KR100817621B1

KR100817621B1 - 지향성 안테나

Info

Publication number: KR100817621B1
Application number: KR1020057007256A
Authority: KR
Inventors: 빙 치앙; 윌리엄 로버트 팔머; 그리핀 케이 고다르; 크리스토퍼 에이 스나이더
Original assignee: 아이피알 라이센싱, 인코포레이티드
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2008-03-27
Also published as: CN1708875A; US20030210204A1; US20050035910A1; CA2503031A1; WO2004040689A3; NO20052566D0; TW200427133A; IL167993A; TWI321376B; AU2003287198A8; NO20052566L; KR20050073589A; WO2004040689A2; EP1556922A2; AU2003287198A1; JP2006504353A; US6762722B2; MXPA05004602A; EP1556922A4; CA2503031C

Abstract

본 발명의 지향성 안테나는 N개의 중심에서 떨어진 모노폴 안테나 요소를 갖는다. 이들 안테나 요소는 유전체 기판의 일부 상에 제1 상위 도전성 부분으로서 형성된다. 이 어레이는 또한 같은 수(N개)의 이미지 요소를 포함한다. 이미지 요소는 상위 도전성 부분과 같은 기판 상에서 하위 도전성 부분의 제2 세트로서 형성된다. 모노폴 요소와 거의 길이 및 형상이 같은 이미지 요소는 접지 기준 전위에 접속되게 된다. 어레이를 완성하기 위하여, 능동 안테나 요소는 모노폴 요소 중 적어도 하나에 인접하게, 동일한 기판에 배치된다. 양호한 구성에서는, 수동 모노폴 요소 및 대응하는 이미지 요소는 그 사이에 접속된 임피던스를 선택적으로 변경하는 스위치 가능한 결합 회로 등을 통해, 반사 또는 지향 모드에서 동작하도록 선택적으로 접속된다.

Description

지향성 안테나{DIRECTIONAL ANTENNA}

본 발명은 이동 전화 또는 휴대용 셀룰러 통신 시스템에 관한 것이며, 구체적으로는 이동 전화 또는 휴대용 가입자 유닛에 사용되는 콤팩트한 안테나 장치에 관한 것이다.

코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 통신 시스템은 기지국과 하나 이상의 이동 전화 또는 휴대용 가입자 유닛 간에 무선 통신을 제공한다. 기지국은 통상적으로, 지상의 공중 전화 교환망(PSTN)에 상호 접속된 컴퓨터 제어형 송수신기 세트이다. 기지국은 또한, 순방향 링크의 무선 주파수 신호를 이동 전화 가입자 유닛에 보내고, 각 이동 전화 유닛으로부터 전송된 역방향 링크의 무선 주파수 신호를 수신하기 위한 안테나 장치를 포함한다. 각 이동 전화 가입자 유닛 역시, 순방향 링크 신호의 수신과 역방향 링크 신호의 송신을 위한 안테나 장치를 포함한다. 통상의 이동 전화 가입자 유닛은 디지털 셀룰러 전화 핸드세트나, 셀룰러 모뎀에 연결된 개인용 컴퓨터이다. 그러한 시스템에 있어서, 다수의 이동 전화 가입자 유닛은 동일한 중심 주파수 상에서 신호를 송신 및 수신할 수 있지만, 고유한 변조 코드는 개별 가입자 유닛에게 보내진 신호 또는 그 유닛이 수신한 신호를 구별한다.

CDMA 외에, 기지국과 하나 이상의 휴대용 또는 이동 전화 유닛 간의 통신에 채용된 다른 무선 접속 기술로는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준 및 업계 개발된 블루투스 표준에 의해 기술된 것들이 있다. 그러한 모든 무선 통신 기술은 수신단과 송신단 양단에서 안테나를 사용하는 것을 필요로 한다. 관련 분야의 전문가들은 어느 무선 통신 시스템에서 안테나 이득을 높이는 것이 무선 시스템 성능에 유리하게 작용함을 알고 있다.

이동 전화 가입자 유닛에서 신호를 송수신하기 위한 일반적인 안테나가 모노폴 안테나(또는 무지향성 방사 패턴을 갖는 그 밖의 안테나)이다. 모노폴은 가입자 유닛 내에 있는 송수신기에 연결된 단일 와이어 또는 안테나 요소로 구성된다. 가입자 유닛으로부터 전송되는 아날로그나 디지털 정보는 송수신기에 입력되어, 그 가입자 유닛에 할당된 변조 코드(즉, CDMA 시스템에서)를 이용해서 한 주파수에서의 반송파 신호 상에서 변조된다. 변조된 반송파 신호는 가입자 신호로부터 기지국에 송신된다. 가입자 유닛이 수신하는 순방향 링크 신호는 송수신기에 의해 복조되어 가입자 유닛 내의 처리 회로로 공급된다.

모노폴 안테나로부터 송신된 신호는 특성상 무지향적이다. 즉, 그 신호는 전체적으로 수평적인 평면 내에서 신호 세기가 전방향으로 거의 동일하게 보내진다. 모노폴 안테나 요소를 이용한 신호 수신도 마찬가지로 무지향적이다. 모노폴 안테나는 어느 한 방위 방향으로부터의 동일한 또는 상이한 신호의 검출에 대하여 다른 방위 방향의 신호를 검출하는 능력을 구별하지 않는다. 또한, 모노폴 안테나는 고도 방향으로 유효하게 방사하지 않는다. 안테나 패턴은 주로 도우넛 구멍의 중심에 안테나 요소가 위치하는 도우넛 형상을 나타낸다.

이동 전화 가입자 유닛에 사용할 수 있는 안테나의 제2 타입은 미국 특허 번호 제5,617,102호에 개시되어 있다. 지향성 안테나는, 예컨대 랩탑 컴퓨터의 외장에 탑재된 2개의 안테나 요소를 포함한다. 각 요소에 부착된 위상 시프터는 입력 신호에 위상 각도 지연을 더하므로, (수신 및 송신 양 모드에 적용되는)안테나 패턴을 변경하여 집중 신호 또는 빔을 선택 방향으로 제공할 수 있다. 빔을 집중시키면 안테나 이득 및 지향성이 상승한다. 이에, 전술한 특허의 이중 요소 안테나는 송신 신호를 미리 정해진 섹터나 방향으로 지향시켜 기지국에 대한 가입자 유닛의 지향을 변경함으로써, 지향 변화로 인한 신호 손실을 최소화한다. 안테나의 상반 정리에 따르면, 안테나 수신 특성은 위상 시프터를 사용하는 것과 효과가 거의 같다.

