TW202139520A - 進階通訊陣列 - Google Patents

進階通訊陣列 Download PDF

Info

Publication number
TW202139520A
TW202139520A TW109138103A TW109138103A TW202139520A TW 202139520 A TW202139520 A TW 202139520A TW 109138103 A TW109138103 A TW 109138103A TW 109138103 A TW109138103 A TW 109138103A TW 202139520 A TW202139520 A TW 202139520A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
array
communication
communication array
amt
electromagnetic
Prior art date
Application number
TW109138103A
Other languages
English (en)
Inventor
湯瑪斯 Ｖ 席基納
約翰 Ｐ 海文
凱文 懷爾德
詹姆斯 Ｅ 班尼迪克
安德魯 Ｒ 紹斯沃斯
瑪莉 Ｋ 赫恩登
Original Assignee
美商雷神公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商雷神公司 filed Critical 美商雷神公司
Publication of TW202139520A publication Critical patent/TW202139520A/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H01Q1/523—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas between antennas of an array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/528—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the re-radiation of a support structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0087—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing antenna arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/40—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with phasing matrix
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/0011—Working of insulating substrates or insulating layers
    • H05K3/0044—Mechanical working of the substrate, e.g. drilling or punching
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/02—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding
    • H05K3/04—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding the conductive material being removed mechanically, e.g. by punching
