KR20060029626A

KR20060029626A - 무선 그물형 네트워크를 위한 평면 안테나

Info

Publication number: KR20060029626A
Application number: KR1020057024751A
Authority: KR
Inventors: 조셉 미렌다; 마크 제이. 리치
Original assignee: 스카이파일럿 네트웍스, 인코포레이티드
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-04-06
Also published as: US7053853B2; EP1636873B1; ATE467247T1; JP2007524273A; DE602004027037D1; EP1636873A1; WO2005004278A1; US20040263390A1

Abstract

본 발명은 그물형 네트워크로 방향성을 갖는 통신을 용이하게 하는 평면 안테나에 관한 것이다.

상기 안테나는, 상기 안테나가 그물형 네트워크와 인접하는 루프탑 장착 노드와 통신이 가능하도록 창유리에 쉽게 부착될 수 있는 비교적 작고, 평면적인 패키지에 하우징 된다. 상기 패키지는 M × N 소자 위상 배열--여기서, M, N은 1보다 큰 정수--을 포함한다. 상기 배열은 P-각 위상 천이 회로--여기서, 상기 P는 1 보다 큰 정수--로부터 공급되는 마이크로파 신호에 의해 구동된다. 이에 따라, 상기 안테나는 단일 주 빔으로 합성하며, 상기 안테나의 주 빔은 전기적으로 P방향 가운데 하나의 방향으로 "지향"하게 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 배열은 40 개의 물리적 소자(8×5 소자)를 포함하고, 3개의 선택가능한 방향--즉, 위상천이기는 빔을 좌측으로 45도, 중앙 그리고 우측으로 45도 이동시키는 +90, 0, -90도 천이를 제공한다.

Description

무선 그물형 네트워크를 위한 평면 안테나{PLANAR ANTENNA FOR A WIRELESS MESH NETWORK}

본 발명은 일반적으로 무선 네트워크에 관한 것으로 특히, 무선 네트워크용 안테나에 관한 것이다.

정보에 접근하고자 하는 소비자들의 욕구는 인터넷의 성장과 함께 증진되어 왔다. 상술한 성장에 대응하여, 새로운 정보가 인터넷에 계속해서 추가되었다. 특히 멀티미디어 컨텐츠와 관련하여, 이러한 정보의 대부분은 대역폭에서 중요한 비용을 초래한다.

전화기 다이얼-업 서비스는 위성, 디지털 가입자 회선(Digital Subscriber Line; DSL) 및 케이블 모뎀 등과 같은 광대역 시스템으로 바뀌었다. 불행히도, 이러한 시스템들은 현재 대다수의 대중에게 중요한 부분으로 이용되지 않는다. 더욱이, 이러한 시스템들과 관련된 구입과 설치 비용이 대중들에게 호감을 주지 못한다.

따라서, 무선 접속 가능성이 부상하였다. 무선 시스템은 유선 시스템에 비해 더 적은 비용으로 매우 빠르게 적용될 수 있다. 셀룰러 폰 기술에 사용되는 시스템들은 이동 무선 인터넷의 접속가능성을 제공한다. 불행히도 상기 시스템들은 대역폭이 제한된다.

셀룰러 폰 기술의 대안은 고속 데이터 전용 서비스를 제공하는 일 대 다(point to multi-point; PMP)의 셀룰러 기술이다. 고속 서비스를 전달하는 무선 시스템의 이점은, 지역 유선 분산 네트워크(local wired distributed network)의 설치와 관련된 오버헤드 없이 급속한 확대를 포함한다. 불행히도, PMP 시스템은 장거리 전송과 복잡한 고객 구내 설비에 의존한다.

