KR20070040325A - 광 주파수 대역에서 향상된 방사 특성을 갖는 ＰｘＭ안테나 - Google Patents

광 주파수 대역에서 향상된 방사 특성을 갖는 ＰｘＭ안테나 Download PDF

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티디케이 코퍼레이션
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Abstract

전기 및 자기 쌍극자 방사기를 포함하는 저손실, 고효율, 광대역 안테나가 제공된다. 광대역 안테나는 "PxM 안테나"로 불리며, 일반적으로 접지면;과 접지면 내에 형성된 자기 방사기;와 접지면에 평행하는 제1 평면 내에 배열된 전도성 공급부; 및 한쪽 단부에서 전도성 공급부에 연결되고 접지면에 평행하는 제2 평면내에 배열된 전기 방사기를 포함할 수 있다. 본 발명의 특징에 따르면, 전기 및 자기 방사기는 실질적으로 서로에 대해 보완관계에 있고 넓은 작동 주파수 범위에서 PxM 방사 패턴을 생성하도록 연결되어 있다. 본 문서에 기재된 PxM 안테나의 한 이점은 보충 안테나 소자가 손실이 큰 저항성 정합 네트워크를 사용하지 않고 결합되고 따라서 효율이 증가되어 이에 의해 PxM 방사 패턴이 생성된다는 것이다.
안테나, 접지면, 방사기

Description

광 주파수 대역에서 향상된 방사 특성을 갖는 ＰｘＭ 안테나{PxM ANTENNA WITH IMPROVED RADIATION CHARACTERISTICS OVER A BROAD FREQUENCY RANGE}
도 1은 예시적인 심장모양 방사 패턴의 극좌표.
도 2a는 본 발명의 한 실시예에 따른, 점감하는 모노폴 슬롯 구성이 합체된 PxM 안테나의 3차원 도면.
도 2b는 도 2a의 PxM 안테나의 2차원 평면도.
도 3a는 본 발명의 한 실시예에 따른, 접힌 모노폴 슬롯 구성이 합체된 PxM 안테나의 3차원 도면.
도 3b는 도 3a의 PxM 안테나의 2차원 평면도.
도 4a는 본 발명의 한 실시예에 따른, 단부가 채워지고 접혀져 있는 모노폴 슬롯 구성이 합체된 PxM 안테나의 3차원 도면.
도 4b는 도 4a의 PxM 안테나의 2차원 평면도.
도 5는 연속하는 모노폴 슬롯 PxM 안테나 구조의 측면도.
본 발명은 안테나에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 전기 및 자기 방사 요 소를 포함하는 저손실 및 고효율의 광대역 안테나를 실제적인 구현에 관한 것이다.
아래의 설명 및 예들은 본 절에 포함되어 있다고 해서 종래기술로 인정되지 않는다.
넓은 작동 주파수 범위가 통신 목적으로, 특히 초광대역무선(UWB) 통신 및 전자파적합성(EMC) 시험을 위해 현재 이용되고 있다. 예를 들어, 다수의 상업용 및 군사기반 통신 장치들은 3MHz 내지 30MHz 범위의 "고주파"(HF) 대역에서, 그리고 30MHz 내지 300MHz 범위의 "초단파"(VHF) 대역에서, 그리고 300MHz 내지 3GHz의 "극초단파"(UHF) 대역의 하부에서 작동한다. 이러한 비교적 낮은 주파수 대역의 이점은 향상된 주변 회절과, 벽이나 잎 같은 장애물을 통과하는 침투를 포함하고, 대기중의 감소된 경로 손실 및 감쇠를 포함하는 것이며, 그 결과 주어진 전력 레벨에 대해 전송 거리가 더 길어지게 된다. 크기와 작동 주파수 사이의 역관계에 기인하여, 비교적 큰 안테나 소자들이 고주파 및 초단파 대역과 같은 비교적 낮은 주파수 대역에서 통신하는데에 종종 이용된다. 그러나, 많은 경우에 편리성과 내구성 및 공간 제약 및/또는 심미감과 같은 이유 때문에, 안테나 소자는 작으면 작을수록 바람직할 것이다.
전기적으로 작은 안테나 소자는 다수의 저주파수(예를 들어, 이동통신) 및 고주파수(예를 들어, EMC 시험) 장치에서 이용되고 있다. 예를 들어, 전기적으로 작은 안테나는 저주파수에서는 공간과 내구성 및 다른 관심을 수용하도록, 고주파수에서는 특정 주파수 레벨(EMC 시험에 대해 요구될 수 있음)을 달성하도록 사용된다. 여기에서 사용된 바와 같이, "전기적으로 작은"이라는 용어는 방사되는 전자기 장의 파장과 비교하여 비교적 작은 기하학적 치수를 갖는 안테나 또는 안테나 소자를 지칭한다. 양적으로 말하자면, 전기적으로 작은 안테나는 일반적으로 반경 a=λ/2π을 갖는 구 내부에 맞는 안테나로 정의된다. 여기에서 λ는 안테나로부터 방사된 전자기 에너지의 파장이다.
불행히, 전기적으로 작은 안테나는 다소 큰 방사 양호도(quality factors) Q를 갖는 경향이 있는데, 이는 방사하는 것보다 훨씬 더 큰 에너지를 (평균 시간으로) 저장하는 경향이 있다는 것을 의미한다. 이것은 잘 반응하는 입력 임피던스에 도달하게 되고, 이는 넓은 대역폭의 범위에서 입력 공급부에 전기적으로 작은 안테나를 임피던스 정합(matching)시키는 것을, 불가능하지는 않지만, 어렵게 만든다. 또한, 큰 방사 양호도 때문에, 심지어 작은 저항성 손실이 있어도 전기적으로 작은 안테나(예를 들어, 대략 1-50% 효율)에서 매우 낮은 방사 효율에 이르게 된다.
알려져 있는 양적인 예상에 따르면, 반경 a의 구의 체적 내부에 맞는 선형으로 편파된 전기적으로 작은 안테나에 대한 최소의 획득가능한 방사 양호도 Q는 다음의 식에 의해 세워질 수 있다:
Q = 1/(ka) + 1/(k3a3) (EQ. 1)
여기에서 k = 1/λ이고, 파의 수는 전자기 방사와 관련된다. 따라서, 전기적으로 작은 안테나의 방사 양호도 Q는 전기 체적(a)의 역수에 거의 비례하고, 또는 안테나 대역폭에 반비례할 것이다. 단일 소자인 주어진 크기의 전기적으로 작은 안테나로 비교적 넓은 대역폭과 고효율을 달성하기 위해, 가능한 한 큰 체적(안테나 가 점유하는 체적)을 사용하는 것이 바람직할 것이다. 일부 경우에, 이러한 것은 전기적으로 작은 상태를 유지하면서 안테나 소자의 크기를 증가시킴으로써 이루어질 수 있다.
방정식 EQ. 1에 언급된 바와 같이, 방사 양호도 Q에서 기본적인 한계를 달성하기 위해서, 안테나는 둘러싸는 구 표면의 외부에서 오직 횡단 자석(TM01) 또는 횡단 전기(TE01) 모드만 여기시키고, 구 표면의 내부에는 전기 또는 자기 에너지를 저장하지 않아야 할 것이다. 단락 선형(전기) 쌍극자는 구의 외부에서 TM01 모드를 여기시키는 반면, 구 내부에 에너지를 저장하지 않는 원칙을 만족하지 않고, 따라서 EQ. 1에 의해 예상되는 것보다 더 큰 방사 양호도 Q(그리고 더 좁은 대역폭)을 나타낸다.
일반적으로 전기 및 자기 쌍극자와 같은 양극성 필드를 방사하는 모든 안테나는 EQ. 1에 의해 주어진 제약에 의해 제한된다. 어떤 광대역 쌍극자 디자인이 성공적으로 구현되었고 EQ. 1에서 주어신 한계에 접근한다 할지라도, EQ. 1에 의해 예상되는 것보다 더 작은 방사 양호도 Q를 나타내는 선형 편파 무지향성 안테나를 구성하는 것은 현재 불가능하다. 그러나, EQ. 1이 선형 편파 무지향성 안테나의 방사 양호도 Q에서 기본적인 한계를 나타낼지라도, 방사 양호도 Q에서 전체적인 하한은 아니다. 대신, 실질적으로 동일한 전력을 TM01 및 TE01 모드 내로 방사하는 복합 안테나는 대략 아래와 같은 방사 양호도 Q를 달성할 수 있다(원칙적으로):
Q = 1/2[2/(ka)+1/(k3a3)] (EQ. 2)
즉, 단독으로 TM01 또는 TE01 모드를 방사하는 격리된 전기 또는 자기 쌍극자의 대략 절반값이다. 다시 말해서, 복합 안테나의 임피던스 대역폭은 격리된 전기 또는 자기 쌍극자의 값의 거의 두 배가 될 수 있다.