    • H05K3/043—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding the conductive material being removed mechanically, e.g. by punching by using a moving tool for milling or cutting the conductive material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/12—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/40—Forming printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K3/4038—Through-connections; Vertical interconnect access [VIA] connections
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/10098—Components for radio transmission, e.g. radio frequency identification [RFID] tag, printed or non-printed antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10227—Other objects, e.g. metallic pieces
    • H05K2201/10287—Metal wires as connectors or conductors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Printing Elements For Providing Electric Connections Between Printed Circuits (AREA)
  • Waveguides (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Financial Or Insurance-Related Operations Such As Payment And Settlement (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

一種通訊陣列包括被組配用以排列元件之一支撐結構、以及藉由該支撐結構支撐之複數個陣列元件。各陣列元件均由一先進製造技巧(AMT)程序製作。該支撐結構可由一印刷電路板(PCB)或類似介電材料製作。各陣列元件可包括使用該AMT程序製造之一輻射器及/或波束成形器。該通訊陣列更可包括一銅製垂直發射體(CVL)及/或一電磁邊界。

Description

進階通訊陣列
本揭示係有關於進階通訊陣列。
通訊陣列設計目前運用一標準PCB程序，該程序依賴多個程序步驟、昂貴材料、以及緩慢之循環轉迴時間。習知的PCB製造程序步驟可包括層壓、電鍍、掩蔽、蝕刻、及其他複雜之程序步驟，並且可能需要多個步驟、昂貴及/或有害之材料、多次反覆動作、大量勞力等，這些全都導致成本更高且轉迴時間更慢。另外，習知的PCB製造程序在允許諸如傳輸線(例如：帶線)尺寸、以及導體之間的介電材料之尺寸(例如：介電質厚度、通孔間間距等)等小特徵尺寸方面能力有限，從而限制可藉此類電路支撐之最高頻率信號之範圍。多個程序步驟係成本高及轉迴時間緩慢兩者之驅動因素。
隨著組裝從一個程序移至下一個程序(層壓、傳導通孔回填等)，勞力成本會增加到整個組裝。增加之勞力成本使循環時間增加，導致建置時間長，從而使任何疑難排解階段延長。另外，典型PCB程序不允許生產為了30 GHz及更大頻率之毫米波(mmW)而大小經過調整之陣列所需之小特徵尺寸。使用PCB限制，新開發之陣列正在5G通訊市場中興起。圖1中之10處大致指出藉由此類先前程序製作之一典型通訊陣列。
本揭露之一項態樣係針對一種通訊陣列，其包含被組配用以排列元件之一支撐結構、以及藉由該支撐結構支撐之複數個陣列元件。各陣列元件均由一先進製造技巧(AMT)程序製作。
