KR101952168B1 - 전자 회로를 갖는 반사기 및 반사기를 갖는 안테나 장치 - Google Patents

전자 회로를 갖는 반사기 및 반사기를 갖는 안테나 장치 Download PDF

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Abstract

반사기는 기판, 기판 상에 또는 기판 내에 배치되어 입사 전자파를 반사하도록 구성된 복수의 반사기 구조들을 포함한다. 반사기는 기판에, 기판 상에 또는 기판 내에 배치되며, 안테나가 전자 회로에 접속될 때 안테나를 제어하도록 구성되는 전자 회로를 더 포함한다.

Description

전자 회로를 갖는 반사기 및 반사기를 갖는 안테나 장치
본 발명은 예를 들어, 입사 전자파를 반사시키는 데 사용될 수 있는 전자 회로를 갖는 반사기 및 안테나 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 액티브 전자기기들이 메인 반사기에 통합된 이중 반사기 시스템에 관한 것이다.
지향성 안테나, 데이터 처리 및 무선 프론트 엔드(즉, 전자 회로들)가 서로 접속되는 개별 모듈들을 나타내는 분리된 비통합 솔루션이 존재한다. 이 접속은 동축 접속들, 증폭기들과 같은 전자 컴포넌트들의 출력들로부터의 전도성 트레이스들, 전도성 트레이스들에서 도파관들로의 접합들, 본드 와이어 접속들 등을 통해 설정된다. 이것의 단점들은 전체 시스템의 물리적 크기뿐만 아니라 전자기기들에서 안테나로의 접합들에서의 손실들, 정합 손실들 등과 같이 안테나 시스템의 무게와 효율에 관한 손실들이다.
하나의 인쇄 회로 기판에 각각 데이터 처리, 무선 프론트 엔드 및 송수신 안테나(급전 안테나)의 전자기기들을 함께 실현하는 통합 솔루션들은 소위 평면형 역 F 안테나(PIFA: Planar Inverted F Antenna)들 또는 인쇄 회로 기판들에 기반한 패치 안테나들 또는 칩 하우징 외부로 방출되는 온-칩 안테나들에 적용된다. 이러한 안테나들은 넓은 방사선을 갖고, 높은 방향성을 전개하지 않으며, 그러므로 무선 중계 애플리케이션들에 적합하지 않다. 위상 배열 안테나들은 또한 인쇄 회로 기판에 방사 안테나 엘리먼트들과 결합된 통합 전자기기들의 원칙을 사용하지만, 지향성을 높이기 위해 반사기 컴포넌트들을 사용하는 것이 아니라 지향성을 달성하기 위해 많은 액티브 안테나 엘리먼트들(예컨대, 인쇄 회로 기판 상의 패치 안테나들)의 결합된 방사를 사용한다. 이는 액티브 전자기기들, 위상 편이기 및 개별 안테나 엘리먼트들의 복잡한 제어 네트워크를 수반한다.
다른 접근 방식에서는, 예를 들어 위성 상의 에너지 발생에 필요한 집적된 태양 전지들의 층들을 갖는 소위 반사 배열(예를 들어, 반사기 엘리먼트의 배열) 인쇄 회로 기판들이 사용된다. 이것은 패시브 전자기기들을 기반으로 이루어진다.
도 14는 기판(104) 및 복수의 산란 엘리먼트들(106)을 포함하는 반사 배열(102)의 개략적인 예시를 보여준다. 반사 배열(102)로부터 이격되어 배치된 급전 안테나(108)는 반사 배열(102)의 방향으로 무선 신호를 방사할 수 있는데, 무선 신호는 반사 배열(102)에 의해 반사된다.
메인 반사기(반사 배열(102))뿐만 아니라 선택적인 서브 반사기(추가 반사기)는 기반이 되는 금속 접지면, 즉 반사 배열들을 갖는 기판 상에 반사 금속 개별 엘리먼트들을 갖는 인쇄 회로 기판들에 기초하여 구현될 수 있다. 인쇄 회로 기판 상의 반사 엘리먼트들은 물리적으로 만곡된 메인 및 서브 반사기의 기능을 각각 모델링하기 위해 입사 방사선에 원하는 위상 함수를 임프레스(impress)하는 효과를 갖는다.
이에 따라, 안테나 반사기들 및/또는 안테나 장치들의 효율적인 동작을 가능하게 하는 안테나 반사기들 및/또는 안테나 장치들의 개념이 바람직할 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 효율적인 동작 및 콤팩트하고 가능하게는 더 가벼운 구조를 가능하게 하는 반사기 및 안테나 장치를 제공하는 것이다.
이 목적은 독립항들의 요지에 의해 해결된다.
본 발명의 핵심 아이디어는, 안테나 및 반사기를 제어하기 위한 회로가 저 손실(가능하게는, 고정된) 전기 접속들을 갖고 구현될 수 있도록 안테나를 제어하기 위한 전자 회로가 반사기의 기판 상 또는 기판 내에 배치될 수 있어, 두 엘리먼트들의 손실 있는 기계적으로 분리 가능한 커플링이 생략될 수 있다는 발견이다. 그런 식으로, 전기 손실들이 감소될 수 있으며, 이는 반사기의 효율적인 동작을 가능하게 한다.
일 실시예에 따르면, 반사기는 기판 및 기판 상에 또는 기판 내에 배치된 복수의 반사기 구조들을 포함한다. 반사기 구조들은 입사 전자파를 반사하도록 구성된다. 전자 회로는 기판 상에 또는 기판 내에 배치되며, 안테나가 전자 회로에 접속될 때 안테나를 제어하도록 구성된다. 이러한 구현의 이점은 전자 회로가 데이터 처리 및 무선 프론트 엔드를 포함하는 경우와 같이 데이터 처리와 무선 프론트 엔드 간의 전력 손실들이 낮을 수 있다는 것이다. 반사기는 콤팩트한 방식으로, 즉 작은 설치 공간으로 그리고 가능하게는 적은 무게로 실현될 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 복수의 반사기 구조들은 반사된 전자파가 복수의 반사기 구조들에서의 반사로 인한 빔 집속을 겪게 입사 전자파를 반사시키도록 구성된다. 송신 전력이 거의 필요 없고 그리고/또는 높은 송신 경로를 갖는 신호 송신이 반사기에 의해 가능해지도록, 송신될 무선 신호의 지향성(즉, 평행한 또는 적어도 덜 산란된 전자파)이 반사기 구조들에 의해 얻어지며, 이는 더욱 향상되는 동작 효율을 야기하는 것이 이점이다.
추가 실시예에 따르면, 복수의 반사기 구조들은 적어도 2개의 상이한 기판면들에 배치된다. 기판면들은 전자파가 반사되는 방향을 향하여 배치된 기판 표면에 평행하게 배치된다. 반사기의 공차 견고성이 2개 이상의 기판면에 의해 얻어지는 것이 이점이다. 상이한 기판면들 상에 배치된 반사기 구조들은 기판면들의 상대 위치에 의해 서로에 대해 위치될 수 있다. 또한, 전자 회로의 컴포넌트들은 위치 이동들에 대한 견고성이 얻어지도록 기판면들에 대해 위치될 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 복수의 반사기 구조들 중 적어도 하나의 반사기 구조는 복수(2개 이상)의 쌍극 구조들을 포함한다. 반사기 구조들을 기반으로 그리고 전자 회로들과 관련하여, 쌍극 구조당 하나의 송신 채널, 쌍극 구조당 하나의 수신 채널, 및/또는 전자 회로 및/또는 접속된 안테나의 동시 송신 및 수신 동작과 같은 복수의 송신 채널들이 사용되거나 구현될 수 있는 것이 유리하다.
추가 실시예들에 따르면, 반사기는 복수의 반사기 구조들에 대해 배치되고 복수의 반사기 구조들에 대한 복수의 반사기 구조들의 환경의 기계적 또는 화학적 영향을 적어도 부분적으로 감소시키도록 구성된 라돔(radom) 구조를 포함한다. 라돔 구조는 적어도 영역들에서 전자파를 반사시키도록 구성된 전기 전도성 구조를 포함하며, 여기서 전기 전도성 구조에 의해 반사된 전자파가 복수의 반사기 구조들의 방향으로 향하고 다시 반사기 구조들에 의해 반사되도록 복수의 반사기 구조들에 대해 전기 전도성 구조가 배치된다. 간단히 말해서, 전기 전도성 구조는 메인 반사기로서 사용되는 반사기에 대해 서브 반사기로서 배치될 수 있다. 이 실시예의 이점은 외부 영향들에 대한 반사기의 낮은 감도가 얻어지고 반사기가 카세그레인(Cassegrain) 반사기 구조로서 또는 그레고리안(Gregorian) 반사기 구조로서 사용될 수 있다는 것이다.
추가 실시예에 따르면, 전자 회로에 접속되고 전자 회로의 제어에 기초하여 전자파를 발생시키도록 구성된 안테나가 기판 상에 또는 기판 내에 배치된다. 이 실시예의 이점은 전자 회로와 안테나 사이의 전력 손실들이 또한 감소되어, 반사기의 보다 효율적인 동작이 가능해진다는 것이다. 추가 이점은 반사기와 안테나가 서로 인접하게 또는 심지어 통합된 방식으로 구현되는 경우에 콤팩트한 조립체가 실현될 수 있다는 것이다.
