KR19990007464A - 마이크로파 및 밀리미터파 애플리케이션을 위한 광대역의 인쇄 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전체로 된 전면과 후면(2, 3)을 가지는 유전체 기판(1), 전자기 신호를 방출하고 받아들이는 제 1 및 제 2 요소(5, 6)로서 상기 전면 상에 인쇄되어 제 1 방향을 향하는 상기 제 1 요소(5)와, 상기 후면(3) 상에 인쇄되어 상기 제 1 방향과 반대 방향을 향하는 상기 제 2 요소(6)를 각각 구비하는 복수의 다이폴 수단(4) 및 상기 전면(2)에 인쇄되어 상기 제 1 요소(5)에 결합된 제 1 라인(8)과 상기 후면(3) 상에 인쇄되어 상기 제 2 요소(6)에 결합된 제 2 라인(9)을 포함하여 상기 다이폴 수단(4)과 신호를 주고받는 금속 스트립 수단(7)과, 상기 유전체 기판(1)의 상기 후면(3)과 공간을 두고 평행하게 위치된 반사기 수단(10)과, 상기 반사기 수단(10)과 상기 후면(3) 사이에 위치되어 있고 유전율이 1.2 이하인 저손실 재료(11)를 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 라인(8, 9)은 복수의 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)를 각각 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)는 각각 T형 연결부(15)에 의해 서로 연결되고, 각각의 상기 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)는 두 개의 인접 T형 연결부(15) 사이에서 테이퍼형으로 되어 있으며, 따라서 각 라인부(13, 14)의 폭이 상기 제 1 및 제 2 요소(5, 6) 쪽으로 갈수록 각각 증가하여 다음의 T형 연결부(15)에서 임피던스 변환을 제공하는 위상 어레이 안테나에 관한 것이다. 또한 본 발명은 마이크로파와 mm파 레인지를 위한 저비용 광대역 평면 인쇄 안테나 솔루션에 관한 것으로서, 60GHz에 대한 특정 솔루션을 소개한다.

Description

마이크로파 및 밀리미터파 애플리케이션을 위한 광대역의 인쇄된 위상 어레이 안테나

본 발명은 청구범위 제 1항에 따른 복수의 다이폴 수단을 구비하는 위상 어레이 안테나에 관한 것이다.

다이폴 안테나는 미국 특허 제 5021799호에 공지되어 있다. 상기 미국 특허에 개시된 다이폴 안테나에서는, 마이크로스트립-평형 라인 임피던스(microstrip-to-balanced line impedance) 전송을 위하여 마이크로스트립 전송 라인 수단의 제 1 및 제 2 라인이 테이퍼형으로 되어 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 라인이 유전체 기판의 중앙 평면 방향으로 분리되어 있어 전기장을 형성하고 상기 마이크로스트립 전송 라인 수단의 비평형 라인 수단으로부터 제 1 및 제 2 평형 다이폴 안테나 요소로 임피던스 변환을 일으킨다. 따라서, 미국 특허 제 5021799호에 개시된 안테나에서는, 비평형 전송으로부터 평형 전송으로의 변환이 상기 다이폴 안테나의 마이크로스트립 전송 라인 수단 내에서 이루어진다. 또한 상기 안테나는 클래식 다이폴 마이크로스트립 구조 때문에 본래 (광대역이 아닌) 선택식이다. 또한, 상기 공지된 안테나는 오차 감지식이다. 상기 공지된 안테나의 기판 두께는 0.0125 파장이며, 이것은 60GHz 레인지에 대하여 0.0625의 두께까지 연장될 수 있는데, 이것은 아주 얇아서 제조 및 취급에 주의를 요한다. 그러나, 미국 특허 제 5021799호에 개시된 다이폴 안테나의 특정 구조에 의하면, 상기 다이폴 안테나는 협소 대역 애플리케이션에 주로 적용될 수 있다. 제조상의 허용 오차, 유전체 재료에서 증가된 손실, 기판 두께의 증가, 반사기 평면에 동일한 거리를 두고 기판을 지지하는 것, 가능한 한 상위 모드를 나타내는 것 등이 더 낮은 마이크로파 레인지(3-30GHz)에서의 응용을 제한한다.

미국 특허 제 4737797호는 반사기 평면이 없는 다이폴 안테나를 개시하고 있다. 상기 다이폴 안테나는 마이크로스트립 전송 라인 수단 내에 전송부를 가지며, 상기 전송부에서 비평형 라인으로부터 평형 라인으로의 신호 변환이 이루어져서 제 1 및 제 2 평형 다이폴 요소에 의해 상기 신호가 방출되도록 한다. 미국 특허 제 4737797호에 개시된 다이폴 안테나는 1.7GHz(약 30%)까지의 광대역 폭을 나타낸다. 그러나, 밸런 회로(balun-circuit)에 대한 임계 허용 오차와 아주 얇은 기판(60GHz에 대하여 0.024mm)으로 인해, 상기 다이폴 안테나는 밀리미터파 레인지까지의 애플리케이션은 허용하지 않으며, 여기서 상기 구조(견고함) 및 그렇게 작은 두께의 유전체에 대한 물리적 지원이 가능한지는 의문이다.

따라서, 본 발명의 목적은 높은 효율로 광대역 폭내에서 밀리미터파의 주파수까지 응용할 수 있는 위상 어레이 안테나를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구범위 제 1항 및 11항의 특징을 가지는 위상 어레이 안테나에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 안테나는 유전체로 된 전면과 후면을 가지는 유전체 기판, 전자기 신호를 방출하고 받아들이는 제 1 및 제 2 요소로서 상기 전면 상에 인쇄되어 제 1 방향을 향하는 상기 제 1 요소와, 상기 후면 상에 인쇄되어 상기 제 1 방향과 반대 방향을 향하는 상기 제 2 요소를 각각 구비하는 복수의 다이폴 수단, 및 상기 전면에 인쇄되어 상기 제 1 요소에 결합된 제 1 라인과 상기 후면 상에 인쇄되어 상기 제 2 요소에 결합된 제 2 라인을 포함하여 상기 다이폴 수단과 신호를 주고받는 금속 스트립 수단과, 상기 유전체 기판의 상기 후면과 공간을 두고 평행하게 위치된 반사기 수단과, 상기 반사기 수단과 상기 후면 사이에 위치되어 있고 유전율이 1.2 이하인 저손실 재료를 구비하고, 여기서 상기 제 1 및 제 2 라인은 복수의 제 1 및 제 2 라인부를 각각 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 라인부는 각각 T형 연결부에 의해 서로 연결되고, 각각의 상기 제 1 및 제 2 라인부는 두 개의 인접 T형 연결부 사이에서 테이퍼형으로 되어 있으며, 따라서 각 라인부의 폭이 상기 제 1 및 제 2 요소 쪽으로 갈수록 각각 증가하여 다음의 T형 연결부에서 임피던스 변환을 제공한다.

