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公開番号2025131806
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-09
出願番号2025097896,2022562615
出願日2025-06-11,2021-01-22
発明の名称独立したRFICチップ及びアンテナ素子格子配置を有するアンテナアレイ
出願人ヴィアサット,インコーポレイテッド,ViaSat,Inc.
代理人弁理士法人NIP&SBPJ国際特許事務所
主分類H01Q 21/24 20060101AFI20250902BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】RFICのI/Oパッドがアンテナ素子の給電点と整列されているため、伝送線路及び/又は第1の層と第2の層との間の追加の再配線層を回避することができ、コンパクトで低損失の設計を可能にする分散型RFICチップを有するアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置は、第1の格子配置(例えば、長方形)に配置された複数のRFIC110を有する第1の構成要素層を含み、各RFICは、ビーム形成回路を含む。第2の平行な構成要素層は、第1の構成要素層に重なり、第2の異なる格子配置(例えば、三角形)に配置された複数のアンテナ素子120を含む。アンテナ素子は各々、RFICの入出力(I/O)パッドに接続されたそれぞれの給電点122を有する。各I/Oパッドは、第1の層及び第2の層に直交する軸に沿って、I/Oパッドに接続された給電点と整列される。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
アンテナ装置であって、
第１の格子配置を有する第１の平面内に配置された複数の無線周波数集積回路チップ（ＲＦＩＣ）を含む第１の構成要素層であって、各ＲＦＩＣは、ビーム形成回路を含む、第１の構成要素層と、
前記第１の構成要素層に重ね合わされ、第２の異なる格子配置を有する、前記第１の平面に平行な第２の平面内に配置された複数のアンテナ素子を含む第２の構成要素層であって、前記アンテナ素子は、各々がＲＦＩＣの入出力（Ｉ／Ｏ）パッドに接続されたそれぞれの給電点を有し、各Ｉ／Ｏパッドは、前記第１及び第２の平面に直交する軸に沿って前記給電点に接続され整列される、第２の構成要素層と、
を備える、アンテナ装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第１の格子配置は、長方形であり、前記第２の格子配置は、三角形である、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の構成要素層と第２の構成要素層との間のアンテナ基板と、前記アンテナ基板を貫通して延在する複数のビアとを更に備え、前記ビアの各々は、前記アンテナ素子のうちの１つを前記ＲＦＩＣの複数のＩ／Ｏパッドのうちの１つに接続する、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記複数のＩ／ＯパッドはフリップチップＩ／Ｏパッドであり、各フリップチップＩ／Ｏパッドはフリップチップ電気接続ジョイントを介して前記ビアのうちの１つに電気的に接続され、各ＲＦＩＣのアクティブダイ側は前記アンテナ基板に面する、請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記フリップチップ電気接続ジョイントは、前記アンテナ基板と前記第２の構成要素層との間のアンダーフィル層によって取り囲まれており、
前記アンテナ装置は、前記第２の構成要素層と前記アンダーフィル層との間にポリマーオーバーコート層を更に備える、請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
各ＩＣチップのアクティブダイ側は、前記アンテナ基板に対向している、請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記複数のビアは、複数の第１のビアであり、
前記アンテナ装置は、
各々がＲＦＩＣの非アクティブ側から前記ＲＦＩＣのアクティブ側まで延在する複数の第２のビアと、
各々が第１のビアの端部を第２のビアの端部に接続する複数の電気接続ジョイントと、を更に備える、請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記複数の電気接続ジョイントは各々、前記アンテナ基板と前記第２の構成要素層との間のアンダーフィル層によって取り囲まれている、請求項７に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記ＲＦＩＣの各々は、Ｎ個の前記アンテナ素子の対応する複数の給電点に接続された複数のＮ個のＩ／Ｏパッドを含む、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記アンテナ素子の各々は、円偏波パッチアンテナ素子であり、
前記複数のアンテナ素子のうちの第１のアンテナ素子は、前記第１のアンテナ素子の中心から第１の方向にオフセットされた少なくとも１つの給電点を有し、前記複数のアンテナ素子のうちの第２のアンテナ素子は、前記第２のアンテナ素子の中心から前記第１の方向とは異なる第２の方向にオフセットされた少なくとも１つの給電点を有し、前記第１及び第２の方向は、共通の座標系に対して規定される、請求項９に記載のアンテナ装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本特許出願は、「ＡｎｔｅｎｎａＡｒｒａｙｗｉｔｈＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔＲＦＩＣＣｈｉｐａｎｄＡｎｔｅｎｎａＥｌｅｍｅｎｔＬａｔｔｉｃｅＧｅｏｍｅｔｒｉｅｓ」と題する、２０２０年４月１６日に出願された米国特許仮出願第６３／０１１，０５６号に対する優先権の利益を主張し、当該特許仮出願の全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 2,800 文字）【０００２】
（発明の分野）
本開示は、一般に、分散型ＲＦＩＣチップを有するアンテナアレイに関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の考察
