KR20070031387A - 낮은 프로파일 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전도성 물질에 벽을 포함하는 안테나(100,100',400,500)를 개시하는데: 상기 벽은 제1 주벽(510) 및 제2 주벽(520), 제1 단부벽(130,530), 제1 측벽 및 제2 측벽)이다. 제1 주벽(110,510) 및 제2 주벽(120,520)은 서로 평행하게 신장하고, 제1 단부벽(130,530)에 의해 결합된다. 측벽들은 또한 제1 주벽 및 제2 주벽에 결합하여, 단지 하나의 개구(105,205,505)를 갖는 공동이 형성되는데, 공급 접속(207)에 의해서 방사하도록 하는 결과를 가져올 수 있는 직사각형 구멍이다. 적합하게는, 안테나가 또한 제2 단부벽(140,540)을 포함할 수 있는데, 이는 제1 주벽(110)을 향하여 신장하며, 제2 주벽의 신장 길이는 제2 주벽 및 제1 주벽이 만나지 않는 것과 같다.

안테나, 주벽, 단부벽, 측벽, 개구, 신장 길이

Description

낮은 프로파일 안테나{A LOW PROFILE ANTENNA}

본 발명은 전기 전도성 물질에 다수의 벽을 포함하는 안테나에 관한 것인데, 상기 벽은 낮은 깊이를 갖는 낮은 프로파일 안테나를 형성하도록 배열되므로, 작은 공간에 존재하는 구조에 쉽게 통합될 수 있다.

안테나를 위한 부피 또는 공간을 잘 다룰 필요없이 현재 구조 또는 새로운 구조에 통합될 수 있는 안테나를 개선하는 것을 매우 희망한다. 바람직하게는, 안테나가 예컨대, 극성화, 커버리지에 관한 양호한 많은 능력을 제공해야만 한다.

전기 전도성 물질에 다수의 벽을 포함하는 안테나를 개시하는 본 발명의 안테나에 의해서 상기 희망하는 것이 처리된다. 본 발명의 안테나에 포함된 벽은:

-개별적인 길이의 신장부를 갖는 제1 및 제2 주벽,

-제1 단부벽, 및

-제1 및 제2 측벽이다.

본 발명에 따르면, 벽들이 배열되어 제1 및 제2 주요 벽은 서로 평행하게 신장하고 제1 단부벽에 의해 결합된다. 부가적으로, 측벽은 또한 제1 및 제2 주벽에 결합되거나 연결되어, 단지 하나의 개구를 갖는 공동이 있는 구조가 형성된다. 공동의 개구는 직사각형 구멍의 형태인데, 이는 또한 안테나에 포함된 공급 연결에 의해 방사하는 결과를 가져올 수 있다.

그러므로 다시 말해서, 전기 전도성 박스 또는 "트랜치(trench)"가 본 발명에 의해 제공되고, 박스는 방사하는 결과를 가져올 수 있는 개구를 갖는다. 이런 박스는 최소한 요구되는 공간을 갖는 현재 구조 또는 새로운 구조에 쉽게 통합될 수 있다.

대안적으로, 본 발명의 안테나는 또한 제2 단부벽을 포함할 수 있는데, 이는 제1 주벽을 향하는 제2 주벽으로부터 신장한다. 이런 대안적인 해결책에서, 제1 주벽의 신장 길이는 제2 단부벽 및 제1 단부벽이 만나지 않는 것과 같다. 그러므로 이런 대안에서, 본 발명의 안테나의 이런 버전에서 또한 포함될 수 있는 공급 연결에 의해 방사하는 결과를 가져올 수 있는 구멍을 갖는 박스형 구조가 생성된다. 본 발명의 제1 실시예에 의해서 제공되는 장점은 또한 이런 실시예에 의해서도 제공된다. 이런 실시예는 상술된 "일반적인 트랜치"보다는 전도성 "접힌 트랜치"와 더 같다.

본 발명의 이런 실시예 및 다른 실시예의 구체적인 실시예가 다음의 상세한 설명에서 보여질 것이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.

