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TW201941551A - 相控陣列天線用之波束成形器格組 - Google Patents

相控陣列天線用之波束成形器格組 Download PDF

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TW201941551A
TW201941551A TW108104963A TW108104963A TW201941551A TW 201941551 A TW201941551 A TW 201941551A TW 108104963 A TW108104963 A TW 108104963A TW 108104963 A TW108104963 A TW 108104963A TW 201941551 A TW201941551 A TW 201941551A
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TW
Taiwan
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layer
beamformer
network
traces
networks
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Application number
TW108104963A
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Inventor
尼爾 亞佩汀
恰拉 佩萊帝
索倫 尚席奈杰德
阿里雷札 馬漢法
Original Assignee
美商太空探索科技公司
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Abstract

在實施例中，一種設備包括：一波束成形器，其包括多個輸入及多個輸出；多個輸入通路；及多個輸出通路。該多個輸入中之每一輸入電氣耦接至該多個輸入通路中之一各別輸入通路。該多個輸出中之每一輸出電氣耦接至該多個輸出通路中之一各別輸出通路。該波束成形器包括於一第一層中，其中該多個輸入通路經組配以電氣耦接至設置於至少第二層及第三層上的多個階層式網路之端接跡線末端，且其中該多個階層式網路包含至少三個階層式網路。

Description

相控陣列天線用之波束成形器格組
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2018年2月17日申請之美國臨時申請案第62/631,707號及2018年2月15日申請之美國臨時專利申請案第62/631,195號之權益，該二個臨時申請案之揭露內容之全文特此以引用之方式併入本文中。
發明領域
本發明之領域為相控陣列天線用之波束成形器格組。
發明背景
天線(諸如偶極天線)通常以具有較佳方向之場型產生輻射。舉例而言，所產生之輻射場型在一些方向上較強且在其他方向上較弱。同樣地，當接收電磁信號時，天線具有相同較佳方向。信號品質(例如，信號雜訊比或SNR)，無論在傳輸抑或接收情境中，均可藉由將天線之較佳方向與信號之目標或源之方向對準來改良。然而，常常不切實際的是在實體上使天線相對於信號之目標或源重新定向。另外，可能不知道源/目標之確切位置。為了克服天線之以上缺點中之一些，可由一組天線元件形成相控陣列天線系統以模擬大的方向天線。相控陣列天線系統之優勢係其能夠在較佳方向上傳輸及/或接收信號(例如，天線之波束成形能力)而無需實體重新定位或重新定向。
將有利的是組配具有增加的頻寬之相控陣列天線系統，同時維持主瓣功率對旁瓣功率之高比率。同樣地，將有利的是組配具有縮減的重量、縮減的大小、較低的製造成本及/或較低的功率要求之相控陣列天線系統。因此，本揭露內容之實施例係有關相控陣列天線系統或其部分之此等及其他改良。
發明概要
提供此發明內容來以簡化形式介紹下文在實施方式中進一步描述之一系列概念。此發明內容並不意欲識別所主張之主題之關鍵特徵，亦不意欲用作輔助來判定所主張之主題之範疇。
在一些實施例中，一種設備包括：一波束成形器，其包括多個輸入及多個輸出；多個輸入通路；及多個輸出通路。該多個輸入中之每一輸入電氣耦接至該多個輸入通路中之一各別輸入通路。該多個輸出中之每一輸出電氣耦接至該多個輸出通路中之一各別輸出通路。該波束成形器包括於一第一層中。該多個輸入通路經組配以電氣耦接至設置於至少第二層及第三層上的多個階層式網路之端接跡線末端。該多個階層式網路包含至少三個階層式網路。
在一些實施例中，一種設備包括以一特定配置而配置於一第一層中的多個波束成形器單元。該多個波束成形器單元中之每一波束成形器單元包括：一波束成形器，其包括多個輸入及多個輸出；多個輸入通路，其具有第一末端及第二末端；及多個輸出通路，其具有第三末端及第四末端。該多個輸入通路中之一輸入通路之每一第一末端電氣耦接至該多個輸入中之一各別輸入，且該多個輸入通路中之該輸入通路之每一第二末端電氣耦接至位於一第二層中的一多工饋送網路之一終止跡線區段。該多個輸出通路中之一輸出通路之每一第三末端電氣耦接至該多個輸出中之一各別輸出，且該多個輸出通路中之該輸出通路之每一第四末端電氣耦接至位於一第三層中的多個天線元件中之一天線元件。該多個波束成形器單元中之每一波束成形器單元定位於該第一層中以最小化至相關聯天線元件之路由距離。
在一些實施例中，一種設備包括：多個第一導電跡線，其在一堆疊之一第一層中定向於一第一方向上；多個第二導電跡線，其在該堆疊之一第二層中定向於不同於該第一方向之一第二方向上；多個第一通路，其將該多個第一導電跡線電氣耦接至該多個第二導電跡線中之各別跡線以界定多個第一階層式網路；多個第三導電跡線，其在該堆疊之一第三層中定向於該第一方向上；多個第四導電跡線，其在該堆疊之一第四層中定向於該第二方向上；及多個第二通路，其將該多個第三導電跡線電氣耦接至該多個第四導電跡線中之各別跡線以界定多個第二階層式網路。在該多個第一階層式網路之一最末級處的該等第一跡線或該等第二跡線之開放末端包含多個第一末端，且在該多個第二階層式網路之一最末級處的該等第三跡線或該等第四跡線之開放末端包含多個第二末端。該多個第一末端中之一第一末端與該多個第二末端中之一對應第二末端在垂直於該第一層之一主要平面的一方向上彼此不共線。
在一些實施例中，一種設備包括：一波束成形器，其包括多個輸入及多個輸出；多個輸入通路；一第一導電跡線區段，其自一第一階層式網路之一倒數第一級節點延伸；及一第二導電跡線區段，其自一第二階層式網路之一倒數第二級節點延伸。該波束成形器包括於一第一印刷電路板(PCB)層中。該多個輸入中之每一輸入電氣耦接至該多個輸入通路中之一各別輸入通路。該第一導電跡線區段包括在與該倒數第一級節點相對的一末端處之一第一端接末端，其中該第一端接末端電氣耦接至該多個輸入通路中之一第一輸入通路。該第二導電跡線區段包括在與該倒數第二級節點相對的一末端處之一第二端接末端，其中該第二端接末端電氣耦接至該多個輸入通路中之一第二輸入通路。該第一階層式網路安置在該第二階層式網路上方且與之對準，其中該第一導電跡線區段與該第二導電跡線區段之形狀彼此不同。
較佳實施例之詳細說明
設備及方法之實施例與包括於相控陣列天線系統中的波束成形器格組有關。在一些實施例中，一種設備包括：一波束成形器，其包括多個輸入及多個輸出；多個輸入通路；多個輸出通路；及多個射頻(RF)濾波器。該多個輸入中之每一輸入電氣耦接至該多個輸入通路中之一各別輸入通路。該多個輸出中之每一輸出電氣耦接至該多個輸出通路中之一各別輸出通路。該多個RF濾波器中之每一RF濾波器安置在該多個輸出中之一各別輸出與該多個輸出通路中之一各別輸出通路之間且電氣耦接至該各別輸出及該各別輸出通路。該波束成形器及該多個RF濾波器包括於一第一印刷電路板(PCB)層中。該多個輸入通路經組配以電氣耦接至設置於至少第二PCB層及第三PCB層上的多個階層式網路之端接跡線末端。該多個階層式網路包含至少三個階層式網路。下文將較全面描述本發明之此等及其他態樣。
雖然本揭露內容之概念容許各種修改及替代形式，但該等概念之特定實施例已在圖式中作為實例予以展示且將在本文中予以詳細地描述。然而，應理解，並不意圖將本揭露內容之概念限於所揭露之特定形式，而是相反地，意圖涵蓋與本揭露內容及所附申請專利範圍一致之所有修改、等效方案及替代方案。
本說明書對「一個實施例」、「一實施例」、「一說明性實施例」等等之參考指示所描述之實施例可包括特定特徵、結構或特性，但每個實施例可或可能未必包括彼特定特徵、結構或特性。此外，此類片語未必係指同一實施例。此外，當結合一實施例來描述一特定特徵、結構或特性時，應認為，無論是否予以明確地描述，結合其他實施例來實現此類特徵、結構或特性係在熟習此項技術者之認識範圍內。另外，應瞭解，以「至少一個A、B及C」之形式包括於清單中的項目可意謂(A)；(B)；(C)；(A及B)；(B及C)；(A及C)；或(A、B及C)。類似地，以「A、B或C中之至少一者」之形式列出的項目可意謂(A)；(B)；(C)；(A及B)；(B及C)；(A及C)；或(A、B及C)。
本揭露內容中的諸如「頂部表面」、「底部表面」、「豎直」、「水平」及「橫向」之語言意謂參考圖式為讀者提供定向，且並不意欲為組件之所需定向或將定向限制賦予至申請專利範圍中。
在圖式中，可以特定配置及/或排序來展示一些結構或方法特徵。然而，應瞭解，可能不需要此類特定配置及/或排序。確切而言，在一些實施例中，可以不同於說明性圖中所展示之方式及/或次序的方式及/或次序來配置此類特徵。另外，在特定圖中包括結構或方法特徵並不意謂暗示在所有實施例中需要此類特徵，且在一些實施例中，可能不包括此類特徵或可將此類特徵與其他特徵組合。
本文中所描述之技術之許多實施例可呈電腦或控制器可執行指令之形式，該等電腦或控制器可執行指令包括由可程式化電腦或控制器執行之常式。熟習相關技術者將瞭解，可在除了上文所展示及描述之電腦/控制器系統之外的電腦/控制器系統上實踐該技術。該技術可體現於特殊用途電腦、控制器或資料處理器中，該特殊用途電腦、控制器或資料處理器經特定地程式化、組配或建構以執行上文所描述之電腦可執行指令中之一者或多者。因此，如本文中通常所使用之術語「電腦」及「控制器」係指任何資料處理器，且可包括網際網路器具及手持式裝置(包括掌上型電腦、可穿戴式電腦、蜂巢式或行動電話、多處理器系統、基於處理器或可程式化之消費型電子裝置、網路電腦、迷你電腦等等)。由此等電腦處置之資訊可呈現於任何合適顯示媒體處，包括陰極射線管(CRT)顯示器或液晶顯示器(LCD)。
圖1A為根據本揭露內容之實施例之相控陣列天線系統100的示意性繪示。相控陣列天線系統100經設計及組配以在較佳方向D上自天線孔口110接收由信號S (亦被稱作電磁信號、波前等等)構成之組合波束B或將組合波束B傳輸至天線孔口110。(亦參見圖1B中之組合波束B及天線孔口110)。波束B之方向D可垂直於天線孔口110或與法線成角度θ。
參看圖1A，所繪示之相控陣列天線系統100包括天線格組120、對映系統130、波束成形器格組140、多工饋送網路150 (或階層式網路或H網路)、組合器或分配器160 (用於接收信號之組合器或用於傳輸信號之分配器)，及調變器或解調變器170。天線格組120經組配以自天線孔口110接收具有輻射場型之射頻信號S之組合波束B或將組合波束B傳輸至天線孔口110。
根據本揭露內容之實施例，相控陣列天線系統100可為多波束相控陣列天線系統，其中多個波束中之每一波束可經組配為處於不同角度、不同頻率及/或不同偏振。
