KR102364013B1 - 저손실 전기 전송 메커니즘과 이를 이용한 안테나 - Google Patents

저손실 전기 전송 메커니즘과 이를 이용한 안테나 Download PDF

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Abstract

매우 낮은 손실을 가지는 전자기 전송선 시스템은 일측 상의 도체에 인접한 저 유전체 재료, 반대 측 상의 도체 및 도체들 중 적어도 하나가 부착되는 기판을 포함한다. 또한 방사 에너지를 전송하기 위해 전자기 전송선 시스템을 통합한 안테나가 제공된다.

Description

저손실 전기 전송 메커니즘과 이를 이용한 안테나
본 출원은 2017년 6월 22일자로 출원된 미국가출원 제62/523,498호, 2016년 12월 7일자로 출원된 미국가출원 제62/431,393호, 2017년 1월 31일자로 출원된 미국특허출원 15/421,388호 및 2017년 7월 19일자로 출원된 미국특허출원 제15/654,643호로부터 우선권을 주장하며, 이들 모두의 개시 내용은 전체적으로 본원에 참고문헌으로 인용되어 있다.
본 개시 내용은 일반적으로 안테나 분야에 관한 것이다. 특히 본 개시 내용은, 특히 안테나에 적합한, 전자기 에너지를 전도하기 위한 전송 메커니즘에 관한 것이다.
위치들(locations) 사이에서 전자기 에너지를 전달하는 통상적인 방법들은 마이크로스트립 인쇄 기술(microstrip printed technology)을 가지거나 금속 도파관(metallic wave-guide)을 사용하는 회로기판(circuit board)을 사용하는 것이다. 도파관에 비해 회로기판의 장점은 더 큰 부피로 생산될 수 있고, 편평하다는 것이다. 단점은 고주파 전자 신호가 이동하는 거리에 비례하는 손실이다. 금속 도파관의 장점은 낮은 손실로 작동하지만, 단점은 회로기판만큼 얇지도 않고 비용면에서도 효과적이지 않다는 점이다.
일부 회로기판의 기판들(circuit board substrates)은 낮은 전파 손실을 갖도록 설계된다. 전형적인 저손실 기판은 테프론(Teflon) 및 유리(glass)의 혼합물이다. 그러나, 이러한 회로기판은 엄청난 압력을 요구하는 테프론 및 유리를 편평하게 프레싱하는 공정 때문에, 막대한 비용이 든다.
폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene)(일반적으로 테프론으로 불림)과 같은 많은 저손실 재료의 한 가지 문제점은 이들 재료에 대한 열 팽창 및 수축 비율이 그렇지 않으면 본딩될(which they would otherwise be bonded to) 전도성 금속에 대한 열팽창 및 수축 비율과 비교하여 매우 다르다는 것이다. 예컨대, 테프론에 구리선(copper line)이 형성되면 테프론은 구리와 다른 비율로 온도에 따라 팽창하여 구리를 박리(delaminate)한다. 이러한 팽창 문제를 다루기 위한 현재의 기술은 테프론 재료를 유리로 채워서 열팽창 계수를 감소시키고 실질적인 다른 공정들과 함께 사용하는 것이다.
테프론과 같은 많은 저손실 재료들의 또 다른 문제점은 이들이 낮은 표면 에너지를 가지므로 전도성 회로에 본딩하기가 어렵다는 것이다. 많은 경우에 글루(glues) 또는 다른 접착제들(adhesives)이 사용되며 이러한 재료들은 음의 RF 전파 계수(negative RF propagation factors)를 가진다.
따라서, 예컨대 무선 통신(wireless communication)에 사용되는 안테나에 사용될 수 있는 전자기 에너지를 위한 개선된 전송 매체들(improved transmission vehicles)에 대한 요구가 당 업계에 존재한다.
본 발명의 일부 양태들 및 특징들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 개시 내용의 다음의 요약이 포함된다. 이러한 요약은 본 발명의 광범위한 개요가 아니며, 본 발명의 핵심 또는 중요한 요소를 특별히 식별하거나 본 발명의 범위를 기술하기 위한 것이 아니다. 그 유일한 목적은 아래에 제시된 보다 상세한 설명의 서두로서 단순화된 형태로 본 발명의 일부 개념을 제시하는 것이다.
개시된 실시예들은 더욱 저렴한 비용으로 회로기판의 장점을 가지는 편평하고 저손실 재료를 가능하게 한다. 개시된 실시예들에서, 실시예들은 안테나에 적용되지만, 마이크로파(microwaves), 레이더(radars), 라이다(LIDAR) 등과 같은 고주파 전자 전송을 필요로하는 다른 장치에 적용될 수 있다.
개시된 실시 예들에서, 기판 재료의 유리 로딩(loading)은 필요하지 않다. 유전체 재료(dielectric material), 예컨대 테프론(Teflon®)은 임의의 박리 가능성없이 x, y 및 z 치수에서 열적으로 크기를 자유롭게 변경할 수 있다. 이것은 구리가 유전체 재료에 본딩되지 않지만, 인접 접촉(proximate contact) 상태로 유지되기 때문에, 구리와 접지면(ground plane) 사이의 전자 흐름에 영향을 주지 않으면서 유전체 재료가 구리 아래에서 미끄러질 수 있도록 허용한다.
일부 실시예들에서, 필름 기판은 일측면상의 전도성 회로(conducting circuitry)에 화학적으로 또는 기계적으로 본딩되고, 서로 인접 접촉하는 기판에 부착된 유전체 플레이트 및 도체 회로(conductor circuitry)를 유지하기 위해 유전체 플레이트(dielectric plate)의 방향으로 힘 벡터(force vector)를 가지고 압력이 필름 기판에 적용된다.
