７６は、接触パッド３３０を接触３５７と接続してもよい。あるいは、接触パッド３３０は省略され、導電性ジョイント１７６は、ウェル３８７に導電的に直接接着する。

同様に、第２の導電性層３０８に形成された信号線を電気接点３６７に接続するための相互接続部を形成するために、開口部が、第１の絶縁層３０２、第１の導電性層３０４、及び第２の絶縁層３０６の各々に形成されていてもよい。開口部を形成するプロセスは、同様に、対応する層材料が堆積されている間に、一度に１層ずつ、後続の開口部の位置にレジスト材料を配置することを伴っていてもよい。追加の絶縁材料（例えば、絶縁層３０２、３０６のものと同じ材料）が、第１の導電性層３０４の開口部３９１の周りの環状領域に堆積されていてもよい。この材料は、一連の開口部によって生成された空洞内の堆積などによって形成された後続の導電性ウェル３７７との短絡を防止する。接触パッド３３０は、導電性ウェル３７７上に形成されていてもよい。導電性ジョイント１７６は、電気接点３６７を接触パッド３３０に接続するか、又は接触パッド３３０が省略される場合、電気接点３６７を導電性ウェル３７７に直接接続する。

図２Ｂは、図２Ａの線２Ｂ－２Ｂに沿ったアンテナ１００’の一部分の断面図である。図２Ｃ及び２Ｄは、それぞれ、図２Ｂの線２Ｃ－２Ｃ及び２Ｄ－２Ｄに沿った断面図である。図２Ａ～２Ｄを集合的に参照すると、ＣＰＷ相互接続部３５０は、上述のＣＰＷ相互接続部１５０と同じ又は類似のレイアウトを接地平面１３５内に有していてもよい。したがって、ＣＰＷ相互接続部３５０は、開口部１４１によって囲まれた島の形態の中央導体１３５ａと、中央導体１３５ａの両側に長手方向に延びる第１及び第２の接地導体１３５ｂ、１３５ｃと、を有してもよい。第１のＧＳＧ遷移部３９０＿１は、ＣＰＷ相互接続部３５０の第１の端部をＲＦＩＣ１１０に接続してもよく、第２のＧＳＧ遷移部３９０＿２は、ＣＰＷ相互接続部３５０の対向する端部をＲＦコンポーネント１２０に接続してもよい。第１のＧＳＧ遷移３９０＿１は、各々がそれぞれの導電性ジョイント１７６及び接触パッド３３０を通して、ＲＦＩＣチップ１１０の接触パッド１８２、１９７、及び１９９にそれぞれ接続する導電性ウェル３７２ａ、３７２ｂ、及び３７２ｃを含んでもよい。第２のＧＳＧ遷移３９０＿２は、各々がそれぞれの導電性ジョイント１７６及び接触パッド３３０を通して、ＲＦコンポーネント１２０の接触パッド１８４、１９６、及び１９５にそれぞれ接続する導電性ウェル３７３ａ、３７３ｂ、及び３７３ｃを含んでもよい。導電性ウェル３７２ａ～３７２ｃ及び３７３ａ～３７３ｃは各々、第２の導電性層３０８及び第３の絶縁層３１０を通る追加の開口部を形成し、接地平面１３５の表面を露出させるプロセスを用いて、導電性ウェル３７７と同様の様式で形成されていてもよい。追加の絶縁材料が、続いて形成される導電性ウェル３７２ａ～３７２ｃ及び３７３ａ～３７３ｃとの短絡を防止するために、第２の導電性層３０８のそれぞれの開口部を囲む環状領域に堆積されていてもよい。アンテナ１００’の他の態様は、アンテナ１００について上述したものと同様であってもよい。ここで、アンテナ１００について上述したのと同じ理由で、図２Ａ及び２Ｂの中央導体１３５ａは、第２の開口部１４１内にプロファイルを有することに留意されたい。

図３は、別の実施形態によるアンテナ装置である、１００”の断面図である。アンテナ１００”は、ＲＤＬ領域２２０内に少なくとも部分的に形成されたＣＰＷ相互接続部４５０を提供することによって、図２Ａ～２Ｄのアンテナ１００’とは異なっている。この目的のために、ＣＰＷ相互接続部４５０は、導電性層３０８の額縁状開口部４４２によって導電性層３０８の他の周囲領域から絶縁された島の形態で、導電性層３０８の一部分である中央導体３０８ａを含んでもよい。更に、長方形開口部４４１が、中央導体３０８ａの直下の領域の接地平面１３５内に形成される。開口部４４１は、接地平面１３５がＣＰＷ相互接続部４５０を通って伝播する信号の場を妨害することを防止する。中央導体３０８ａは、第２の開口部４４１のｘ－ｙ空間内に入るｘ－ｙ平面内の周縁を有するため、中央導体３０８ａは、第２の開口部４４１内にプロファイルを有すると説明され得る。すなわち、上述したように、中央導体３０８ａの投影プロファイルは、第２の開口部４４１内に収まる。別の方法で説明すると、中央導体３０８ａは、中央導体３０８ａの中心を通る軸に沿ったｚ方向の遠位点から（図４Ａのように）見ると、第２の開口部４４１内の島として現れる。