CDMA 셀룰러 시스템은 간섭 제한형 시스템이다. 즉, 더 많은 이동 전화 또는 휴대용 가입자 유닛이 한 셀에서 그리고 인접한 셀에서 작동하게 됨에 따라, 주파수 간섭은 증가하고 그에 따라 비트 에러율 역시 증가한다. 에러율 증가에도 불구하고 신호 및 시스템 무결성을 유지하기 위해서, 시스템 오퍼레이터는 한명 이상의 사용자에게 허용 가능한 최대 데이터율을 낮추거나, 활성 가입자 유닛의 수를 작게 하여, 가능한 간섭의 채널을 제거할 수 있다. 예컨대, 가용한 최대 데이터율을 2배로 상승시키려면, 활성의 이동 전화 가입자 유닛의 수를 반으로 줄이면 된다. 그러나, 이 기술은 가입자에 대한 서비스 우선순위 할당이 부족하기 때문에, 데이터율을 상승시키는 데에 일반적으로 채용될 수 없다. 마지막으로, 또한 기지국과 휴대 용 유닛 양쪽에(혹은 한쪽에) 지향성 안테나를 사용함으로써 과잉 간섭을 피할 수 있다.

통상, 지향성 안테나 빔 패턴은 위상 어레이 안테나를 사용함으로써 달성된다. 위상 어레이 안테나는 각 안테나 요소에 대하여 입력 신호의 위상 각도를 제어함으로써, 원하는 방향으로 전자적으로 스캐닝되거나 조정된다. 그러나, 위상 어레이 안테나는 수신되거나 송신된 신호의 파장에 비교해서, 안테나 요소 간격이 전기적으로 작아짐에 따라 효율성 및 이득이 저하된다. 그러나 안테나는 휴대용 또는 이동 전화 가입자 유닛과 함께 사용할 때, 일반적으로 안테나 어레이 간격이 상대적으로 작아지고, 그에 따라 안테나 성능이 저하된다.

이동 전화 또는 휴대용 유닛이 CDMA 통신 시스템과 같은 기지국과 통신하는 통신 시스템에 있어서, 이 휴대용 또는 이동 전화 유닛은, 통상 예컨대 랩탑 컴퓨터의 사이즈와 같은 상대적으로 소형 장치 또는 핸드헬드 장치이다. 일부 실시예에서는 안테나가 내장되어 있거나, 장치의 하우징 또는 외장에 돌출되어 있다. 예컨대, 셀룰러 전화 핸드세트는 내장형 패치 안테나와, 돌출형 모노폴이나 다이폴 안테나 중 하나를 사용한다. 랩탑 컴퓨터와 같이, 대형 휴대용 장치는 별도의 외장에 탑재되거나, 랩탑 하우징에 통합된 안테나 또는 안테나 어레이를 구비할 수 있다. 별체형 안테나는 통신 장치를 이곳 저곳으로 휴대할 때에 사용자가 관리하기에 번거로울 수 있다. 반면에 통합형 안테나는 이러한 단점을 극복하여, 패치 안테나를 제외한 그러한 안테나들은 대개 통신 장치로부터 돌출되어 있다. 이렇게 돌출된 부분은 장치를 이곳 저곳으로 가지고 다닐 때 파손 또는 손상될 수 있다. 돌출형 안 테나에서의 손상은 아무리 작다고 해도 그 안테나의 동작 특성을 상당히 변하게 할 수 있다.

종래 기술의 문제점

무선 네트워크 안테나를 외장 내에 통합하려고 할 때에는 몇가지 사항을 고려해야 하는데, 예컨대 그 외장이 통신 장치와 분리된 유닛인지 또는 통신 장치 그 자체의 하우징인지의 여부이다. 안테나와 그와 관련된 외장을 설계함에 있어서, 안테나 전기 특성을 신중하게 고려하여, 무선 링크에 걸쳐 전파되는 신호를 비트 에러율, 신호 대 잡음비 또는 신호 대 잡음과 간섭비 등의 미리 정해진 시스템 표준에 만족시켜야 한다. 안테나의 물리적 파라미터에 의해 영향을 받는, 안테나의 전기적 특성은 이하에서 더 논의하기로 한다.

안테나는 사용자의 필요성을 만족시키고 요구되는 전기적 성능을 충족하기 위하여 소정의 기계적 특성을 나타내야 한다. 안테나의 길이, 또는 안테나 어레이의 각 요소의 길이는 수신 및 송신 신호의 주파수에 좌우된다. 안테나가 모노폴로서 구성된다면, 그 길이는 통상 신호 주파수의 1/4 파장이다. 800㎒(무선 주파수 대역 중 하나)에서 동작할 경우, 1/4 파장 모노폴은 그 길이가 3.7 인치이다. 1/2 파장 다이폴의 길이는 7.4 인치이다.

안테나는 또한 사용자에게 미적 외관을 주어야 한다. 안테나가 통신 장치로부터 전개 가능하다면, 그 통신 장치 내의 충분한 용적이 그 격납된 안테나와 주변 구성품에 할당되어야 한다. 그러나, 통신 장치가 이동 전화 또는 휴대 서비스에 사용되기 때문에, 장치는 휴대에 용이한 형상으로 비교적 소형이며 경량이어야 한다. 안테나 전개 메커니즘은 기계적으로 간단하고 신뢰성이 있어야 한다. 통신 장치와 분리된 외장 내에 하우징된 안테나의 경우에, 안테나와 통신 장치 간의 접속 메커니즘은 신뢰성있고 간단해야 한다.

안테나의 전기적, 기계적 및 미적 특성도 중요하지만, 안테나는 무선 환경에서의 독특한 성능 문제를 극복해야 한다. 그러한 문제 중 하나가 다중 경로 페이딩이라 불리는 것이다. 다중 경로 페이딩에 있어서, 발신자(기지국이나 이동 전화 가입자 유닛)로부터 송신된 무선 주파수 신호는 목표 수신기에 도달하는 중에 간섭에 부닥치게 된다. 신호는, 예컨대 빌딩 등의 물체로부터 반사될 수 있어, 원래 신호의 반사된 형태의 신호가 수신기에 향하게 된다. 이 상황에서, 동일한 무선 주파수 신호의 2가지 형태, 즉 원래 형태와 반사된 형태가 수신된다. 수신된 각 신호는 주파수는 동일하지만, 반사된 신호는 반사 및 수신기로의 전송 경로 길이가 상이해지는 결과로 인해, 원래 신호와 위상이 다를 수 있다. 그 결과, 원래 신호와 반사된 신호는 부분적으로 서로 상쇄되어(상쇄 간섭), 수신된 신호에 페이딩 또는 드롭아웃(dropout)을 초래한다.

단품 안테나는 다중 경로 페이딩에 매우 취약하다. 단품 안테나는 송신된 신호를 보낸 방향을 판정할 수 없어서, 보다 정밀하게 검출하도록 튜닝될 수 없고, 송신된 신호를 수신할 수 없다. 그 안테나의 지향성 패턴은 안테나 구성품의 물리적 구조에 의해 정해진다. 다중 경로 페이딩 영향을 피하기 위한 노력에 있어서, 안테나 위치와 지향(orientation)만이 변경될 수 있다.

