KR20220002452A - 차동 세그먼트 개구면 - Google Patents

차동 세그먼트 개구면 Download PDF

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KR20220002452A
KR20220002452A KR1020217038269A KR20217038269A KR20220002452A KR 20220002452 A KR20220002452 A KR 20220002452A KR 1020217038269 A KR1020217038269 A KR 1020217038269A KR 20217038269 A KR20217038269 A KR 20217038269A KR 20220002452 A KR20220002452 A KR 20220002452A
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KR
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electrically conductive
circuit board
printed circuit
tapering
protrusions
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KR1020217038269A
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다니엘 에이. 퍼킨스
다니엘 쥐. 로슈
도널드 씨. 디셔
라파엘 요셉 웨일스
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바텔리 메모리얼 인스티튜트
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Abstract

무선 주파수(RF) 개구면은 인터페이스 인쇄 회로 보드를 포함한다. 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 어레이는 인터페이스 인쇄 회로 보드의 앞측면 상에 배치된 베이스들을 가지고, 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 앞측면으로부터 연장된다. 칩 발룬들은 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 뒷측면 상에 장착된다. 각 칩 발룬은 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드를 통과하는 전기 피드스루들을 통해 2 개의 이웃 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들과 전기적으로 연결되는 밸런싱 포트를 가진다. 각 칩 발룬은 언밸런싱 포트를 더욱 가지며, 그리고 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 뒷측면에 배치된 RF 회로소자는 상기 칩 발룬의 언밸런싱 포트들과 전기적으로 연결된다. 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들은 유전체 테이퍼링 돌출부들 및 상기 유전체 테이퍼링 돌출부들의 내부 또는 외부 표면 상에 배치된 전기 전도성 층을 포함한다.

Description

차동 세그먼트 개구면
본 출원은 2019년 4월 26일자로 출원되고, 발명의 명칭이 "DIFFERENTIAL SEGMENTED APERTURE"인 미국 가출원 제62/839,121호의 우선권 주장출원이다. 2019년 4월 26일자로 출원된 미국 가출원 제62/839,121호는 전체적으로 참조로 여기에 병합된다.
다음은 무선 주파수(RF) 기술, RF 송신기 기술, RF 수신기 기술, RF 송수신기 기술, 광대역 RF 송신기, 수신기, 및/또는 송수신기 기술, RF 통신 기술, 및 관련 기술에 관한 것이다.
발명 명칭이 "Electromagnetic Radiation Interface System and Method"인 Steinbrecher의 미국 특허 제7,420,522호는 다음과 같은 광대역 RF 개구면을 개시한다: "무선파 주파수와 함께 사용하기에 적합한 전자기 방사 인터페이스가 제공된다. 표면에는 복수의 금속 원추형 강모들(bristles)이 제공된다. 대응하는 복수의 종단 섹션들(termination sections)이 제공되어 각 강모가 종단 섹션으로 종단된다. 종단 섹션은 각 강모에 의해 수신된 실질적으로 모든 전자기파 에너지를 캡처하여 인터페이스의 표면으로부터의 반사를 방지하기 위한 전기 저항을 포함할 수 있다. 각 종단 섹션은 또한 각 강모로부터의 에너지를 디지털 워드로 변환하기 위한 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다. 강모들은 복수의 홀들을 통하는 접지 평면 상에 장착될 수 있다. 복수의 동축 송신 라인들은 복수의 강모들을 복수의 종단 섹션들에 상호 연결하기 위해 접지 평면을 통해 연장될 수 있다".
소정의 개선이 여기에서 개시된다.
일부 예시적인 실시예들에 따라서, 무선 주파수(RF) 개구면이 개시된다. 인터페이스 인쇄 회로 보드는 앞측면 및 뒷측면을 가진다. 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 어레이는 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 앞측면 상에 배치된 베이스들을 가지고 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 앞측면으로부터 연장된다. 칩 발룬들은 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 뒷측면 상에 장착된다. 각 칩 발룬은 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드를 통과하는 전기 피드스루들을 통해 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 어레이의 2 개의 이웃 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들과 전기적으로 연결되는 밸런싱 포트를 가진다. 각 칩 발룬은 언밸런싱 포트를 더 가진다. RF 회로소자는 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 뒷측면에 배치되며, 상기 칩 발룬들의 언밸런싱 포트들과 전기적으로 연결된다.
여기에 개시된 일부 예시적인 실시예들에 따라서, 무선 주파수(RF) 개구면을 제조하는 방법은: 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들을 형성하기 위해 전기 전도성 층으로 유전체 테이퍼링 돌출부들의 표면을 코팅하는 단계; 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들을 인터페이스 인쇄 회로 보드의 앞측면 상에 장착하는 단계; 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드 상에 및/또는 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드와 평행하게 장착된 제2 인쇄 회로 보드 상에 RF 회로소자를 장착하는 단계; 및 상기 RF 회로소자를 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들과 전기적으로 연결하는 단계;를 포함한다.