추가 실시예에 따르면, 안테나 장치는 앞서 설명한 반사기, 안테나에 의해 방사된 전자파를 적어도 부분적으로 복수의 반사기 구조들의 방향으로 반사시키도록 구성된 서브 반사기를 포함하여, 서브 반사기에 의해 반사된 전자파가 복수의 반사기 구조들의 방향으로 지향되고, 복수의 반사기 구조들에 의해 다시 반사된다. 또한, 안테나 장치는 전자 회로에 접속되며, 전자 회로의 제어에 기초하여 전자파를 발생시키고 전자파를 서브 반사기의 방향으로 방사하도록 구성된 안테나를 포함한다. 안테나의 통합된 설계 및/또는 안테나 장치의 효율적인 동작이 가능해지는 것이 이 실시예의 이점이다.
일 실시예에 따르면, 반사기 구조들 및 서브 반사기는 카세그레인 구성 또는 그레고리안 구성을 포함한다. 안테나 장치의 높은 지향성이 얻어져, 송신 전력이 거의 필요 없고 그리고/또는 큰 송신 범위가 얻어지는 것이 유리하다.
추가 실시예에 따르면, 안테나는 표면 실장 디바이스(SMD: surface mounted device)로서 구성된다. 안테나 장치가 전체 구조로서 높은 기능적 집적 밀도를 포함하고 안테나 장치가 작은 설치 공간 및/또는 적은 중량으로 구현될 수 있는 것이 이점이다.
추가 실시예에 따르면, 반사기에 대한 서브 반사기의 축 방향 상대 위치는 기판의 표면 법선과 평행한 축 방향을 따라 가변적이다. 입사 전자파의 집속과 같은 안테나 장치의 방사 특성이 조절될 수 있는 것이 유리하다.
추가 실시예에 따르면, 반사기에 대한 서브 반사기의 측 방향 상대 위치는 기판의 표면 법선에 수직인 측 방향을 따라 또는 반사기의 기판 표면에 대한 메인 반사기 또는 서브 반사기의 경사를 따라 가변적이다. 복수의 반사기 구조들의 위상 함수를 변화시키지 않고 안테나 장치의 방사 방향이 변화될 수 있다는 것이 이 실시예의 이점이다.
추가 실시예에 따르면, 안테나는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하며, 안테나 엘리먼트들의 제 1 서브세트는 제 1 편광 방향을 갖는 전자파를 발생시키도록 구성되고, 안테나 엘리먼트들의 제 2 서브세트는 제 2 편광 방향을 갖는 전자파를 발생시키도록 구성된다. 복수의 반사기 구조들의 제 1 서브세트는 전자파가 제 1 편광 방향을 포함할 때 제 1 반사도로 전자파를 반사시키고 전자파가 제 2 편광을 포함할 때는 제 2 반사도로 전자파를 반사시키도록 구성된다. 복수의 반사기 구조들의 제 2 서브세트는 전자파가 제 2 편광 방향을 포함할 때 제 3 반사도로 전자파를 반사시키고 전자파가 제 1 편광을 포함할 때는 제 4 반사도로 전자파를 반사시키도록 구성된다. 제 1 반사도 및 제 3 반사도는 제 2 반사도 및 제 4 반사도보다 큰 값을 갖는다. 서로 다른 편광들을 갖는 상이한 신호들이 동시에 송신 및/또는 수신될 수 있고, 그런 식으로 안테나 장치가 높은 송신 효율을 갖는 것이 이점이다.
일 실시예에 따르면, 안테나는 안테나 장치의 방향으로 방사되어 안테나 장치에 의해 수신된 전자파를 전기 회로 또는 추가 전기 회로에 지향시키도록 구성된다. 전자파를 발생시키는 것뿐만 아니라 송신 기능, 수신 기능이 하나의 디바이스의 기능으로서 통합된 방식으로 구현될 수 있는 것이 이점이다.
추가 실시예에 따르면, 안테나 장치는 복수의 안테나들 및 복수의 서브 반사기들을 포함하며, 각각의 서브 반사기는 하나의 안테나에 할당된다. 복수의 안테나들 및 복수의 서브 반사기들에 대해 반사기가 공유 방식으로 배치될 수 있어, 다중 안테나 장치의 고도의 소형화가 얻어지는 것이 유리하다.
추가 유리한 구현들이 종속 청구항들의 대상이다.
본 발명의 선호되는 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 보다 상세히 논의될 것이다. 이들은 다음을 도시한다:
도 1은 일 실시예에 따른 반사기의 개략적인 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 다층 보드를 포함하는 기판을 갖는 반사기의 개략적인 측단면도이다.
도 3a는 일 실시예에 따라 직사각형으로 구현된 반사기 구조의 개략적인 평면도이다.
도 3b는 일 실시예에 따라 타원으로 구성된 반사기 구조의 개략적인 평면도이다.
도 3c는 일 실시예에 따른 2개의 쌍극 구조들의 결합으로 구현된 반사기 구조의 개략적인 평면도이다.
도 3d는 일 실시예에 따라 서로 소정 각도로 배치된 3개의 쌍극 구조들을 포함하는 반사기 구조의 개략적인 평면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 하우징 부품에 의해 도 1의 반사기에 대해 연장된 반사기의 개략도이다.
도 5는 일 실시예에 따라 기판이 비아들을 포함하는 반사기의 개략적인 측단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 안테나 장치, 반사기 및 안테나의 개략적인 블록도이다.
도 7은 일 실시예에 따라 도 3c에 따른 복수의 반사기 구조들이 기판 상에 배치된 안테나 장치의 개략적인 블록도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 혼(horn) 안테나를 포함하는 안테나 장치의 개략적인 블록도이다.
도 9는 일 실시예에 따라 기판이 비평면 형태를 포함하는 안테나 장치의 개략적인 블록도이다.
도 10은 일 실시예에 따라 복수의 반사기 구조들 및 전기 부분 회로들이 배치된 기판의 개략적인 평면도이다.
도 11은 일 실시예에 따라 임프레스된 위상 함수의 기능을 예시하기 위한 도 1의 반사기의 개략적인 측면도이다.
도 12는 일 실시예에 따라 폴딩된 반사 배열 안테나로서 구성된 안테나 장치의 개략적인 측면도이다.
도 13은 일 실시예에 따라 도 1에 따른 혼 안테나 및 반사기를 포함하는 안테나 장치의 개략도이다.
도 14는 종래 기술에 따른 반사 배열의 개략적인 예시이다.
본 발명의 실시예들이 도면들을 기초로 아래에서 보다 상세히 논의되기 전에, 서로 다른 도면들에서 동등한, 기능적으로 동일하거나 동일한 엘리먼트들, 객체들 및/또는 구조들에 동일한 참조 번호들이 제공되어, 서로 다른 실시예들에서 예시되는 이러한 엘리먼트들의 설명이 상호 교환 가능하거나 상호 적용 가능하다는 점이 주목되어야 한다.
도 1은 반사기(10)의 개략적인 블록도를 보여준다. 반사기(10)는 기판(12) 및 기판(12)의 표면 상에 배치된 복수의 반사기 구조들(14)을 포함한다. 복수의 반사기 구조들(14)은 입사 전자파(16)(무선 신호)를 반사하도록 구성된다. 또한, 반사기(10)는 복수의 반사기 구조들과 동일한 기판 면 상에 배치되는 전자 회로(18)를 포함한다. 전자 회로(18)는 안테나가 전자 회로에 접속될 때 (도시되지 않은) 안테나를 제어하도록 구성된다. 안테나는 예를 들어, 각각 전자파(16)를 발생시켜 방사하는 안테나일 수 있다.
기판(12)은 저손실 HF 재료들(HF = 고주파(high frequency))와 같은 임의의 반송파 재료일 수 있다. 저손실 HF 재료들은 PTFE 복합 재료들(PTFE = 폴리테트라플루로에틸렌)을 기반으로 얻어질 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 기판은 적어도 부분적으로는 실리콘 기판(웨이퍼 또는 그 부분들) 또는 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board)일 수 있다. 기판(12)은 서로 접속되거나 중간 시트들에 의해 분리되는 하나 또는 여러 개의 층들(시트들)을 포함할 수 있다. 중간 시트들은 예를 들어, 전자파(16)로부터의 차폐를 가능하게 하고 그리고/또는 공급 또는 기준 전위(접지)로 전자 컴포넌트들을 공급하는 금속 시트들일 수 있다. 중간 시트들은 또한 공기 시트들일 수 있는데, 즉 기판의 2개의 층들이 스페이서들에 의해 서로 접속될 수 있다. 상이한 층들(22a와 22b 또는 22b와 22c)이 중간 공기 시트를 포함하고, 예를 들어 함께 또는 동일하게 나사 결합되는 것이 또한 가능하다. 중간 공기 층들은 반사기 구조들을 수용하기 위해 사용될 수 있거나 반사기 구조들로서 작용할 수 있다.
