KR20000064587A - 플레이너이미터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평면 공명기(4)를 포함하는 이미터 평면(1)과 결합 네트워크(3)를 포함하는 네트워크 평면(2)을 가지는 플레이너 이미터에 관련되는데, 평면 공명기(4)는 결합 네트워크(3)를 통하여 동일 위상에서 동전기를 일으키며 상호 연결된다. 플레이너 이미터는 면이 서로 평행을 이루는 층(4,5,6,7)으로 구성된 샌드위치 구조로 형성되는데, 제 1 절연층(5)은 네트워크 평면(2)과 이미터 평면(1)을 위한 동일 접지 표면을 형성하는 얇은 전기 전도층(6)에 의해 제 2 절연층(7)과 분리된다. 제 1 절연층(5)은 전기 저동층(6)에서 이격된 면에서 평면 공명기(4)를 지지하고 제 2 절연층(7)은 전기 전도층(6)에서 이격된 면에서, 마이크로스트립 선(8)에 의해 형성된, 결합 네트워크(3)를 지지한다.

Description

플레이너 이미터

작은 대역으로 인해 단일 안테나를 사용하는 비교적 작은 주파수대는 절달할 수 있으므로, 소스펙트럼 영역에서만 고품질의 시스템을 제공하기 때문에 다지점 다채널 통신 서비스에 사용하는데 제한된다는 단점을 종래 기술에 따른 플레이너 안테나에서 발견할 수 있다.

본 발명은, 플레이너 공명기를 장착한 이미터 평면 및 결합 네트워크를 장착한 네트워크 평면을 가지는 플레이너 이미터(Planar Emitter)에 관련되는데 플레이너 공명기는 결합 네트워크를 통하여 동(動) 직류 전기를 일으키며 같은 위상에서 상호 결합된다.

반사기 안테나 또는 플레이너 안테나 또는 이미터는 통신 서비스를 위해 사용된다. 특히 마이크로파 스펙트럼에서 직선 편광을 하는 전자기 방출장의 수용 및 방출을 필요로하는 다지점, 다채널 통신 서비스를 위해 사용된다. 반사기 안테나의 이미터 특성은 알맞은 여기 장치에 의해 반사기 표면상에서 전자기 방출장의 적절한 진폭 및 위상 관계의 발생을 기초로한다. 여기에서 사용되는 반사기는 한정된 곡률과 엔벨로우프의 밀폐된 표면 형태를 취하거나 정해진 길이와 간격을 가지는 분리된 전도성 선형 요소의 격자 배열로 배치된다. 종래 기술에 따른 플레이너는 정해진 크기 및 간격을 가지는 갈바니 전기를 일으키며 평행하게 공급되는 플레이너 공명기 배치를 기본으로 한다.

본 발명에 따른 여러 실시예가 도면을 참고로 상세히 나타나 있다.

도 1 은 플레이너 이미터의 횡단면도;

도 2 는 이미터 평면의 상측면도;

도 3 은 네트워크 평면의 상측면도;

도 4 는 전기 전도성 접지면의 상측면도;

도 5 는 파 경로 및 커넥터의 횡단면도;

도 6 은 제 1 절연층을 형성하는 두 층을 가지는 본원에 따른 이 미터의 횡단면도;

도 7 은 슬리브의 길이가 짧아지고 그것의 벽두께는 확장된, 도 6 에 나타낸 이미터의 횡단면도.

* 부호 설명

1 ... 이미터 평면 2 ... 네트워크 평면

3 ... 결합 네트워크 3a-3f ... 스트립 전도체

4 ... 평면 공명기 5 ... 제 1 절연층

6 ... 접지면 7 ... 제 2 절연층

8 ... 마이크로 스트립 회로 9 ... 커넥터

10 ... 개구 11 ... 외장

12 ... 평면 공명기의 이송점 13 ... 결합점

14 ... 제 1 층 15 ... 제 2 층

16 ... 파 경로 17 ... 결합점

18 ... N-부싱 19, 20 ... 리세스

21 ... 관통 핀 22 ... 압력 블록

23 ... 보어 홀 24 ... 도파관의 연장부

본 발명의 목적은, 특히 2,500GHZ -2,686GHZ 사이의 주파수 영역에서, 다채널 다지점 전송에 적합하도록, 구조가 간단하고 소형이면서 용이하게 제작되는 소수 성분으로 구성됨과 동시에 가능한 한 가장 넓은 스펙트럼 영역에서 높은 주파수에 의존하는 시스템을 가지는 평면 공명기를 장착한 플레이너 이미터를 제공하는 것이다.