여기에 개시된 일부 예시적인 실시예들에 따라서, RF 개구면은: 앞측면 및 뒷측면을 가진 인터페이스 인쇄 회로 보드; 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 어레이; 및 RF 회로소자를 포함한다. 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들은 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 앞측면 상에 배치되는 베이스들을 가지고 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 앞측면으로부터 연장된다. 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들은 유전체 테이퍼링 돌출부들 및 상기 유전체 테이퍼링된 돌출부들의 표면 상에 배치된 전기 전도성 층을 포함한다. 상기 RF 회로소자는 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 뒷측면에 배치되고, 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드를 통과하는 전기 피드스루들을 통해 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 어레이와 전기적으로 연결된다. 일부 실시예들에서, 상기 RF 회로소자는, 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드를 통과하는 전기 피드스루들을 통해 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 어레이에 인접한 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 쌍들을 연결하는 밸런싱 포트들을 갖는 발룬들을 더 포함한다.
도면에 도시된 임의의 양적 치수는 비-제한적인 예시적인 예들로서 이해되어야 한다. 달리 표시되지 않는 한, 도면은 축척화되지 않는다; 도면의 임의의 관점이 축척으로 표시되는 경우, 예시된 축척은 비-제한적인 예시적인 예로서 이해되어야 한다.
도 1 및 2는 예시적인 차동 세그먼트 개구면(differential segmented aperture, DSA)의 앞 및 측면 단면도 각각을 도시적으로 도시한다.
도 3은 도 1-4의 DSA의 단일 QUAD 서브어셈블리의 블록도를 도식적으로 도시한다.
도 4는 비아들 및 장착 홀들 및 발룬들 및 저항 패드들의 도식적으로 표시된 위치들을 포함하는 도 1-3의 DSA의 인터페이스 인쇄 회로 기판(i-PCB)의 정면도를 도식적으로 도시한다.
도 5는 도시적으로 표시된 RF 연결, 제어 및 전력 커넥터들을 포함하는 도 1-4의 DSA의 인클로저의 배면도를 도식적으로 도시한다.
도 6은 2개의 인접한 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들 사이의 칩 발룬의 밸런싱 포트의 연결의 개략도와 함께, 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 실시예의 측단면도를 도식적으로 도시한다.
도 7-10은 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 추가 실시예들을 도식적으로 도시한다.
도 1 및 2를 참조하면, 예시적인 무선 주파수(RF) 개구면의 앞 및 측면 단면도 각각이 도시되고, 상기 개구면은 앞측면(12) 및 뒷측면(14)을 가진 인터페이스 인쇄 회로 보드(i-PCB)(10), 및 i-PCB(10)의 앞측면(12) 상에 배치된 베이스들(22)을 가지고 i-PCB(10)의 앞측면(12)으로부터 연장되는 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)의 어레이를 포함한다. 예시적인 i-PCB(10)는 5인치 x 5인치 치수를 가진 것으로 도 1에 표시된다 - 이는 단지 컴팩트한 RF 개구면의 비-제한적이고 예시적인 예일 뿐이다. 도 1은 하나의 전기 전도성 테이퍼링 돌출부(20)의 사시도를 나타내는 좌측 상단의 삽화와 함께, RF 개구면의 정면도를 도시한다. 전기 전도성 테이퍼링 돌출부(20)의 이 예시적인 실시예는 더 큰 정사각형 베이스(22) 및 완전한 첨단으로 연장되지 않고 오히려 평평한 정점(24)에서 끝나는 정점을 갖는 정사각형 단면을 가진다(다시 말해, 삽화의 전기 전도성 테이퍼링 돌출부(20)는 절두원추 형상을 가짐). 이는 단지 예시적인 예이고, 보다 일반적으로 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)은 임의의 타입의 단면(예를 들어, 삽화에서와 같이 정사각형, 또는 원형, 또는 육각형, 또는 팔각형 등)을 가질 수 있다. 정점(24)은, 삽화의 예에서와 같이, 평평할 수 있거나, 뾰족한 지점으로 될 수 있거나, 둥글거나 일부 다른 정점 기하적인 형상을 가질 수 있다. 높이(즉, 정점(24)이 최대 "높이"에 있는, 베이스(22) "위"의 거리)의 함수로서의 테이퍼링 비율은 삽화의 예에서와 같이 일정할 수 있거나, 또는 테이퍼링 비율은 높이에 따라 변화될 수 있고, 예를 들어, 테이퍼링의 비율은 높이가 증가함에 따라 증가하여 둥근 피크가 있는 돌출부를 형성하거나, 높이가 증가함에 따라 감소하여 더 뾰족한 첨단이 있는 돌출부를 형성할 수 있다. 유사하게, 도 1에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)의 예시적인 어레이는 규칙적인 행들 및 직교하는 규칙적인 열들을 갖는 직선 어레이이며; 그러나 어레이는 다른 대칭, 예를 들어 육각형 대칭, 팔각형 대칭 등을 가질 수 있다. 삽화의 예시적인 예에서, 정사각형 베이스(22) 및 정사각형 정점(24)은 4개의 평평한 경사 측벽들(26)을 가진 전기 전도성 테이퍼링 돌출부(20)를 초래한다; 그러나, 다른 측벽 형상들도 고려되는데, 예를 들어, 베이스 및 정점이 원형인 경우(또는 베이스가 원형이고 정점이 한 지점에 도달하는 경우), 측벽은 경사지거나 테이퍼링 실린더일 수 있고; 육각형 베이스 및 육각형 또는 뾰족한 정점의 경우 6 개의 경사 측벽들 등이 있을 것이다.
