KR101067831B1 - 누설 동축 안테나 - Google Patents

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요아킴 뮐러
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더블유.엘.고어 앤드 어소시에이츠 게엠베하
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Abstract

본 발명은 내부 도전체(1), 상기 내부 도전체(1) 주위의 유전체(2), 및 상기 유전체(2) 주위에 배치된 제 1 실드 도전체(4)를 포함하는 누설 동축 안테나(10)에 관한 것으로, 상기 제 1 실드 도전체(4)는 상기 내부 도전체(1)의 길이 방향으로 분포된 개구부들(41)을 가지며, 전자기 에너지가 상기 개구부들(41)을 통과하도록 되어 있다. 제 2 실드 도전체(5)는 상기 제 1 실드 도전체(4) 주위에 또는 밑에 배치되며, 상기 제 2 실드 도전체(5)는 실드된 구간(S1 내지 S12)에서 상기 제 1 실드 도전체의 상기 개구부들(41)을 전체 또는 부분적으로 덮거나 차단하도록 되어 있다. 상기 제 2 실드 도전체(5)는 상기 안테나의 길이 방향으로 상기 제 1 실드 도전체(4)의 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)을 정의하도록 상기 안테나(10)의 길이 방향으로 불연속적으로(discontinuously) 배치되며, 이들은 전자기 에너지가 덮이지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)을 통과하도록 되어 있다. 따라서, 본 발명은, 예를 들어 항공 우주 공학 어플리케이션에 대해 누설 동축 안테나의 특성들을 개선한 2-층 실드를 제안한다.

Description

누설 동축 안테나{LEAKY COAXIAL ANTENNA}
본 발명은 내부 도전체, 상기 내부 도전체 주위의 유전체, 및 상기 유전체 주위에 배치된 실드 도전체(shield conductor)를 포함하는 누설 동축 안테나에 관한 것으로, 상기 실드 도전체는 상기 내부 도전체의 길이 방향(longitudinal direction)으로 분포된 개구부들을 가지며, 전자기 에너지가 상기 개구부들을 통과하도록 되어 있다. 특히, 이러한 누설 동축 안테나는 비행기들이나 다른 어플리케이션들에 사용될 수 있다.
누설 및/또는 방사(radiating) 동축 케이블들은 터널, 광산, 빌딩과 같은 한정된 공간들에서, 및/또는 (철도 및 도로와 같은) 좁은 가로방향 복도(lateral corridor)를 수반하는 다른 확대된(stretched-out) 어플리케이션들에서 길이 방향 안테나들로서 채택될 수 있다. 오늘날의 어플리케이션들에서, 이러한 케이블들은 비행기와 같은 확대된 자동차에서 채택될 수 있으며, 일-방향 또는 쌍-방향 통신이 요구된다. 누설 동축 케이블들은 표면파들을 지원하며, 전력의 일부분이 반경 방향으로 방사된다. 누설 동축 케이블들은 방사 또는 커플링 모드에서 작동한다. 이들 모드들은 모든 기여 어퍼처(contributing aperture)들의 동위상(in-phase) 추가에 대응한다.
공지된 대부분의 누설 및/또는 방사 동축 케이블들은 무겁고, 직경이 크며, 유연성이 없다. 하지만, 상기에 언급된 몇몇 어플리케이션과 같이 사용되는 어플리케이션들은 가볍거나 유연한 케이블들을 필요로 하지 않기 때문에, 이는 지금까지 문제가 되지 않았다. 하지만, 예를 들어 특히 비행기에서의 사용에 대해서는 이러한 단점들이 유익하지 않을 수 있다.
US 4 599 121호는 브레이딩(braiding: 땋음, 꼼)이 제조 공정에서 행해짐에 따라 실드 와이어(shield wire)의 단부들을 강하(drop)시킴으로써 그 안에 생성된 개구부를 갖는 연속적으로 브레이드된 실드(braided shield)를 이용함으로써 누설 동축 케이블을 생성하는 방법에 관한 것이다.
US 5 936 203 A호는 연속한 다수의 도전성 스트립(strip)들에 의해 형성된 외부 도전체를 갖는 방사 동축 케이블에 관한 것이다. 복수의 도전성 스트립들은 중심 도전체에 대해 동축으로 연속적으로 감겨 있으며, 유전 코어에 의해 분리된다. 복수의 도전성 스트립들은 조합하여 방사 케이블의 또 다른 도전체를 정의하고, 상기 케이블의 여기(excitation)에 반응하여 전자기 에너지를 방사하고 수용하도록 도전성 스트립들 사이에 복수의 갭들 또는 어퍼처들을 정의한다.
US 4 339 733호는 1 이상의 중심 도전체, 상기 중심 도전체를 둘러싸는 유전 코어, 및 상기 유전 코어의 길이를 따라 상기 중심 도전체에 대해 동축으로 배치된 복수의 방사 외장(radiating sheath)을 포함하는 방사 케이블에 관한 것이다. 특히, 상기 외장은 브레이드와 같은 연속한 구조체들, 나선형으로 또는 길이 방향으로 감싸진 구조체들에 의해 수행된다.