이 문제점은, 플레이너 이미터가 서로에 대해 면끼리 평행을 이루는 층으로 구성된 샌드위치 구조로 형성되고, 제 1 절연층은 네트워크 층과 이미터를 위한 접지면을 형성하는 전기 전도 박층에 의해 제 2 절연층과 분리되며, 제 1 절연층은 전기 전도면으로부터 이격된 면에서 평면 공명기를 지지하고 제 2 절연층은 전기 전도층에서 이격된 면에서 결합 네트워크를 지지하는 본 발명에 의해 해결된다.

본원에 설명된 플레이너 이미터는 이미터와 네트워크 평면에 대해 동일 접지면을 필요로 하는데 종래의 플레이너 이미터와 비교해 이미터의 전체 높이는 크게 감소되고 제작 재료비 또한 줄어든다. 그리고 결합 네트워크의 특성파 임피던스에 영향을 끼치지 않으면서, 이미터에 의해 전송된 방출장의 대역은 제 1 절연층의 두께를 적절히 선택함으로써 바뀔 수 있고, 전체 스펙트럼 영역에 대해 시스템의 성능을 높게 달성할 수 있다.

각각의 플레이너 공명기는 전기 전도성 커플링 핀을 통하여 결합 네트워크와 전기 전도 연결되어서 전기 전도성 커플링 핀은 이미터 및 네트워크 평면과 직교하는 천공된 통로에 설치된다.

두께가 두꺼운 제 1 절연층에 의해 커플링 핀은 비교적 길어서 핀 자체는 전기 변환 효과를 가진다. 그러므로 핀에 의해 나타낸 유도 반응 성분이 간과될 수 없고 보상되어야 한다. 이것은 핀을 일부 구간 덮고 테플론으로 만들어진 외장에 의해 이루어질 수 있는데 상기 테플론은 이미터와 네트워크 평면을 위한 기본 물질의 기능을 가지는 절연층을 형성하는 물질의 절연 계수보다 높다. 외장의 벽 두께, 높이 ε_r을 조절함으로써 핀-외장 결합체의 단위 길이당 커패시턴스가 조절되므로 핀의 유도 반응 성분은 보상된다.

반면에, 핀의 유도 반응 성분의 보상은, 사용되는 마이크로-스트립 회로의 길이와 너비 비율의 변환 효과에 의해 달성된다. 이 마이크로-스트립 회로를 사용한 변환은 각 문헌에 나타난 것처럼 적합하다. 여기에서 필요하다면 외장을 제거할 수도 있다.

또 전기 전도성 핀이 전도층을 통과하는 영역에서 전기 전도 박층은 원형의 창모양의 구멍이 있는 리세스를 포함하여서, 이 핀은 전기 전도층과 전기 연결될 필요가 없다. 상기 원형의 리세스는 오리피스(orifice)를 형성하는데, 여기에서 커플링 계수는 리세스의 지름을 사용하여 조절할 수 있다. 따라서 커플링 계수는 이미터 평면에서 네트워크 평면으로 전달되는 신호 세기를 결정한다. 개구의 최적 지름은 실험에 의해 구해진다.

