KR100668997B1

KR100668997B1 - 부전도성 열형 프레임을 사용하는 패치 안테나

Info

Publication number: KR100668997B1
Application number: KR1020000061808A
Authority: KR
Inventors: 프래니죤필립; 귄케이스브이.; 맨지온루이스토마스; 차이밍주
Original assignee: 루센트 테크놀러지스 인크
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2007-01-17
Also published as: CA2322737A1; EP1094543B1; DE60013726T2; US6407704B1; DE60013726D1; EP1094543A2; EP1094543A3; KR20010040137A; JP2001156531A

Abstract

패치 안테나의 공진자는 부전도성 프레임에 의해 지지된다. 상기 프레임은 상기 공진자에 구멍을 형성하는 일 없이 공진자를 지지하며, 따라서, 불필요한 전계 편파를 발생한다는 문제점을 해결한다. 또한, 상기 프레임은 낮은 전류 밀도 영역에서 공진자를 보유함으로써, 복사 패턴에 있어서 부가의 외란이 발생하는 것을 방지한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 프레임은 피드보드(feedboard)의 엣지를 잡아채는 주변립을 포함하며, 따라서 상기 프레임을 피드보드에 부착시킨다.

부전도성 프레임, 공진자, 전계 편파, 전류 밀도, 피드보드, 주변립

Description

부전도성 열형 프레임을 사용하는 패치 안테나{Patch antenna using non-conductive thermo form frame}

도 1은 종래 기술의 패치 안테나 조립체를 설명하는 도면.

도 2는 종래 기술의 피드보드, 스페이서 및 공진자 조립체를 설명하는 도면.

도 3은 부전도성 프레임을 갖는 패치 안테나 조립체의 분해도.

도 4는 부전도성 프레임을 갖는 조립된 패치 안테나 시스템의 횡단면도.

도 5는 공진자가 삽입된 공진자 리셉터클을 도시한 도면.

도 6은 공진자가 삽입되지 않은 공진자 리셉터클을 도시한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 패치 안테나 조립체 116, 118: 공진자

124: 부전도성 프레임 130: 피드보드

160, 162: 공진자 리셉터클 164: 주변립

본 출원서는 각각 다음과 같은 양수되고 현재 계류중에 있는 발명의 명칭이 "패치 안테나"인 미국 특허 출원 제 09/425358 및 발명의 명칭이 "부전도성 프레임을 사용하는 패치 안테나"인 미국 특허 출원 제 09/425374호와 관련된 것이다.

본 발명은 안테나, 특히, 패치 안테나에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술의 패치 안테나 조립체의 분해도를 설명한다. 부전도성 전방 하우징(10)과 전도성 후방 하우징(12)이 상기 안테나 조립체의 외부면을 형성한다. 상기 하우징의 2개의 단부는 다층 피드보드(14), 공진자(16 및 18) 및 스페이서(20)를 둘러싼다. 스페이서(20)는 스크류(24)에 의해 피드보드(14)의 전방 측부(22)에 부착된다. 스크류(24)는 피드보드(14)에 있는 구멍(26)을 관통함으로써 상기 스페이서(20) 내측상의 앞나사와 맞물린다. 공진자(16, 18)는 유사한 방법으로 스페이서(20)에 부착된다. 스크류(28)는 공진자(16, 18)에 있는 구멍(30)을 관통함으로써 스페이서(20) 내측상의 나사산과 맞물린다. 상기 스페이서들은 피드보드(14)와 공진자(16,18) 사이의 작동 주파수 파장의 약 1/10의 공간을 제공하도록 선택된다. 조립된 피드보드, 스페이서 및 공진자는 전방 하우징(10)과 후방 하우징(12)에 의해 형성된 밀폐부의 내부에 장착된다. 안테나 조립체에 의해 전송될 신호는 다층 피드보드(14)의 도체(40)에 제공된다. 도체(40)는 일반적으로 상층(42)과 같은 피드보드(14)의 한 층상에 위치된다. 절연층은 일반적으로 도체(40)와 피드보드(14)의 접지면층(ground plane layer) 사이에 제공된다. 상기 접지면층(22)은 일반적으로, 신호가 전방 하우징(10)을 통해 전송될 수 있도록, 상기 도체(40)로부터의 신호가 공진자(16, 18)에 결합하게 하는 개구부 또는 슬롯(44)을 갖는다.

도 2는 조립된 피드보드(14), 스페이서(20) 및 공진자(16, 18)에 대한 더욱 상세한 설명을 제공한다. 스크류(24)는 스페이서(20)의 내측부 나사산과 맞물리도록 피드보드(14)에 있는 구멍을 관통한다. 마찬가지로, 스크류(28)는 스페이서(20)의 압나사와 맞물리도록 공진자(16, 18)에 있는 구멍을 관통한다.

