KR101286873B1

KR101286873B1 - 멀티 빔 안테나 장치

Info

Publication number: KR101286873B1
Application number: KR1020117020118A
Authority: KR
Inventors: 마사히꼬 오오따; 다께또 노무라
Original assignee: 히타치가세이가부시끼가이샤
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2013-07-16
Also published as: EP2393156A4; EP2393156B1; US20110285598A1; KR20110112447A; WO2010087453A1; CN102369634B; JP5428901B2; EP2393156A1; CN102369634A; US8847841B2; JP2010200316A

Abstract

1개의 안테나 유닛으로 2개의 독립된 멀티 빔 특성을 실현하여 이득을 향상시키는 멀티 빔 안테나 장치를 제공하는 것이다. 제1 안테나부와 제2 안테나부와 제1 로트만 렌즈부와 제2 로트만 렌즈부를 이 순서대로 적층한 평면 안테나 모듈로서, 제1 안테나부와 제1 로트만 렌즈부로, 1개의 멀티 빔 특성을 실현하고, 제2 안테나부와 제2 로트만 렌즈부로, 또 하나의 독립된 멀티 빔 특성을 실현한다. 그 때의 로트만 렌즈 설계에 있어서, 빔 형성 각도를 β로 하고, 교점 S2와 복수의 입력 단자의 1개를 연결하는 선과, 중심선(208)이 이루는 각도를 α로 하였을 때, β<α이며, 또한, η=(β/α)ㆍ(Ln/F)<1의 관계식을 만족하고, G를 β=α의 조건에서 설계한 경우의 로트만 렌즈의 크기보다도 작게 하도록 로트만 렌즈의 형상을 결정한다.

Description

멀티 빔 안테나 장치{MULTI-BEAM ANTENNA APPARATUS}

본 발명은, 미리파대의 차량 탑재 리더 등에 이용되는 멀티 빔 안테나 장치의 구성에 관한 것이다.

우선, 로트만 렌즈를 이용한 종래의 멀티 빔 안테나 장치의 분해 사시도를 도 11에 도시한다. 도면에 있어서 참조 부호 31은 로트만 렌즈 패턴이며, 상세한 것은 도 12에 도시한다. 도 12에 있어서 참조 부호 221, 222, …, 22m은 로트만 렌즈(1)에 전력을 공급하는 입력 단자, 참조 부호 231, 232, …, 23n은 로트만 렌즈(201) 내의 전력을 취출하는 출력 단자, 참조 부호 241, 242, …, 24n은 공간에 전파를 방사하는 안테나 소자, 참조 부호 205는 복수개의 안테나 소자(241, 242, …, 24n)가 직선 형태로 배열된 어레이 안테나, 참조 부호 261, 262, …, 26n은 상기 출력 단자와 상기 안테나 소자를 연결하는 급전 선로, 참조 부호 207은 길이가 다른 급전 선로(261, 262, …, 26n)로 이루어지는 선로부, 참조 부호 208은 중심선이며, 이 안테나 장치는, 중심선(208)에 대하여 선대칭이다. 참조 부호 209는 입력 단자(221)의 위치를 나타내기 위한 보조선이며, 입력 단자(221)는, 좌표계(X, Y)의 원점이 되는 S2에서 보아, 중심선(208)으로부터 앙각 α의 방향에 있다. 참조 부호 210은 입력 단자(221)를 여진하였을 때의 공간에서의 빔 방향을 나타내는 직선이며, 상기 어레이 안테나의 정면 방향으로부터 각도 β의 방향을 향하고 있지만, 기본 설계에서는, 통상 β=α를 조건에서 설계된다.

이상과 같이 구성된 종래의 안테나 장치에서는, 입력 단자(221, 222, …, 22m) 중의 하나의 입력 단자를 여진하였을 때, 전력은 로트만 렌즈(201) 내에 공급된다. 로트만 렌즈(201) 내의 전력은 출력 단자(231, 232, …, 23n)로부터 취출되고, 급전 선로(261, 262, …, 26n)를 통하여 안테나 소자(241, 242, …, 24n)에 이른다. 어레이 안테나(205)의 여진 진폭, 여진 위상은, 입력 단자(221, 222, …, 22m)의 어느 단자를 여진할지에 의해서 결정되고, 어레이 안테나(205)의 여진 위상에 따라서 공간에서의 빔 방향이 결정된다.

여기서, 도 12의 종래 로트만 렌즈 패턴에서는, 입력 단자(221, 222, …, 22m)는, 로트만 렌즈 초점 S1 위치를 중심으로 하는 반경 R의 원호 상에 배치된다. S2는, 출력 단자(231, 232, …, 23n)가 배치되는 부분 곡선과 중심선(208)과의 교점을 나타내고, 좌표계(X, Y)의 원점이다. S3은, 입력 단자(221, 222, …, 22m)가 배치되는 부분 곡선과 중심선(208)과의 교점을 나타낸다. 또한, 출력 단자(231, 232, …, 23n)의 x 좌표, y 좌표, 및 급전 선로(261, 262, …, 26n)의 전기 길이 w는, 각각 다음 식으로 표시된다.

여기서,

이다.

또한, 반경 R은 다음 식으로 표시된다.

여기서, G는 S2와 S3과의 거리로 로트만 렌즈의 크기이며, F는 입력 단자(221)와 S2와의 거리이며, 2Ln은 어레이 안테나(205)의 개구 길이이다. 통상, 기본 설계에서는, β=α의 한정 조건에서 설계되고, 0.8<η<1 정도, 즉, F가 Ln의 1로부터 1.25배 정도이고, g는, 1.137 정도로서 설계하는 것이, 출력 단자(231, 232, …, 23n)의 여진 위상 오차를 작게 설계할 수 있어, 양호하게 된다.

한편, 1개의 안테나에서 2개의 직교하는 편파의 펜슬 빔 안테나의 실현 수단으로서는, 도 13에 도시한 바와 같이, 2층의 트리 플레이트 안테나를 전자 결합시킨 구조가, 유효하다고 되어 있다.

특허 문헌 1:일본 특허 공개 소57-93701호 공보 특허 문헌 2:일본 특허 공개 제2000-124727호 공보 특허 문헌 3:일본 특허 공개 평5-152843호 공보

여기서, 차량 탑재 리더 등에 이용되는 멀티 빔 안테나 장치에서는, 먼 곳은 좁은 범위에서 가는 빔 주사가 필요하게 되고, 근거리에서는, 넓은 범위의 빔 주사가 필요하며, 각각 독립적으로 동작시킬 필요성이 높아지고 있지만, 다른 멀티 빔 특성의 리더 장치를 2개 장착하는 경우, 고가임과 함께, 탑재 스페이스의 확보가 곤란하다고 하는 문제가 있었다.

또한, 도 13에는, 1개의 안테나에서 2개의 직교하는 편파의 펜슬 빔 안테나의 실현 수단이 도시되어 있지만, 멀티 빔 특성의 실현 방법은 도시되어 있지 않고, 실현된 사례도 발견되지 않았다.

또한, 도 12의 종래의 멀티 빔 안테나 장치에 있어서, 선로부(207)를 구성하기 위해서는, 수학식 3에 있어서의 평방근 내가 플러스 혹은 0일 필요가 있다.

즉, 다음식으로 된다.