該通訊陣列之實施例更可包括由一印刷電路板(PCB)或類似介電材料製作該支撐結構。該複數個陣列元件中之各陣列元件可包括使用該AMT程序製造之一輻射器。該支撐結構可包括在其上設置有一導電材料之一表面。一孔隙可具有一正方形形狀，其被銑製到該支撐結構之該表面裡。該複數個陣列元件中之各陣列元件可包括使用該AMT程序製造之一波束成形器。該波束成形器可包括多個接受體及相符之輸出信號跡線。該複數個陣列元件可包括具有64個陣列元件之一8 X 8陣列。各陣列元件可呈正方形形狀，並且包括大約1.69英吋之一長度及寬度。各陣列元件可包括0.210英吋之一總長度及寬度，並且該陣列元件具有0.90英吋之一長度及寬度。一處理面板可用於製造該通訊陣列。該通訊陣列更可包括一銅製垂直發射體(CVL)。該CVL可包括將一銅線鉚固到在該支撐結構中形成之一孔洞裡。該通訊陣列更可包括一電磁邊界。該電磁邊界可包括穿過該支撐結構加工一溝槽、以及以一傳導材料填充該溝槽。該傳導材料可包括藉由該AMT程序塗敷之一傳導油墨。該通訊陣列之一重量可不超出0.7盎司(20克)。
本文中所述之態樣及實例提供設置在諸如手機之各種裝置內之通訊陣列結構。本文中所述之通訊陣列結構有效率地分布信號電流，同時維持特性阻抗並使信號損耗達到最小。本文中所述之通訊陣列結構適用於各種電路板製造，包括射頻電路實施例，並且有助益地施用減性及加性製造技巧。此類技巧可提供能夠在例如28 GHz之微波及毫米波範圍內輸送及容納射頻信號之結構。
本文中所述之概念、系統及技巧指向藉由使用加性製造技術所製作之一通訊陣列結構。本文中所述之製造程序可尤其適用於製作具有實體小特徵之電路結構，該等小特徵能夠例如使用適合的減性(例如：加工、銑製、鑽孔、切割、衝壓)及更重要為加性(例如：填充、流動、3D列印)製造裝備，支援8 GHz至75 GHz或更高範圍之電磁信號。根據本文中所述之系統及方法之電磁電路結構可尤其適用於在28 GHz系統中之應用，包括毫米波通訊、感測、測距等。
要了解，本文中所論述之方法及設備之實施例在應用中不受限於以下說明中所提、或附圖中所示之組件之構造及布置結構之細節。該等方法及設備能夠在其他實施例中實施，並且能夠以各種方式實踐或實行。具體實作態樣之實例在本文中係僅為了說明性目的而提供，並非意欲提供限制。同樣地，本文中使用的措辭與術語目的在於說明，並且不應該視為限制。「包括」、「包含」、「具有」、「含有」、「涉及」、及其變體在本文中之使用旨在含括下文所列之項目及其均等件、以及附加項目。對「或」之引用可視為具有含納性，以使得使用「或」所述之任何用語可指出單一、多於一個、以及全部所述用語中任何一者。對前與後、左與右、頂端與底端、上與下、末端、側邊、垂直與水平、以及之任何引用係意欲便於說明，並非意欲將本案之系統及方法或其組件限制於任何一個位置性或空間性方位。
「射頻」一詞於本文中使用時，非意欲受限於一特定頻率、頻率範圍、頻段、頻譜等，除非上下文明確陳述及/或具體指出。類似的是，「射頻信號」及「電磁信號」等詞可互換使用，並且對於任何特定實作態樣，可意指為用於傳播資訊攜載信號之各種適合頻率之一信號。此類射頻信號大致可在低端受到千赫(kHz)範圍內之頻率約束，並且在高端受到高達數百吉赫(GHz)之頻率約束，以及明確地包括微波或毫米波範圍內之信號。一般而言，與本文中所述系統及方法一致之系統及方法可適用於以低於習知在比例如紅外線信號例如更低頻率之光學器件領域中所處置者之那些頻率來處置非電離輻射。
可將射頻電路之各項實施例設計成帶有經選擇及/或名義上經製造以在各種頻率下操作之尺寸。適當尺寸可選自於一般電磁原理，並且本文中不詳細介紹。
本文中所述之方法及設備與習知程序之能力相比，可支撐更小之布置結構及尺寸。習知的電路板可受限於低於約30 GHz之頻率。本文中所述之方法及設備可允許或容納更小尺寸之電磁電路之製造，其適用於意欲以更高頻率運作之射頻電路，使用的是更安全且更不複雜之製造，成本更低。
與本文中所述電磁電路及製造方法一致之電磁電路及製造方法包括各種加性及減性製造技巧，用以生產與習知電路及方法相比，能夠以更低外形且更低成本、更短循環時間及更小設計風險來處置更高頻率之電磁電路及組件。技巧之實例包括從一基板之一表面加工(例如：銑製)傳導材料以形成傳輸波相控陣列，其可具有比習知PCB程序所允許者顯著更小之尺寸，加工一或多個基板以形成一溝槽，所使用的是三維列印技巧，將印刷之傳導油墨沉積到該溝槽裡以形成一連續電性屏障(例如：一法拉第壁)(與在接地通孔之間帶有最小間距之一系列接地通孔截然不同)，藉由穿過一部分基板對一孔洞進行加工(諸如銑製、鑽孔、或打孔)所形成、並且內有置放一導體(諸如一電線部段)及/或印刷傳導油墨之「垂直發射體」信號路徑，用以與設置在基板(或一對立基板)之一表面上之一傳輸線電氣接觸，以及將3維列印技巧用於沉積印刷之電阻性油墨以形成電阻性元件。
