KR102191808B1 - 무선 통신 터미널에 부착되는 반사경 배열 - Google Patents

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Abstract

무선 통신 터미널에 부착되는 반사경 배열.
반사경 배열(20, 22)는 패치 안테나를 갖는 무선 통신 터미널(4)에 부착되도록 구성된다. 상기 패치 안테나는 지면(42)과 실질적으로 평행 관계에 있는 패치 라디에이터(28)를 포함하고, 상기 패치 안테나는 미리 지정되는 빔폭의 방사 빔을 생성한다. 상기 반사경 배열은 상기 터미널에 부착되는 경우 상기 미리 지정되는 빔폭에 대비하여 감소되는 빔폭의 방사 빔을 생성하도록 구성된다. 상기 반사경 배열은 메인 반사경(20) 및 상기 메인 반사경(20)을 향하는 방사선을 반사하는 서브 반사경(22)을 포함하고, 상기 반사경 배열은 상기 터미널에 부착되는 경우 상기 패치 안테나가 상기 서브 반사경(22)의 피드 안테나로 동작하도록 한다. 상기 서브 반사경(22)은 상기 패치 안테나로부터 상기 방사선을 모으고, 상기 빔을 상기 메인 반사경(22)으로 반사하여 상기 메인 반사경(20)이 감소되는 빔폭의 상기 방사 빔을 생성하도록 배열된다.

Description

무선 통신 터미널에 부착되는 반사경 배열{REFLECTOR ARRANGEMENT FOR ATTACHMENT TO A WIRELESS COMMUNICATIONS TERMINAL}
무선 주파수 안테나 배열에 연관되고, 더 구체적으로는, 그러나 배타적이지 않게, 무선 통신 시스템 상의 초고주파대역 방사선의 전송 및 수신에 있어 안테나 이득(gain)을 높이기 위해 무선 통신 터미널에 부착되는 반사경 배열에 연관된다.
현대의 무선 통신 시스템은 신호를 전송하고 수신하는데 사용되는 상기 안테나에 많은 의존을 한다. 고객 구내 장비(customer premises equipment)로 알려진 무선 터미널이 기지국과의 통신을 위해 지정된 방향에 설치될 수 있는 고정 무선 접속 시스템에서 특히, 상기 기지국으로의 경로 손실을 감소시고 이웃 시스템으로의 간섭을 최소화하기 위해 안테나가 명확한 지향 특성(directional characteristics)을 갖는 안테나 지향성도(radiation pattern)를 생성하는 것이 요구되지만, 상기 안테나가 소형화되고 값싸게 생산되도록 하는 것이 필요하다.
일반적으로, 무선 통신 터미널은 상기 터미널의 상기 하우징(housing) 안에 존재하는 내부 안테나를 이용하여 제공될 수 있다. 상기 내부 안테나는 일반적으로 상기 가장 많은 수의 배치 시나리오에 대해 충분한 이득(gain)을 갖도록 디자인되고, 신뢰할 수 있는 링크(link)를 제공하는 충분히 높은 이득을 제공하려는 상기 요구 및 낮은 제조비용과 소형성 사이에 균형을 이루도록 디자인된다. 내부 안테나는 지면과 실질적으로 평행 관계에 있도록 배치되는 패치 라디에이터로 알려진 금속 시트(sheet of metal)를 포함하는 패치 안테나가 될 수 있다. 하지만, 몇몇의 배치 시나리오에서, 예를 들면 상기 고객 구내(customer premises)가 상기 기지국으로부터 멀리 있는 경우, 상기 내부 안테나가 제공하도록 디자인된 것 보다 더 큰 이득이 요구될 수 있다.
더 많은 이득을 제공하기 위해서, 상기 터미널은 안테나 이득을 증가시키기 위해 상기 터미널로부터의 상기 방사 빔의 상기 빔폭(beamwidth)을 감소시킴으로써 외부 디바이스에 맞춰질 수 있다. 그러한 하나의 배열에서, 상기 터미널은 상기 터미널에 의해 생성되는 빔보다 더 얇은 빔폭의 빔을 생성하도록 배열되는 포물선의 접시 반사경(parabolic dish reflector)을 비추는데 사용될 수 있다. 상기 터미널은 상기 접시로 향한 방향에 있는(extend toward the dish) 팔(arm)에 의해 지지될 수 있고, 상기 접시(dish)로부터의 방사선(radiation)을 막지 않기 위해 상기 접시의 한쪽에 대해 상쇄(offset)시킬 수 있다. 하지만, 그러한 배열은 일반적으로 부피가 크고 이미 설치된 터미널의 상기 방향이 변화되기를 요한다.
안테나 이득을 향상시키는 대안적인 배열에서, 상기 터미널은 접시 반사경 및 송전선에 의해 함께 연결되는 두 개의 안테나로 구성되는 마이크로웨이브 공급 조립체(microwave feed assembly)를 갖는 디바이스에 맞춰질 수 있다. 두 개의 안테나 중 하나는, 상기 터미널 내에서 상기 내부 안테나를 왕복하는 무선 주파수 신호를 결합하는데 사용되는 결합 안테나(coupling antenna)일 수 있다. 상기 다른 안테나는 상기 접시 반사경이 상기 터미널에 의해 생성되는 빔의 빔폭보다 좁은 빔폭을 갖는 빔을 생성할 수 있도록 하기 위해 상기 반사경 접시를 비추는 데 사용되는, 일반적으로 다이폴(dipole)인 피드 안테나이다. 상기 결합 안테나는 패치 안테나일 수 있고, 일반적으로 상기 내부 안테나의 앞에 있는 상기 터미널의 상기 하우징에 반하여(against) 가깝게 잡힌다(is held close). 하지만 이러한 배열은, 신호가 상기 전력 증폭기로 반사될 수 있도록 상기 터미널 내부의 상기 전송기로의 좋은 임피던스 매치(good impedance match)를 제공하지 않을 수 있고, 이는 잠재적으로 전송되는 신호의 왜곡을 야기할 수 있다. 게다가, 상기 배열은 부피가 클 수 있고 제조비용이 많이 들 수 있다.