도1a 및 도1b는 본 발명에 따르는 안테나의 두 개의 다른 기본적인 실시예를 도시하는 도면,

도2는 본 발명의 안테나의 애플리케이션의 횡단면도,

도3은 본 발명의 다른 애플리케이션의 횡단면도,

도4a 및 도4b는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 도면, 및

도5a 및 도5b는 다른 실시예의 예들을 도시하는 도면.

도1a는 본 발명의 안테나의 제1 실시예(100)를 도시한다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 안테나(100)는 개별적인 신장 길이가 d₁ 및 d₂인 제1 주벽(110) 및 제2 주벽(120)을 포함한다. 두 개의 주벽은 제1 단부벽(130)에 의해서 바람직하게는 그들의 한 단부에서 결합된다.

제1 실시예에서, 제1 단부벽(130) 뿐만 아니라, 제1 및 제2 측벽(110,120)은 전기 전도성 물질로 된 편평하고 얇은 플레이트이고, 제1 및 제2 측벽이 배열되어 서로 거리를 두고 서로 평행으로 신장하며, 그 거리는 제 단부벽(130)이 두 개의 주벽(110,120)과 결합하기 때문에 제1 단부벽(130)으로 커버된다. 제1 단부벽은 네 개의 모서리를 가지며 이들 중 제1 모서리 및 제2 모서리는 제1 및 제2 주벽과 접촉한다.

도1a에 도시된 벽 외에도, 안테나는 또한 제1 및 제2 측벽을 포함하는데, 이는 도면에 도시되지는 않지만 판독자에 의해 상상될 수 있다. 제1 및 제2 측벽은 또한, 제1 및 제2 주벽에 접촉하지 않는 제1 단부벽의 모서리 상에서 제1 및 제2 주벽에 결합한다. 다시 말해서, 측벽과 함께 주벽은 박스 구조를 형성하는데, 이는 제1 단부벽에 의해서 한 단부에서 닫힌다. 이런 실시예는 또한 "트랜치"-안테나라고 칭해질 것이다

그러므로 도1a에 도시된 본 발명의 안테나의 제1 실시예는 단 하나의 개구 또는 구멍을 갖는 공동을 포함하는 전기 전도성 구조인데, 상기 구명은 즉, 제1 주벽(110)으로부터 제2 주벽으로 신장하는 정사각형 또는 직사각형 구멍(105)이다. 이런 구멍은 본원에서 이후에 부연 설명될 방법으로 구조(100)의 공동을 여기시킴으로써 방사하도록 하는 결과를 가져올 수 있으므로, 구조(100)는 안테나의 기능을 하게 된다.

도1a의 실시예에서, 제2 주벽의 길이(d₂)는 거의 λ/4인데, λ는 안테나의 동작 주파수에서 공동에서의 파장이다. 그러므로 희망하는 주파수를 위한 안테나는 신장하는 주벽 및 측벽에 적합한 신장 길이를 제공하고/하거나 적합한 전기 유전율 상수(ε) 값을 갖는 물질로 공동을 충진함으로써 형성될 수 있다.

또한, 도1a에 도시된 바와 같이, 안테나(100)는 예컨대, 안테나와 무관한 다른 부분(110',120')에 부착된 제1 및 제2 주벽(110,120)에 의한 큰 구조의 일부일 수 있다. 이를 성취하고 안테나(100)를 디자인하는 단순한 방법은 주벽이 주벽(110,120) 및 단부벽(130)을 형성하기 위해서 접혀지는 금속으로 된 시트의 일부이도록 하는 것이다.

도1b는 본 발명의 안테나의 제2 실시예(100')를 도시한다. 이런 실시예에서는, 도1a에 도시되고 상술된 동일한 기본 원리를 고수한다. 그러나, 이런 실시 예(100')에서, 도1a의 박스형 "트랜치" 구조는 "접이식 트랜치"로 도시될 수 있는 구조로 교체되는데: 도1a의 실시예에서, 제1 및 제2 주벽은 동일한 길이이고, 이는 도1b의 경우와 다르다. 제1 주벽(110) 및 제2 주벽(120)은 게다가 이런 실시예에서 제1 단부벽(130)에 의해 결합되고, 서로 평행으로 신장하며, 두 개의 주벽은 또한 편평하고 바람직하게는 플레이트 형태이다. 게다가, 이런 실시예는 또한 제1 및 제2 측벽을 포함하는데, 벽의 전부는 전기 전도성 물질이다.