복수의 반사기 구조들(14)은 기판(12)의 제 1 주요 면 상에, 즉 입사 전자파(16)를 향하여 배치된 기판(12)의 한 면 상에 예시적으로 배치된다. 전자 회로(18)는 전자 회로(18)가 복수의 반사기 구조들(14)과 동일한 면에 배치되는 것으로 설명되지만, 전자 회로는 기판(12)의 다른, 예를 들어 반대 면에 완전히 또는 부분적으로(이를테면, 부분 회로들의 형태로) 또한 배치될 수 있다. 복수의 반사기 구조들(14) 및/또는 전자 회로(18)는 또한, 예를 들어 기판(12)이 다층 구조인 경우, 기판(12) 상에 또는 기판(12) 내에 완전히 또는 부분적으로 배치될 수 있다. 간단히 말하자면, 하나의 또는 모든 반사기 구조들(14) 및/또는 전자 회로(18)에 관해, 기판(12)의 추가 층이 배치될 수 있어, 관련된 반사기 구조 및/또는 전기 회로(18)가 추가 층으로 덮일 수 있다.
반사기 구조들(14)은 금속들 또는 반도체들과 같은 전기 전도성 재료들을 포함할 수 있다. 복수의 반사기 구조들의 표면 기하학적 구조는 반사기 구조들(14)의 각각의 표면 형상 및/또는 이들의 서로에 대한 상대 위치가 입사 전자파(16)에 위상 함수를 임프레스하도록 선택될 수 있다. 전기 전도성 재료는 예를 들어, 백금, 금, 은, 알루미늄, 구리, (도핑된) 반도체 등일 수 있다. 복수의 반사기 구조들은 예를 들어, 접착제, 압력 또는 스퍼터링 방법 또는 증기 증착에 의해 기판(12) 상에 배치될 수 있다. 대안으로, 복수의 반사기 구조들은 에칭 또는 밀링(milling)에 의해 PCB에 아일랜드 구조들의 형태로 형성될 수 있다. 적어도 하나의 반사기 구조는 화학적 금 도금에 의해 또는 기상 증착에 의해 배치될 수 있다.
반사기 구조들(14)에 의해 전자파(16)에 임프레스되는 위상 함수는 전자파(16)가 반사에 의해 집속되거나 적어도 반사기(10)에 의해 덜 산란되는 방식으로 반사되도록 구현될 수 있다. 임프레스되는 위상 함수는 볼록 또는 오목과 같은 반사기(10)의 곡률을 모델링할 수 있다. 여기서, 복수의 반사기 구조들은 전자파(16)가 반사기 구조들(14)의 평면 분포 및 구성에 걸쳐 국소적으로 상이하게(방향, 편광 등) 반사되도록 위상 함수를 기초로 서로 정합되어 위상 함수가 전자파(16)에 임프레스된다. 또한, 위상 함수에 의해 빔 윤곽 및 윤곽이 그려진 빔이 각각 획득될 수 있다.
도 2는 반사기(20)의 개략적인 측단면도를 보여준다. 반사기(20)는 기판(12)을 포함하며, 기판(12)은 인쇄 회로 기판을 포함하거나 다층 인쇄 회로 기판으로서 구현된다. 기판(12)은 함께 스택의 부분들을 형성하는 제 1 층(22a), 제 2 층(22b) 및 제 3 층(22c)을 포함하며, 제 1 적어도 부분적으로 전기 전도성인 시트(24a)가 제 1 층(22a)과 제 2 층(22b) 사이에 배치되고, 제 2 적어도 부분적으로 전기 전도성인 시트(24b)가 제 2 층(22b)과 제 3 층(22c) 사이에 배치된다. 시트들(22a, 22b 및/또는 22c)은 예를 들어, 에폭시 재료, 반도체 재료 및/또는 FR-4, 캡톤(Kapton) 등과 같은 유리 섬유 재료를 포함할 수 있으며, 이들은 서로 부착될 수 있다. 명확성을 향상시키기 위해, 그러나 어떠한 제한적인 영향도 없이, 기판(12)의 스택은 기판(12)의 상단부에 복수의 반사기 구조들(14)이 배치되고 전자 부분 회로들(18a-c)를 포함하는 전자 회로가 스택의 하단부에 배치되는 것으로 설명된다. 공간에서의 반사기(20)의 배향에 따라, "상부" 및 "하부"라는 명칭들은 각각 임의의 다른 명칭으로 대체될 수 있음이 명백하다. 대안으로, 다층 기판은 또한 단지 하나의 층 및 하나의 전도성 시트를 포함할 수 있다.
전도성 시트들(24a, 24b)은 예를 들어, 금속 재료들을 포함할 수 있으며, 각각 접지면으로서 사용되어 접촉될 수 있다. 그 위에서, 전도성 시트들(24a 및/또는 24b)은 전자파(16)의 (가능하면 완전한) 반사를 가능하게 한다. 이는 반사기 구조들(14)에 의해 반사되지 않고 기판(12)으로 들어가는 전자파(16) 부분들에 관련될 수 있다. 입사 전자파(16)로부터 먼 쪽을 향하고 있는 전도성 시트들(24a 및/또는 24b)의 한 면 상의 전자 회로 및 부분 회로들(18a, 18b 및/또는 18c) 각각의 배치는 전자파로부터 전자 부분 회로들(18a-c)의 차폐를 가능하게 한다. 동작 중에, 이는 전자 회로의 기능에 대한 악영향으로 이어질 회로 구조들에서의 전자파(16)의 낮은 전자기 결합과 관련하여 특히 이점들을 제공한다. 따라서 차폐는 반사기(20)의 향상된 전자기 적합성(EMC: electromagnetic compatibility)을 가능하게 한다. 또한, 복수의 반사기 구조들(14)과는 다른 면에 전자 부분 회로들(18a-c)을 배치하는 것은, 전자 회로에 어떠한 공간도 필요하지 않기 때문에 반사기 구조들(14)에 의한 스택의 최상부 면의 향상된 공간 이용을 가능하게 한다.
적어도 하나의 반사기 구조(14)는 예를 들어, 금속 시트(24a) 상에 또는 금속 시트(24a) 내에 배치된 구조로서, 기판(12)의 최상부 면과는 다른 기판면에 배치된다. 금속 시트(24a)는 예를 들면, 구조화될 수 있다. 이는 위상 함수가 제공된 전자파(16)의 반사된 부분이 증가되도록 전자파(16)에 대한 반사기 구조들(14)의 증가된 (영역) 밀도를 가능하게 한다. 이는 동작 중에 전자파(16)의 하부가 전기 전도성 시트에 결합되는 것을 가능하게 한다. 대안으로 또는 추가로, 전자파(16)의 증가된 또는 전체 부분에는 위상 함수가 제공될 수 있다. 입사 전자파(16)와 비교하여, 반사된 전자파의 위상 함수는 증가된 공차 견고성을 야기하는 선형성의 증가된 측정치를 가질 수 있다.
대안으로, 하나 또는 여러 개의 전자 부분 회로들(18a-c)이 제 1 층(22a) 상에서 전자파(16)를 향하여 배치되는 것이 또한 가능하다. 대안으로 또는 추가로, 하나 또는 여러 개의 전자 부분 회로들(18a-c)이 기판(12)에, 예를 들어 제 2 층(22b)이나 제 1 또는 제 2 전기 전도성 시트(24a 또는 24b) 상에 배치될 수 있다.
접지면(24a) 아래에는 전기 기능을 가질 수 있거나 단순히 인쇄 회로 기판의 안정성을 제공하는 역할을 하는 추가 시트(제 2 층(22b))가 있다. 그 아래에는 예를 들어, 상부 접지면(24a)으로부터 갈바니 전기에 의해(galvanically) 분리되어, 액티브 전자기기들(전자 부분 회로들(18a-c))을 위한 인쇄 회로 기판 바닥의 기판 층들에 대한 접지면을 형성할 수 있는 추가 접지면(24b)이 있다. 전자기기들에 대한 추가 시트(제 3 층(22c)) 아래에는 (도시되지 않은) 급전 안테나를 제어하기 위한 전자 컴포넌트들이 그 바닥에 있다. 대안으로, 기판(12)은 또한 단지 하나의 층, 2개의 층들 또는 3개 이상의 층들을 포함할 수 있다. 간단히 말해서, 제 2 층(22b)은 배열되지 않을 수도 있고 또는 여러 층들의 형태로 구성될 수 있다.
반사기 구조들(14)은 또한 층들(22a, 22b 또는 22c) 중 하나에, 예를 들어 인쇄 회로 기판의 전도성 "아일랜드들"로서 집적(내장)될 수 있다. 예를 들어, 제 2 층(22b)이 배치되지 않는다면, 금속 시트들(24a 또는 24b) 중 단 하나만이 층들(22a, 22c) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 반사기 구조들(14)은 상이한 편광 방향들(우선적인 방향들)을 포함할 수 있다. 상이한 편광 방향들이 상이한 기판면들에 배치될 수 있다. 기판면들은 기판 표면(전자파(16)를 향하거나 전자파(16)로부터 먼 쪽을 향하는 기판(12)의 면)에 평행하게 배치될 수 있다.