在所繪示之實施例中，天線格組120包括多個天線元件122i。對應多個放大器124i耦接至多個天線元件122i。放大器124i可為在接收方向RX上之低雜訊放大器(LNA)或在傳輸方向TX上之功率放大器(PA)。多個放大器124i可與多個天線元件122i在例如天線模組或天線封裝中組合。在一些實施例中，多個放大器124i可位於與天線格組120分離之另一格組中。
天線格組120中之多個天線元件122i經組配用於傳輸信號(參見圖1A中用於傳輸信號之箭頭方向TX)或用於接收信號(參見圖1A中用於接收信號之箭頭方向RX)。參看圖1B，相控陣列天線系統100之天線孔口110為功率被輻射或接收所通過的區域。根據本揭露內容之一個實施例，圖1B中提供u/v平面中來自相控陣列天線系統100之例示性相控陣列天線輻射場型。根據自諸如聯邦通訊委員會(FCC)或國際電信聯盟(ITU)之組織發佈之法規，天線孔口具有所要指向角度D及最佳化波束B，例如縮減的旁瓣Ls，以最佳化可用於主瓣Lm之功率預算或以符合干擾法規準則。(參見圖1F的關於旁瓣Ls及主瓣Lm之描述。)
參看圖1C，在一些實施例中(參見實施例120A、120B、120C、120D)，界定天線孔口110之天線格組120可包括以特定組配而配置於印刷電路板(PCB)、陶瓷、塑膠、玻璃或其他合適基體、基底、載體、面板等等(在本文中被描述為載體112)上之多個天線元件122i。舉例而言，多個天線元件122i可以同心圓、以圓形配置、以呈直線配置之行及列、以徑向配置、以彼此之間的相等或均一間隔、以彼此之間的非均一間隔或以任何其他配置而配置。圖1C中之各別載體112A、112B、112C及112D上無限制地展示界定天線孔口(110A、110B、110C及110D)的天線格組120中之多個天線元件122i之各種實例配置。
波束成形器格組140包括多個波束成形器142i，多個波束成形器142i包括多個移相器145i。在接收方向RX上，波束成形器功能係延遲自每一天線元件到達之信號，因此信號均同時到達組合網路。在傳輸方向TX上，波束成形器功能係延遲發送至每一天線元件之信號，使得所有信號均同時到達目標位置。可藉由使用「真時延遲(true time delay)」或在特定頻率下之相移來實現此延遲。
遵循圖1A之示意性繪示中之箭頭傳輸方向TX，在傳輸相控陣列天線系統100中，傳出的射頻(RF)信號經由分配器160自調變器170路由至波束成形器格組140中之多個個別移相器145i。RF信號由移相器145i相位偏移不同相位，該等不同相位在一個移相器與另一移相器之間變化預定量。每一頻率需要被相控特定量以便維持波束效能。若應用於不同頻率之相移遵循線性行為，則相移被稱作「真時延遲」。然而，共同移相器針對所有頻率應用恆定相位偏移。
舉例而言，共同RF信號之相位可在圖1A中之底部移相器145i處移位0º、在行中之下一移相器145i處移位Δα、在下一移相器處移位2Δα，等等。因此，到達放大器124i (當傳輸時，該等放大器為功率放大器「PA」)之RF信號分別自彼此相位偏移。PA 124i放大此等相位偏移RF信號，且天線元件122i發射RF信號S作為電磁波。
由於相位偏移，來自個別天線元件122i之RF信號組合成傳出的波前，該等波前自由天線元件122i之格組形成之天線孔口110傾斜角度ϕ。角度ϕ被稱作到達角度(AoA)或波束成形角度。因此，相位偏移Δα之選擇判定了界定波前之組合信號S之輻射場型。在圖1B中，提供根據本揭露內容之一個實施例的來自天線孔口110之信號S之例示性相控陣列天線輻射場型。
遵循圖1A之示意性繪示中之箭頭接收方向RX，在接收相控陣列天線系統100中，界定波前之信號S由個別天線元件122i偵測到，且由放大器124i (當接收信號時，該等放大器為低雜訊放大器「LNA」)放大。對於任何非零AoA，包含相同波前之信號S在不同時間到達不同天線元件122i。因此，經接收信號通常將包括自接收(RX)天線元件之一個天線元件至另一天線元件之相位偏移。類似於發射相控陣列天線狀況，此等相位偏移可由波束成形器格組140中之移相器145i調整。舉例而言，每一移相器145i (例如，移相器晶片)可經程式化以將信號之相位調整至相同參考，使得抵消個別天線元件122i當中之相位偏移，以便組合對應於相同波前之RF信號。由於信號之此相長組合，可對經接收信號實現較高信號雜訊比(SNR)，此會引起通道容量增加。
仍參看圖1A，對映系統130可安置於天線格組120與波束成形器格組140之間以針對天線格組120之每一天線元件122i與波束成形器格組140中之移相器145i之間的等距電氣連接提供長度匹配，如下文將更詳細地所描述。多工饋送或階層式網路150可安置於波束成形器格組140與分配器/組合器160之間以將共同RF信號分配至波束成形器格組140之移相器145i以用於各別適當相移並提供至天線元件122i以供傳輸，且在由波束成形器142i進行適當相位調整之後組合由天線元件122i接收之RF信號。
根據本揭露內容之一些實施例，要由載體112攜載之天線模組中可含有相控陣列天線系統100之天線元件122i及其他組件。(參見例如圖2B中之天線模組226a及226b)。在圖2B所繪示之實施例中，每天線模組226a存在一個天線元件122i。然而，在本揭露內容之其他實施例中，天線模組226a可併有多於一個天線元件122i。
參看圖1D及圖1E，提供根據本揭露內容之一個實施例的用於天線孔口120之例示性組配。在圖1D及圖1E所繪示之實施例中，天線格組120中之多個天線元件122i以空間漸縮組配而分佈於載體112上。根據空間漸縮組配，天線元件122i之數目在其分佈上自載體112之中心點至載體112之周邊點改變。舉例而言，比較鄰近天線元件122i之間的間隔D1與D2，且比較鄰近天線元件122i之間的間隔d1、d2及d3。儘管被展示為以空間漸縮組配而分佈，但用於天線格組之其他組配亦在本揭露內容之範疇內。
系統100包括攜載天線格組120之第一部分及攜載波束成形器格組140之第二部分，波束成形器格組140包括多個波束成形器元件。如在圖1E之橫截面視圖中所見，載體112之多個層攜載相控陣列天線系統100之元件之間的電氣及電磁連接。在所繪示之實施例中，天線元件122i位於頂部層之頂部表面上，且波束成形器元件142i位於底部層之底部表面上。雖然天線元件122i可以諸如空間漸縮配置之第一配置而組配，但波束成形器元件142i可以不同於天線元件配置之第二配置而配置。舉例而言，天線元件122i之數目可大於波束成形器元件142i之數目，使得多個天線元件122i對應於一個波束成形器元件142i。作為另一實例，波束成形器元件142i可自載體112上之天線元件122i橫向地位移，如由圖1E中之距離M所指示。在本揭露內容之一個實施例中，波束成形器元件142i可以均勻隔開或經組織配置而配置，該均勻隔開或經組織配置例如對應於H網路或叢集網路或不均勻隔開網路，諸如不同於天線格組120之空間漸縮網路。在一些實施例中，一個或多個額外層可安置於載體112之頂部層與底部層之間。該等層中之每一者可包含一個或多個PCB層。
參看圖1F，提供根據本揭露內容之實施例的天線信號之主瓣Lm及旁瓣Ls的圖形。水平(亦為徑向)軸線展示以dB為單位之輻射功率。角度軸線展示以度為單位之RF場角度。主瓣Lm表示在較佳方向上由相控陣列天線系統100產生之最強RF場。在所繪示之狀況下，主瓣Lm之所要指向角度D對應於約20º。通常，主瓣Lm伴隨著多個旁瓣Ls。然而，旁瓣Ls通常係不良的，此係因為其自同一功率預算獲得其功率，藉此縮減了用於主瓣Lm之可用功率。此外，在一些情況下，旁瓣Ls可縮減天線孔口110之SNR。又，旁瓣縮減對於法規遵從性係重要的。
用於縮減旁瓣Ls之一種方法係將天線格組120中之元件122i配置成使天線元件122i相位偏移，使得相控陣列天線系統100在較佳方向D上發射具有縮減的旁瓣之波形。用於縮減旁瓣Ls之另一方法為功率漸縮。然而，功率漸縮通常係不良的，此係因為藉由縮減旁瓣Ls之功率，該系統增加了需要「可調諧及/或較低輸出」功率放大器之設計複雜性。
另外，相較於不可調諧放大器，用於輸出功率之可調諧放大器124i縮減了效率。替代地，設計具有不同增益之不同放大器會增加該系統之總體設計複雜性及成本。
根據本揭露內容之實施例的用於縮減旁瓣Ls之又一方法為用於天線格組120之天線元件122i之空間漸縮組配。(參見圖1C及圖1D中之天線元件122i組配。)空間漸縮可用以縮減對在天線元件122i當中分配功率之需要以縮減不良旁瓣Ls。然而，在本揭露內容之一些實施例中，空間漸縮分佈天線元件122i可進一步包括功率或相位分配以用於改良效能。
除了不良旁瓣縮減之外，根據本揭露內容之實施例亦可使用空間漸縮以縮減相控陣列天線系統100中之天線元件122i之數目，同時取決於系統100之應用而仍達成來自相控陣列天線系統100之可接受波束B。(舉例而言，在圖1C中比較載體112D上之空間漸縮天線元件122i之數目與由載體112B攜載之非空間漸縮天線元件122i之數目。)
圖1G描繪根據本揭露內容之實施例的被實施為鋪疊(lay-up) 180中之多個PCB層的相控陣列天線系統100之例示性組配。鋪疊180中之多個PCB層可包含PCB層堆疊，該PCB層堆疊包括天線層180a、對映層180b、多工饋送網路層180c及波束成形器層180d。在所繪示之實施例中，對映層180b安置於天線層180a與多工饋送網路層180c之間，且多工饋送網路層180c安置於對映層180b與波束成形器層180d之間。
儘管未展示，但一個或多個額外層可安置於層180a與層180b之間、安置於層180b與層180c之間、安置於層180c與層180d之間、安置於層180a上方，及/或安置於層180d下方。層180a、180b、180c及180d中之每一者可包含一個或多個PCB子層。在其他實施例中，層180a、180b、180c及180d相對於彼此之次序可能不同於圖1G中所展示之配置。舉例而言，在其他實施例中，波束成形器層180d可安置於對映層180b與多工饋送網路層180c之間。
層180a、180b、180c及180d可包括導電跡線(諸如由電氣隔離聚合物或陶瓷相互分離之金屬跡線)、電氣組件、機械組件、光學組件、無線組件、電氣耦接結構、電氣接地結構，及/或經組配以促進與相位陣列天線系統100相關聯之功能性的其他結構。位於諸如層180a之特定層上的結構可與豎直通路(例如，沿著笛卡爾座標系統之z方向延伸之通路)電氣互連，以與位於諸如層180d之另一層上的特定結構建立電氣連接。
天線層180a可包括但不限於多個天線元件122i，其以特定配置(例如，空間漸縮配置)而配置為載體112上之天線格組120。天線層180a亦可包括一個或多個其他組件，諸如對應放大器124i。替代地，對應放大器124i可組配於單獨層上。對映層180b可包括但不限於對映系統130以及關聯載體及電氣耦接結構。多工饋送網路層180c可包括但不限於多工饋送網路150以及關聯載體及電氣耦接結構。波束成形器層180d可包括但不限於多個移相器145i、波束成形器格組140之其他組件，以及關聯載體及電氣耦接結構。在一些實施例中，波束成形器層180d亦可包括調變器/解調變器170及/或耦接器結構。在圖1G所繪示之實施例中，波束成形器142i以假想線予以展示，此係因為其自波束成形器層180d之底面延伸。
儘管未展示，但層180a、180b、180c或180d中之一者或多者自身可包含多於一個層。舉例而言，對映層180b可包含二個或多於二個層，其以組合方式可經組配以提供上文所論述之路由功能性。作為另一實例，取決於包括於多工饋送網路150中之多工饋送網路之總數目，多工饋送網路層180c可包含二個或多於二個層。
