KR101679543B1 - 통합 발룬을 구비하는 적층된 보우타이 라디에이터 - Google Patents
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Abstract
위상 배열에서 이용하기 위한 회전식 안테나 요소 및 발룬은 기술된다. 안테나는 복수의 적층된 보우타이 라디에이터들을 포함한다. 각 적층된 보우타이 라디에이터들은 유전체에 의해 분리되는 수동 컨덕터 및 구동 컨덕터를 포함한다. 발룬은 그것의 내부 표면들 위에 대칭적으로 배치된 유전체 슬랩들을 가지는 중심부재를 포함한다. 발룬의 적어도 일 단부가 모양을 가지도록 제공되어서 발룬의 유전체 슬랩들 위에 컨덕터들은 구동 라디에이터 컨덕터들에 결합될 수 있다.
Description
개념들, 시스템들, 회로들 및 기술들은 일반적으로 무선 주파수(RF) 회로 및 더 특히 RF안테나 및 통합 발룬에 관해 여기서 기술된다.
당 업계에서 알려진 바와 같이, 위상 배열 안테나(phased array antennas)는 복수의 안테나 요소들(antenna elements) 또는 라디에이터들(radiators)로 구성된다. 또한 알려진 바와 같이, 이러한 안테나 요소들의 디자인에서, 트레이드-오프(trade-off)는 작동 주파수 대역폭 특성들(operating frequency bandwidth characteristics) 및 교차-성극 절연 특성들(cross-polarization isolation characteristics) 사이에서 전형적으로 제작된다. 예를 들어, 적절한 디자인과, 쌍극 안테나(dipole elements)의 배열에는 모든 검사 면들(scan planes)에서 상대적으로 높은 교차-성극 절연 특성들이 제공될 수 있다; 그러나 대역폭은 제한된다. 다른 한편으로, 배열 안테나들은 노치 라디에이터들(notch radiators)로부터 제공될 수 있거나 비발디(Vivaldi) 라디에이터들(예를 들어)은 상대적으로 넓은 주파수 대역폭을 넘어서 작동하거나 할 수 있지만, 주축들(principal axes)의 상대적으로 낮은 교차-성극 절연 특성을 가진다.
그라운드 평면(ground plane) 위에 배치된 늘어진(Droopy) 보우타이(bowtie) 요소들은 일반적으로 주파수들에서 VHF로부터 마이크로파 파장들로 전송 방사 패턴들(transmission radiation patterns) 또는 원형 성극 수신(circular polarized (CP) reception)을 산출하기(producing) 위한 수단으로 잘 알려져 있다. 늘어진 보우타이 요소들은 발룬 매칭(matching) 및 암 위상 변화 기능들(arm phasing functions)을 달성하기 위한 분리 하위 어셈블리들(subassemblies)을 수반하는(involving) 동-축 구성을 실현하는(realized) 발룬에 종종 결합된다. 이러한 디자인은 양호한 대역폭 하지만 부족한(poor) 교차-성극 절연 특성들을 가지는 통합 안테나-발룬 어셈블리를 전형적으로 야기한다. 또한, 이러한 디자인은 상대적으로 조립하기 어렵고(높은 반복 엔지니어링 비용) 다른 작동 주파수들 또는 성극(polarizations)에 쉽게 맞춰질(adapted) 수 있다.
그라운드 평면(ground plane) 위에 배치된 늘어진(Droopy) 보우타이(bowtie) 요소들은 일반적으로 주파수들에서 VHF로부터 마이크로파 파장들로 전송 방사 패턴들(transmission radiation patterns) 또는 원형 성극 수신(circular polarized (CP) reception)을 산출하기(producing) 위한 수단으로 잘 알려져 있다. 늘어진 보우타이 요소들은 발룬 매칭(matching) 및 암 위상 변화 기능들(arm phasing functions)을 달성하기 위한 분리 하위 어셈블리들(subassemblies)을 수반하는(involving) 동-축 구성을 실현하는(realized) 발룬에 종종 결합된다. 이러한 디자인은 양호한 대역폭 하지만 부족한(poor) 교차-성극 절연 특성들을 가지는 통합 안테나-발룬 어셈블리를 전형적으로 야기한다. 또한, 이러한 디자인은 상대적으로 조립하기 어렵고(높은 반복 엔지니어링 비용) 다른 작동 주파수들 또는 성극(polarizations)에 쉽게 맞춰질(adapted) 수 있다.
그러므로, 양호한 광대역 RF성능, 양호한 교차 양극화 절연 특성들, 및 반복하고 반복하지 않는 양자의 엔지니어링 비용들을 줄이는 것을 가지는 위상 배열 안테나에서 이용하기 위한 통합 안테나 요소를 제공하는 것은 바람직하다.
여기서 기술된 개념들, 시스템들, 회로들 및 기술들의 일 양태를 따라, 안테나 요소는 중심에서 제공되는 공급점을 구비한 일반적으로 피라미드 모양을 가지는 유전체 기판(dielectric substrate)을 포함한다. 기판은 내부 표면 및 외부 표면을 가진다. 네 개의 구동(driven) 도체들은 기판의 내부 표면 위에 배치되고, 구동 도체들 각각은 공급점에 가까이에서 끝나는 하나의 꼭지점을 구비한 일반적으로 삼각형 모양을 가진다. 또한, 네 개의 수동 컨덕터(four passive conductors)들은 상기 기판의 외부 표면 위에 배치되고, 수동 컨덕터들 각각은 적어도 하나의 내부 컨덕터에 대향한다. 몇몇 양태들에서, 각 수동 컨덕터들은 구동 컨덕터들 중 대응하는 하나와 비교되는 더 작은 표면 영역을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 안테나 요소의 공급점은 쿼드-라인 수직 발룬 기둥(quad-line vertical balun column)과 전기적으로 결합된다. 쿼드-라인 발룬 기둥은 제1 및 제2 대향하는 단부들을 구비한 중심 전도성 부재(central conductive member) 및 정사각형 단면 모양을 가진다. 중심 전도성 부재는 각각 중심 부재의 전도성 표면 및 제2 대향하는 전도성 표면 위에 배치된 제1 표면을 가지는, 네(4) 유전체 발룬 슬랩들을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 안테나 요소 구동 도체들은 발룬에 의해 공급되고 수동 컨덕터들은 구동 컨덕터들 중 대응하는 것들에 의존되게(parasitically) 결합된다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 안테나 어셈블리는 새겨진 회로기판(printed circuit board, PCB), 회로 기판의 하나의 표면 위에 배치된 공급 회로, 안테나 요소, 및 일 단부에서 공급 회로와 전기적으로 결합되고 반대 단부에서 안테나 요소와 전기적으로 결합되는 쿼드-라인 발룬 기둥을 포함한다. 안테나 요소는 공동의 중심 지점에서 제공하는 공급점 및 안에 한 쌍의 대향하는 표면을 가지는 공동 구역으로 형성된 공동구역 및 높이를 가지는 유전체 라디에이터를 포함한다. 안테나 요소는 표면들 각각 위에 배치된 전도성 층을 더 포함하고, 각 전도성 층은 네 전도성 표면들 및 제1 및 제2 대향하는 전도성 단부들을 가진다. 발룬 기둥은 각 중심 부재의 전도성 표면 및 제2 대향하는 전도성 표면위에 배치되는 제1 표면을 가지는, 네(4) 유전체 발룬 슬랩들을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 안테나 어셈블리 공급 회로는 각 발룬 중심 부재 전도성 표면에 결합된 그라운드 컨덕터, 제1 발룬 슬랩 공급 컨덕터에 결합되는 제1 공급 컨덕터, 제2 발룬 슬랩 공급 컨덕터에 결합되는 제2 공급 컨덕터, 제3 발룬 슬랩 공급 컨덕터에 결합되는 제3 공급 컨덕터, 및 제4 발룬 슬랩 공급 컨덕터에 결합되는 제4 공급 컨덕터를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 안테나 어셈블리는 배치된 안테나 요소를 넘는 지지 구조물을 더 포함하고, 그곳에서 발룬의 제1 단부는 지지 구조물 내에 제1 개구를 통해서 노출되고 상기 발룬의 제2 단부는 지지 구조물 내 제2 개구를 통해서 노출된다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 복수의 안테나 어셈블리들은 이-차원 배열 패턴으로 배열되고, 제공된다.
본 발명의 다른 양태를 따라서, 안테나 어셈블리를 조립하기 위한 방법은 회로 기판으로 쿼드-라인 수직 발룬 기둥의 결합하는 제1 단부 및 안테나 요소로 발룬의 결합하는 제2 단부를 포함한다.
본 발명의 앞서 말한 특징들뿐만 아니라 본 발명 자체는 도면들의 상세한 기술을 따르는 것으로부터 더 완전히 이해될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 안테나 요소의 공급점은 쿼드-라인 수직 발룬 기둥(quad-line vertical balun column)과 전기적으로 결합된다. 쿼드-라인 발룬 기둥은 제1 및 제2 대향하는 단부들을 구비한 중심 전도성 부재(central conductive member) 및 정사각형 단면 모양을 가진다. 중심 전도성 부재는 각각 중심 부재의 전도성 표면 및 제2 대향하는 전도성 표면 위에 배치된 제1 표면을 가지는, 네(4) 유전체 발룬 슬랩들을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 안테나 요소 구동 도체들은 발룬에 의해 공급되고 수동 컨덕터들은 구동 컨덕터들 중 대응하는 것들에 의존되게(parasitically) 결합된다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 안테나 어셈블리는 새겨진 회로기판(printed circuit board, PCB), 회로 기판의 하나의 표면 위에 배치된 공급 회로, 안테나 요소, 및 일 단부에서 공급 회로와 전기적으로 결합되고 반대 단부에서 안테나 요소와 전기적으로 결합되는 쿼드-라인 발룬 기둥을 포함한다. 안테나 요소는 공동의 중심 지점에서 제공하는 공급점 및 안에 한 쌍의 대향하는 표면을 가지는 공동 구역으로 형성된 공동구역 및 높이를 가지는 유전체 라디에이터를 포함한다. 안테나 요소는 표면들 각각 위에 배치된 전도성 층을 더 포함하고, 각 전도성 층은 네 전도성 표면들 및 제1 및 제2 대향하는 전도성 단부들을 가진다. 발룬 기둥은 각 중심 부재의 전도성 표면 및 제2 대향하는 전도성 표면위에 배치되는 제1 표면을 가지는, 네(4) 유전체 발룬 슬랩들을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 안테나 어셈블리 공급 회로는 각 발룬 중심 부재 전도성 표면에 결합된 그라운드 컨덕터, 제1 발룬 슬랩 공급 컨덕터에 결합되는 제1 공급 컨덕터, 제2 발룬 슬랩 공급 컨덕터에 결합되는 제2 공급 컨덕터, 제3 발룬 슬랩 공급 컨덕터에 결합되는 제3 공급 컨덕터, 및 제4 발룬 슬랩 공급 컨덕터에 결합되는 제4 공급 컨덕터를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 안테나 어셈블리는 배치된 안테나 요소를 넘는 지지 구조물을 더 포함하고, 그곳에서 발룬의 제1 단부는 지지 구조물 내에 제1 개구를 통해서 노출되고 상기 발룬의 제2 단부는 지지 구조물 내 제2 개구를 통해서 노출된다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 복수의 안테나 어셈블리들은 이-차원 배열 패턴으로 배열되고, 제공된다.
본 발명의 다른 양태를 따라서, 안테나 어셈블리를 조립하기 위한 방법은 회로 기판으로 쿼드-라인 수직 발룬 기둥의 결합하는 제1 단부 및 안테나 요소로 발룬의 결합하는 제2 단부를 포함한다.
본 발명의 앞서 말한 특징들뿐만 아니라 본 발명 자체는 도면들의 상세한 기술을 따르는 것으로부터 더 완전히 이해될 수 있다.
본 명세서에 개시되어 있음.
도 1은 쿼드-라인 발룬 기둥 및 적층된 보우타이 안테나 요소를 가지는 통합 안테나 요소의 등각투영도이다.
도 1a는 도 1의 적층된 보우타이 안테나 요소의 등각투영도이다.
도 1b는 도 1의 통합 안테나 요소의 단면도이다.
도 2는 일부 적층된 보우타이 안테나 요소의 측면도이다.
도 3내지 3b는 적층된 안테나 요소들의 사시도들이다.
도 4는 쿼드-라인 발룬, 공급 회로, 및 지지 구조물을 가지는 일부 유닛-셀 어셈블리의 등각투영도이다.
도 4a는 도4의 일부 유닛-셀 어셈블리의 단면도이다.
도5는 쿼드-라인 발룬의 등각투영도이다.
도5a 는 도5의 쿼드-라인 발룬의 평면도이다.
도 6은 새겨진 회로 기판(PCB)를 넘어서 배치되는 공급 회로의 평면도이다.
도 6a는 도 6의 PCB의 측면도이다.
도 7은 적층된 보우타이 안테나 요소 및 쿼드-라인 발룬 기둥을 이용하는 안테나 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 8은 적층된 보우타이 안테나 요소 및 쿼드-라인 발룬 기둥을 이용하는 안테나 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 9는 안테나 배열 어셈블리에서 이용하기 위한 "에그 크레이트" 지지 구조물의 등각투영도이다.
도 9a 및 9b는 안테나 배열 어셈블리의 등각투영도이다.
도 9c는 도 9a 및 9b에서 안테나 배열 어셈블리의 측면도이다.
도 1a는 도 1의 적층된 보우타이 안테나 요소의 등각투영도이다.
도 1b는 도 1의 통합 안테나 요소의 단면도이다.
도 2는 일부 적층된 보우타이 안테나 요소의 측면도이다.
도 3내지 3b는 적층된 안테나 요소들의 사시도들이다.
