KR100658016B1 - 모바일 위성 통신용 플랫 안테나 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (37)
- 적어도 하나의 안테나 연결 지점(5)을 갖는 실질적으로 선형인 도체편들(4)을 구비하며, 실질적으로 수평 방향인 도전성 기저면(1) 상에 위치하는 모바일 위성 통신을 위한 안테나에 있어서,상기 도전성 기저면(1)과 함께 실질적으로 수직인 연장부(4a) 및 실질적으로 수평인 연장부(4b)를 가지는 도체편들 - 상기의 실질적으로 수직인 연장부(4a) 및 실질적으로 수평인 연장부(4b)를 가지는 도체편들은 직렬로 연결되어 상기 도전성 기저면(1)에 수직인 평면(0)에 실질적으로 배치되며, 실질적으로 수직인 연장부(4a) 또는 실질적으로 수평인 연장부(4b) 중 하나를 가지는 도체편들 중 하나는 중단되어 제1 안테나 연결 지점(5)을 형성함 - 로부터 형성되는 고주파적으로 통전성인 링 구조(high frequency conduction ring structure; 2); 및상기 도체편들(4a, 4b)의 또다른 중단점 상에 배치되는 임피던스 연결 지점(6)에 연결되는 적어도 하나의 임피던스(7)를 포함하며,상기 임피던스 연결 지점(6), 상기 안테나 연결 지점(5), 및 상기 임피던스(7)의 위치들은 상기 도전성 기저면(1)에 대해 수직이고 분극화된 파를 가지는 평면(0)에 대하여, 미리 정해진 입사파(incident satellite wave; 80)의 고도각(elevation angle; 81)에 대해 미리 정해진 안테나 이득값들이 최적화되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제1항에 있어서, 상기 안테나 연결 지점(5)이 실질적으로 수직인 연장부(4a)를 가지는 도체편의 베이스에 형성되는데, 제 1 의 안테나 연결점(5a)은 도전성 기저면(1) 위 상기 도체편의 하단부에 위치하며 제 2 의 안테나 연결점(5b)은 그에 인접한 지점에 있으며, 정점과(Zenith) 관련하여 원하는 방사특성의 비대칭성이 형성되도록, 동시에 고도각이 작은 경우 디렉션값이 충분하도록, 임피던스 연결 지점(6)의 위치와 임피던스(7)로서의 더미저항이 선정되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제2항에 있어서, 상기 링 구조(2)는 도전성 기저면(1)에 수직으로 세워진 대칭선(8)을 기준으로 대칭적으로 형성되고, 그 결과 제 1 안테나 연결 지점 외에 그에 대칭인 또 다른 안테나 연결 지점(5')이 도전성 기저면(1)에 있는 다른 도체편의 하단부에 존재하며, 마찬가지로 또 다른 임피던스 연결 지점(6')은 동일 크기의 임피던스(7')와 함께 제 1 의 안테나 연결 지점에 대칭적으로 존재하며, 거기에서 대칭 전압(Us)이 생성되도록 상기 안테나 연결 지점(5')의 회로구성이 선택되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제3항에 있어서, 상기 안테나 연결 지점(5, 5')의 회로구성을 위해 대칭성변환 회로망(symmetricity-converting network, 9)이 존재하는데, 이의 출력측에서는 입력측에서 기저면(1)에 대해서 대칭적으로 형성된 대칭전압(Us)이 한 집수점(11)에서 모아져 비대칭적으로 되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제4항에 있어서, 상기 대칭성변환 회로망(9)은 동일한 파장저항을 가지는 2개의 비대칭 도선(10a, 10b)으로 이루어지는데, 이들 각각은 입력측에서 안테나 연결 지점(5)에 연결되고 출력측에서 병렬로 연결되어 있으며, 그들(비대칭도선)의 길이는 그들의 전기적 길이가 동작파장반길이의 홀수배만큼 서로 상이하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 링 구조(2)는 직사각형의 형태로 실시되어 있으며, 특별히 낮은 구조높이(14)의 요구와 관련하여 입사파(80)의 고도각(81)이 낮은 경우에도 충분한 안테나 이득값을 지향하기 위해서 횡방향 치수가(15)가 동작파장반길이보다 훨씬 작게 선택되지 않는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 임피던스(들)(7)이 커패시터로서 실시되어 있는데, 그의 값은 미리 설정된 입사파(81)의 고도각에서 얻을 수 있는 안테나 이득값의 요구조건에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대칭성변환 회로망(9)의 구성과 관련하여 안테나 연결 지점(5)에서 유리한 안테나 임피던스를 얻기 위해, 안테나 연결 지점(5)과 임피던스(7)의 위치 사이에서 실질적으로 수직인 연장부를 가지는 도체편(4b) 영역의 연장된 길이(16)를 위한 대략의 