한 쌍의 무한히 작은 전기 및 자기 쌍극자를 갖는 이상적인 복합 안테나(직교 쌍극자 모멘트를 제공하도록 함께 위치되어 방향이 정해짐)는, 유용한 특성을 제공하도록 이론적으로 수치학적으로 시험되고 발견되어 왔다. 이러한 안테나는 전기(p) 및 자기(m) 쌍극자 벡터의 직교 조합이기 때문에 종종 "PxM 안테나"라고 불린다. PxM 안테나의 바람직한 특성은 유용한 방사 패턴(예를 들어, 낮은 이득, 단일지향성 방사 패턴) 및 주어진 전기 크기에 대해 비교적 넓은 임피던스 대역폭을 포함할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다. 앞서 언급한 바와 같이, 전기적으로 작은 PxM 안테나의 방사 양호도 Q는 격리된 전기 또는 자기 쌍극자 값의 절반이다. 감소된 Q가 광대역 임피던스 정합을 개선할지라도(적어도 원칙적으로는), PxM 안테나를 실제로 구현함에는 문제가 있으며 완벽하게 연구되지 않았다.
앞서 약술한 문제점들은 종래의 PxM 안테나 구조에 의해 제공되는 것에 비해 더 낮은 손실과 더 높은 효율 및 작동 주파수 대역폭을 나타내는 개선된 PxM 안테나 설계에 의해 대부분 해결될 수 있다. 여기에 기재된 PxM 안테나 디자인은 내부 저항성 로드를 제거함으로써 방사 효율을 증가시킨다. 종래 기술에서 행해져 온 내부 로드를 이용하는 대신, 여기에 기재된 PxM 안테나 디자인은 점감하고(tapered), 접히거나(folded) 단부가 로딩된(end loaded) 구조를 갖는 방사기를 제공함으로써 PxM 안테나의 전기 및 자기 방사기 사이에서 광대역 임피던스 정합을 개선한다. 광대역 임피던스 정합은 필요시 현저히 반응성(reactive)이 큰 정합 네트워크를 사용하여 더욱 개선될 수 있다. 개선된 PxM 안테나를 형성하는 여러가지 방법도 또한 고려된다.
일반적인 실시예에 의하면, 광대역 PxM 안테나에는 접지면, 접지면 내에 형성된 자기 방사기(예를 들어 슬롯 안테나), 그리고 접지면에 평행하고 제1 평면 내에 배치된 전도성 공급부가 제공된다. PxM 방사 패턴을 생성하기 위해, 전기 방사기(예를 들어 모노폴 안테나)가 제2 평면 내에 배치될 수 있고, 이는 접지면과 그 내부에 형성된 자기 방사기에 수직한다. 전기 방사기는 한쪽 단부에서 전도성 공급부에 연결될 수 있고, 따라서 접지면에 연결될 수 있다. 이런 식으로, 전기 및 자기 방사기는 일반적으로 PxM 방사 패턴을 넓은 작동 주파수 범위에서 생성하도록 연결될 수 있다. 그러나, 종래의 디자인과 달리, 본 발명이 제공하는 PxM 방사 패턴은 전도성 공급부와 접지면 사이에 월등히 손실이 큰 소자를 포함하지 않고 넓은 작동 주파수 범위에서 유지된다.
여기에서 사용되는 "현저히 손실이 큰" 소자는 저항성, 유전성 또는 자기 수단을 통해 상당량의 "손실"을 가져오는 어떤 로드로 기술될 수 있다. 다수의 종래 기술의 디자인에서, 정합하지 않는 자기 및 전기 방사기에 의해 유발되는 반사를 줄이기 위해 저항성 로드는 전도성 공급부와 접지면 사이에 포함되어 있었다. 저항성 로드는 상당히 큰 손실을 가져오는 경향이 있기 때문에, 종래 기술의 디자인은 매우 비효율적인 작동을 겪었다. 반면에, 반응성 로드는 실질적으로 어떤 손실을 초래하지는 않으며, 따라서 PxM 안테나의 방사 효율을 감소시키지 않고 자기 및 전기 방사기의 입력 임피던스 사이의 차이값을 줄이기 위해 사용될 수 있다.
일부 경우에, 전도성 공급부는 반응성 정합 네트워크를 형성하도록 배치된 하나 이상의 현저한 반응성 소자를 가지고 한쪽 단부에서 종결될 수 있다. 반응성 로드는 비교적 손실이 없기 때문에, 손실이 큰 저항성 로드에 의해 제공되는 감소된 효율을 피함으로써 본 발명은 종래기술에 비하여 향상된다. 한 예로, 여기에 설명되는 반응성 정합 네트워크는 하나 이상의 집중 소자(즉, 커패시터와 인턱터)를 포함할 수 있고, 이는 균일한 전송라인의 길이부와 서로 연결될 수 있다. 집중 소자를 포함하는 반응성 정합 네트워크는 저주파수 작동을 위한 디자인에 대해 구현될 수 있다. 더 높은 주파수 범위에서, 대신, 반응성 정합 네트워크는 복수의 개방회로 및 단락회로 스터브를 가지고 구현될 수 있고, 이 스터브는 균일한 전송라인의 길이부에 의해 서로 연결될 수 있다. 그러나, 반응성 정합 네트워크는 반드시 모든 경우에 필요한 것은 아니고, 따라서 본 발명의 하나 이상의 실시예에서 제거될 수 있고, 이는 자기 및 전기 방사기의 형상을 조작함으로써 고유의 광대역 임피던스 정합을 제공하게 된다.
일부 실시예에서, 전기 및 자기 방사기에는 요구되는 PxM 방사 패턴이 유지되는 작동 주파수 범위를 증가시키기 위해 입력 임피던스 정합을 개선하는 점감하는 구조가 제공될 수 있다. 예를 들어, 슬롯 안테나의 형상은 나비넥타이 모양과 유사할 수 있고, 모노폴 안테나의 형상은 원뿔형 또는 삼각형과 비슷할 수 있다. 다른 모양도 또한 점감하는 모노폴 및 슬롯 안테나에 대해 고려될 수 있다. 정확한 모양에 관계없이, 전도성 공급부는 접지면 위에 이격된 전송라인으로 형성될 수 있다. 점감하는 방사기 사이에서 임피던스 정합을 향상시키기 위해, 전송라인은 벌어진 섹션으로 종결될 수 있고, 이 벌어진 섹션은 하나 이상의 현저한 반응성 소자에 의해 접지면에 연결될 수 있다. 반응성 정합 네트워크는 점감하는 모노폴 슬롯 구조를 가지고 사용될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.
일부 실시예에서, 전기 방사기와 관련된 입력 임피던스를 증가시키고 자기 방사기와 관련된 입력 임피던스를 줄임으로써 입력 임피던스 정합을 향상시키기 위해, 전기 및 자기 방사기에 접힌 구조가 제공될 수 있다. 또한, 접는 것은 특정 주파수 범위에서 안테나 리액턴스 또는 서셉턴스를 취소하는 점에서 고유의 직렬-분로 보상(series-shunt compensation)을 제공한다. 한 실시예에서, 전기 및 자기 방사기는 "단일로 접힐" 수 있다. 예를 들어, 모노폴 안테나는 상승 임피던스 변형(약 4)을 제공하도록 접힐 수 있고, 슬롯 안테나는 하강 임피던스 변형(약 1/4)을 제공하도록 접힐 수 있다. 일부 경우에, 슬롯 안테나는 접지면을 통해 T 형상의 개구를 에칭하거나 절단함으로써 "접힐" 수 있다. 반면, 접힌 모노폴 안테나는 두 개의 길이가 같은 다리부에 의해 지지되는 정상부를 포함하도록 형성될 수 있다. 모노폴 안테나의 정상부는 접지면에 평행하게 배열될 수 있다; 두 개의 길이가 같은 다리부는 서로 평행하게 그리고 접지면에 수직하게 배열될 수 있다. 접힌 모노폴 안테나는 전도성 물질의 스트립을 굽힘으로써 또는 전도성 물질의 다중 스트립을 요구되는 접힌 구조로 조립함으로써 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 입력 임피던스 정합을 더욱 개선하기 위해 그리고 광대역 PxM 안테나와 관련된 물리적 높이와 방사 양호도 Q를 감소하기 위해, 단일로 접힌 전기 및 자기 방사기에는 단부가 로딩된 구조가 제공될 수 있다. 예를 들어, 정상부의 대향하는 단부가 모노폴 안테나의 두 개의 길이가 동일한 다리부의 외부표면을 넘어 뻗어나가도록 모노폴 안테나의 정상부가 형성될 수 있다. 게다가, 한 쌍의 추가 개구가 슬롯 안테나를 형성하는 T 형상의 개구의 정상부의 대향하는 단부에서 접지면 내에 형성될 수 있다. 한 쌍의 추가 개구는 실질적으로 서로 평행하며 'T'의 정상부에 수직일 수 있다. 접힌 및/또는 단부가 로딩된 구조에서, 전도성 공급부는 T 형상의 개구 위에 또는 그 내부에 배열된 전송라인을 포함할 수 있고, 이 개구는 슬롯 안테나를 형성하도록 접지면을 통해 뻗어나간다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 이어지는 상세한 설명과 도면을 참고하면 보다 명확해질 것이다.