도 4는 쿼드-라인 발룬, 공급 회로, 및 지지 구조물을 가지는 일부 유닛-셀 어셈블리의 등각투영도이다.
도 4a는 도4의 일부 유닛-셀 어셈블리의 단면도이다.
도5는 쿼드-라인 발룬의 등각투영도이다.
도5a 는 도5의 쿼드-라인 발룬의 평면도이다.
도 6은 새겨진 회로 기판(PCB)를 넘어서 배치되는 공급 회로의 평면도이다.
도 6a는 도 6의 PCB의 측면도이다.
도 7은 적층된 보우타이 안테나 요소 및 쿼드-라인 발룬 기둥을 이용하는 안테나 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 8은 적층된 보우타이 안테나 요소 및 쿼드-라인 발룬 기둥을 이용하는 안테나 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 9는 안테나 배열 어셈블리에서 이용하기 위한 "에그 크레이트" 지지 구조물의 등각투영도이다.
도 9a 및 9b는 안테나 배열 어셈블리의 등각투영도이다.
도 9c는 도 9a 및 9b에서 안테나 배열 어셈블리의 측면도이다.
도면들 및 텍스트에서 명백하게 촉진하는 노력에서 도면들은 정확한 비율이 필요 없는 대신 본 발명의 원리를 일반적으로 도시하는 것이 이해 될 것이다.
회로들의 다양한 실시예들을 기술하기 전에, 시스템들 및 기술들은 여기서 기술되고, 몇몇 소개 개념들(introductory concepts) 및 용어(terminology)는 설명된다.
참조는 때때로 여기서 특정한 타입, 크기 및/또는 모양의 안테나 요소들에 결합되는 쿼드-라인 발룬 기둥으로 제작된다. 예를 들어, 안테나 요소의 일 타입은, 특정 주파수(예를 들어, 10GHz) 또는 특정 주파수들의 대역을 넘는(예를 들어, L, S, C, 및/또는 X-대역폭 주파수 대역) 곳에서 작동과 호환되는 모양 및 크기를 가지는, 회전식 안테나 타입(type of turnstile antenna)인, 소위 적층된 보우타이 안테나 요소로 명명된다. 물론, 당업자들은 안테나 요소들의 다른 모양들 및 타입들(예를 들어, 늘어진 보우타이 안테나 요소와 다른 안테나 요소)이 쿼드 라인 발룬 기둥과 또한 이용될 수 있는 것 및 하나 이상의 안테나 요소들의 크기가 RF 주파수 범위 내의(예를 들어, 대략 1GHz 내지 대략100GHz의 범위에서 어떠한 주파수) 어떠한 주파수에서 작동을 위해 선택될 수 있는 것을 인정할 것이다. 쿼드-라인 발룬 기둥(예를 들어, 배열을 형성하는)과 이용될 수 있는 방사하는(radiating) 요소들의 타입들은 당업계에서 알려진 보우타이, 노치 요소들, 쌍극들, 슬롯들 또는 어떠한 다른 안테나 요소(요소가 새겨진 회로 요소인지와 관계없는)를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 배열을 수반하는 실시예들의 내에서, 배열 내의 안테나 요소들이 직사각형의, 정사각형의, 삼각형의(예를 들어, 등변 또는 이등변 삼각형), 및 나선형 구성들뿐만 아니라 비 주기적 또는 임의의 격자(arbitrary lattice) 배열들과 같은 주기적인 격자(periodic lattice) 배열들(또는, 구성들)을 포함하는 복수의 상이한 안테나 요소 격자 배열들 중 어떠한 하나를 가지도록 제공할 수 있는 것은 이해될 것이다.
본원에서 기술된 적층된 보우타이 안테나 요소 및/또는 발룬의 적어도 몇몇 실시예들에서 응용 프로그램들(Applications)은 기반선박(ship based), 항공기(airborne), 미사일 및 위성 응용프로그램들을 포함하는 다양한 응용 프로그램들을 위한 통신 시스템들, 전자전(electronic warfare, EW), 및 레이더를 포함하여 이용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 원에서 더 설명되는 바와 같이, 통합 발룬 및 적층된 보우타이 안테나 요소의 몇몇 실시예들은 군사, 항공, 선박, 통신, 무인 항공기(UAV) 및/또는 상업적 무선 응용 프로그램들에 적용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1-1b을 참조하여, 유사한 구조물들은 몇몇 모습들에 걸쳐 유사한(like) 참조번호들을 가지도록 제공되고, 통합 안테나 요소(10)는 적층된 보우타이 안테나 요소(본 원에서 또한 안테나 요소(14)와 같이 언급되는, 14)의 공급점에 전기적으로 결합된 제1 단부를 가지는 쿼드-라인 발룬 기둥(또는 더 간단한 발룬(12), 12)를 포함한다. 발룬 기둥(12)은 안테나 요소(14)의 중심에 전기적으로 결합되고, 요소는 또한 중심-공급 적층된 보우타이 안테나 요소(14)로 때때로 언급된다.
몇몇 실시예들에서, 발룬 기둥(12)은 납땜(soldering), 용접(welding), 에폭시를 이용한 부착, 또는 마찰 끼움을 포함하는 업계에 알려진 어떠한 기술을 이용하는 안테나 요소(14)에 기계적으로 결합될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직한 실시예들에서, 안테나 요소(14)는 삽입 될 수 있는 발룬 기둥(14)을 통해서 개구(14a)를 가진다. 도 9-9c와 관련하여 후술하는 바와 같이, 이러한 구성은 상업적인(commercial) 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 로봇들을 이용하여 조립하도록 통합 안테나 요소(14)를 허용하고, 그러므로 반복되는 비용들을 줄일 수 있다.
안테나 요소(14)는 도 1-1b에서 도시된 바와 같이, 모서리를 자른 피라미드 모양을 가질 수 있는 삼-차원 구조물이다. 도 1a에서, 안테나 요소(14)는 피라미드 모양에 의해 형성된 공동(19)을 드러내도록 거꾸로(upside down) 도시된다. 안테나 요소(14)는 유전체 물질(20c)에 의해 분리되는 수동 컨덕터(20a) 및 구동 컨덕터(20b)를 각각 가지는, 복수, 여기서 넷(4)의, 적층된 보우타이 라디에이터(20)를 포함한다. 바람직한 실시예들에서, 안테나 요소(14)는 어떠한 적용 가능한 모양 및 크기의 몰드 내부로 액체 크리스탈 폴리머(liquid crystal polymer(LCP))를 주입 함으로서 형성되는 단일 구조물들일 수 있다. LCP가 유전체(20c)로서 더 취급(serve)할 수 있는 것은 이해될(appreciated) 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 각 적층된 보우타이 라디에이터(20)는 따로따로 제조되고 후에 안테나 요소(14)를 형성하도록 함께(예를 들어 에폭시에 의해) 고정된다. 따라서, 유전체(20c)는 유전체의 단일 조각(single piece) 또는 유전체의 네 분리 조각들(four separate pieces) 중 하나일 수 있다. 몇몇 실시예들에서 슬롯들은 LPC 사용량(usage)/비용을 줄이고 절연을 개선하도록 인접한 적층된 보우타이 라디에이터들(20) 사이에 제공될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이러한 슬롯들은 대략 180 mils 의 길이를 가진다.
구동 컨덕터들(20b)은 안테나 요소(14)의 피라미드 모양 공동(pyramidal shaped cavity; 19) 내부에서 네 평평한-표면 금속 날개들(four surface-plated metal wings)로서 제공될 수 있다. 금속 날개들은 당업자에게 알려진 어떠한 추가적인 또는 감하는(subtractive) 공정을 통하여 형성될 수 있다. 또한, 수동 컨덕터들(20a)은 각 구동 컨덕터(20a)에 대향 배치된 네 평평한-표면 금속 날개들로서 제공될 수 있다. 아래에서 논의되는 이유를 위하여, 각 구동 컨덕터(20b)는 각 대응하는 수동 컨덕터(20a)보다 더 큰 표면을 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 안테나 요소(14)는 평평한 구리(copper platted)이고, 구리는 전도성 표면들(20a, 20b)을 형성하도록 레이저를 선택적으로 제거/식각(etched)될 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 안테나 요소(14)는 대략 380mils의 너비/길이(w4(도 1a에서 도시된)), 대략 140 mils의 높이(h1(도 1b에서 도시된))를 가지고, 수동 컨덕터들(21)은 대략 284 mils의 긴 가장자리 너비(w5), 대략 84 mils의 짧은 가장자리 너비(w6), 및 대략 147 mils의 좁아지는(tapered) 가장자리 길이를 가진다.
도 1b를 참조하여, 발룬 기둥(12)의 일 단부는 구동 컨덕터(20b)에 전기적으로 결합된다(두 구동 컨덕터들(20b)은 오직 도 1b에서만 도시된다.). 일 실시예에서, 발룬 기둥(12)은 납땜 연결을 통해 구동 컨덕터들(20b)에 결합된다. 당업자는, 물론, 납땜 이외의 기술들이 또한 컨덕터들(20b)에 발룬 기둥(12)을 결합하도록 이용될 수 있는 것을 이해할 것이다. 이러한 기술들은 용접 기술들 및 전도성 에폭시 기술들을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1b를 여전히 참조하여, 적층된 보우타이 라디에이터들(20)의 작동 및 이점들은 기술될 것이다. 앞서 언급한 바와 같이, 구동 컨덕터들(20b)은 발룬 기둥(12)에 전기적으로 연결되고, 차례로 이는 공급 회로(미 도시된)에 전기적으로 연결된다. 반면에, 수동 컨덕터들(20a)은 공급 회로에 전기적으로 연결되지 않는다. 나아가, 각 구동 컨덕터(20b)는 반대로(opposite) 배열되고 수동 컨덕터들(20a) 중 대응하는 것들보다 더 작은 표면 영역을 가진다. 그러므로, 구동 컨덕터들(20b)이 제1 주파주 대역(제1 공명 주파수(first resonant frequency) 주위에서 중심이 되는)을 넘어서 작동하는 공급 회로에 의해 구동/공급되는 반면에, 수동 컨덕터들(20a)이 제2 주파수 대역(제2 공명 주파수 주위에서 중심이 되는)을 작동하는 공급 회로에 의해 구동/공급되지 않는 "기생(parasitic) 요소"인 것이 이해되어야 한다. 따라서, 적층된 보우타이 라디에이터들은 현존하는(existing) 회전식 라디에이터들와 비교되는 작동 범위 및 증가된 대역폭을 본 원에서 제공하는 것은 개시된다.
도 1b에서 도시된 바와 같이, 각 적층된 보우타이 라디에이터(20)는 일반적으로 곧은(straight) 모양을 가지고 있다. 다른 실시예들에서, 각 라디에이터(20)는 볼록한 모양 또는 오목한(볼록한 모양의 반대) 모양을 가질 수 있다. 도 2및 3에서 도시된 바와 같이, 볼록한 인자(D)는 구동 컨덕터들(20b)의 모양을 제어한다. 유전체들(20c) 및 수동 컨덕터들(20b)의 모양은 구동 컨덕터들(20b)의 모양에 일반적으로 필적하도록 맞춰질 수 있는 것은 이해되어야 한다. 따라서, 볼록한 계수를 변화하는 것은 볼록한 모양으로부터 곧은 모양, 오목한 모양으로 라디에이터모양을 변화시킨다. 볼록한 인자는 X-대역 주파수 범위에서 작동하기 위해 대략 0.2mm 내지 대략 -0.2mm으로 일반적으로 다양할 수 있다. 이러한 변화는 대게 안테나 저항 특성들 상에서 사소한(minor) 효과를 가지지만 동시에, 이것은 안테나를 제조하기 위해 확립되는 기계적인 허용 오차들을 받아들이게 제공된다. 또한, 볼록함은 대역폭에 대하여 요소 패턴 성능을 최적화하도록 이용될 수 있는 다른 설계 한도를 제공한다. 그러나, 볼록한 인자 세팅에 관계없이, 적층된 보우타이 성능이 제조 과정들을 확립할 수 있게 하는(amenable) 이러한 인자에서 변형들에 용인될 수 있는 것은 이해 되어야 한다.
도 2를 참조하여, 유사한 구조물들은 도 1 내지 1b과 같은 유사한 참조번호들을 가지도록 제공되고, 볼록한 인자(D)는 구동 컨덕터들(20b)의 모양을 제어한다. 도 1 내지 1b에서 도시된 바와 같이, 적층된 보우타이 라디에이터들(20)은 일반적으로 곧은(straight) 모양을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 라디에이터들(20)은 볼록한 모양 또는 오목한(볼록함에 반대인(negative convex)) 모양을 가질 수 있다. 유전체들(20c)의 모양 및 수동적인 컨덕터들(20a)은 구동 컨덕터들(20b)의 모양에 일반적으로 필적하도록 맞춰질 수 있다. 따라서, 볼록한 요소를 변화하는 것은 볼록한 모양으로부터, 곧은 모양으로, 오목한 모양으로 라디에이터 모양을 변화한다.
볼록한 인자는X-대역 주파수 범위 내에서 작동하기 위하여 일반적으로 대략0.2mm로부터 대략 -0.2mm로 바뀔(vary) 수 있다. 이러한 변형은 대게 안테나 저항(impedance) 특성들 상에서 사소한(minor) 효과를 가지지만, 동시에, 이것은 안테나 제조를 위해 확립되도록(established) 기계적인 오차들(tolerances)을 허용한다. 또한, 볼록함은 대역폭에 대한 요소 패턴 성능(element pattern performance)을 최적화(optimize)하도록 이용될 수 있는 다른 설계 한도(design parameter)를 제공한다. 볼록한 인자 세팅(setting)에 관계없이, 적층된 보우타이 성능이 제조 공정들을 확립되도록 따르게(amenable)하는 이러한 인자에서 변형들에 용인될(toleranced) 수 있는 것은 이해된다.
