KR20070004946A

KR20070004946A - 소형 광대역 안테나

Info

Publication number: KR20070004946A
Application number: KR1020067023055A
Authority: KR
Inventors: 체드 엠. 왕스빅; 개리 엠. 샐베일; 요셉 에이. 롭슨
Original assignee: 레이던 컴퍼니
Priority date: 2004-05-04
Filing date: 2005-05-03
Publication date: 2007-01-09
Also published as: US7283103B2; US20070188394A1; DK1751824T3; AU2005241958A1; JP2007536811A; AU2005241958B2; EP1751824A1; EP1751824B1; WO2005109574A1; JP4358885B2

Abstract

소형 광대역 안테나(10)는 입력 전자기 에너지를 수신하는 제1 기구(12, 20)를 포함한다. 제2 기구(26)는 입력 전자기 에너지의 수신 시 방사형 전자기 에너지(46)를 제공한다. 방사형 전자기 에너지(46)는 하나 이상의 경사진 표면들(27)을 갖는 안테나 요소(26)를 통해 제공된다. 제3 기구(14, 32, 28)는 방사형 전자기 에너지(26)를 특정 방향으로 지향시킨다. 보다 많은 특정 실시예에서, 제3 기구(14, 32, 28)는, 제2 기구(26)의 전방으로 배면 방사된 에너지를 반사시키기 위해 제2 기구(26) 뒤에 선택적으로 배치되는 반사형 백스톱(backstop)(28)을 포함함으로써, 반사된 전자기 에너지가 제2 기구(26)로부터 전방으로 방사된 에너지(46)와 동위상으로 결합하게 한다. 제3 기구(14, 32, 28)는 다수의 유전체 재료층(14, 32)을 더 포함한다. 다수의 유전체 재료층(14, 32) 중 하나 이상의 층은, 특정 실시예에서 실질적으로 원뿔형의 전송 요소(26)를 통해 구현되는, 제2 기구(26)의 경사진 방사 표면(27)을 부분적으로 둘러싼다.

안테나, 지향성, 방사형 전자기 에너지, 반사, 원뿔형 전송 요소

Description

소형 광대역 안테나{COMPACT BROADBAND ANTENNA}

본 발명은 계약 번호 N00024-96-C-5204 ERGM 하의 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 출원에 소정의 권리를 가질 수 있다.

본 발명은 안테나에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 에너지 비임을 선택적으로 지향하거나 수신하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

에너지 비임들을 지향하기 위한 시스템은, 마이크로파, 레이더, 레이저, 적외선 및 소나(sonar) 감지 및 타켓팅(targeting) 시스템을 포함하는 많은 다양한 응용들에 사용된다. 이러한 응용들은 충분한 이득 및 최적 감지를 위한 대역폭 특성을 갖는 공간 효율적이며 비용 효과적인 수신기들 및 안테나들을 요구한다.

2차 손상을 피해야 하는 발사형 무기 유도 및 기폭장치 응용들에서는 전자기 에너지를 지향하기 위한 효율적이고 정확한 시스템들이 특히 중요하다. 스마트 포탄과 같은 스마트 무기는 종종 전자장비 및 동반되는 기폭장치들을 포함하여 무기 폭발 시간을 정한다. 이러한 전자장비는, 무기가 타겟의 소정 범위 내에 있는 경우, 타겟 위치를 검출하고 및 선택적으로 폭발을 트리거시키기 위한 센서들을 포함할 수 있다. 센서들은 종종 양단조사(end-fire) 안테나들로 불리우는 지향성 안테나들을 포함할 수 있는데, 이는 발사형 무기의 전방으로 전자기 에너지 비임들을 겨눈다. 지향된 비임들은 타겟들로부터 반사되어, 반사 비임들을 생성할 수 있다. 센서들은 타겟 반사 비임들을 검출하고 시간을 측정하여 타켓 범위 및 최종 속도를 결정할 수 있다.

불행히도, 도어스톱(doorstop), 패치 및 단극자 안테나들과 같은 다양한 종래의 안테나들은 다양한 단점을 가지고 있어, 발사형 무기 응용들에 사용되기에는 문제가 있다. 도어스톱 안테나들은 종종 너무 커서 소형 무기 설계로 효율적으로 수용되지 못한다. 패치 안테나들은 종종 전자기 에너지를 비효율적으로 지향하고 원하지 않는 대역폭 제한들을 나타낸다. 단극자 안테나들은 종종 충분한 이득이나 대역폭 특성이 부족하다.

