KR101854517B1

KR101854517B1 - 용량성 급전점들 및 이격된 전도성 차폐 바이어들을 갖는 패치 안테나 조립체를 포함하는 전자장치 및 관련방법들

Info

Publication number: KR101854517B1
Application number: KR1020160026266A
Authority: KR
Inventors: 프란시스 이. 파쉐
Original assignee: 해리스 코포레이션
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2018-05-03
Also published as: KR20160108225A; CN105938940A; CA2921513A1; TWI623150B; CA2921513C; US20160261039A1; TW201637285A; EP3065218B1; CN105938940B; US9825357B2; EP3065218A1

Abstract

전자장치는 무선 통신회로 및 그에 결합된 안테나 조립체를 포함할 수도 있다. 상기 안테나 조립체는 기판, 상기 기판에 의해 지지된 접지 평면을 획정하는 전기 전도층, 상기 기판에 지지되고 상기 접지 평면으로부터 이격된 전기 전도성 패치 안테나 소자를 포함할 수도 있다. 상기 패치 안테나 소자는 상기 패치 안테나 소자를 제1 및 제2 대칭영역으로 분할하는 대칭축, 및 상기 제1 및 제2 대칭영역 내에 각각 제1 및 제2 급전구를 가질 수도 있다. 상기 안테나 조립체는 또한 각각 상기 제1 및 제2 급전구 내의 제1 및 제2 급전 패드, 및 상기 기판을 통해 뻗어 있으며 각각 상기 급전 패드를 상기 무선 통신회로에 결합하는 제1 및 제2 급전선을 포함할 수도 있다. 이격된 전도성 차폐 바이어들은 상기 접지 평면에 결합될 수도 있고 상기 패치 안테나 소자를 에워싸면서 상기 기판을 통해 뻗어 있을 수도 있다.

Description

용량성 급전점들 및 이격된 전도성 차폐 바이어들을 갖는 패치 안테나 조립체를 포함하는 전자장치 및 관련방법들{ELECTRONIC DEVICE INCLUDING PATCH ANTENNA ASSEMBLY HAVING CAPACITIVE FEED POINTS AND SPACED APART CONDUCTIVE SHIELDING VIAS AND RELATED METHODS}

본 발명은 전자장치들의 분야에 관한 것으로, 특히 패치 안테나들 및 관련방법들에 관한 것이다.

패치 안테나, 예컨대, 마이크로스트립 패치 안테나(microstrip patch anten na)는 비교적 간단한 인쇄회로 구성을 사용하여 주어진 면적에 대한 비교적 높은 이득을 제공하므로, 그 사용을 보편화할 수도 있다. 마이크로스트립 패치 안테나의 한 형태는 측면(broadside)을 패치 평면으로 확장하는 복사 패턴을 갖는다. 이러한 마이크로스트립 안테나는 보통, 탐색침(probe)을 사용하여, 예컨대, 전류를 패치 표면들로 운반하는 상기 탐색침을 형성하는 커넥터 핀 또는 회로기판 바이어(circ uit board via)의 형태로 사용된다.

그러나, 마이크로스트립 패치 안테나의 복사 대역은 제한될 수도 있다. 예컨대, 마이크로스트립 패치 안테나들의 절반 전력(3 dB) 순시 이득 대역폭(instanta neous gain bandwidth)은 실제로 20%보다 적을 수도 있다. 이것은, 다수의 옥타브들의 대역폭 상에서 동작할 수 있는, 접시형 반사기 안테나와 같은, 다른 형태들의 안테나들과 비교하여 불리할 수도 있다. 간단한, 정방형의, 반파(半波) 에지, 선형 편파(線形偏波) 마이크로스트립 패치 안테나는 2차 방정식(ax² + bx +c = 0)에 근거하여 설명될 수도 있으므로 제1, 반파(半波) 공진 주위에 위치한 "단일 험프(si ngle hump)" 이득 최대치가 존재할 수도 있다.

마이크로스트립 패치 안테나의 대역폭은 그것이 지지되는 기판의 두께에 근거하여 선형으로 증가하므로, 상기 기판 두께의 2배로의 증가는 상기 대역폭을 2배로 증가시키며 상기 기판 두께의 절반으로의 감소는 상기 대역폭을 절반으로 감소시킬 수도 있다. 그러나, 불행히도, 급전 탐사침(feed probe)은 단극 안테나와 유사한 방식으로 복사할 수 있기 때문에, 문제점들이 비교적 두꺼운 기판 마이크로스트립 안테나를 사용하는 광대역 응용에서 발생할 수도 있다. 급전 탐사침의 복사 패턴이 상기 패치 자체의 복사 패턴과 다르다고 고려하면, 결합된 두께의 기판 패치 복사는 비대칭 패턴 및 감소된 실현 이득을 발생시킨다.

반 후즌(Van Hoozen) 씨의 특허인 미국특허번호 6,181,279호는 주변 기생 스텁들(peripheral parasitic stubs)을 사용하는 전기적으로 작은 접지판을 갖는 패치 안테나를 개시하고 있다. 특히, 반 후즌(Van Hoozen) 씨는 상기 기생 스텁들 또는 차폐 성분은 상기 패치 안테나 및 상기 접지판 사이의 전자장(電磁場)들을 분리시키는 용도의 것들이라고 설명하고 있다.

레넨(Lennen) 씨 등의 특허인 미국특허번호 5,515,057호는 n-포인트 대칭 급전 이중-주파수 패치 안테나를 갖는 GPS 수신기에 관한 것이다. 특히, 레넨(Lenne n) 씨 등은 n-포인트 안테나를 갖는 GPS 수신기의 원형 분극화를 달성하기 위해 상기 패치 안테나 상에 기하학적으로 위치한 n개의 대칭 급전점들에 관해 설명하고 있다.

패치 안테나들에 대한 추가적인 개선사항들이 요구될 수도 있다. 예컨대, 이것은 특별히 대역폭, 이득, 방향성(directivity), 및 복사패턴 대칭(안테나 지향성도 대칭)[radiation pattern symmetry]을 증가시키는데 바람직할 수도 있다.

전자장치는 무선 통신회로, 및 상기 무선 통신회로에 결합된 안테나 조립체를 포함할 수도 있다. 상기 안테나 조립체는 기판, 상기 기판에 의해 지지된(carr ied) 접지 평면을 획정하는 전기 전도층, 및 상기 기판에 의해 지지된 그리고 상기 접지 평면으로부터 이격된 전기 전도성 패치 안테나 소자를 포함할 수도 있다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자는 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 제1 및 제2 대칭영역으로 분할하는 대칭축을 가질 수도 있다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자는 상기 제1 및 제2 대칭영역 내의 제1 및 제2 급전구, 및 상기 제1 및 제2 급전구 내에 각각 제1 및 제2 용량성 급전점을 획정하는 제1 및 제2 급전 패드를 가질 수도 있다. 상기 안테나 조립체는 또한 상기 기판을 통해 뻗어 있으며 상기 제1 및 제2 급전 패드를 각각 상기 무선 통신회로에 결합시키는 제1 및 제2 급전선, 및 상기 접지 평면에 결합된 그리고 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 에워싸면서 상기 기판을 통해 뻗어 있는 복수의 이격된 전도성 차폐 바이어를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기 전자장치는, 예컨대, 증가된 대역폭, 이득, 및 방향성을 제공함으로써 증가된 효율을 제공할 수도 있다.

