KR101166665B1 - 직접적 도파관 접속수단을 구비하는 평면형 안테나 시스템 - Google Patents

직접적 도파관 접속수단을 구비하는 평면형 안테나 시스템 Download PDF

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KR101166665B1
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쥴리앙 싸르라쩽
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Abstract

본 발명은, 접지면(5)에 중첩되는 기판의 표면에 배열되는, 송출요소(a1 내지 a4)로 이루어지는 적어도 하나의 보조회로를 포함하는 평면형 안테나에 관한 것으로서, 각 보조회로는, 연결되는 보조회로 전력공급선(b1 내지 b4)에 의해 전력을 공급받는 다수의 송출요소(3)들로 구성되고, 슬롯(F1 내지 F4)이 각 보조회로 전력공급선(b1 내지 b4)의 전방에 있는 접지면(5)에 형성되며, 슬롯에 의해 에너지 전송선과 각 보조회로 전력공급선 사이에 전자기적 결합이 형성되도록 접지면에 관련하여 배치되는 상기 에너지 전송선을(G) 또한 포함한다. 상기 발명은 보조회로 전력공급선에 비스듬하게 연장되도록 에너지 전송선이 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

직접적 도파관 접속수단을 구비하는 평면형 안테나 시스템{FLAT ANTENNA SYSTEM WITH A DIRECT WAVEGUIDE ACCESS}
본 발명은 통신 안테나에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 헤르츠빔(Hertzian beams)을 위한 안테나(단파 안테나)에 관한 것이다.
본 발명은, 더욱 상세하게, 도파관(wave guide)에 의해 전파되는 헤르츠빔을 위한 평면형 안테나에 관한 것이다.
위성 안테나(satellite dish)가 일반적으로 헤르츠빔 용도로 사용된다. 일반적으로 직사각형 도파관이, 안테나의 전기적 무선 접속(access)을 생성성하기 위하여, 위성 안테나의 후단부에 치우쳐있는 하우징에 연결된다. 도 1a는 도파관(G)에 연결되는 위성 안테나(1)를 도식적으로 보여준다.
동등한 표면적인 경우, 평면형 안테나는 위성 안테나 만큼 효율적인 것으로 인정되고 있다. 나아가, 평면형 안테나는 작은 크기와 (특히, 얇다는 사실에 기인한) 낮은 바람 저항성으로 특징지어지며, 따라서 위성 안테나보다 선호되는 경향이 있다.
평면형 안테나를 위해 사용되는 인쇄 기술(printed technology)의 한 장점은, 예를 들어 SMA-3.5mm형과 같은, 동축 연결수단에 적용하기 위한 인쇄 기술의 매우 우수한 수용력(capacity)이다. 도 1b에 도식적으로 나타난 바와 같이, 따라서 동축커넥터가 장착된 평면형 안테나(2)가 동축 가이드 트랜지션(coaxial guide transition)(TGC)을 통해 도파관(G)에 연결될 수 있다.
전통적으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 평면형 안테나(2)는 안테나의 유전체기판(dielectric substrate)에 집적되는 송출요소(radiating element)들로 이루어진 회로를 포함한다.
더욱 구체적으로, 평면형 안테나(2)는 서로 평행한 한 세트의 선형 보조회로(sub-network)(a1 내지 a4)를 포함하며, 각 선형 보조회로(sub-network)(a1 내지 a4)는 한 세트의 송출요소(3)들로 구성된다. 송출요소는 각각 전형적으로, 모서리 중 하나가 선형 보조회로의 (전형적으로 미세-띠(micro-strip) 형태인) 전력공급선(power supply line)(b1 내지 b4)에 연결되는, 정사각형의 전도성 표면으로 구성된다.
도 2는 동축 가이드 트랜지션(TGC)을 통한 평면형 안테나(2)의 전력 공급에 대한 하나의 실시예를 더욱 구체적으로 보여준다. 이를 위하여, 동축 가이드 트랜지션(TGC)을 경유하여 도파관에 의해 전력을 공급받게 되는 전력공급선(L)(전형적으로, 미세-띠 선로)은 선형 보조회로(a1 내지 a4)를 횡단하도록 조립된다. 이러한 전력공급선(L)은 따라서 보조회로들의 전력공급선에 전력이 공급될 수 있도록 허용 하여, 결과적으로 모든 보조회로의 송출요소에 전력이 공급될 수 있도록 한다.