전술한 특허 문헌에 개시되어 있는 이중 요소 안테나 역시, 안테나 패턴의 반구형 로브의 대칭 및 대향 특성으로 인해 다중 경로 페이딩에 취약하다. 안테나 패턴 로브가 서로 어느 정도 대칭적이고 대향적이기 때문에, 안테나 후면에서 반사된 신호는 전면에서 수신된 신호와 동일한 수신 전력을 가질 수 있다. 즉, 송신된 신호가 목표 수신기를 지나거나 그 후방에 있는 물체로부터 반사하여, 그 안테나의 후면으로 반사하면, 그 신호는 신호원으로부터 직접 수신한 신호와, 그 2개의 신호의 위상차가 다중 경로 페이딩으로 인해 상쇄 간섭을 생성하는 공간 위치에서, 간섭한다.

셀룰러 통신 시스템에 존재하는 또 다른 문제는 셀간 신호 간섭이다. 대부분의 셀룰러 시스템은 개별 셀로 분할되고, 각 셀에는 그 중심에 기지국이 배치되어 있다. 각 기지국의 위치 설정은 이웃하는 기지국이 서로로부터 약 60도 간격에 위치하도록 정해진다. 각 셀은 그 중심에 기지국을 갖는 육면체로서 간주될 수 있다. 각 셀의 변들은 이웃 셀에 접해 있고, 일군의 셀은 벌집형 패턴을 형성한다. 한 셀의 변에서 그 기지국까지의 거리는 통상적으로 허용 신호를 그 셀의 변 근처에 있는 이동 전화 가입자 유닛에서 그 셀의 기지국으로 송신하는 데 필요한 최소 전력(즉, 허용 신호를 하나의 셀의 반경과 동일한 거리에서 송신하는 데 필요한 전력)에 의해 정해된다.

셀간 간섭은 하나의 셀의 변 근처에 있는 이동 전화 가입자 유닛이 그 변을 걸쳐서 이웃하는 셀로 횡단하고 그 이웃 셀 내에서 발생하는 통신에 간섭하는 신호를 송신할 때 발생한다. 통상, 이웃하는 셀에서 같거나 근접하게 떨어진 주파수에 실린 신호가 셀간 간섭을 일으킨다. 셀간 간섭의 문제는 셀의 변 근처에 있는 가입자 유닛이 고전력 레벨로 송신하면 셀 중심에 있는 목표 기지국이 그 송신 신호를 효율적으로 수신할 수 있다는 사실에 의해 해결된다. 또한, 목표 수신기를 지나거나 그 후방에 있는 또 다른 이동 전화 가입자 유닛으로부터의 신호가 동일한 전력 레벨로 기지국에 도달하여, 추가 간섭을 나타낼 수 있다.

셀간 간섭 문제는 인접한 셀에 있는 가입자 유닛이 통상 동일한 반송파나 중심 주파수 상에서 송신하기 때문에, CDMA 시스템에서 악화된다. 예컨대, 동일한 반송파 주파수에서 동작하지만 상이한 기지국으로 송신하는, 인접 셀에 있는 2개의 가입자 유닛은 양쪽 신호가 그 기지국 중 하나에 수신된다면 서로 간섭하게 된다. 한쪽 신호는 다른 쪽에 대해서 잡음으로서 출현한다. 간섭의 정도와, 목표 신호를 검출하고 복조할 수 있는 수신기의 능력도 가입자 유닛이 동작하고 있는 전력 레벨에 영향을 받는다. 가입자 유닛 중 하나가 셀의 변에 위치하고 있다면, 그 유닛은 목표 기지국에 도달하기 위해서, 그 셀 및 이웃하는 셀 내에 있는 다른 유닛에 비해 고전력 레벨에서 송신한다. 그러나, 그 신호도 의도하지 않은 기지국, 즉 인접 셀의 기지국에 의해 수신된다. 의도하지 않은 기지국에서 수신된 2개의 동일한 반송파 주파수 신호의 상대적인 전력 레벨에 따라서, 그 셀 내에서 송신된 신호와 인접 셀로부터 송신된 신호를 적절하게 구별하는 것은 불가능하다. 가입자 유닛 안테나의 분명한 시계(field of view)를 줄이기 위한 메커니즘이 필요하며, 이 메커니즘은 기지국에 수신된 간섭하는 송신 수를 줄임으로써 역방향 링크(가입자로부터 기지국으로)의 동작에 상당한 영향을 끼칠 수 있다. 순방향 링크의 안테나 패턴도 마찬가지로 개선됨으로써, 송신된 신호 전력이 낮아져서, 원하는 수신 신호 품질이 달성된다.

정리하면, 무선 통신 기술에서는 안테나 성능을 최고로 하면서, 사이즈와 제조 복잡성을 최소로 하는 것이 가장 중요하다.

본 발명의 간단한 설명

본 발명은 중심에서 떨어진 N개의 모노폴 안테나 요소를 구비한 지향성 안테나이다. 이들 모노폴 요소는 유전체 기판의 일부에 제1 상위 도전성 부분으로서 형성된다. 어레이는 또한 동일한 수, 즉 N개의 이미지 요소를 포함한다. 이미지 요소는 상위 도전성 부분과 동일한 기판 상에 하위 도전성 부분의 제2 세트로서 형성된다. 일반적으로 모노폴 요소와 길이 및 형상이 같은 이미지 요소가 접지 기준 전위에 접속된다. 어레이를 완성하기 위하여, 능동 안테나 요소가 그 모노폴 요소의 적어도 하나에 인접하게 동일한 기판 상에 배치된다. 양호한 실시예에 있어서, 능동 요소는 어레이의 중심에 배치된다.

모노폴 요소는 통상, 유전체 기판 상에 연장된 도전성 부분으로서 형성된다. 유전체 기판 그 자체는 도전체 요소가 배치되어 있는 제1 연장 부분으로서, 그리고 그 제1 연장 부분에 수직하는 제2 연장 부분으로서 형성되어, 제1 연장 부분과 중심의 능동 요소 간에 상호 접속하는 아암부를 형성한다. 마찬가지로, 중심의 능동 요소는 도전체부가 배치되어 있는 동일한 기판의 연장 유전체부로서 형성될 수 있다.

이미지 요소들은 서로 전기적으로 접속될 수 있다. 일 실시예에서는 그 요소들이 기판 상에 단일 도전체 패치로서 형성된다.

양호한 실시예에 있어서, 모노폴 안테나 요소는 수동 요소로서 기능하도록 전기적으로 접속되는데, 즉 단일의 능동 중심 요소만이 무선 송수신 장비에 접속된다.

수동 모노폴 요소 및 대응하는 이미지 요소는 선택적으로 반사 모드와 지향 모드 중 어느 한 모드로 동작 가능하다. 일 구성에 있어서, 각각의 모노폴 요소는 결합 회로를 통해 이미지 요소 중 대응하는 하나에 각각 접속된다. 결합 회로는 스위치만큼 간단하며, 접속 및 비접속의 선택 가능한 구성을 제공할 수 있다.