측벽은 도1b에는 어느 하나도 도시되지 않지만, 주벽에 연결되고, 제2 주벽(120)과 적어도 동일한 길이로 신장하는 벽이 판독자에 의해서 상상될 것이다. 실시예(100')는 또한 제2 단부벽(140)을 포함하는데, 이는 제2 주벽(120)으로부터 제1 주벽을 향해 신장하고, 제2 단부벽이 제1 주벽에 도달하지 않도록 선택된 적어도 제2 주벽에서 한 지점으로부터 외에 적절하게는 제2 주벽으로부터 신장한다.

적절하게는, 제2 단부벽(140)이 최소한 제2 주벽으로부터 제1 주벽을 향하는 방향으로 제1 단부벽과 동일한 디멘션(dimensions)을 갖지만, 제1 주벽이 제2 주벽보다 짧기 때문에, 제2 단부벽은 두 개의 주벽에 연결되지 않을 것이다. 단부벽 둘 다는 제2 주벽으로부터 제1 주벽을 향해 수직으로 신장해야만 한다.

그러므로 "접이식 트랜치" 구조를 갖는 안테나(100')는 도1의 실시예를 사용하여 형성된다. 트랜치(100')는 개구(105')를 포함하는데, 이는 제1 및 제2 단부벽 간의 차이에 상응한다.

이전 실시예(100)와 같이, 트랜치의 길이, 즉 제2 주벽의 길이는 λ/4이어야만 하고, λ는 안테나의 동작 파장이다. 이는 본 발명의 모든 실시예에 공통적인 일반적인 원리이다. 그러나 공기의 유전 상수에 의해 허용될 더 작은 안테나에 대한 요구가 있다면, 전적으로 본 발명의 내에서 공기의 유전 상수와 다른 유전 상수를 갖는 물질로 안테나의 최소 부분을 충진한다.

도2에서, 도1b로부터의 실시예(100')의 실제 애플리케이션(200)이 도시되는데: "트랜치" 안테나(100')는 원통형 물체(203)에 둘러싸이고, 도2는 원통형 물질로 둘러싸인 안테나를 갖는 물체의 횡단면도이다. 그러므로 도2에 도시된 안테나의 두 부분(211)은 단지 안테나의 상부 및 하부 횡단면이고, 원통형으로 구부러진 동일한 연속적인 안테나이다.

본 발명의 장점들 중 하나는 여기에서 드러난다: 안테나에 부착하기를 희망하는 원기둥(203)과 같은 물체를 갖는다면, 이는 적어도 거의 안테나의 외부 디멘션에 상응하는 치수를 갖는 원기둥(203) 내에 오목부를 배열함으로써만 행해질 수 있다는 것이다.

안테나는 오목부에 배열된다. 도2에 도시된 물체(200) 즉, 내장형 안테나를 갖는 원기둥이 획득된다. 물체(200)는 도2에 도시된 바와 같이 구멍(205)을 가질 것이고, 이는 또한 도2에 도시된 공급 구조로 인해 방사할 것이다.

도2에 도시된 공급 구조에 사용되는 원리는 적절하게 본 발명의 모든 안테나에 사용될 수 있는데: 공급 구조는 제1 주벽에 부착되고, 바람직하게는 구멍의 부근에 부착된다. 공급 구조는 다른 벽들 중 하나 예컨대, 제2 주벽을 통과하고, 제1 주벽의 상기 지점에 부착된다. 예와 같이, 공급 구조는 동축 케이블 형태일 수 있다.