기준값으로서 1/4파장길이가 선정되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제4항 또는 제5항에 있어서, 손실이 적은 정합 회로(17)가 상기 집수점(11) 뒤에 연결되어 있어 집수점(11)에서의 복합 임피던스를 도체 파장 저항(Leitungswellenwiderstand)으로서 실현할 수 있는 실제 임피던스로 변환하는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 원형 분극화를 위한 안테나에 있어서, 제4항 또는 제5항의 청구에 따른 2개의 동종 안테나가 존재하며, 이의 실질적으로 선형인 도체편(4)들은 서로 직각으로 세워진 평면(0)들에 놓이고 그의 출력 신호들은 90도 위상 회전 부재(18)을 경유하여 합산 회로(19)에서 합해지는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제10항에 있어서, PCB로서 형성된 도전성 기저면(1)에 양 안테나가 설치되고, 양 안테나의 대칭성 변환 회로망(9)은 반파장 길이의 마이크로 스트립 와이어로서 그리고 정합 회로(17)는 상기 PCB에서 더미소자로 실시되어 있으며, 90도 위상 회전 부재(18)가 적절한 특성 임피던스를 가지는 인쇄형 위상 디투어 라인(detour line; 28)으로서 실현되어 있으며, 합산 회로(19)는 인쇄 도선들의 간단한 병렬 회로로서 실현되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제2항 내지 제5항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제4항 내지 제9항에 따른 N개의 동종 안테나가 존재하는데, 그의 선형 도체편(4)들이 한 평면(0)에 놓이고 이 평면(0)은 360도/N의 방위각만큼 서로 엇갈려 있으므로, 수직 대칭선(8)을 중심으로 한 회전 대칭 배열은 이 대칭선에서 수직 도체(4a')가 N개의 모든 안테나에 공동으로 귀속되며 실질적으로 수직인 연장부(4a)를 가지는 도체편으로서 제공되고, 이 안테나의 출력 신호들은 해당 평면(0)의 방위각 옵셋에 일치하는 전기 위상 각을 가지는 위상회전멤버(18)에 의해 합산회로(19)에서 모아지는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제12항에 있어서, 상기 수직 도체(4a')는 상기 배열의 회전대칭에 근거하여 생략될 수 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제1항 내지 제5항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성 기저면(1)에 수직으로 세워지는 대칭선(8)을 기준으로 상기 링 구조(2)가 대칭적으로 형성되고 상기 안테나 연결 지점(5)이 대칭점(12)에서 대칭선(8)에 대해 대칭적으로 형성되고 제 1 의 임피던스 연결 지점(6)에 대해 또 다른 임피던스 연결 지점(6')이 동일한 크기의 임피던스(7)와 함께 대칭선(8)을 기준으로 상기 제 1 의 임피던스 연결 지점에 대해 대칭적으로 제공되고 상기 안테나 연결 지점(5)의 회로구성은 거기에서 대칭점(12)을 기준으로 대칭 전압(∼Us)이 설정되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제14항에 있어서, 상기 안테나 연결 지점(5)에 대칭선(8)을 따라서 서로 나란한 2개의 직선 도체가 2가닥전선(24)으로서 연결되어 있으며, 상기 도전성 기저면(1)에 인접한 2가닥전선(24)의 끝에서 도선 연결 지점(25)은 각각의 도체 끝부분과 도전성 기저면(1) 사이에 비대칭 전압(∼Uu)이 인가되고 상기 도체의 양끝 사이에는 대칭 전압(∼Us)이 인가되도록 선정되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제15항에 있어서, 상기 2가닥전선(24)이 차폐된 2가닥전선(23)으로서 실시되어 있으며, 그의 차폐는 도선의 다른 단부에서 기저면(1)과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제16항에 있어서, 상기의 차폐된 2가닥전선(23) 대신에 2개의 병렬로 설치되는 동축선이 제공되고, 그의 내측 도체는 한쪽 단부에서 안테나 연결 지점(5)의 연결부에 연결되어 있으며 그의 외측 도체는 기저면(1)에 연결되어 있으므로, 내측 도체들 사이에는 그 지점에서 상기 대칭 전압(∼Us)이 인가되고 각각의 내측 도체와 기저면(1) 사이에 상기 비대칭 전압(∼Uu)이 인가되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제4항에 있어서, 비대칭 전압(∼Uu)을 디커플하기 위해 디커플 회로망(9a)은 상기 대칭성변환 회로망(9)과 결합하여 존재하며 입력측에서 상기 