본 발명에 따른 안테나는 아주 넓은 대역폭을 가지며, 밀리미터파 주파수 레인지까지 응용될 수 있다. 테이퍼 라인에 의해 피딩 네트워크의 몇몇 특정 임피던스로부터 임피던스 변환을 얻을 수 있으며, 따라서 효율이 좋고 높은 이득을 가지는 안테나를 제공할 수 있다. 또한, 간단한 플래너 기술, 인쇄 기술 또는 간단하고 값싼 포토리소그래픽 프린트 처리를 이용하여 저렴한 비용으로 본 발명에 따른 안테나를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 안테나는 소형으로 할 수 있으며, 다이폴 안테나의 낮은 오차 감도에 의해 높은 재생율을 가진다. 또한, 플래너 RF 어셈블리와 간단히 결합할 수 있는데, 향후의 마이크로파 및 밀리미터파 기술은 도파관 기술보다는 오히려 플래너 어셀블리에 기초될 것으로 추정되기 때문이다. 본 발명에 따른 안테나의 큰 이점은 상이한 주파수 대역에서도 상이한 종류의 통신 시스템에 대하여 동일한 안테나를 사용할 수 있다는 것이다. 가능한 식별 매스 마켓 애플리케이션의 예로는 광대역 홈 네트워크, 무선 LAN, 프라이비트 쇼트 라디오 링크, 자동 추진 장치의 밀리미터파 레이더, 마이크로파 라디오 및 TV 분배 시스템(송신기 및 울트라 로 코스트 수신기)를 들 수 있다. 몇몇 식별 주파수 대역은 5GHz, 10.5GHz, 17-19GHz, 24GHz, 26-27GHz, 28GHz, 40GHz, 51GHz, 59-64GHz, 76GHz 및 94GHz이다. 동시에 본 발명에 따른 안테나는 다음과 같은 일반적인 요구 사항을 만족시킨다. 즉, 특정 방사 패턴, 관련 주파수 대역에서의 양호한 매칭 및 양호한 효율을 가진다.

공지된 다이폴 안테나와 비교할 때, 본 발명에 따른 안테나의 특별한 이점은 하기에 설명한다. 본 발명에 따른 안테나는 공지된 마이크로스트립 다이폴 안테나에 비해서 30% 이상의 일(working) 레인지의 아주 큰 대역폭을 가진다. 따라서, 본 발명에 따른 동일한 안테나는 상이한 시스템 및 상이한 애플리케이션에 대해서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 안테나의 상이한 부분의 생산 허용 오차는 공지된 마이크로 다이폴 안테나에 대한 허용오차보다 훨씬 덜 까다로운데, 이것은 마이크로파와 밀리미터 파 레인지에서의 주파수에 대하여 아주 중요하다. 이러한 특정 구조에 의해, 본 발명에 따른 안테나는 공지된 마이크로스트립 다이폴 안테나에 비해서 더 높은 주파수(마이크로파 및 mm파 레인지)에서의 상위 모드 전송에 대하여 더 낮은 손실 및 감도를 가진다. 본 발명에 따른 안테나의 상기 낮은 감도 때문에, 특히 밀리미터파 주파수 레인지에 대한 제조는 훨씬 덜 까다롭다. 마이크로스트립 라인의 경우에 불필요한 상위 모드는 두께가 동일한 기판 쌍에 인쇄된 평형 마이크로스트립에 비해서 더 낮은 주파수에서 나타난다. 또한, 본 발명에 따른 안테나에서, 평형 마이크로스트립 피딩 라인 구조로 인해 공지된 마이크로스트립 다이폴 안테나에서보다 방사 패턴에 대한 피딩 네트워크의 영향을 더 적게 받는다. 최적의 일 시나리오를 위하여 요구된 유전체 구조의 두께는 공지된 마이크로스트립 다이폴 안테나에서 아주 작다. 상기 유전체 구조의 두께는 본 발명에 따른 안테나에 대해서는 그렇게 중요하지 않기 때문에, 본 발명에 따른 안테나는 생산하기 쉽고 비용도 적게 든다. 본 발명에 따른 안테나의 다른 큰 이점은 저비용의 포토리소그래픽 기술로서 안테나를 생산하므로서 적절한 최대 동작 주파수를 얻을 수 있다는 것이다. 유전체의 두께를 약 50㎛(상업적으로 이용 가능)로 하고 진보된 포토리소그래픽 기술을 이용하면, 본 발명에 따른 안테나의 양호한 최대 주파수는 94GHz 및 140GHz이다. 아주 진보된 기술을 이용했을 때, 공지된 마이크로스트립 다이폴 안테나의 양호한 최대 주파수는 40GHz 및 60GHz이며 재생 가능성에 문제가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 안테나는 특히 마이크로파와 밀리미터파 애플리케이션에 적합하고 까다로운 허용오차를 가지지도 않는 저가의 광대역 안테나를 제공한다.

본 발명에 따른 안테나의 다른 양호한 특징은 종속항에 기재되어 있다.

양호하게는, 각 라인부의 폭을 점차로 증가시켜 다음의 T형 연결부에서 1:2의 임피던스 변환비를 제공하는 것이 좋다. 상기 라인부는 선형 함수, 지수 함수 또는 다항 함수에 따라서 테이퍼될 수 있다. 저손실 재료는 상기 반사기 수단과 상기 후면을 지지하는 지지 구조인 것이 양호하다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 라인과 상기 T형 연결부는 평형화되어 상기 유전체 전후면 상에 서로 마주보도록 평행하게 배치되는 것이 양호하다.

상기 제 1 및 제 2 요소의 길이는 0.5λ 이하이고, 각 요소의 평균 너비(w)는 0.35λ이하이고, 상기 각 요소와 상기 각 요소에 결합된 상기 제 1 또는 제 2 라인 사이의 접촉 영역의 너비(c)는 0.1λ이하이며, 여기서 λ는 관련 대역의 중심 주파수의 자유 공간에서의 파장이며, 상기 각 라인과 상기 각 요소의 각각의 인접 변들 사이의 각은 10도 이상인 것이 양호하다. 상기 제 1 및 제 2 요소는 접촉 영역을 포함한 적어도 세 개의 코너를 가지는 구조를 가질 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 요소는 5각형이 양호하다. 또한 상기 반사기 수단으로부터 상기 유전체 기판 수단의 중간까지의 거리는 상기 저손실 재료(11) 내의 일(working) 대역 주파수의 전기적인 파장의 약 1/4이다. 양호하게는 본 발명의 안테나가 상기 제 1 및 제 2 라인에 결합된 천이 요소를 가지며 상기 천이 요소는 상기 제 1 및 제 2 라인과 상기 안테나와의 신호 통로인 도파로 사이에서 천이를 제공하며, 상기 천이 요소는 상기 제 1 라인에 결합된 제 1 치상 요소와 상기 제 2 라인에 결합된 제 2 치상 요소를 구비하고, 상기 제 1 치상 요소는 제 1 방향을 향하고 상기 제 2 치상 요소는 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향을 향하고, 상기 제 1 및 상기 제 2 방향은 상기 제 1 및 제 2 라인에 대하여 직각이다.

