KR100463763B1 - 액티브 페이즈드 어레이 안테나 및 안테나 제어 장치 - Google Patents

액티브 페이즈드 어레이 안테나 및 안테나 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 유도체 기판 상에 행 방향 및 열 방향의 간격이 동일 간격으로 되도록 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 안테나 패치(106a, …, 106p)와, 고주파 전력이 인가되는 접지된 급전 단자(108)와, 행 방향 지향성 제어 전압을 발생하는 제 1 제어 전압 발생 수단(111)과, 열 방향 지향성 제어 전압을 발생하는 제 2 제어 전압 발생 수단(112)을 갖고, 또한 복수의 안테나 패치(106)는 각각이 급전 단자(108)로부터 분기된 급전선(121)에 의해, 급전 단자(108)와 복수의 안테나 패치(106)가 접속되어 있고, 복수개 구비된 이상기(107)가 급전선(121)의 일부를 구성하도록 배치한 것이다.
이와 같이 구성되는 액티브 페이즈드 어레이 안테나에서는 더욱 간단한 구조로 연속적인 안테나 지향 특성을 변화시키는 것이 가능한 저비용의 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 실현할 수 있다.

Description

액티브 페이즈드 어레이 안테나 및 안테나 제어 장치{ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA AND ANTENNA CONTROLLER}
종래부터 마이크로파·밀리파를 송수신하는 안테나로서, 소위 액티브 페이즈드 어레이 안테나가 일반적으로 이용되고 있다.
이 종래로부터 이용되고 있는 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 10의 (a)는 종래의 액티브 페이즈드 어레이 안테나(100)의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이고, 도 10의 (b)는 액티브 페이즈드 어레이 안테나(100)를 구성하는 부재 중 하나인 이상기(移相器)(707)의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
종래의 액티브 페이즈드 어레이 안테나(100)는 유전체 기판 상에 배열된 복수의 안테나 패치(706a, …, 706p)와 급전 단자(711)에 인가된 고주파 신호를 각 안테나 패치(706)로 분배하는 급전선(710)을 갖고 있다. 또한, 액티브 페이즈드 어레이 안테나(100)는 급전선(710) 상에 배치되고 통과하는 고주파 신호의 위상을 변화시키는 각 안테나 패치(706)에 대응하는 이상기(707a, …, 707p)와 각 이상기(707)마다 대응하는 소요의 직류 제어 전압을 인가하여 각 이상기(707)를 통과시키는 고주파 신호의 이상량(移相量)을 제어하는 제어 회로(708)를 갖고 있다. 또한, 안테나 패치(706) 및 이상기(707)는 도 10에서는 각각 16개씩 마련되어 있지만, 어디까지나 이것은 예시에 불과하다.
또한, 도 10의 (b)는 액티브 페이즈드 어레이 안테나(100)에 사용되고 있는 이상기(707)의 구성을 도시하는 도면이다. 또, 모든 이상기(707)는 동일 구성으로 되어 있다.
이상기(707)는 입력된 고주파 신호를 전송하는 전송로로서, 급전선(710)에 접속된 입력 측 및 출력 측의 제 1 전송로(14a, 20a)와, 직류 전원에 고주파 저지 소자(21, 27)를 거쳐 접속된 입력 측 및 출력 측의 제 2 전송로(14b, 20b)와, 직류 전원에 고주파 저지 소자(24)를 거쳐 접속된 중간 전송로(17)와, 각각 고주파 저지 소자(24)를 거쳐 제 1 제어선 V1, 제 1 반전 제어선 NV1에 접속된 길이가 다른 제 1, 제 2 전환용 전송로(15, 16)와, 각각 고주파 저지 소자(25, 26)를 거쳐 제 2 제어선 V2, 제 2 반전 제어선 NV2에 접속된 길이가 다른 제 3, 제 4 전환용 전송로(18, 19)를 갖고 있다.
그리고, 입력 측의 제 1 전송로(14a)와 제 2 전송로(14b) 사이에는 직류 전력을 저지하는 직류 저지 소자(12)가, 또 출력 측의 제 1 전송로(20a)와 제 2 전송로(20b) 사이에는 직류 전력을 저지하는 직류 저지 소자(13)가 각각 접속되어 있다.
또한, 제 1 및 제 2 전환용 전송로(15, 16)은 중간 전송로(17)와 입력 측의 제 2 전송로(14b) 사이에 배치되어 있다.
제 1 전환용 전송로(15)의 입력 측단과 입력 측의 제 2 전송로(14b)의 출력 측단 사이에는 PIN 다이오드(31a)가 제 2 전송로(14b)로부터 제 1 전환용 전송로(15)를 향해 순방향으로 되도록, 또한 제 1 전환용 전송로(15)의 출력 측단과 중간 전송로(17)의 입력 측단 사이에는 PIN 다이오드(31b)가 중간 전송로(17)로부터 제 1 전환용 전송로(15)를 향해 순방향으로 되도록 각각 접속되어 있다.
제 2 전환용 전송로(16)의 입력 측단과 입력 측의 제 2 전송로(14b)의 출력 측단 사이에는 PIN 다이오드(32a)가 제 2 전송로(14b)로부터 제 2 전환용 전송로(16)를 향해 순방향으로 되도록, 또한 제 2 전환용 전송로(16)의 출력 측단과 중간 전송로(17)의 입력 측단 사이에는 PIN 다이오드(32b)가 중간 전송로(17)로부터 제 2 전환용 전송로(16)를 향해 순방향으로 되도록 접속되어 있다.
또한, 상기 중간 전송로(17)와 출력 측의 제 2 전송로(20b) 사이에는 제 3 및 제 4 전환용 전송로(18, 19)가 배치되어 있다.
제 3 전환용 전송로(18)의 입력 측단과 중간 전송로(17)의 출력 측단 사이에는 PIN 다이오드(33a)가 중간 전송로(17)로부터 제 3 전환용 전송로(18)를 향해 순방향으로 되도록, 또한 제 3 전환용 전송로(18)의 출력 측단과 출력 측의 제 2 전송로(20b)의 입력 측단 사이에는 PIN 다이오드(33b)가 제 2 전송로(20b)로부터 제 3 전환용 전송로(18)를 향해 순방향으로 되도록 접속되어 있다.
제 4 전환용 전송로(19)의 입력 측단과 중간 전송로(17)의 출력 측단 사이에는 PIN 다이오드(34a)가 중간 전송로(17)로부터 제 4 전환용 전송로(19)를 향해 순방향으로 되도록, 또한 제 4 전환용 전송로(19)의 출력 측단과 출력 측의 제 2 전송로(20b)의 입력 측단 사이에는 PIN 다이오드(34b)가 제 2 전송로(20)로부터 제 4 전환용 전송로(19)를 향해 순방향으로 되도록 접속되어 있다.
이와 같이 구성되는 이상기(707)를 구비한 액티브 페이즈드 어레이 안테나(100)의 동작에 대해서 설명한다.
우선, 급전 단자(711)에 고주파 전력이 인가되면, 고주파 전력은 각 이상기 (707)를 거쳐 각 안테나 패치(706)로 공급된다. 이 때, 각 이상기(707)에는 대응하는 소요의 제어 전압이 인가되고 있고, 각 이상기(707)에서는 제어 회로(708)로부터의 제어 전압에 따라 고주파 전력의 이상(移相)을 소정의 이상량만큼 진행시키거나 지연시키는 처리가 실행된다. 이에 따라, 각 안테나 패치(706)로부터 소정 위치의 고주파 전력이 출사된다.
이와 같이, 액티브 페이즈드 어레이 안테나(100)에서는 제어 회로(708)로부터 각 이상기(707)로 직접 제어 전압을 인가해서 이상량을 변화시키는 것에 의해 안테나의 지향 특성을 제어하고 있다.
다음에 이상기(707)의 동작에 대해 설명한다.
급전선(710)을 거쳐 이상기(707)로 공급된 고주파 전력은 입력 측의 제 1 전송로(14a), 직류 저지 소자(12), 입력 측의 제 2 전송로(14b), 제 1, 제 2 전환용 전송로(15, 16) 중 어느 한쪽, 중간 전송로(17), 제 3, 제 4 전환용 전송로(18, 19) 중 어느 한쪽, 출력 측의 제 2 전송로(20b), 직류 저지 소자(13) 및 출력 측의 제 1 전송로(20a)의 순서로 통과해서 안테나 패치(706)로 전파한다.
이 때, 각 제어선 V1, V2, NV1, NV2로부터는 대응하는 PIN 다이오드(31, 32, 33, 34)의 ON/OFF를 전환하는 제어 전압이 각 전송로(15, 16, 18, 19)로 인가되고 있고, 각 PIN 다이오드(31, 32, 33, 34)는 제어 전압에 따라 ON/OFF한다. 이에 따라, 고주파 전력이 이상기(707) 내에서 통과하는 전송로의 길이가 변화하게 되고, 고주파 전력은 소정의 이상량만큼 위상이 진행되거나 지연되어 출력된다.
그런데, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 종래의 액티브 페이즈드 어레이 안테나(100)를 구성하는 이상기(707)에서는 내부의 전송로를 제어 전압에 의해 전환해서 이상량을 변화시키고 있기 때문에 이상(移相) 변화는 연속적이 아니고 단계적으로 실행되게 되고, 게다가 단계 수(스텝 수)에 대응한 전송로 전환을 위한 회로 구성 즉 전환용 전송로, 고주파 저지 소자나 제어선 등이 필요로 되어 문제였다.