図４Ａは、図３の線４－４に沿ったアンテナ１００の一部分の例示的な構成の断面図である。図５Ａは、図４Ａの線４－４に沿った断面図であり、明瞭化のためにいくつかの遠位要素が取り除かれている。この実施形態では、ＣＰＷ相互接続部４５０ａは、図３のＣＰＷ相互接続部４５０の一例である。ここで、ＣＰＷ相互接続部４５０ａは、中央導体３０８ａ並びに第１及び第２の接地導体３０８ｂ及び３０８ｃを含んでもよく、これらの全ては、導電性層３０８の部分である。導電性ウェル４７２ａは、接触パッド３３０及び導電性ジョイント１７６を通して、中央導体３０８ａをＲＦ接点１８２に結合してもよい。導電性ウェル４７２ａは、上述した導電性ウェル３７７と同じタイプのプロセスで形成されていてもよい。同じタイプの導電性ウェル４７２ｂ及び４７２ｃは、それぞれ、接地導体３０８ｂ及び３０８ｃを接地接点１９７及び１９９に結合してもよい。したがって、導電性ウェル４７２ａ～４７２ｃは、ＣＰＷ相互接続部４５０ａの第１の端部とＲＦＩＣチップ１１０との間のＧＳＧ遷移部を形成する。類似又は同一のＧＳＧ遷移部は、ＣＰＷ相互接続部４５０ａの対向する端部をＲＦコンポーネント１２０の接点１８４、１９５、及び１９６に結合するために、導電性ウェル４７３ａ、４７３ｂ、及び４７３ｃによって提供されてもよい。

図４Ｂは、図３の線４－４に沿ったアンテナ１００”の一部分の別の例示的な構成の断面図であり、明瞭化のためにいくつかの介在する特徴が取り除かれている。図５Ｂは、図４Ｂの線４－４に沿った断面図であり、明瞭化のためにいくつかの遠位要素が取り除かれている。この実施形態では、ＣＰＷ相互接続部４５０ｂは、図３のＣＰＷ相互接続部４５０の一例である。ここで、ＣＰＷ相互接続部４５０ｂは、中央導体３０８ａ並びに第１及び第２の接地導体１３５ｂ及び１３５ｃを含んでもよい。したがって、ＣＰＷ相互接続部４５０ｂの中央導体は、ＣＰＷ相互接続部４５０ｂの接地導体とは異なるアンテナ基材１３０’の奥行き層内にある。それにもかかわらず、中央導体３０８ａ及び接地導体１３５ａ、１３５ｂは正確には同一平面ではないが、層３０８と接地平面層１３５との間の深さの差が非常に小さいため、著しい性能低下は生じず、それによってＣＰＷ相互接続部４５０ｂは依然として同一平面送信線として効果的に動作する。更に、開口部４４１は、中央導体３０８ａの直下の接地平面１３５に形成されるので、接地平面１３５は、ＣＰＷ相互接続部４５０ｂにわたって伝播する信号の場を妨害しない。

導電性ウェル４７２ａは、接触パッド３３０及び導電性ジョイント１７６を通して、中央導体３０８ａをＲＦ接点１８２に結合する。より深い導電性ウェル３７２ｂ及び３７２ｃは、それぞれ、接地導体１３５ｂ及び１３５ｃを、それぞれ、接地接点１９７及び１９９に結合する。したがって、導電性ウェル４７２ａ、３７２ｂ、及び３７２ｃは、ＣＰＷ相互接続部４５０ｂの第１の端部からＲＦＩＣチップ１１０へのＧＳＧ遷移部を形成する。類似又は同一のＧＳＧ遷移部は、ＣＰＷ相互接続部４５０ｂの対向する端部を第２のＲＦＣ１２０の接点１８４、１９５、及び１９６に結合するために、導電性ウェル４７３ａ、３７３ｂ、及び３７３ｃによって提供されてもよい。

図６Ａは、一実施形態によるアクティブアンテナアレイ装置（「アンテナアレイ」）６００の上面図である。図６Ｂは、図６Ａの方向６Ｂから見たアンテナアレイ６００の端面図である。ＲＤＬ領域２２０を含むアンテナアレイ６００は、上述したアンテナ１００’又は１００”のいずれかの例である。しかしながら、同様のレイアウト及び接続スキームが、図１Ａ～１Ｅのアンテナ１００などのＲＤＬ領域を有しないアンテナアレイに適用されてもよい。