可將以上例示性技巧及/或其他技巧中之任何一種技巧(例如：焊接及/或焊料回焊)組合以施作各種電磁組件及/或電路。此類技巧之態樣及實例在本文中係針對一波相控陣列描述及繪示成在一個維度中沿著一電磁電路之一層含有及輸送一電磁信號，並且任選地，在另一維度中垂直穿至該電路之其他層。本文中所述之技巧可用於形成各種電磁組件、連接器、電路、總成、以及系統。
本揭露之實施例之通訊陣列結構利用先進製造技巧(AMT)來為5G通訊市場建置一商用可行之相控陣列。可實施AMT方法之設計使生產成本顯著降低、可快速原型化、以及進行客製化以符合設計需求。通訊陣列使用AMT來小型化組件尺寸，以配合在例如28 GHz之一所欲頻率下運作所需之陣列尺寸。這突破了標準光蝕刻或印刷電路板(PCB)製造程序之目前限制。
本文中所揭示之通訊陣列結構藉由提供使用AMT提供之能力的一設計來解決與習知PCB製造程序相關聯之問題。AMT機器之銑製及印刷能力允許一陣列在所欲頻率下運作所需之更小特徵尺寸。該等尺寸對於跡線寬度可向下縮小到0.002英吋，對於通孔直徑可縮小到0.005英吋。印刷之傳導法拉第壁係用於侷限電場，並且可如銑製其他特徵在相同製造步驟中生產。這節省顯著之勞力成本，驅使總成之總成本降低。最後，自訂印刷連接器介面可用於標準同軸及整合式晶片(IC)連接。
通訊陣列結構使用AMT技巧，諸如法拉第壁、銅製垂直發射體(CVL)連接、單步銑製與填充操作、以及銑製之銅製跡線。其代表採用可靠方式將AMT用於生產有成本效益之陣列所製造之一陣列。其他陣列設計不具有小型特徵尺寸、印刷傳導元件、快速原型化能力、以及與標準連接器連接之組合。
請參照圖式，並且更特別的是，請參照圖2及3，20處大致指出本揭露之一實施例之一通訊陣列。在一項實施例中，通訊陣列20包括由一印刷電路板(PCB)或類似介電材料製作之一支撐結構22。支撐結構之實例可包括玻璃纖維、聚四氟乙烯(PTFE)、或通常用於電路卡之其他介電材料。儘管通常呈平面、剛性及直線，支撐結構仍可以是保形及/或撓性結構。支撐結構可以是單塊或多層結構。通訊陣列20更包括一元件陣列，24處指出各元件，包括但不限於可根據本揭露之例示性實施例使用加性製造技巧形成之輻射器、波束成形器、電路層、及/或微帶層。在所示實施例中，通訊陣列20被組配為包括64個陣列元件24之一8 X 8陣列。在一些實施例中，通訊陣列20呈正方形形狀，並且包括大約1.69英吋之一長度及寬度。在一些實施例中，各陣列元件24包括0.210英吋之一總長度及寬度，並且該陣列元件具有0.90英吋之一長度及寬度。
舉例而言，在一項實施例中，陣列元件24可包括使用一加性製造技術(AMT)製造程序製造之一輻射器。支撐結構22可被組配用以包括設置在一第二介電基板上方並與之接合(或按其他方式耦合)之一第一介電基板。提供第一基板之一表面，該表面上方設置有一導電材料(例如：銅或一等效傳導材料)。將具有一正方形形狀之一孔徑天線元件(或更簡單地稱為「孔隙」)銑製到第一介電基板之表面裡以產生輻射體。在某一實施例中，正方形孔隙係藉由一AMT銑製操作形成，該AMT銑製操作將傳導材料從基板表面移除以形成該正方形孔隙。在一些實施例中，傳導材料係以設置在基板表面上方，具有一0.0007英吋厚度之銅(即½盎司(oz)銅)提供。因此，特定孔隙寬度係根據各種因素來選擇，包括，但不限於所欲操作頻率(或操作頻寬)、提供輻射器之基板之厚度以及孔隙之特定形狀。
在另一實施例中，陣列元件24可包括使用一加性製造技術(AMT)製造程序製造之一波束成形器。波束成形器可大致稱為一電磁電路結構，可使用一加性製造技術(AMT)製造程序來製造。可將該波束成形器製作成具有多個接受體及相符之輸出信號跡線。
請參照圖4，40處大致指出用於製造通訊陣列之一處理面板。處理面板40被組配用以促進通訊陣列之小型化、低成本、及快速原型化。藉由運用AMT技術，通訊陣列可實現28+ GHz頻率之小型化特徵尺寸及矮型。具體而言，AMT針對一應用，縮減兩陣列特徵尺寸、降低商用可行相控陣列之製作成本、提供銑製及印刷之壁件以提供隔離、允許陣列外形(厚度)符合平台限制條件、以及允許具有一寬頻寬之貼片輻射器幾何形狀。AMT進一步促進縮短開發及生產之循環時間，例如5週製作及組裝。
請參照圖5，其繪示一主動電路布局50之一實例，可製造通訊陣列20以達成產生小於12.5 W平均消散之小尺寸要求。舉例而言，電路布局50可實現使用傳統PCB製作方法目前無法實現之2.0密耳跡線寬度。