그러나, 양호한 실시예에서는, 결합 회로가 적어도 2개의 임피던스를 포함한다. 이 구성에 있어서, 제1 임피던스 요소는 스위치가 제1 부분에 있을 때 모노폴 요소와 이미지 요소 사이에 직렬로 배치되고, 제2 임피던스 요소는 스위치가 제2 부분에 있을 때 직렬로 배치된다.

스위치와 임피던스는 통상, 안테나 어레이 요소와 동일한 기판 상에 배치된 마이크로전자 구성품으로서 구현될 수 있다. 안테나 어레이 어셈블리에 공급된 신호는 각 안테나 요소의 상위부와 하위부 간에 접속을 단절 또는 개방하는 스위치를 제어하여, 지향 또는 반사 동작 상태를 달성한다.

본 발명의 전술한 특징들과 기타 장점들은 이어지는 보다 상세한 본 발명의 양호한 실시예의 설명으로부터 분명해지며, 이 양호한 실시예들은 상이한 도면을 통해 동일한 부분에 대해서는 같은 도면 번호를 부여한 첨부 도면에 도시되어 있 다. 도면은 실척으로 도시된 것이 아니며, 본 발명의 원리를 도시하면서 강조되어 있다.

도 1은 셀룰러 기반의 무선 통신 시스템의 셀을 도시하는 도면이다.

도 2 내지 도 5는 안테나의 다양한 도면이다.

도 6은 도 2에 도시한 방사 요소의 보다 상세한 도면이다.

도 7은 도 6의 마이크로전자 모듈의 도면이다.

도 8 내지 도 17b는 안테나의 추가 실시예를 도시하는 도면이다.

도 1은 통상의 CDMA 셀룰러 통신 시스템의 하나의 셀(50)을 도시하고 있다. 이 셀(50)은 이동 전화 가입자 유닛(60-1∼60-3)이 중심에 있는 기지국(65)과 통신하는 지리적 영역을 나타내고 있다. 각 가입자 유닛(60)에는 본 발명에 따라 구성된 안테나(70)가 장착된다. 가입자 유닛(60)은 시스템 오퍼레이터에 의해 무선 데이터 및/또는 음성 서비스를 제공받으며, 예컨대 랩탑 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 개인 디지털 보조장치(PDA) 등의 장치를 [안테나(68)를 포함하는]기지국(65)을 경유해서 네트워크(75)에 접속시키는데, 이 네트워크는 공중 전화망(PSTN), 인터넷과 같은 패킷 교환 컴퓨터망, 공중 데이터망 또는 사설망일 수 있다. 기지국(65)은 1차군 속도(primary rate) ISDN, IS-634나 V5.2 등의 다른 LAPD 기반의 프로토콜, 또는 네트워크(75)가 인터넷과 같은 패킷 기반의 이더넷(Ethernet) 네트워크라면 심지어 TCP/IP 등의 임의개의 상이한 가용 통신 프로토콜을 통해 네트워크(75)와 통신한다. 가입자 유닛(60)은 특성상 이동 전화이며, 기지국(65)과 통신하면서 이곳 저곳으로 이동할 수 있다. 가입자 유닛이 하나의 셀을 떠나 다른 셀로 진입할 때, 통신 링크는 기존 셀의 기지국에서부터 진입 셀의 기지국으로 핸드오프된다.

도 1은 본 발명을 설명하는 데 있어 편의상, 한 셀(50)에, 예컨대 하나의 기지국(65)과 3개의 이동 전화 유닛(60)을 나타내고 있다. 본 발명은 셀(50)과 같은 개별 셀에서의 하나 이상의 기지국과 통신하는 대개 한층 더 많은 가입자 유닛이 있는 시스템에도 적용될 수 있다. 본 발명은 무선 LAN 등의 어느 무선 통신 장치나 시스템에도 적용될 수 있다.

또한, 당업자라면, 도 1은 CDMA, TDMA, GSM 등과 같은 신호 전송 방식이 채용된 표준 셀룰러 타입의 통신 시스템을 나타내는 것이며, 이 시스템에 있어서 무선 주파수 채널은 데이터 및/또는 음성을 기지국(65)과 가입자 유닛(60) 간에 전달하도록 할당되어 있음을 이해할 수 있다. 양호한 실시예에 있어서, 도 1은 무선 인터페이스에 맞게 IS-95B 표준에 정의되어 있는 것 등의 코드 분할 다중화 원리(code division multiplexing principles)를 이용하는 CDMA형 시스템이다.

셀 기반의 시스템의 일 실시예에 있어서, 이동 전화 가입자 유닛(60)은 그 이동 전화 가입자 유닛(60)으로부터 기지국(65)으로의 [빔 형성(beam forming)이라 불리는 프로세스를 통해]역방향 링크 신호의 지향성 송신과 함께, 기지국(65)으로부터 송신된 순방향 링크의 무선 신호의 지향성 수신을 제공하는 안테나(70)를 채용한다. 이 원리는 각 이동 전화 가입자 유닛(60)으로부터 외부를 향하여 기지국(65) 쪽으로 거의 최상의 전파 방향으로 연장하는 예시적인 빔 패턴(71∼73)에 의해 도 1에 도시되어 있다. 송신을 대략 기지국(65)을 향하게 하고, 거의 기지국(65)의 위치로부터 발생하는 신호를 지향적으로(directively) 수신함으로써, 안테나 장치(100)는 이동 전화 가입자 유닛(60)에 대한 셀간 간섭 및 다중 경로 페이딩의 영향을 저감시킨다. 더욱이, 안테나 빔 패턴(71, 72, 73)이 기지국(65)의 방향에서는 외부로 연장하지만, 대부분의 다른 방향에서는 감쇠되기 때문에, 이동 전화 가입자 유닛(60-1, 60-2, 60-3)에서부터 기지국(65)으로 유효한 통신 신호를 전송하는 데에는 보다 낮은 전력이 필요하다.

도 2는 본 발명의 지침에 따라 제조된 안테나 어레이(100)를 도시하고 있다. 안테나 어레이(100)는 6개의 수동 요소(104A∼104F)로 둘러싸인 중심 요소(102)를 포함하는 데, 각 수동 요소는 이후에 상세하게 설명하겠지만, 반사 모드 또는 지향 모드로 동작할 수 있다. 안테나 어레이(100)는 6개의 수동 요소로 제한되지 않는다. 다른 실시예는 수동 요소를 더 적게(예컨대, 2개 또는 4개) 또는 더 많이(예컨대, 8개) 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서는 안테나가 이후에 설명하는 위상 어레이로서 동작하고, 중심 요소는 없다.

