KR19990028387A - 결합다중세그먼트나선안테나 - Google Patents

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대니얼 필립포빅
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밀러 럿셀 비
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/08—Helical antennas

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Abstract

종래의 반파장 안테나에서 얻을 수 있는 것보다 짧은 길이를 갖는 결합 다중 세그먼트 나선 안테나가 제공된다. 결합 다중 세그먼트 나선 안테나는 방사기부의 일단(832)으로부터 방사기부(800)의 타단(834)으로 연장되는 다수의 나선 감김 방사기(804)를 갖는 방사기부(800)를 포함한다. 각각의 방사기(804)는 둘 이상의 세그먼트(708, 710)의 세트로 구성된다. 제1 세그먼트(708)는 방사기부(800)의 제1 단(832)으로부터 방사기부의 제2 단(834)으로 나선형상으로 연장된다. 제2 세그먼트(710)는 방사기부(800)의 제2 단(834)으로부터 방사기부의 제1 단(832)으로 나선형상으로 연장되며, 상기 제1 방사기 세그먼트(708)의 일부는 상기 제1 및 제2 방사기 세그먼트(708, 710)가 서로 전자기적으로 결합되도록 상기 제2 방사기 세그먼트(710)의 일부와 근접하다.

Description

결합 다중 세그먼트 나선 안테나
현재의 개인 통신기기는 많은 이동 및 휴대장치에 널리 사용되고 있다. 종래의 이동장치에서, 이동전화 등의 통신기기의 크기를 최소화하려는 요망은 적절한 수준의 다운사이징으로 유도되었다. 그러나, 손에 휴대할 수 있는 장치가 대중적으로 사용되면서, 더 작은 기기에 대한 요구가 급격히 증가하고 있다. 처리기 기술, 전지 기술 및 통신 기술에서의 최근의 개발에 따라, 휴대 기기의 크기 및 중량이 과거 수년동안 급격히 감소될 수 있었다.
크기 감소가 소망되는 하나의 분야는 기기의 안테나이다. 안테나의 크기 및 중량은 통신기기의 다운사이징에서 중요한 역할을 한다. 안테나의 전체 크기는 기기 몸체의 크기에 영향을 준다. 더 작은 직경 및 더 작은 길이의 안테나는 더 작은 몸체 크기 및 더 작은 전체 기기 크기를 가져올 수 있다.
기기의 크기는 휴대장치용 안테나를 설계함에 있어 고려되야할 필요가 있는 유일한 인자는 아니다. 안테나를 설계하는데 고려되야할 다른 인자는 정규의 동작동안 사용자 머리가 안테나에 근접하는 것에 의해 결과된 감쇠 및/또는 차단효과이다. 또 다른 인자는 소망 방사 패턴 및 동작 주파수 등의 통신링크의 특성이다.
위성 통신 시스템에서의 널리 사용되는 안테나는 나선 안테나이다. 위성 통신 시스템에서 나선 안테나가 인기 있는 하나의 이유는 이 시스템에서 사용되는 원형편파(circularly-polarized) 방사를 발생하고 수신하는 능력에 있다. 추가로 나선 안테나는 거의 반원형의 방사패턴을 발생할 수 있으므로, 나선 안테나는 이동 위성 통신 시스템 및 위성 운항 시스템에서의 적용에 특히 적합하다.
종래의 나선 안테나는 안테나의 방사기를 트위스팅하여 나선 구조로 만들어진다. 통상의 나선 안테나는 구상(矩象 : phase quadrature)에서 여기되고 (즉, 방사기는 한 주기 또는 90°마다 위상이 상이한 신호에 의해 여기된다.) 코아 주위로 동일하게 이격된 4개의 방사기를 사용하는 4선(quadrifilar) 나선 안테나이다. 방사기의 길이는 전형적으로 통신기기의 동작 주파수의 1/4 파장의 정수배이다. 방사패턴은 전형적으로 방사기의 피치, 방사기의 길이(1/4 파장의 정수배) 및 코아의 직경을 변경하여 조절된다.
종래의 나선 안테나는 와이어 또는 스트립 기술을 사용하여 제작될 수 있다. 스트립 기술에서, 안테나의 방사기는 얇은 가요성 기판 상에 에칭되거나 피착된다. 방사기는 서로 평행하게, 그러나 기판의 하나 이상의 에지에 대해 둔각으로 위치된다. 그리고 나서 기판은 스트립 방사기가 나선을 형성하도록 원통형, 원추형 또는 다른 적절한 형상으로 형성되거나 또는 감겨진다.
그러나 이러한 종래의 나선 안테나는 방사기 길이가 소망 공진 주파수의 1/4 파장의 정수배인 특성을 가져, 이 결과 전체 안테나가 휴대 또는 이동 장치에서 요구되는 것보다 더 길게되곤 한다.
발명의 요약
본 발명은 하나 이상의 나선형으로 감긴 방사기를 갖는 나선 안테나에 관한 것이다. 방사기는 원통형, 원추형 또는 방사 패턴을 최적화하기 위한 다른 적절한 형상으로 감겨진다. 본 발명에 따르면, 각각의 방사기는 2 이상의 방사기 세그먼트의 세트로 구성된다. 하나의 세트의 각각의 세그먼트는 세트의 다른 세그먼트와 물리적으로 분리되나 전자기적으로 결합된다. 세트의 세그먼트의 길이는 세트(즉 방사기)가 특정 주파수에서 공진하도록 선택된다. 세트의 세그먼트가 서로 물리적으로 분리되나 전자기적으로 결합되므로, 임의의 주파수에 대해 방사기가 공진되는 길이는 종래의 나선 안테나 방사기에서보다 더 짧게 제작될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 장점은 임의의 동작 주파수에서, 결합 다중 세그먼트 나선 안테나가 동일의 유효 공진 길이를 가진 종래의 나선 안테나보다 더 짧은 전체 방사기 길이 및/또는 더 작은 부피에서 공진되도록 제작될 수 있다는 것이다.
결합 다중 세그먼트 나선 안테나의 다른 장점은 방사기 세그먼트의 길이를 조절하거나 트리밍하여 임의의 주파수에 쉽게 튜닝될 수 있다는 것이다. 방사기가 단일의 연속길이가 아닌 2 이상의 중첩 세그먼트의 세트로 만들어지므로, 안테나가 제작된 후, 방사기의 트리밍에 의해 안테나의 주파수를 적절히 튜닝하도록 세그먼트의 길이는 쉽게 수정될 수 있다. 추가로, 안테나의 방사기부(radiator portion)의 전체 물리적 길이가 트리밍에 의해 변하지 않으므로, 필연적으로 안테나의 전체 방사패턴은 변하지 않는다.