또 다른 대안적인 배열에서, 유전 렌즈는 안테나 이득을 증가시키기 위해 상기 내부 안테나 앞의 상기 터미널에 맞춰질 수 있다. 하지만, 이는 일반적으로 잠재적으로 비싼 재료를 많이 사용하도록 하고, 상기 터미널의 상기 무게를 상당히 늘릴 수 있다.
상기 선행기술의 상기 문제점이 본 발명에 의해 해결된다.
첨부되는 청구항에 의해 본 발명이 정의된다.
일 측면에 따르면, 무선 통신 터미널에 부착되도록 구성되는 반사경 배열에 있어서, 상기 무선 통신 터미널은 지면과 실질적으로 평행 관계에 있도록 배치되는 패치 라디에이터 및 미리 지정되는 빔폭의 방사 빔을 생성하는 패치 안테나를 포함하고, 상기 반사경 배열은 상기 터미널에 부착되는 경우 상기 미리 지정된 빔폭에 대비하여 감소된 빔폭의 방사 빔을 생성하고,
상기 반사경 배열은:
메인 반사경; 및
상기 메인 반사경을 향하는 방사선을 반사하는 서브 반사경
을 포함하고,
상기 반사경 배열은 상기 터미널에 부착되는 경우 상기 패치 안테나가 상기 서브 반사경의 피드 안테나로 동작하도록 하고, 상기 서브 반사경은 상기 패치 안테나로부터의 상기 방사선을 모으고, 상기 빔을 상기 메인 반사경 쪽으로 반사하여 상기 메인 반사경이 감소되는 빔폭의 상기 방사 빔을 생성하도록 배열되는
반사경 배열이 제공된다.
상기 서브 반사경의 피드 안테나로서 패치 안테나와 함께 사용하기 위한 상기 반사경 배열의 상기 구성은 값싸고 상기 패치 안테나에 좋은 임피던스 매치를 제공할 수 있는 소형의 디자인을 제공할 수 있다.
예시적인 방법으로만 제시되는 상기 발명의 추가적인 특징 및 이점은 바람직한 실시예에 대한 아래의 기술에 의해 명확해질 것이다.
도 1은 상기 패치 안테나로 향한 방향으로 있는 꼭대기를 갖고 실질적으로 원뿔 부분인 상기 서브 반사경을 나타내는 일실시예에 따른 반사경 배열의 구성도이다;
도 2는 무선 통신 터미널의 증가되는 안테나 이득을 제공하는 선행 기술 배열의 구성도이다;
도 3은 선행 기술에 따른 카세그레인식 안테나(Cassegrain antenna) 구성도이다;
도 4는 상기 서브 반사경의 상기 영역 주변에 배치되는 반사 장벽을 포함하는 상기 서브 반사경을 나타내는 일실시예에 따른 반사경 배열의 구성도이다;
도 5는 상기 서브 반사경의 상기 영역 주변에 배치되는 유전 링을 포함하는 상기 반사경 배열을 나타내는 일실시예에 따른 상기 반사경의 반사경 배열의 구성도이다;
도 6은 일실시예에 따라서 무선 통신 터미널에 맞춰지는 경우 반사경 배열의 단면도이다;
도 7은 상기 반사경 배열로부터 제거되는 무선 통신 터미널과 함께 나타나는 일실시예에 따른 상기 반사경 배열을 나타낸다;
도 8은 무선 통신 터미널의 상기 장비(fitment)를 나타내는 일실시예에 따른 반사경 배열을 비스듬하게 촬영한 것이다;
도 9는 상기 무선 터미널이 제거되는 상태로 나타나는 일실시예에 따른 반사경 배열을 비스듬하게 촬영한 것이다; 및
도 10은 상기 무선 터미널이 맞춰진(fitted) 일실시예에 따른 반사경 배열을 비스듬하게 촬영한 것이다.
예시로서, 상기 발명의 실시예는 IEEE 802.11a, b, g, n or ac standard에 따라 동작하는 광대역 고정 액세스 라디오 통신 시스템에 대해 기술될 것이다. 하지만, 이는 예시에만 해당하는 것이고 다른 실시예들은 다른 무선 시스템을 포함할 수 있고, 포인트-투-포인트 및 포인트-투-멀티포인트 시스템, 및 셀룰러 라디오 기준(cellular radio standards)에 적용될 수 있다는 것으로 이해될 수 있다.
도 1은 반사경 배열(20, 22)가 무선 통신 터미널(4)에 부착될 수 있도록 구성되는 상기 발명의 일실시예를 나타낸다. 상기 반사경 배열은 메인 반사경(20), 및 일반적으로 패치 안테나인 상기 터미널 내부의 상기 내부 안테나를 가지며, 상기 패치 안테나(28, 42)로부터 방사선을 모으고 상기 메인 반사경(20)을 향해 방사선을 반사하는 서브 반사경(22)를 위한 피드 안테나로 동작한다. 상기 메인 반사경은 상기 반사경 배열 없이 사용되었을 경우 상기 터미널 내부의 상기 내부 안테나가 가질 상기 빔폭 및 안테나 이득과 비교할 때 감소되는 빔폭 방사 빔, 그로 인해 높은 안테나 이득을 생성하도록 모양을 한다. 상기 메인 반사경 및 상기 서브 반사경의 상기 모양은 높은 이득과 낮은 사이드 로브 레벨(low side lobe level)을 가지고 상기 메인 반사경으로부터 메인 빔을 생성하도록, 상기 터미널의 상기 내부 안테나로부터의 상기 방사 빔의 상기 위상 및 진폭 특성과 결합하여 동작하도록 디자인된다.