根據本揭露內容之實施例，相控陣列天線系統100可為多波束相控陣列天線系統。在多波束相控陣列天線組配中，每一波束成形器142i可電氣耦接至多於一個天線元件122i。波束成形器142i之總數目可小於天線元件122i之總數目。舉例而言，每一波束成形器142i可電氣耦接至四個天線元件122i或電氣耦接至八個天線元件122i。圖2A繪示根據本揭露內容之一個實施例的例示性多波束相控陣列天線系統，其中八個天線元件222i電氣耦接至一個波束成形器242i。在其他實施例中，每一波束成形器142i可電氣耦接至多於八個天線元件122i。
圖2B描繪根據本揭露內容之實施例的被實施為多個PCB層280的圖2A之相控陣列天線系統200之例示性組配的部分、近距、橫截面視圖。如在圖1G中運用類似數字所使用而在圖2B中使用相似部件編號，但用200系列。
在圖2B所繪示之實施例中，相控陣列天線系統200呈接收組配(如由箭頭RX所指示)。儘管被繪示為呈接收組配，但圖2B之實施例之結構可被修改為亦適合用於傳輸組配。
信號由個別天線元件222a及222b偵測到，天線元件222a及222b在所繪示之實施例中被展示為由天線格組層280a之頂部表面上之天線模組226a及226b攜載。在由天線元件222a及222b接收到之後，信號由對應低雜訊放大器(LNA) 224a及224b放大，LNA 224a及224b亦在所繪示之實施例中被展示為由天線格組層280a之頂部表面上之天線模組226a及226b攜載。
在圖2B所繪示之實施例中，天線格組220中之多個天線元件222a及222b耦接至波束成形器格組240中之單個波束成形器242a (如參考圖2A所描述)。然而，被實施為具有天線元件對波束成形器元件之一比一比率或具有大於一比一比率之多個PCB層的相控陣列天線系統亦在本揭露內容之範疇內。在圖2B所繪示之實施例中，波束成形器242i耦接至波束成形器層280d之底部表面。
在所繪示之實施例中，天線元件222i及波束成形器元件242i經組配為在PCB層鋪疊280之相對表面上。在其他實施例中，波束成形器元件可與天線元件共置於鋪疊之同一表面上。在其他實施例中，波束成形器可位於天線模組或天線封裝內。
如先前所描述，將天線層280a上之天線格組220之天線元件222a及222b耦接至波束成形器層280d上之波束成形器格組240之波束成形器元件242a的電氣連接使用導電跡線佈線於一個或多個對映層280b1及280b2之表面上。圖1G之層130中提供用於對映層之例示性對映跡線組配。
在所繪示之實施例中，對映展示於二個對映層280b1及280b2之頂部表面上。然而，根據本揭露內容之實施例可使用任何數目之對映層，包括單個對映層。單個對映層上之對映跡線不能與其他對映跡線交叉。因此，使用多於一個對映層可有利於藉由允許水平平面中之對映跡線與垂直於對映層延伸通過鋪疊280之虛線交叉來縮減導電對映跡線之長度，且有利於選擇中間通路在對映跡線之間的置放。
除了層280b1及280b2之表面上之對映跡線之外，自天線格組220至波束成形器格組240之對映進一步包括豎直地延伸通過多個PCB層280中之一者或多者的一個或多個導電通路。
在圖2B所繪示之實施例中，第一天線元件222a與波束成形器元件242a之間的第一對映跡線232a形成於PCB層鋪疊280之第一對映層280b1上。第一天線元件222a與波束成形器元件242a之間的第二對映跡線234a形成於PCB層鋪疊280之第二對映層280b2上。導電通路238a將第一對映跡線232a連接至第二對映跡線234a。同樣地，導電通路228a將天線元件222a (被展示為連接包括天線元件222a及放大器224a之天線模組226a)連接至第一對映跡線232a。此外，導電通路248a將第二對映跡線234a連接至RF濾波器244a且接著連接至波束成形器元件242a，波束成形器元件242a接著連接至組合器260及RF解調變器270。
值得注意的是，通路248a對應於通路148a，且濾波器244a對應於濾波器144a，二者均在圖1G之先前實施例中展示於波束成形器層180d之表面上。在本揭露內容之一些實施例中，取決於該系統之設計，可省略濾波器。
類似對映將第二天線元件222b連接至RF濾波器244b且接著連接至波束成形器元件242a。第二天線元件222b可在與第一天線元件222a相同或不同之參數值下(例如在不同頻率下)操作。若第一天線元件222a及第二天線元件222b在相同參數值下操作，則RF濾波器244a及244b可相同。若第一天線元件222a及第二天線元件222b在不同值下操作，則RF濾波器244a及244b可能不同。
可根據任何合適方法形成對映跡線及通路。在本揭露內容之一個實施例中，在已形成多個個別層280a、280b、280c及280d之後形成PCB層鋪疊280。舉例而言，在層280a之製造期間，可通過層280a形成導電通路228a。同樣地，在層280d之製造期間，可通過層280d形成導電通路248a。當將多個個別層280a、280b、280c及280d組裝及層合在一起時，通過層280a之導電通路228a與層280b1之表面上之跡線232a電氣耦接，且通過層280d之導電通路248a與層280b2之表面上之跡線234a電氣耦接。
可在將多個個別層280a、280b、280c及280d組裝及層合在一起之後形成其他導電通路，諸如耦接層280b1之表面上之跡線232a及層280b2之表面上之跡線234a的通路238a。在此建構方法中，可通過整個鋪疊280鑽孔以形成通路，將金屬沈積於整個孔中，從而在跡線232a與跡線234a之間形成電氣連接。在本揭露內容之一些實施例中，在跡線232a與跡線234a之間形成電氣連接時所不需要的通路中之過量金屬可藉由在通路之頂部及/或底部部分處對該金屬進行反向鑽孔來移除。在一些實施例中，不完全地執行金屬之反向鑽孔，從而留下通路「殘端(stub)」。可針對具有剩餘通路「殘端」之鋪疊設計執行調諧。在其他實施例中，不同製造程序可產生不會跨越超過所需豎直方向之通路。
相較於使用一個對映層，如在圖2B所繪示之實施例中所見的使用由中間通路238a及238b分離之二個對映層280b1及280b2會允許選擇性地置放中間通路238a及238b。若此等通路係通過鋪疊280之所有層被鑽孔，則其可經選擇性地定位成與鋪疊280之頂部或底部表面上之其他組件隔開。
圖3A及圖3B係有關本揭露內容之另一實施例。圖3A繪示根據本揭露內容之一個實施例的例示性多波束相控陣列天線系統，其中八個天線元件322i電氣耦接至一個波束成形器342i，其中八個天線元件322i分成二個不同群組之穿插天線元件322a及322b。
圖3B描繪根據本揭露內容之實施例的被實施為多個PCB層380之層疊之相控陣列天線系統300之例示性組配的部分、近距、橫截面視圖。圖3B之實施例類似於圖2B之實施例，惟關於穿插天線元件、對映層之數目及信號之方向的差異除外，如下文將更詳細地所描述。如在圖3A中運用類似數字所使用而在圖3B中使用相似部件編號，但用300系列。
在圖3B所繪示之實施例中，相控陣列天線系統300呈傳輸組配(如由箭頭TX所指示)。儘管被繪示為呈傳輸組配，但圖3B之實施例之結構可被修改為亦適合用於接收組配。
在本揭露內容之一些實施例中，個別天線元件322a及322b可經組配以在一個或多個參數(例如，頻率、偏振、波束定向、資料串流、接收(RX)/傳輸(TX)功能、時間多工區段等等)之不同值下接收及/或傳輸資料。此等不同值可與不同群組之天線元件相關聯。舉例而言，由載體攜載之第一多個天線元件經組配以在第一參數值下傳輸及/或接收信號。由載體攜載之第二多個天線元件經組配以在不同於第一參數值之第二參數值下傳輸及/或接收信號，且第一多個天線元件中之個別天線元件被穿插有第二多個天線元件中之個別天線元件。
作為一非限制性實例，第一群組之天線元件可在頻率f1下接收資料，而第二群組之天線元件可在頻率f2下接收資料。
在一個參數值(例如，第一頻率或波長)下操作之天線元件連同在另一參數值(例如，第二頻率或波長)下操作之天線元件在同一載體上的置放在本文中被稱作「穿插」。在一些實施例中，在不同參數值下操作的該等群組之天線元件可置放於相控陣列天線中之載體的單獨區域上方。在一些實施例中，在至少一個參數之不同值下操作的該等群組之天線元件中之天線元件中之至少一些彼此鄰近或相鄰。在其他實施例中，在至少一個參數之不同值下操作的該等群組之天線元件中之天線元件中之大部分或全部彼此鄰近或相鄰。
在圖3A所繪示之實施例中，天線元件322a及322b為穿插天線元件，其中第一天線元件322a在第一參數值下通訊且第二天線元件322a在第二參數值下通訊。
儘管在圖3A中被展示為二個群組之穿插天線元件322a及322b與單個波束成形器342a通訊，但相控陣列天線系統300亦可經組配使得一個群組之穿插天線元件與一個波束成形器通訊且另一群組之穿插天線元件與另一波束成形器通訊。
在圖3B所繪示之實施例中，相較於在圖2B中使用二個對映層280b1及280b2，鋪疊380包括四個對映層380b1、380b2、380b3及380b4。對映層380b1及380b2由中間通路338a連接。對映層380b3及380b4由中間通路338b連接。如同圖2B之實施例，圖3B之實施例之鋪疊380可允許選擇性地置放中間通路338a及338b，例如以與鋪疊380之頂部或底部表面上之其他組件隔開。
相比於圖2B及圖3B中所展示之組配，對映層及通路可以許多其他其他組配而配置且配置於鋪疊180之其他子層上。使用二個或多於二個對映層可有利於藉由允許水平平面中之對映跡線與垂直於對映層延伸通過鋪疊之虛線交叉來縮減導電對映跡線之長度，且有利於選擇中間通路在對映跡線之間的置放。同樣地，對映層可經組配以與呈穿插組配的一群組之天線元件相關。藉由針對每一分組使用相同對映層來針對每一分組使通路長度維持恆定，跡線長度為針對每一分組用於每一天線至波束成形器對映之長度匹配中的唯一變數。
波束成形器單元
在一些實施例中，包括於波束成形器格組(例如，波束成形器140、240或340)中之多個波束成形器(例如，波束成形器142i、242i或342i)及相關聯結構可經組織為多個波束成形器單元400。圖4A描繪根據本揭露內容之一些實施例之包括多個波束成形器單元400之波束成形器格組之一部分的方塊圖。波束成形器格組可實施於PCB層401中。PCB層401可為類似於波束成形器層180d且可包括於類似於圖1G之鋪疊180的PCB層堆疊中的層。圖4A中標示的笛卡爾座標系統對應於圖1G中所展示之笛卡爾座標系統，其中圖4A繪示自層401之下側朝向上方的層向上檢視(例如，朝向諸如實施於多工饋送網路層180c中的彼等多工饋送網路之多工饋送網路檢視)的層401之仰視圖。多工饋送網路420表示為點線以標示其在不同於層401的層中之位置。
亦稱為階層式網路之多工饋送網路420可包含多個H網路，且作為一實例，包含組配於二個PCB層中的八個H網路，如下文將詳細地描述。多個H網路中之每一H網路可包含多個水平導電跡線422 (例如，在笛卡爾座標系統之x方向上延伸的跡線)及多個豎直導電跡線424 (例如，在笛卡爾座標系統之y方向上延伸的跡線)。多個H網路之所有水平跡線422可設置於一個PCB層中，且多個H網路之所有豎直跡線424可設置於另一PCB層中。在一些實施例中，對於某一數目個波束成形器(例如，小於256個波束成形器)及/或其類似者，波束成形器單元400與多工饋送網路420之組配可與接收器面板(其中所有多工饋送網路組配於二個PCB層內的實施例)相關聯。
儘管本文中論述八個H網路，但應理解，少於或多於八個H網路在本揭露內容之實施例之範疇內。該多個多工饋送網路420中之每一多工饋送網路可包含但不限於配置或組配為以下網路之導電跡線：階層式網路、碎片網路、自類似碎片網路、樹網路、星形網路、雜合網路、直線式網路、曲線網路、H網路(亦稱為H樹網路)、直線式H網路、曲線H網路或其中輸入至網路之每一信號橫穿相同長度之跡線以避免由不同跡線長度造成的寄生信號延遲之其他網路。