본 발명은 다양한 변형 및 대체 형태를 허용할 수 있는 반면, 그 특정 실시예는 도면에 나타난 예로 도시되어 있고 이하 상세히 설명될 것이다. 그러나 도면과 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정한 형태로 제한하려는 것이 아니고, 이와 정반대로, 본 발명은 모든 변형예와 등가물과 첨부된 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 대안을 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
전기 및 자기 방사기의 직각 조합에서 얻을 수 있는 PxM 안테나는 주어진 전기 크기에 대해 유용한 방사 패턴 및 비교적 넓은 임피던스 대역폭을 포함하는 여러가지 바람직한 특성(그러나 이에 제한되지는 않음)을 포함한다. PxM 안테나의 한 형태는 가정된 호이겐스(Huygens) 소스의 방사 패턴을 나타낸다. 루드빅-3(Ludwig-3) 패턴으로 불리는 방사 패턴은 최대 방사 강도의 축에 대한 회전의 심장모양으로 구성된 선형으로 편향된 한쪽 방향 패턴이고, 소위 최대의 지향성 패턴의 종류에 속한다. 여기에서 사용된, "심장형태"는 고정된 반경(r)의 다른 원 주위에서 완벽하게 구르는 원의 외주 상의 한 지점에 의해 자취가 그려지는 곡선으로 묘사되며, 다음과 같은 극좌표계의 일반적인 방정식을 구성한다:
ρ=r*(1+cosθ) (EQ. 3)
심장형태의 방사 패턴(100)의 극좌표는 도 1에 도시되어 있다. 상술한 논의에서, 심장형태의 방사 패턴은 "PxM 방사 패턴"이라 불릴 수 있다.
직각 쌍극자 모멘트를 제공하도록 방향이 설정되는 한 쌍의 무한히 작은, 공동으로 위치된 전기 쌍극자 및 자기 쌍극자를 갖는 이상적인 PxM 안테나가 이론상으로 그리고 수치학적으로 검토되어왔다. 예를 들어, 이상적인 PxM 안테나를 생성하도록 무한히 작은 자기 쌍극자 루프가 무한히 작은 전기(와이어) 쌍극자와 직각 관계로 결합될 수 있다는 이론이 설립되었다. 멀리 떨어진 영역에서, 함께 위치된 쌍을 이루는 쌍극자 전계는 대략 다음과 같다:
Eθ=[(A/η)sinθ+Bsinφ]e- jkr/r (EQ. 4)
Eφ=B[cosθcosφ]e- jkr/r (EQ. 5)
A와 B는 각각 TM01 및 TE11 모드의 가중 계수이고, r, θ, 및 φ는 표준 우측 구 좌표계를 구성한다. 만약, A가 ηB 라면, 안테나의 지향성 이득은 다음의 방정식으로 주어질 것이다:
G(θ,φ)=3[(sinθ+sinφ)2+cos2θcos2φ]/4 (EQ. 6)
상기 방정식이 극좌표계에서 그려질 때, 심장형태의 방사 패턴이 θ=90 이고 φ=90인 평면에서 생성되고, 이 평면에서 최대 이득은 약 3.0 dB(즉, 4.77 dBi)이다. 여기에서 3.0 dB 최대 이득이 격리된 전기 또는 자기 쌍극자에 의해 생성된다. 따라서, 무한히 작은 전기 및 자기 쌍극자가 합쳐져서(적어도 이론상으로는) 대략 방사 양호도 Q의 절반이고 격리된 쌍극자에 의해 생성된 이득보다 3 dB 만큼 더 높은 방사기를 생성할 수 있을 것이다.
그러나, 함께 위치된 쌍으로 된 무한히 작은 전기 및 자기 쌍극자가 다수의 가치있는 특성(예를 들어 낮은 이득의 단일지향성 방사 패턴)을 갖도록 보여졌을 지라도, 이는 실용적인 방사기가 아니다. 첫째로, 유한한 크기의 요소가 사용될 때 실제 함께 위치시키는 것은 일반적으로 불가능하다. 둘째로, 안테나가 상당한 광대역(예를 들어 다중 옥타브)을 달성하기 위해서는, 안테나는 그 작동 주파수 범위의 늦은 단부에서 전기적으로 작을 필요가, 그러나 약간만 작을 필요가 있다. 여기에서 전기적으로 작은 안테나는 약 λ/2π의 반경을 갖는 전기 체적을 갖는 것으로 기술된다. 이는 λ/100인 또는 이 보다 더 작은 "무한히 작은" 방사기의 반경보다 훨씬 더 크다. 따라서, 각각의 방사기가 어떤 알아볼 수 있는 전기 크기를 가지지 않는 경우에, 여전히 전기적으로 작은 상태로 있으면서, 단순히 이론상의 방사기를 가지고 광대역 작용이 실현될 수는 없다.
광대역 작용을 제공하기 위해서는, 전기 및 자기 방사기의 쌍극자 모멘트는 공간 방위에서 실질적으로 직각이어야 하며, 작동 주파수 범위에서 실질적으로 크기와 위상이 동일하여야 한다. 수치학적 또는 분석적인 모델에서 두 개의 격리된 전기 및 자기 방사기 사이의 관계를 특정하는 것은 어렵다. 그러나, 실제로, 이러한 안테나는 보통 단일 무선주파수(RF) 소스로부터 끌어낼 수 있으며, 이 유한한 출력 임피던스는 결합된 전기 및 자기 방사기의 입력 임피던스에 정합하여야 한다. 이것은 결합된 전기 및 자기 방사기의 공진성질 때문에 매우 어려운 문제가 되는 경향이 있다.
어떤 경우에, 전기 및 자기 방사기를 결합하기 위해 손실이 낮은 수동 공급 또는 정합 네트워크가 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 정합 네트워크는 종종 두 방사기의 입력 임피던스에서의 주파수에 따른 변화 때문에 구현하기 어렵다. 예를 들어, 입력 임피던스의 변화는 공급 전류의 적당한 크기와 위상을 유지하기 어렵게 만들 수 있다. 나아가, 심지어 정합 네트워크가 방사기를 결합하기 위해 사용되는 때에, 잔류 임피던스의 부정합이 여전히 안테나/정합 네트워크의 효율 및 전력 전달을 제한할 수 있고, 따라서 시스템의 전반적인 성능을 제한하게 될 수 있다. 있을 수 있는 정합 네트워크가 제안되었을지라도, 현재 알려진 디자인 중 어느 것도 결합된 방사기가 주파수의 넓은 범위에서 효율적으로 작동하게 하지는 않는다. 따라서, 이러한 디자인을 사용하는 것은 종종 PxM 방사기(안테나)의 낮은 방사 양호도 Q에 의해 제공될 수 있는 대역폭에서의 어떤 개선을 부정하게 된다.
대체로, 전기 및 자기 방사기를 보충 입력 임피던스와 결합함으로써 광대역 PxM 작동이 가능하다. 예를 들어, 슬롯 안테나는 슬롯 안테나와 유사한 치수를 갖는 전기 모노폴(또는 쌍극자) 안테나의 "보충물"일 수 있다. 바비네(Babinet)의 원리에 따르면, 무한히 큰 전도 시트에서의 슬롯 안테나의 방사 패턴은 보퉁 모노폴(또는 쌍극자) 안테나와 똑같고, 다만 전기장 및 자기장이 서로 교환될 수 있다는 점이 다르다. 나아가, 슬롯 안테나와 보충 모노폴의 입력 임피던스는 다음과 같은 부커(Booker)의 방정식과 관련된다:
ZslotZmonopole=η2/4 (EQ.7)
여기서 Zslot과 Zmonopole은 각각 슬롯 및 모노폴 안테나의 입력 임피던스이고, η은 주위 매체의 고유의 임피던스이다(예를 들어, 자유공간 내에서 η=120π이다). 즉, 보충 안테나 요소의 입력 임피던스는 대략 역으로 서로에 대해 비례한다. 따라서, 보충 안테나 요소가 단일 방사 구조를 형성하도록 결합될 때, 보충 입력 임피던스는 주파수의 광대역에 걸쳐서 비교적 정합하는 입력 임피던스를 달성하도록 제거되거나 감소될 수 있다.
보충 전기 및 자기 방사기가 단일 방사 구조를 형성하도록 합쳐질 수 있다는 것이 제안되었지만, 본 발명은 높은 주파수(예를 들어 약 85% 내지 100%))를 가지고 광대역의 주파수(예를 들어 1:5 주파수 변환)에서 PxM 방사 패턴을 유지할 수 있는(즉, 이득이 낮은 단일 방향의 심장형태 패턴) 이전의 알려진 안테나 디자인을 인식하지 않는다. 향상된 PxM 안테나 디자인의 실시예는 아래에 설명되어 있으며, 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 전기 방사기 및 자기 방사기 모두를 포함하는 예시적인 안테나(200)를 나타낸다. 이하 보다 상세히 설명하는 것처럼, PxM 안테나(200)는 실용적인 손실이 낮은(즉, 고효율) 광대역 PxM 안테나 디자인이 구현되는 한 방법을 보여준다. 다른 구현예 및/또는 변형예가 있을 수 있으며 본 발명의 범위에 속한다. 이어지는 논의에서, 예시적인 광대역 전기 및 자기 방사기가 상세히 연구되며, 이어서 광 주파수 영역에서 PxM 작동이 유지되는 두 방사성 요소를 결합하기 위한 예시적인 수단이 수반된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, PxM 안테나(200)는 일반적으로 절단되거나 또는 전도성 접지면(220) 내에 형성된 슬롯(210)과, 상기 접지면(220) 위에 평행하게 배열된 전도성 공급부(240), 및 전기 모노폴(250)을 포함하며, 이 전기 모노폴은 하단부에서 전도성 공급부(240)와 전기적으로 연결되어 있다. PxM 작동이 이루어지도록, 자기 및 전기 쌍극자 모멘트를 생성하기 위해 슬롯(210)과 모노폴(250)은 수직평면에 배열되어 있다. 일부 실시예에서, 전도성 측벽과 바닥표면을 갖는 공동(cavity) 구조체(230)가 슬롯(210)을 둘러싸는 접지면(220) 하부에 위치될 수 있다. 공동 구조체(230)는 어떤 적절한 수단에 의해 접지면(220)의 하부표면에 부착될 수 있고, 따라서 슬롯을 둘러싸는 접지면의 부분은 공동 구조체(230)의 상부표면을 형성한다. 그러나, 공동 구조체(230)는 본 발명의 모든 실시예에 포함되지 않을 수 있다. 예를 들어, 슬롯 방사기는 자기 물질(예를 들어 이방성 6각형 페라이트)을 직접 접지면에 놓음으로써 실현될 수 있다. 이로써 물리적인 슬롯과 공동 받 침대는 필요 없게 된다.