상기 전기 전도성 패치 안테나 소자는 그 안의 적어도 하나의 버킹구(bucki ng opening)를 가질 수도 있다. 상기 기판은, 예컨대, 상기 적어도 하나의 버킹구와 정렬된 적어도 하나의 버킹홈(bucking recess)을 포함할 수도 있다. 상기 안테나 조립체는, 예컨대, 추가로 상기 접지 평면에 결합된 그리고 상기 적어도 하나의 버킹홈으로 뻗어 있는 적어도 하나의 전도성 버킹 바이어(bucking via)를 포함할 수도 있다.

상기 전자장치는 상기 기판에 의해 지지된 그리고 상기 제1 및 제2 급전선에 결합된 위상 지연회로를 추가로 포함할 수도 있다. 상기 위상 지연회로는, 예컨대, 적어도 하나의 미앤더 라인(meander line)을 포함할 수도 있다.

상기 안테나 조립체는 상기 제1 및 제2 용량성 급전점의 각각에 결합된 적어도 하나의 공진기를 추가로 포함할 수도 있다. 상기 적어도 하나의 공진기는, 예컨대, 적어도 하나의 전도성 X자형 공진기를 포함할 수도 있다.

상기 전자장치는 추가로 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자에 의해 지지된 유전체 덮개층을 포함할 수도 있다. 상기 유전체 덮개층은 비투전율(比透電率)[relati ve permittivity] 및 상호 20% 이내의 비투전율을 가질 수도 있다. 상기 기판은, 예컨대, 비투전율 및 상호 20% 이내의 비투전율을 가질 수도 있다.

방법 특징은 안테나 조립체를 만드는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 접지 평면을 획정하는 전기 전도층으로부터 이격되도록 기판 상에 전기 전도성 패치 안테나 소자를 형성하는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자는 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 제1 및 제2 대칭영역으로 분할하는 대칭축을 가지도록 형성될 수도 있다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자는 각각 상기 제1 및 제2 대칭영역 내에 제1 및 제2 급전구를 가지도록 형성될 수도 있다. 상기 방법은 추가로 상기 제1 및 제2 급전구 내에 각각 제1 및 제2 용량성 급전점을 획정하는 제1 및 제2 급전 패드를 형성하는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 방법은 또한 상기 기판을 통해 뻗어 있으며 상기 제1 및 제2 급전 패드를 무선 통신회로에 결합시키는 제1 및 제2 급전선을 형성하는 단계, 및 상기 접지 평면에 결합된 그리고 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 에워싸면서 상기 기판을 통해 뻗어 있는 복수의 이격된 전도성 차폐 바이어를 형성하는 단계를 포함할 수도 있다.

다른 하나의 실시예는 무선 통신회로 및 상기 무선 통신회로에 결합된 안테나 조립체를 포함하는 전자장치에 관한 것이다. 상기 안테나 조립체는 기판, 상기 기판에 의해 지지된 접지 평면을 획정하는 전기 전도층, 및 상기 기판에 의해 지지된 그리고 상기 접지 평면으로부터 이격된 전기 전도성 패치 안테나 소자를 포함할 수도 있다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자는 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 제1 및 제2 대칭영역으로 분할하는 대칭축을 가질 수도 있다. 상기 전기 전도성 패치는 상기 제1 및 제2 대칭영역 내의 제1 및 제2 급전구, 및 상기 제1 및 제2 급전구 내에 각각 제1 및 제2 용량성 급전점을 획정하는 제1 및 제2 급전 패드를 가질 수도 있다. 상기 안테나 조립체는 또한, 상기 기판을 통해 뻗어 있는 제1 및 제2 급전선으로서, 상기 제1 및 제2 급전선 중 하나는 상기 제1 및 제2 급전 패드 중 각각의 하나를 상기 무선 통신회로에 결합시키며 상기 제1 및 제2 급전선 중 다른 하나는 전기적으로 유동적인(electrically floating), 상기 제1 및 제2 급전선, 및 상기 접지 평면에 결합된 그리고 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 에워싸면서 상기 기판을 통해 뻗어 있는 복수의 이격된 전도성 차폐 바이어를 포함할 수도 있다.

상기 접지 평면은 그 안의 적어도 하나의 구멍을 가질 수도 있다. 상기 기판은, 예컨대, 상기 적어도 하나의 구멍과 정렬된 적어도 하나의 홈을 포함할 수도 있다. 상기 제1 및 제2 급전선 중 다른 하나는 상기 적어도 하나의 홈으로 뻗어 있을 수도 있다.

상기 안테나 조립체는 상기 제1 및 제2 용량성 급전점의 각각에 결합된 적어도 하나의 공진기를 추가로 포함할 수도 있다. 상기 적어도 하나의 공진기는 X자형 공진기일 수도 있다.

상기 전자장치는 추가로 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자에 의해 지지된 유전체 덮개층을 포함할 수도 있다. 상기 유전체 덮개층은 비투전율 및 상호 20% 이내의 비투전율을 가질 수도 있다. 상기 기판은, 예컨대, 비투전율 및 상호 20% 이내의 비투전율을 가질 수도 있다.

안테나 조립체를 만드는 대응하는 방법은 접지 평면을 획정하는 전기 전도층으로부터 이격되도록 기판 상에 전기 전도성 패치 안테나 소자를 형성하는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 전기 전도성 패치 안테나는 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 제1 및 제2 대칭영역으로 분할하는 대칭축을 갖도록 형성될 수도 있다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자는 또한 각각 상기 제1 및 제2 대칭영역 내에 제1 및 제2 급전구를 갖도록 형성될 수도 있다. 상기 방법은 또한 상기 제1 및 제2 급전구 내에 각각 제1 및 제2 용량성 급전점을 획정하는 제1 및 제2 급전 패드를 형성하는 단계 및 상기 기판을 통해 뻗어 있는 제1 및 제2 급전선을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2 급전선 중 하나는 상기 제1 및 제2 급전 패드 중 각각의 하나를 무선 통신회로에 결합시키며 상기 제1 및 제2 급전선 중 다른 하나는 전기적으로 유동적(electrically floating)이다. 상기 방법은 추가로 상기 접지 평면에 결합된 그리고 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 에워싸면서 상기 기판을 통해 뻗어 있는 복수의 이격된 전도성 차폐 바이어를 형성하는 단계를 포함할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자장치의 상부 도식도.
도 2는 도 1의 전자장치의 하부 도식도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 조립체의 도식적인 단면도.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 안테나 조립체의 시뮬레이션된 복사 패턴 단면도들.
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 전자장치의 안테나 조립체의 도식적인 단면도.
도 6은 도 5의 안테나 조립체의 상부 도식도.
도 7은 도 5의 안테나 조립체의 하부 도식도.
도 8a 및 도 8b는 도 5의 안테나 조립체의 시뮬레이션된 복사 패턴 단면도들.
도 9는 도 5의 안테나 조립체의 시뮬레이션된 실현 이득 응답의 그래프.
도 10은 도 5의 안테나 조립체의 시뮬레이션된 임피던스의 스미스 차트(Smit h Chart).
도 11은 도 5의 안테나 조립체의 시뮬레이션된 VSWR 응답의 그래프.
도 12는 다른 하나의 실시예에 따른 안테나 조립체들의 배열의 상부 도식도.
도 13은 도 12의 안테나 조립체들의 배열의 하부 도식도.