多個波束成形器單元400中之每一波束成形器單元可包括波束成形器402、第一濾波器404、第二濾波器408、通路406、通路410、通路411、412、413、414、415、416、417、418，以及在波束成形器402與通路406、410、411至418之間的導電跡線。波束成形器單元400可類似於波束成形器單元142i。波束成形器402可包含具有多個輸入及多個輸出(例如，晶片接腳)之積體電路(IC)晶片。繼續八個H網路之實例，波束成形器402可包括八個輸入(標示為RFin )及八個輸出(標示在RFout 處)。該八個輸入電氣耦接至各別通路411、412、413、414、415、416、417、418。該八個輸出電氣耦接各別通路406、410。第一濾波器404或第二濾波器408安置在每一輸出與通路406/410之間。對於該八個輸出，可實施第一濾波器404中之四者及第二濾波器408中之四者。電氣耦接至第一濾波器404之通路標示為通路406，且電氣耦接至第二濾波器408之通路標示為通路410。
在一些實施例中，波束成形器402之輸入及輸出可分佈在波束成形器402之所有側上。如圖4A中所繪示，在通路411至418附近之二個對置側可組配有輸入，且其餘二個對置側可組配有輸出。作為一實例而非限制，波束成形器402大小可為20毫米(mm)乘20 mm，且H網路格組大小可為740 mm (其為H網路之第一節點與最末節點之間在水平或豎直方向上的距離)。
第一濾波器404及第二濾波器408可包含分別以第一頻率(f1)及第二頻率(f2)操作或調諧至第一頻率及第二頻率的RF濾波器。第一濾波器404及第二濾波器408可經組配以對RF信號進行濾波以分別在或大約在第一頻率及第二頻率提取RF信號之部分。第一頻率及第二頻率可為與使用通路406、410電氣耦接至波束成形器402之特定輸出的特定天線元件相關聯的頻率。在一些實施例中，第一頻率與第二頻率可為相同頻率，此係因為電氣耦接至波束成形器402輸出之的所有天線元件可以相同頻率操作。在此類實施中，第一濾波器404與第二濾波器408可彼此相同。
在其他實施例中，第一頻率與第二頻率可彼此不同，此係因為包括於天線格組中的多個天線元件之第一子集與第二子集可分別以第一頻率及第二頻率操作。且詳言之，包括於第一子集中的天線元件可電氣耦接至通路406，且包括於第二子集中的天線元件可電氣耦接至通路410。因此，第一濾波器404與第二濾波器408可彼此不同。作為一實例，天線元件之第一子集與第二子集可包含以穿插配置組配的天線元件，其中第一頻率範圍介於大致11.95至12.2千兆赫(GHz)，且第二頻率範圍介於大致10.95至11.2 GHz。
通路406、410可包含在層401與位於天線格組層中的特定天線元件之間延伸的導電通路。通路406、410之長度可垂直於層401之主要平面而延伸，且詳言之，在實施於如圖1G中組配之堆疊內的情況下在負z方向上延伸(例如，延伸至頁面內)。通路406可電氣耦接至與第一頻率相關聯的特定天線元件(見安置於至通路406的輸出路徑中之第一濾波器404)。通路410可電氣耦接至與第二頻率相關聯的特定天線元件(見安置於至通路410的輸出路徑中之第二濾波器408)。通路406、410亦可稱為輸出通路、天線通路、天線元件通路、天線元件連接通路，等。
通路411至418可包含在層401與多工饋送網路420之最末級/層級之跡線的特定末端之間延伸的導電通路。最末級/層級之每一跡線包含在一個末端處的最末節點與在另一末端處的此類跡線之末端之間的跡線區段。與最末節點相對的跡線之末端可斷開或浮動，且可稱為多工饋送網路之端接或終止末端。此類跡線區段亦可稱為多工饋送網路之端接、終止、最末或末端跡線區段。在圖4A中，多工饋送網路420之最末級/層級之跡線之末端包含為豎直跡線424之跡線的末端。通路411至418亦可稱為輸入通路。
圖4B至圖4D描繪根據本揭露內容之一些實施例之多工饋送網路420之額外視圖。圖4B至圖4C描繪二個PCB層之俯視圖，該二個PCB層重疊於彼此之上且其中包括多工饋送網路420之水平跡線422及豎直跡線424。在圖4B至圖4C中，水平跡線422展示為包括於PCB層430 (例如，二個PCB層中之上部層)中，且豎直跡線424包括於PCB層430下方的PCB層(例如，二個PCB層中之下部層)中。替代地，豎直跡線424可包括於上部層中，且水平跡線422可包括於下部層中。
圖4B繪示相互緊靠地配置且彼此電氣隔離的八個H網路。該等H網路中之每一者包含五級/層級H網路。由於H網路之終止末端之數目為2N ，因此對於N=5個級/層級，八個H網路中之每一者存在25 =32個終止末端。且，八個H網路總共存在組合的32*8=256個終止末端。因此，端接或末端跡線區段421可自H網路中之每一者之最末節點(例如，第5節點)延伸，且終止或結束於端接末端426處。在一些實施例中，端接末端426中之每一者可包括端帽、襯墊或其他結構以促進與諸如通路411至418中之任一者的通路之電氣及/或實體耦接。
如下方將詳細地論述，儘管展示五個級/層級，但多工饋送網路420可包含少於或多於五個級/層級。同樣，多工饋送網路420可包含少於或多於八個網路。
在節點428中之每一者(其中水平跡線422與豎直跡線424自二個層之頂部或底部視點(如圖4B中所示)彼此「相交」)處，可包括如圖4D中所繪示的功率分裂器/組合器432。功率分裂器/組合器432可包含包括於第一層中的第一導電跡線434、包括於安置於該第一層上方或下方的第二層中的第二導電跡線436及第三導電跡線437，以及第一導電通路438及第二導電通路439。功率分裂器/組合器432可包含三埠結構，其中第一、第二與第三埠彼此相交。第一埠包含第一導電跡線434之第一部分；第二埠包含第一導電跡線434之第二部分、第二導電跡線436及第一導電通路438；且第三埠包含第一導電跡線434之第三部分、第三導電跡線437及第二導電通路439。
在一些實施例中，功率分裂器/組合器432可經組配以提供三個埠之間的阻抗匹配。功率分裂器/組合器432可經組配以在第一埠中接收信號，且同等地分裂或劃分所接收信號，並將所分裂/劃分的信號提供至第二埠及第三埠中之每一者。功率分裂器/組合器432亦可經組配以在第二埠及第三埠中接收各別信號，且組合所接收信號以將組合信號提供至第一埠。功率分裂器/組合器432可包含實施於二個層中之威爾金森(Wilkinson)功率分裂器/組合器。
在一些實施例中，第一導電跡線434可包含跡線422，且第二導電跡線436及第三導電跡線437可包含跡線424。相反，第一導電跡線434可包含跡線424，且第二導電跡線436及第三導電跡線437可包含跡線422。
返回至圖4B，多個多工饋送網路420之每一網路可包括輸入或輸出432。輸入/輸出432在多工饋送網路420組配於接收器面板中時可包含輸入，且在多工饋送網路420組配於傳輸器面板中時可包括輸出。每一輸入/輸出432可與具有特定參數之信號相關聯。舉例而言但不限於，各別信號的頻率可彼此不同。每一輸入/輸出432或對應信號可與不同波束或頻道相關聯。因此，包括八個H網路之相控天線陣列系統可能能夠進行高達八頻道操作。在圖4B中自左至右之信號S5、S6、S2、S1、S8、S7、S3、S4可與各別輸入/輸出432相關聯。
圖4C繪示根據本揭露內容之一些實施例之圖4B之多工饋送網路420之部分429。舉例而言，端接末端441至448可電氣耦接至圖4A中所展示之各別通路411至418。大體而言，端接末端441至448及端接末端426可包含多工饋送網路420之輸出/輸入。舉例而言，若與信號S1相關聯的輸入/輸出432對於與信號S1相關聯的特定多工饋送網路組配為輸入，則可認為端接末端441連同特定多工饋送網路之其餘端接末端426為特定多工饋送網路之輸出。相反，若與信號S1相關聯的輸入/輸出432組配為與信號S1相關聯的特定多工饋送網路之輸出，則可認為端接末端441連同特定多工饋送網路之其餘端接末端426為特定多工饋送網路之輸入。
通路411至418之長度可垂直於層401之主要平面而延伸，且詳言之，在實施於如圖1G中組配之堆疊內的情況下在負z方向上延伸(例如，延伸至頁面內)。端接末端441至448可分別與信號S5、S6、S2、S1、S8、S7、S3、S4相關聯。換言之，信號S5、S6、S2、S1、S8、S7、S3、S4可分別由多工饋送網路5、6、2、1、8、7、3、4攜載。且，通路411至418及圖4A中之其他類似通路內部展示的編號可對應於上文列舉之網路名稱。通路411至418亦可稱為多工饋送網路通路、網路通路，等。通路411至418、通路406及通路410直徑可彼此相同或不同。
在一些實施例中，多個波束成形器單元400可包含波束成形器格組。波束成形器單元400可在層401中實質上配置成二維(2-D)陣列。儘管位於圖4A之頂部及底部的波束成形器單元400缺失包括於位於圖4A之中間的波束成形器單元400中之一個或多個結構(例如，濾波器404、408、通路406、410，及相關聯跡線)，則頂部及底部波束成形器單元400與中間波束成形器單元400相同。一些結構未在頂部及底部波束成形器單元400中展示以易於繪示圖4A中之特徵。注意，波束成形器單元400可對準至端接末端426之間的「空」空間(諸如中間波束成形器單元400)或跡線422、424「上方」(諸如頂部或底部波束成形器單元400)。
圖5A描繪根據本揭露內容之替代實施例之包括一波束成形器格組層及四個多工饋送網路層之堆疊之一部分的方塊圖。該等層相對於圖5A中所繪示的堆疊的視點可與圖4A相同。在一些實施例中，對於某一數目個波束成形器(例如，超過256個波束成形器)及/或其類似者，波束成形器單元500與多工饋送網路520之組配可與傳輸器面板、多工饋送網路組配在四個PCB層內的實施例、總數目個多工饋送網路由於間隔、製造或其他約束或設計偏好而不能實施於二個PCB層內的實施例相關聯。
包含多個波束成形器單元500之波束成形器格組可實施於PCB層501中。每一波束成形器單元500可類似於圖4A之波束成形器單元400。波束成形器單元500繪示通路411至418與波束成形器402 (具有之形狀不同於如波束成形器單元400中所示的直線)之輸入之間的跡線502。自波束成形器402之輸入及輸出延伸至各別通路之跡線可具有任何多種形狀或輪廓，其實例繪示於波束成形器單元400及500中。
與圖4A中設置於二個PCB層中的八個H網路相比，波束成形器單元500電氣耦接至的多工饋送網路520可包含組配於四個PCB層中的八個H網路。可實施二層H網路之二個集合，其中每一集合可包括四個H網路，在二個集合內總共有八個H網路。因為相比於圖4A至圖4C之層有較少H網路設置於二個PCB層之給定集合中，因此水平跡線之間的間距(亦稱為y間距或水平間距)及/或豎直跡線之間的間距(亦稱為x間距或豎直間距)可大於圖4A至圖4C中的跡線之對應間距。作為一實例，y間距可大致為3.1 mm，且x間距可大致為6.3 mm。
圖5B描繪根據本揭露內容之一些實施例之包括組配為八H網路之多工饋送網路520的堆疊之一部分之透視圖。多工饋送網路520可包含第一子集540及第二子集543，其中第一子集540及第二子集543中之每一者可包括多個多工饋送網路。舉例而言，第一子集540及第二子集543中之每一者可包括四個H網路。第一子集540可安置在第二子集543上方。第一子集540可包括二個PCB層541、542，且第二子集543可包括二個PCB層544、545。層542可安置在層541與544之間，且層544可安置在層542與545之間。
