KR101322968B1 - 플러그인 안테나 - Google Patents

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KR101322968B1
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스탄 떠블유. 리빙스턴
스콧 이. 애드쿡
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레이티언 캄파니
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Abstract

저 비용화와 자동 제조가 가능한 모듈형 플러그인 안테나 어레이를 개시한다. 안테나 소자는 조립 요건들을 간략화하여 광대역에 걸쳐 효율적으로 동작하도록 그리고 별개의 응용이나 어레이 응용에서 사용되도록 설계된다. 플러그인 안테나에서는, 외부 툴이 필요 없으며, 서비스, 테스트, 용이한 조립을 위해, 안테나를 분리할 수 있다. 많은 송수신기들은 픽 앤 플레이스 공정을 사용하여 전자 부품들이 실장되는 인쇄 회로 기판 기술을 이용하여 조립된다. 플러그인 안테나는 픽 앤 플레이스 공정과 호환성이 있는 커넥터를 이용하여 회로 기판 상에 직접 접속되고, 컴퓨터와 원격통신 산업을 위해 대량으로 생산되며, 이에 따라 종래의 고성능 RF 동축 커넥터의 경우보다 비용을 절감한다. 보다 높은 안테나 대역폭을 요구함에 따라, 개시된 간략화된 플러그인 안테나에서는 모듈형 조립의 용이성, 제조, 비용과 성능 간에 적절한 균형을 제공한다.

Description

플러그인 안테나{PLUG-IN ANTENNA}
본 발명은 안테나에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 인쇄 회로 기판(PCB) 내에 플러깅되는 안테나에 관한 것이다.
저 비용 플러그인 안테나, 또는 별개의 섀시나 어레이 섀시 등의 섀시(예를 들어, 인쇄 회로 기판)에 접속되는 안테나에 대한 종래 기술은 모든 고유한 과제들을 다루지 않는다.
한 가지 문제점은 솔더링 접속과 같은 많은 종래 기술의 방안을 이용하여 안테나 어레이들을 제조하고 조립하는 비용이 비싸다는 점이며, 이는 픽 앤 플레이스 머신을 이용한 저 비용 조립에 적절하지 않다. 예를 들어, 일부 설계에서는 고가의 커넥터를 필요로 하며, 이는 비용에 민감한 응용에 있어서 비현실적인 것이다. 다른 설계에서는 광대역 안테나 효율, 또는 충분한 대역폭, 또는 적절한 신호 방향을 제공하지 않아 위상형 어레이 안테나에서 사용되는 능력을 제공하지 않는다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 안테나 방사기를 제공한다. 안테나 방사기는 방사기 인쇄 회로 기판(PCB), 한 쌍의 대향하는 안테나 소자들 및 한 쌍의 탭들을 포함한다. 방사기 PCB는 백플레인 PCB에 법선인 방향으로 에지 카드 커넥터를 통해 백플레인 PCB 내로 플러깅하기 위한 것이다. 한 쌍의 안테나 소자들은 방사기 PCB의 일측 상에 위치한다. 한 쌍의 탭들은 한 쌍의 안테나 소자들의 대응하는 안테나 소자들에 전기적으로 접속된다. 방사기 PCB를 백플레인 PCB 내에 플러깅하면 탭들이 에지 카드 커넥터에 접속된다.
안테나 방사기는 방사기 PCB의 타측 상의 대응하는 다른 한 쌍의 대향하는 안테나 소자들을 더 포함할 수 있다.
안테나 방사기는 다른 한 쌍의 안테나 소자들의 대응하는 안테나 소자에 전기적으로 접속된 대응하는 다른 한 쌍의 탭들을 더 포함할 수 있다. 그 다른 한 쌍의 탭들은 방사기 PCB를 백플레인 PCB 내에 플러깅하면 에지 카드 커넥터에 접속하기 위한 것이다.
한 쌍의 안테나 소자들은 복수의 쌍의 대향하는 안테나 소자들을 포함할 수 있다. 한 쌍의 탭들은 복수의 쌍의 안테나 소자들에 대응하는 복수의 쌍의 탭들을 포함할 수 있다.
안테나 방사기는 방사기 PCB의 타측 상의 대응하는 복수의 다른 쌍의 대향하는 안테나 소자들을 더 포함할 수 있다.
안테나 방사기는 탭들의 대응하는 복수의 다른 쌍을 더 포함할 수 있다. 그 탭들의 복수의 다른 쌍의 각각은 복수의 다른 쌍의 안테나 소자들의 각 쌍의 대응하는 안테나 소자들에 전기적으로 접속된다.
안테나 소자들은 플레어 노치(flared notch) 구성으로 배열될 수 있다.