따라서, 우수한 비임 지향, 대역폭, 및 무기에 응용하는데 적합한 이득 특성을 나타내는 소형이며 효율적인 안테나에 대한 요구가 본 기술 분야에 존재한다.

본 기술 분야의 이러한 필요성이 본 발명의 소형 광대역 안테나에 의해 해결된다. 예시적인 실시예에서, 안테나는 무기 응용에서의 사용을 위해 구성된 양단조사 안테나이다. 이 안테나는 입력 전자기 에너지를 수신하기 위한 제1 기구(mechanism)를 포함한다. 제2 기구는 입력 전자기 에너지의 수신 시 방사형 전자기 에너지를 제공한다. 하나 이상의 경사진 표면들을 구비한 안테나 요소를 통해 방사형 전자기 에너지가 제공된다. 제3 기구는 방사형 전자기 에너지를 특정 방향으로 지향시킨다.

보다 구체적인 실시예에서, 제3 기구는 제2 기구의 전방으로 배면 방사된(back radiated) 에너지를 반사시키기 위해 제2 기구 뒤에 전략적으로 배치되는 반사형 백스톱(backstop)을 포함하여, 반사된 전자기 에너지가, 제2 기구로부터의 전방 방사된 에너지와 동위상 결합하게 한다. 제3 기구는 다수의 유전체 재료층을 더 포함한다. 다수의 유전체 재료층 중 하나 이상의 층은 제2 기구의 경사진 방사 표면을 부분적으로 둘러싼다.

특정 실시예에서, 제2 기구는 원뿔형 안테나 요소를 포함한다. 안테나 요소의 종축은 배면 반사기(back reflector)의 표면과 거의 평행하다. 원뿔형 안테나 요소는 유전체 재료로 된 제1 층에 의해 지지되고 부분적으로 둘러싸인다. 원뿔형 안테나 요소의 상부에는 유전체 재료가 없다. 제1 기구는, 원뿔형 안테나 요소의 정점에 연결되는, 동축 피드(feed) 전송선 또는 와이어에 연결되는 입력 스트립라인(stripline) 전송선을 갖는 안테나 피드를 포함한다.

스트립라인 전송선은 테이퍼진 부분을 갖는 중심 도전체를 포함한다. 관통하는 모드 억제(mode-suppression) 구멍을 갖는 유전체 재료는, 스트립라인 전송선의, 대응하는 안테나 동조 구멍(tuning hole)을 갖는, 상부 접지면과 바닥 접지면 사이에 배치된다. 유전체 재료는 스트립라인 중심 도전체를 수용한다. 제2 유전체 층은 상부 접지면과 제1 유전체 층 사이에 배치된다.

본 발명의 신규한 설계는, 광대역 성능을 갖고 소형이며, 높은 이득을 갖는 안테나를 가능케 하는 제2 및 제3 기구에 의해 용이해진다. 제2 기구가 실질적으로 원뿔형인 전송 요소를 포함하고 제3 기구가 배면 반사기를 포함하는 본 발명의 실시예는, 상당한 가속 및 열적 부하들을 견뎌야 하는 양단조사 응용들에 대해 특히 효율적이다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 광대역 안테나의 도면이다.

도2는 도1의 소형 광대역 안테나의 보다 상세한 분해도이다.

도3은 도2의 소형 광대역 안테나의 분해 단면도이다.

도4는 도2의 소형 광대역 안테나의 제1 층 부분의 바닥 스트립라인 접지면 표면을 나타내는 도면이다.

도5는 도2의 소형 광대역 안테나의 제1 층 부분의 상면을 나타내는 도면이다.

도6은 도2의 소형 광대역 안테나의 제3 층 부분의 바닥면을 나타내는 도면이다.

도7은 도2의 소형 광대역 안테나의 제3 층 부분의 상부 스트립라인 접지면 표면을 나타내는 도면이다.

도8은 도2의 소형 광대역 안테나와 함께 사용하도록 구성된 예시적인 장착 시스템의 도면이다.

본 발명이 특정 응용들에 대한 예시적인 실시예들을 참조하여 본원에 설명되지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 본 기술 분야의 숙련자 및 본원에 제공된 교시에 접근하는 자는 본 발명의 범위 내의 추가의 수정, 응용 및 실시예들, 및 본 발명이 중요한 설비일 수 있는 추가의 분야들을 인식할 것이다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 광대역 안테나(10)의 도면이다. 명확히 하기 위해, 전원, 주파수 생성기들, 네트워크 분석기들 등과 같은 다양한 특징들이 도면들에서 생략되었다. 그러나, 본원의 교시에 접근할 수 있는 본 기술 분야의 숙련자는 소정 응용의 요구를 충족시키기 위해 어떤 구성요소들 및 특징들이 구현되고 그들을 어떻게 구현하는지를 알 것이다.