그러나 도 2의 해결책은 전체적으로 만족스러운 것은 아니다.
동축 연결수단은 사실 직류전기(galvanic sections)에 약하고 민감하다. 나아가, 미세-띠 형태의 전력공급선(L)은, 일반적으로 도파관 손실보다 더 큰, 큰 선형 손실(linear loss)를 갖는다.
종래기술은, 예를 들어 US 6,509,874의 문서에서, 각 보조회로의 전력공급선 반대편의 접지면(earth plane)에 슬롯(slot)의 추가 및, 상기 도파관이 보조회로에 수직으로 연장되도록, 금속 몸체의 표면에 만들어지는 채널(channel) 형태의, 상기 도파관의 접지면에 관련한 조립을 개시한다. 이 방식에서, 전자기적 결합(electromagnetic coupling)이 상기 도파관과 각 보조회로 전력공급선 사이의 슬롯에 의해 생성된다.
그러나, 그러한 직교형 배열을 통해서는, 보조회로들이 반대 위상(opposite phase)(매 180°마다)에서 전력을 공급받게 된다. 그러므로, + 또는 - 180°의 위상 차이(phase offset)를 보상해주기 위한 수단이 요구된다.
따라서, US 6,509,874의 문서(특히, 도 3b와 비교하면)는 반대 위상에서 슬롯들에 의한 보조회로 전력공급 및, + 또는 - 180°의 전기적 길이(electrical length) 만큼 전력공급선을 따라 송출요소의 열(row)을 이동시킴에 의해 달성되는 위상 보정(phase correction)을 보여준다.
위상 보정을 위한 다른 해결책이 US 6,313,807의 문서에 나타나며, 도파관의 일측 또는 다른 일측을 경유하여 각 회로에 전력을 공급하도록 구성된다.
본 발명의 목적은, 동일한 보조회로의 모든 송출요소에 동일 위상의 전력공급을 가능하게 하는 가운데, 동축 가이드 트렌지션의 사용과 관련되는 단점을 갖지 않는 평면형 단파 안테나를 제안하는 것이다.
이를 위하여, 본 발명은, 접지면에 중첩되는 기판의 표면에 위치하는 적어도 하나의 송출요소들로 이루어지는 보조회로를 포함하는 평면형 안테나 시스템을 제공하며, 여기서 각 보조회로는 연결되는 보조회로 전력공급선에 의해 전력이 공급될 수 있는 다수의 송출요소로 구성되고, 또한 여기서 슬롯이 각 보조회로 전력공급선 반대편의 접지면에 만들어지며, 나아가 여기서 평면형 안테나 시스템은 에너지 전송선(transmission line)을 더 포함하되, 이 에너지 전송선은 접지면에 관련하여 에너지 전송선과 각 보조회로 전력공급선들 사이의 슬롯마다 전자기적 결합을 생성하도록 위치하게 되며, 아울러 여기서 평면형 안테나 시스템은, 에너지 전송선이 보조회로 전력공급선에 대하여 비스듬히 연장되도록 조립되는 것을, 특징으로 한다.
본 시스템의 바람직하지만 제한적이지 않은 특정의 양태들은 다음과 같다:
- 에너지 전송선은, 하나의 표면이 접지면과 접촉하는, 직사각형 도파관이며, 그리고 파동 송출 슬롯들은, 접지면의 슬롯들 및 도파관의 슬롯들이 중첩되도록, 도파관의 상기 하나의 표면에 만들어진다.
- 에너지 전송선은 U자형 단면을 갖는 도파관이며, 그리고 상기 도파관은, 접지면이 도파관의 공간을 폐쇄하도록, 조립된다.
- 에너지 전송선은, 두 개의 3-판형 선로 접지면(three-plate line earth planes) 사이에 끼워지는 전도선(conductor line)을 포함하는, 3-판형 선로(three-plate line)이며, 여기서 파동 송출 슬롯들은, 접지면의 슬롯들과 3-판형 선로의 슬롯들이 중첩되도록, 상기 접지면과 접촉하는 3-판형 선로 접지면에 만들어진다.
- 에너지 전송선은 두 개의 3-판형 선로 접지면 사이에 끼워지는 전도선을 포함하는 3-판형 선로이며, 여기서 3-판형 선로 접지면 중 하나는 상기 접지면과 결합된다.
- 평면형 안테나 시스템은 서로 평행한 다수의 선형 보조회로를 포함하며, 여기서 접지면에 만들어지는 슬롯들은 전력공급선들에 수직으로 위치하게 된다.