在第一子集540中，層541可包括第一子集540之四個H網路的豎直跡線524，而層542可包括第一子集540之四個H網路的水平跡線522。第一子集540之四個H網路可包含可攜載信號S6、S1、S7及S4之H網路。在豎直跡線524附近標示的編號對應於對如圖5A中所示的特定通路411至418標示的編號，且指定特定跡線至通路耦接。舉例而言，標示為編號「6」之豎直跡線524電氣耦接至通路416，標示為編號「1」之豎直跡線524電氣耦接至通路411，等等。
類似地，層544可包括第二子集543之四個H網路的豎直跡線534，而層545可包括第二子集543之四個H網路的水平跡線532。第二子集543之四個H網路可包含可攜載信號S5、S2、S8及S3之H網路。在豎直跡線534附近標示的編號對應於對如圖5A中所示的特定通路411至418標示的編號，且指定特定跡線至通路耦接。舉例而言，標示為編號「8」之豎直跡線534電氣耦接至通路418，標示為編號「3」之豎直跡線534電氣耦接至通路413，等等。此外，第一濾波器404或與第一濾波器404相關聯的第一頻率可與信號S5、S2、S6及S1相關聯，其中信號S5及S2與信號S6及S1可由不同的H網路層集合攜載。第二濾波器408或與第二濾波器408相關聯的第二頻率可與信號S8、S3、S7及S4相關聯，其中信號S8及S3與信號S7及S4可由不同的H網路層集合攜載。
儘管未展示，但一個或多個額外PCB層、接地平面、黏著層、電氣隔離層及/或其他層可安置在多工饋送網路520之層的上方、之內或下方。第一子集540與第二子集543中多工饋送網路之數目可彼此相同或不同。
在一些實施例中，第一子集540與第二子集543之H網路的定向可彼此相同，以使得跡線重疊於彼此之上(除如下文所論述之外)。因此，第一子集540與第二子集543之跡線可在垂直於堆疊之主要平面的方向上(例如，沿著z軸)彼此對準且共線。舉例而言，圖5A至圖5B展示位於彼此正上方的水平跡線522及532。
第一子集540與第二子集543之豎直跡線及節點亦可彼此共線，惟第一子集540及第二子集543之端接跡線區段及端接末端除外。若第一子集540與第二子集543之端接末端彼此共線，則第二子集543之端接末端不可使用自層501之豎直通路接取，及/或藉由自層501之豎直通路與第二子集543中之端接末端電氣耦接亦可包含與位於此類豎直通路與第二子集543中的此類端接末端之間的第一子集540中之端接末端電氣耦接。
因此，為了使通路411至418中之每一者與第一子集540或第二子集543中的端接末端中之一特定者(例如，在第一子集540及第二子集543中的端接末端之間交替以實現鄰近通路)電氣耦接，第一子集540與第二子集543中之對應端接末端可經組配以在垂直於層501之主要平面的方向上彼此偏移或非共線。圖5B中所展示之豎直跡線524、534可包含在端接末端處之跡線。自左至右，第一子集540及第二子集543中之鄰近端接末端沿著x軸移位或彼此間隔開，且亦在位於第一子集540或位於第二子集543中之間(沿著z軸)交替。
為了使第一子集540與第二子集543之對應端接末端自彼此偏移，與對應端接末端相關聯的端接跡線區段可經組配以規定不同跡線路徑或具有彼此不同之形狀。大體而言，對應端接跡線區段及多工饋送網路520所有端接跡線區段仍可具有相同跡線長度，以使得與多個多工饋送網路520中之每一多工饋送網路相關聯的自輸入/輸出至輸出/輸入的信號路徑長度將彼此長度匹配。舉例而言，用以與各別通路415及416電氣耦接的端接末端可自彼此偏移，且與此類端接末端相關聯的端接跡線區段可規定彼此不同之跡線路徑以將此類端接末端定位在非共線位置，即使與此類端接末端相關聯的二個H網路之其餘跡線可彼此共線。
圖5C至圖5D描繪根據本揭露內容之一些實施例之包括於多工饋送網路520中的端接跡線區段550、560之實例形狀或輪廓。在一些實施例中，端接跡線區段550之一個末端可包含端接末端552，且端接跡線區段550之相對末端可包含包括端接跡線區段550的多工饋送網路之最末或末端節點554。端接跡線區段560之一個末端可包含端接末端562，且端接跡線區段560之相對末端可包含包括端接跡線區段560的多工饋送網路之最末或末端節點564。
端接跡線區段550可具有不同於端接跡線區段560之形狀或輪廓。端接跡線區段550、560中之每一者可包括一個或多個平直區段、一個或多個彎曲區段、一個或多個成角度區段，及/或其類似者。因為端接跡線區段550、560可具有不同於直線之形狀(所有非端接跡線區段具有直線形狀)，端接跡線區段550、560亦可稱為曲折跡線或具有曲折形狀、輪廓之跡線，等。
端接跡線區段550、560可根據輪廓、製造、位置及/或類似要求或約束加以組配。作為一實例，端接跡線區段550、560之信號路徑(亦稱為電氣路徑)長度彼此相等或在特定容限範圍內，諸如1.55 mm。作為另一實例，若端接跡線區段550、560之(線)寬度為0.2 mm，則包括於端接跡線區段550、560中的任何曲線之最小曲率半徑(ROC)為至少0.5 mm。作為又一實例，端接跡線區段550、560之位置可經組配以使得諸如與波束成形器單元500相關聯的通路406及/或410之通路可經由多工饋送網路層延伸至位於天線格組層中之特定天線元件。
圖5D描繪根據本揭露內容之一些實施例之自與圖5A中相同的視點觀之的端接跡線區段550、560之實例配置，惟層501省略除外。在端接跡線區段之上部群組中，端接跡線區段560可包含包括於第二子集543中的跡線，且可安置於包括於第一集合540中的端接跡線區段550下方。在端接跡線區段之下部群組中，端接跡線區段550可包含包括於第二子集543中的跡線，且可安置於包括於第一集合540中的端接跡線區段560下方。以此方式，端接末端562、552可自彼此偏移，且亦經定位(例如，沿著對角線定位)以與通路411至418中之特定者對準。舉例而言，端接末端570、572可分別電氣耦接至通路415、416，且端接末端574、576可分別電氣耦接至通路418、417。作為另一實例，端接末端570、572可分別電氣耦接至通路412、411，且端接末端574、576可分別電氣耦接至通路413、414。
圖6A至圖6B描繪根據本揭露內容之一些實施例之波束成形器單元可位於其中的PCB層之部分的實例。圖6A中所展示之部分600可包含諸如波束成形器單元400或500之波束成形器單元可位於的區域。展示包括於波束成形器單元中的多個跡線及通路之至少末端。著陸墊602為可安裝波束成形器晶片(例如，波束成形器402)之處，且著陸墊604為可安裝濾波器晶片(例如，第一濾波器404或第二濾波器408)之處。圖6B中所展示之部分610可類似於包括分別類似於著陸墊602、604之著陸墊612、614的部分600，惟波束成形器晶片及(由此可推論)波束成形器單元定向在與圖6A中所展示之定向不同的角度。
圖6A中之波束成形器定向可稱為成角度或旋轉定向，且圖6B中之波束成形器定向可稱為平直或對準定向。在一些實施例中，波束成形器可以成角度/旋轉定向組配以便相對於其中平直/對準定向由於空間不足而可能不適合的多工饋送網路來配合波束成形器。不管配置成平直/對準定向還是成角度/旋轉定向，包括於給定波束成形器格組中之所有波束成形器可配置於相同定向。
波束成形器格組配置
圖7描繪根據本揭露內容之一些實施例之用於判定實例波束成形器格組配置或佈局之過程700。過程700可包含用以判定波束成形器格組層中之多個波束成形器單元400或500相對於多工饋送網路420或520之特定配置的技術或方案。
在區塊702處，可判定天線格組中之特定天線元件配置。在一些實施例中，但不限於，可判定天線格組內每一天線元件之配置的類型(例如，空間漸縮、穿插，等)及特定位置。可基於諸如但不限於所需輻射場型或形狀、待包括於天線格組中的天線元件之類型、所需天線孔徑、製造約束、面板大小(例如，面板直徑或寬度)及/或其類似者之參數而判定特定天線元件配置。
在已知包括於天線格組中的每一天線元件之位置以及與每一天線元件相關聯的操作特性(例如，操作頻率)之情況下，過程700可前進至區塊704，其中可基於待包括於波束成形器格組中的波束成形器之數目來計算所需的多工饋送網路之級/層級之數目N。在一些實施例中，面板(例如，接收器或傳輸器面板)之設計參數可包括使一個波束成形器驅動/饋送多個天線元件。舉例而言，一個波束成形器可經組配以驅動/饋送八個天線元件。因此，在區塊702處已知包括於天線格組中的天線元件之總數目的情況下，所需的波束成形器之最小數目亦已知(例如，天線元件之總數目/8)。
在包含H網路的多工饋送網路之情況下，H網路之節點(亦稱為功率分裂器/組合器節點)之數目隨H網路之級/層級之數目而變。詳言之，節點之數目等於2N，其中N為H網路之級/層級之數目。在一些實施例中，節點之數目選擇為大於待包括於波束成形器格組中的波束成形器之數目。對於大於256的波束成形器之數目，級/層級之數目為N=9 (例如，29=512個節點＞256個波束成形器)。
波束成形器之每一輸入可經組配以電氣耦接至多個H網路中之各別H網路的特定端接末端。對於組配有八個輸入之波束成形器，可實施八個H網路。因此，在區塊706處，判定八個H網路之特定實施組配。
應理解，波束成形器之輸入與輸出之數目可彼此相同或不同。舉例而言，經組配以耦接至八個天線元件之波束成形器可具有少於或多於八個輸入。每一波束成形器輸入可或可不耦接至彼此不同之多工饋送網路。舉例而言，包括八個輸入之波束成形器可共同地耦接至六個多工饋送網路，而非八個多工饋送網路。
基於在區塊704中計算出的級/層級之數目N，可計算H網路之導電跡線之數目(例如，級/層級之數目愈大，跡線或跡線區段之數目愈大)。H網路跡線亦可稱為曼哈頓(Manhattan)線。接收器或傳輸器面板之額外設計要求可包括但不限於固定面板大小(例如，面板直徑或寬度)、待與H網路端接末端(例如，通路411至418)電氣耦接之通路之直徑、H網路跡線之寬度，及/或其類似者。
諸如在多工饋送網路420、520中展示的彼此鄰近配置的多於一個第N級/層級H網路之總體大小可取決於鄰近H網路之間的間隔或間距，且尤其是與鄰近H網路之水平跡線及豎直跡線相關聯的x間距及y間距及/或位於相同平面內的鄰近H網路之數目。然而，因為包括H網路之接收器或傳輸器面板具有固定大小，因此待包括於相同面板中之H網路亦可被約束為不超過面板大小。
在一些實施例中，區塊706可包含判定/計算：(1)將所有H網路(例如，八個H網路)配合於二個層中(諸如多工饋送網路420)還是四個層中(諸如多工饋送網路520)，(2)若H網路待組配於四個層中，則在二個層之第一集合與第二集合之間的H網路分配(例如，4:4分配、3:5分配，等)，(3)H網路跡線之水平及/或豎直間距、與將H網路配置為與波束成形器格組層恰當地介接相關聯的其他參數，及/或其類似者。在一些實施例中，至少豎直間距值可基於將端接末端電氣耦接至自波束成形器輸入延伸的跡線之末端的通路之直徑來加以選擇。
圖8A至圖8B描繪根據本揭露內容之一些實施例之分別配置於二個層中的八個與四個H網路之實例簡化俯視圖。在圖8A中，八個H網路配置於二個層中(亦稱為在單一子疊層中具有八個曼哈頓線)，其中與水平跡線800相關聯的水平間距806及與豎直跡線802相關聯的豎直間距808可小於圖8B中之對應間距。端接末端可位於豎直跡線802之具有經組配以在端接末端與自波束成形器輸入延伸的跡線之間電氣耦接的通路804之末端處。通路804可包含通路411至418之實例。通路804亦可稱為對映通路、同軸通路，等。