도 3-3b를 참조하여, 도 1 내지 1B 및 2의 유사한 구조물들은 유사한 참조번호들을 가지도록 제공되고, 안테나 요소(도3, 14)는 제로와 동일하게 정해진(set)볼록한 요소(D)를 가진다. 따라서, 요소(14) 및 대응하는 구동 컨덕터들(20b), 유전체들(20c), 및 수동 컨덕터들(미 도시된)은 곧음 또는 비-볼록해지도록 언급될 수 있다. 도 3a에서 안테나 요소(14')는 0.06과 유사하게 정해진 볼록한 인자를 가지도록 제공된다. 따라서, 요소(14') 와 대응하는 구동 요소들(20b'), 유전체(20c'), 및 수동 컨덕터들(미 도시된)은 명확하게(positive) 볼록함을 가지고 볼록해지도록 언급된다. 도 3b에서 안테나 요소(14")는 -0.06과 동일하도록 정해진 볼록한 인자(D)를 가지도록 제공된다. 따라서, 요소(14")와 대응하는 구동 컨덕터들(20b"), 유전체(20c"), 및 수동 컨덕터들(미 도시된)은 반대인(negative) 볼록함을 가지고 따라서 오목함으로 언급된다.
도4 및 4a를 참조하여, 도 1 내지 1b의 유사한 구조물들은 유사한 참조번호들을 가지도록 제공되고, 지지 구조물들(30)은 도시된, 새겨진(printed) 회로 기반(PCB; 40) 의 표면 상으로 배치된다(예를 들어, 새겨짐). 쿼드-라인 발룬 기둥(12)은 PCB(40)에 기계적으로 연결되고 공급 회로(42)에 전기적으로 결합된 제1 단부를 가진다. 차례대로, 여기서 홀을 통과하여, 공급 회로(42)는 다른 RF회로들(도 4a 상에서 미 도시된)에 결합될 수 있고, 예를 들어 몇몇 실시예들에서, 발룬 기둥(12)은 납땜 연결들(46)을 통해서 공급 회로(42)에 전기적으로 결합될 수 있다. 또한, 납땜 연결들(46)은 물론 기계적으로 결합하는 것을 제공할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 발룬 기둥의 제1 단부는 도 5에서의 포스트(72)와 같은, 포스트를 포함하고, 이는 PCB로 발룬 기둥을 고정하도록 도 6에서의 수용체(48)와 같은, 포스트 수용체 내부로 끼워질 수 있다. 공급 회로(42)는 도 6 및 6a와 관련하여(conjunction) 아래에서 더 충분히 논의된다.
발룬 기둥(12)은 도시된 바와 같이, 지지 구조물(30) 내의 개구를, 지나서 연장 및 통해서 노출될 수 있는 제2 단부를 더 가질 수 있다. 발룬 기둥(12)의 제2 단부가 도 1-1b에서 도시된 바와 같은, 안테나 요소(14)처럼, 안테나 요소에 전기적으로 및 기계적으로 결합될 수 있는 것은 이해될 수 있다.
참조번호의 편의를 위해, 지지 구조물의 결합, 공급 회로, 발룬 기둥, 및 적층된 보우차이 안테나(도 4에서 도시되지 않은)는 이후에 "유닛 셀"으로서 언급될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 지지 구조물(30) 또는 그것의 부분들은 사출 성형 기술들(injection molding techniques)을 이용하여 가공될(fabricated) 수 있다. 그러나, 당업계에 알려진 다른 기술이 지지 구조물(30)을 가공하도록 이용될 수 있는 것은 이해되어야 한다. 일 실시예에서, 지지 구조물(30)은 전도성 표면들(예를 들어, 금속화된 벽들)을 가지고, 이에 의해 배열 안테나(도 9b에서 도시된 배열과 같은) 인접한 유닛 셀들 사이에서 결합하는 표면 파동 모드(surface wave mode)를 억압하고(suppress) 전기적인 절연을 제공한다. 바람직한 실시예들에서 지지 구조물(30)은 160 mils의 높이(h2), 30mils의 두께(d2), 및 440 mils의 너비/길이(w3)를 가진다.
기둥(12)은 PCB(40) 위에서 컨덕터(42)에 결합된 제2 단부 및 네 라디에이터들(20) 중 대응하는 것(one)에 결합된 제1 단부를 가지는 컨덕터들(13a, 13b, 13c, 13d)의 각각을 구비하는 그 위에 배치된 컨덕터들(도 4A에서는 오직 13a 내지 13c의 컨덕터들만 도시됨, 13a, 13b, 13c, 13d)을 가지는 각 기판(15a, 15b, 15c, 15d)를 구비하는 복수의, 본원에서 네 개의, 유전체 기판(도 4A에서는 오직 15b 및 15c의 유전체 기판만 도시됨, 15a, 15b, 15c, 15d)을 포함한다. 특정한 일 실시예에서, 컨덕터들(13a, 13b, 13c, 13d)은 배치된 그것들 위에 각각의 기판들(15a, 15b, 15c, 15d)의 너비와 같은 너비를 가지도록 제공된다. 다른 실시예들에서, 컨덕터들(13a, 13b, 13c, 13d)의 너비는 각각의 기판들의 너비보다 작다. 보통, 컨덕터들(13a, 13b, 13c, 13d)의 너비는 바람직하게 저항 및 절연 특성을 제공하도록 선택된다.
도 5 및 5a를 참조하여, 쿼드-라인 발룬 기둥(70)과 같이 알려진, 수직 직사각형 전달 라인(vertical rectangular transmission line)은 도시된다. 발룬 기둥(70)은 정 사각형 단면 모양을 가진 중심 전도성 부재(central conductive member; 78)를 포함한다. 유전체 기판들(82a, 82b, 82c, 82d)은 중심 부재(78)의 내부 표면들위에 배치된다. 몇몇 실시예들에서, 유전체 기판들(82a, 82b, 82c, 82d)은 Rogers RT/duroid 6010 PTFE 유전체 물질로 구성된다. 유전체 기판들(82a, 82b, 82c, 82d)은 납땜, 글루, 에폭시, 용접 또는 당업자들에게 잘 알려진 어떠한 다른 고정 기술을 이용하여 중심 부재(78)에 고정될 수 있다.
도 5A에서 도시된 실시예에서, 유전체 기판들(82a, 82b, 82c, 82d)은 한 표면 위에 배치된 전도성 물질(컨덕터들(80a, 80b, 80c, 80d)은 도 5에서 도시되지 않음, 80a, 80b, 80c, 80d)을 가지도록 각각 제공되지만, 대향하는 표면 상에서는 아니다. 이것은 중심 부재(78)가 대향하는 컨덕터로서 제공되는 것 때문이다. 따라서, 유전체 기판들(82a, 82b, 82c, 82d) 및 각각의 전도성 표면들(80a, 80b)은 중심 전도성 부재(즉, 중심 전도성 부재의 측면 표면들 상에 배치된, 78)에 의해 제공되는 동일한 그라운드(ground)를 공유하는(sharing) 네 개의 인접한 동일 평면 상의 마이크로스트립 전달라인들을 형성한다. 다른 실시예들에서, 유전체 기판들(82a, 82b, 82c, 82d)의 전도성이 아니고 대신에 대향하는 표면 상에서 분할하는 컨덕터들을 제공하는 중심부재를 제공하는 것은 바람직하거나 필요할 수 있다. 발룬 기둥(70)이 도 1-1b, 4 및 4a에서 발룬 기둥(12)에 유사하거나 동일한 것은 이해되어야 하고, 이 경우에 컨덕터들(80a, 80b, 80c, 80d)은 각각의 컨덕터들(13a, 13b, 13c, 13d)에 대응할 수 있다.
일 실시예에서, 중심 전도성 부재(78)는 정사각형 또는 직사각형 단면 모양을 가지도록 제공되고 단단한(solid) 금속 컨덕터(예를 들어, 구리 또는 황동(brass) 바)로서 제공된다. 다른 실시예들에서 중심 전도성 부재는 단단할 필요가 없다(예를 들어, 그것은 오목하거나 부분적으로 오목함). 또한, 중심 전도성 부재(78)는 비전도성 물질로부터 제공될 수 있고, 중심 전도성 부재(78)를 그 너머에(thereover) 제공하도록 배치된 전도성 표면 또는 전도성 코팅을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 중심 전도성 부재(78)는 기계가공(machining) 기술로 제공된다. 다른 실시예들에서, 전도성 부재(78)는 성형 기술(예를 들어 사출성형)을 통해 형성될 수 있다. 또한, 당업자에게 알려진 다른 기술들은 중심 전도성 부재를 제공하도록 이용될 수 있다.
도 5a의 실시예에서, 컨덕터들(80a, 80b, 80c, 80d)는 배치된 컨덕터들(80a, 80b, 80c, 80d) 위체 각각의 유전체 기판들(82a, 82b, 82c, 82d)의 너비와 실질적으로 같은 너비를 가진다. 다른 실시예들에서, 각 컨덕터(80a, 80b, 80c, 80d)는 배치된 그것 위에 각각의 유전체들(82a, 82b, 82c, 82d)의 너비보다 더 작은 너비를 가질 수 있다.
장착 포스트(mounting post 72)는 PCB에 기계적으로 연결하기 위한 기둥(70) 위에서(upon) 제공될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 장착 포스트(72)는 전도성 물질로 구성되고 그러므로 도 6에서 도시된 공급 회로(42)와 같이, 공급 회로 및 중심 전도성 부재(78)에 전기적으로 결합하는 것을 또한 제공한다. 물론 장착 포스트(72)는 제공될 수 있는 히트 회로에 중심 전도성 부재(78)를 전기적으로 결합하기 위한 분할 수단들 및 비-전도성 물질을 구성할 수 있다.
당업자들은 발룬 기둥(70)의 일정한 치수들(certain dimensions)이 그것의 작동성능에 영향을 미칠(affect) 수 있는 것을 이해할 것이다. 보통, 각 유전체 기판(82a, 82b, 82c, 82d) 은 도시된 바와 같이 높이(h1), 너비(w2), 및 두께(d1)를 가진다. 중심 전도성 부재(78)는 각 유전체 기판(82a, 82b, 82c, 82d)과 같이 일반적으로 동일한 높이(장착 포스트(82)를 포함하지 않은, h1) 및 너비(w1)를 가진다. 몇몇 바람직한 실시예들에서, w1 은 50mils로 선택되고, w2는 25mils로 선택되며, d1 은 10mils로 선택되고, h1 은 50mils로 선택된다. 보통 높이(h1)가 바람직한 작동 주파수 범위에 기초하는 선택되어야 하는 것은 이해 될 것이다.
일 바람직한 실시예에서, 쿼드 라인 발룬은 대략 10.2 내지 대략 10.9의 범위 및 대략 0.0023의 손실 탄젠트에서 상대 유전율(relative dielectric constant
)를 가지는 Rogers RT/duroid 6010 PTFE 세라믹 적층물(ceramic laminate)로부터 제공되는 동일 평면상의 마이크로스트립 전달라인들을 포함한다. 적층물은 그것의 대향하는 표면들 상에 배치되는 전도성 물질을 가지도록 제공된다. 전도성 물질은 예를 들어, 전착된(electrodeposited (ED)) 구비 또는 말린(rolled) 구리의 1/2 oz로서 제공될 수 있다. 전달성은 절단되고, 식각 되거나, 그렇지 않으면 양면 스트립(double-sided strips)과 같은, 유전체 시트(sheet)로 제공되고, 이후에 납땜 기술 또는 다른 적절한 부착 기술을 이용하여 중심 전도설 부재에 결합된다. 전달 라인들은 중심 전도성 부재(78)에 납땜될 수 있다.
두 동일 평면상(coplanar)의 전달라인 쌍들(pairs)의 결과로 이러한 발룬 구조는 매우 절연되고(전기적인 감지에서, isolated) 두 안테나들을 공급하기 위해 사용된다(appropriate). 이것은 라인 채움(line filling)을 위해 이용되는 부피가 큰(bulky) 중심 컨덕터 및 높은-유전율 유전체 물질에 기인하고; 또한, 라인들은 공기 틈들(gap)에 의해 절연된다. 두 쌍들의 공급하는 전달라인들이 보호되기 때문에 발룬 기둥(70)이 종래의 발룬들 또는 공급들 보다 두 회전식 안테나 요소들 사이에서 높은 절연을 제공하는 것은 더 잘 이해될 것이다.
도 5 및 5a에서 도시된 바와 같이, 발룬 전달라인들은 각각 180도의 위상으로 밖으로 공급되는 대향하는 것을 가정하는, 대략 포트 당 30 옴의 특성 저항을 각각 가질 수 있다. 이것은 일련의 두 포트들을 공급하는 한 쌍극 안테나 당 60옴 저항을 의미하고, 이는 위에서의 도 1 내지 3b와 관련에서 논의되는 것과 같이 적층된 보우타이 라디에이터에 필적하는 양호한 저항을 제공할 것이다. 또한, 기술된 바와 같은 구조로 된(constructed) 발룬은 발룬 치수들의 변화하는 것 없이(길이를 제외하고), L-대역, S-대역, C-대역 및 X-대역 주파수 범위들을 넘어서 작동을 위하여 적용 가능하다.
