KR20190060853A

KR20190060853A - 라디에이터 및 공급 회로가 있는 인쇄 배선 기판

Info

Publication number: KR20190060853A
Application number: KR1020197013632A
Authority: KR
Inventors: 로버트 에스. 이솜
Original assignee: 레이던 컴퍼니
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2019-06-03
Also published as: EP3555951B1; WO2018111387A1; JP6847222B2; TW201824646A; KR102132573B1; TWI680610B; US20180175512A1; US11088467B2; EP3555951A1; JP2020501461A

Abstract

일 측면에서, 위상 어레이 안테나의 유닛 셀은 인쇄 배선 기판(PWB)을 포함한다. PWB는 라디에이터를 포함하는 제1 층, 라디에이터에 여기 신호를 제공하도록 구성된 공급 회로를 포함하는 제2 층, 공급 회로를 라디에이터에 연결하는 다수의 비아, 신호층, 액티브 컴포넌트를 포함하는 액티브 컴포넌트 층 상기 신호층과 상기 공급 회로를 연결하는 RF(Radio Frequency) 컨넥터를 포함한다.

Description

라디에이터 및 공급 회로가 있는 인쇄 배선 기판

어레이 안테나의 성능은 종종 어레이를 구성하는 안테나 소자의 크기 및 대역폭 제한에 의해 제한된다. 로우 프로파일(low profile)을 유지하면서 대역폭을 향상시키는 것은 어레이 시스템 성능이 소프트웨어로 정의되거나 인지 라디오(cognitive radio)와 같은 차세대 통신 애플리케이션의 대역폭 및 스캔 요구 사항(scan requirements)을 충족할 수 있다. 또한 이러한 애플리케이션은 듀얼 선형(dual linear) 또는 원형 편파(circular polarizations)를 지원할 수 있는 안테나 소자를 요구한다.

일 측면에서, 위상 어레이 안테나(phase array antenna)의 유닛 셀(unit cell)은 인쇄 배선 기판(printed wiring board)(PWB)를 포함한다. 상기 PWB는 라디에이터(radiator)를 포함하는 제1 층; 상기 라디에이터에 여기 신호(excitation signal)를 제공하도록 구성된 공급 회로(feed circuit)를 포함하는 제2 층; 상기 공급 회로와 상기 라디에이터를 연결하는 복수의 비아(via); 신호층(signal layer); 상기 신호층에 결합된 엑티브 컴포넌트(active component)을 포함하는 엑티브 컴포넌트 층; 및 신호층을 공급 회로에 연결하는 RF(radio frequency) 컨넥터(connector)를 포함한다.

