KR100829036B1 - 접이식 지향성 안테나 - Google Patents

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윌리엄 로버트 팔머
그리핀 케이 고타드
크리스토퍼 에이 스나이더
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아이피알 라이센싱, 인코포레이티드
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Abstract

변형가능 유전체 재료 또는 기판으로 형성된 안테나 어레이는 중앙 요소와, 중앙 허브에서부터 연장하는 복수의 반경방향 요소를 포함한다. 동작 모드 시에, 반경방향 요소는 대략 수직 위치로 윗방향으로 접히고, 이 때, 중앙 요소는 허브의 중앙에 있고, 반경방향 요소들은 중앙 요소를 원주방향으로 둘러싸고 있는 상태에 있다. 일 실시예에서, 중앙 요소는 안테나 어레이의 액티브 요소로서의 역할을 하고, 반경방향 요소는 지향 상태 또는 반사 상태로 동작가능하여, 안테나 어레이로부터의 지향성 빔 패턴에 영향을 미친다. 사용하지 않는 경우에는, 안테나 요소는 평면 상태로 변형되고, 따라서 하우징 안에 일체화되어 콤팩트하게 축적될 수 있다. 위상 어레이 실시예에서는 중앙 요소가 없고, 복수의 반경방향 요소를 제어하여 안테나 빔을 조향시킬 수 있다.

Description

접이식 지향성 안테나{FOLDING DIRECTIONAL ANTENNA}
본 발명은 휴대형 셀룰러 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 모바일 또는 휴대형 가입자 유닛에 이용하기 위한 소형 구성가능한 안테나 장치에 관한 것이다.
코드 분할 다중 접속(CDMA) 통신 시스템은 기지국과 하나 이상의 모바일 또는 휴대형 가입자 유닛간의 무선 통신을 제공한다. 기지국은 통상, 지상 기반의 공중 전화 통신망(PSTN, Public Switched Telephone Network)에 연결되는 컴퓨터 제어식의 트랜시버 세트이다. 기지국은, 순방향 링크의 무선 주파수 신호를 모바일 가입자 유닛에 보내고, 각각의 모바일 유닛으로부터 전송된 역방향 링크의 무선 주파수 신호를 받기 위한 안테나 장치를 더 포함한다. 각각의 모바일 가입자 유닛도 역시, 순방향 링크 신호를 수신하고, 역방향 링크 신호를 송신하기 위한 안테나 장치를 보유한다. 전형적인 모바일 가입자 유닛에는 셀룰러 모뎀에 결합되는 디지털 셀룰러 전화 핸드셋 또는 개인용 컴퓨터가 있다. 이러한 시스템들에서는, 다수의 모바일 가입자 유닛은 신호들을 동일한 중심 주파수로 송수신할 수 있지만, 개개의 가입자 유닛에 전송되거나 개개의 가입자 유닛으로부터 수신된 시호들은 고유의 변조 코드에 의해서 구별되게 된다.
CDMA 외에도, 기지국과 하나 이상의 휴대형 또는 모바일 유닛 간의 통신에 이용되는 다른 무선 접속 기술은 미국 전기 전자 학회(IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 규격과 산업 발전 무선 블루투스 규격에서 규정된 것들을 포함한다. 이러한 모든 무선 통신 기술은 안테나를 수신 사이트와 송신 사이트 모두에 사용할 것을 요구한다. 무선 통신 시스템에서 안테나 이득을 증가시키는 것이 유익한 영향을 미치는 것은 당업자에게 잘 알려져 있다.
모바일 가입자 유닛에서 신호를 송수신하는 공통 안테나는 모노폴 안테나(또는 무지향성 방사 패턴을 갖는 다른 안테나)이다. 모노폴 안테나는 가입자 유닛 내의 트랜시버에 결합된 단일 와이어 또는 안테나 요소로 구성된다. 가입자 유닛으로부터 송신된 아날로그 또는 디지털 정보는 그 가입자 유닛에 할당된 변조 코드(즉, CDMA 시스템의 변조 코드)를 이용하여 소정 주파수의 반송 신호로 변조된 경우에 트랜시버에 입력된다. 이 변조된 반송 신호는 가입자 유닛 안테나에서 기지국으로 전송된다. 가입자 유닛 안테나가 수신한 순방향 링크 신호는 트랜시버에 의해서 복조되어 가입자 유닛 내의 처리 회로에 공급된다.
모노폴 안테나로부터 전송된 신호는 성질상 무지향성이다. 즉, 이 신호는 대체로 수평인 평면의 모든 방향에서 거의 동일한 신호 강도로 전송된다. 마찬가지로, 모노폴 안테나 요소에서의 신호 수신도 역시 무지향성이다. 모노폴 안테나는 하나의 방위 방향의 신호를 검출할 수 있는 능력이, 다른 방위 방향으로부터 오는 동일 또는 상이한 신호를 검출하는 것과 다르지 않다. 또한, 모노폴 안테나는 고도 방향으로도 현저한 방사를 만들어내지 않는다. 안테나 패턴은 일반적으로, 안테나 요소가 중앙에 위치한 도넛 형상이라고 부른다.
모바일 가입자 유닛이 채용하는 안테나의 두 번째 유형은 미국 특허 번호 제5,617,102호에 개시되어 있다. 지향성 안테나는 랩톱 컴퓨터의 케이스 외측에 장착된 2개의 요소를 구비한다. 각 요소에 부착된 위상 시프터는 입력 신호에 위상각 지연을 부여함으로써 안테나 패턴을 변형시켜(이 안테나 패턴은 수신 모드와 송신 모드 모두에 적용됨), 선택 방향으로 집중된 신호 또는 빔을 제공한다. 빔을 집중시키면 안테나의 이득과 방향성이 향상된다. 따라서, 상기 특허의 듀얼 엘리먼트 안테나는 전송 신호를 소정의 섹터 또는 방향으로 지향시켜, 기지국에 대하여 상대적인 가입자 유닛의 배향 변화를 수용하고, 이것에 따라서 배향 변화로 인한 신호 손실을 최소화시킨다. 안테나 상반 정리(reciprocity theorem)에 따라서, 안테나의 수신 특성은 위상 시프터를 이용하여도 마찬가지의 효과를 얻는다.
CDMA 셀룰러 시스템은 간섭 제한 시스템이다. 즉, 셀 내에 그리고 인접 셀들 내에 액티브 모바일 또는 휴대형 가입자 유닛이 많아지면, 주파수 간섭이 늘어나고, 따라서 비트 오류율도 증가한다. 에러율의 증가에도 불구하고 신호와 시스템의 무결성을 유지하기 위해서, 시스템 운영자는 하나 이상의 사용자에게 이용가능한 최대 데이터 속도를 늦추거나 액티브 가입자 유닛의 수를 줄여, 잠재적 간섭의 방송전파를 제거한다. 예컨대, 최대 이용가능한 데이터 속도를 2배 높이기 위해서는 액티브 모바일 가입자 유닛의 수가 반으로 된다. 그러나, 이 기술은 가입자에게 서비스 우선순위 할당을 부여하지 못하기 때문에 데이터 속도를 높이는데 사용되지 않는 것이 일반적이다. 마지막으로, 기지국과 휴대형 유닛 모두(또는 그중 어느 하나)에서 지향성 안테나를 이용하여 초과 간섭을 피하는 것도 가능하다.