본 발명은 이제 본 발명의 바람직한 실시예들이 도시되어 있는 첨부도면들을 참조하여 이하에 보다 완전하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 다수의 다른 형태들로 실시될 수도 있고 이하에 설명된 실시예들에 제한되는 것으로 간주되어서는 안된다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 발명이 완전하게 될 것이고 본 발명의 범위가 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에게 완전히 이해되도록 제공된다. 유사한 도면부호들은 전체에 걸쳐 유사한 소자들을 표기하며, 프라임 및 이중 프라임 표기법들(prime notations)은 선택적인 실시예들에서의 유사한 소자들을 표기하기 위해 사용되어 있다.

먼저, 도 1-도 3에 관해 설명하자면, 전자장치(20)는 무선 통신회로(21) 및 상기 무선 통신회로에 결합된 안테나 조립체(30)를 포함한다. 상기 무선 통신회로 (21)는, 예컨대, 무선 송수신기, 단지 송신기, 단지 수신기, 및/또는 무선주파수 전력원을 포함할 수도 있다. 상기 무선 통신회로(21)는 무선 통신을 위한 다른 및/또는 부가적인 회로를 포함할 수도 있다. 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해되는 바와 같이, 상기 안테나 조립체(30)는 송신 및 수신 둘다 모두를 위해 유용한 상호장치로서 고려될 수도 있다.

상기 안테나 조립체(30)는 선형 분극화를 위한 마이크로스트립 패치 안테나의 형태일 수도 있고, 기판(31) 및 상기 기판에 의해 지지된 접지 평면(32)을 획정하는 전기 전도층을 예시적으로 포함한다. 상기 접지 평면(32)은 상기 기판(31) 내에, 예컨대, 상기 기판의 2개의 유전층들 사이에 삽입된 상태로, 예시적으로 지지된다. 몇개의 실시예들에서, 상기 접지 평면(32)은 상기 기판(31)의 하면 또는 상기 기판의 다른 하나의 부분에 의해 지지될 수도 있다. 상기 안테나 조립체(30)는 다층 회로기판으로서 실현될 수도 있다. 부가적인 접지 평면층들이 포함될 수도 있다.

상기 안테나 조립체(30)는 또한 상기 기판(31)의 상면에 의해 지지된 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)를 포함한다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)는 상기 접지 평면(32)으로부터 예시적으로 이격되어 있다.

상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)는 예시적으로 직사각형, 특히 정사각형의 형태이다. 물론 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)는 다른 하나의 형태, 예컨대, 원형, 을 가질 수도 있다.

상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)는 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 제1 및 제2 대칭영역(35a, 35b)으로 분할하는 대칭축(34)을 가진다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)는 각각 상기 제1 및 제2 대칭영역(35a, 35b) 내에 제1 및 제2 급전구(36a, 36b)를 가진다. 특별한 대칭축(34)이 예시되어 있지만, 상기 대칭축은 예시된 것과는 다르게 정렬될 수도 있고, 예컨대, 대각선 방향으로 배향될 수도 있다.

상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)는 또한 상기 제1 및 제2 급전구(36a, 36b) 내에 각각 제1 및 제2 용량성 급전점들(37a, 37b)을 획정하는 제1 및 제2 급전 패드를 포함한다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)는 또한 상기 기판(31)을 통해 뻗어 있으며 상기 제1 및 제2 급전 패드 또는 제1 및 제2 용량성 급전점(37a, 37b)을 각각 상기 무선 통신회로(21)에 결합시키는 제1 및 제2 급전선들(41a, 41b)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)은 도금된 쓰루-홀 바이어(plated through-hole via), 금속 커넥터 핀, 리벳, 후크업 와이어(hookup wire), 또는 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해될 다른 급전구조의 형태일 수도 있다.

상기 제1 및 제2 용량성 급전점(37a, 37b)은 전류를 그 사이의 공기 갭을 통해 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)에 용량성으로 결합한다. 상기 제1 및 제2 용량성 급전점(37a, 37b)은 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)의 분포 인덕턴스를 감쇄시킬 수도 있다.

상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)의 분포 인덕턴스 및 상기 제1 및 제2 용량성 급전점(37a, 37b)의 분포 용량은 함께 증가된 대역폭에 대한 이중으로 동조된 안테나 시스템을 제공할 수도 있는 직렬 공진회로를 형성한다. 상기 이중 동조는, 통과대역(通過帶域) 파형에 대해 선택된, 최대 평탄성 버터워스 응답(maxim ally flat Butterworth response)을 갖는, 4차 체비세프 응답(Chebyschev respons e), 또는 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해될 다른 응답 형태들을 형성할 수도 있다.

상기 제1 및 제2 용량성 급전점(37a, 37b)은 예시적으로 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)에 상대적인 다이아몬드 형태로서 배향된다. 이것은 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)의 표면에서의 전류의 통과에 대한 역(逆) 흐름을 감소시킬 수 있다. 물론, 상기 제1 및 제2 용량성 급전점(37a, 37b)은 정사각형, 즉, 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)와 정렬되어, 으로 배향될 수도 있거나, 또는 다른 형태들을 가질 수도 있다.

상기 제2 급전선(41b)으로부터의 복사는 상기 제1 급전선(41a)으로부터의 복사보다는 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)의 반대측 쪽으로의 복사이다. 그러므로, 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)으로부터의 복사는 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)에 보다 정상적인 최대 빔을 갖는 보다 대칭적인 복사 패턴을 발생시키기 위해 서로 대응할 수도 있다. 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)을 동일한 전력에서 구동하고 상기 제2 급전선을 상기 제1 급전선에 대해 지연된 위상에서 구동하는 것이 바람직할 수도 있다. 상기 제2 급전선(42b)에 인가된 지연된 위상은 φ에 의해 표기되며 다음과 같이 주어진다:

φ = - (360 f s) / [ (c v (ε_rμ_r) ] 도(°)

여기서:

φ = 상기 제1 급전선(41a)에 대한 상기 제2 급전선(41b)에 인가된 위상 지연;

360 = 싸이클 단위의 도(°)의 수와 같은 상수;

f = 헤르쯔(Hertz) 단위의 동작 주파수;

c = 미터/초 단위의 광속;

s = 미터 단위의 바이어들(vias) 사이의 간격;

ε_r = 기판 비투전율[치수가 없는]; 및

μ_r = 만약 있다면, 기판 비투전율[치수가 없는].

마이너스(-) 기호는 위상 편이(증가된 시간 지연)에 대한 관례로서 발생한다. 이것은 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)에 흐르는 전류에 대한 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b) 사이의 위상 지연이기 때문에 상기 방정식은 마이크로스트립 전송선 이론으로부터 유도된다. 1개의 원형(原型)에서 상기 제1 급전선(4 1a)은 0 도 위상에 그리고 상기 제2 급전선(41b)은 -168 도 위상에 있었다.

종래의 원형 분극화된 패치들은 상기 패치 상의 이동하는 파의 전류 분포를 야기하기 위해 다수의 급전 탐사침들 및 직각 위상(直角位相)(코사인 및 사인 전류 분포들을 중첩)을 사용한다. 부가적으로, 종래의 원형 분극화된 패치들은 피타고라스 정리(Pythagorean identity)에 따른 직각 위상(直角位相)을 실시한다:

φ_n = cos² θ + sin² (θ + 90⁰ - 90⁰) = cos² θ + sin² θ.