환언하면, 여러 가지 단계에서 이상 변화가 실행되고, 게다가 큰 이상량이 얻어지는 구성을 실현하고자 하면, 많은 전송로 전환을 위한 회로 구성이 필요하게 된다는 문제가 존재한다는 것이다.
또한, 안테나 패치 수를 많게 하여 이득이 큰 안테나를 얻고자 하는 경우에도, 이상기를 구성하는 회로 구성이나 배선이 복잡하게 된다고 하는 문제가 있었다.
또한, 종래의 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 이용하는 이상기로서, 마이크로 스트립 하이브리드 커플러에 버랙터 다이오드(가변 용량 다이오드)를 조합한 것도 있지만, 버랙터 다이오드는 연속적인 지향성의 변화가 가능한 반면, PN 접합의 접합 용량을 이용하고 있기 때문에 제어 전압이 수 볼트로 낮고, 이 때문에 이상기 내를 통과하는 고주파 신호의 통과 전력이 크면 그의 신호 전압에 의해 접합 용량이 변화해 버리고, 이에 따라 고조파가 많이 발생한다는 문제가 있었기 때문에, 이러한 구성을 갖는 이상기를 이용하는 것은 일반적이 아니었다.
또한, 마이크로 스트립 구조의 유전체 기재(基材)는 고주파의 전파 특성을 제어하고, 또한 안테나 패치나 급전선 도체를 지지한다고 하는 기능이 있지만, 유전체 기재는 고주파 특성으로서 손실이 적고 유전율이 안정된다고 하는 특성이 요구되기 때문에, 이러한 특성을 갖는 재료를 유전체 기재로서 이용하면 이것이 안테나 가격의 대부분을 차지해 버려 문제였다.
그래서, 본 발명은 이러한 문제점을 감안해서 이루어진 것으로서, 본 발명의목적은 더욱 간단한 구조로 연속적인 안테나 지향 특성을 변화시키는 것이 가능한 저렴한 액티브 페이즈드 어레이 안테나 및 안테나 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 액티브 페이즈드(phased) 어레이 안테나 및 안테나 제어 장치에 관한 것으로, 특히 이동체 식별용 무선기나 위성 방송 수신기 등의 통신기기에 있어서의 마이크로파를 송수신하는 액티브 페이즈드 어레이 안테나나 그밖에 예컨대 자동차의 충돌 방지 레이더 등의 밀리파를 송수신하는 액티브 페이즈드 어레이 안테나 및 이들 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 이용되는 안테나 제어 장치에 관한 것이다.
도 1의 (a)는 실시예 1에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 구조를 도시하는 블록도,
도 1의 (b)는 실시예 1에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 안테나 패치에 의한 수신 전파의 최대 감도 방향을 설명하는 도면,
도 2의 (a)는 실시예 1에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 이상기의 구성을 도시하는 도면,
도 2의 (b)는 제어 전압이 만드는 바이어스 전계에 대한 마이크로 스트립 스터브의 실효 유전율의 변화를 나타내는 그래프,
도 3은 실시예 1에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 구조를 설명하는 분해 사시도,
도 4는 실시예 1에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 단면 구조(일부)를 도시하는 도면,
도 5의 (a), (b), (c)는 실시예 2에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 이용하는 이상기의 구성을 도시하는 도면,
도 5의 (d)는 개방단 스터브에서의 제어 전압이 만드는 바이어스 전해(電解)와 고주파 전력이 만드는 자계를 도시하는 도면,
도 6은 실시예 3에 따른 안테나 제어 장치를 도시하는 사시도,
도 7의 (a)는 실시예 4에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 구성을 도시하는 블록도,
도 7의 (b)는 실시예 4에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 안테나 패치에 의한 수신 전파의 최대 감도 방향을 설명하는 도면,
도 8은 실시예 5에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 있어서의 접지 도체와 스트립 도체의 관계를 설명하는 사시도,
도 9는 실시예 6에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 사시도,
도 10의 (a)는 종래의 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 구조를 도시하는 블록도,
도 10의 (b)는 종래의 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 이용되는 이상기의 구조를 도시하는 블록도.
본 발명의 청구항 1에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에서는 유전체 기판 상에 복수의 안테나 패치와 상기 유전체 기판에 고주파 전력을 인가하는 급전 단자를 구비하고, 상기 각 안테나 패치와 상기 급전 단자를 상기 급전 단자로부터 분기된 급전선에 의해 접속하고, 상기 각 급전선 상을 통과하는 고주파 신호의 위상을 전기적으로 변화시킬 수 있는 이상기를 상기 급전선의 일부로 구성하도록 배치한 구조를 갖는 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 있어서, 상기 이상기는 상유전체를 기재로 하는 마이크로 스트립 하이브리드 커플러와, 강유전체를 기재로 하고, 상기 마이크로 스트립 하이브리드 커플러와 전기적으로 접속되는 마이크로 스트립 스터브를 조합해서 이루어지고, 상기 마이크로 스트립 스터브에 직류의 제어 전압을 부가해서 이상량을 변화시키도록 구성한 것을 특징으로 한다.
따라서, 제어 전압을 변화시키면 연속적으로 통과 이상량을 변화시키는 것이 가능해지고, 또한 이상기 및 급전선을 하나의 도체층에 의해 구성할 수 있기 때문에, 복수의 이상기에 대해 한 개의 제어선에 의해 제어 전압을 공급하는 것이 가능해지고, 그 결과 배선을 단순하게 할 수 있다는 효과를 갖는다.
본 발명의 청구항 2에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에서는, 청구항 1에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 있어서, 상기 복수의 안테나 패치는 행 방향 및 열 방향 각각에 동일 간격으로 되도록 매트릭스 형상으로 배치하고, 각 행의 각 안테나 패치에서 급전 단자까지의 사이에 들어가는 상기 이상기의 수가 인접하는 행의 각 안테나 패치에서 급전 단자까지의 사이에 들어가는 상기 이상기의 수보다 순차적으로 한 개씩 많아지도록, 또한 각 열의 각 안테나 패치에서 급전 단자까지의 사이에 들어가는 상기 이상기의 수가 인접하는 열의 각 안테나 패치에서 급전 단자까지의 사이에 들어가는 상기 이상기의 수보다 순차적으로 한 개씩 많아지도록 상기 이상기를 배치해서 이루어지고, 또한 상기 이상기가 행 방향 및 열 방향 각각에 모두 동일한 특성인 것을 특징으로 한다.
따라서, 복수의 이상기를 접속시킨 제어선의 양단 측에서 인가하는 제어 전압을 변화시키는 것만으로 안테나 패치의 수에 관계없이 안테나의 지향 특성을 연속적으로 제어할 수 있다는 효과를 갖는다.
본 발명의 청구항 3에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에서는 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 있어서, 상기 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 7개의 층으로 적층시키는 것에 의해 구성하고, 상기 7개의 층을 최상층부터 순서대로 제 1 층, 제 2 층, …, 제 7 층으로 하고, 제 1, 제 3, 제 5, 제 7 층을 유전체에 의해, 또한 제 2 층, 제 4 층, 제 6 층을 도체로 하고, 상기 액티브 페이즈드 어레이 안테나가 상기 제 1 층, 제 2 층, 제 3 층, 제 4 층에 의해 구성되는 제 1 마이크로 스트립 구조와 상기 제 4 층, 제 5 층, 제 6 층, 제 7 층에 의해 구성되는 제 2 마이크로 스트립 구조를 갖고, 또한 상기 제 1 마이크로 스트립 구조와 상기 제 2 마이크로 스트립 구조가 상기 제 4 층을 접지층으로서 공유하고, 상기 제 2 층에 안테나 패치를, 상기 제 6 층에 급전선 및 이상기를 마련하고, 상기 제 3 층에 공기를, 상기 제 5 층에 공기와 강유전체를 조합한 것을 이용하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 마이크로 스트립 구조의 도체층 사이의 유전체 기재에는 고주파 전력의 손실이 매우 적고 유전율이 안정되어 있는 공기를 사용하고, 또한 급전선 도체의 표면 외측의 유전체 기재에는 안테나 패치와 급전선 도체를 지지하는 유전체 부재를 사용한 것으로 되어 안테나 표면의 보호층을 겸할 수도 있고, 간단한 구조로 저비용화를 도모할 수 있다는 효과를 갖는다.
본 발명의 청구항 4에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에서는 적어도 강유전체 및 강자성체를 기재로 하는 개방단 스터브와 상유전체를 기재로 하는 마이크로 스트립 하이브리드 커플러를 갖는 이상기를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구항 5에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에서는 청구항 4에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 있어서, 상기 개방단 스터브를 접지 도체, 강유전체, 스트립 도체, 강자성체 순으로 적층시켜 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구항 6에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에서는 청구항 4에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 있어서, 상기 개방단 스터브를 접지 도체, 강유전체, 강자성체, 스트립 도체 순으로 적층시켜 구성하고, 상기접지 도체와 상기 스트립 도체 사이에 상기 강유전체와 상기 강자성체를 상기 접지 도체면과 평행한 면방향으로 적층시켜 구성해서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서, 이들 본 발명의 청구항 4 내지 청구항 6에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나이면, 간단한 구조로 연속적으로, 그리고 넓은 지향 특성 변화가 가능한 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 실현할 수 있는 것이다.