통상, 지향성 안테나 빔 패턴은 위상 어레이 안테나를 이용함으로써 얻는다. 위상 어레이는 각각의 안테나 요소에 입력되는 신호의 위상각을 제어함으로써 전자적으로 스캔되거나 원하는 방향으로 조향된다. 그러나, 위상 어레이 안테나는 엘리먼트 간격(element spacing)이 수신 신호 또는 송신 신호의 파장에 비하여 전자적으로 작아지기 때문에 위상 어레이 안테나의 효율과 이득은 감소되어 버린다. 이러한 안테나를 휴대형 또는 모바일 가입자 유닛과 함께 이용하는 경우에, 일반적으로 안테나 어레이의 간격은 비교적 좁고, 따라서 안테나의 성능이 그 만큼 떨어진다.
휴대형 또는 모바일 유닛이 기지국과 통신하는 통신 시스템, 예컨대 CDMA 통신 시스템에서, 휴대형 또는 모바일 유닛은 통상, 핸드 헬드형 장치이거나, 또는 예컨대 랩톱 컴퓨터 크기와 같은 비교적 소형 장치이다. 일부 실시예에서, 안테나는 내장형일 수도 있고, 또는 장치의 하우징 또는 인클로저로부터 돌출할 수도 있다. 예컨대, 셀룰러 전화 핸드셋은 내장형 패치 안테나 또는 돌출형 모노폴 또는 다이폴 안테나를 이용한다. 그보다 큰 휴대형 장치, 예컨대 랩톱 컴퓨터는 별도의 인클로저 안에 설치되거나 랩톱 케이스 안에 일체화된 안테나 또는 안테나 어레이를 가질 수 있다. 별도형 안테나는 통신 장치를 한 장소에서 다른 장소로 휴대하고 다닐 때 사용자가 관리하기가 번거로울 수 있다. 일체형 안테나는 이 단점을 극복하고 있지만, 패치 안테나를 제외하고는 통신 장치로부터 돌출한 부분의 형태로 되어 있는 것이 일반적이다. 이러한 돌출부는 통신 장치를 한 장소에서 다른 장소로 휴대하고 다닐 때 파손 또는 손상될 수 있다. 돌출한 안테나에 경미한 손상이 가해지더라도, 안테나의 동작 특성은 심하게 변할 수 있다.
무선 네트워크 안테나를 인클로저 안에 일체화시킬 때에는 이 인클로저가 통신 장치로부터 별도인 유닛을 구비하는 것이든 통신 장치 자체의 하우징으로 되어 있든 상관없이 몇 가지 고려 사항을 감안하여야 한다. 안테나 및 안테나 관련 인클로저의 설계 시에는 통신 장치의 송수신 신호들이 소정의 동작 범위, 예컨대 비트 오류율, 신호 대 잡음비, 또는 신호 대 잡음+간섭비를 만족시키도록 안테나의 전기적 특징을 세심하게 고려하여야 한다. 이하에서, 안테나의 물리적 파라미터에 의해서 영향을 받는 안테나 전기 특성에 대하여 더 설명한다.
안테나는 사용자의 니즈를 성취시키고 필요한 전기적 성능에 부합하는 임의의 기계적 특징도 역시 나타내어야 한다. 안테나의 길이, 또는 안테나 어레이의 각각의 요소의 길이는 수신 신호 주파수와 송신 신호 주파수에 따라 다르다. 안테나가 모노폴형으로서 구성되는 경우에, 안테나의 길이는 통상, 신호 주파수의 1/4 파장이다. 동작 주파수가 800 ㎒(무선 주파수 대역 중 하나)이면, 1/4 파장 모노폴의 길이는 2.7 인치이다. 안테나가 반파 다이폴형인 경우에, 안테나의 길이는 7.4 인치이다.
안테나의 외관은 사용자에게 심미적으로 즐거움을 주어야 한다. 안테나가 통신 장치로부터 전개가능한 경우에는, 축적 안테나 및 안테나 주변 구성요소에 대하여 통신 장치 내부에 충분한 공간이 배정되어야 한다. 그러나, 통신 장치는 모바일 또는 휴대형 서비스에 사용되므로, 통신 장치는 편리하게 휴대할 수 있는 모 양의 관점에서 비교적 작고 가벼운 상태를 유지하여야 한다. 안테나 전개 구조는 기구적으로 단순하고 신뢰성있어야 한다. 안테나가 통신 장치와는 별개인 인클로저에 내장되어 있는 경우에는 안테나와 통신 장치간의 연결 구조가 신뢰성있고 단순하여야 한다.
안테나의 전기, 기계, 심미적 특성도 중요할 뿐만 아니라, 무선 환경에서 고유한 성능 문제도 극복하여야 한다. 이러한 문제 중 하나를 다중경로 페이딩이라고 한다. 다중경로 페이딩은 송신기(기지국 또는 가입자 유닛)로부터 전송되는 무선 주파수 신호는 목표 수신기로 향하는 경로 상에서 간섭에 부딪힐 수 있다. 신호는, 예컨대 건물과 같은 물체로부터 반사되어, 원래의 신호로부터 변형된 반사 형태의 신호가 목표 수신기로 진행된다. 이러한 예에서, 수신기는 동일한 무선 주파수(RF) 신호에 대한 2 가지 형태의 신호, 즉 원래 형태의 신호와 반사 형태의 신호를 수신한다. 각각의 수신 신호는 주파수가 동일하지만, 반사 신호는 반사와, 수신기로의 후속하는 상이한 전송 경로 길이로 인해서 원래 신호의 위상과 다를 수 있다. 그 결과, 원래 신호와 반사 신호는 부분적으로 또는 전체적으로 서로 상쇄될 수 있고(소멸 간섭), 그 결과, 페이딩 또는 수신 신호의 누락이 생기게 된다.
단일 요소 안테나는 다중경로 페이딩에 매우 민감하다. 단일 요소 안테나는 전송 신호의 전파 방향을 판정할 수 없고, 따라서 전송 신호를 더욱 정밀하게 검출 및 수신하도록 조정될 수 없다. 단일 요소 안테나의 지향 패턴은 안테나 구성요소의 물리적 구조에 의해서 고정된다. 다중경로 페이딩의 영향을 제거하려는 노력의 일환으로 안테나의 위치와 배열을 변경시킬 수 있을 뿐이다.
전술한 특허 문헌에 개시된 이중 요소 안테나도 역시, 안테나 패턴의 반구상(半球狀) 로브의 대칭적 대향적 성질 때문에 다중경로 페이딩에 민감하다. 안테나 패턴 로브는 다른 것과 다소 대칭적 대향적이므로, 안테나 뒷면에 반사된 신호는 안테나 앞면에 수신된 신호와 동일한 수신 전력을 가질 수 있다. 즉, 전송 신호가 수신 신호 뒤쪽에 있는 물체로부터 반사하여, 신호원으로부터 직접 수신된 신호와는 반대 방향으로부터 목표 수신기에 다시 인입되는 경우에, 이 두 신호의 위상차는 다중경로 페이딩으로 인해 소멸 간섭을 만들어 낸다.
셀룰러 통신 시스템에 존재하는 다른 문제로는 셀간 신호 간섭이 있다. 대부분의 셀룰러 시스템은 개개의 셀로 분할되고, 각각의 셀의 중앙에는 기지국이 위치한다. 각각의 기지국은 인접 기지국들이 서로 대략 60도 간격으로 위치하도록 배치된다. 각각의 셀의 가장자리는 접해 있고, 셀 그룹은 벌집 모양의 패턴을 형성한다. 한 셀의 가장자리와 그 셀의 기지국간의 거리는 그 셀의 가장자리 부근에 위치한 모바일 가입자 유닛으로부터 수용가능한 신호를 그 셀의 기지국까지 전송하는데 필요한 최소 전력(즉, 수용가능한 신호를 한 셀의 반경과 같은 거리까지 전송하는데 필요한 전력)으로 구해지는 것이 통상적이다.