다르게는, 여기에 설명된 실시예들은 비직각 위상(즉, 0, 90, 180 또는 270 위상이 아닌)을 갖는 다수의 급전선들을 사용할 수도 있고 여전히 상기 패치 상의 원형으로 분극화된 복사를 한다.

다르게는, 설명된 실시예들은 다음에 따른 급전선 위상을 실시한다:

φ_n = - (360 f s) / [ (c v (ε_rμ_r) ] 도(°).

이격된 전도성 차폐 바이어들(42)은 예시적으로 그리고 전도성적으로 상기 접지 평면(32)에 연결되며 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)를 전기적으로 에워싸면서 상기 기판(31)을 통해 뻗어 있다. 상기 이격된 전도성 차폐 바이어들(42)은 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)으로부터의 원하지 않는 복사를 추가로 감쇄시키기 위해 정전 차폐(electrostatic shield)를 제공할 수도 있다. 상기 이격된 전도성 차폐 바이어들(42)은 일반적으로 상기 전도성 차폐 바이어들 및 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)의 에지들 사이의 용량을 감소시키고, 그들의 형성되는 루프들 또는 그렇지 않으면 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)로부터의 차폐 복사(shielding radiation)를 감소시킬 수도 있는 그들의 상부들에서의 전기적인 제한(electrical contract)을 만들지는 않는다. 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)에 의해 형성된 전자파(電磁波)들은 일반적으로 상기 전도성 차폐 바이어들 (42)에 의해 제공된 빗 형태의 정전 차폐를 관통할 수는 없다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)의 에지들에 의해 형성된 전자파(電磁波)(들)은 일반적으로 상기 전도성 차폐 바이어들(42)을 관통할 필요는 없으므로 원하는 복사가 자유롭게 발생한다.

상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)는 예시적으로 그 안의 제1 및 제2 버킹구(44a, 44b)를 가진다. 상기 기판(31)은 상기 제1 및 제2 버킹구(44a, 44b)와 정렬된 각각의 버킹홈(45a, 45b)을 가진다.

각각의 전도성 버킹 바이어(46a, 46b)는 상기 접지 평면(32)에 결합되며, 각각은 해당 버킹홈(45a, 45b)의 레벨로 뻗어 있다. 상기 버킹 바이어들(46a, 46b)은 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)으로부터의 바람직하지 않은 복사를 감소시킨다. 각각의 버킹 바이어(46a, 46b) 및 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)은, 바이어 복사장들(via radiated fields), 예컨대, 정반대 방향의 전류 흐름, 을 감소시키기 위해 반대 방향으로의 전류 흐름을 운반한다. 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해되는 바와 같이, 상기 버킹 바이어들(46a, 46b) 및 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)은 함께 개방 와이어 전송선을 형성할 수도 있다.

각각의 버킹홈(45a, 45b)은 원뿔 형태를 가질 수도 있고 예컨대, 위로부터 상기 기판(31) 쪽으로 아래쪽으로 드릴(drilling)함으로써 형성될 수도 있다. 이것은 각각의 버킹 바이어(46a, 46b) 및 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33) 사이의 용량을 감소시킬 수도 있다. 드릴 비트(drill bit)의 원뿔점은, 예컨대 : 1) 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)에서의 홀(hole)을 형성하며 2) 각각의 버킹 바이어들(46a, 46b)의 높이를 감소시켜 상기 버킹 바이어는 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)의 평면에 도달하지 않는다.

상기 버킹 바이어들(46a, 46b) 및 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33) 사이의 감소된 용량은 버킹 바이어 전류를 증가시킬 수도 있다. 바이어들은 전형적으로 도금된 쓰루홀들(plated through holes)로서 형성될 수도 있고, 상기 홀의 일부만을 도금하는 것은 어렵고 바람직하지 않기 때문에, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해되는 바와 같이, 카운터싱크 드릴링(countersink dril ling)은 부분적인 높이의 바이어가 형성 가능하도록 한다.

상기 전자장치(20)는 상기 기판(31)에 의해 지지된 그리고 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)에 결합된 위상 지연회로(51)를 추가로 포함할 수도 있다. 상기 위상 지연회로(51)는 예시적으로 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)의 각각에 대해 상기 기판(31)의 하면을 따라 형성된 각각의 미앤더 라인(52a, 52b)을 포함한다.

상기 안테나 조립체(30)는 추가로 제1 및 제2 급전 용량점(37a, 37b) 중 각각에 결합된 각각의 공진기(53a, 53b)를 포함한다. 도 2에 예시된 바와 같이, 각각의 공진기(53a, 53b)는 전도성이며 예시적으로 X자형 및 비대칭의 X자형이다. X자형은 대칭형 X자형들 및 비대칭형 X자형들 둘다 모두를 포함할 수도 있다. 물론, 임의의 개수의 공진기들 및 암들(arms)이 존재할 수도 있다. 부가적으로, 각각의 공진기(53a, 53b)는 다른 형태를 가질 수도 있다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해되는 바와 같이, X자형의 전도성 공진기들(53a, 53b)은 통과 대역 파형들의 수를 증가시킴으로써 더욱 높은 차수의 다항 응답(polynomial response)을 가능하게 할 수도 있다. 상기 X자형의 전도성 공진기들(53a, 53b)의 임피던스 응답, 및, 차례로, 안테나 주파수 응답은 상기 X자형의 전도성 공진기들중 각각의 전체 길이 a+b 및 상기 암들 사이의 확산각(spread angle) α을 변화시킴으로써 조정될 수도 있다. 확산각(spread angle) α은 상기 X자형의 전도성 공진기들(53a, 53b)의 Q 인자를 조정한다. 상기 길이 a+b 는 각각의 공진기(53a, 53b)의 공진 주파수를 조정한다; 달리 설명하자면, 더욱 큰 X자형의 전도성 공진기는 더욱 낮은 주파수에서의 자체 공진을 가지며 물리적으로 더 작은 공진기는 더욱 높은 주파수에서 공진한다. a+b 에 대한 바람직한 길이는 X자형의 공진기 암 팁(arm tip)으로부터 암 팁(arm tip)까지의 반파 공진을 초래하는 길이일 수도 있다. b 로 나뉘어진 a 의 비(比), 예컨대, a/b, 는 각각의 비대칭 X자형의 전도성 공진기가 전기적으로 상기 안테나 조립체(30)와 결합하는 각도를 조정한다. a/ b 의 더욱 큰 비는 상기 안테나 조립체(30)에 전기적으로 덜 결합될 수도 있는 더욱 비대칭의 X자형의 전도성 공진기들(53a, 53b)을 제공하고, 안테나 조립체(30) 통과대역 파형을 감소시킨다. a/ b 의 더욱 작은 비는 대역폭을 증가시키기 위해 상기 안테나 조립체(30)에 더욱 결합될 수도 있는 더욱 비대칭의 X자형의 전도성 공진기들(53a, 53b)을 의미한다. 상기 X자형의 전도성 공진기들(53a, 53b)은 안테나 조립체(30) 통과대역 파형 크기 및 상기 안테나 조립체(30)의 전체 대역폭 사이의 균형(tradeoff)을 가능하게 한다. 더욱 높은 파형 크기는 더욱 넓은 대역폭을 의미한다. 각각의 공진기(53a, 53b)는 실제로 상기 안테나와 병렬로 연결된 1개 이상의 공진회로이다. 각각의 X자형의 전도성 공진기들(53a, 53b)은 전형적으로 사인 곡선적인 전류 분포를 운송할 수도 있다. 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)에서 상기 X자형의 전도성 공진기들(53a, 53b)을 병렬로 연결시키는 것은 안테나 시스템(30) 다항 동조 차수를 증가시킨다. 2 내지 4 폴드(fold)의 대역폭 증가, 또는 그 이상, 는, 상기 X자형의 전도성 공진기들(53a, 53b)이 상기 안테나 조립체(30)에 포함될 때, 선택된 파형 레벨의 트레이드들(trades), 확산각 α, X자형의 전도성 공진기들(53a, 53b) 암 길이에 근거하여 얻어질 수도 있다.