상기 터미널의 상기 내부 안테나는 프린트 회로 기판이 될 수 있는 지층이 될 수 있는 지면(42)과 실질적으로 평행 관계로 배열되는 패치 라디에이터(28)를 포함하는 일반적으로 패치 안테나이다. 상기 패치 라디에이터 및 일반적인 프린트 회로 기판과 같은 상기 지면 사이의 유전 물질이 있을 수 있는데, 예를 들면, 유리 섬유 및 수지의 합성물, 또는 공기 유전(air dielectric)이 있을 수 있다. 상기 패치 라디에이터는, 예를 들면, 상기 안테나의 동작 주파수에서의 파장의 거의 절반이 한 면인 삼각형일 수 있고, 일반적으로 50ohm의 정의되는 특성 임피던스의 피드 트랙(feed track)에 의해 무선 송수신기에 연결될 수 있다. 상기 패치 안테나는 일반적으로, 예를 들면 방위각에서 대략 84도 정도의 미리 지정되는 빔폭의 방사 빔을 생산한다. 상기 반사경 배열은 상기 터미널에 부착되는 경우 상기 미리 지정되는 빔폭에 대비하여 감소되는 빔폭을 갖는 방사 빔을 생성하도록 구성될 수 있다.
상기 패치 안테나는 예를 들면 수직 또는 수평, 또는 왼쪽 또는 오른쪽 방향 원 편광을 갖는 편파인 직교 편파(orthogonal polarisation) 둘 다(both) 또는 하나에서 전송 및/또는 수신할 수 있도록 구성되는 이중 편파 디바이스(dual polarisation device)일 수 있다. 상기 반사경 배열은 상기 방사선의 상기 편파 상태를 상기 패치 안테나를 왕복하여 유지할 수 있다. 따라서, 만약에 예를 들어, 상기 패치 안테나가 수직 편파를 전송하도록 배열된다면, 상기 반사경 배열은 실질적으로 수직인 편파로 방사선을 전송할 수도 있다.
상기 서브 반사경(22)은 일반적으로 주조되는 플라스틱 또는 수지(resin)와 같은 기질(substrate) 상에 배치되는 금속 층으로부터 형성될 수 있는 반사 표면을 갖는다. 도 1에서 나타난 것과 같이, 최소한 상기 반사 표면의 제1 파트(24)는 실질적으로 원뿔 모양이고 꼭대기를 갖는다. 도 1의 상기 표현은 단면도이고, 일반적으로 상기 서브 반사경은 24에서 보여지는 상기 삼각형의 단면도가 3차원에서 원뿔을 나타내도록 하기 위해 회전대칭이다. 도 1에서 나타나는 대로, 상기 반사경 배열은 보여지는 바와 같이 상기 터미널(4)에 부착될 때, 상기 꼭대기는 상기 패치 안테나(28, 42)를 향한 방향(extend towards the patch antenna 28, 42)에 있다. 상기 서브 반사경의 이러한 형태는 상기 패치 안테나로부터 상기 패치 안테나로 수신되는 방사선의 반사를 감소시키는 상기 효과를 갖는다. 이러한 반사는 리턴 손실(return loss)을 줄이고, 상기 터미널의 상기 내부 패치 안테나에 연결되는 무선 송수신기로의 열악한 임피던스 매치(poor impedance match)를 제공하는 효과를 갖는다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 서브 반사경(22)의 상기 반사 표면은 실질적으로 원뿔대의 모양을 가지며, 상기 제1 부분을 둘러싸는 추가 부분(26)을 포함한다. 도1로부터 보여지는 대로, 상기 원뿔대는 상기 제1 섹션이 상기 공유 축에 대하는(subtend) 각보다 상기 공유 축에 대해 더 큰 각을 대한다. 그 말은, 상기 추가 부분(26)은 상기 제1부분(24)보다 더 평탄하다.
따라서, 상기 서브 반사경의 상기 중심에서의 상기 제1 부분은 상기 패치 안테나로부터, 바람직하게는 상기 메인 반사경(20) 내의 틈 사이에 위치할 수 있는 상기 터미널(4)로부터 방사선을 반사하는 경향이 있다. 상기 방사선이 방사 빔을 형성하도록 상기 메인 반사경(20)에 의해 반사될 수 있도록 하기 위해, 상기 터미널에 의해 산란되거나 흡수되기 보다는, 이러한 방식으로 상기 터미널로부터 방사선을 반사하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 터미널 내의 불요 신호(spurious signals)를 야기할 수 있으므로, 방사선이 상기 터미널에 들어가는 것은 바람직하지 않다.
상기 추가 부분, 즉 상기 서브 반사경의 상기 더 평평한 부분(26)은 방사선을 상기 서브 반사경이 일정하게 상기 제1 중심 부분(24)의 상기 원뿔 모양일 경우 보다 상기 터미널(4)에 더 가까운 상기 메인 반사경(20)으로 반사하는 상기 효과가 있다. 이는 상기 반사경 배열의 상기 사이즈를 최소화시키며, 상기 메인 반사경의 지름을 감소시킨다.
