KR100901038B1 - 멀티빔 신호의 수신 및/또는 전송 디바이스 - Google Patents

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KR100901038B1
KR100901038B1 KR1020037007113A KR20037007113A KR100901038B1 KR 100901038 B1 KR100901038 B1 KR 100901038B1 KR 1020037007113 A KR1020037007113 A KR 1020037007113A KR 20037007113 A KR20037007113 A KR 20037007113A KR 100901038 B1 KR100901038 B1 KR 100901038B1
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알리 루지르
프랑소와즈 르볼제르
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톰슨 라이센싱
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Abstract

본 발명은 전형적인 멀티빔 신호의 수신 및/또는 전송 디바이스로서,
- 슬롯 프린트 안테나(1a,1b,1c,1d) 유형의 길이방향 방사를 가지는 전파를 수신 및/또는 전송하고, 방위각이 폭넓은 부채꼴로 수신하도록 배치되는 여러 수단의 세트, 및
- 수신시 상기 수신 및/또는 전송 수단 중 하나를 멀티빔 신호를 이용하는 수단으로 연결할 수 있는 수단을 포함하는, 디바이스에 관한 것이다.
상기 디바이스는 전송시 상기 수신 및/또는 전송 수단의 세트를 상기 멀티빔 신호 이용 수단과 연결할 수 있는 수단(3)을 더 포함한다.
본 발명은 특히 무선 전송 분야에 적용된다.

Description

멀티빔 신호의 수신 및/또는 전송 디바이스{DEVICE FOR THE RECEPTION AND/OR THE TRANSMISSION OF MULTIBEAM SIGNALS}
본 발명은 특히 무선 전송분야에서 사용하기에 편리한 멀티빔 신호의 수신 및/또는 송신 디바이스에 관한 것이다.
특히 가정에서 사용하기에 편리한 고처리율 무선 전송을 위한 알려진 시스템에서, 전송기에 의해 송신된 신호는 복수의 개별 경로를 따라 수신기에 도달한다. 이것은 수신기 레벨에서 전송된 신호의 페이드아웃 및 왜곡을 발생시킴으로써 결국 전송될 정보의 손실 또는 열화를 일으키는 간섭을 초래한다. 이러한 단점을 개선하기 위해서, 혼(horn), 반사경 또는 어레이 유형의 지향성 안테나(directional antenna)가 통상적으로 사용되고, 이들 안테나는 전송 및/또는 수신 종단에서 사용되며, 다중 경로와 관련된 열화를 제거하거나 감쇠할 수 있다. 특히, 지향성 안테나에 의해 제공된 이득(gain)에 추가로, 이 안테나는 공간적 필터링에 의해 한편으로 다중 경로의 수를 감소시켜서 페이드아웃의 수를 감소시킬 수 있고, 다른 한편으로 동일한 주파수 대역에서 작동하는 다른 시스템과의 간섭을 감소시킬 수 있다.
지향성 안테나가 현저한 방위각 공간 적용범위(coverage)를 허용하지 않기 때문에, 본 출원인의 명의로 출원된 프랑스 특허출원 제98 13855호는 따라서 부채 꼴 안테나(sectorial antenna)의 방사 패턴에 의해 커버될 물리적 공간의 세그먼트화(segmentation)에 의해 주파수를 재사용함으로써 어레이의 스펙트럼 효율을 증가시킬 수 있는 소형 안테나를 제안했다. 상기 특허 출원에서 제안된 안테나는 여러 지향성 빔을 시간에 따라 순차적으로 제공할 수 있는 비발디형 프린트 방사요소(Vivaldi-type printed radiating element)의 중심점에 대해 공면의(coplanar) 원형 배치로 구성되고, 빔 세트는 완벽한 360°의 공간 적용범위를 제공한다.
이러한 유형의 안테나가 수신 디바이스의 우수한 작동을 얻을 수 있게 하는 반면, 예를 들어 전송기 시스템이 모든 사용자에게 자신을 알리거나 또는 여러 수신기로 전송할 수 있어야 하는 경우, 전송시 전방향(omnidirectional) 공간 적용범위를 얻는 것이 때로 유리하다.
따라서, 본 발명의 목적은 이러한 요구를 만족시킬 수 있는 멀티빔 신호의 수신 또는 전송 디바이스를 제안하는 것이다.