- 에너지 전송선에 만들어지는 슬롯들은 에너지 전송선의 길이방향에 비스듬하게 만들어지는 홈(notch)들이다.
- 평면형 안테나 시스템에서, 각 전력공급선은 대응하는 슬롯과 관련하여, 에너지 전송선과 상기 전력공급선 사이의 결합 비율(coupling rate)을 제어하도록, 배치된다.
- 각 보조회로 전력공급선은 보조회로의 송출요소들의 송출 진폭을 조정하는 수단(means of weighting)을 포함한다.
- 조정 수단(weighting means)은, 송출요소들 사이의 공간에 채워지는, 임피던스 변압기(impedance transformer)들을 포함한다.
- 보조회로의 송출요소들의 크기는, 상기 송출요소들의 송출 진폭을 조정하도록, 조정된다.
- 전도성 표면 형태인 송출요소의 크기 조정은 상기 표면의 특징적 치수들 중 하나를 감소시키는 것으로 이루어진다.
- 송출요소들로 구성되는 보조회로의 전력공급선은 미세-띠 선로(micro-strip line)이다.
본 발명의 다른 양태들, 목적들 및 장점들이, 이미 언급했던 도 1a, 도 1b 및 도 2 이외의 첨부도면을 참조하여 만들어지고, 비제한적인 예를 통해 제공되는, 바람직한 실시예들에 관한 뒤따르는 상세한 설명을 읽는 과정에서 명확해 질 것이다.
- 도 1c는 직접적 도파관 접속수단을 구비하는 평면형 안테나를 도시한 도면이다.
- 도 3은 실현 가능한 평면형 안테나 시스템의 실시예를 도시한 도면이다.
- 도 4a 및 도 4b는 송출요소들의 진폭을 조절하는 서로 다른 방법들을 도시한 도면이다.
- 도 5a 및 도 5b는, 슬롯의 중심과 관련한 전력공급선의 위치에 따른, 도파관과 전력공급선 사이를 결합하는 슬롯을 도시한 도면이다.
- 도 6은 본 발명에 따른 평면형 안테나 시스템에 관한 하나의 유익한 실시 예를 도시한 도면이다.
도 1c는 직접적 도파관 접속수단(G)을 구비하는 평면형 안테나(20)를 매우 도식적으로 보여준다. 도 3은 평면형 안테나 시스템(10)의 실현 가능한 실시예를 보여준다. 도 3에서, 도 2와 공통적으로 사용되는 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호가 부여되었다.
평면형 안테나 시스템(10)은 평면형 안테나(20) 및 도파관(G)을 포함한다.
평면형 안테나(20)는 전통적으로, (도 3의 배경에 도시된) 접지면(5)을 형성하는 평면형의 전도성 금속판 및, 접지면에 실질적으로 평행하게 중첩되는 유전체판(dielectric plate) 형태의 기판을 포함한다.
회로는 접지면(5) 반대편의 기판 표면에 인쇄되며, 송출요소(3)들을 포함한다.
평면형 안테나(20)는 접지면 반대편의 기판 표면 위에 구비되는 서로 평행한 선형 보조회로(a1 내지 a4)들의 세트를 포함하며, 여기서 각 선형 보조회로(a1 내지 a4)는 보조회로 전력공급선(b1 내지 b4)에 의해 전력을 공급받게 될 송출요소(3)들의 세트로 구성된다. 전력공급선은 전형적으로 동일한 기판 위에 또는 다른 층 위에 인쇄되는 미세-띠(micro-strip)이다.
송출요소들은 전형적으로, 하나의 모서리가 대응하는 보조회로 전력공급 선(b1 내지 b4)에 연결되는, 정사각형 전도성 표면으로 구성되며, 여기서 상기한 모서리로부터 출발하는 정사각형의 대각선은 대응하는 전력공급선(b1 내지 b4)에 수직이다.
물론, 본 발명은 송출요소들의 구체적인 형상이나 대응하는 전력공급선으로의 특정한 연결에 제한되지 않는다.
따라서, 송출요소들은 다각형 형상(예를 들어, 삼각형 또는 직사각형) 또는 심지어 원형의 전도성 표면으로 형성될 수 있을 것이다.