然而，由於小間距806及/或808，將所有通路804定位在各別端接末端處而不彼此重疊的空間不足。重疊通路可導致通路之間的電氣耦接，其為不可接受的。作為一實例，通路804之直徑可在3.25 mm的範圍內，且間距806及/或808可大致為1.5 mm。
相比之下，在圖8B中，八個H網路可配置於四個層中(亦稱為在二個子疊層中之八個曼哈頓線)，其中四個H網路配置於總共四個層之一組二個層中。在較少數目之H網路及跡線配置於相同量之平面面積中的情況下，與圖8A中所繪示的八個H網路相比，水平間距816及豎直間距818大於各別水平間距806及豎直間距808。此外，豎直間距818足夠大以位於通路804而不使其彼此重疊。豎直間距818可大於通路804之直徑。因此，可選擇將H網路配置於四個層中以及此外，將總數目個H網路之一半配置在每一組二個層中。
圖8C描繪根據本揭露內容之一些實施例之展示H網路之(豎直)間距與波束成形器正方形大小之間的關係的圖形810。波束成形器正方形大小可類似於H網路總體大小。在圖形810中，八個H網路可配置於二個層中。線812可與八級/層級H網路相關聯，且線814可與九級/層級H網路相關聯。如圖形810中所示，與九級/層級H網路(例如，線814)相比，間距對於八級/層級H網路(例如，線812)在波束成形器大小之每一值下較大。在級/層級較少的情況下，節點及相關聯跡線之數目較少，且因此，跡線之間的空間、距離或間距較大。
若四個H網路配置於二個層中，H網路間距與波束成形器正方形大小之間的關係可類似於線814。由此，配置於總共四個層中之二組四個H網路可用於此類H網路為九個級/層級之情況。
接下來，在區塊708處，基於相對於面板之節點位置而判定待排除之多工饋送網路之節點。在一些實施例中，可排除位於面板區域外部之H網路節點以作為用於與波束成形器耦接之位點。作為一實例，圖9A描繪配置於正方形區域中的八個H網路900。接收器或傳輸器面板可具有圓形區域902。若H網路900之區域大於圓形區域902之直徑(例如，H網路900之區域的寬度或長度大於圓形區域902之直徑)，則可認為排除了位於圓形區域902外部的H網路節點及跡線。儘管未展示以易於繪示，但圖9A中標示的被排除區域904包括延伸至H網路區域之拐角的H網路900之節點及跡線。被排除區域904中之跡線可電氣接地或端接。在圖9A中，H網路正方形區域之寬度及圓形區域902之面板直徑可為0.72米(m)，且與H網路900相關聯的間距可為3 mm。
在區塊710處，可計算H網路節點之間的可能波束成形器單元位置。區塊708及710可包含識別相對於H網路之所有可能位置(波束成形器單元可位於此處)。在一些實施例中，若端接跡線區段(H網路之最末級/層級之跡線)具有水平定向/方向，則波束成形器之位置可自水平定向的端接跡線區段水平偏移。若端接跡線區段具有豎直定向/方向，則波束成形器之位置可自豎直定向端接跡線區段豎直地偏移。
在一些實施例中，H網路節點之間的可能波束成形器單元位置可包含圖9B中波束成形器910展示為處於面板之圓形區域902內的所有位置。在圖9B中，H網路900之延伸至圓形區域902外部的部分被展示(例如，包括於圖9A之被排除區域904中的部分)，且其處可定位上文針對區塊708所論述的用於排除之波束成形器。
最後，在區塊712處，可基於天線格組中天線元件之密度自區塊708及710中識別的可能波束成形器單元位置當中選擇特定波束成形器單元位置。可能波束成形器單元位置之數目可大於構成波束成形器格組的波束成形器單元之數目。圖10描繪根據本揭露內容之一些實施例之相對於單個H網路912的波束成形器單元配置之實例。H網路912可包含多個H網路900中之H網路中之一者。與四個、八個或所有H網路相比，展示單個H網路912以易於繪示波束成形器單元。
在一些實施例中，波束成形器格組之中心部分914中的波束成形器單元910之密度可大於在中心部分914外部的波束成形器單元910之密度。如圖10中所示，在中心部分914內，波束成形器單元910可位於可能波束成形器單元位置中之每一者處：在各群端接末端之間的位置916 (類似於圖4A中中間波束成形器單元400所位於的位置)、在一組最末節點「之上」的位置918 (類似於圖4A中頂部波束成形器單元400所位於的位置)，在另一組最末節點「之上」的位置920 (類似於圖4A中底部波束成形器單元400所位於的位置)。在中心部分914外部，波束成形器單元910可位於類似於位置918及920之位置，但不位於類似於位置916之位置(諸如位置922)處。
中心部分914中的波束成形器單元910之較高密度可對應於天線格組之中心部分中的天線元件之較高密度(相對於天線格組周邊中之天線元件密度)(例如，呈空間漸縮配置之天線元件)。為了減小波束成形器與其相關聯天線元件之間的信號路徑長度，其中此類信號路徑長度可包括與設置於波束成形器格組層與天線格組層之間的一個或多個層上的跡線以及在波束成形器格組層與天線格組層之間的層之間延伸的一個或多個通路相關聯的長度(其共同地可稱為對映長度或對映跡線長度)，每一波束成形器單元910可位於其相關聯天線元件附近或儘可能接近於其相關聯天線元件。每一波束成形器單元910可在波束成形器格組層之x-y平面上的與天線格組之x-y平面上的相關聯天線元件之位置相同(或基本上相同)的位置處對準。舉例而言，波束成形器單元910可不位於面板之與其相關聯天線元件相對的側上，此係因為對映長度將不必要得長。
在一些實施例中，可使用匈牙利(Hungarian)對映演算法來識別導致最小對映長度的波束成形器至天線元件之間的對映。
在一些實施例中，區塊704至712可針對多個不同H網路(正方形)大小、不同數目個波束成形器、一個或多個其他參數及/或其類似者而反覆地執行多次。在一些實施例中，可選擇提供最小對映長度之組配。在替代實施例中，提供一個或多個其他優勢之組配(即使並非提供最小對映長度之組配)可選擇為最終波束成形器格組及H網路配置。
舉例而言，在下表中，展示與區塊704至712之五次不同反覆相關聯的參數。在此等反覆中，所需的波束成形器之最小數目可為173。
反覆1之組配在反覆1至5中導致最小對映長度。儘管如此，可選擇反覆4之組配，此係因為儘管對映長度為最長之一，但反覆4提供使用最少數目個波束成形器(例如，較少組件、較低成本、較低重量)及較大H網路正方形大小之優勢。較大H網路正方形大小以較大對映長度為代價而准許較大間距大小。在一些實施例中，可藉由將H網路組配於四個層而非二個層中來達成較大間距大小。
下文提供本文中所揭露的各種實施例之設備、系統及方法的說明性實例。設備、系統或方法的實施例可包括下文描述的實例中之任一者或多者或任何組合。
實例1為一種設備，其包括：
一波束成形器，其包括多個輸入及多個輸出；
多個輸入通路，其中該多個輸入中之每一輸入電氣耦接至該多個輸入通路中之一各別輸入通路；及
多個輸出通路，其中該多個輸出中之每一輸出電氣耦接至該多個輸出通路中之一各別輸出通路；
其中該波束成形器包括於一第一層中，其中該多個輸入通路經組配以電氣耦接至設置於至少第二層及第三層上的多個階層式網路之端接跡線末端，且其中該多個階層式網路包含至少三個階層式網路。
實例2包括實例1之主題，且進一步包含包括於該第一層中之多個射頻(RF)濾波器，其中該多個RF濾波器中之每一RF濾波器安置在該多個輸出中之一各別輸出與該多個輸出通路中之一各別輸出通路之間且電氣耦接至該各別輸出及該各別輸出通路。
實例3包括實例1至2中之任一者之主題，且其中該多個輸出通路經組配以將每一對RF濾波器及輸出電氣耦接至設置於一第四層上的多個天線元件中之一天線元件。
實例4包括實例1至3中之任一者之主題，且其中該第二層及該第三層安置在該第一層與該第四層之間。
實例5包括實例1至4中之任一者之主題，且其中該第一層中的該波束成形器之一位置經組配以減小至電氣耦接至該多個輸出通路之該等天線元件的一信號路徑長度。
實例6包括實例1至5中之任一者之主題，且其中該多個RF濾波器中之每一RF濾波器經組配以根據與該各別天線元件相關聯的一操作頻率而按一頻率對信號進行濾波。
實例7包括實例1至6中之任一者之主題，且其中該多個RF濾波器之一第一子集中的每一RF濾波器與一第一頻率相關聯，且該多個RF濾波器之一第二子集中的每一RF濾波器與一第二頻率相關聯。
實例8包括實例1至7中之任一者之主題，且其中該第一頻率與該第二頻率相同。
實例9包括實例1至8中之任一者之主題，且其中該第一頻率不同於該第二頻率。
實例10包括實例1至9中之任一者之主題，且其中該第一子集中之每一RF濾波器經組配以濾除不在該第一頻率的信號部分，且該第二子集中之每一RF濾波器經組配以濾除不在該第二頻率的信號部分。
實例11包括實例1至10中之任一者之主題，且其中該多個階層式網路之一第一子集設置於該第二層及該第三層中，且該多個階層式網路之一第二子集設置於第五層及第六層中。
實例12包括實例1至11中之任一者之主題，且其中電氣耦接至該等輸入通路之該等端接跡線末端之一第一子集包括於該多個階層式網路之該第一子集中，且電氣耦接至該等輸入通路之該等端接跡線末端之一第二子集包括於該多個階層式網路之該第二子集中。
實例13包括實例1至12中之任一者之主題，且其中該多個階層式網路包含H網路。
實例14包括實例1至13中之任一者之主題，且其中包括於該多個階層式網路中處於一第一定向的導電跡線位於該第二層中，且包括於該多個階層式網路中處於不同於該第一定向之一第二定向的導電跡線位於該第三層中。
實例15包括實例1至14中之任一者之主題，且其中該波束成形器包括多個移相器且包含一積體電路(IC)晶片。
實例16包括實例1至15中之任一者之主題，且其中該多個輸入及該多個輸出分佈在該IC晶片之所有側上。
實例17包括實例1至16中之任一者之主題，且其中該波束成形器與高達八個天線元件電氣耦接。
實例18包括實例1至17中之任一者之主題，且其進一步包含包括於一第四層中且電氣耦接至該多個輸出通路之多個天線元件，其中該多個天線元件中之一天線元件包括於一天線模組中，該天線模組進一步包括與該天線元件電氣耦接之一放大器。
實例19包括實例1至18中之任一者之主題，且其中該天線模組包括於該第三層中。
實例20包括實例1至19中之任一者之主題，且其中該第一層、該第二層及該第三層包含在一PCB堆疊中之離散印刷電路板(PCB)層。
實例21包括實例1至20中之任一者之主題，且其中該第一層、該第二層及該第三層中之一者或多者包含一基體、一印刷電路板(PCB)、一陶瓷板或一層之一子層。
實例22包括實例1至21中之任一者之主題，且其中該多個輸出通路與包括於一第四層中之多個天線元件電氣耦接，且其中每一對該輸出與該天線元件之間的一電氣信號路徑長度彼此等距。
實例23包括實例1至22中之任一者之主題，且其中該多個輸出通路與包括於一第四層中之多個天線元件電氣耦接，且其中該多個輸出通路中之輸出通路之一數目大於該多個天線元件中之天線元件之一數目。
實例24為一種設備，其包括：
多個波束成形器單元，其以一特定配置而配置於一第一層中，其中該多個波束成形器單元中之每一波束成形器單元包含：
一波束成形器，其包括多個輸入及多個輸出，
多個輸入通路，其具有第一末端及第二末端，其中該多個輸入通路中之一輸入通路之每一第一末端電氣耦接至該多個輸入中之一各別輸入，且該多個輸入通路中之該輸入通路之每一第二末端電氣耦接至位於一第二層中的一多工饋送網路之一終止跡線區段，及
多個輸出通路，其具有第三末端及第四末端，其中該多個輸出通路中之一輸出通路之每一第三末端電氣耦接至該多個輸出中之一各別輸出，且該多個輸出通路中之該輸出通路之每一第四末端電氣耦接至位於一第三層中的多個天線元件中之一天線元件，
其中該多個波束成形器單元中之每一波束成形器單元定位於該第一層中以最小化至相關聯天線元件之路由距離。