접지면(220)은 비교적 크고(방사 에너지의 파장에 비하여) 비교적 평평한 전도성 표면을 포함하도록 형성될 수 있다. 일부 경우에, 접지면(220)은 다수의 반도체 제조기술(예를 들어, CVD, PVD, 전기도금 등등) 중 하나를 사용하여 금속층을 반도체 기판에 배치함으로써 형성될 수 있다. 이와 같이, 접지면(220)은 전자장치 내에 부착되어 고정된 프린트회로판 또는 전자장치(예를 들어 랩탑이나 데스크탑 컴퓨터, 포켓용 제품, DVD 플레이어 등등과 같은 어떤 휴대용 또는 비휴대용 소비재) 내에 삽입되도록 구성된 탈착식 카드의 일부(또는 모두)를 형성할 수 있다. 그러나, 다른 경우에, 접지면(220)은 절단되거나 금속층으로부터 형성될 수 있고, 이 금속층은 더 큰 구조체(예를 들어 차량 또는 비행기)의 일부를 형성할 수도 있고 형성하지 아니할 수도 있다. 접지면(220)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 재료는 구리, 알루미늄, 및 금, 또는 이들의 합금을 포함하는(그러나 이에 제한되지는 않음) 어떤 "좋은" 전기 전도체를 포함할 수 있다. 어떤 경우에는, 구리를 씌운 PTFE, FR-4 또는 LTCC와 같은 다중층 금속-유전성 구조체가 접지면(220)을 형성하도록 사용될 수 있다. 박층 구조와 리소그래피에 의해 제공되는 기계적 이점 때문에, 이러한 다중층 구조체가 바람직하다. 접지면(220)을 제조하는데 사용될 수 있는 다른 방법 및 재료가 있을 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 포함된다.
제조 방법론과 상관없이, 접지면(220)은 유한한 경계에 의해 묶인다. 이 경계는 도 2a 및 도 2b에 도시된 것처럼 실질적으로 사각형이다. 그러나, 접지면(220)은 이 도시된 형상에 제한되지 않으며, 대신 실질적으로 슬롯 방사기가 내 부에 형성될 수 있는 어떤 모양(예를 들어, 원형, 타원형, 다각형, 등등)을 포함하도록 고려된다. 어떤 실시예에서, 날카로운 코너를 실질적으로 포함하지 않는 접지면을 선택함으로써, 접지면(220)의 엣지를 따라가는 방사 회절은 감소될 수 있다. 예를 들어, 접지면(220)은 일반적으로 날카로운 코너와 엣지에서 발생하는 전기적 불연속을 줄이기 위해(따라서, 방사 회절을 줄이기 위해) 둥글게 처리된 코너 또는 부드럽게 윤곽이 형성된 엣지를 가지고 형성될 수 있다.
이상적인 실시예에서, 접지면(220)은 무한히 크고, 따라서 엣지 효과가 슬롯(210)에 의해 생성된 방사 패턴을 방해하지 않을 것이다. 그러나, 실제로, 유한한 크기의 접지면(220)은 접지면이 놓여있는 평면 내에 존재하지 않는 방사를 도입한다. 접지면(220)의 엣지로부터의 회절이 감소되거나 제거되면, 이렇게 존재하지 않는 상태는 좁게 될 수 있다. 코너를 부드럽게 처리하거나 엣지를 부드럽게 윤곽을 형성하는 것에 더하여, 접지면의 회절은 접지면의 엣지를 "처리"함으로써 감소될 수도 있다. 예를 들어, 접지면의 엣지는 엣지 회절을 줄이기 위해 손실이 있는 자기 재료(225)로 처리될 수 있다. 즉, 엣지를 따라 흐르는 전류를 감소시키는 재료로 엣지를 처리함으로써 회절은 감소되거나 제거될 수 있다. 적절한 재료는 페라이트에 기초하는 재료일 수 있다; 그러나 실질적으로 어떤 다른, 손실이 있는 자기 재료가 사용될 수 있다. 다른 경우에, 접지면이 점감하는 저항성을, 즉, 접지면 엣지의 근방에서 증가하는 저항성을 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 예를 들어 엣지에서 접지면의 전도성을 감소하거나 파괴하기 위해 이온으로 접지면 엣지에 충격을 가하는 것으로 구성된 표면 처리를 접지면에 가할 수 있다. 접지면 엣지에 서 저항성을 증가하기 위해, 엣지에서 접지면 재료를 제거하도록, 다른 기술이 사용될 수 있다(예를 들어, 에칭하거나 절단하여 접지면 내에 "노치"를 형성하는 것).
도 2a의 실시예에서, 공동 구조체(230)가 실질적으로 사각형의 모양으로 묘사되어 있다. 도면에 도시되지 않은 다른 모양도 있을 수 있다. 일반적으로, 공동 구조체(230)의 크기는 충분히 슬롯(210)에 "집어 넣을" 수 있도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 공동 구조체(230)의 길이(L)와 폭(W)은 슬롯(210)의 길이(l)와 폭(w)과 동일하거나 실질적으로 더 크다. 반면에, 전진 방향으로의 방사가 향상되도록, 공동 구조체(230)의 깊이는 안테나(200)의 뒷면으로부터 방사를 차단하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 공동 구조체의 깊이(D)는 안테나(200)로부터 방사되는 전자기 에너지의 파장의 1/4과 거의 동일하다; 그러나 적절히 고려하여 더 작거나 더 큰 공동 깊이가 사용될 수 있다. 일부 경우에, 공동 구조체(230)는 코팅되거나 선이 형성되거나, 안테나 요소의 방사 패턴을 향상시키기 위해 그리고 근방에 있는 다른 전자 요소로부터 격리시키기 위해 자기 재료로 일부 채워질 수 있다. 한 실시예에서, 공동 구조체(230)는 페라이트에 기초하는 재료로 코팅될 수 있다. 보다 구체적인 예에서, 더 높은 주파수 범위에서 방사 특성을 향상시키기 위해, 공동 구조체(230)는 적어도 부분적으로 이방성 6각형 페라이트로 채워질 수 있다. 코팅된 공동 구조체(330, 335)의 한 예가 도 3a에 도시되어 있다.
도전성 공급부(240)가 이격된 거리(h)만큼 접지면(210) 위에 그리고 접지면(210)에 평행하게 떠 있거나 지탱될 수 있다. 대부분의 경우에, 접지면으로부터 전도성 공급부(240)를 전기적으로 격리하기에 충분한 경우에도, 거리 'h'는 비교적 작을(방사 에너지의 파장에 비하여) 것이다. 도 2a 및 도 2b에도시된 바와 같이, 전도성 공급부(240)는 슬롯(210) 위에서 비교적 중앙에 위치될 것이고, 슬롯(210)의 길이(l) 방향에 수직하는 방향으로 뻗어나간다. 보다 구체적으로 이하 설명되는 바와 같이, 이러한 배열구조는 일반적으로 대칭하는 PxM 방사 패턴을 생성하는데 필요하다.
도시된 실시예에서, 전도성 공급부(240)는 마이크로스트립(microstrip) 라인을 포함한다; 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 다른 전달 매체가 사용될 수 있다. 마이크로스트립 라인은 전도성 재료의 비교적 얇은 직사각형 모양의 스트립으로 형성될 수 있고, 이는 한 단부에서 우수한 반응성 로드(load)(260)로 종결된다. 도 2a 및 도 2b에서, 반응성 로드는 마이크로스트립 라인(부착되거나 전도성 공급부(240)과 일체로 형성됨)의 벌어진 섹션으로 도시되어 있고, 이는 반응성 정합 네트워크(도시 안됨)를 통해 전기적으로 접지면(220)에 연결되어 있다. 반응성 로드(260)의 중요성은 반응성 로드 또는 반응성 로드 네트워크를 구현하기 위한 부가 수단과 함께 이하 보다 상세히 논의될 것이다. 일부 경우에, 외부 전달 라인(예를 들어, 동축케이블)과 전기적으로 연결되도록 하고 전도성 공급부에 전류를 공급하는 전도성 공급부(240)의 다른 단부에 입력 커넥터(270)가 연결될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 외부 전달 라인을 전도성 공급부에 직접 연결시킴으로써 입력 커넥터(270)는 제거될 수 있다.