이 수학식 5가 성립하기 위해서는, η=Ln/F≤1일 필요가 있지만, 이것으로부터, 안테나 소자(241, 242, …, 24n)의 수가 증가하여 어레이 안테나(205)의 개구 2Ln이 커진 경우는, 입력 단자(221)와 S2와의 거리 F도 어레이 안테나(205)의 개구 2Ln에 비례하여 크게 할 필요가 있어, 결과적으로 로트만 렌즈의 크기 G가 커지게 된다. 따라서, 안테나 소자(241, 242, …, 24n)의 수가 증가한 경우, 안테나 소자의 증가 비율에 맞춰 로트만 렌즈의 크기 G를 크게 할 필요가 있고, G의 확대에 수반하여 손실도 증가하게 되므로, 안테나 소자수를 증가시켜도, 그만큼의 이득 향상 효과가 얻어지지 않는다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은, 1개의 안테나 유닛으로, 2개의 독립된 멀티 빔 특성을 실현함과 함께, 공간에서의 어레이 안테나(205)의 빔 형성 방향을 β로 하였을 때, 출력 단자(231, 232, …, 23n)가 배치되는 부분 곡선 및 중심선(208)의 교점 S2와 입력 단자를 연결하는 선과, 중심선(208)이 이루는 각도 α에 대하여, β<α의 조건에 있어서, 로트만 렌즈의 크기 G를 β=α의 한정 조건에서 설계한 기본 설계 치수 미만의 크기로 할 수 있어, 이것에 의해서, 로트만 렌즈의 손실 증가를 억제하여, 이득을 향상시키는 것이 가능하게 되는 저손실 멀티 빔 안테나 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에 있어서는, 제1 안테나부(101)와 제2 안테나부(102)와 제1 로트만 렌즈부(103)와 제2 로트만 렌즈부(104)를 이 순서대로 적층한 평면 안테나 모듈로서, 제1 안테나부(101)에는, 제2 안테나부의 제2 방사 소자(16)의 위치에 상당하는 개소에, 제1 방사 소자(1)와 제1 무급전 소자(67)를 갖고, 또한, 제1 방사 소자(1)와 접속된 제1 급전 선로(2)와 제2 로트만 렌즈부(104)에 전자 결합한 제1 접속부(3)를 조(組)로 하는 안테나군을 복수 형성한 제1 안테나 기판(4)과, 제1 방사 소자(1) 및, 제1 무급전 소자(67)의 위치에 상당하는 개소에 제1 슬롯(5)을 갖는 제1 지도체(6)와, 제1 안테나 기판(4)과 제1 지도체(6)와의 사이에 제1 유전체(7)와, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제1 결합구 형성부(8)를 갖는 제2 지도체(9)와, 제1 안테나 기판(4)과 제4 지도체(10)와의 사이에 제2 유전체(11)와, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제2 결합구 형성부(12)를 갖는 제3 지도체(13)와, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제1 슬릿(14)을 갖고, 또한, 제1 방사 소자(1) 및, 제1 무급전 소자(67)의 위치에 상당하는 개소에 제2 슬릿(15)을 갖는 제4 지도체(10)를 구비하고, 제2 안테나부(102)에는, 제2 방사 소자(16)와 접속된 제2 급전 선로(17)와 제1 로트만 렌즈부(103)에 전자 결합한 제2 접속부(18)를 조로 하는 안테나군을 복수 형성한 제2 안테나 기판(19)과, 제4 지도체(10)와, 제2 안테나 기판(19)과 제4 지도체(10)와의 사이에 제3 유전체(20)와, 제2 접속부(18)의 위치에 상당하는 개소에 제3 결합구 형성부(21)를 갖고, 또한, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제3 슬릿(22)을 갖는 제5 지도체(23)와, 제2 안테나 기판(19)과 제7 지도체(24)와의 사이에 제4 유전체(25)와, 제2 접속부(18)의 위치에 상당하는 개소에 제4 결합구 형성부(26)를 갖고, 또한, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제4 슬릿(27)을 갖는 제6 지도체(28)와, 제2 접속부(18)의 위치에 상당하는 개소에 제5 슬릿(29)을 갖고, 또한, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제6 슬릿(30)을 갖는 제7 지도체(24)를 구비하고, 제1 로트만 렌즈부(103)에는, 제1 로트만 렌즈(31) 및, 제3 급전 선로(32)와 제2 안테나부(102)의 제2 접속부(18)에 전자 결합한 제3 접속부(33) 및, 제10 지도체(34)의 제1 도파관 개구부(35)와 전자 결합한 제4 접속부(36)를 갖는 제1 로트만 렌즈 기판(37)과, 제7 지도체(24)와, 제1 로트만 렌즈 기판(37)과 제7 지도체(24)와의 사이에 제5 유전체(38)와, 제3 접속부(33)의 위치에 상당하는 개소에 제5 결합구 형성부(39)를 갖고, 또한, 제4 접속부(36)의 위치에 상당하는 개소에 제6 결합구 형성부(40)를 갖고, 또한, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제7 슬릿(41)을 갖는 제8 지도체(42)와, 제1 로트만 렌즈 기판(37)과 제10 지도체(34)와의 사이에 제6 유전체(43)와, 제3 접속부(33)의 위치에 상당하는 개소에 제7 결합구 형성부(44)를 갖고, 또한, 제4 접속부(36)의 위치에 상당하는 개소에 제8 결합구 형성부(45)를 갖고, 또한, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제8 슬릿(46)을 갖는 제9 지도체(47)와, 제4 접속부(36)의 위치에 상당하는 개소에 제1 도파관 개구부(35)를 갖고, 또한, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제9 슬릿(48)을 갖는 제10 지도체(34)를 구비하고, 제2 로트만 렌즈부(104)에는, 제2 로트만 렌즈(49) 및, 제4 급전 선로(50)와 제1 안테나부(101)의 제1 접속부(3)에 전자 결합한 제5 접속부(51) 및, 제13 지도체(52)의 제2 도파관 개구부(53)와 전자 결합한 제6 접속부(54)를 갖는 제2 로트만 렌즈 기판(55)과, 제10 지도체(34)와, 제2 로트만 렌즈 기판(55)과 제10 지도체(34)와의 사이에 제7 유전체(56)와, 제5 접속부(51)의 위치에 상당하는 개소에 제9 결합구 형성부(57)를 갖고, 또한, 제6 접속부(54)의 위치에 상당하는 개소에 제10 결합구 형성부(58)를 갖고, 또한, 제4 접속부(36)의 위치에 상당하는 개소에 제3 도파관 개구부(59)를 갖는 제11 지도체(60)와, 제2 로트만 렌즈 기판(55)과 제13 지도체(52)와의 사이에 제8 유전체(61)와, 제5 접속부(51)의 위치에 상당하는 개소에 제11 결합구 형성부(62)를 갖고, 또한, 제6 접속부(54)의 위치에 상당하는 개소에 제12 결합구 형성부(63)를 갖고, 또한, 제4 접속부(36)의 위치에 상당하는 개소에 제4 도파관 개구부(64)를 갖는 제12 지도체(65)와, 제6 접속부(54)의 위치에 상당하는 개소에 제2 도파관 개구부(53)를 갖고, 또한, 제4 접속부(36)의 위치에 상당하는 개소에 제5 도파관 개구부(66)를 갖는 제13 지도체(52)를 구비하고, 제1 지도체(6), 제2 지도체(9)와 제1 유전체(7), 제1 안테나 기판(4), 제3 지도체(13)와 제2 유전체(11), 제4 지도체(10), 제5 지도체(23)와 제3 유전체(20), 제2 안테나 기판(19), 제6 지도체(28)와 제4 유전체(25), 제7 지도체(24), 제8 지도체(42)와 제5 유전체(38), 제1 로트만 렌즈 기판(37), 제9 지도체(47)와 제6 유전체(43), 제10 지도체(34), 제11 지도체(60)와 제7 유전체(56), 제2 로트만 렌즈 기판(55), 제12 지도체(65)와 제8 유전체(61), 제13 지도체(52)의 순서대로 적층하여 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에 있어서는, 상기 구성의 슬릿을 슬롯으로 바꿔서 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 로트만 렌즈 설계에 있어서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 공간에서의 어레이 안테나(205)의 빔 형성 방향 β가, 출력 단자(231, 232, …, 23n)가 배치되는 부분 곡선 및 중심선(208)의 교점 S2와 입력 단자를 연결하는 선과, 중심선(208)과의 각도 α에 대하여, β<α의 조건에 있어서, S3은, 입력 단자(221, 222, …, 22m)가 배치되는 부분 곡선과 중심선(208)과의 교점으로 하고, F는 입력 단자(221)와 S2와의 거리, G는 S2와 S3과의 거리로 로트만 렌즈의 크기, 2Ln은 어레이 안테나(205)의 개구 길이로 하였을 때