안테나 연결 지점(5)에 또는 상기 도선 연결 지점(25)에 연결되어 있으며, 그의 출력에 제 1 의 집수점(11b)에 입력측에서 접지면(1)에 비대칭적으로 형성되는 비대칭 전압(∼Uu)이 모아져 비대칭적으로 존재하며 기저면(1)에 대해 대칭적으로 형성된 대칭 전압(∼Us)은 대칭성변환 회로망(9)의 출력에 대칭 전압(11a)을 위한 제 2 의 집수점에서 비대칭적으로 존재하는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제18항에 있어서, 상기 대칭선(8)을 따라 수직 안테나 도체(20)가 형성되어 있으며, 이것은 수직 안테나 도체(20)의 한 단부에서 링 구조(2)와 연결되어 있으며 도전성 기저면(1)에 인접한 단부에서는 비대칭 전압(∼Uu)을 형성하기 위한 연결 포트(Tu)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제19항에 있어서, 입력측에서 제 1 의 연결 포트(T1a)와 제 2 의 연결 포트(T1b)로서 실시되어 있는 안테나 연결 지점(5)에 연결되어 있는 대칭성변환회로망(9) 및 손실이 적은 정합 회로(17) 외에 비대칭 전압(∼Uu)의 정합되는 디커플을 형성하기 위한 정합 회로망(29)이 제공되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제20항에 있어서, 상기 수직 안테나 도체(20)가 양 안테나의 교차점과 대칭점(12)에서 이 양 안테나에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제21항에 따른 원형으로 분극된 위성 신호를 수신하기 위한 안테나에 있어서, 동작 파장의 약 1/4의 영역(16)의 길이에서 상기 임피던스(7)의 커패시터값은 더미저항값이 1/4파-모노폴 안테나의 임피던스보다 약 5 내지 30배 더 크도록 선택되며 그 결과 작은 고도 각도로 입사하는 방사와 정점으로부터 입사하는 방사의 안테나 이득은 요구조건에 상응하게 충분히 크도록 충분히 크게 선택되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 수직분극을 가지는 전방향방사에서 부가의 송신 또는 수신 동작을 위해 비대칭 전압(∼Uu)이 연결 포트에 공급되거나 인출되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제23항에 있어서, 비대칭 전압(11b)을 위한 집수점과 대칭 전압(11a)을 위한 집수점 사이에 배열의 잔여 비대칭을 통해 제한되는 디커플을 개선하기 위해 상기 대칭 전압(Us)과 상기 비대칭 전압(Uu)의 주파수의 다이버시티에서 주파수 선택적인 조치를 통해 정합 회로망(29)에서 그리고/또는 정합 회로(17)에서 개선이 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제3항 내지 제5항, 제10항, 제11항, 제18항 내지 제20항 및 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성 기저면(1)에 불연속성이 있는 경우 또는 상기 배열의 달리 제공되는 대칭성에서 벗어나 수평선에 대한 경사 위치에서 상기 임피던스(7)가 그로부터 유래하는 지향성 다이어그램의 장애를 보상하기 위해 개별 분기에서 다르게 선택되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제1항에 있어서, 루프 커패시턴스(31)를 형성하기 위하여 실질적으로 수평인 연장부(4b)를 가지는 도체편들이 평면적으로 구성되고 표면(30)에 놓이는데 , 이 표면은 그들 여러 치수중 하나에 있어서 면(0)에 대해 근본적으로 직각으로 세워지는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제26항에 있어서, 루프 커패시턴스(31)를 형성하기 위한 실질적으로 수평인 연장부(4b) 도선편들이 와이어나 스트립 형상 도체(32)로 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제26항 또는 제27항에 있어서, 상기 표면(30)이 도전성 기저면(1)에 평행한 면으로서 그리고 바람직하게는 인쇄기판 기술로 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제28항에 있어서, 상기 링 구조(2)를 형성하기 위해 실질적으로 수평인 연장부(4b)를 가지는 도체편들과 다수의 임피던스(7, 7')는 실질적으로 수직인 연장부(4a)를 가지는 도체편들이 있는 면(0)을 기준으로 임피던스(7, 7')의 임피던스값의 관점에서도 대칭적인 배열이 되도록 형성되며, 상기 배열의 대칭성은 면(0)에 대해서도 그리고 기저면(1)과 관련하여서도 수직으로 세워진 대칭평면(33)을 기준으로 제공되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제29항에 