일부 실시예들에서, 전도성 물질은 기판의 일 측면에 화학적으로 또는 기계적으로 본딩되고, 서로 아주 인접하게 기판에 부착된 저 유전체 재료(low dielectric material) 및 도체를 유지하기 위해 저 유전체 재료의 방향으로 힘 벡터를 가지고 압력이 전도성 물질에 적용된다.
일부 실시예들에서, 전도성 회로는 2 개의 절연성 기판들 사이에 기계적으로 유지된다.
개시된 실시예들에서, 예컨대 유전체 볼트들(dielectric bolts) 또는 유전체 핀들(dielectric pins)을 사용하여 힘 벡터를 유지할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 저 유전체 재료와 저 유전체 재료와 인접 접촉하는 2개의 기판 재료들을 포함하는 고성능 전자기 전송 시스템(high performance electro-magnetic transmission system)이 제공되며, 여기서 기판 재료들 중 적어도 하나는 저 유전체에 화학적 또는 기계적인 본딩이 없고, 저 유전체 재료에 전기적으로 대향하는 도체 재료에 기계적으로 또는 전기적으로 부착된다.
개시된 양태들에 따르면, 고성능 전자기 전송 선 시스템(high performance electro-magnetic transmission line system)을 제조하는 방법이 제공되며, 기판을 얻는 단계; 기판의 제1표면 상에 제1전도성 회로를 위치시키는 단계; 절연판을 얻는 단계; 절연 플레이트의 제1표면 상에 제2전도성 회로를 위치시키는 단계; 및 기판을 절연 플레이트에 부착하는 단계를 포함한다. 이 방법은 절연 플레이트와 인접 접촉하는 제1 및 제2전도성 회로 중 적어도 하나를 유지하기 위해 압력을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은 절연 플레이트를 통해 유전체 핀들을 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태들 및 특징들은 다음의 도면들을 참조하여 이루어진 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 도면들은 첨부된 청구항들에 의해 한정되는 본 발명의 다양한 실시예들의 다양한 비-제한적인 예시들을 제공한다는 것을 이해하여야 한다.
첨부된 도면들은 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하고, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 예시하는 역할을 한다. 도면들은 예시적인 실시예들의 주요 특징들을 도식적인 방법으로 도시하기 위한 것이다. 도면들은 실제 실시예들의 모든 특징이나 묘사된 요소들의 상대적인 치수들을 나타내기 위한 것이 아니며, 그리고 축척대로 도시되지 않는다.
도 1은 전송장치의 일 실시예의 단면도이다.
도 2는 전송장치의 다른 실시예를 도시한다.
도 3은 전송장치의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 4는 회로 및 접지가 기판 상에 제공되는 또 다른 실시예를 도시한다.
도 5는 2개의 유전체 플레이트들이 사용되는 일 실시예를 도시한다.
도 6은 2개의 유전체 플레이트들이 사용되는 다른 실시예를 도시한 반면, 도 6a는 유전체 플레이트가 제거된 변형예를 도시한다.
도 7은 다중층 전도성 회로를 가지며, 안테나를 형성하기 위한 방사 패치를 가지는 일 실시예를 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 명세서에 설명된 임의의 실시예에 따른 전도성 선들을 포함하는 안테나의 예시를 도시한다.
본 발명의 전기 전송 메커니즘의 실시예들은 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 다른 실시예들 또는 이들의 조합들은 다른 애플리케이션들을 위해 사용될 수 있거나 또는 다른 이점들을 달성하는데 사용될 수 있다. 달성하고자 하는 결과에 따라, 본 명세서에 개시된 다른 특징들은 요건들 및 제약들과의 장점을 균형을 이루면서 부분적으로 또는 완전하게, 단독으로 또는 다른 특징들과 함께 이용될 수 있다. 따라서, 소정의 이점은 다른 실시예들을 참조하여 강조될 것이나, 개시된 실시예에 한정되지는 않는다. 즉, 본 명세서에 개시된 특징들은 그것들이 기술된 실시예에 한정되지 않고, 다른 특징들과 "혼합되고 매칭"될 수 있으며, 다른 실시예들에 포함될 수 있다.
개시된 실시예는 절연 및 전도성 재료들의 다중 층을 사용하며, 이들 층은 서로 접촉하도록 이루어지며, 따라서 저 손실 고주파 전달 매체를 생성한다. 하나의 실시예에서의 층은, 얇은 필름 캐리어 재료(thin film carrier material) (예컨대, 폴리이미드(polyimide)), 구리 회로, 저 손실 재료의 유전체 플레이트, 예컨대, 테프론 및 접지면으로서 작용하는 전도성 재료의 플레이트를 포함한다.
도 1은 다중층 접근법을 이용하는 일 실시예의 단면을 도시한다. 이러한 실시예의 전송 장치(100)는 예컨대, 폴리이미드와 같은 박막으로 제조된 캐리어(105)를 포함하며, 따라서 때때로 본 명세서에서 필름 기판으로 지칭된다. 전도성 회로(110)는 전도성 회로(110)를, 예컨대 증착(depositing), 도금(plating) 또는 접착(adhering)함으로써 캐리어(105) 상에 형성된다. 전도성 회로 (110)는, 적절한 회로도를 사용하여 형성된 예컨대, 구리로 제조될 수 있다. 캐리어(105)는 예컨대, PTFE(폴리 테트라 플루오로 에틸렌 또는 테프론((Polytetrafluoroethylene or Teflon®))), PET(폴리에틸렌 테레 프탈레이트((Polyethylene terephthalate))), Rogers® (FR-4 인쇄 회로 기판의 기판(FR-4 printed circuit board substrate)) 또는 다른 저 손실 재료일 수 있는 유전체 플레이트(120)에 부착된다. 캐리어는 전도성 회로(110)가 캐리어(105)와 유전체 플레이트(120) 사이에 개재되도록 유전체 플레이트(120)에 부착된다. 선택적으로, 접착제(115)는 캐리어(105)와 유전체 플레이트(120) 사이에 제공된다. 전도성 코팅제(125)는 유전체 플레이트(120)의 바닥에 제공되고 전도성 회로(110)에서 전송된 신호에 대한 공통 접지로서 작용한다.