유닛 셀은 하나 또는 하나 이상의 다음의 속성을 더 포함할 수 있다: 상기 라디에이터는 제1 쌍극자 암(dipole arm); 제2 쌍극자 암; 제3 쌍극자 암; 및 제4 쌍극자 암을 포함하고, 상기 복수의 비아(via)는 상기 제1 쌍극자 암에 결합된 제1 비아; 상기 제2 쌍극자 암에 결합된 제2 비아; 상기 제3 쌍극자 암에 결합된 제3 비아 및 상기 제4 쌍극자 암에 결합된 제4 비아를 포함하며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 비아는 상기 공급 회로(feed circuit)로부터의 여기 신호(excitation signal)를 제공하고, 상기 공급 회로는 상기 제1 비아 및 상기 제2 비아에 결합된 제1 래트-레이스(rat-race) 커플러(coupler); 상기 제3 비아 및 상기 제4 비아에 결합된 제2 래트-레이스 커플러(rat-race coupler); 상기 제1 및 제2 래트-레이스 커플러에 결합된 브렌치라인 커플러(branchline coupler)를 포함하고, 상기 제1 및 제3 쌍극자 암으로 향하는 신호는 서로 180°의 위상차를 가지며, 상기 제2 및 제4 쌍극자 암으로 향하는 신호는 서로 180°의 위상차를 가지고, 상기 제1 및 제2 쌍극자 암으로 향하는 신호는 서로 90°의 위상차를 가지며, 상기 제3 및 제4 쌍극자 암으로 향하는 신호는 서로 90°의 위상차를 가지고, 상기 공급 회로는 상기 제1 래트-레이스 커플러에 결합된 제1 저항(resistor); 상기 제2 래트-레이스 커플러에 결합된 제2 저항; 및 상기 브렌치라인 커플러에 결합된 제3 저항을 포함하고, 상기 제1, 제2 및 제3 저항은 상기 제1 래트-레이스 커플러, 상기 제2 래트-레이스 커플러 및 상기 브렌치라인 커플러 사이의 절연(isolation)을 제공하고, 상기 제1 쌍극자 암에 결합된 제5 비아; 상기 제2 쌍극자 암에 결합된 제6 비아; 상기 제3 쌍극자 암에 결합된 제7 비아 및 상기 제4 쌍극자 암에 결합된 제8 비아를 포함하고, 제5, 제6, 제7 및 제8 비아는 접지(ground)를 제공하고, 상기 공급 회로는 직교 위상 공급 회로(quadrature phase feed circuit)이고, 상기 공급 회로는 우측 원형 편광(right hand circular polarization)(RHCP)을 사용하여 상기 라디에이터에 신호를 공급하고, 상기 PWB는 상기 제1 및 제2 층 사이의 제3 층을 더 포함하고, 상기 제3 층은 유전체(dielectric)를 포함하고, 상기 유전체는 상기 유전체 주위에 일정 간격으로 네 개의 둥근 코너를 포함하고, 상기 네 개의 둥근 코너는 .25 인치 드릴날(drill bit)을 사용하여 형성되고, 상기 RF 컨넥터는 비아이고, 레이돔(radome)은 광각 임피던스 매칭(wide-angle impedance matching)(WAIM) 층을 포함하고, 및/또는 상기 라디에이터는 제1 쌍극자 암; 제2 쌍극자 암; 제3 쌍극자 암; 및 제4 쌍극자 암을 포함하고, 상기 제1 쌍극자 암에 결합된 제1 비아; 상기 제2 쌍극자 암에 결합된 제2 비아; 상기 제3 쌍극자 암에 결합된 제3 비아 및 상기 제4 쌍극자 암에 결합된 제4 비아를 더 포함하고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 비아는 상기 공급 회로로부터의 여기 신호를 제공하고, 상기 공급 회로는 상기 제1 비아 및 상기 제2 비아에 결합된 제1 브렌치라인 커플러; 상기 제3 비아 및 상기 제4 비아에 결합된 제2 브렌치라인 커플러; 상기 제1 및 제2 브렌치라인 커플러에 결합된 래트-레이스 커플러를 포함한다.

다른 측면에서, 위상 어레이 안테나의 유닛 셀은 인쇄 배선 기판(printed wiring board)(PWB)를 포함한다. 상기 PWB는 제1 쌍극자 암(dipole arm); 제2 쌍극자 암; 제3 쌍극자 암; 및 제4 쌍극자 암을 포함하는 라디에이터(radiator)를 포함하는 제1 층을 포함한다. 상기 PWB는 또한 우측 원형 편광(right hand circular polarization)(RHCP)을 사용하여 상기 라디에이터에 여기 신호를 제공하도록 구성된 직교 공급 회로(quadrature feed circuit)를 포함하는 제2 층을 포함한다. 상기 PWB는 상기 제1 쌍극자 암에 결합된 제1 비아(via); 상기 제2 쌍극자 암에 결합된 제2 비아; 상기 제3 쌍극자 암에 결합된 제3 비아 및 상기 제4 쌍극자 암에 결합된 제4 비아를 포함하고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 비아는 상기 공급 회로로부터의 여기 신호를 제공하고, 상기 제1 쌍극자 암에 결합된 제5 비아; 상기 제2 쌍극자 암에 결합된 제6 비아; 상기 제3 쌍극자 암에 결합된 제7 비아 및 상기 제4 쌍극자 암에 결합된 제8 비아를 포함하고, 접지를 제공하는 상기 제5, 제6, 제7 및 제8 비아를 더 포함한다. 상기 PWB는 제2 층; 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 제3 층을 더 포함하며, 상기 제3층은 유전체 주위에 일정 간격으로 네 개의 둥근 코너를 가지는 상기 유전체(dielectric)를 포함한다.

또 다른 측면에서, 위상 어레이 안테나의 유닛 셀은 방사된 신호를 제공하기 위한 제1 수단(means); 여기 신호를 생성하는 제2 수단; 및 상기 제2 수단으로부터 상기 제1 수단으로 상기 여기 신호(excitation signal)를 제공하기 위한 제3 수단을 포함한다.

