TWI443907B - 平臺積體式整相陣列發送／接收模組 - Google Patents

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TWI443907B
TWI443907B TW098145020A TW98145020A TWI443907B TW I443907 B TWI443907 B TW I443907B TW 098145020 A TW098145020 A TW 098145020A TW 98145020 A TW98145020 A TW 98145020A TW I443907 B TWI443907 B TW I443907B
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Description

平臺積體式整相陣列發送/接收模組
本發明係有關於平臺積體式整相陣列發送/接收模組。
 背景
技術的發展允許大量聲音、視訊、成像及資料資訊的數位化及壓縮。透過無線技術在設備之間傳輸資料的需求需要能在高的資料率下交換正確的資料流。
具有波長在大概1毫米與10毫米之間的至高頻(EHF)電磁能帶可用於無線傳輸大量的資料。該EHF帶包括在56與66千兆赫(GHz)之間的一個60千兆赫(GHz)段(或帶)。此帶可用於高的資料率下毫米波(mm-波)的通訊。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種裝置，包含：多個基體層，該等多個基體層包括有具有一或多個整相陣列元件的一第一基體層；一積體電路，其用以與該一或多個整相陣列元件交換一或多個射頻(RF)信號；及一連接器模組，其用以與該積體電路交換一或多個其他信號，該一或多個其他信號對應於該一或多個RF信號。
圖式簡單描述
在圖式中，相同的參考數字大體上表示相同的、功能上相似及/或結構上相似的元件。首次出現一元件的圖式由參考數字中最靠左的數字表示。本發明將參照附加圖式來描述，其中：第1圖是顯示平面天線元件結構的一整相陣列發送及接收(T/R)模組的一俯視圖；第2圖是第1圖中所示T/R模組的一截面側視圖；第3圖是第2圖進一步顯示一示範整相陣列波束圖案的圖式；以及第4圖是一示範設備實施的一圖式。
 詳細描述
一些實施例對使用多層基體技術的毫米波平面整相陣列類型架構，提供一低成本的整合方式。例如，一些實施例可提供具有多個基體層、一積體電路及一連接器模組之一裝置。該等基體層包括具有一或多個整相陣列天線元件的一第一基體層。該積體電路與該一或多個整相陣列元件交換一或多個毫米波信號。該連接器模組與相對應於該一或多個毫米波信號的積體電路交換一或多個其他信號。例如，此等其他信號可以是基帶或中頻(IF)信號。經降低取樣率轉換的IF信號可以在RF頻率下進行。
透過此等技術的使用，可以提供小型化且裝配簡單，而成本低的毫米波無線設備。此等設備可以操作需要高資料率傳輸的區域網路(WLAN)、無線個人區域網路(WPAN)、HDMI-類型的使用模組。對於此等應用，使用至高頻無線電信號的毫米波通訊是受期望的，因為其提供相當高的通訊流通量，同時允許高頻重新使用可能性。
使用共面波導及/或未屏蔽傳輸結構的現存毫米波通訊技術及系統無法對使用EHF無線電信號的通訊設備，提供小型化且成本低的解決方案。未屏蔽的傳輸線顯示了準橫向電磁特性，且在小型化封裝情境下位在其他結構附近時，遭受性能劣化。包括以塑膠為基礎之金屬化結構的高性能波導結構已經予以提出用於小型化封裝。然而，在大多數設計中，波導的使用會導致大體積的結構。
設計來用以使用具有小波長之EHF無線電信號通訊的天線由於小的天線輪廓，可以設計成使用小形狀因數封裝，允許小型化的天線陣列架構。一些實施例可提供能夠使用毫米波頻率無線電信號(例如資料流通量高達5-10千兆位元每秒的一免執照短程頻帶)來操作的一成本低且小型化的天線陣列。有利地，此可以實現存取點或消費性電子及手持設備之較有效的形狀因數設計，同時增加在各種應用中的可操作性。因此，避免現存天線類型中固有的大體積天線陣列系統。在一高帶寬無線通訊環境中使用至高頻無線電信號的存取點或設備可以對一低成本而小型化的天線陣列系統，實現多方向的無線覆蓋。