상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)은 동축 안테나 급전선(61)에 의해 상기 무선 통신회로(21)로부터 공급될 수도 있다. 상기 동축 안테나 급전선(61)의 외부 커넥터(63)는 접지 평면(32)에 결합, 예컨대, 바이어 충전 접지 패드(71)에 납땜 결합, 되는 반면, 상기 동축 안테나 급전선의 내부 커넥터(62)는 공통 전송선(64)에 결합된다. 상기 공통 전송선(64)은 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)과의 병렬 접합(69)을 계속적으로 이룬다. 무선주파수 전력은 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)을 제공하기 위해 병렬 접합(69)에서 분할된다. 상기 전력 분할은 대부분의 실시예들에서 동등할 수도 있으나, 추가로 패턴 형태를 합성하고, 전송선 손실 등을 극복하기 위해 필요하다면 동등하지 않을 수도 있다. 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)에 변압기들을 설치하는 것은 상기 병렬 접합(69)에서의 분기 임피던스(branch ed-off impedances) 및, 차례로, 전력 분할비를 조정할 수 있다. 상기 안테나 조립체(30)는 예시된 기판상의 무선 통신회로(21)로부터 독립적으로 사용될 수도 있다.

상기 안테나 조립체(30)는 선택적으로 상기 기판의 상면 위에서 제1 및 제2 급전 용량점(37a, 37b) 및 전도성 버킹 바이어들(46a, 46b)을 덮는 덮개층(48)을 포함할 수도 있다(도 3). 상기 덮개층(48)은 실질적으로 비전도성 물질일 수도 있고 ±20% 내의 비투전율 ε_r을 갖고,보다 바림직하게는비투자율(比透磁率)μ_r 과 같을 수도 있다. 달리 설명하자면, 상기 덮개층(48)에서 ε_r ~μ_r이다. 유리하게는, 상기 덮개층(48)의 특성 임피던스는 그 다음으로 거의 ε_r ~μ_r의 모든 값들에 대한 자유공간의 특성 임피던스이다. 이것은 상기 덮개층(48)에서의 고유 파동 임피던스가 Z_cover = 377v(ε_r/μ_r ) 오옴(Ohms)에 의해 주어지며, ε_r 및μ_r이 동일한 값일 때마다 ε_r/μ_r의 용어가 일반적으로 항상 1과 같아서 그 결과가 약 377 오옴(Ohms)이 되기 때문이다. 물론, 377 오옴(Ohms)은 자유공간의 파동 임피던스이다. Z_cover ~ 377 오옴(Ohms)을 갖는 ε_r ~μ_r의 덮개층(48)의 추가적인 장점은 상기 덮개층이 상기 덮개층의 두께의 모든 값들에 대해 덜 반사적이라는 점이다. 이것은 덮개층(48) 반사계수가 Γ = (Z_freespace - Z_cover)/₍Z_cover + Z_freespace)에 의해 주어지며, 상기 덮개층 고유 파동 임피던스가 377 오옴(Ohms) 정도이기 때문에, 상기 방정식의 분자는 작거나 0 이기 때문이다. 상기 ε_r ~μ_r 덮개층(48)은 υ = c/v(ε_rμ_r )에 따른 고유 파동속도를 가지므로, 상기 파동은 눈에 띄게 소형화될 수도 있고, 안테나 크기는 파장 크기에 비례하므로, ε_r ~μ_r 덮개층(48)은 안테나 조립체 (30)에 대한 실질적인 축소된 효과를 가질 수도 있다. 더욱 작은 안테나 조립체 (30)가 주어진 주파수에 대해 가능할 수도 있다. 몇개의 실시예들에서, 상기 기판(31)은 유사하게 비투전율 및 상호 ±20% 이내의 비투전율의 속성들, 특히, ε_r ~μ_r을 가질 수도 있고, 시간 지연, 그룹 지연, 및 주파수상에서 보다 일정한 미분 위상(微分位相)을 갖는 유사하게 축소된 기판을 제공할 수도 있다. 예(Example) ε_r ~μ_r 덮개층 물질들(48)은 뉴욕, 월킬의 페어 라이트 (Fair Rite of Wallkill, New York)에 의한 혼합물(mix)과 같은 가벼운 니켈 아연 아철산염(ferrite), 펜실베니아, 베들레헴의 내쇼널 마그네틱스 그룹-TCI 세라믹스 (National Magnetics Group - TCI Ceramics of Bethlehem, Pennsylvania)에 의한 물질 M5 을 포함할 수도 있다. 물론, 자기적 및 유전 파우더들의 혼합물들이 ε_r ~μ_r의 원하는 값을 갖는 덮개층(48)을 달성하기 위해 결합제들과 함께 사용될 수도 있다.

도 4a 및 도 4b에 관해 설명하자면, 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b) 중 하나와의 상기 안테나 조립체(30)의 복사 패턴들의 비교 및 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b) 중 하나가 없는 비교가 이제 설명될 것이다. 이 복사 패턴들은 극좌표들에서의 E 장(場) 평면 단면들(E field plane cuts)이다. 배경으로서, E 평면 및 H 평면 표기는 선형으로 분극화된 안테나들의 배향을 설명하기 위한 약칭이며, 안테나 조립체(30')에 대해 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)은 둘다 모두 E 장(場) 평면에 존재한다. 그러므로, 이것은 상기 탐사침들의 평면에서의 복사 패턴 단면이다.

트레이스들(Traces)(504, 506)은 dBi 의 단위의 실현된 이득 데이터이다. 실현된 이득은 물질 손실 및 부정합 손실을 포함한다. 도시된 바와 같이, 제2 급전선(41a, 41b)을 부가하는 것은 복사 패턴 대칭을 증가시켰으며 1.9 dBi의 실현된 이득 증가에 대해 5.6 dBi 부터 8.5 dBi 까지 증가시키기 위해 특정 예 실시예의 브로드사이드[앙각(仰角)φ=0] 이득(broadside gain)을 야기시켰다. 유리하게는, 상기 복사 패턴은 바로 잡아져서(righted) 피크 패턴 크기가 부가적인 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)이 포함되었을 때 수직인 패치 평면에서 거의 정확히 발생했다. 부가적인 급전선, 예컨대, 상기 급전선(41a, 41b) 중 하나, 이 상기 제1 급전선이 제조되는 동시에 별로 비용을 증가시키지 않고서도 패치 안테나에 부가될 수도 있다.

방법 특징은 상기 안테나 조립체(30)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 접지 평면(32)을 획정하는 전기 전도층으로부터 이격되도록 기판 상에 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)는 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 제1 및 제2 대칭영역 (35a, 35b)으로 분할하는 대칭축(34)을 가지도록 형성된다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)는 상기 제1 및 제2 대칭영역(35a, 35b) 내에 제1 및 제2 급전구(36a, 36b)를 갖도록 형성된다.