본 발명의 또 다른 장점은, 안테나의 축 방향과 같은 소정의 방향에서 신호강도가 최대가 되도록 방향 특성이 조절될 수 있다는 것이다. 그러므로 위성 통신 등 적용에서, 안테나의 방향 특성은 지면으로부터 떨어진 상부방향에서 신호강도가 최대로 되도록 최적화될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작뿐만 아니라. 본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부의 도면을 참조하여 이하에 상세히 설명될 것이다.
본 발명은 나선 안테나에 관한 것이며, 더욱 상세히는 결합된 방사기 세그먼트를 갖는 나선 안테나에 관한 것이다.
본 발명의 특징, 목적 및 장점은, 같은 참조문자가 시종일관 동일한 것으로 간주되며, 참조부호의 좌측 숫자가 그 참조부호가 처음 출현하는 도면을 나타내는 도면과 연관하여 이하 설명된 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1a는 종래의 와이어 4선 나선 안테나를 도시하는 도면이다.
도 1b는 종래의 스트립 4선 나선 안테나를 도시하는 도면이다.
도 2a는 개방 종단(open termination) 4선 나선 안테나의 평면적 표현을 도시하는 도면이다.
도 2b는 단락 종단(shorted termination) 4선 나선 안테나의 평면적 표현을 도시하는 도면이다.
도 3은 단락 4선 나선 안테나의 방사기의 전류 분포를 도시하는 도면이다.
도 4는 스트립 나선 안테나의 에칭 기판의 원격면(far surface)을 도시하는 도면이다.
도 5는 스트립 나선 안테나의 에칭 기판의 근접면(near surface)을 도시하는 도면이다.
도 6은 스트립 나선 안테나의 에칭 기판의 사시도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 5개의 결합 세그먼트를 갖는 개방형 결합 다중 세그먼트 방사기를 도시하는 도면이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 단락형 결합 다중 세그먼트 방사기를 도시하는 도면이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 단락형 결합 다중 세그먼트 4선 나선 안테나의 평면적 표현을 도시하는 도면이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따라 원통형상으로 형성된 결합 다중 세그먼트 4선 나선 안테나를 도시하는 도면이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사기 세그먼트의 중첩(δ) 및 간격(s)을 도시하는 도면이다.
도 9b는 결합 다중 세그먼트 나선 안테나의 방사기 세그먼트의 전형의 전류 분포를 도시하는 도면이다.
도 10a는 90°만큼 위상이 다른 2점원(two point source) 방사신호를 도시하는 도면이다.
도 10b는 도 10a에 도시된 점원에 대한 필드패턴을 도시하는 도면이다.
도 11은 각각의 세그먼트가 각 측부의 세그먼트로부터 동일한 거리로 위치되는 실시예를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 다중 세그먼트 안테나의 전형의 예를 도시한 도면이다.
도 13은 종래의 4선 나선 안테나와 결합 다중 세그먼트 4선 나선 안테나의 방사기부 간의 비교를 도시한 도면이다.
도 14a는 L-밴드에서 동작하는 결합 다중 세그먼트 4선 나선 안테나의 전형의 예의 방사패턴을 도시하는 도면이다.
도 14b는 S-밴드에서 동작하는 결합 다중 세그먼트 4선 나선 안테나의 전형의 예의 방사패턴을 도시하는 도면이다.
1. 본 발명의 개요 및 논의
본 발명은 임의의 공진 주파수에 대한 방사기의 길이를 단축하여 안테나의 전체 길이를 감소시키는 결합 다중 세그먼트 방사기를 갖는 나선 안테나에 관한 것이다. 이것을 달성하기 위한 방법은 여러 실시예에 따라 이하에 설명된다.
2. 전형의 환경
가장 넓은 의미에서, 본 발명은 나선 안테나 기술이 사용될 수 있는 시스템에 구현 가능하다. 이런 환경의 하나의 예는 고정형, 이동형 및/또는 휴대용 전화기를 갖는 사용자가 위성 통신 링크를 통해 제3자와 통신하는 통신 시스템이다. 이런 전형의 환경에서, 전화기는 위성 통신 링크의 주파수로 튜닝되는 안테나를 갖추는 것이 요구된다.
본 발명은 이러한 전형의 환경의 용어로써 설명된다. 이들 용어에 대한 설명은 오직 편리성을 위해 제공된다. 본 발명을 이러한 전형의 환경으로 그 적용을 제한하려는 의도를 가지지 않는다. 사실상, 이하의 설명을 읽은 후, 선택적인 환경에서 본 발명을 구현하는 방법은 당업자에게 명확해질 것이다.
3. 종래의 나선 안테나
본 발명을 상세히 설명하기 전에, 종래의 나선 안테나의 방사기부를 설명하는 것이 유용하다. 상세히, 명세서의 이 부분은 종래의 4선 나선 안테나의 방사기부를 설명한다. 도 1a 및 1b는 각각 와이어형 및 스트립형인 종래의 4선 나선 안테나의 방사기부(100)를 도시하는 도면이다. 도 1a 및 1b에 도시된 방사기부(100)는 4선 나선 안테나에 대한 것이며, 즉 안테나가 구상으로 동작하는 4개의 방사기(104)를 가진다는 것을 의미한다. 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 방사기(104)는 원형 편파를 제공하도록 감겨진다.
도 2a 및 2b는 종래의 4선 나선 안테나의 방사기부의 평면적 표현을 도시하는 도면이다. 환언하면, 도 2a 및 2b는 안테나 실린더가 평탄면 상에 "감겨지지 않는" 경우의 방사기를 도시한다. 도 2a는 방사기가 개방되거나 또는 원격단에 함께 접속되지 않은 4선 나선 안테나를 도시한 도면이다. 이러한 구성에서, 방사기(208)의 공진 길이(ℓ)는 소망 공진 주파수의 1/4 파장의 기수 정수배이다.
도 2b는 방사기가 단락되거나, 비접속되거나 또는 원격단에 함께 접속되는 4선 나선 안테나를 도시하는 도면이다. 이 경우, 방사기(208)의 공진 길이(ℓ)는 소망 공진 주파수의 1/4 파장의 우수 정수배이다. 두 경우, 비 이상적인 개방 및 단락 종단에 대해 보상하기 위해 통상 작은 조절이 필요하기 때문에, 상태 공진 길이(ℓ)는 근사하다는 것을 유의해야한다.