도 1 및 2를 계속 참조하고 도 3을 더 참조하면, RF 개구면은 RF 회로소자를 더 포함하며, 이는 예시적인 실시예에서 i-PCB(10)의 뒷측면(14) 상에 장착된 칩 발룬들(chip baluns)(30)을 포함한다. 각 칩 발룬(30)은, i-PCB(10)를 통과하는 전기 피드스루들(32)을 통해 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 어레이의 2 개의 이웃 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들과 전기적으로 연결된 밸런싱 포트(PB)(도 3 및 6 참조)를 가진다. 각 칩 발룬(30)은 RF 회로소자의 나머지 부분과 연결되는 언밸런싱 포트(PU)(도 3 및 6 참조)를 더 가진다. 예시적인 RF 회로소자는 칩 발룬들(30)의 언밸런싱 포트들(PU)로부터의 출력을 결합하기 위한 RF 전력 스플리터/컴바이너들(40)을 더 포함한다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, RF 회로소자의 예시적인 전기 구성은 언밸런싱 포트들(PU) 쌍들을 결합하는 제1 레벨 1x2 RF 전력 스플리터/컴바이너들(401), 및 제1 레벨 RF 전력 스플리터/컴바이너들(401) 쌍들의 출력을 결합하는 제2 레벨 1x2 RF 전력 스플리터/컴바이너들(402)을 사용한다. 이는 단지 예시적인 접근 방식일 뿐, 1x3(3개의 라인을 결합함), 1x4(4개의 라인을 결합함), 또는 더 높은 결합의 RF 전력 스플리터/컴바이너들, 또는 이들의 다양한 조합들을 사용하는 것과 같은 다른 구성들도 고려된다. 예시적인 RF 회로소자는, 칩 발룬들(30)의 각 언밸런싱 포트(PU)와 제1 레벨 1Х2 전력 스플리터(401) 사이에 개재된 신호 조절 회로(signal conditioning circuit)(42)를 더 포함한다. 각 언벨런싱 포트와 연결된 신호 조절 회로(42)는 다음을 포함한다: RF 송신 증폭기(T); RF 수신 증폭기(R); 및 RF 송신 증폭기(T)를 언벨런싱 포트와 동작적으로 연결하는 송신 모드와, RF 수신 증폭기(R)를 언벨런싱 포트와 동작적으로 연결하는 수신 모드 사이를 스위칭하도록 구성된 스위치들(RFS)을 포함하는 RF 스위칭 회로소자.
도 1-3을 계속 참조하고 도 4 및 5를 더 참조하면, i-PCB(10)를 적어도 포함하는 하나 이상의 인쇄 회로 보드(PCB)를 사용하여 부분적으로 컴팩트한 설계가 달성된다(예를 들어, 도 3의 비-제한적이고 예시적인 예에서 3 인치의 깊이). 도 3에 도시된 예시적인 예에서, 칩 발룬들(30)은 i-PCB(10)의 뒷측면(14) 상에 장착된다. 옵션으로, 다른 전자 구성요소들은 또한 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)의 어레이가 앞측면(12) 상에 배치된 i-PCB(10)의 뒷측면 상에 장착될 수 있다. 그러나, RF 회로소자의 모든 전자기기들을 장착하기에는 i-PCB(10) 상에 면적(real estate)이 충분하지 않을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 이는, i-PCB(10)와 평행하게 배치되고 i-PCB(10)의 뒷측면(14)을 향하는 제2 인쇄 회로 보드(50)을 제공하여 처리된다. 달리 말하면, 제2 인쇄 회로 보드(50)는, 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)이 배치된 i-PCB(10)의 (앞)측면(12)으로부터 대향하는 i-PCB(10)의 (뒷)측면(14) 상에 배치된다. RF 회로소자는, 여기에서 신호 조절 PCB 또는 SC-PCB(50)로도 지칭될 수 있는 제2 인쇄 회로 보드(50) 상에 장착된 전자 구성요소들을 포함하고, 추가적으로 또는 대안적으로 i-PCB(10) 상에(통상적으로 i-PCB의 뒷측면(14) 상에) 장착된 전자 구성요소들을 포함하지만, 이는 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20) 사이의 필드 공간에서 i-PCB의 앞측면 상에 RF 회로소자의 구성요소들을 장착하는 것도 고려된다(도시되지 않음). SC-PCB(50)가 제공되는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 이는 스탠드오프들(54)에 의해 i-PCB(10)와 병렬로 적합하게 고정되고, i-PCB(10)와 SC-PCB(50)를 전기적으로 상호 연결하기 위해 단일 종단(ended) 피드스루들(52)이 제공된다(도 3 참조). RF 회로소자가 2개의 PCB들(10, 50)의 면적에 맞지 않을 경우, RF 회로소자의 구성요소들을 수용하기 위해 제3(및 필요에 따라 제4 및 그 초과의) PCB가 추가될 수 있다(도시되지 않음).