안테나 소자들의 높이는 안테나 방사기의 신호 파장의 절반 미만일 수 있다.
한 쌍의 탭들은 제3 탭을 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 다른 일 실시예에 따르면, 안테나를 제공한다. 안테나는 방사기부와 백플레인부를 포함한다. 방사기부는 방사기 인쇄 회로 기판(PCB)과, 한 쌍의 대향하는 안테나 소자들과, 한 쌍의 탭들을 포함한다. 한 쌍의 대향하는 안테나 소자들은 방사기 PCB의 일측 상에 위치한다. 한 쌍의 탭들은 한 쌍의 안테나 소자들의 대응하는 안테나 소자들에 전기적으로 접속된다. 백플레인부는 백플레인 PCB와, 백플레인 PCB 상의 배선과, 에지 카드 커넥터를 포함한다. 에지 카드 커넥터는 백플레인 PCB 상에 위치한다. 에지 카드 커넥터는 백플레인 PCB에 대하여 법선인 방향으로 방사기부가 백플레인부 내에 플러깅되게 할 수 있도록 기능을 한다. 또한, 에지 카드 커넥터는 배선을 탭들에 전기적으로 접속하도록 기능을 한다.
에지 카드 커넥터는 커넥터 핀들을 포함할 수 있다. 커넥터 핀들은 백플레인부에 플러깅되면 방사기부를 고정하기 위한 것이다. 또한, 커넥터 핀들은 배선을 탭들에 전기적으로 접속하기 위한 것이다.
배선은 밸런(balun)을 포함할 수 있다.
방사기부는 방사기 PCB의 타측 상의 대응하는 다른 한 쌍의 대향하는 안테나 소자들을 더 포함할 수 있다.
방사기부는 대응하는 다른 한 쌍의 탭들을 더 포함할 수 있다. 그 다른 한 쌍의 탭들은 다른 한 쌍의 안테나 소자들의 대응하는 안테나 소자들과 배선에 전기적으로 접속된다.
한 쌍의 안테나 소자들은 복수의 쌍의 대향하는 안테나 소자들을 포함할 수 있다. 한 쌍의 탭들은 복수의 쌍의 안테나 소자들에 대응하는 복수의 쌍의 탭들을 포함할 수 있다.
에지 카드 커넥터는 복수의 쌍의 안테나 소자들과 복수의 쌍의 탭들에 대응하는 복수의 에지 카드 커넥터들을 포함할 수 있다.
방사기부는 방사기 PCB의 타측 상의 대응하는 복수의 다른 쌍의 대향하는 안테나 소자들을 더 포함할 수 있다.
방사기부는 탭들의 대응하는 복수의 다른 쌍을 더 포함할 수 있다. 탭들의 복수의 다른 쌍의 각각은 복수의 다른 쌍의 안테나 소자들의 각 쌍의 대응하는 안테나 소자들과 배선에 전기적으로 접속된다.
안테나 소자들은 플레어 노치 구성으로 배열될 수 있다.
안테나 소자들의 높이는 안테나의 신호 파장의 절반 미만일 수 있다.
한 쌍의 탭들은 제3 탭을 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 또 다른 일 실시예에 따르면, 안테나 어레이를 제공한다. 안테나 어레이는 복수의 방사기부와 백플레인부를 포함한다. 복수의 방사기부의 각각은 방사기 인쇄 회로 기판(PCB)과, 하나 이상의 쌍의 대향하는 안테나 소자들과, 하나 이상의 쌍의 탭들을 포함한다. 하나 이상의 쌍의 대향하는 안테나 소자들은 방사기 PCB의 일측 상에 위치한다. 탭들의 하나 이상의 쌍은 하나 이상의 쌍의 안테나 소자들에 대응한다. 탭들의 하나 이상의 쌍의 각각은 안테나 소자들의 쌍들의 각 쌍의 대응하는 안테나 소자들에 전기적으로 접속된다. 백플레인부는 백플레인 PCB와, 백플레인 PCB 상의 배선과, 백플레인 PCB 상의 하나 이상의 에지 카드 커넥터를 포함한다. 하나 이상의 에지 카드 커넥터는 백플레인 PCB에 대하여 법선이며 서로 평행하거나 동일한 평면에 있는 방향으로 방사기부가 백플레인부 내에 플러깅되게 할 수 있도록 기능을 한다. 에지 카드 커넥터들의 각각은 하나 이상의 쌍의 안테나 소자들 및 안테나 소자들의 대응하는 하나 이상의 쌍의 탭들에 접속하기 위한 것이다. 또한, 에지 카드 커넥터들의 각각은 배선을 대응하는 하나 이상의 쌍의 탭들에 전기적으로 접속하기 위한 것이다.