송출요소들은 나아가 상기 표면의 모서리가 아닌, 예를 들어 전도성 표면의 변(side)들 중 하나를 따르거나 심지어 전도성 표면 내부일 수 있는, 전도성 표면의 다른 지점들에서 전력을 공급받을 수도 있을 것이다. 직전의 예에서, 특히, 전력공급선의 일부구간(segment)의 각 측면이 금속화되지 않은 상태로 남아있도록 한 상태에서, 전력공급선이 전도성 표면 속으로 관통시켜, 전도성 표면 속으로의 루트(route)를 개방할 수 있다.
슬롯(F1 내지 F4)은 각 보조회로 전력공급선(b1 내지 b4) 반대편의 접지면(5)에 만들어진다. 슬롯들은 서로 동일한 것이 바람직하다. 각 슬롯(F1 내지 F4)은 따라서 대응하는 전력공급선을 횡단하도록 위치하게 된다.
보조회로들이 서로 평행한 선형 보조회로 일 때, 바람직하게 직사각형 슬롯들이 전력공급선에 대하여 수직으로 위치하게 될 것이다.
평면형 안테나 시스템(10)은 또한 각 접지면(5)에 대하여, 슬롯당 하나의 전 자기적 결합(electromagnetic coupling)이 에너지 전송선과 보조회로 전력공급선 사이에 생성되도록, 위치하게 되는 상기 에너지 전송선(G)을 포함한다.
에너지 전송선은 도파관 또는, 특히 3-판형 선로와 같은, 어떠한 다른 종류의 전송선일 것이다.
도파관은 예를 들어 직사각형 단면형상을 갖는 도파관이다. 또한, U자형 단면형상을 갖는 도파관일 수도 있다.
전자기장이, 도 3의 예에서, 도파관의 직사각형 공간 내에서, 바닥으로부터 상부로, 펼쳐지게 된다.
종단 저항(terminal resistor)(미도시)이 도파관(G)의 상판(11) 위에 제공될 것이다.
도파관이 직사각형 단면형상을 가질 때, 도파관의 슬롯들은, 예를 들어 도파관의 몸체, 특히 접지면과 접촉하는 도파관의 표면들 중 하나에 가공되는 방식으로, 접지면의 슬롯들과 동일하게 만들어져, 접지면의 슬롯들과 도파관의 슬롯들이 중첩된다(이러한 이유에 따라, 동일한 참조부호가 모든 슬롯들을 지시하기 위하여 사용되었다.). 전자기장이, 평면형 안테나의 접지면 및 접지면과 접촉하는 도파관의 표면에 있는 중첩되는 슬롯들을 경유하여, 안내공간(guide space)에 펼쳐지게 되고, 보조회로 전력공급선을 자극한다.
도파관이 U자형 단면형상을 가질 때, 도파관은, 접지면(5)이 도파관의 공간을 폐쇄하도록, 조립된다. 전자기장은 평면형 안테나의 접지면에 있는 슬롯들을 경유하여 안내공간에 펼쳐지게 된다.
물론, 평면형 안테나 구조는 에너지 전송선(미도시)을 위한, 즉 에너지 전송선 내부에서 이동하고 슬롯들(F1 내지 F4)을 통해 송출되는, 전기적 에너지를 상기 에너지 전송선에 제공하기 위한, 에너지 공급수단을 더 포함한다.
앞서 언급한 바와 같이, 슬롯들은 도파관(직사각형 도파관이 사용될 때)의 동일 표면 위에 만들어지며, 상기 표면은, 평면형 안테나의 유전체 기판 반대편에 있는, 평면형 안테나(20)의 접지면 마주보도록 조립된다. 이 방식에서, 도파관으로의 접속수단이 평면형 안테나의 접지면에 부착된다. 물론 접속수단은 접지면이 도파관의 공간을 폐쇄할 때에도 또한 접지면에 부착된다.
에너지 공급선은 또한 두 개의 3-판형 선로 접지면 사이에 끼워지는 전도선을 포함하는 3-판형 선로 형태로 제공될 수도 있다.
첫 번째 변형예에서, 3-판형 선로 접지면 중 하나는 (슬롯들이 만들어져 있는) 평면형 안테나의 접지면과 결합된다.
다른 변형예에서, 파동 송출 슬롯(wave radiation slot)들이 평면형 안테나의 접지면과 접촉하는 3-판형 선로 접지면 중 하나에 만들어져, 접지면(5)의 슬롯들과 3-판형 선로의 슬롯들이 중첩된다.