의 관계식을 만족하도록 로트만 렌즈의 형상을 결정하여, 로트만 렌즈의 크기 G를 β=α의 한정 조건에서 설계한 기본 설계 치수 미만의 크기로 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에 따르면, 1개의 안테나 유닛으로, 2개의 독립된 멀티 빔 특성을 실현함과 함께, 공간에서의 어레이 안테나(205)의 빔 형성 방향 β가, 출력 단자(231, 232, …, 23n)가 배치되는 부분 곡선 및 중심선(208)의 교점 S2와 입력 단자를 연결하는 선과, 중심선(208)이 이루는 각도 α에 대하여, β<α의 조건에 있어서, 로트만 렌즈의 크기 G를 β=α의 한정 조건에서 설계한 기본 설계 치수 미만의 크기로 할 수 있어, 로트만 렌즈의 손실 증가를 억제하여, 이득을 향상시키는 것이 가능하게 되는 저손실 멀티 빔 안테나 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치의 구성을 설명하는 설명도.
도 2는 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치의 구성을 설명하는 제2 설명도.
도 3은 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에 있어서의 제1 안테나부의 구성을 설명하는 설명도.
도 4는 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에 있어서의 제2 안테나부의 구성을 설명하는 설명도.
도 5는 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에 있어서의 제1 로트만 렌즈부의 구성을 설명하는 설명도.
도 6은 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에 있어서의 제2 로트만 렌즈부의 구성을 설명하는 설명도.
도 7은 본 발명에 따른 로트만 렌즈 패턴을 설명하는 설명도.
도 8은 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치의 제1 지향 특성을 설명하는 설명도.
도 9는 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치의 소정의 입력 단자에 따른 어레이 안테나 개구면의 위상 경사를 설명하는 설명도.
도 10은 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치의 제2 지향 특성을 설명하는 설명도.
도 11은 종래예의 멀티 빔 안테나 장치의 구성을 도시하는 사시도.
도 12는 종래예의 로트만 렌즈 패턴을 설명하는 설명도.
도 13은 종래예의 2층 트리 플레이트 안테나의 구성을 도시하는 사시도.
도 14는 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치의 다른 구성(실시예 3)을 설명하는 설명도.
도 15는 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치의 다른 구성(실시예 3)을 설명하는 제2 설명도.
도 16은 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치의 다른 구성(실시예 3)에 있어서의 제1 안테나부의 구성을 설명하는 설명도.
도 17은 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치의 다른 구성(실시예 3)에 있어서의 제2 안테나부의 구성을 설명하는 설명도.
도 18은 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치의 다른 구성(실시예 3)에 있어서의 제1 로트만 렌즈부의 구성을 설명하는 설명도.
도 19는 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치의 다른 구성(실시예 3)에 있어서의 제2 로트만 렌즈부의 구성을 설명하는 설명도.

<실시예 1>

본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에 있어서, 1개의 안테나 유닛으로, 2개의 독립된 멀티 빔 특성을 실현함과 함께, 공간에서의 어레이 안테나(205)의 빔 형성 방향 β가, 출력 단자(231, 232, …, 23n)가 배치되는 부분 곡선 및 중심선(208)의 교점 S2와 입력 단자를 연결하는 선과, 중심선(208)이 이루는 앙각 α에 대하여, β<α의 조건에 있어서, S3은, 입력 단자(221, 222, …, 22m)가 배치되는 부분 곡선과 중심선(208)과의 교점으로 하고, F는 입력 단자(221)와 S2와의 거리, G는 S2와 S3과의 거리로 로트만 렌즈의 크기, 2Ln은 어레이 안테나(205)의 개구 길이로 하였을 때, 수학식 6의 관계식을 만족하도록 로트만 렌즈의 형상을 결정하여, 로트만 렌즈의 크기 G를 β=α의 한정 조건에서 설계한 기본 설계 치수 미만의 크기로 한 것을 특징으로 한다.

즉, β=α의 한정 조건에서 로트만 렌즈를 설계한 경우, 수학식 5가 성립하기 위해서는, η=Ln/F≤1일 필요가 있다. 또한, 0.8<η<1 정도, 즉, F가 Ln의 1로부터 1.25배 정도이고, g는, 1.137 정도로 하여 설계하면, 출력 단자(231, 232, …, 23n)의 여진 위상 오차를 작게 설계할 수 있어, 양호하게 된다. 따라서, F 및 G는, Ln에 대하여, 각각

의 범위가 바람직하다. 또한, 안테나 소자(241, 242, …, 24n)의 수가 증가하여 어레이 안테나(205)의 개구 2Ln이 커진 경우는, 입력 단자(221)와 S2와의 거리 F는, 2Ln에 비례하여 커지고, 결과적으로 로트만 렌즈의 기본 설계 치수 G는 커진다.

한편, 본 발명에 따르면, 예를 들면 β=α/2의 경우를 생각하면, 수학식 5가 성립하기 위해서는, η=Ln/2F≤1일 필요가 있고, F가 Ln의 0.5로부터 0.625배 정도이고, g는, 1.137 정도로 하여 설계하면, 출력 단자(231, 232, …, 23n)의 여진 위상 오차를 작게 설계할 수 있어, 양호하게 된다. 따라서, F 및 G는, Ln에 대하여, 각각

의 범위에서 바람직한 설계가 가능하게 된다. 이 경우, β=α의 한정 조건에서 설계한 로트만 렌즈의 기본 설계 치수 G에 대하여, 1/2배의 치수로 설계할 수 있다.