도 2는 유전체 플레이트 (220)와 인접 접촉하는 전도성 회로(210) 및 전도성 접지(225)를 유지하기 위해 압축 방법을 이용하는 다른 실시예를 도시한다. 구체적으로, 도 1에서와 같이, 도 2의 실시예에서, 전도성 회로(210)가 형성되고, 예컨대, 박막 캐리어(205) 상에 증착, 도금 또는 접착된다. 이러한 박막 캐리어(205)는 박막 캐리어(205)와 유전체 플레이트(220) 사이에 전도성 회로(210)를 가지는 유전체 플레이트 (220)의 상부에 배치된다. 또한, 전도성 코팅제(225)는 유전체 플레이트(220)의 바닥에 제공되고 전도성 회로(210)에서 전송된 신호에 대한 공통 접지로서 작용한다. 이러한 완전한 조립체는 압축성 절연체(230) 내에 배치된다. 압축성 절연체는 상부 리테이너 플레이트(top retainer plate, 235) 및 하부 리테이닝 플레이트(bottom retaining plate, 240) 상에서 작동하는 볼트들(250)에 의해 압축된다. 예컨대, 상부 및 하부 리테이닝 플레이트들(top and bottom retaining plates) 중 하나 또는 모두는 전송장치(transmission arrangement)가 설치된 하우징의 일부일 수 있다.
도 2의 예시에서, 상부 리테이너 플레이트(235)는 볼트 및 너트 장치(250)의 사용에 의해 하부 리테이닝 플레이트(240)로부터 특정 거리로 유지된다. 이것은 압축성 절연체(230)에 가해지는 결합된 힘들을 제한하고, 따라서 전송장치의 완전한 조립체에 가해지는 압력을 제한한다. 압력은 전도성 회로(110)에 대해 캐리어 (205)를 가압하여 유전체 플레이트(220)에 단단히 고정되도록 설계된다. 유사하게, 전도성 코팅제(225)는 하부 리테이닝 플레이트(240)에 의해 유전체 플레이트(225)에 대해 가압된다. 압력의 크기는 열팽창 동안 유전체 플레이트(220)와 전도성 회로(210) 사이에서 미끄러질 수 있도록 설계될 수 있다.
일부 실시예에서, 박막 캐리어(205), 전도성 회로(210), 유전체 플레이트(220) 및 공통 접지(225)의 내부 조립체는 정렬 될 수 있고 측면 정렬로 유지될 수 있다. 도 2의 예시에서, 압축성 재료 (230)는 측면 정렬을 유지하는데 사용된다. 선택적으로, 또는 부가 적으로, 예컨대, 핀, 용접, 접착 등과 같은 측면 정렬 수단(245)은 재료의 팽창 변화를 가능하게 하면서 측면 정렬(lateral registration)을 유지하는데 사용될 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 측면 정렬 수단(245)은 테프론과 같은 유전체 재료로 만들어진 핀들이다.
핀들이 하나의 위치에서만 보여지는 한, 그러한 핀들은 또한 250의 볼트들과 결합될 수 있고 전도성 회로(210) 및 접지면(225)의 RF 특성을 간섭하지 않도록 225, 220 및 210의 재료를 통해 배치 될 수 있다. 그러한 실시예에서, 핀들은 회로들의 RF 특성에 부정적인 영향을 미치지 않고 핀들이 210의 회로와 인접하게 위치될 수 있도록 220에서 발견되는 것과 같은 유사하거나 매칭되는 저 유전체 재료로 만들어 질 수 있다.
따라서, 이해할 수 있는 바와 같이, 하나의 양태에 따르면, 전자기 전송 선 시스템이 제공되며, 필름 기판; 필름 기판의 일면에 위치하는 전도성 회로; 필름 기판과 접촉하는 제1표면을 가지는 유전체 플레이트; 및 유전체 플레이트의 제2표면에 부착되거나 또는 유전체 플레이트의 제2표면에 인접 접촉(proximate contact)하는 전도성 접지를 포함한다. 전도성 회로는 필름 기판과 유전체 플레이트 사이에 개재될 수 있고 필름 기판에 부착될 수 있고 유전체 플레이트에 부착되지 않을 수 있다. 상부 리테이닝 멤버(top retaining member)는 필름 기판 상에 위치될 수 있고 하부 리테이닝 멤버(bottom retaining member)는 전도성 접지 상에 위치 될 수 있으며, 그리고 압력 어플리케이터(pressure applicator)는 상부 리테이닝 멤버 및 하부 리테이닝 멤버에 압축력을 인가할 수 있다. 복수의 정렬기들(aligners)은 필름 기판과 유전체 플레이트 사이의 측면 정렬을 유지하도록 구성될 수 있다. 유전체 플레이트는 폴리 테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 유리 섬유 함침 폴리프로필렌(glass fiber impregnated Polypropylene), 또는 다른 폴리 프로필렌 재료(Polypropylene material)로 제조될 수 있다.
도 1 및 도 2의 실시예에서, 전도성 회로(210)를 캐리어(205)에 형성하거나 또는 본딩하는 방법은 전도성 회로와 공통 접지(225) 사이에서 흐르는 전기 신호 전송에 영향을 미치지 않는다. 전송은 유전체 플레이트(220)의 두께 및 유전율(dielectric constant)에 의해 결정된다. 따라서, 다양한 본딩 접착제들 또는 성형 방법들은 전송 손실을 부여하는데 덜 고려하여 사용될 수 있다.