셀간 간섭은, 한 셀의 가장자리 부근에 있는 모바일 가입자 유닛이 그 가장자리를 지나 인접 셀에 걸치는 신호를 전송하여 그 인접 셀 내부에서 행해지는 통신과 간섭하는 경우에 발생한다. 통상, 인접 셀들에서 동일 또는 근접간격 주파수의 신호는 셀간 간섭을 일으킨다. 셀간 간섭의 문제는 한 셀의 가장자리 부근에 있는 가입자 유닛이 더욱 높은 전력 레벨로 전송하여 그 가입자 유닛의 전송 신호 가 셀 중앙에 위치한 목표 기지국에 의해서 유효하게 수신될 수 있다는 사실에 의해서 심화된다. 또한, 목표 수신기의 뒤쪽에 위치한 다른 모바일 가입자 유닛으로부터의 신호는 동일한 전력 레벨로 기지국에 도달할 수 있으며, 이것은 추가의 간섭을 나타낸다.
CDMA 시스템의 경우에는 인접 셀의 가입자 유닛이 동일한 반송파 또는 중심 주파수로 전송하는 것이 보통이므로 셀간 간섭의 문제가 더욱 심화된다. 예컨대, 인접 셀의 두 가입자 유닛이 동일한 반송 주파수에서 동작하면서도 상이한 기지국에 전송하는 경우에는 두 신호 모두가 다수의 기지국 중 하나의 기지국에서 수신될 때에 서로 간섭을 하게 된다. 하나의 신호는 다른 신호에 대하여 노이즈로서 나타난다. 간섭의 정도와, 목표 신호를 검출하고 복조할 수 있는 수신기의 능력도 역시, 가입자 유닛이 동작하고 있는 전력 레벨에 의해서 영향을 받는다. 다수의 가입자 유닛 중 하나의 가입자 유닛이 한 셀의 가장자리에 위치하고 있는 경우에, 이 가입자 유닛은 목표 기지국에 도달하도록 자신의 셀 및 인접 셀 내의 다른 셀들에 비하여 높은 전력 레벨로 전송한다. 그러나, 그 신호는 목표가 아닌 기지국, 즉 인접 셀의 기지국에도 수신된다. 기지국에서 수신된 2개의 동일 반송 주파수 신호의 상대적 전력 레벨에 따라서, 그 셀 내로부터 전송된 신호를 인접 셀로부터 전송된 신호와 적절히 차별화하는 것이 불가능할 수도 있다. 따라서, 기지국에서 수신한 전송들을 간섭하는 외양적 횟수를 줄임으로써 순방향 링크(기지국에서 가입자로 향하는 방향)의 동작에 비치는 효과가 현저할 수 있는 가입자 유닛 안테나의 외양적 시계를 축소시키는 구조가 필요하다. 가입자 유닛측에서의 수신 신호 품질을 향상시키기 위해서 순방향 링크의 경우에도 유사한 구조가 필요하다.
요약하면, 무선 통신 기술에서, 안테나 성능을 최대로 하면서 크기와 제조의 복잡함을 최소로 하는 것이 가장 중요하다. 본 발명은 이러한 니즈에 관한 것이다.
일체형 로우(low) 프로파일 지향성 안테나는 일체형 중앙 허브에서부터 반경방향으로 연장하는 복수의 장방형 안테나 아암을 구비한다. 단, 안테나 아암은 변형가능하여, 지향성 안테나를 형성할 수 있도록 중앙 허브에서부터 실질상 수직 배열로 윗방향으로 접힐 수 있다. 안테나는 일체형 중앙 허브에서부터 연장하는 중앙 아암을 더 구비한다. 축적와 이송의 경우에, 로우 프로파일 지향성 안테나는 장방형 아암을 일체형 중앙 허브의 평면 안으로 변형시킴으로써 조밀하게 접을 수 있다. 안테나 아암과 일체형 중앙 허브는, 예컨대 다이 컷팅법에 의해서 동질의 변형가능 재료로 형성되고, 이것에 의해서, 안테나 아암을 일체형 중앙 허브에 부착시키기 위한 개별 힌지형 또는 회전형 조인트에 대한 필요성을 제거할 수 있다.
일 실시예에서, 로우 프로파일 지향성 안테나는 5개의 장방형 아암과 중앙 아암을 포함한다. 이들 모두는 변형가능 재료로 된 단일 시트를 컷팅하여 만들어진 것이다. 이들 6개의 요소 각각은 요소 모두가 단일 평면 상태에 있는 배열에서부터, 각각의 요소가 윗방향으로 휘어진 액티브 또는 전개형 구성으로 변형하는 것이 가능하여, 중앙 허브와 대략 90도의 각도를 형성할 수 있다. 단일 시트를 이용하여 안테나를 제조하게 되면, 접착 처리, 납땜 처리, 안테나를 형성하기 위해서 각종 요소에 연결시키는데 필요한 그밖의 조작 등을 제거할 수 있다. 또한, 변형가능 재료를 이용하기 때문에, 조인트가 생기지 않는다. 변형가능 재료 위에, 또는 변형가능 재료의 위 또는 아래에 결합 처리된 수평층 상에 전도성 트레이스, 그라운드 플레인, 방사 구조체, 비아 등이 배치된다. 이 전도성 구성요소들은 에칭법 또는 프린팅법을 이용하여 변형가능 재료 상에 생성된다. 조립 부품의 수가 적고(1개의 단품 부품만 있음), 따라서 단일 부품을 이용하여 모든 안테나 요소를 제작함으로써 노동 비용도 최소화된다.
또한, 변형가능 재료는 동질의 재료 표면 상에 설치된 마이크로 전자 요소들을 상호 연결시키기 위해서 상부에 배치된 전도성 트레이스들을 포함할 수 있다. 외부 인터페이스는 마이크로 전자 요소들을 전원과 통신 장치에 연결시킨다. 전자 안테나 요소들을 변형가능한 동질의 표면에 형성함으로써, 안테나가 전개된(펼쳐진) 경우에 큰 전자 개구가 형성되고, 또한 안테나는 닫힌 또는 집어 넣어진 구성에서는 로우 프로파일의 소형 패키지를 제공한다.
본 발명의 상기 및 다른 특징과 이점은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 다음의 보다 구체적인 설명으로부터 명백해질 것이다. 첨부 도면에 나타낸 바와 같이, 동일한 참조 부호는 상이한 도면 전체에 걸쳐서 동일한 부분을 나타낸다. 도면은 반드시 비례 축적/확대된 것은 아니며, 그 대신에, 본 발명의 원리를 설명하기에 적합하도록 강조되어 있다.
도 1은 대표적인 통신 셀을 도시한 도면이다.
도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명의 교시에 따라 구성된 안테나 실시예를 도시하는 도면이다.
도 5, 도 6 및 도 7은 도 2, 도 3 및 도 4의 안테나 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 8, 도 9 및 도 10은 안테나 요소를 전개(펼친) 구성과 축적 구성 모두로 나타낸 경우에 본 발명의 교시에 따라 구성한 안테나 인클로저를 도시한 도면이다.
도 11은 도 2의 반경방향 날개부를 도 8의 인클로저로 일체화한 구조를 나타내는 도면이다.
도 12a는 도 8, 도 9 및 도 10의 인클로저를 나타내는 분해도이다.
도 12b는 그라운드 플레인의 대체 배열을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 8의 인클로저 없이 본 발명의 교시에 따라 구성된 안테나를 전개 구성으로 나타낸 도면이다.