도 1에 나타난 상기 발명의 상기 실시예는 도 2에 나타난 상기 선행 기술 배열과 대조될 수 있다. 도 2에 나타난 대로, 반사경 접시(reflector dish, 14)는 상기 터미널 내부의 내부 패치 안테나(28, 42)로부터의 빔의 빔폭보다 더 좁은 빔폭을 갖는 상기 반사경 접시로부터의 빔을 생성함으로써 상기 터미널의 상기 안테나 이득을 높이기 위해 무선 통신 터미널(4)에 부착된다. 하지만, 도1에 나타나는 상기 발명의 상기 실시예 내의 상기 배열과는 다르게, 도 2의 상기 선행 기술 배열은 두 개의 안테나(16, 46)을 포함하는 마이크로웨이브 공급 조립체를 사용한다. 하지만, 도 1에 나타나는 상기 발명의 상기 실시예 내의 상기 배열과 달리, 도 2의 상기 선행 기술 배열은 전송선에 의해 연결되는 2개의 안테나(16, 46; 18)를 포함한다. 마이크로웨이브 공급 조립체를 사용한다. 두 개의 안테나 중 하나는 패치 라디에이터(16) 및 상기 내부 패치 안테나와 결합하여 공진 공동(resonant cavity)을 형성함으로써 상기 터미널 내부의 상기 내부 패치 안테나(28, 42)를 왕복하는 무선 주파수 신호를 결합하는데 사용되는 지면(46)을 포함하는 패치 안테나이다. 상기 터미널을 왕복하는 신호는 일반적으로 같은 축을 가지며, 상기 반사경 접시를 조명하며 일반적으로 다이폴인 피드 안테나(18)를 왕복하는 상기 전송선에 이른다. 상기 반사경 접시로부터 상기 반사경 접시 뒤편의 안쪽으로 방사되는 방사선을 반사하기 위해 상기 피드 안테나의 뒤에 놓여지는 반사경(46)이 있을 수 있다. 도 2의 상기 배열은 상기 터미널로부터 보여지는 것과 같이 열악한 리턴 손실을 갖기 쉽다. 즉, 상기 안테나 시스템이 열악한 임피던스 매치를 상기 터미널의 상기 송수신기에 제공할 수 있다. 상기 리턴 손실은 제조과정 상의 수정을 통해 향상될 수 있지만, 가격이 비쌀 수 있고, 상기 전체적인 디자인의 규모가 커질 수 있다. 특히, 상기 터미널의 상기 내부 패치 안테나를 포함하는 상기 근접 연결 배열(close-coupled arrangement) 및 상기 터미널 하우징의 외부에 있는 상기 결합 안테나는, 일관되는 무선 주파수 퍼포먼스를 유지하기 위해 충분한 인내심을 가지고 배열하는 것이 어렵다.
도 1에서 나타나는 상기 발명의 상기 실시예는 또한 도 3에서 나타나는 상기 전통적인 카세그레인식 안테나에 대조될 수 있다. 도 3에서 나타나듯이, 전통적인 카세그레인식 안테나는 파라볼릭(parabolic) 메인 반사경(14) 및 하이퍼볼릭(hyperbolic) 서브 반사경(6)을 갖는다. 상기 방사선이 상기 메인 반사경으로부터 실질적으로 좁은 빔폭을 갖는 콜리메이트 빔(collimated beam)으로서 나타날 수 있도록, 상기 반사경은 상기 메인 반사경(14)로 향한 방향에 있는 피드 혼(feed horn, 12)로부터의 방사선이 상기 서브 반사경(6) 뒤편에 의해 상기 메인 반사경(14)로 반사될 수 있도록 배열된다. 도 2에서 나타난 카세그레인식 안테나는 일반적으로 위성 지구국(satellite earth station)에서 사용된다. 상기 카세그레인식 안테나는 상기 서브 반사경(6)의 뒤편으로부터의 반사 때문에 상기 피드혼(feed horn)에서 보여지는 것과 같이 열악한 리턴 손실을 제공할 수 있다. 일반적으로 서큘레이터(circulator, 8)과 같이 전송기(10)과 상기 피드혼(12)사이에서 상기 서브 반사경(6)으로부터 상기 피드 혼의 뒤편으로 반사되는 신호로부터 상기 전송기를 보호하기 위해 일방적 전송 특성을 갖는 디바이스의 사용이 필요하다.
상기 근접 연결 안테나 및 도 2의 상기 마이크로웨이브 공급 조립체 대신에 카세그레인식 배열을 사용하는 것은 명백하지 않을 것이다. 도 3에서 보여질 수 있는 대로, 카세그레인식 안테나는 일반적으로 좁은 빔(narrow beam)을 생성하는 피드혼과 같은 피드 안테나와 함께 사용되고, 일반적으로 상기 반사경 접시의 상기 림(rim)의 앞에 중요하게 지지되는 작은 서브 반사경을 갖는다. 그러한 배열은 패치 안테나에 의해 생성되는 상기 상대적으로 넓은 빔(relatively wide beam)에는 적합하지 않을 수 있다. 게다가, 상기 서브 반사경으로부터 상기 상대적으로 큰 안테나의 구멍(aperture)으로의 반사 때문에, 만약 패치 안테나에서 쓰였다면 카세그레인식 안테나의 상기 리턴 손실은 매우 열악할 것으로 예상될 수 있다. 상기 서브 반사경의 상기 사이즈의 증가는 전통적인 카세그레인식 디자인에서 열악한 리턴 손실의 상기 문제를 악화시킬 것으로 예상될 것이다.
도 1에서 보여지는 대로, 상기 발명의 일실시예에 있어서 상기 메인 반사경의 상기 림의 상기 평면으로 투영되는 상기 서브 반사경의 상기 면적은 전통적인 카세그레인식 디자인과 비교할 때 상대적으로 크다. 이는 상기 서브 반사경이 상기 상대적으로 넓은 빔으로부터 방사 에너지를 모으도록 하지만, 상기 메인 반사경의 상기 방사 구멍(radiating aperture)을 막는 것이 예상될 수 있고, 이는 상기 반사경 배열의 상기 이득 및 효율을 감소시킨다. 하지만, 특히 상기 메인 반사경의 상기 형태(도 6, 7, 8에서 상세히 보여짐)와 결합해 있는 상기 서브 반사경의 상기 형태 및 상기 패치 안테나에 의해 생성되는 상기 빔 형태의 측면에서, 상기 반사경 배열의 상기 구성은 과도한 차단을 피할 수 있고 피드 안테나로서 패치 안테나를 사용하는 카세그레인 접근에서 예상될 수 있는 상기 제한을 극복할 수 있다.