도 1a는 위상 어레이 안테나의 예를 도시한 도면이다.
도 1b는 위상 어레이 안테나의 예를 도시한 도면이다.
도 2a는 도 1b의 유닛 셀의 측면도의 예를 도시한 도면이다.
도 2b는 도 1b의 유닛 셀의 저면도의 예를 도시한 도면이다.
도 2c는 도 1b의 유닛 셀의 상면도의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2a의 공급 층 주위의 층의 예에 대한 상세한 도면이다.
도 4는 백드릴 및 대응하는 비아의 일 예의 저면도이다.
도 5는 인쇄 배선 기판(PWB)의 예를 도시한 도면이다.
도 6a는 패치 라디에이터에 대한 구현된 이득 대 각도의 예를 도시한 도면이다.
도 6b는 전류 루프 라디에이터에 대한 구현된 이득 대 각도의 예를 도시한 도면이다.
도 7a는 패치 라디에이터에 대한 축비 대 각도의 예를 도시한 도면이다.
도 7b는 전류 루프 라디에이터에 대한 축비 대 각도의 예를 도시한 도면이다.
도 8은 공급 회로의 다른 예를 도시한 도면이다.

본 명세서에서는 하나 또는 하나 이상의 유닛 셀을 포함하는 위상 어레이 안테나가 설명된다. 유닛 셀은 PWB의 단일층 상에 라디에이터(radiator)를 포함하는 인쇄 배선 기판(PWB) 및 PWB의 단일층 상에 공급 회로를 포함한다. 일 예에서, 라디에이터는 전류 루프 라디에이터(current loop radiator)이다.

본 명세서에 기재된 전류 루프 라디에이터(current loop radiator)는 FR4 프로세싱과 호환되는 저비용 물질을 사용함으로써 주파수 및 스캔(frequency and scan) 전반의 성능을 달성하기 위해 고비용 재료에 대한 필요성을 제거한다. 공기에 더 가까운 낮은 유전체 재료(dielectric material)로 설계함으로써 라디에이터에서 주파수와 스캔 볼륨면에서 대역폭(bandwidth)은 향상시킬 수 있다. 그러나, 이들 재료는 일반적으로 증가된 재료 비용 및/또는 제조 복잡성(complexity)을 초래한다. 본 명세서에 설명된 전류 루프(current loop)와 같이 본질적으로 낮은 Q, 높은 대역폭을 갖는 방사 구조(radiating structure)는 내재적으로 높은 Q를 가지며 더 적은 대역폭을 갖는 패치 라디에이터(patch radiator)와 같은 요소(element)에 비해 향상된 성능을 제공한다. 유전체 대신 공기(air)용으로 설계된 전류 루프 라디에이터는 단일 및 이중 편파 구성(single and dual-polarized configurations)에서 8 : 1 이상의 대역폭을 제공한다. 보다 높은 유전 상수(dielectric constant) 물질을 갖는 본 명세서에 설명된 전류 루프 라디에이터(current loop radiator)는 이전의 패치 라디에이터 설계에서 달성된 것보다 넓은 주파수 대역폭 및 스캔에 대해 보다 우수한 축비(axial ratio) 및 삽입 손실(insertion loss) 성능을 달성한다. 또한, 본 명세서에 설명된 전류 루프 라디에이터는 패치 라디에이터로 달성되는 것보다 제조 공차에 대한 편차가 현저히 적다.

또한, 본 명세서에서 설명된 대형 직사각형 격자상(oversized rectangular lattice)의 전류 루프 라디에이터(current loop radiator)는 패치 라디에이터와 같은 종래 기술의 라디에이터 설계 보다 양호한 손실 성능을 달성하고, 격자 로브 발생 빈도(grating lobe incidence)에, 또는 근접하여 또는 그 이상으로 축비 성능을 유지한다. 본 명세서에 기술된 전류 루프의 접지된 구조는 일반적으로 격자 로브 발생시 및 그 부근에서 큰 이득 저하 및 임피던스 불일치를 야기하는 스캔 블라인드(scan blindness)을 억제한다. 또한, 본 명세서에서 설명된 전류 루프 라디에이터(current loop radiator)는 우측 원형 편파(right hand circular polarization)(RHCP)를 형성하는 선형 구성 요소들 사이에서 진폭 및 위상 조정을 필요로 하지 않고 E- 평면 및 H- 평면 모두에서 50도 스캔까지 달성할 2dB 미만의 축비를 달성할 수 있다. 이 때문에 모놀리식 마이크로 웨이브 집적 회로(monolithic microwave integrated circuit)(MMIC) 칩의 수를 절반으로 줄여 수신기(RX) 성능을 희생하지 않고도 상당한 비용과 전력을 절약할 수 있다. 송신기(TX)(압축) 동작에서 전력 및 비용의 향상이 가능하지만, 이 경우 MMIC 칩의 수를 반으로 줄이면 효율적 등방성 방사 전력(effective isotropic radiated power)(EIRP)가 3dB만큼 감소한다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 위상 어레이 안테나(phased array antenna)(10)는 유닛 셀(예를 들어, 유닛 셀(100))을 포함한다. 일부 예에서, 위상 어레이 안테나(10)는 직사각형, 정사각형, 팔각형 등으로 형성될 수 있다. 유닛 셀(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 액티브 컴포넌트(active component) 층(140)에 부착되는 레이돔 부분(radome portion)(102), 인쇄 배선 기판(printed wiring board)(PWB)(104) 및 액티브 층(active layer)(106)을 포함한다. PWB(110)는 유전체(dielectric)(114) 상에 배치된 라디에이터(110)를 포함한다.