도 3에 도시된 또 다른 예시에서, 캐리어 기판(305)은 유전체 플레이트(320)에 접촉하여 캐리어 기판(305)이 유전체 플레이트(320)에 대해 쉽게 미끄러질 수 있다. 도시된 바와 같이, 도 3의 실시예의 구성 요소들은 캐리어 기판(305)이 플립(flipped) 된 것을 제외하고 도 2의 구성 요소들과 동일하며, 그 결과 전도성 회로(310)는 유전체 플레이트(320)로부터 떨어진다. 이러한 버전은 캐리어 기판(305)을 충분히 얇게 형성하거나 적절한 유전율을 가지는 재료를 적절하게 선택함으로써 부여되는 손실을 최소화하면서 작동할 수 있다. 이러한 경우, 유효 유전율은 유전체 플레이트(320)의 유전율과 캐리어(305)의 유전율의 조합이다. 그러나, 캐리어를 매우 얇게 제조함으로써, 유효 유전율에 대한 기여는 무시될 수 있다.
도 4는 회로 및 접지 둘 다 필름 기판 상에 제공되는 또 다른 실시예를 도시한다. 특히, 이전과 같이, 전도성 회로(410)는 폴리이미드와 같은 필름 기판(405) 상에 형성된다. 그러나,이러한 실시예에서 공통 접지(425)는 또한 폴리이미드일 수있는 필름 기판(405') 상에 형성된다. 2개의 기판들(405, 405')은 유전체 플레이트(420)와 접촉하게 된다. 이러한 방식으로, 전도성 선들(410 또는 425) 중 어느 것도 유전체 플레이트와 접촉하지 않는다. 필름 기판은 임의의 적절한 수단에 의해 유전체 플레이트(420)에 부착되거나 유지될 수 있다.
임의의 개시된 실시예를 제조하는 일반적인 방법은 절연성 필름으로 제조된 캐리어 기판의 일면 상에 전도성 회로를 형성하는 단계를 포함한다. 전도성 회로의 제조는 예컨대, 스퍼터링 증착(sputtering deposition), 전기 또는 무전해 도금(electro or electroless plating), 기판 상에 구리 선들의 부착(adhering copper lines onto the substrate) 등에 의해 수행될 수 있다. 유사하게, 전도성 공통 접지는 유전체 플레이트의 일면 상에 제조된다. 공통 접지의 제조는 예컨대, 스퍼터링 증착, 전기 또는 무전해 도금, 유전체 플레이트 상에 구리 필름의 부착 등으로 수행될 수 있다. 유전체 플레이트의 두께 및 재료는 전송 신호의 주파수 및 대역폭에 따라 선택된다. 이어서, 필름 기판은 유전체 플레이트의 노출된 표면(bare surface), 즉 공통 접지 반대 표면과 접촉하여 배치된다. 일 예시에서, 예컨대, 도 1 및 도 2에서, 필름 기판은 필름 기판과 유전체 플레이트 사이에 전도성 회로가 개재되도록 배치된다. 대안적으로, 예컨대,도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 필름 기판은 전도성 회로와의 표면과 반대 방향의 노출된 표면이 유전체 플레이트의 노출된 표면과 접촉하도록 배치된다. 배향에 관계없이, 필름 기판은 유전체 플레이트에 부착될 수 있거나 압축 압력과 같은, 다른 기계적인 수단을 사용하여 제 위치에 고정될 수 있다. 압축 압력은 볼트 및 너트를 사용하여 압축될 수 있는 압축 부재를 통해 적용될 수 있다.
한편, 도 5는 캐리어 기판이 사용되지 않은 예시를 도시한다. 오히려, 전도성 회로(510)는 전도성 재료로 형성되고 2개의 유전체 플레이트들(520, 520') 사이에 배치된다. 전도성 회로(510)는 유전체 플레이트(520, 520') 중 어느 하나에 부착될 필요가 없으며, 오히려 2개의 유전체 플레이트(520, 520')에 작용하는 압력에 의해 제 위치에 고정된다. 유전체 정렬 핀들(545)은 전도성 회로(510)를 전송 구조 내의 원하는 위치에 유지시키는데 사용될 수 있다.
도 6은 캐리어 기판이 이용되지 않는 또 다른 실시예를 도시한다. 오히려, 도 5의 실시예에서와 같이, 도 6의 콜 아웃(call out)에 도시된 평면도에서 예시 된 바와 같이, 전도성 회로(610)는 전도성 재료로 형성되고, 원하는 회로 형상을 가진다. 전도성 회로(610)는 2개의 유전체 플레이트들(620, 620') 사이에 배치된다. 접지 플레이트(625)는 유전체 플레이트(620) 아래에 배치되어 전도성 회로 (610)로부터 미리 설계된 이격 거리에 있게 된다. 전체 조립체는 핀들(645)에 의해 함께 유지된다. 본 명세서에 기술된 임의의 다른 실시예에서 또한 이용될 수 있는 이러한 실시예에서, 핀들(645)은 테프론과 같은 유전체 재료로 제조된다. 일단 핀들(645)이 조립체에 삽입될 경우, 뜨거운 철은 이들을 융합시키도록 사용되므로, 전체 조립체를 함께 유지시킨다.
명료성을 위해, 핀들이 이미지의 가장자리(edge)에 도시되어 있지만, 핀들은 또한 x, y 및 z 방향으로 적절한 정렬을 보장하는데 필요한 양으로 도면 내(internal)에 배치될 수 있다.