상기 발명의 일실시예에 따라, 상기 서브 반사경의 상기 반사 표면의 투영되는 면적은 상기 메인 반사경의 투영 면적(상기 투영되는 면적은 상기 메인 반사경에 의해 생성되는 방사 빔의 방향에 수직인 평면에서 측정된다.)의 8분의 1보다 크다. 언급되는 대로, 카세그레인식 디자인의 서브 반사경 면적은 상대적으로 클 수 있다. 상기 메인 반사경의 상기 투영 면적의 15% 및 25% 사이에 해당하는 서브 반사경의 투영 면적은 특별히 이점이 있을 수 있다.
도 4는 상기 서브 반사경(22)가 상기 서브 반사경의 상기 영역 주변에 반사 장벽(30)을 갖는 상기 발명의 일실시예를 나타낸다. 도 4에서 보여지는 바와 같이, 상기 반사 장벽은 상기 서브 반사경의 상기 영역으로부터 상기 메인 반사경을 향한 방향에 있다. 상기 반사 장벽은, 예를 들면 주조(molding)에 의해 상기 서브 반사경의 구성요소로서 형성될 수 있는 상기 서브 반사경으로부터의 상기 투영 표면 위에 금속 층으로 형성될 수 있다. 상기 반사 장벽은 상기 서브 반사경의 상기 요구되는 반지름을 감소시키면서 상기 메인 반사경(20)에 의해 생성되는 상기 방사 빔 내부로부터의 사이드 로브 레벨을 감소시킬 수 있다. 도 4에서 보여지는 대로, 립(lip)으로도 불릴 수 있는 상기 반사 장벽은, 그렇지 않으면 상기 서브 반사경의 상기 모서리(edge)를 잃을 수 있고 상기 메인 빔의 사이드 로브로서 상기 반사경 배열 밖으로 직접 방사되는 것을 막을 수 있는, 상기 패치 안테나로부터의 방사선을 가로막을 수 있다. 상기 가로막아진 방사선은 메인 반사경으로 다시 반사될 수 있다.
도 1 내지 도 5에서 나타나는 상기 선도(ray diagram)는 상기 방사 프로세스의 단순화에 대한 것이다; 상기 반사경 배열의 상기 동작 주파수에서 방사되는 상기 신호의 상기 파장이 상기 구조의 상기 사이즈의 중요한 비율이 될 수 있으므로, 회절효과 또한 중요하다. 예를 들면, 상기 발명의 일실시예에서, 상기 서브 반사경의 상기 반지름은 실질적으로 2 에서 4의 파장의 상기 영역 내에 있을 수 있다. 상기 동작 주파수는 일반적으로 대략 300MHz에서 30GHz까지의 마이크로웨이브 주파수일 수 있다. 바람직한 동작 주파수는 1GHz - 10GHz의 범위에 있을 수 있고, 상기 발명의 실시예는 예를 들어 2.4GHz를 포함하는 다양한 주파수 대역 및 5.2GHz에서 5.8GHz까지의 다양한 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
상기 발명의 일실시예에서, 상기 반사 장벽은 상기 안테나의 동작 주파수에서의 파장의 16분의 1 이상 및 4분의 1이하의 상기 반사 표면의 상기 영역으로부터 상기 메인 반사경을 향하는 방향에서 측정되는 높이를 갖는다.
도 4에서 나타나는 대로, 상기 반사 장벽은 실질적으로 상기 피드 안테나에 의해 생성되는 방사 빔의 방향에 대하여 수직인 평면에 수직일 수 있다.
도 5는 상기 서브 반사경의 상기 영역 주변에 배치되는, 반지름 방향으로(radially) 상기 서브 반사경의 상기 영역으로부터 밖으로 향하는 방향에 있는 유전 링(32)를 포함하는 반사경 배열을 나타낸다. 도 5의 대략적인 선도에 나타난 대로, 상기 유전 링의 상기 효과는 그렇지 않으면 상기 서브 반사경의 상기 모서리를 잃고(miss) 상기 메인 빔 방향에 가깝게 향할 상기 패치 안테나로부터의 방사선을 굴절시킴으로써 상기 메인 반사경에 의해 생성되는 상기 빔의 사이드 로브 레벨을 감소시키는 것이다. 선도로서 도5에서 나타났음에도 불구하고, 굴절 효과는 사이드 로브 레벨을 감소시키고 방사선을 굴절시키는 역할을 한다.
상기 발명의 일실시예에서, 상기 유전 링은 반지름 방향으로 상기 서브 반사경의 상기 영역으로부터 밖으로 향한 방향으로 상기 안테나의 동작 주파수에서의 파장의 8분의 1 및 2분의 1 사이만큼의 거리에 있다.
상기 유전 링(32)는 도 6, 7, 및 8을 참조하여 상기 발명의 일실시예에서 좀 더 자세히 보여질 수 있다. 도 8에서 보여질 수 있는 대로, 상기 유전 링의 최소한 몇몇의 섹터는 상기 유전 링의 상기 내부 원주에서 상기 유전 링의 상기 외부 원주보다 두꺼운 두께를 갖고, 바람직하게는 상기 유전 링은 최소한 상기 유전 링의 몇몇의 섹터에서 실질적으로 삼각형의 단면을 갖는다. 도 8에서 나타날 수 있는 대로, 상기 유전 링은 삼각형 베인(triangular vane)의 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조는 상기 주조 공정에서 유리하고, 상기 무선 주파수 퍼포먼스는 악영향을 받지 않는 다고 알려져 있다.