アンテナアレイ６００は、複数のＫ個のＲＦＩＣチップ１１０＿１～１１０＿Ｋと、第２のＲＦＣ１２０の一例である合成器／分割器コンポーネント１２０ａと、を含む。平面アレイ６２２を形成する複数のＮ個のアンテナ素子１２５＿１～１２５＿Ｎは、アンテナ基材１３０’の下側表面１４３に配設されてもよい。各ＲＦＩＣチップ１１０は、Ｍ個のビーム形成回路（ＢＦＣ）ユニット６１８＿１～６１８＿Ｍを通して、複数のＭ個のアンテナ素子１２５（図示の例ではＭ＝２）に結合されてもよい。整数Ｋ、Ｍ、及びＮの値は、用途に応じて実施形態ごとに異なっていてもよい。図６Ａでは、Ｋ＝４、Ｎ＝８、及びＭ＝２である、「小型アレイ」の例が、理解を単純化するために示され、説明される。

合成器／分割器コンポーネント（「合成器／分割器」）１２０ａは、それぞれのＣＰＷ相互接続部３５０（又は４５０）を通して、ＲＦＩＣチップ１１０の各々に結合される。詳細「Ａ」は、例えば、ＣＰＷ相互接続部の中央導体１３５ａ及び接地導体１３５ｂ、１３５ｃが、ＲＦＩＣチップ１１０＿ｊと合成器／分割器１２０ａとの間のギャップにわたって延びていることを示している。合成器／分割器１２０ａは、その上側表面に共面導波路を備え、信号導体６８０＿ｓと、各信号導体６８０＿ｓの両側にある第１及び第２の接地導体６８０＿ｇ１及び６８０＿ｇ２とを含むように示されている。ＲＦＩＣチップ１１０は、アンテナ基材１３０’から外方を向く上側表面にマイクロストリップ信号導体６５１を有し（「非フリップチップ」配置で配置されている）、チップの下側表面又は中間レベルにマイクロストリップ接地平面（図示せず）を有するマイクロストリップタイプチップとして示されている。例えば、図６Ｂは、ｚ方向にＲＦＩＣ１１０を垂直に通って延びる少なくとも１つのビア６３０が、ＣＰＷ相互接続部３５０の第１の端部を信号導体６５１に結合し得ることを示す。ＣＰＷ相互接続部３５０の第２の端部は、誘電体１２１を通って延びる複数のビア６４０を通して、合成器／分割器１２０ａのＣＰＷ送信線に結合されてもよい。

あるいは、ＣＰＷ型ＲＦＩＣチップ１１０及び／又はマイクロストリップ合成器／分割器１２０ａが用いられ、かつ／又はＲＦＩＣチップ１１０が、ＲＦチップ１１０の下側表面に位置付けられた信号導体６５１を有するフリップチップとして接続される。

合成器／分割器１２０aのＣＰＷ導体は、それぞれ、Ｋ個のＣＰＷ相互接続部３５０を通して、ＲＦＩＣチップ１１０＿１～１１０＿ＫのＫ個の信号導体６５１にＫ個の位置で結合されてもよい。信号導体６８０＿ｓのＫ個の位置の各々は、合成器／分割器１２０ａの合成器／分割器導体と呼ばれることがある。各ＲＦＩＣチップ１１０はまた、２つのビーム形成回路（ＢＦＣ）ユニット６１８＿１及び６１８＿２を含むように示されており、ＢＦＣユニット６１８＿１及び６１８＿２は、２：１の合成器／分割器６５３及び信号線６５１とともに、前述のＲＦＩＣチップ１１０のビーム形成回路１１８を集合的に形成してもよい。他の実施形態は、単一のＢＦＣユニット６１８又は３つ以上のＢＦＣユニット６１８を用いている。

合成器／分割器１２０ａは、全体としてＫ：１合成器／分割器を形成するために、ウィルキンソン又はハイブリッドカプラなどの２：１のＲＦカプラ６２０＿１、６２０＿２及び６２０＿３を含んでもよい。合成器／分割器１２０ａの誘電体基材１２１の例示的な材料は、アルミナである。送信線又は大型素子アレイでは、合成器／分割器１２０ａは、特に脆性アルミナ基材の取り扱いにおいて、製造を容易にするために、アルミナの複数のセクションからなってもよい。アルミナの複数のセクションのＲＦ回路は、ＣＰＷ相互接続部３５０によって、又は代替の接続スキームによって相互接続されてもよい。

各ＢＦＣユニット６１８は、アンテナ素子１２５に／アンテナ素子１２５から提供される送信信号及び／又は受信信号を調整するための増幅器及び／又は位相シフタを含む。ＲＦＩＣチップ１１０がアンテナアレイ６００の有効開口にわたって分散され、各々が１つ以上のアンテナ素子１２５に結合されている場合、アンテナ６００は、アクティブアンテナアレイとして理解されてもよい。ＢＦＣユニット６１８が各々、信号の動的位相シフトのための位相シフタ（複数可）を含む実施形態では、アンテナアレイ６００は、フェーズドアレイとして機能する。そのようなフェーズドアレイの実施形態では、アンテナ６００によって形成されたビームは、主に位相シフタの位相シフトに従って設定された所望のビーム指向角に操縦される。アンテナパターンを調整するために、ＲＦＩＣ１１０内の追加の振幅調整が更に含まれる場合もある。いずれの場合も、アンテナ６００は、送信アンテナシステム、受信アンテナシステム、又は送信アンテナシステムと受信アンテナシステムの両方として構成されてもよい。