소형 광대역 안테나(10)는, 커넥터 핀들(60)을 거쳐 기부층 부분들(14)에 접속되는 입력 동축 커넥터(12)를 포함하며, 이는 스트립라인 중심 도전체(18)로의 동축-대-스트립라인 중심 도전체 전환부(16)를 포함한다. 기부층 부분들(14)은 중심 도전체(18)를 갖는 스트립라인 전송선을 수용한다. 스트립라인 전송선 중심 도전체(18)는 동축 피드 전송선(22)에 연결되어, 함께 피드 네트워크(20)를 형성한다. 동축 피드 전송선(22)은 원뿔형 안테나 요소(26)의 정점(24)에 연결되고, 이는 전략적으로 배면 반사기(28)에 인접하게 위치한다. 안테나 요소(26)는 효율적인 방사 표면을 제공하는 경사진 측벽들(27)을 선택적으로 구비한다.

아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 피드 네트워크(20), 원뿔형 안테나 요소(26), 및 배변 반사기(28)는 지지층들, 접합층들 및 유전체 층들을 포함하는 다양한 층 부분들(30)에 의해 지지되며, 이 층 부분들은 모따기된 상부 유전체(32) 및 기부층 부분들(14)을 포함한다. 원뿔형 안테나 요소(26)가 본 실시예에서 방사 요소로 사용되지만, 응용에 따라 그 요소(26)는 수신 요소 및/또는 전송 요소로서 역할을 할 수 있다는 것을 본 기술 분야의 숙련자는 이해할 것이다.

본 특정 실시예에서, 원뿔형 안테나 요소(26)는, 원뿔형 안테나 요소(26)의 종축(34)이 다양한 층 부분들(30)에 대해 대략 수직이고 배면 반사기(28)의 표면에 평행하도록 배면 반사기(28) 및 다양한 층 부분들(30)에 대해 방향이 정해진다.

모따기된 상부 유전체(32)는 우측 면(36), 좌측 면(38), 출력 면(40), 및 상부 면(42)을 포함하는 다양한 면들(36-42)을 포함한다. 다양한 면들(36-42)은 광대역 안테나(10)의 소형 폼 팩터(form factor)를 강화시키고 비임 정형(beam shaping)을 용이하게 할 수 있다. 비임 정형, 모드 선택, 및 광대역 성능은, 아래에서 보다 자세하게 설명되는 바와 같이 유전체 층 부분들을 포함하는 층 부분들(30)의 전략적인 선택에 의해 더 용이하게 될 수 있다. 비임 모드 선택도, 층 부분들(30)을 통해 위치되고 원뿔형 안테나 요소(26)에 공급하는 동축 피드 전송선(22)에 대해 전략적으로 배치되는 모드 억제 구멍들(44)을 포함하는, 피드 네트워크(20)의 특징들에 의해 용이하게 될 수 있다. 본 특정 실시예에서, 관통 구멍들(44)은 약 30°의 각도 분리에 의해 분리된다. 모드 억제 구멍들(44)은 안테나(10)의 동조를 용이하게 하여, 결과적인 방사 패턴이 비임(46)의 방향에서 전방으로 확장하는 로브(lobe)를 포함한다. 추가 장착 구멍들(48)이 기부층 부분들(14)에 배치되어 안테나(10)의 장착을 용이하게 한다. 장착 구멍들(48)은 출력 비임(46)에 대한 그들의 효과를 최소화시키도록 배치된다.

본 기술 분야의 숙련자는, 면들(36-42)의 정확한 치수 및 각도들은 응용에 따라 특정되고 과도한 실험 없이 소정 응용의 요구를 만족시키도록 본 기술 분야의 숙련자가 결정할 수 있음을 알 것이다. 또한, 면들(36-42)은 수직 면들일 수 있으 며, 이는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 본 실시예에서, 측면들(36, 38)은 약 22.4°로 경사지며, 앞면은 상면(42)에 대해 약 10.4°의 각도를 가진다.