상기 발명의 일실시예에서, 최소한 상기 유전 링의 몇몇의 섹터에서, 예를 들면 상기 베인의 꼭대기에 해당하는 섹터에서, 상기 내부 원주에서의 상기 유전 링의 상기 두께는 상기 유전 링이 상기 서브 반사경의 상기 영역으로부터 밖으로 향하는 방향에 있는 4분의 1 및 4분의 3의 거리 사이이다.
상기 발명의 일실시예에서 상기 유전 링은 대체적인 굵고 얇은 섹터를 포함하는데, 예를 들면 도 8에서 나타난 반지름 방향 베인(vane)은, 상기 링의 상기 원주 주변에 고르게 배열된다. 상기 유전 링의 상기 두꺼운 섹터는, 상기 유전 링의 상기 중심으로부터의 최소 하나의 반지름 방향의 거리(radial distance)에서의 서브 반사경의 회전대칭 축에 수직인 평면에서 측정되는, 동일한 반지름 방향의 거리에서의 상기 얇은 섹터의 상기 두께보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 상기 발명의 일실시예에서, 반지름 방향의 베인일 수 있는 상기 두꺼운 섹터는 실질적으로 삼각형의 단면을 가지고, 상기 안테나의 동작 주파수에서의 파장의 8분의 1보다 작은 간격을 가질 수 있다.
상기 발명의 일실시예에서, 상기 유전 링은 2에서 4까지의 상대 유전율을 갖는 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들면 폴리카보네이트(polycarbonate) 물질일 수 있다. 대체적으로, 상기 유전 링은 유전 상수라고도 알려진, 일반적으로 9 내지 11 이내이지만 이에 제한되지는 않고 상대 유전율이 4보다 클 수 있는 세라믹 물질로 구성될 수 있다.
도 6은 상기 발명의 일실시예에 따라서 무선 통신 터미널(4)에 맞춰질 때의 반사경 배열(2)의 단면도이고, 도 7은 상기 반사경 배열로부터 상기 무선 통신 터미널(4)가 제거되는 상기 반사경 배열(2)을 나타낸다.
도 6 및 도 7에서는 상기 무선 통신 터미널(4)이 상기 패치 안테나를 커버하는(cover) 섹션을 포함하는 하우징(44)을 포함하도록 나타날 수 있다. 상기 나타난 발명의 일실시예에서, 상기 패치 안테나는 인쇄 기판 회로의 한 층(layer)이 될 수 있는 지면(42)과 평행한 패치 라디에이터(28)로 형성될 수 있다. 상기 지면은 상기 패치 안테나의 동작에서 역할을 담당하지만, 방사선은 상기 패치 라디에이터(28)로부터 주요하게 분출되고 수신된다. 상기 반사경 배열(2)가 상기 무선 통신 터미널(4)에 부착될 수 있게 하기 위해 상기 반사경 배열(2)이 상기 무선 통신 터미널(4)의 상기 하우징(44)에 맞게(fit) 구성될 수 있다. 일반적으로, 상기 반사경 배열(2)는 한번 부착되면 나중에 상기 무선 통신 터미널(4)로부터 제거될 수 있다. 도 6 및 7을 보면, 상기 반사경 배열(2)는 상기 메인 반사경(20)에 부착되고 상기 터미널을 수용하도록 배열되는 하우징 부분(housing portion, 40)을 가질 수 있다. 상기 하우징 부분(40)은 상기 메인 반사경과 함께 하나의 조각으로 주조될 수 있고, 상기 하우징 부분과 상기 메인 반사경은 상기 터미널 상에서 조립되어 배열될 수 있다.
상기 발명의 일실시예에서, 상기 메인 반사경은 일반적으로 금속이고, 주조되는 지지기판 위에 배치되는 전도성 지층(conductive layer)을 포함한다. 도 8에서 나타난 대로, 상기 메인 반사경(20)은 대칭적인 부분과 비대칭적인 부분을 갖는데, 상기 대칭적인 부분은 상기 메인 반사경의 축에 대하여 회전대칭이고, 상기 비대칭적인 부분은 상기 무선 통신 터미널(4)의 상기 하우징을 수용하는 모양을 갖는다. 도 8에서와 같이, 상기 메인 반사경은 실질적으로 평면이고 상기 터미널(4)의 상기 하우징(44)와 평행 관계에 있는 돌출 섹션(protruding section, 38)을 가질 수 있고, 이는 완전히 회전 대칭이라면 상기 메인 반사경에 의해 둘러싸일(enclose) 부피만큼 돌출된다. 상기 절충이 가능한 경우까지, 상기 돌출 섹션(38)은 일반적으로 터미널 내부의 상기 전자 부품을 방사선으로 보호하고 상기 서브 반사경으로부터 상기 메인 반사경으로부터의 상기 메인 빔으로서 방사선을 반사시키기 위해 금속을 입힌다. 도 8에서 나타난 대로, 상기 메인 반사경의 상기 비대칭적인 부분은, 상기 돌출 섹션으로부터의 상기 반사를 보상하기 위해 상기 돌출 섹션(38) 및 상기 메인 반사경의 상기 대칭 섹션의 상기 대응되는 부분과 다른 곡률(curvature)를 가지며, 상기 돌출 섹션(38)의 부근에 있는 상기 메인 반사경(20)의 상기 볼(bowl)의 벽(wall) 또한 포함한다. 완전히 회전 대칭이었을 경우 상기 메인 반사경에 의해 덮어지는 부피에 대한 상기 터미널의 상기 하우징의 수용은, 상기 반사경 배열 및 상기 터미널의 조합이 상기 메인 반사경의 상기 메인 빔의 상기 방향에서 상기 메인 반사경의 상기 볼의 바깥을 수용하는 경우 보다 더 얕아질 수 있다는(may be shallower) 이점이 있다. 게다가, 이러한 방식으로 상기 조합을 더 얕아지게 배열하는 것은 상기 서브 반사경의 상기 반지름을 감소시키는 이점 또한 존재하는데, 상기 터미널의 상기 내부의 안테나로 더 가까이 놓여지기 때문에, 결과적으로 상기 메인 반사경의 상기 반지름이 감소될 수 있다. 상기 터미널의 상기 하우징이 만약 완전히 회전 대칭인 경우 상기 메인 반사경에 의해 덮어지는 부피에 수용될 수 있는 지는 명확하지 않다. 상기 서브 반사경 및 메인 반사경의 모양, 및 상기 반사경 배열의 구성에 대한 주의 깊은 디자인에 의해서 상기 메인 반사경으로부터의 상기 빔의 이득 및 사이드 로브 퍼포먼스가 허용 가능한 한계 내에 유지될 수 있다는 사실이 알려져 있다.