アンテナアレイは現在、航空機、衛星、車両、一般的な陸上通信用の基地局などで、マイクロ波及びミリ波周波数の様々な用途に使用されている。このようなアンテナアレイは、典型的には、ビームを方向付けするためのフェーズドアレイを形成するために、位相シフトビーム形成回路を用いて駆動されるマイクロストリップ放射素子を含む。多くの場合、アンテナアレイ及びビーム形成回路を含むアンテナシステム全体が、必要な性能メトリックを満たす一方で、低プロファイルの最小空間しか占有しないことが望ましい。
【０００４】
「埋め込み」アンテナアレイは、コンパクトな構造で無線周波数集積回路チップ（ＲＦＩＣ）と一体化されたアンテナ素子により構成されたアンテナアレイとして定義してもよい。埋め込みアレイは、アンテナ素子が外部の構成要素層内に配置され、アンテナ素子層の背後にある、近接する平行の構成要素層内の有効アンテナ開口にわたってＲＦＩＣ（無線周波数集積回路チップ）が分散されたサンドイッチ型構成を有することができる。ＲＦＩＣは、送信用の電力増幅器（ＰＡ）、受信用の低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）、及び／又はビームステアリング用の位相シフタを含むことができる。ＰＡ（電力増幅器）及びＬＮＡ（低ノイズ増幅器）をこのように分散することによって、送信時のより高い効率及び受信時の改善されたノイズ性能が達成可能である。アンテナアレイの信頼性も向上させることができ、これは、増幅器のうちの少数が誤動作したとしても、全体的なアンテナ性能が依然として許容可能だからである。ＲＦＩＣは、典型的には、フィルタ、インピーダンス整合素子、ＲＦカプラ、送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ及び制御線などの他のビーム形成回路を含む。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の一態様では、アンテナ装置は、第１の格子配置を有する第１の平面に配置された複数のＲＦＩＣを含む第１の構成要素層を含み、各ＲＦＩＣはビーム形成回路を含む。第２の構成要素層は、第１の構成要素層に重ね合わされ、第１の平面に平行な第２の平面に第２の異なる格子配置で配置された複数のアンテナ素子を含む。アンテナ素子は各々、ＲＦＩＣの入出力（Ｉ／Ｏ）パッドに接続されたそれぞれの給電点を有する。Ｉ／Ｏパッドは、第１及び第２の平面に直交する軸に沿って、Ｉ／Ｏパッドに接続された給電点と整列される。
【０００６】
第１の格子配置は長方形であってもよく、第２の格子配置は三角形であってもよい。
【０００７】
ＲＦＩＣのＩ／Ｏパッドがアンテナ素子の給電点と整列されているため、伝送線路及び／又は第１の層と第２の層との間の追加の再配線層を回避することができ、コンパクトで低損失の設計を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
開示された技術の上記及び他の態様及び特徴は、同様の参照符号が同様の素子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。同じ又は類似のタイプの様々な要素は、参照ラベルにダッシュ及び同じ／類似の要素の間で区別する第２のラベルを付け足すか（例えば、－１、－２）、又は参照ラベルに第２のラベルを直接付け足す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、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じ／類似の要素のうちのいずれか１つに適用可能である。要素及び特徴は、図面の縮尺に描かれていない場合がある。
一実施形態による例示的なアンテナ装置の平面図である。
図１のアンテナ装置におけるアンテナ素子及びＲＦＩＣの格子配置の一例を示す図である。
図１の線３－３に沿うアンテナ装置の一部の断面図である。
アンテナ装置におけるアンテナ素子とＲＦＩＣとの接続構造の一例を示す断面図である。
図４Ａの線４Ｂ－４Ｂに沿った断面図であり、接地－信号－接地接続構成を示す。
アンテナ装置におけるアンテナ素子とＲＦＩＣとの接続構造の別の例を示す断面図である。
アンテナ装置におけるアンテナ素子とＲＦＩＣとの間の例示的なフリップチップ接続の断面図である。
アンテナ装置におけるアンテナ素子とＲＦＩＣとの間の例示的なデュアルビア型接続の断面図である。
図７Ａのデュアルビア型接続を包含する例示的な拡張接続構造を示すアンテナ装置の例示的な部分の断面図である。
接続されたＲＦＩＣに対するアンテナ給電位置の配置のそれぞれの例を示す。
接続されたＲＦＩＣに対するアンテナ給電位置の配置のそれぞれの例を示す。
接続されたＲＦＩＣに対するアンテナ給電位置の配置のそれぞれの例を示す。
図８Ｂの配置に従って配置されたＩ／Ｏパッドを有するＲＦＩＣ内のビーム形成回路の例示的なレイアウトを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の説明は、添付の図面を参照して、例示目的のために本明細書に開示される技術の特定の例示的実施形態の包括的な理解を支援するために提供される。本明細書は、技術を理解する当業者を支援す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であると見なされるべきである。簡潔さ及び明瞭さのために、周知の機能及び構造の説明は、当業者が技術を理解することを不明瞭にし得る場合には、周知の機能及び構造の説明を省略することができる。
【００１０】
図１は、一実施形態による例示的なアンテナ装置１００の上面図である。アンテナ装置１００は、第１の平面内にアンテナアレイを形成する複数のアンテナ素子１２０を備える上部構成要素層と、第１の平面に平行な第２の平面内に配置され、アンテナ素子１２０に接続された複数の無線周波数集積回路チップ（ＲＦＩＣ）１１０を備える下部構成要素層とを有する薄い積層構造で構成してもよい。基板１５０は、上部構成要素層と下部構成要素層との間に配置してもよい。アンテナ素子１２０との間で信号エネルギーを反射するための接地平面（図示せず）を、基板１５０の下面に印刷してもよい。統合アンテナ素子１２０及びＲＦＩＣ１１０を有するこのような多層構造により、アンテナ装置１００は埋め込みアンテナアレイと呼ばれることがある。以下の説明では、説明の便宜上、水平面／方向は、一般的に、アンテナ装置１００の主面に平行な平面／方向を指し、垂直方向は、直交方向、すなわち、アンテナ装置１００の厚さ方向を指す。
（【００１１】以降は省略されています）

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