따라서, 본 발명의 주제는 상기 유형의 멀티빔 신호의 전송 및/또는 수신 디바이스로서:
- 슬롯 프린트(slot printed) 안테나 유형의 길이방향 방사를 가지는 전파를 수신 및/또는 전송하고, 방위각이 넓은 부채꼴로 수신하도록 배치되는 여러 수단의 세트, 및
- 수신시 상기 수신 및/또는 전송 수단 중 하나를 멀티빔 신호를 이용하는 수단으로 연결할 수 있는 수단을 포함하는, 상기 유형의 멀티빔 신호의 수신 및/또는 전송 디바이스에 있어서, 전송시 상기 수신 및/또는 전송 수단의 세트를 상기 멀티빔 신호 이용 수단과 연결할 수 있는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한 실시예에 따르면, 전송시 상기 수신 및/또는 전송 수단의 세트를 연결할 수 있는 상기 수단은, 상기 수신 및/또는 전송 수단을 구성하는 상기 슬롯 프린트 안테나의 슬롯 세트를 교차하는 공면의 선 또는 마이크로스트립 선으로 구성되는데, 2개의 슬롯 사이의 선의 길이는 시스템 작동의 중심 주파수에서 kλm/2이고, 선의 한 종단과 슬롯 사이의 선의 길이는 λm/4이며, 여기서
Figure 112003018921154-pct00001
이고, λ0는 진공에서의 파장이며, εreff.는 마이크로스트립 선의 등가의 상대적 유전율이고, k는 정수이다. 바람직하게, 2개의 슬롯 사이의 선의 길이는 kλm이어서 프린트 안테나의 동위상(in-phase) 작동을 얻을 수 있다.
이러한 경우, 시스템 동작의 중심 주파수에서 상기 슬롯의 닫힌 종단으로부터의 간격 k'λs/4에서 상기 슬롯 프린트 안테나의 슬롯과 상기 선 사이의 교차가 바람직하게 초래되고, 여기서
Figure 112003018921154-pct00002
(λ0는 진공에서의 파장, ε1reff.는 슬롯의 등가의 상대적인 유전율)이며, k'는 홀수이다. 바람직하게, 상기 선은 그 종단 중 하나에 의해 상기 멀티빔 신호 이용 수단과 연결된다.
다른 실시예에 따르면, 상기 슬롯 중 하나로부터의 간격 kλm/2에서 2개 슬 롯 사이의 선 부분상에서 상기 멀티빔 신호 이용 수단과 상기 선의 연결이 초래된다.
본 발명의 추가적인 특징에 따르면, 수신시 상기 수신 및/또는 전송 수단 중 하나를 상기 멀티빔 신호 이용 수단과 연결할 수 있는 상기 수단은 마이크로스트립 선 또는 공면의 선의 일부를 구성하는데, 각각의 부분은 상기 슬롯 프린트 안테나 중 하나의 슬롯을 교차하며, 스위칭 디바이스에 의해 상기 멀티빔 신호 이용 수단으로 링크된다. 바람직하게, 시스템 동작의 중심 주파수에서 상기 슬롯의 닫힌 종단으로부터의 간격 k'λs/4에서 상기 슬롯 프린트 안테나의 슬롯과 상기 선의 각 부분의 교차가 초래되고, 여기서
Figure 112003018921154-pct00003
(λ0는 진공에서의 파장, ε1reff.는 슬롯의 등가의 상대적인 유전율)이며, k'는 홀수이다.
수신시의 상기 연결 수단의 이러한 실시예가 전송시의 상기 연결 수단의 전술한 실시예와 관련되는 경우, 전송시의 상기 연결 수단을 구성하는 전송선과 수신시의 상기 연결 수단을 구성하는 전송선의 일부 사이의 간격은 상기 시스템 작동의 중심 주파수에서 k"λs/2인데, 여기서
Figure 112003018921154-pct00004
(λ0는 진공에서의 파장, ε1reff.는 슬롯의 등가의 상대적인 유전율)이며, k"는 정수이다.
바람직한 실시예에 따르면, 각각의 슬롯 프린트 안테나는 제 1 표면상에서 제 2 표면상에 에칭된 슬롯 선과 연결된 적어도 하나의 여기 마이크로스트립 선(excitation microstrip line)을 포함하는 기판에 의해 형성된다. 바람직하게, 상기 슬롯 선은 상기 기판의 가장자리까지 점진적으로 나팔꽃 모양으로 벌어지고, 상기 안테나는 비발디(Vivaldi)형 안테나이다. 길이방향 방사를 이용하여 전파를 수신 및/또는 전송하는 수단을 구성하는 안테나 세트는 360°각도 부채꼴로 방사할 수 있는 방식으로 단일의 공면의 지점에 대해 규칙적으로 배치된다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 다양한 실시예의 설명을 읽을 때 명확해질 것이고, 이러한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 후술된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 디바이스의 개략도.