도 6을 참조하여, 상기 발명의 일실시예에서, 상기 반사경 배열(2)은 상기 터미널(4)가 돌출되도록 배열되는 중앙의 구멍을 향하는, 실질적으로 볼 모양의 부분을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 지면(42)와 함께 동작하는 패치 라디에이터(28)을 포함하는 상기 터미널의 상기 내부 안테나는 상기 서브 반사경(22)의 피드 안테나로 동작할 수 있다. 상기 지면은, 무선 송수신기에 놓여지는 구성요소(placed component, 48)인 인쇄 회로 기판의 한 층일 수 있고, 상기 구성요소는 일반적으로 상기 지면(42)의 상기 반대편 상에 상기 패치 라디에이터(28)이 놓여지는 쪽으로 놓여질 수 있다.
도 6에서 보면, 상기 서브 반사경은, 바깥쪽에는 실질적으로 원뿔대 섹션(26)에 의해 둘러싸이고, 중심에는 원뿔 섹션(24)을 갖는 하나의 조각으로 주조될 수 있고, 상기 원뿔대 섹션은 상기 제1 섹션이 상기 공유 축에 대하는 각보다 상기 공유 축에 대해 더 큰 각을 대한다. 상기 중앙 섹션 및 바깥 섹션은 상기 원뿔 섹션의 상기 각도 사이에서 부드러운 곡선의 전이에 의해 연결된다.
상기 유전 링(32)은 보여진 대로, 상기 서브 반사경으로부터 분리된 구성요소로서 만들어 질 수 있고, 상기 서브 반사경의 구성물질과 다른 구성물질로 만들어질 수 있다. 이는 상기 서브 반사경이 구성되는 물질에 대해 서로 다른 유전 성질을 가질 수 있는 물질을 사용할 수 있게 한다.
도 6, 7, 및 8에서 나타난 대로, 상기 서브 반사경(22)은 상기 메인 반사경(20)의 상기 림에 부착되며, 폴리 카보네이트 등의 물질에 의해 구성되는 경우 환경을 보호하고, 무선 주파수 신호가 전파될 수 있는 상기 레이돔(radome, 34)에 의해 지지될 수 있다. 상기 금속 표면을 갖는 상기 서브 반사경(22)로부터 보호되는 상기 레이돔의 상기 중앙부(central part, 36)는 장식적인 목적에 의한 덮개이다.
도 9는 상기 발명의 일실시예에 따라서 상기 무선 터미널이 제거된 상태의 반사경 배열을 비스듬하게 촬영한 것이고 도 10은 상기 발명의 일실시예에 따라서 상기 무선 터미널이 맞춰진(fitted) 반사경 배열을 비스듬하게 촬영한 것이다. 상기 무선 통신 터미널(4)은 클립-핏 배열(clip-fit arrangement)로 상기 터미널을 수용하도록 배열되는 상기 반사경 배열(2)의 하우징 부분(40)에 미끄러질 수 있다.
안테나는 송신 및 수신 모두로 기능할 수 있는 상호간의 디바이스(reciprocal device)로 이해될 수 있다. 명확하게 하기 위하여, 앞선 기재는 무선 주파수 신호의 전송에 연관되는 용어를 사용하였고, 상기 반사경 배열, 및 터미널은 리셉션(reception)으로도 사용될 수 있다고 이해될 것이다. 특히, 패치 라디에이터는 방사선을 전송하는 것뿐 아니라 방사선을 수신하는 동작을 하는 것으로 이해될 것이다. 전송 빔은 리셉션 빔(reception beam)으로도 사용될 수 있고, 전송기는 송신기 또는 수신기로 대체될 수 있다.
위의 실시예(embodiments)는 상기 발명의 실시예(illustrative examples)로서 이해될 것이다. 실시예 중 어느 하나의 관계 속에서 기술되는 어떠한 특징들이라도 혼자 사용될 수 있거나, 기술되는 다른 기능들과 함께 조합되고, 및 상기 어느 하나의 실시예의 하나 또는 그 이상의 특징들의 조합, 또는 다른 실시예와의 결합으로도 사용될 수 있다. 게다가, 수반되는 청구항에서 정의되는, 위에 기재되지 않은 등가물(equivalents) 및 수정 또한 상기 발명의 상기 범위로부터 벗어나지 않는 선에서 포함될 수 있다.