전기 모노폴(250)은 하단부에서 전도성 공급부(240)에 연결되어 있고, 일반 적으로 중심라인(280, 290) 근처에 위치될 수 있고, 이 중심라인은 각각 전도성 공급부(240)와 슬롯(210)의 축방향 길이부를 따라 뻗어나간다. 도 2a 및 도 2b의 실시예에서, 전기 모노폴(250)은 비교적 얇은 시트의 전도성 재료로 형성된 점감하는 모노폴이다. 금속층(예를 들어, 구리, 은, 알루미늄, 등등) 또는 금속-유전성 박층(예를 들어 구리로 덮힌 PTFE)을 포함하는 실질적으로 어떤 전기적으로 전도성인 재료는 전기 모노폴(250)을 형성하도록 사용될 수 있다. 일반적으로, 모노폴(250)의 점감 구조는, 원하는 방사 패턴이 유지되는 주파수 범위를 증가시킴으로써, 전기 방사기의 광대역 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 점감하는 구조는 안테나 방사 양호도 Q를 감소시키고 더 높은 차수의 공진과 차별함으로써, 임피던스 정합을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서 모노폴(250)을 구현하기 위해 다른 점감하는 구조가 사용될 수 있다. 예를 들어, 실질적으로 속이 채워진 또는 중공 형태의 모노폴은 전도성 재료 또는 와이어 그물망의 시트로 형성될 수 있다.
일반적으로 점감하는 모노폴(250)은 자기 방사기와 결합되어야 하며, 이 자기 방사기는 가능한 한 보충 방사기에 가까이 있다. 따라서, 슬롯 안테나(210)가 다수의 상이한 형태 중 하나로 형성될 수 있을지라도, 보충 방사기에 도 2a 및 도 2b에서 사용되는 점감 모노폴을 제공하도록 슬롯 안테나(210)는 또한 점감(예를 들어 양-삼각형 모양 또는 "나비 넥타이" 모양)할 수 있다. 접지면(220)이 있을 때, 점감 슬롯은 점감 모노폴(예를 들어 각각의 방사기는 임피던스 대역폭의 대략 2 옥타브를 제공할 수 있음)과 비슷하게 실행될 수 있다. 그러나, 각 요소 안테나(전기 또는 자기 방사기)의 방사 패턴이 이상적인 특성(모양, 편파, 등등)에서 벗어날 때, 결합된 PxM 안테나의 패턴 또한 이상적인 패턴으로부터 벗어날 수 있다. 따라서, 일반적으로 요소 안테나는 할 수 있는 만큼 각각 전기 및 자기 방사기와 유사하게 동작하는 것이 바람직하다.
광범위한 주파수 범위에서 PxM 방사 패턴을 유지하기 위해, 전기 및 자기 방사기의 쌍극자 모멘트는 공간 방위에서 실질적으로 수직이어야 하며, 광 주파수 범위에서 크기와 위상이 실질적으로 동일하여야 한다. 요소 방사기 자체가 정확하게 동작할 때(전기 및 자기 쌍극자와 같이), 각 방사기의 크기와 위상은 멀리 있는 필드에서 원하는 성능을 제공하도록 적절하게 방향이 맞추어질 것이다. 즉, 기본적인 전기 쌍극자 패턴 단독으로, 정해진 위상 중심을 나타낼 수 있다; 즉, 주어진 주파수에서 방사 패턴의 위상은 실질적으로 방향에 있어서 일정하다. 이는 기본적인 자기 쌍극자에도 적용된다. 그러나, 이러한 두 패턴의 조합으로 구성된 방사 패턴은 요소의 멀리 있는 필드의 패턴이 또한 위상으로 결합되는 경우에만 일정한 위상 패턴을 나타낼 것이다.
본 발명은 PxM 방사 패턴이 광 주파수 범위에서 높은 효율로 유지될 수 있도록 하는 다수의 개선점을 인식하고 있다. 무엇보다도, 그리고 앞서 언급한 것처럼, 전도성 공급부(240)는 다른 종래 기술에서 흔히 사용되는 손실이 큰 로드 대신에 반응성 로드(260)로 종결될 수 있다. 여기에서 기술된 것처럼, "손실이 큰" 로드는 저항성, 유전성, 또는 자기 수단에 의해 "손실"을 초래하는 어떤 로드일 것이다. 과거에, 다수의 종래기술의 디자인은 정합하지 않는 요소 방사기에 의해 유발된 반사를 줄이기 위해 공급부와 접지면 사이에 저항성 로드를 포함하였다. 저항성 로드 는 큰 손실을 가져오므로, 종래 기술의 디자인은 매우 비효율적인 동작을 겪어야 했다. 반면, 저항성 로드는 실질적으로 손실을 가져오지 않는다.
따라서, 본 발명은 손실이 있는 저항성 로드에 의해 제공되는 감소된 효율을 겪지 않고 적절한 크기와 위상으로 전기 및 자기 쌍극자 모멘트를 유지하기 위해 반응성 종결을 이용하여 종래기술에 대해 개선되는 것이다.
그러나, 수요가 많은 PxM 방사 패턴을 잠재적으로 파괴함이 없이, 종래 기술의 저항성 로드가 반응성 로드로 단순히 교체될 수 없다는 것은 아무런 의미가 없다. 원하는 패턴을 유지하기 위해서, 여기에 기재된 요소 방사기 및 (선택적) 반응성 정합 네트워크는 서로에 대해 조심스럽게 설계되어야 한다. 예를 들어, 요소 방사기는 점감하고, 접히고, 단부가 로딩된 구조로 각각 형성될 수 있고, 이들 각각은 요소 방사기의 입력 임피던스에서 고유의 광대역 임피던스 변형을 수행할 수 있다. 이하 상세히 설명되는 바와 같이, 전기 및 자기 방사기의 입력 임피던스는, 상기 언급한 구조 중 하나 또는 그 이상을 이용하여(추가의 정합 네트워크를 가지고 또는 가지지 않고), 서로에 대해 그리고 전도성 공급부의 입력 임피던스에 밀접하게 정합될 수 있다.
도 2a 및 도 2b의 실시예에서, 반응성 로드(260)는 먼 단부에서의 접지면(220)과 마이크로스트립 라인 사이에 결합된 반응성 네트워크를 갖는 마이크로스트립 라인의 벌어진 또는 점감하는 섹션을 포함한다. 반응성 네트워크는 실질적으로 다수의 반응성 요소로 구성될 수 있다; 이에 대한 특정 실시예는 이하 보다 구체적으로 설명된다. 반응성 네트워크가 본 발명의 어떤 실시예에서 충분한 정합을 제공할 수 있을지라도, 마이크로스트립 라인의 벌어지거나 점감하는 섹션은 로드(260)의 반응성 동작을 설정하기 위한 추가 매개변수를 제공하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 벌어지거나 점감하는 정도는 일부 경우에 로드(260)의 반응성 동작을 변경하도록 조정될 수 있다.
간결하게 하기 위해 도면에 도시되지는 않았지만, 반응성 로드(260)는 요구되는 작동 주파수 범위와 안테나의 전기적 크기에 따라 다수의 상이한 반응성 정합 네트워크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응성 정합 네트워크는 오디오와 같은 비교적 낮은 주파수 및 낮은 무선 주파수에서 집중소자(lumped element)로(즉, 커패시터 및/또는 인턱터) 쉽게 구현될 수 있다. 이와 같이, 안테나가 상당한 전기적 크기로 되어 있을 때, 집중소자가 사용될 수 있다. 그러나, 장치를 매우 작게 하지 않고 UHF 및 마이크로파 범위에서 "좋은" 커패시터와 인덕터를 생성하는 것은 매우 어렵게 되고, 따라서 매우 손실이 크다. 따라서, 더 높은 주파수 범위에서 작은 집중 장치의 높은 전력 분산을 피하기 위해 실질적으로 더 작은 전기 크기를 갖는 안테나 설계에서 소위 분산된 정합 네트워크가 사용될 수 있다.
한 실시예에서, 분산된 정합 네트워크는 개방 및 단락 회로 스터브를 포함할 수 있고, 이 스터브는 일정한 전송라인의 길이를 따라 서로 연결되어 있다. 커패시터와 인덕터와 같이, 개방 및 단락 회로 스터브는 "반응성 소자", 즉 전기(즉, 용량성) 또는 자기(즉, 유도성) 에너지 중 어느 하나의 형태로 에너지를 저장할 수 있는 소자이다. "스터브"는 기술분야에서 보통 전송 라인의 섹션으로 알려져 있다. 정합을 위해, 스터브는 단일 포트 반응성 회로소자를 생성하도록 한쪽 단부에서 보 통 개방 회로 또는 단락 회로로 되어 있다. 이상적인 단락 회로 스터브의 입력 임피던스는 1/4 파장 길이보다 짧은 주파수 범위에서 순수하게 가상적이며(즉, 반응성) 양의 값이다. 이상적인 개방 회로 스터브는 단락 회로 스터브의 보충물이고, 따라서, 1/4 파장 길이보다 짧은 주파수 범위에서 순수히 가상적이며 음의 값인 입력 임피던스를 나타낸다. 일정한 전송 라인의 길이에 의해 연결될 때, 개방 및 단락 회로 스터브는 거의 어떤 필터 또는 임피던스 정합 네트워크 위상기하학(topology)을 구현하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 전송라인의 벌어지거나 점감하는 섹션은 분산된 정합 네트워크를 더욱 개선하기 위해 점감하는 스터브와 결합될 수 있다.