동작시, 원하는 주파수의 전자기 에너지가, 입력 동축 커넥터(12)를 경유하여 중심 도전체(18)에 의해 형성된 스트립라인 전송선에 입력된다. 입력 전자기 에너지는 층들(14)을 경유하여 형성된 접지면들 간의 스트립라인 중심 도전체(18)를 따라 전파한 후 동축 피드 전송선(22)에 연결된다. 그 후, 에너지는 동축 피드 전송선(22)으로부터 원뿔형 안테나 요소(26)로 전파한다. 입력 전자기 에너지가 피드 네트워크(20)를 통해 원뿔형 안테나 요소(26)로 전파함에 따라, 모드 억제 구멍들(44) 및 층 부분들(30)의 유전상수들과 같은 다양한 특징들이 원뿔형 안테나 요소(26)로부터의 전송의 준비 시 전자기 에너지를 동조시키는 것을 용이하게 한다.

전자기 에너지가 원뿔형 안테나 요소(26)에 도달하는 경우, 본 실시예에서 종축(34)에 대해 약 27°의 각도를 가지는 경사면(27)으로부터 그 에너지가 방사된다. 부분적으로, 모따기된 상부 유전체 부분(32)을 포함하는, 층으로 이루어진 부분들(30)의 비임 정형(beam shaping) 효과들 및 배면 반사기(28)에 의해, 대부분의 에너지는 출력면(40)으로부터 전방으로 방사되어, 지향성 출력 비임(46)을 형성할 것이다. 출력 비임(46)은 원뿔형 안테나 요소(34)의 종축(34)에 대략 수직인 방향으로 전파한다.

원뿔형 안테나 요소(26)에 대해 배면 반사기(28)을 전략적으로 배치시키고 특정 응용 및 입력 주파수에 대해 적절한 요소(26) 및 반사기(28) 치수들을 선택함 으로써 추가 이득이 얻어진다. 배면 반사기(28)를 적절히 사용하면, 원뿔형 안테나 요소(26)로부터 후방으로 전파하는 에너지가 전방으로 반사되어, 원뿔형 안테나 요소(26)로부터 전방으로 방사하는 에너지(46)와 동위상으로 결합하기 때문에, 5dBi 이상의 이득이 얻어질 수 있다. 결과적인 비임(46)의 피크는 소형 광대역 안테나(10)의 전방이다.

본 특정 실시예에서, 배면 반사기(28)는 니켈 및/또는 구리의 편평한 판으로 형성되거나 은 층으로 칠해지거나 도금된다. 배면 반사기(28)의 에지들이 상부 유전체 층(32)의 모따기된 우측 면(36) 및 모따기된 좌측 면(38)과 정렬하도록 배면 반사기(28)가 절단된다. 배면 반사기(28)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 편평한 것 이외의 다른 형상일 수 있다. 예를 들어, 배면 반사기(28)는, 안테나(10)의 전방으로 전자기 에너지를 집중시키는 것을 용이하게 하기 위해 원뿔형 안테나 요소(26)의 방향으로 포물선이 열리도록 포물선 형상을 갖고 지향되는 것과 같이 구부러질 수 있다.

원뿔형 안테나 요소(26)는 실질적으로 중공형 또는 중실형일 수 있고 잘 알려진 리소그라피 기술들을 통해 구성될 수 있다. 예를 들어, 층들(30)에 원뿔형의 함몰부가 형성된 후 니켈로 도금되거나 은으로 된 금속성 도전 페인트로 칠해진다. 대안적으로, 원뿔형 안테나 요소(26)는 고체 구리와 같이 중실형일 수 있다. 원뿔형 안테나 요소(26)는 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 요소(26)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 포물선 또는 사다리꼴의 수직 단면 또는 다면체의 수평 단면을 가질 수 있다. 입력 단부(24)로부터 상면(42)까지 직경이 증가하는 원뿔형 또는 다른 적절한 안테나 요소를 주 방사원으로서 사용하면, 지향성 비임들을 생성하는데 사용되는 종래의 안테나들보다 큰 대역폭을 제공할 수 있다.

소정의 구현들에서, 동축 피드 전송선(22)이 생략되고, 대신 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 원뿔형 안테나 요소(26)가 스트립라인 중심 도전체(18)에 직접 연결될 수 있다. 더욱이, 스트립라인(18), 입력 동축 커넥터(12) 및 모드 억제 구멍들(44)을 포함하는, 피드 네트워크(20)의 다양한 특징들은 응용에 따라 특정되며 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 소정 응용의 요구를 만족시키도록 수정되거나, 생략되거나 다른 유형들의 피드 네트워크로 교체될 수 있다.