도 6 및 6a를 참조하여, 도 4 및 4a의 유사한 구조물들은 유사한 참조번호들을 가지도록 제공되고, 공급 회로(42)는 도시된 바와 같이, PCB(40)의 표면 상으로 배치된(예를 들어, 새겨진)다. 공급 회로(42)는 도 5에서의 컨덕터들(80a, 80b, 80c, 80d)과 같이, 각각이 쿼드-라인 발룬 기둥 상에 제공되는 네 개의 동일 평면상의 전달라인 컨덕터들 중 하나와 전기적으로 결합되는 것을 할 수 있는 네 개의 공급라인들(42a, 42b, 42c, 42d)을 포함한다. 또한, 공급 회로(42)는 도 5에서의 부재(78)과 같이 쿼드-라인 발룬 기둥 중심 전도성 부재에 전기적으로 결합될 수 있는 중심 컨덕터(48)를 포함한다. 이러한 전기적으로 연결하는 것들은 예를 들어, 전도성 납땜 조인트들(joints)을 형성하도록 납땜 리플로(reflow) 기술을 이용하는 것을 만들 수 있다. 공급라인들(42a, 42b, 42c, 42d) 및 중심 컨덕터(48)는 감소하는 또는 부가적인 PCB 제조 공정 중 하나를 이용하는 PCB 상에서 제공될 수 있다.
PCB(40)은 RF 분포 회로와 같이, 추가적인 RF 회로소자(미 도시된, circuitry)에 전기적으로 결합되거나 제공할 수 있다. 공급라인들(42a, 42b, 42c, 42d)은 홀들(홀 42a는 도 6a에서 도시되지 않음, holes; 44a, 44b, 44c, 44d)을 통해 추가적인 RF회로소자에 전기적으로 결합된다. 홀들(44a, 44b, 44c, 44d)이 기계 가공 작동을 통해(예를 들어 펀칭 기술, 제분(milling) 기술을 통해, 또는 당업자에게 알려진 어떠한 다른 기술들을 통해) PCB(40)에서 제공될 수 있는 것은 이해되어야 한다.
바람직한 실시예에서, 또한, PCB(40)는 PCB에 발룬 기둥이 고정되도록, 도 5에서의 포스트(72)와 같이, 발룬 기둥 포스트를 허용하는 발룬 포스트 수용체(receptor)를 포함한다. 참조 번호의 편의를 위해, 중심 연결기(center connector; 48)는 본 원에서 또한, 발룬 포스트 수용체(48)로서 언급된다. 발룬 포스트 수용체(48)는 PCB를 통해(예를 들어 통과 홀과 같이, 40) 전체적으로(entirely) 연장하거나 PCB 안으로 어느 정도까지만(only partway) 연장할 수 있는 리세스(recess)일 수 있다. 발룬 포스트 수용체(48)는 당업자에게 알려진 어떠한 공정에 의해 PCB(40)으로 제공될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 발룬 기둥 포스트(72) 및 포스트 수용체(48)가 자유로운(complimentary) 단면 모양들을 가져서 발룬 기둥 포스트는 수용체와 짝지어지고, 그로 인해 PCB(40)에 발룬(도 5에서, 70)을 고정한다. 몇몇 실시예들에서, 포스트(72)는 수용체(48) 내로 압입(press fit)될 수 있고 혹이 될(knurled) 수 있다. 포함하지만 고정자들(fasteners) 및 브라켓들(brackets)에 제한되지 않는 다른 수단들이 또한 PCB(40)에 발룬 기둥을 고정하도록 이용되는 것은 이해되어야 한다.
도 7을 참조하여, 완전한(complete) 쿼드-라인 발룬-기반 안테나 라디에이터의 세 분할 마이크로파 네트워크 요소들 및 세 참조 평면들은 도시된다. 오직 하나의 안테나 요소를 위해 공급하는 발룬은 도시된다. 입력 저항(ZD)를 구비하는 대칭적인 안테나 하중(symmetric antenna load)을 위하여, 도 7에서의 안테나 모델(antenna model)은 도 8에서 도시된 바와 같이 간소화(simplifies) 한다. 도 7에서의 안테나 모델, 입력 저항(ZD)을 구비하는 대칭적인 안테나 하중을 위하여,도 8에 도시된 바와 같이 단순화한다.
도 8을 참조하여, 대칭적인 안테나 하중을 구비하는 완전한 쿼드-라인 발룬-기반 안테나 라디에이터의 블록 다이어그램은 도시된다. 도시된 오직 하나의 안테나 요소를 위한 발룬인, 도면에서 명백하게 장려하는 것은 알려질 것이다.
하나의 포트(예를 들어, 도 8에서 포트 1c) 상에서 지연라인(delay line)을 이용하는 것이 설정(setup) 내로 비대칭을 충분히 소개하는 것은 알려질 것이다. 이러한 비대칭은 동력 분할기 모델로 고려될 수 있다.
동력 분할기는 T-divider 또는 Wilkinson power divider 중 하나로서 제공될 수 있다.
쿼드라인 발룬 기둥의 모델은 ZT = ZD / 2의 종단 저항(termination impedance)을 구비한 전달라인이다.
수식 1
L은 쿼드라인 발룬 길이의 길이임;
Z0는 쿼드라인 발룬의 특성 저항임;
ZT는 쿼드라인 발룬의 종단 저항임;
유사하게, 쿼드라인 발룬의 출력 전압(VT)에 대한 입력 전압(Vin)의 비율은, 아래의 수식으로 두-포트 네트워크의 ABCD매트릭스(matrix)에서 발견된다.
수식 2
위상 변환기(phase shifter)를 위해, 간단한 l/2지연라인이 이용될 수 있고, 그것의 전달라인 모델이 수식 1 및 2에 의해 또한 주어진다.
도 9-9c를 참조하여, 유사한 구조물들은 몇몇 모습들에 걸쳐 유사한 참조번호들은 가지도록 제공되고, 안테나 배열 어셈블리(96)(또한, 안테나 배열(antenna array; 96), 배열 안테나(array antenna; 96), 또는 더 간단한 배열(96)과 같이 본 원에서 종종 언급되는)는 기술된 이하에서, 조립과정의 다양한 단계들에서 도시된다.
도 9b 및 9c를 참조하여, 안테나 배열(96)은 복수의 유닛 셀들을 포함하고, 여기서 열두(12) 유닛 셀들은 2x6 직사각형 격자(lattice) 모양으로 배열된다. 각각의 유닛 셀들은 도 4와 관련되는 위에서 기술된 유닛 셀에 유사하거나 동일할 수 있고 발룬 기둥(92), 적층된 보우타이 안테나 요소(94), 및 지지 구조물(90a)를 포함한다. 각 지지 구조물(90a)은 대향하는 단부들에서 두 개구들을 포함할 수 있다.
도 9-9c에서 도시된 바람직한 실시예에서, 복수의 유닛 셀 지지 구조물들(90a)은 단일 "에그 크레이트" 지지 구조물(90)에 의해 제공된다. 일 실시예에서 에그 크레이트(90)는 사출 성형 기술을 통해 형성되지만, 그러나 다른 가공 기술들이 또한 이용될 수 있는 것은 이해될 것이다. 에그 크레이트(90)는 복수의 공급 회로들을 가지는 PCB(도 9-9c에서 도시되지 않은)에 접착될(bonded) 수 있다. 공급 회로들은 PCB 위에 배열되어서, 에그 크레이트(90)가 PCB를 넘어서 배치될 때, 각 공급 회로는 대응하는 지지 구조물(90a)의 일 개구를 통해 노출된다.
배열(96)은 길이(L), 너비(W), 및 두께(T)를 가지도록 제공된다. 특정한 일 실시예에서, X-대역 주파수 범위에서 작동을 위하여, 배열(96)은 여덟 줄들(rows) 열 여섯 및 기둥들을 가지도록 제공된다. 배열(96)이 복수의 이러한 부배열들(subarrays 96)의 형성이 제공되는 더 큰 배열 구조물에서 부배열로서 이용될 수 있는 것은 이해 되어야 한다.
비록 도 9 내지 9c가 바람직한 배열 모양 및 배열 격자 형상을 도시하지만, 직사각형 또는 실질적으로 직사각형 모양들과 다른 배열 모양들이 또한 이용될 수 있는 것은 더 이해될 것이다. 예를 들어, 원형, 타원형 또는 다른 규칙적인 또는 심지어 비-규칙적인 모양이 이용될 수 있다. 또한, 직사각형 또는 삼각형 이외의 배열 형상들도 또한 이용될 수 있는 것은 이해될 것이다. 비록 배열이 안테나 요소들의 특정한 수 및 정사각형모양을 가지는 것으로 여기서 도시되지만, 어떠한 수의 안테나 요소들 또는 실제 크기(physical size) 및/또는 어떠한 배열 모양도 가지는 안테나 배열이 또한 이용될 수 있는 것은 알려질 것이다. 배열 모양 및/또는 실제 크기는 대역폭 요구들, 성극 요구들, 동력 요구들, 및/또는 바람직한 스캔 부피(scan volume)를 포함하는 인자들의 수에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 당업자들은 본 원에서 기술된 개념들, 구조물들 및 기술들이 안테나 요소들의 다양한 크기들 및 모양들에 적용할 수 있는 것 및 안테나 요소들의 어떠한 수에도 이용될 수 있는 것을 이해할 것이다.
몇몇 실시예들에서, 레이돔(radome)은 시야(view)로부터 숨겨지고 및/또는 날씨(weather)로부터 보호되도록 배열(96)위에 배치될 수 있다.
안테나 배열(96)의 구조물이 기술되고, 이러한 배열을 조립하는 것의 예시적인 과정은 기술된다. 첫째로, 도 9에서 도시된 바와 같이, 빈 에그 크레이트(90)는 복수의 지지 구조물들(90a)을 가지고 복수의 공급 회로들(미 도시된)을 가지는 PCB에 경계 지어질 수 있다. 다음으로, 도 9a에 도시된 바와 같이, 일 단부에서(도 5에서의 발룬 기둥(70)과 같은 )포스트를 가지는 발룬 기둥(92)은 각 지지 구조물(90a)를 통하여, 공급 회로들 중 대응하는 것의 일부로서 제공되는 발룬 기둥 포스트 수용체 내로 삽입된다. 다음으로, 삽입되는(도 1에서의 안테나 요소(14)와 같은) 발룬 기둥을 통해서 개구를 가지는 안테나 요소(94)는 발룬 기둥(92)를 넘어서 위치되고 지지 구조물(90a) 위에서 아래로 끌리게 된다. 다음으로, 납땜 페이스트(solder paste)는 안테나 요소(94) 및 발룬 기둥(92) 사이에서 및 공급 회로 및 발룬 기둥(92) 사이에서 포함하는, 각 전기적인 연결에서 적용될 수 있다. 마지막으로, 전체의 배열 어셈블리(96)은 전기적인 연결들을 해결하도록(cure) 납땜 리플로 오븐(solder re-flow oven)을 통해서 실행(run)할 수 있다. 배열(96) 조립 공정은 본원의 위에서 기술된 것과 다른 과정으로 진행될 수 있는 것은 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 안테나 어셈블리(94)은 발룬이 삽입되기 전에 지지 구조(90a) 위에 위치될 수 있다.
당업자들은 위에서 기술된 통합된 안테나 요소, 확장(scalable) 위상 배열 안테나 구조, 조립 기술들이 영향을 주는(leveraged) 조립과정 및 상업적인 가공을 허용하고, 이에 의해 반복하는 엔지니어링 비용을 줄이는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 적층된 보우타이 안테나 요소는 구리 도금/식각 기술들 및 사출성형을 이용하여 가공될 수 있다. 발룬 기둥 및 동일 평면 전달라인들은 캐스트(cast) 및 자동화된 납땜 기술들을 이용하는 것은 대량(mass) 생산될(produced) 수 있다. 또한, 상업적인(commercial) 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 및 납땜 리-플로 라인들과 같이 자동화된 조립 기술들은 유닛 셀들, 부-배열 어셈블리, 및 전체의 위상 배열 안테나들을 쉽고 저렴하게 조립하도록 이용될 수 있다. 또한, 본 원에서 기술된 설계 및 구조들은 듀얼-대역 레이더들(dual-band radars)을 포함하는, 주파수 대역들의 넓은 범위에 쉽게 맞춰질 수 있고, 성극 분기(polarization diverse)된다. 따라서, 본 원에서 기술된 위상 배열 안테나 구조 및 가공 기술은 그라운드, 바다 및 비행 플랫폼들(airborne platforms)을 위한 통신 미션들 또는 다양한 레이더 미션들에서 이용될 수 있는 위상 배열 안테나들의 조립, 가공, 및 설계를 위한 효율적인 비용의 해결책을 제안한다.
본 원에서 언급된 모든 문헌들 및 참조들은 그것들의 전체 내에서 참조로 본 원에서 명시적으로 인용된다.
본 출원서의 도면들에서, 일부 경우에, 복수의 요소들은 특정한 요소의 그림으로 도시할 수 있고, 단일 요소는 복수의 특정한 요소들의 그림으로서 도시될 수 있다. 복수의 특정한 요소를 도시하는 것은 하나의 요소 또는 단계보다 반드시 많이 포함하는 본원에서 기술된 기술들, 구조물들, 개념들을 따라서 구현된 방법 또는 시스템을 암시(imply)하도록 의도되지는 않는다. 개념들, 구조들, 기술들인 단일 요소들은 각 요소 중 단일의 것만 가지는 실시예들로 제한되는 것으로 묘사에 의해 의도되지 않는다. 당업자는 특정한 사용자의 필요를 수용하도록, 적어도 일부의 경우에, 선택될 수 있는 도면에서 도시되는 특정한 요소의 수를 인식(recognize)한다.
위의-상세한 실시예들에서 요소들 및 특징들의 특정한 결합들이 단지 바람직하게 고려되는 것은 의도되고; 이것들 내에서 다른 가르침들과 이러한 가르침들의 교체 및 상호교환 및 참조번호-에 의해-상호 교환되는 특허들 및 응용프로그램들은 또한 명백히 고려된다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 본원에 기술된 변형, 수정, 및 다른 구현들은 본 원에서 설명되고 요구되는 바와 같이 개념의 범위 및 사상으로부터 벗어남 없이 당업자들에게 일어날 수 있다. 따라서, 앞서 언급된 설명은 제한하는 어떠한 방식으로도 해석되어서는 안되고 의도되지 않으며 단지 예시일 뿐이다.