一些實施例提供可用於各種應用中的60GHz帶(例如56-66GHz)毫米波(mm-波)通訊設備。因此，一些實施例可與各種設備及系統相結合運用。示範的設備及系統包括一發射器、一接收器、一收發器、一無線通訊站、一無線通訊設備、一無線存取點(AP)、一數據機、一無線數據機、一個人電腦(PC)、一桌上型電腦、一行動電腦、一膝上型電腦、一筆記型電腦、一平板電腦、一伺服器電腦、一機上盒、一手持電腦、一手持設備、一個人數位助理(PDA)設備、一手持PDA設備、一行動台(MS)、一圖像顯示器、一通訊站等。
而且，一些實施例可用於與各種網路相結合。示範網路包括無線網路、區域網路(LAN)、一無線LAN(WLAN)、一都會區域網路(MAN)、無線MAN(WMAN)、廣域網路(WAN)及無線WAN(WWAN)。
此外，一些實施例可用於與根據現存IEEE 802.11、802.11a、802.11b、802.11e、802.11g、802.11h、802.11i、802.11n、802.16、802.16d、802.16e標準及/或未來版本及/或衍生物、及/或上述標準的長期演進(LTE)來操作的網路相結合。而且，一些實施例可用於與個人區域網路(PAN)、無線PAN(WPAN)、單向及/或雙向無線電通訊系統、蜂巢式無線電電話通訊系統相結合。
而且，本發明的實施例可用於與一或多個類型的無線通訊信號及/或系統相結合，例如射頻(RF)、紅外線(IR)、分頻多工(FDM)、正交FDM(OFDM)、分時多工(TDM)、分時多重接取(TDMA)、延伸TDMA(E-TDMA)、通用封包無線服務(GPRS)、延伸的GPRS、分碼多重接取(CDMA)、寬頻CDMA(WCDMA)、CDMA 2000、多載波調變(MDM)、離散多音調(DMT)、藍牙(RTM)、ZigBee(TM)等。
而且，一些實施例可用於以下設備中，諸如蜂巢式電話、無線電話、個人通訊系統(PCS)設備、具有無線通訊能力的PDA設備、多輸入多輸出(MIMO)收發器或設備、單輸入多輸出(SIMO)收發器或設備、多輸出單輸出(MISO)收發器或設備、多接收器鏈(MRC)收發器或設備、具有“智慧型天線”技術或多個天線技術的收發器或設備等。
先前範例以說明及非限制性為目的予以提供。因此，一些實施例可用於各種其他裝置、設備、系統及/或網路中。
貫穿此說明書，參照“一個實施例”或“一實施例”是意指結合該實施例所述的一特定特徵、結構或特性包括在至少一個實施例中。因而，在貫穿此說明書之各個位置所出現的短語“在一個實施例中”或“在一實施例中”不一定都是指同一個實施例。再者，特定的特徵、結構或特性可以任何適當的方式結合於一或多個實施例中。
第1圖是一整相陣列發送及接收(T/R)模組100的一俯視圖。如第1圖所示，T/R模組100包括多個陣列元件1021 -1029 。此等元件由配置於一基體層2021 表面上的一傳導材料組成。可選擇地，此等陣列元件中的一或多個可形成於多個相鄰層上，以產生天線及耦接結構。第1圖以說明而非限制性為目的，顯示了九個陣列元件。因此，一些實施例可在各種圖案或安排中使用任何數目的陣列元件。
第2圖是整相陣列T/R模組100的一截面側視圖。此視圖顯示，T/R模組100包括多個基體層2021 -2026 。雖然顯示了六層，但是一些實施例不限於此數目的層。因而，一些實施例可使用任何數目的層。此外，T/R模組100包括一散熱部分204。
在一些實施例中，基體層2021 -2026 的每一個都具有在大概25與100微米之間的厚度。在其他實施例中，層2021 -2026 的厚度分別在25與50微米之間。然而，一些實施例不限於此等示範的厚度。
基體層2021 -2026 可由各種材料組成。例如，此等層可由一高頻材料類型所形成，諸如一壓板、陶瓷、半絕緣(SI)矽、諸如液晶聚合物(LCP)的低損耗有機物，及羅傑斯公司的RO-系列材料，諸如包含具有極高玻璃轉變溫度的織狀玻璃強化/陶瓷填充之熱固化材料的RO-系列高頻電路材料。一般來說，基體層2021 -2026 (或在某些實施例中為2021 -202N ，其中N表示所使用的層之數目)之材料基於物理、電氣、及化學特性來選擇，如熱膨脹係數，因此其等在毫米波應用中可彼此相容。
散熱部分204提供用於逸散由整相陣列T/R模組100中元件所產生的熱。如第2圖所示，凹部形成於散熱部分204內，以容納一積體電路(IC)208及一連接器模組206。此等凹部相鄰於層2026 。
在一些實施例中，IC 208是一毫米波的整相陣列前端，其放大及轉換毫米波信號為及/或自大概1-15GHz頻率的基帶及數位資料。IC 208可包含具有放大器、濾波器、頻率轉換器及其他積體電路元件的一收發器。然而，IC 208可以提供其他額外及/或替代的特徵。