DE 26 36 523 A1은 절연 코팅으로 덮인 방사 동축 전달(radiating coaxial transmission)에 관한 것이다. 유사한 원통형 방사 요소들은 라인 상에서, 그리고 상기 라인 내에 또한 상기 라인을 통해 전달된 고 주파수 대역의 중심 주파수의 파장과 같은 중심-대-중심 거리에서 등거리에 위치된다. 상기 절연 코팅은 환경에 대해 외부 도전체를 절연시키고, 반경 요소들에 대해 지지면을 생성한다. 바람직하게, 각각의 방사기(radiator)는 방사될 투과 대역의 중심 주파수 파장의 절반인 길이를 갖는다.
상기의 참조문헌들 중 몇몇에서 구현된 공지된 누설 및/또는 방사 동축 케이블들 중 어느 것도 항공 우주 공학(aerospace) 어플리케이션들에서 사용하기 위한 모든 요건들을 충족하지 않는다. 개방형 브레이드 구조를 사용하는 유연한 설계들은 제한된 대역폭과 높은 길이 방향 손실들을 갖지만, 개구부들을 구비한 상승된(ridged) 외부 도전체를 갖는 설계들은 큰 굴곡 반경(bend radius)을 가지며, 유연성이 부족하다. 특히, 비행기에서 WLAN 및 GSM과 같은 무선 어플리케이션용 분배 안테나(distributed antenna)로서 사용하기 위한 누설/방사 동축 케이블은 다수의 특정 요건들을 충족하여야만 한다. 이들 요건들은 (1 Ohm 미만의 임피던스 변화를 갖는 32 mm의 굴곡 반경을 갖는) 유연성, 높은 대역폭 및 광대역(400 ㎒ 내지 6 ㎓), 경량의 무게(190 g/m), 그리고, 예를 들어 최대 60 m의 안테나 길이에서 주파수 대역 내의 동작을 지원하도록 낮은 길이 방향 손실(6 ㎓에서 0.36 dB/m 미만의 감쇠)을 가질 것을 포함한다. 비행기에서 사용하기 위한 누설/방사 동축 케이블은 다수의 다른 장애물들로 인해 안테나가 직선이 될 수 없는 비행기의 내부에 설치될 것이기 때문에 유연성이 있어야 한다. 상기 누설/방사 동축 케이블은 다수의 무선 통신 표준들이 수 ㎓에서 동작하기 때문에 높은 주파수 응답을 가져야 한다. 상기 누설/방사 동축 케이블은 각각의 무선 통신 표준들이 하나의 안테나 내에서 그 자체의 주파수 대역에서 동작하기 때문에 높은 대역폭을 가져야 한다. 상기 누설/방사 동축 케이블은 비행기 무게를 최소화하고자 하는 비행기 사양들에 따르기 위해 가벼워야 한다. 상기 누설/방사 동축 케이블은 수신 및/또는 송신 안테나로서 기능하도록 충분한 방사 손실을 갖는 한편 충분한 도달 길이(reach length)를 허용하도록 낮은 길이 방향 손실을 가져야 한다. 마지막으로, 상기 방사 손실은 상기 길이를 따라 균질(homogenous)해야 하며, 단면의 외주 방사 패턴이 어플리케이션, 예를 들어 비행기 사양에 의해 정의된 특정화된 잡음 면역 요건들을 유지하게 하여야 한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 기존의 해결책들의 상기 언급된 단점들 중 적어도 몇몇을 개선할 수 있는 누설 동축 안테나를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 제 1 항 또는 제 2 항의 특징들에 따른 누설 동축 안테나에 의해 해결된다. 본 발명에 따른 누설 동축 안테나의 실시예들은 종속항들로부터 분명히 알 수 있다.
특히, 본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 누설 동축 안테나는 내부 도전체, 상기 내부 도전체 주위의 유전체, 및 상기 유전체 주위에 배치된 제 1 실드 도전체를 포함하고, 상기 제 1 실드 도전체는 상기 내부 도전체의 길이 방향으로 분포된 개구부들을 가지며, 전자기 에너지가 상기 개구부들을 통과하도록 되어 있다. 제 2 실드 도전체는 상기 제 1 실드 도전체 주위에 배치되며, 상기 제 2 실드 도전체는 실드된 구간에서 상기 제 1 실드 도전체의 상기 개구부들 중 1 이상을 덮어, 상기 전자기 에너지가 상기 실드된 구간 내에서 상기 안테나의 외부로 방출되는 것을 방지하도록 되어 있다. 또한, 상기 제 2 실드 도전체는 상기 안테나의 길이 방향으로 상기 제 1 실드 도전체의 덮이지 않은 부분들을 정의하도록 상기 안테나의 길이 방향으로 불연속적으로(discontinuously) 배치되며, 이들은 전자기 에너지가 덮이지 않은 부분들을 통과하도록 되어 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 제 2 실드 도전체는 제 1 실드 도전체 밑에 배치되고, 상기 제 2 실드 도전체는 실드된 구간에서 상기 제 1 실드 도전체의 상기 다수의 개구부들을 전체 또는 부분적으로 차단하여, 전자기 에너지가 상기 실드된 구간 내에서 안테나의 외부로 방출되는 것을 방지하도록 되어 있다. 또한, 상기 제 2 실드 도전체는 상기 안테나의 길이 방향으로 상기 제 1 실드 도전체의 차단되지 않은 부분들을 정의하도록 상기 안테나의 길이 방향으로 불연속적으로 배치되며, 이들은 전자기 에너지가 차단되지 않은 구간들을 통해 나가도록 되어 있다.