도 2는 도 1의 디바이스의 작동을 설명할 수 있는 선/슬롯 전이의 개략도.
도 3은 도 2에 도시된 전이의 등가 전기도.
도 4는 공진이 되게 길이가 매치된 경우, 도 2에 도시된 전이의 등가 전기도.
도 5 내지 도 7은 도 1의 디바이스의 작동을 모의 실험하는데 사용된 선/슬롯 전이의 회로, 전방향 여기 모드에서 주파수 함수로서의 다양한 액세스 지점상의 신호 레벨, 및 전방향 여기 모드에서 2개의 슬롯 포트상의 신호의 위상를 각각 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 디바이스의 개략도.
도 9는 도 1 및 도 9의 디바이스를 전방향 모드 및 부채꼴 모드로 작동할 수 있는 슬롯/2개 선 전이의 개략도.
도 10 및 도 11은 전송시 작동하는 도 9의 회로의 토폴로지(topology), 및 전방향 모드에서 다양한 액세스 지점상의 주파수 함수로서 신호 레벨을 제공하는 곡선을 개략적으로 나타내는 도면.
도 12 및 도 13은 수신시 부채꼴 모드로 작동하는 경우에 도 10 및 도 11의 등가도.
도 14 및 도 15는 본 발명의 제 3 및 제 4 실시예에 따른 디바이스의 개략도.
도 16은 본 발명의 제 5 실시예의 평면도.
설명을 간단하게 하기 위해, 도면에서 동일한 구성요소는 동일한 참조번호를 지닌다.
프랑스 특허출원 제98 13855호에 기재된 유형의 소형 안테나가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 방위각상으로 폭넓은 부채꼴상에서 수신하기 위해서, 길이방향 방사를 갖는 수신 및/또는 전송 수단은 중심점(2) 주위에 규칙적으로 간격을 두고 있는 4개의 슬롯 프린트 안테나(1a,1b,1c,1d)로 구성된다. 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 슬롯 안테나는 비발디형 안테나를 구성하는 것과 같은 방식으로 상기 구조의 중심점(2)에서 종단으로 점진적으로 나팔꽃 모양으로 벌어지는 슬롯-선(1'a,1'b,1'c,1'd)을 포함한다. 비발디 안테나의 구조 및 성능은 당업자에게 잘 알려져 있고, 특히 에스. 프라자드(S. Prasad) 및 에스, 마흐파트라(S. Mahpatra)의 논문 "안테나의 IEEE 트랜잭션 및 전파(IEEE Transactions on Antennas and Propagation)"(2권 AP-31 제 3호, 1983.5.) 및 에이. 루지르(A.Louzir), 알. 클레퀸(R. Clequin), 에스. 투틴(S. Toutin) 및 피. 게린(P. Gelin)의 논문 "개방 도파관에서의 불연속성 연구-방사 소스 모형의 개선에 대한 응용(Study of Discontinuities in open waveguide - application to improvement of radiating source model)"(Lest Ura CNRS 제 1329호)에 기재되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 4개의 비발디 안테나(1a,1b,1c,1d)는 공통 기판(도시되지 않음)상에서 서로 수직 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따르면, 4개의 안테나(1a,1b,1c,1d)는 마이크로스트립 선(3)에 의해 함께 연결되고, 상기 마이크로스트립 선은 선/슬롯 전이를 생성할 수 있고 1'c-1'b, 1'b-1'a, 또는 1'a-1'd와 같은 2개의 슬롯 사이의 선의 길이가 시스템 작동의 중심 주파수에서 k(λm/2), 바람직하게는 kλm가 되는 방식으로 배치되는데, 여기서
Figure 112003018921154-pct00005
이고, λ0는 진공에서의 파장이고, εreff.는 마이크로스트립 선의 등가의 상대적 유전율이다. 또한, 전방향 모드에서 정확한 작동을 얻기 위해서, 마이크로스트립 선(3)의 종단은 가장 가까운 슬롯(1'd)으로부터 k'λm/4의 간격에 있고, k'는 홀수이며, λm는 상기 관계에 의해 주어진다. 마이크로스트립 선의 다른 종단은 특히 전력 증폭기를 포함하는, 알려진 유형의 신호를 전송하는 수단으로 전송시 연결된다. 비발디 안테나의 슬롯이 도 1에 도시된 바와 같이 길이 λm 또는 kλm를 나타내는 마이크로스트립 선에 의해 급전되는 경우, 안테나의 동위상(in-phase) 작동이 얻어지고, 이것은 도 1에서 방사된 전계를 나타내는 화살표(E)에 의 해 도시된 바와 같이 최적의 방사 패턴을 제공한다.