實例25包括實例24之主題，且其中該多個波束成形器單元中之每一波束成形器單元定位於該第一層中以實現以下目的中之一者或二者：最小化至相關聯天線元件之路由距離，及增大與該多工饋送網路相關聯之一跡線間距。
實例26包括實例24至25中之任一者之主題，且其中該多個波束成形器單元中之每一波束成形器單元定位於該第一層中以最小化該特定配置中的波束成形器單元之數目。
實例27包括實例24至26中之任一者之主題，且其中在該特定配置之一中心部分中的該多個波束成形器單元中之波束成形器單元之密度大於在該特定配置之周邊部分中的該多個波束成形器單元中之波束成形器單元之密度。
實例28包括實例24至27中之任一者之主題，且其中該特定配置內的每一波束成形器單元之一位置隨包含組配有該多工饋送網路之該第二層的層之一數目而變。
實例29包括實例24至28中之任一者之主題，且其中該第二層包含第四層及第五層，其中包括於該多工饋送網路中處於一第一定向的導電跡線位於該第四層中，且其中包括於該多工饋送網路中處於不同於該第一定向之一第二定向的導電跡線位於該第五層中。
實例30包括實例24至29中之任一者之主題，且其中該多工饋送網路包含至少三個多工饋送網路。
實例31包括實例24至30中之任一者之主題，且其中該第二層包含第四層、第五層、第六層及第七層，其中包括於該多工饋送網路中處於一第一定向的導電跡線位於該第四層及該第六層中，且其中包括於該多工饋送網路中處於不同於該第一定向之一第二定向的導電跡線位於該第五層及該第七層中。
實例32包括實例24至31中之任一者之主題，且其中該多工饋送網路包含一H網路。
實例33包括實例24至32中之任一者之主題，且其中該特定配置內的該等波束成形器單元中之一者或多者之一位置隨該第三層中該多個天線元件之一配置而變。
實例34包括實例24至33中之任一者之主題，且其中該波束成形器包括多個移相器且包含一積體電路(IC)晶片。
實例35包括實例24至34中之任一者之主題，且其中該多個輸入及該多個輸出分佈在該IC晶片之所有側上。
實例36包括實例24至35中之任一者之主題，且其中該IC晶片相對於該多個輸入通路及該多個輸出通路實體上旋轉以減小鄰近波束成形器單元之間的一距離。
實例37包括實例24至36中之任一者之主題，且其中該多個天線元件中之該天線元件包括於一天線模組中，該天線模組進一步包括與該天線元件電氣耦接之一放大器。
實例38包括實例24至37中之任一者之主題，且其中該天線模組包括於該第三層中。
實例39包括實例24至38中之任一者之主題，且其中該第一層、該第二層及該第三層包含在一PCB堆疊中之離散印刷電路板(PCB)層。
實例40包括實例24至39中之任一者之主題，且其中該第一層、該第二層及該第三層中之一者或多者包含一基體、一印刷電路板(PCB)、一陶瓷板或一層之一子層。
實例41包括實例24至40中之任一者之主題，且其中每一對該輸出與該天線元件之間的一電氣信號路徑長度彼此等距。
實例42包括實例24至41中之任一者之主題，且其中該多個波束成形器單元中之每一波束成形器單元進一步包含多個射頻(RF)濾波器，其中該多個RF濾波器中之每一RF濾波器安置在該多個輸出中之一各別輸出與該多個輸出通路中之一各別輸出通路之間且電氣耦接至該各別輸出及該各別輸出通路。
實例43為一種設備，其包括：
多個第一導電跡線，其在一堆疊之一第一層中定向於一第一方向上；
多個第二導電跡線，其在該堆疊之一第二層中定向於不同於該第一方向之一第二方向上；
多個第一通路，其將該多個第一導電跡線電氣耦接至該多個第二導電跡線中之各別跡線以界定多個第一階層式網路；
多個第三導電跡線，其在該堆疊之一第三層中定向於該第一方向上；
多個第四導電跡線，其在該堆疊之一第四層中定向於該第二方向上；及
多個第二通路，其將該多個第三導電跡線電氣耦接至該多個第四導電跡線中之各別跡線以界定多個第二階層式網路，
其中在該多個第一階層式網路之一最末級處的該等第一跡線或該等第二跡線之開放末端包含多個第一末端，且在該多個第二階層式網路之一最末級處的該等第三跡線或該等第四跡線之開放末端包含多個第二末端，且其中該多個第一末端中之一第一末端與該多個第二末端中之一對應第二末端在垂直於該第一層之一主要平面的一方向上彼此不共線。
實例44包括實例43之主題，且其中在該第一多個階層式網路之該最末級處的該等第一跡線或該等第二跡線中之至少一者與在該第二多個階層式網路之該最末級處的該等第三跡線或該等第四跡線中之至少一者具有一不同形狀。
實例45包括實例43至44中之任一者之主題，且其中在該第一多個階層式網路之該最末級處的該等第一跡線及該等第二跡線與在該第二多個階層式網路之該最末級處的該等第三跡線及該第四跡線彼此長度匹配。
實例46包括實例43至45中之任一者之主題，且其中該多個第一階層式網路包含H網路。
實例47包括實例43至46中之任一者之主題，且其中該多個第一階層式網路包含至少三個階層式網路。
實例48包括實例43至47中之任一者之主題，且其中該多個第一階層式網路中之階層式網路彼此電氣隔離。
實例49包括實例43至48中之任一者之主題，且其中該多個第一導電跡線中之各別跡線彼此平行且偏移，且其中該多個第二導電跡線中之各別跡線彼此平行且偏移。
實例50為一種設備，其包括：
一波束成形器，其包括多個輸入及多個輸出，且該波束成形器包括於一第一印刷電路板(PCB)層中；
多個輸入通路，其中該多個輸入中之每一輸入電氣耦接至該多個輸入通路中之一各別輸入通路；
一第一導電跡線區段，其自一第一階層式網路之一倒數第一級節點延伸，其中該第一導電跡線區段包括在與該倒數第一級節點相對的一末端處之一第一端接末端，其中該第一端接末端電氣耦接至該多個輸入通路中之一第一輸入通路；及
一第二導電跡線區段，其自一第二階層式網路之一倒數第二級節點延伸，其中該第二導電跡線區段包括在與該倒數第二級節點相對的一末端處之一第二端接末端，其中該第二端接末端電氣耦接至該多個輸入通路中之一第二輸入通路，
其中該第一階層式網路安置在該第二階層式網路上方且與之對準，其中該第一導電跡線區段與該第二導電跡線區段之形狀彼此不同。
實例51包括實例50之主題，且其中該第一端接末端及該第二端接末端之位置相對於垂直於該第一PCB層之一方向彼此不共線。
實例52包括實例50至51中之任一者之主題，且其中該第一導電跡線區段與該第二導電跡線彼此長度匹配。
實例53包括實例50至52中之任一者之主題，且其中該第一階層式網路與該第二階層式網路之各別節點在垂直於該第一PCB層之一方向上彼此共線。
實例54包括實例50至53中之任一者之主題，且其中該第一階層式網路設置於第二PCB層及第三PCB層上，且該第二階層式網路設置於第三PCB層及第四PCB層上。
實例55包括實例50至54中之任一者之主題，且其中包括於該第一階層式網路中處於一第一定向的導電跡線位於該第二PCB層中，包括於該第一階層式網路中處於不同於該第一定向之一第二定向的導電跡線位於該第三PCB層中，包括於該第二階層式網路中處於該第一定向的導電跡線位於該第三PCB層中，且包括於該第二階層式網路中處於該第二定向的導電跡線位於該第四PCB層中。
實例56包括實例50至55中之任一者之主題，且其中該第一階層式網路及該第二階層式網路中之每一者包含多於一個階層式網路。
實例57包括實例50至56中之任一者之主題，且其中該波束成形器之該多個輸出電氣耦接至多個天線元件中之一各別天線元件，且其中該多個輸入中之每一輸入與一不同波束或頻道相關聯。
儘管本文已出於描述之目的說明並描述了某些實施例，但在不背離本揭露內容之範疇的情況下，多種替代及/或等效實施例或經計算以達成相同目的之實施可取代所展示及描述之實施例。本申請案意欲涵蓋本文中所論述之實施例的任何調適或變化。因此，顯然地意欲本文中所描述之實施例僅受申請專利範圍限制。
100、200、300‧‧‧相控陣列天線系統
110‧‧‧天線孔口
110A、110B、110C、110D、120、220‧‧‧天線格組
112、112A、112B、112C、112D‧‧‧載體
120A、120B、120C、120D‧‧‧實施例
122i、222a、222b、222i、322a、322b‧‧‧天線元件
124i‧‧‧放大器
130‧‧‧對映系統
140、240‧‧‧波束成形器格組
142i‧‧‧波束成形器元件/波束成形器
144a‧‧‧濾波器
145i‧‧‧移相器
148a、406、410、411、412、413、414、415、416、417、418、804‧‧‧通路
150、420、520‧‧‧多工饋送網路
160‧‧‧分配器/組合器
170‧‧‧調變器/解調變器
180、280、380‧‧‧鋪疊
180a‧‧‧天線層
180b、380b1、380b2、380b3、380b4‧‧‧對映層
180c‧‧‧多工饋送網路層
180d、280d‧‧‧波束成形器層
224a、224b‧‧‧低雜訊放大器(LNA)
226a、226b‧‧‧天線模組
228a、248a‧‧‧導電通路
232a‧‧‧第一對映跡線
234a‧‧‧第二對映跡線
238a、238b、338a、338b‧‧‧中間通路
242a、242i‧‧‧波束成形器元件
244a、244b‧‧‧RF濾波器
260‧‧‧組合器
270‧‧‧RF解調變器
280a‧‧‧天線格組層
280b1‧‧‧第一對映層
280b2‧‧‧第二對映層
280c‧‧‧層
342a、342i、402、910‧‧‧波束成形器
400、500‧‧‧波束成形器單元
401、430、501、541、542、544、545‧‧‧PCB層
404‧‧‧第一濾波器
408‧‧‧第二濾波器
421‧‧‧端接或末端跡線區段
422‧‧‧水平導電跡線
424‧‧‧豎直導電跡線
426、441、442、443、444、445、446、447、448、552、562、570、572、574、576‧‧‧端接末端
428‧‧‧節點
429、600、610‧‧‧部分
432‧‧‧功率分裂器/組合器
434‧‧‧第一導電跡線
436‧‧‧第二導電跡線
437‧‧‧第三導電跡線
438‧‧‧第一導電通路
439‧‧‧第二導電通路
502‧‧‧跡線
522、532、800‧‧‧水平跡線
524、534、802‧‧‧豎直跡線
540‧‧‧第一子集
543‧‧‧第二子集
550、560‧‧‧端接跡線區段
554、564‧‧‧最末或末端節點
602、604、612、614‧‧‧著陸墊
700‧‧‧過程
702、704、706、708、710、712‧‧‧區塊
806、816‧‧‧水平間距
808、818‧‧‧豎直間距
810‧‧‧圖形
812、814‧‧‧線
900、912‧‧‧H網路
902‧‧‧圓形區域
904‧‧‧被排除區域
914‧‧‧中心部分
916、918、920、922‧‧‧位置
B‧‧‧波束
D‧‧‧較佳方向/所要指向角度
D1、D2、d1、d2、d3‧‧‧間隔
LM‧‧‧主瓣
LS‧‧‧旁瓣
M‧‧‧距離
RX‧‧‧接收方向
S、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8‧‧‧射頻(RF)信號
TX‧‧‧傳輸方向
θ、ϕ‧‧‧角度
本發明之前述態樣及許多伴隨優勢將變得更易於瞭解，此係因為當結合隨附圖式參考以下實施方式時，該等態樣及優勢會變得更好理解，圖式中：
圖1A繪示根據本揭露內容之一個實施例的用於相控陣列天線系統之電氣組配的示意圖，該相控陣列天線系統包括界定天線孔口之天線格組、對映、波束成形器格組、多工饋送網路、分配器或組合器，及調變器或解調變器。
圖1B繪示根據本揭露內容之一個實施例的由相控陣列天線孔口達成之信號輻射場型。
圖1C繪示根據本揭露內容之實施例的用以界定各種天線孔口的相控陣列天線之個別天線元件之示意性佈局(例如，矩形、圓形、空間漸縮)。