또한 도 6의 콜아웃에 도시한 바와 같이, 또 다른 옵션은 전도성 회로(610)에서 정렬 구조체(612)를 가지는 것이다. 전도성 회로를 유전체 플레이트들(620, 620') 사이에 배치할 때, 정렬 구조체(612)는 유전체 플레이트들(620, 620')에 제공된 홀들과 정렬된다. 이어서, 유전체 핀들이 홀들에 삽입되어, 전도성 회로(610)의 정렬을 유지한다. 이어서, 뜨거운 철은 유전체 핀들의 끝단을 융합시키고 전체 조립체를 함께 구멍을 뚫는데 사용된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전도성 회로 내에 정렬 구조체(612)를 포함하는 것이 가능하다. 그러한 경우에, 전도성 회로와 접지 면 사이의 유전체 플레이트(620)를 완전히 제거하여, 단지 전달 손실을 제공하는 공기만 가질 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같은 그러한 배치에서, 원하는 길이로 전도성 회로(610)와 접지 플레이트(625) 사이의 이격 거리를 유지하기 위해, 이러한 실시예에서 유전체 핀들(645)은 그 길이를 따라 2개의 상이한 직경으로 제조된다: 원하는 이격 길이에 대한 넓은 지름, 및 길이의 나머지에서 더 좁은 폭. 정렬 구성요소들(612)의 내부 지름은 유전체 핀(645)의 작은 지름에 끼워지도록 만들어지지만, 핀(645)의 더 큰 지름을 통과시키기에는 너무 작다. 따라서, 전도성 회로는 유전체 핀(645)의 큰 지름부의 길이에 의해 정해진 거리에서 유지된다.
따라서,도 6a에 도시된 실시예에 따르면, 저 손실 전송 회로가 제공되며, 전도성 접지면; 전도성 회로 플레이트; 전도성 접지면 및 전도성 회로 플레이트를 통해 삽입된 다수의 유전체 핀들; 전도성 접지면으로부터 설계된 이격 거리에서 전도성 회로 플레이트를 유지하는 수단을 포함하는 유전체 핀들;을 포함한다. 이격 거리를 유지하는 수단은 핀들의 길이를 따라 다수의 지름을 가지는 핀들을 포함할 수 있다.
도 7은 다중층 전도성 회로(710, 710')가 안테나 구조체에서 구현되는 실시 예를 도시한다. 물론, 도 7에는 2층의 전도성 회로만이 도시되어 있지만, 많은 전도성 회로층들이 구현될 수 있다. 도 7의 실시예의 구조체는 공통 접지면(725), 하부 유전체 플레이트(720), 제1전도성 회로(710), 중간 유전체 플레이트(intermediate dielectric plate, 720'), 제2전도성 회로(710'), 상부 유전체 플레이트(720'') 및 방사 패치들(770)을 포함한다. 이러한 예시에서, 전체 조립체는 뜨거운 철을 사용하여 융합된 유전체 핀들을 사용하여 제자리에 고정된다.
따라서, 도 7에 도시된 실시예에 따르면, 저손실 전송 회로를 포함하는 안테나가 제공되며, 절연성 스페이서 플레이트(insulative spacer plate); 절연성 스페이서 플레이트 상에 배치된 방사 패치; 유전체 플레이트; 유전체 플레이트의 일면 상에 위치되고 유전체 플레이트와 슬라이드 가능한 관계에 있는 전도성 회로; 및 전도성 회로 반대 방향의 유전체 플레이트의 제2표면 상에 배치된 전도성 접지를 포함한다.
본 명세서에 개시된 피딩 구조체(feeding structure)를 이용할 수 있는 안테나의 예시는 도 8a 및 도 8b의 다음의 설명으로부터 더 잘 이해될 수 있으며, 도 8c를 더 참조한다. 도 8a는 단일 방사 요소(810)의 평면도를 도시하고, 도 8b는 도 8a의 방사 요소(810)의 위치에서의 안테나의 관련된 단면의 횡단면을 도시한다. 도 8c는 도 8a 및 도 8b의 실시예에 적용 가능한 상부의 "투명한" 도면을 제공한다.
일반적으로 상부 유전체 스페이서(805)는 유전체(절연) 플레이트 또는 유전체 시트의 형태이고, 예컨대 유리, PET 등으로 이루어질 수 있다. 방사 패치(810)는, 예컨대, 전도성 필름, 스퍼터링, 프린팅 등을 부착함으로써 스페이서 위에 형성된다. 각각의 패치 위치에서, 비아(via)는 유전체 스페이서(805)에 형성될 수 있고, 방사 패치(810)에 물리적으로 및 전기적으로 연결되는 접촉부(contact, 825)를 형성하기 위해 예컨대, 구리의 전도성 재료로 채워질 수 있다. 지연선(delay line, 815)은 유전체 스페이서(805)의 하부 면(또는 상부 바인더(842)의 상부 면) 상에 형성되고, 접촉부(825)에 물리적으로 및 전기적으로 연결된다. 즉, 접촉부(825)를 통해 지연선(815)으로부터 방사 패치(810)까지 연속적인 DC 전기 연결이 있다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 지연선(815)은 구불구불한(meandering) 전도성 선이고 원하는 지연을 생성하기에 충분한 길이를 갖도록 임의의 형상을 취할 수 있으며, 이에 따라 RF 신호에서 원하는 위상 시프트(phase shift)를 일으킨다.