기판은 예를 들어, 반사기 구조들이 전자기 소스 파의 (가상) 소스와 액정(LC: liquid crystal) 기판 시트 사이에 있도록 배치되는 LC 기판 층을 포함할 수 있다. LC 기판 시트에 의해, 메인 반사기 및 서브 반사기 각각의 위상 할당은 인쇄 회로 기판에 기초하여 재조정 방식으로 실현될 수 있는데, 즉 반사 특성들은 액정 엘리먼트들의 제어에 기초하여 영향을 받을 수 있다.
즉, 도 2는 메인 반사기 인쇄 회로 기판의 가능한 층 구조를 도시한다. 최상부 시트(즉, 제 1 층(22a) 위)는 입사 방사선(16)의 위상 함수를 임프레스할 수 있고 기판(제 1 층(22a)) 상에 있는 반사 엘리먼트들(반사기 구조들(14))에 의해 형성된다. 이 기판 아래에는 예를 들어, 접지면으로 작용하며 모든 입사 빔들의 반사를 보장하는 금속 시트(24a)가 있다.
반사기(20)는 또한, 반사 엘리먼트들 및 전자기기들에 대한 갈바니 전기에 의해 분리된 2개의 접지면들(24a, 24b) 대신에, 층 구조에서 그리고 반사 엘리먼트들(14) 및 전자기기들(18a-c)에 대해 인쇄 회로 기판의 안정성에 대한 어떠한 추가 중간 층도 없이 단지 하나의 공통 접지면을 포함할 수 있다.
반사 엘리먼트들(기판 층들(22a))에 대한 메인 반사기의 (상부) 기판 층들은 하나의 층으로서 또는 다층 방식 모두로 구현될 수 있으며, 다층 구현에서는 추가 반사 엘리먼트들이 금속 층들 사이에 배치될 수 있다. 또한, 이러한 층들(다층 반사 배열)을 물리적으로 접속하는 접착 층들이 배치될 수 있다. 하나의 이점, 가능하게는 다층 구현의 주요 이점은 메인 반사기의 실현 가능한 더 큰 대역폭이다. 이는 또한 인쇄 회로 기판 버전으로 구현된다면, 이는 서브 반사기의 층들에 적용된다.
전자기기들에 대한 메인 반사기의 최하부 기판 층들(22c)은 하나의 층으로서 그리고 또한 다층 방식으로 구현될 수 있으며, 여러 층들로 다시 금속 층들이 전도성 트레이스들 및 상이한 기판 층들을 접속하는 접착 층들과 배치될 수 있다.
메인 반사기 인쇄 회로 기판 또는 서브 반사기 인쇄 회로 기판의 개별 기판 층들은 함께 또는 다른 수단과 함께 접착되거나 기계적으로 고정/유지될 수 있다.
도 3a - 도 3d는 각각 반사기 구조들의 가능한 실시예들의 개략적인 평면도들을 보여준다.
도 3a는 제 1 측 방향 치수(a) 및 제 2 측 방향 치수(b)를 갖는 직사각형으로서 구현된 반사기 구조(14-1)의 개략적인 평면도를 도시한다. 측 방향 치수들(a, b)은 서로 다른 또는 동일한 값(정사각형)을 가질 수 있다.v
도 3b는 타원으로 구현된 반사기 구조(14-2)의 개략적인 평면도를 도시한다. 주축과 보조축의 비율은 임의적이다.
도 3c는 2개의 쌍극 구조들(26a, 26b)의 결합으로 구현된 반사기 구조(14-3)의 개략적인 평면도를 도시한다. 쌍극 구조들(26a, 26b)은 서로 수직으로 배치되어 상이한 편광 방향들을 갖는 입사 전자파들의 고도로 절연되고 분리된 반사를 가능하게 한다. 쌍극 구조들(26a, 26b)의 수직 배치는 예를 들어, 수평 및 수직과 같이 서로 수직인 편광 방향들의 반사를 가능하게 하며, 이러한 방향들은 공간에서 임의의 방식으로 각각 또는 함께 회전될 수 있고 또는 다르게 또한 지정될 수 있다. 대안으로, 쌍극 구조들(26a, 26b)은 또한 90° 다른 각도를 가질 수 있고 그리고/또는 동일하거나 상이한 각도를 갖는 편광 방향들을 반사할 수 있다.
쌍극들(26a, 26b)은 전자파가 각각의 쌍극(26a 또는 26b)의 배치에 대응하는 편광으로 수신될 때 증가된 반사도를, 그리고 전자파가 상이한 편광 방향, 특히 이에 수직으로 배치된 방향으로 수신될 때는 이에 대해 감소된 반사도를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 편광을 갖는 전자파가 수신된다면, 쌍극 구조(26a)는 예를 들어 높은 (제 1) 반사도를 포함한다. 전자파가 제 1 편광과는 다른, 예컨대 그에 수직인 제 2 편광으로 수신된다면, 쌍극 구조(26a)는 더 낮은 (제 2) 반사도를 갖는다. 제 1 편광은 쌍극(26a)에 대해 우선적인 방향으로 지칭될 수 있다. 쌍극(26b)은 예를 들어, 제 2 편광과 함께 높은 (제 3) 반사도를 그리고 전자파가 제 1 편광을 포함할 때는 전자파가 반사되는 더 낮은 (제 4) 반사도를 포함한다.
제 1 및 제 3 반사도는 제 2 및 제 4 반사도보다 더 크다. 제 1 및 제 3 또는 제 2 및 제 4 반사도는 또한 동일할 수 있다. 간단히 말해서, 쌍극(26a)은 제 1 편광을 반사하도록 구성될 수 있고 쌍극(26b)은 제 2 편광을 반사하도록 구성될 수 있다. 또한, 쌍극 구조들(26a, 26b)은 반사된 전자파에 상이한 위상 함수들을 임프레스하도록 구성될 수 있다.
복수의 안테나 구조들 또는 엘리먼트들을 전자 회로와 접속함으로써 여러 개의 서로 다른 편광들이 얻어질 수 있으며, 안테나 구조들 또는 엘리먼트들의 제 1 서브세트는 제 1 편광을 갖는 전자파를 발생시키도록 구성되고, 안테나 구조들 또는 엘리먼트들의 제 2 서브세트는 제 2 편광을 갖는 전자파를 발생시키도록 구성된다. 추가로, 적어도 하나의 추가 편광을 갖는 전자파를 발생시키도록 구성된 추가 안테나 구조들 또는 엘리먼트들이 배치될 수 있다.
도 3d는 3개의 각각의 편광들의 반사를 가능하게 하는, 서로 소정 각도로 각각 배치된 3개의 쌍극 구조들(26a, 26b, 26c)을 포함하는 반사기 구조(14-4)의 개략적인 평면도를 도시한다. 쌍극 구조들(26a-c)은 서로에 대해 임의의 각도를 가질 수 있고, 예를 들어 송신될 전자파들의 편광들에 정합될 수 있다. 대안으로, 3개 이상의 쌍극 구조들 또는 단지 하나의 쌍극 구조가 배치될 수 있다.
대안으로, 반사기 구조들은 또한 다각형 형태, 원형 형태, 자유 형태, 또는 형태들 및/또는 쌍극 구조들의 결합과 같은 임의의 다른 형태를 가질 수 있다.
다시 말해서, 반사 엘리먼트들은 반사 배열로서 메인 반사기 및 서브 반사기를 각각 구현할 때 임의의 기하학적 구조를 가질 수 있다. 또한, 엘리먼트들의 가변 크기, 장착된 라인 부품들 및/또는 서로에 대한 엘리먼트들의 회전과 같은, 반사기의 애퍼처에 대한 원하는 위상 변화를 구현하기 위해 임의의 방법이 사용될 수 있다.
도 4는 반사기 구조들(14)로부터 먼 쪽을 향하는 방향으로 기판(12)의 한 면 상에 하우징 부품(28)이 배치되도록 반사기(10)에 대해 연장된 반사기(40)의 개략도를 도시한다. 하우징 부품(28)은 예를 들어, 하우징 부품(28)을 향하는 기판(12) 상에 배치된 전자 회로의 커버로서 사용될 수 있다. 하우징 부품(28)은 (예를 들어, 플라스틱 재료들 또는 수지 재료들을 포함하는) 비전도성 또는 전도성 재료들(예를 들어, 금속들)을 포함할 수 있다. 간단히 말해서, 하우징 부품(28)은 금속성 커버일 수 있다.
반사기 구조들(14)을 향하는 기판(12)의 면 상에 라돔 구조(32)가 배치된다. 단지 예시의 목적으로, 기판(12)은 하우징 부품(28) 및 라돈 구조(32)에 대해 오프셋 방식으로 배치되는데, 즉 기판(12), 하우징 부품(28) 및 라돔 구조(32)는 또한 기판이 하우징 부품(28) 및 라돔 구조(32)로 둘러싸이도록(하우징되도록) 배치될 수 있다. 하우징은 수밀 및/또는 화학적으로 내성이 있을 수 있다.