플레이너 이미터를 가요성 있게 만들기 위해서 제 1 절연층은, 각각이 한 층을 형성하는 이종의 절연 물질로 만들어진다. 이 경웽, 제 1 층의 두게는 제 2 층의 두께보다 두꺼워서 제 1 층과 이격된 측부상에서 제 2 층은 공명기 평면을 지지한다. 그러므로 제 1 층은 플레이너 이미터의 실제 기본 물질을 형성하고 εr과 감소각 tan δε에 의해 이미터 평면의 특성을 결정한다. 제 1 층의 물질은 발포형으로 유연성이 있으며 20Kg/m³의 부피를 가지는 저렴한 폴리스티롤이다. 제 2 층은 제 1 층에 접착된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 막을 사용한 형태이다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 막의 장점은, 그것이 구리와 단단하게 영구 결합되어서 공명기 평면이 고정된다는 것이다.

전술한 바에 따른 외장을 사용함으로써 달성되는 또다른 장점은, 단단하게 형성된 외장 때문에 이미터와 네트워크 평면 사이의 틈이, 외력의 작용하에서도, 안테나가 설치될 때에도 일정하게 유지된다는 것이다. 이 시스템 성능은 플레이너 이미터를 구부리거나 압축할 때에도 바뀌지 않는다.

플레이너 공명기는 원하는 대로 형성되고 배치될 수 있다. 방출 가장자리와 사선으로 놓인 평면 공명기의 대칭선에 필요한 임피던스 프로파일을 형성하도록, 요구되는 방출 관련 고유 특성을 가지는 평면 공명기를 생산하기 위해 평면 공명기는 사각형으로 만들어지는데 넓은 면은 이미팅 가장자리와 일치한다. 평면 공명기는 매트릭스식으로 상호 배치된다. 이 경우에 단지 8 개의 평면 공명기가 가로 2열, 세로 4열로 배치된다면 다양하게 사용될 수 있다. 이처럼, 플레이너 이미터의 치수를 줄이고 측정을 간소화하기 위해 플레이너 공명기의 매트릭스식 정렬의 기로, 세로 간격이 일정하게 유지된다면 유리하다.

기활용가능한 성분과 커넥터 시스템으로 송수신된 신호를 만족할 만하게 결합할 수 있도록, 플레이너 이미터는 결합 네트워크의 연결점과 커넥터를 연결하는 파 경로를 유지하는 연장부를 포함한다. 종래 기술에 따른 N-부싱은, 부싱의 내부전도체가 결합 네트워크의 절연 캐리어의 연장부에 위치한 마이크로-스트립 회로에 연결되도록, 전기 전도층의 연장부에 배치된 연장부의 접지층이 절연 압력 블록에 의해 발생된 압력에 의해 부싱 표면 방향의 외부 슬리브와 연결되도록 수정된 연결자에 연결될 수 있다. 파 경로는 동축 연결자와 연결된 접지층, 제 2 절연층 및 마이크로-스티립 회로에 의해 형성된다.

도 1 은, 제 1 절연층(5)이 단일 물질로 만들어진 본원에서 기술된 바와 같은 이미터 형태를 나타낸다. 제 1 절연층(5)의 상단에 얇은 결합층으로 구성된 공명기 평면(4)이 배치된다. 제 1 절연층(5)과 제 2 절연층(7) 사이에 전도 접지층이 있다. 이 접지면(6)은 17-18㎛두께의 구리층이다. 접지면과 이격된 층(7)의 평면부에 마이크로스트립 회로(8) 또는 결합 네트워크(3)가 배치된다. 커플링 점(12, 13)은 전기 전도 핀(9)을 사용한다. 핀(9)은 작은 횡단면적 지름을 가지기 때문에 결합점(12)의 위치에 따라 결정된 것과 같은 평면 공명기(4)의 입력 임피던스는 공명기 표면과 핀(9)의 넓은 표면 접촉에 의해 확정된다. 판(9)의 지름은, 결합 네트워크(3)의 스트립 너비를 초과하지 않을 정도로 충분히 작게 선택되어야 한다. 따라서 핀(9)의 두께는 1㎜를 초과해서는 안된다. 핀은 네트워크의 구리층과 이미터 평면과 개선된 영구 접촉을 하고 안정된 세트를 부여하도록 납땜되고 이미터에 강성을 부여하는 외장(11)으로 둘러싸여 있다.