請參照圖6，可將通訊陣列製造成包括在60處大致指出之一銅製垂直發射體(CVL)。垂直互連或通孔在穿過一或多個相鄰層之平面延伸之一實體電子電路中之各層之間提供一電氣連接。當需要非常小之通孔時，可藉由諸如雷射或電漿鑽孔等鑽孔除外之一程序來產生通孔。在某些實施例中，孔洞係穿過印刷電路板來鑽出。傳統方法涉及藉由電鍍或插入空心金屬孔眼使孔洞具有傳導性，用以連接板層。一CVL 60可藉由將銅線鉚固到孔洞裡來產生。在一些已知實施例中，舉例而言，穿孔組件之引線係插入到孔洞裡並且藉由一波焊程序來焊接。目前，CVL已取代鍍覆傳導通孔。
請參照圖7，可將通訊陣列製造成包括一電磁邊界，例如一法拉第壁，其大致係於70處指出。此一電磁邊界70可施行一電磁信號之邊界條件，舉例而言，用以控制或限制一信號及/或特性阻抗之模式，或可提供隔離以將信號侷限於一電磁電路之一區域。提供一法拉第壁或邊界以取代通孔圍籬並防止電路之一個區域處之一信號影響電路之另一區域，例如屏蔽。在一項實施例中，法拉第壁係「垂直」穿過一或多個基板提供一電磁邊界之一導體。法拉第壁可藉由穿過該(等)基板加工一溝槽至一接地平面並以一傳導材料填充該溝槽來製作，該傳導材料諸如係憑藉例如3D列印之加性製造技巧所塗敷之一傳導油墨。傳導油墨在凝結時，可形成一實質電氣連續導體。
在一些實施例中，該通訊陣列可被組配成輕型陣列，例如0.7盎司(20克)，具有低消散並且在直流電力下運作。
在一些實施例中，該通訊陣列可被組配為單一掃描束，例如一RHCP極化天線。
在一些實施例中，該通訊陣列可被組配用以實現一60°錐形掃描容積。
在一些實施例中，該通訊陣列提供一低成本、低消散、輕型相控陣列以在5G通訊市場中運作。
在一些實施例中，該通訊陣列可適用於多種地面用途及環境。
在一些實施例中，該通訊陣列係使用包括一基於機器人之CAD驅動程序在內之AMT程序來製作。
在一些實施例中，該電路可先予以特性化再組裝到該通訊陣列裡，使總產出更高且有缺陷部件之報廢更少。
AMT於本文中使用時，意指為用於生產物體之製造程序、裝備及材料。舉例而言，AMT可包括用於生產三維物體之3D列印程序。可實施其他程序，諸如噴射、融合、擠出、沉積及層壓程序。確定採用哪種程序之因素包括但不限於生產速度、成本、材料使用及幾何限制。
使用AMT技巧移除與習知印刷電路板程序相關聯之大部分耗成本操作。另外，建置時間縮短且勞力減少。當相較於使用RF佈纜時，與本揭露之實施例之輻射器及波束成形器設計相關聯之材料及程序不昂貴。AMT技巧使印刷之法拉第壁能夠提供出色之隔離，而不用鍍覆通孔。
下文詳細論述再其他態樣、實例、及優點。本文中所揭示之實施例可採用與本文中所揭示之原理中之至少一者一致之任何方式與其他實施例組合，並且對「一實施例」、「一些實施例」、「一替代實施例」、「各項實施例」、「一項實施例」或類似者之諸參照不必然互斥，並且係意欲指出至少一項實施例中可包括所述之一特定特徵、結構、或特性。本文中此類用語之出現不必然全都意指為相同實施例。本文中所述之各項態樣及實施例可包括用於進行任何所述方法或功能之構件。
可落實本文中所述之系統及方法之進一步優點。舉例而言，與本文中所述之系統及方法作比較，習知的PCB製造可對諸如信號跡線寬度之電路特徵尺寸施加限制，從而限制習知施作之電磁電路可適用之最高頻率。再者，基板厚度影響與跡線之寬度有關之特性阻抗(例如，導因於與對立表面上所設置接地平面之距離)。因此，習知PCB程序所需之更寬跡線造成選擇較厚之基板(以維持一特定之特性阻抗)，從而限制電路可製造之薄度。舉例而言，習知PCB製造下之一般建議包括總厚度約為60密耳(0.060英吋)。藉由比較，使用加性製造技巧，與所述態樣及實施例相符之通訊陣列中使用之電磁電路可導致電路板具有厚度低至約10 mil或更小之一矮型，且具有約4.4密耳、或2.7密耳、或更小寬度之信號線跡線、以及與板材之一表面實質齊平之互連幾何形狀。
與本文中所述態樣及實施例相符之通訊陣列及方法使用加性製造技巧，允許用以連接接地平面之電氣連續結構。因此，垂直穿過一或多個基板(例如，在基板之對立表面之間)提供並設置一電氣連續結構以形成侷限電場之「法拉第壁」。在各項實施例中，此類法拉第壁可將二或更多個接地平面電氣耦合。再者，在各項實施例中，此類法拉第壁可侷限電磁場並將電磁場與鄰近電路組件隔離。在一些實施例中，此類法拉第壁可施行一邊界條件以將通訊陣列中使用之電磁信號限制為局部橫向電磁(TEM)場，舉例而言，將信號傳播限制為一TEM模式。
在各項實施例中，可按各種次序實行各種減性(銑製、鑽孔)、加性(印刷、填充)、及附著(接合)步驟，根據需要伴隨焊接及回流操作，以形成具有一個或任意數量之基板層的一電磁電路，其可包括如本文中所述之一或多個互連特徵。