고정된 무선 해결책에, 설치하는 데 덜 복잡하고 비용이 덜드는 DSL 및 케이블 모뎀과 비교할 만한 대역폭을 제공하는 다른 대안적인 시스템은 그물형 네트워크 구조이다. 2002년 4월 15일자(대리인 등록번호 SKY/004-1)에 출원된 미국 특허출원번호 10/122,866 및 2002년 4월 15일자(대리인 등록번호 SKY/005-1)에 출원된 미국 특허출원번호 10/122,762 에 기재된 바에 같이, 그물형 네트워크는 DSL 또는 케이블을 초과하는 대역폭으로 넓은 지역에 걸쳐 데이터 트래픽을 전송하는 무선으로 접속된 다수의 노드를 포함하여, 상기 두 출원 건을 인용문헌으로써 모두 참조된다. 상기 그물형 네트워크의 노드들은, 무선이나 지붕 장착형 지향성 안테나를 사용하여 송수신하는 무선 또는 마이크로파 통신 신호를 이용하여 서로서로 통신한다. 지향성 안테나는 그물형 노드(mesh node)들 간의 최대거리를 연장시키고, 다른 노드 및 다른 소스로부터의 신호 간섭 효과를 감소시키기 때문에, 그물형 네트워크에서 매우 유용하다. 개시된 안테나 구조는 지향성을 변환하는 안테나를 제공하기 위하여 안테나 배열 기술을 이용한다. 안테나의 주 빔 또는 빔들은 360 도에 걸쳐 다양한 다른 방향들로 지향된다. 이러한 루프탑(roof top) 지향성 안테나는 장애 없이 인접 노드(다른 루프탑 안테나)와 접속하기에 매우 효과적이다.

비록 루프탑 안테나가 그물형 노드의 상호접속을 위한 최적의 해결책을 제공할지라도, 어떤 경우에서는, 루프탑 액세스를 사용할 수 없거나, 사용자가 지붕 위에 안테나를 설치할 수 없다.

따라서, 사용자가 지붕 위에 설치된 안테나가 아닌, 즉 창문 또는 벽에 설치된 안테나를 이용하여 그물형 네트워크에 접속하게 하는 안테나가 필요하다. 창문/벽 설치 안테나의 바람직한 특징은, 눈에 띄지 않는 설치를 위한 얇은 형태의 요소(factor), 장거리 접속을 위한 실질적인 지향성, 신호 전력을 증대시키거나 간섭을 감소시키도록 하는 안테나 빔을 지향시키는 능력을 포함한다.

본 발명의 목적은 그물형 네트워크에 지향성 통신을 용이하게 하는 평면 안테나를 제공하는 것이다. 상기 안테나는 그물형 네트워크의 적어도 하나의 인접한 루프탑 장착 노드와 상기 안테나 간 통신이 가능하도록 창유리나 벽에 쉽게 부착할 수 있는 비교적 작고 얇은 평형 패키지에 수용된다. 상기 패키지는 M X N소자 위상 배열--여기서, M과 N은 1보다 큰 정수--을 포함한다. 상기 배열 소자는 진폭과 위상 천이 회로로부터 제공되는 마이크로파 신호에 의해 구동된다. 이러한 회로는 각 소자에서 위상과 진폭 천이의 P 조합(combination)--여기서, P는 1 보다 큰 정수이며, 각 소자에 작용하는(또는 각 소자로부터 전송된) 신호들을 최적으로 조합하게 함--을 제공한다. 따라서, 상기 안테나는 단일 주 빔을 합성하고, 상기 안테나의 주 빔은 P 방향 중 하나로 전기적으로 "지향"될 수 있다.

거주자 통신 서비스는 경제적으로 적합한 저가 장비의 사용을 필요로 한다. 본 출원에서 진폭 및 위상 천이 회로의 가격은 전자적으로 방향이 제어되는 안테나를 사용하지 못하게 한다. 본 실시예의 중요한 특징은 저가(low cost)라는 점이다. 상기 저가는 합성 P 빔에 요구되는 단일 진폭 및 단일 위상의 수를 최소화함으로써 달성되었다. 더욱이, 본 실시예는 아날로그 회로에서 쉽게 제공될 수 있는 +90° 및 -90°의 위상 천이을 이용한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 배열은 40개의 물리적 소자(8 X 5 소자)와 3개의 선택가능한 방향(즉, 45도(좌향), 중앙 그리고 45도(우향))을 갖는다. 이러한 상태는 5열의 안테나 소자 각각에 고정된 진폭을 사용하고, 0°, +90° 및 -90°의 위상 천이 상태를 사용함으로써 이룰 수 있다.