도 3은 ℓ = λ/2의 길이를 갖는 방사기(208)를 포함하는 4선 나선 안테나(300)의 방사기부의 평면적 표현을 도시하는 도면이며, 여기서 λ는 안테나의 소망의 공진 주파수의 파장이다. 곡선(304)은 f = v/λ의 주파수에서 공진되는 공진기(208)에서의 신호에 대한 상대 전류량을 나타내며, 여기서 v는 방사기 매체에서의 신호 속도이다.
인쇄회로기판 기법(스트립 안테나)을 사용하여 구현된 4선 나선 안테나의 전형의 예는 도 4 내지 6을 참조하여 더욱 상세히 설명된다. 스트립 4선 나선 안테나는 유전체 기판(406) 상에 에칭된 스트립 방사기(104)로 구성된다. 기판은 방사기(104)가 실린더의 중심축 주위를 나선으로 감겨지도록 원통형상으로 감겨지는 얇은 가요성 재료이다.
도 4 내지 6은 4선 나선 안테나(100)를 제조하기 위해 사용되는 요소를 도시한다. 도 4 및 5는 각각 기판(406)의 원격면(400)과 근접면(500)의 도면을 제공한다. 안테나(100)는 방사기부(404)와 피드부(408)를 포함한다.
여기에 설명되고 도시된 실시예에서, 안테나는, 근접면이 형성된 실린더의 외부면 상에 위치되도록 기판을 원통형상으로 형성함에 의해 제조되는 것으로 설명된다. 선택적인 실시예에서, 기판은 원격면이 실린더의 외부면 상에 위치되는 원통형상으로 형성된다.
일 실시예에서, 유전체 기판(100)은 폴리테트라플루오로에탈렌(PTFE), PTFE/유지 복합체 또는 다른 유전성 재료로 구성된 얇은 가요성 층이다. 일 실시예에서, 기판(406)은 다른 두께가 선택될 수 있음에도 불구하고 0.005 인치 또는 0.13 mm 두께를 가진다. 신호 트레이스 및 접지 트레이스는 구리를 사용하여 제공된다. 선택적인 실시예에서, 다른 도전성 재료가 비용, 환경적 고려 및 다른 인자에 따라 구리를 대체하도록 선택될 수 있다.
도 5에 도시된 실시예에서, 피드 네트워크(508)는 피드부(408) 상에 에칭되어 방사기(104 : 104A-D)에 제공될 구상 신호(즉,0°, 90°, 180° 및 270°신호)를 제공한다. 원격면(400)의 피드부(408)는 피드회로(508)용 접지평면(412)을 제공한다. 피드회로(508)용 신호 트레이스는 피드부(408)의 근접면(500) 상에 에칭된다.
논의의 목적으로, 방사기부(404)는 피드부(408)에 인접한 제1 단(432)과 (방사기부(404)의 대향단에) 제2 단(434)을 갖는다. 구현된 안테나 실시예에 의존하여, 방사기(104)는 방사기부(404)의 원격면(400)에 에칭될 수 있다. 방사기(104)가 제1 단(432)으로부터 제2 단(434)을 향해 연장되는 길이는 소망의 공진 주파수의 1/4 파장의 거의 정수배이다.
방사기(104)가 λ/2의 정수배의 길이를 가지는 이러한 실시예에서, 방사기(104)는 제2 단(434)에서 서로서로 전기 접속된다 (즉 단락되거나 또는 단락회로화 된다.). 이 접속은, 기판이 실린더로 형성될 경우, 안테나의 원주를 포위하는 링(604)을 형성하는 제2 단(434)을 횡단하는 도체에 의해 이루어질 수 있다. 도 6은 제2 단(434)에 단락 링(604)을 갖는 스트립 나선 안테나의 에칭 기판의 사시도이다.
종래의 4선 나선 안테나는 여기에 참조병합되는 Burrell 등에게 허여된 미국특허 5,198,831(이하, 831 특허)에 개시된다. 831 특허에 개시된 안테나는 유전체 기판 상에 에칭되거나 또는 피착된 안테나 방사기를 갖는 인쇄회로기판 안테나이다. 기판은 실린더로 형성되어 방사기의 나선 구조를 형성한다.
다른 종래의 4선 나선 안테나는 여기에 참조병합된 Terret 등에게 허여된 미국특허 5,255,005(이하 005 특허)에 개시된다. 005 특허에 개시된 안테나는 직교상태로 위치되고 구상으로 여기되는 두 개의 2선(bifilar) 나선에 의해 형성되는 4선 나선 안테나이다. 개시된 안테나는 안테나의 통과대역을 개선하기 위해 제1 나선과 전자기적으로 결합되고 동축적인 제2의 4선 나선을 가진다.
또 다른 종래의 4선 나선 안테나는 여기에 참조병합된 Ow 등에게 허여된 미국특허 5,349,365호(이하 365 특허)에 개시된다. 365 특허에 개시된 안테나는 도 1a를 참조하여 상술된 와이어형으로 설계된 4선 나선 안테나이다.
4. 결합 다중 세그먼트 나선 안테나 실시예
종래의 나선 안테나의 다양한 형태를 간단히 기술하였으며, 지금부터 본 발명에 따른 결합 다중 세그먼트 나선 안테나를 여러 실시예의 형태로 설명할 것이다. 안테나의 방사기부(100)의 길이를 감소하기 위해, 본 발명은, 등가의 공진 길이를 가진 종래의 나선 안테나에서 필요한 것보다 더 짧은 길이로 임의의 주파수에서의 공진을 허용하는 결합 다중 세그먼트 방사기를 사용한다.
도 7a 및 7b는 결합 세그먼트 나선 안테나의 전형의 실시예의 평면적 표현을 도시하는 도면이다. 도 7a는 단선(single-filar) 실시예에 따라 (함께 단락되지 않은) 개방 회로로 종단되는 결합 다중 세그먼트 방사기(706)를 도시한다. 이와 같은 개방 회로로 종단되는 안테나는 단선, 2선, 4선 또는 다른 x-선 구현에 사용될 수 있다.
도 7a에 도시된 실시예는 단일의 방사기(706)로 구성된다. 방사기(706)는 방사기 세그먼트의 일 세트로 구성된다. 이 세트는 2개의 단부 세그먼트(708, 710)와 p 중간 세그먼트(712)로 구성되며, 여기서 p = 0, 1, 2, 3 ...이다. (도시된 것은 p = 3인 경우이다.) 중간 세그먼트는 선택적이다.(즉, p는 제로일 수 있다.) 단부 세그먼트(708, 710)는 물리적으로 서로 분리되나 전자기적으로 결합된다. 중간 세그먼트(712)는 단부 세그먼트(708, 710) 사이에 위치되며 단부 세그먼트(708, 710) 간의 전자기적 결합을 제공한다.