광 주파수 범위에서 요구되는 PxM 방사 패턴을 유지하는데에 도움이 되도록 다른 기술이 사용될 수 있다. 예를 들어, 모노폴 및 슬롯 안테나는 입력 임피던스 정합을 개선하고 반응성 정합 네트워크를 단순화하기 위해 접힌 구조를 포함할 수 있다. 접힌 모노폴-슬롯 구조(300)의 한 실시예가 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 접는 것에 더하여, 입력 임피던스 정합을 개선하고 PxM 안테나가 유지되는 범위를 증가시키기 위해 모노폴 및 슬롯 안테나는 단부가 로딩될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 접히고, 단부가 로딩된 모노폴-슬롯 구조(300')이 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있다. 접는 것과 단부를 로딩하는 것에 의해 제공되는 이점과 함께, 앞서 언급한 논의는 PxM 안테나(300, 300')가 구성될 수 있는 예시적인 방법을 제공한다; 그러나, 여기에 개시되지 않은 구성의 다른 수단도 또한 있을 수 있다.
광대역 임피던스 정합을 수월하게 하기 위해, 모노폴 및 슬롯 안테나의 입력 임피던스는 작동 주파수 범위에서 전류를 공급하는 전송 매체 뿐만 아니라 서로에 대해 비교적 잘 정합되어야 한다. 대부분의 전송 매체는 비교적 작은 범위의 수치(보통 약 1 내지 200 옴)에 속하는 고유의 임피던스를 갖고 있다. 예를 들어, 동축 전송 라인은 약 50 옴의 고유 임피던스를 가질 수 있다. 또한, 매우 높은 고유 임피던스 또는 매우 낮은 고유 임피던스를 갖는 전송 라인은 종종 실현하기 어려우며, 손실이 있거나 에너지를 잘 안내하지 못한다. 따라서, 안테나가 앞서 언급한 비교적 작은 범위의 수치에 속하는 입력 임피던스를 나타내는 것이 유용하고, 따라서, 전력을 안테나에 공급하는 전송 매체에 정합할 수 있다. 현재 수많은 수단이 임피던스 레벨을 변형시키기 위해 존재하고 있다. 그러나, 광 대역폭 걸쳐서 임피던스 정합을 수행하는 것은 종종 어렵다.
구체적으로, 슬롯 안테나는 기준 동축 전송라인과 임피던스 정합하기가 비교적 어려울 수 있다. 예를 들어, 북커(Booker)의 방정식(EQ. 7)은 모노폴 및 슬롯 안테나의 입력 임피던스가 서로에 대해 대략 반비례한다는 사실을 보여준다. 따라서, 만일 공진에서의 이상적인 쌍극자 임피던스가 약 75옴이라면, 이상적인 슬롯 임피던스는 약 473 옴이 될 것이다. 이는 시스템 임피던스가 거의 50 옴일 때에 정합되기가 특히 어렵다. 그러나, 하나 이상의 안테나 요소에 대해 고유의 광대역 임피던스 변형을 제공하도록 접는 것이 사용될 수 있다. 모노폴 안테나에 대해, 접는 것은 상방으로의 변형을 제공하고, 반면에 슬롯을 접는 것은 하방으로의 변형을 제공한다. 한 실시예에서, 단일로 접힌 슬롯이 약 1/4의 이상적인 슬롯 임피던스(즉 약 120옴)인 입력 임피던스를 제공하도록 이용될 수 있다. 반면에, 단일로 접힌 슬롯은 1/4-파 모노폴의 입력 임피던스(약 37.5 옴)의 4배(즉 약 150 옴) 정도이다. 따라서, 단일로 접힌 슬롯(약 67 옴)과 분로된 단일로 접힌 모노폴의 결합된 입력 임피던스는 50 옴에 상당히 좋은 정합을 제공한다.
도 3 및 도 4는 광대역 PxM 안테나(300)를 형성하도록 단일로 접힌 모노폴이 단일로 접힌 슬롯과 결합될 수 있는 여러가지 실시예를 나타낸다. 도 2의 PxM 안테나 디자인과 유사하게, PxM 안테나(300)는 일반적으로 슬롯(310)을 포함할 수 있고, 이 슬롯은 절단되어 있거나 아니면 전도성 접지면(320), 접지면(320)에 평행하게 배열된 전도성 공급부(340), 및 전기 모노폴(350) 내에 형성되어 있고, 전기 모노폴은 한쪽 단부에서 전도성 공급부(340)와 전기적으로 연결되어 있다. 일부 실시예에서, 공동 구조체(330)는 슬롯(310)을 둘러싸는 접지면(320) 아래에 위치될 수 있다. 포함된다면, 공동 구조체(330)는 도 2a 및 도 2b의 공동 구조체(230)와 유사하게 구성될 수 있다. 그러나 상술한 바와 같이 공동 구조체(330)는 본 발명의 모든 실시예에 포함될 수 있다.
접지면(320)은 접지면(220)과 유사하게 구성될 수 있고, 따라서 비교적 크고(방사 에너지의 파장에 비해서) 비교적 평평한 전도성 표면을 포함할 수 있다. 접지면(320)을 형성하기 위해, CVD, PVD, 전기도금, 몰딩, 커팅, 등등의 수많은 기술이 사용될 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 접지면(320)의 유한한 경계가 다양한 형상으로 형성될 수 있다(예를 들어, 직사각형, 원형, 타원형, 다각형, 등등). 경계를 따라 방사성 회절을 줄이기 위해, 접지면(320)은 둥글게 된 코 너나 부드러운 윤곽선을 갖는 엣지로 형성될 수 있다. 일부 경우에, 방사성 회절을 더 줄이기 위해, 또한 접지면(320)의 엣지가 (예를 들어, 손실이 있는 자기 재료 또는 점감하는 저항으로) 처리될 수 있다.
그러나, 안테나(200)와 달리, 슬롯(310) 및 모노폴(350)은 각각 접힌 구조로 형성될 수 있고, 이로써 전기 및 자기 방사기의 입력 임피던스는 서로에 대해 그리고 시스템 임피던스(일반적으로 약 50 옴)에 더욱 밀접하게 정합될 수 있다. 도시된 실시예에서, 슬롯(310)과 모노폴(350)은 설계에서 다중으로 접히는 것처럼 보일지라도 "단일로 접히는" 것으로 고려된다. 상술한 것처럼, 단일로 접히는 슬롯은 하강 임피던스 변형(약 1/4)을 제공하고, 반면에 단일로 접히는 모노폴은 상승 임피던스 변형(약 4)을 제공한다. 본 발명의 다른 실시예에서 더 많은 수의 또는 더 적은 수의 "접힘"이 사용될 수 있을지라도, 모노폴 안테나가 슬롯 안테나와 함께 분로로 위치되어 있을 때, 도 3 및 도 4의 단일로 접힌 모노폴-슬롯 구조가 기준 시스템 임피던스에 비교적 잘 정합되는 것으로 밝혀졌다.
도 3a 및 도 3b의 실시예에서, 단일로 접힌 슬롯(310)은 접지면(320) 내에 형성된 실질적으로 "T 형상의" 개구를 포함한다. 대부분의 경우에, T 형상의 개구는 정상부를 구비할 수 있고, 이 정상부는 T의 바닥부와 실질적으로 길이가 동일하다. 일부 경우에, T의 바닥부가 T의 정상부를 90도에 가까운 각도로 양분하도록, 실질적으로 T 형상의 개구는 접지면 내에서 개구를 에칭하거나 절단함으로써 형성될 수 있다. 그러나, 수직 다리와 정상부를 갖는 T 형상의 개구를 형성할 필요가 없을 수도 있다. 예를 들어, 개구는 다리와 정상부 사이의 각도가 실질적으로 90도 이하 또는 이상이 되도록 약간 기울어진 T 형상으로 형성될 수 있다. 일부 경우에, 본 발명의 다른 실시예에서 슬롯(310)을 형성하도록 다른 두드러진 대칭 형상이 사용될 수 있다.
전도성 공급부(340)는 접지면(320)에 평행하는 평면에서 슬롯(310)의 살짝 위에 있거나 그 내에 배열될 수 있다. 전도성 공급부(340)가 실질적으로 슬롯(310)과 동일한 형상을 갖는 것으로 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있지만, 본 발명의 다른 실시예는 슬롯(310)을 형성하는데 사용되는 다른 형상을 갖는 전도성 공급부를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 전도성 공급부(340)는 비교적 얇은 층의 전도성 재료(예를 들어, 금속 또는 금속-유선체 층)으로 형성된 공동평면 도파관이다. 또한, 공동평면 도파관은 슬롯(310) 내에 배열되어 있고, 따라서 도파관의 상부면은 실질적으로 접지면(320)의 상부면과 동일평면에 있다. 접지면에 대해 공급부를 단락시키는 것을 피하기 위해, 공동평면 도파관(340)은 슬롯(310)보다 약간 더 작은 치수로 형성될 수 있고, 따라서 도파관은 접지면과 접촉하지 않는다. 도면에 도시되지는 않았지만, 공동평면 도파관(340)은 도파관에 직접(예를 들어 납땜에 의해) 또는 간접적으로(예를 들어, 입력 커넥터를 통해) 부착된 외부 전송 매체에 의해 에너지를 받을 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 도파관(340)은 슬롯(310) 약간 위에 위치될 수 있고, 따라서 도파관(340)이 슬롯(310) 보다 약간 더 작을 필요가 없어진다.