본 발명의 전술한 특징들을 달성하고 있고 상세히 이해될 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 설명된다.

그러나, 본 발명이 다른 동등한 효과적인 실시예를 인정하기 때문에, 부가된 도면은 본 발명의 단지 전형적인 실시예를 설명할 뿐이므로, 본 발명의 범위의 제한은 고려되지 않는다는 것을 주목해야 한다.

본 발명의 사상은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 참작함으로써 쉽게 이해될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 바람직한 네트워크의 일부를 나타내는 도면;

도 2A는 본 발명의 안테나에 의해 생성된 빔의 방위각 평면도;

도 2B는 본 발명의 안테나에 의해 생성된 빔의 입면도;

도 3은 본 발명의 안테나 배열 소자를 위한 구동회로를 나타내는 블록도;

도 4는 상기 안테나 배열 소자의 평면도;

도 5는 상기 안테나의 수직 단면도;

도 6은 본 발명의 평면 안테나에 의해 생성된 평면 패턴을 나타내는 도면; 그리고

도 7은 도 3의 구동회로 내에서 사용되는 위상 천이기의 개략도;.

도 1은 2002년 4월 15일자(대리인 등록번호 SKY/004-1)에 출원된 미국 특허출원번호 10/122,866 및 2002년 4월 15일자(대리인 등록번호 SKY/005-1)에 출원된 미국 특허출원번호 10/122,762 에 --본 발명에 전체적으로 인용문헌으로써 포함된-- 기재된 바와 같은 그물형 네트워크(100)의 일부를 나타내는 도면이다. 네트워크(100)는 네트워크 접속 집중화기들(SNAPs, 103), 네트워크 접속 지점들(NAP, 101) 및 네트워크 접속 노드들(102)을 포함한다. 네트워크 트래픽은 네트워크 접속 노드(102)로부터 이웃하는 네트워크 접속 노드(102)까지 라우팅 될 수 있다. 이러한 인접 네트워크 접속 노드(102)는 자신이 인접한 네트워크 접속 노드들(102) 중 하나와, NAP(102) 또는 최종 목적지의 네트워크 접속 노드(102)에 도달할 때까지 상기 트래픽을 라우팅할 수 있다. 특히, 노드들(102)은, 소정의 노드(101)에 통신하지 않고, 서로 통신하여 사설 무선 네트워크를 형성할 수 있다.

SNAP들(103)은 다양한 백홀들(105)과 연결될 수 있으며, 상기 백홀들(105)은 네트워크(106)에 연결될 수 있다. 상기 네트워크(106)는 운영센터(OC, 104)와 연결될 수 있다. 백홀들(105)은 네트워크(106)의 일부분이 될 수 있다. 네트워크(106)는 인터넷, 사설 네트워크 등등의 일부를 포함할 수 있다. 사설 네트워크는 인터넷과 접속되지 않은 네트워크를 의미한다.

NAP들(101)은 백홀 통신 링크들(107)을 경유하여 SNAP들(103) 또는 네트워크(106)와 통신할 수 있다. 이에 따라, 백홀들이 유선 또는 무선이 될 수 있음이 이해된다. 특히, NAP들(101)에 접속된 백홀들은 무선 백홀을 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 일대일 통신은 예컨대, 대략 5.8GHz의 주파수를 사용하는 무허가 국립 정보 인프라(UNII; Unlicensed National Information Infrastructure) 대역에서 처럼 SNAP(103)와 NAP(101)사이에서 사용된다. 그럼에도, 유선 접속이 가능한 지역에서는, 유선접속이 사용될 수 있다.