라돔 구조(32)는 적어도 특정 영역들에서 전기 전도성 구조(34)를 포함한다. 전기 전도성 구조(34)는 전자파를 반사시키도록 구성되며, 전기 전도성 구조(34)에 의해 반사된 전자파가 복수의 반사기 구조들(14)의 방향으로 향하고 다시 반사기 구조들(14)에 의해 반사되도록 복수의 반사기 구조들(14)에 대해 배치된다. 예를 들어, 안테나가 하우징 부품(28)과 라돔 구조(32) 사이에(이를테면, 기판(12) 상에 또는 기판(12) 내에) 배치된다면, 이 안테나는 전기 전도성 구조(34)의 방향으로 전자파를 방사하여, 전기 전도성 구조(34)가 반사기 구조들(14)의 방향으로 전자파를 반사시키도록 구성될 수 있다. 전기 전도성 구조(34)는 서브 반사기의 기능을 제공할 수 있다. 서브 반사기는 반사기(10, 20)가 메인 반사기로서 각각 배치되는 이중 반사기 시스템의 일부로서 배치될 수 있다. 그 다음, 반사기 구조들(14)은 전자파에 위상 함수를 제공하고 (라돔 구조(32)를 통해) 전자파를 방사할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 라돔 구조(34)는 추가 복수의 반사기 구조들을 또한 포함할 수 있다.
다시 말해서, 엘리먼트들을 덮고 부식 및 외부 영향들로부터 엘리먼트들을 보호하거나 적어도 영향을 줄이기 위해 메인 반사기 인쇄 회로 기판의 전자기기들/반사 엘리먼트들 위에 라돔 층이 배치될 수 있다. 이 라돔 층은 반사 엘리먼트들의 반사 특성들을 추가로 변화시킬 수 있으며 각각 전자기기들에 대한 열 방열로서 작용할 수 있다.
도 5는 전기 신호들이 전자 회로(18)로부터 기판(12)을 거쳐 전자 회로(18) 반대편의 기판(12) 쪽으로 지향될 수 있도록, 반사기(20)와 비교하여 기판(12)이 비아들(36a, 36b)을 포함하는 반사기(50)의 개략적인 측단면도를 도시한다. 예를 들어, 전자파(16) 형태로 무선 신호를 방사하도록 구성된 안테나(38)가 기판(12) 상에 배치된다. 안테나(38)는 비아들(36a, 36b)에 각각 접속되고 이에 따라 예를 들어, 본드 와이어들(41a, 41b)에 의해 전자 회로(18)에 접속된다. 전자 회로(18)는 신호 형상, 송신 기간, 신호 진폭 및/또는 송신 주파수와 같은 전자파(16)의 파라미터들이 전자 회로(18)의 제어에 의해 영향을 받게 안테나(38)를 제어하도록 구성된다. (도시되지 않은) 반사기 구조들은 기판(12)에서 안테나(38)와 동일한 면 상에 배치된다.
대안으로 또는 추가로, 반사기 구조들은 기판(12)에 배치될 수 있다. 대안으로, 전자 회로(18)는 또한 기판(12) 상에서 안테나(38)와 동일한 면에 배치될 수 있고 그리고/또는 부분 회로들의 형태로 구현될 수 있다. 기판(12) 상에서의 안테나(38)의 배치는 전자 회로(18) 및 안테나(38)의 고도로 집적된 배선을 가능하게 하며, 이는 낮은 전력 손실들 및 그에 따른 효율적인 동작을 야기할 수 있다. 그러므로 반사기(50)는 전자 회로(18), 기판(12) 및 안테나(38)를 포함하는 안테나 장치로서 또한 설명될 수 있다.
안테나(38)는 임의의 안테나일 수 있다. 이는 예를 들어, 온-칩 급전 안테나, 패치 안테나, PIFA 안테나, 도파관 안테나, 실리콘 기반 안테나 또는 임의의 다른 안테나일 수 있다.
예를 들어, 전기 전도성 구조를 포함하는, 도 4와 관련하여 설명된 라돔 구조가 안테나 장치(50)와 결합된다면, 이중 반사기 시스템을 포함하는 안테나 형태가 얻어질 수 있다. 이 안테나 형태는 예를 들어, 카세그레인 안테나로서 또는 그레고리안 안테나로서 구현되어, 통합 카세그레인 안테나 또는 통합 그레고리안 안테나가 얻어질 수 있다.
즉, 도 5는 메인 반사기 인쇄 회로 기판의 최상부에 온-칩 급전 안테나를 갖는 최하부 층들의 전자 컴포넌트들의 접속에 대한 일례를 도시한다. 이 예에서, SMD 온-칩 안테나에 대한 전자기기들의 접속은 비아들 및 선택적인 본드 와이어들에 의해 실현된다. 서브 반사기(42)는 예를 들어, 라돔 구조의 일부일 수 있다.
도 6은 복수의 반사기 구조들(14)이 배치되는 기판(12)을 포함하는 안테나 장치(60)의 개략적인 블록도를 도시한다. 안테나(38)는 복수의 반사기 구조들(14)과 동일한 면들 상에서 기판(12)에 장착되고 전자파(16)를 생성 및 방사하도록 구성된다. 전자파(16)는 (공간적으로) 넓게, 즉 큰 애퍼처 각도로 방출될 수 있다. 이것은 전자파(16)가 낮은 지향성을 가질 수 있음을 의미한다. 기판(12)과 관련하여, 아래의 서브 반사기(42)로 지칭되는 추가 반사기 구조가 배치된다. 서브 반사기(42)는 예를 들어, 오목 또는 볼록 방식으로 형성된 전도 층일 수 있다. 대안으로, 서브 반사기(42)는 또한, 예를 들어 수신되어 반사된 전자파(16) 상에 위상 함수를 임프레스하도록 구성되는 반사기 구조들을 갖는 기판 및/또는 인쇄 회로 기판을 포함하여, 평면 방식으로 구성될 수 있다. 간단히 말하자면, 서브 반사기(42)는 안테나(38)로부터 수신된 전자기 방사선을 산란시키고 반사기 구조들(14)의 방향으로 적어도 부분적으로 이를 반사시키도록 배치 및 구성된다. 반사기 구조들(14)은 서브 반사기(42)에 의해 반사된 전자파(16)를 다시 반사시키고 전자파(16)가 안테나(38)의 특성과 관련하여 빔 집속을 겪게 전자파(16)의 위상 함수를 적응시키도록 구성될 수 있다. 그런 식으로, 지향성 무선 안테나로서의 안테나 장치(60)의 적용이 가능하도록, 전자파(16)는 예를 들어, 대략적으로 또는 완전히 콜리메이트(collimated) 방식으로 방사될 수 있다.
도 7은 복수의 반사기 구조들(14-3)이 기판(12) 상에 배치되는 안테나 장치(70)의 개략적인 블록도를 도시한다. 전자 회로는 기판(12)에서 반사기 구조(14-3) 및 안테나(38)와 동일한 면에 배치되는 부분 회로들(18a, 18b)을 포함한다. 전자 부분 회로들(18a, 18b)은 예를 들면, 소위 마이크로 스트립 라인(MSL: microstrip line)들(43a, 43b)에 의해 안테나(38)에 각각 접속된다. 서브 반사기(42)는 기판(12)에 대해 그리고 안테나(38) 및/또는 반사기 구조들(14-3)에 대해 각각 각도 α만큼 기울어질 수 있다. 서브 반사기는 볼록 방식으로 형성되거나 또는 전자파 상에 볼록 위상 함수를 임프레스하도록 구성된다. 각도 α는 예를 들어, 90° 미만, 60° 미만 또는 30° 미만일 수 있다. 서브 반사기(42)에 의해, 전자파는 또한, 임프레스되는 위상 함수와 관련하여 공간 내에서 기울어질 수 있어, 전자파가 반사기 구조들(14-3)로부터 반사되게 하는 방사 특성이 대체로 변경된다.
전자파는 예를 들어, 각도 α만큼 가변적인 공간 방향으로 반사될 수 있다. 또한, 서브 반사기(42)는 축 방향(44)을 따라 이동 가능하다. 따라서 서브 반사기(42)와 기판(12) 및 안테나(38) 사이의 거리는 각각 축 방향(44)을 따라 가변적이다. 축 방향(44)은 예를 들어, 기판(12)의 표면 법선(46)에 평행하게 진행한다. 서브 반사기(42)의 산란 특성들에 따라, 안테나(38)와 서브 반사기(42) 사이의 감소된 거리가 전자파의 로브(lobe)를 좁아지게 하거나 연장할 수 있다. 이것은 반사기 구조들(14-3)로부터 방출된 전자파의 초점이 축 방향(44)을 따라 거리 및 이동이 각각 가변적이라는 것을 의미한다. 이는 예를 들어, 안테나 장치(70)와 안테나 장치(70)가 통신하는 추가 안테나 장치 사이의 가열 및/또는 가변 재료들과 같은 가변적인 환경적 영향들로 인해 안테나 구조(70)의 지향성의 조정 또는 보정을 가능하게 한다.