또한, 이 때, 수학식 1∼수학식 4에서 구해진 출력 단자(231, 232, …, 23n)의 x 좌표 및 y 좌표와, 급전 선로(261, 262, …, 26n)의 전기 길이 w에 기초하여 설계된 본 발명의 멀티 빔 안테나 장치에 있어서, 입력 단자와 S2와의 각도 α의 단자로부터 급전한 경우, 어레이 안테나(205)의 개구 중심의 위상을 기준으로 한 안테나 소자(241, 242, …, 24n)에 있어서의 여진 위상은, 도 9의 직선 2로 나타낸 바와 같이, β=α의 한정 조건에서 설계한 기본 설계 멀티 빔 안테나 장치의 안테나 소자(241, 242, …, 24n)에 있어서의 여진 위상을 나타내는 도 9의 직선 1과 비교하여 절반의 위상 경사로 되고, 공간에서의 어레이 안테나(205)의 빔 형성 방향 β가, β=α의 한정 조건에서 설계한 기본 설계 멀티 빔 안테나 장치의 공간에서의 어레이 안테나(205)의 빔 형성 방향 α의 절반으로 된다.

따라서, 본 발명에 따르면, β<α의 조건에 있어서, 수학식 6의 관계식을 만족하도록 로트만 렌즈의 형상을 결정함으로써, β=α의 한정 조건에서 설계한 로트만 렌즈의 기본 설계 치수 G에 대하여, β/α배의 크기의 소형의 로트만 렌즈를 설계할 수 있다. 이에 의해, 로트만 렌즈의 크기에 비례한 손실의 증가를 억제할 수 있음과 함께, 안테나 소자(241, 242, …, 24n)의 수가 증가하여 어레이 안테나(205)의 개구 2Ln이 커진 경우는, 입력 단자(221)와 S2와의 거리 F는, 2Ln에 비례하여 커져도, 로트만 렌즈의 크기를, β=α의 한정 조건에서 설계한 로트만 렌즈의 기본 설계 치수 G에 대하여, β/α배로 억제한 소형의 로트만 렌즈를 설계할 수 있고, 공간에서의 어레이 안테나(205)의 빔 형성 방향 β의 멀티 빔 안테나 장치를 구성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에서는, 도 1∼도 6에 도시한 바와 같이, 로트만 렌즈를 트리 플레이트 구성으로 함으로써, 복잡한 입력 단자부나 출력 단자부의 테이퍼 형상이나 위상 조정의 급전 선로(32, 50)를, 에칭 등의 기술로 용이하게 구성할 수 있고, 제7 지도체(24)에 형성한 제6 슬릿(30)을 통하여, 제1 안테나 기판(4)의 제1 접속부(3)와 급전 선로(50)의 제5 접속부(51)를 전자 결합시킬 수 있고, 도 10에 도시한 바와 같은 제2 지향 특성을 갖는 멀티 빔 안테나 장치를 실현할 수 있고, 마찬가지로, 제7 지도체(24)에 형성한 제5 슬릿(29)을 통하여, 제2 안테나 기판(19)의 제2 접속부(18)와 급전 선로(32)의 제3 접속부(33)를 전자 결합시킴으로써, 도 8에 도시한 바와 같은 제1 지향 특성을 갖는 멀티 빔 안테나 장치를 실현할 수 있어, 각각 독립하여 기능시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에서는, 전체 부품의 단순 적층 구성으로 저손실의 멀티 빔 안테나 장치를 구성할 수 있다.

또한, 여기까지의 설명은, 일반적인 중공의 평행 평판 로트만 렌즈나, 로트만 렌즈 기판(37)이나 로트만 렌즈 기판(55)을, 거의 공기와 동일한 저ε의 유전체로 지지한 트리 플레이트 구성의 경우를 전제로 설명하였지만, 비유전률 εr의 유전체에 의한 평행 평판이나 트리 플레이트 구성의 경우, 본 발명의 수학식 6을, 다음식으로서 취급하면 되는 것은, 자명하다.

본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에 있어서, 도 3, 도 4에 도시한 제1 안테나 기판(4)에 형성된 방사 소자(1)와 제2 안테나 기판(19)에 형성된 방사 소자(16)는 서로 90도 직교하는 방향으로부터 급전되고, 또한, 제4 지도체(10)에 형성된 슬롯(15)에 의해서 전자 결합하여 기능하고, 원하는 주파수의 직교하는 편파를 독립적으로 방사할 수 있다. 또한, 이 안테나 소자를 복수 배치함으로써, 전체적으로 어레이 안테나(205)를 형성하고 있다.

그 때, 도 3∼도 6에 도시한 바와 같이, 제1 안테나 기판(4)의 상하에 배치되는 제2 지도체(9)와 제3 지도체(13) 및 제2 안테나 기판(19)의 상하에 배치되는 제5 지도체(23)와 제6 지도체(28) 및 제1 로트만 렌즈 기판(37)의 상하에 배치된 제8 지도체(42)와 제9 지도체(47) 및 제2 로트만 렌즈 기판(55)의 상하에 배치된 제11 지도체(60)와 제12 지도체(65)가, 안테나 기판(4, 19) 및 로트만 렌즈 기판(37, 55)을 중공으로 유지하고, 또한, 상기 안테나 기판(4)에 형성된 제1 접속부(3)와 안테나 기판(19)에 형성된 제2 접속부(18)와 로트만 렌즈 기판(37)에 형성된 제3 접속부(33)와 로트만 렌즈 기판(55)에 형성된 제5 접속부(51)의 주위에 금속벽을 형성하고, 전력을 주위에 누설시키지 않고, 효율적으로 전달하는 것에 기여하여, 고주파에서도 저손실 특성을 실현할 수 있다.

또한, 안테나 기판(4, 19) 및 로트만 렌즈 기판(37, 55)을 안정적으로 유지하기 위해, 유전체(7, 11, 20, 25, 38, 43, 56, 61)를 충전해도 된다.

또한, 안테나 장치의 입력 단자부인 제4 접속부(36), 제6 접속부(54)는, 제8 지도체(42)의 제6 결합구 형성부(40)와 제9 지도체(47)의 제8 결합구 형성부(45) 및 제11 지도체(60)의 제10 결합구 형성부(58)와 제12 지도체(65)의 제12 결합구 형성부(63)로 주위에 금속벽을 형성하고, 제13 지도체(52)에 형성한 제5 도파관 개구부(66)와 제2 도파관 개구부(53)를 통하여, 전력을 주위에 누설시키지 않고, 효율적으로 고주파 회로에 전달하는 것에 기여하여, 고주파에서도 저손실 특성을 실현할 수 있다.

또한, 각 구성 부품을 적층 구성하는 것만이어도 만족스럽게, 송수신 전력이 전자 결합에 의해서 전달되므로, 조립시의 위치 정밀도도, 종래의 조립 정밀도만큼, 고정밀도가 아니어도 된다.

본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에 있어서 이용하는 안테나 기판(4, 19) 및 로트만 렌즈 기판(37, 55)은, 폴리이미드 필름에 동박을 접합한 플렉시블 기판을 이용하여, 불필요한 동박을 에칭으로 제거하여 방사 소자(1, 16), 급전 선로(2, 17), 접속부(3, 18) 및 로트만 렌즈(31, 49), 급전 선로(32, 50), 접속부(33, 51), 접속부(36, 54)를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 플렉시블 기판은, 필름을 기재로 하고, 그 위에 동박 등의 금속박을 접합한 기판의 불필요한 동박(금속박)을 에칭 제거함으로써 복수의 방사 소자나 그들을 접속하는 급전 선로가 형성된다. 또한, 플렉시블 기판에는, 글래스 클로스에 수지를 함침시킨 얇은 수지판에 동박을 접합한 구리 접합 적층판이어도 구성할 수 있다. 필름으로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 불화에틸렌폴리프로필렌코폴리머, 에틸렌테트라플루오로에틸렌코폴리머, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리알릴레이트, 열가소 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리술폰, 폴리페닐렌에테르, 폴리페닐렌설파이드, 폴리메틸펜텐 등의 필름을 들 수 있고, 필름과 금속박과의 적층에는 접착제를 이용해도 된다. 내열성, 유전 특성과 범용성으로 인해 폴리이미드 필름에 동박을 적층한 플렉시블 기판이 바람직하다. 유전 특성으로 인해 불소계 필름이 바람직하게 이용된다.