コネクタ６７０は、側部に装着されるか又は頂部に装着されてもよく、信号導体６８０＿ｓに接続されてもよい。送信方向において、入力ＲＦ送信信号が、コネクタ６７０に印加され、カプラ６２０によってＫ個に分割された送信信号に分割され、Ｋ個に分割された送信信号が、それぞれ、ＲＦＩＣチップ１１０＿１～１１０＿Ｋに印加される。（信号の流れの概略図を後述の図８に示す。）ＲＦＩＣ１１０が複数のＭ個のＢＦＣユニット６１８を含む場合、ＲＦＩＣ１１０は、Ｍ：１合成器／分割器６５３を更に含んでもよく、この合成器／分割器は、分割された送信信号をＭ個の更に分割された信号に分割し、各々が、ＢＦＣユニット６１８のうちの１つに印加される。ＢＦＣユニット６１８によって調整されると、調整された信号は、各々がアンテナ素子１２５のうちの１つに印加され得る「素子信号」である。

逆の信号の流れが受信方向で発生し、素子信号が、ＢＦＣユニット６１８によってアンテナ素子１２５から受信され、受信増幅器及び／又は位相シフタによって調整される（そして典型的にはフィルタリングされる）。調整された受信信号は、コネクタ１７０で合成受信信号を生成するために、合成器／分割器１５３及び１２０Ａを経由する。ここで、ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）は、信号コネクタ６７０とアンテナ素子１２５＿１～１２５＿Ｎとの間の信号経路の全てを包含すると考えられ得ることに留意されたい。ＢＦＮにおいて、単一の入力送信信号は、Ｎ個の素子信号に分割され、かつ／又はアンテナ素子１２５から受信されたＮ個の素子信号は、単一の合成受信信号に合成される。

図６Ａ及び６Ｂでは、例として、各ＲＦＩＣ１１０に結合された２つのアンテナ素子１２５＿１及び１２５＿２が示されている。他の例では、各ＲＦＩＣチップ１１０は、単一のアンテナ素子１２５、又は３つ以上のアンテナ素子１２５に結合される。アンテナ６００はまた、シリアルペリフェラルインターフェース（ＳＰＩ）チップなどの追加のチップ１６０＿１及び１６０＿２を含むように示されている。チップ１６０は、ＲＤＬ領域２２０の導電性層３０４及び３０８をそれぞれパターン化することによって形成される３０４＿１、３０８＿１などの信号線を通してＤＣ信号及び／又は制御信号をＲＦＩＣチップ１１０に提供するように機能してもよい。ＤＣ信号は、増幅器にバイアスをかけ、かつ／又はＢＦＣユニット６１８＿１、６１８＿２内のスイッチのスイッチング状態を制御してもよい。制御信号は、ＢＦＣユニット内の位相シフタの位相シフトを制御してもよい。

図７Ａは、ＲＦＩＣチップ１１０の受信経路（アンテナ受信方向）のために構成されたＢＦＣユニット６１８＿ｉ（ｉ＝１からＭまでの任意の整数）の例示的なビーム形成回路を示している。ＢＦＣユニット６１８＿ｉは、入力側８８６（アンテナ素子１２５に結合されている）と出力側８８２（直接的に又は合成器／分割器６５３を通して、ＣＰＷ相互接続部３５０に結合されている）との間に結合されたフロントエンド受信回路を含み得る。受信回路は、直列に接続された低雑音増幅器（ＬＮＡ）５０２と、受信経路位相シフタ５０４と、バンドパスフィルタ５０６と、を含んでもよい。ＬＮＡ５０２及び位相シフタ５０４は、３５７、３６７などの電気接点（図２Ａ及び図３に見られる）から延びるＲＦＩＣチップ１１０内のビア／信号線（図示せず）からバイアス／制御電圧を受信してもよい。

図７Ｂは、ＲＦＩＣチップ１１０の送信経路（アンテナ送信方向）のために構成されたＢＦＣユニット６１８＿ｉの例示的なビーム形成回路を描いている。ここで、ＢＦＣユニット６１８＿ｉ内のフロントエンド回路は、入力側８８６と出力側８８２との間に直列に接続された電力増幅器（ＰＡ）５１、送信経路位相シフタ５１４、及びバンドパスフィルタ５１６を含んでもよい。ＰＡ５１２及び位相シフタ５１４はまた、３５７、３６７などの電気接点から延びるＲＦＩＣチップ１１０内のビア／信号線（図示せず）からバイアス／制御電圧を受信してもよい。