네트워크 접속 노드들(102)은 적어도 하나의 NAP(101) 또는 노드(102)와 무선통신한다. 노드들(102) 또는 NAP들(101)은 방송, 일대일 통신, 및 멀티캐스팅 중 임의의 것 또는 이들의 소정 조합을 위해 구성될 수도 있음을 이해할 수 있다. 방송은 하나 또는 그 이상 수신인인 잠재적 대중들 가운데 특정 목표수신인에게 신호를 전송하는 것을 의미한다. 일대일 통신은 하나 또는 그 이상의 수신인들에게 인 잠재적 대중들 가운데 특정 목표 수신인을 추려내어 전송하는 것을 의미한다. 멀티캐스팅은 수신인인 잠재적 대중들 가운데 복수의 특정 목표 수신인들에게 신호를 전송하는 것을 의미한다. 명확히 하기 위하여, 노드(102)들 사이, NAP(101)들 사이, 노드(102) 및 NAP(101) 사이의 통신은 일대일 통신이란 용어로 이하에서 기 술된다.

일 실시예에서, 상술한 바는 UNII대역에서 무선 통신을 이용하여 달성될 수 있다. 그러나, 다른 공지된 대역들이 사용될 수 있다. 노드들(102)은, 부분적으로 무선 인터링크(interlink, 108)를 사용하여 최소한 부분적으로나마 광역 네트워크(Wide Area Network, WAN)를 형성한다. 특히, IEEE 802.11 물리계층 및 링크계층 표준은 초당 9~54 메가비트(Mbits/s)로 통신하기 위해 채택될 수 있다.

여기서 기술된 통신 슬롯들은 관련된 주파수를 갖는 시간슬롯들이다. 그러나, 이 기술에서 당업자는 코드들, 채널들 등과 같은 것의 제한 없이 다른 형태의 통신 공간에서 사용될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있다.

노드들(102)은 루프탑 안테나들(112) 또는 패널 부착 안테나(110)(즉, 실질적으로 벽이나 창에 설치되기에 적합한 평면 안테나)를 사용할 수 있다. 패널 부착 안테나(110)는 안테나(110)의 부착 지점에 가시선(line-of-sight) 범위 내의 그물형 노드(102)들과 통신할 수 있다.

도 2A는 그 이웃 노드들(102A, 102B, 102C)과 패널 부착 안테나(110)의 통신하는 평면도를 나타낸다. 도 2A는 세 가지 가능한 빔의 각각에서 그 하나의 이웃 노드와 통신하는 것을 보여주지만, 하나 이상의 이웃 노드가 상기 빔들 중 소정의 것에 있을 수 있다. 도 2B는 루프탑 노드(102B)와 통신하는 패널 부착 안테나의 측면도를 나타낸다. 이하에서 기술되는 바와 같이, 상기 패널 부착 안테나(110)는 그 이웃 내에서 다양한 노드들(102)과 연결하기 위하는 것뿐만 아니라 그 이웃이 지닌 간섭 원(source)을 피하기 위하여, 다수의 방향으로 변환될 수 있는 단일 지 향성 빔을 합성한다. 예를 들어, 패널 부착 안테나(110)는 상기 안테나(110)의 면으로부터 수직인 방향의 빔을 이용하여 노드(102B)와 통신할 수 있다. 다른 예로서, 상기 빔은 이하에서 기술될 다른 이웃 빔들(102A, 102C)과 통신하기 위하여 천이될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 패널 부착 안테나(110)는 빔의 앙각을 능동적으로 제어하지 않는다--즉, 빔의 앙각은 안테나 면으로부터 직각인 지점에 고정된다--. 그러나, 이웃하는 루프탑 노드들은 전형적으로 패널 부착 안테나에 비해 약간의 높은 곳에 위치한다. 비록, 패널 부착 안테나가 상기 패널 부착 안테나에 비해 약간 높은 곳에 위치한 노드들로부터 신호를 수신하는 데 충분하고 루프탑 부착 안테나에 연결되어 신호의 세기를 최대로 하기에 충분한 수직 빔 폭을 갖는다 하더라도, 상기 패널 부착 안테나(110)는 물리적으로나 전기적으로 경사질 수도 있다. 경험적인 연구에 의하면 대략 5도의 앙각이면 충분하다. 대안적인 예에서, 상기 빔의 앙각은, 이하에서 기술할 방위각 방향이 제어되는 것과 동일한 방법으로 전자적으로 제어될 수 있다.