본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에 있어서 이용하는 지도체 또는 금속 스페이서에는, 금속판 혹은 플라스틱에 도금한 판을 이용할 수 있는데, 특히 알루미늄판을 이용하면, 경량이면서 염가로 제조할 수 있어 바람직하다. 또한, 이들은, 필름을 기재로 하고, 그 위에 동박을 붙인 플렉시블 기판, 또한 글래스 클로스에 수지를 함침시킨 얇은 수지판에 동박을 붙인 구리 접합 적층판이어도 구성할 수 있다. 지도체에 형성하는 슬롯이나 결합구 형성부는, 기계 프레스로 펀칭 가공하거나, 혹은 에칭에 의해 형성할 수 있다. 간편성, 생산성 등으로부터 기계 프레스로의 펀칭 가공이 바람직하다.

본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에 있어서 이용하는 유전체(7, 11, 20, 25, 38, 43, 56, 61)는, 대공기 비유전율이 작은 발포체 등을 이용하는 것이 바람직하다. 발포체로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 발포체, 폴리스티렌계 발포체, 폴리우레탄계 발포체, 폴리실리콘계 발포체, 고무계 발포체 등을 들 수 있고, 폴리올레핀계 발포체가, 대공기 비유전율이 보다 작으므로 바람직하다.

<실시예 2>

다음으로, 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에 있어서의 각 부재의 치수 등으로부터 본 실시예를, 도 3∼도 6을 따라서 설명한다. 제1∼제13 지도체(6, 9, 13, 10, 23, 28, 24, 42, 47, 34, 60, 65, 52)는, 두께 0.3㎜의 알루미늄판을 이용하였다. 또한, 유전체(7, 11, 20, 25, 38, 43, 56, 61)는, 두께 0.3㎜로 비유전률 약 1.1의 발포 폴리에틸렌 폼을 이용하였다. 안테나 기판(4, 19) 및 로트만 렌즈 기판(37, 55)은, 폴리이미드 필름(예를 들면, 두께 25㎛)에 동박(예를 들면, 두께 25㎛)을 접합한 플렉시블 기판을 이용하고, 불필요한 동박을 에칭으로 제거하여 방사 소자(1, 16), 급전 선로(2, 17), 접속부(3, 18) 및 로트만 렌즈(31, 49), 급전 선로(32, 50), 접속부(33, 51), 접속부(36, 54)를 형성하였다. 지도체는, 모두 알루미늄판에 기계 프레스로 펀칭 가공한 것을 이용하였다.

여기서, 방사 소자(1, 16)는, 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 0.38배로 되는 1.5㎜×1.5㎜의 정방형으로 하였다. 또한, 제1 지도체(6)에 형성한 슬롯(5)과 제4 지도체(10)에 형성한 슬릿(15)은, 원하는 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 0.58배로 되는 2.3㎜×2.3㎜의 정방형(또는, 긴 변이 2.3㎜로 되는 장방형으로 해도 된다. 이하, 슬릿(15)에 대해서 동일함)으로 하고, 제4 지도체(10)에 형성한 슬릿(14)과 제5 지도체(23)에 형성한 슬릿(22)과 제6 지도체(28)에 형성한 슬릿(27)과 제7 지도체(24)에 형성한 슬릿(30)과 제8 지도체(42)에 형성한 슬릿(41)과 제9 지도체(47)에 형성한 슬릿(46)과 제10 지도체(34)에 형성한 슬릿(48, 35)은, 세로 1.25㎜×가로 2.53㎜의 도파관 개구로 하였다. 도 3에 도시한 안테나 기판(4)에 형성된 방사 소자(1)와 제4 지도체(10)와 제1 지도체(6)에 형성된 슬롯(5)과 급전 선로(2)로 형성된 안테나 소자열을, 원하는 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 0.77배로 되는 3.0㎜ 피치로 8개 배치함으로써, 전체적으로 안테나 개구 2Ln이 8×0.77λo의 어레이 안테나(205)를 형성하였다. 1개의 안테나 소자열에는, 원하는 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 0.89배로 되는 3.5㎜ 피치로 방사 소자(1)를 16개 배치하고, 16개 모든 방사 소자(1)를 동일한 위상에서의 여진 급전으로 하였다. 도 4에 도시한 안테나 기판(19)에 형성된 방사 소자(16)와 제7 지도체(24)와 제4 지도체(10)에 형성된 슬릿(15)과 급전 선로(17)로 형성된 안테나 소자열을, 원하는 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 0.77배로 되는 3.0㎜ 피치로 24개 배치함으로써, 전체적으로 안테나 개구 2Ln이 24×0.77λo의 어레이 안테나(205)를 형성하였다. 또한, 1개의 안테나 소자열에는, 원하는 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 0.89배로 되는 3.5㎜ 피치로 방사 소자(16)를 16개 배치하고, 16개 모든 방사 소자(16)를 동일한 위상에서의 여진 급전으로 하였다. 또한, 방사 소자(16)의 바로 위의 제1 안테나 기판(4)의 방사 소자(1)가 없는 영역에는, 무급전 소자(67)를 배치하였다.

여기서, 도 6에 도시한 로트만 렌즈 기판(55)에 형성하는 로트만 렌즈(49)의 크기 G를, 수학식 6에서 β=α/2, 즉, η=(1/2)ㆍ(Ln/F)<1의 조건을 만족하도록 0.568Ln<G<0.71Ln의 범위이고, F=3.5λo, G=4.1λo으로서, 수학식 1∼수학식 4에서 구해진 출력 단자의 x 좌표 및 y 좌표와, 급전 선로의 전기 길이 w에 기초하여 8개의 출력 단자를 갖는 로트만 렌즈(1)를 설계하였다. 로트만 렌즈(49)의 크기 G는, 원하는 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 4.1배, 즉 16㎜로 하였다.

이상의 각 부재를 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이 순차적으로 겹쳐 멀티 빔 안테나 장치를 구성하고, 계측기를 접속하여 특성을 측정한 결과, 8개의 각 입력 단자에 대응하는 도파관 개구부(53)의 반사 손실은, -15㏈ 이하이고, 도 10에 도시한 바와 같이 8개의 각 입력 단자에 대응한 이득 지향성이 얻어져, 표 1에 나타낸 바와 같이 입력 단자의 각도 α에 대하여, 어레이 안테나(205)의 빔 방향 β를, 약 절반의 각도 방향으로 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 이때의 크기 G=16㎜의 로트만 렌즈(49)의 삽입 손실은, 약 2.5㏈가 얻어졌다.