지연선(815)의 지연은 가변 유전체 상수 재료(variable dielectric constant material, 844)를 가지는 가변 유전체 상수(VDC) 플레이트(840)에 의해 제어된다. VDC 플레이트(840)를 구성하기 위한 임의의 방법이 안테나의 실시예들과 함께 사용하기에 적합할 수 있지만, 특정 실시예들에서의 약어로서 VDC 플레이트(840)는 상부 바인더(842),(예컨대, 유리 PET 등) 가변 유전체 상수 재료(844)(예컨대, 트위스트 네마틱 액정층(twisted nematic liquid crystal layer) 및 하부 바인더(846)를 포함한다. 다른 실시예에서, 바인더 층들 (842, 844) 중 하나 또는 모두는 생략될 수 있다. 선택적으로, 에폭시(epoxy) 또는 유리 비드(glass beads)와 같은 접착제는 바인더 층들(842 및 / 또는 844) 대신에 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 예컨대 트위스트 네마틱 액정층을 사용할 때, VDC 플레이트(840)는 또한 스페이서(805)의 바닥 위에 증착 및/또는 접착될 수 있거나 상부 바인더(842) 상에 형성될 수 있는 정렬층(alignment layer)을 포함한다. 정렬층은 한정 기판의 에지에서 LC의 분자를 정렬시키기 위해 UV로 러브(rubbed)되거나 경화되는 폴리이미드-계 PVA(polyimide-based PVA)와 같은 얇은 재료층일 수 있다.
VDC 플레이트(840)의 유효 유전체 상수는 VDC 플레이트(840)를 가로질러 AC 또는 DC 전위를 인가함으로써 제어될 수 있다. 그 목적을 위해, 전극이 형성되고 제어 가능한 전압 전위에 연결된다. 전극을 형성하기 위한 다양한 장치들이 존재하며, 몇 가지 예시가 개시된 실시예에 도시될 것이다. 도 8b에 도시된 장치에서, 2개의 전극들(843, 847)이-하나는 상부 바인더(842)의 하부 면에, 다른 하나는 하부 바인더(846)의 상부 면에 제공된다. 하나의 예시로서, 전극(847)은 가변 전압 전위(variable voltage potential, 841)에 연결된 것으로 도시되어 있지만, 전극 (843)은 접지에 연결되어 있다. 하나의 대안으로서, 파선으로 도시된 바와 같이, 전극(843)은 또한 가변 전위(849)에 연결될 수 있다. 따라서, 가변 전위(841) 및/또는 가변 전위(849)의 출력 전압을 변화시킴으로써, 전극(843, 847) 근방의 VDC 재료의 유전율을 변화시킬 수 있어, 지연선(815) 위에서 진행하는 RF 신호를 변화시킬 수 있다. 가변 전위(841) 및/또는 가변 전위(849)의 출력 전압을 변경하는 것은 제어기가 가변 전위(841) 및/또는 가변 전위(849)의 적절한 출력 전압을 설정하기 위해 적절한 제어 신호를 출력하도록 하는 작동 소프트웨어(running software)인 Ctl 제어기를 사용하여 수행할 수 있다. 따라서 안테나의 성능과 특성은 소프트웨어-소프트웨어로 제어되는 안테나를 사용하여 제어할 수 있다.
이러한 점에서, 주제 설명에서 접지 또는 공통 접지라는 용어의 사용은 일반적으로 수용 가능한 접지 전위, 즉 접지 전위(earth potential) 및 공통 또는 기준 전위(common or reference potential) 둘 다를 지칭하는 것으로 명확해야 한다. 이것은 설정 전위(set potential) 또는 플로팅 전위(floating potential)이다. 유사하게, 도면에서 접지에 대한 기호가 사용되는 동안, 그것은 접지(earth) 또는 공통 전위(common potential)를 의미하는 약어로 교환 가능하게 사용된다. 따라서, 본 명세서에서 접지라는 용어가 사용될 때마다, 설정될 수 있거나 플로팅 전위 일 수 있는 공통 또는 기준 전위라는 용어가 명세서에 포함된다.
모든 RF 안테나와 마찬가지로, 수신 및 전송은 대칭적이므로, 하나의 설명이 다른 RF 안테나에도 동일하게 적용된다. 이러한 설명에서 전송을 설명하는 것이 더 쉬울 수도 있지만 수신은 단지 반대 방향으로 동일하다.
송신 모드에서, RF 신호는 커넥터(865)(예컨대, 동축 케이블 커넥터)를 통해 공급 패치(feed patch, 860)에 인가된다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 공급 패치(860)와 지연선(815) 사이에는 전기적 DC 연결이 없다. 그러나, 개시된 실시예에서, 층들은 RF 단락(RF short)이 공급 패치(860)와 지연선(815) 사이에 제공되도록 설계된다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 후면 평탄 전도성 접지(back plane conductive ground)(또는 공통)(855)는 후면 평탄 절연체(back plane insulator)(또는 유전체)(850)의 상부 면과 하부 바인더(846)의 하부 면 사이에 위치된다. 후면 평탄 전도성 접지(855)는 일반적으로 안테나 어레이의 전체 영역을 덮는 도체 층이다. 각 RF 공급 위치에서, 윈도우(DC 차단)(853)가 후면 도전성 접지(855)에 제공된다. RF 신호는 윈도우(853)를 통해 공급 패치(860)로부터 이동하고 지연선(815)에 결합된다. 리버스는 수신 중에 발생한다. 따라서, DC 개방 및 RF 단락이 지연선(815)과 공급 패치(860) 사이에 형성된다.
일 실시예에서, 후면 평탄 절연체(850)는 Rogers®(FR-4 인쇄 회로 기판)로 이루어지고, 공급 패치(860)는 Rogers 상에 형성된 전도성 선이 될 수 있다. Rogers를 사용하는 대신 PTFE(Polytetrafluoroethylene 또는 Teflon®) 또는 기타 저 손실 재료를 사용할 수 있다.