개방 종단 실시예에서, 세그먼트(708)의 길이(ℓs1)는 소망의 공진 주파수의 1/4 파장의 기수 정수배이다. 세그먼트(710)의 길이(ℓs2)는 소망의 공진 주파수의 1/2 파장의 정수배이다. p 중간 세그먼트(712) 각각의 길이(ℓp)는 소망의 공진 주파수의 1/2 파장의 정수배이다. 도시된 실시예에서, 3개의 중간 세그먼트가 존재한다.(즉, p = 3)
도 7b는 단락으로 또는 접속기(722)로 종단된 경우, 나선 안테나의 방사기(706)를 도시한다. 단락된 구현은 단선 안테나에게는 적합하지 않으나, 2선, 4선 또는 다른 x-선 안테나에 대해서는 사용될 수 있다. 개방 종단 실시예에서와 같이, 방사기(706)는 방사기 세그먼트의 일 세트로 구성된다. 이 세트는 2개의 단부 세그먼트(708, 710)와 p 중간 세그먼트(712)로 구성되며, 여기서 p = 0, 1, 2, 3...이다.(도시된 것은 p = 3 인 경우이다.) 중간 세그먼트는 선택적이다.(즉, p는 제로일 수 있다.) 단부 세그먼트(708, 710)는 서로 물리적으로 분리되나 전자기적으로 결합된다. 중간 세그먼트(712)는 단부 세그먼트(708, 710) 사이에 위치되고, 단부 세그먼트(708, 710) 간에 전자기적 결합을 제공한다.
단락된 실시예에서, 세그먼트(708)의 길이(ℓs1)는 소망의 공진 주파수의 1/4 파장의 기수 정수배이다. 세그먼트(710)의 길이(ℓs2)는 소망의 공진 주파수의 1/4 파장의 기수 정수배이다. p 중간 세그먼트(712) 각각의 길이(ℓp)는 소망의 공진 주파수의 1/2 파장의 정수배이다. 도시된 실시예에서, 3개의 중간 세그먼트가 존재한다.(즉, p = 3)
도 8a 및 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 다중 세그먼트 4선 나선 안테나 방사기부(800)를 도시하는 도면이다. 도 8a 및 8b는 p = 제로(즉 중간 세그먼트(712)가 존재하지 않음.)이며 세그먼트(708, 710)의 길이가 1.4 파장인 경우의 도 7b에 도시된 안테나의 전형의 구현을 도시한다.
도 8a에 도시된 방사기부(800)는 4개의 결합 방사기(804)를 갖는 4선 나선 안테나의 평면적 표현이다. 결합 안테나에서 각각의 결합 방사기(804)는, 방사기 세그먼트(708)의 에너지가 다른 방사기 세그먼트(710)와 결합되도록 서로 근접하게 위치된 2개의 방사기 세그먼트(708, 710)로 구성된다.
더욱 상세히, 일 실시예에 따라, 방사기부(800)는 2개의 섹션(820, 824)을 가지는 것으로 설명될 수 있다. 섹션(820)은 방사기부(800)의 제1 단(832)으로부터 방사기부(800)의 제2 단(834)으로 연장되는 다수의 방사기 세그먼트(708)로 구성된다. 섹션(824)은 방사기부(800)의 제2 단(834)으로부터 제1 단(832)으로 연장되는 다수의 제2의 방사기 세그먼트(710)로 구성된다. 방사기부(800)의 중앙 영역에서 각 세그먼트(708)의 일부는 인접 세그먼트(710)에 근접하여, 일 세그먼트로부터의 에너지가 근접 영역내의 인접 세그먼트(710)에 결합된다. 이러한 상대적인 근접은 중첩으로서 기술된다.
바람직한 실시예에서, 각 세그먼트(708, 710)는 약 ℓ1= ℓ2= λ/4의 길이를 가진다. 2개의 세그먼트(708, 710)로 구성된 단일의 방사기의 전체 길이는 ℓtot로 정의된다. 하나의 세그먼트(708)가 다른 세그먼트(710)와 중첩되는 양은 δ = ℓ1+ ℓ2- ℓtot로 정의된다.
공진 주파수(f = v/λ)에서, 방사기의 전체 길이(ℓtot)는 λ/2인 1/2 파장 길이보다 작다. 환언하면, 결합의 결과, 한 쌍의 결합 세그먼트(708, 710)로 구성된 방사기는, 그 방사기의 전체 길이가 λ/2의 길이보다 작은 경우라도, 주파수(f = v/λ)에서 공진된다. 그러므로 1/2 파장 결합된 다중 세그먼트 4선 나선 안테나의 방사기부(800)는 임의의 주파수(f)에서 종래의 1/2 파장 4선 나선 안테나(800)의 방사기부보다 더 짧다.
결합 구조를 사용하여 얻어진 크기의 감소를 명확히 설명하기 위해, 도 8에 도시된 방사기부(800)가 도 3에 도시된 것과 비교된다. 임의의 주파수(f = v/λ)에서, 종래의 안테나의 방사기부(300)의 길이(ℓ)는 λ/2인 반면, 결합 방사기 세그먼트 안테나의 방사기부(800)의 길이(ℓtot)는 λ/2보다 작다.
상술한 바와 같이, 일 실시예에서, 세그먼트(708, 710)는 ℓ1= ℓ2= λ/4의 길이를 가진다. 각 세그먼트의 길이는 ℓ1이 ℓ2와 같지 않고 그것들이 λ/4와 같지 않도록 변경될 수 있다. 각 방사기의 실제 공진 주파수는 방사기 세그먼트(708, 710)의 길이, 방사기 세그먼트(708, 710) 사이의 분리 길이(s) 및 서로 중첩되는 세그먼트(708, 710)의 양의 함수이다.