층(5)의 두께(D2)는 플레이너 이미터의 전체 높이를 결정한다.

접지 표면(6)은, 핀(9)이 접지 표면(6)을 통과하는 영역에서, 원형 리세스(10)를 가지는데 상기 리세스의 지름은 핀(9)의 바깥쪽 지름보다 길다. 외장(11)의 길이가 길이 D₂+ D₃와 일치한다면, 리세스(10)의 지름은 외장(11)의 바깥쪽 지름과 같도록 선택되어야 한다.

층(5)은 발포형으로 유연성이 있는 폴리스티롤로 만들어지므로 플레이너 이미터는 일정한 정도로 휘어질 수 있다. 이 유연성은 얇은 구리층(4, 6, 8)과 층(7)에 의해 최소로 손상된다.

도 2 에 나타난 것처럼, 결합점(1)은 공명기 평면에서 반드시 중심에 배치될 필요는 없다. 종래 기술에 따른 모의 실험 방법에 의해, 각 주파수 및 대역에 대해 필요한 입력 임피던스가 계산될 수 있고 이것에 의해 결합점(12)의 위치를 구할 수 있다.

도 3에서 결합 네트워크(3)는 신호에 의해 내외 결합 경로(16)와 함께 나타나 있다. 네트워크(3)는 스트립 회로와 (3a-3f, 16)로 구성된다. 이 스트립 전도 섹터는 다른 길이와 너비를 가지므로 핀(9)의 길이에 의해 야기된 유도부가 보상되어서 평면 공명기로 이끄는 파 전달 경로의 임피던스-조절 수렴을 허용한다.

도 4 에서는 접지층(6)의 전도성 구리층이 나타나 있다. 검은 점(10, 19, 20)은, 구리가 오목한 곳에 들어가 있는 점을 나타낸다. 알맞은 지름을 가지는 보어 호울은 이 점을 통하여 구비되므로 핀(9), (21)과 슬리브(11) 및 커넥터(19)를 위한 마운팅 나사는 접지 표면(6)을 통과할 수 있다.

도 5 는 파 경로(16)와 커넥터(18)를 지지하는 연장부(24)의 횡단면도이다. 이 연장부(24)는 커넥터(18)와 압력 블록(22)사이에 놓인다. 커넥터(18)와 압력 블록(22)은 연장부(24)를 사용하여 고정되고 보어 호울(23)은 고정 나사를 구비하고 있으므로 커넥터(18)는 연장부(24)와 단단히 결합된다.

하기 예시에서 기하학적 구조 데이터가 제공되는데 이 플레이너 이미터의 사용은 2,500GHZ-2,685GHZ 의 주파수 스펙트럼에서 고성능을 가진다.

공명기 평면은 47㎜의 길이, 53㎜의 너비와 87㎜의 분리된 가로열 세로열을 가진다. 이송점과 결합점(12)은 중심에서 약 2㎜떨어져 표면 내에 배치된다. 구리층의 두께(D1, D3, D5)는 약 18㎛이다. 도 6 에 나타난 것처럼 층(5)는 2층으로 이루어지는데 제 1 층(14)은 10.5㎜의 두께 D1을 가지고, 20kg/㎥의 부피를 가지는 발포형 폴리스티롤로 만들어진다. 제 2 층(15)은 100㎛의 L2 두께를 가지고 폴리에티렌 테레프탈레이트로 이루어진다. 제 2 절연층(7)은 유리 섬유로 보강된 381㎛두께의 폴리테트라-폴리오르에틸렌으로 구성된다.

모든 층은 서로서로 단단히 결합되는데 층(14)는 층(15)에 접착되고 접착본드의 두께는 7㎛이다.

핀(9)은 1.2㎜의 지름을 가지고 층(7)의 보어 홀에서 단부 중 하나와 함께 놓이는데 상기 홀의 지름은 1.2㎜이고 결합점(13)을 통과한다. 층(5, 6)은 핀(9)와 외장(11)을 삽입하기 위해 4.2㎜의 지름을 가지는 보어홀과 유사한 핀(9)으로 구성된다.