도3에서, 본 발명에 의한 다른 장점이 도시된다. 작은 RCS(레이더 반사 단면적: Radar Cross Section)을 갖는 안테나를 획득하기를 희망한다면, 이는 도3에 도시된 실시예에 의해서 매우 쉽게 해결된다: 도1b로부터의 안테나는 "접이식 트랜치"를 만들어서 형성되는데, 이는 도1a에 관하여 설명된 일반적인 원리에 충실하기 때문이다. 이런 예에서, 접이식 트랜치는 전기 전도성 물질의 단단한 조각으로부터 제조된다.

바깥을 전자기적으로 볼 필요가 있는 구멍(305)은 단지 본 발명을 따르는 안테나의 일부이기 때문에, 전기 전도성 물질(309)은 레이더 흡수 물질(RAM)(307)에 의해 커버되어, 구멍은 단지 RAM에 커버되지 않는 안테나의 일부이다.

게다가, λ/4보다 상당히 짧은 전기적인 두께를 갖는 RAM은 구멍을 포함하는 안테나를 커버하도록 배열될 수 있다. "상당히"라는 단어의 의미는 적어도 두 배정도 짧다는 것을 의미하고 바람직하게는 다섯 배 더 짧은 것을 의미한다.

도4a에서, 도4b의 트랜치 안테나의 다른 애플리케이션(400)이 도시되는데: 이런 실시예에서, 설치를 위해 많은 부피를 필요로 하지 않고 공기역학 또는 배/항공기의 유사한 특성을 방해하지 않는 낮은 시야 안테나를 예컨대, 배 또는 항공기의 몸체(hull)에 장착하기를 희망해왔다.

언급된 물체를 성취하기 위해서, 본 발명의 접이식 트랜치 안테나가 사용되어왔다. 안테나의 원리는 여기서 다시 설명되지 않을 것이지만 일반적인 원리는 안테나의 한 모서리를 따라 신장하는 구멍(405)을 갖는 편평한 트랜치 안테나가 생성되는 것이다. 안테나(400)는 의도된 표면(470) 상에 배열되는데, 즉 배 또는 항공 기의 몸체 또는 비행기의 날개에 배열된다. 적합하게는, 안테나가 몸체 또는 날개의 주요 표면에 평행한 구멍(405)과 함께 배열된다.

도4a에서, 이전 도면에서 도시되지 않은 특징이 보여지는데, 제1 측벽(450)은 명확하게 도4a에서 보여지고, 두 측벽(450,460)이 제1 주벽(410) 및 제2 주벽에 결합하는 것으로 제2 측벽(460)이 인식되며, 제2 주벽은 이런 경우에 안테나의 "최하부"이다.

안테나의 중요 동작 주파수(λ)는 λ/4=d로 한정되는데, 여기서 d는 안테나의 제2 주벽의 길이이다.

본 발명의 다른 특징이 도4에 또한 도시되는데, 이는 본 발명의 모든 실시예와 함께 사용될 수 있다. 상기 특징은 안테나(400)의 RCS를 감소시키기 위해서 사용되는데: 하나 이상의 다이오드, 바람직하게는 PIN-다이오드들이 안테나의 구멍을 가로질러 배열되어, 제1 주벽으로부터 제2 주벽으로 신장하거나, 다시 말해서, 제1 주벽이 제2 주벽보다 짧다는 사실레 의해서 생성된 갭을 다리 형태로 연결한다.

다이오드 또는 다이오드들은 다음 방식: 안테나의 Tx-위상 또는 Rx-위상 동안에 다이오드/들이 전도성이 아닌 방식으로 사용된다. 그러나 안테나가 Tx-위상 또는 Rx-위상이 아니라면, 다이오드는 적절한 전압을 인가하여 전도성이 된다. 이는 다이오드가 구멍을 가로지르는 전도성 메시(conducting mesh)를 생성하는 결과를 가져올 것이고, 이는 공지된 방법으로 외부 자기장 파장을 안테나에 의해 확산(scattering)시키는 것을 상당히 감소시킬 것이다.

d₁은 안테나 상에서 발생하기 쉽다고 예상되는 가장 짧은 파장의 1/2보다 상당히 더 작아야 하기 때문에, 다이오드들 사이의 거리(d₁)는 아주 커질 것이다. 또한, "상당히"란 단어는 여기서 적어도 두 배만큼 짧다는 것을 의미하고, 바람직하게는 다섯 배 짧다는 것을 의미한다.