도 2a 내지 2c, 3 및 4를 참조하면, 레이돔(102)은 2 개의 공기층(108, 116) 사이에 광각 임피던스 매칭(wide-angle impedance matching)(WAIM) 층(112)을 포함한다. 액티브 층(104)은 층(140)상의 PWB(104)에 부착된 공기 및 액티브 컴포넌트(150)을 포함한다.

PWB(104)는 라디에이터 층(110)을 포함한다. 라디에이터 층(110)은 4 개의 쌍극자 암(dipole arm) (예를 들어, 쌍극자 암(220a), 쌍극자 암(220b), 쌍극자 암(220c) 및 쌍극자 암(220d))을 갖는 라디에이터를 포함한다. 쌍극자 암(220a-220d)은 비아(via)를 이용하여 공급층(118)에 위치한 공급 회로(202)(도 2b)에 의해 여기(excitation) 된다. 일 예에서, 각각의 쌍극자 암(220a-220d)은 유전체(114)를 통해 연장되는 대응하는 비아에 의해 공급층에 연결된다. 예를 들면, 쌍극자 암(220a)은 비아(208a)에 의해 공급 회로(202)에 접속되고, 쌍극자 암(220b)은 비아(208b)에 의해 공급 회로(202)에 접속되고, 쌍극자 암(220c)은 비아(208c)에 의해 공급 회로(202) 쌍극자 암(220d)은 비아(208d)에 의해 공급 회로(202)에 접속되어 있다.

비아(208a-208d)는 백드릴(back drill) 되고 백드릴 충진 재료(fill material)로 충진되어 비아(208a-208d)가 접지면(260b)에 연결되는 것을 방지한다. 예를 들어, 비아(208a)는 층(260b)에서 백드릴 된 다음 백드릴 재료(232a)로 충진되고, 비아(208b)는 층(260b)에서 백드릴 된 다음 백드릴 재료(232b)로 충진되고, 비아(208c)는 층(260b)에서 백드릴 된 다음 백드릴 재료(232c)로 충진되고, 비아(208d)는 층(260b)에서 백드릴 된 다음 백드릴 재료(232d)로 충진된다. 이들 4 개의 비아(208a-208d)의 백드릴(backdrill)은 동일한 처리 단계에서 행해지고, 4 개의 비아(208a-208d)의 충진은 또한 하나의 처리 단계에서 행해 진다. 라디에이터 층(110)과 접지면(260a) 사이의 간격은 일반적으로 라디에이터 층(110)과 접지면(260a) 사이의 재료(유전체(114))에서 파장의 약 8 분의 1 파장(이미지에서 그것은 사실상 1/4 파장이 된다.)이다. 일 예에서, 백드릴 충진 재료는 San-El Kagaku Co. LTD의 PHP900 영구 홀 플러깅 잉크(hall plugging ink)와 같은 영구 플러그 구멍 플러깅 잉크(permanent plug hole plugging ink)이다.

쌍극자 암(220a-220d) 각각은 대응하는 비아에 의해 접지면(260a, 260b)에 접지된다. 예를 들어, 쌍극자 암(220a)은 비아(210a)를 사용하여 접지되고, 쌍극자 암(220b)은 비아(210b)를 사용하여 접지되고, 쌍극자 암(220c)은 비아(210c)를 사용하여 접지되고 쌍극자 홀(220d)은 비아(210d)를 사용하여 접지된다. 일 예에서, 비아(210a-210d) 중 하나 또는 하나 이상은 개별적인 비아(208a-208d)로부터 특정 거리에 추가되어 튜닝을 제어한다.