본 발명의 청구항 7에 기재된 안테나 제어 장치는 강유전체, 강자성체, 상유전체 및 전극재를 이용하여 세라믹을 사용한 일체 성형 기술에 의해 성형한 안테나 제어 장치로서, 상기 안테나 제어 장치가 이상기의 기능을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구항 8에 기재된 안테나 제어 장치는 강유전체, 강자성체, 상유전체 및 전극재를 이용하여 세라믹을 사용한 일체 성형 기술에 의해 성형한 안테나 제어 장치로서, 상기 안테나 제어 장치가 이상기 및 직류 저지 소자의 기능을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구항 9에 기재된 안테나 제어 장치는 강유전체, 강자성체, 상유전체 및 전극재를 이용하여 세라믹을 사용한 일체 성형 기술에 의해 성형한 안테나 제어 장치로서, 상기 안테나 제어 장치가 이상기, 직류 저지 소자 및 고주파 저지 소자의 기능을 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 청구항 10에 기재된 안테나 제어 장치는 강유전체, 강자성체, 상유전체 및 전극재를 이용하여 세라믹을 사용한 일체 성형 기술에 의해 성형한 안테나 제어 장치로서, 상기 안테나 제어 장치가 이상기, 직류 저지 소자, 고주파 저지 소자 및 안테나 패치의 기능을 구비한 것을 특징으로 한다.
따라서, 이들 본 발명의 청구항 7 내지 10에 기재된 안테나 제어 장치를 이용한 액티브 페이즈드 어레이 안테나이면, 안테나 조립 시의 정밀도 불균일에 의한 성능 저하가 적은 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 실현할 수 있는 것이다.
본 발명의 청구항 11에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에서는 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 있어서, 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 안테나 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구항 12에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에서는 안테나 패치 및 이상기를 교대로 직렬로 접속한 행 형상 안테나를 이상기와 교대로 직렬로 접속한 행렬 형상 안테나로 한 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 있어서, 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 안테나 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
따라서, 이들 청구항 11 또는 청구항 12에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나이면, 간단한 구조로 연속적으로 지향 특성 변화가 가능한 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 실현할 수 있는 것이다.
본 발명의 청구항 13에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에서는 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 있어서, 상기 접지 도체를 드로잉 가공한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구항 14에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에서는청구항 13에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 있어서, 모든 상기 급전 선로가 동일한 단면 형상을 갖는 선형상 도체에 의해 구성한 스트립 도체를 구비한 것을 특징으로 한다.
따라서, 이들 청구항 13 또는 청구항 14에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나이면, 고가인 저손실 유전체를 사용하지 않고 고이득화가 가능한 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 실현할 수 있는 것이다.
본 발명의 청구항 15에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에서는 청구항 1 내지 청구항 6 또는 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 있어서, 지지 유전체, 접지 도체 및 급전용 스트립 도체를 적층시켜 적층물을 작성한 후, 상기 적층물과 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 안테나 제어 장치를 세라믹을 사용한 일체 성형 기술에 의해 성형해서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서, 밀리파 영역에서 고성능화가 가능한 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 실현할 수 있는 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도 1 내지 도 9를 이용하여 설명한다. 또한, 여기서 설명하는 실시예는 어디까지나 일례이며, 반드시 이 실시예에 한정되는 것이 아니다.
(실시예 1)
우선, 본 발명에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 실시예 1로 해서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1의 (a)는 본 실시예에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)의 구성의 일례를 설명하는 블록도이다.
이 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)는 유전체 기판 상에 행 방향 및 열 방향의 간격이 동일 간격으로 되도록 매트릭스(행렬) 형상으로 배열된 복수의 안테나 패치(106a, …, 106p), 고주파 전력이 인가되는 접지된 급전 단자(108), 행 방향 지향성 제어 전압을 발생하는 제 1 제어 전압 발생 수단(111) 및 열 방향 지향성 제어 전압을 발생하는 제 2 제어 전압 발생 수단(112)을 갖고 있다. 또한, 복수의 안테나 패치(106)는 각각이 급전 단자(108)로부터 분기된 급전선(121)에 의해 급전 단자(108)와 복수의 안테나 패치(106)가 접속되어 있다. 그리고 후술하는 바와 같이, 복수개 구비된 이상기(107)가 급전선(121)의 일부를 구성하도록 배치되어 있다.
또한, 유전체 기판 상에서는 복수의 안테나 패치(106)의 매트릭스 형상 배열에 있어서의 제 1 행 내지 제 4 행의 각 행에 대응하는 제 1 내지 제 4 접속 노드 N1, …, N4가 형성되어 있고, 각 접속 노드 N1, …, N4와 제 1 제어 전압 발생 수단(111) 사이에는 각각 고주파 저지 소자(109a, …, 109d)가 접속되어 있다.
복수의 안테나 패치(106)의 매트릭스 형상 배열에 있어서의 제 1 열의 제 1 행, 제 2 행, 제 3 행, 제 4 행에 대응하는 안테나 패치(106a, 106e, 106i, 106m)는 각각 제 1 내지 제 4 접속 노드 N1, …, N4에 직접 접속되어 있다.
제 2 열의 제 1 행, 제 2 행, 제 3 행, 제 4 행에 대응하는 안테나 패치(106b, 106f, 106j, 106n)은 각각 이상기(107a1, 107a5, 107a9, 107a13)를 거쳐 제 1 내지 제 4 접속 노드 N1, …, N4에 접속되어 있다.
제 3 열의 제 1 행, 제 2 행, 제 3 행, 제 4 행에 대응하는 안테나 패치(106c, 106g, 106k, 106o)는 각각 직렬 접속한 두 개의 이상기 (107a3, 107a4), 직렬 접속한 두 개의 이상기(107a7, 107a8), 직렬 접속한 두 개의 이상기(107a11, 107a12), 직렬 접속한 두 개의 이상기(107a15, 107a16)를 거쳐 제 1 내지 제 4 접속 노드 N1, …, N4에 접속되어 있다.
제 4 열의 제 1 행, 제 2 행, 제 3 행, 제 4 행에 대응하는 안테나 패치(106d, 106h, 1061, 106p)는 각각 직렬 접속한 세 개의 이상기(107a2∼107a4), 직렬 접속한 세 개의 이상기(107a6∼107a8), 직렬 접속한 세 개의 이상기(107a10∼107a12), 직렬 접속한 세 개의 이상기(107a14∼107a16)를 거쳐 제 1 내지 제 4 접속 노드 N1, …, N4에 접속되어 있다.
또한, 제 1 행의 접속 노드 N1은 직류 저지 소자(110a)와 직렬 접속한 세 개의 이상기(107b3∼107b1)를 거쳐 급전 단자(108)에 접속되고, 제 2 행의 접속 노드 N2는 직류 저지 소자(110b)와 직렬 접속한 두 개의 이상기(107b2, 107b1)를 거쳐 급전 단자(108)에 접속되고, 제 3 행의 접속 노드 N3은 직류 저지 소자(110c)와 이상기(107b4)를 거쳐 급전 단자(108)에 접속되고, 제 4 행의 접속 노드 N4는 직류 저지 소자(110d)를 거쳐 급전 단자(108)에 접속되어 있다.
그리고, 제 2 제어 전압 발생 수단(112)은 고주파 저지 소자(109e)를 거쳐 상기 급전 단자(108)에 접속되어 있다.
또, 이상기(107a1∼107a16)는 제 1 제어 전압 발생 수단(111)에 의해, 제어 전압에 의해 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)의 행 방향 지향성을 제어하기 위한 행 방향 지향성 제어용 이상기이고, 이상기(107b1∼107b4)는 제 2 제어 전압 발생 수단(112)의 제어 전압에 의해 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)의 열 방향 지향성을 제어하기 위한 열 방향 지향성 제어용 이상기이다. 또한, 행 방향 및 열 방향 각각에서, 모든 이상기(107a1 ∼107a16, 107b1∼107b4)는 모두 동일한 특성을 갖고 있다.
이러한 구성을 갖는 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)에서는 제 1 행 내지 제 4 행의 각 행의 행 방향 안테나 패치군과 급전 단자(108) 사이에 위치하는 행 방향 지향성 제어용 이상기의 수가 제 4 행에서 제 1 행에 걸쳐 순차적으로 한 개씩 증가하고, 제 1 열∼제 4 열의 각 열의 열 방향 안테나 패치군과 급전 단자(108) 사이에 위치하는 행 방향 지향성 제어용 이상기의 수가 제 1 열에서 제 4 열에 걸쳐 순차적으로 한 개씩 증가하도록 이상기가 배치되는 구성으로 되어 있고, 또한 행 방향 및 열 방향 각각에서, 이상기(107)의 특성이 모두 동일한 것으로 하고 있기 때문에, 열 방향 및 행 방향 지향성의 제어가 각각 하나의 제어 전압에 의해 실행되게 된다.
이것을 구체적으로 설명한다. 우선, 행 방향 지향성 제어용 이상기(107a1∼107a4)를 각각 통과하는 고주파 전력의 위상을 이상량 Φ만큼 지연시키는 것으로 하고, 각 이상기(107)의 배치 간격을 거리 d로 한다.
여기서, 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제 1 행의 안테나 패치(106a)에 입사된 고주파 전력은 위상의 변화없이 접속 노드 N1로 공급된다.
이에 대해, 제 1 행의 안테나 패치(106b)에 입사된 고주파 전력은 이상기 (107a1)에 의해 그의 위상이 이상량 Φ만큼 지연되어 접속 노드 N1로 공급된다.