개시된 실시예의 RF 단락(가상 초크라고도 함)설계를 더 이해하기 위해, 도 8c를 참조한다. 도 8c는 신호 패치(810)에 연결된 2개의 지연선을 가지는 실시예를 도시하며, 그 결과 각각의 지연선은 상이한 신호, 예컨대 상이한 분극(different polarization)으로 전달할 수 있다. 다음의 설명은 지연선들 중 하나에 대해 이루어지며, 다른 것은 유사한 구조를 가질 수 있다.
도 8c에서, 방사 패치(810)는 접촉부(825)에 의해 지연선(815)에 전기적으로 DC 연결된다(다른 공급(feed)에 대한 지연선은 도면 부호 817로 참조된다). 따라서,이러한 실시예에서 RF 신호는 지연선(815)으로부터 접촉부(825)를 통해 직접 방사 패치(810)로 전송된다. 그러나, 공급 패치(860)와 지연선(815) 사이에 DC 연결이 이루어지지 않는다; 오히려, RF 신호는 공급 패치(860)와 지연선(815) 사이에 용량성으로(capacitively) 결합된다. 이것은 접지 면(850)의 구멍을 통해 이루어진다. 도 3b에 도시 된 바와 같이, VDC 플레이트(840)는 지연선(815) 아래에 위치되지만, 도 8c에서는 RF 단락 형태의 더 나은 이해를 위해 도면을 단순화하기 위해 도시되지 않았다. 후면 접지 면(back ground plane, 850)은 윈도우(DC 차단)(853)를 또한 보여주는 해치 표시들(hatch marks)에 의해 부분적으로 나타낸다. 따라서, 도 8C의 예시에서, RF 경로는 방사 패치(810), 접촉부(825), 지연선(815), 윈도우(850)를 통해 용량성으로 공급 패치(860)에 대한 것이다.
RF 신호의 효율적인 결합을 위해, "L"로 표시된 윈도우(853)의 길이는 공급 패치(860)에서 이동하는 RF 신호의 파장의 약 절반, 즉 λ/2로 설정되어야 한다. "W"로 표시된 윈도우의 폭은 파장의 약 1/10, 즉 λ/10로 설정되어야 한다. 또한, RF 신호의 효율적인 결합을 위해, D로 표시된 바와 같이, 공급 패치(860)는 윈도우(853)의 에지를 넘어 약 1/4 파장, λ/4로 연장된다. 유사하게, 지연선(815)의 종단 단부(terminus end)(대향 단부 접점(825))는 E로 표시된 바와 같이, 윈도우(853)의 에지를 넘어 1/4 파장, λ/4로 연장된다. 공급 패치(860)에서 이동하는 RF 신호가 지연선(815)에서 이동하는 신호보다 더 긴 파장을 가지기 때문에, 거리 D는 거리 E보다 길게 도시된다.
본 개시 내용에서 파장 λ에 대한 모든 참조는 관련 매체에서 이동하는 파장을 나타내며, 파장은 디자인에 따라 안테나의 다양한 매체에서 이동함에 따라 변할 수 있고 DC 또는 AC 전위는 안테나 내의 가변 유전체 재료에 인가된다.
전술한 바와 같이, 도 8c의 예시에서 지연선과 방사 패치 사이의 RF 신호 경로는 저항성, 즉 물리적인 전도성 접촉부(physical conductive contact)를 통해 이루어진다. 한편, 지연선과 방사 패치 사이의 RF 신호 경로가 용량성, 즉 이들 사이에 물리적인 전도성 접촉부가 없는 변형예가 또한 구현될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c의 실시예에서, 단일 또는 조합된 전도성 요소들, 예컨대 지연선(815), 전극(843), 전극(847), 전도성 접지(855) 및 공급 패치(860)는 본 명세서에서 설명된 임의의 실시예들에 따라 구현될 수 있다.
상기의 상세한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 개시된 양태는 고성능 전자기 전송 시스템을 포함하며, 저 유전체 재료를 포함하는 절연 플레이트; 절연 플레이트의 제1표면에 인접한 제1전도성 회로; 절연 플레이트의 제2표면에 인접한 제2전도성 회로;를 포함하고, 그리고 제1 및 제2전도성 회로들 중 적어도 하나는 절연 플레이트에 대한 화학적인 또는 기계적인 본딩이 없고, 절연 플레이트에 대해 기계적으로 가압된다. 시스템은 상기 절연 플레이트와 접하는 기판을 더 포함 할 수 있으며, 제1 및 제2전도성 회로 중 적어도 하나는 상기 기판에 기계적으로 또는 화학적으로 부착된다. 시스템은 기판과 절연 플레이트 사이에 압축력을 가하도록 구성된 압축 수단을 더 포함할 수 있다. 압축 수단은 기판 위에 위치된 상부 리테이닝 멤버 및 절연 플레이트 위에 위치된 하부 리테이닝 멤버, 및 상부 리테이닝 멤버 및 하부 리테이닝 멤버에 압축력을 인가하는 압력 어플리케이터를 포함할 수 있다. 절연 플레이트는 폴리 테트라 플루오로 에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 폴리에틸렌 테레 프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 유리 섬유 함침 폴리 프로필렌(glass fiber impregnated Polypropylene), 또는 다른 폴리 프로필렌 재료(other Polypropylene material)로 제조된다.
본 명세서에 설명된 공정들 및 기술들은 본질적으로 임의의 특정 장치와 관련이 없으며, 구성 요소들의 임의의 적합한 조합에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 다양한 유형의 범용 장치들은 본 명세서에 설명된 가르침들에 따라 사용될 수 있다. 본 발명은 모든 면에서 제한적이기보다는 예시적인 것으로 의도된 특정 예시들과 관련하여 설명되었다. 당업자라면 많은 다른 조합들이 본 발명을 실시하기에 적합함을 알 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 다른 구현예는 본 명세서에 개시된 본 발명의 명세서 및 실시의 고려로부터 당업자에게 명백할 것이다. 설명된 실시예들의 다양한 양태들 및/또는 구성 요소들은 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 본 명세서 및 예시들은 단지 예시적인 것으로 고려되어야 하며, 본 발명의 진정한 범위 및 사상은 다음의 청구항들에 의해 표시된다.

