KR20070072830A - Microstrip array antenna - Google Patents
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Abstract
Description
방사 패치(radiating patch)들 및 공급원 간에 EM(전자기) 파워를 분배하기 위해, 누설 공동(leaky cavity)에 포함된 단일 유전층 다중패치, 마이크로스트립 배열 안테나 디자인에 대한 것이다.A single dielectric layer multipatch, microstrip array antenna design included in a leaky cavity for distributing EM (electromagnetic) power between radiating patches and a source.
본 발명은 일반적으로 안테나에 대한 것이고, 보다 상세하게는, 마이크로스트립 배열 안테나에 대한 것이다.The present invention generally relates to antennas and, more particularly, to microstrip array antennas.
직접 위성 방송(direct satellite broadcast) 서비스의 수가 전세계적으로 상당히 증가하였고, 따라서, 이러한 방송 서비스들을 수신하기 위한 용량을 갖는 안테나들에 대한 세계적 수요도 증가하였다. 이렇게 증가된 수요는 전형적으로 당업계에 공지된 반사기(reflector) 또는 "접시(dish)" 안테나로 충족되었다. 반사기 안테나들은 통상적으로 정지 위성 또는 적도 위성으로부터 텔레비전 채널 신호들의 송신과 같은 방송 서비스들을 수신하기 위해 거주 환경에 사용된다. 그러나, 반사기 안테나들은 몇가지 단점을 갖는다. 예를 들어, 가정용으로서는 부피가 크고 가격이 비싸다. 또한, 반사기 안테나들에서는 공급 조립체(feed assembly)에 의한 공 급 전파월경(feed spillover) 및 개구 차단(aperture blockage)이 고유한 특성이며, 이는 반사기 안테나의 개구 효율을 상당히 감소시켜, 전형적으로 약 55%밖에 안되는 개구 효율이 되게 한다. The number of direct satellite broadcast services has increased significantly worldwide, and thus the global demand for antennas with the capacity to receive these broadcast services has increased. This increased demand has typically been met with reflector or "dish" antennas known in the art. Reflector antennas are typically used in residential environments to receive broadcast services such as transmission of television channel signals from stationary or equatorial satellites. However, reflector antennas have some disadvantages. For example, it is bulky and expensive for home use. Also, in reflector antennas, feed spillover and aperture blockage by a feed assembly are inherent, which significantly reduces the aperture efficiency of the reflector antenna, typically about 55 This results in an opening efficiency of only%.
마이크로스트립 안테나와 같은 대안적인 안테나는 반사기 안테나에 관련한 대다수의 단점들을 극복한다. 예를 들어, 마이크로스트립 안테나는 보다 적은 공간을 필요로 하고, 제조하기에 보다 간단하고 저렴하고, 반사기 안테나보다 인쇄회로 기술에 보다 적합하다. 마이크로스트립 배열 안테나, 즉 마이크로스트립들의 배열을 갖는 마이크로스트립 안테나는 높은 지향성을 필요로 하는 응용예들에 사용될 수 있다. 그러나, 마이크로스트립 배열 안테나는 전형적으로 안테나 총 손실에 대해 상당한 공급 손실을 기여하는 복합 마이크로스트립 공급 네트워크를 필요로 한다. 또한, 많은 마이크로스트립 배열 안테나들이 단일 편파성(single polarization)으로, 그리고 선형적으로 편파된 빔만을 송신 또는 수신하는 것으로 제한되어 있다. 이러한, 단점은 방송 서비스들이 원편파(circularly polarized) 빔만을 사용하는 전 세계의 다수의 영역에서 특히 중요하다. 이러한 경우들에서, 서비스 수혜자들은 보다 적은 효율과 더 고가의, 부피가 큰 반사기 안테나, 또는 편파기를 사용하는 마이크로스트립 배열 안테나에 의지해야만 한다. 그러나, 편파기는 안테나에 대해 부가적인 파워 손실을 부과하며, 비교적 열악한 품질의 방사 패턴을 만든다. 또한, 이중(dual) 편파가 필요한 경우, 단일 편파의 2개의 안테나가 필요하다. Alternative antennas, such as microstrip antennas, overcome many of the disadvantages associated with reflector antennas. For example, microstrip antennas require less space, are simpler and cheaper to manufacture, and are more suitable for printed circuit technology than reflector antennas. Microstrip array antennas, ie microstrip antennas with arrays of microstrips, can be used in applications that require high directivity. However, microstrip array antennas typically require complex microstrip supply networks that contribute significant supply losses to the total antenna losses. In addition, many microstrip array antennas are limited to single polarization and to transmit or receive only linearly polarized beams. This drawback is particularly important in many areas of the world where broadcast services use only circularly polarized beams. In such cases, service beneficiaries must rely on less efficient and more expensive, bulky reflector antennas, or microstrip array antennas using polarizers. However, polarizers impose additional power loss on the antenna and create a relatively poor quality radiation pattern. In addition, when dual polarization is required, two antennas of single polarization are required.