대안으로 또는 추가로, 서브 반사기(42)는 또한 표면 법선(46)에 수직으로 배치된 측 방향(84)을 따라 이동 가능할 수 있다. 대안으로, 서브 반사기(42)는 또한 견고하게 또는 단지 각도 α만큼 기울어질 수 있거나 방향(44)을 따라 이동 가능하게 배치될 수 있다.
반사기 구조들(14-3)의 쌍극들의 위치는 전자파가 안테나 장치(70)로부터 방사되는 편광 또는 여러 개의 편광들에 적응될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 다른 반사기 구조들이 배치될 수 있다. 안테나(38)는 안테나 장치의 방향으로 송신되어 안테나 장치(70)에 의해 수신되는 전자파를 (도시되지 않은) 전기 회로 또는 예를 들어, 안테나(38)로부터 먼 쪽을 향하는 기판(12)의 한 면 상에 배치되는 추가 전기 회로에 지향시키도록 구성된다.
대안으로, 기판(12) 및 (메인) 반사기는 각각, 동일한 방식으로 또는 상이한 방식으로 구성될 수 있는 여러 개의 안테나들(38)을 또한 포함할 수 있다. 복수의 안테나들에 관해서는, 복수의 서브 반사기들(42)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 배치된 안테나들 중 하나에 각각의 서브 반사기가 할당될 수 있다. 이것은 다중 안테나 장치의 구조를 가능하게 한다.
도 8은 안테나(38')를 포함하는 안테나 장치(80)의 개략적인 블록도를 도시한다. 안테나(38')는 혼 안테나로서 구현된다. 안테나(38')에 관련하여, 위상 함수에 의해 오목 형상을 모델링하도록 구성된 서브 반사기(42)가 배치된다. 서브 반사기(42')는 예를 들어, 오목한 금속 엘리먼트로서 구현될 수 있다. 대안으로, 서브 반사기(42')는 반사기 구조들의 적절한 배치에 의해 각각의 위상 함수를 임프레스하도록 구성된 (평면) 인쇄 회로 기판으로서 또한 구현될 수 있다.
안테나 장치(80)는 예를 들어, 그레고리안 안테나로서 사용될 수 있다. 여기서, 서브 반사기(42 또는 42')의 구성은 안테나(38, 38')의 구현과 독립적으로 선택될 수 있다. 그런 식으로, 안테나 장치(80)는 예를 들어, 안테나(38) 및/또는 서브 반사기(42)를 또한 포함할 수 있다.
도 9는 안테나 장치(90)의 개략적인 블록도를 도시하며, 여기서 기판(12')(메인 반사기)은 비평면 형상을 포함한다. 이는 예를 들어, 서로에 대해 여러 개의 (가능하게는 평면) 부분 기판들(12a-e)의 각각 경사진 배치에 의해 얻어진다. 이는 또한 섹터 포물면 및 다면 반사 배열(여러 개의 표면들을 갖는 반사기)로 각각 지칭될 수 있다. 서로 경사진 부분 기판들(12a-b)에 의해, 오목하거나 볼록한 형태 또는 기판(12')의 부분들(예를 들어, 포물선 형태)에서 연속하는 형태 및 이에 따라 메인 반사기가 얻어질 수 있다. 간단히 말하면, 메인 반사기 및/또는 기판(12')은 여러 부분들로 구현될 수 있으며, 그 부분들은 서로 평행하게 또는 서로에 대해 소정 각도로 배치될 수 있다. 안테나(38)는 예를 들면, 중심 위치로부터 오프셋되게 배치된다(소위 오프셋 급전). 대안으로, 안테나(38)는 또한 기하학적 또는 면적 중심에 배치될 수 있다. 안테나 장치(90)는 또한 1D 다면 반사 배열 구성으로서 설명될 수 있다.
다시 말해, 메인 반사기는 원하는 위상 함수를 실현하기 위해 하나 또는 여러 개의 인쇄 회로 기판들과 물리적으로 만곡된 형태(등각 안테나)로 그리고/또는 급전 안테나(들)를 제어하기 위한 전자기기들과 함께, 인쇄 회로 기판을 기반으로 섹터 포물면(다면 반사 배열)으로서 구현될 수 있다. 급전 안테나(들)를 제어하기 위한 전자기기들은 이러한 인쇄 회로 기판들(즉, 섹터들, 면들 및 패널들(12a-e) 각각) 중 적어도 하나에 배치된다. 인쇄 회로 기판을 기반으로 한 서브 반사기는 예를 들어, 섹터 형태의 여러 개의 인쇄 회로 기판들로서 구현될 수 있다. 평면 구성과 비교하여 안테나의 더 높은 대역폭이 실현될 수 있고 반사기 구조의 높은 위상 확보가 얻어질 수 있는 것이 섹터 형태의 이점이다.
도 10은 복수의 반사기 구조들(14-1) 및 부분 회로들(18-d)이 배치되는 기판(12)의 개략적인 평면도를 도시한다. 대안으로 또는 추가로, 추가 및/또는 상이한 반사기 구조들이 배치될 수 있다.
도 11은 임프레스되는 위상 함수의 기능을 예시하기 위한 반사기(10)의 개략적인 측면도를 도시하며, 여기서 설명들은 서브 반사기에도 또한 적용될 수 있다. 전자파(16)의 반사기 구조들(14)에 의해 임프레스되는 위상 함수는 반사기(10)의 가상 모델의 구현을 가능하게 한다. 점선의 오목한 라인은 구현된 가상 포물선 형태의 반사기를 예시한다. 따라서 반사기(10)는 예를 들어, 반사기 구조들(14)이 그 위에 배치된 평면 기판(12)을 포함할 수 있다. 위상 함수에 의해, 전자파(16)는 마치 오목(또는 대안으로 볼록) 또는 포물선 반사기에 의해 전자파(16)가 반사되는 것처럼 반사될 수 있다.
도 12는 폴딩된 반사 배열 안테나로서 구현되는 안테나 장치(120)의 개략적인 측면도를 도시한다. 안테나 장치(120)는 예를 들어, 혼 안테나(38') 또는 대안으로 임의의 다른 안테나 형태를 포함한다. 안테나(38')에 관련하여, 서브 반사기가 편광 그리드 또는 슬릿 배열(44)의 형태로 배치된다. 편광 그리드 또는 슬릿 배열(44)은 전자파(16)가 제 1 편광을 포함할 때 전자파(16)를 편광 및 반사하도록 구성된다. 반사기 구조들(14)은 전자파의 편광을 회전시키고 전자파(16)를 집속하도록 구성된다. 이런 식으로, 예를 들어, 슬릿 배열(44)은 전자파(16)가 회전된 (제 2) 편광을 포함할 때 전자파(16)가 큰 부분으로 또는 완전하게 통과하게 하도록 구성될 수 있다.
물리적으로 만곡된 변형으로서, 서브 반사기는 (예를 들어, 카세그레인 안테나의 경우) 볼록한 방식으로, (예컨대, 그레고리안 안테나의 경우) 오목한 방식으로 또는 인쇄 회로 기판(반사 배열)으로서도 또한 구현될 수 있다. 폴딩된 안테나(폴딩된 반사 배열)는 또한 반사기 시스템으로서 배치될 수 있다.
이러한 경우에, 반사 배열로서 인쇄 회로 기판을 기반으로 한 메인 반사기의 집속 및 윤곽 빔 기능이 각각 여전히 주어진다. 예를 들어, 메인 반사기와 비슷한 또는 동일한 크기를 갖는 편광 선택 그리드가 서브 반사기로서 메인 반사기 위에 증착될 수 있다. 급전 안테나는 여전히 서브 반사기 그리드 아래의 위치에 있을 수 있다. 급전 안테나의 입사 빔들은 이 그리드에 의해 편광 의존 방식으로 반사되며, 여기서 편광은 반사 중에 부분적으로 회전될 수 있다. 메인 반사기 배열에서의 반사 동안, 입사 방사선의 편광은 부분적으로 다시 회전되고, 동시에 원하는 방식으로 각각 집속되거나 형성된다. 이제 빔들은 반사 없이 서브 반사기를 통과할 수 있다. 이로써, 이러한 폴딩된 형태의 안테나는 또한 매우 콤팩트한 식으로 구축될 수 있지만, 서브 반사기의 편광 선택성으로 인해, 이러한 안테나는 구현된 반사에서 입사 빔들의 편광을 회전시키는, 메인 반사기 상의 특정 반사 엘리먼트들 및 하나의 편광으로만 실현될 수 있다.
도 13은 혼 안테나(38') 및 반사기(10)를 포함하는 안테나 장치(130)의 개략도를 도시한다. 반사기(10)에 의해, 포물선형 메인 반사기와 유사한 반사기 특성이 얻어진다. 반사기(10)와 관련하여, 2
Figure 112017092303009-pct00001
의 애퍼처 각도로 방사되는 전자파(16)를 반사시키고 반사기(10)의 방향으로 전자파(16)를 반사시키는 서브 반사기(42)가 배치된다. 반사기(10)와 관련하여, 이는 2
Figure 112017092303009-pct00002
의 애퍼처 각도로 전자파를 방사하는 가상 안테나(가상 피드)(38v)와 같이 작용한다. 간단히 말해서, 이는 카세그레인 안테나의 기능을 구현한다.