중심 요소(102)는 유전체 기판(108) 상에 배치된 도전성 방사체(106)를 포함한다. 각각의 수동 요소(104A∼104F)는 각각 유전체 기판(113A∼113F) 위에 각각 배치된, 상위 도전성 부분(110A∼110F)과 하위 도전성 부분(112A∼112F)을 포함한다. 하위 도전성 부분(112A∼112F)은 접지되어 있다. 일반적으로, 상위 도전성 부분(110A∼110F)과 하위 도전성 부분(112A∼112F)은 길이가 같다. 수동 요소의 하나의 상위 도전성 부분[예컨대, 상위 도전성 부분(110A)]이 각기 하위 도전성 부분[하위 도전성 부분(112A)]에 접속될 때, 수동 요소(104A)는 수신한 모든 무선 주파수(RF) 에너지를 수동 요소(104A)로부터 다시 신호원을 향해 반사하는 반사 모드로 동작한다. 상위 도전성 부분(110A)이 예컨대 개방되어 있는 경우[즉, 하위 도전성 부분(112A)에 접속되지 않는 경우]에, 수동 요소(104A)는 지향 모드로 동작하는데, 이 지향 모드에서는 수동 요소(104A)는 이를 통과하여 전파하는 RF 에너지에게 사실상 보이지 않게 된다.

일 실시예에서, 중심 요소(102)와 수동 요소(104A, 104D)는 각각의 안테나 요소가 배치되는 인쇄 회로 기판 등의 단일 유전체 기판으로 제조된다. 수동 요소(104B, 104C)는 가변성(deformable) 또는 가요성(flexural)의 기판 상에 배치되고, 중심 요소(102)의 하나의 표면에 부착 또는 탑재된다. 따라서, 수동 요소(104B, 104C)는 미사용 시에 콤팩트한 배열로 접혀질 수 있고, 최적 동작을 위해서는, 도 2에 도시한 방사 위치로 변형될 수 있다. 이것은 수동 요소(104B, 104C)를 각각 수동 요소(104A, 104D) 쪽으로 부착점 주위에 접음으로써(또는 변형함으로써) 달성된다. 마찬가지로, 수동 요소(104E, 104F)는 가변성 또는 가용성 기판 상에 배치되고, 중심 요소(102)의 대향 표면에 부착 또는 탑재되어, 미사용 시에는 수동 요소(104E, 104F)가 콤팩트한 배열로 접혀질 수 있고 혹은 동작 시에는 도 2에 도시하는 배열로 전개될 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 각 수동 요소(104A∼104F)는 별도의 가요성 유전체 기판 상에 형성되어, 중심 요소(102)에 변형 가능하게 결합된다. 또 다른 실시예에 있어서, 수동 요소(104A∼104F)는 개별적인 경성 유전체 기판 상에 형성되고, 그 사이에 개재된 변형 가능한 재료를 사용하여 중심 요소(102)에 변형 가능하게 결합된다.

수동 요소(104A∼104F)를 수반하는 변형 가능한 기판을 중심 요소(102)에 부착하는 데 이용할 수 있는 장치와 기술은 많다. 중심 요소(102)의 표면을 변형 가능한 기판이나 변형 가능한 재료에 결합하는 데 접착제를 사용할 수 있다. 납땜 가능한 비아를 맞물려지는 표면 각각에 배치할 수도 있다. 조인트부는 맞물려지고, 비아는 그 조인트부가 변형 가능하도록 납땜된다. 신호가 중심 요소(104)와 각각의 수동 요소(104A∼104F) 사이를 통과해야 한다면, 또 다른 실시예에서는 납땜 가능한 비아를 중심 요소(102)와 수동 요소(104A∼104F) 상에 배치된 적절한 도전성 트레이스에 접속한다. 이런 식으로, 납땜된 맞물린 비아는 수동 요소(104A∼104F)와 중심 요소(102) 사이에 전기적 상호 접속 및 기계적 결합을 달성한다. 또한, 기계적 패스너(fastener)를 사용하여 여러 개의 수동 요소(104A∼104F)를 중심 요소(102)에 결합할 수 있다.

또 다른 실시예에서는 중심 요소(102)와 수동 요소(104A, 104D)를 제1 변형 가능한 기판 상에 제조하고, 수동 요소(104B, 104C)를 제2 변형 가능한 기판 상에 제조하며, 수동 요소(104E, 104F)를 제3 변형 가능한 기판 상에 제조한다. 안테나 요소를 수반하는 3개의 변형 가능한 기판은 전술한 바와 같이 결합된다. 또 다른 실시예에 있어서, 중심 요소(102)는, 예컨대 인쇄 회로 기판과 같은 경성 유전체 재료로 형성되고, 수동 요소(104A)는 제1 변형 가능한 기판 상에 배치되며, 수동 요소(104B, 104C)는 제2 변형 가능한 기판 상에 형성되고, 수동 요소(104D)는 제3 변형 가능한 기판 상에 형성되며, 수동 요소(104E, 104F)는 제4 변형 가능한 기판 상에 배치된다. 그리고, 4개의 변형 가능한 기판은 전술한 바와 같이, 납땜 비아 또는 접착제로써 중심 요소에 결합된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 각각의 수동 요소(104A∼104F)는 경성 유전체 기판 재료 상에 배치되어, 변형 가능한 결합체로써 중심 요소(102)에 결합된다. 구체적으로, 가변성 또는 가요성 재료의 하나의 가장자리는 각각의 수동 요소(104A∼104F)에 부착되고, 그 재료의 반대쪽 가장자리는 중심 요소(102)에 부착된다. 그리고, 이 실시예에서는 각 안테나 요소가 경성의 변형 가능한 재료 상에 배치된다. 가변성 재료를 중심 요소(102)에 붙이기 위해 납땜 가능한 비아 또는 접착제를 사용한다.

안테나 어레이(100)의 평면도가 도 3에 도시되어 있다. 구체적으로, 형성 가능한 조인트부(105)가 도시되어 있다. 도 4는 접힌 배열의 안테나 어레이(100)의 평면도이다. 도 4에서는 인접한 수동 요소 간[예컨대, 수동 요소(104A, 104B) 간]의 거리는 편의상 강조되어 있다. 변형 가능한 조인트부는 인접 요소들을 접촉시켜 안테나 어레이(100)를 매우 콤팩트한 배열로 격납할 수 있다. 도 5는 안테나(100)의 격납 배열의 사시도이다. 성능은 떨어지겠지만, 안테나 어레이(100)는 도 4 및 도 5의 접힌 배열에서 동작할 수도 있다.

도 2를 다시 참조하면, 각각의 수동 요소(104A∼104F)의 상위 도전성 부분(110A∼110F)과 하위 도전성 부분(112A∼112F) 사이에 개재된 마이크로전자 모듈(116A∼116F)이 도시되어 있다. 유전체 기판(108) 상에 배치되어 있으며, 예컨대 송수신기 회로를 포함하는 마이크로전자 모듈(122)도 도시되어 있다. 도전성 트레이스(124)는 마이크로전자 모듈(122)과 마이크로전자 모듈(116A∼116F) 사이에 신호를 도통시킨다. 도전성 트레이스(124) 상에서 이동하는 신호는 수동 요소(104A∼104F)를 반사 상태 또는 지향 상태로 동작시키는 마이크로전자 모듈(116A∼116F) 내에 있는 구성품을 제어한다. 마이크로전자 모듈(122)에는 또한, 안테나 어레이(100)와 외부 통신 장치 간에 전기적 접속성을 제공하는 인터페이스(125)가 접속되어 있다. 인터페이스(125)는 안테나 어레이(100)를 둘러싸는 외장 상에 탑재된 커넥터에 (예컨대, 리본 케이블을 통해) 인터페이스하도록 경성 또는 가요성 재료로 제조될 수 있다. 사용 시, 안테나 어레이(100)를 외부 장치에 접속시키는 커넥터에 도전체를 삽입한다. 당업자라면, 특정 안테나 설계 및 구성에 필요한, 마이크로전자 모듈 및 도전성 트레이스에 다양한 배치 및 도전체 라우팅 경로를 사용할 수 있음을 이해할 것이다.