도 1은 본 발명에 따른 위상 어레이 안테나의 개략적인 평면도.

도 2는 도 1에 도시된 안테나의 일부 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 안테나의 구조를 나타내는 단면도.

도 4는 평형 금속 스트립 라인을 나타내는 본 발명에 따른 안테나의 상부의 단면도.

도 5는 테이퍼형 금속 스트립 라인의 일부 개략도.

도 6a 내지 6d는 다이폴 요소의 4개의 상이한 모양을 도시한 도면 .

도 7은 양호한 크기로 여러개 인쇄된 다이폴 요소의 개략적인 평면도.

도 8은 평형 마이크로스트립 사이의 천이를 위한 천이 요소의 개략적인 평면도.

도 9는 본 발명에 따른 평면 어레이로 집합된 멀티플라이드 다이폴 안테나의 입력 반사율을 나타내는 다이어그램.

도 10은 본 발명에 따른 위상 어레이 안테나의 이득을 나타내는 다이어그램.

도 11은 공지된 마이크로스트립 패치 안테나의 이득을 나타내는 다이어그램.

도 12는 공지된 모노폴 안테나의 입력 반사율을 나타내는 다이어그램.

도 13은 공지된 유전체 렌즈 안테나의 입력 반사율을 나타내는 다이어그램.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1. 기판 4. 다이폴 수단

7. 금속 스트립 8. 제 1 라인

9. 제 2 라인 10. 반사기

15. T형 연결부

이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 안테나의 개략적인 평면도로서, 상기 안테나는 공통면내의 유전체 기판 수단(1)의 전면(2)과 후면(3)으로부터 돌출되어 있는 금속 스트립 수단(7)과 복수의 다이폴 수단(4)을 구비한다. 본 발명에 따른 안테나에서, 상기 다이폴 수단(4)의 제 1 요소(5)는 상기 유전체 기판 수단(1)의 전면(2)에 인쇄되고 상기 다이폴 수단(4)의 제 2 요소(6)는 상기 유전체 기판 수단(1)의 후면(3)에 인쇄된다. 상기 제 1 요소(5)는 전면(2)에 의해 지지된 제 1 라인(8)에 접속되어 신호를 주고받는다. 상기 제 2 요소(6)는 후면(3)에 의해 지지된 제 2 라인(9)에 접속되어 신호를 주고받는다. 도 1에 도시된 예에서, 금속 스트립 수단(7)을 형성하는 제 1 라인(8)과 제 2 라인(9)은 평형 마이크로스트립 구조를 가지며, 상기 다이폴 안테나의 가장자리 부근에 있는 도파관 천이 요소(12)에 접속되어, 상기 평형 라인(8 및 9) 사이에서 상기 다이폴 수단(4)에 의해 방출되는 신호를 공급하는 도파관으로 천이한다. 상기 도파관 천이 요소(12)는 각 라인(8 및 9)을 도파관에 접속시키는 두 부분으로 이루어진다. 상기 도파관 천이 요소(12)의 두 부분은 상기 전면(2) 및 후면(3) 상의 상기 라인(8, 9)의 방향에 직각으로 배치된 복수개의 치상(teeth-like) 요소를 각각 포함하고 있다. 마이크로파 및 밀리미터파 영역에서 사용할 수 있는 장래의 통신 시스템은 플래너 기술을 기초로 할 것이며, 따라서 다른 종류의 천이 요소가 필요하게 될 것이다. 평면의 프런트 엔드(front end)가 없기 때문에 도시된 예에서는 상기 도파관 천이 요소(12)가 중요하다.

도 1에서, 상기 전면(2) 및 후면(3)에 각각 인쇄된 상기 제 1 라인(8)과 제 2 라인(9)는 대략 안테나의 중간쯤에 위치된 T형 연결부(15)에 의해 두 개의 브랜치로 각각 분리된다. 대략 안테나의 중간쯤에 위치된 상기 T형 연결부(15)로부터, 서로에 대하여 직각이 되는 그 다음의 T형 연결부(15)는 상기 제 1 라인(8)과 제 2 라인(9)를 복수의 제 1 라인부(13)와 제 2 라인부(14)로 각각 분리한다. 각각의 라인부(13)는 두 개의 인접 T형 연결부(15)를 연결하고 각각의 제 2 라인부(14)는 또한 두 개의 인접 T형 연결부(15)를 연결하고 있다.

도 1에서 알 수 있듯이, 상기 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)와 그 다음의 T형 연결부(15)의 구조는 두 개의 브랜치에 대하여 대칭이다. 또한, 각각의 인접한 제 1 및 제 2 라인부(13 및 14)는 서로 직각이다. 최종 T형 연결부(15) 다음의 제 1 라인(8) 및 제 2 라인(9) 각각의 말단부는 다이폴 수단(4)에 연결된다. 각각의 다이폴 수단(4)은 제 1 및 제 2 요소(5, 6)를 구비하여, 상기 제 1 라인(8)과 제 2 라인(9)에 의해 전송된 전자기 신호를 주고받는다. 상기 제 1 요소(5)는 유전체 기판(1)의 전면(2)에 인쇄되고 제 2 요소(6)는 유전체 기판(1)의 후면(3)에 인쇄된다. 상기 제 1 및 제 2 요소(5,6)는 일반적으로 이들이 연결되어 있는 제 1 또는 제 2 라인부(13, 14)에 대하여 직각 방향으로 연장된다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 요소(5)는 제 1 방향을 향하고 제 2 요소(6)는 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 향한다. 상기 제 1 및 제 2 요소(5 및 6)의 양호한 모양은 5각형이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 인접한 T형 연결부(15) 사이의 상기 제 1 라인부(13)와 제 2 라인부(14)는 테이퍼형이며, 상기 다이폴 수단(4) 방향으로 위치된 다음 T형 연결부에서 임피던스 변환을 행한다. 상기 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)는 테이퍼형이고 따라서 각 라인부(13, 14)의 폭은 제 1 및 제 2 요소로 갈수록 증가한다.