또한, 개념들, 구조들 및 기술들을 기술하고, 도면들, 특정용어, 숫자들, 치수들, 물질들 등에서 개념들의 실시예들을 도시하는 것은 명확성을 위해 이용된다. 그러나, 본 원에서 기술된 개념들, 구조들 및 기술들은 이렇게 선택된 특정한 용어들, 숫자들, 치수들, 물질들 등에 한정되지 않고, 각각의 특정 용어, 숫자, 치수 물질은 적어도 유사한 목적을 달성하기 위한 유사한 방법으로 작동하는 모든 기술적인 및 기능적인 동등물들을 포함한다. 주어진 단어, 구문, 숫자, 치수, 물질, 언어 용어, 제품 브랜드 등의 이용은 모두 문법, 문자, 과학, 기술, 기능적인 동등물들을 포함하도록 의도된다. 본 원에서 이용된 용어는 단지 설명의 목적을 위한 것이고, 본원의 청구된 것들의 범위를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
보호하고자 하는 개념의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 개념들을 도입하는 다른 실시예들이 이용될 수 있는 것은 당업자들에게 명백해질 것이다. 또한, 당업자들은 본 원에서 기술된 발명의 실시예들이 본 원에서 언급되는 적용 가능한 기술 및 표준들에서의 변화 및 개선을 따르고 및/또는 수용하도록 수정될 수 있는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 기술은 많은 다른, 차이, 형상들 및 많은 환경 차이, 및 다른 기술들과 결합될 수 있는 본원에 기술된 기술과 시행될 수 있다. 본 원에서 기술된 것의 변형, 수정, 및 다른 구현들은 기술되고 청구된 바와 같은 개념들의 범위 및 사상으로부터 벗어남 없이 당업자들에게 일어날 수 있다. 그러므로, 보호의 범위가 기술된 실시예들로 또는 의해 제한되지 않아야 한다고 생각되는 것이 아니라 오히려, 오직 첨부된 청구범위들의 범위 및 사상에 의해서 제한되어야 한다.
회로들의 다양한 실시예들을 기술하기 전에, 시스템들 및 기술들은 여기서 기술되고, 몇몇 소개 개념들(introductory concepts) 및 용어(terminology)는 설명된다.
참조는 때때로 여기서 특정한 타입, 크기 및/또는 모양의 안테나 요소들에 결합되는 쿼드-라인 발룬 기둥으로 제작된다. 예를 들어, 안테나 요소의 일 타입은, 특정 주파수(예를 들어, 10GHz) 또는 특정 주파수들의 대역을 넘는(예를 들어, L, S, C, 및/또는 X-대역폭 주파수 대역) 곳에서 작동과 호환되는 모양 및 크기를 가지는, 회전식 안테나 타입(type of turnstile antenna)인, 소위 적층된 보우타이 안테나 요소로 명명된다. 물론, 당업자들은 안테나 요소들의 다른 모양들 및 타입들(예를 들어, 늘어진 보우타이 안테나 요소와 다른 안테나 요소)이 쿼드 라인 발룬 기둥과 또한 이용될 수 있는 것 및 하나 이상의 안테나 요소들의 크기가 RF 주파수 범위 내의(예를 들어, 대략 1GHz 내지 대략100GHz의 범위에서 어떠한 주파수) 어떠한 주파수에서 작동을 위해 선택될 수 있는 것을 인정할 것이다. 쿼드-라인 발룬 기둥(예를 들어, 배열을 형성하는)과 이용될 수 있는 방사하는(radiating) 요소들의 타입들은 당업계에서 알려진 보우타이, 노치 요소들, 쌍극들, 슬롯들 또는 어떠한 다른 안테나 요소(요소가 새겨진 회로 요소인지와 관계없는)를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 배열을 수반하는 실시예들의 내에서, 배열 내의 안테나 요소들이 직사각형의, 정사각형의, 삼각형의(예를 들어, 등변 또는 이등변 삼각형), 및 나선형 구성들뿐만 아니라 비 주기적 또는 임의의 격자(arbitrary lattice) 배열들과 같은 주기적인 격자(periodic lattice) 배열들(또는, 구성들)을 포함하는 복수의 상이한 안테나 요소 격자 배열들 중 어떠한 하나를 가지도록 제공할 수 있는 것은 이해될 것이다.
본원에서 기술된 적층된 보우타이 안테나 요소 및/또는 발룬의 적어도 몇몇 실시예들에서 응용 프로그램들(Applications)은 기반선박(ship based), 항공기(airborne), 미사일 및 위성 응용프로그램들을 포함하는 다양한 응용 프로그램들을 위한 통신 시스템들, 전자전(electronic warfare, EW), 및 레이더를 포함하여 이용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 원에서 더 설명되는 바와 같이, 통합 발룬 및 적층된 보우타이 안테나 요소의 몇몇 실시예들은 군사, 항공, 선박, 통신, 무인 항공기(UAV) 및/또는 상업적 무선 응용 프로그램들에 적용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1-1b을 참조하여, 유사한 구조물들은 몇몇 모습들에 걸쳐 유사한(like) 참조번호들을 가지도록 제공되고, 통합 안테나 요소(10)는 적층된 보우타이 안테나 요소(본 원에서 또한 안테나 요소(14)와 같이 언급되는, 14)의 공급점에 전기적으로 결합된 제1 단부를 가지는 쿼드-라인 발룬 기둥(또는 더 간단한 발룬(12), 12)를 포함한다. 발룬 기둥(12)은 안테나 요소(14)의 중심에 전기적으로 결합되고, 요소는 또한 중심-공급 적층된 보우타이 안테나 요소(14)로 때때로 언급된다.
몇몇 실시예들에서, 발룬 기둥(12)은 납땜(soldering), 용접(welding), 에폭시를 이용한 부착, 또는 마찰 끼움을 포함하는 업계에 알려진 어떠한 기술을 이용하는 안테나 요소(14)에 기계적으로 결합될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직한 실시예들에서, 안테나 요소(14)는 삽입 될 수 있는 발룬 기둥(14)을 통해서 개구(14a)를 가진다. 도 9-9c와 관련하여 후술하는 바와 같이, 이러한 구성은 상업적인(commercial) 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 로봇들을 이용하여 조립하도록 통합 안테나 요소(14)를 허용하고, 그러므로 반복되는 비용들을 줄일 수 있다.
안테나 요소(14)는 도 1-1b에서 도시된 바와 같이, 모서리를 자른 피라미드 모양을 가질 수 있는 삼-차원 구조물이다. 도 1a에서, 안테나 요소(14)는 피라미드 모양에 의해 형성된 공동(19)을 드러내도록 거꾸로(upside down) 도시된다. 안테나 요소(14)는 유전체 물질(20c)에 의해 분리되는 수동 컨덕터(20a) 및 구동 컨덕터(20b)를 각각 가지는, 복수, 여기서 넷(4)의, 적층된 보우타이 라디에이터(20)를 포함한다. 바람직한 실시예들에서, 안테나 요소(14)는 어떠한 적용 가능한 모양 및 크기의 몰드 내부로 액체 크리스탈 폴리머(liquid crystal polymer(LCP))를 주입 함으로서 형성되는 단일 구조물들일 수 있다. LCP가 유전체(20c)로서 더 취급(serve)할 수 있는 것은 이해될(appreciated) 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 각 적층된 보우타이 라디에이터(20)는 따로따로 제조되고 후에 안테나 요소(14)를 형성하도록 함께(예를 들어 에폭시에 의해) 고정된다. 따라서, 유전체(20c)는 유전체의 단일 조각(single piece) 또는 유전체의 네 분리 조각들(four separate pieces) 중 하나일 수 있다. 몇몇 실시예들에서 슬롯들은 LPC 사용량(usage)/비용을 줄이고 절연을 개선하도록 인접한 적층된 보우타이 라디에이터들(20) 사이에 제공될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이러한 슬롯들은 대략 180 mils 의 길이를 가진다.
구동 컨덕터들(20b)은 안테나 요소(14)의 피라미드 모양 공동(pyramidal shaped cavity; 19) 내부에서 네 평평한-표면 금속 날개들(four surface-plated metal wings)로서 제공될 수 있다. 금속 날개들은 당업자에게 알려진 어떠한 추가적인 또는 감하는(subtractive) 공정을 통하여 형성될 수 있다. 또한, 수동 컨덕터들(20a)은 각 구동 컨덕터(20a)에 대향 배치된 네 평평한-표면 금속 날개들로서 제공될 수 있다. 아래에서 논의되는 이유를 위하여, 각 구동 컨덕터(20b)는 각 대응하는 수동 컨덕터(20a)보다 더 큰 표면을 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 안테나 요소(14)는 평평한 구리(copper platted)이고, 구리는 전도성 표면들(20a, 20b)을 형성하도록 레이저를 선택적으로 제거/식각(etched)될 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 안테나 요소(14)는 대략 380mils의 너비/길이(w4(도 1a에서 도시된)), 대략 140 mils의 높이(h1(도 1b에서 도시된))를 가지고, 수동 컨덕터들(21)은 대략 284 mils의 긴 가장자리 너비(w5), 대략 84 mils의 짧은 가장자리 너비(w6), 및 대략 147 mils의 좁아지는(tapered) 가장자리 길이를 가진다.
도 1b를 참조하여, 발룬 기둥(12)의 일 단부는 구동 컨덕터(20b)에 전기적으로 결합된다(두 구동 컨덕터들(20b)은 오직 도 1b에서만 도시된다.). 일 실시예에서, 발룬 기둥(12)은 납땜 연결을 통해 구동 컨덕터들(20b)에 결합된다. 당업자는, 물론, 납땜 이외의 기술들이 또한 컨덕터들(20b)에 발룬 기둥(12)을 결합하도록 이용될 수 있는 것을 이해할 것이다. 이러한 기술들은 용접 기술들 및 전도성 에폭시 기술들을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1b를 여전히 참조하여, 적층된 보우타이 라디에이터들(20)의 작동 및 이점들은 기술될 것이다. 앞서 언급한 바와 같이, 구동 컨덕터들(20b)은 발룬 기둥(12)에 전기적으로 연결되고, 차례로 이는 공급 회로(미 도시된)에 전기적으로 연결된다. 반면에, 수동 컨덕터들(20a)은 공급 회로에 전기적으로 연결되지 않는다. 나아가, 각 구동 컨덕터(20b)는 반대로(opposite) 배열되고 수동 컨덕터들(20a) 중 대응하는 것들보다 더 작은 표면 영역을 가진다. 그러므로, 구동 컨덕터들(20b)이 제1 주파주 대역(제1 공명 주파수(first resonant frequency) 주위에서 중심이 되는)을 넘어서 작동하는 공급 회로에 의해 구동/공급되는 반면에, 수동 컨덕터들(20a)이 제2 주파수 대역(제2 공명 주파수 주위에서 중심이 되는)을 작동하는 공급 회로에 의해 구동/공급되지 않는 "기생(parasitic) 요소"인 것이 이해되어야 한다. 따라서, 적층된 보우타이 라디에이터들은 현존하는(existing) 회전식 라디에이터들와 비교되는 작동 범위 및 증가된 대역폭을 본 원에서 제공하는 것은 개시된다.
도 1b에서 도시된 바와 같이, 각 적층된 보우타이 라디에이터(20)는 일반적으로 곧은(straight) 모양을 가지고 있다. 다른 실시예들에서, 각 라디에이터(20)는 볼록한 모양 또는 오목한(볼록한 모양의 반대) 모양을 가질 수 있다. 도 2및 3에서 도시된 바와 같이, 볼록한 인자(D)는 구동 컨덕터들(20b)의 모양을 제어한다. 유전체들(20c) 및 수동 컨덕터들(20b)의 모양은 구동 컨덕터들(20b)의 모양에 일반적으로 필적하도록 맞춰질 수 있는 것은 이해되어야 한다. 따라서, 볼록한 계수를 변화하는 것은 볼록한 모양으로부터 곧은 모양, 오목한 모양으로 라디에이터모양을 변화시킨다. 볼록한 인자는 X-대역 주파수 범위에서 작동하기 위해 대략 0.2mm 내지 대략 -0.2mm으로 일반적으로 다양할 수 있다. 이러한 변화는 대게 안테나 저항 특성들 상에서 사소한(minor) 효과를 가지지만 동시에, 이것은 안테나를 제조하기 위해 확립되는 기계적인 허용 오차들을 받아들이게 제공된다. 또한, 볼록함은 대역폭에 대하여 요소 패턴 성능을 최적화하도록 이용될 수 있는 다른 설계 한도를 제공한다. 그러나, 볼록한 인자 세팅에 관계없이, 적층된 보우타이 성능이 제조 과정들을 확립할 수 있게 하는(amenable) 이러한 인자에서 변형들에 용인될 수 있는 것은 이해 되어야 한다.
도 2를 참조하여, 유사한 구조물들은 도 1 내지 1b과 같은 유사한 참조번호들을 가지도록 제공되고, 볼록한 인자(D)는 구동 컨덕터들(20b)의 모양을 제어한다. 도 1 내지 1b에서 도시된 바와 같이, 적층된 보우타이 라디에이터들(20)은 일반적으로 곧은(straight) 모양을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 라디에이터들(20)은 볼록한 모양 또는 오목한(볼록함에 반대인(negative convex)) 모양을 가질 수 있다. 유전체들(20c)의 모양 및 수동적인 컨덕터들(20a)은 구동 컨덕터들(20b)의 모양에 일반적으로 필적하도록 맞춰질 수 있다. 따라서, 볼록한 요소를 변화하는 것은 볼록한 모양으로부터, 곧은 모양으로, 오목한 모양으로 라디에이터 모양을 변화한다.