도 4는 비아들 및 장착 홀들을 포함하는 i-PCB(10)의 정면도, 및 도 4에 도시된 범례에 표시된 바와 같이 발룬들(30) 및 저항 패드들의 도시적으로 표시된 위치들을 도시한다(저항기들은 피라미드들의 미사용 측면을 종단시키기 위해 사용되어 레이더 단면적을 낮추는데 도움을 줌).
도 2를 참조하고 도 5를 더 참조하면, 예시적인 RF 개구면은 인클로저(58)를 가지고, 상기 인클로저는 예시적인 예에서 RF 회로소자를 둘러싸기 위해 그 주변에서, i-PCB(10)의 주변과 함께 고정된다. 이는 단지 하나의 예시적인 배치이며, 다른 설계들이 고려되는데, 예를 들어 두 PCB들(10, 50)은 인클로저 내부에 배치될 수 있다(그러나, 그러한 인클로저는 RF 개구면의 구역을 차단하기 위해 전방으로 연장되는 RF 차폐를 포함하지 않아야 함). 도 5는 도시적으로 표시된 RF 커넥터들(또는 포트들)(60)(또한, 도 2 및 3에 도시되거나 표시됨), 제어 전자기기들(62)(예를 들어, 비-제한적인 예시로 도시된 예시적인 위상 어레이 빔 스티어링(steering) 전자기기들(63); 이들 전자기기들(62, 63)은 인클로저(58)의 외부 상에 장착될 수 있고/있거나 유리한 RF 차폐를 제공하는 인클로저(58) 내부에 배치될 수 있음) 및 RF 회로소자의 능동 구성요소들을 동작시키기 위해 전력(예를 들어 능동 RF 송신 증폭기들(T) 및 능동 RF 수신 증폭기들(R), 및 스위치들(RFS)에 대한 동작 전력)을 제공하는 전력 커넥터(64)를 도시하는, RF 개구면의 인클로저(58)의 배면도를 도시적으로 예시한다. 인클로저의 뒷측면 구역에 걸친 다양한 구성요소들(60, 62, 63, 64)의 특정 배치는 도 5에 도시된 것과 크게 다를 수 있으며, 더욱이 이들 구성요소들은 다른 곳에 위치될 수 있고, 예를 들어, RF 커넥터들(60)은 대안적으로 RF 개구면의 에지 등에 위치될 수 있다. 또한 RF 개구면이 일부 다른 구성요소 또는 시스템과 일체로 구성될 수 있음을 이해해야 할 것이다 - 예를 들어, RF 개구면이 이동 지상국, 해상 라디오, 무인 항공기(UAV) 등의 RF 송신 및/또는 수신 요소로 사용되는 경우, 이 경우에 인클로저(58)는 이동 지상국, 해상 라디오, UAV 동체 등의 하우징에 내장된 RF 개구면를 가진 것으로 대체될 수 있다. 그러한 경우에, RF 커넥터들(60)은 또한 이동 지상국, 해상 라디오, UAV 전자기기들 등에 대한 고정 배선(hard-wired) 연결로 대체될 수 있다.