도 2는 도 1에 도시된 안테나의 일부를 개략적인 사시도로 나타낸 도면으로서 두 개의 다이폴이 도시되어 있다. 상기 안테나는 전면(2)과 후면(3)을 가지는 기판(1)을 구비한다. 상기 제 1 요소(5)는 전면(2)에 인쇄되고 상기 제 2 요소(6)는 후면(3)에 인쇄된다. 또한, 상기 제 1 라인(8)은 전면(2)에 인쇄되고 상기 제 2 라인(9)은 후면(3)에 인쇄된다. 도 2에는 제 1 및 제 2 라인(8, 9)에 의해 신호를 공급받는 다이폴 수단(4)이 두 개만 도시되어 있다. 상기 두 개의 도시된 다이폴 수단(4) 사이에 있는 상기 T형 연결부(15)는 전면(2)상에 있는 제 1 라인부(13)와 후면(3) 상에 있는 제 2 라인부(14)에 의해 신호를 공급받는다. 상기 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)는 상기 다이폴 수단(4)쪽으로 갈수록 폭이 증가하는 테이퍼형이다. 상기 테이퍼형은 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)의 협소부에서의 100Ω으로부터 상기 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)의 넓은 부분에서의 50Ω까지 임피던스 변화를 제공한다. 상기 T형 연결부에서 상기 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)는 상기 제 1 및 제 2 라인(8, 9)의 테이퍼형이 아닌 말단부로 분리되어 상기 다이폴 수단(4)으로 향한다. 상기 유전체 기판(1)과 반사기 수단(10) 사이의 저손실 재료(11)는 유전 상수 1.2 이하이고 손실이 최소화되도록 선택된다. 도시된 예에서, 상기 저손실 재료(11)는 상기 반사기 수단(10) 및 그 후면(3) 상의 상기 유전체 기판을 지탱하는 지지 구조로 되어 있다. 다른 실시예에서, 상기 손실 재료(11)는 공기일 수 있으며, 따라서 상기 유전체 기판(1)과 상기 반사기 수단(10) 사이에는 자유 공간이 존재한다. 상기 저손실 재료로는 폴리우레탄 포말이 양호하다. 그러나, 상기 저 손실 재료는 1.2 이하의 유전 상수를 가지는 어떤 다른 재료라도 상관없다. 상기 저 손실 재료(11)의 변화에 따라 다이폴 안테나의 두께가 달라질 수 있다. 도 2에서, 점선은 상기 유전체 기판(1)의 후면 상에 인쇄되는 제 2 요소(6) 및 제 2 라인(9)를 나타낸다.

도 3a에는 본 발명에 따른 안테나의 단면이 도시되어 있다. 여기서, 제 1 요소(5)는 상기 기판(1)의 전면에 인쇄되어 있고, 제 2 요소(6)는 기판(1)의 후면(3)에 인쇄되어 있다. 제 2 요소(6)와 제 2 라인(9)이 인쇄되어 있는 상기 유전체 기판(1)은 지지 구조로 이루어지는 저손실 재료(11)에 의해 지지된다. 상기 유전체 재료(1)의 후면(3)과 마주보고 있는 저손실 재료(11)의 한 면 상에는 반사기 수단이 위치되어 있다. 상기 반사기 수단은 상기 후면과 평행한 반사판이다.

상기 반사기 수단(10)의 상면과 상기 유전체 기판의 중심 사이의 거리(d)는 상기 유전층(1)과 상기 반사기 수단(10) 사이의 지지 구조로서 작용하는 저손실 재료 내의 중심 주파수(활동 대역(working band)의 중간)의 전기적인 파장(λ)의 약 1/4 정도이다. 양호한 거리는 λ/(4×sqrt(ε_r))±10% 이고, 여기서 ε_r은 상기 저손실 재료의 유전 상수이다. 거리(d)가 약간 변화하면, 상기 다이폴 안테나의 방사 패턴에 어떤 특별한 효과를 일으키는데, 때로는 좋은 결과를 가져올 수도 있다. 또한, 도시된 실시예의 안테나는 평면 모양을 가지는데, 본 발명에 따른 안테나는 다른 모양으로 사용될 수도 있다.

도 4에는 전면(2)과 후면(3) 상에 제 1 라인(8)과 제 2 라인(9)이 각각 인쇄된 유전체 기판(1)의 단면이 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 라인(8)과 제 2 라인(9)은 전면(2)과 후면(3)의 반대면에 각각 평형으로 나란히 배치되어 있다. 상기 제 1 라인(8)과 제 2 라인(9)의 폭과 모양은 동일하다. 금속 스트립 수단(7) 형태의 전체 피딩(feeding) 네트워크는 서로 마주보는 평행한 평형 금속 스트립 라인으로 구현됨을 주지하라. 상기 제 1 라인(8)과 제 2 라인(9)의 대칭축은 상기 유전체 기판(1)의 중앙 판 내에 놓여있다. 상기 T형 연결부(15)는 복수의 다이폴 수단(4)과 주고받는 신호를 분배하도록 제공된다. 상기 제 1 라인(8)과 상기 제 2 라인(9)의 T형 연결부(15)는 또한 평형 T형 연결부이고 상기 전면(2) 및 후면(3) 상에서 서로에 대하여 평행하게 마주보도록 배치된다. 또한, 도 2에 도시된 T형 연결부에서 알 수 있듯이, 상기 T형 연결부는 삼각형 갭을 구비하여 접속 불연속의 영향을 보상할 수 있다.

본 발명에 따른 안테나를 필요한 프런트 엔드(front-end)와 결합하기 위해서는, 본 발명에 따른 평형 금속 스트립 라인들 사이에서의 전송 라인 천이를 다루는 상기 프런트 엔드의 전송 라인 기술이 필요하다. 만약 도파관 기술이 프런트 엔드에 이용되면, 도 1에 도시된 도파관 천이 요소(12)가 사용될 수 있고, 마이크로스트립 기술이 이용되면, 평형 마이크로스트립 천이에 대하여 마이크로스트립이 사용될 것이다. 만약 상기 프런트 엔드가 공면의 도파관 기술을 이용하면, 평형 마이크로스트립 천이에 대하여 공면의 도파관이 사용되어야 하고, 동축 라인을 이용하면, 평형 마이크로스트립 천이에 대하여 동축 접속기가 사용되어야 한다.