또한, 도 5에 도시한 로트만 렌즈 기판(37)에 형성하는 로트만 렌즈(31)의 크기 G를, 수학식 6에서 β=α/2, 즉, η=(1/2)ㆍ(Ln/F)<1의 조건을 만족하도록 0.568Ln<G<0.71Ln의 범위에서, F=5λo, G=5.7λo으로서, 수학식 1∼수학식 4에서 구해진 출력 단자의 x 좌표 및 y 좌표와, 급전 선로의 전기 길이 w에 기초하여 24개의 출력 단자를 갖는 로트만 렌즈(31)를 설계하였다. 로트만 렌즈(31)의 크기 G는, 원하는 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 5.7배, 즉 22.5㎜로 하였다.

이상의 각 부재를 도 2에 도시한 바와 같이 순차적으로 겹쳐 멀티 빔 안테나 장치를 구성하고, 계측기를 접속하여 특성을 측정한 결과, 6개의 각 입력 단자에 대응하는 도파관 개구부(66)의 반사 손실은, -15㏈ 이하이고, 도 8에 도시한 바와 같이 6개의 각 입력 단자에 대응한 이득 지향성이 얻어져, 표 2에 나타낸 바와 같이 입력 단자의 각도 α에 대하여, 어레이 안테나(205)의 빔 방향 β가, 약 절반의 각도 방향으로 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 이때의 크기 G=22.5㎜의 로트만 렌즈(31)의 삽입 손실은, 약 2.5㏈가 얻어졌다.

한편, β=α의 한정 조건, 즉, η=Ln/F<1로, 수학식 5의 조건을 만족하도록 1.137Ln<G<1.42Ln의 범위에서 설계한 종래 설계의 로트만 렌즈의 크기 G가, 적어도 G=1.137, Ln=10.5λo이 필요하며, 원하는 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 10.5배, 즉 41.5㎜로 되고, 이때의 로트만 렌즈(1)의 삽입 손실은, 약 5㏈로 되었다.

이상, 본 실시예의 멀티 빔 안테나 장치는, 종래 설계로 구성하였을 때의 손실을 기준으로 한 경우에 비해, 상대 이득으로 2.5㏈ 이상 개선되어, 양호한 특성이 실현되었다.

<실시예 3>

다음으로, 본 발명에 따른 멀티 빔 안테나 장치에 있어서의 다른 실시예를, 도 16∼도 19를 따라서 설명한다. 안테나 기판(4) 상의 방사 소자(1)(도시 생략) 및 안테나 기판(19) 상의 방사 소자(16)(도시 생략)는, 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 0.38배로 되는 1.5㎜×1.5㎜의 정방형으로 하였다. 또한, 제1 지도체(6)에 형성한 슬롯(5)과 제4 지도체(10)에 형성한 슬릿(15)은, 원하는 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 0.58배로 되는 2.3㎜×2.3㎜의 정방형으로 하고, 제4 지도체(10)에 형성한 슬릿(14)과 제5 지도체(23)에 형성한 슬릿(22)과 제6 지도체(28)에 형성한 슬릿(27)과 제7 지도체(24)에 형성한 슬릿(30)과 제8 지도체(42)에 형성한 슬릿(41)과 제9 지도체(47)에 형성한 슬릿(46)과 제10 지도체(34)에 형성한 슬릿(48, 35)은, 세로 1.25㎜×가로 2.53㎜의 도파관 개구로 하였다. 도 16에 도시한 안테나 기판(4)에 형성된 방사 소자(1)와 제4 지도체(10)와 제1 지도체(6)에 형성된 슬롯(5)과 급전 선로(2)(도시 생략)로 형성된 안테나 소자열을, 원하는 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 0.77배로 되는 3.0㎜ 피치로 24개 배치함으로써, 전체적으로 안테나 개구 2Ln이 24×0.77λo의 어레이 안테나(205)를 형성하였다. 1개의 안테나 소자열에는, 원하는 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 0.89배로 되는 3.5㎜ 피치로 방사 소자(1)를 16개 배치하고, 16개 모든 방사 소자(1)를 동일한 위상에서의 여진 급전으로 하였다. 도 17에 도시한 안테나 기판(19)에 형성된 방사 소자(16)와 제4 지도체(24)와 제1 지도체(10)에 형성된 슬릿(15)과 급전 선로(17)로 형성된 안테나 소자열을, 원하는 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 0.77배로 되는 3.0㎜ 피치로 24개 배치함으로써, 전체적으로 안테나 개구 2Ln이 24×0.77λo의 어레이 안테나(205)를 형성하였다. 또한, 1개의 안테나 소자열에는, 원하는 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 0.89배로 되는 3.5㎜ 피치로 방사 소자(16)를 16개 배치하고, 16개 모든 방사 소자(16)를 동일한 위상에서의 여진 급전으로 하였다.

여기서, 도 18에 도시한 로트만 렌즈 기판(37)에 형성하는 로트만 렌즈(31)의 크기 G와, 도 19에 도시한 로트만 렌즈 기판(55)에 형성하는 로트만 렌즈(49)의 크기 G는, 동일한 치수로 하고, 수학식 6에서 β=α/2, 즉, η=(1/2)ㆍ(Ln/F)<1의 조건을 만족하도록 0.568Ln<G<0.71Ln의 범위에서, F=5λo, G=5.7λo으로서, 수학식 1∼수학식 4에서 구해진 출력 단자의 x 좌표 및 y 좌표와, 급전 선로의 전기 길이 w에 기초하여 24개의 출력 단자를 갖는 로트만 렌즈(31, 49)를 설계하였다. 로트만 렌즈(31, 49)의 크기 G는, 원하는 주파수 76㎓의 자유 공간 파장(λo=3.95㎜)의 약 5.7배, 즉 22.5㎜로 하였다.

이상의 각 부재를 도 14, 도 15에 도시한 바와 같이 순차적으로 겹쳐 멀티 빔 안테나 장치를 구성하고, 계측기를 접속하여 특성을 측정한 결과, 도 19에 도시한 6개의 각 입력 단자에 대응하는 도파관 개구부(66, 53)의 반사 손실은, -15㏈ 이하이고, 도 8에 도시한 것과 마찬가지의 이득 지향성이 얻어져, 표 3에 나타낸 바와 같이 입력 단자의 각도 α에 대하여, 어레이 안테나(205)의 빔 방향 β가, 약 절반의 각도 방향으로 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 이때, 크기 G=22.5㎜의 로트만 렌즈(31, 49)의 삽입 손실은, 약 2.5㏈가 얻어졌다.

이상, 실시예 3의 멀티 빔 안테나 장치는, 종래 설계로 구성하였을 때의 손실을 기준으로 한 경우에 비해, 실시예 1∼2와 마찬가지로 상대 이득으로 2.5㏈ 이상 개선되어, 양호한 특성이 실현되었다.

또한, 도 1 및 도 2에 있어서는, 제1 안테나 기판(4) 상의 제1 접속부와, 제2 로트만 렌즈 기판(55) 상의 제5 접속부가 전자 결합하고, 제2 안테나 기판(19) 상의 제2 접속부와, 제1 로트만 렌즈 기판(37) 상의 제3 접속부가 전자 결합하도록 배치되어 있다. 그러나, 설계상, 제1 안테나 기판(4) 상의 제1 접속부와, 제1 로트만 렌즈 기판(37) 상의 제3 접속부가 전자 결합하고, 제2 로트만 렌즈 기판(55) 상의 제5 접속부와, 제2 안테나 기판(19) 상의 제2 접속부가 전자 결합하도록 배치할 수도 있다.