방사기들의 각각은 방사기 PCB의 타측 상의 대응하는 하나 이상의 다른 쌍의 대향하는 안테나 소자들을 더 포함할 수 있다.
방사기들의 각각은 대응하는 하나 이상의 다른 쌍의 탭들을 더 포함할 수 있다. 탭들의 복수의 다른 쌍의 각각은 안테나 소자들의 다른 쌍들의 각 쌍의 대응하는 안테나 소자들과 배선에 전기적으로 접속된다.
본 발명에 따른 또 다른 일 실시예에 따르면, 모듈형 안테나 어레이를 제공한다. 모듈형 안테나 어레이는 안테나 어레이들의 어레이를 포함한다.
본 발명은 인쇄 회로 기판(PCB) 내에 직접 플러깅하기 위한 저 비용 플러그인 안테나를 제공한다.
본 발명은 별개의 응용이나 어레이 응용을 위해 송수신기 내로 인터페이싱될 수 있는 저 비용 안테나를 제공한다. 안테나를 쉽게 조립함으로써 제조 비용이 덜 들며, 이에 따라 비용을 경쟁력 있게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 조립 요건들을 간략화하여 광대역에 걸쳐 효율적으로 동작하도록 그리고 별개의 응용이나 어레이 응용에서 사용되도록 설계된 모듈화 안테나 소자를 제공한다.
첨부 도면은 상세한 설명과 함께 본 발명의 예시적인 실시예들을 예시하며, 그 실시예들의 양태들을 설명하도록 기능을 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 플러그인 안테나의 일례를 도시한다.
도 2와 도 3은 일 실시예에 따라 공통 백플레인부에 부착된 방사기부들의 어레이를 포함하는 플러그인 안테나의 일례를 도시하는 두 개의 도면이다.
도 4a 내지 도 4d를 포함하는 도 4는 일 실시예에 따른 예시적인 플러그인 안테나를 이용하는 핸드헬드 레이더를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 모듈형 위상 어레이 애퍼처 플러그인 안테나의 일례를 도시한다.
도 6a와 도 6b를 포함하는 도 6 및 도 7은 예시적인 일 실시예에 따른 플레어 노치 안테나 소자 설계의 특징들을 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따라 3개의 탭을 구비한 예시적인 다른 플레어 노치 안테나를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 예시적인 안테나 실시예들을 위한 다양한 에지 커넥터들을 도시한다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 유사한 참조 번호들은 본 명세서 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 가리킨다.
안테나를 전자 시스템 내에 통합하기 위한 다양한 통합 메커니즘이 존재한다. 송수신기 섀시 내에 돌려서 고정되는 안테나들은 흔히 수작업으로 정확하게 설치되어야 한다. 제 위치에 솔더링되는 안테나 소자들에서는 안테나의 3차원 성질로 인한 어려움 및 PCB 평면 솔더링에 맞춰진 공정들이 제기된다. 무선 핸드셋 또는 서비스를 받을 수 있는 레이더 등의 송수신기에서는, 서비스 비용을 낮게 유지하고 장치에 대한 손상을 최소화하도록 간단한 해체가 필요하다. 다른 방안으로는, 안테나 기판에 솔더링되거나 안테나 기판으로 향하는 핀들을 활용하는 것이다. 그러나, 이러한 방안들은 픽 앤 플레이스 머신에 의해 안테나 소자를 설치할 수 없기 때문에 부품들을 표준 회로 기판 상에 조립하는 저 비용의 해결책이 아니다. 또한, 소자들을 백플레인 기판 내에 솔더링함으로써 정비를 위해 그 소자들을 제거할 수 없기 때문에 유지 보수가 더욱 비싸다.
플러그인 안테나는 외부 툴이 필요 없는 편의를 제공하며, 서비스, 테스트, 조립의 용이를 위해 분리될 수 있다. 많은 송수신기들은 픽 앤 플레이스 공정(pick and place process)을 이용하여 전자 부품들이 실장되는 인쇄 회로 기판(PCB) 기술을 이용하여 조립된다. 안테나 커넥터들을, 예를 들어, 픽 앤 플레이스 공정과 호환성이 있으며 컴퓨터 및 원격통신 산업용으로 대량 생산되는 커넥터들을 회로 기판 상에 직접 배치하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 종래의 고성능 무선 주파수(RF) 동축 커넥터보다 비용이 덜 든다. 또한, 다기능 및 고성능 송수신기를 위한 요구에 따라 안테나 대역폭의 양을 증가시켜야 하며, 이에 따라 고성능 안테나 접속을 요구하는 새로운 설계 도전에 직면한다.