따라서, 본 발명은 본 명세서의 도입부에 언급된 바와 같이, 누설 동축 안테나의 특성들을 개선시키기 위해 제 1 실드 도전체 및 제 2 실드 도전체를 포함하는 2-층 실드를 제안한다. 특히, 두 실드 층들은 케이블 벤딩(cable bending)을 허용하면서도, 제 2 실드 도전체를 포함하는 제 2 실드 층이 케이블 길이의 상당한 부분들에 걸쳐 제 1 실드 도전체를 포함하는 제 1 실드 층의 개구부들을 덮거나 차단하기 때문에, 동축 전달 모드의 길이 방향 손실이 현저히 감소될 수 있다. 이는 낮은 길이 방향 손실을 갖는 유연한 설계의 조합을 허용한다. 횡축 손실(transversal loss) 또는 방사의 양, 또한 누설 동축 케이블의 대역폭 및 도달 길이는 상이한 속성들 - 제 1 실드 층의 최상부 상에서의 제 2 실드 층의 포괄도(coverage), 또는 제 1 실드 층 밑의 제 2 실드 층의 차단에 의해, 그리고 제 1 실드 층의 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들(제 2 실드 층의 개구부들)의 길이에 의해 제어될 수 있다. 또한, 제 1 실드 층의 개구부들(예를 들어, 폭 및/또는 개수)은 이에 따라 변동될 수 있다. 이는 다수의 어플리케이션들에 본 발명의 적용을 허용한다. 이는, 항공 우주 공학 어플리케이션들에서와 같이 유연성과 조합하여 높은 대역폭과 긴 도달 길이가 요구되는 때에 특별한 중요성을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 실드 도전체는 다수의 튜브형 구간들을 포함하고, 상기 다수의 튜브형 구간들은 상기 튜브형 구간들 사이에 제 1 실드 도전체의 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들 각각을 정의하도록 안테나의 길이 방향으로 불연속적으로 배치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제 2 실드 도전체는 적어도 안테나가 작동할 때 실드된 구간 내에 또는 제 1 실드 도전체에 전기적으로 커플링되도록 배치된다. 따라서, 제 1 실드 도전체가 접지 전위에 연결될 때, 제 2 실드 도전체는 실드 기능을 수행하도록 접지 전위에 연결될 것이다. 일 실시예에 따르면, 제 1 실드 도전체 및 제 2 실드 도전체는 서로 갈바닉 콘택(galvanic contact)을 유지하며, 두 실드 도전체들은 서로 직접 연결된다. 한편, 제 1 실드 도전체는 용량성 커플링을 통해 제 1 실드 도전체에 제 2 실드 도전체를 커플링하도록 용량성 거동(capacitive behaviour)을 갖는 물질들을 통해 제 2 실드 도전체에 연결될 수 있다. 이러한 커플링은 특히 누설 동축 안테나의 동작 주파수들에 대해 배치된다. 이와 관련하여, 예를 들어 제 1 실드 도전체와 제 2 실드 도전체 사이에 배치된 유전 물질은 용량성 커플링 요소로서 역할할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도전성 스트립은 유전체의 외주 구간을 따라 길이 방향으로 배치되어, 상기 개구부들의 실드된 세그먼트 및 상기 개구부들의 실드되지 않은 세그먼트를 형성하며, 전자기 에너지는 상기 개구부들의 상기 실드되지 않은 세그먼트에서 상기 개구부들을 통과한다. 이러한 도전성 스트립은, 예를 들어 누설 동축 안테나의 바람직한 방향 안으로 전자기 에너지를 모으는데 적용될 수 있다. 또한, 이러한 도전성 스트립은 안테나의 정해진 위치들에 전자기 에너지를 집중시키는데 사용될 수 있으며, 길이 방향 손실을 감소시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제 1 실드 도전체 및 제 2 실드 도전체는 도전성 스트립을 통해 전기적으로 커플링된다.
제 1 실드 도전체는 층 밑의 전체 표면을 덮지 않는 와이어 도전체들의 개방형 구조를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제 1 실드 도전체는 개방형 구조의 도전성 포일 메시(foil mesh)를 포함한다. 또한, 내부 도전체는 플라스틱 코어 주위에 감싸진 금속 도전체를 포함할 수 있다. 이러한 플라스틱 코어 또는 플라스틱 튜브는 바람직하게 FEP(fluoroethylene propylene)로 구성된다. 유전체는 바람직하게 폴리테트라플루오로에틸렌이며, 가장 바람직하게는 발포(expanded) 폴리테트라플루오로에틸렌이다. 바람직하게, 비-도전성 재킷은 제 1 실드 도전체와 제 2 실드 도전체 주위에 배치된다.