다른 세그먼트(710)에 대해서 세그먼트(708)의 길이를 변화하는 것은 안테나의 대역폭을 조절하기 위해 사용될 수 있음을 유의해야한다.. 예컨대, λ/4보다 다소 크게되도록 연장된 ℓ1과 λ/4보다 다소 작게되도록 단축된 ℓ2는 안테나의 대역폭을 증가시킬 수 있다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 다중 세그먼트 4선 나선 안테나의 실제 나선 구조를 도시한다. 이것은 일 실시예에서 각 방사기가 2개의 세그먼트(708, 710)로 구성되기 위한 방법을 도시한다. 세그먼트(708)는 방사기부의 제1 단(832)으로부터 방사기부의 제2 단(834)으로 나선형으로 연장된다. 세그먼트(710)는 방사기부의 제2 단(834)으로부터 방사기부의 제1 단(832)으로 나선형으로 연장된다. 도 8b는 서로 전자기적으로 결합되도록 세그먼트(708, 710)의 일부가 중첩됨을 도시한다.
도 9a는 방사기 세그먼트(708, 710) 사이의 분리(s) 및 중첩(δ)을 도시하는 도면이다. 분리(s)는, 충분한 에너지량이 방사기 세그먼트(708, 710) 사이에 결합되어 이것들이 약 λ/2의 유효 전기적 길이 및 그 정수배의 단일의 방사기로써 작용하게 하도록 선택된다.
이러한 최적의 간격보다 더 가까운 방사기 세그먼트(708, 710)의 간격은 세그먼트(708, 710) 사이의 더 큰 결합을 가져온다. 이 결과, 임의의 주파수(f)에서 세그먼트(708, 710)의 길이는 동일 주파수(f)에서 공진 가능하도록 증가되야 한다. 이것은 세그먼트(708, 710)가 물리적으로 접속되는 (즉, s = 0) 극단적인 경우에 의해 설명될 수 있다. 이 극단적인 경우에, 세그먼트(708, 710)의 전체 길이는 안테나가 공진하기 위해 λ/2와 같아야한다. 극단적인 경우에, 안테나는 본 명세서에서의 용어의 사용에 따르면 사실상 더 이상 결합되지 않으며, 결과의 구성은 사실상 도 3에 도시된 종래의 나선 안테나의 구성과 같게됨을 유의해야 한다.
유사하게 세그먼트(708, 710)의 중첩(δ) 양의 증가는 결합을 증가시킨다. 따라서, 중첩(δ)이 증가하면, 세그먼트(708, 710)의 길이도 또한 증가한다.
이해를 위해서 세그먼트(708, 710)의 최적의 중첩 및 간격은 도 9b에 참조된다. 도 9b는 각 세그먼트(708, 710)의 전류량을 나타낸다. 전류강도 표시(911, 928)는 각 세그먼트가 외부단(outer end)에서 최대 신호강도를 가지고 내부단(inner end)에서 최소 신호강도를 가지며 λ/4에서 이상적으로 공진되는 것을 나타낸다.
결합 방사기 세그먼트 안테나의 안테나 구성을 최적화하기 위해, 본 발명자는 모델링 소프트웨어를 사용하여 다른 매개변수 중에 올바른 세그먼트 길이(ℓ1, ℓ2), 중첩(δ) 및 간격(s)을 결정하였다. 하나의 소프트웨어 팩키지는 안테나 최적화기(AO : antenna optimizer) 소프트웨어 팩키지이다. AO는 모멘트 전자기적 모델링 알고리즘 방법을 기초로 한다. 저작권 1994의 AO 안테나 최적화기 버전 6.35는 캘리포니아 샌디에고의 브라이언 비즐리(Brian Beezley)에 의해 저작되고 이용 가능하다.
도 8a 및 8b를 참고하여 상술한 바와 같이 결합된 구성을 사용하여 얻어진 장점이 존재함을 유의해야한다. 종래의 안테나 및 결합 방사기 세그먼트 안테나 모두, 전류가 방사기의 단부에 집중된다. 어레이 인자 이론에 따르면, 이것은 일부 장치에서 결합 방사기 세그먼트 안테나에 대해 장점으로 이용될 수 있다.
설명을 위해, 도 10a는 두 점원(A, B)을 도시하는 도면이며, 여기서 점원(A)은 점원(B)의 신호와 같은 크기를 가진 신호를 방사하며 90°만큼 위상 지연된다. (ejωt규정이 가정됨) 점원(A 및 B)이 λ/4의 거리만큼 분리되는 경우, 신호는 A에서 B로의 방향으로는 위상이 일치되어 가해지고, B에서 A의 방향으로는 위상이 불일치되게 가해진다. 이 결과, 매우 작은 방사가 B에서 A의 방향으로 방출된다. 도 10b에 도시된 전형의 대표적인 필드패턴은 이러한 점을 도시한다.
따라서, A에서 B의 방향 상방으로, 지면에서 멀어지게 방향 지어지고, B에서 A의 방향이 지면을 향해 방향 지어지도록 점원(A, B)이 배열된 경우, 안테나는 대부분의 적용에 대해 최적화된다. 이것은, 신호강도를 지면을 향하도록 배향되는 안테나를 사용자가 요망하는 것이 드물기 때문이다. 이 구성은 신호강도의 대부분이 지면과 멀어지는 상방을 향하는 것이 요망되는 위성 통신에서 특히 유용하다.
도 10a에 모델화된 점원 안테나는 종래의 1/2 파장 나선 안테나를 사용하여 즉시 성취될 수 없다. 도 3에 도시된 안테나 방사기부를 고려해야한다. 방사기(208)의 단부에서의 전류강도의 집중은 거의 점원에 가깝다. 방사기가 나선 구조로 트위스팅된 경우, 90°방사기의 일단은 0°방사기의 타단과 일치되게 위치된다. 따라서, 이것은 하나의 선에서의 두 점원에 가깝다. 그러나, 이러한 근사 점원은 도 10a에 도시된 소망의 λ/4 구성에 반하여 약 λ/2로 분리된다.
그러나 본 발명에 따른 결합 방사기 세그먼트 안테나는 근사 점원이 λ/4에 근접한 거리로 이격된 경우의 구현을 제공한다. 그러므로 결합 방사기 세그먼트 안테나는 사용자에게 도 10a에 도시된 안테나의 방향 특성을 이용하는 것을 허용한다.
도 8에 도시된 방사기 세그먼트(708, 710)는 세그먼트(708)가 연관된 세그먼트(710)에 매우 가까이 있으나 세그먼트(708, 710)의 각각의 쌍은 세그먼트의 인접 쌍으로부터 상대적으로 떨어져있다. 하나의 선택적인 실시예에서, 각 세그먼트(710)는 각각의 측부의 세그먼트(708)로부터 동일거리로 위치된다. 이 실시예는 도 11에 도시된다.