如第2圖所示，IC 208包括焊墊a、b、c及d。由一傳導材料所組成的此等焊墊分別提供與IC 208相連接的電氣連接體。因而，IC 208經由焊墊a、b、c及d交換信號。
IC 208可透過諸如砷化鎵(GaAs)及磷化銦(InP)的第III及IV族半導體技術來形成。在毫米波頻率下，GaAs及InP可提供高度積體式的解決方案。可選擇地，IC 208可透過鍺化矽(SiGe)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)矽技術來形成。雖然第2圖顯示了一單一積體電路(IC 208)，但是一些實施例可在整相陣列T/R模組100中使用多個積體電路。
除了透過元件1021 -1029 無線交換信號之外，整相陣列T/R模組100可透過一可彎曲(可撓)纜線216與其他設備交換信號。在一些實施例中，可彎曲纜線216可以是傳播RF、類比、數位、DC信號及/或其他類型信號的習知的“可彎曲纜線”。然而，也可使用其他類型的纜線。例如，一些實施例可使用剛性纜線或纜線組。
如第2圖所示，可彎曲纜線216透過散熱部分204中的一開口(例如一通道)，進入整相陣列T/R模組100。此開口指向連接器模組206。如第2圖所示，可彎曲纜線216的一端218連接於連接器模組206。連接器模組206包括可供可彎曲纜線216插入的整合插座接點。
透過連接器模組206的使用，整相陣列T/R模組100有利地避免了印刷電路板(PCB)整合的使用。因此，可以實現尺寸的減小。而且，透過此特徵，整相陣列T/R模組100可直接地整合於具有較小形狀因數需求的平臺環境中。而且，此特徵可有利地較PCB整合方式節省成本。
第2圖顯示積體電路208藉由諸如傳導膏或任何其他適當材料的一材料212附接於散熱部分204。而且，整合於散熱部分204中的一散熱片材料214對IC 208提供改良的散熱。較特別地，散熱片材料214分散在x及y方向上所產生的熱，以使熱不局限在熱產生器(例如IC 208)下的一小區域。在一些實施例中，散熱片材料214、IC 208及/或散熱部分204可具有相似的熱膨脹係數(CTE)。此可有利地確保整相陣列T/R模組100的可靠性。然而，有些實施例可使用其他的熱移除/傳導材料及/或安排。
在一般操作中，整相陣列T/R模組100可與遠端設備交換無線信號。例如，在無線信號的傳輸中，連接器模組206從可彎曲的纜線216接收基帶或中頻(IF)信號、RF信號、接地及/或DC/電源信號。接著，連接器模組206將此等信號提供給IC 208。
例如，第2圖顯示透過傳導線220將一基帶、IF或RF信號提供給IC 208之焊墊c的連接器模組206。根據此信號，IC 208在焊墊a及d處產生毫米波信號。較特別地，IC 208產生橫過一堆疊介層226、一傳導圖案228及一堆疊介層230發送至陣列元件1026 的一第一毫米波信號。
而且，IC 208產生橫過一介層222發送至沈積在層2024 上的一傳導圖案224的一第二RF信號。在基體層2023 上，傳導圖案240與242之間的一開口(例如一槽口)，提供使此RF信號耦接於陣列元件1024 。
相反地，元件1021 -1029 (或在有些實施例中為元件1021 -102M ，其中M表示所使用的元件的數目)可接收毫米波無線信號，且沿著某些路徑將其等提供給IC 208。接著，IC 208產生藉由傳導圖案220發送至連接器模組206的一相對應RF、IF或基帶信號。連接器模組206接著將此信號傳送至可彎曲纜線216。
此外，整相陣列T/R模組100提供遮罩特徵。例如，傳導圖案244及242可以是接地的(或設定為一DC電壓位準)，及透過微小介層232與234相耦接。如上所述，此等接地或DC電壓位準可透過可彎曲纜線216來提供。
因而，整相陣列T/R模組100提供一整合的且路徑選擇複雜的信號(例如毫米波、類比、數位及DC信號)，而不降低毫米波性能。較特別地，整相陣列T/R模組100的頂層(例如基體層2021 )透過僅提供天線陣列元件1021 -1029 而獲得有效地使用。具有天線堆疊金屬圖案的多個基體層可用以增加天線的帶寬及輻射效率。諸如IC 208、整合被動元件、高Q元件、DC邏輯元件、分佈層等的其他元件可位於遠離該等天線元件處，以促使天線圖案不受阻礙，且減少該等天線元件周圍的寄生效應。因此，透過此種具有受控阻抗之複雜的路徑選擇以及在其三維封裝架構上的三維安排，整相陣列T/R模組100可有利地實施為小的封裝尺寸。