그리고, 제 1 행의 안테나 패치(106c)에 입사된 고주파 전력은 이상기(107a3, 107a4)에 의해 그의 위상이 이상량 2Φ만큼 지연되어 접속 노드 N1로 공급된다.
또한, 제 1 행의 안테나 패치(106d)에 입사된 고주파 전력은 이상기(107a2∼107a4)에 의해 그의 위상이 이상량 3Φ만큼 지연되어 접속 노드 N1로 공급된다.
이상을 바꿔 말하면, 제 1 행의 안테나 패치(106a∼106d)의 배열 방향에 대해서 소정의 각도 Θ(Θ=cos-1(Φ/d))를 이루는 방향 D가 제 1 행의 안테나 패치(106a∼106d)에 의한 수신 전파의 최대 감도 방향으로 된다. 또한, 도면 중 w1∼w3은 동일 위상의 수신 전파의 파면(波面)을 나타내고 있다.
또한, 그 밖의 행, 즉 제 2 행 내지 제 4 행에 있어서의 안테나 패치군에 의한 지향 특성도 제 1 행의 안테나 패치군에 의한 지향 특성과 완전히 동일하다.
따라서, 제 1 제어 전압 발생 수단(111)에 의한 항방향 지향성 제어 전압을 변화시키는 것에 의해 각 이상기(107a1, …, 107a16)에 의한 이상량 Φ가 연속적으로 변화되게 되어, 최대 감도 방향과 행 방향이 이루는 각도 Θ가 열 방향과 수직인 면 내에서 변화된다.
한편, 제 4 행에 대응하는 접속 노드 N4로 공급된 고주파 전력은 그의 위상의 변화를 발생시키지 않고 급전 단자(108)로 공급된다.
이어서, 제 3 행에 대응하는 접속 노드 N3으로 공급된 고주파 전력은 이상기(107b4)에 의해 그의 위상이 이상량 Φ만큼 지연되어 급전 단자(108)로 공급된다.
그리고, 제 2 행에 대응하는 접속 노드 N2로 공급된 고주파 전력은 이상기(107b2, 107b1)에 의해 그의 위상이 이상량 2Φ만큼 지연되어 급전 단자(108)로 공급된다.
또한, 제 1 행에 대응하는 접속 노드 N1로 공급된 고주파 전력은 이상기(107b∼107b1)에 의해 그의 위상이 이상량 3Φ만큼 지연되어 급전 단자(108)로 공급된다.
따라서, 제 2 제어 전압 발생 수단(112)에 의한 열 방향 지향성 제어 전압을 변화시키는 것에 의해 각 이상기(107b1, …, 107b4)에 의한 이상량 Φ가 연속적으로 변화되게 되어, 최대 감도 방향과 열 방향이 이루는 각도가 행 방향과 수직인 면 내에서 변화된다.
또한, 제 4 행에 대응하는 접속 노드 N4와 급전 단자 사이에는 직류 저지 소자(110d)가, 그리고 제 1 행 내지 제 3 행에 대응하는 접속 노드 N1…N3과 대응하는 이상기(107b3, 107b2, 107b4) 사이에는 직류 저지 소자(110a, 110b, 110c)가 마련되어 있기 때문에, 각 제어 전압 발생 수단(111, 112)로부터의 제어 전압에 의한 이상기(107)의 제어는 행 방향의 이상기는 행 방향의 이상기만으로, 열 방향의 이상기는 열 방향의 이상기만으로 각각 독립해서 실행된다. 이에 따라 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)에서는 지향 방향을 안테나 패치의 수에 관계없이 안테나의 전파 송수신면 즉 행 방향 및 열 방향을 포함하는 평면 상에서 임의의 방향으로 설정 가능하게 되어 있다.
다음에 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)를 구성하는 부재 중 하나인 이상기(107)에 대해서 설명한다.
도 2의 (a)는 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)에 이용되는 이상기(107)의 구성을 도시하는 사시도이다.
이 이상기(107)는 급전선(121)의 일부를 구성하고 있는 상유전체 기재(101)를 이용한 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)와, 강유전체 기재(102)를 이용하고 또한 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)와 접해서 형성되어 있는 마이크로 스트립 스터브(104)를 구비하고 있다. 그리고, 마이크로 스트립 스터브(104)에 인가하는 직류의 제어 전압에 의해 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)를 통과하는 고주파 전력의 이상량이 변화하도록 구성되어 있다.
즉, 이상기(107)의 기재는 상유전체 기재(101)와 강유전체 기재(102)로 구성되어 있다.
그리고 상유전체 기재(101) 상에는 직사각형 형상의 고리 형상 도체층(103a)이 배치되어 있고, 이 고리 형상 도체층(103a)과 상유전체 기재(101)에 의해 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)가 구성되어 있다.
또한, 강유전체 기재(102) 상에는 직사각형 형상의 고리 형상 도체층(103a)의 대향하는 두 개의 직선 부분(103a1, 103a2)의 연장 상에 위치하고, 또한 두 개의 직선 부분(103a1, 103a2)의 한쪽 단부에 각각 연결되도록 두 개의 직선형상 도체층(104a1, 104a2)이 배치되어 있고, 두 개의 직선형상 도체층(104a1, 104a2)과 강유전체 기재(102)에 의해 마이크로 스트립 스터브(104)가 구성되어 있다.
또한, 상유전체 기재(101) 상에는 두 개의 직선 부분(103a1, 103a2)의 연장 상에 위치하고, 또한 두 개의 직선 부분(103a1, 103a2)의 다른 쪽 단부에 각각 연결되도록 도체층(110a, 120a)이 배치되어 있다.
그리고, 이 도체층(110a)과 상유전체 기재(101)에 의해 입력 선로(110)가 구성되고, 도체층(120a)과 상유전체 기재(101)에 의해 출력 선로(120)가 구성되어 있다.
또, 고리 형상 도체층(103a)의 직선 부분(103a1)의 일단 측 및 타단 측이 각각 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)의 포트2, 포트1로 되어 있고, 고리 형상 도체층(103a)의 직선 부분(103a2)의 일단측 및 타단측이 각각 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)의 포트3, 포트4로 되어 있다. 즉, 이상기(107)는 마이크로 스트립 스터브(104)에 직류의 제어 전압을 부가하는 것에 의해, 통과하는 고주파 전력의 이상량이 변화하는 구성으로 되어 있다.
이것을 더욱 상세하게 설명한다.
정확하게 설계된 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)의 이웃하는 두 개의 포트(포트2 및 포트3)에 동일한 반사 소자(마이크로 스트립 스터브(104))를 접속한 구성의 이상기(107)에서는 입력 포트(포트1)에서 입력된 고주파 전력은 이 입력 포트로부터는 출력되지 않고, 반사 소자에서의 반사 전력을 반영한 고주파 전력이 출력 포트(포트4)로만 출력된다. 여기서 반사 소자인 마이크로 스트립 스터브(104)에서의 반사는, 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제어 전압이 만드는 바이어스 전계(105)가 마이크로 스트립 스터브(104)를 전파하는 고주파 전력이 만드는 전계와 동일 방향에 있기 때문에, 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제어 전압을 변화시키면, 고주파 전력에 대한 마이크로 스트립 스터브(104)의 실효 유전율도 변화된다. 이에 따라, 고주파 전력에 대한 마이크로 스트립 스터브(104)의 등가 전기길이가 변화하여 마이크로 스트립 스터브(104)로의 이상(移相)도 변화된다.
여기서 마이크로 스트립 스터브(104)의 실효 유전율을 변화시키는 데 필요로 되는 바이어스 전계(105)는 일반 강유전체 기재에 있어서는 수 킬로볼트/㎜ 내지 십 수 킬로볼트/㎜이므로, 마이크로 스트립 스터브(104) 상을 전파하는 고주파 전력이 만드는 전계에 의해 실효 유전율이 영향을 받아 고조파가 발생하는 일은 없다.
이와 같이, 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)를 구성하는 이상기(107)에서는 제어 전압을 변화시키면 연속적으로 고주파 전력의 이상량이 변화하고, 또 이상기(107) 및 급전선(121)이 한 개의 도체층에 의해 구성되어 있기 때문에, 복수의 이상기(107)에 대해서 한 개의 급전선(121)에 의해 제어 전압을 공급하는 것이 가능하게 되어 있다.
다음에, 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)의 구체적인 구조에 대해서 설명한다.
도 3은 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)의 구조를 설명하는 분해 사시도이다. 여기서, 도 3에 도시된 4개의 안테나 패치(202)는 도 1의 (a)도시한 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)의 안테나 패치(106i, 106j, 106m, 106n)에 상당한다. 그 밖의 부분은 여기서는 특별히 도시하지 않는다.
도 1 및 도 3을 참조하면서 더 설명하면, 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)는 판 형상 유전체 기재(205)를 갖고 있고, 그의 주위에는 둘레벽(205a)이 형성되어 있다.
유전체 기재(205)의 표면에는 급전선 지지홈(213)이 형성되어 있고, 급전선 지지홈(213) 내에는 급전선(121)과, 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103) 및 마이크로 스트립 스터브(104)와, 직류 저지 소자(110) 및 고주파 저지 소자(109)를 구성하는 도체층(204)이 삽입 고정되어 있다.
도체층(204)의 직류 저지 소자(110)를 구성하는 부분 위에는 직류 저지 소자(110)(용량 소자)를 구성하는 절연 필름(직류 저지 용량용 필름)(219)을 거쳐 직류 저지 소자(110)를 구성하는 도체 부재(직류 저지 용량용 도체 부재)(211)가 적층되어 있다.