이제 도 1의 디바이스의 작동 원리를 도 2 내지 도 7을 참조하여 좀더 상세하게 설명할 것이다.
전술한 바와 같이, 비발디 안테나의 급전(feeding)은 마이크로스트립 선과 슬롯 사이의 전이의 사용, 더 특히 마이크로스트립 선과 직렬인 여러 슬롯 사이의 전이에 의존한다. 도 2는 2개의 슬롯(11,12)을 갖는 마이크로스트립 선(10)의 전이를 나타낸다. 도 2의 경우, 마이크로스트립 선(10)은 생성기(13)에 의해 급전되고, 슬롯(11,12)은 그 단락된 종단(cc)이 각각 간격 λs2/4 및 λs1/4, 또는 좀더 통상적으로 λs2/4 및 λs1/4의 홀수배의 간격에 놓이도록 배치된다. 또한, 2개의 연속적인 슬롯 사이의 간격은 파장의 절반의 배수, 즉 kλm/2가 되도록 선택되어, 각각의 전이에서 180°내에서 하나의 동일한 위상면에 놓이게 된다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 슬롯(12)은 마이크로스트립 선의 종단으로부터 간격 λm/4 또는 k'λm/4(k'는 홀수)으로 배치된다. 모든 값 λs/4, λs2/4, λs1 /4 및 λm/2은 시스템 작동의 중심 주파수에서 유효하다. 선/슬롯 전이는 도 3에 도시된 바와 같은 통상적인 등가도를 나타낸다.
이러한 등가도는 비. 크노르(B. Knorr)에 의해 처음으로 제안된 마이크로스트립 선과 슬롯 선 사이의 단순한 전이의 등가도로부터 얻어진다. 상기 도면은 슬롯 선 1/4파장 스터브(stub)(길이 λs1/4)에 대응하는 전기 길이(θs) 및 특성 임피 던스(Zs) 선에 의해 초래되는 {슬롯 선을 끝내는 단락의 말단 효과(end effect)에 대응하는} 값(Xs)의 자기-유도성 리액턴스와 평행한 슬롯 선(11)의 특성 임피던스에 대응하는 임피던스(Zs)로 구성된다. 상기 어셈블리는 변압 비율 N:1을 갖는 임피던스 변압기에 링크된다. 마이크로스트립 선 1/4파장 스터브(길이 λm1/4)에 대응하는 전기 길이(θm) 및 특성 임피던스(Zm) 선에 의해 초래되는 (마이크로스트립 선을 끝내는 개회로의 말단 효과에 대응하는) 용량성 리액턴스(Xm)는 직렬로 임피던스 변압기의 다른 브랜치에 링크되고, 전기 길이(θm1) 및 특성 임피던스(Zm)의 마이크로스트립 선은 길이 kλm/2의 마이크로스트립 선에 대응한다. 이러한 선은 슬롯 선(12) 및 제 2 슬롯 선 1/4파장 스터브(길이 λs2/4)에 대응하는 등가 회로에 링크된 변압 비율 1:N을 갖는 다른 임피던스 변압기에 링크된다. 상기 어셈블리는 여기자(exciter) 마이크로스트립 선의 끝에 위치된 발생기(13)에 링크된다.