본 발명에 따른 안테나의 초광대역 동작 및 상업적으로 이용가능한 유전체 기판의 두께로 인하여, 본 발명에 따른 안테나 구조를 변경할 필요없이 140GHz까지 혹은 그 이상까지의 전체 주파수를 커버할 수 있게 된다. 본 발명의 안테나를 간단히 확대 또는 축소하므로서, 상기 다이폴 안테나 구조를 변경하지 않고 더 높거나 더 낮은 레인지에도 응용할 수 있다.

도 5에는, 두 개의 인접 T형 연결부(15) 사이에 있는 테이퍼형 모양의 제 1 라인부(13)가 나타나 있다. 도시된 라인부의 작은 단부(16)는 T형 연결부(15)에 연결되어 천이 요소, 예를 들면, 도 1에 도시된 도파관 천이 요소(12)를 향하는 반면, 긴 단부(17)는 T형 연결부(15)에 접속되어 상기 다이폴 수단(4)을 향한다. 측면부의 폭은 작은 단부(16)로부터 큰 단부(17)로 갈수록 증가하여 임피던스는 긴 단부(17)와 연결된 T형 연결부에서 100Ω으로부터 2×50Ω까지 변화한다. 100Ω으로부터 50Ω까지의 상기 임피던스 변환을 제공하기 위하여, 상기 라인부의 폭은 점차로 증가하여 다음의 T형 연결부(15)에서 1:2의 임피던스 변환을 제공한다. 상기 평형 라인부(13 및 14)는 실제로 스무드하게 테이퍼되어, 상기 유전체 기판(1)의 전면(2)과 후면(3) 상의 상기 라인의 폭은 동시에 변화한다. 라인부의 폭이 변화함에 따라 전송 라인의 임피던스도 변하게 된다. 이상은 제 2 라인부(14)에 대해서도 마찬가지다.

상기 라인부의 측면부(18 및 19)는 도 5에 도시된 바와 같이 선형 함수로 변할 수 있다. 다른 실시예에서는, 상기 측면부(18 및 19)가 지수 함수 또는 체비셰브 폴리놈(Chebisshev Polinom)을 포함하는 다항식 함수로 변할 수 있다. 각 테이퍼링 함수의 선택은 각각의 일 주파수에 달려있으며 상기 라인부에서 최소 상대성을 가지도록 만들어진다. 상기 라인부를 테이퍼형으로 하면, 공지된 1/4 파장(quarter-wave) 변압기에서 이점을 가지게 되는데, 이것은 고 주파수 선택 및 상기 1/4 파장 변압기의 높은 오차 의존성 때문이다. 또한, 공지된 마이크로스트립 구조에 대해서는 평형 금속 스트립 구조가 유리한데, 예를 들면, 프런트 엔드에서 도파관에 대한 다른 인쇄된 구조로의 천이가 훨씬 더 쉽게 얻어질 수 있기 때문이다. 또한, 일정 두께를 가지는 유전체 기판(1)을 사용하면, 본 발명에 따른 평형 금속 스트립 라인에서 보다 더 낮은 주파수에서 더 높은 순위의 모드 전파가 공지된 비평형 마이크로스트립 라인에 나타난다.

도 6a 내지 6d에는 다이폴 수단(4)의 의 제 1 요소(5) 및 제 2 요소(6)에 대한 네개의 상이한 모양이 도시되어 있다. 도시된 모든 모양들은 마이크로웨이브 및 mm파의 레인지에 대하여 적용할 수 있을 뿐만 아니라 중간 주파수 근처 대역의 50%의 범위내에서 양호한 매칭 및 방출 성능을 보여준다. 그러나, 도 6a에 도시된 5각형이 최고의 성능을 나타내며 본 발명에 따른 안테나에 대한 양호한 모양이다. 양호하게는 제 1 및 제 2 요소(5, 6)이 적어도 세개의 코너를 가지는 구조를 가지며, 이중 한 코너는 상기 각 라인부(13 또는 14)와 상기 요소(5 또는 6) 사이의 접촉 영역이다.

도 6b에서, 상기 요소(5 또는 6)는 접촉 영역을 이루는 코너에 인접한 두 개의 긴 변과 상기 두 긴 변과 반대쪽에 있는 두 개의 짧은 변을 가지는 네개의 코너를 가진다. 도 6c에서, 상기 요소(5 또는 6)은 세개의 코너를 가진다. 도 6d에서, 상기 요소는 두 개의 긴 마주보는 변과, 상기 긴 변에 각각 인접하는 두 개의 중간 변과 상기 긴 변에 직각이며 서로 마주보는 두 개의 짧은 변을 가지는 8개의 코너를 가진다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 두 짧은 변 중에서 한 변은 각각의 라인부에 대한 접촉 영역이다.

양호하게는 상기 제 1 및 제 2 요소(5, 6)의 길이(l)가 각각 0.5λ보다 작고, 평균 폭(w)이 0.35λ보다 작고 상기 각각의 요소에 결합된 상기 제 또는 제 2 라인(8, 9)과 상기 각 요소간의 접촉 영역의 폭(c)이 0.1λ보다 더 작아야 하며, 여기서 λ는 중심 주파수 대역의 자유 공간의 파장이다. 상기 평균 폭(w)은 도 6a 내지 6d에 도시된 바와 같이, 길이(l)의 중간에서의 각 요소(5, 6)의 폭으로 정의된다. 도 6a, 6b 및 6c에서 접촉 영역의 폭(c)은 0이고, 각 요소(5, 6)의 한 코너가 접촉 역역인 반면에, 도 6d에서는, 접촉 영역의 폭(c)은 요소(23)의 짧은 변중 하나의 길이이다. 또한, 각 라인(8, 9)과 상기 접촉 영역에 인접하는 요소의 변 사이의 각(α)은 10°이상이 양호하다. 도 6a 내지 6d에 도시된 모양을 가지며 전술한 특징을 가지는 요소(5, 6)는 2보다 작은 VSWR을 가지는 중심 주파수와 관련된 주파수 대역의 적어도 30%, 통상적으로는 40-50%에서 양호하게 작동할 수 있다. 상기 요소(5, 6)는 심지어 한 옥타브 이상에서도 2.5보다 더 작은 VSWR을 커버할 수 있다.