전계는 중심 도전체(56)로부터 외향으로 방사형으로 방사되고 모드 억제 구멍들(44)에서 종단되는데, 이는 전류가 중심 도전체(56)에 흐를 때 발생한다. 그러나, 이는 모드 억제 구멍들(44)이 층들에 존재하는 경우에만 발생한다. 전계들이 층들(62-70, 32)에 도달하면, 전계들은 유전체 영역들(층 32 참조)로 전개되기 시작하고, 전계들이 평행하게 되고 비임(46)으로서 안테나(10)를 빠져나올 때까지, 모따기된 상부 유전체 부분(32)의 도금된 배면 벽(28)의 반사와 유전체들에 의해 정형된다. 더욱이, 본 실시예에서, 모드 억제 구멍들(44)은 그들 사이의 갭들이 파장의 1/10 보다 훨씬 작게 되도록 이격된다.

광대역 안테나(10)의 전송 동작들이 도1을 참조하여 설명되었지만, 본 기술 분야의 숙련자는 광대역 안테나(10)가 수신 기능들을 위해 사용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

도2는 도1의 소형 광대역 안테나(10)의 보다 상세한 분해도이다. 기부층 부 분들(14)은 제1 층 부분(50), 제2 층 부분(52) 및 제3 층 부분(54)을 포함한다. 제1 층 부분(50)은 스트립라인 전송선 중심 도전체(18)를 수용한다. 제1 층 부분(50)은, 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 바닥면에 배치된 접지면 및 상면(76)에 배치되고 코어(core) 유전체 재료에 의해 지지되는 금속성 스트립라인 중심 도전체(18)를 포함한다. 본 특정 실시예에서, 코어 유전체 재료는 Rogers 3003 유전체이다.

모드 억제 구멍들(44)은 도금된 벽들을 가진다. 즉, 그 구멍들은 제1 층 부분(50)을 통해 연장되고, 스트립라인 전송선 중심 도전체(18)의 일단에서 종단하는 중심 동축 피드 도전체(56)에 대해 전략적으로 배치되는 도금된 관통 구멍들이다. 스트립라인 전송선 중심 도전체(18)의 타단은 동축 커넥터 구멍들(58)에서 종단한다. 동축 커넥터 구멍들(58)은, 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 입력 동축 커넥터(12) 및 수반하는 핀들(60)을 수용하도록 설계되어, 동축 커넥터(12)로부터의 에너지가 중심 도전체(18) 및 수반하는 접지면들을 경유하여 형성된 스트립라인 전송선에 효율적으로 연결될 것이다.

제2 층 부분(52)은 접합층 역할을 하고 제1 층 부분(50)을 제3 층 부분(54)에 접합시키는 것을 용이하게 한다. 제2 층 부분(52)는 듀퐁 접합막(부품 번호 FEP 200 C-20)로 구성될 수 있다. 제2 층 부분(52)은 또한, 제1 층 부분(44) 및 제3 층 부분(54)의 대응하는 관통 구멍들(44)과 정렬하는, 전략적으로 배치된 관통 구멍들(44)을 포함한다. 다양한 기부층 부분들(14)(50-54)이 동축 커넥터 구멍들(58)을 갖는데, 그들 중 일부는 도금되고 그들 중 일부는 도금되지 않는다. 본 기술 분야의 숙련자는 어느 동축 커넥터 구멍들(58)이 도금되고 어느 구멍들이 깨끗하게 남아있는지를 과도한 실험 없이 알 것이다. 더욱이, 모드 억제 구멍들(44), 다양한 층들(30)의 두께 등을 포함하는, 다양한 안테나 특징들의 정확한 치수들은 응용에 따라 특정되며 과도한 실험없이 소정 응용의 요구를 만족시키도록 본 기술 분야의 숙련자에 의해 결정될 수 있다.

제3 층 부분(54)은, 아래에서 보다 자세하게 설명되는 바와 같이, 유전체 코어에 의해 지지되는, 금속성 접지면 상면(78)과 바닥면(92)을 포함한다. 본 특정 실시예에서, 유전체 코어는 Rogers 3003 유전체이고, 접지면(78)은 니켈 도금된 Rogers EDC(ElectroDeposited Copper)를 통해 구현된다.