이러한 유형의 회로에서, 거의 공진으로 작동할 때, 즉 마이크로스트립 선 길이 및 마이크로스트립 선과 슬롯의 종단 사이의 길이가 각각 λm/4 및 λs/4일 때, 상기 선의 등가 회로는 단락되는 반면, 슬롯(Xs)의 등가 회로는 개회로된다. 따라서, 등가 회로는 도 4에 도시된 바와 같은 회로가 되고, 여기서 이제 생성기(13), 상기 생성기(13)의 2개의 출력 단자에 제공된 저항(131,132), 임피던스(Zs)가 장착된 비율 1/N의 제 1 변압기(133), 및 임피던스(Zs)가 장착된 출력 단 자상의 비율 1/N의 제 2 변압기(135)만이 남아 있다. 따라서, 마이크로스트립 선상의 슬롯의 병치(juxtapositon)가 다양한 전이에 의해 표시된 임피던스(Z1,Z2 등)의 직렬 배치와 등가라는 것이 명확하다. 동일한 전이의 경우, 여기된 각각의 슬롯상에 동일한 전력 분배가 이뤄진다. 따라서, 이러한 작동 모드는 전방향 방사를 얻기 위한 방식으로 다양한 비발디 안테나의 급전을 보장한다.
본 발명에 따른 디바이스의 작동 원리는 도 5에 도시된 바와 같은 회로의 도움으로 모의 실험되었다. 상기 회로는 ①에서 급전되는 마이크로스트립 선(10)을 포함한다. 종단으로부터 길이 λm/4에서, 선(10)은 비발디형 안테나에 속한 슬롯(12)을 절단한다. 이러한 슬롯은 액세스 ③에 의해 액세스될 수 있다. 전술한 바와 같이, 슬롯(12)의 종단은 마이크로스트립 선으로부터 간격 λs/4에 놓여 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 슬롯(12)으로부터 간격 λm/2에서 제 2 비발디 안테나의 요소를 구성하는 다른 슬롯(11)이 만들어진다. 상기 슬롯은 액세스 ②에 의해 액세스될 수 있다. 또한, 상기 슬롯의 종단은 마이크로스트립 선으로부터 간격 λs/4에 놓여 있다. 도 5에 도시된 포트 ② 및 ③는 다양한 비발디형 안테나상에서 복구된 에너지를 시각화할 수 있다.
도 6 및 도 7의 곡선으로 표시된 바와 같이, 마이크로스트립 선 급전 액세스 ①상에서 전송된 신호가 다양한 슬롯으로 정확하게 전송된다는 것을 알 수 있다. 특히, 화살표(S11)로 표시된 반사 계수는 5.2과 6 ㎓ 사이에 놓인 대역 내내 -16㏈ 미만이 된다. 또한, 액세스 진로 ② 및 ③에 대한 전력 분배는 우수하게 균형이 맞는데, 이는 전송 계수(S21,S31)가 도 6에서 2개의 상위 곡선으로 도시된 바와 같이 실질적으로 동일하기 때문이다. 또한, 액세스 진로 ② 및 ③상에서 복구된 신호의 위상이 도 7에 도시되어 있다. 2개의 슬롯(11,12)을 분리하는 간격(λm/2)에 대응하는 Π의 위상 시프트가 도면에서 관찰될 수 있다.
본 발명에 따른 도 1의 디바이스의 변형예가 도 8에 도시되어 있다. 이러한 경우, 마이크로스트립 선(30)은 도 1의 경우에서와 같이 그 종단 중의 하나에 의해 신호를 이용하는 수단에 연결되지 않는다. 마이크로스트립 선은 예를 들어 안테나(1a)와 안테나(1b) 사이에 제공된 마이크로스트립 선 세그먼트(30')에 의해 연결된다. 2개의 비발디형 안테나(1a,1b)의 위상 매칭을 허용하기 위해, 선 부분(30')은 안테나 중의 하나, 즉 도시된 실시예에서 안테나(1a)로부터 간격 λm/2, 및 다른 안테나, 즉 안테나(1b)로부터 간격 λm에 놓인다. λm/2 및 λm의 다수의 값이 또한 사용될 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다. 이러한 경우, 4개의 비발디 안테나(1c,1b,1a,1d)를 교차하는 마이크로스트립 선(30)의 2개 종단은 대응하는 비발디 안테나, 즉 도시된 실시예에서 안테나(1c) 및 안테나(1d)로부터 간격 λm/4, 바람직하게는 k'λm/4에 놓이고, 여기서 k'는 홀수이다. 도 8에 도시된 바와 같은 구조에서, 도 1에 도시된 구조와 같은 구조의 측면에서 기재된 것과 동일한 유형의 작동이 얻어진다.