도 1은 대표적인 CDMA 셀룰러 통신 시스템에서 하나의 셀(50)을 나타낸 것이다. 셀(50)은 모바일 가입자 유닛(60-1 내지 60-3)이 기지국(65)과 통신하는 지리적 영역이다. 각각의 가입자 유닛(60)에는 본 발명에 따라 구성될 수 있는 안테나(70)가 장착된다. 가입자 유닛(60)에는 시스템 운영자에 의해서 무선 데이터 및/또는 음성 서비스가 제공되고, 랩톱 컴퓨터, 휴대형 컴퓨터, 개인 정보 단말(PDA) 등과 같은 장치는 기지국(65)[안테나(68)를 포함]을 거쳐서, 공중 전화망(PSTN), 패킷 교환 컴퓨터망(예컨대, 인터넷), 공중 데이터망 또는 사설망일 수 있는 네트워크(75)에 접속될 수 있다. 기지국(65)은 프라이머리 레이트(primary rate) ISDN과 같은 다수의 상이한 이용가능 통신 프로토콜, 또는 IS-634 또는 V5.2와 같은 다른 LAPD 기반 프로토콜, 또는 네트워크(75)가 인터넷과 같은 패킷 기반 이더넷 네트워크인 경우에는 TCP/IP를 통해서 네트워크(75)와 통신한다. 가입자 유닛(60)은 성질상 모바일일 수 있고, 한 장소에서 다른 장소로 이동하면서 기지국(65)과 통신할 수 있다. 가입자 유닛이 한 셀을 떠나 다른 셀에 진입할 때에, 통신 링크는 현재 셀의 기지국에서부터 진입하는 셀의 기지국으로 핸드오프된다.
도 1은 일례로서 본 발명의 설명의 편의상 셀(50) 안에 1개의 기지국(65)과 3개의 모바일 가입자 유닛(60)이 있는 것을 나타낸 것이다. 본 발명은 개별 셀, 예컨대 셀(50)에서 하나 이상의 기지국과 통신하는 가입자 유닛이 더욱 많은 시스템에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 어떠한 무선 통신 장치 또는 시스템에도 적용할 수 있다.
또한, 당업자는 도 1이 CDMA, TDMA, GSM, 또는 무선 주파수 채널이 기지국(65)과 가입자 유닛(60)간에 데이터 및/또는 음성을 전달하도록 할당되는 다른 방식과 같은 시그널링 방식을 채용하는 표준 셀룰러 타입 통신 시스템일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 바람직한 실시예에서, 도 1은 에어 인터페이스에 대한 IS-95B 표준에서 정한 것과 같은 코드 분할 다중화의 원리를 이용한 CDMA형 시스템이다.
셀 기반 시스템의 일 실시예에서, 모바일 가입자 유닛(60)은 기지국(65)에서 전송한 순방향 링크 무선 신호의 지향성 수신 기능과, 모바일 가입자 유닛(60)에서 기지국(65)으로 전송한 [빔 포밍(beam forming)이라고 하는 처리를 통해] 역방향 링크 신호의 지향성 송신 기능을 제공하는 안테나(70)를 채용한다. 이 개념은 대략 기지국(65)을 향한 최상의 전파 방향으로 각각의 모바일 가입자 유닛(60)으로부터 외부로 연장하는 예시적 빔 패턴(71 내지 73)에 의해서 도 1에 나타나 있다. 전송을 대략 기지국(65)을 향하도록 지향시켜, 기지국(65)에서 발생한 신호를 지향성 방식으로 수신함으로써, 안테나 장치(70)는 모바일 가입자 유닛(60)에 대한 셀간 간섭과 다중경로 페이딩의 영향을 감소시킨다. 더욱이, 안테나 빔 패턴(71, 72 및 73)은 기지국(65) 방향으로 외부로 연장하고 대부분의 다른 방향에서는 약화되므로, 모바일 가입자 유닛(60)에서부터 기지국(65)으로 향하는 유효 통신 신호의 전송에 필요한 전력은 적다.
도 2는 연성 또는 변형가능 재료로 된 단일 유전체 기판(122)에 형성되고 조립된 안테나 어레이(120)를 나타낸 것이다. 후술하는 안테나 어레이(120)의 구성요소는 도 2의 패턴으로 유전체 기판 재료의 블랭크 시트를 컷팅하거나 스탬핑하여 형성된다. 유전체 재료를 컷팅함으로써 복수의 반경방향 날개부(126)(도 2에서 반경방향 날개부를 5개로 한 것은 예시에 불과함)와 중앙 요소(130)가 형성된다. 안테나 어레이(120)가 위상 어레이로서 동작하는 다른 실시예에서는 중앙 요소(130)가 존재하지 않는다. 각각의 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)는 중앙 허브(128)로부터 연장한다. 도면에 나타낸 바와 같이, 반경방향 날개부(126)는 중앙 허브(128)의 원주에서부터 연장하고, 중앙 요소(130)는 중앙 허브(128)의 대략 중심에서부터 연장한다. 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)가 유전체 시트로 제조되는 경우에, 유전체 기판(122)에서 인접 반경방향 날개부들간에 갭이 형성되고, 중앙 요소(130)의 각 측면에 갭이 형성된다. 도 2에서, 그라운드 플레인(132)은 유전체 기판(122) 아래에 위치한다. 도 2의 예시적인 실시예에서는 그라운드 플레인(132)의 직경이 중앙 허브(128)의 직경보다 약간 크기 때문에, 갭들 사이로 그라운드 플레인(132)이 보인다.
도 2에서, 반경방향 날개부(126), 중앙 요소(130)와 중앙 허브(128)는 축적 상태의 구성 또는 평판 상태의 구성으로 나타나 있다. 즉, 반경방향 날개부(126), 중앙 요소(130) 및 중앙 허브(128)는 동일 평면 상에 있다. 동작 모드 시에, 각각의 반경방향 날개부(126)는 변형가능 재료로 된 유전체 기판(122)의 접는선(134)을 따라서 중앙 허브(128)에 대하여 위쪽으로 변형된다. 중앙 요소(130)도 마찬가지로 접는선(135)을 따라서 위쪽으로 변형된다. 일 실시예에서, 접는선(134 및 135)은 유전체 기판(122)의 변형가능한 성질 때문에 개개의 요소가 접혀지는 선을 나타낼 뿐이다. 다른 실시예에서, 접는선은 접히는 능력 또는 휨 성질(즉, 조인트의 스트레스 한계를 초과하는 일 없이 조인트의 변형을 가능하게 하는 것)을 증강시키기 위해서 포함되는 천공선 또는 지퍼 구멍을 나타낸다.
각각의 반경방향 날개부(126) 위에는 전도성 요소(136)가 형성된다. 중앙 요소(130) 위에는 전도성 요소(137)가 형성된다. 일 실시예에서, 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)의 앞면과 뒷면 모두에는 상호 작용 요소가 형성된다. 후술하는 바와 같이, 일 실시예에서 전도성 요소(137)는 신호를 송신 또는 수신하는 액티브 요소이고, 전도성 요소(136)는 수신 신호 또는 전송 신호에 대한 반사성 요 소 또는 지향성 요소로서 구성된다. 도 2에 나타낸 전도성 요소(136 및 137)의 형상은 예시한 것에 불과하다. 다른 실시예에서, 전도성 요소(136)는 지향적 성질과 반사적 성질을 실현하도록 그라운드 플레인(132)에 대한 연결 또는 그라운드 플레인(132)으로부터의 연결해제를 선택적으로 행하는 모노폴 안테나이다. 도 2에 나타내지 않은 스위치가 전도성 요소(136)와 그라운드 플레인(132)간의 이러한 연결을 제어한다. 스위치는 접합 다이오드, MOSFET, 바이폴라 접합 트랜지스터 또는 MEMS(마이크로일렉트로닉스 머신 스트럭쳐) 스위치를 이용하여 구성될 수 있다.