볼록한 인자는X-대역 주파수 범위 내에서 작동하기 위하여 일반적으로 대략0.2mm로부터 대략 -0.2mm로 바뀔(vary) 수 있다. 이러한 변형은 대게 안테나 저항(impedance) 특성들 상에서 사소한(minor) 효과를 가지지만, 동시에, 이것은 안테나 제조를 위해 확립되도록(established) 기계적인 오차들(tolerances)을 허용한다. 또한, 볼록함은 대역폭에 대한 요소 패턴 성능(element pattern performance)을 최적화(optimize)하도록 이용될 수 있는 다른 설계 한도(design parameter)를 제공한다. 볼록한 인자 세팅(setting)에 관계없이, 적층된 보우타이 성능이 제조 공정들을 확립되도록 따르게(amenable)하는 이러한 인자에서 변형들에 용인될(toleranced) 수 있는 것은 이해된다.
도 3-3b를 참조하여, 도 1 내지 1B 및 2의 유사한 구조물들은 유사한 참조번호들을 가지도록 제공되고, 안테나 요소(도3, 14)는 제로와 동일하게 정해진(set)볼록한 요소(D)를 가진다. 따라서, 요소(14) 및 대응하는 구동 컨덕터들(20b), 유전체들(20c), 및 수동 컨덕터들(미 도시된)은 곧음 또는 비-볼록해지도록 언급될 수 있다. 도 3a에서 안테나 요소(14')는 0.06과 유사하게 정해진 볼록한 인자를 가지도록 제공된다. 따라서, 요소(14') 와 대응하는 구동 요소들(20b'), 유전체(20c'), 및 수동 컨덕터들(미 도시된)은 명확하게(positive) 볼록함을 가지고 볼록해지도록 언급된다. 도 3b에서 안테나 요소(14")는 -0.06과 동일하도록 정해진 볼록한 인자(D)를 가지도록 제공된다. 따라서, 요소(14")와 대응하는 구동 컨덕터들(20b"), 유전체(20c"), 및 수동 컨덕터들(미 도시된)은 반대인(negative) 볼록함을 가지고 따라서 오목함으로 언급된다.
도4 및 4a를 참조하여, 도 1 내지 1b의 유사한 구조물들은 유사한 참조번호들을 가지도록 제공되고, 지지 구조물들(30)은 도시된, 새겨진(printed) 회로 기반(PCB; 40) 의 표면 상으로 배치된다(예를 들어, 새겨짐). 쿼드-라인 발룬 기둥(12)은 PCB(40)에 기계적으로 연결되고 공급 회로(42)에 전기적으로 결합된 제1 단부를 가진다. 차례대로, 여기서 홀을 통과하여, 공급 회로(42)는 다른 RF회로들(도 4a 상에서 미 도시된)에 결합될 수 있고, 예를 들어 몇몇 실시예들에서, 발룬 기둥(12)은 납땜 연결들(46)을 통해서 공급 회로(42)에 전기적으로 결합될 수 있다. 또한, 납땜 연결들(46)은 물론 기계적으로 결합하는 것을 제공할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 발룬 기둥의 제1 단부는 도 5에서의 포스트(72)와 같은, 포스트를 포함하고, 이는 PCB로 발룬 기둥을 고정하도록 도 6에서의 수용체(48)와 같은, 포스트 수용체 내부로 끼워질 수 있다. 공급 회로(42)는 도 6 및 6a와 관련하여(conjunction) 아래에서 더 충분히 논의된다.
발룬 기둥(12)은 도시된 바와 같이, 지지 구조물(30) 내의 개구를, 지나서 연장 및 통해서 노출될 수 있는 제2 단부를 더 가질 수 있다. 발룬 기둥(12)의 제2 단부가 도 1-1b에서 도시된 바와 같은, 안테나 요소(14)처럼, 안테나 요소에 전기적으로 및 기계적으로 결합될 수 있는 것은 이해될 수 있다.
참조번호의 편의를 위해, 지지 구조물의 결합, 공급 회로, 발룬 기둥, 및 적층된 보우차이 안테나(도 4에서 도시되지 않은)는 이후에 "유닛 셀"으로서 언급될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 지지 구조물(30) 또는 그것의 부분들은 사출 성형 기술들(injection molding techniques)을 이용하여 가공될(fabricated) 수 있다. 그러나, 당업계에 알려진 다른 기술이 지지 구조물(30)을 가공하도록 이용될 수 있는 것은 이해되어야 한다. 일 실시예에서, 지지 구조물(30)은 전도성 표면들(예를 들어, 금속화된 벽들)을 가지고, 이에 의해 배열 안테나(도 9b에서 도시된 배열과 같은) 인접한 유닛 셀들 사이에서 결합하는 표면 파동 모드(surface wave mode)를 억압하고(suppress) 전기적인 절연을 제공한다. 바람직한 실시예들에서 지지 구조물(30)은 160 mils의 높이(h2), 30mils의 두께(d2), 및 440 mils의 너비/길이(w3)를 가진다.
기둥(12)은 PCB(40) 위에서 컨덕터(42)에 결합된 제2 단부 및 네 라디에이터들(20) 중 대응하는 것(one)에 결합된 제1 단부를 가지는 컨덕터들(13a, 13b, 13c, 13d)의 각각을 구비하는 그 위에 배치된 컨덕터들(도 4A에서는 오직 13a 내지 13c의 컨덕터들만 도시됨, 13a, 13b, 13c, 13d)을 가지는 각 기판(15a, 15b, 15c, 15d)를 구비하는 복수의, 본원에서 네 개의, 유전체 기판(도 4A에서는 오직 15b 및 15c의 유전체 기판만 도시됨, 15a, 15b, 15c, 15d)을 포함한다. 특정한 일 실시예에서, 컨덕터들(13a, 13b, 13c, 13d)은 배치된 그것들 위에 각각의 기판들(15a, 15b, 15c, 15d)의 너비와 같은 너비를 가지도록 제공된다. 다른 실시예들에서, 컨덕터들(13a, 13b, 13c, 13d)의 너비는 각각의 기판들의 너비보다 작다. 보통, 컨덕터들(13a, 13b, 13c, 13d)의 너비는 바람직하게 저항 및 절연 특성을 제공하도록 선택된다.
도 5 및 5a를 참조하여, 쿼드-라인 발룬 기둥(70)과 같이 알려진, 수직 직사각형 전달 라인(vertical rectangular transmission line)은 도시된다. 발룬 기둥(70)은 정 사각형 단면 모양을 가진 중심 전도성 부재(central conductive member; 78)를 포함한다. 유전체 기판들(82a, 82b, 82c, 82d)은 중심 부재(78)의 내부 표면들위에 배치된다. 몇몇 실시예들에서, 유전체 기판들(82a, 82b, 82c, 82d)은 Rogers RT/duroid 6010 PTFE 유전체 물질로 구성된다. 유전체 기판들(82a, 82b, 82c, 82d)은 납땜, 글루, 에폭시, 용접 또는 당업자들에게 잘 알려진 어떠한 다른 고정 기술을 이용하여 중심 부재(78)에 고정될 수 있다.
도 5A에서 도시된 실시예에서, 유전체 기판들(82a, 82b, 82c, 82d)은 한 표면 위에 배치된 전도성 물질(컨덕터들(80a, 80b, 80c, 80d)은 도 5에서 도시되지 않음, 80a, 80b, 80c, 80d)을 가지도록 각각 제공되지만, 대향하는 표면 상에서는 아니다. 이것은 중심 부재(78)가 대향하는 컨덕터로서 제공되는 것 때문이다. 따라서, 유전체 기판들(82a, 82b, 82c, 82d) 및 각각의 전도성 표면들(80a, 80b)은 중심 전도성 부재(즉, 중심 전도성 부재의 측면 표면들 상에 배치된, 78)에 의해 제공되는 동일한 그라운드(ground)를 공유하는(sharing) 네 개의 인접한 동일 평면 상의 마이크로스트립 전달라인들을 형성한다. 다른 실시예들에서, 유전체 기판들(82a, 82b, 82c, 82d)의 전도성이 아니고 대신에 대향하는 표면 상에서 분할하는 컨덕터들을 제공하는 중심부재를 제공하는 것은 바람직하거나 필요할 수 있다. 발룬 기둥(70)이 도 1-1b, 4 및 4a에서 발룬 기둥(12)에 유사하거나 동일한 것은 이해되어야 하고, 이 경우에 컨덕터들(80a, 80b, 80c, 80d)은 각각의 컨덕터들(13a, 13b, 13c, 13d)에 대응할 수 있다.
일 실시예에서, 중심 전도성 부재(78)는 정사각형 또는 직사각형 단면 모양을 가지도록 제공되고 단단한(solid) 금속 컨덕터(예를 들어, 구리 또는 황동(brass) 바)로서 제공된다. 다른 실시예들에서 중심 전도성 부재는 단단할 필요가 없다(예를 들어, 그것은 오목하거나 부분적으로 오목함). 또한, 중심 전도성 부재(78)는 비전도성 물질로부터 제공될 수 있고, 중심 전도성 부재(78)를 그 너머에(thereover) 제공하도록 배치된 전도성 표면 또는 전도성 코팅을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 중심 전도성 부재(78)는 기계가공(machining) 기술로 제공된다. 다른 실시예들에서, 전도성 부재(78)는 성형 기술(예를 들어 사출성형)을 통해 형성될 수 있다. 또한, 당업자에게 알려진 다른 기술들은 중심 전도성 부재를 제공하도록 이용될 수 있다.
도 5a의 실시예에서, 컨덕터들(80a, 80b, 80c, 80d)는 배치된 컨덕터들(80a, 80b, 80c, 80d) 위체 각각의 유전체 기판들(82a, 82b, 82c, 82d)의 너비와 실질적으로 같은 너비를 가진다. 다른 실시예들에서, 각 컨덕터(80a, 80b, 80c, 80d)는 배치된 그것 위에 각각의 유전체들(82a, 82b, 82c, 82d)의 너비보다 더 작은 너비를 가질 수 있다.
장착 포스트(mounting post 72)는 PCB에 기계적으로 연결하기 위한 기둥(70) 위에서(upon) 제공될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 장착 포스트(72)는 전도성 물질로 구성되고 그러므로 도 6에서 도시된 공급 회로(42)와 같이, 공급 회로 및 중심 전도성 부재(78)에 전기적으로 결합하는 것을 또한 제공한다. 물론 장착 포스트(72)는 제공될 수 있는 히트 회로에 중심 전도성 부재(78)를 전기적으로 결합하기 위한 분할 수단들 및 비-전도성 물질을 구성할 수 있다.
당업자들은 발룬 기둥(70)의 일정한 치수들(certain dimensions)이 그것의 작동성능에 영향을 미칠(affect) 수 있는 것을 이해할 것이다. 보통, 각 유전체 기판(82a, 82b, 82c, 82d) 은 도시된 바와 같이 높이(h1), 너비(w2), 및 두께(d1)를 가진다. 중심 전도성 부재(78)는 각 유전체 기판(82a, 82b, 82c, 82d)과 같이 일반적으로 동일한 높이(장착 포스트(82)를 포함하지 않은, h1) 및 너비(w1)를 가진다. 몇몇 바람직한 실시예들에서, w1 은 50mils로 선택되고, w2는 25mils로 선택되며, d1 은 10mils로 선택되고, h1 은 50mils로 선택된다. 보통 높이(h1)가 바람직한 작동 주파수 범위에 기초하는 선택되어야 하는 것은 이해 될 것이다.
일 바람직한 실시예에서, 쿼드 라인 발룬은 대략 10.2 내지 대략 10.9의 범위 및 대략 0.0023의 손실 탄젠트에서 상대 유전율(relative dielectric constant
두 동일 평면상(coplanar)의 전달라인 쌍들(pairs)의 결과로 이러한 발룬 구조는 매우 절연되고(전기적인 감지에서, isolated) 두 안테나들을 공급하기 위해 사용된다(appropriate). 이것은 라인 채움(line filling)을 위해 이용되는 부피가 큰(bulky) 중심 컨덕터 및 높은-유전율 유전체 물질에 기인하고; 또한, 라인들은 공기 틈들(gap)에 의해 절연된다. 두 쌍들의 공급하는 전달라인들이 보호되기 때문에 발룬 기둥(70)이 종래의 발룬들 또는 공급들 보다 두 회전식 안테나 요소들 사이에서 높은 절연을 제공하는 것은 더 잘 이해될 것이다.
도 5 및 5a에서 도시된 바와 같이, 발룬 전달라인들은 각각 180도의 위상으로 밖으로 공급되는 대향하는 것을 가정하는, 대략 포트 당 30 옴의 특성 저항을 각각 가질 수 있다. 이것은 일련의 두 포트들을 공급하는 한 쌍극 안테나 당 60옴 저항을 의미하고, 이는 위에서의 도 1 내지 3b와 관련에서 논의되는 것과 같이 적층된 보우타이 라디에이터에 필적하는 양호한 저항을 제공할 것이다. 또한, 기술된 바와 같은 구조로 된(constructed) 발룬은 발룬 치수들의 변화하는 것 없이(길이를 제외하고), L-대역, S-대역, C-대역 및 X-대역 주파수 범위들을 넘어서 작동을 위하여 적용 가능하다.