예시적인 실시예들
본 발명에 따른 플러그인 안테나의 실시예들은 픽 앤 플레이스 공정과 호환성이 있으며 대량 생산될 수 있는 에지 카드 커넥터 및 PCB를 이용하는 저비용 안테나 조립 해결책을 제시한다. 이러한 안테나는 상업적으로 이용가능한 다양한 에지 카드 커넥터들과 호환성이 있다. 안테나 소자들은 주파수 범위의 넓은 대역에 걸쳐 에지 카드 커넥터들에 임피던스 정합될 수 있다. 또한, 안테나 소자들은 고 이득을 위해 또는 전자 지향 어레이 응용을 위해 백플레인에 배열되고 플러깅될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그인 안테나의 일례를 도시한다. 도 1을 참조해 보면, 플러그인 안테나(10)는 두 개의 부분으로 분리된 것으로 도시되어 있으며, 즉, 안테나 방사기(20)(또는 방사기부)가 백플레인부(60) 내에 플러깅된다. 방사기부(20)는 보타이(bowtie), 노치, 또는 플레어 안테나 혹은 탭들(50)을 포함하는 안테나 소자들(40)이 인쇄 또는 증착되는 얇은 방사기 PCB(30)를 포함한다. 안테나 소자들(40) 및/또는 탭들(50)은 방사기 PCB(30)의 일측 또는 양측 상에 위치할 수 있다. 도 1에 도시한 플러그인 안테나(10)에서, 방사기부(20)는 평면 플레어 노치 구성으로 배치되고 대향하는 방향으로 연장되는 대략 평평한 두 개의 안테나 소자(40)를 포함한다. 방사기부(20)의 배면 상에 동일한 구성의 안테나 소자들(40)을 이용할 수도 있다.
백플레인부(60)는 방사기부`와 접속하기 위한 에지 카드 커넥터(90)가 장착된 백플레인 PCB(70)를 포함한다. 또한, 백플레인 PCB(70)는 백플레인 PCB(70)로부터 에지 카드 커넥터(90)로 신호를 전달하는 배선(80)을 갖는다. 또한, 배선(80)은 균형 신호와 비균형 신호 간의 전환이 보장된다면 밸런(balun)을 포함할 수 있다. 에지 카드 커넥터(90)는, 백플레인 PCB(70)에 대하여 법선인 방향으로 방사기 PCB(30)를 고정하며, 배선(80)을 탭들(50)에 전기적으로 접속하는 커넥터 핀들(55)을 이용하여 탭들(50)을 통해 백플레인부(60)를 안테나 소자들(40)에 접속한다.
도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 공통 백플레인부에 부착된 방사기부들의 어레이를 포함하는 플러그인 안테나의 일례를 도시하는 두 개의 도면이다. 도 2를 참조해 보면, 플러그인 안테나(110)는 공통 백플레인부(160)에 부착된 방사기부들(120)의 어레이를 포함한다. 각 방사기부(120)는 쌍으로 배열된 여러 개의 안테나 소자들(140)의 행이 존재하는 방사기 PCB(130)를 포함하고, 각 쌍은 플레어 노치 구성으로 되어 있으며 (도 1에서의 탭들(50)로 도시한 바와 같은) 탭들을 포함한다. 백플레인부(160)는 방사기부들(120)과 접속하기 위한 에지 카드 커넥터들(190)의 (2차원) 격자가 장착된 백플레인 PCB(170)를 포함한다. 각 방사기부(120)는 백플레인부(160) 상의 에지 카드 커넥터들의 행에 속하는 대응하는 개수의 에지 카드 커넥터들(190)에 고정된다. 또한, 백플레인 PCB(170)는 신호를 백플레인 PCB(170)로부터 (도 1의 커넥터 핀들(55)로 도시한 바와 같은) 대응하는 커넥터 핀들을 통해 에지 카드 커넥터들(190)로 전달하기 위한 배선(180)을 갖는다. 이러한 에지 카드 커넥터들(190)의 각 행은 백플레인 PCB(170)에 법선인 방향으로 대응하는 방사기 PCB(130)를 고정하고, 백플레인부(160)를 대응하는 커넥터 핀들을 이용하여 안테나 소자들의 대응하는 탭들을 통해 안테나 소자들(140)의 쌍들의 각각에 접속한다.