図７Ｃは、ＲＦＩＣチップ１１０の受信経路及び送信経路の両方のために構成されたＢＦＣユニット６１８＿ｉの例示的なビーム形成回路を示している。この場合、ＢＦＣユニット６１８＿ｉは、入力側８８６に接続された入力ポートを有する第１の送信／受信（Ｔ／Ｒ）回路５３２と、出力側８８２に接続された入力ポートを有する第２のＴ／Ｒ回路５３４と、を含む。ＬＮＡ５０２及び位相シフタ５０４を含む受信経路は、Ｔ／Ｒ回路５３２、５３４の第１の出力ポート間に接続されてもよい。位相シフタ５１４及びＰＡ５１２を含む送信経路は、Ｔ／Ｒ回路回路５３２、５３４の第２の出力ポート間に接続されてもよい。Ｔ／Ｒ回路５３２、５３４は各々、送信及び受信経路信号の両方が入力ポートからそれぞれの出力ポートに通過することを可能にするためのバンドパスフィルタ及び／又はスイッチを含んでもよい。いくつかの例では、送信信号と受信信号とで異なる周波数帯域が使用され、バンドパスフィルタリングは、経路間の絶縁を提供するのに十分である。時分割多重化ベースのスイッチングは、経路間の更なる又は代替的な絶縁を提供し得る。

図８は、アンテナアレイ６００内の例示的なビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）８００を示す概略図である。ＢＦＮ８００は、Ｋ：１合成器／分割器８８０及びＫＲＦＩＣチップ１１０＿１～１１０＿Ｋを含んでもよく、各々、ＭＢＦＣユニット６１８＿１～６１８＿Ｍ（例えば、図７Ａ～７Ｃの回路構成のいずれかを有する）と、Ｍ：１合成器／分割器８４０と、を有する。Ｋ：１合成器／分割器８８０は、合成器／分割器コンポーネント１２０ａによって形成されてもよく、回路点ｔに入力ポートを有してもよい。ＣＰＷ相互接続部３５０（代替的に、１５０又は４５０）は、Ｋ：１合成器分割器８８０のＫ個の出力８９６の各々をＭ：１合成器８４０のそれぞれの入力８９３に結合する。各ＲＦＩＣチップ１１０は、１２５＿１から１２５＿ＭなどのＭ個のアンテナ素子に結合されてもよい。したがって、Ｎ個のアンテナ素子１２５＿１～１２５＿Ｎが存在してもよく、式中、Ｎ＝Ｍ×Ｋである。前述のように、数Ｎは、狭いアンテナビームを形成するように設計された典型的なアンテナ６００について数百個又は数千個になる可能性がある。

図９は、アンテナ６００を製造する例示的な方法９００のフローチャートである。図示される動作の順序は、所望に応じて変更することができる。方法９００において、アンテナ基材１３０’は、ウェハから形成されてもよく、ビア１５５は、孔をドリルし、それらを電気めっきなどのプロセスで、導電性材料で充填することによって、その中に形成されてもよい（Ｓ９０２）。次いで、アンテナ素子１２５及び接地平面１３５は、アンテナ基材の下側表面及び上側表面にそれぞれ印刷されてもよい（Ｓ９０４）。ＣＰＷ相互接続部３５０は、上記に説明された様式で、このプロセスステップ中に形成されてもよい。その後、アンテナ基材１３０’上の接地平面上にＲＤＬ領域２２０を形成してもよい（Ｓ９０６）。上述のように、ＧＳＧ遷移部のための導電性ウェル、例えば、導電性ウェル３７２、３７３、４７２、４７３、及びＣＰＷ相互接続部４５０は、このプロセスステップ中に形成されてもよい。

ＲＦＩＣチップ１１０は、ビーム形成回路１１８、ビア（必要な場合）、ＲＦ接触パッド及び接地接触パッド、並びに３５７、３６７などの他の電気接点によって別個に製造される（Ｓ９０８）。第２のＲＦＣ１２０は、ＢＦＮ合成器／分割器で別に形成されてもよい（Ｓ９１０）。導電性ジョイント１７６は、ＲＦ接点１８６、１８２、及びＲＦＩＣチップ１１０の他の電気接点に、及び／又はアンテナ基材１３０’の上側表面のキャッチパッド／他の接点に、最初に接着されてもよい（Ｓ９１２）。ＲＦＩＣチップ１１０、他のＩＣチップ１６０、及び第２のＲＦＣ１２０は、アンテナ基材１３０’上に配置されてもよい（Ｓ９１４）。加熱／冷却サイクルは、導電性ジョイント１７６の半田又は他の導電性材料を溶融及び冷却し、ＲＦＩＣチップ、他のＩＣチップ、及び第２のＲＦＣ１２０をアンテナ基材に導電的に接着するために実行されてもよい（Ｓ９１６）。

上述したアンテナ装置の実施形態では、接地平面開口部と併せて形成されたＣＰＷ相互接続部の提供は、単一のＲＦ層アンテナ基材の使用及びその付随する利点を可能にする。シミュレーションでは、ＣＰＷ遷移部に対応するための接地平面の第２の開口部（例えば、１４１、４４１）が、アンテナ性能に最小限の影響しか及ぼさないことが示されている。

本明細書に記載される技術は、その例示的な実施形態を参照しながら特に示され、説明されているが、当業者であれば、以下の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって定義される特許請求の範囲の主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細の様々な変更がその中で行われ得ることを理解するであろう。