있어서, 동종의 상기 양 안테나는 어느 한 안테나의 면(0)을 통해 다른 안테나의 대칭평면(33)이 형성되고 그 반대도 성립하며, 그리고 안테나의 대칭 평면(33)과 면(0)의 교차선으로부터 형성된 수직 대칭선(8)을 기준으로 한 전체 배열은 합동이 되는 사분원들로 구성되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제30항에 있어서, 상단부에서 실질적으로 수직인 연장부(4a)를 가지는 도체편들을 부하(負荷)로 하는 적절한 크기의 루프 커패시턴스(31)를 형성하기 위해 그리고 상기 표면(30)에서 양 안테나의 링 구조(2)를 형성하기 위한 결합 커패시터(34)로서 임피던스(7)를 형성하기 위해 서로 전기적으로 분리된 평면형 도체 구조(35)가 제공되며, 그의 인접한 가장자리들은 형상 부여를 통해 그리고 그들 사이에 있는 분리 갭(36)을 통해 적절하게 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제30항에 있어서, 상단부에서 실질적으로 수직인 연장부(4a)를 가지는 도체편들을 부하(負荷)로 하는 적절한 크기의 루프 커패시턴스(31)를 상기 표면(30)에서 형성하기 위해 서로 전기적으로 분리된 평면 도체 구조(35)가 제공되며 수직 대칭선(8)을 에워싸는 중앙 구조(37)가 제공되며, 양 안테나의 링 구조(2)를 형성하기 위해 결합 캐패시터로서의 임피던스(7)를 형성하기 위해 루프 커패시턴스(31)가 용량적으로(capacitively) 상기 중앙 구조에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제31항에 있어서, 도체편의 수직 대칭선(8)의 바로 근처에 있는 영역이 자유롭게(빈자리로) 구성되지만 수직 안테나 도체(20)는 예를 들어 중앙 구조(37)나 루프 커패시턴스(31)처럼 링 구조(2)의 일부에 용량적으로 결합되고 방사기 길이(43)와 방사기 결합 콘덴서(38)가 연결 포트(Tu)에서의 적절한 임피던스라는 관점에서 용량적 결합을 설정하기 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 원형 분극화된 위성 전파신호와 그 주파수에 밀접한 고주파대역에서 지상 무선국에 의해 방사되는 수직 분극화된 무선신호를 조정하여 동시 수신하기 위한 제10항에 있어서, 비대칭 전압(Uu)에서 수직 분극화된 지상 전파신호를 수신하기 위한 정합 회로망(29)을 가지는 수직 안테나 도체(20)와 원형 분극화(Uz)를 위한 전압에서 원형 분극화된 위성 무선 신호의 수신을 위해 정합 회로(17), 위상회전멤버(18) 및 가산 회로(19)를 가지는 안테나가 구성되고, 이 때 대칭을 통해 제공되는 디커플을 이용하여 지상 전파신호의 위성전파신호의 상호 제한을 위한 유효한 주파수 선택적인 조치들이 제공되지 않는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제34항 및 수직 분극화된 지상 무선국과의 결합된 양방향 전파 동작을 위한 안테나에 있어서, 주파수가 가장 낮은 무선 서비스를 위한 수직 안테나 도체(20)의 방사기 길이(43)가 충분히 크게 선택되고, 상기 무선 서비스를 위해 그에 상응하는 정합 회로망(29a, 29b, 29c,...)이 적절한 무선 장치를 연결하기 위해 출력(40a, 40b, 40c,...)과 함께 제공되며, 정합 회로망(29a, 29b, 29c,...)의 입력들이 연결 포트(Tu)에 연결되어 있으며 정합 관계가 연결 포트(Tu)에서 상이한 무선 서비스의 무선 주파수 채널들에서 서로 가능한 적게 영향을 받도록 주파수 선택적인 분리 회로(39a, 39b, 39c,...)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제35항에 있어서, 상기 수직 안테나 도체(20)에서 높은 무선 채널 주파수를 위한 전기적으로 유효한 방사기 길이(43)의 주파수 선택적인 단축을 위해 더미소자(41)의 적절한 회로와 함께 불연속 지점이 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제35항에 있어서, 실질적으로 수직인 연장부(4a)를 가지는 도체편들의 베이스 근처에 링 구조(2)의 연결 포트(T1a, T1b, T2a, T2b)와 수직 안테나 도체(20)의 연결 포트(Tu) 사이에 방사를 통해 야기되는 오결합을 피하기 위해 디커플 회로망(42)이 제공되며, 이것은 신호에 대해 수직으로 분극화된 무선국과의 양방향 무선 동작의 주파수에 차단적으로 작용하지만 해당 주파수에서 원형 분극화된 위성 전파신호에 인접한 고주파 대역의 주파수에 대해서는 통과성을 가지는 것을 특징으로 하는 안테나.
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