도 3a 및 도 3b의 실시예에서, 단일로 접힌 모노폴(350)은 정상부(352)를 포함하며, 이 정상부는 접지면(320)에 평행하게 배열되어 있고 두 개의 동일한 길이 의 다리부(354, 356)에 의해 지지된다. 동일 길이의 다리부는 실질적으로 서로에 대해 평행하게 그리고 접지면에 대해 수직으로 배열되어 있다. 도 3b에 도시된 것처럼, 라인(380)과 라인(390)을 양분함으로써 생성되는 중심지점 위에서, 다리부(354)는 전도성 공급부(340)에 연결될 수 있다. 다리부(354)는 이 중심지점으로부터 벗어나 있을 수 있을지라도, 본 발명의 다른 실시예에서, 일반적으로 안테나 소자는 형태와 배열에 있어서 가능하면 대칭인 것이 바람직하다. 즉, 대칭 안테나 설계로부터 실질적으로 벗어나는 것은, 필요한 PxM 방사 패턴으로부터 바람직하지 않게 그 가치가 떨어질 수 있다.
일부 경우에, 모노폴(350)의 상부 및 다리부는 전도성 재료의 스트립으로 별도로 제작될 수 있고, 여러 수단(예를 들어, 납땜, 접착 등등)을 통해 함께 결합될 수 있다. 그러나 다른 경우에 전도성 재료의 단일 스트립은 상부 및 길이가 동일한 다리부를 형성하도록 두 개의 실질적으로 90도의 굽힘으로 접힐 수 있다. 그러나, "접힌" 안테나의 주요 특성은 그 컨덕터를 평행하게 배열하는 것이기 때문에, 굽힘의 정확한 기하학적 형상은 실질적으로 90도 이상이거나 이하일 수 있다. 고유의 광대역 임피던스 변형을 제공함에 더하여, 접는 작용은 적어도 어떤 반응성 보상을 제공할 것이다.
앞서 언급한 바와 같이, 단일로 접힌 모노폴-슬롯 구조는 안테나 소자가 평행하게 위치되어 있거나 서로에 대해 분로되어 있을 때 기준 시스템 임피던스에 비교적 잘 정합된다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 것처럼, 동일 길이의 다리부(354) 중 하나는 공동평면 도파관(340)의 중심 컨덕터에 전기적으로 연결될 수 있는 반 면, 다른 동일 길이의 다리부(356)는 접지면(320)에 전기적으로 연결된다. 이러한 방식으로, 접힌 안테나 소자 그 자체에 의해 반응성 정합이 제공될 수 있다. 예를 들어, 접는 것은 본질적으로 안테나 소자가 에너지를 저장할 수 있게 하고, 따라서 충분한 반응성 보상을 제공하도록 사용될 수 있고, 따라서 추가적인 반응성 정합 네트워크는 필요 없게 된다. 접는 것만이 불충분한 경우에, 집중 또는 분산된 정합 네트워크는 추가 반응성 정합을 제공하도록 모노폴(350)과 접지면(320) 사이에서 연결될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단부가 로딩된, 단일로 접힌 모노폴-슬롯 구조(300')를 나타낸다. 도시된 실시예에서, 광대역 방사 특성을 향상시키기 위해 슬롯(310)과 모노폴(350)은 모두 단부가 로딩되어 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는 오직 하나의 방사기만 단부가 로딩되어 있어도, 일반적으로 슬롯 및 모노폴 안테나는 가능한 한 보충 안테나에 가까운 것이 바람직하다. 아래에 기재된 바와 같이, 단부의 로딩은 PxM 방사 패턴이 유지되는 주파수 범위를 증가시키기 위해서 뿐만 아니라 모노폴과 슬롯 안테나 사이의 임피던스 정합을 향상시키기 위해서 사용될 수 있다. 또한, 단부 로딩의 작용은 모노폴(350)의 물리적 높이를 줄일 수 있고, 따라서 꽉 찬 공간(예를 들어 다수의 휴대용 통신장치에서 발견될 수 있음) 내에서의 결합을 용이하게 한다.
일부 경우에, 모노폴 안테나(350)는 다리부(352, 354)의 외부 표면을 넘어 정상부(356)의 대향하는 단부를 연장함으로써 단부가 로딩될 수 있다. 또한, 슬롯 안테나(310)는 접지면(320) 내에 추가적인 한 쌍의 개구(312, 314)를 형성하거나 절단함으로써 단부가 로딩될 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 것처럼, 한 쌍의 개구가 추가로 T 형상 슬롯의 대향하는 단부에서 접지면 내에 형성될 수 있다. 일부 경우에, 한 쌍의 추가적인 개구는 직사각형 개구일 수 있고, 이는 실질적으로 서로에 대해 평행하고, 또한 T의 정상부에 수직이다. 한 쌍의 개구를 추가로 형성하기 위해 다른 모양도 사용될 수 있지만, 일반적으로 그 모양은 대칭형상의 안테나 설계를 유지할 수 있도록 선택되는 것이 바람직하다.
손실이 낮은 광대역 PxM 안테나의 실제적인 구현이 여기에서 제공되었다. 앞서 언급한 PxM 안테나 디자인은 약 2 옥타브의 작동 대역폭을 제공하며, 이 대역폭에서 안테나는 대략 90%의 효율 또는 이 이상의 효율을 제공한다. 여기에 기재된 PxM 안테나의 이점 중 하나는 손실이 있는(예를 들어 저항성) 정합 네트워크를 사용하지 않고 보충 안테나 소자들이 결합될 수 있다는 점이다. 대신, 광 주파수 범위에서 요구되는 PxM 방사 패턴을 유지하기 위해 반응성 정합을 가지고 (또는 반응성 정합 없이), 점감하고, 접히고, 그리고 단부가 로딩된 구조의 다양한 조합이 사용될 수 있다. 종래 기술의 설계와 달리, 안테나 효율 또한 PxM 방사 패턴의 원하는 모양(즉, 심장모양) 및 레벨(즉, 약 4.77 dBi 이득)과 함께 주파수에서 유지된다.
앞서 언급한 바와 같이, 유한한 양의 접지면은 PxM 방사 패턴에 방사 널(null)을 반드시 도입한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, PxM 안테나를 연속적으로 배치되고 서로 위상이 일치하지 않게 구동되는 두 개의 공동으로 보완된 모노폴-슬롯 디자인으로 구성함으로써 이 방사 널은 제거될 수 있다. 이러한 구 조는 도 5에 도시되어 있다. 두 모노폴-슬롯 디자인이 180도 합성 네트워크와 같은 안정된 공급원(source)에 의해 구동될 때, 그 안테나 구조는 거의 등방성이어야 한다(즉, 실질적으로 어떤 방향이든 전송하고 수신할 수 있어야 한다). 이러한 목적을 위해, 앞서 기술한 모노폴-슬롯 구조 중 어느 한 구조가 사용될 수 있다.
이러한 개시내용의 이점을 갖는 기술의 당업자는, 본 발명이 손실이 낮은 광대역 PxM 안테나의 실제적인 구현을 제공하는 것으로 여겨진다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 여러 특징을 갖는 다른 실시예나 추가 변형예는 이 기재내용의 견지에서 당업자에게 명확할 것이다. 이어지는 청구범위는 이러한 모든 변형예와 변경사항을 포함하는 것으로 해석될 수 있고, 따라서 명세서 및 도면은 한정적이라기 보다 예시적인 것으로 여겨져야 한다.
앞서 살펴본 구성에 의해 본 발명은 종래의 PxM 안테나에 비해 더 낮은 손실과 더 높은 효율을 얻을 수 있다. 또한, 내부 저항성 로드의 제거에 의해 방사효율이 증가되며, 본 발명의 안테나 구조에 의해 광대역 임피던스 정합이 개선된다.