수신시 상기 비발디형 안테나 중 하나를 상기 멀티빔 신호 이용 수단에 연결 할 수 있는 본 발명의 추가적인 특징을 이제 좀더 상세하게 도 9 내지 도 15를 참조하여 설명할 것이다. 이러한 특징은 도 9에 도시된 배치로 구성되어, 비발디 안테나의 슬롯과 2개의 마이크로스트립 선의 동시적인 결합을 허용한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 비발디형 안테나의 슬롯(20)은 전술한 마이크로스트립 선에 대응하는 제 1 마이크로스트립 선(21)에 의해 교차되어, 전방향 모드 작동을 허용한다. 따라서, 마이크로스트립 선(21)의 종단은 전력 증폭기(PA)에 의해 전송기 회로(22)에 연결된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 마이크로스트립 선(21)의 종단은 슬롯(20)으로부터 간격 λm/4에 놓인다. 도면에 도시되어 있지 않지만, 마이크로스트립 선(21)은 또한 예를 들어 도 1의 실시예에서와 같이 배치된 다른 비발디 안테나의 슬롯에 교차한다. 또한, 마이크로스트립 선(23)의 다른 부분은 마이크로스트립 선(21)으로부터의 간격 λs/2에서 슬롯(20)을 절단한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 마이크로스트립 선(23)의 일부의 종단이, 그 상태에 따라 오프 또는 온될 수 있는 다이오드와 같은 스위치(25)에 의해 저잡음 증폭기(LNA)를 포함하는 수신기 회로(24)에 연결된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 슬롯(20)의 종단은 마이크로스트립 선(23)으로부터 간격 λs/4에 배치된다. 상기 실시예에서, 간격 λs/4 및 λs /2은 시스템 작동의 중심 주파수에서 λ0는 진공에서의 파장이며, εreff.는 슬롯의 등가의 상대적 유전율일 때
Figure 112003018921154-pct00006
인 동시에, λ0는 진공에서의 파장이며, εreff.는 마이크로스트립 선의 등가의 상대적 유전율일 때
Figure 112003018921154-pct00007
이 되도록 설정된다. LNA와 관련된 스위칭 회로의 사용으로 수신시 부채꼴 모드로 작동할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 것과 동일한 유형의 등가 전기도는 사실상 슬롯과 2개의 마이크로스트립 선 사이의 2중 전이에 대응하는 도 9의 토폴로지에 대해서 얻어질 수 있다. 이러한 경우, 슬롯상의 선의 병치가 다양한 전이에 의해 표시된 임피던스의 병렬 배치와 동등하다는 것이 명백하다.
이제 도 10 내지 도 13을 참조하여 전송시 및 수신시의 도 9의 회로의 작동을 좀더 상세하게 설명할 것이다.
도 10에 도시된 바와 같은 구성에서 전송시 작동이 모의 실험되었다. 전송시, 본 발명에 따른 디바이스는 전방향 모드로 작동한다. 이러한 경우, 신호가 마이크로스트립 선(21)으로 송신되는 동안, 선(23)은 그 포트 레벨에서 약 1㏁의 높은 임피던스를 나타낸다. 전송 계수(S12), 반사 계수(S22), 및 절연 계수(S32)의 값은 5와 6 ㎓ 사이에서 변하는 주파수에 대해서 도 11에 도시된다.
도 11의 곡선으로 도시된 바와 같이, 마이크로스트립 선(21)의 급전 액세스 ②상에 전송된 신호는 슬롯(20)으로 정확하게 전송되는 것을 알 수 있다. 특히, 화살표(S22)로 표시된 반사 계수는 5.2와 6 ㎓ 사이에 있는 대역 내내 -10㏈ 미만이 되기 때문에 한편으로 작게 유지된다. 또한, S12로 표시된 전송 계수가 이러한 동일 대역상에서 -2㏈보다 크기 때문에 액세스 ①로 전력이 잘 분배된다. 마지막으로, S32로 표시된 절연이 -26㏈ 미만이기 때문에 액세스 ③로의 전력 전달이 발생하지 않는다.
이제 도 12 및 도 13을 참조하여 수신시, 즉 부채꼴 모드에서의 작동을 설명할 것이다. 이러한 경우, 마이크로스트립 선(23)은 스위치(25)를 닫음으로써 수신회로에 연결되고, 전송 스테이지는 마이크로스트립 선(21)으로의 액세스상에서 매우 높은 임피던스, 즉 약 1㏁의 임피던스(Z2)를 초래한다. 이러한 유형의 회로에서, 5와 6 ㎓ 사이에서 변하는 주파수값에 대해, 도 13에 도시된 바와 같은 전송 계수(S31), 반사 계수(S11), 및 절연 계수(S21)를 얻을 수 있다.