제4 층(62)은 제3 층(54)과 제5 층(64) 사이의 접합층 역할을 한다. 제5 층(64)은 안테나 동조 및 연관된 광대역 안테나 성능 및 비임 정형을 용이하게 하는 전략적으로 배치된 유전체 층이다. 본 특정 실시예에서, 제5 층(64)은 Rogers 3006 언클래드(unclad) 유전체를 통해 구현된다. 제5 층(64)은 층(64)의 상면 또는 바닥면에 임의의 도금이 없는 언클래드형이다.

제6 층(66)은 접합층 역할을 하고 제5 층(64) 위 및 제7 층(68) 아래에 배치된다. 접합층(66)은 Rogers 3001 접합막으로 구성될 수 있다. 제7 층(68)은, 안테나 동조 및 연관된 광대역 안테나 성능을 용이하게 하는 제2 특수 유전체 층이다. 제7 층(68)은 또한 언클래드 Rogers 3006 유전체로 구성될 수 있다.

제8 층(70)은 접합층 역할을 하고 제7 유전체 층(68) 위 및 모따기된 상부 유전체(32) 아래에 배치된다. 제8 층(70)은 Rogers 3001 접합막을 통해 구현될 수 있다. 모따기된 상부 유전체(32)에 대응하는 제9 층은 본 특정 실시예에서 Rogers TMM4 언클래드 유전체를 통해 구현된다. 제10 층(71)은 보강 구조물(stiffening structure) 역할을 하고 제5 층(64)의 위 및 제7 층(68)과 제10 층(71)에 인접하게 배치된다. 보강 제10 층(71)은 알루미늄 또는 본 기술 분야에 알려진 다양한 재료들로 구성될 수 있다. 본 발명의 범위에 벗어나지 않고 추가의 보강 층들이 안테나(10)에 추가되거나 그로부터 제거될 수 있다.

본 특정 실시예에서, Ablebond^TM와 같은 전기적으로 도전성인 접착제(72)가 사용되어 모따기된 상부 유전체(32)의 원뿔형 구멍(74)에 원뿔형 안테나 요소(26)를 고정시킨다. 원뿔형 안테나 요소(26)는 동축 피드 전송선 중심 도전체(56)에 접속되는 것으로 도시된다. 동축 피드 전송선 중심 도전체(56) 및 원뿔형 안테나 요소(26)는, 동축 피드 전송선의 중심 도전체(56)가 입력단, 즉 원뿔형 안테나 요소(72)의 정점단(vertex end)(24)에 접합되는 한 부분으로 구현될 수 있다. 동축 피드 전송선 중심 도전체(56)는 다양한 층들(30)을 통해 연장되고 제1 층(50)의 중심 동축 피드 전송선 도전체(56)에서 스트립라인 전송선 중심 도전체(18)에 연결된다. 모드 억제 구멍들(44)은 단지 기부층 부분들(14)을 통해서만 연장된다.

도3은 도2의 소형 광대역 안테나(10)의 분해 단면도이다. 제1 층 부분(50)은 제1 스트립라인 접지면 표면(90) 및 상부 중심 스트립라인 도전체 표면(76)을 포함한다. 제1 스트립라인 접지면 표면(90)은 니켈 도금된 구리와 같은 금속으로 구성된다. 상부 중심 스트립라인 도전체 표면(76)은 주로 유전체 재료이나, 구리 로 이루어질 수 있는, 도2의 도전성 스트립라인 중심 도전체(18)를 포함한다. 스트립라인 표면들(76, 90)은, Rogers 3003 유전체로 구성될 수 있는 유전체 코어에 의해 지지된다.

제3 층 부분(54)은, 본 실시예에서 니켈 도금된 구리를 통해 구현되는 도전성 접지면 표면(78)을 포함한다. 접지면 표면(78)은, 제3 층 부분(54)의 바닥면(92)을 또한 제공하는 유전체 코어 상에 형성된다.

접합층들(66, 70)에 의해 분리되는, 제5 층(64), 제7 층(66) 및 모따기된 제9 유전체 층(32)은 비임 정형 및 안테나 동조를 용이하게 하는, 층으로 구성된 유전체들을 나타낸다. 층 두께 및 유전 상수들은 과도한 실험없이 소정 응용의 요구를 만족시키도록 본 기술 분야의 숙련자에 의해 조정될 수 있다.

본 특정 실시예에서, 제5 층 부분(64) 및 제7 층 부분(68)은 대략 0.025인치의 두께를 가진다. 모따기된 유전체 층(32)은 대략 0.26인치의 두께를 가진다. 방사 요소(2)의 중심선에 대응하는 종축(34)은 금속성 배면 반사기(28)로부터 대략 0.2인치에 위치된다.