而且，天線元件1021 至1029 不受任何其他積體式結構及IC阻礙，且天線陣列佈局可以使用整相陣列T/R模組100的整個上表面(例如基體層2021 的表面)來實現尺寸的減小。多個基體層也可用以產生天線圖案。
雖然第1及2圖顯示了元件的一特定安排，但是有些實施例可使用毫米波天線陣列的各種安排。而且，可使用其他的信號路徑及/或選擇路徑技術。
第3圖是整相陣列T/R模組100的另一截面視圖。特別地，此圖式顯示第2圖的視圖，以及一示範的波束圖案。此波束顯示在位置302a-302g的一波束。此等位置是為了例示說明而非限制地予以提供。因此，有些實施例可提供其他的圖案。各位置302a-302g都指向一不同的仰角。此顯示出(作為仰角的函數)，波束的增益由其最大值快速地降低。
第4圖是可使用整相陣列T/R模組100的一裝置400的一圖式。此裝置可包括於各種設備中，諸如存取點、可攜式設備等。如第4圖所示，此設備包括一主機模組402及整相陣列T/R模組100。
主機模組402與整相陣列T/R模組100交換RF、IF或基帶信號。如第4圖所示，此交換可以透過一纜線216(例如一可彎曲纜線)。接著，整相陣列T/R模組100與遠端設備交換相對應的無線信號(例如毫米波信號)。
在主機模組402與整相陣列T/R模組100之間所交換的信號可相對應於與一或多個協定，及/或與一或多個使用者應用程式相關聯的訊息或資訊。因而，主機模組402可執行相對應於此(等)協定及/或使用者應用程式的操作。示範協定包括各種鏈結控制、媒體存取控制、網路、傳輸及/或交談層協定。示範的使用者應用程式包括電話、發訊息、電子郵件、網頁瀏覽、內容(例如視訊及音訊)分配/接收等。然而，有些實施例不限於此等範例。
主機模組402可以各種方式來實施。例如，主機模組402可包含一或多個處理器及一儲存媒體(例如記憶體)。在一些實施例中，該(等)處理器可執行包含在儲存媒體中的指令。示範處理器包括微處理器及數位信號處理器。然而，其他類型的處理器也可予以使用。該儲存媒體可包含多種類型。
而且，主機模組402可包括用以在數位信號及/或資料以及與整相陣列T/R模組100所交換的信號之間轉變的硬體(例如電路)。
該儲存媒體可以是一實體的媒體。範例包括任何適當類型的記憶體單元、記憶體設備、記憶體物品、記憶體媒體、儲存設備、儲存物品、儲存媒體及/或儲存單元，例如記憶體、可移除或不可移除的媒體、可抹除或不可抹除媒體、可寫入或不可寫入媒體、數位或類比媒體、硬碟、軟碟、光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、可燒錄光碟(CD-R)、可重寫光碟(CD-RW)、光碟、磁性媒體、磁-光媒體、可移除記憶體卡或碟、各種類型的數位通用碟(DVD)、一磁帶、一卡匣等。該等指令可包括使用任何適當的高階、低階、物件導向、視覺化、編譯及/或解譯程式設計語言所實施的任何適當的程式碼，諸如原始碼、編譯碼、解譯碼、可執行碼、靜態碼、動態碼、加密碼等。
儘管本發明的各種實施例已經在上面予以描述，但是應理解的是，它們僅作為範例而呈現出，且不是限制性的。因此，在相關技藝中具有通常知識者清楚的是，形式及細節中的各種改變都可以作出，而不脫離本發明的精神及範圍。因而，本發明的廣度及範圍不應受到上述示範實施例的限制，而應該僅由後面的申請專利範圍及其等效物來定義。
100．．．整相陣列發送及接收(T/R)模組
1021 -1029 ．．．陣列元件
2021 -2026 ．．．基體層
204．．．散熱部分
206．．．連接器模組
208．．．積體電路/IC
212．．．材料
214．．．散熱片材料
216．．．纜線
218．．．端
220、224、228．．．傳導圖案
222．．．介層
226、230．．．堆疊介層
232、234．．．介層
240、242、244．．．傳導圖案
302a~302g．．．位置
402．．．主機模組
a、b、c、d．．．焊墊
第1圖是顯示平面天線元件結構的一整相陣列發送及接收(T/R)模組的一俯視圖；
第2圖是第1圖中所示T/R模組的一截面側視圖；
第3圖是第2圖進一步顯示一示範整相陣列波束圖案的圖式；以及
第4圖是一示範設備實施的一圖式。
100．．．整相陣列發送及接收(T/R)模組
1024 -1026 ．．．陣列元件
2021 -2026 ．．．基體層
204．．．散熱部分
206．．．連接器模組
208．．．積體電路/IC
212．．．材料
214．．．散熱片材料
216．．．纜線
218．．．端
220/224/228．．．傳導圖案