도 12의 곡선에 도시된 바와 같이, 슬롯(20)의 액세스 ①상에서 수신된 신호는 수신 액세스에 대응하는 마이크로스트립 선(23)에 정확하게 전송된다는 것을 알 수 있다. 특히, 화살표(S11)로 표시된 반사 계수는, 5.2와 6 ㎓ 사이에 있는 대역 내내 -10㏈ 미만이기 때문에 한편으로 매우 작게 유지된다. 또한, S31로 표시된 전송 계수가 이러한 동일한 대역상에서 -2㏈보다 더 크기 때문에 액세스 ③로 전력이 잘 분배된다. 마지막으로, S21에 의해 상징화된 절연이 -29㏈ 미만이기 때문에 액세스 ③로의 전력 전달이 발생하지 않는다.
본 발명에 따른 전송/수신 디바이스의 2개 실시예가 도 14 및 도 15에 개략적으로 도시된다. 도 1에서와 마찬가지로, 수신/전송 수단은 중심점 주위에 규칙적으로 간격을 두고 있는 4개의 슬롯 프린트 안테나(1a,1b,1c,1d)로 구성된다. 프린트 안테나는 도 1에서와 마찬가지로 비발디형이다. 4개의 비발디 안테나는 서로에 대해 수직으로 배치된다. 4개 안테나의 슬롯(1'a,1'b,1'c,1'd)은 전송시 전방향 모드의 작동을 허용하는 방식으로 도 1의 실시예에서와 같이 배치된 마이크로스 트립 선(3)에 의해 함께 링크된다. 또한, 각각의 슬롯(1'a,1'b,1'c,1'd)은 스위치(5a,5b,5c,5d)에 의해 수신회로로 링크된 마이크로스트립 선(4a,4b,4c,4d)의 일부에 의해 교차되어, 전술한 바와 같이 부채꼴 모드의 작동을 얻을 수 있다. 마이크로스트립 선(3,4a,4b,4c,4d)의 크기 및 위치는 전술한 것과 동일하다.
도 15의 실시예는 실질적으로 도 14의 실시예와 동일하다. 단순히 부피가 큰 이유로, 슬롯의 종단(1"a,1"b,1"c,1"d)은 마이크로스트립 선(4'a,4'b,4'c,4'd)의 일부와 같이 안쪽으로 굽었다.
도 16에 도시된, 도 14 및 도 15에 도시된 것과 동일한 유형의 디바이스의 다른 실시예에 따르면, 마이크로스트립 선에 대응하는 급전 선은 2개의 슬롯(l1,l2) 및 금속화부(m)를 표시하는 공면의 선으로 구성된다. 이러한 경우, 비발디 안테나를 형성하는 슬롯 선(1a,1b,1c,1d)은 금속화부(m)에 의해 분리된다. 유사하게, 선 일부는 도 14 및 도 15의 실시예에서와 같이 스위치(5a,5b,5c,5d)에 의해 연결된 공면의 선 부분(4"a,4"b,4"c,4"d)으로 구성된다. 상기 구조의 임의의 혼합이:
- 전방향 모드: 마이크로스트립 선/부채꼴 모드: 마이크로스트립 선.
- 전방향 모드: 공면의 선/부채꼴 모드: 마이크로스트립 선.
- 전방향 모드: 마이크로스트립 선/부채꼴 모드: 공면의 선
- 전방향 모드: 공면의 선/부채꼴 모드: 공면의 선
과 같이 의도될 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다.
전술한 실시예가 후술되는 특허청구범위의 범주에서 벗어나지 않고서 특히 비발디 안테나의 갯수, 구조체의 급전 유형, 또는 스위치 유형 등에 대해 수정될 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 무선 전송분야에서 사용하기에 편리한 멀티빔 신호의 수신 및/또는 송신 디바이스에서 이용가능하다.