도 2의 안테나는 통신 장치와 함께 사용하기 위해 하우징 내에 포함된다. 따라서, 동작 안테나와 그 안테나를 구성하는 요소들의 형상과 크기는 원하는 안테나 성능 특징(예컨대, 동작 주파수, 입력 임피던스, 이득, 대역폭)과 바람직한 하우징의 크기 및 형상에 따라 다르다. 추가로, 하우징의 크기가 임의의 최대 전도성 요소 크기, 예컨대 요소의 폭을 나타내는 경우에, 다른 전도성 요소의 크기를 늘려 다른 크기의 제한을 보상하는 것이 필요할 수도 있다. 전도성 요소의 크기는 이들 파라미터에 의해서 영향을 받을 뿐만 아니라, 채용된 실제 형상도 역시 이들 요소를 반드시 고려하여야 한다.
도 2의 실시예에서, 전도성 요소(136)의 세그먼트(138)는 중앙 허브(128) 위까지 연장할 수 있고, 따라서 중앙 허브의 원주 및 접는선(138)과 교차된다. 마찬가지로, 전도성 요소(137)의 세그먼트(139)는 접는선(135)을 지나서 중앙 허브(128) 위까지 연장한다. 세그먼트(138 및 139)는 전도성 요소(136 및 137)가 접힐 때 또는 변형될 때 전도성 재료가 깨지거나 토막나지 않도록 연성 또는 변형가능한 것이다. 세그먼트(138 및 139)는 중앙 허브(128) 내의 비아(도 2에는 나타나 있지 않음)에 연결된다. 비아는 중앙 허브(128)의 매립층에 또는 아랫면 또는 윗면을 따라 형성된 전도성 트레이스(도 2에는 나타나 있지 않음)와 접촉한다. 외부 장치와의 연결을 필요로 하는 임의의 트레이스는 인터페이스(141)에서 종단한다. 전도성 트레이스와 비아는 안테나 어레이(120)의 요소들에 대한 전원, 제어 및 RF 신호들을 전달하여, 중앙 허브(128)의 윗면 또는 밑면에, 하나 이상의 반경방향 날개부(126)에, 또는 중앙 요소(130)에 설치된 전자 부품(도 2에는 나타나 있지 않음)에도 연결된다. 인터페이스(141)는 (도면에 나타내지 않은 커넥터를 통해서) 외부 구성요소에 연결되어, 전원, 제어 신호, 송신 모드 시의 송신 신호 및 수신 모드 시의 수신 신호를 공급한다. 또한, 전술한 바와 같이 그라운드 플레인(132)에 대한 연결 기능을 제공하는 스위치는 이러한 전자 부품을 구성한다.
전도성 요소(136 및 137)는 전도성 재료로 형성되어, 프린팅법 또는 에칭법에 의해 유전체 기판(122)에 배치된다. 일 실시예에서, 유전체 기판(122)은 구리 표면이 위에 배치되는 마일라(Mylar) 또는 캅톤(Kapton)을 구비한다. 전도성 요소(136 및 137)는 마일라 또는 캅톤 기판으로부터 구리 표면을 에칭하여 형성된 구리 패턴을 구비한다. 이와 달리, 전도성 잉크 또는 에폭시를 이용하여 전도성 요소(136 및 137)를 유전체 기판 상에 프린트할 수도 있다.
도 3은 특히 반경방향 날개부(126)와 중앙 허브(128)를 나타내는 안테나 어레이(120)의 옆면도이다. 이 경우에도, 그라운드 플레인(132)이 보인다. 이 실시 예에서, 그라운드 플레인(132)은 중앙 허브(128)의 원주를 지나서 연장한다는 것을 주목하여야 한다. 이러한 것이 본 발명의 요건은 아니다.
도 4는 안테나 어레이(120)의 밑면도이고, 이 실시예에서는 전도성 요소(136 및 137)과 함께 연결지은 동작을 위해 전자 부품(151)을 수용하도록 패턴화된 기판(150)을 포함한다. 기판(150)의 밑면에 나타낸 바와 같은, 전도성 요소(136 및 137)에 연결시키기 위한 트레이스(152) 및 비아(153), 전자 부품(151) 및 인터페이스(141)는 일례에 불과하다.
또한, 도 4는 각각의 반경방향 날개부(126)의 뒷면에 전도성 요소(154)가 있다는 것도 보여주고 있다. 전도성 요소(155)는 중앙 요소(130)의 뒷면에 배치된다. 임의의 실시예에서는 전도성 요소(154)와 전도성 요소(155)를 필요로 하지 않는다. 전도성 요소(154)는 전도성 요소(136)(전도 방식 또는 유도 방식으로 결합됨)와 연동하여, 수신 신호 또는 전송 신호에 대하여 반사 기능 또는 지향 기능을 한다. 예컨대, 일 실시예에서, 전도성 요소(154)는 전도성 요소(136), 예컨대 슬리브 안테나에 급전하는 전송 선로를 형성한다. 마찬가지로, 전도성 요소(155)는 전도성 요소(137)와 함께 관련지어 동작한다[두 개 모두는 중앙 요소(130) 상에 위치함]. 중앙 요소(130)는 안테나 어레이(120)의 액티브 요소로서의 역할을 하지만, 안테나 어레이가 위상 어레이 모드로 동작하는 경우에는 필요치 않다. 위상 어레이 모드에서는 각각의 전도성 요소(136/154)에 입력되는 입력 신호의 위상을 제어하여 안테나 빔을 조향시킬 수 있다.
도 5는 도 2, 도 3 및 도 4와 연관지어 설명한 다양한 층의 단면도이다. 이들 층은 설명의 명료성을 위해서 과장되게 나타낸 것이다. 그라운드 플레인(132)은 유전체 기판(122) 아래에 위치 지정되고, 기판(150)은 그라운드 플레인(132) 아래와 주변에 배치된다. 그라운드 플레인(132)은 중앙 허브(128)의 원주를 약간 지나서 연장하는 것을 주목하여야 한다. 또한, 도 5는 전도성 요소(136, 137, 154 및 155), 전자 부품(151) 및 인터페이스(141) 사이를 전기 접속하기 위해서 유전체 기판(122)과 기판(150)의 예시적인 트레이스(157)와 비아(158)도 나타내고 있다. 또한, 트레이스(157)와 그라운드 플레인(132) 사이에는 일부 형태의 절연체가 제공되어야 한다는 것과, 도 5의 평면에는 없는 추가 트레이스가 유전체 기판(122) 상에 배치된다는 것도 역시 인식하여야 한다. 트레이스(157)는 통상, 유전체 기판의 변형가능한 특징에 부합하는 플렉스 회로(flex-circuit) 전도성 재료로부터 구성된다.
도 6은 기판(150)을 배제시킨 다른 실시예를 나타낸 것이다. 이 실시예에서, 마이크로 전자 부품(151)은 유전체 기판(122) 상에, 바람직하게는 중앙 허브(128) 내에 설치된다. 트레이스(157)와 비아(158)는 각각 전도성 요소(136과 137)의 세그먼트(138 및 139)에서부터 다양한 마이크로 전자 부품(151)까지 전도성 경로를 제공하고, 또한 전도성 요소(154 및 155)와 전도 방식으로 통신한다(도 4 참조). 다른 실시예에서, 트레이스(157)는 유전체 기판(122)의 윗면에 또는 윗면과 밑면 모두에 배치된다. 일반적으로, 여기에 설명한 모든 실시예에 대하여, 구리 표면은 요소들에 대한 노출을 방지하도록 표면을 밀봉하는 보호용 유전체 재료로 덮어 씌워진다. 이것을 달성하는 기술은 기술상 잘 알려져 있다.