그러므로 선택된 간격으로 다이오드를 위치시킴으로써, 그리고 그들을 전기 전도성으로 만듦으로써, 안테나의 RCS는 매우 감소될 수 있다.

도4b는 안테나(400)에 통합될 수 있는 다른 특징을 도시하는데: 도4a에 도시된 안테나(400)가 다이오드 배열을 방해할 DC-특성을 나타낼 수 있다. 다이오드 배열을 가능하게 하기 위해서, 분리된 DC-층이 "트랜치" 내에 도입될 수 있어야만 한다. 도4b에 도시된 바와 같이, 이런 DC-층은 벽(420)에 근접하고 다이오드에 평행하게 배열된 전도성 물질을 포함하는데, DC-층은 상기 벽과는 격리되었다. 이는 예컨대, 유전체 물질에 DC-층을 배열함으로써 성취될 수 있다. 적합하게는 모든 다이오드에 대한 하나의 공통적인 DC-층이 존재하지만, 분리된 다이오드들에 대한 개별적인 DC-층이 또한 가능하다.

본 발명에 따르는 안테나는 예컨대, 철탑(mast)과 같은 현재 구조에 쉽게 통합될 수 있다. 하나의 안테나에 의해서 제공되는 커버리지가 충분하지 않다면, 하나 이상의 안테나가 하나의 동일한 구조에 통합될 수 있다. 이런 예는 도5에 도시되는데, 부가적인 특징이 또한 도시된다.

도5는 철탑에 고정된 안테나(500)의 상부 횡단면도를 도시한다. 안테나(500) 는 네 개의 서브 안테나(500₁-500₄)를 포함한다. 모든 서브 안테나들은 서로 유사하고 도1b의 "트랜치 안테나"의 버전이다. 그러나 설치를 용이하게 하고 환형 철탑에 통합을 용이하게 하기 위해서, 서브 안테나의 제1 주벽(510) 및 제2 주벽(520)은 구부러져서, 이미 상술된 평행한 특성이 주벽을 서로 중심이 같게 만든다.

측벽은 또한 제1 주벽 및 제2 주벽이 서로 결합하기 위해서 상응하여 구부러지는 것이 적합하다. 그러나 단부벽(530)은 구부러지지 않고 직선이며, 커브의 한 단부에서 두 개의 주벽에 결합한다. 네 개의 구부러진 안테나(500₁-500₄)는 환형의 철탑을 중심으로 서로 결합되고, 단부벽들은 이웃하는 안테나들 사이에서 공유될 수 있어서, 예컨대, 하나의 안테나(500₁)의 제1 단부벽(530)이 이웃하는 안테나(500₂)의 제2 단부벽의 역할을 할 수 있다.

안테나(500)의 이미 상술된 부가적인 특성은: 안테나의 신장 길이를 감소시키기 위해서, 즉 구부러진 안테나를 갖는 예에서 원주를 감소시키기 위해서, 개별적인 안테나(500₁-500₄)는 제2 단부벽에 부착된, 즉 개별적인 안테나의 구멍(505)의 부근에 제3 주벽(525)을 포함한다는 것이다.

이런 제2 주벽(525)은 또한 그것이 신장하는 제2 주벽(520)에 편평하고 평행하다(이런 경우에 중심이 같다). 제3 주벽으로 인해서, 개별적인 안테나(500₁-500₄)에 의해 둘러싸인 거리는 제2 단부벽(540)으로부터 제1 단부벽(530)으로의 거리 및 되돌아 가는 거리이므로, 공식 λ/4=d를 따르는 안테나의 동작 파장(λ)을 결정하 는 거리(d)는 이제 두 배의 효과가 있다.

이를 나타내는 다른 방법은 안테나의 동작 주파수를 결정하는 거리가 이제 제3 주벽(525) 상의 제2 단부벽(540)의 한 지점으로부터 제1 단부벽(530) 상의 한 지점으로의 거리가 되는 것이다.