마찬가지로, 도 14 및 도 15에 있어서는, 제1 안테나 기판(4) 상의 제1 접속부와, 제2 로트만 렌즈 기판(55) 상의 제5 접속부가 전자 결합하고, 제2 안테나 기판(19) 상의 제2 접속부와, 제1 로트만 렌즈 기판(37) 상의 제3 접속부가 전자 결합하도록 배치되어 있다. 그러나, 설계상, 제1 안테나 기판(4) 상의 제1 접속부와, 제1 로트만 렌즈 기판(37) 상의 제3 접속부가 전자 결합하고, 제2 로트만 렌즈 기판(55) 상의 제5 접속부와, 제2 안테나 기판(19) 상의 제2 접속부가 전자 결합하도록 배치할 수도 있다.

또한, 실시예 2는, 차량 탑재 리더용 안테나로서 유용하며, 실시예 3은, 송신용 안테나 및 수신용 안테나를 1개의 안테나로서 구비한 옥내 무선 LAN용 송수신 안테나로서 사용할 수 있다.

또한, 만약을 위해 부언해 두면, 도 1로부터 도 2에 걸쳐서, 도 4로부터 도 5에 걸쳐서, 도 14로부터 도 15에 걸쳐서, 및 도 17로부터 도 18에 걸쳐서, 제7 지도체(24)가 중복되어 기재되어 있지만, 동일한 부재가 2층으로 되어 있는 것은 아니다. 설명의 편의상 중복하여 기재하였기 때문이며, 도 1의 제7 지도체(24) 및 도 2의 제7 지도체(24)는 동일하다. 마찬가지로 도 4의 제7 지도체(24) 및 도 5의 제7 지도체(24)는 동일하다. 마찬가지로 도 14의 제7 지도체(24) 및 도 15의 제7 지도체(24)는 동일하다. 마찬가지로 도 17의 제7 지도체(24) 및 도 18의 제7 지도체(24)는 동일하다.

또한, 도 3으로부터 도 4에 걸쳐서, 및 도 16으로부터 도 17에 걸쳐서, 제4 지도체(10)가 중복하여 기재되어 있지만, 동일한 부재가 2층으로 되어 있는 것은 아니다. 설명의 편의상 중복하여 기재하였기 때문이며, 도 3의 제4 지도체(10) 및 도 4의 제4 지도체(10)는 동일하다. 또한, 동일한 이유로부터 도 16의 제4 지도체(10) 및 도 17의 제4 지도체(10)도 동일하다.

또한, 도 5로부터 도 6에 걸쳐서, 및 도 18로부터 도 19에 걸쳐서, 제10 지도체(34)가 중복하여 기재되어 있지만, 동일한 부재가 2층으로 되어 있는 것은 아니다. 설명의 편의상 중복하여 기재하였기 때문이며, 도 5의 제10 지도체(34) 및 도 6의 제10 지도체(34)는 동일하다. 또한, 동일한 이유로부터 도 18의 제10 지도체(34) 및 도 19의 제10 지도체(34)는 동일하다.

1 : 제1 방사 소자
2 : 제1 급전 선로
3 : 제1 접속부
4 : 제1 안테나 기판
5 : 제1 슬롯
6 : 제1 지도체
7 : 제1 유전체
8 : 제1 결합구 형성부
9 : 제2 지도체
10 : 제4 지도체
11 : 제2 유전체
12 : 제2 결합구 형성부
13 : 제3 지도체
14 : 제1 슬릿
15 : 제2 슬릿
16 : 제2 방사 소자
17 : 제2 급전 선로
18 : 제2 접속부
19 : 제2 안테나 기판
20 : 제3 유전체
21 : 제3 결합구 형성부
22 : 제3 슬릿
23 : 제5 지도체
24 : 제7 지도체
25 : 제4 유전체
26 : 제4 결합구 형성부
27 : 제4 슬릿
28 : 제6 지도체
29 : 제5 슬릿
30 : 제6 슬릿
31 : 제1 로트만 렌즈
32 : 제3 급전 선로
33 : 제3 접속부
34 : 제10 지도체
35 : 제1 도파관 개구부
36 : 제4 접속부
37 : 제1 로트만 렌즈 기판
38 : 제5 유전체
39 : 제5 결합구 형성부
40 : 제6 결합구 형성부
41 : 제7 슬릿
42 : 제8 지도체
43 : 제6 유전체
44 : 제7 결합구 형성부
45 : 제8 결합구 형성부
46 : 제8 슬릿
47 : 제9 지도체
48 : 제9 슬릿
49 : 제2 로트만 렌즈
50 : 제4 급전 선로
51 : 제5 접속부
52 : 제13 지도체
53 : 제2 도파관 개구부
54 : 제6 접속부
55 : 제2 로트만 렌즈 기판
56 : 제7 유전체
57 : 제9 결합구 형성부
58 : 제10 결합구 형성부
59 : 제3 도파관 개구부
60 : 제11 지도체
61 : 제8 유전체
62 : 제11 결합구 형성부
63 : 제12 결합구 형성부
64 : 제4 도파관 개구부
65 : 제12 지도체
66 : 제5 도파관 개구부
67 : 무급전 소자
91 : 제6 접속부
92 : 접속 기판
93 : 시스템과의 접속 선로
94 : 제13 지도체
101 : 제1 안테나부
102 : 제2 안테나부
103 : 제1 로트만 렌즈부
104 : 제2 로트만 렌즈부
105 : 시스템과의 접속부
205 : 어레이 안테나
207 : 급전 선로부
208 : 로트만 렌즈의 중심선
209 : 입력 단자의 위치를 나타내는 보조선
210 : 어레이 안테나의 정면 방향에서 본 빔의 방향
221, 222, …, 22m : 로트만 렌즈 입력 단자
231, 232, …, 23n : 로트만 렌즈 출력 단자
241, 242, …, 24n : 안테나 소자
261, 261, …, 26n : 출력 단자와 안테나 소자를 연결하는 급전 선로
701, 702, 703, 704, 705, 706 : 유전체