도 7은 안테나 어레이(120)의 다양한 평행 층을 형성하는 추가 실시예를 나타낸 것이다. 구체적으로, 유전체 기판(180)은 윗면과 밑면 모두에 연성 트레이스(182)(플렉스 회로라고 함)와 함께 형성된다. 비아(184)는 인터페이스(141)를 통해서 그리고 나아가 마이크로 전자 부품(151)과 전도성 요소(136, 137, 154 및 155) 사이에 전도성 트레이스(182)에 대하여 신호를 반입 반출하기 위해서 필요에 따라 트레이스(182)와 연결한다. 영역(188)에서, 유전체 기판(180)은 두꺼워진다. 이 두꺼워진 영역은 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)의 위치와 일치하여, 내구력이 더욱 큰 변형가능한 조인트를 제공할 수 있다. 유전체 기판(190)은 유전체 기판(180) 위에 위치하고, 유전체 기판(192)은 유전체 기판(180) 아래에 위치한다. 유전체 기판(190 및 192)은 강성 재료로도 형성되고, 변형가능한 재료로도 형성된다. 그러나, 유전체 기판(190 및 192)이 접는선(135 및 138)(도 2 참조)과 간섭하지 않도록 배치되어 있는 경우에, 유전체 기판(190 및 192)은 강성 재료로 형성될 수 있다. 도 7에는 나타내지 않았지만, 유전체 기판(192)의 아래에는 그라운드 플레인이 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이 단일 유전체 시트로부터 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)를 생성하는 대신에, 본 발명의 다른 실시예에서는 안테나 요소들을 독립적으로 형성하여 결합시킨다. 일 실시예에서, 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)는 휨 또는 변형가능 재료로 형성되어, 접착 조인트에 의해서 중앙 허브(128)에 결합된다. 이와 달리, 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)는 우선, 각각의 짝 요소에서 납땜가능한 비아를 형성함으로써 중앙 허브(128)에 결합될 수 있다. 2개의 단품 부품은 서로 접촉하게 되고, 따라서 비아가 납땜되어 접합을 생성한다. 이 실시예에서 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)는 변형가능 재료로 형성되므로, 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)는 도 2에 나타내는 바와 같은 접는선(135 및 138)을 따라서 변형될 수 있다. 이와 달리, 반경방향 날개부(126)[및 중앙 요소(130)]와 중앙 허브(128) 중 어느 하나 또는 모두는 강성 재료로 형성되어, 이들 사이에서 변형가능한 또는 회전가능한 재료를 삽입함으로써 결합될 수 있다. 따라서, 접는선(135 및 138)은 결합 재료에서 형성된다. 예컨대, 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)는 강성 재료로 형성되어, 변형가능 재료의 단품을 각각의 반경방향 날개부(126)와 중앙 허브(128)에 (예컨대, 접착제로 붙여) 부착하는 상태로 중앙 허브(128)에 결합될 수 있다. 마찬가지로, 중앙 요소(130)는 중앙 허브(128)에 부착된다. 이 실시예에서, 중앙 허브(128)는 강성 재료, 예컨대 인쇄 회로 기판 재료로 구성되거나 연성 또는 변형가능 재료로 구성될 수 있다. 접착제를 이용하여 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)를 중앙 허브(128)에 결합시키는 것에 대한 대안으로서, 짝을 이루는 2개의 연성 면 각각에 납땜가능한 비아를 배치시키는 것도 가능하다. 2개의 단품 부품은 짝을 이루고 비아들은 납땜되어, 그 2개의 단품간에 변형가능한 접합부가 생성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 전도성 요소(136, 137, 154 및 155)는 유전체 기판(122)의 마주보는 쪽에 (예컨대, 프린팅법 또는 에칭법에 의해서) 배치된다. 이어서, 제2 변형가능 재료층[통상, 유전체 기판(122)을 형성하는데 사용되는 동일 재료]이 유전체 기판(122)의 윗면과 밑면 모두에 적층되어, 다양한 전도성 요소가 유전체층들 사이에 배치된 다층 기판을 형성하고, 이것에 의해서, 전도체 표면이 보호된다.
하나의 동작 모드 시에, [전도성 요소(155)와 관련된] 전도성 중앙 요소(137)는 무선 주파수 신호를 송수신하고, [전도성 요소(155)와 관련되어 동작하는] 전도성 요소(136)는 반사체 또는 지향체로서의 역할을 한다. 각각의 전도성 요소(136)의 유효 길이는 전도성 요소(136)에 입사하는 에너지가 다시 신호원을 향해서 반사되도록 공진 길이보다 긴 유효 길이를 만듦으로써 반사 모드를 달성하도록 제어될 수 있다. 지향 모드(유효 길이가 공진 길이보다 짧은 경우) 시에, 전도성 요소(136)는 기본적으로 무선 주파수 신호에 대하여 보이지 않는다. 이와 같이 하여, 그라운드 플레인(132)으로부터의 방사 패턴은 360도 방위원(圓)의 지정 구역에 조향 또는 지향될 수 있다. 다른 동작 실시예에서, 각각의 반경방향 날개부(126)의 전도성 요소(136 및 154)는 각각의 안테나 요소에 입력되는 신호의 위상각을 제어하여 안테나 빔을 조향할 수 있는 위상 어레이로서 동작한다. 위상 어레이 모드에서는 중앙 요소(130)가 없다.
본 발명의 교시에 따라 구성된 안테나 어레이(120)는 저렴한 구성요소 및 몇 단계의 조립 공정을 이용하여 제조하기가 비교적 쉽다. 조립 공정에서 처리 조작의 수가 감소된 결과, 반복 재생성과 제품 수율은 높아지고 단가는 낮아진다. 안테나 요소에 대하여 변형가능 유전체 기판의 단일 시트를 이용하면 개개의 기계적 조인트의 변형을 방지할 수 있고, 중앙 요소(130)와 반경방향 날개부(126)를 그들의 동작적인 수직 위치로 간단히 접음으로써 소형의 축적 구성과 기능상 완전 동작 가능한 구성을 제공할 수 있다.
도 8에는 기초부(204)에 있는 개개의 홈부(202)와 짝을 이루는 플라스틱 또는 유전체 프레임(200) 내에 개개의 반경방향 날개부(126)와 중앙 허브(128)를 넣는 방식으로 안테나 어레이(120)를 패키지화하는 하우징(198)의 일례를 나타낸 것이다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 하우징(198)을 형성하기에 적합한 플라스틱 재료는 몇 가지, 예컨대 렉산(Lexan), 폴리프로필렌, 폴리카보네이트 및 ABS 플라스틱 등이 있다. 반경방향 날개부(126)를 둘러싸는 각각의 유전체 프레임(200)은 기초부(204)의 가장자리(212)에 형성된 개개의 홈부(210)와 짝을 이루는 립부(208)를 더 구비한다. 중앙 요소(127)는 유전체 프레임(216) 내에 넣어진다. 유전체 프레임(216)은 기초부(204) 내의 홈부(220)와 짝을 이룬다. 안테나 어레이(120)의 최적 동작의 경우에, 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)는 기초부(204)와 소정의 각도를 형성하도록 접히거나 윗방향으로 회전되어야 한다. 일 실시예에서, 이 각도는 90도이다. 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)가 최적 각도로 배치되는 것을 보증하기 위해서, 하우징(198) 내에 정지 위치가 구축된다. 이 정지 위치는 동작 모드 시에 유전체 프레임(200 및 216)과 기초부(204) 사이의 면들을 짝을 짓거나 접하게 함으로써 제어된다.