상기 방법은 상기 제1 및 제2 급전구 내에 각각 제1 및 제2 용량성 급전점(37a, 37b)을 획정하는 제1 및 제2 급전 패드를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 기판(31)을 통해 뻗어 있으면서 각각 상기 제1 및 제2 용량성 급전점(37a, 37b)을 무선 통신회로(21)에 결합하는 상기 제1 및 제2 급전선(41a, 41b)을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 접지 평면(32)에 결합되어 있고 그리고 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33)를 에워싸면서 상기 기판(31)을 통해 뻗어 있는 복수의 이격된 전도성 차폐 바이어(42)를 형성하는 단계를 포함한다.

이제, 도 5-도 7에 관해 설명하자면, 다른 하나의 실시예에서 상기 안테나 조립체(30')는 기판(31') 및 상기 기판에 의해 지지된 접지 평면(32')을 획정하는 전기 전도층을 포함한다. 상기 안테나 조립체(30')는 또한 상기 기판(31')에 의해 지지된 그리고 상기 접지 평면(32')으로부터 이격된 전기 전도성 패치 안테나 소자(33')를 포함한다. 상기 안테나 조립체(30')는 다층형 인쇄회로기판을 포함하지 않을 수도 있으므로, 위에 설명된 실시예인 상기 안테나 조립체(30)보다 제조하기에 더욱 경제적일 수도 있다.

상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33')는 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 제1 및 제2 대칭영역(35a', 35b')으로 분할하는 대칭축(34')을 가진다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33')는 각각 상기 제1 및 제2 대칭영역(35a', 35b') 내에 제1 및 제2 급전구(36a', 36b')를 가진다. 각각 제1 및 제2 용량성 급전점(37a', 37b')을 획정하는 제1 및 제2 급전 패드는, 상기 제1 및 제2 급전구에 존재한다.

상기 안테나 조립체(30')는 또한 상기 기판(31')을 통해 뻗어 있는 제1 및 제2 급전선(41a', 41b')을 포함한다. 예시된 실시예에서, 상기 제1 및 제2 급전선들중 하나(41a')는 상기 제1 및 제2 급전 패드 중 각각의 하나(36a')를 상기 무선 통신회로(21')에 결합하며(즉, 구동 급전선) 상기 제1 및 제2 급전선 중 다른 하나(41b')는 전기적으로 유동(floating)되어 있다.

상기 접지 평면(32')은 그 안의 구멍(56')을 가진다. 상기 기판(31')은 또한 상기 접지 평면(32')에서의 상기 구멍(56')과 정렬된 그 안의 홈(recess)(57')을 가진다. 상기 홈(recess)(57')은, 예컨대, 원뿔 형태일 수도 있다. 상기 전기적으로 유동(floating)되어 있는 급전선(41b')은 예시적으로 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33')로부터 상기 홈(recess)(57')으로 아래쪽으로 뻗어 있다.

이 기술분야에 통상의 지식을 가진 자들에 의해 이해되는 바와 같이, 상기 전기적으로 유동(floating)되어 있는 급전선(41b')은 기생 급전선으로 고려될 수도 있고 마이크로스트립 분압기 또는 그것을 구동하기 위한 부가적인 인쇄회로 기판층 없이도 유용한 복사 패턴 대칭을 제공할 수도 있다. 상기 전기적으로 유동(floati ng)되어 있는 급전선(41b')은 그 상단에서 제1 및 제2 용량성 급전점(37a', 37b')과 전기적으로 접촉하며 그 하단에서는 상기 접지 평면(32')과는 전기적으로 접촉하지 않는다. 개방회로는 상기 접지 평면(32')에서의 상기 원뿔 형태의 홈 (57') 및 상기 구멍(56')에 기인하여 상기 전기적으로 유동(floating)되어 있는 또는 기생 급전선(41b')의 하단에 존재한다. 상기 전기적으로 유동(floating)되어 있는 급전선(41b')과 인접한 상기 용량성 급전점(37b')은 다른 용량성 급전점(37a')과 유사한 치수들을 가질 수도 있다. 몇개의 실시예에서, 상기 제1 및 제2 용량성 급전점(37a', 37b')은 다른 크기들을 가질 수도 있다.

상기 전기적으로 유동(floating)되어 있는 급전선(41b')은 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33')로부터 전류를 수신한다. 상기 전기적으로 유동(floating)되어 있는 급전선(41b') 상의 전류는 단극과 같은 복사를 야기시키며, 이것은 상기 구동 급전선(41a')에 의한 복사에 대응한다. 상기 구동 급전선(41a')으로부터의 복사는 상기 구동 급전선의 방향에서 복사 패턴을 관망하는 한편, 상기 전기적으로 유동(floating)되어 있는 급전선(41b')으로부터의 복사는 상기 복사 패턴을 상기 전기적으로 유동(floating)되어 있는 급전선의 방향에서 관망한다. 상기 제1 및 제2 급전선(41a', 41b')으로부터의 결합된 복사(즉, 구동 및 전기적으로 절연되어 있는 급전선들)는 상기 안테나 복사 패턴을 옆으로 또는 거의 그쪽으로 이끈다.

도 7A 및 도 7B의 그래프들에 관해 설명하자면, 전기적으로 유동(floating)되어 있는 급전선(41b')이 있는 그리고 전기적으로 유동(floating)되어 있는 급전선(41b')이 없는 상기 안테나 조립체(30')의 복사 패턴이 이제 설명될 것이다. 도 7A 및 도 7B에서의 패턴들은 E 장(場) 평면 단면들(E field plane cuts)이다. E 평면 및 H 평면은 상기 안테나 조립체(30')에 대한 선형으로 분극화된 안테나 물리적 배향들을 설명하기 위한 약칭이다. 상기 제1 및 제2 급전선(41a', 41b') 둘다 모두는 물리적으로 E 장(場) 평면에 존재한다. 트레이스들(Traces)(604, 606)은 dBi 단위의 시뮬레이션된 실현된 이득 데이터들이다. 실현된 이득은 물질 손실 및 부정합 손실을 포함한다. 도시된 바와 같이, 전기적으로 유동(floating)되어 있는 급전선(41b')의 포함은 복사 패턴 대칭을 증가시켰으며 상기 브로드사이드(broadsid e)(φ=0) 이득이 5.6 dBi 로부터 8.5 dBi 까지, 1.9 dBi의 변화, 증가하도록 야기시켰다. 전기적으로 유동(floating)되어 있는 급전선(41b')에서의 패턴 피크는 패치 평면 브로드사이드로부터 단지 8^o이며 패치 평면 노멀(normal)에서의 실현된 이득에서 단지 0.3 dB 더 낮았다. 유리하게는, 상기 전기적으로 유동(floating)되어 있는 급전선(41b') 패턴 개선들은 상기 전기적으로 유동(floating)되어 있는 급전선을 구동하기 위한 분압기 또는 장치를 구성해야 할 필요없이도 발생했다. 게다가, 적어도 하나의 탐사침, 상기 제1 급전선(41'), 이 실시되고 있기 때문에, 전기적으로 유동(floating)되어 있는 급전선(41b')을 구성에 부가하는 것은 비용면에서 무시할만하다. 표 1은 추가로 복사 패턴들이 얻어진 예 실시예 안테나 조립체(exa mple embodiment antenna assembly)(30')의 특성들을 설명한다:

[표 1] 안테나 조립체(30') 예 매개변수들

안테나 형태	스퀘어 마이크로스트립 패치(Square microstrip patch), 1/2 λ에지들 노미널(edges nominal), 탐사침 구동.
특별한 특징	커패시터 패드를 통해 패치에 의해 구동된, 전기적으로 절연되어 있는 급전선(41b')
응용	AO-50 및 AO-78 위성들에 대한 기지국 안테나
구성 방법	서스펜디드 마이크로스트립(Suspended mic rostrip) (아주 얇은 PWB는 두꺼운 거품 기판의 맨 위에 패치 소자를 제공)
분석 방법	Ansys HFSS을 사용하는 한정된 소자 시뮬레이션, 플러스 물리적인 원형(原型)을 갖는 입증
중앙 주파수	436.795 MHz (다른 주파수들에 대해 크기 조정될 수도 있음)
분극화	선형
전기 전도성 패치 안테나 소자(33') 크기	9.345 x 9.345 인치(inches)
기판(31') 물질	스티렌 포움(Styrene Foam)
기판(31') 두께	2.172 인치(inches), 0.08λ_air
기판(31') 비투전율 ε_r	1.045 (비투전율은 무차원 수임)
접지 평면(32') 크기	28.8 x 28.8 인치(inches)
제1 및 제2 급전선(41a', 41b') 물질	#22 구리선, 드릴된 홀을 관통하여 패치에 납땜된
제1 급전선(41a) 위치(구동 탐사침 위치)	복사 에지로부터 2.339 인치(inches)
전기적으로 절연된 급전선(41b') 위치	영상점(Image point), 반대의 복사 에지로부터 2.339 인치(inches)
X자형의 전도성 공진기들(53a, 53b)	이 예에서는 사용되지 않음.
상부 덮개(49)	이 예에서는 사용되지 않음.
제1 및 제2 용량성 급전점(37a', 37b')(커패시터 패드 크기)	0.654 x 0.654 인치(inches)
제1 및 제2 용량성 급전점(37a', 37b') 주위의, 정합 커패시터 갭	0.050 인치(inches)
정합 커패시터 전기적인 값, 제1 및 제2 용량성 급전점(37a', 37b')	약 3.74 피코패럿(picofarads). 이 커패시터는 상기 급전 탐사침 인덕턴스를 버크(buck)하며 상기 안테나를 이중 동조한다.
복사 패턴 형태	단일 브로드사이드 로브(Single broadside lobe), 거의 cosⁿ 팬 형태
패치 평면 브로드사이드에서의, 실현된 이득,	+8.5 dBi, 선형 분극화
피크 복사 패턴 크기의 관찰각(look angle)에서의, 실현된 이득	θ=90°φ=8°선형 분극화에서의, +8.8 dB i
3 dB 이득 빔폭	56°
3 dB 이득 대역폭	158 MHz 또는 35.4 %
통과대역 특성	이중 동조된: 그 사이의 1 dB 파형을 갖는 2개의 이득 피크들

도 8은 표 1의 안테나 조립체(30')에 대해 분석된 스웹트 이득(swept gain)의 그래프이다. 트레이스(Trace)(704)는 주파수상에서 실현된 이득 응답이다. 2개의 피크들(706, 708)은 역시 딥(dip)(710)으로서 볼 수 있다. 상기 피크들(706, 708) 및 상기 딥(dip)(710) 사이의 차이는 작은, 1 데시벨(decibel)보다 작은, 응답 파형을 정의한다.

도 9의 스미스 차트(Smith Chart)는 접지 평면 침투에서의 구동된[유동적이지 않은(not floating)] 급전선(41a') 임피던스이다. 트레이스(Trace)(804)는 주파수에서의 임피던스 데이터 점들의 스윕(sweep)이다. 도 12의 스미스 차트(Smith Ch art)는 반사계수 S₁₁을 나타낸다. 크로스오버(Crossover)(806)는 도 8의 그래프로부터의 2개의 이득 피크들(706, 708)을 나타낸다. 상기 구동된[유동적이지 않은(not floating)] 급전선(41a')을 상기 패치 에지(patch edge) 쪽으로 이동시키는 것은 트레이스 로커스(trace locus)(804)를 도 9의 스미스 차트(Smith Chart)에서의 우측으로 이동시키며 상기 구동된[유동적이지 않은(not floating)] 급전선(41 a')을 상기 패치 중앙 쪽으로 이동시키는 것은 트레이스 로커스(trace locus)(804)를 도 9의 스미스 차트(Smith Chart)에서의 좌측으로 이동시킨다. 마커 데이터(Mar ker data)(808)는 50 오옴(Ohms)으로 정규화된 후 특정 주파수들에서의 벡터 임피던스를 보여준다.

도 10의 그래프는 50 오옴(Ohms) 시스템에서의 상기 구동된[유동적이지 않은(floating)] 급전선(41a')에서 측정된 시뮬레이션된 전압 정재파비(定在波比) (standing wave ratio)(VSWR) 트레이스(trace)(902)를 보여준다. 상기 시뮬레이션은 상기 안테나 기판(31')에 대한 2.17 인치(inch) 두께 폴리스티렌 포움 시트 (polystyrene foam sheet)에 근거했다. 상기 대역폭은 추가로 예컨대, 더욱 두꺼운 기판 물질에서 확장될 수 있었다. 표 1 예 및 그 데이터는 가능한 안테나 실시예들의 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다.

1개 이상의 전기적으로 유동적인(floating) 급전선들을 포함시키는 것은, 다수의 형태들의 패치 소자들을 포함하는, 원형 또는 다각형 형태들을 포함하는, 가장 다양한 패치 안테나들에 대해, 그리고 적층된 패치 안테나들에 대해 유익하다. 복수의 전기적으로 유동적인 급전선은, 동시의 이중 선형 분극화 및/또는 동시의 이중 원형 분극화를 제공하는 안테나들과 같은, 이중 분극화 패치 안테나들로부터의 복사를 개선하는데 사용될 수 있다.

도 1-도 3과 관하여 위에 설명된 실시예와 유사하게, 이격된 전도성 차폐 바이어들(42')은 상기 접지 평면(32')에 결합되며 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33')을 에워싸면서 상기 기판(31')을 통해 뻗어 있다.

동축 커넥터(65')는 상기 기판(31')의 하면에 의해 통과된다. 상기 접지 평면(22')은 상기 제1 급전선(41a')의 통과, 또는 구동 급전선, 를 가능하게 하기 위한, 예컨대, 동축 케이블의 내부 도체와의 결합을 위해 통과시키기 위한 그 안의 구멍(66')을 가진다. 예컨대, 교미형의 동축 케이블 커넥터에의 결합을 위한 쓰레드들(threads)(68')을 예시적으로 포함하는, 상기 동축 커넥터(65')의 몸체(67')는 상기 접지 평면(32')에 결합되며, 또한 상기 동축 케이블의 외부 도체를 상기 접지 평면에 결합시킨다. 상기 안테나 조립체(30)는 예시된 기판상의 무선 통신회로(21)로부터 독립적으로 사용될 수도 있다.