Claims (31)

1. アンテナ装置（１００、１００’、１００”、６００）であって、
   第１の表面（１４３）と、対向する第２の表面（１３３）とを有するアンテナ基材（１３０、１３０’）であって、前記第２の表面にアンテナ接地平面（１３５）を含む、アンテナ基材（１３０、１３０’）と、
   前記アンテナ基材の前記第１の表面におけるアンテナ素子（１２５）と、
   前記アンテナ基材の前記第２の表面に取り付けられており、前記アンテナ素子と通信される信号を調整するための無線周波数（ＲＦ）回路（１１８）を含む、第１のＲＦコンポーネント（１１０）と、
   前記アンテナ基材の前記第２の表面に取り付けられた第２のＲＦコンポーネント（１２０）と、
   前記第１のＲＦコンポーネントを前記第２のＲＦコンポーネントに結合し、中央導体（１３５ａ、３０８ａ）と、前記中央導体の両側にある第１及び第２の接地導体（１３５ｂ、１３５ｃ）とを備える共面導波路（ＣＰＷ）相互接続部（１５０、３５０、４５０）であって、前記中央導体が、前記アンテナ接地平面の開口部（１４１）内にプロファイルを有する、ＣＰＷ相互接続部（１５０、３５０、４５０）と、を備える、アンテナ装置（１００、１００’、１００”、６００）。
2. 前記中央導体及び前記アンテナ接地平面が、前記アンテナ基材の同じ層内にある、請求項１に記載のアンテナ装置（１００、１００’、６００）。
3. 前記第１の接地導体が、前記開口部（１４１）の第１の側部上の前記アンテナ接地平面（１３５ｂ）の第１の領域であり、前記第２の接地導体が、前記第１の側部に対向する前記開口部の第２の側部上の前記アンテナ接地平面（１３５ｃ）の第２の領域によって形成されている、請求項２に記載のアンテナ装置（１００、１００’、６００）。
4. 前記接地平面の前記開口部が、前記接地平面の第２の開口部であり、
   前記信号が、前記アンテナ接地平面の第１の開口部（１３１）を通じて前記ＲＦ回路と前記アンテナ素子との間で通信される、請求項１～３のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００、１００’、１００”、６００）。
5. 前記アンテナ基材が、前記アンテナ接地平面（１３５）と前記第２の表面（１３３）との間に再分配層（ＲＤＬ）領域（２２０）を更に備える、請求項１に記載のアンテナ装置（１００’、１００”、６００）。
6. 前記中央導体（３０８ａ）が、前記ＲＤＬ領域の導電性層（３０８）内にある、請求項５に記載のアンテナ装置（１００’、１００”、６００）。
7. 前記第１の接地導体が、前記第２の開口部の第１の側部上の前記アンテナ接地平面の第１の領域（１３５ｂ）であり、
   前記第２の接地導体が、前記第１の側部に対向する前記第２の開口部の第２の側部上の前記アンテナ接地平面の第２の領域（１３５ｃ）である、請求項６に記載のアンテナ装置（１００”）。
8. 前記中央導体が、前記ＲＤＬ領域の第１の導電性層（３０８）の第１の導電性領域（３０８ａ）内にあり、
   前記第１及び第２の接地導体が、それぞれ、前記ＲＤＬ領域の第２の導電性層（３０８）の第２及び第３の導電性領域（３０８ｂ、３０８ｃ）内にある、請求項６に記載のアンテナ装置（１００”）。
9. 前記第１及び第２の接地導体が、前記中央導体と同じ前記ＲＤＬ領域の導電性層（３０８）内にある、請求項８に記載のアンテナ装置（１００”、６００）。
10. 前記第２のＲＦコンポーネントが、ビーム形成ネットワーク（８００）の一部分を備え、前記ビーム形成ネットワーク（８００）の一部分が、入力送信信号を、前記アンテナ基材に取り付けられた複数のＲＦＩＣチップ（１１０＿１～１１０＿ｋ）のうちの１つに各々提供される複数の分割された送信信号に分割し、かつ／又は前記複数のＲＦＩＣチップから複数の受信信号をそれぞれ受信し、前記受信信号を合成して出力信号を形成し、前記複数のＲＦＩＣチップの各々が、それぞれの前記ＣＰＷ相互接続部によって前記第２のＲＦコンポーネントに接続されている、請求項１～９のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００、１００’、１００”、６００）。
11. 前記接地平面の前記開口部が、第２の開口部であり、前記アンテナ基材が、前記アンテナ基材内に形成されており、前記アンテナ接地平面の第１の開口部（１３１）を通って延びているビア（１５５）を含み、前記ビアが、前記第１のＲＦコンポーネント（１１０）の第１のＲＦ接点（１８６）を前記アンテナ素子（１２５）に結合し、前記第１のＲＦ接点が、前記ＲＦ回路（１１８）の入力点に結合されている、請求項１～１０のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００、１００’、１００”、６００）。