도체층(204)의 마이크로 스트립 스터브(104)를 구성하는 부분 위에는 강유전체 부재(206)가 배치되어 있다.
유전체 기재(205) 상에는 도체층(204), 직류 저지 용량용 도체편(211) 및 강유전체 부재(206)를 덮도록 도체층(204)으로부터 소정 거리 떨어져서 공유 접지 도체층(203)이 배치되어 있다.
공유 접지 도체층(203)의 급전선(121)의 안테나 패치(202) 측단에 대응하는 부분에는 결합창(207)이 형성되어 있다.
공유 접지 도체층(203) 상에는 공유 접지 도체층(203) 사이에 소정의 간격이 형성되도록 판 형상 유전체 부재(201)가 배치되어 있다.
판 형상 유전체 부재(201)는 공유 접지 도체층(203)에 형성된 부품 관통 구멍(203a)을 관통하는 지지 부재(201a)에 의해 유전체 기재(205) 상에 지지되어 있다.
판 형상 유전체 부재(201)에 있어서의 결합창(207)에 대향하는 부분에는 안테나 패치 지지홈(212)이 형성되어 있고, 이 안테나 패치 지지홈(212)에는 안테나 패치(202)가 끼워 넣어져 고정되어 있다.
또, 참조부호 214는 급전선(121)의 일단에 형성된 급전 단자이며, 참조부호 215는 X방향(행 방향)의 지향성을 제어하기 위한 제어 전압을 인가하기 위한 제어단자이고, 참조부호 216은 Y방향(열 방향)의 지향성을 제어하기 위한 제어 전압을 인가하는 제어 단자이다. 또한, 참조부호 208은 X방향 지향성 제어용 이상기이며, 참조부호 209는 Y방향 지향성 제어용 이상기이다. 또한, 참조부호 210은 고주파 저지 스터브, 참조부호 211은 직류 저지 용량용 도체 부재이다.
유전체 기재(205)의 둘레벽에 있어서의 급전 단자에 대향하는 부분에는 급전 단자 취출용 개구(217)가 형성되고, 유전체 기재(205)의 둘레벽에 있어서의 제어 단자(215, 216)에 대향하는 부분에는 제어 단자 취출용 개구(218)가 형성되어 있다.
이 도 3에 도시한 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)는, 도 4에 도시한 바와 같은 단면 구조를 갖고 있다. 또한, 여기서 도시한 단면도는 더욱 구체적으로는 도 1의 (a)에 도시한 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)의 안테나 패치(106j) 및 이상기(107a9)에 상당하는 부분의 근방의 단면 구조를 도시한 것이다.
이 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)에 있어서, 각 층을 최상층부터 순서대로 제 1 층, …, 제 7 층으로 하면, 전체 7개의 층으로부터 구성되어 있고, 제 1 층의 유전체 부재(201)와, 제 3 층의 공기층(123a)과, 제 5 층의 공기층(123b) 및 강유전체 부재(206)와, 제 7 층의 유전체 기재(205)를 유전체로 하고, 제 2 층의 안테나 패치(202)와, 제 4 층의 공유 접지 도체층(203)과, 제 6 층의 급전선(121) 및 이상기(208, 209)를 도체로 하고, 이들을 적층하는 것에 의해 구성되어 있다. 또한, 제 1 층, 제 2 층, 제 3 층, 제 4 층에 의해 제 1 마이크로 스트립 구조(126)가, 제 4 층, 제 5층, 제 6층, 제 7 층에 의해 제 2 마이크로 스트립 구조(127)가 형성되어 있고, 제 1 마이크로 스트립 구조(126)와 제 2 마이크로 스트립 구조(127)는 제 4 층을 접지층으로서 공유한다.
그리고, 공유 접지 도체층(203)에 형성된 결합창(207)을 통해서 안테나 패치(202)와 급전선(121)은 전자계적으로 결합하여 고주파 전력의 송수신을 실행하도록 되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)에서는 안테나 패치(202(106))나 급전선(121)을 전파하는 고주파 전력은 거의 안테나 패치(202)를 구성하는 도체층과 공유 접지 도체층(203) 사이, 및 급전선(121)을 구성하는 도체층(204)과 공유 접지 도체층(203) 사이에 집중해서 흐르고 있으므로, 이들 도체층(204, 203) 사이의 유전체 기재로서 손실이 매우 적고 또한 유전율이 안정되어 있는 공기를 사용하고 있다.
그리고, 고주파 전력이 집중되지 않기 때문에, 저손실 및 유전율의 안정성을 구할 필요가 없는, 안테나 패치(202) 및 급전선(121)을 구성하는 도체층의 표면 외측의 유전체 기재로서는, 안테나 패치(202) 및 급전선(121)을 구성하는 도체층(204)을 지지하는 유전체 기재(201, 205)를 그대로 이용하고 있다.
또한, 이 유전체 기재(201, 205)는 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200) 표면의 보호층을 겸하는 경우도 있다.
이와 같이 구성하는 것에 의해, 고주파 전력의 전파 특성을 제어하고, 또한 안테나 패치나 급전선 도체를 지지하는 역할이 요구되지만, 고주파 특성으로서 손실이 적고 유전율이 안정되어 있을 필요가 있는 마이크로 스트립 구조의 유전체 기재의 가격에 의해서 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 가격이 결정되어 버린다는 종래의 문제를 해소하고, 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 간단한 구조로, 또한 저비용으로 실현 가능한 것으로 할 수 있다.
이상 설명한 본 실시예에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)의 동작에 대해서 설명한다.
우선, 안테나 패치(106a, …, 106p)에 고주파 전력이 입사되면, 각 안테나 패치(106)로부터는 고주파 전력이 대응하는 직류 저지 소자 또는 이상기를 거쳐 급전 단자(108)로 공급된다.
구체적으로는 안테나 패치(202)((106))에 입사된 고주파 전력은 결합창(207)을 통해서 급전선(121)으로 송수신된다. 급전선(121)으로 고주파 전력이 송수신되면, 고주파 전력은 급전선(121)을 통해서 이상기(107)로 공급된다. 이 때, 각 이상기(107)에는 제 1 제어 전압 발생 수단(111) 및 제 2 제어 전압 발생 수단(112)으로부터 행 방향 지향성 제어 전압 및 열 방향 지향성 제어 전압이 공급된다. 이 때문에, 고주파 전력이 이들 전압에 의해 결정되는 이상량만큼 그의 위상이 변화되어 급전선을 거쳐 급전 단자로 공급된다.
이와 같이, 본 실시예에서는 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)를 구성하는 이상기(107)를, 급전선(121)의 일부를 구성하고 상유전체를 기재로 하는 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)와 강유전체를 기재로 하여 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)와 전기적으로 접속되는 마이크로 스트립 스터브(104)를 구비하고, 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(104)에 인가하는 직류 제어 전압에 의해, 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)를 통과하는 고주파 전력의 이상량을 변화시키도록 했으므로, 고주파 전력의 이상량을 연속적으로 변화시킬 수 있다.
또한, 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)는 급전선(121)의 일부를 구성하고, 그리고 마이크로 스트립 스터브(104)는 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)와 전기적으로 접속되어 있으므로, 한 개의 급전선(121)에 복수의 이상기(107)를 접속시키고 이상기(107) 및 급전선(121)을 한 개의 도체층(204)에 의해 구성하는 것이 가능하게 되므로, 복수의 이상기(107)에 대해서 한 개의 급전선(121)에 의해 제어 전압을 공급하는 것이 가능하게 되어 배선을 단순하게 할 수 있다.
또한, 이상기(107) 및 급전선(121)을 한 개의 도체층(204)에 의해 구성하는 것이 가능하게 되므로, 매트릭스 형상으로 배열하는 복수의 각 안테나 패치(106)와 급전 단자(108) 사이에 배치하는 이상기(107)의 수를 조절하는 것에 의해, 급전선(121)의 양단 측에서 인가하는 제어 전압을 변화시키는 것만으로 안테나 패치(106)의 수에 관계없이 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)의 지향 특성을 연속적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)에서는 행 방향의 이상기(107)와 열 방향의 이상기(107)에 의해 신호의 이상이 독립적으로 실행되도록, 제 1 제어 전압 발생 수단(111) 및 제 2 제어 전압 발생 수단(112) 사이에 직류 저지 소자(110)를 마련하고 있으므로, 지향 방향을 안테나 패치(106)의 수에 관계없이 각 제어 전압 발생 수단(111, 112)에 의해 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)의 최대 감도 방향을 행 방향 및 열 방향을 포함하는 평면 상에서 임의의 방향으로 설정할 수 있다.
또한, 마이크로 스트립 구조의 도체층 사이의 유전체 기재에는 고주파 전력의 손실이 매우 적고 유전율이 안정되어 있는 공기를 사용하고, 급전선 도체의 표면 외측의 유전체 기재에는 안테나 패치와 급전선 도체를 지지하는 유전체 부재를 사용했으므로, 이에 따라 안테나 표면의 보호층을 겸할 수도 있어 간단한 구조로 저비용화를 도모할 수 있다.