백플레인부(160)의 에지 카드 커넥터들(190)은 행들로 배열된다. 에지 카드 커넥터들(190)의 각 행은 하나 이상의 방사기부(120)를 수용하도록 구성된다. 도 3에 도시한 실시예에서 알 수 있듯이, 행마다 8개의 에지 카드 커넥터가 있고, 백플레인부(160)를 이루는 에지 카드 커넥터들(190)의 격자에는 에지 카드 커넥터들의 8개 행이 있으며, 총 8 x 8 = 64개의 에지 카드 커넥터가 존재한다. 이러한 에지 카드 커넥터들은 64개의 대응하는 쌍들의 안테나 소자들(140)과 정합된다. 또한, 각 방사기부(120)는 연속되는 4개의 쌍의 안테나 소자들(140)을 갖고, 2개의 방사기부(120)를 에지 카드 커넥터들(190)의 각 행에 사용하여, 플러그인 안테나(110)에서는 2 x 8 = 16개의 개별적인 방사기부(120)가 존재한다. 각 행에 있는 방사기 PCB(130)는, 대응하는 에지 카드 커넥터들에 접속되면, 백플레인 PCB(170)에 법선인 공통 면을 형성한다. (방사기부들(120)의 행들 사이의) 이러한 공통 면들은 또한 서로 평행하다.
도 4a 내지 도 4d를 포함하는 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 예시적인 플러그인 안테나를 이용하는 핸드헬드 레이더(410)를 도시한다. 도 4a를 참조해 보면, 핸드헬드 레이더(410)는 손잡이(420)가 있는 배면으로 도시되어 있다. 도 4b에서, 핸드헬드 레이더(410)는 안테나부(430)가 있는 정면으로 도시되어 있다. 도 4c에는, (예시를 위해 도 4c에서 투명하게 도시한 바와 같은) 보호 커버(440) 및 플러그인 안테나(450)를 포함하는 안테나부(430)가 도시되어 있다.
도 4d는 플러그인 안테나(450)를 더욱 상세히 도시한다. 이 플러그인 안테나는 나란히 서로 평행하게 배치된 두 개의 방사기부(455)를 포함한다. 각 방사기부(455)는 방사기 PCB(460) 및 플레어 노치 구성으로 배열된 3쌍의 안테나 소자들(465)을 포함한다. 백플레인부(475)는 백플레인 PCB(480) 및 3개의 에지 카드 커넥터(485)의 3개 행을 포함한다. 각 에지 카드 커넥터(485)는 대응하는 방사기 PCB(460)의 일부를 수용하도록 구성되고, 그 일부는 한 쌍의 안테나 소자들(465)에 대응한다. 핸드헬드 레이더(410)를 위한 이러한 셋업에 따라, 성능, 모듈형 조립 및 제조의 용이성, 비용 간에 적절한 균형을 제공하는 간략화된 안테나 조립이 가능하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 위상 어레이 애퍼처 플러그인 안테나(모듈형 안테나 어레이, 또는 안테나 어레이들의 어레이)의 일례를 도시한다. 모듈형 어레이 플러그인 안테나(100)는 8개의 서브어레이 플러그인 안테나(110)의 어레이(도 5에 도시한 바와 같이 2 × 4 어레이)를 포함하고, 각 서브어레이 플러그인 안테나는 설계에 있어서 도 2와 도 3의 플러그인 안테나(10)와 마찬가지이다. 더욱 구체적으로, 각 서브어레이 플러그인 안테나(110)는 공통 백플레인부(160) 상에 행으로 배열된 여러 개의 방사기부(120)를 포함한다. 방사기부들(120)의 각각은 방사기 PCB(130), 플레어 노치 안테나 소자들(140)의 4쌍, 및 안테나 소자들(140)의 각 쌍마다 한 세트의 탭들(150)을 포함한다. 백플레인부(160)는 백플레인 PCB(170) 및 대응하는 방사기부들(120)과 정합하기 위한 에지 카드 커넥터들(190)의 여러 행들을 포함한다.
도 6a와 도 6b를 포함하는 도 6 및 도 7은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따라 플레어 노치 안테나 소자 설계의 특징들을 도시한다. 먼저 도 6a를 참조해 보면, 플러그인 안테나 소자(40)는 얇은 방사기 PCB 기판(30) 상에 증착된 인쇄 보타이, 노치, 또는 플레어 안테나이며, 이러한 PCB 기판은 다시 제2 PCB(70), 즉, 안테나 소자들(40)에 대하여 법선 방향으로 있는 백플레인 기판(70) 상에 장착된 에지 카드 커넥터(90)에 플러깅된다. 안테나 소자들(40)은, 백플레인 PCB(70)에 접속되면, 백플레인 PCB(70)로부터 높이 H로 연장된다. 일부 실시예들에서, H는 백플레인 PCB(70)의 보강형 바운스 오프(constructive bounce off)를 이용하도록 신호 파장의 절반 미만이다.