12. 前記第１のＲＦコンポーネントの下側表面が、複数の電気接続ジョイント（１７６）を通して前記アンテナ基材の前記第２の表面に取り付けられており、
    前記電気接続ジョイントのうちの第１の電気接続ジョイント（１７６）が、前記第１のＲＦ接点（１８６）を前記ビア（１５５）に結合し、
    前記電気接続ジョイントのうちの第２の電気接続ジョイント（１７６）は、前記第１のＲＦコンポーネントの第２のＲＦ接点（１８２）を前記ＣＰＷ相互接続部の前記中央導体（１３５ａ）に結合し、前記第２のＲＦ接点が、前記ＲＦ回路の出力点に結合されており、
    前記電気接続ジョイントのうちの第３の電気接続ジョイント（１７６）が、前記第１のＲＦコンポーネントの接地接点（１９７）を前記アンテナ接地平面（１３５）に結合する、請求項１１に記載のアンテナ装置（１００、１００’、１００”、６００）。
13. 前記第３の電気接続ジョイントが、前記第２の開口部の一方の側部上の領域に前記接地接点を結合し、前記電気接続ジョイントのうちの第４の電気接続ジョイントが、前記第２の開口部の対向する側部上の前記アンテナ接地平面に、前記第１のＲＦコンポーネントの別の接地接点（１９９）を結合する、請求項１２に記載のアンテナ装置（１００、１００’、１００”、６００）。
14. 前記第２のＲＦコンポーネントが、
    前記アンテナ基材の前記第２の表面（１３３）に取り付けられた下側表面（１２３）を有する誘電体基材（１２１）と、
    前記誘電体基材の上側表面に形成されており、前記誘電体基材を通して形成された複数のビア（６４０）を通してＣＰＷ相互接続部（３５０）に結合されたＣＰＷ送信線（６８０）と、を備える、請求項１～１４のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００、１００’、１００”、６００）。
15. 前記第１のＲＦコンポーネントの前記ＲＦ回路が、マイクロストリップ送信線内に形成されている、請求項１～１４のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００、１００’、１００”、６００）。
16. 前記第１のＲＦコンポーネントの前記ＲＦ回路が、ＣＰＷ送信線内に形成されている、請求項１～１４のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００、１００’、１００”、６００）。
17. 前記ＲＦ回路が、前記第１のＲＦコンポーネントと前記アンテナ素子との間で通信される前記信号を調整するために、送信増幅器（５１２）、受信増幅器（５０２）、及び位相シフタ（５０６、５１６）のうちの少なくとも１つを含むビーム形成回路を含む、請求項１～１６のいずれか一項に記載のアンテナ装置（１００、１００’、１００”、６００）。
18. フェーズドアレイアンテナ（６００）であって、
    第１の表面（１４３）と、対向する第２の表面（１３３）とを有するアンテナ基材（１３０、１３０’）であって、前記第２の表面にアンテナ接地平面（１３５）を含む、アンテナ基材（１３０、１３０’）と、
    前記アンテナ基材の前記第１の表面にアンテナアレイ（６２２）を形成する複数のアンテナ素子（１２５＿１～１２５＿Ｎ）と、
    前記アンテナ基材の前記第２の表面に取り付けられた複数の無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）チップ（１１０＿１～１１０＿Ｋ）であって、各々が、前記アンテナ接地平面の複数の第１の開口部のうちの少なくとも１つを通じて前記アンテナ素子のうちの少なくとも１つと通信される信号の調整によってビーム操縦するためのビーム形成回路（６１８＿１～６１８＿Ｍ）を含み、前記ビーム形成回路が、ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）の第１の部分である、複数のＲＦＩＣチップ（１１０＿１～１１０＿Ｋ）と、
    前記ＲＦＩＣチップ間に結合されており、前記アンテナ基材の前記第２の表面に取り付けられた合成器／分割器コンポーネント（１２０ａ）であって、前記ＢＦＮの第２の部分であり、複数の合成器／分割器導体（６８０）を含む、合成器／分割器コンポーネント（１２０ａ）と、
    複数の共面導波路（ＣＰＷ）相互接続部（３５０、４５０）であって、各々が、前記合成器／分割器導体のうちのそれぞれの１つを前記ＲＦＩＣチップのうちの１つに結合し、中央導体（６８０＿ｓ）と、前記中央導体の両側にある第１及び第２の接地導体（６８０＿ｇ１、６８０＿ｇ２）とを備え、前記中央導体が、前記アンテナ接地平面の複数の第２の開口部（１４１）のうちのそれぞれの１つ内にプロファイルを有する、複数のＣＰＷ相互接続部（３５０、４５０）と、を備える、フェーズドアレイアンテナ（６００）。