간단히 말하면, 앞서 설명한 실시예들 중 일부는 이중 반사 시스템으로서, 예를 들어 카세그레인 안테나, 그레고리안 안테나 또는 폴딩된 안테나로서 구현될 수 있다. 급전 안테나는 메인 반사기 상에서 중앙에 배치될 수 있고 서브 반사기를 조사(조명)하도록 구성될 수 있으며, 서브 반사기는 또한 메인 반사기를 조명하도록 구성된다. 서브 반사기는 메인 반사기를 통해 급전 안테나의 기능을 사실상 미러링할 수 있다. 가상 반사점은 평면 금속 영역에서의 반사와는 반대로 서브 반사기의 볼록 또는 오목(그레고리안 안테나) 형태에 의해 시프트될 수 있다. 따라서 전체 안테나 장치가 매우 콤팩트한 방식으로 구축될 수 있다. 메인 반사기는 포물선으로 구현될 수 있고 또는 각각의 위상 함수, 즉 입사 방사의 콜리메이션에 있어 그리고 이에 따라 지향성에 있어 동일한 결과들을 구현하도록 구성될 수 있다. 따라서 안테나는 높은 지향성을 매우 콤팩트한 구조와 결합할 수 있다.
실시예들은 급전 안테나에 급전하기 위한 전자기기들이 추가로 상주하는 최상부 또는 최하부 면(또는 다른 면) 상에 인쇄 회로 기판(PCB)으로서 구성되는 메인 반사기에 관한 것이다. 한 면(예를 들어 최상부 면)에는 반사 배열의 엘리먼트들뿐만 아니라 급전 안테나도 배치된다. 이 급전 안테나는 인쇄 회로 기판의 동일 면 상에 또는 서로 다른 면 상에 또는 양면에 있는 전자기기들에 의해 제어될 수 있다.
실시예들에서, 전자 회로(액티브 전자기기들)는 기판(메인 반사기)에서 반사기 구조들과 동일한 면에 있을 수 있고, 거기서부터 급전 안테나를 제어하도록 구성될 수 있다. 이는 예를 들어, 전도성 트레이스들, 마이크로스트립 구성들, 본드 와이어 접속들 등에 의해 수행될 수 있다.
급전 안테나는 임의의 안테나일 수 있고 좁거나 넓은 방사 특성을 가질 수 있다. 급전 안테나는 예를 들어, 온-칩 안테나, 혼 안테나, 개방 도파관 또는 위상 배열 안테나로서 구성될 수 있다. 급전 안테나는 또한 개별적으로 또는 그룹들로 방사를 위해 여기될 수 있는 여러 개의 분산 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 급전 안테나들에 대한 추가 예들은 예를 들어, 가능하게는 혼을 가진 기판-집적 도파관들, 피팅된 혼을 가진 (평면) 모드 컨버터들, 패키지형 안테나들, 인쇄 평면 안테나들, 이를테면 패치 안테나, PIFA 안테나들 등이다.
급전 안테나는 동일하거나 상이한 편광들을 갖는 하나 또는 여러 개의 개별 급전 안테나들을 포함할 수 있다. 따라서 메인 및 서브 반사기 평면들 상에서 각각 특정 반사 엘리먼트들과 결합하여, 전자파들(무선 신호들)의 멀티플렉스, 디멀티플렉스 또는 듀플렉스 송신이 편광에 따라 실현될 수 있다. 예를 들어, 교차 쌍극들이 반사 엘리먼트들로서 배치될 수 있다. 개별 쌍극 암들은 종 방향으로 편광을 갖는 입사 빔들의 위상을 선택적으로 반사시킬 수 있다. 교차 쌍극들로서, 산란 엘리먼트들(반사기 구조들)은 이에 따라 높은 절연성을 갖는 서로 다른, 예를 들어 직교 선형 편광을 선택적으로 반사시킬 수 있고, 이에 따라 서로 다른 위상 할당들을 서로 다른, 예를 들어 직교 편광 빔들에 임프레스할 수 있다. 이는 예를 들어, 공간 분리, 즉 2개의 선형 직교 편광 급전 안테나들의 2개의 초점 포인트들을 가능하게 한다. 이것은 2개의 급전 안테나들이 배치됨을 의미한다.
실시예에서, 급전 안테나는 (예를 들어, 수직) 위치에, 즉 (예를 들어, 패치 안테나 형태에서는) 메인 반사기의 레벨 상에 있는, (예를 들어, 혼 안테나의 형태에서는) 더 높은, 또한 더 낮은(예를 들어, 기판의 층들 중 하나에 통합되어) 메인 반사기의 애퍼처에 수직으로 배치될 수 있다.
실시예들은 서로 다른 주파수들을 각각 갖는 전자파를 방출하도록 구성된 2개 이상의 급전 안테나들(소위 다중 대역 반사 배열)을 포함한다. 대안으로 또는 추가로, 급전 안테나들은 시분할 멀티플렉싱에 의해 제어될 수 있다.
(메인 반사기의 애퍼처 평면에서) 급전 안테나의 수평(측 방향) 위치는 중앙에 또는 다른 위치에 있을 수 있다(소위 오프셋 급전). 또한, 서브 반사기의 축 방향 또는 측 방향 위치는 가변적일 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 서브 반사기는 또한 임의의 각도 α(예를 들어, 90° 미만)만큼 기울어질 수 있다.
이중 반사기 시스템의 (가능하게는 필수적인) 기능은 예를 들어, 빔 집속, 즉 안테나의 높은 지향성이다. 따라서 안테나는 지향성 라디오 및/또는 점대점 접속들(직접 접속들)에 사용될 수 있다. 메인 반사 배열의 적절한 위상 할당을 통한 윤곽 방사선(윤곽 빔)의 옵션이 또한 가능하다. 여기서 주요 애플리케이션은 위성 라디오이다. 또한, 위상 할당(위상 함수)은 다중 빔, 경사진 빔 또는 전체 안테나의 임의의 다른 실현 가능한 형태의 방사선이 얻어지도록 구현될 수 있다.
실시예들에서, 메인 및 서브 반사기는 각각, 예를 들어 빔 제어 및 스위핑(sweep)을 수행하기 위해 서로에 대해 기계적으로 이동될 수 있다.
앞서 설명한 실시예들은 예를 들어, 카세그레인 안테나 시스템에서 또는 인쇄 회로 기판 상의 폴딩 안테나에서 서브 반사기의 방사선의 특정한 위상 할당을 갖는 빔 반사 및 전자기기들을 결합하는 메인 반사기의 실현들을 기술한다. 여기서 하나의 이점은 인쇄 회로 기판 상의 안테나의 반사기 특성들과 함께 안테나 시스템의 소형화 및 전자기기들의 집적도이다.
실시예들은 예를 들어, 지향성 무선 링크들(점대점), 위성 라디오 및/또는 레이더 애플리케이션들에 사용될 수 있다. 또한, 앞서 설명한 실시예들에 따른 안테나 장치들은 높은 지향성 또는 연속 방사를 갖는 고도로 집적된 안테나가 요구되는 곳이면 어디에서나 사용될 수 있다. 인쇄 회로 기판 구현으로서 메인 및 서브 미러(반사기)를 가진 카세그레인 반사 배열 안테나가 일반적인 애플리케이션 예로서 고려될 수 있다. 인쇄 회로 기판으로서 서브 반사기는 방사선 투명 라돔 하우징에 내장될 수 있는 한편, 메인 반사기 인쇄 회로 기판은 금속 하우징에 맞춰지는데, 금속 하우징의 기능은 전자기기들을 보호하는 것과 전자기기들을 (EMC의 의미에서) 차폐하는 것 및/또는 전자 컴포넌트들의 방열을 포함한다. 2개의 하우징 컴포넌트들이 기계적으로(가능하게는 방수 및/또는 내화학성 방식으로) 결합될 수 있으며 메인 반사기 인쇄 회로 기판을 증착된 온-칩 급전 안테나로 둘러쌀 수 있다. 외부 단자들, 즉 안테나 장치와 접촉하기 위한 단자들은 예를 들어 데이터 단자의 형태로 그리고 에너지 공급 단자로서 구성될 수 있다.
안테나 및/또는 안테나 장치는 이들이 전자파(16)를 발생시키고 방사하도록 구성되는 것으로 설명되었지만, 실시예들은 또한 전자파(16)를 대안으로 또는 추가로 수신하여, 전자파(16)가 전자 회로 또는 추가 전자 회로로 평가될 수 있게 하는데 사용될 수 있다.
일부 양상들은 장치와 관련하여 설명되었지만, 장치의 블록 또는 디바이스가 또한 각각의 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 대응하도록, 이러한 양상들은 또한 대응하는 방법의 설명을 나타낸다는 점이 명백하다. 비슷하게, 방법 단계와 관련하여 설명한 양상들은 또한 대응하는 장치의 대응하는 블록 또는 세부사항 또는 특징의 설명을 나타낸다.