Claims (19)

  1. 무선 통신 터미널에 부착되도록 구성되는 반사경 배열에 있어서, 상기 무선 통신 터미널은 지면과 평행 관계에 있도록 배치되는 패치 라디에이터 및 미리 지정되는 빔폭의 방사 빔을 생성하는 패치 안테나를 내부에 포함하고, 상기 반사경 배열은 상기 터미널에 부착되는 경우 상기 미리 지정되는 빔폭에 대비하여 감소되는 빔폭의 방사 빔을 생성하고,
    상기 반사경 배열은:
    메인 반사경; 및
    상기 메인 반사경을 향하는 방사선을 반사하는 서브 반사경
    을 포함하고,
    상기 반사경 배열은 상기 터미널에 부착되는 경우 상기 패치 안테나 및 상기 서브 반사경 사이에 추가적인 커플링 안테나의 사용 없이 상기 패치 안테나가 상기 메인 반사경의 구멍 내에 위치하여 상기 서브 반사경의 피드 안테나로 동작하도록 하고, 상기 서브 반사경은 상기 패치 안테나로부터의 상기 방사선을 모으고, 상기 빔을 상기 메인 반사경 쪽으로 반사하여 상기 메인 반사경이 감소되는 빔폭의 상기 방사 빔을 생성하도록 배열되고,
    상기 서브 반사경은 반사표면을 포함하고, 최소한 상기 반사 표면의 제1 섹션은 원뿔 모양으로 꼭대기를 가지고, 상기 반사경 배열은 상기 터미널에 부착되는 경우 상기 꼭대기가 상기 패치 안테나를 향한 방향에 있도록 구성되고,
    상기 서브 반사경의 상기 반사표면은 상기 제1 섹션을 둘러싸는 추가 섹션을 포함하고, 상기 추가 섹션은 상기 제1 섹션과 축을 공유하는 원뿔대의 모양을 가지며, 상기 원뿔대는 상기 제1 섹션이 상기 공유 축에 대하는 각보다 상기 공유 축에 대해 더 큰 각을 대하는
    반사경 배열.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 서브 반사경의 상기 반사 표면의 투영 면적은 상기 메인 반사경의 투영 면적의 8분의 1보다 크고, 상기 투영 면적은 상기 메인 반사경에 의해 생성되는 방사 빔의 방향에 수직인 평면에서 측정되는
    반사경 배열.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 서브 반사경은 상기 서브 반사경의 주변에 배치되는 반사 장벽을 포함하고, 상기 반사 장벽은 상기 서브 반사경의 주변으로부터 상기 메인 반사경을 향한 방향에 있도록 하는
    반사경 배열.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반사 장벽은 상기 안테나의 동작 주파수에서의 파장의 16분의 1보다 크고 파장의 4분의 1보다는 작은, 상기 서브 반사경의 반사 표면의 주변으로부터 상기 메인 반사경을 향한 방향에서 측정되는 높이를 가지는
    반사경 배열.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반사 장벽의 상기 높이는 상기 안테나의 동작 주파수에서의 파장의 8분의 1인
    반사경 배열.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 반사 장벽은 상기 피드 안테나에 의해 생성되는 방사 빔의 방향과 수직인 평면에 수직인
    반사경 배열.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 서브 반사경의 주변에 배치되는 유전 링을 더 포함하고,
    상기 유전 링은 반지름 방향으로 상기 서브 반사경의 상기 주변으로부터 밖으로 향한 방향에 있도록 하는
    반사경 배열.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유전 링은 반지름 방향으로 상기 안테나의 동작 주파수에서의 파장의 8분의 1 및 2분의 1사이의 거리만큼 상기 서브 반사경의 주변으로부터 밖으로 향한 방향에 있도록 하는
    반사경 배열.
  11. 제9항에 있어서,
    최소한 상기 유전 링의 어느 섹터는 상기 유전 링의 외부 원주에 인접한 두께보다 상기 유전 링의 내부 원주에 인접한 두께가 더 두꺼운
    반사경 배열.
  12. 제11항에 있어서,
    최소한 상기 유전 링의 어느 섹터에서 상기 유전 링은 삼각형의 단면도를 갖는
    반사경 배열.
  13. 제11항에 있어서,
    최소한 상기 유전 링의 어느 섹터에서, 상기 유전 링의 내부 원주에 인접한 상기 두께는 상기 유전 링이 상기 서브 반사경의 주변으로부터 밖으로 향한 방향에 있도록 하는 거리의 4분의 1 및 4분의 3 사이인
    반사경 배열.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 유전 링은 상기 유전 링의 원주 주변에 고르게 배열된 두꺼운 섹터 및 얇은 섹터를 포함하고,
    상기 유전 링의 상기 두꺼운 섹터는 상기 반지름 방향의 거리에서 상기 얇은 섹터의 두께보다 두꺼운 두께 - 상기 유전 링의 중심으로부터 최소 하나의 반지름 방향의 거리에서 상기 서브 반사경의 회전대칭축과 수직인 평면에서 측정됨-; 를 갖는
    반사경 배열.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 유전 링의 두꺼운 섹터는 삼각형의 단면을 갖는 반지름 방향 베인(vane)으로 배열되고, 주변에 대해 상기 안테나의 동작 주파수에서의 파장의 8분의 1보다 작은 간격을 갖는
    반사경 배열.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 유전 링은 2 내지 4의 범위 내에서 상대 유전율을 갖는 물질로 구성되는
    반사경 배열
  17. 제9항에 있어서,
    상기 유전 링은 폴리카보네이트로 구성되는
    반사경 배열.
  18. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선 통신 터미널은 상기 패치 안테나를 커버하는(cover) 섹션을 포함하는 하우징(housing)을 갖고,
    상기 반사경 배열은 상기 무선통신 터미널로 상기 반사경 배열을 부착하는 상기 무선 통신 터미널의 상기 하우징 위에 맞도록 하는
    반사경 배열.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 메인 반사경은 대칭적인 부분 및 비대칭적인 부분을 가지고, 상기 대칭적인 부분은 상기 메인 반사경의 축에 대하여 회전대칭이고, 상기 비대칭적인 부분은 상기 무선 통신 터미널의 상기 하우징을 수용하는 모양을 갖는
    반사경 배열.
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