Claims (39)

  1. 접지면;과
    상기 접지면 내에 형성된 자기 방사기;와
    상기 접지면에 평행하는 제1 평면 내에 배열된 전도성 공급부; 및
    상기 접지면에 평행하고 한쪽 단부에서 상기 전도성 공급부에 연결된 제2 평면 내에 배열된 전기 방사기;를 포함하고,
    상기 전기 및 자기 방사기는 작동 주파수 범위에서 PxM 방사 패턴을 생성하도록 연결되어 있고, 현저히 큰 손실이 없는 소자들이 상기 전도성 공급부와 상기 접지면 사이에서 연결되는, 광대역 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 및 자기 방사기는 전도성 공급부에 의해 여기될 때 전기 및 자기 쌍극자 모멘트를 각각 생성하고, PxM 방사 패턴을 생성하기 위해 상기 전기 및 자기 쌍극자 모멘트가 공간 방위에서 직교하고 작동 주파수 범위 전체에 걸쳐서 크기와 위상이 동일하게 유지되도록 상기 전기 및 자기 방사기가 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주파수 범위는 약 1:n의 대역폭 비율을 포함하고, n은 약 2 내지 5 사 이에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 주파수 범위는 약 3GHz 내지 11GHz 인 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 자기 방사기는 슬롯 안테나를 포함하고, 상기 전기 방사기는 모노폴 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전도성 공급부는 하나 이상의 현저한 반응성 소자를 가지고 한쪽 단부에서 종결되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하나 이상의 현저한 반응성 소자는 균일한 전송라인의 길이부에 의해 서로 연결된 복수의 개방회로 및 단락회로 스터브를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 하나 이상의 현저한 반응성 소자는 균일한 전송라인의 길이부에 의해 서로 연결된 하나 이상의 커패시터 및 인턱터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 전도성 공급부는 접지면 위에 이격된 전송라인을 포함하고, 상기 전송라인의 한쪽 단부는 접지면에 연결된 벌어진 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나의 형상은 직사각형 형상 및 나비 넥타이 형상을 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 모노폴 안테나의 형상은 원통 형상, 원뿔 형상, 및 삼각형 형상을 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 전기 및 자기 방사기 중 적어도 하나는 PxM 방사 패턴이 유지되는 작동 주파수 범위를 증가시키도록 그리고 전기 및 자기 방사기 사이에서 입력 임피던스 정합을 개선하도록, 점감하는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 전도성 공급부는 하나 이상의 개구 내에 또는 살짝 그 위에 배열된 전송라인을 포함하고, 상기 개구는 슬롯 안테나를 형성하도록 접지면을 통해 뻗어나가는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나는 "T" 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 모노폴 안테나는 접지면에 평행하게 배열되고 두 개의 길이가 동일한 다리부에 의해 지지되는 정상부를 포함하고, 상기 다리부는 서로에 대해 평행하게 그리고 접지면에 대해 수직하게 배열되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 길이가 동일한 다리부 중 한 다리부는 한쪽 단부에서 전송라인에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 길이가 동일한 다리부 중 다른 다리부는 한쪽 단부에서 접지면에 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전기 및 자기 방사기는 각각 전기 방사기와 관련된 입력 임피던스를 증가시키고 자기 방사기와 관련된 입력 임피던스는 감소시키기 위한 접힌 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전기 및 자기 방사기 중 적어도 하나는, 광대역 안테나와 관련된 방사 양호도 Q 및 물리적 높이를 감소시키기 위해 그리고 전기 및 자기 방사기와 관련된 입력 임피던스 사이의 차이를 감소시키기 위해, 단부가 로딩된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  19. 접지면;과
    상기 접지면 내에 형성된 T 형상의 구멍을 포함하는 슬롯 안테나;와
    상기 접지면에 평행하고 두 개의 평행하는 다리부에 의해 지지되는 정상부를 포함하고, 상기 다리부는 접지면에 수직하는 모노폴 안테나;를 포함하고,
    상기 모노폴 안테나 및 슬롯 안테나는 넓은 범위의 주파수에서 PxM 방사 패턴을 생성하도록 간접적으로 연결되어 있는, 광대역 안테나.
  20. 제19항에 있어서,
    T 형상 구멍의 표면과 전기적으로 접촉하지 않도록 T 형상 구멍 내에 또는 살짝 그 위에 배열된 전도성 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 모노폴 안테나의 평행하는 다리부 중 하나는 한쪽 단부에서 전기적으로 전도성 공급부에 연결되어 있고, 평행하는 다리부 중 다른 다리부는 한쪽 단부에서 접지면에 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 모노폴 안테나와 관련된 입력 임피던스는 슬롯 안테나와 관련된 입력 임피던스에 가까운 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  23. 제22항에 있어서,
    반응성 정합 네트워크를 형성하도록 연결되고 상기 전도성 공급부와 접지면 사이에 배열된 하나 이상의 현저한 반응성 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 모노폴 안테나의 정상부는 한 쌍의 대향하는 단부를 포함하고, 이 단부 의 각각은 상기 모노폴 안테나의 평행하는 다리부 중 상이한 다리부의 외부표면을 넘어 뻗어나가는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나의 상기 T 형상 구멍은 T의 정상부의 대향하는 단부에서 접지면 내에 형성된 한 쌍의 추가 개구를 포함하고, 상기 한 쌍의 추가 개구는 서로에 대해 평행하고 T의 정상부에 수직하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 접지면은 유전성 층에 형성된 금속층을 포함하고, 상기 T 형상 구멍은 상기 금속층 및 유전성 층의 두께부 전체를 통해 뻗어나가는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  27. 제26항에 있어서,
    상지 접지면은 전자장치 내에 고정식으로 부착된 프린트 회로판 또는 상기 전자장치 내에서 삽입되도록 구성된 탈착식 카드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 접지면은 유한한 경계를 포함하고, 이 경계는 유한한 경계를 따라 전류 의 흐름과 방사성 회절을 줄이기 위해 손실이 큰 자기 물질로 처리되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 접지면은 유한한 경계를 포함하고, 이 경계는 유한한 경계를 따라 전류의 흐름과 방사성 회절을 줄이기 위해 점감하는 저항으로 처리되는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  30. 제26항에 있어서,
    T 형상의 구멍을 접지면의 한 측면에서 둘러싸도록 유전성 층의 바닥면에 연결된 공동 구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 공동 구조체의 하나 이상의 내부표면은 접지면의 한 측면으로부터 나오는 방사성 방출물을 줄이기 위해 손실이 큰 자기 물질로 덮히는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  32. 제30항에 있어서,
    제2접지면;과
    제2 접지면 내에 형성된 T 형상의 구멍을 포함하는 제2 슬롯 안테나;와
    상기 제2 접지면에 평행하고 두 개의 평행하는 다리부에 의해 지지되는 정상부를 포함하고, 상기 다리부는 상기 제2 접지면에 수직하는, 제2 모노폴 안테나; 및
    접지면 근처에서 방사선 널을 나타내지 않는 연속하는 광대역 안테나를 생성하기 위해 후방표면이 제1 공동 구조체의 후방표면에 연결되는, 상기 제2 접지면의 바닥면에 연결된 제2 공동 구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  33. 접지면 내에 적어도 하나의 구멍을 형성하는 단계;와
    상기 적어도 하나의 구멍 내에 또는 살짝 그 위에 전도성 공급부를 배치하는 단계;와
    접지면과 직교하는 평면 내에 모노폴 안테나를 형성하고, 상기 모노폴 안테나의 한쪽 단부를 상기 전도성 공급부에 부착하는 단계;와
    상기 전도성 공급부에 의해 에너지를 공급받을 때 상기 모노폴 안테나에 의해 생성된 자기 쌍극자 모멘트가 PxM 방사 패턴을 생성하도록 적어도 하나의 구멍에 의해 생성된 전기 쌍극자 모멘트와 상호작용하도록, 모노폴 안테나를 적어도 하나의 구멍에 간접적으로 연결시키는 단계;를 포함하고,
    상기 모노폴 안테나와 적어도 하나의 구멍을 형성하는 단계는, 상기 전도성 공급부와 상기 접지면 사이에서 현저히 손실이 큰 소자를 연결하지 않고 PxM 방사 패턴이 넓은 주파수 영역에서 유지될 수 있게 하는, PxM 안테나 형성 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 형성하는 단계는 각각 적어도 하나의 90도 각도를 갖도록 모노폴 안테나와 적어도 하나의 구멍을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 PxM 안테나 형성 방법.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구멍을 형성하는 단계는, T의 바닥부가 T의 정상부를 90도에 가까운 각도로 양분하도록, 접지면 내의 T 형상의 개구를 에칭하거나 절단하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 PxM 안테나 형성 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구멍을 형성하는 단계는 T의 정상부의 대향하는 단부에서 접지면 내의 한 쌍의 추가 개구를 에칭하거나 절단하는 것을 더 포함하고, 한 쌍의 추가 개구는 서로에 대해 평행하고 T의 정상부에 수직하는 것을 특징으로 하는 PxM 안테나 형성 방법.
  37. 제33항에 있어서,
    상기 모노폴 안테나를 형성하는 단계는 두 개의 길이가 동일한 다리부에 의해 지지되는 정상부를 형성하도록 전도성 물질의 스트립을 적어도 두 번 굽히는 것 을 포함하고, 상기 정상부는 접지면에 평행하고, 상기 두 개의 길이가 동일한 다리부는 서로 평행하고 거의 90도의 각도로 정상부에 연결되는 것을 특징으로 하는 PxM 안테나 형성 방법.
  38. 제33항에 있어서,
    상기 모노폴 안테나를 형성하는 단계는 두 개의 길이가 동일한 다리부에 의해 지지되는 정상부를 형성하도록 복수의 전도성 물질 스트립을 함께 조립하는 것을 포함하고, 상기 정상부는 접지면에 평행하고, 상기 두 개의 길이가 동일한 다리부는 서로 평행하고 거의 90도의 각도로 정사부에 연결되는 것을 특징으로 하는 PxM 안테나 형성 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 모노폴 안테나를 형성하는 단계는 상기 정상부의 대향하는 단부는 길이가 동일한 다리부 중 상이한 다리의 외부 표면을 넘어 뻗어나가도록 복수의 전도성 물질 스트립을 함께 부착하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PxM 안테나 형성 방법.
KR1020060099072A 2005-10-11 2006-10-11 광 주파수 대역에서 향상된 방사 특성을 갖는 ＰｘＭ안테나 KR20070040325A (ko)

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