특히 도 3을 참조하면, 예시적인 RF 회로소자에 대한 예시적인 전기적 구성이 도시된다. 이 비-제한적인 예시적인 예에서, 전기 전도성 테이퍼링 돌출부(20)의 어레이는 도 1 및 4에 도시된 바와 같이, 5×5 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)의 어레이인 것으로 가정된다. 칩 발룬들(30)의 밸런싱 포트들(PB)은 2개의 인접한 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20) 사이의 차동 RF 신호를 수신하기 위해 어레이의 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)의 인접한(즉, 이웃) 쌍들을 연결한다(수신 모드에서; 또는, 대안적으로, 송신 모드에서 2 개의 인접한 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20) 사이의 차동 RF 신호를 적용하기 위함). 전체적으로 참조로 여기에 병합된 Steinbrecher의 미국 특허 제7,420,522호에 설명된 바와 같이, 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)의 테이퍼링은 "높이"에 따라, 즉 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)의 베이스(22) "위" 거리에 따라 변화하는 2 개의 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20) 사이의 분리를 제시한다. 이는, 테이퍼링에 의해 도입된 인접한 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20) 사이의 분리 범위에 대응하여 RF 파장들의 범위가 캡처될 수 있기 때문에, 광대역 RF 캡처를 제공한다. 이로써 RF 개구면은 차동 세그먼트 개구면(DSA)이고, 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)의 인접한 쌍들에 대응하는 차동 RF 수신(또는 RF 송신) 요소들을 가진다. 이들 차동 RF 수신(또는 송신) 요소들은 여기에서 개구면 픽셀들로 지칭된다. 인접한 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)의 예시적인 직선 5×5 어레이의 경우, 이는 5개의 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)의 각 행(또는 열)을 따라 4개의 개구면 픽셀들이 있음을 의미한다. 보다 일반적으로, N 개의 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)의 행(또는 열)을 가진 돌출부들의 직선 어레이의 경우, 행(또는 열)을 따라 대응하는 N-1 개의 픽셀들이 있을 것이다. 도 3은 4 개의 픽셀들의 행(또는 열)의 상호 연결인 QUAD 서브어셈블리를 도시한다. 4 개의 행들과 4 개의 열들이 있으므로, 이는 4×4 또는 16의 그러한 QUAD 서브어셈블리들을 초래한다. 저항 패드들은 불필요한 반사를 방지하기 위해 주변 피라미드들의 사용되지 않은 에지들에 대한 종단들로 사용된다. 저항 패드들을 통해 장착된 저항들 없이, 이들 표면들이 플로팅 상태로 남아 입사 RF 에너지를 재방사하여 레이더 단면을 향상시킬 수 있다.
도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 각 QUAD 서브어셈블리의 제2 레벨 1x2 RF 전력 스플리터/컴바이너(402)는 인클로저(58)의 뒷측면에서 RF 커넥터(60)와 연결된다. 이로써, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 8 개의 QUAD 서브어셈블리들에 대해 8 개의 RF 커넥터들이 있으며, 도 4 및 5에서는 행 QUAD 서브어셈블리들(N1, N2, N3, N4) 및 열 QUAD 서브어셈블리들(M1, M2, M3, M4)로 표시된다. Gnd(N) 행 및 Gnd(M) 열은 피라미드들의 주변 측면들을 따라 캡처된 RF 에너지로부터 전류 흐름에 대한 공통 경로를 허용하는 회로 접지들이다. QUAD 서브어셈블리들을 사용하면 RF 개구면에 대한 RF 커플링에서 높은 레벨의 유연성이 허용된다. 예를 들어, 예시적인 위상 어레이 빔 스티어링 전자기기들(63)은 행 QUAD 서브어셈블리들(N1, N2, N3, N4)에 대한 적당한 위상 시프트(
Figure pct00001
) 및 열 QUAD 서브어셈블리들(M1, M2, M3, M4)에 대한 위상 시프트(
Figure pct00002
)를 도입하여 원하는 방향으로 송신된 RF 신호 빔을 조종하거나, 또는 RF 개구면을 배향하여 원하는 방향으로부터 RF 신호 빔을 수신함으로써 구현될 수 있다(송신 또는 수신은 신호 조절 회로들(42)의 스위치들(RFS)의 설정에 의해 제어됨). RF 개구면에 의해 구현될 수 있는 다른 적용들은 다음을 포함한다: 동시 "송신/수신, 이중 원형 편파 모드들" 및 다수의 DSA들을 물리적으로 근접성 있게 가까이 물리적으로 배치하여 증가된 개구면 크기의 결합된 효과를 제공하는 "확장성". 도 3에 개략적으로 도시된 대안적인 실시예에서, RF 커넥터들(60)은 디지털화된 신호가 출력되는 아날로그-디지털(A/D) 컨버터들(66) 및 디지털 커넥터들(68)로 대체될 수 있다. 보다 일반적으로, A/D 변환은 RF 체인의 어느 곳에나 삽입될 수 있으며, 예를 들어 A/D 컨버터들은 신호 조절 회로들(42) 및 아날로그 제1 및 제2 레벨 RF 전력 스플리터/컴바이너들(401, 402)의 출력에 배치될 수 있고, 그 후 디지털 신호 프로세싱(DSP) 회로소자로 대체될 수 있다.
PCB들(10, 50), 칩 발룬들(30), 및 능동 신호 조절 구성요소들(예를 들어 능동 송신 증폭기들(T) 및 수신 증폭기들(R))을 사용하는 설명된 전자기기들은 유리하게는 RF 개구면이 컴팩트 및 경량으로 만들어 질 수 있게 한다. 다음에 설명되는 바와 같이, 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)의 실시예들은 컴팩트 및 경량의 광대역 RF 개구면을 제공하는 것을 더욱 용이하게 한다.