도 3은 안테나(100)의 블록도를 나타낸다. 상기 안테나(110)는 다수의 배열 소자들(302)과 연결된 전력 전달수단(300)을 포함한다. 상기 전력 전달수단(300)은 회로기판의 일 측에 설치되고, 배열 소자는 상기 회로기판의 반대 측에 설치된다. 도 4는 소자들(302)의 위에서 바라본 평면도를 나타낸다. 도 5는 안테나(110)의 수직, 단면도를 나타낸다. 본 발명을 최선으로 이해하기 위하여, 이하의 상세한 설명과 함께, 도 3, 도 4, 및 도 5를 동시에 참조해야 한다.

전력 전달회로(300)는 전력 분배기(304), 다수의 감쇠기(306, 308, 310, 312, 314) 및 한 쌍의 천이기(316, 318)를 포함한다. 배열로의 입력전력은 예컨대, 50오옴(Ω)의 입력 임피던스를 갖는 터미널(312)에 인가된다. 본 발명의 일 실시예에서, 안테나는 대략 5.8GHz(예컨대, UNII대역의 주파수)에서 동작한다. 포트(312)로부터의 전력은 전력 분배기(304)에 의해 5개의 경로들(305A~305E)(즉, 1:5 전력 분주기)로 나누어진다. 안테나(110)의 주 빔에 비해 상대적으로 측면 로브의 적당한 감쇠를 보장하기 위하여, 상기 전력 분배기의 각 출력은 신호들의 상대적 진폭을 조절하기 위한 감쇠(스트립선로의 얇음)를 포함하고 있다. 저렴한 가격을 유지하기 위하여, 상기 감쇠는 이러한 고정된 방법으로 만들어진다. 이어, 4개의 신호들은 위상 천이기(316, 318, 320, 322)에 인가된다. 중앙신호(경로(305C))는, 위상 천이되지 않고 다른 경로들(305A, 305B, 305D, 305E)을 위한 위상 기준을 형성한다.

저렴한 가격의 안테나를 제공하기 위하여, 상기 위상 천이기들(316, 318, 320, 322)은, 혼합(hybrid) 커플러 내 접속을 변화시키기 위하여 PIN 다이오드를 이용하여 상기 신호들을 개별 량만큼 천이함으로써 동작한다. 도 7은 상기 위상 천이기(316)의 개략도를 나타낸다. 다른 위상 천이기들(318, 320, 322)은 같은 구조를 갖는다. 상기 위상 천이기(316)는 혼합 커플러(700) 및 4개의 PIN 다이오드들(702A, 702B, 702C, 702D)--집합적으로 다이오드(702)라 함--을 포함한다. 상기 다이오드들은, 1/8 파장만큼 분기들(706A, 706B)을 따라 서로로 이격되고, 1/8 파장만큼 커플러(700)의 가로대(704A, 704B)로부터 벌어진다. 상기 다이오드(702)는 그라운드로의 단락(short)을 형성하기 위하여 제어신호들에 의해 선택적으로 바이어스된다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 위상 천이기는 상기 신호를 +90°, -90° 또는 0° 만큼 천이하기 위하여 4개의 PIN 다이오드(702)를 사용한다. 위상 천이 선택을 용이하게 하기 위하여, 제어회로(320)는 PIN 다이오드(702)에 바이어스 전압을 제공한다. 어떠한 바이어스도 인가되지 않고 다이오드가 개방회로로 형성할 때, 커플러(700)의 입력으로부터 출력까지의 위상천이는 -90 도이다. 다이오드(702B 및 702C)가 바이어스되어 그라운드에 단락(short)될 때, 상기 커플러(700)를 통한 위상천이는 +90 도이며, 다이오드(702A 및 702D)가 바이어스되어 그라운드에 단락될 때, 커플러(700)를 통한 위상천이는 0도이다. 이러한 세 개의 개별적인 위상 천이들은 각 4개의 신호 경로(305A, 305B, 305D, 305E) 각각에 인가된다. 상기 천이된 신호들은 회로기판(아래 도 5를 참조)에서 바이어스를 통해 배열 소자(302)에 인가된다.