用於施作供通訊陣列用之各種電磁電路中之任何一種電磁電路之一通用方法舉例而言，包括銑製設置在一基板上之一傳導材料以形成電路特徵、印刷(或例如經由3D列印之沉積、加性製造技巧)附加電路特徵，諸如由電阻性油墨所構成之電阻器。該方法可包括根據需要將焊料沉積在任何特徵上，例如沉積在端子墊352上。該方法亦可包括穿過基板材料(及/或傳導材料)銑製(或鑽孔)以形成開口，諸如空穴、通孔或溝槽，並且包括將傳導材料(例如：傳導油墨或一電線導體)(例如，經由3D列印、加性製造技巧)沉積或印刷到空穴/溝槽裡，舉例而言，用以形成法拉第壁或垂直信號發射體(例如：銅)。這些步驟中之任何步驟均可針對一給定電路設計根據需要予以按不同次序進行、重複、或省略，並且可包括本文中所述之互連結構。在一些實施例中，多個基板可涉及一電磁電路之製造，並且該方法包括根據需要接合進一步基板、以及進一步銑製及填充操作。
已針對為一通訊陣列製造一電磁電路說明至少一項實施例之數項態樣以及一方法，以上說明可運用於生產帶有一10密耳(0.010英吋，254微米)或更小總厚度之各種電磁電路，並且可包括信號跡線，諸如窄到4.4密耳(111.8微米)、2.7密耳(68.6微米)、或甚至窄到1.97密耳(50微米)之跡線，端視各種銑製及加性製造裝備之容差及準確度而定。因此，與本文中所述相符之電磁電路可適用於X頻段及更高頻率，並且在一些狀況中，高達70 GHz或更高頻率。
另外，與本文中所述相符之通訊陣列用電磁電路可具有一充分矮型(例如：厚度為10密耳或更小)，伴隨相符之輕量，以適用於外太空應用，包括要在置於外太空時藉由展開予以部署之折疊結構。
再者，與本文中所述方法相符所製造之電磁電路接納較不昂貴且更快速之原型化，而無需使用苛性化學品、掩蔽、蝕刻、電鍍等。在一個或兩個表面(側面)上設置有預鍍傳導材料之簡單基板可形成核心起始材料，並且一電磁電路之所有元件都可藉由銑製(減性，鑽孔)、填充(加性，傳導性及/或電阻性油墨之印刷)、以及接合一或多個基材來形成。本文中所述之方法及系統接納簡單之焊料回焊操作及簡易導體(例如：銅線)之插入。
再者，與本文中所述之方法相符所製造之電磁電路可接納非平面表面上之部署、或召喚非平面表面之設計。諸如本文中所述之矮型電磁電路及其他電磁電路可使用如本文中所述之銑製、填充、及接合技巧來製造，用來生產具有任何所欲輪廓之電磁電路，舉例來說，用以附著至一表面(諸如一車輛)或用以支撐一複雜陣列結構。
如本文中所揭示，製造非常具有可重複性，並且現場組裝得以簡化。相較於同軸纜線，AMT技巧降低帶線中之損耗。可為隨機化同時Rx波束生產子陣列波束成形方法。可擴張設計由互鎖部件所構成。完全相同之部件用於各種輸入組態。RF波束成形器電路包含互鎖PWB。最大電路尺寸增大。組裝程序無環氧化物、無膠且無層壓。從組裝消除習知的RF連接器。
已說明較佳實施例，其用於說明各種概念、結構及技巧，其係本專利之主題，所屬技術領域中具有通常知識者現將變為明白可使用合併這些概念、結構及技巧之其他實施例。另外，可將本文中所述不同實施例之元件組合以形成以上未具體提出之其他實施例。
因此，可知本專利之範疇應該不受限於所述實施例，而是應該僅受限於以下申請專利範圍之精神及範疇。
10,20:通訊陣列 22:支撐結構 24:陣列元件 40:處理面板 50:主動電路布局 60:CVL 70:電磁邊界
至少一項實施例之各項態樣係於下文參照附圖論述，該等附圖非意欲按照比例繪示。包括附圖是為了繪示及進一步理解各項態樣及實施例，以及該等附圖被併入且構成本說明書之一部分，但非意欲作為本揭露之限制之一定義。在圖式中，各種圖式中所示的各等同或幾乎等同組件可藉由一相似符號來代表。為求清楚，並非每個組件都可在每張圖式中標示。從該等圖式之以下說明中，可更完全理解前述特徵，在該等圖式中： 圖1係具有一傳統通訊陣列之一裝置的一透視圖； 圖2係本揭露之一實施例之一通訊陣列的一透視圖； 圖3係圖2所示通訊陣列的一平面圖； 圖4係用於處理通訊陣列之一處理面板的一平面圖； 圖5係一通訊陣列之一電路布局的一平面圖； 圖6係設置在一通訊陣列中之一銅製垂直發射體(CVL)的一透視圖；以及 圖7係設置在一通訊陣列中之一法拉第壁的一透視圖。
20:通訊陣列
22:支撐結構
24:陣列元件

Claims (17)

  1. 一種通訊陣列，其包含： 一支撐結構，其被組配用以排列元件；以及 複數個陣列元件，其藉由該支撐結構支撐，各陣列元件均由一先進製造技巧(AMT)程序製作。