도 3(사시도)에 나타난 본 발명의 대표적이지 않은 예에서, 에너지 전송선(여기서는 도파관의 형태로 나타나지만, 3-판형 선로의 실시예에도 적용된다.)은 보조회로 전력공급선에 수직으로 널리 연장되도록 조립된다. 이와 같은 경우에서, 슬롯들은, 전력공급선에 수직으로 위치하게 되도록, 에너지 전송선의 길이방향을 따라 (예를 들어 직사각형 홈 형태로) 만들어진다.
이러한 결합으로 인해, 일측의 에너지 전송선, 말하자면 도파관 또는 3-판형 선로와 다른 일측의 각 보조회로 전력공급선 사이에 에너지 전달이 일어난다. 이러한 방식에서, 각 보조회로 전력공급선은 슬롯들에 의해 송출되는 에너지에 의해 자극받게 되어, 보조회로 전력공급선에 연결되는 모든 송출요소에 전력을 공급한다.
횡단형 전력공급선(L)을 통해 보조회로의 송출요소들에 전력을 공급하기 위하여 도 2의 평면형 안테나 구조가 제공되는 경우, 본 발명에 따른 평면형 안테나 구조는 각 보조회로와, 평면형 안테나의 유전체 기판 반대편에 있는, 에너지 전송선의 일 부분 사이의 전자기적 결합을 생성하도록 만들어지는 다수의 슬롯을 사용할 것을 제안한다.
FR 2 646 565의 문서는, 에너지가 도파관 내부에 퍼지도록 도파관 내부에 직사각형 슬롯들을 형성하여, 에너지가 직접적으로 슬롯들을 경유하여 자유공간을 향해 송출되도록 하는 것을 제안함을 알 수 있을 것이다.
이 문서는, 본 발명과 대조적으로, 송출요소가 인쇄된 회로를 구비하는 평면형 안테나의 전력공급과 관련이 없으며, 그러므로 송출요소의 전력공급을 커버하지 않는다. 나아가, 이 문서는 두 개의 에너지 전송선 사이의 결합, 특히 도파관과 보조회로 전력공급선의 결합을 생성하기 위하여 슬롯 송출(slot radiation)을 사용하는 것을 전혀 염두에 두지 않는다.
평면형 안테나는 송출요소의 네트워크를 형성한다. 송출요소들의 진폭을 조정하지 않을 경우, 2차 로브(lobe)들의 레벨은 대략 -13dB에 도달할 것이다.
뒤따르는 설명은, 평면형 안테나의 진폭을 조정(weighting)하는, 특히 내장되는 2차 로브의 레벨을 예를 들어 대략 -20dB까지 허용하는, 두 개의 가능한 실시예에 관한 것이다. 이러한 실시예들은 보조회로 전력공급선과 도파관 사이의 슬롯을 통한 전자기적 결합에 의한 직접적 도파관 접속에 관한 본 발명에 한정되는 것은 아니라는 것을 알게 될 것이다. 또한, 이러한 실시예들은 분리되거나 결합되어 사용될 수 있음을 알게 될 것이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 첫 번째 실시예에서, 임피던스 변압기(T)들이 보조회로 전력공급선(bi)에서 동일한 보조회로의 송출요소(3)들 사이의 공간에 채워진다.
더욱 정확하게, 임피던스 변압기(T)들은 요구되는 점진적인 감쇠(progressive attenuation)에 대응하는 변환비를 갖도록 제공된다.
변압기(T)는 전형적으로 1/4파 및 반파 변압기이다. 점진적 법칙(예를 들어, 지수법칙 또는 로그법칙)을 구비하는 변압기 또한 사용될 수 있을 것이다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 두 번째 가능한 실시예에서, 조정은 송출요소(3)들의 표면 크기가 변화함에 의해 송출요소(3)에 통합된다.
구체적으로, 송출요소의 표면적 감소는, 동일한 신호 레벨을 유지하는 가운데, 송출요소로부터 외부로의 에너지 전달능력의 감소를 수반하게 된다.
이러한 두 번째 실시예는 변압기의 사용을 피할 수 있도록 함에 따라 유익하다. 사실, 변압기는 보조회로 전력공급선(bi)에 불연속성을 생성한다. 그리고, 이러 한 불연속성은 교대로, 부분적으로 평면형 안테나의 송출다이어그램의 평면(H)에서 높은 레벨의 교차요소(crossed element)(대략 -10dB 정도)의 원인이 되는, 잡음 송출(parasite radiation)을 일으킨다.