상기와 같은 종래 기술의 패치 안테나 조립체는 몇가지 단점을 갖게 된다. 상기 조립체는 8개의 스페이서 및 16개의 스크류와 같은 많은 개별 부품들을 갖기 때문에 조립 비용이 많이 든다. 상기 스페이서는 내부에 압나사를 포함하기 때문에 대량 생산에 드는 비용이 과다하게 된다. 또한, 스크류(28)를 스페이서(20)와 맞물리게 하는 공진자(16, 18)를 통해 형성된 상기 구멍들은 안테나 조립체에 의해 무선 고주파 에너지(radio frequency energy)에 있어서 예기치 못한 패턴을 형성한다. 예를 들면, 만약 상기 안테나가 수평 편파 전송에 사용될 경우, 상기 구멍들은 전송된 신호에 있어서 부가의 비-수평 편파를 생성한다.

본 발명은 공진자를 지지하는 부전도성 프레임을 제공함으로써 상술된 문제점들을 해결한다. 이러한 프레임은 공진자에 구멍을 형성하는 일 없이 상기 공진자를 지지하며, 따라서, 불필요한 전계 편파(electric field polarization)가 발생 되던 문제점을 해결한다. 또한, 상기 프레임은 낮은 전류 밀도 영역에서 상기 공진자를 보유함으로써, 복사 패턴에 있어서 부가의 외란이 발생하는 것을 방지한다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 프레임은 피드보드(feedboard)의 엣지를 잡아채는 주변립(perimeter lip)을 포함하며, 따라서, 스크류와 같은 부가의 요소를 사용하는 일 없이 상기 프레임을 피드보드에 부착시킨다.

도 3에서는 패치 안테나 조립체(100)를 설명하고 있다. 상기 조립체는 전도성 후방 하우징부(112)와 부전도성 전방 하우징부(114)에 의해 둘러싸인다. 공진자 요소(116, 118)는 부전도성 프레임(124)에 보유된다. 다층화 되는 피드보드는 접지면, 면을 포함하는 도체(134), 및 절연층을 포함하며, 상기 절연층은 상부 및 하부면 위와 도체(134) 및 접지면 사이의 절연층에 형성된다. 상기 접지면에 형성된 슬롯(136, 138)은, 고주파(RF) 에너지가 전방 하우징부(114)를 통해 전송되도록, 도체(134)상의 고주파(RF) 신호를 공진자(116, 118)에 결합시킨다. 후방 하우징부(112)는 전방 하우징부(114)와 맞물리며, 체결 탭(142)과의 상호 작용에 의해 적절히 체결된다. 후방 하우징부(112)는 도체(134)상의 포인트(148)에 부착시키기 위해 도체가 관통할 수 있는 통로를 제공하는 개구부(144)를 포함한다.

부전도성 프레임(124)은 제너럴 일렉트릭 캄파니사 제품인 Lexan

101 플라스틱과 같은 비전도성 물질을 사용하여 열적으로 형성된다(LEXAN

은 제너럴 일렉트릭 캄파니사의 상표로 등록되었다). 상기 프레임(124)은 1개 부품 보다는 2개 부품으로 제조될 수 있으며, 또한, 만약 2개 이상의 공진자가 존재할 경우, 개별 프레임이 각각의 공진자를 위해 사용될 수 있다. 공진자(116, 118)는 각각 프레임(124)의 공진자 리셉터클(160, 162) 안으로 스냅된다. 프레임(124)의 주변립(164)은 피드보드(130)의 엣지(166)를 잡아챈다. 상기 프레임(124)은 모든 4개의 엣지 보다는 2개의 대향 엣지를 따라 주변립을 가질 수 있다. 그와 같은 형상은 특히 개별 프레임이 각각의 공진자를 위해 사용될 때 유용하다. 상기 프레임은 피드보드(130)로부터 떨어진 작동 주파수 파장의 약 1/10의 공진자(116, 118)를 보유한다. 프레임(124)은 또한 도체(134)와 부착 포인트(148) 위에 위치하는 채널(167)을 포함한다. 채널(167)은 약 2mm의 깊이를 가지며, 프레임이 도체(134)로 도입시킬 표유 커패시턴스(stray capacitance) 또는 인덕턴스를 감소시킨다. 전방 하우징부(114)는 피드보드(130), 프레임(124) 및 공진자(116, 118)를 포함하는 조립체를 전방 하우징부(114) 안에 정렬 또는 배치시키기 위한 탭(132)을 포함한다.

도 4는 안테나 조립체(100)의 횡단면도를 도시하고 있다. 상호 체결 탭(142, 170)은 전방 하우징부(114, 112)를 함께 보유한다. 공진자(116, 118)는 각각 프레임(124)의 공진자 리셉터클(160, 162)에 지지된다. 보유 탭(180)은 각각의 리셉터클에서 상기 공진자를 보유한다. 이미 상술된 바와 같이, 상기 프레임은 프레임 주변립(164)을 피드보드 엣지(166) 위로 스냅시킴으로써 피드보드(130)에 부착될 수 있다; 그러나, 후방 하우징부(112)의 립(172)에 의해 제공되는 가압력을 사용하여 상기 프레임과 피드보드 사이의 관계를 지속시킬 수 있다. 전방 하우징부(114)에 있어서 피드보드(130)의 배치는 배치 탭(132)에 의해 용이하게 수행된다. 후방 하우징부(112)는 일련의 평행한 립(172)을 포함한다. 상기 하우징부(114, 112)가 탭(170, 142)을 사용하여 상호 결합될 때, 립(172)은 요소들이 립(172)과 전방 하우징부(114)의 내면 사이에서 효과적으로 내리누르도록 립 아래의 요소들 위를 가압한다.