Claims (13)

  1. 멀티빔 신호의 수신 또는 전송 디바이스로서,
    - 360°각도 섹터로 방사할 수 있도록 하는 방식으로, 단일 포인트에 대해 배치되는 수 개의 슬롯 프린트(slot printed) 안테나(1a,1b,1c,1d), 및
    - 제1 피드 선 부분으로서, 각 부분(4a, 4b, 4c, 4d)은 슬롯 프린트 안테나 중 하나와 교차하며 부채꼴(sectorial) 모드에서 멀티빔 신호를 수신하기 위해 장치에 연결되는, 제1 피드 선 부분을, 동일 기판 상에 포함하는 유형의 멀티빔 신호의 수신 또는 전송 디바이스에 있어서,
    - 제2 피드 선(3)이 모든 슬롯 프린트 안테나와 교차하며 모든 슬롯 프린트 안테나로부터 멀티빔 신호를 송신하기 위한 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는, 멀티빔 신호의 수신 또는 전송 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 모든 슬롯 프린트 안테나와 교차하는 제2 피드 선(3)은 마이크로스트립 선 또는 동일 평면 선으로 구성되고, 2개의 슬롯 프린트 안테나의 각각의 슬롯 사이의 제2 피드 선의 길이는 상기 디바이스의 중심 동작 주파수에서 kλm/2이고, 제2 피드 선의 한 종단과 슬롯 프린트 안테나의 슬롯 사이의 제2 피드 선의 길이는 λm/4이며, 여기서
    Figure 712009000852161-pct00008
    이고, λ0는 진공에서의 파장이며, εreff.는 피드 선의 등가의 상대적 유전율이고, k는 0보다 큰 정수인, 멀티빔 신호의 수신 또는 전송 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서, 2개의 슬롯 프린트 안테나의 각각의 슬롯 사이의 피드 선의 길이는 kλm이고, 여기서
    Figure 712009000852161-pct00028
    이고, λ0는 진공에서의 파장이며, εreff.는 피드 선의 등가의 상대적 유전율이고, k는 0보다 큰 정수인, 멀티빔 신호의 수신 또는 전송 디바이스.
  4. 제 2 항에 있어서,
    슬롯 프린트 안테나의 슬롯과 제2 피드 선 사이의 교차가 상기 디바이스의 중심 동작 주파수에서 슬롯 프린트 안테나의 상기 슬롯의 닫힌 종단으로부터의 간격 k'λs/4에서 초래되고, 여기서
    Figure 712009000852161-pct00009
    (λ0는 진공에서의 파장, ε1reff.는 슬롯의 등가의 상대적 유전율)이며, k'는 홀수인, 멀티빔 신호의 수신 또는 전송 디바이스.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제2 피드 선의 멀티빔 신호를 송신하기 위한 장치로의 연결은 2개의 슬롯 프린트 안테나 중 하나로부터의 간격 kλm/2에서 2개의 슬롯 프린트 안테나의 각각의 슬롯 사이의 부분상에서 초래되고, 여기서
    Figure 712009000852161-pct00029
    이고, λ0는 진공에서의 파장이며, εreff.는 피드 선의 등가의 상대적 유전율이고, k는 0보다 큰 정수인, 멀티빔 신호의 수신 또는 전송 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서, 슬롯 프린트 안테나의 슬롯과 교차하는 제1 피드 선 부분은 마이크로스트립 선 또는 동일평면 선 부분으로 구성되는데, 각각의 제1 피드 선 부분은 슬롯 프린트 안테나의 슬롯과 교차하고 스위칭 디바이스에 의해 멀티빔 신호를 수신하기 위해 장치에 링크되는, 멀티빔 신호의 수신 또는 전송 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서, 각각의 제1 피드 선 부분과 슬롯 프린트 안테나의 슬롯의 교차가 상기 멀티빔 신호의 수신 또는 전송 디바이스의 중심 동작 주파수에서 상기 슬롯의 닫힌 종단으로부터의 간격 k'λs/4에서 초래되고, 여기서
    Figure 712009000852161-pct00030
    이고, λ0는 진공에서의 파장이며, ε1reff.는 슬롯의 등가의 상대적 유전율이며, k'는 홀수인, 멀티빔 신호의 수신 또는 전송 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서, 슬롯 프린트 안테나의 각각의 슬롯의 송신시 연결 회로를 구성하는 제2 피드 선과 슬롯 프린트 안테나의 각각의 슬롯의 수신시 연결 회로 중 하나를 구성하는 제1 피드 선 부분 사이의 거리가 상기 멀티빔 신호의 수신 또는 전송 디바이스의 중심 동작 주파수에서 k"λs/2인데, 여기서
    Figure 712009000852161-pct00011
    이고, λ0는 진공에서의 파장, ε1reff.는 슬롯의 등가의 상대적 유전율이며, k"는 0보다 큰 정수인, 멀티빔 신호의 수신 또는 전송 디바이스.
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