또, 본 실시예에 있어서는 안테나 패치 수가 4×4인 경우에 대해서 설명했지만, 그 이외의 패치 수라도 좋다. 또한, 각 안테나 패치에서 급전 단자까지의 이상기 이외의 급전 선로 길이가 동일하게 되도록 설계된 안테나에 대해서 설명했지만, 지향 특성의 방향에 미리 오프셋을 부여하기 때문에 각 안테나 패치에서 급전 단자까지의 이상기 이외의 급전 선로 길이에 오프셋용의 전송 선로를 마련하여 실현 가능한 것은 말할 필요도 없다.
또한, 본 실시예에 있어서는, 각 분지로에서의 선로 임피던스를 통일시키지 않고, 따라서 정합기를 생략할 수 있는 구성 방법을 나타냈지만, 행 방향 및 열 방향의 각 분지점에 정합기를 마련하여 선로 임피던스를 통일하는 것에 의해, 행 방향 및 열 방향 각각에, 모두 동일한 특성의 이상기를 사용할 수 있는 것은 말할 것도 없다. 또한, 양 방향의 통일 임피던스를 동일하게 하는 것에 의해, 본 발명의 액티브 페이즈드 어레이를 모두 동일한 특성의 이상기로 구성할 수 있는 것은 말할 것도 없다. 더욱이, 본 실시예에서는 안테나 패치 및 급전선을 구성하는 도체층은 유전체 기재에 형성한 볼록 구조의 홈에 메워 고정시키는 방법을 설명했지만, 상기 도체층은 볼록 구조의 기둥으로서 유전체 기재 상에 고정시켜도 좋고, 또한 상기 도체층을 유전체 기재의 유전율의 영향을 거의 받지 않는 방법에 의해 지지하는 지지 구조도 실현 가능한 것은 말할 필요도 없다.
(실시예 2)
도 2에 도시하는 바와 같이, 상술한 실시예 1에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나(200)에 있어서의 이상기(107)는 급전선(121)의 일부를 구성하고 있는 상유전체를 기재로 하는 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)와, 강유전체를 기재로 하고, 또한 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)와 접해서 형성되어 있는 마이크로 스트립 스터브(104)를 구비하고 있지만, 일반적으로 강유전체의 비유전율은 크고, 마이크로 스트립 스터브(104)의 선로 임피던스는 일반적으로 저하되는 경향이 있다. 따라서, 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)와 마이크로 스트립 스터브(104)의 접속부에서 고주파의 전력 반사가 커서 고주파 전력의 대부분은 마이크로 스트립 스터브(104)로는 들어가지 않고 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(103)로 되돌아가 버린다. 그 결과, 유효한 이상량이 얻어지지 않는 경우가 많다. 그 때문에, 안테나의 지향 특성 변화량도 좁은 범위로 제한되어 버리게 된다.
그래서, 도 5에 도시하는 바와 같이, 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 이용하는 이상기(351)에 있어서, 강유전체 기재(357)를 이용하는 마이크로 스트립 스터브(361)에 근접해서 강자성체층(356)을 마련하는 것에 의해, 강유전체 기재(357)에 의해 저하된 마이크로 스트립 스터브(361)의 선로 임피던스를 높게 하는 것이 가능하게 되고, 더 나아가서는 상술한 결점을 해소할 수 있다.
그래서, 적어도 강유전체 및 강자성체를 기재로 하는 개방단 스터브와 상유전체를 기재로 하는 마이크로 스트립 하이브리드 커플러를 갖는 이상기를 구비한 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 실시예 2로서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 5는 상술의 바와 같이, 본 실시예에 있어서의 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 이용하는 이상기의 사시도 및 개방단 스터브의 단면도이다.
우선, 도 5의 (a) 내지 도 5의 (c)에 도시한 이상기(351)의 구성에 대해서 설명한다.
참조부호 352 및 참조부호 353은 개방단 스터브이다. 여기서, 개방단 스터브(352)는 접지 도체, 강유전체, 스트립 도체, 강자성체의 순으로 적층해서 구성된 것으로서, 개방단 스터브(353)는 접지 도체와 스트립 도체 사이에 강유전체와 강자성체를 접지 도체면과 평행한 면방향으로 적층시켜 구성한 것이다.
또한, 참조부호 354는 마이크로 스트립 하이브리드 커플러, 참조부호 355는 상유전체 기재, 참조부호 356은 강자성체층, 참조부호 357은 강유전체 기재, 참조부호 360은 공유 접지 도체층, 참조부호 361은 마이크로 스트립 스터브, 참조부호362는 비어홀이다.
또한, 도 5의 (d)에 있어서, 참조부호 358은 직류 제어 전압 및 고주파 전력 등의 제어 전압이 만드는 바이어스 전계, 참조부호 359는 고주파 전력이 만드는 자계이다.
또한, 여기서 강유전체 기재(357)와 강자성체층(356)의 배치 구조로서는 도 5의 (a), 도 5의 (b), 도 5의 (c) 등의 구조로 하는 것이 가능하다.
도 5의 (a)는 간단한 구조이기 때문에 제조 방법도 간단하다는 특징을 갖고, 도 5의 (b)는 이상기의 두께를 얇게 하는 것이 가능하다는 특징을 갖고, 또한 도 5의 (c)는 이상기의 두께를 얇게 하면서 내부 삽입 비어홀이 불필요하다는 특징을 갖는다.
여기서, 도 5에 도시하고 있는 강자성체층(356)은 강유전체 기재(357)에 의해 저하된 마이크로 스트립 스터브(361)의 선로 임피던스를 높게 하는 효과를 갖고, 그것에 의하여 마이크로 스트립 하이브리드 커플러(354)와 마이크로 스트립 스터브(361)의 접속부에서의 전력 반사는 적고, 고주파 전력의 대부분이 마이크로 스트립 스터브(361)로 들어가므로, 유효한 이상량을 얻는 것이 가능하게 된다. 그리고, 유효한 이상량이 얻어진다는 것에 의해, 상술한 바와 같은 이상기를 이용한 액티브 페이즈드 어레이 안테나로 하면, 넓은 지향 특성 변화가 가능한 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 실현할 수 있게 된다.
이상과 같이, 본 실시예에 따른 발명의 액티브 페이즈드 어레이 안테나에서는 넓은 지향 특성 변화가 가능한 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 실현할 수 있게 된다.
(실시예 3)
일반적으로, 마이크로파·밀리파 영역에서 이용 가능한 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 실현하고자 하는 경우, 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 구성하는 각 기능에 있어서의 요소의 성능뿐만 아니라 각 구성 요소를 조합시켜 안테나를 조립할 때의 조립에 관한 정밀도가 액티브 페이즈드 어레이 안테나가 취급하는 파장에 대해서 중요하게 된다. 즉, 각 구성 요소를 이용하여 액티브 페이즈드 안테나를 조립할 때, 조립하는 구성 요소의 수가 많아지면 많아질수록 불량률이 현저히 악화될 가능성이 있다는 것이다.
그래서, 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 구성하는 각 기능 요소를 갖는 안테나 제어 장치를 세라믹을 사용한 일체 성형 기술에 의해 구성함으로써, 불량률 악화를 방지하는 것이 고려된다.
즉, 상술한 바와 같이 일체 성형한 안테나 제어 장치를 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 이용함으로써 조립하는 구성 요소의 수를 저감하는 것이 가능하게 되고, 더 나아가서는 불량률의 저하를 실현하는 것이 가능하게 된다.
그리고, 일체 성형한 안테나 제어 장치 내에 모든 기능 요소를 삽입하는 것에 의해, 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 성능 저하와 불량률을 경감시키는 것이 가능하다는 것은 말할 필요도 없지만, 1종류의 안테나 제어 장치에서 다종류의 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 만들고자 하는 경우에는 안테나 제어 장치가 구비하는 기능 요소의 종류는 많을수록 바람직하다.
예컨대, 한 개 또는 복수의 이상기 기능을 일체 성형하는 것, 또 이상기와 직류 저지 소자 기능을 일체 성형하는 것이나, 이상기와 직류 저지 소자와 고주파 저지 소자 기능을 일체 성형하는 것에 의해, 더욱 기능 요소의 조합 종류를 많게 하는 것이 고려된다.
그래서, 본 발명에 따른 상술한 안테나 제어 장치를 실시예 3으로서 도면을 참조하면서 설명한다.
본 실시예에 따른 안테나 제어 장치는 강유전체, 강자성체, 상유전체 및 전극재를 이용하여 세라믹을 사용한 일체 성형 기술에 의해 성형한 것이다.
이 안테나 제어 장치(400)의 구성에 대해서 도 6에 도시한 본 실시예에 따른 일체 성형한 안테나 제어 장치의 일례에 관한 사시도를 참조하면서 설명한다.
도 6에 있어서, 참조부호 401은 상유전체 기재, 참조부호 402는 이상기, 참조부호 403은 강유전체 기재, 참조부호 404는 강자성체층, 참조부호 405는 캐패시터용 유전체, 참조부호 406은 공유 접지 도체층, 참조부호 407은 마이크로 스트립 하이브리드 커플러, 참조부호 408은 개방단 스터브, 참조부호 409는 직류 저지 소자, 참조부호 410은 고주파 저지 소자, 참조부호 411은 비어홀, 참조부호 412는 안테나 패치, 참조부호 413은 급전 선로, 참조부호 414는 직류 제어 전압 단자이다.