특정 실시예에서, 본 발명의 누설 동축 안테나는 본 명세서에 설명된 바와 같은 본 발명의 원리들에 따라 수정된 EP 0 635 850 A1 및 US 5 500 488 A에 개시된 기본 동축 케이블(base coaxial cable)을 포함할 수 있다. 즉, 본 명세서에 설명된 기본 원리들은 이러한 케이블에 적용될 수 있다. 특히, 내부 도전체는 플라스틱 코어 주위에 배치될 수 있으며, 상기 내부 도전체는 겹쳐지고, 나선형으로 감싸진 전기 도전성 필름의 형태로 된 내부 층, 및 상기 내부 층과 전기 접촉하는 서브된 와이어(served wire)들의 형태로 된 외부 층을 갖는 2 개의 층들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 안테나 기능을 수행하는 동축 안테나의 구간들을 형성하는 제 1 실드 도전체의 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들 각각은 안테나의 길이 방향으로 안테나의 길이를 따라 변하는 상기 부분들 간의 거리를 갖는다. 특히, 상기 거리는 주기적인 공진들을 회피하도록 안테나의 길이를 따라 무작위 방식으로 변동할 수 있다. 이러한 주기적인 공진들은, 만약 발생한다면, 누설 동축 안테나의 성능을 저하시킬 수 있다. 이와 관련하여, 무작위 방식으로 변화한다는 것은 제 1 실드 도전체의 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들 간의 거리의 변동가능한 비-설정 구조 또는 적절성(legality)을 의미한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제 1 실드 도전체의 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들 각각은 안테나의 길이를 따라 변동하는 안테나의 길이 방향으로의 폭을 갖는다. 특히, 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들 각각은, 안테나의 길이를 따라 더 균일한 방사 전력 손실을 생성하기 위해 케이블이 송신 단부로부터 수신 단부로 가로질러짐에(traverse) 따라 더 넓은 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들 각각의 폭들을 변동시키고, 상기 부분들 간의 거리를 변동시키는 것의 조합은 조합적인 효과로 균일한 손실을 생성하고, 성능을 저하시킬 수 있는 주기적인 공진들을 회피하도록 의도된다.
본 발명의 누설 동축 안테나의 다양한 구성요소들은 여하한의 적절한 순서로 배치될 수 있다. 예를 들어, 동축 안테나는 약 190 g/m 미만의 무게와(그러나, 궁극적인 어플리케이션에 따라, 무게는 중요하지(critical) 않을 수도 있음), 32 mm 미만의 굴곡 반경과, 400 ㎒ 내지 6 ㎓ 사이의 대역폭과, 6 ㎓의 주파수에서 미터당 0.36 dB 미만의 길이 방향 감쇠를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예들과 유익한 특징들은 종속항들로부터 분명히 알 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면과 연계하여 행해진 본 발명의 실시예들의 다음의 설명을 참조함으로써 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 누설 동축 안테나의 측면도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 배치된 다양한 각각의 구성요소들을 도시하는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 누설 동축 안테나의 측면도;
도 3은 도 2의 예시적인 누설 동축 안테나의 단면도;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 또 다른 예시적인 누설 동축 안테나 조립체의 측면도; 및
도 5는 본 발명에 따른 누설 동축 안테나의 또 다른 실시예의 부분들을 나타낸다.
본 발명은 첨부된 도면들에 도시된 본 발명의 실시예들을 특히 참조하여 설명될 것이다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 누설 동축 안테나(10)의 측면도이다. 상기 동축 안테나(10)는 그 1 이상의 단부 상에서 커넥터(21: 도시되지 않음)에 커플링될 수 있다. 제 2 실드 도전체(5)는 상기 안테나의 길이 방향으로의 이산 위치(discrete position)들에서 불연속적으로 제 1 실드 도전체(4)의 덮이지 않은 부분들을 정의하도록 안테나(10)의 길이 방향으로 불연속적으로 배치된다.
본 발명에 따른 누설 동축 안테나의 더 세부적인 사항들은 도 2 및 도 3에 도시된다. 누설 동축 안테나(10)는 금속일 수 있거나, 이후 더 자세히 설명되는 바와 같이 플라스틱 튜브 주위에 감싸진 금속일 수 있는 내부 도전체(1)를 포함한다. 유전체(2)는 상기 내부 또는 중심 도전체(1) 주위에 배치되며, 상기 유전체는 여하한의 절연 물질일 수 있다. 예를 들어, 유전체(2)는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이다. 특히, 유전체(2)는 발포 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 누설 동축 안테나(10)는 실드된 세그먼트(31) 및 실드되지 않은 세그먼트(32)를 형성하도록 안테나의 길이 방향으로 유전체(2)의 외주 구간을 따라 배치된 도전성 스트립(3)을 가지며, 전자기 에너지는 상기 실드되지 않은 세그먼트(32)에서 안테나의 외부로 통과할 수 있다. 도전성 스트립(3)은 금속 또는 금속화된 포일(metallized foil) 또는 다른 도전성 층일 수 있다. 그 외부 표면의 일부분만을 덮는 동축 안테나(10)의 길이를 따른 도전성 스트립(3)을 배치함으로써, 도전성 스트립(3)으로부터 멀어지는 방향으로 실드되지 않은 세그먼트(32)로부터 전자기 에너지가 커플링하거나 방사한다. 이러한 방식으로, 전자기 에너지와 방사 패턴이 특정 방향들로 집중됨에 따라, 동축 안테나의 지향성(directivity)을 제어한다. 이는 근장(near field) 및/또는 원장(far field) 전자기장 밀도가 전자기 장애(electromagnetic interference: EMI)에 민감한 장비를 포함하는 영역들에서와 같이 민감한 영역들에서 제어되어야 하는 경우 특히 중요하다
제 1 실드 도전체(4)는 유전체(2)와 도전성 스트립(3) 주위에 각각 배치되고, 제 1 실드 도전체(4)는 내부 도전체(1)의 길이 방향으로 분포된 개구부들(41)을 갖는다. 따라서, 제 1 실드 도전체(4)는 전자기 에너지가 상기 개구부들(41)을 통과하도록 배치된다. 제 1 실드 도전체(4)는 유전체(2)와 도전성 스트립(3) 주위에 동축으로 배치된다. 상기 실드 도전체(4)는 브레이드(braid) 또는 포일 메시(foil mesh)일 수 있다. 상기 실드 도전체 물질(4)의 중요 요건은, 전자기 에너지가 방사 또는 커플링할 수 있는 개구부를 포함하는 것이다. 또한, 제 2 실드 도전체(5)는 제 1 실드 도전체(4) 주위에 배치되며, 상기 제 2 실드 도전체(5)는 도 1에 도시된 S1 내지 S12와 같은 실드된 구간에서 제 1 실드 도전체(4)의 다수의 개구부들(41)을 전체 또는 부분적으로 덮도록 되어 있다. 이들 실드된 구간들(S1 내지 S12)에서 전자기 에너지는 각각의 실드된 구간 내에서 안테나의 외부로 또는 그로부터 전달되는 것이 방지된다. 제 2 실드 도전체(5)는 포일 또는 여타의 적절한 도전성 물질일 수 있다. 비-도전성 재킷(6)은 동축 안테나(10)의 모든 구성요소들 위에 배치될 수 있다.