  2. 如請求項1之通訊陣列，其中該支撐結構係由一印刷電路板(PCB)或類似介電材料製作。
  3. 如請求項1之通訊陣列，其中該複數個陣列元件中之各陣列元件包括使用該AMT程序製造之一輻射器。
  4. 如請求項3之通訊陣列，其中該支撐結構包括在其上設置有一導電材料之一表面。
  5. 如請求項4之通訊陣列，其中將具有一正方形形狀之一孔隙銑製到該支撐結構之該表面裡。
  6. 如請求項1之通訊陣列，其中該複數個陣列元件中之各陣列元件包括使用該AMT程序製造之一波束成形器。
  7. 如請求項6之通訊陣列，其中該波束成形器包括多個接受體及相符之輸出信號跡線。
  8. 如請求項1之通訊陣列，其中該複數個陣列元件包括具有64個陣列元件之一8 X 8陣列。
  9. 如請求項1之通訊陣列，其中各陣列元件呈正方形形狀，並且包括大約1.69英吋之一長度及寬度。
  10. 如請求項9之通訊陣列，其中各陣列元件包括0.210英吋之一總長度及寬度，並且該陣列元件具有0.90英吋之一長度及寬度。
  11. 如請求項1之通訊陣列，其中一處理面板係用於製造該通訊陣列。
  12. 如請求項1之通訊陣列，其更包含一銅製垂直發射體(CVL)。
  13. 如請求項12之通訊陣列，其中該CVL包括將一銅線鉚固到在該支撐結構中形成之一孔洞裡。
  14. 如請求項1之通訊陣列，其更包含一電磁邊界。
  15. 如請求項14之通訊陣列，其中該電磁邊界包括穿過該支撐結構加工一溝槽、以及以一傳導材料填充該溝槽。
  16. 如請求項15之通訊陣列，其中該傳導材料包括藉由該AMT程序塗敷之一傳導油墨。
  17. 如請求項1之通訊陣列，其中該通訊陣列之一重量不超出0.7盎司(20克)。
TW109138103A 2019-11-14 2020-11-02 進階通訊陣列 TW202139520A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/683,593 2019-11-14
US16/683,593 US11145952B2 (en) 2019-11-14 2019-11-14 Advanced communications array

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202139520A true TW202139520A (zh) 2021-10-16

Family

ID=73598963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109138103A TW202139520A (zh) 2019-11-14 2020-11-02 進階通訊陣列

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11145952B2 (zh)
EP (1) EP4059092A1 (zh)
JP (1) JP2023502938A (zh)
KR (1) KR102459055B1 (zh)
CN (1) CN114902494A (zh)
IL (1) IL292817B2 (zh)
TW (1) TW202139520A (zh)
WO (1) WO2021096717A1 (zh)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4453730B2 (ja) * 2007-09-04 2010-04-21 三菱電機株式会社 Ｒｆｉｄタグの製造方法
US8901688B2 (en) * 2011-05-05 2014-12-02 Intel Corporation High performance glass-based 60 ghz / mm-wave phased array antennas and methods of making same
JP2016127481A (ja) * 2015-01-06 2016-07-11 株式会社東芝 偏波共用アンテナ
EP3262711B1 (en) * 2015-02-26 2020-11-18 The Government of the United States of America as represented by the Secretary of the Navy Planar ultrawideband modular antenna array having improved bandwidth