이 도시한 안테나 제어 장치(401)에서는 이상기·직류 저지 소자·고주파 저지 소자·안테나 패치의 기능을 일체 성형했지만, 이용하는 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 성질이나 성능에 따라, 예컨대 직류 저지 소자, 고주파 저지 소자 및 안테나 패치의 세 개의 부재를 생략하고, 이상기의 기능만을 성형하는 것도 고려된다. 그 외의 조합으로서 이상기와 직류 저지 소자의 기능을 일체 성형하는 것이나, 이상기·직류 저지 소자·고주파 저지 소자의 기능을 일체 성형하는 것도 고려된다.
예컨대, 도 1에 도시한 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 있어서, 이상기(107), 직류 저지 소자(110), 고주파 저지 소자(109), 안테나 패치(106)를 세라믹을 이용한 일체 성형 기술에 의해 일체 성형하고, 이것을 안테나 제어 장치로서 이용하는 것에 의해, 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 이용하는 기능 요소의 수가 감소하고, 더 나아가서는 성능에 관한 편차를 저하시킬 수 있다.
이와 같이, 여러 가지 기능을 세라믹을 사용한 일체 성형 기술에 의해 일체 성형하여 안테나 제어 장치로 하는 것에 의해, 이러한 안테나 제어 장치를 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 이용하면 각 기능 요소를 따로따로 제조하여 그들을 조립할 때 발생하는 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 성능에 관한 편차를 저하시키는 것이 가능하게 된다.
따라서, 본 실시예에 따른 안테나 제어 장치를 이용하면, 조립 시의 정밀도 편차에 의한 성능 저하가 적은 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 실현하고, 또한 1종류의 안테나 제어 장치로 다종류의 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 제조하는 것이 가능하게 된다.
(실시예 4)
다음에, 안테나 패치 및 이상기를 교대로 직렬 접속한 행 형상 안테나를 이상기와 교대로 직렬 접속한 행렬 형상 안테나에 있어서, 상술한 실시예 3에서 설명한 안테나 제어 장치를 이용한 액티브 페이즈드 어레이 안테나(801)를 실시예 4로서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 7의 (a)는 본 실시예에 관한 행렬 형상 안테나로 한 액티브 페이즈드 어레이 안테나(801)의 구성을 도시하는 도면이다.
도 7의 (a)에 있어서, 참조부호 802는 행 형상 안테나, 참조부호 803은 행렬 형상 안테나, 참조부호 804는 안테나 패치, 참조부호 805는 행 방향 지향성 제어 이상기, 참조부호 806은 열 방향 지향성 제어 이상기, 참조부호 807은 급전 단자, 참조부호 808은 고주파 저지 소자, 참조부호 809는 직류 저지 소자, 참조부호 810은 행 방향 지향성 제어 전압, 참조부호 811은 열 방향 지향성 제어 전압, 참조부호 812는 정합기이다.
여기서, 도 7에 있어서, 액티브 페이즈드 어레이 안테나(801)는 각 패치(804)로부터의 누설(漏洩)파를 적극적으로 이용하는 누설파 안테나이다. 일반적으로 누설파 안테나는 급전 단자로부터 먼 패치일수록 누설 전력이 적게 되도록 설계되지만, 본 발명의 액티브 페이즈드 어레이 안테나에서는, 후술하는 식(Θ=cos-1(Φ/d))에 의해, 최대 감도가 결정되도록, 각 패치로부터의 누설 전력이 동일하게 되도록, 각 패치의 방사 임피던스 및 각 정합기(812)의 정합비가 선택되어 있다. 또한, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 행 방향 지향성 제어용 이상기(805a, …, 805c)는 각각 통과하는 고주파 전력의 위상을 이상량 Φ만큼 지연시키는 것으로 한다. 각 이상기(805)의 배치 간격을 거리 d라고 하면, 제 1 행의 안테나 패치(804a)에 입사된 고주파 전력은 위상의 변화없이 접속 노드 N1로 공급된다. 이에 대해, 제 1 행의 안테나 패치(804b)에 입사된 고주파 전력은 이상기(805a)에 의해 그의 위상이 이상량 Φ만큼 지연되어 접속 노드 N1로 공급되고, 제 1 행의 안테나 패치(804c)에 입사된 고주파 전력은 이상기(805a, 805b)에 의해 그의 위상이 이상량 2Φ만큼 지연되어 접속 노드 N1로 공급되고, 또한, 제 1 행의 안테나 패치(804d)에 입사된 고주파 전력은 이상기(805a, 805b, 805c)에 의해 그의 위상이 이상량 3Φ만큼 지연되어 접속 노드 N1로 공급되게 된다.
바꿔 말하면, 상기 제 1 행의 안테나 패치(804a, …, 804d)의 배열 방향에 대해서, 소정의 각도 Θ(Θ=cos-1(Φ/d))를 이루는 방향 D가 상기 제 1 행의 안테나 패치(804a, …, 804d)에 의한 수신 전파의 최대 감도 방향으로 된다. 도면 중 w1…w3은 동일 위상의 수신 전파의 파면을 나타내고 있다.
또한, 그 밖의 행 즉 제 2 행 내지 제 4 행의 안테나 패치에 의한 지향 특성도 상술한 제 1 행 안테나 패치에 의한 지향 특성과 완전히 동일하게 되어 있다.
따라서, 행 방향 지향성 제어 전압(810)을 변화시키는 것에 의해, 상기 각 이상기(805a, …, 8051)에 의한 이상량 Φ가 연속적으로 변화하게 되어 최대 감도 방향과 행 방향이 이루는 각도 Θ가 열 방향과 수직인 면 내에서 변화하게 된다.
한편, 제 4 행에 대응하는 접속 노드 N4로 공급된 고주파 전력은 그의 위상 변화를 발생시키는 일없이 급전 단자(807)로 공급된다.
제 3 행에 대응하는 접속 노드 N3으로 공급된 고주파 전력은 이상기(806c)에 의해 그의 위상이 이상량 Φ만큼 지연되어 급전 단자(807)로 공급된다.
제 2 행에 대응하는 접속 노드 N2로 공급된 고주파 전력은 이상기(806b, 806c)에 의해 그의 위상이 이상량 2Φ만큼 지연되어 급전 단자(807)로 공급된다.
그리고, 제 1 행에 대응하는 접속 노드 N1로 공급된 고주파 전력은 이상기 (806a, 806b, 806c)에 의해 그의 위상이 이상량 3Φ만큼 지연되어 급전 단자(807)로 공급되게 된다.
따라서, 열 방향 지향성 제어 전압(811)을 변화시키는 것에 의해, 이상기(806a, …, 806c)에 의한 이상량 Φ가 연속적으로 변화하게 되어 최대 감도 방향과 열 방향이 이루는 각도가 행 방향과 수직인 면 내에서 변화하게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 강유전체와 강자성체를 사용하는 이상기를 이용하는 것에 의해 넓은 지향 특성 변화가 가능하고, 또한 안테나 제어의 기능 요소를 일체 성형하는 것에 의해 조립 시의 정밀도 편차에 의한 성능 저하를 적게 하면서 종류가 많고, 그리고 간단한 구조로 연속적으로 지향 특성을 변화시킬 수 있는 저비용의 안테나를 실현할 수 있다.
(실시예 5)
다음에, 드로잉 가공한 접지 도체를 이용한 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 대해서, 실시예 5로서 도면을 참조하면서 설명한다.
통상, 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 이용되는 급전선은 각 부분에 의해서 요구되는 선로 임피던스가 다르기 때문에, 급전선마다 다른 단면 형상을 갖는 선 형상 도체를 스트립 도체로서 이용하는 것에 의해, 스트립 도체와 접지 도체 사이의 거리를 변화시키고 있다. 즉, 스트립 도체와 접지 도체 사이의 거리가 다르면 선로 임피던스가 다른 것을 이용하고 있는 것이다.
그러나, 이 방법이면, 복수 종류의 스트립 도체를 이용할 필요가 생기고, 그 때문에 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 제조 공정이 복잡한 것으로 되어 버리고, 더 나아가서는 그 성능의 편차가 발생해 버린다는 문제가 있었다.
그래서, 본 실시예에서는 접지 도체를 드로잉 가공하는 것에 의해 상기한 문제를 해소하고 있는 것이다.
도 8은 본 실시예에 따른 접지 도체를 드로잉 가공한 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 일부분(901)을 확대한 사시도이다.
도 8에 있어서, 참조부호 902는 스트립 도체, 참조부호 903은 접지 도체, 참조부호 904는 볼록 드로잉 가공 부분, 참조부호 905는 오목 드로잉 가공 부분이다.
즉, 도 8에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 액티브 페이즈드 어레이 안테나는 볼록 드로잉(904)과 오목 드로잉(905)을 마련한 접지 도체(903)와 급전 선로로서의 스트립 도체(902)를 갖는다.
여기서, 스트립 도체(902)를 모두 동일한 단면 형상을 갖는 선 형상 도체에 의해 구성하는 것은 바람직한 형태이다.
즉, 스트립 도체(902)를 모두 동일한 단면 형상을 갖는 선 형상 도체로 하더라도 급전 선로의 각부에 있어서 접지 도체(903)에 마련한 볼록 드로잉 가공부(904)와 오목 드로잉 가공부(905)에 따라 스트립 도체와 접지 도체 사이의 거리가 다르기 때문에, 일부러 선로마다 다른 단면 형상을 갖는 선 형상 도체를 이용하지 않고도, 도시예에 있는 바와 같이, 선로마다 다른 선로 임피던스 Z1, Z2, Z3을 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 급전 선로에 따르면, 모두 동일한 단면 형상을 갖는 선 형상 도체를 사용할 수 있으므로, 저비용의 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 실현할 수 있다.