도 6은 예컨대 마이크로전자 모듈(116D)과 도전성 트레이스(124)를 포함하는 수동 요소 중 하나인, 도면 부호 104D의 확대도이다. 다른 수동 요소도 마찬가지로 구성된다. 유전체 기판(113D)은 상위 도전성 부분(110D)과 하위 도전성 부분(112D)이 형성되는 제1 부분과, 그 제1 부분에 수직하는 제2 아암부를 갖는 경성 재료 또는 변형 가능한(가요성) 재료를 포함한다. 수동 요소(104D)를 경성 재료로 제조한 실시예에 있어서, 제2 아암부는 그 제2 아암부의 단부에 부착된 변형 가능한 재료(도 6에서는 도시 생략)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상위 및 하위 도전성 부분을 수반하는 제1 부분과, 제2 아암부는, 단일 시트의 유전체 기판 재료를 구체화하거나 컷팅함으로써 형성된다. 경성 재료를 사용한 실시예는 FR4 재료를 포함하는 인쇄 회로 기판 재료로부터 형성될 수 있고, 변형 가능한 재료를 사용한 실시예는 Kapton, 폴리이미드, 마일라(mylar) 또는 그외 다른 변형 가능한 재료로부터 형성될 수 있다. 적절한 재료의 선택은 손실, 유전율 및 투과율을 비롯한, 안테나 요소의 원하는 기계적 및 전기적 특성을 기초로 한다. 유전체 기판(113D)의 아암부를 횡단하고 마이크로전자 모듈(116D)의 접촉부(도시 생략)에 접속하는 3개의 예시적인 도전성 트레이스(124)가 도시되어 있다. 마이크로전자 모듈(116D)(도 7과 함께 후술) 내에 채용된 스위치의 특성에 따라, 스위치를 제어하는데 3개 미만의 도전성 트레이스(125)가 필요할 수 있다. 마지막으로, 도시한 바와 같이, 도전성 트레이스(125)는 하위 도전성 부분(112D)을, 예컨대 도 2에 도시하는 인터페이스(125) 상에 있는 접지 단자에 접속시킨다. 마이크로전자 모듈(116A)은 스위칭 기능에만 제한되는 것이 아니라, 안테나 어레이(100) 및 그 어레이의 구성품의 동작에 관련된 다른 기능을 포함할 수 있다. 당업자가 알고 있는 바와 같이, 상위 도전성 부분(110D)과, 하위 도전성 부분(112D) 및 도전성 트레이스(124)를 형성하기 위한 도전성 재료는 유전체 기판에 도전성 에폭시 또는 도전성 잉크를 인쇄함으로써 유전체 기판에 적용될 수 있다. 또한, 도전성 요소는 구리 클래드 유전체 기판으로부터 원하지 않은 부분을 에칭함으로써 형성될 수 있다.

도 7은 기계적 SPDT 스위치(140)를 포함하는 예시적인 마이크로전자 모듈(116D)를 도시하고 있다. 당업자라면, 기계적 스위치(140)가 통상, MEMS 기술(마이크로전자기계 시스템)을 이용하여 제조된 것을 비롯한, 접합 다이오드, MOSFET, 바이폴라 접합 트랜지스터, 또는 기계적 스위치로 구현된 스위칭 장치의 단순화한 것임을 알 것이다. 도전성 트레이스(124) 중 하나로 전달되는 신호의 제어 하에서, 스위치(140)는 도전체(142)와 도전체(144)와의 접촉부 간을 스위칭한다. 도전체(142)로 스위칭될 때, 상위 도전성 부분(110D)은 임피던스 요소(146)에 접속된다. 임피던스 요소(146)가 스위치(140) 내의 리액턴스(즉, 용량성 또는 유도성)를 보상하여 상위 도전성 부분(110D)은 스위치(140)가 도전체(142)에 접촉할 때 개방 회로를 나타낸다. 이와 다르게, 스위치(140)가 도전체(144)에 접속하면, 상위 도전성 부분(110D)는 임피던스 요소(148)를 거쳐, 접지된 하위 도전성 부분(112D)과 연결된다. 임피던스 요소(148)는 스위치(140)에서 발생하는 임의의 리액턴스(즉, 용량성 또는 유도성)를 캔슬하여 상위 도전성 부분(110D)은 그라운드로 단락(short)된다. 일 실시예에서, SPDT 스위치(140)를 구현하는 전자 구성품을 바이어스하기 위한 포지티브 및 네거티브 바이어스 전압과, 그리고 또한 스위치 지점을 선택하기 위한 제어 전압 신호를 전달하는 3개의 도전성 트레이스(124)가 도시되어 있다. 스위치(140)를 구현하는 특정 전자 또는 기계적 구성품에 따라, 단일의 포지티브 또는 네거티브 바이어스 전압만이 필요할 수 있거나, 그 구성품이 바이어스 전압 없이 스위치되고 제어 전압에 의해서만 결정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는, 마이크로전자 모듈(116D)에 접속된 더 많은 도전성 트레이스(124)를 필요로 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 지침에 따른 안테나 어레이의 다른 실시예(300)를 도시하고 있고, 이 실시예에서 수동 요소 및 중심 요소는 도 2에 도시한 것과 유사하다. 수동 요소(104A, 104B, 104D, 104E) 각각은 경성 기판(예컨대, FR4 재료) 상에 배치되고, 도면 부호 302로 표시되는, 마일라 등의 변형 가능한 재료를 통해 중심 요소(102)에 결합된다. 수동 요소(104F, 104C)는 중심 요소(102)와 같은 기판 상에 배치된다.

도 9a와 도 9b에 도시한 안테나 어레이(318)의 또 다른 실시예에 있어서, 수동 요소(104A, 104B)는 제1 변형 가능한 재료 상에 형성되고, 수동 요소(104D, 104E)는 제2 변형 가능한 재료 상에 형성되며, 중심 요소(102)와 수동 요소(104C, 104F)는 제3 변형 가능한 재료 상에 형성된다. 3개의 변형 가능한 재료는 접착제를 사용하거나, 변형 가능한 결합체(320)를 형성하도록 서로 납땜된 비아의 맞물림을 통해 서로 결합된다. 안테나 어레이(318)는 도 9b의 전개 배열로, 그리고 도 9a의 접힌 배열로 도시된다. 파생된 실시예에 있어서, 안테나 어레이(318)에는 중심 요소(102)가 없기 때문에, 변형 가능한 결합체(320)를 둘러싸는 6개의 안테나 요소가 안테나 위상 어레이로서 동작한다.