圖1D繪示根據本揭露內容之實施例的用以界定天線孔口的呈空間漸縮組配之個別天線元件。
圖1E為界定圖1D中之天線孔口之面板的橫截面視圖。
圖1F為天線信號之主瓣及不良旁瓣的圖形。
圖1G繪示根據本揭露內容之一個實施例的構成相控陣列天線系統之多個層疊層的等角視圖。
圖2A繪示根據本揭露內容之一個實施例的用於天線格組中之多個天線元件耦接至波束成形器格組中之單個波束成形器的電氣組配的示意圖。
圖2B繪示根據圖2A之電氣組配的構成例示性接收系統中之相控陣列天線系統之多個層疊層的示意性橫截面。
圖3A繪示根據本揭露內容之一個實施例的用於天線格組中之多個穿插天線元件耦接至波束成形器格組中之單個波束成形器的電氣組配的示意圖。
圖3B繪示根據圖3A之電氣組配的構成例示性傳輸及穿插系統中之相控陣列天線系統之多個層疊層的示意性橫截面。
圖4A描繪根據本揭露內容之一些實施例之包括多個波束成形器單元之波束成形器格組之一部分的方塊圖。
圖4B至圖4D描繪根據本揭露內容之一些實施例之多工饋送網路之額外視圖。
圖5A描繪根據本揭露內容之替代實施例之包括一波束成形器格組層及四個多工饋送網路層之堆疊之一部分的方塊圖。
圖5B描繪根據本揭露內容之一些實施例之包括組配為八H網路之多工饋送網路的堆疊之一部分之透視圖。
圖5C至圖5D描繪根據本揭露內容之一些實施例之包括於多工饋送網路中的端接跡線區段之實例形狀或輪廓。
圖6A至圖6B描繪根據本揭露內容之一些實施例之波束成形器單元可位於其中的PCB層之部分的實例。
圖7描繪根據本揭露內容之一些實施例之用於判定實例波束成形器格組配置或佈局之過程。
圖8A至圖8B描繪根據本揭露內容之一些實施例之分別配置於二個層中的八個與四個H網路之實例簡化俯視圖。
圖8C描繪根據本揭露內容之一些實施例之展示H網路之(豎直)間距與波束成形器正方形大小之間的關係的圖形。
圖9A描繪根據本揭露內容之一些實施例之配置於正方形區域(其中展示被排除區域)中的八個H網路。
圖9B描繪根據本揭露內容之一些實施例之相對於H網路的可能波束成形器單元位置之識別。
圖10描繪根據本揭露內容之一些實施例之相對於單個H網路的波束成形器單元配置之實例。

Claims (36)

  1. 一種設備，其包含： 一波束成形器，其包括多個輸入及多個輸出； 多個輸入通路，其中該多個輸入中之每一輸入電氣耦接至該多個輸入通路中之一各別輸入通路；及 多個輸出通路，其中該多個輸出中之每一輸出電氣耦接至該多個輸出通路中之一各別輸出通路； 其中該波束成形器包括於一第一層中，其中該多個輸入通路經組配以電氣耦接至設置於至少第二層及第三層上的多個階層式網路之端接跡線末端，且其中該多個階層式網路包含至少三個階層式網路。
  2. 如請求項1之設備，其進一步包含包括於該第一層中之多個射頻(RF)濾波器，其中該多個RF濾波器中之每一RF濾波器安置在該多個輸出中之一各別輸出與該多個輸出通路中之一各別輸出通路之間且電氣耦接至該各別輸出及該各別輸出通路。
  3. 如請求項2之設備，其中該多個輸出通路經組配以將每一對RF濾波器及輸出電氣耦接至設置於一第四層上的多個天線元件中之一天線元件。
  4. 如請求項3之設備，其中該第二層及該第三層安置在該第一層與該第四層之間。
  5. 如請求項3之設備，其中該第一層中的該波束成形器之一位置經組配以減小至電氣耦接至該多個輸出通路之該等天線元件的一信號路徑長度。
  6. 如請求項3之設備，其中該多個RF濾波器中之每一RF濾波器經組配以根據與該各別天線元件相關聯的一操作頻率而按一頻率對信號進行濾波。
  7. 如請求項2之設備，其中該多個RF濾波器之一第一子集中的每一RF濾波器與一第一頻率相關聯，且該多個RF濾波器之一第二子集中的每一RF濾波器與一第二頻率相關聯。
  8. 如請求項1至7中任一項之設備，其中該多個階層式網路之一第一子集設置於該第二層及該第三層中，且該多個階層式網路之一第二子集設置於第五層及第六層中。
  9. 如請求項8之設備，其中電氣耦接至該等輸入通路之該等端接跡線末端之一第一子集包括於該多個階層式網路之該第一子集中，且電氣耦接至該等輸入通路之該等端接跡線末端之一第二子集包括於該多個階層式網路之該第二子集中。
  10. 如請求項1至7及9中任一項之設備，其中該多個階層式網路包含H網路。
  11. 如請求項1至7及9中任一項之設備，其中包括於該多個階層式網路中處於一第一定向的導電跡線位於該第二層中，且包括於該多個階層式網路中處於不同於該第一定向之一第二定向的導電跡線位於該第三層中。
  12. 如請求項1至7及9中任一項之設備，其中該波束成形器包括多個移相器且包含一積體電路(IC)晶片。
  13. 如請求項1至7及9中任一項之設備，其進一步包含包括於一第四層中且電氣耦接至該多個輸出通路之多個天線元件，其中該多個天線元件中之一天線元件包括於一天線模組中，該天線模組進一步包括與該天線元件電氣耦接之一放大器。
  14. 如請求項1至7及9中任一項之設備，其中該第一層、該第二層及該第三層中之一者或多者包含一基體、一印刷電路板(PCB)、一陶瓷板或一層之一子層。
  15. 如請求項1至7及9中任一項之設備，其中該多個輸出通路與包括於一第四層中之多個天線元件電氣耦接，且其中每一對該輸出與該天線元件之間的一電氣信號路徑長度彼此等距。
  16. 如請求項1至7及9中任一項之設備，其中該多個輸出通路與包括於一第四層中之多個天線元件電氣耦接，且其中該多個輸出通路中之輸出通路之一數目大於該多個天線元件中之天線元件之一數目。
  17. 一種設備，其包含： 多個波束成形器單元，其以一特定配置而配置於一第一層中，其中該多個波束成形器單元中之每一波束成形器單元包含： 一波束成形器，其包括多個輸入及多個輸出， 多個輸入通路，其具有第一末端及第二末端，其中該多個輸入通路中之一輸入通路之每一第一末端電氣耦接至該多個輸入中之一各別輸入，且該多個輸入通路中之該輸入通路之每一第二末端電氣耦接至位於一第二層中的一多工饋送網路之一終止跡線區段，及 多個輸出通路，其具有第三末端及第四末端，其中該多個輸出通路中之一輸出通路之每一第三末端電氣耦接至該多個輸出中之一各別輸出，且該多個輸出通路中之該輸出通路之每一第四末端電氣耦接至位於一第三層中的多個天線元件中之一天線元件， 其中該多個波束成形器單元中之每一波束成形器單元定位於該第一層中以最小化至相關聯天線元件之路由距離。
  18. 如請求項17之設備，其中該多個波束成形器單元中之每一波束成形器單元定位於該第一層中以實現以下目的中之一者或二者：最小化至相關聯天線元件之路由距離，及增大與該多工饋送網路相關聯之一跡線間距。
  19. 如請求項17至18中任一項之設備，其中該多個波束成形器單元中之每一波束成形器單元定位於該第一層中以最小化該特定配置中的波束成形器單元之數目。
  20. 如請求項17至18中任一項之設備，其中在該特定配置之一中心部分中的該多個波束成形器單元中之波束成形器單元之密度大於在該特定配置之周邊部分中的該多個波束成形器單元中之波束成形器單元之密度。
  21. 如請求項17至18中任一項之設備，其中該特定配置內的每一波束成形器單元之一位置隨包含組配有該多工饋送網路之該第二層的層之一數目而變。
  22. 如請求項21之設備，其中該第二層包含第四層及第五層，其中包括於該多工饋送網路中處於一第一定向的導電跡線位於該第四層中，且其中包括於該多工饋送網路中處於不同於該第一定向之一第二定向的導電跡線位於該第五層中。
  23. 如請求項22之設備，其中該多工饋送網路包含至少三個多工饋送網路。
  24. 如請求項21之設備，其中該第二層包含第四層、第五層、第六層及第七層，其中包括於該多工饋送網路中處於一第一定向的導電跡線位於該第四層及該第六層中，且其中包括於該多工饋送網路中處於不同於該第一定向之一第二定向的導電跡線位於該第五層及該第七層中。
  25. 如請求項17至18及22至24中任一項之設備，其中該波束成形器包括多個移相器且包含一積體電路(IC)晶片。
  26. 如請求項25之設備，其中該IC晶片相對於該多個輸入通路及該多個輸出通路實體上旋轉以減小鄰近波束成形器單元之間的一距離。
  27. 如請求項17至18、22至24及26中任一項之設備，其中每一對該輸出與該天線元件之間的一電氣信號路徑長度彼此等距。
  28. 一種設備，其包含： 多個第一導電跡線，其在一堆疊之一第一層中定向於一第一方向上； 多個第二導電跡線，其在該堆疊之一第二層中定向於不同於該第一方向之一第二方向上； 多個第一通路，其將該多個第一導電跡線電氣耦接至該多個第二導電跡線中之各別跡線以界定多個第一階層式網路； 多個第三導電跡線，其在該堆疊之一第三層中定向於該第一方向上； 多個第四導電跡線，其在該堆疊之一第四層中定向於該第二方向上；及 多個第二通路，其將該多個第三導電跡線電氣耦接至該多個第四導電跡線中之各別跡線以界定多個第二階層式網路， 其中在該多個第一階層式網路之一最末級處的該等第一跡線或該等第二跡線之開放末端包含多個第一末端，且在該多個第二階層式網路之一最末級處的該等第三跡線或該等第四跡線之開放末端包含多個第二末端，且其中該多個第一末端中之一第一末端與該多個第二末端中之一對應第二末端在垂直於該第一層之一主要平面的一方向上彼此不共線。
  29. 如請求項28之設備，其中在該多個第一階層式網路之該最末級處的該等第一跡線或該等第二跡線中之至少一者具有與在該多個第二階層式網路之該最末級處的該等第三跡線或該等第四跡線中之至少一者不同之一形狀。
  30. 如請求項28至29中任一項之設備，其中在該多個第一階層式網路之該最末級處的該等第一跡線及該等第二跡線與在該多個第二階層式網路之該最末級處的該等第三跡線及該等第四跡線彼此長度匹配。
  31. 如請求項28至29中任一項之設備，其中該多個階層式網路包含H網路。
  32. 一種設備，其包含： 一波束成形器，其包括多個輸入及多個輸出，且該波束成形器包括於一第一印刷電路板(PCB)層中； 多個輸入通路，其中該多個輸入中之每一輸入電氣耦接至該多個輸入通路中之一各別輸入通路； 一第一導電跡線區段，其自一第一階層式網路之一倒數第一級節點延伸，其中該第一導電跡線區段包括在與該倒數第一級節點相對的一末端處之一第一端接末端，其中該第一端接末端電氣耦接至該多個輸入通路中之一第一輸入通路；及 一第二導電跡線區段，其自一第二階層式網路之一倒數第二級節點延伸，其中該第二導電跡線區段包括在與該倒數第二級節點相對的一末端處之一第二端接末端，其中該第二端接末端電氣耦接至該多個輸入通路中之一第二輸入通路， 其中該第一階層式網路安置在該第二階層式網路上方且與之對準，其中該第一導電跡線區段與該第二導電跡線區段之形狀彼此不同。
  33. 如請求項32之設備，其中該第一端接末端及該第二端接末端之位置相對於垂直於該第一PCB層之一方向彼此不共線。
  34. 如請求項32至33中任一項之設備，其中該第一階層式網路與該第二階層式網路之各別節點在垂直於該第一PCB層之一方向上彼此共線。
  35. 如請求項32至33中任一項之設備，其中該第一階層式網路設置於第二PCB層及第三PCB層上，且該第二階層式網路設置於第三PCB層及第四PCB層上。
  36. 如請求項35之設備，其中包括於該第一階層式網路中處於一第一定向的導電跡線位於該第二PCB層中，包括於該第一階層式網路中處於不同於該第一定向之一第二定向的導電跡線位於該第三PCB層中，包括於該第二階層式網路中處於該第一定向的導電跡線位於該第三PCB層中，且包括於該第二階層式網路中處於該第二定向的導電跡線位於該第四PCB層中。
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