이러한 통합된 조정을 수행함에 의해, 보조회로 전력공급선(bi)은 더 이상 변압기의 사용과 관련되는 불연속성을 갖지 않는다.
보조회로의 여러 송출요소(3)들은 이때 전력공급선(bi)에 의해 모두 동일하게 전력을 공급받도록 동일하게 조정된다.
송출요소들은 일반적으로, 평면형 안테나의 주 송출 주파수에 대응하며 송출요소가 형성되는 인쇄회로기판 위에서의 안내된 파장의 1/2인 변(side)을 갖는, 정사각형 전도성 판의 형태이다.
송출요소의 표면에서의 감소의 예로서, 송출요소는 파장의 1/2인 길이와 1/n(여기서, n은 2보다 크다)의 폭을 갖는 직사각형 전도성 판 형태를 갖는 것으로 고려될 수 있다.
달리 표현하면, 이 경우에서 정사각형 송출요소의 단 하나의 변이 감소한다. 사실, 변을 파장의 1/2로 유지하는 것은 주 주파수가 송출 주파수처럼 유지될 수 있도록 한다.
일반적으로, 이러한 사실은 송출요소의 특징적 치수(다각형 송출요소의 경우에서 하나의 변의 길이, 원형 송출요소의 경우에서 직경) 중 하나의 감소를 수반한다.
도 4b에서 도식적으로 보여주는 바와 같이, 통합된 조정(integrated weighting)이 (전력공급선의 중심에 있는 보조회로 전력공급선의 자극 중심(centre of excitation)(P)과 관련하여) 보조회로의 중심에 있는 송출요소(31)를 부각시키는 방식으로, 그리고 자극 지점(P)에 대하여 대칭인 가운데 자극 지점(P)으로부터 점차 멀어짐에 따라 송출요소들(32)(33)의 크기를 점진적으로 감소시키는 방식으로 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 평면형 안테나의 설명으로 돌아와서, 본 발명의 유익한 하나의 실시예에 따르면, 말하자면, 슬롯의 중심에 대하여 보조회로의 전력공급선의 치우침(offset)을 조정함으로써 결합비율(coupling rate)이 제어되어, 두 개의 에너지 전송선 사이(도파관 또는 3-판형 선로와 보조회로 전력공급선 사이)의 에너지 전달이 제어된다.
이미 언급한 바와 같이, 슬롯들은 서로 동일하며(예를 들어, 동일한 직사각형 홈(notch)들이 접지면 및 직사각형 단면의 도파관 몸체에 모두 만들어진다.), 결합비율의 제어는 슬롯의 크기를 조정함이 없이 (말하자면, 서로 다른 크기의 슬롯들을 제공하지 않고) 본 발명의 범위 내에서 수행된다.
이러한 결합비율 제어는, 보조회로 전력공급선 또는 도파관의 입력 결합비율이 (도 3에서 바닥으로부터 상부를 향하면서) 점진적으로 증가함에 의한, 도파관 내부에서의 전자기장의 출력 강하(종단을 향한, 즉 도파관 공간 내에서 에너지가 펼쳐지게 하는 도파관(G)의 상판을 향한 점진적인 강하)의 보상을 가능하게 함에 따라 유익하다.
도 5a는 보조회로 전력공급선(bi)을 자극하는 길이 L의 슬롯(실제로, 직사각형 단면의 도파관 또는 심지어 평면형 안테나의 접지면과 접촉하는 접지면을 구비하는 3-판형 선로가 사용될 때, 두 개의 중첩되는 슬롯)을 보여준다. 종래기술은 슬롯을 따르는 반파장(half-wavelength)을 갖는 전류의 분배가 중심에서 그 최대값을 갖고 가장자리를 향하면서 강하하는 것으로 개시한다.
따라서, 슬롯(Fi)을 횡단하도록 배치되는 보조회로 전력공급선(bi)과의 결합(coupling)은 이러한 전류 분배 법칙에 의존한다. 결과적으로, 전력공급선(bi)이 슬롯의 중심으로부터 멀어질수록 결합이 약해진다.
도 5a에, 슬롯(Fi)에 대한 전력공급선의 세 가지 가능한 배치가 나타난다. b 지점은 전력공급선(bi)이 슬롯의 중심에서 슬롯(Fi)과 수직으로 배치되는 경우를 도시한다. a 지점 및 c 지점은 전력공급선(bi)이 슬롯(Fi)과 수직으로 배치되되, 슬롯 중심에 대하여 치우쳐 있는 경우를 도시한다. 구체적으로, c 지점은 a 지점보다 슬롯 중심에 대하여 더욱 치우쳐 있다.