접착제(72) 및 원뿔형 안테나 요소(26)를 수용하는 원뿔형 구멍(74)은, 안테나 요소(26)의 종축(34)에 대해 약 27°의 각도를 갖는 측벽들을 가진다. 본 실시예에서, 접지면(90, 78)은, 대략 150마이크로인치의 두께의 니켈 오버플레이트(overplate)를 갖는 두꺼운 구리이다.

중심 도전체(56) 및 바깥 도전체(82)를 수용하는 다양한 전송선 피드 구멍들은, 바깥 도전체(82) 및 중심 도전체(56)에 의해 형성된 동축 피드 전송선(도1의 22 참조)의 수용을 용이하게 하는 패딩(padding) 또는 유전체를 포함할 수 있다. 패딩 또는 유전체의 정확한 유형은 응용에 따라 특정되며, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 생략될 수 있다.

도4는 도2의 소형 광대역 안테나(10)의 제1 층 부분(50)의 바닥 스트립라인 접지면 표면(90)을 나타낸다. 바닥 접지면 표면(90)은, 접지면(90)을 통해 구현되는 바깥 동축 피드 도전체를 통과하는 내부 동축 피드 도전체(56)의 단면을 나타내는, 중심 동축 피드 부분(22)에 대해 부분적으로 분포되는 도금된 모드 억제 구멍들(44)을 포함한다. 바닥 접지면 표면(90)은 또한, Corning GPO RF 커넥터, 부품 번호 A008-L35-02를 통해 구현될 수 있는, 표준 동축 케이블 커넥터 및 관련 핀들(60)을 수용하는 동축 커넥터 구멍들(58)을 포함한다. 동축 커넥터 구멍들(58)은 도1 및 도2의 입력 동축 커넥터(12)의 중심 도전체를 수용하는 중심 구멍(86)을 포함한다. 본 실시예에서, 접지면 표면(90)은, 적어도 150마이크로인치 두께인 니켈로 오버플레이트된 0.0015인치 두께의 구리를 통해 구현된다.

도5는 도2의 소형 광대역 안테나(10)의 제1 층 부분(50)의 상면(76)을 보여준다. 상면(76)은 동축-대-스트립라인 중심 도전체 전환부(16)의 중심 도전체 동축 커넥터 구멍(86)에서 중심 동축 케이블 커넥터에 접속하는 스트립라인 중심 도전체(18)를 포함한다(도1의 핀(60) 중 중심 핀을 참조). 스트립라인 중심 도전체(18)는 동축 피드 전송선(22)의 중심 도전체(56)를 스트립라인-대-동축 중심 도전체 전환부(84)에서 접속시킨다.

스트립라인 중심 도전체(18)는 45°베벨(bevel)(100)을 갖는 90도 굴곡 부(98)에서 텔레스코핑 레그(telescoping leg)(96)에 접속하는 제1 레그(94)를 포함한다. 텔레스코핑 레그(96)는 보다 좁은 부분(104)으로 연장하는 보다 넓은 부분(102)을 포함한다. 본 특정 실시예에서, 제1 레그(94) 및 텔레스코핑 레그(96)의 보다 넓은 부분(102)은 약 0.026인치의 넓이를 갖고, 보다 좁은 부분(104)은 약 0.021인치의 넓이이다. 텔레스코핑 부분(96)은 안테나 동조를 용이하게 한다.

도6은 도2의 소형 광대역 안테나(10)의 제3 층 부분(54)의 바닥면(92)을 나타낸다. 바닥면(92)은 금속벽을 갖는 모드 억제 구멍들(44) 및 내부 도전체(56)를 갖는 동축 피드 전송선 부분(22)을 포함한다. 표면(92)은 또한 동축 커넥터(58)를 수용한다.

도7은 도2의 소형 광대역 안테나(10)의 제3 층 부분(54)의 상부 접지면 표면(78)을 나타낸다. 동축 커넥터 구멍들(58) 및 모드 억제 구멍들(44)은 상부 접지면 표면(78)에서 종단된다. 동축 피드 부분(22)은 표면(78)을 통해, 종단하는 도2의 모따기된 상부 유전체(32)에 연장된다. 중심 도전체(56)는 원뿔형 안테나 요소(26)로 부분적으로 연장하거나, 원뿔형 안테나 요소(26)가 중실형 또는 실질적으로 중공형인 구현들에서 원뿔형 안테나 요소(26)의 정점에 접합된다.