도 4는 배열(302)내 안테나 소자 배치를 위한 일 실시예를 나타낸다. 이러한 실시예는 5개의 활성 열(400, 402, 404, 406, 408)을 포함한다. 각 열(400, 402, 404, 406, 408)은 8개의 소자(400A-400H, 402A-402H, 404A-404H, 406A-406H, 408A-408H)를 포함한다. 각 소자는 방사 패치(radiation patch)이다. 열에서의 소자의 수는 안테나 수직 빔 폭을 결정한다. 8개 보다 적거나 많은 소자가 열에서 사용될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 다른 실시예에서는 슬롯, 다이폴 또는 다른 개구(aperture) 등과 같은 다른 형태의 방사 소자가 사용될 수 있다. 열에서의 각 소자는 도체(410)에 의해 인접 소자와 연결된다. 마이크로파 전력은 각 열(402, 404, 406, 408)을 따라 중앙에 위치한 비아(via, 514)를 이용하여 각 열과 연결된다. 본 발명의 실시예에서, 각 열은 인접한 열과 1/2 파장만큼 이격된다. 다른 열 공간들은 빔 패턴 측면로브에서 약간 감소되어 이용될 수 있지만, 1/2 파장의 공간이 최적의 측면로브 레벨을 제공한다.

비록 5개의 열이 사용되지만, 실시예는 열(400)과 열(402) 사이, 또는 열(406)과 열(408) 사이에 무한대의 감쇠를 갖고 패널에 인쇄되지 않은 가상 열이 있어 7-열 배열인 것으로 논리적으로 고려될 수 있다. 이는 5-열 회로의 복잡도와 가격을 이용하여 7-열 안테나의 성능을 제공한다.

UNII 대역에서 사용되는 본 발명의 실시예에서, 열들(402, 404, 406)은 서로 대략 2.59cm 이격되며, 열(408)과 열(406)은 대략 5.17cm 이격되는 반면, 열(400)은 열(402)로부터 약 5.17cm 이격된다. 각 열 내의 소자들은 서로로부터 대략 3.1cm의 동일한 간격으로 이격된다. 각 소자는 대략 0.9cm × 1.4cm의 넓이를 갖는다. 각 패치(patch)의 크기 및 패치들 사이의 간격은 파장에 종속되고, 안테나가 다른 주파수 대역에 맞게 설계되도록 조절될 수 있다.

위상 천이기(316, 318)는 각 열에 인가된 신호의 위상을 제어함으로써 상기 안테나 빔이 수평면(방위각)에서 천이될 수 있으나, 수직면(앙각)에서는 고정되게 한다. 전술한 바와 같이, 루프탑 노드에 연결된 신호 세기의 최대화를 용이하게 하기 위하여, 소자들 사이의 수직 공간은 안테나 패턴의 주 빔에 약간의 경사를 갖도록 조절될 수 있다.