도 5b는, 슬롯에 대한 전력공급선의 길이방향 배치에 따른, 슬롯과 전력공급선 사이의 결합 비율을 보여준다. 결합 비율은 전력공급선(bi)이 슬롯 중심(b 지점)에서 슬롯(Fi)과 수직으로 배치될 때 최대이다. 결합 비율은, 슬롯 중심으로부터 거리가 증가함에 따라, 강하한다(a 지점과 c지점을 비교하면, a 지점에서의 결합 비 율이 c 지점에서보다 더 크다).
도 6은, 결합 비율이 에너지 전송선과 여러 전력공급선 사이에서 제어되는, 본 발명에 따른 평면 안테나 시스템의 유익한 실시예를 도시한다. 에너지 전송선( 이 경우에서는 도파관(G))은 일련의 비스듬한 슬롯들(F1 내지 F4)을 구비하며, 보조회로의 전력공급선에 대하여 약간 비스듬하게 배치되어, 도파관의 슬롯들이 접지면의 슬롯들과 중첩됨과 더불어 그로 인해 전력공급선에 수직으로 배치되도록 하며, 이때 하나의 보조회로 전력공급선으로부터 다른 전력공급선으로 가면서 도파관과 전력공급선 사이의 결합 비율이 점진적으로 변화하게 된다.
여기에 나타나는 예에서, 하나의 입력 보조회로 전력공급선에서 다른 것들로 갈수록(도 6에서 바닥으로부터 상부로 갈수록) 결합비율이 증가한다. 도 6에서, 열십자(cross)들이 각 전력공급선의 대응하는 슬롯에 대한 배치를 표시하게 위하여 사용되었다. 처음에, 들어오는 방향에서 도파관 입력측으로부터 첫 번째 슬롯에 대한 열십자는 슬롯의 중심으로부터 거리가 있다. 결과는 결합비율이 낮게 된다. 도파관에서의 에너지 전파 방향을 따라가면서, 열십자는 대응하는 슬롯의 중심에 점진적으로 근접하게 되며, 결합비율 또한 점진적으로 증가한다. 마지막 보조회로에서, 열십자는 대응하는 슬롯의 중심과 일치하게 되고, 결합비율이 최대 수준에 있게 된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 보조회로의 전력공급선에 대하여 비스듬하게 배치되는 도파관을 구비하는 본 발명에 따른 배치(layout)는 나아가, 동일 보조회로의 모든 송출요소에 동일 위상으로 전력을 공급하는 것(동일 위상 전력공급)을 가능하게 하기 위하여 적용된다.
두 유형의 에너지 전송선(도파관 및 보조회로 전력공급선)은 서로 다른 유전 물질을 구비한다. 낮은 안테나 손실을 갖는 기판에서의 파장은 대략, 자유공간에서의 파장의 길이의 0.7 내지 0.8이다. 자유공간에서의 파장 자체는 도파관에서의 파장에 가깝다.
일반적으로, 안테나 송출 다이어그램에서 2차 로브에서 일어날 수 있는 강한 상승을 피하기 위하여, 송출요소들 사이의 차이가 자유공간에서의 파장의 0.8배를 초과하지 않도록 하는 것이 중요하다.
미세-띠 선로에 의해 전력이 공급되는 선형 네트워크 보조회로의 경우에서, 두 송출요소 사이의 자유공간에서의 파장의 0.8배의 길이를 갖는, 상기 미세-띠 선로는 두 송출요소 사이의 유전체에서의 파장과 같은 전기적 길이(electrical length)를 갖게 되어, 모든 송출요소에 동일 위상으로 전력이 공급되는 것을 가능하게 한다.
그러므로, 본 발명의 범위 내에서, 도파관에서의 파장이 진공에서의 파장에 매우 근접함에 따라, 보조회로 전력공급선에 대하여 도파관을 비스듬하게 배치하는 것은 진공상태에서의 파장 차이(difference)를 얻을 수 있도록 하여, 결과적으로 보조회로들 사이에 동일 위상의 전력공급이 이루어질 수 있도록 하며, 이때 보조회로들 사이에 대략 파장의 0.8배의 수직 공간이 남게 된다.