60GHz의 중심 주파수에서 동작하도록 설계된 본 발명에 따른 위상 어레이 안테나는 양호하게는 64개의 다이폴 수단, 두께가 0.127mm이고 유전율이 2.22(테플론 피버 글래스)인 유전체 기판, 인쇄된 라인 및 요소에 대한 두께가 17㎛인 금속화, 지지 재료로 사용되는 유전율이 1.03인 폴리우레탄 저손실 재료 및 RF 프런트 엔드에 대한 도파관(WR-15) 천이를 위한 플래너를 가진다. 상기 안테나의 양호한 크기는 도 7 및 8에 나타나 있다. 94GHz의 주파수 레인지에 대하여는 얇은 기판을 추천한다. 특히 더 높은 주파수를 위한 상기 안테나의 크기의 최종 트리밍은 만약 직접 스캘링을 할 수 없으면, 풀 웨이브 전자기 시물레이터로 행한다. 인 페이스 피딩 네트워크(in-face feeding network)를 변화시키면, 본 발명에 따른 안테나에 대하여 동일한 구조를 사용하는 특정 주파수에서 사이드 로브를 감소할 수 있다. 다이폴 요소의 수는 증가할 수도 있고 감소할 수도 있다. 요소의 수를 감소시키거나 증가시키기 위한 한가지 방법은 4의 멱(예를 들면, 4, 16, 64, 256)을 이용하는 것이다. 60GHz에서 256개의 요소에 대한 가능한 이득값은 약 18dB로 추정된다. 요소의 수가 많아지면, 이득에 대해서는 그렇지 않지만 방향성이 증가되고, 전송 라인이 더 길어짐에 따른 손실 때문에, 표면적인 더 커지게 되며, 이것은 비실용적이다.

도 7은 양호한 크기를 가지는 공통면에 투영된 몇몇 다중 요소(5, 6)의 평면도이다. 도 7에 도시된 모든 단위는 밀리미터이다. 전술한 바와 같이, 또한 도 7에 도시된 바와 같이, 요소(5, 6)의 양호한 모양은 5개의 코너를 가지는 5각형이다. 상기 코너들 중 한 코너는 5각형 요소(5, 6)와 제 1 및 제 2 라인(8, 9) 사이의 접촉 영역이다. 제 1 요소(5)는 제 1 방향을 향하고 제 2 요소(6)는 상기 제 1 방향에 대하여 반대 방향을 향한다. 사익 제 1 및 제 2 방향은 라인(8, 9)의 길이 방향에 대하여 직교한다. 접촉 영역을 이루는 코너에 인접한 상기 5각형 요소(5, 6)의 내부의 변의 길이는 0.6338mm이고 상기 요소의 외부의 변의 길이는 0.9mm이다. 상기 접촉 영역을 이루는 코너와 마주보는 상기 5각형 요소(5, 6)의 변의 길이는 0.4595mm인 반면, 상기 변과 상기 접촉 영역에 인접하는 변 사이의 두 변의 길이는 0.8194mm이다. 마지막 T형 연결부(15)와 제 1 및 제 2 요소(5, 6) 사이의 제 1 및 제 2 라인의 폭은 0.19mm이고 상기 T형 연결부(15)로부터 상기 접촉 영역까지의 길이는 1.884mm이다. 상기 T형 연결부(15)의 폭은 0.485mm이며, 이것은 상기 T형 연결부(15)에서 요소(5, 6) 방향으로의 상기 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)의 폭이기도 하다. 요소(5, 6)와 접하는 상기 제 1 및 제 2 라인(8, 9)과 평행한 제 1 및 제 2 라인부(13, 14) 사이의 거리는 1.8574mm이다. 동일한 T형 연결부(15)에 결합되는 인접 요소(5, 6)의 중앙축 사이의 거리는 4.39mm이다. 상기 접촉 영역을 이루는 상기 5각형 요소(5, 6)의 코너의 내각은 70°이하이고, 상기 접촉 영역을 이루는 코너에 인접하는 두 개의 코너의 내각은 대략 120°이다. 상기 요소들의 길이 방향에 인접하고 세 개의 T형 연결부(15)에 결합되어 있는 두 개의 제 1 또는 제 2 요소(5, 6)들 사이의 거리는 4.39mm이며, 이것은 내각이 약 120°인 두 개의 각 코너들 사이의 거리를 측정한 것이다. 따라서 각각의 요소(5, 6)들은 서로 동일한 거리를 두고 있다.

도 8에는, 양호한 크기를 가지는 도파관 천이 요소(12)가 도시되어 있다. 상기 도파관 천이 요소(12)는 평형 금속 스트립(5, 6) 사이에서 도파관(예를 들면, WR-15)으로 천이한다. 상기 도파관 천이 요소(12)에서, 각각의 상기 금속 스티립 라인(8, 9)은 복수의 치상 요소(20, 21)를 가지며, 상기 치상 요소(20, 21)는 상기 금속 스트립 라인(8, 9)에 대하여 각각 직각 방향을 향한다. 상기 제 1 금속 스트립 라인에 할당된 치상 요소(20)는 제 1 방향을 향하고 제 2 금속 스트립 라인(9)에 할당된 치상 요소(21)는 상기 제 1 방향과 반대 방향을 향한다. 상기 치상 요소의 길이는 0.93mm이고 폭은 0.234mm이다. 상기 금속 스트립 라인(8, 9)에 결합된 제 1 사이드(22)로부터 도파관에 결합된 제 2 사이드(23)까지의 도파관 천이 요소(12)의 전체 길이는 5.18mm이다. 도 7 및 8에 나타낸 모든 양호한 치수는 60GHz의 중심 주파수에서 동작하는 안테나에 적합하며, 상기 주요 치수는 60GHz의 중심 주파수를 고려하여 확대 및 감소된다.

도 9에는, 50.0 내지 650GHz의 주파수 대역에 대한 본 발명에 따른 안테나(S11[dB])의 반사율이 나타나 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나는 프런트 엔드로부터 본 발명에 따른 안테나의 피더의 평형 금속 스트립 라인까지의 주파수 선택 도파관 천이에도 불구하고 우수한 값을 나타낸다. 본 발명에 따른 안테나의 입력 반사율은 측정된 레인지에서 -13dB를 넘지 않고 있으며, VSWR 최대값이 1.58에 이르고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 50.0과 65GHz 사이의 레인지에서 S11의 유사값이 발견되었는데, 이것은 적어도 30%의 동작 범위를 의미하는 것이다. 사용된 도파관(WR-15.50 - 70 GHz)의 한정된 주파수 대역 때문에 광대역에서의 측정은 불가능하였다.

도 10에는 본 발명에 따른 안테나에 대한 메인 수평면에 대한 60GHz에서 측정된 안테나 다이어그램이 나타나 있다. 도 10에 도시된 다이어그램은 -45°와 +45°사이의 방사각에 대한 본 발명에 따른 안테나의 이득을 dB로 나타낸다. 상기 측정은 혼(horn) 안테나와 비교하여 수행되었다. 도시된 다이어그램의 광 비대칭 동작은 완벽하지 못한 장비 때문이다. 측정된 안테나 이득은 (시뮬레이션) 방향성에 의하면 약 26.5dB로 추정되었으나 23.5dB였으며, 평형 금속 스트립 천이에 대한 도파관에 의한 손실을 포함하여 전체 손실이 약 3 내지 3.5dB였는데, 이것은 아주 양호한 값이다. 측정된 50-65GHz의 주파수 레인지를 넘어서는 안테나의 다이어그램은 변화가 거의 없다. 측정 레인지에서 최대 이득 리플은 1 dB를 넘지 않으며, 이것은 본 발명에 따른 다이폴 안테나의 우수한 성능을 입증하는 것이다.