US20180045698A1 (en) * 2016-08-11 2018-02-15 U.S.A. As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Enhancing sensitivity by directly printing nanosensors using advanced manufacturing techniques on a pre-amp board or a daughterboard
US20180183146A1 (en) 2016-12-27 2018-06-28 Raytheon Company Circuits and techniques for a via-less beamformer
US10649081B2 (en) * 2017-09-29 2020-05-12 United States of America as represented by the Administrators of NASA Spaceborne synthetic aperture radar system and method
WO2019094337A1 (en) 2017-11-10 2019-05-16 Raytheron Company Additive manufacturing technology (amt) low profile radiator
JP6867274B2 (ja) * 2017-11-27 2021-04-28 京セラ株式会社 アレイアンテナ基板および通信モジュール
US11432408B2 (en) * 2018-05-18 2022-08-30 Raytheon Company Additive manufactured reactive beamformer
US11145977B2 (en) * 2019-06-14 2021-10-12 Raytheon Company Interlocking modular beamformer

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021096717A1 (en) 2021-05-20
US20210151855A1 (en) 2021-05-20
KR20220065878A (ko) 2022-05-20
KR102459055B1 (ko) 2022-10-26
EP4059092A1 (en) 2022-09-21
CN114902494A (zh) 2022-08-12
JP2023502938A (ja) 2023-01-26
WO2021096717A8 (en) 2022-03-10
US11145952B2 (en) 2021-10-12
IL292817B2 (en) 2023-03-01
IL292817A (en) 2022-07-01
IL292817B (en) 2022-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10826147B2 (en) Radio frequency circuit with a multi-layer transmission line assembly having a conductively filled trench surrounding the transmission line
US20230121347A1 (en) Additive manufacturing technology microwave vertical launch
US11569574B2 (en) Millimeter wave phased array
CN111567148B (zh) 射频电路中的增材制造技术（amt）法拉第边界
EP3794678B1 (en) Additive manufactured reactive beamformer
US10631405B1 (en) Additive manufacturing technology (AMT) inverted pad interface
TW202139520A (zh) 進階通訊陣列
TWI835793B (zh) 射頻電路中之積層製造技術(amt)的法拉第邊界