도 3에 있어서, 도체(134)상의 상기 고주파(RF) 신호는 슬롯(136, 138) 위로 지나는 도체(134)의 공진자 스루 단면(149)에 결속된다. 소정의 기본 편파 방향(174)이 도시되어 있다. 상기 RF 신호가 공진자에 결속될 때, 상기 공진자상의 고 전류 밀도가 도체 단면(149)과 평행한 공진자의 측부상에 발생한다. 결과적으로, 상기 공진자(116, 118)의 측부 단면(173)은 높은 전류 밀도를 포함한다. 높은 전류 밀도의 방해를 제한하도록, 상기 공진자 리셉터클(160, 162)은 측부 단면(173)을 따른 공진자와의 접촉을 최소화 하는 것이 바람직하다. 그와 같은 접촉을 최소화 하기 위하여, 공진자 리셉터클(160, 162)은 보유 탭과 지지면 또는 공진자 리셉터클 측부(176, 178)를 따라 위치한 리지를 사용하여 저 전류 밀도 주변면(175)을 따라 공진자와 접촉한다.

도 5는 위치 내로 스냅된 공진자(116)를 갖는 공진자 리셉터클(160)을 설명한다. 보유 탭(180)은 공진자(116)를 적절히 보유한다. 상기 보유 탭(180)은 전류 밀도가 낮아지는 주변면(175)을 따라 공진자(116)와 접촉한다.

도 6은 공진자(116)가 삽입되지 않은 공진자 리셉터클(160)을 설명한다. 상 기 공진자 리셉터클(160)의 내부면(188)은 중심부(190)가 측부(192, 194)보다 높게 되도록 스냅된다. 이는 보유 탭(180)의 하부면(196)에 대항하여 상기 공진자(116)의 엣지를 보유하기 위한 장력을 제공하는 중심부(190)에 기인한다. 상승된 중심부(190)보다 낮은 측부면(192)을 형성함으로써, 상기 공진자가 공진자 리셉터클(160) 안으로 스냅될 때, 공진자(116)의 고 전류 밀도 단면(173)과의 접촉이 최소화된다.

본 발명에 따른 패치 안테나의 공진자는 부전도성 프레임에 의해 지지되며, 상기 프레임은 상기 공진자에 구멍을 형성하는 일 없이 공진자를 지지함에 따라, 불필요한 전계 편파를 발생한다는 문제점을 해결한다. 또한, 상기 프레임은 낮은 전류 밀도 영역에서 공진자를 보유함으로써, 복사 패턴에 있어서 부가의 외란이 발생하는 것을 방지한다.

Claims

제 1 층에 하나 이상의 신호 도체와, 제 2 층에 개구부를 갖는 하나 이상의 접지면을 구비하며, 상기 신호 도체의 적어도 일부는 접지면의 한 측부상에 개구부를 가로질러 위치하는, 다층 신호 피드보드와,

평면을 갖는 공진자, 및

프레임의 2개 이상의 엣지상에 프레임 몸체 너머로 연장하는 주변립을 갖는 부전도성 프레임을 구비하고,

상기 부전도성 프레임이 상기 접지면의 다른 측부상에 상기 개구부와 마주하는 평면과 상기 신호 피드보드와 실제로 평행한 평면으로 상기 공진자를 보유하도록, 상기 주변립은 상기 신호 피드보드의 2개 이상의 엣지 위에 체결되는 안테나 조립체.
제 1항에 있어서, 상기 부전도성 프레임은 상기 공진기를 보유하고 상기 공진자의 표면의 내면이 위치하는 리셉터클의 오리피스와 대향하는 내면을 갖는 하나 이상의 공진기 리셉터클을 포함하며, 상기 공진기의 한면과 접촉하는 내면의 중앙부는 내면의 측부에 대해 상승되는 안테나 조립체.
제 1항에 있어서, 상기 부전도성 프레임은 공진자를 보유하기 위한 적어도 하나의 리셉터클을 포함하며, 상기 리셉터클은 공진기 주변에 인접한 공진기를 보유함으로써 상기 리셉터클의 적소에 상기 공진기를 보유하기 위해 배열되는 하나 이상의 보유 탭을 갖는 측부를 포함하는 안테나 조립체.
제 1항에 있어서, 상기 부전도성 프레임은 프레임이 신호 도체로 도입될 수 있는 표유 커패시턴스(stray capacitance) 또는 인덕턴스를 감소시키기 위해 상기 신호 도체의 적어도 일부와 대향 위치하는 하나 이상의 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 조립체.