222．．．介層
226/230．．．堆疊介層
232/234．．．介層
240/242/244．．．傳導圖案
a/b/c/d．．．焊墊

Claims (16)

  1. 一種整相陣列發送與接收模組，包含：多個基體層，該等多個基體層包括有具有一或多個整相陣列元件的一第一基體層；一相鄰於一第二基體層之積體電路，其用以與該一或多個整相陣列元件交換一或多個射頻(RF)信號；及一包括至少一整合插座接點之外部連接器模組，其用以與該積體電路交換一或多個其他信號，該一或多個其他信號對應於該一或多個RF信號；一相鄰且緊鄰該第二基體層的散熱層，其中該連接器模組位於該散熱層內的一第一凹部中及其中該積體電路位於由該散熱層所提供的一第二凹部中；其中該等多個基體層包括有該第二基體層；及其中該連接器模組相鄰於該第二基體層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之整相陣列發送與接收模組，其中該等多個基體層包括有在該第一基體層與該第二基體層間之一或多個基體層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之整相陣列發送與接收模組，其更包含位於該散熱層中的一散熱片元件，其中該散熱片元件定位成與該積體電路對準。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之整相陣列發送與接收模組，其中該積體電路藉由一傳導膏材料，附接於該散熱 層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之整相陣列發送與接收模組，其中該一或多個RF信號分別是毫米波信號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之整相陣列發送與接收模組，其中該連接器模組受組配來接納具有一或多個導體的一纜線，該纜線用以傳送該其他信號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之整相陣列發送與接收模組，其更包含一纜線。
  8. 一種具有整相陣列類型架構之裝置，包含：一主機模組；及一整相陣列發送及接收模組，其中該整相陣列發送及接收模組包括：多個基體層，該等多個基體層包括有具有一或多個整相陣列元件的一第一基體層，一積體電路，其用以與該一或多個整相陣列元件交換一或多個射頻(RF)信號，及一包括至少一整合插座接點之外部連接器模組，其用以與該積體電路交換一或多個其他信號，該一或多個其他信號對應於該一或多個RF信號，一相鄰且緊鄰一第二基體層的散熱層，其中該連接器模組位於該散熱層內的一第一凹部中及其中該積體電路位於由該散熱層所提供的一第二凹部中，其中該主機模組用以透過一纜線來與該連接器模 組交換該等其他信號，其中該等多個基體層包括有該第二基體層；及其中該積體電路及該連接器模組相鄰於該第二基體層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該等多個基體層包括有在該第一基體層與該第二基體層間之一或多個基體層。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其更包含位於該散熱層內的一散熱片元件，其中該散熱片元件定位成與該積體電路對準。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該積體電路藉由一傳導膏材料，附接於該散熱層。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該一或多個RF信號分別是毫米波信號。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其更包含該纜線。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該纜線是一可彎曲纜線。
  15. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該一或多個其他信號包括一中頻(IF)信號。
  16. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中該一或多個其他信號包括一基帶信號。
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