도 11에서, 각 세그먼트는 인접 세그먼트의 각 쌍으로부터 사실상 동일한 거리에 존재한다. 예컨대, 세그먼트(708B)는 세그먼트(710A, 710B)로부터 동일한 거리에 존재한다. 즉, s1= s2이다. 유사하게, 세그먼트(710A)는 세그먼트(708A, 708B)로부터 동일한 거리에 존재한다.
이 실시예는 원하지 않는 결합이 존재하는 것처럼 보인다는 점에서 비직관적이다. 환언하면, 하나의 위상에 대응하는 세그먼트는 동일 위상의 적절한 세그먼트뿐만 아니라 이동된 위상의 인접 세그먼트에도 결합될 수도 있다. 예컨대, 세그먼트(708B), 90°세그먼트는 세그먼트(710A)(0°세그먼트) 및 세그먼트(710B) (90°세그먼트)에 결합될 수도 있다. 이런 결합은 최상 세그먼트(710)로부터의 방사가 두 개의 분리모드로서 생각될 수 있기 때문에 문제가 아니다. 하나의 모드는 인접 세그먼트, 즉 좌측에 결합됨에 따라 일어나고, 다른 모드는 인접 세그먼트, 즉 우측에 결합됨에 따라 일어난다. 그러나 이들 모드는 같은 방향으로의 방사를 제공하도록 위상결정되어 있다. 그러므로 이러한 이중 결합은 결합 다중 세그먼트 안테나의 동작에 불리하지 않다.
5. 전형의 구현
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 방사기 세그먼트 안테나의 전형의 구현을 도시한 도면이다. 도 12에서, 안테나는 방사기부(1202)와 피드부(1206)로 구성된다. 방사기부는 세그먼트(708, 710)를 포함한다. 도 12에 제공된 치수는 방사기부(1202)의 전체 길이에 대한 중첩량(δ)과 세그먼트(708, 710)의 공헌을 나타낸다.
실린더의 축에 평행한 방향으로의 세그먼트의 길이는 세그먼트(708)에 대해서는 ℓ1sinα, 세그먼트(710)에 대해서는 ℓ2sinα로 도시되며, α는 세그먼트(708, 710)의 내각이다.
도 8a 및 9a에 도시된 세그먼트 중첩은 참조문자 δ로 도시된다. 안테나 축에 평행한 방향으로의 중첩양은 도 12에 도시된 바와 같이 δsinα로 주어진다.
세그먼트(708, 710)는 상술한 바와 같이 변경될 수 있는 간격(s)으로 분리된다. 세그먼트(708, 710)의 단부와 방사기부(1202)의 단부 사이의 거리는 갭으로 정의되며, 각각 참조문자 γ1, γ2로 도시된다. 갭(γ1, γ2)은 서로 같을 수 있으나, 그러나 같을 필요는 없다. 상술한 바와 같이, 세그먼트(708)의 길이는 세그먼트(710)에 대해 변경될 수 있다.
일단으로부터 다음 것으로 세그먼트(710)의 오프셋양은 참조문자 ω0으로 도시된다. 인접 세그먼트(710) 사이의 분리는 참조문자 ωσ로 도시되며 나선 직경에 의해 결정된다.
피드부(1206)는 적절한 피드 네트워크를 포함하여 방사기 세그먼트(708)에 구상 신호를 제공한다. 피드 네트워크는 당업자에게 공지되므로 여기서 상세히 설명하지 않는다.
도 12에 도시된 실시예에서, 세그먼트(708)는 임피던스 정합을 최적화하기 위해 선택되는 피드 네트워크로부터 일정 거리만큼 세그먼트(708)를 따라 위치되는 피드 점에서 피딩(feeding)된다. 도 12에 도시된 실시예에서, 이 거리는 참조문자 δ피드로 도시된다.
연속 선(1224)은 기판의 원격면에서의 접지부에 대한 가장자리를 도시한다. 원격면 상의 접지부 대향 세그먼트(708)는 피드점으로 연장된다. 세그먼트(708)의 박부(thin portion)는 근접면에 존재한다. 피드점에서, 근접면의 세그먼트 두께는 증가된다.
약 1.6 ㎓의 L-밴드에서 동작하기 적당한 전형의 결합 방사기 세그먼트 4선 나선 안테나의 치수가 제공된다. 이것은 예에 불과하며 다른 치수가 L-밴드에서 동작을 위해 가능함을 유의해야한다. 추가로, 다른 치수는 또한 다른 주파수 대역에서의 동작용으로 가능하다.
전형의 L-밴드 실시예에서의 방사기부(1202)의 전체 길이는 2.30 인치(58.4 mm)이다. 이 실시예에서, 피치각(α)은 73도이다. 이 각(α)을 사용하면, 이 실시예의 세그먼트(708)의 길이(ℓ1sinα)는 1.73 인치(43.9 mm)이다. 도시된 실시예에서, 세그먼트(710)의 길이는 세그먼트(708)의 길이와 같다.
하나의 전형의 실시예에서, 세그먼트(710)는 세그먼트(708)의 인접 쌍으로부터 사실상 동일거리에 위치된다. 세그먼트(710)가 인접 세그먼트(708)로부터 동일거리로 존재하는 실시예의 하나의 구현에서, 간격 s1= s2= 0.086 인치이다. 예를 들면, 인접 세그먼트(708)로부터 0.070 인치(1.8 mm)의 세그먼트(710)의 간격(s)을 포함하는 다른 간격이 가능하다.
방사기 세그먼트(708, 710)의 폭(τ)은 이 실시예에서 0.11 인치(2.8 mm)이다. 다른 폭도 가능하다.
전형의 L-밴드 실시예는 대칭 갭 γ1= γ2= 0.57 인치(14.5 mm)의 특징을 갖는다. 갭(γ)이 방사기부(1202)의 양 단부에 대해 대칭인 경우 (즉 γ1= γ2),방사기(708, 710)는 1.16 인치(29.5 mm) (1.73 인치 - 0.57 인치)의 중첩(δsinα)을 가진다.
세그먼트 오프셋(ω0)은 0.53 인치이며 세그먼트 분리(ωs)는 0.393 인치(10.0 mm)이다. 안테나의 직경은 4ωs/π이다.
일 실시예에서, 이것은 피드점으로부터 피드 네트워크까지의 거리(δ피드)가 1.57 인치(39.9 mm)가 되도록 선택된다. 다른 피드점이 임피던스 정합을 최적화하도록 선택될 수 있다.