본 발명의 누설 동축 안테나(10)의 다양한 구성요소들은 각각의 실시예들의 도면들에 예시된다. 예를 들어, 제 2 실드 도전체(5)는 제 1 실드 도전체(4) 밑에 배치될 수 있으며, 상기 제 2 실드 도전체(5)는 실드된 구간들(S1 내지 S12)에서 제 1 실드 도전체(4)의 다수의 개구부들(41)을 전체 또는 부분적으로 차단하도록 배치된다. 이에 따라, 이러한 실드 도전체(5)는 안테나의 길이 방향으로 제 1 실드 도전체(4)의 차단되지 않은 부분들을 정의하도록 안테나의 길이 방향으로 불연속적으로 배치된다. 제 1 실드 도전체(4)의 이러한 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)은 전자기 에너지가 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)을 통과하도록 되어 있다. 따라서, 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)은 안테나 구간들로서 기능하도록 되어 있다. 또한, 도전성 스트립(3)은 제 1 실드 도전체(4)와 제 2 실드 도전체(5) 밑에, 그 사이에, 또는 그 중 어느 하나 또는 둘 모두 위에 배치될 수 있다.
도 1의 실시예에 따르면, 제 2 실드 도전체(5)는 안테나의 길이 방향으로 이산 위치들에서 불연속적으로 배치된 제 1 실드 도전체(4)의 덮이지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)을 정의하도록 안테나의 길이 방향으로 불연속적으로 배치된다. 제 2 실드 도전체(5)가 안테나의 길이 방향으로 제 1 실드 도전체(4)의 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)을 정의하도록 제 1 실드 도전체(4) 밑에 배치된 때에, 동일한 기본 원리가 적용될 수 있다. 특히, 도 1에 따르면, 제 2 실드 도전체(5)는 도 3의 단면도에서 참조 번호(5)로 나타낸 바와 같이 다수의 튜브형 구간들(S1 내지 S12)을 포함한다. 이러한 다수의 튜브형 구간들은 튜브형 구간들(S1 내지 S12) 사이에 불연속적인 또는 이산의 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)을 정의하도록 안테나(10)의 길이 방향으로 불연속적으로 배치되며, 이 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)은 튜브형 또는 링형으로 되어 있으며, 누설 동축 케이블(10)의 안테나 구간들로서 기능한다. 이와 대조적으로, 실드된 구간들(S1 내지 S12)은 실드(비-안테나 기능)을 제공한다.
특히, 튜브형 구간들(S1 내지 S12) 각각의 축 길이는 다소 길게 만들어지며, 예를 들어 동작 주파수들의 파장의 절반보다 분명히 크다. 표면파들은 증폭(dispread)될 수 있다.
실드 기능을 제공하기 위해, 안테나(10)가 동작 중에 있을 때, 제 2 실드 도전체(5)는 적어도 각각의 동작 주파수에 대해 실드된 구간들(S1 내지 S12) 내에서 제 1 실드 도전체(4)에 전기적으로 커플링되도록 배치된다. 특히, 제 1 실드 도전체(4) 및 제 2 실드 도전체(5)는 서로 갈바닉 콘택을 유지하므로, 제 1 실드 도전체(4)가 접지 전위에 커플링될 때 제 2 실드 도전체(5)는 접지 전위에 있다. 따라서, 제 1 실드 도전체(4)는 그 전체 길이에 걸쳐, 즉 제 1 실드 도전체(4)가 안테나의 전체 길이에 걸쳐 배치됨에 따라 동축 안테나의 전체 길이에 걸쳐 실드 도전 체(4)의 외부에 전자기 에너지를 방사하거나 커플링한다. 따라서, 이 제 1 실드 도전체(4)는 누설 동축 안테나(10)의 안테나 기능을 제공하도록 배치된다. 이와 대조적으로, 제 2 실드 도전체(5)는 불연속 실드된 구간들(S1 내지 S12) 내에 블록킹 기능(blocking function)을 제공하도록 배치되어, 전자기 에너지가 각각의 실드된 구간(S1 내지 S12) 내에서 안테나의 외부로 방출되는 것을 방지한다.