도 6은, 각 전기 전도성 테이퍼링 돌출부(20)가 유전체 테이퍼링 돌출부(70)의 표면 상에 배치된 전기 전도성 층(72)을 갖는 유전체 테이퍼링 돌출부(70)로서 제조되는 하나의 예시적인 실시예의 측단면도를 도시한다. 유전체 테이퍼링 돌출부들은, 예를 들어, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리카보네이트 등과 같은 전기 절연성 플라스틱 또는 세라믹 재료로 만들어질 수 있으며, 사출 성형, 3 차원(3D) 인쇄, 또는 다른 적합한 기술들에 의해 제조될 수 있다. 전기 전도성 층(72)은, 구리, 구리 합금, 은, 은 합금, 금, 금 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등과 같은 임의의 적합한 전기 전도성 재료일 수 있거나, 또는 서로 다른 전기 전도성 재료들의 적층 스택을 포함할 수 있고, 그리고 진공 증발, RF 스퍼터링, 또는 임의의 다른 진공 증착 기술에 의해 유전체 테이퍼링 돌출부(70) 상에 코팅될 수 있다. 도 6은 각 유전체 테이퍼링 돌출부(20)의 전기 전도성 층(72)을, i-PCB(10)를 통과하는 그 대응하는 전기 피드스루(32)와 전기적으로 연결하기 위해 솔더 포인트들(74)이 사용되는 예를 도시한다. 도 6은 또한 솔더 포인트들(76)을 통해 2 개의 인접한 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20) 사이에 하나의 칩 발룬(30)의 밸런싱 포트(PB)의 예시적인 연결을 도시한다.
도 7 및 8은 유전체 테이퍼링 돌출부들(70)이 유전체 플레이트(80)에 일체로 포함된 실시예의 분해 측단면도 및 사시도 각각을 도시한다. 전기 전도성 층(72)은 각 유전체 테이퍼링 돌출부(70)를 코팅하지만 이웃 유전체 테이퍼링 돌출부들(20) 사이에 갈바닉 절연을 제공하는 절연 갭들(82)을 가진다. 절연 갭들(82)은 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들을 서로 갈바닉적으로 절연시키기 위해, 전기 전도성 층(72)을 코팅한 후에 형성되되, 코팅한 후에, 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20) 사이의 플레이트(80)로부터 코팅을 에칭하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 절연 갭들(82)은 코팅 전에 정의되되, 코팅 전에, 코팅이 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들 사이의 절연 갭들(82)에서 플레이트를 코팅하지 않도록, 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20) 사이의 플레이트(80) 상에 마스크 재료(도시되지 않음)를 증착하여 정의될 수 있고, 이로 인해, 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들은 서로 갈바닉적으로 절연된다. 도 8의 사시도에서 볼 수 있는 바와 같이, 결과적으로 유전체 플레이트(80)가 i-PCB(10)의 표면을 덮고(따라서 차단하고), 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)은 유전체 플레이트(80)로부터 멀어지게 연장된다.
특히 도 7을 참조하면, 전기 상호 연결을 위한 하나의 접근 방식에서 스루 홀들(82)은 예시적인 플레이트(80) 및 밑에 있는 i-PCB(10)를 통과하고, 리벳들, 스크류들, 또는 다른 전기 전도성 패스너들(32')은 스루 홀들(82)을 통과하며(도 7은 분해도임에 유의), 그리고 이렇게 설치될 때 i-PCB(10)을 통과하는 전기 피드스루들(32')을 형성한다(도 8의 사시도는 단순화되고 패스너들(32')을 도시하지 않음에 유의). 일체형 유전체 테이퍼링 돌출부들(70) 및 결합된 패스너/피드스루들(32')을 갖는 유전체 플레이트(80)의 사용은 유리하게 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)이 솔더링 없이 정확한 위치로 설치되도록 허용한다.
도 6-8의 실시예들에서, 전기 전도성 코팅(72)은 유전체 테이퍼링 돌출부들(70)의 외부 표면들 상에 배치된다. 이러한 경우에, 유전체 테이퍼링 돌출부들(70)은 중공(hollow) 또는 솔리드(solid)일 수 있다.
도 9 및 10을 참조하면, 유전체 재료가 RF 방사에 대해 실질적으로 투명하기 때문에, 전기 전도성 코팅(72)은 대신에 (중공) 유전체 테이퍼링 돌출부들(70)의 내부 표면들 상에 코팅될 수 있다. 도 9는 그러한 실시예의 측단면도를 도시하는 반면, 도 10은 사시도를 도시한다. 도 9 및 10의 실시예는 유전체 테이퍼링 돌출부들(70)을 포함하는 유전체 플레이트(80)를 다시 사용한다. 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 중공 유전체 테이퍼링 돌출부들(70)의 내부 표면들 상에 전기 전도성 코팅들(72)을 코팅함으로써, 이는 전기 전도성 코팅(72)이 일체형 유전체 테이퍼링 돌출부들(70)을 포함하는 유전체 플레이트(80)에 의해 외부로부터의 접촉으로부터 보호되는 결과를 낳는다. 이는 풍화작용이 문제가 될 수 있는 환경에서 유용할 수 있다.