또한, PWB(104)는 PWB(104)를 통해 연장되는 다른 비아(예를 들어, 비아(272))를 포함할 수 있다. PWB(104)는 다른 백드릴 작업 및 백필(backfill) 재료를 포함한다. 예를 들어, 유전체(114)는 백드릴 재료(270a-270c)를 포함한다. 백드릴 충진 재료(backdrill fill material)의 목적은 관통 비아를 접지에서 분리하는 백드릴 작업에 의해 생성된 구멍을 채우는 것이다. 이는 주어진 라미네이션(lamination)의 수에 대해 더 많은 층과 층간의 연결을 허용하여 기판 구성을 단순화하기 위한 것이다. 백드릴(backdrill)은 비아(via)를 외부층(outer layer)에서 분리하지만 노출된 구멍을 만든다. 이 구멍은 백드릴 충진 재료(예를 들어, SAN-EI KAGAKU CO., LTD.의 PHP900)로 채워진다. 그 재료는 때때로 전기 차폐를 제공하기 위해 도금 처리된다.

일 예에서, 공급 회로(feed circuit)(202)는 직교 위상 공급 회로(quadrature phase feed circuit)이다. 공급 회로(202)는 비아(208c) 및 비아(208c)를 이용하여 쌍극자 암(dipole arm)(220a)에 접속된 래트-레이스 커플러(rat-race coupler) (204a)와, 비아(208c)를 이용하여 쌍극자 암(220c)을 접속된 래트-레이스 커플러(204b) 아암(220d)을 통과한다. 쌍극자 암(220a, 220c)으로 향하는 신호는 서로 180° 위상차가 있고 쌍극자 암(220b, 220d)으로 향하는 신호는 서로 180° 위상차가 있다. 일 예에서, 쌍극자 암(220a, 220b)에 대한 신호는 서로 90° 위상차가 있고, 쌍극자 암(220c, 220d)의 신호는 서로 90° 위상차가 있다. 특정 예에서, 공급 회로(202)는 우측 원형 편광(right hand circular polarization)(RHCP)을 사용하여 쌍극자 암(220a-220d)에 신호를 제공한다.

공급 회로(202)는 또한 래트-레이스 커플러(rat-race coupler) (204a, 204b)에 접속하는 브렌치 커플러(branch coupler)(206)를 포함한다. 래트-레이스 커플러(202a)는 저항(212a)을 포함하고, 래트-레이스 커플러(202b)는 저항(212b)을 포함하고, 브렌치 커플러(206)는 저항(212c)을 포함한다. 저항(212a-212c)은 스캔 성능을 향상시키는 제1 래트-레이스 커플러(202a), 제2 래트-레이스 커플러(202b) 및 브렌치라인 커플러(branchline coupler)(206) 사이의 절연을 제공한다. 브렌치 커플러(206)는 액티브 디바이스(active device)(150)가 접속되는 신호층(140)에 접속되는 비아(272)에 접속된다. 다른 예에서, PWB 내의 다른 RF 연결 방법이 공급 회로(202)를 신호층(140)에 연결하는데 사용될 수 있다.

유전체 부분(dielectric portion)(114)은 스캔 성능을 향상시키기 위해 제거된다. 일 예에서, 0.25 인치 드릴이 유전체(114)를 제거하기 위해 4 개의 홀(224a-224d)을 드릴링 하는데 사용된다.

라디에이터는 작동 주파수, 편광 특성 및 스캔 볼륨을 최적화하기 위해 여러 가지 방법으로 조정할 수 있다. 튜닝 속성(tuning feature)에는 비아 위치, 유전 상수 및 재료 두께, 라디에이터 회로 패턴, 공급(feed) 비아의 간격, 공급 회로 설계가 포함된다. 일부 어플리케이션의 경우, 깊이 제어 드릴(control depth drill)을 사용하여 라디에이터 회로와 백플레인(backplane) 사이의 유전체를 선택적으로 제거하여 성능을 향상시킬 수 있다. 금속화(metallize) 비아 및 깊이 제어 드릴의 사용은 라디에이터 및 공급층의 접지를 CCA의 접지에 연결하는데 사용될 수 있다. 이렇게 하면 PWB 구성이 단순해지며 컨넥터 또는 기타 상호 연결 구성 요소가 필요한 별도의 PWB와 같이 더 비싼 기술을 사용하지 않아도 된다. 드릴의 위치와 크기를 튜닝 기능으로 사용할 수 있다. 성능을 향상시키고 라디에이터의 깊이를 감소시키기 위해 일부 설계에서는 단단히 결합된 기생 튜닝 엘리먼트(parasitic tuning elements)를 라디에이터 회로층(circuit layer) 근처에서 사용할 수도 있다. 로우 프로파일(low profile)이고 잘 알려진 구조인 전류 루프(current loop) 특징은 전류 루프가 개선된 격자 로브 성능(grating lobe performance)을 제공할 수 있게 한다.