그러므로, 동축 안테나(10)의 전자기 에너지는 제 2 실드 도전체(5)가 개구부들을 제공하는 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)을 통해 전달된다. 이들 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)의 폭(L)은 안테나를 특정 주파수들로 조절하고, 복귀 손실과 커플링 손실을 조정하기 위해 변동될 수 있다. 또한, 각각의 구간들(AS2 내지 AS11)은 구간(AS1)으로부터 각각의 거리(X1 내지 X10)에 배치되며, 이 거리는 서로에 대한 그들의 관계에 따라 변동할 수 있다. 특히, 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)은 안테나의 길이를 따라 변동하는 안테나의 길이방향으로 상기 부분들 간의 거리를 가질 수 있다. 특히, 이러한 거리는 주기적인 공진들을 회피하도록, 안테나의 길이를 따라 무작위 방식으로 변동할 수 있다. 따라서, 도 1에 나타낸 바와 같은 도시된 거리들(X1 내지 X10)은, 특히 등거리로 이격된 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)을 회피하도록 무작위 방식으로 선택될 수 있다. 이와 조합하여, 상기 부분들(AS1 내지 AS12)의 폭(L)과 그들 간의 거리는 안테나를 특정 주파수들로 조절하고 복귀 손실과 커플링 손실을 조정하기 위해 변동될 수 있다.
신호들이 동축 안테나(10)의 길이 방향으로 이송되기 때문에, 개방형 구조의 실드 도전체(4)는 동축 안테나(10) 주위에 동축으로 배치되며, 도전성이 길이 방향으로 유지되도록 실드 도전체(4)는 그 전체 길이를 따라 케이블 주위에 배치된다. 하지만, 실드 도전체(4)의 개방형 구조로 인해, 전자기 에너지는 개구부들(41)에서 실드 도전체(4)의 개방형 구조를 통해 커플링 또는 방사하도록 허용된다.
도 5에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 예시적인 누설 동축 안테나의 부분들의 측면도가 도시된다. 이 실시예에 따르면, 중심 또는 내부 도전체(1)는 US 5 500 488 A호에 설명된 원리들에 따른 상이한 구조를 포함한다. 이 실시예에 따르면, 내부 도전체(1)는 플라스틱 코어(11) 주위에 배치되며, 내부 도전체는 2 개의 층들(12 및 13)을 포함한다. 내부 층(12)은 겹쳐지고, 나선형으로 감싸진 전기 도전성 필름의 형태로 되어 있는 반면, 외부 층(13)은 상기 내부 층(12)과 전기적으로 접촉하는 서브된 와이어(served wire)들의 형태로 되어 있다. 상기 층(12)은 플라스틱 코어(11) 주위에 감싸진 은-도금된 구리 필름의 형태로 되어 있을 수 있으며, 이 실시예에서는 트위스트된 둥근 은-도금된 구리 도전체들(13)의 조합이 구리 필름(12) 위에 도포된다. 유전체(14)는 내부 도전체(1)를 덮는다. 이러한 구성으로, 광-대역 고 주파수 양립가능한(compatible) 전기 동축 케이블이 제공될 수 있으며, 이는 본 명세서에 설명된 안테나 특성들과 조합하여, 원하는 전기적, 기계적 특성들 및 제조 비용들을 최적화하는 저-감쇠(low-attenuation) 동축 케이블의 요건을 만족하는 광-대역 고 주파수 양립가능한 전송 특성들을 조합한다. 더욱이, 낮은 케이블 무게와 높은 유연성이 제공될 수 있다.
도 4는 각각의 부분들(AS1 내지 AS10) 간의 구체적인 거리들을 나타내는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 또 다른 예시적인 누설 동축 안테나의 측면도이다. 이 예시에 따르면, 상기 부분들(AS1 내지 AS10)의 폭(L)은 도시된 케이블 길이에 걸쳐 일정하게 유지된다.
그러므로, 본 발명은 누설 동축 안테나의 특성들을 개선하는 2-층 실드를 제안한다. 특히, 두 실드 층들은 케이블 벤딩을 허용하면서도, 제 2 실드 도전체를 포함하는 제 2 실드 층이 케이블 길이의 상당한 부분들에 걸쳐 제 1 실드 도전체를 포함하는 제 1 실드 층의 개구부들을 덮거나 차단하기 때문에, 동축 전달 모드의 길이 방향 손실이 현저히 감소될 수 있다. 이는 낮은 길이 방향 손실을 갖는 유연한 설계의 조합을 허용한다. 횡축 손실 또는 방사의 양, 또한 누설 동축 케이블의 대역폭 및 도달 길이는 제 1 실드 층의 포괄도, 또는 제 1 실드 층의 차단에 의해, 그리고 제 1 실드 층의 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들(제 2 실드 층의 개구부들)의 길이에 의해 제어될 수 있다. 이는 다수의 어플리케이션들에 본 발명의 적용을 허용한다. 이는 항공 우주 공학 어플리케이션들에서와 같이, 유연성과 조합하여 높은 대역폭과 긴 도달 길이가 요구되는 때에 특별한 중요성을 갖는다.
출원인은 본 발명의 동축 안테나의 예시들을 생성하였고, 상기 예시들을 종래의 동축 케이블들과 비교하였다. 이들 예시들 및 테스팅 결과들은 아래에 기록되어 있다.
예시 1:
본 발명에 따른 동축 안테나는 도 4에 도시된 바와 같이 구성되었다. 다음의 테스트들은 제안된 발명의 실제 유효성을 테스트하기 위해 수행되었다.