도 6 및 6a를 참조하여, 도 4 및 4a의 유사한 구조물들은 유사한 참조번호들을 가지도록 제공되고, 공급 회로(42)는 도시된 바와 같이, PCB(40)의 표면 상으로 배치된(예를 들어, 새겨진)다. 공급 회로(42)는 도 5에서의 컨덕터들(80a, 80b, 80c, 80d)과 같이, 각각이 쿼드-라인 발룬 기둥 상에 제공되는 네 개의 동일 평면상의 전달라인 컨덕터들 중 하나와 전기적으로 결합되는 것을 할 수 있는 네 개의 공급라인들(42a, 42b, 42c, 42d)을 포함한다. 또한, 공급 회로(42)는 도 5에서의 부재(78)과 같이 쿼드-라인 발룬 기둥 중심 전도성 부재에 전기적으로 결합될 수 있는 중심 컨덕터(48)를 포함한다. 이러한 전기적으로 연결하는 것들은 예를 들어, 전도성 납땜 조인트들(joints)을 형성하도록 납땜 리플로(reflow) 기술을 이용하는 것을 만들 수 있다. 공급라인들(42a, 42b, 42c, 42d) 및 중심 컨덕터(48)는 감소하는 또는 부가적인 PCB 제조 공정 중 하나를 이용하는 PCB 상에서 제공될 수 있다.
PCB(40)은 RF 분포 회로와 같이, 추가적인 RF 회로소자(미 도시된, circuitry)에 전기적으로 결합되거나 제공할 수 있다. 공급라인들(42a, 42b, 42c, 42d)은 홀들(홀 42a는 도 6a에서 도시되지 않음, holes; 44a, 44b, 44c, 44d)을 통해 추가적인 RF회로소자에 전기적으로 결합된다. 홀들(44a, 44b, 44c, 44d)이 기계 가공 작동을 통해(예를 들어 펀칭 기술, 제분(milling) 기술을 통해, 또는 당업자에게 알려진 어떠한 다른 기술들을 통해) PCB(40)에서 제공될 수 있는 것은 이해되어야 한다.
바람직한 실시예에서, 또한, PCB(40)는 PCB에 발룬 기둥이 고정되도록, 도 5에서의 포스트(72)와 같이, 발룬 기둥 포스트를 허용하는 발룬 포스트 수용체(receptor)를 포함한다. 참조 번호의 편의를 위해, 중심 연결기(center connector; 48)는 본 원에서 또한, 발룬 포스트 수용체(48)로서 언급된다. 발룬 포스트 수용체(48)는 PCB를 통해(예를 들어 통과 홀과 같이, 40) 전체적으로(entirely) 연장하거나 PCB 안으로 어느 정도까지만(only partway) 연장할 수 있는 리세스(recess)일 수 있다. 발룬 포스트 수용체(48)는 당업자에게 알려진 어떠한 공정에 의해 PCB(40)으로 제공될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 발룬 기둥 포스트(72) 및 포스트 수용체(48)가 자유로운(complimentary) 단면 모양들을 가져서 발룬 기둥 포스트는 수용체와 짝지어지고, 그로 인해 PCB(40)에 발룬(도 5에서, 70)을 고정한다. 몇몇 실시예들에서, 포스트(72)는 수용체(48) 내로 압입(press fit)될 수 있고 혹이 될(knurled) 수 있다. 포함하지만 고정자들(fasteners) 및 브라켓들(brackets)에 제한되지 않는 다른 수단들이 또한 PCB(40)에 발룬 기둥을 고정하도록 이용되는 것은 이해되어야 한다.
도 7을 참조하여, 완전한(complete) 쿼드-라인 발룬-기반 안테나 라디에이터의 세 분할 마이크로파 네트워크 요소들 및 세 참조 평면들은 도시된다. 오직 하나의 안테나 요소를 위해 공급하는 발룬은 도시된다. 입력 저항(ZD)를 구비하는 대칭적인 안테나 하중(symmetric antenna load)을 위하여, 도 7에서의 안테나 모델(antenna model)은 도 8에서 도시된 바와 같이 간소화(simplifies) 한다. 도 7에서의 안테나 모델, 입력 저항(ZD)을 구비하는 대칭적인 안테나 하중을 위하여,도 8에 도시된 바와 같이 단순화한다.
도 8을 참조하여, 대칭적인 안테나 하중을 구비하는 완전한 쿼드-라인 발룬-기반 안테나 라디에이터의 블록 다이어그램은 도시된다. 도시된 오직 하나의 안테나 요소를 위한 발룬인, 도면에서 명백하게 장려하는 것은 알려질 것이다.
하나의 포트(예를 들어, 도 8에서 포트 1c) 상에서 지연라인(delay line)을 이용하는 것이 설정(setup) 내로 비대칭을 충분히 소개하는 것은 알려질 것이다. 이러한 비대칭은 동력 분할기 모델로 고려될 수 있다.
동력 분할기는 T-divider 또는 Wilkinson power divider 중 하나로서 제공될 수 있다.
쿼드라인 발룬 기둥의 모델은 ZT = ZD / 2의 종단 저항(termination impedance)을 구비한 전달라인이다.
수식 1
L은 쿼드라인 발룬 길이의 길이임;
Z0는 쿼드라인 발룬의 특성 저항임;
ZT는 쿼드라인 발룬의 종단 저항임;
유사하게, 쿼드라인 발룬의 출력 전압(VT)에 대한 입력 전압(Vin)의 비율은, 아래의 수식으로 두-포트 네트워크의 ABCD매트릭스(matrix)에서 발견된다.
수식 2
위상 변환기(phase shifter)를 위해, 간단한 l/2지연라인이 이용될 수 있고, 그것의 전달라인 모델이 수식 1 및 2에 의해 또한 주어진다.
도 9-9c를 참조하여, 유사한 구조물들은 몇몇 모습들에 걸쳐 유사한 참조번호들은 가지도록 제공되고, 안테나 배열 어셈블리(96)(또한, 안테나 배열(antenna array; 96), 배열 안테나(array antenna; 96), 또는 더 간단한 배열(96)과 같이 본 원에서 종종 언급되는)는 기술된 이하에서, 조립과정의 다양한 단계들에서 도시된다.
도 9b 및 9c를 참조하여, 안테나 배열(96)은 복수의 유닛 셀들을 포함하고, 여기서 열두(12) 유닛 셀들은 2x6 직사각형 격자(lattice) 모양으로 배열된다. 각각의 유닛 셀들은 도 4와 관련되는 위에서 기술된 유닛 셀에 유사하거나 동일할 수 있고 발룬 기둥(92), 적층된 보우타이 안테나 요소(94), 및 지지 구조물(90a)를 포함한다. 각 지지 구조물(90a)은 대향하는 단부들에서 두 개구들을 포함할 수 있다.
도 9-9c에서 도시된 바람직한 실시예에서, 복수의 유닛 셀 지지 구조물들(90a)은 단일 "에그 크레이트" 지지 구조물(90)에 의해 제공된다. 일 실시예에서 에그 크레이트(90)는 사출 성형 기술을 통해 형성되지만, 그러나 다른 가공 기술들이 또한 이용될 수 있는 것은 이해될 것이다. 에그 크레이트(90)는 복수의 공급 회로들을 가지는 PCB(도 9-9c에서 도시되지 않은)에 접착될(bonded) 수 있다. 공급 회로들은 PCB 위에 배열되어서, 에그 크레이트(90)가 PCB를 넘어서 배치될 때, 각 공급 회로는 대응하는 지지 구조물(90a)의 일 개구를 통해 노출된다.
배열(96)은 길이(L), 너비(W), 및 두께(T)를 가지도록 제공된다. 특정한 일 실시예에서, X-대역 주파수 범위에서 작동을 위하여, 배열(96)은 여덟 줄들(rows) 열 여섯 및 기둥들을 가지도록 제공된다. 배열(96)이 복수의 이러한 부배열들(subarrays 96)의 형성이 제공되는 더 큰 배열 구조물에서 부배열로서 이용될 수 있는 것은 이해 되어야 한다.
비록 도 9 내지 9c가 바람직한 배열 모양 및 배열 격자 형상을 도시하지만, 직사각형 또는 실질적으로 직사각형 모양들과 다른 배열 모양들이 또한 이용될 수 있는 것은 더 이해될 것이다. 예를 들어, 원형, 타원형 또는 다른 규칙적인 또는 심지어 비-규칙적인 모양이 이용될 수 있다. 또한, 직사각형 또는 삼각형 이외의 배열 형상들도 또한 이용될 수 있는 것은 이해될 것이다. 비록 배열이 안테나 요소들의 특정한 수 및 정사각형모양을 가지는 것으로 여기서 도시되지만, 어떠한 수의 안테나 요소들 또는 실제 크기(physical size) 및/또는 어떠한 배열 모양도 가지는 안테나 배열이 또한 이용될 수 있는 것은 알려질 것이다. 배열 모양 및/또는 실제 크기는 대역폭 요구들, 성극 요구들, 동력 요구들, 및/또는 바람직한 스캔 부피(scan volume)를 포함하는 인자들의 수에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 당업자들은 본 원에서 기술된 개념들, 구조물들 및 기술들이 안테나 요소들의 다양한 크기들 및 모양들에 적용할 수 있는 것 및 안테나 요소들의 어떠한 수에도 이용될 수 있는 것을 이해할 것이다.
몇몇 실시예들에서, 레이돔(radome)은 시야(view)로부터 숨겨지고 및/또는 날씨(weather)로부터 보호되도록 배열(96)위에 배치될 수 있다.
안테나 배열(96)의 구조물이 기술되고, 이러한 배열을 조립하는 것의 예시적인 과정은 기술된다. 첫째로, 도 9에서 도시된 바와 같이, 빈 에그 크레이트(90)는 복수의 지지 구조물들(90a)을 가지고 복수의 공급 회로들(미 도시된)을 가지는 PCB에 경계 지어질 수 있다. 다음으로, 도 9a에 도시된 바와 같이, 일 단부에서(도 5에서의 발룬 기둥(70)과 같은 )포스트를 가지는 발룬 기둥(92)은 각 지지 구조물(90a)를 통하여, 공급 회로들 중 대응하는 것의 일부로서 제공되는 발룬 기둥 포스트 수용체 내로 삽입된다. 다음으로, 삽입되는(도 1에서의 안테나 요소(14)와 같은) 발룬 기둥을 통해서 개구를 가지는 안테나 요소(94)는 발룬 기둥(92)를 넘어서 위치되고 지지 구조물(90a) 위에서 아래로 끌리게 된다. 다음으로, 납땜 페이스트(solder paste)는 안테나 요소(94) 및 발룬 기둥(92) 사이에서 및 공급 회로 및 발룬 기둥(92) 사이에서 포함하는, 각 전기적인 연결에서 적용될 수 있다. 마지막으로, 전체의 배열 어셈블리(96)은 전기적인 연결들을 해결하도록(cure) 납땜 리플로 오븐(solder re-flow oven)을 통해서 실행(run)할 수 있다. 배열(96) 조립 공정은 본원의 위에서 기술된 것과 다른 과정으로 진행될 수 있는 것은 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 안테나 어셈블리(94)은 발룬이 삽입되기 전에 지지 구조(90a) 위에 위치될 수 있다.
당업자들은 위에서 기술된 통합된 안테나 요소, 확장(scalable) 위상 배열 안테나 구조, 조립 기술들이 영향을 주는(leveraged) 조립과정 및 상업적인 가공을 허용하고, 이에 의해 반복하는 엔지니어링 비용을 줄이는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 적층된 보우타이 안테나 요소는 구리 도금/식각 기술들 및 사출성형을 이용하여 가공될 수 있다. 발룬 기둥 및 동일 평면 전달라인들은 캐스트(cast) 및 자동화된 납땜 기술들을 이용하는 것은 대량(mass) 생산될(produced) 수 있다. 또한, 상업적인(commercial) 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 및 납땜 리-플로 라인들과 같이 자동화된 조립 기술들은 유닛 셀들, 부-배열 어셈블리, 및 전체의 위상 배열 안테나들을 쉽고 저렴하게 조립하도록 이용될 수 있다. 또한, 본 원에서 기술된 설계 및 구조들은 듀얼-대역 레이더들(dual-band radars)을 포함하는, 주파수 대역들의 넓은 범위에 쉽게 맞춰질 수 있고, 성극 분기(polarization diverse)된다. 따라서, 본 원에서 기술된 위상 배열 안테나 구조 및 가공 기술은 그라운드, 바다 및 비행 플랫폼들(airborne platforms)을 위한 통신 미션들 또는 다양한 레이더 미션들에서 이용될 수 있는 위상 배열 안테나들의 조립, 가공, 및 설계를 위한 효율적인 비용의 해결책을 제안한다.
본 원에서 언급된 모든 문헌들 및 참조들은 그것들의 전체 내에서 참조로 본 원에서 명시적으로 인용된다.
본 출원서의 도면들에서, 일부 경우에, 복수의 요소들은 특정한 요소의 그림으로 도시할 수 있고, 단일 요소는 복수의 특정한 요소들의 그림으로서 도시될 수 있다. 복수의 특정한 요소를 도시하는 것은 하나의 요소 또는 단계보다 반드시 많이 포함하는 본원에서 기술된 기술들, 구조물들, 개념들을 따라서 구현된 방법 또는 시스템을 암시(imply)하도록 의도되지는 않는다. 개념들, 구조들, 기술들인 단일 요소들은 각 요소 중 단일의 것만 가지는 실시예들로 제한되는 것으로 묘사에 의해 의도되지 않는다. 당업자는 특정한 사용자의 필요를 수용하도록, 적어도 일부의 경우에, 선택될 수 있는 도면에서 도시되는 특정한 요소의 수를 인식(recognize)한다.