도 5를 참조하면, PWB(104)의 예는 PWB(500)이다. 일 예에서, PWB(500)를 제조하기 위한 재료는 FR4 처리와 호환 가능한 재료이다. PWB(500)는 솔더 마스크(solder mask) 층(501), 마이크로스트립 신호(microstrip signal) 층(502), 스트립라인(stripline) 층(516a 내지 516j), 전력/접지(power/ground) 층(514a 내지 514e), 접지면(ground plane)(517a 내지 517b), 스트립라인 공급 신호층(stripline feed signal layer)(518)을 포함한다. 이 예에서, 공급층은 스트립라인 신호층(518)(예를 들어, 공급 회로(202)(도 2b))에 있고 라디에이터 층은 신호/패치(signal/patch) 층(520)에 있다. 이 예에서, 액티브 컴포넌트(예컨대, 액티브 컴포넌트(150))는 마이크로스트립 신호층(502)에 본딩 된다.

일 예에서, 솔더 마스크(501)는 패턴화된 LPI 솔더 마스크이다. 일 예에서, 마이크로스트립 신호층(502)은 구리 및 금 도금을 포함한다. 일 예에서, 신호층은 구리를 포함한다. 일 예에서, 전원/접지 층은 구리 또는 구리 도금을 포함한다. 일 예에서, 스트립라인 신호층(518)은 Ticer TCR25 OPS를 포함한다(매니폴드 스트립라인 층(manifold stripline layer)(516a-516j)은 또한 TICER TCR 25 OPS를 가질 수 있다). 일 예에서, 신호/패치층(520)은 구리 및 은 도금을 포함한다.

제1 재료층(504a 내지 504e), 제2 층(506a 내지 506b), 제3 재료층(508a 내지 508e), 제4 재료층(510a 내지 510e) 및 제5 재료층(512a 내지 512b)이 금속층 사이에 개재되어 있다. PWB(500)는 또한 층을 통해 연장되는 비아(예를 들어, 금속 비아(550))를 포함한다. 비아 중 일부는 백필(backfill) 재료(552)를 포함한다.

일 예에서, 제1 재료 층(504a-504e)은 예를 들어, Panasonic에 의해 제조된 Megtron6과 같은 페닐 에테르 블렌드 수지(phenyl ether blend resin) 재료이다. 일 예에서, 제2 재료 층(506a-506b)은, 예를 들어 Rogers Corporation의 RO4360G2와 같은 고주파 라미네이트이다. 일 예에서, 제3 재료 층(508a-508e)은, 예를 들어 Rogers Corporation의 RO4350B와 같은 라미네이트이다. 일 예에서, 제4 재료 층(510a-510e)은, 예를 들어 Rogers Corporation의 RO4450F와 같은 본드 플라이(bond ply)이다. 일 예에서, 제5 재료 층(512a-512b)은 예를 들어 Rogers Corporation의 RO4003과 같은 라미네이트이다.

비용 및 복잡성을 줄이기 위해 PWB 빌드에 필요한 라미네이트 수를 줄이기 위해 스택업(stackup) 형성에 주의를 기울인다. 또한, PWB 스택업에서 프리프 레그(prepreg)의 선택은 더 많은 라미네이션을 허용하여 생산성 위험을 최소화하도록 개발되었다. 높은 종횡비의 비아와 제조 비용 절감을 위해 FR4 가공 호환 재료를 사용한다. 이러한 개발로 인해 라디에이터를 CCA에 연결하기 위해 컨넥터와 추가 어셈블리가 필요하지 않다. 패치 라디에이터와 같은 방식으로 저비용, 로우 프로파일, 간단한 통합을 달성하지만 Q 특성이 낮아 성능이 향상되었다.

일 예에서, 층(501, 502, 504a-504c, 506a-506b, 514a-514e)은 하부 구조(substructure)(530)를 형성하도록 함께 라미네이트 된다. 층(508a-508e, 510a-510d, 516a-516j)은 하부 구조(substructure)(530)를 형성하도록 함께 라미네이트 된다. 층(510e, 512a-512b, 517a, 517b, 518, 520)은 하부 구조(substructure)(550)를 형성하도록 함께 라미네이트 된다. 하부 구조(substructure)(530)는 층(504d)을 사용하여 하부 구조(560)를 형성하도록 하부 구조(540)에 라미네이트 된다. 하부 구조(560)는 층(504e)을 사용하여 PWB를 형성하도록 하부 구조(550)에 라미네이트 된다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 유닛 셀(100)은 구현된 이득(realized gain)의 패치 라디에이터로부터 현저한 개선이다. 도 6a에서, 패치 라디에이터에 대한 구현된 이득은 4db 이상 변화할 수 있다. 도 6b에서, 유닛 셀(100)의 구현된 이득은 단지 2db만큼 변한다. 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 유닛 셀(100)은 패치 라디에이터로부터 격자 로브(grating lobe) 부근의 축비(axial ratio)에 상당한 개선을 이룬다. 도 7a에서, 패치 라디에이터의 경우 축비 값은 약 ± 60도에서 20db 이상이다. 도 7b에서, 유닛 셀(100)에 대해, 약 + 또는-60도에서의 축비 값은 10db보다 작다.