전술한 다양한 실시예에 있어서, 최적의 안테나 성능을 위해서, 각 수동 요소(104A∼104F)는 서로에 대하여 그리고 (중심 요소가 존재하는 실시예에서는)중심 요소에 대하여 특정 각도로, 또는 각도 범위로 지향되어야 한다. 이것은 안테나 어레이를 베이스면(도시 생략) 상에 실장하고, 각각의 수동 요소(104A∼104F)를 정확한 지점에 배치할 수 있도록 그 베이스 면 상에 마크 또는 기계적 멈춤개(stop)를 둠으로써 달성될 수 있다. 이와 다르게, 안테나가 케이스나 외장 내에 실장되어 있다면, 다양한 기계적 구조나 멈춤개를, 전개 지향(orientation) 시에, 각각의 수동 요소(104A∼104F)가 최적의 위치에 있도록 그 외장 내에 통합할 수 있다.

도 10a와 도 10b는 경성 유전체 기판 상에 각각 형성된 4개의 요소(352, 354, 356, 358)를 포함하는 안테나 어레이(350)인, 본 발명의 다른 실시예를 나타내고 있다. 도시한 바와 같이, 안테나 요소(352, 354)는 변형 가능한 개별 기판 상에 형성되어, 변형 가능한 재료(360)로써 결합된다. 마찬가지로, 안테나 요소(356, 358)도 개별 시트 상에 형성되어, 재료(362)에 의해 결합된다. 변형 가능한 재료(360, 362)는 접합부(364)에서 결합된다. 전술한 바와 같이, 비아를 접합부(364)를 형성하는데 사용할 수 있으며, 접착 과정을 통해 재료들을 결합할 수도 있다. 도 10b는 격납 배열의 안테나 어레이(350)를 도시하고 있다.

도 11은 가요성 또는 변형 가능한 재료 상에 배치되어 접합부(380)에서 결합된 4개의 요소(372, 374, 376, 378)를 포함하는 안테나 어레이(370)의 전개 상태를 도시하고 있다. 통상적으로, 안테나 어레이(350;도 10a와 도 10b)(370; 도 11)에는 중심 요소가 없기 때문에, 이 어레이는 원한다면 안테나 빔을 스캐닝하는 위상 어레이 안테나로서 동작한다.

도 12a와 도 12b는 요소(392, 394, 396, 398, 400)를 포함하는 5개의 요소 안테나 어레이(390)를 도시하고 있다. 도 12a와 도 12b의 실시예에 있어서, 요소(392, 394, 396, 398, 400)는 경성 유전체 기판 상에 배치되어 변형 가능한 결합부에서 결합된다. 도시하는 바와 같이, 안테나 요소(392, 400)는 개별 유전체 기판 상에 형성되어, 변형 가능한 재료(402)에 결합된다. 요소(394, 396)는 별개로 형성되어 변형 가능한 재료(404)에 의해 결합된다. 마지막으로, 요소(398)는 결합 기판(406)을 포함한다. 변형 가능한 재료(402, 404)와 결합 기판(406)는 전술한 바와 같이, 접착제로 또는 맞물림 비아를 통해 맞물려져서 접착된다. 안테나 어레이(390)는 도 12b에 접힌 배열, 즉 격납 배열로 도시되어 있다.

도 13은 가요성 또는 변형 가능한 재료 상에 배치된 5개의 요소(412, 414, 416, 418, 420)를 갖는 안테나 어레이(410)를 나타낸다. 구체적으로, 안테나 요소(412, 420)는 단일 시트의 변형 가능한 재료 상에 배치되고, 안테나 요소(414, 416)도 단일 시트의 재료 상에 배치된다. 안테나 요소(418)는 단일 시트의 변형 가능한 재료 상에 배치된다. 도시한 바와 같이, 요소(412, 414, 416, 418, 420)는 전술한 대로, 접착제로 접속하거나 비아를 납땜함으로써 형성된 맞물림 접합부(422)에서 결합된다. 다른 실시예(도시 생략)에 있어서, 중심 요소는 안테나 요소(418)와 동일한 변형 가능한 재료 상에 배치될 수 있다.

도 14a에는 안테나 어레이(430)를, 전개 배열로, 그리고 도 14b에서는 접힌 배열 또는 격납 배열로 도시하고 있다. 안테나 어레이(430)는 안테나 요소(432, 434, 436, 438, 440, 442)를 포함한다. 안테나 요소는 전술한, 납땜된 비아 또는 접착 기술을 이용하여 중심 허브(443)에 결합된다. 안테나 어레이(430)는 요소(432)와 요소(438)의 각 면 상에 사출부(radii)(444)를 포함한다. 도 14b에 도시하는 바와 같이, 사출부(444)를 사용함으로써, 나머지 요소(434, 436, 440, 442) 각각이 그 사출부(444)에 끼워질 때 보다 콤팩트한 격납 배열이 된다.

중심 요소를 포함하는 5개 요소의 안테나 어레이(450)가 도 15a와 도 15b에 도시되어 있다. 방사 요소(452, 454, 456, 458)는 중심 요소(460)와 이격되어 있다. 일 실시예에서는 방사 요소(452, 454, 456, 458)가 가요성 또는 변형 가능한 재료(462)(도 15a에는 도시 생략) 상에 배치되어 있지만, 다른 실시예에서는, 방사 요소(452, 454, 456, 458)가 경성 유전체 기판 상에 배치되어 변형 가능한 재료(462)에 부착되어 있다. 여러 시트의 변형 가능한 재료(462)는 도 15b의 접힌 배열 에서의 동일한 기술을 이용하여 중심 요소(460)에 결합된다.

도 16a와 도 16b는 추가의 안테나 요소(451)를 포함하는, 안테나 어레이(450)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 그래서, 도 16a와 도 16b에 도시하는 안테나 어레이(450)는 5개 요소의 어레이이다. 홀수개의 요소로 인해, 요소 중 하나, 구체적으로 요소(451)는 강성의 유전체 재료 상에 단독으로 배치되어, 변형 가능한 재료(462)와 맞물려서, 다른 2쌍의 요소들에, 그리고 도 16a에 도시하는 바와 같이 중심 요소(460)에 결합된다. 요소(451, 452, 454, 456, 458)를 중심 요소(460)에 부착하기 위한 기술은 전술한 바와 같다. 도 16b는 5개의 요소를 접은, 즉 격납 배열로 나타낸, 안테나 어레이(450)를 도시하고 있다.