위의-상세한 실시예들에서 요소들 및 특징들의 특정한 결합들이 단지 바람직하게 고려되는 것은 의도되고; 이것들 내에서 다른 가르침들과 이러한 가르침들의 교체 및 상호교환 및 참조번호-에 의해-상호 교환되는 특허들 및 응용프로그램들은 또한 명백히 고려된다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 본원에 기술된 변형, 수정, 및 다른 구현들은 본 원에서 설명되고 요구되는 바와 같이 개념의 범위 및 사상으로부터 벗어남 없이 당업자들에게 일어날 수 있다. 따라서, 앞서 언급된 설명은 제한하는 어떠한 방식으로도 해석되어서는 안되고 의도되지 않으며 단지 예시일 뿐이다.
또한, 개념들, 구조들 및 기술들을 기술하고, 도면들, 특정용어, 숫자들, 치수들, 물질들 등에서 개념들의 실시예들을 도시하는 것은 명확성을 위해 이용된다. 그러나, 본 원에서 기술된 개념들, 구조들 및 기술들은 이렇게 선택된 특정한 용어들, 숫자들, 치수들, 물질들 등에 한정되지 않고, 각각의 특정 용어, 숫자, 치수 물질은 적어도 유사한 목적을 달성하기 위한 유사한 방법으로 작동하는 모든 기술적인 및 기능적인 동등물들을 포함한다. 주어진 단어, 구문, 숫자, 치수, 물질, 언어 용어, 제품 브랜드 등의 이용은 모두 문법, 문자, 과학, 기술, 기능적인 동등물들을 포함하도록 의도된다. 본 원에서 이용된 용어는 단지 설명의 목적을 위한 것이고, 본원의 청구된 것들의 범위를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
보호하고자 하는 개념의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 개념들을 도입하는 다른 실시예들이 이용될 수 있는 것은 당업자들에게 명백해질 것이다. 또한, 당업자들은 본 원에서 기술된 발명의 실시예들이 본 원에서 언급되는 적용 가능한 기술 및 표준들에서의 변화 및 개선을 따르고 및/또는 수용하도록 수정될 수 있는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 기술은 많은 다른, 차이, 형상들 및 많은 환경 차이, 및 다른 기술들과 결합될 수 있는 본원에 기술된 기술과 시행될 수 있다. 본 원에서 기술된 것의 변형, 수정, 및 다른 구현들은 기술되고 청구된 바와 같은 개념들의 범위 및 사상으로부터 벗어남 없이 당업자들에게 일어날 수 있다. 그러므로, 보호의 범위가 기술된 실시예들로 또는 의해 제한되지 않아야 한다고 생각되는 것이 아니라 오히려, 오직 첨부된 청구범위들의 범위 및 사상에 의해서 제한되어야 한다.
10 : 통합 안테나 요소
12 : 발룬 기둥
13a, b, c, d : 컨덕터
14 : 안테나 요소
15a : 기판
15b : 기판
15c : 기판
15d : 기판
19 : 공동
20 : 적층된 보우타이 라디에이터
20a : 수동 컨덕터
20b : 구동 컨덕터
20c : 유전체
21 : 수동 컨덕터
30 : 지지 구조물
40 : 회로 기판
42 : 공급 회로
46 : 납땜 연결
70 : 발룬 기둥
72 : 포스트
78 : 중심 부재
80a, b, c, d : 전도성 물질
82a, b, c, d : 유전체 기판
90 : 에그 크레이트
90a : 지지 구조물
92 : 발룬 기둥
94 : 안테나 요소
96 : 안테나 배열
12 : 발룬 기둥
13a, b, c, d : 컨덕터
14 : 안테나 요소
15a : 기판
15b : 기판
15c : 기판
15d : 기판
19 : 공동
20 : 적층된 보우타이 라디에이터
20a : 수동 컨덕터
20b : 구동 컨덕터
20c : 유전체
21 : 수동 컨덕터
30 : 지지 구조물
40 : 회로 기판
42 : 공급 회로
46 : 납땜 연결
70 : 발룬 기둥
72 : 포스트
78 : 중심 부재
80a, b, c, d : 전도성 물질
82a, b, c, d : 유전체 기판
90 : 에그 크레이트
90a : 지지 구조물
92 : 발룬 기둥
94 : 안테나 요소
96 : 안테나 배열
Claims (16)
- 안테나 요소를 포함하는 통합 안테나 요소에 있어서,
상기 안테나 요소는,
i. 중심에서 제공된 공급점을 구비하는 일반으로 피라미드 모양을 가지는 유전체 기판, 상기 기판은 내부 표면 및 외부 표면을 가짐;
ii. 상기 기판의 내부 표면 상에 배치되는 적어도 두 개의 내부 컨덕터들, 각각의 상기 내부 컨덕터들은 공급점 가까이에서 끝나는 하나의 꼭지점을 구비하는 일반적으로 삼각형 모양을 가짐; 및
iii. 상기 기판의 외부 표면 상에 배치되는 적어도 두 개의 외부 컨덕터들, 각각의 상기 외부 컨덕터들은 적어도 하나의 내부 컨덕터의 반대측에 배치됨;
을 포함하는, 통합 안테나 요소.
- 제 1항에 있어서,
상기 내부 컨덕터들은 적어도 네 개의 내부 컨덕터들로 제공되고,
상기 외부 컨덕터들은 적어도 네 개의 외부 컨덕터로 제공되는, 통합 안테나 요소.
- 제 1항에 있어서,
상기 외부 컨덕터들의 표면 영역은, 각각의 상기 외부 컨덕터들과 대응하는 내부 컨턱터의 표면 영역보다 작은, 통합 안테나 요소.
- 제 1항에 있어서,
상기 안테나 요소의 공급점에 전기적인 결합되는 단부를 가지는 쿼드-라인 수직 발룬 기둥을 더 포함하고,
상기 쿼드-라인 수직 발룬 기둥은 :
i. 제1 및 제2 반대 전도성 단부들 및 네 개의 연속적으로 연결된 전도성 표면들을 가지는 중심부재, 상기 중심부재는 정사각형 단면 모양을 가짐;
ii. 중심 부재의 제1 전도성 표면 위에 배치되는 제1 표면을 가지는 제1 유전체 발룬 슬랩, 상기 제1 유전체 발룬 슬랩의 제2 반대 표면은 그 위에 배치되는 컨덕터를 가짐;
iii. 중심부재의 제2 전도성 표면 위에 배치되는 제1 표면을 가지는 제2 유전체 발룬 슬랩, 상기 제2 유전체 발룬 슬랩의 제2 반대 표면은 그 위에 배치되는 컨덕터를 가짐;
iv. 중심부재의 제3 전도성 표면 위에 배치되는 제1 표면을 가지는 제3 유전체 발룬 슬랩, 상기 제3 유전체 발룬 슬랩의 제2 반대 표면은 그 위에 배치되는 컨덕터를 가짐; 및
v. 중심부재의 제 4 전도성 표면 위에 배치되는 제1 표면을 가지는 제4 유전체 발룬 슬랩, 상기 제4 유전체 발룬 슬랩의 제2 반대 표면은 그 위에 배치되는 컨덕터를 가짐;
을 포함하는, 통합 안테나 요소.
- 제 4항에 있어서,
상기 안테나 요소는 상기 쿼드-라인 수직 발룬 기둥을 수용하는 개구를 가지는, 통합 안테나 요소.
- 제 4항에 있어서,
상기 내부 컨덕터들은 상기 쿼드-라인 수직 발룬 기둥에 의해 공급되고,
상기 외부 컨덕터들은, 각각의 상기 외부 컨덕터들과 대응하는 내부 컨덕터에 의존적으로 결합되는, 통합 안테나 요소.
- a. 회로기판;
b. 회로기판의 한 표면 상에 배치된 공급회로;
c. 안테나 요소; 및
d. 상기 공급 회로에 전기적으로 결합되는 제1단부 및 안테나 공급점에 전기적으로 결합되는 제2 단부를 가지는 쿼드-라인 수직 발룬 기둥;
를을 포함하고,
상기 안테나 요소는,
i. 높이 및 내부에 형성되는 공동 구역을 가지고, 상기 공동 구역은 한 쌍의 반대 표면들 및 공동의 중심점에서 제공되는 공급점을 가지는, 유전체 라디에이터 블록; 및
ii. 각각의 표면들 상에 배치되고 상기 공급점에 결합되는 전도성 층;
을 포함하고,
상기 쿼드-라인 수직 발룬 기둥은,
i. 4개의 전도성 표면들, 그리고 제1 및 제2 반대 전도성 단부들을 가지는 중심 부재;
ii. 상기 중심 부재에 배치되는 제1 표면을 가지는 제1 유전체 발룬 슬랩, 상기 제1 유전체 발룬 슬랩의 제2 반대 표면은 그 위에 배치되는 공급 컨덕터를 가짐;
iii. 중심 부재의 제2 전도성 표면 위에 배치되는 제1 표면을 가지는 제2 유전체 발룬 슬랩, 상기 제2 유전체 발룬 슬랩의 제2 반대 표면은 그 위에 배치되는 공급 컨덕터를 가짐;
iv. 중심 부재의 제3 전도성 표면 위에 배치되는 제1 표면을 가지는 제3 유전체 발룬 슬랩, 상기 제3 유전체 발룬 슬랩의 제2 반대 표면은 그 위에 배치되는 공급 컨덕터를 가짐;
v. 중심 부재의 제4 전도성 표면 위에 배치되는 제1 표면을 가지는 제4 유전체 발룬 슬랩, 상기 제4 유전체 발룬 슬랩의 제2 반대 표면은 그 위에 배치되는 공급 컨덕터를 가짐;
을 포함하는, 안테나 어셈블리.
- 제 7항에 있어서,
상기 유전체 라디에이터 블록 공동 구역은 일반적으로 피라미드 모양을 가지고,
상기 안테나 요소는 상기 공급점 가까이에서 끝나는 하나의 꼭지점을 구비하는 일반적으로 삼각형 모양을 가지는, 안테나 어셈블리.
- 제 7항에 있어서,
상기 공급 회로는
a. 각각의 상기 중심 부재의 4개의 전도성 표면에 결합되는 그라운드 컨덕터;
b. 상기 제1 유전체 발룬 슬랩의 공급 컨덕터에 결합되는 제1 공급 컨덕터;
c. 상기 제2 유전체 발룬 슬랩의 공급 컨덕터에 결합되는 제2 공급 컨덕터;
d. 상기 제3 유전체 발룬 슬랩의 공급 컨덕터에 결합되는 제3 공급 컨덕터; 및
e. 상기 제4 유전체 발룬 슬랩의 공급 컨덕터에 결합되는 제4 공급 컨덕터;
를 포함하는, 안테나 어셈블리.
- 제 7항에 있어서,
상기 공급 회로는 복수 개로 제공되는 공급 회로들 중 첫 번째이고,
상기 안테나 요소는 복수 개로 제공되는 안테나 요소들 중 첫 번째이고,
상기 쿼드-라인 수직 발룬 기둥은 복수 개로 제공되는 쿼드-라인 수직 발룬들 중 첫 번째이고, 상기 쿼드-라인 수직 발룬은 하나의 단부에서 대응하는 공급회로에 전기적으로 결합되고 반대 단부에서 대응하는 안테나 요소에 전기적으로 결합되는, 안테나 어셈블리.
- 제 7항에 있어서,
상기 공급 회로는 복수의 공급 회로들로 제공되고,
상기 복수의 공급 회로들은 상기 회로기판 상에 2-차원 배열 패턴으로 배열되는, 안테나 어셈블리.
- 제 7항에 있어서,
상기 안테나 요소가 위에 배치되는 지지 구조물을 더 포함하며,
상기 쿼드-라인 수직 발룬 기둥의 제1 단부는 지지 구조물 내 제1 개구를 통해 노출되고, 상기 쿼드-라인 수직 발룬 기둥의 제2 단부는 지지 구조물 내 제2 개구를 통해 노출되는, 안테나 어셈블리.
- a. 회로 기판에 쿼드-라인 수직 벌룬 기둥의 제1 단부를 연결하는 단계, 및
b. 안테나 요소에 쿼드-라인 수직 벌룬 기둥의 제2 단부를 연결하는 단계;
를 포함하고,
상기 안테나 요소는 :
i. 높이 h 및 그 안에 형성된 공동 구역을 구비하는 유전체 라디에이터 블록, 상기 공동 구역은 공동의 중심점에서 제공된 공급점 및 한 쌍의 반대 표면들을 구비한 일반적으로 모서리를 자른 피라미드 모양을 가짐; 및
ii. 각각의 표면들 상에 배치된 전도성 층, 상기 전도성 층들 각각은 공급점 가까이에서 끝나는 하나의 꼭지점들을 구비한 일반적으로 삼각형 모양을 가짐.
를 포함하는, 안테나 어셈블리를 조립하기 위한 방법.
- 제 13항에 있어서,
상기 쿼드-라인 수직 벌룬 기둥의 제2 단부가 안테나 요소에 결합되기 전에, 상기 쿼드-라인 수직 벌룬 기둥의 제1 단부는 회로 기판에 결합되는, 안테나 어셈블리를 조립하기 위한 방법.
- 제 13항에 있어서,
상기 쿼드-라인 수직 벌룬 기둥의 제1 단부가 회로 기판에 결합되기 전에, 상기 쿼드-라인 수직 벌룬 기둥의 제2 단부는 안테나 요소에 결합되는, 안테나 어셈블리를 조립하기 위한 방법.
- 제 13항에 있어서,
상기 쿼드-라인 수직 벌룬 기둥의 제1 단부는 포스트를 포함하고,
상기 회로 기판은 상기 포스트를 수용 가능한 리세스를 제공하고,
상기 쿼드-라인 수직 벌룬 기둥의 제1 단부는, 상기 리세스 내로 포스트를 삽입하는 것에 의하여 상기 회로 기판에 결합되는, 안테나 어셈블리를 조립하기 위한 방법.
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