도 8을 참조하면, 공급 회로(feed circuit)의 다른 예는 직교 공급 회로(quadrature feed circuit)(800)이다. 공급 회로는 래트-레이스 커플러(rat-race coupler) (806)에 연결된 브렌치 커플러들(802a, 802b)을 포함한다. 브렌치 커플러(802a)는 패드(820a, 820b) 및 저항기(812a)를 포함하고 브렌치 커플러(802b)는 패드(820c, 820d) 및 저항기(812b)를 포함한다. 패드(pad)는 라디에이터의 0°, 90°, 180°, 270° 여기를 제공하기 위해 라디에이터 쌍극자 암(220a-220d) 중 대응하는 하나에 연결된다. 래트-레이스 커플러(806)는 동축 포트(coaxial port)에 연결되어 신호를 수신하는 패드(830)를 포함한다. 일 예에서, 패드(820a, 820b)에 제공된 신호들 간의 위상차는 90°이고, 패드(820c, 820d)에 제공되는 신호들 간의 위상차는 90°이다.

본 명세서에 기술된 상이한 실시예의 요소는 상기에 구체적으로 설명되지 않은 다른 실시예를 형성하기 위해 결합될 수 있다. 단일 실시예의 문맥에서 설명된 다양한 요소는 또한 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 제공될 수 있다. 본 명세서에 구체적으로 기술되지 않은 다른 실시예도 또한 하기 청구 범위의 범주 내에 있다.