결합 네트워크(3)는, 결합점(17)에 의해 동일 위상으로 모든 공명기 평면이 공급되도록 대칭 구성된다. 결합점(13)은 1.2㎜의 내주와 2.1㎜의 외주를 가진다.

모든 결합점(13)에서 출발하여 27㎜의 길이에 대해 0.49㎜의 너비를 가지는 전도체(3a)는 셀과 이웃한 이송점(13) 방향으로 뻗어있다. 그 후에 이 전도체(3a)는 31㎜의 길이와 1.25㎜의 너비를 가지는 전도체(3b)로 도약한다. 그 후에 전도체(3b)는 27㎜의 길이에서 이웃한 이송점(13)에 도달하도록 0.49㎜ 너비로 연장된다. 이런식으로 각 셀에 각각의 외부 공명기 평면(4)의 이송점은 셀 아래에서 이웃하여 각 공명기 평면(4)의 각각의 이송점과 연결된다. 전도체(3b)의 중심으로부터, 1.88㎜의 너비와 22.3㎜의 길이를 가지는 전도체(3c)는 전도체(3b) 방향으로 연결되고 42.45㎜의 신장에 대해 1.15㎜의 너비로 이동한다(전도체 3d). 전도체는 1.88㎜로 확장한후, 22.3㎜의 신장에 의해 대향한 전도체(3b)와 중심에서 접하게 된다. 전도체(3d)의 중심에서, 전도체(3d) 방향으로 1.88㎜의 너비와 22.3㎜의 길이를 가지는 전도체(3e)와 대향하여 배치된다. 그 후에 전도체(3e)는 129.4㎜의 길이에 대해 1.15㎜의 너비로 전환된다(전도체 3f). 전도체(3f)의 너비는 22.3㎜의 길이에 대해 1.88㎜로 바뀐다. 따라서 대향하여 배치된 전도성(3d)의 중심에 도달하게 된다. 전도체(3f)의 중심에서 1.88㎜의 너비와 22.3㎜의 길이를 가지는 도파관은 접합한 후 1.15㎜의 감소된 너비를 가지며 네트워크(3)의 결합점(21)까지 뻗어있다.

전술한 결합 네트워크(3)에 의해 핀(9)의 유도 반동성분은 종방향 핀(9)의 측정에 의해 보상되고, 제 1 절연층(5)의 두께에 의해 결정된다.

도 7 은, 외장(11)이 층(5, 6)의 전체 높이까지 뻗어있을 필요가 없다는 것을 나타낸다. 외장(11)의 벽두께(WS)와 길이(LS)를 선택함으로써 그것의 커패시턴스는 영향을 받을 수 있으므로 반동 성분을 보상하는 네트워크(3)와 긴 핀(9)의 유도 반동 성분은 더 이상 필요하지 않다.

Claims (16)

1. 플레이너 공명기(4)를 장착한 이미터 평면(1)과 결합 네트워크(3)를 구비한 네트워크 평면(2)을 가지고, 상기 플레이너 공명기(4)는 결합 네트워크(3)를 통하여 동일 위상에서 갈바니 전기를 일으키며 결합되는, 플레이너 이미터에 있어서,

   ·플레이터 이미터는 면이 서로 평행을 이루는 샌드위치형 층(4, 5,6 ,7, 8)으로 구성되고,

   ·제 1 절연층(5)은 네트워크(2)평면과 이미터(1)를 위한 공동 접지 표면을 형성하는 전기 전도 박층(6)에 의해 제 2 절연층(7)과 분리되어 있으며,