방법 특징은 상기 안테나 조립체(30')를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 접지 평면(32')을 획정하는 전기 전도층으로부터 이격되도록 전기 전도성 패치 안테나 소자(33')를 기판(31')상에 형성하는 단계를 포함한다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33')는 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 제1 및 제2 대칭영역(35a', 35b')으로 분할하는 대칭축(34')을 갖도록 형성된다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33')는 또한 각각 상기 제1 및 제2 대칭영역(35a', 35b') 내에 제1 및 제2 급전구(36a', 36b')를 갖도록 형성된다.

상기 방법은 제1 및 제2 급전구(36a', 36b') 내에 각각 제1 및 제2 용량성 급전점(37a', 37b')을 획정하는 제1 및 제2 급전 패드를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 기판(31')을 통해 뻗어 있는 제1 및 제2 급전선(41a', 41b')을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 제1 및 제2 급전선 중 하나(41a')는 상기 제1 및 제2 용량성 급전점의 각각의 하나(37a')를 무선 통신회로(21')에 결합시키며 상기 제1 및 제2 급전선 중 다른 하나(41b')는 전기적으로 유동적(floating)이다. 상기 방법은 또한 상기 접지 평면(32')에 결합된 그리고 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자(33')를 에워싸면서 상기 기판(31')을 통해 뻗어 있는 이격된 전도성 차폐 바이어들(shielding vias)(42')을 형성하는 단계를 포함한다.

이제, 도 12 및 도 13에 관해 설명하자면, 배열(30'') 실시예가 이제 설명된다. 예시적으로, 공통 기판(31'')은 4개의 전기 전도성 패치 안테나 소자들(33'', 133'', 233'', 333'')을 지지하며, 그 각각은 대칭적이며 도 3-도 5에 관하여 위에 설명된 대응하는 제1 및 제2 용량성 급전점 및 제1 및 제2 급전선을 갖는다(즉, 각각은 구동 급전선(41a'', 141a'', 241a'', 341a'') 및 전기적으로 유동적인 급전선(41b'', 141b'', 241b'', 341b'')을 갖는다). 상기 배열은 유리하게는 원하지 않은 급전 탐사침 복사를 완화함으로써 상기 복사 패턴 대칭을 증가시킨다.

게다가, 상기 배열(30'')은 대칭적인, 측면의(broadside) 복사를 야기시킨다. 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자들(33'', 133'', 233'', 333'')은 선택적으로 "클록(clocked)"되므로 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자들 중 절반은 다른 것들에 대해 기계적으로 180도(°) 회전한다. 만일 개별적인 소자 복사 패턴들이 측면(broadside)/정상적인 평면으로부터 관망되면(squinted off), 다른 선택적인 클록된 소자들은 상기 스퀸트(squint)를 없애는 다른 방향에서 복사할 것이기 때문에, 상기 클록킹(clocking)은 복사 패턴 대칭을 향상시킨다. 상기 기계적으로 클록된 소자들에는 방사상의 전력 분배기로부터의 마이크로스트립 지로(branch)로부터의, 또는 달리 설명하자면, 다른 길이의 미앤더 라인들(52'', 152'', 252'', 352'')로부터의, 부가된 길이를 사용하여 전기적인 위상 지연의 부가적인 180도(°)가 공급된다.

예컨대, 여기에 설명된 실시예들은 유리하게는 마이크로스트립 패치 안테나 급전 탐사침들로부터의 원하지 않은 복사를 경감시키며, 패치 안테나 복사 대역폭을 증가시키고, 패치 안테나 크기를 감소시키며, 패치 안테나 복사 패턴 대칭을 개선시킨다. 부가적으로, 상기 안테나 조립체는 원형 분극화 패치 안테나 조립체뿐만 아니라, 이중 채널 선형 분극화 안테나 조립체, 및 이중 채널 원형 분극화 조립체일 수도 있다.

본 발명의 다수의 수정들 및 다른 실시예들은 상기 설명 및 이와 관련된 도면들에 제공된 교시(敎示)의 이익을 갖는 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에게 이해될 것이다. 그러므로, 본 발명은 설명된 특정 실시예들에 제한되지 않을 것이며, 그 수정들 및 실시예들은 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되도록 의도된 것이라고 이해된다.

Claims

전자장치로서,
무선 통신회로; 및
상기 무선 통신회로에 결합된 안테나 조립체를 포함하되, 상기 안테나 조립체는,
제1버킹홈(bucking recess)과 제2버킹홈을 갖는 기판,
상기 기판에 의해 지지된(carried) 접지 평면을 획정하는 전기 전도층,
상기 기판에 의해 지지되고 상기 접지 평면으로부터 이격된 전기 전도성 패치 안테나 소자로서, 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자는 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 제1 및 제2 대칭영역으로 분할하는 대칭축을 갖고, 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자는 상기 제1 및 제2 대칭영역에 각각 제1 및 제2 급전구를 갖고, 각각이 제1 및 제2버킹홈에 정렬되고 상기 제1 및 제2급전구에 근접하게 위치되는 제1, 제2 버킹구를 갖는 전기 전도성 패치 안테나 소자,
상기 제1 및 제2 급전구 내에 각각 제1 및 제2 용량성 급전점을 획정하는 제1 및 제2 급전 패드,
상기 기판을 통해 뻗어 있으며 각각 상기 제1 및 제2 급전 패드를 상기 무선 통신회로에 결합하는 제1 및 제2 급전선,
각각이 상기 접지 평면에 결합되고 그리고 상기 제1 및 제2 버킹홈 각각으로 뻗어 있는 제1 및 제2 전도성 버킹 바이어(conductive buckingvia), 및
상기 접지 평면에 결합되고 그리고 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 에워싸면서 상기 기판을 통해 뻗어 있는 복수의 이격된 전도성 차폐 바이어(conductive shielding via)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
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제1항에 있어서,
상기 기판에 의해 지지되고 그리고 상기 제1 및 제2 급전선 중 적어도 하나에 결합된 위상 지연회로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
제5항에 있어서,
상기 위상 지연회로는 적어도 하나의 미앤더 라인(meander line)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
안테나 조립체의 제조방법으로서,
접지 평면을 획정하는 전기 전도층으로부터 이격되도록 제1버킹홈(bucking recess)과 제2버킹홈을 갖는 기판 상에 전기 전도성 패치 안테나 소자를 형성하는 단계로서, 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자는 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 제1 및 제2 대칭영역으로 분할하는 대칭축을 가지도록 형성되며, 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자는 상기 제1 및 제2 대칭영역에 각각 제1 및 제2 급전구를 가지도록 형성되고 각각이 제1 및 제2버킹홈에 정렬되고 상기 제1 및 제2급전구에 근접하게 위치되는 제1, 제2 버킹구를 갖는 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2 급전구 내에, 각각 제1 및 제2 용량성 급전점을 획정하는 제1 및 제2 급전 패드를 형성하는 단계;
상기 기판을 통해 뻗어 있으며 상기 제1 및 제2 급전 패드를 무선 통신회로에 결합시키는 제1 및 제2 급전선을 형성하는 단계;
각각이 상기 제1 및 제2 버킹홈 각각으로 뻗어 있는 제1 및 제2 전도성 버킹 바이어(conductive buckingvia) 각각을 상기 접지 평면에 결합하는 단계; 및
상기 접지 평면에 결합되고 그리고 상기 전기 전도성 패치 안테나 소자를 에워싸면서 상기 기판을 통해 뻗어 있는 복수의 이격된 전도성 차폐 바이어를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 조립체의 제조방법.
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