상기 안테나는 위상을 공급받기 때문에 주 로브에 대한 -13dB의 사이드 로브가 나타날 것이다. 도시된 모든 실험치의 경우(50-65GHz), 사이드 로브는 캐리어 세기의 -10 내지 -11dB를 넘지 않았다. 만약, 상이한 위상이 공급되면, 사이드 로브는 직접적인 영향을 받을 수 있다. 이것은 인쇄된 패치의 외부로부터 인쇄된 다이폴을 소정의 수학적인 함수로 위상 중심(안테나의 중심)에 접근시키는 피딩 라인의 길이를 변화시키므로서 얻어진다.

본 발명에 따른 안테나의 뛰어난 성능을 보여주기 위하여, 간단한 방사 요소(마이크로스립 패치)의 입력 반사 다이어그램을 본 발명에 따른 상기 고이득 솔루션과 비교해보자, 61.5GHz로 설계된 마이크로스트립 패치 안테나의 입력 반사율(S11[dB])은 도 11에 도시되어 있다. 측정된 마이크로스트립 패치 안테나는 아주 높은 오차 감도를 가지는 저비용의 안테나이며, 만약 아주 높은 주파수에서 복수의 요소를 가지는 고이득 애플리케이션이 적용되면 신호 공급에 큰 문제점을 나타낸다.

도 12에서는, 61.5GHz로 설계된 공지된 모노폴 안테나의 입력 반사율(S11[dB])이 레이돔없이 측정되었다. 상기 측정된 모노폴 안테나는 아주 높은 오차 감도를 나타내고 있지만, 작은 이득만 나타낼 뿐 고이득 특성은 나타내고 있지 않다. 또한, 측정된 모노폴 안테나의 90°의 상승각에서의 재생 및 섀도우잉(shadowing)은 아주 결정적이었다.

도 13에는, 57.0 내지 65.0GHz의 주파수 레인지에서 유전체 렌즈 안테나의 입력 반사율(S11[dB])에 대한 하나의 측정 곡선과 두 개의 가상 곡선이 나타나 있다. 상기 두 개의 스무드한 곡선은 가상 곡선이고 58.7GHz에서 급격한 하강을 보이는 세 번째 곡선은 유전체 렌즈 안테나에서 측정된 입력 반사율을 나타내는 곡선이다. 상기 측정된 유전체 렌즈 안테나는 도파관 피더에 요구되었는데, 상기 도파관 피더는 60GHz에 대하여 크고(직경이 8cm) 가격이 비싸고 60GHz 레인지의 저이득 리모트 스테이션(베이스 스테이션)에서만 응용될 수 있다.

도시된 다이어그램으로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 안테나는 아주 높은 주파수에서도 우수한 성능을 가진다. 본 발명의 안테나는 낮은 비용의 저이득 안테나와 고이득 안테나로 생산될 수 있어 마이크로파와 밀리미터 파 레인지에서 다목적으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 안테나는 마이크로파와 밀리미터파의 무선 LAN 및 개인용의 짧은 데이터 링크뿐만 아니라 저비용의 플래너 솔루션이 요구되는 자동 추진 레이더 응용분야에 대해서도 사용될 수 있다. 또한, 상기 안테나는 밀리미터파의 무선 LAN(59-64GHz)과 유럽과 미국(76GHz) 및 일본(61GHz)의 반 충돌(자동 추진기, 자동차) 레이더를 위한 전체 대역을 동시에 커버할 수 있다.

Claims (21)

1. 위상 어레이 안테나로서,

   유전체로 된 전면과 후면(2, 3)을 가지는 유전체 기판(1), 전자기 신호를 방출하고 받아들이는 제 1 및 제 2 요소(5, 6)로서 상기 전면 상에 인쇄되어 제 1 방향을 향하는 상기 제 1 요소(5)와, 상기 후면(3) 상에 인쇄되어 상기 제 1 방향과 반대 방향을 향하는 상기 제 2 요소(6)를 각각 구비하는 복수의 다이폴 수단(4), 및 상기 전면(2)에 인쇄되어 상기 제 1 요소(5)에 결합된 제 1 라인(8)과 상기 후면(3) 상에 인쇄되어 상기 제 2 요소(6)에 결합된 제 2 라인(9)을 포함하여 상기 다이폴 수단(4)과 신호를 주고받는 금속 스트립 수단(7)과,

   상기 유전체 기판(1)의 상기 후면(3)과 공간을 두고 평행하게 위치된 반사기 수단(10)과, 상기 반사기 수단(10)과 상기 후면(3) 사이에 위치되어 있고 유전율이 1.2 이하인 저손실 재료(11)를 구비하고,