Claims (23)

  1. 전자기 전송선 시스템으로서,
    필름 기판;
    상기 필름 기판의 일면에 위치하는 전도성 회로;
    상기 필름 기판과 접촉하는 제1 표면을 갖는 유전체 플레이트; 및
    상기 유전체 플레이트의 제2 표면에 인접 접촉(proximate contact)하는 전도성 접지를 포함하는 조립체;
    압축성 절연체- 상기 조립체는 상기 압축성 절연체 내부에 배치됨 -; 및
    상기 필름 기판 상에 위치된 상부 리테이닝 멤버, 상기 전도성 접지 상에 위치된 하부 리테이닝 멤버, 및 상기 상부 리테이닝 멤버 및 상기 하부 리테이닝 멤버에 압축력을 인가하는 압력 어플리케이터를 포함하는, 전자기 전송선 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 회로는 상기 필름 기판 및 상기 유전체 플레이트 사이에 개재된, 전자기 전송선 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 회로는 상기 필름 기판에 부착되고 상기 유전체 플레이트에 부착되지 않은, 전자기 전송선 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 플레이트의 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면은 상기 전도성 회로를 갖는 일 표면에 대향하는 상기 필름 기판에 인접하는, 전자기 전송선 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 필름 기판 및 상기 유전체 플레이트 사이의 측면 정렬을 유지하도록 구성된 정렬기들을 더 포함하는, 전자기 전송선 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 정렬기들은 유전체 핀들을 포함하는, 전자기 전송선 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 필름 기판은 폴리이미드(polyimide)를 포함하는, 전자기 전송선 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 플레이트는 폴리 테트라 플루오로 에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 폴리에틸렌 테레 프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 유리 섬유 함침 폴리 프로필렌(glass fiber impregnated Polypropylene), 또는 다른 폴리 프로필렌 재료(other Polypropylene material) 중 하나를 포함하는, 전자기 전송선 시스템.
  10. 고성능 전자기 전송 시스템으로서,
    기판;
    저 유전체 재료를 포함하는 절연 플레이트; 및
    상기 절연 플레이트의 제1 표면에 인접한 제1 전도성 회로, 및 상기 절연 플레이트의 제2 표면에 인접한 제2 전도성 회로를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 전도성 회로들 중 적어도 하나는 상기 절연 플레이트에 대한 화학적 또는 기계적 본딩이 없고, 상기 기판 상에 위치된 상부 리테이닝 멤버, 상기 절연 플레이트 상에 위치된 하부 리테이닝 멤버, 및 상기 상부 리테이닝 멤버와 상기 하부 리테이닝 멤버에 압축력을 인가하는 압력 어플리케이터에 의해 기계적으로 가압되는, 고성능 전자기 전송 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판은 상기 절연 플레이트에 접하며,
    상기 제1 및 제2 전도성 회로들 중 적어도 하나는 상기 기판에 기계적으로 또는 화학적으로 부착되는, 고성능 전자기 전송 시스템.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 기판은 상기 절연 플레이트에 물리적으로 부착된, 고성능 전자기 전송 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전도성 회로들 중 하나는 접착제에 의해 상기 기판에 고정된, 고성능 전자기 전송 시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전도성 회로들 중 하나는 무전해 도금(electroless plating)에 의해 상기 기판에 고정된, 고성능 전자기 전송 시스템.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 기판은 폴리이미드를 포함하는, 고성능 전자기 전송 시스템.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 절연 플레이트는 폴리 테트라 플루오로 에틸렌(Polytetrafluoroethylene), 폴리에틸렌 테레 프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 또는 Rogers® 중 하나를 포함하는, 고성능 전자기 전송 시스템.
  19. 고성능 전자기 전송선 시스템을 제조하는 방법으로서,
    기판을 얻는 단계;
    상기 기판의 제1 표면 상에 제1 전도성 회로를 위치시키는 단계;
    절연 플레이트를 얻는 단계;
    상기 절연 플레이트의 제1 표면 상에 제2 전도성 회로를 위치시키는 단계; 및
    상기 기판 상에 위치된 상부 리테이닝 멤버, 상기 절연 플레이트 상에 위치된 하부 리테이님 멤버, 및 상기 상부 리테이닝 멤버와 상기 하부 리테이닝 멤버에 압축력을 인가하는 압력 어플리케이터에 의해, 상기 기판을 상기 절연 플레이트에 부착하는 단계를 포함하는, 고성능 전자기 전송 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 기판을 상기 절연 플레이트에 부착하는 단계는,
    상기 절연 플레이트의 제1 표면에 대향하는 상기 절연 플레이트의 제2 표면에 상기 기판을 부착하는 단계를 포함하는, 고성능 전자기 전송선 시스템을 제조하는 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 기판을 상기 절연 플레이트에 부착하는 단계는,
    상기 절연 플레이트의 제2 표면에 상기 기판의 상기 제1 표면을 부착하는 단계를 포함하는, 고성능 전자기 전송선 시스템을 제조하는 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전도성 회로의 적어도 하나를 상기 절연 플레이트와 인접한 접촉 상태를 유지하도록 압력을 인가하는 단계를 더 포함하는, 고성능 전자기 전송선 시스템을 제조하는 방법.
  23. 제19항에 있어서,
    유전체 핀들을 상기 절연 플레이트를 통해 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을, 고성능 전자기 전송선 시스템을 제조하는 방법.
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