앞서 설명한 실시예들은 단지 본 발명의 원리들에 대한 예시일 뿐이다. 본 명세서에서 설명한 배열들 및 세부사항들의 수정들 및 변형들이 다른 당업자들에게 명백할 것이라고 이해된다. 따라서 본 발명은 본 명세서의 실시예들의 묘사 및 설명에 의해 제시된 특정 세부사항들로가 아닌, 첨부된 특허청구범위로만 한정되는 것을 취지로 한다.
이러한 결과들로 이어진 연구 작업은 유럽 연합의 자금 지원을 받았다.

Claims (20)

  1. 반사기(10; 20; 40; 50)로서,
    기판(12);
    상기 기판(12) 상에 또는 상기 기판(12) 내에 배치되어 입사 전자파(16)를 반사하도록 구성된 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4); 및
    상기 기판(12) 상에 또는 상기 기판(12) 내에 배치된 전자 회로(18; 18a-d)를 포함하며,
    상기 전자 회로(18; 18a-d)는 안테나가 상기 전자 회로(18; 18a-d)에 접속될 때 상기 안테나를 제어하도록 구성되는,
    반사기(10; 20; 40; 50).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)은 반사된 전자파(16)가 상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)에서의 반사로 인한 빔 집속을 겪게 상기 입사 전자파(16)를 반사시키도록 구성되는,
    반사기(10; 20; 40; 50).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판(12)은 인쇄 회로 기판을 포함하고,
    상기 인쇄 회로 기판은 적어도 제 1 층(22a), 제 2 층(24a) 및 제 3 층(22b)을 갖는 스택을 포함하며,
    상기 제 2 층(24a)은 상기 제 1 층(22a)과 상기 제 3 층(22b) 사이에 배치되고,
    상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)은 적어도 부분적으로는 상기 제 1 층(22a)에, 상기 제 1 층(22a) 상에 또는 상기 제 1 층(22a) 내에 배치되며,
    상기 제 2 층(24a)은 적어도 부분적으로는 전기 전도성인,
    반사기(10; 20; 40; 50).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 층(22b)은 전기 접지면으로서 형성되는,
    반사기(10; 20; 40; 50).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)은 상기 전자파(16)가 반사되는 방향을 향하여 배치되는 기판 표면에 평행하게 배치되는 적어도 2개의 서로 다른 기판면들(22a, 22b) 내에 배치되는,
    반사기(10; 20; 40; 50).
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)에 충돌하는 입사 전자파(16)로부터 먼 쪽을 향하고 있는, 상기 기판의 한 면 상에 상기 전자 회로(18; 18a-d)의 적어도 하나의 부분 회로(18a-d)가 배치되는,
    반사기(10; 20; 40; 50).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4) 중 적어도 하나의 반사기 구조(14-3; 14-4)는 복수의 쌍극 구조들(26a-c)를 포함하는,
    반사기(10; 20; 40; 50).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)에 대해 배치되고 상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)에 대한 상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)의 환경의 기계적 또는 화학적 영향을 적어도 부분적으로 감소시키도록 구성된 라돔(radom) 구조(32)를 더 포함하며,
    상기 라돔 구조(32)는 적어도 영역들에서 전기 전도성 구조(34) 또는 상기 전자파(16)를 반사시키도록 구성되는 추가 복수의 반사기 구조들을 포함하고,
    상기 전기 전도성 구조(34) 또는 상기 추가 복수의 반사기 구조들은 상기 전기 전도성 구조(34)에 의해 반사된 전자파(16)가 상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)의 방향으로 향하고 다시 상기 반사기 구조들(14; 14-1-4)에 의해 반사되도록 상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)에 대해 배치되는,
    반사기(10; 20; 40; 50).
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 회로(18; 18a-d)에 접속되고 상기 전자 회로(18; 18a-d)의 제어에 기초하여 상기 전자파(16)를 발생시키도록 구성된 안테나(38; 38')가 상기 기판(12) 상에 또는 상기 기판(12) 내에 배치되는,
    반사기(10; 20; 40; 50).
  10. 안테나 장치(50; 60; 70; 80; 90; 120; 130)로서,
    제 1 항에 따른 반사기(10; 20; 40; 50);
    안테나(38; 38'); 및
    서브 반사기(42; 42')를 포함하며,
    상기 서브 반사기(42; 42')는 상기 서브 반사기(42; 42')에 의해 반사된 전자파(16)가 상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)의 방향으로 지향되고 상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)에 의해 다시 반사되게, 상기 안테나(38; 38')에 의해 방사된 전자파(16)를 적어도 부분적으로 상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)의 방향으로 반사시키도록 구성되고,
    상기 안테나(38; 38')는 상기 전자 회로(18; 18a-d)에 접속되며, 상기 전자 회로(18; 18a-d)의 제어에 기초하여 상기 전자파(16)를 발생시키고 상기 전자파(16)를 상기 서브 반사기(42; 42')의 방향으로 방사하도록 구성되는,
    안테나 장치(50; 60; 70; 80; 90; 120; 130).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사기는 상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)에 대해 배치되고 상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)에 대한 상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)의 환경의 기계적 또는 화학적 영향을 적어도 부분적으로 감소시키도록 구성된 라돔 구조(32)를 더 포함하는,
    안테나 장치(50; 60; 70; 80; 90; 120; 130).
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 라돔 구조(32)는 상기 서브 반사기(42; 42')를 포함하는,
    안테나 장치(50; 60; 70; 80; 90; 120; 130).
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판(12)은 인쇄 회로 기판을 포함하고,
    상기 인쇄 회로 기판은 적어도 제 1 층(22a), 제 2 층(24a) 및 제 3 층(22b)을 갖는 스택을 포함하며,
    상기 라돔 구조(32)는 상기 기판(12)에 라돔 층으로서 형성되는,
    안테나 장치(50; 60; 70; 80; 90; 120; 130).
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사기 구조들(14; 14-1-4) 및 상기 서브 반사기(42; 42')는 카세그레인(Cassegrain) 구성 또는 그레고리안(Gregorian) 구성을 포함하는,
    안테나 장치(50; 60; 70; 80; 90; 120; 130).
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 안테나(38; 38')는 표면 장착 컴포넌트로서 구성되는,
    안테나 장치(50; 60; 70; 80; 90; 120; 130).
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 반사기(10; 20; 40; 50)에 대한 상기 서브 반사기(42; 42')의 축 방향 상대 위치는 상기 기판(12)의 표면 법선(46)과 평행한 축 방향(44)을 따라 가변적인,
    안테나 장치(50; 60; 70; 80; 90; 120; 130).
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 서브 반사기(42; 42')의 측 방향 상대 위치는 상기 반사기(10; 20; 40; 50)에 대해 상기 기판(12)의 표면 법선(46)에 수직인 측 방향(48)을 따라 가변적이고, 또는
    상기 서브 반사기(42; 42')의 경사도(α)는 상기 반사기(10; 20; 40; 50)의 상기 기판(12)의 표면에 대해 가변적인,
    안테나 장치(50; 60; 70; 80; 90; 120; 130).
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 안테나(38, 38')는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하며,
    상기 안테나 엘리먼트들의 제 1 서브세트는 제 1 편광 방향을 갖는 전자파(16)를 발생시키도록 구성되고,
    상기 안테나 엘리먼트들의 제 2 서브세트는 제 2 편광 방향을 갖는 전자파(16)를 발생시키도록 구성되며,
    상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)의 제 1 서브세트(26a)는 상기 전자파(16)가 상기 제 1 편광 방향을 포함할 때 제 1 반사도로 상기 전자파(16)를 반사시키고 상기 전자파(16)가 상기 제 2 편광을 포함할 때는 제 2 반사도로 상기 전자파(16)를 반사시키도록 구성되며,
    상기 복수의 반사기 구조들(14; 14-1-4)의 제 2 서브세트(26b)는 상기 전자파(16)가 상기 제 2 편광 방향을 포함할 때 제 3 반사도로 상기 전자파(16)를 반사시키고 상기 전자파(16)가 상기 제 1 편광을 포함할 때는 제 4 반사도로 상기 전자파(16)를 반사시키도록 구성되며,
    상기 제 1 반사도 및 상기 제 3 반사도는 상기 제 2 반사도 및 상기 제 4 반사도보다 큰 값을 갖는,
    안테나 장치(50; 60; 70; 80; 90; 120; 130).
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 안테나(38, 38')는 상기 안테나 장치의 방향으로 송신되어 상기 안테나 장치에 의해 수신된 전자파(16)를 상기 전자 회로(18; 18a-d) 또는 추가 전기 회로에 지향시키도록 추가로 구성되는,
    안테나 장치(50; 60; 70; 80; 90; 120; 130).
  20. 제 10 항에 있어서,
    복수의 안테나들(42; 42') 및 복수의 서브 반사기들(42; 42')을 포함하며,
    각각의 서브 반사기(42; 42')는 하나의 안테나(42; 42')에 할당되는,
    안테나 장치(50; 60; 70; 80; 90; 120; 130).
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