도 9는 유전체 프레임(200)이 기초부(204) 내에 닫힌 위치 또는 오목 위치에 있는 것을 나타내는 것이다. 도 10은 이 경우에도 유전체 프레임(200)을 축적 위치로 나타낸 기초부(204)의 옆면도이다. 본 발명의 교시에 따라 구성된 안테나가 제공하는 로우 프로파일은 휴대형 통신 장비에 특히 적합하다는 것을 주목하여야 한다. 유전체 프레임(200) 및 그의 관련 반경방향 날개부(126)와 유전체 프레임(216) 및 그의 관련 중앙 요소(130)는 통신 장치의 경우 유리한 지향 특징과 큰 전기 안테나 개구를 제공하도록 쉽게 전개된다.
도 11은 상측 외부 커버(230)와 하측 체포 커버(232)를 포함하는 유전체 프레임(200)을 나타낸 것이다. 반경방향 날개부(126)는 유전체 프레임(200)의 하측 부분에 있는 구멍을 관통하여, 상측 외부 커버(230)에 인접하도록 윗방향으로 연장한다. 반경방향 날개부(126)가 제위치에 자리잡으면, 하측 체포 커버(232)는, 예컨대 접착제, 플라스틱 스냅 또는 초음파 용접 방법에 의해서 상측 외부 커버(230)에 부착된다. 도 11에는 나타내지 않았지만, 일 실시예에서 하측 체포 커버(232)는 상측 외부 커버(230)에 있는 구멍과 짝을 이루는 양각부(陽刻部)를 포함한다. 양각부는 반경방향 날개부(126)의 구멍을 통과해서 더 돌출하여, 반경방향 날개부(126)를 상측 외부 커버(230)와 하측 체포 커버(232)에 대하여 고정 위치로 유지시킨다. 유전체 프레임(200)은 도 8에도 나타낸 홈부(202) 내에 맞춰지도록 아래방향으로 회전한다. 이 회전 운동은 참조 부호 238로 나타낸 영역 내에 배치된 회전점을 중심으로 하여 행해진다. 당업자는 본 발명에 채용될 수 있는 회전 메카니즘이 몇 가지 있다는 것을 인식할 것이다. 이러한 회전 기술 중 하나는 플라스틱 로드 또는 축을 영역 238 내에 배치시키고 기초부(204)의 수용 홈부와 짝을 이루게 하는 것을 이용한다. 중앙 요소(127)는 마찬가지 방식으로 유전체 프레임(216) 내에 맞추어진다.
도 12a는 전술한 본 발명의 다양한 요소를 포함하는 도 8의 하우징(198)의 분해도이다. 유전체 기판(122)은 별개로 조립되고, 도 11에 나타낸 바와 같이 반경방향 날개부는 유전체 프레임(200)에 있는 하나 이상의 구멍을 통과한다. 이어서, 유전체 프레임(200)은 (도 11과 관련하여서도 논의한 바와 같이) 기초부(204) 내에 회전 가능하게 설치되고, 기초부(204)는 스냅 또는 스크류(254)에 의해서 기초부(249)에 고정 부착된다. 도 11의 실시예도 역시 기초판을 포함한다.
도 12b는 도 12a와 유사하지만, 그라운드 플레이트의 대체 형태를 나타내는 것이다. 여기서, 그라운드 플레이트는 단순히, 전술한 바와 같은 디스크(132)가 아니다. 그 대신에, 이 실시예에서, 그라운드 플레이트는 중앙 허브(128)에서부터 바깥방향으로 연장하는 다수의 핑거부(132-1)로 구성된다. 핑거부는 반경방향 날개부(126)와 대략 동일한 위치에서 허브를 중심으로 하여 반경방향으로 위치 지정된다. 바람직한 실시예에서, 핑거부(132-1)의 수는 반경방향 날개부(126)의 수와 동일하고, 각각의 핑거부는 반경방향 날개부(126)들 중 하나의 반경방향 날개부와 동일한 일반 형상으로 되어 있다.
이 실시예에서, 전도성 요소(136)가 모노폴 안테나인 경우에, 전도성 요소(136) 각각이 통상 개개의 그라운드 플레이트 핑거부(132-1)와 결합 또는 결합해제되어, 지향 성질 또는 반사 성질의 효과를 발생하게 된다.
도 13은 도 2와 도 13에 나타낸 임의의 요소들에 대한 다른 도면이다. 그러나, 도 13에서 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)는 동작 시에 윗방향으로 접혀 직립 형태 또는 대략 수직 위치로 된다. 그 밖의 경우에는, 반경방향 날개부(126)와 중앙 요소(130)는 도 12a 및 도 12b에 나타낸 바와 같이 집어 넣어진 또는 접힌 실질상 평면의 구성으로 변형될 수 있다.
이제까지 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자는 다양한 수정이 이루어질 수 있으며, 동등한 요소들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서도 본 발명의 요소들에 대체될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 범위는 명세서에 개시한 다양한 실시예로부터의 요소들의 모든 조합을 더 포함한다. 추가로, 본 발명의 기본 범위를 벗어나지 않고서도 본 발명의 교시에 특정 상황을 적응시키도록 변형이 이루어질 수도 있다. 따라서, 본 발명은 의도된 최상의 실시예로서 개시한 특정 실시예에 한정되지 않고, 특허 청구의 범위 내에 속하는 다른 모든 구성을 포함한다는 것을 의도하는 바이다.

Claims (30)

  1. 일체형 중앙 허브와 복수의 안테나 요소 사이에 변형가능 연합체를 형성하도록 상기 일체형 중앙 허브에서부터 반경방향으로 연장하는 상기 복수의 안테나 요소를 형성하는 변형가능 유전체 기판과;
    상기 복수의 안테나 요소의 개별 안테나 요소와 각각 관련지어지는 복수의 핑거부로서 형성되는 그라운드 플레인
    을 구비하고,
    상기 복수의 안테나 요소는 상기 일체형 중앙 허브와 실질상 수직이 되도록 변형가능하며, 다른 경우에는 실질상 평면 배열로 구성되고,
    상기 복수의 안테나 요소 중 적어도 하나의 안테나 요소는 무선 주파수 신호를 송수신하는 액티브 요소로서 동작하는 것인 안테나 어레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변형가능 유전체 기판은 동질의 것이고, 상기 변형가능 유전체 기판은 상기 변형가능 연합체의 영역에서 두꺼워진 것인 안테나 어레이.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 안테나 요소는 상기 변형가능 유전체 기판 상에 배치되는 전도성 재료를 구비하는 것인 안테나 어레이.
  4. 제1항에 있어서, 상기 그라운드 플레인의 핑거부의 수는 상기 복수의 안테나 요소의 수와 동일한 것인 안테나 어레이.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 안테나 요소의 각각은 무선 주파수 신호를 수신 또는 송신하는 액티브 요소이고, 상기 복수의 안테나 요소의 각각은 그 각각의 복수의 안테나 요소가 전달하는 신호의 위상을 제어함으로써 위상 어레이 안테나로서 동작하도록 안테나 빔 패턴을 조향하도록 제어 가능한 것인 안테나 어레이.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 안테나 요소의 각각은 모노폴 안테나인 것인 안테나 어레이.
  7. 제1항에 있어서, 상기 변형가능 유전체 기판의 표면에 형성되고, 상기 복수의 안테나 요소에 대한 신호를 전달하도록 동작 가능한 복수의 전자 부품을 더 구비하는 것인 안테나 어레이.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수의 전자 부품 중 하나 이상의 전자 부품은 상기 복수의 안테나 요소 중 하나 이상의 안테나 요소 상에 배치되는 것인 안테나 어레이.