다양한 개시 관점들은 예시적인 예들이고, 개시된 특징들은 특정 실시예들에서 다양하게 조합되거나 생략될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)의 예시적인 예들 중 하나 또는 그 변형이 도 2-5의 QUAD 서브어셈블리 회로소자 구성 없이 사용될 수 있다. 반대로, 도 2-5의 QUAD 서브어셈블리 회로소자 구성 또는 그 변형은 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들(20)을 위한 유전체/코팅 구성 없이 사용될 수 있다. 유사하게, 칩 발룬들(30)은 특정 실시예에서 사용되거나 사용되지 않을 수 있다; 기타 등등.
바람직한 실시예들이 예시 및 설명되었다. 분명히, 이전의 상세한 설명을 읽고 이해하면 수정 및 변경이 다른 것들에 대해 발생할 것이다. 본 발명은 첨부된 청구범위 또는 그 균등물의 권리 범위 내에 있는 한 그러한 모든 수정 및 변경이 포함되는 것으로 해석되도록 의도된다.

Claims (24)

  1. 앞측면 및 뒷측면을 가진 인터페이스 인쇄 회로 보드;
    상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 앞측면 상에 배치된 베이스들을 가지고 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 앞측면으로부터 연장되는 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 어레이;
    상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 뒷측면 상에 장착된 발룬들(baluns), 여기서 각 발룬은, 2 개의 이웃 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들 사이에서 차동 무선 주파수(RF) 신호를 수신 또는 적용하기 위해 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드를 통과하는 전기 피드스루들을 통해 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 어레이의 2 개의 이웃 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들과 전기적으로 연결되는 밸런싱 포트를 가지고, 각 발룬은 언밸런싱 포트를 더욱 가짐; 및
    상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 뒷측면에 배치되며, 상기 발룬들의 언밸런싱 포트들과 전기적으로 연결되는 RF 회로소자;를 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발룬들은 칩 발룬들을 포함하며, 그리고 상기 RF 회로소자는 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 뒷측면 상에 장착된 전자 구성요소들을 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 인터페이스 인쇄 회로 보드와 평행하게 배치되고 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 뒷측면을 향하는 제2 인쇄 회로 보드;를 더욱 포함하며,
    상기 RF 회로소자는 상기 제2 인쇄 회로 보드 상에 장착된 전자 구성요소들을 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 회로소자는 상기 발룬들의 언밸런싱 포트들의 하나 이상의 조합을 하나 이상의 RF 커넥터들과 연결하는 RF 전력 스플리터/컴바이너들을 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 RF 전력 스플리터/컴바이너들은 복수의 RF 서브어셈블리들로서 상호 연결되고,
    각 RF 서브어셈블리는 단일 RF 커넥터로 상기 발룬의 4 개 이상의 언밸런싱 포트들의 서브셋을 연결하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 RF 회로소자는 복수의 아날로그-디지털(A/D) 컨버터들을 더욱 포함하며; 그리고
    상기 RF 전력 스플리터/컴바이너들은 복수의 RF 서브어셈블리들로서 상호 연결되고, 각 RF 서브어셈블리는 상기 발룬의 4 개 이상의 언밸런싱 포트들의 서브셋을 단일 아날로그-디지털(A/D) 컨버터와 연결하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 회로소자는 상기 발룬들의 각 언밸런싱 포트와 연결된 신호 조절 회로를 포함하고, 각 언밸런싱 포트와 연결된 신호 조절 회로는:
    RF 송신 증폭기;
    RF 수신 증폭기; 및
    상기 RF 송신 증폭기를 상기 언밸런싱 포트와 동작 가능하게 연결하는 송신모드와, 상기 RF 수신 증폭기를 상기 언밸런싱 포트와 동작 가능하게 연결하는 수신 모드 사이를 스위칭하도록 구성된 RF 스위칭 회로소자;를 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 회로소자는 위상 어레이 지향성 RF 송신기 및/또는 위상 어레이 지향성 RF 수신기로서 상기 RF 개구면을 동작하도록 구성된 빔 스티어링 회로소자를 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 어레이는:
    유전체 테이퍼링 돌출부들; 및
    상기 유전체 테이퍼링 돌출부들의 표면 상에 배치된 전기 전도성 층;을 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 유전체 테이퍼링 돌출부들을 포함하는 유전체 플레이트를 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  11. 청구항 9 또는 10에 있어서,
    상기 유전체 테이퍼링 돌출부들은 중공이고, 상기 전기 전도성 층은 상기 중공의 유전체 테이퍼링 돌출부들의 외부 표면 또는 내부 표면 상에 배치되는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  12. 무선 주파수(RF) 개구면을 제조하는 방법에 있어서,
    전기 전도성 테이퍼링 돌출부들을 형성하기 위해 전기 전도성 층으로 유전체 테이퍼링 돌출부들의 표면을 코팅하는 단계;
    상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들을 인터페이스 인쇄 회로 보드의 앞측면 상에 장착하는 단계;
    상기 인터페이스 인쇄 회로 보드 상에 및/또는 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드와 평행하게 장착된 제2 인쇄 회로 보드 상에 RF 회로소자를 장착하는 단계; 및
    전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 이웃 쌍들 사이에 차동 무선 주파수(RF) 신호를 수신 또는 적용하기 위해 상기 RF 회로소자를 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들과 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 유전체 테이퍼링 돌출부들은 유전체 플레이트의 표면과 일체형을 이루고, 상기 표면으로부터 연장되며, 상기 코팅하는 단계는 상기 일체형의 유전체 테이퍼링 돌출부들을 적어도 포함하는 유전체 플레이트를 코팅하는 단계를 포함하며,
    상기 방법은:
    상기 코팅 후에, 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들을 서로 갈바닉적으로 절연시키기 위해 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들 사이의 플레이트로부터 상기 코팅을 에칭하는 단계, 또는
    상기 코팅 전에, 상기 코팅이 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들 사이의 플레이트를 코팅하지 않도록 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들 사이의 플레이트 상에 마스크 재료를 증착하여, 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들이 서로 갈바닉적으로 절연되는 단계 중 하나를 더욱 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면 제조 방법.