   상기 제 1 및 제 2 라인(8, 9)은 복수의 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)를 각각 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)는 각각 T형 연결부(15)에 의해 서로 연결되고, 각각의 상기 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)는 두 개의 인접 T형 연결부(15) 사이에서 테이퍼형으로 되어 있으며, 따라서 각 라인부(13, 14)의 폭이 상기 제 1 및 제 2 요소(5, 6) 쪽으로 갈수록 각각 증가하여 다음의 T형 연결부(15)에서 임피던스 변환을 제공하는 위상 어레이 안테나.
2. 제 1항에 있어서, 각 라인부(13, 14)의 폭은 점차로 증가하여 다음의 T형 연결부(15)에서 1대 2의 임피던스 변환 비를 제공하는 것을 특징으로 하는 위상 어레이 안테나.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 라인부(13, 14)는 선형 함수, 지수 함수 또는 다항 함수에 대응하여 테이퍼되는 것을 특징으로 하는 위상 어레이 안테나.
4. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 저손실 재료(11)는 상기 반사기 수단(10)과 상기 유전체 후면(3)을 지지하는 지지 구조인 것을 특징으로 하는 위상 어레이 안테나.
5. 제 1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 라인(8, 9)과 상기 T형 연결부(15)는 평형화되어 상기 전면 및 유전체 후면(2, 3) 상에 각각 서로 평행하게 마주보고 있는 위상 어레이 안테나.
6. 제 1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 요소(5, 6)의 길이(l)는 0.5λ 이하이고, 각 요소의 평균 폭(w)은 0.35λ이하이고, 상기 각 요소와 상기 각 요소에 결합된 상기 제 1 또는 제 2 라인(8,9) 사이의 접촉 영역의 폭(c)은 0.1λ이하이며, 여기서 λ는 관련 대역의 중심 주파수의 자유 공간에서의 파장이며, 상기 각 라인(8, 9)과 상기 각 요소(5, 6)의 각각의 인접 변들 사이의 각은 10도 이상인 것을 특징으로 하는 위상 어레이 안테나.
7. 제 6항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 요소(5, 6)는 접촉 영역을 포함한 적어도 세 개의 코너를 가지는 것을 특징으로 하는 위상 어레이 안테나.
8. 제 6항 또는 7항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 요소(5, 6)는 5각형인 것을 특징으로 하는 위상 어레이 안테나.
9. 제 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사기 수단(10)으로부터 상기 유전체 기판 수단(1)의 중간까지의 거리(d)는 상기 저손실 재료(11) 내의 일(working) 대역 주파수의 전기적인 파장의 약 1/4인 것을 특징으로 하는 위상 어레이 안테나.
10. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 라인(8, 9)에 결합된 천이 요소(12)는 상기 제 1 및 제 2 라인(8, 9)과 상기 안테나와의 신호 통로인 도파로 사이에서 천이를 제공하며, 상기 천이 요소(12)는 상기 제 1 라인(8)에 결합된 제 1 치상 요소(22)와 상기 제 2 라인(9)에 결합된 제 2 치상 요소(22)를 구비하고, 상기 제 1 치상 요소는 제 1 방향을 향하고 상기 제 2 치상 요소는 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향을 향하고, 상기 제 1 및 상기 제 2 방향은 상기 제 1 및 제 2 라인(8, 9)에 대하여 직각인 것을 특징으로 하는 위상 어레이 안테나.
11. 안테나로서,

    유전체로 된 전면과 후면(2, 3)을 가지는 유전체 기판(1)과,

    전자기 신호를 방출하고 받아들이는 제 1 및 제 2 요소(5, 6)로서 상기 전면 상에 인쇄된 상기 제 1 요소(5)와, 상기 후면(3) 상에 인쇄된 상기 제 2 요소(6)를 구비하는 적어도 하나의 다이폴 수단(4)과,

    상기 전면(2)에 인쇄되어 상기 제 1 요소(5)에 결합된 제 1 라인(8)과 상기 후면(3) 상에 인쇄되어 상기 제 2 요소(6)에 결합된 제 2 라인(9)을 포함하여 상기 다이폴 수단(4)과 신호를 주고받는 금속 스트립 수단(7)과,

    상기 유전체 기판(1)의 상기 후면(3)과 공간을 두고 평행하게 위치된 반사기 수단(10)과, 상기 반사기 수단(10)과 상기 후면(3) 사이에 위치되어 있고 유전율이 1.2 이하인 저손실 재료(11)를 구비하고,

    상기 제 1 및 제 2 라인(8, 9)은 평형화되어 상기 전면 및 유전체 후면(2, 3) 상에 각각 서로 평행하게 마주보고 있는 안테나.
12. 제 11항에 있어서, 상기 저손실 재료(11)는 상기 반사기 수단(10)과 상기 유전체 후면(3)을 지지하는 지지 구조인 것을 특징으로 하는 안테나.
13. 제 11항 또는 12항에 있어서, 복수의 다이폴 수단(4)이 상기 전면(2)과 상기 유전체의 후면(3) 상에 각각 인쇄된 제 1 및 제 2 요소(5, 6)을 각각 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 라인(8, 9)은 복수의 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)를 각각 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)는 각각 T형 연결부(15)에 의해 서로 연결되고, 상기 제 1 요소는 제 1 방향을 향하고 상기 제 2 요소(6)는 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향을 향하는 것을 특징으로 하는 안테나.
14. 제 13항에 있어서, 각각의 상기 제 1 및 제 2 라인부(13, 14)는 두 개의 인접한 T형 연결부(15) 사이에서 테이퍼되고, 각각의 라인부(13, 14)의 폭은 상기 제 1 및 제 2 요소(5, 6) 쪽으로 갈수록 각각 증가하여 다음의 T형 연결부(15)에서 임피던스 변환을 제공하는 것을 특징으로 하는 안테나.
15. 제 14항에 있어서, 각각의 라인부(13, 14)의 폭은 점차로 증가하여 다음의 T형 연결부(15)에서 1대 2의 임피던스 변환비를 제공하는 것을 특징으로 하는 안테나.
16. 제 14항 또는 15항에 있어서, 상기 라인부(13, 14)는 선형 함수, 지수 함수 또는 다항 함수에 대응하여 테이퍼되는 것을 특징으로 하는 안테나.
17. 제 11항 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 요소(5, 6)의 길이(l)는 0.5λ 이하이고, 각 요소의 평균 폭(w)은 0.35λ이하이고, 상기 각 요소와 상기 각 요소에 결합된 상기 제 1 또는 제 2 라인(8,9) 사이의 접촉 영역의 폭(c)은 0.1λ이하이며, 여기서 λ는 관련 대역의 중심 주파수의 자유 공간에서의 파장이며, 상기 각 라인(8, 9)과 상기 각 요소(5, 6)의 각각의 인접 변들 사이의 각은 10도 이상인 것을 특징으로 하는 안테나.
18. 제 17항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 요소(5, 6)는 접촉 영역을 포함한 적어도 세 개의 코너를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나.
19. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 요소(5, 6)는 5각형인 것을 특징으로 하는 안테나.
20. 제 11항 내지 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사기 수단(10)으로부터 상기 유전체 기판 수단(1)의 중간까지의 거리(d)는 상기 저손실 재료(11) 내의 일(working) 대역 주파수의 전기적인 파장의 약 1/4인 것을 특징으로 하는 안테나.
21. 제 11항 내지 20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 라인(8, 9)에 결합된 천이 요소(12)는 상기 제 1 및 제 2 라인(8, 9)과 상기 안테나와의 신호 통로인 도파로 사이에서 천이를 제공하며, 상기 천이 요소(12)는 상기 제 1 라인(8)에 결합된 제 1 치상 요소(22)와 상기 제 2 라인(9)에 결합된 제 2 치상 요소(22)를 구비하고, 상기 제 1 치상 요소는 제 1 방향을 향하고 상기 제 2 치상 요소는 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향을 향하고, 상기 제 1 및 상기 제 2 방향은 상기 제 1 및 제 2 라인(8, 9)에 대하여 직각인 것을 특징으로 하는 안테나.