  9. 제1항에 있어서, 상기 변형가능 유전체 기판 상에 배치되어, 상기 복수의 안테나 요소에 대한 신호를 전달하는 전도성 트레이스를 더 구비하는 것인 안테나 어레이.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복수의 안테나 요소는 복수의 패시브 요소에 의해서 원주방향으로 둘러싸인 액티브 요소를 구비하고, 상기 복수의 패시브 요소는 상기 액티브 요소로부터 송신된 에너지 또는 상기 액티브 요소에 의해서 수신된 에너지를 지향 또는 반사시키기 위해 제1 지향 모드와 제2 반사 모드 사이에서 조정 가능한 것인 안테나 어레이.
  11. 제10항에 있어서, 상기 액티브 요소는 양쪽 측면에 갭을 생성하도록 상기 일체형 중앙 허브로부터 재료를 제거함으로써 상기 변형가능 유전체 기판으로부터 형성되고, 상기 액티브 요소의 밑면 가장자리는 상기 액티브 요소가 상기 일체형 중앙 허브에 대해 실질상 수직 배열로 변형되도록 상기 변형가능 유전체 기판에 부착된 상태를 유지하는 것인 안테나 어레이.
  12. 제10항에 있어서, 상기 복수의 패시브 요소는 외부 제어 신호에 응답하여, 상기 제1 지향 모드 또는 상기 제2 반사 모드로 정해지는 것인 안테나 어레이.
  13. 제12항에 있어서, 스위치 위치를 결정하는 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 패시브 요소의 각각을 상기 그라운드 플레인의 핑거부의 각각에 연결시키는 스위치를 더 구비하고, 상기 스위치 위치는 상기 복수의 패시브 요소의 각각이 상기 제1 지향 모드인지 또는 제2 반사 모드인지를 결정하는 것인 안테나 어레이.
  14. 제1항에 있어서, 상기 복수의 안테나 요소의 각각은 상기 변형가능 유전체 기판의 윗면에 형성된 상측 전도성 세그먼트와, 상기 변형가능 유전체 기판의 밑면에 형성된 하측 전도성 세그먼트를 포함하는 것인 안테나 어레이.
  15. 제1항에 있어서, 상기 안테나 어레이는 상기 변형가능 유전체 기판의 아래에 위치한 그라운드 플레인을 더 구비하는 것인 안테나 어레이.
  16. 제14항에 있어서, 상기 그라운드 플레인은 상기 변형가능 유전체 기판과 일체로 되어 있는 것인 안테나 어레이.
  17. 제1항에 있어서, 상기 안테나 어레이는 하우징 내에 둘러싸이고,
    기초부와;
    상기 복수의 안테나 요소와 같은 수의 복수의 유전체 프레임과;
    상기 복수의 안테나 요소의 개별 안테나 요소와 각각 관련지어지는 복수의 핑거부로서 형성되는 그라운드 플레인
    을 구비하고,
    상기 복수의 안테나 요소의 각각은 상기 복수의 유전체 프레임 중 하나의 유전체 프레임 내에 배치되며,
    상기 복수의 유전체 프레임의 각각은 상기 기초부에 회전가능하게 부착되어, 이 회전가능한 부착 부분을 중심으로 하여 상기 복수의 유전체 프레임을 상기 기초부에 대한 실질상 수직 위치로 회전시킴으로써 상기 복수의 안테나 요소를 상기 일체형 중앙 허브에 대하여 실질상 수직하도록 위치 지정할 수 있고, 상기 복수의 유전체 프레임은 상기 기초부에 근접한 위치로 회전가능한 것인 안테나 어레이.
  18. 제1항에 있어서, 상기 일체형 중앙 허브와 상기 복수의 안테나 요소의 각각 사이의 연합체는 상기 변형가능 연합체의 휨 특성을 향상시키도록 천공형 조인트를 포함하는 것인 안테나 어레이.
  19. 일체형 중앙 허브에서부터 반경방향으로 연장하는 복수의 안테나 요소를 위쪽에 구비하는 기판으로서, 상기 복수의 안테나 요소의 각각은 상기 일체형 중앙 허브를 갖는 변형가능 연합체를 구비하는 것인 기판과;
    상기 복수의 안테나 요소의 개별 안테나 요소와 각각 관련지어지는 복수의 핑거부로서 형성되는 그라운드 플레인과;
    대략 중앙에 상기 일체형 중앙 허브를 갖는 변형가능 연합체를 구비하는 중앙 요소
    를 구비하고,
    상기 복수의 안테나 요소와 상기 중앙 요소는 상기 일체형 중앙 허브와 실질상 수직이 되도록 변형된 때에 동작가능하며, 다른 경우에는 실질상 평면 배열로 구성되는 것인 안테나 어레이.
  20. 제19항에 있어서, 상기 중앙 요소는 신호를 송신 또는 수신하는 액티브 요소이고, 상기 복수의 안테나 요소는 제1 지향 상태 또는 제2 반사 상태로 동작하여, 상기 중앙 요소로부터 송신된 신호 또는 상기 중앙 요소에 의해서 수신된 신호를 지향 또는 반사시키는 것인 안테나 어레이.
  21. 제19항에 있어서, 상기 복수의 안테나 요소 및 상기 중앙 요소에 신호를 제공하고 상기 복수의 안테나 요소 및 상기 중앙 요소로부터 신호를 수신하는 전도성 경로들을 상기 기판 상에 더 구비하는 것인 안테나 어레이.
  22. 제21항에 있어서, 상기 전도성 경로들은 상기 기판의 윗면에 배치되는 것인 안테나 어레이.
  23. 제21항에 있어서, 상기 전도성 경로들은 상기 기판의 밑면에 배치되는 것인 안테나 어레이.
  24. 제19항에 있어서, 상기 일체형 중앙 허브의 아래에 배열된 그라운드 플레인을 더 구비하는 것인 안테나 어레이.
  25. 제21항에 있어서, 상기 일체형 중앙 허브, 상기 복수의 안테나 요소 중 하나의 안테나 요소, 및 상기 중앙 요소 중에서 선택된 표면에 배치된 마이크로 전자 부품을 더 구비하는 것인 안테나 어레이.
  26. 제1 유전체 기판으로부터 형성되는 중앙 허브와;
    제2 유전체 기판 상에 형성되어 상기 중앙 허브에 변형가능하게 부착되는 전도성 표면을 구비함으로써 실질상 직립 배열로 변형가능하고 실질상 평면 배열로도 변형가능한 복수의 안테나 요소와;
    상기 복수의 안테나 요소의 개별 안테나 요소와 각각 관련지어지는 복수의 핑거부로서 형성되는 그라운드 플레인
    을 구비하고,
    상기 복수의 안테나 요소 중 적어도 하나의 안테나 요소는 무선 주파수 신호를 송수신하는 액티브 요소로서 동작하는 것인 안테나 어레이.
  27. 제26항에 있어서, 상기 복수의 안테나 요소는 상기 중앙 허브의 외측 가장자리에 결합되는 것인 안테나 어레이.
  28. 제26항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유전체 기판은 강성 유전체 재료를 포함하고, 상기 중앙 허브와 상기 복수의 안테나 요소는 이들 사이에 배치된 변형가능 유전체 재료에 의해서 결합되는 것인 안테나 어레이.
  29. 제26항에 있어서, 상기 복수의 안테나 요소는 상기 중앙 허브의 경계부에 변형가능하게 결합된 복수의 반경방향 안테나 요소와, 상기 중앙 허브의 대략 중앙부에 변형가능하게 결합된 중앙 요소를 구비하는 것인 안테나 어레이.
  30. 제26항에 있어서, 상기 복수의 안테나 요소는 안테나 빔을 조향시키기 위해 위상 어레이 모드로 동작가능한 것인 안테나 어레이.
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