도6은 도5에 개시된 원리를 사용하는 실시예(600)의 다른 예를 도시하는데: 제1 단부벽(630) 및 제2 단부벽(640)과 함께 제1 주벽(610) 및 제2 주벽(620)은 도1b에 관하여 개시된 원리를 따르는 제1 측벽 및 제2 측벽과 함께 공동을 한정하도록 결합되고, 상기 공동은 한 개구(605)를 갖는다.

공식 λ/4=d를 따르는 안테나의 동작 파장(λ)을 결정하는 거리(d)를 확장하기 위해서, 안테나(600)는 도5에 관하여 개시된 원리들 중 하나를 사용하는데: 안테나의 박스형 공동이 다수의 중간벽(625)을 포함하는 것이다.

도6의 예는 세 개의 중간 벽을 도시하지만, 이 수는 개시된 원리를 사용하여 바뀔 수 있다: 중간 벽(625)은 제1 주벽 및 제2 주벽에 평행하게 신장하고, 중간 벽들은 제1 단부벽 및 제2 단부벽에 선택적으로 부착된다.

각각의 중간벽은 그것이 다른 측벽을 향하여 부착된 측벽으로부터 신장하지만, 신장부를 가져서 중간벽이 그것이 부착되지 않은 중간벽에 도달하지 않는다. 이런 경우에, 미로, 즉 구불구불한 경로가 안테나(600)의 공동 내에 생성된다. 그러므로 구불구불한 경로의 총 길이인, 공식 λ/4=d의 거리(d)가 증가한다.

Claims (7)

1. 각각의 신장 길이를 갖는 제1 주벽(110,410,510) 및 제2 주벽(120,420,520), 제 1 단부벽(130,530), 및 제1 및 제2 측벽을 포함하는, 전기 전도성 물질로 된 다수의 벽을 포함하는 안테나(100,100',200,300,400,500)에 있어서,

   상기 벽들이 배열되어 제1 주벽(110,410,510) 및 제2 주벽(120,420,520)이 서로 평행하게 신장하고 상기 제1 단부벽(130,530)에 결합되는데, 상기 측벽은 또한 상기 제1 주벽 및 제2 주벽에 결합하여 단지 하나의 개구(105,205,505)를 갖는 공동을 둘러싸는 구조가 형성되고, 상기 개구는 상기 안테나에 또한 포함된 공급 접속(207)에 의해 방사되는 결과를 가져올 수 있는 직사각형 구멍인 것을 특징으로 하는 안테나.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제2 주벽(120)으로부터 상기 제1 주벽을 향하여 신장하는 제2 단부벽(140,540)을 더 포함하고, 상기 제1 주벽의 신장 길이는 상기 제2 단부벽 및 제2 주벽이 만나지 않는 것과 같은 것을 특징으로 하는 안테나.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 안테나의 공동의 최소 부분이 공기 외의 유전 물질에 의해 충진되는 것을 특징으로 하는 안테나.
4. 제 1항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   모든 벽은 편평해서 직사각형 형태의 공동이 형성되고, 상기 구멍은 상기 박스에서 단지 개구인 것을 특징으로 하는 안테나.
5. 제 1항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 주벽(510) 및 상기 제2 주벽(520)이 구부러지고, 상기 평행한 특성이 그들의 중심을 같게 만들고, 상기 제1 측벽 및 제2 측벽은 상응하여 구부러진 형태를 가지므로, 구부러진 박스형-공동을 생성하며, 상기 구멍(505)은 상기 박스에서 단지 개구인 것을 특징으로 하는 안테나.
6. 전술항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 주벽(410) 및 상기 제2 주벽(420) 사이에 배열된 적어도 하나의 다이오드를 부가적으로 포함하고, DC-층이 상기 벽들에 의해서 한정된 상기 공동의 내부에 배열되고, 상기 다이오드에 대한 바이어스 전압을 생성하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 안테나.
7. 전술항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제2 주벽이 신장 길이가 n*λ/4이고, λ는 상기 안테나의 희망하는 동작 주파수이고, n은 양의 정수인 것을 특징으로 하는 안테나.

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