도8은 도2의 소형 광대역 안테나(10)와 함께 사용하도록 구성된 예시적인 장착 시스템(110)의 도면이다. 안테나(10)는 장착 시스템(110)의 표면에 장착되고 지향되어, 안테나(10)로부터의 에너지(46)가 시스템 종축(112)에 대략 평행하게 전방으로 방사된다. 장착 시스템(110)은 또한 GPS(Global Positioning System) 안테나(104)와 같은 다른 안테나들을 수용할 수 있다. 장착 시스템(110)은 그의 레이 돔 커버가 제거된 발사형 무기의 전면 단부를 나타낸다.

본원에 개시된 다양한 실시예들에서, Rogers 재료들은 열적 안정성을 잃지 않고 온도를 지탱할 수 있도록 선택되어, 안테나가 열로 인해 과도하게 연장되어 안테나의 동조해제(detune)시키는 걱정을 덜어준다. 중력의 효과들은 알루미늄 보강재들을 이용하여 추가로 경감된다(도2의 71 참조).

본 기술 분야의 숙련자는, 구성요소의 종횡비들을 유지하면서 모든 구성요소들의 크기를 조절함으로써 도1 및 도2의 안테나(10)가 보다 낮거나 보다 높은 주파수로 동작할 수 있게 한다.

따라서, 본 발명은 특정 응용에 대한 특정 실시예를 참조하여 본원에 설명되었다. 본 기술 분야의 숙련자 및 본원의 교시에 접근할 수 있는 자는 본원의 범위 내에 있는 추가 수정들, 응용들 및 실시예들을 인식할 것이다.

따라서, 첨부된 청구범위가 본 발명의 범위 내의 임의의 모든 이러한 응용들, 수정들 및 실시예들을 포함하도록 의도된다.

Claims

소형 광대역 안테나(10)에 있어서,

입력 전자기 에너지를 수신하는 제1 기구(12, 20),

입력 전자기 에너지의 수신 시 방사형 전자기 에너지(46)를 제공하는 제2 기구(26), 및

방사형 전자기 에너지(46)를 특정 방향으로 지향시키는 제3 기구(28, 14, 42)를 포함하며,

안테나 요소(26)를 통해 제공된 상기 방사형 전자기 에너지(46)는 하나 이상의 경사진 표면(27)을 갖는 것을 특징으로 하는 소형 광대역 안테나(10).
제1항에 있어서, 제3 기구(28, 14, 32)는 배면 방사된 에너지를 제2 기구(26)의 전방으로 반사시키기 위해 제2 기구(26) 뒤에 선택적으로 배치된 배면 반사기(28)를 포함하여, 반사된 전자기 에너지가 제2 기구(26)로부터 전방으로 방사된 에너지(46)와 동위상으로 결합하게 하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
제2항에 있어서, 제3 기구(28, 14, 32)는 다수의 유전체 재료층(14, 32)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
제3항에 있어서, 다수의 유전체 재료층(14, 32) 중 하나 이상의 층이 제2 기 구(26)의 경사진 방사 표면(27) 주위를 부분적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
제4항에 있어서, 제2 기구(26)는 배면 반사기(28)와 대체로 평행한 종축(34)을 갖는 실질적으로 원뿔형 안테나 요소(26)를 포함하며, 원뿔형 안테나 요소(26)는 유전체 재료로 된 제1 층(32)에 의해 지지되고 부분적으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
제5항에 있어서, 제1 기구(12, 20)는 원뿔형 안테나 요소(26)의 정점(24)에 연결되는 동축 피드 전송선(22) 또는 와이어에 연결되는 입력 스트립라인 전송선(18, 50, 54)을 갖는 안테나 피드(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
제6항에 있어서, 스트립라인 전송선(18, 50, 54)은 테이퍼진 부분(96)을 갖는 중심 도전체(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
제7항에 있어서, 상부 접지면(78)과 바닥 접지면(90) 사이의 유전체 재료(50, 54)는 관통하는 안테나 동조 구멍들(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
제7항에 있어서, 상부 접지면(78)과 제1 유전체 층(32) 사이의 제2 유전체 층(68)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
제1항에 있어서, 제2 기구(26)는 원뿔형 요소(26)를 포함하며, 제3 기구(28, 14, 32)는 원뿔형 요소에 대해 배치되는 배면 반사기(28)를 포함하여 지향성 비임(46)의 생성을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).