도 17a와 도 17b는 방사 요소(482, 484, 486, 488, 490, 492)와 중심 요소(494)를 포함하는 7개의 요소를 갖는 안테나 어레이를 도시하고 있다. 도시하는 일 실시예에 있어서, 방사 요소(482, 484)는 경성의 유전체 재료 상에 배치되어, 단일 시트의 변형 가능한 재료(496)로써 결합된다. 방사 요소(488, 490)도 마찬가지로 제조되어, 단일 시트의 변형 가능한 재료(497)로써 결합된다. 양쪽 경우에 있어서, 방사 요소는 인쇄 또는 에칭을 통해 경성 유전체 재료 상에 배치될 수 있다. 방사 요소(486, 492)와 중심 요소(494)는 경성 유전체 기판(498) 상에 배치된다. 변형 가능한 시트(496, 497)는 전술한 바와 같이, 비아, 접착제 또는 기계적 패스너로써, 중심 요소(494)에 부착된다. 안테나 어레이(480)는 도 17b에 접힌, 즉 격납 배열로 도시되어 있다. 다른 실시예(도시 생략)에서는 방사 요소(482, 484, 486, 488, 490, 492)를 가요성 또는 변형 가능한 재료 상에 배치하여, 도시한 바와 같이 결합한다.

능동 중심 요소와, 이 요소로부터 이격되어 있는 복수의 요소를 갖거나, 또는 종래의 위상 어레이나 디지털 빔 형성기와 같이 복수의 이격된 방사 요소 동작만 갖는 다양한 안테나 어레이와 함께, 본 발명의 지침을 개시하였다. 그러한 제1 실시예에 있어서, 안테나 어레이는, 중심에 단일의 능동 요소와, 그 중심의 능동 요소에 변경 가능하게 결합된 복수의 방사상으로 이격된 능동 또는 수동 요소를 포함하는, 복수의 능동 또는 수동 요소를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 각각의 방사 요소는 중심의 교차점에서 하나 이상의 다른 방사 요소에 결합된다. 제어 신호 및 무선 주파수 신호는 복수의 안테나 요소의 교차점에 부착된 [도 2의 인터페이스(125)와 유사한]인터페이스를 통해, 다양한 안테나 실시예에 입력되거나 그로부터 수신된다. 안테나 요소를 중심 요소에, 또는 중심 요소가 없다면 중심점에 부착하기 위한 다양한 장치 및 기술이 알려져 있으며, 이를 위해 그 장치 및 기술을 이용할 수 있다. 이들 장치 및 기술 중에는, 전술한 바와 같이, 납땜 가능한 비아, 접착제, 및 기계적 패스너가 있다.

양호한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자라면, 다양한 변화가 있을 수 있고, 등가의 요소를 본 발명의 범주로부터 이탈하는 일없이 본 발명의 요소 대신에 사용할 수 있다. 본 발명의 범주는 본 명세서에 설명한 다양한 실시예로부터의 임의의 요소들의 조합을 더 포함한다. 또한, 발명의 본질적인 범주에서 이탈하지 않고 본 발명의 지침에 특정 상황을 적응시키기 위한 변형이 이루어질 수도 있다. 이에, 본 발명은 이러한 의도를 수행하는 데 최적의 모드로서 개시된 특정한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부하는 청구범위의 범주 내에 있는 모든 다른 구성을 포함할 것이다.

Claims

안테나 어레이로서,

a. 적어도 하나의 유전체 기판과,

b. 상기 유전체 기판 상에 형성되고 각각 상위 도전성 부분을 포함하는 복수(N개)의 모노폴 안테나 요소와,

c. 상기 유전체 기판 상에 형성되고, 각각 하위 도전성 부분을 포함하며, 각각 각기 모노폴 안테나 요소에 인접한 기판 상의 위치에 배치되어 있으며, 각각 접지 기준 전위에 접속되어 있는, 상기 모노폴 안테나 요소의 수와 같은 수(N개)의 이미지 요소와,

d. 상기 모노폴 안테나 요소 중 적어도 하나에 인접한 상기 유전체 기판의 일부 상에 배치되어 있는 능동 안테나 요소를 포함하는 안테나 어레이.
제1항에 있어서, 상기 N개의 모노폴 안테나 요소 중 적어도 하나는 수동 요소인 것인 안테나 어레이.
제1항에 있어서, 상기 N개의 모노폴 안테나 요소 각각은 수동 요소인 것인 안테나 어레이.
제1항에 있어서, 상기 이미지 요소는 상기 모노폴 안테나 요소와 길이가 거의 같은 것인 안테나 어레이.
제1항에 있어서, 상기 이미지 요소는 상기 모노폴 안테나 요소와 형상이 거의 같은 것인 안테나 어레이.
제1항에 있어서, 상기 상위 도전성 부분의 적어도 하나와, 대응하는 하위 도전성 부분 사이에는 스위치가 배치되어 있고, 이 스위치는 그 사이에서 전자기 결합을 제어하는 것인 안테나 어레이.
제6항에 있어서, 상기 스위치는 반도체 장치를 포함하는 것인 안테나 어레이.
제6항에 있어서, 상기 스위치는 제1 스위치 위치에 있을 때, 상기 스위치와 직렬로 연결되는 제1 임피던스 요소와, 제2 스위치 위치에 있을 때, 상기 스위치와 직렬로 연결되는 제2 임피던스 요소를 더 포함하는 것인 안테나 어레이.
제6항에 있어서, 상기 스위치는 대응하는 모노폴 안테나 요소가 반사 모드(reflective mode)에서 동작하도록 상기 상위 도전성 부분을 상기 하위 도전성 부분에 제어 가능하게 접속시키고, 상기 스위치가 상기 상위 도전성 부분을 상기 하위 도전성 부분에 접속시키지 않는 경우에는 상기 대응하는 모노폴 안테나 요소가 지향 모드(directive mode)로 동작하는 것인 안테나 어레이.
제1항에 있어서, 상기 복수(N개)의 모노폴 안테나 요소는 2개인 것인 안테나 어레이.
제1항에 있어서, 복수(N개)의 모노폴 안테나 요소와, 같은 수(N개)의 이미지 요소를 갖는 제2 유전체 기판을 더 포함하고, 상기 제2 유전체 기판은 상기 안테나 어레이의 전개 배열 시에 상기 유전체 기판에 대하여 미리 결정된 각도로 배치되는 것인 안테나 어레이.
제1항에 있어서, 상기 모노폴 안테나 요소와 상기 이미지 요소는 반사 모드와 지향 모드 중 하나에서 동작하도록 제어 가능하게 상호 접속되는 것인 안테나 어레이.
제1항에 있어서, 상기 이미지 요소는 서로 전기적으로 접속되어 있는 것인 안테나 어레이.
제1항에 있어서, 상기 이미지 요소는 상기 유전체 기판 상에 형성된 공통 도전성 패치 상에 형성되어 있는 것인 안테나 어레이.
제1항에 있어서, 상기 능동 안테나 요소는 상기 유전체 기판 상에서 상기 N개의 모노폴 안테나 요소 사이에 배치되는 것인 안테나 어레이.
제1항에 있어서, 상기 능동 안테나 요소는 상기 안테나 어레이의 거의 중심 위치에 배치되어 있는 것인 안테나 어레이.