비스듬한 배치는 나아가 도파관 몸체에 비스듬한 슬롯들을 가공하는데 유익 하다. 전력공급선은 따라서, 도 5a에서 도식적으로 보여주는 바와 같이, 도파관 내부에서 전기장 전파모드(propagation modes)를 사용하여, 슬롯 내에 최적의 전류 분배를 달성할 수 있도록, 슬롯들에 수직일 것이다.
본 발명에 따른 평면형 안테나 시스템의 일 적용은 22.1 내지 23.1 GHz 대역(band)에서의 전송에 관련된다; 그러나 본 발명은 결코 이러한 특정 범위의 주파수에 제한되지 않는다.

Claims (15)

  1. 접지면(5)에 중첩되는 기판의 표면에 위치하는 송출요소들(a1 내지 a4)로 이루어지는 적어도 하나의 보조회로를 포함하는 평면형 안테나 시스템(10)에 있어서,
    각 보조회로는, 연결되는 보조회로 전력공급선(b1 내지 b4)에 의해 전력을 공급받게 될, 다수의 송출요소로 구성되며,
    슬롯들(F1 내지 F4)이 각 보조회로 전력공급선(b1 내지 b4) 반대편의 접지면(5)에 만들어지며,
    에너지 전송선과 각 보조회로 전력공급선 사이에서 슬롯마다 전자기적 결합을 생성하도록, 접지면에 대하여 배치되는 상기 에너지 전송선(G)을 더 포함하며,
    에너지 전송선은 보조회로 전력공급선에 대하여 비스듬하게 연장되도록 조립되는 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    에너지 전송선은 하나의 표면이 접지면(5)과 접촉하는 직사각형 도파관(G)이며,
    파동 송출 슬롯들이 도파관의 상기 표면에 만들어져, 접지면의 슬롯들과 도 파관의 슬롯들이 중첩되는 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
  3. 제 1항에 있어서
    에너지 전송선은 U자형 단면형상의 도파관이며,
    상기 도파관은 접지면(5)이 도파관 공간을 폐쇄하도록 조립되는 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    에너지 전송선은, 두 개의 3-판형 선로용 접지면 사이에 끼워지는 전도선을 포함하는, 3-판형 선로이며,
    파동 송출 슬롯들은, 상기 접지면과 접촉하는 3-판형 선로용 접지면에 만들어져, 접지면(5)의 슬롯들과 3-판형 선로의 슬롯들이 중첩되도록 하는 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    에너지 전송선은, 두 개의 3-판형 선로용 접지면 사이에 끼워지는 전도선을 포함하는, 3-판형 선로이며,
    3-판형 선로용 접지면 중 하나는 상기 접지면(5)에 결합되는 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    서로 평행한 다수의 선형 보조회로를 포함하고,
    접지면(5)에 만들어지는 슬롯들(F1 내지 F4)은 전력공급선에 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
  7. 제 2항에 있어서,
    서로 평행한 다수의 선형 보조회로를 포함하고,
    접지면(5)에 만들어지는 슬롯들(F1 내지 F4)은 전력공급선에 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
  8. 제 4항에 있어서,
    서로 평행한 다수의 선형 보조회로를 포함하고,
    접지면(5)에 만들어지는 슬롯들(F1 내지 F4)은 전력공급선에 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
  9. 제 7항 또는 제8항에 있어서,
    에너지 전송선에 만들어지는 슬롯들은 에너지 전송선의 길이방향에 비스듬하게 만들어지는 홈들인 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    각 전력공급선은 대응하는 슬롯에 관하여, 에너지 전송선과 전력공급선 사이의 결합 비율을 제어하도록, 배치되는 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    각 보조회로 전력공급선(b1 내지 b4)은 보조회로의 송출요소(3)의 송출 진폭조정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    조정 수단은 송출요소(3) 사이의 공간에 채워지는 임피던스 변압기(T)를 포함하는 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
  13. 제 1항에 있어서,
    보조회로의 송출요소(3)의 크기는, 상기 송출요소의 송출 진폭을 조정하도록, 조정되는 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    전도성 표면 형태인 송출요소의 크기 조정은 상기 전도성 표면의 특징적 치수 중 하나를 감소시키는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
  15. 제 1항에 있어서,
    송출요소들로 이루어지는 보조회로의 전력공급선은 미세-띠 선로인 것을 특징으로 하는 평면형 안테나 시스템.
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