상술의 전형의 실시예는 나선 안테나를 포위하고 방사기부를 접하는 0.032 인치 두께의 폴리카보네이트 레이돔(radome)과 연관되어 사용되기 위해 설계된다. 레이돔 또는 다른 구조가 소망의 주파수의 파장에 어떤 영향을 주는지는 당업자에게 명확할 것이다.
지금 설명된 전형의 실시예에서 L-밴드 안테나 방사기부의 전체 길이는 종래의 1/2 파장 L-밴드 안테나에 비해 감소된다. 종래의 1/2 파장 L-밴드 안테나에서, 방사기부의 길이는 약 3.2 인치(즉, λ/2(sinα)이며, 여기서 α 는 수평면에 대한 세그먼트(708, 710)의 내각임.) (81.3 mm)이다. 상술의 전형의 실시예에서, 방사기부(1202)의 전체 길이는 2.3 인치(58.42 mm)이다. 이것은 크기가 종래의 안테나에 비해 상당히 절감됨을 나타낸다.
도 13은 1/2 파장 L-밴드 결합 다중 세그먼트 안테나 방사기부(1304)와 종래의 L-밴드 4선 나선 안테나(1308)의 나란한 비교를 도시하는 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 결합 방사기 세그먼트 안테나 방사기부(1304)는 종래의 4선 나선 안테나(1308)보다 상당히 짧다.
약 2.49 ㎓의 S-밴드에 대한 전형의 실시예가 지금부터 설명된다. 전형의 S-밴드 실시예의 방사기부(1202)의 전체 길이는 1.50 인치(38.1 mm)이다. 이 실시예에서 피치각(α)은 65도이다. 이 실시예의 세그먼트(708)의 길이(ℓ1sinα)는 0.95 인치(24.1 mm)이다. 세그먼트(710)의 길이는 세그먼트(708)의 길이와 같다. 바람직한 실시예는 세그먼트(710)를 세그먼트(708)의 인접 쌍으로부터 동일 거리에 위치시키는 간격이다. (s1= s2= 0.086 인치) 방사기 세그먼트(708, 710)의 폭(τ)은 0.11 인치(2.8 mm)이다. 50 Ω 임피던스 정합을 위한 피드점(δ피드)은 0.60 인치이다.
전형의 S-밴드 실시예는 방사기부(1202)의 양 단부에 대한 대칭 갭(즉, γ1= γ2= 0.55 인치)의 특징을 갖는다. 방사기(708, 710)는 0.40 인치(10.2 mm) (0.95 인치 - 0.55 인치)의 중첩(δsinα)을 가진다.
세그먼트 오프셋(ω0)은 0.44 인치(11.2 mm)이며 세그먼트 분리(ωs)는 0.393 인치(10.0 mm)이다. 안테나의 직경은 4ωs/π이다.
지금까지 설명된 전형의 실시예는 나선 안테나를 포위한 (그리고 방사기부에 접하는) 0.032 인치 두께의 폴리카보네이트 레이돔을 이용하여 설계된다.
이들 실시예에서, S-밴드 안테나의 전체 길이는 종래의 반파장 S-밴드 안테나보다 감소된다. 종래의 반파장 S-밴드 안테나에서 방사기부의 길이는 약 2.0 인치(λ/2(sinα), 여기서 α는 수평선에 대한 세그먼트의 내각임) (50.8 mm)이다. 지금 막 설명된 실시예에서, 방사기부(1202)의 전체 길이는 1.5 인치이다.
도 14a는 L-밴드에서 동작하는 결합 다중 세그먼트 4선 나선 안테나의 전형의 구현의 방사 패턴을 도시하는 도면이다. 도 14b는 S-밴드에서 동작하는 결합 다중 세그먼트 4선 나선 안테나의 전형의 구현의 방사 패턴을 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 안테나는 상부 반분 면에서 양호한 전(全)방향 특성을 제공하며 양호한 원형 편파성을 나타낸다.
상술의 스트립 실시예에서, 방사기 세그먼트(708, 710, 712)는 모두 기판의 동일면에 제공되는 것으로 기술된다. 선택적 실시예에서, 세그먼트는 모두 기판의 동일면에 있을 필요는 없다. 예컨대, 일 실시예에서 제1 단의 세그먼트(즉, 세그먼트 708)는 기판의 일 면에 위치되며, 제2 단의 세그먼트(즉, 세그먼트 710)는 반대면에 위치된다. 모든 세그먼트(708, 710, 712)가 동일면에 있는 것을 요구하지 않는 이 실시예 및 다른 실시예가 가능하며, 이는 세그먼트는 전자기 에너지가 결합되도록 엄격한 에지형으로 정렬될 필요가 없기 때문이다. 기판의 두께 수준의 작은 오프셋은 결합에 역작용을 일으키지 않는다. 세그먼트(708, 710, 712)의 선택적인 위치정렬이 허용되는 이들 실시예는, 튜닝 또는 안테나 내부에 다른 요소를 제공함과 동시에 요소들의 접속하는 목적으로 요소들에 대한 억세스를 허용하기 위해 안테나 외부에 어떤 요소 또는 세그먼트를 제공하는 경우 사용될 수 있다.
일부 적용에서, 두 주파수에서 동작하는 안테나를 갖는 것이 소망된다. 이러한 적용의 일 예는 송신을 위해 일 주파수에서 동작하고 수신을 위해 제2 주파수에서 동작하는 통신 시스템이다. 2중-밴드 성능을 실현하기 위한 하나의 종래의 기법은 단일의 긴 실린더를 형성하도록 두 개의 단일-밴드 4선 나선 안테나를 한쪽 끝과 다른 한쪽 끝을 연결하는 방식으로 적층하는 것이다. 예를 들면, 시스템 설계자는 L 및 S에서 동작 특성을 실현하기 위해 L-밴드 안테나 및 S-밴드 안테나를 적층할 수 있다. 그러나 이러한 적층은 안테나의 전체 길이의 증가시킨다. 결합 방사기 세그먼트 안테나를 사용하여 얻어진 크기의 감소는 적층 2중-밴드 안테나의 전체 길이의 현격한 감소를 가져온다.
세그먼트화된 방사기 나선 안테나의 추가의 장점은 제조 후 안테나를 매우 쉽게 튜닝할 수 있다는 것이다. 안테나는 트리밍 세그먼트(708, 710)에 의해 단순하게 튜닝될 수 있다. 원한다면, 이것은 안테나의 전체 길이의 변화 없이 실행될 수 있다는 것을 유의해야한다.