  14. 청구항 12 또는 13에 있어서,
    상기 RF 회로소자를 장착하는 단계는 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 뒷측면 상에 발룬들을 장착하는 단계를 포함하며; 그리고
    상기 전기적으로 연결하는 단계는, 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드를 통과하는 전기 피드스루들을 통해 상기 발룬들의 각 밸런싱 포트를 2 개의 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들과 전기적으로 연결하는 단계를 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면 제조 방법.
  15. 앞측면 및 뒷측면을 가진 인터페이스 인쇄 회로 보드;
    상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 앞측면 상에 배치된 베이스들을 가지고 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 앞측면으로부터 연장되는 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 어레이, 여기서 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들은 유전체 테이퍼링 돌출부들 및 상기 유전체 테이퍼링 돌출부들의 표면 상에 배치된 전기 전도성 층을 포함함; 및
    상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 뒷측면에 배치되며, 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 이웃 쌍들 사이에 차동 무선 주파수(RF) 신호를 수신 또는 적용하기 위해, 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드를 통과하는 전기 피드스루들을 통해 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 어레이와 전기적으로 연결되는 RF 회로소자;를 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 유전체 테이퍼링 돌출부들을 포함하는 유전체 플레이트를 포함하며,
    상기 전기 전도성 층은, 상기 유전체 테이퍼링 돌출부들이 서로 갈바닉적으로 절연되도록 상기 유전체 테이퍼링 돌출부들 사이에서 상기 플레이트의 부분들을 코팅하지 않는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  17. 청구항 15 또는 16에 있어서,
    상기 유전체 테이퍼링 돌출부들은 중공인, 무선 주파수(RF) 개구면.
  18. 청구항 15 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 회로소자는 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 뒷측면 상에 장착된 전자 구성요소들을 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  19. 청구항 15 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인터페이스 인쇄 회로 보드와 평행하게 배치되고 상기 인터페이스 인쇄 회로 보드의 뒷측면을 향하는 제2 인쇄 회로 보드;를 더욱 포함하며,
    상기 RF 회로소자는 상기 제2 인쇄 회로 보드 상에 장착된 전자 구성요소들을 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  20. 청구항 15 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 회로소자는:
    상기 인터페이스 인쇄 회로 보드를 통과하는 전기 피드스루들을 통해 상기 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 어레이에 인접한 전기 전도성 테이퍼링 돌출부들의 쌍들을 연결하는 밸런싱 포트들을 갖는 발룬들;을 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 RF 회로소자는 2 개의 발룬들의 언밸런싱 포트들을 각각 연결하는 제1 레벨 RF 전력 스플리터/컴바이너들을 더욱 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 RF 회로소자는 2 개의 제1 레벨 RF 전력 스플리터/컴바이너들을 각각 연결하는 제2 레벨 RF 전력 스플리터/컴바이너들을 더욱 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  23. 청구항 20 내지 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 회로소자는 각 발룬의 언밸런싱 포트와 연결되는 신호 조절 회로를 더욱 포함하고,
    상기 신호 조절 회로는:
    RF 송신 증폭기;
    RF 수신 증폭기; 및
    상기 RF 송신 증폭기를 상기 언밸런싱 포트와 동작 가능하게 연결하는 송신모드와, 상기 RF 수신 증폭기를 상기 언밸런싱 포트와 동작 가능하게 연결하는 수신 모드 사이를 스위칭하도록 구성된 RF 스위칭 회로소자;를 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
  24. 청구항 15 내지 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RF 회로소자는 위상 어레이 지향성 RF 송신기 및/또는 위상 어레이 지향성 RF 수신기로서 상기 RF 개구면을 동작하도록 구성된 빔 스티어링 회로소자를 포함하는, 무선 주파수(RF) 개구면.
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