19. 前記ＣＰＷ相互接続部の各々の前記中央導体、及び前記アンテナ接地平面が、前記アンテナ基材の同じ層内にある、請求項１８に記載のフェーズドアレイアンテナ（６００）。
20. 前記ＣＰＷ相互接続部の各々について、前記第１の接地導体が、それぞれの第２の開口部の第１の側部上の前記アンテナ接地平面の第１の領域（１３５ｂ）であり、前記第２の接地導体が、前記第１の側部に対向する前記それぞれの第２の開口部の第２の側部上の前記アンテナ接地平面の第２の領域（１３５ｃ）である、請求項１９に記載のフェーズドアレイアンテナ（６００）。
21. 前記アンテナ基材が、前記アンテナ接地平面と前記第２の表面との間の複数の導電性線（３０６、３０８）を備える再分配層（ＲＤＬ）領域（２２０）を更に備える、請求項１８に記載のフェーズドアレイアンテナ（６００）。
22. 前記ＣＰＷ相互接続部の各々について、前記中央導体（３０８ａ）が、前記ＲＤＬ領域の導電性層（３０８）内にある、請求項２１に記載のフェーズドアレイアンテナ（６００）。
23. 前記ＣＰＷ相互接続部の各々について、
    前記第１の接地導体が、前記第２の開口部の第１の側部上の前記アンテナ接地平面の第１の領域（１３５ｂ）であり、
    前記第２の接地導体が、前記第１の側部に対向する前記第２の開口部の第２の側部上の前記アンテナ接地平面の第２の領域（１３５ｃ）である、請求項２２に記載のフェーズドアレイアンテナ（６００）。
24. 前記ＣＰＷ相互接続部の各々について、
    前記中央導体が、前記ＲＤＬ領域の第１の導電性層（３０８）の第１の導電性領域（３０８ａ）内にあり、
    前記第１及び第２の接地導体が、それぞれ、前記ＲＤＬ領域の第２の導電性層（３０８）の第２及び第３の導電性領域（３０８ｂ、３０８ｃ）内にある、請求項２２に記載のフェーズドアレイアンテナ（６００）。
25. 前記第１及び第２の接地導体が、前記中央導体と同じ前記ＲＤＬ領域の導電性層（３０８）内に形成されている、請求項２４に記載のフェーズドアレイアンテナ（６００）。
26. 前記アンテナ基材が、前記アンテナ基材内に形成されており、前記アンテナ接地平面の前記第１の開口部のうちのそれぞれの１つを通って各々延びている複数のビア（１５５）を含み、前記ビアの各々が、前記ＲＦＩＣチップのうちの１つのそれぞれの第１のＲＦ接点（１８６）を前記アンテナ素子のうちの１つに結合し、前記それぞれの第１のＲＦ接点が、前記ＲＦＩＣチップのうちの前記それぞれの１つの前記ビーム形成回路（１１８）の入力点に結合されている、請求項１８～２５のいずれか一項に記載のフェーズドアレイアンテナ（６００）。
27. 前記ＲＦＩＣチップの各々の下側表面が、複数の電気接続ジョイント（１７６）を通して前記アンテナ基材の前記第２の表面に取り付けられており、
    前記ＲＦＩＣチップの各ＲＦＩＣチップについて、
    前記電気接続ジョイントのうちの第１の電気接続ジョイント（１７６）が、前記第１のＲＦ接点（１８６）を前記ビア（１５５）に結合し、
    前記電気接続ジョイントのうちの第２の電気接続ジョイント（１７６）が、前記ＲＦＩＣチップの第２のＲＦ接点（１８２）を前記ＣＰＷ相互接続部のうちの１つの前記中央導体（１３５ａ）に結合し、前記第２のＲＦ接点が、前記ＲＦＩＣチップの前記ビーム形成回路の出力点に結合されており、
    前記電気接続ジョイントのうちの第３の電気接続ジョイント（１７６）が、前記ＲＦＩＣチップの接地接点（１９７）を前記アンテナ接地平面（１３５）に結合する、請求項２６に記載のフェーズドアレイアンテナ（６００）。
28. 前記電気接続ジョイントのうちの前記第３の電気接続ジョイントが、前記接地接点を前記第２の開口部の一方の側部上の領域に結合し、前記電気接続ジョイントのうちの第４の電気接続ジョイントが、前記ＲＦＩＣチップの別の接地接点（１９９）を前記第２の開口部の対向する側部上の前記アンテナ接地平面に結合する、請求項２７に記載のフェーズドアレイアンテナ（６００）。
29. 前記合成器／分割器コンポーネントが、
    前記アンテナ基材の前記第２の表面（１３３）に取り付けられた下側表面（１２３）を有する誘電体基材（１２１）と、
    前記誘電体基材の上側表面に形成されており、前記誘電体基材を通して形成された複数のビア（６４０）を通して、前記ＣＰＷ相互接続部（３５０）の各々に結合されたＣＰＷ送信線（６８０）と、を備える、請求項１８～２８のいずれか一項に記載のフェーズドアレイアンテナ（６００）。
30. 前記ＲＦＩＣチップが、マイクロストリップ送信線内に各々形成されている、請求項１８～３１のいずれか一項に記載のフェーズドアレイアンテナ（６００）。
31. 前記ＲＦＩＣチップが、ＣＰＷ送信線内に各々形成されている、請求項１８～３１のいずれか一項に記載のフェーズドアレイアンテナ（６００）。
    

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