또한, 급전 선로는 스트립 도체(902)는 모두 동일한 단면 형상을 갖는 선 형상 도체를 사용하고 있기 때문에, 예컨대 급전 선로의 각 직선 부분마다 다른 길이의 직선 형상 도체를 준비해 두고, 그들을 지정 위치에 고정시킨 후, 급전 선로의 굴곡부와 맞닿는 직선 형상 도체의 접촉부를 납땜 등에 의해 접속함으로써 전체 급전 선로를 실현하는 것도 가능하다.
이와 같이 하는 것에 의해, 복잡한 형상의 급전 선로용의 도체 재료를 사용할 필요가 없어지므로, 제조 부문에 있어서 급전용 도체 재료의 운반이나 취급 시의 재료의 왜곡 불량을 피하는 것이 가능하게 되고, 또한 저비용의 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 실현할 수 있다.
(실시예 6)
다음에, 지지 유전체, 접지 도체 및 급전용 스트립 도체를 적층해서 작성한 적층물과 실시예 3에서 설명한 안테나 제어 장치를 세라믹을 사용한 일체 성형 기술에 의해 성형한 액티브 페이즈드 어레이 안테나(906)에 대해서, 실시예 6으로서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 9는 실시예 6에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나(906)를 설명하는 분해 사시도이며, 도 9 중 참조부호 907은 안테나 제어 장치, 참조부호 908은 지지 유전체, 참조부호 909는 접지 도체, 참조부호 910은 급전용 스트립 도체, 참조부호 911은 안테나 패치, 참조부호 912는 안테나 결합 구멍이다.
그리고, 본 실시예에 있어서는 우선 지지 유전체(908)와 접지 도체(909)와 급전용 스트립 도체(910)를 적층시켜 적층물을 작성한다. 다음에, 이 적층물과 안테나 제어 장치(907), 안테나 패치(911)를 세라믹을 이용한 일체 성형 기술에 의해 일체 성형한 구성을 채용하고 있다.
또한, 여기서는 안테나 제어 장치(907)에 대해서는 실시예 3에서 설명한 것을 이용하고 있다.
이상과 같은 구성으로 하는 것에 의해, 액티브 페이즈드 어레이 안테나 제작의 모든 공정을 세라믹 다층 기판의 제조 프로세스에 의해 실행하는 것이 가능하게 된다.
즉, 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 필요한 각 기능 요소의 제작 정밀도 및 안테나 조립 정밀도 모두가 현재 밀리파대의 안테나 제작에 있어서의 수 십미크론 단위에서 요구되는 작업 정밀도에 응하는 것이 가능하게 되고, 밀리파 영역에서 이용되는 고성능의 액티브 페이즈드 어레이 안테나의 제작을 실현하는 것이 가능하게 된다.
또한, 이상의 실시예의 설명에 있어서, 하이브리드 커플러로서 브랜치 라인형을 나타내었지만, 그 이외에 1/4 파장 분포 결합형, 래트 레이스형, 위상 반전하이브리드 링형이나 마이크로 스트립으로 구성한 하이브리드 코일 등으로도 실현 가능한 것은 말할 필요도 없다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 액티브 페이즈드 어레이 안테나 및 안테나 생업 장치이면 많은 전송로 전환을 위한 회로 구성은 불필요하며, 또한 이상기를 구성하는 회로 구성이나 배선을 단순하게 할 수 있고, 그 결과 더욱 간단한 구조로 연속적인 안테나 지향 특성을 변화시킬 수 있는 저비용의 액티브 페이즈드 어레이 안테나 및 안테나 제어 장치로서 매우 유용한 것으로 된다.

Claims (15)

  1. 유전체 기판 상에 복수의 안테나 패치와 상기 유전체 기판에 고주파 전력을 인가하는 급전 단자를 구비하고, 상기 각 안테나 패치와 상기 급전 단자를 상기 급전 단자로부터 분기된 급전선에 의해 접속하며, 상기 각 급전선 상을 통과하는 고주파 신호의 위상을 전기적으로 변화시킬 수 있는 이상기를 상기 급전선의 일부를 구성하도록 배치한 구조를 갖는 액티브 페이즈드 어레이 안테나에 있어서,
    상기 이상기는
    상유전체를 기재로 하는 마이크로 스트립 하이브리드 커플러와,
    강유전체를 기재로 하고, 또한 상기 마이크로 스트립 하이브리드 커플러와 전기적으로 접속되는 마이크로 스트립 스터브를 조합해서 이루어지고, 상기 마이크로 스트립 스터브에 직류의 제어 전압을 부가하여 통과 이상량을 변화시키도록 구성한 것
    을 특징으로 하는 액티브 페이즈드 어레이 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나 패치는
    행 방향 및 열 방향 각각에 동일 간격으로 되도록 매트릭스 형상으로 배치하고, 각 행의 각 안테나 패치로부터 급전 단자까지의 사이에 들어가는 상기 이상기의 수가, 인접하는 행의 각 안테나 패치로부터 급전 단자까지의 사이에 들어가는 상기 이상기의 수보다, 순차적으로 한 개씩 많아지도록, 또한
    각 열의 각 안테나 패치로부터 급전 단자까지의 사이에 들어가는 상기 이상기의 수가, 인접하는 열의 각 안테나 패치로부터 급전 단자까지의 사이에 들어가는 상기 이상기의 수보다 순차적으로 한 개씩 많아지도록 상기 이상기를 배치해서 이루어지고, 또한
    상기 이상기가 행 방향 및 열 방향 각각에 모두 동일한 특성인 것을 특징으로 하는
    액티브 페이즈드 어레이 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액티브 페이즈드 어레이 안테나를 7개의 층을 적층시키는 것에 의해 구성하고,
    상기 7개의 층을 최상층부터 순서대로 제 1 층, 제 2 층,…, 제 7 층으로 하고, 제 1 층, 제 3 층, 제 5 층, 제 7 층을 유전체에 의해, 또한 제 2 층, 제 4 층, 제 6 층을 도체로 하고,
    상기 액티브 페이즈드 어레이 안테나가 상기 제 1 층, 제 2 층, 제 3 층, 제 4 층에 의해 구성되는 제 1 마이크로 스트립 구조와 상기 제 4 층, 제 5 층, 제 6층, 제 7 층에 의해 구성되는 제 2 마이크로 스트립 구조를 가지고, 또한 상기 제 1 마이크로 스트립 구조와 상기 제 2 마이크로 스트립 구조가 상기 제 4 층을 접지층으로서 공유하고,
    상기 제 2 층에 안테나 패치를, 상기 제 6 층에 급전선 및 이상기를 마련하고, 상기 제 3 층에 공기를, 상기 제 5 층에 공기와 강유전체를 조합한 것을 이용하는 것을 특징으로 하는
    액티브 페이즈드 어레이 안테나.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이상기는, 적어도 강유전체 및 강자성체를 기재로 하는 개방단 스터브를 구비하고,
    상기 개방단 스터브의 강자성체는 상기 마이크로 스트립 스터브에 근접해서 배치되는
    것을 특징으로 하는 액티브 페이즈드 어레이 안테나.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 개방단 스터브를 접지 도체, 강유전체, 스트립 도체, 강자성체 순으로 적층시켜 구성한 것을 특징으로 하는 액티브 페이즈드 어레이 안테나.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 개방단 스터브를 접지 도체, 강유전체, 강자성체, 스트립 도체를 적층하여 구성하고, 상기 접지 도체와 상기 스트립 도체 사이에 상기 강유전체와 상기 강자성체를 상기 접지 도체면과 평행한 면 방향으로 적층시켜 구성해서 이루어지는 것을 특징으로 하는
    액티브 페이즈드 어레이 안테나.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    강유전체와, 강자성체와, 상유전체와, 전극재를 이용해서, 세라믹을 사용한 일체 성형 기술에 의해 성형하고, 이상기의 기능, 또는 이상기 및 직류 저지 소자의 기능, 또는 이상기, 직류 저지 소자 및 고주파 저지 소자의 기능, 또는 직류 저지 소자, 고주파 저지 소자 및 안테나 패치의 기능 중 어느 하나의 기능을 갖는 안테나 제어 장치를 구비한
    것을 특징으로 하는 액티브 페이즈드 어레이 안테나.
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 접지 도체를 드로잉 가공한 것을 특징으로 하는 액티브 페이즈드 어레이 안테나.
  14. 제 13 항에 있어서,
    모든 상기 급전 선로가 동일한 단면 형상을 갖는 선 형상 도체에 의해 구성된 스트립 도체를 구비한 것을 특징으로 하는 액티브 페이즈드 어레이 안테나.
  15. 제 1 항에 있어서,
    지지 유전체, 접지 도체 및 급전용 스트립 도체를 적층해서 적층물을 작성한 후, 상기 적층물과 강유전체와, 강자성체와, 상유전체와, 전극재를 이용해서, 세라믹을 사용한 일체 성형 기술에 의해 성형하고, 이상기의 기능, 또는 이상기 및 직류 저지 소자의 기능, 또는 이상기, 직류 저지 소자 및 고주파 저지 소자의 기능, 또는 직류 저지 소자, 고주파 저지 소자 및 안테나 패치의 기능 중 어느 하나의 기능을 갖는 안테나 제어 장치를, 세라믹을 사용한 일체 성형 기술에 의해 성형해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 액티브 페이즈드 어레이 안테나.
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