Claims

제1 안테나부(101)와 제2 안테나부(102)와 제1 로트만 렌즈부(103)와 제2 로트만 렌즈부(104)를 이 순서대로 적층한 평면 안테나 모듈로서,
제1 안테나부(101)에는,
제2 안테나부의 제2 방사 소자(16)의 위치에 상당하는 개소에, 제1 방사 소자(1)와 제1 무급전 소자(67)를 갖고, 또한, 제1 방사 소자(1)와 접속된 제1 급전 선로(2)와 제2 로트만 렌즈부(104)에 전자 결합한 제1 접속부(3)를 조(組)로 하는 안테나군을 복수 형성한 제1 안테나 기판(4)과,
제1 방사 소자(1) 및, 제1 무급전 소자(67)의 위치에 상당하는 개소에 제1 슬롯(5)을 갖는 제1 지도체(6)와,
제1 안테나 기판(4)과 제1 지도체(6)와의 사이에 제1 유전체(7)와, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제1 결합구 형성부(8)를 갖는 제2 지도체(9)와,
제1 안테나 기판(4)과 제4 지도체(10)와의 사이에 제2 유전체(11)와, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제2 결합구 형성부(12)를 갖는 제3 지도체(13)와,
제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제1 슬릿(14)을 갖고, 또한, 제1 방사 소자(1) 및, 제1 무급전 소자(67)의 위치에 상당하는 개소에 제2 슬릿(15)을 갖는 제4 지도체(10)를 구비하고,
제2 안테나부(102)에는,
제2 방사 소자(16)와 접속된 제2 급전 선로(17)와 제1 로트만 렌즈부(103)에 전자 결합한 제2 접속부(18)를 조로 하는 안테나군을 복수 형성한 제2 안테나 기판(19)과,
제4 지도체(10)와,
제2 안테나 기판(19)과 제4 지도체(10)와의 사이에 제3 유전체(20)와, 제2 접속부(18)의 위치에 상당하는 개소에 제3 결합구 형성부(21)를 갖고, 또한, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제3 슬릿(22)을 갖는 제5 지도체(23)와,
제2 안테나 기판(19)과 제7 지도체(24)와의 사이에 제4 유전체(25)와, 제2 접속부(18)의 위치에 상당하는 개소에 제4 결합구 형성부(26)를 갖고, 또한, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제4 슬릿(27)을 갖는 제6 지도체(28)와,
제2 접속부(18)의 위치에 상당하는 개소에 제5 슬릿(29)을 갖고, 또한, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제6 슬릿(30)을 갖는 제7 지도체(24)를 구비하고,
제1 로트만 렌즈부(103)에는,
제1 로트만 렌즈(31) 및, 제3 급전 선로(32)와 제2 안테나부(102)의 제2 접속부(18)에 전자 결합한 제3 접속부(33) 및, 제10 지도체(34)의 제1 도파관 개구부(35)와 전자 결합한 제4 접속부(36)를 갖는 제1 로트만 렌즈 기판(37)과,
제7 지도체(24)와,
제1 로트만 렌즈 기판(37)과 제7 지도체(24)와의 사이에 제5 유전체(38)와, 제3 접속부(33)의 위치에 상당하는 개소에 제5 결합구 형성부(39)를 갖고, 또한, 제4 접속부(36)의 위치에 상당하는 개소에 제6 결합구 형성부(40)를 갖고, 또한, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제7 슬릿(41)을 갖는 제8 지도체(42)와,
제1 로트만 렌즈 기판(37)과 제10 지도체(34)와의 사이에 제6 유전체(43)와, 제3 접속부(33)의 위치에 상당하는 개소에 제7 결합구 형성부(44)를 갖고, 또한, 제4 접속부(36)의 위치에 상당하는 개소에 제8 결합구 형성부(45)를 갖고, 또한, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제8 슬릿(46)을 갖는 제9 지도체(47)와,
제4 접속부(36)의 위치에 상당하는 개소에 제1 도파관 개구부(35)를 갖고, 또한, 제1 접속부(3)의 위치에 상당하는 개소에 제9 슬릿(48)을 갖는 제10 지도체(34)를 구비하고,
제2 로트만 렌즈부(104)에는,
제2 로트만 렌즈(49) 및, 제4 급전 선로(50)와 제1 안테나부(101)의 제1 접속부(3)에 전자 결합한 제5 접속부(51) 및, 제13 지도체(52)의 제2 도파관 개구부(53)와 전자 결합한 제6 접속부(54)를 갖는 제2 로트만 렌즈 기판(55)과,
제10 지도체(34)와,
제2 로트만 렌즈 기판(55)과 제10 지도체(34)와의 사이에 제7 유전체(56)와, 제5 접속부(51)의 위치에 상당하는 개소에 제9 결합구 형성부(57)를 갖고, 또한, 제6 접속부(54)의 위치에 상당하는 개소에 제10 결합구 형성부(58)를 갖고, 또한, 제4 접속부(36)의 위치에 상당하는 개소에 제3 도파관 개구부(59)를 갖는 제11 지도체(60)와,
제2 로트만 렌즈 기판(55)과 제13 지도체(52)와의 사이에 제8 유전체(61)와, 제5 접속부(51)의 위치에 상당하는 개소에 제11 결합구 형성부(62)를 갖고, 또한, 제6 접속부(54)의 위치에 상당하는 개소에 제12 결합구 형성부(63)를 갖고, 또한, 제4 접속부(36)의 위치에 상당하는 개소에 제4 도파관 개구부(64)를 갖는 제12 지도체(65)와,
제6 접속부(54)의 위치에 상당하는 개소에 제2 도파관 개구부(53)를 갖고, 또한, 제4 접속부(36)의 위치에 상당하는 개소에 제5 도파관 개구부(66)를 갖는 제13 지도체(52)를 구비하고,
제1 지도체(6), 제2 지도체(9)와 제1 유전체(7), 제1 안테나 기판(4), 제3 지도체(13)와 제2 유전체(11), 제4 지도체(10), 제5 지도체(23)와 제3 유전체(20), 제2 안테나 기판(19), 제6 지도체(28)와 제4 유전체(25), 제7 지도체(24), 제8 지도체(42)와 제5 유전체(38), 제1 로트만 렌즈 기판(37), 제9 지도체(47)와 제6 유전체(43), 제10 지도체(34), 제11 지도체(60)와 제7 유전체(56), 제2 로트만 렌즈 기판(55), 제12 지도체(65)와 제8 유전체(61), 제13 지도체(52)의 순서대로 적층한 것을 특징으로 하는 멀티 빔 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 제4 지도체(10)의 제2 슬릿(15)의 모두를 상기 제1 지도체(6)의 제1 슬롯(5)과 동일한 형상의 슬롯으로 바꾼 것을 특징으로 하는 멀티 빔 안테나 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 로트만 렌즈에 대해서, 전력을 공급하는 복수의 입력 단자(221, 222, …, 22m) 및 상기 복수의 입력 단자의 전력을 취출하기 위한 복수의 출력 단자(231, 232, …, 23n)로부터 형성되는 로트만 렌즈와, 복수의 안테나 소자로 구성되어 공간에 전파를 방사하는 어레이 안테나와, 상기 출력 단자와 상기 안테나 소자를 연결하는 급전 선로로 이루어지고, 상기 복수의 출력 단자가 배열되는 곡선 및 상기 급전 선로의 길이를 결정하여, 소정의 입력 단자를 여진하였을 때 그 입력 단자에 대응한 각도 방향으로 빔이 형성되는 멀티 빔 안테나 장치에 있어서,
공간에 있어서의 상기 어레이 안테나의 빔 형성 각도를 상기 어레이 안테나 정면에서 보아 β로 하고, 또한 상기 출력 단자(231, 232, …, 23n)가 배치되는 부분 곡선 및 상기 로트만 렌즈의 중심선(208)의 교점 S2와 상기 복수의 입력 단자 중 1개를 연결하는 선과, 중심선(208)이 이루는 각도를 α로 하였을 때, β<α이며, 또한
F를 입력 단자(221)와 S2와의 거리로 하고, 2Ln을 어레이 안테나의 개구 길이로 하고, S3을, 입력 단자(221, 222, …, 22m)가 배치되는 부분 곡선과 중심선(208)과의 교점으로 하고, 로트만 렌즈의 크기 G를 S2와 S3과의 거리로 하였을 때,

의 관계식을 만족하고, G를 β=α의 조건에서 설계한 경우의 로트만 렌즈의 크기보다도 작게 하도록 상기 로트만 렌즈의 형상을 결정한 것을 특징으로 하는 멀티 빔 안테나 장치.