도 5는 안테나(110)의 수직 단면도를 나타낸다. 상기 안테나(110)는 기판-- 예컨대, 다층 회로 기판(502)--을 수용하는 대략 3cm의 두께를 갖는 외장(500)을 포함한다. 상기 외장은 회로 구조에 따라 3cm 의 두께보다 얇게 될 수도 있다. 회로 기판(502) 내에서, 제 1 금속층(504)은 안테나 소자(302)를 포함하며, 제 2 금속층(506)은 접지면(ground plane)을 포함하고, 제 3 금속층(508)은 구동회로(300)를 포함한다. 비아(via, 514)는 안테나 소자(302)의 각 열을 각각이 구동회로(300)에 전도적으로 결합시킨다. 제 3층(508)은 또한 송수신기 및 모뎀 회로(510)를 지원한다. 이에 따라, 안테나는 안테나 소자를 경유하여 마이크로파 통신을 송수신하고, 송수신/모뎀 회로 내에서 신호를 처리하며, 포트(512)에 데이터 입출력을 제공한다. 안테나(110)는 압착판(suction cup, 518) 또는 다른 형태의 접착물을 통해 창(516)에 부착될 수 있다. 벽 부착 구조에서, 상기 안테나(110)는 나사 또는 볼트를 이용하여 벽에 부착될 수도 있다. 평면 안테나(110)를 부착하는 데 사용하는 기술은 소정 타입의 설치 구조에 적용될 수 있다.

층(504)과 층(506) 사이, 및 층(508)과 층(506) 사이의 물질과 두께는 안테나의 성능에 매우 중요(즉, 접지면으로부터의 안테나 소자와 마이크로파 회로의 공간은 회로의 동작과 안테나의 패턴에 영향을 준다)하다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 회로기판 물질은 마이크로파 회로를 제작하기에 유용한 저손실 물질이다. 저손실 물질의 한 형태로는 로저스 회사의 물질 RO4003이 유용하다. 이 물질은 UNII 대역에서 동작하기에 적합한 회로기판의 두께가 접지면으로부터 안테나 소자까지 측정되었을 때 0.032인치가 될 수 있도록 유전 상수를 제공한다. 총 회로 기판의 두께는 0.065인치이다. 총 회로기판 크기는 7인치 × 10인치이다. 이에 따 라, 상기 외장(500)의 치수는 대략 3cm 두께, 25cm 길기 및 20cm 너비이며, 이와 같은 크기는 창에 설치되었을 때, 커튼 뒤로 용이하게 감출 수 있다.

택일적인 실시예로, 제 1층(504)의 안테나 소자(302)는 폼 코어(foam core)에 의해 또는 에어 갭에 의해 접지면(508)으로부터 분리될 수 있다. 그러면, 상기 구동회로는 종래의 인쇄된 회로 기판에 모아질 수 있고, 안테나 소자의 반대측에 위치한 접지면에 설치할 수 있다. 회로구조 기반의 이러한 폼 코어(foam core) 및 에어 갭은 패널 부착 안테나의 가격을 더욱 하락시킬 것이다.

안테나 구조의 최종 설계에서, 상기 구동회로 내의 감쇠기에 의해 제공된 진폭 감쇠와 더불어, 수평 및 수직 평면에서의 소자의 공간은, 안테나가 부착된 유리(또는 다른 물질)의 임피던스를 보상하도록 조정된다.

위상 천이기가 +90, -90 및 0 도의 위상 천이를 제공하는 실시예에서는, 안테나의 단일 주 빔은 +/- 45°뿐만 아니라 중앙으로 변경된다. 이에 따라, 안테나는 특정 노드와 통신하기 위함과 더불어, 지금은 통신하지 않으면서 다른 간섭의 마이크로파 소스인 노드들로부터 원하지 않는 간섭을 피하기 위하여, 능동적으로 이웃 노드로 향할 수 있다.