다양한 직경들의 맨드릴(mandrel) 주위에서 180°로 도 4의 동축 안테나를 감싸고, 특성적 임피던스의 변화를 측정함으로써, 굴곡 반경이 측정되었다. 상기 특성적 임피던스는 시간 도메인 반사계(Time Domain Reflectometer)[TDR 샘플링 모듈 80E04를 갖는 텍트로닉스(Tektronix) TDS 8000]를 이용하여 측정되었다. 상기 결과들은 특성적 임피던스의 변화가 32 mm 이상의 맨드릴 직경에 대해 1 Ohm 미만이었음을 보여주었다. 이 테스트는 벤드(bend) 및/또는 몇몇 유연성을 요구하는 어플리케이션들에 동축 안테나가 사용될 수 있는 좋은 지표를 제공하였다.
예시 1의 동축 안테나의 주파수 응답은 애질런트(Agilent) 8753ES 벡터 네트워크 분석기를 이용하여 측정되었다. 삽입 손실(Insertion Loss: S21) 및 복귀 손실(Return Loss: S11)은 300 ㎑ 내지 6 ㎓의 주파수 범위에 걸쳐 측정되었다. 베이스라인 성능 레벨을 얻기 위해서, 이들 측정들은 먼저, 예시 1의 동축 안테나를 이용하여, 개구부들이 외부 제 2 실드 도전체 안에 놓여지기 이전에 수행(길이 방향 감쇠)되었으며, 그리고 이러한 개구부들이 동축 안테나 안으로 도입된 이후에 수행(길이 방향과 횡축방향 감쇠)되었다. 상기 결과들은 다음과 같았다: 베이스라인(비-안테나) 케이블은 2.5 ㎓에서 0.19 dB/m의 길이 방향 삽입 손실을 가졌고, 6 ㎓에서 0.31 dB/m의 길이 방향 삽입 손실을 가졌다. 개구부들이 도입된 후, 길이 방향과 횡축방향 손실의 조합은 2.5 ㎓에서 0.24 dB/m 그리고 6 ㎓에서 0.57 dB/m인 것으로 측정되었다. 누설 라인 안테나의 복귀 손실은 6 ㎓ 미만의 주파수들에 대해 -18 dB 미만인 것으로 측정되었다. 또한, 로데앤슈바르츠(Rhode & Schwarz)로부터의 벡터 네트워크 분석기 ZVCE를 이용하여 안테나 효율성을 유도하기 위해, 전달 임피던스(Transfer Impedance) 측정이 수행되었다. 상기 테스트는 실드된 공간에서 행해졌다. 국제전기기술위원회(International Electrotechnical Commission) 표준 문서 IEC 61196-1에 설명된 와이어 주입 방법이 20 ㎑ 내지 3 ㎓의 주파수 범위에 걸쳐 구현되었다. 테스트 샘플은 하나의 개구부를 갖는 0.5 m 길이의 동축 안테나였다. 양 단부들은 정의된 접지 조건들을 제공하도록 황동 픽스처(brass fixture) 안에서 종료된다. 안테나 효율성은 800 ㎒에서 -15 dB로 측정되었고, 2.5 ㎓에서 -10 dB로 측정되었다. 이들 실험들은 예시 1의 방사/누설 동축 안테나가 높은 대역폭, 즉 400 ㎒ 내지 6 ㎓을 나타내었다는 것을 보여주었다.
수행된 또 다른 실험은 사용 시 시스템을 나타내는 실제 상황에서 예시 1의 동축 안테나를 설치(hook up)하는 것이었다: WLAN 네트워크는 2 개의 컴퓨터들 사이에 이 예시의 동축 안테나를 이용하여 생성되었다. WLAN 액세스 포인트[SMC EliteConnect Universal Wireless Access Point SMC2555W-AG]는 이 예시의 동축 안테나의 60 m에 연결되었다. 10 m 구간은 접지에서 약 2 미터 위에 현가되었고, 수신기는 현가된 안테나 밑의 다수의 지점들에 위치되었으며, 성능이 측정되었다. 수신기는 무선 LAN 카드[SMC EliteConnect Universal Wireless Cardbus Adapter SMC2536W-AG]를 갖는 모바일 컴퓨터[Dell® Lattitude]를 포함하였다. WLAN 링크 품질은 WLAN 안테나가 있는 소프트웨어를 이용하여 측정되었고, 현가된 안테나로부터 5 m 거리 내에서 최대 링크 품질을 나타내었다.
본 발명의 특정 실시예들이 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 이러한 예시와 설명으로 제한되지 않는다. 청구항들의 범위 내에서 변형들과 수정들이 통합될 수 있으며, 본 발명의 부분으로서 구현될 수 있다.

Claims (13)

  1. - 내부 도전체(1),
    - 상기 내부 도전체(1) 주위의 유전체(2),
    - 상기 유전체(2) 주위에 배치된 제 1 실드(shield) 도전체(4) - 상기 제 1 실드 도전체는 상기 내부 도전체(1)의 길이 방향(longitudinal direction)으로 분포된 개구부들(41)을 갖고, 전자기 에너지가 상기 개구부(41)들을 통과하도록 되어 있음 - 를 포함하는 누설 동축 안테나(10)에 있어서,
    - 상기 제 1 실드 도전체(4) 주위에 배치된 제 2 실드 도전체(5) - 상기 제 2 실드 도전체(5)는 실드된 구간(S1 내지 S12)에서 상기 제 1 실드 도전체의 상기 개구부들(41)을 전체 또는 부분적으로 덮도록 되어 있고, 상기 제 2 실드 도전체(5)는 상기 안테나의 상기 길이 방향으로 상기 제 1 실드 도전체(4)의 튜브형 실드 구간들(S1 내지 S12) 및 덮이지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)을 정의하도록 상기 안테나(10)의 길이 방향으로 불연속적으로 배치되며, 상기 덮이지 않은 부분들은 전자기 에너지가 상기 덮이지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)을 통과하도록 되어 있음 - 를 포함하고,
    상기 각각의 튜브형 실드 구간들(S1 내지 S12)은 동작 주파수들의 파장 절반보다 분명히(distinctly) 큰 축 길이를 가져, 상기 전자기 에너지가 상기 각각의 튜브형 실드 구간들(S1 내지 S12) 내에서 상기 안테나의 외부로 방출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 누설 동축 안테나(10).