Claims

위상 어레이 안테나의 유닛 셀에 있어서,
인쇄 배선 기판(PWB)을 포함하고,
상기 인쇄 배선 기판은,
라디에이터를 포함하는 제1 층;
상기 라디에이터에 여기 신호를 제공하도록 구성된 공급 회로를 포함하는 제2 층;
상기 공급 회로와 상기 라디에이터를 연결하는 복수의 비아;
신호층;
상기 신호층에 결합된 엑티브 컴포넌트을 포함하는 엑티브 컴포넌트 층; 및
신호층을 공급 회로에 연결하는 RF 컨넥터
를 포함하는
장치.
제1항에 있어서,
상기 라디에이터는,
제1 쌍극자 암;
제2 쌍극자 암;
제3 쌍극자 암; 및
제4 쌍극자 암
을 포함하는
장치.
제2항에 있어서,
상기 복수의 비아는,
상기 제1 쌍극자 암에 결합된 제1 비아;
상기 제2 쌍극자 암에 결합된 제2 비아;
상기 제3 쌍극자 암에 결합된 제3 비아 및
상기 제4 쌍극자 암에 결합된 제4 비아
를 포함하고,
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 비아는 상기 공급 회로로부터의 여기 신호를 제공하는
장치.
제3항에 있어서,
상기 공급 회로는,
상기 제1 비아 및 상기 제2 비아에 결합된 제1 래트-레이스 커플러;
상기 제3 비아 및 상기 제4 비아에 결합된 제2 래트-레이스 커플러;
상기 제1 및 제2 래트-레이스 커플러에 결합된 브렌치라인 커플러
를 포함하는
장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 및 제3 쌍극자 암으로 향하는 신호는 서로 180°의 위상차를 가지며,
상기 제2 및 제4 쌍극자 암으로 향하는 신호는 서로 180°의 위상차를 가지는
장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 및 제2 쌍극자 암으로 향하는 신호는 서로 90°의 위상차를 가지며,
상기 제3 및 제4 쌍극자 암으로 향하는 신호는 서로 90°의 위상차를 가지는
장치.
제3항에있어서,
상기 공급 회로는,
상기 제1 래트-레이스 커플러에 결합된 제1 저항;
상기 제2 래트-레이스 커플러에 결합된 제2 저항; 및
상기 브렌치라인 커플러에 결합된 제3 저항,
을 포함하고,
상기 제1, 제2 및 제3 저항은,
상기 제1 래트-레이스 커플러, 상기 제2 래트-레이스 커플러 및 상기 브렌치라인 커플러 사이의 절연을 제공하는
장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 쌍극자 암에 결합된 제5 비아;
상기 제2 쌍극자 암에 결합된 제6 비아;
상기 제3 쌍극자 암에 결합된 제7 비아 및
상기 제4 쌍극자 암에 결합된 제8 비아
를 포함하고,
상기 제5, 제6, 제7 및 제8 비아는
접지를 제공하는
장치.
제1항에 있어서,
상기 공급 회로는
직교 위상 공급 회로인
장치.
제1항에 있어서,
상기 공급 회로는,
우측 원형 편광(RHCP)을 사용하여 상기 라디에이터에 신호를 공급하는
장치.
제1항에 있어서,
상기 PWB는,
상기 제1 및 제2 층 사이의 제3 층을 더 포함하고,
상기 제3 층은 유전체를 포함하는
장치.
제1항에 있어서,
상기 유전체는,
상기 유전체 주위에 일정 간격으로
네 개의 둥근 코너
를 포함하는
장치.
제12항에 있어서,
상기 네 개의 둥근 코너는,
.25 인치 드릴날을 사용하여 형성된
장치.
제1항에 있어서,
상기 RF 컨넥터는,
비아인
장치
제1항에 있어서,
광각 임피던스 매칭(WAIM) 층을 포함하는
레이돔을
더 포함하는
장치.
제2항에 있어서,
상기 라디에이터는,
제1 쌍극자 암;
제2 쌍극자 암;
제3 쌍극자 암; 및
제4 쌍극자 암을 포함하고,
상기 제1 쌍극자 암에 결합된 제1 비아;
상기 제2 쌍극자 암에 결합된 제2 비아;
상기 제3 쌍극자 암에 결합된 제3 비아 및
상기 제4 쌍극자 암에 결합된 제4 비아,
를 더 포함하고,
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 비아는 상기 공급 회로로부터의 여기 신호를 제공하고,
상기 공급 회로는,
상기 제1 비아 및 상기 제2 비아에 결합된 제1 브렌치라인 커플러;
상기 제3 비아 및 상기 제4 비아에 결합된 제2 브렌치라인 커플러;
상기 제1 및 제2 브렌치라인 커플러에 결합된 래트-레이스 커플러를 포함하는
장치.
위상 어레이 안테나의 유닛 셀에 있어서,
인쇄 배선 기판(PWB)을 포함하고,
상기 인쇄 배선 기판은,
제1 쌍극자 암;
제2 쌍극자 암;
제3 쌍극자 암; 및
제4 쌍극자 암
을 포함하는 라디에이터
를 포함하는 제1 층;
우측 원형 편광(RHCP)을 사용하여 상기 라디에이터에 여기 신호를 제공하도록 구성된 직교 공급 회로
를 포함하는 제2 층;
상기 제1 쌍극자 암에 결합된 제1 비아;
상기 제2 쌍극자 암에 결합된 제2 비아;
상기 제3 쌍극자 암에 결합된 제3 비아 및
상기 제4 쌍극자 암에 결합된 제4 비아,
상기 공급 회로로부터의 여기 신호를 제공하는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 비아,
상기 제1 쌍극자 암에 결합된 제5 비아;
상기 제2 쌍극자 암에 결합된 제6 비아;
상기 제3 쌍극자 암에 결합된 제7 비아 및
상기 제4 쌍극자 암에 결합된 제8 비아를 포함하며,
접지를 제공하는 상기 제5, 제6, 제7 및 제8 비아
를 포함하고,
상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 제3 층 - 상기 제3층은 유전체 주위에 일정 간격으로 네 개의 둥근 코너를 가지는 상기 유전체를 포함하는 - ;
을 포함하는
장치.
제17항에 있어서,
상기 PWB에 결합된 엑티브 컴포넌트를 포함하는 엑티브 컴포넌트 층; 및
광각 임피던스 매칭(WAIM) 층을 포함하는 레이돔
을 포함하는
장치.
위상 어레이 안테나의 유닛 셀에 있어서,
인쇄 배선 기판(PWB)을 포함하고,
상기 인쇄 배선 기판은,
방사된 신호를 제공하기 위한 제1 수단;
여기 신호를 생성하는 제2 수단; 및
상기 제2 수단으로부터 상기 제1 수단으로 상기 여기 신호를 제공하기 위한 제3 수단
을 포함하는
장치.
제19항에 있어서,
상기 제1 수단에 접지를 제공하기 위한 제4 수단
을 더 포함하는
장치.