도 6은 UNII 대역에서 동작하도록 상술한 구조를 갖는 평면 안테나(110)의 방위각 패턴(600)을 나타낸다. 상기 패턴(600)은 중앙 빔(602), 우측 빔(604) 및 좌측 빔(606)을 포함한다. 상기 안테나(110)는 대략 10도의 앙각 빔폭과 대략 47도 방위각의 빔폭을 통해 18.5dBi의 지향성 이득을 갖는다. 상기 안테나의 대역폭은 150MHz이다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예를 기술하였지만, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예는, 본 발명의 기본적인 범위 및 다음의 청구항에 의해 결정된 범위로부터 벗어나지 않고 고안될 수 있을 것이다.

Claims

그물형 네트워크와의 통신용 안테나로서,

상기 그물형 네트워크의 인접 노드들과 통신하도록 방사 패턴을 합성하는 다수의 위상 배열 소자; 및

상기 다수의 위상 배열 소자로 마이크로파 전력을 공급하고, 상기 방사 패턴의 지향성을 제어하는 구동회로를 포함하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제1항에 있어서,

상기 복수의 위상 배열 소자 및 상기 구동회로를 수용하는 외장(enclosure)을 더 포함하며, 상기 외장의 두께는 대략 3cm 인 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제1항에 있어서,

상기 다수의 위상 배열 소자는, 대략 25cm × 20cm 의 면적을 갖는 기판에 배치하는 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제1항에 있어서,

상기 지향성은, P 개의 불연속 방향으로 변환되며, 상기 P는 1 보다 큰 정수인 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제4항에 있어서,

상기 P 는, + 45도, 중앙, -45도에 상응하는 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제1항에 있어서,

상기 방사 패턴의 앙각(仰角)은 고정된 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제1항에 있어서,

상기 방사 패턴의 앙각은, 수평으로부터 경사지게 고정된 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제1항에 있어서,

상기 구동회로는, 송수신기 및 모뎀 회로에 연결된 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제1항에 있어서,

구동회로 및 다수의 위상 배열 소자를 위한 외장을 더 포함하며, 상기 외장은 접착성 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테 나.
제9항에 있어서,

상기 접착성 소자는 상기 외장을 평평한 면에 부착시키기에 적합한 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제1항에 있어서,

다수의 안테나 소자, 접지면 및 상기 구동회로를 지지하는 다층 회로 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제1항에 있어서,

다수의 위상 배열 소자를 지지(support)하는 폼 코어(foam core) 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
그물형 네트워크와의 통신용 안테나로서,

자체 내에 형성된 접지면과 함께, 제1측면 및 제2측면을 갖는 다층 회로 기판;

상기 다층 회로 기판의 제1측면에 부착되고, M × N 배열-여기서, 상기 M, N은 1 보다 큰 정수-의 안테나 소자를 갖는 안테나 배열; 및

상기 다층 회로 기판의 제2측면에 부착되고, 입력 마이크로파 신호를 M개의 신호 경로로 분배하는 전력분배기와, M-1 경로에 연결되고 각각의 출력이 안테나 소자와 연결되는 다수의 위상 천이회로를 구비하는 구동회로를 포함하며, 상기 M개의 신호 경로들 가운데 하나의 경로가 직접 안테나 소자에 연결되는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제13항에 있어서,

상기 M은 5이고, 상기 N은 8인 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제13항에 있어서,

상기 전력분배기는, M개의 신호 경로 각각에서 감쇠를 포함하는 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제13항에 있어서,

상기 위상 천이 회로는 제어신호에 응답하며, M-1 경로의 상기 신호들을 개별적인 위상 양 만큼 위상 천이시키는 스위치형 혼합 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제16항에 있어서,

상기 개별적인 위상 천이는, -90도, 0도, 및 +90도 가운데 적어도 하나인 것 을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제17항에 있어서,

상기 개별적인 위상 천이는, 배열에 의해 형성된 방사 패턴의 주 빔이 0도, +45도 및 -45도로 향하게 하는 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.
제13항에 있어서,

모뎀 회로와 송수신기 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그물형 네트워크와의 통신용 안테나.