   ·제 1 절연층(5)은 전기 전도층(6)으로부터 떨어진 측부에서 평면 공명기(4)를 지지하고,

   ·제 2 절연층(7)은 마이크로스트립 회로로 구성된 결합 네트워크(3)를 전기전도층(6)에서 이격된 면에서 지지하는 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
2. 제 1 항에 있어서, 각각의 평면 공명기(4)는 전기 전도 커넥터 핀(9)을 수단으로 커플링 네트워크(3)와 전기전도되는데, 상기 전기 전도 커넥터 핀(9)은 이미터(1)와 네트워크(2) 평면과 직각으로 배치된 통로 보어 홀에 배치되는 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
3. 제 2 항에 있어서, 전기 전도 핀(9)이 층(6)을 통과하는 영역에서 전기 전도 박층(6)은 특정 원형 개구(10)를 가지므로 핀(9)은 전기 전도층(6)과 전기 연결되지 않는 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
4. 제 4 항에 있어서, 원형 개구(10)는 오리피스를 형성하고, 상기 오리피스(10)의 지름에 의해 결합 네트워크와 각각의 평면 공명기 사이의 반사 및 전달 계수는 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
5. 제 2 항, 3 항 또는 4 항에 있어서, 마이크로스트립 회로(8)의 전도층(6)과 평면 공명기(4)의 전도층(6) 사이의 영역에서 각각의 전기 전도 핀(9)은 외장(11)에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
6. 제 5 항에 있어서, 외장(11)은 테플론과 같은 절연 물질로 만들어지는데, 이 절연 물질의 절연 계수 ε는 외장(11)을 둘러싸는 절연층(5,7) 물질의 절연 계수 ε_r보다 큰 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
7. 상기 청구항 중 한 항에 있어서, 제 1 절연층(5)은 두 개의 절연 물질로 만들어지고, 각각의 절연 물질은 층(14,15)을 형성하는데, 제 1 층의 두께(L1)은 제 2층의 두께(L2)보다 두껍고, 제 1 층(14)에서 이격된 측부 상의 제 2 층(L2)은 공명기 평면(4)을 지지하는 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
8. 제 7 항에 있어서, 제 1 층(14)은 발포형으로 유연성이 있는, 폴리스티롤로 만들어지고, 20Kg/m³의 부피를 가지며, 제 1 층(14)은 10.5mm의 두께(L1)을 가지는 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
9. 제 7 항 또는 항에 있어서, 제 2 층(15)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 막에 의해 형성되고, 100μm의 두께(D2)를 가지며, 제 1 층(14)에 접착되는 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
10. 상기 청구항 중 한 항에 있어서, 전기 전도 박층(6)은 18μm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
11. 상기 청구항 중 한 항에 있어서, 외장(11)의 절연 계수 ε_r, 높이(LS) 및 벽 두께(WS)를 적절하게 선택함으로써 제 1 절연층(5)의 두께(D2)에 따른 유도 반응 성분은 외장(11)에 의해 보상될 수 있는 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
12. 제 10 항 또는 11 항에 있어서, 외장(11)의 길이(LS)는 장착을 위해 정해진 지지점을 형성할 뿐만 아니라, 외력의 작용하에서도, 핀(9) 또는 통로 보어 호올(10)의 영역에서, 이미터(1)와 네트워크 평면(2) 사이의 거리를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
13. 상기 청구항 중 한 항에 있어서, 결합 네트워크(3)를 수단으로 제 1 절연층(5)의 두께(D2)에 따른 외장(11)과 핀(9)의 유도 반응 성분이 보상가능한 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
14. 상기 청구항 중 한 항에 있어서, 평면 공명기(4)는 가로 2열, 세로 4열로 배치된 사각형의 매트릭스 구조를 취하는 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
15. 제 14 항에 있어서, 매트릭스 형태로 배치된, 평면 공명기(4)의 가로열과 세로열의 간격은 일정한 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.
16. 제 1 항에 있어서, 마이크로스트립 회로(8), 제 2 절연층(7) 및 접지 표면(6)으로 구성된 네트워크 평면(3)은 동일 결합점(17)과 커넥터(18) 사이의 파 경로(16) 형태로 뻗어있어서 도파관 평면을 분리하지 않고서도 도파관 측부를 커넥터(18)에 직접 동축으로 결합시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 플레이너 이미터.