  2. 내부 도전체(1),
    상기 내부 도전체(1) 주위의 유전체(2),
    상기 유전체(2) 주위에 배치된 제 1 실드 도전체(4) - 상기 제 1 실드 도전체는 상기 내부 도전체(1)의 길이 방향으로 분포된 개구부들(41)을 갖고, 전자기 에너지가 상기 개구부(41)들을 통과하도록 되어 있음 - 를 포함하는 누설 동축 안테나(10)에 있어서,
    상기 제 1 실드 도전체(4) 밑에 배치된 제 2 실드 도전체(5) - 상기 제 2 실드 도전체(5)는 실드된 구간(S1 내지 S12)에서 상기 제 1 실드 도전체의 상기 개구부들(41)을 전체 또는 부분적으로 차단하여, 전자기 에너지가 상기 실드된 구간(S1 내지 S12) 내에서 상기 안테나의 외부로 방출되는 것을 방지하도록 되어 있음 - 를 포함하고,
    상기 제 2 실드 도전체(5)는 상기 안테나의 상기 길이 방향으로 상기 제 1 실드 도전체(4)의 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)을 정의하도록 상기 안테나(10)의 상기 길이 방향으로 불연속적으로 배치되며, 상기 차단되지 않은 부분들은 전자기 에너지가 상기 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)을 통과하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 누설 동축 안테나(10).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 실드 도전체(5)는 다수의 튜브형 구간들(5, S1 내지 S12)을 포함하고, 상기 튜브형 구간들은 상기 튜브형 구간들(S1 내지 S12) 사이에 상기 제 1 실드 도전체(4)의 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12)을 각각 정의하도록 상기 안테나(10)의 상기 길이 방향으로 불연속적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 누설 동축 안테나(10).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 실드 도전체(5)는 적어도 상기 안테나(10)가 동작 중일 때, 상기 실드된 구간(S1 내지 S12) 내에서 상기 제 1 실드 도전체(4)에 전기적으로 커플링되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 누설 동축 안테나(10).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 실드 도전체(4) 및 상기 제 2 실드 도전체(5)는 서로 갈바닉 콘택(galvanic contact)을 유지하는 것을 특징으로 하는 누설 동축 안테나(10).
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 개구부들(41)의 실드된 세그먼트(segment: 31) 및 상기 개구부들(41)의 실드되지 않은 세그먼트(32)를 형성하도록 상기 유전체(2)의 외주 구간을 따라 길이 방향으로 배치된 도전성 스트립(3)을 더 포함하고, 상기 전자기 에너지는 상기 개구부들의 상기 실드되지 않은 세그먼트(32)에서 상기 개구부들(41)을 통과하는 것을 특징으로 하는 누설 동축 안테나(10).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 실드 도전체(4) 및 상기 제 2 실드 도전체(5)는 상기 도전성 스트립(3)을 통해 전기적으로 커플링되는 것을 특징으로 하는 누설 동축 안테나(10).
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 실드 도전체(4)는 층(2, 3) 밑의 전체 표면을 덮지 않는 와이어 도전체들의 개방형 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 누설 동축 안테나(10).
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 실드 도전체(4)는 개방형 구조의 도전성 포일(conductive foil), 도전성 메시(conductive mesh), 서브된 와이어(served wire)들, 또는 브레이드된 와이어(braided wire)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 누설 동축 안테나(10).
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 실드 도전체(4)의 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12) 각각은 상기 안테나(10)의 길이에 따라 변동하는, 특히 주기적인 공진들을 회피하도록 상기 안테나의 길이를 따라 무작위 방식으로 변동하는 상기 안테나(10)의 길이 방향으로 상기 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들 사이에 거리(X1 내지 X10)를 갖는 것을 특징으로 하는 누설 동축 안테나(10).
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 실드 도전체(4)의 덮이지 않은 또는 차단되지 않은 부분들(AS1 내지 AS12) 각각은 상기 안테나(10)의 길이를 따라 변동하는 상기 안테나(10)의 길이 방향으로 폭(L)을 갖는 것을 특징으로 하는 누설 동축 안테나(10).
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내부 도전체(1)는 플라스틱 코어(11) 주위에 감싸진 금속 도전체(12, 13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 누설 동축 안테나(10).
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내부 도전체(1)는, 플라스틱 코어(11) 주위에 배치되고, 상기 내부 도전체는 겹쳐지고, 나선형으로 감싸진 전기 도전성 필름의 형태로 된 내부 층(12), 및 상기 내부 층(12)과 전기적으로 접촉하는 서브된 와이어들의 형태로 된 외부 층(13)을 갖는 2 개의 층들(12, 13)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누설 동축 안테나(10).
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