다음으로, 도 9를 참조하면, 당업자라면 고속 신호용으로 설계된 상업적으로 이용가능한 다양한 에지 카드 커넥터들을 이용할 수 있다(예를 들어, Fox의 1960년 5월 3일자로 발행된 미국특허번호 제2,935,725호 참조). 쌍극자 간에 접속되는 리액턴스와 임피던스가 있는 전송선이 (후술하는) 밸런과 쌍극자 간에 정합되는 한 임의의 통상적인 에지 카드 커넥터를 사용할 수 있다. 쌍극자에 급전하는 핀들은 밸런이 사용되는지 또는 사용되지 않는지에 따라 트윈 리드(twin lead) 또는 공면 스트립라인(co-planar stripline)으로서 여기된다.
다시 도 6a와 도 6b를 참조하면, 안테나 방사에 정합된 커넥터(90)의 기생 성분은 백플레인 PCB(70) 또는 방사기 PCB(30) 상에 나타날 수 있다. 에지 카드 커넥터(90)는 픽 앤 플레이스 PCB 제조와 호환성이 있는 저 비용 커넥터일 수 있다. 안테나 소자(40)의 높이 H는 파장의 절반만큼 클 수 있으며, 이에 따라 최대 5:1 대역폭을 생성한다. 또한, 심지어 더욱 넘은 대역폭을 위해 더 큰 노치 안테나들도 가능하다. 안테나 테이퍼 및 프로파일은 당업자에 의해 설계될 수 있다(예를 들어, Lee 등의 1995년 6월 27일자로 발행된 미국 특허번호 제5,428,364호 참조).
두 개의 안테나 소자들(40)은 임피던스 정합을 위해 조절되는 폭 G의 피드갭(feed gap)을 갖는다. 피드 갭 G를 갖는 노치를 사용하여 임피던스를 고속 커넥터와 정합시키고, 이러한 고속 커넥터는 다시 에지 카드 커넥터 핀들의 격자 및 와이어 직경 피치에 의해 설정된다. 탭들(50)은 커넥터 핀들(예를 들어, 도 7의 커넥터 핀들(55)을 참조)을 통해 에지 카드 커넥터에 단단히 플러깅될 수 있게 하는 방사기 기판(30) 상에 인쇄된다.
이제 도 7을 참조해 보면, 예시를 쉽게 하기 위해 PCB 또는 에지 카드 커넥터 없이 예시적인 안테나 소자, 배선 및 접속부가 도시되어 있다. (방사기 PCB의 양측 상의) 플레어 노치 안테나 소자들(40)의 쌍들은 방사기 PCB의 일측 상의 한 쌍의 탭들(50)에 접속된다. 탭들(50)은 다시 방사기 PCB를 에지 카드 커넥터에 고정하고 백플레인 PCB 배선(80)과 탭들(50) 간의 전기적 접촉을 이루는 에지 카드 커넥터 컨택트들(55)(핀들)에 접속된다. 예를 들어, 커넥터 핀들(50)은 금속 스프링 구조를 사용해도 된다.
백플레인 PCB 배선(80)은 밸런을 포함할 수도 있다. 임의의 유형의 평면형 밸런을 사용할 수 있으며, 또는 밸런을 전혀 사용하지 않을 수 있다. 밸런은 더욱 넓은 대역폭을 제공하며, 백플레인 (안테나를 위한 접지면) 정합 기판의 일부로서 통합될 수 있다. 하이브리드 링, 또는 180 지연선이 그 예이다. 탭들(50)은 방사기 기판(30)의 정면, 배면, 또는 양쪽 모두 상에 쌍으로 인쇄될 수 있고, 에지 카드 커넥터(90)를 통해 백플레인 기판(70)에 접속될 수 있고 당업자에 의해 설계될 수 있는 불균형 대 균형 밸런 여기(unbalanced to balanced balun excitation)에 의해 구동될 수 있다(예를 들어, Lewis의 1953년 5월 19일자로 발행된 미국 특허번호 제2,639,325호 참조).
광대역 동작을 위한 플레어는 밸런 임피던스 및 커넥터 핀들의 기생 리액턴스와 임피던스에 정합되도록 플레어 테이퍼를 수정하는 것을 요건으로 하여 당업자에 의해 설계될 수 있다(예를 들어, 전술한 Lee 등을 참조). 테이퍼의 형상은, 커넥터 핀들의 리액턴스와의 임피던스 정합을 최적화하도록, 예를 들어, 클롭펜스타인(Klopfenstein) 테이퍼를 이용하는 광대역 플레어와 비교할 때 약간 다르게 수정된다.