상술의 결합 방사기 세그먼트 안테나의 실시예는 λ/2의 정수배와 동일한 파장에서 공진하는 반파장 안테나에 대해서 제공되었음을 유의해야한다. 이 문서를 읽은 후, 방사기의 원격단의 단락링(shorting ring)을 제거함에 의해 λ/4의 기수 정수배와 동일한 파장에서 공진하는 안테나를 사용하여 본 발명을 구현하는 방법은 당업자에게 명백해질 것이다.
3. 결론
바람직한 실시예의 상기 설명은 당업자가 본 발명을 사용할 수 있게 한다. 이들 실시예의 다양한 수정은 당업자에게는 명백하며, 여기에 정의된 포괄적인 원리는 발명적인 노력의 이용 없이 다른 실시예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 개시된 실시예에 한정하도록 의도되지 않으며 여기에 개시된 원리 및 신규의 특징과 일치하는 가장 넓은 영역에 적용되야한다.

Claims (26)

  1. 하나 이상의 나선 감김 방사기를 갖는 방사기부로 구성되며, 상기 하나 이상의 방사기는 상기 방사기부의 제1 단으로부터 상기 방사기부의 제2 단으로 연장되며, 상기 하나 이상의 방사기는,
    상기 방사기부의 제1 단으로부터 상기 방사기부의 제2 단으로 나선형상으로 연장되는 제1 방사기 세그먼트; 및
    상기 방사기부의 제2 단으로부터 상기 방사기부의 제1 단으로 나선형상으로 연장되는 제2 방사기 세그먼트로 구성되며,
    상기 제1 방사기 세그먼트는, 상기 제1 및 제2 방사기 세그먼트가 서로 전자기적으로 결합되도록 상기 제2 방사기 세그먼트에 근접하는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방사기 세그먼트는 유전체 기판 상에 피착된 스트립 세그먼트로 구성되며, 상기 유전체 기판은 상기 방사기가 나선형상으로 감싸지도록 형상화되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 유전체 기판은 원통형 또는 원추형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방사기 세그먼트는 와이어 세그먼트인 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 방사기 세그먼트는 상기 제2 방사기 세그먼트와 길이가 동일한 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방사기 세그먼트는 길이가 λ/4이며, λ는 안테나의 공진 주파수의 파장인 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 나선 안테나는 4개의 방사기로 구성되며, 상기 4개의 방사기에 구상 신호를 제공하는 피드 네트워크로 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 나선 안테나는 상기 제1 세그먼트를 따라 상기 제1 단으로부터 소정 거리에 위치된 각각의 상기 방사기용 피드점으로 추가로 구성되며, 상기 거리는 방사기의 임피던스가 피드 네트워크에 정합되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 방사기는 상기 제1 및 제2 방사기 세그먼트 사이에 위치된 하나 이상의 중간 방사기 세그먼트로 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 방사기 세그먼트의 일부는 상기 제2 방사기 세그먼트의 일부에 매우 근접하는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 나선 안테나는 상기 제2 방사기부의 제1 단으로부터 상기 제2 방사기부의 제2 단으로 연장된 다수의 나선 감김 제2 방사기를 가지는 제2 방사기부로 추가로 구성되며, 상기 제2 방사기 각각은,
    상기 방사기부의 제1 단으로부터 상기 방사기부의 제2 단으로 나선형상으로 연장되는 제1 방사기 세그먼트; 및
    상기 방사기부의 제2 단으로부터 상기 방사기부의 제1 단으로 나선형상으로 연장되는 제2 방사기 세그먼트로 구성되며,
    상기 제1 방사기 세그먼트의 일부는 상기 제1 및 제2 방사기 세그먼트가 서로 전자기적으로 결합되도록 상기 제2 방사기 세그먼트의 일부와 근접하며, 그리고
    상기 제2 방사기부는 상기 제1 방사기부의 공진 주파수와 다른 공진 주파수에서 동작되어 2중-밴드 동작을 제공하는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제1 방사기부는 상기 제2 방사기부와 동축적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 방사기는 상기 제1 단에서 피드 네트워크와 접속되며, 상기 제2 단에서 함께 접속되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 방사기는 상기 제1 단에서 피드 네트워크와 접속되며, 상기 제2 단에 개방 종단을 가지는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  15. 다수의 나선 감김 다중 세그먼트 방사기를 갖는 방사기부로 구성되며, 상기 다중 세그먼트 방사기는 상기 방사기부의 제1 단으로부터 상기 방사기부의 제2 단으로 연장되며, 상기 다중 세그먼트 방사기 각각은, 최소한 제1 및 제2 세그먼트로 구성되며, 상기 제1 세그먼트는 상기 제2 세그먼트와 물리적으로 분리되나 전자기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세그먼트는 유전체 기판 상에 피착된 스트립 세그먼트로 구성되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제1 세그먼트는 상기 제2 세그먼트와 길이가 동일한 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방사기 세그먼트는 와이어 세그먼트로 구성되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세그먼트는 길이가 λ/4이며, λ는 안테나의 공진 주파수의 파장인 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 나선 안테나는 4개의 방사기로 구성되며, 상기 4개의 방사기에 구상 신호를 제공하는 피드 네트워크로 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  21. 제 15 항에 있어서, 상기 나선 안테나는 각각의 상기 방사기용 피드점으로 추가로 구성되며, 상기 피드점은 상기 제1 세그먼트를 따라 상기 제1 단으로부터 소정 거리에 위치되며, 상기 거리는 방사기의 임피던스가 피드 네트워크에 정합되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  22. 제 15 항에 있어서, 상기 방사기는 상기 제1 및 제2 방사기 세그먼트 사이에 위치된 하나 이상의 중간 방사기 세그먼트로 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  23. 제 15 항에 있어서, 상기 제1 방사기 세그먼트의 일부는 상기 제2 방사기 세그먼트의 일부에 매우 근접하는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  24. 제 15 항에 있어서, 상기 나선 안테나는 상기 제2 방사기부의 제1 단으로부터 상기 제2 방사기부의 제2 단으로 연장되는 다수의 나선 감김 세그먼트화된 방사기를 갖는 제2 방사기부로 추가로 구성되며, 상기 세그먼트화된 방사기 각각은 제1 및 제2 세그먼트로 구성되며, 상기 제1 세그먼트는 상기 제2 세그먼트와 물리적으로 분리되나 전자기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 제1 방사기부는 상기 제2 방사기부와 동축적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
  26. 제 15 항에 있어서, 상기 방사기는 원통형 또는 원추형으로 나선형으로 감기는 것을 특징으로 하는 나선 안테나.
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