이제 도 8을 참조해 보면, 본 발명에 따른 예시적인 다른 일 실시예에서, 탭들(250)은 방사기 기판(230)의 정면, 배면, 또는 양쪽 모두인 3개 그룹으로 인쇄될 수 있다. 탭들은 에지 카드 커넥터를 통해 백플레인 기판에 접속될 수 있고 불균형 여기에 의해 구동될 수 있다.
일반적으로, 각 탭은 임피던스 정합 요건, 대역폭 및 조립 허용오차 고려사항에 따라 1, 2, 또는 3개 이상의 핀에 접속될 수 있다. 또한, 어레이 안테나를 위해 방사기 기판 상에 하나보다 많은 방사기를 인쇄할 수 있다. 또한, 어레이 격자에 따라 에지 카드 커넥터에 하나보다 많은 방사기를 플러깅할 수 있다.
요약하자면, 플러그인 안테나는 픽 앤 플레이스 공정과 호환성이 있는 에지 카드 커넥터 및 PCB를 이용하는 저 비용 안테나 조립 해결책을 제시하여, 이러한 안테나들을 효율적으로 대량 생산할 수 있다. 플러그인 안테나들은 상업적으로 이용가능한 다양한 에지 카드 커넥터들과 호환성이 있다. 안테나 소자들은 주파수 범위의 넓은 대역에 걸쳐 에지 카드 커넥터와 임피던스 정합될 수 있다. 안테나 소자들은 고 이득을 위해 그리고/또는 전자적 지향 어레이 응용을 위해 배열될 수 있으며 백플레인에 플러깅될 수 있다.
예시를 위해 본 발명의 소정의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 당업자라면 청구범위 및 그 등가물에 개시된 바와 같은 본 발명의 범위와 사상으로부터 벗어나지 않고 다양한 수정, 추가 및 대체가 가능하다는 것을 인식할 것이다.

Claims (25)

  1. 안테나 방사기로서,
    백플레인 인쇄 회로 기판(PCB)에 법선인 방향으로 에지 카드 커넥터를 통해 백플레인 PCB에 플러깅하기 위한 방사기 PCB;
    상기 방사기 PCB의 일측 상의 제1 쌍의 대향하는 안테나 소자들;
    상기 제1 쌍의 안테나 소자들의 대응하는 안테나 소자들에 전기적으로 접속되고, 상기 방사기 PCB가 상기 백플레인 PCB 내에 플러깅되면 상기 에지 카드 커넥터에 접속하기 위한 제1 쌍의 탭들;
    상기 방사기 PCB의 타측 상의 제2 쌍의 대향하는 안테나 소자들; 및
    상기 제2 쌍의 안테나 소자들의 대응하는 안테나 소자들에 전기적으로 접속되고, 상기 방사기 PCB가 상기 백플레인 PCB 내에 플러깅되면 상기 에지 카드 커넥터에 접속하기 위한 제2 쌍의 탭들을 포함하고,
    상기 제1 쌍의 대향하는 안테나 소자들 중 하나와 상기 제2 쌍의 대향하는 안테나 소자들 중 하나는 제1 안테나를 구성하고, 상기 제1 쌍의 대향하는 안테나 소자들 중 다른 하나와 상기 제2 쌍의 대향하는 안테나 소자들 중 다른 하나는 제2 안테나를 구성하는, 안테나 방사기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 안테나 소자들은 복수의 쌍의 대향하는 안테나 소자들을 포함하고,
    상기 한 쌍의 탭들은 상기 복수의 쌍의 안테나 소자들에 대응하는 복수의 쌍의 탭들을 포함하는, 안테나 방사기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방사기 PCB의 타측 상의 대향하는 안테나 소자들의 대응하는 복수의 다른 쌍을 더 포함하는, 안테나 방사기.
  6. 제5항에 있어서,
    탭들의 대응하는 복수의 다른 쌍을 더 포함하고,
    상기 탭들의 대응하는 복수의 다른 쌍의 각각은 상기 안테나 소자들의 대응하는 복수의 다른 쌍의 각 쌍의 안테나 소자들에 전기적으로 접속되는, 안테나 방사기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 소자들은 플레어 노치(flared notch) 구성으로 배열되는, 안테나 방사기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 소자들의 높이는 상기 안테나 방사기의 신호 파장의 절반 미만인, 안테나 방사기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 탭들은 제3 탭을 포함하는, 안테나 방사기.
  10. 안테나로서,
    방사기부; 및
    백플레인부를 포함하고,
    상기 방사기부는:
    방사기 인쇄 회로 기판(PCB);
    상기 방사기 PCB의 일측 상의 제1 쌍의 대향하는 안테나 소자들;
    상기 방사기 PCB의 타측 상의 제2 쌍의 대향하는 안테자 소자들;
    상기 제1 쌍의 안테나 소자들의 대응하는 안테나 소자들에 전기적으로 접속된 제1 쌍의 탭들; 및
    상기 제2 쌍의 안테나 소자들의 대응하는 안테나 소자들에 전기적으로 접속된 제2 쌍의 탭들을 포함하고,
    상기 백플레인부는:
    백플레인 PCB;
    상기 백플레인 PCB 상의 배선; 및
    상기 백플레인 PCB에 대하여 법선인 방향으로 상기 방사기부가 상기 백플레인부 내에 플러깅되게 할 수 있으며 상기 배선을 상기 제1 및 제2 쌍의 탭들에 전기적으로 접속하기 위한, 상기 백플레인 PCB 상의 에지 카드 커넥터를 포함하는, 안테나.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 에지 카드 커넥터는 상기 백플레인부 내에 플러깅될 때 상기 방사기부를 고정하고 상기 배선을 상기 탭들에 전기적으로 접속하기 위한 커넥터 핀들을 포함하는, 안테나.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 배선은 밸런(balun)을 포함하는, 안테나.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 한 쌍의 안테나 소자들은 대향하는 안테나 소자들의 복수의 쌍을 포함하고,
    상기 한 쌍의 탭들은 상기 안테나 소자들의 복수의 쌍에 대응하는 탭들의 복수의 쌍을 포함하는, 안테나.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 에지 카드 커넥터는 상기 안테나 소자들의 복수의 쌍과 상기 탭들의 복수의 쌍에 대응하는 복수의 에지 카드 커넥터를 포함하는, 안테나.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제10항에 있어서,
    상기 안테나 소자들은 플레어 노치 구성으로 배열되는, 안테나.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 안테나 소자들의 높이는 상기 안테나의 신호 파장의 절반 미만인, 안테나.
  21. 제10항에 있어서,
    상기 한 쌍의 탭들은 제3 탭을 포함하는, 안테나.
  22. 안테나 어레이로서,
    복수의 방사기부; 및
    백플레인부를 포함하고,
    상기 복수의 방사기부의 각각은:
    방사기 인쇄 회로 기판(PCB);
    상기 방사기 PCB의 제1 측 상의 대향하는 안테나 소자들의 하나 이상의 쌍을 포함하는 제1 그룹의 안테나 소자들;
    상기 제1 그룹의 안테나 소자들의 하나 이상의 쌍에 대응하는 탭들의 하나 이상의 쌍을 포함하는 제1 그룹의 탭들 - 상기 제1 그룹의 탭들의 하나 이상의 쌍의 각각은 상기 제1 그룹의 안테나 소자들의 하나 이상의 쌍의 각 쌍의 대응하는 안테나 소자들에 전기적으로 접속됨 - ;
    상기 방사기 PCB의 제2 측 상의 대향하는 안테나 소자들의 하나 이상의 쌍을 포함하는 제2 그룹의 안테나 소자들 - 상기 방사기 PCB의 제2 측은 상기 방사기 PCB의 제1 측의 맞은편임 - ;
    상기 제2 그룹의 안테나 소자들의 하나 이상의 쌍에 대응하는 탭들의 하나 이상의 쌍을 포함하는 제2 그룹의 탭들 - 상기 제2 그룹의 탭들의 하나 이상의 쌍의 각각은 상기 제2 그룹의 안테나 소자들의 하나 이상의 쌍의 각 쌍의 대응하는 안테나 소자들에 전기적으로 접속됨 - ;
    상기 백플레인부는:
    백플레인 PCB;
    상기 백플레인 PCB 상의 배선; 및
    상기 백플레인 PCB에 대하여 법선이며 서로 평행하거나 동일한 평면에 있는 방향으로 상기 방사기부가 상기 백플레인부 내에 플러깅되게 할 수 있는, 상기 백플레인 PCB 상의 하나 이상의 에지 카드 커넥터를 포함하고,
    상기 하나 이상의 에지 카드 커넥터의 각각은 제1 및 제2 그룹의 안테나 소자들의 하나 이상의 쌍 및 상기 안테나 소자들에 대응하는 제1 및 제2 그룹의 탭들의 하나 이상의 쌍에 접속되고 상기 배선을 상기 대응하는 제1 및 제2 그룹의 탭들의 하나 이상의 쌍에 전기적으로 접속하는, 안테나 어레이.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 제22항의 안테나 어레이를 포함하는 모듈형 안테나 어레이(modular antenna array).

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