따라서, 저렴하고, 제조하기에 간단하고, 높은 개구 효율을 갖는 컴팩 트(compact)한 안테나가 요구되고, 이는 복잡한 공급 망을 필요로 하지 않고, 단일 또는 이중 편파의 선형편파 또는 원편파 빔 중 하나를 송신 및/또는 수신하도록 쉽게 적용될 수 있어야 한다. Thus, there is a need for a compact antenna that is inexpensive, simple to manufacture, and has high aperture efficiency, which does not require a complex supply chain and is either a single or double polarized linearly or circularly polarized beam. It should be easily adaptable to transmit and / or receive.
따라서, 본 발명은 높은 개구 효율을 갖고, 복잡한 공급 망을 필요로 하지 않으며, 선형편파 또는 원편파 빔을 송신 및/또는 수신하도록 쉽게 적용될 수 있고, 이중-편파 성능을 갖는 저렴하고 컴팩트한 안테나를 제공한다. 이를 위해, 본 발명의 마이크로스트립 안테나는 한 측면에 전도성 접지면이 배치된 단일 유전체 층과, 누설 공동을 형성하기 위해 유전체 층의 다른 측면 상에 배치되는 이격된 방사 패치들의 배열을 포함한다. 전자기적 에너지에 반응하여, 지향성 빔이 안테나로 수신 및/또는 안테나로부터 전송된다.Accordingly, the present invention has a low cost and compact antenna which has high aperture efficiency, does not require a complicated supply network, can be easily applied to transmit and / or receive linearly polarized or circularly polarized beams, and has a dual-polarized performance. to provide. To this end, the microstrip antenna of the present invention comprises a single dielectric layer having a conductive ground plane on one side and an array of spaced radiating patches disposed on the other side of the dielectric layer to form a leakage cavity. In response to electromagnetic energy, a directional beam is received at and / or transmitted from the antenna.
본 발명 및 본 발명의 장점들의 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부한 도면들과 연계된 하기의 설명을 참고하기로 한다.For a more complete understanding of the present invention and its advantages, reference is now made to the following description in conjunction with the accompanying drawings.
도 1은 평면 배열 안테나의 사시도.1 is a perspective view of a planar array antenna;
도 2는 도 1의 선 2-2를 따라 취한 도 1의 안테나의 입단면도(elevation cross-sectional view).FIG. 2 is an elevation cross-sectional view of the antenna of FIG. 1 taken along line 2-2 of FIG.
도 3은 도 1의 평면 배열 안테나의 변형 실시예의 사시도.3 is a perspective view of a variant embodiment of the planar array antenna of FIG.
도 4는 평면 배열 안테나의 평면도.4 is a plan view of a flat array antenna;
도 5는 도 4의 선 5-5를 따라 취한 도 4의 안테나의 입단면도.5 is a cross-sectional view of the antenna of FIG. 4 taken along line 5-5 of FIG.
도 6은 평면 배열 안테나의 평면도.6 is a plan view of a planar array antenna;
도 7은 도 6의 선 7-7을 따라 취한 도 6의 안테나의 입단면도.7 is a cross-sectional view of the antenna of FIG. 6 taken along line 7-7 of FIG.
도 8은 평면 배열 안테나의 평면도.8 is a plan view of a planar array antenna;
도 9는 도 8의 선 9-9를 따라 취한 도 8의 안테나의 입단면도.9 is a cross-sectional view of the antenna of FIG. 8 taken along line 9-9 of FIG.
도 10은 평면 배열 안테나의 평면도.10 is a plan view of a planar array antenna;
도 11은 도 10의 선 11-11을 따라 취한 도 10의 안테나의 입단면도.11 is a cross-sectional view of the antenna of FIG. 10 taken along line 11-11 of FIG.
도 12는 도 10의 선 12에 의해 에워싸여진 도 11의 안테나의 일부분의 확대도. 12 is an enlarged view of a portion of the antenna of FIG. 11 surrounded by
도 13은 평면 배열 안테나의 평면도.13 is a plan view of a planar array antenna;
도 14는 도 13의 선 14-14를 따라 취한 도 13의 안테나의 입단면도.14 is a cross-sectional view of the antenna of FIG. 13 taken along line 14-14 of FIG.
도 15는 도 13의 선 15로 에워싸인 도 13의 안테나의 일부분의 확대도.15 is an enlarged view of a portion of the antenna of FIG. 13 surrounded by
도 16은 평면 배열 안테나의 평면도.16 is a plan view of a planar array antenna;
도 17은 도 16의 선 17-17을 따라 취한 도 16의 안테나의 입단면도.17 is a cross-sectional view of the antenna of FIG. 16 taken along line 17-17 of FIG.
도 18은 도 16의 안테나의 변형 실시예의 평면도.18 is a plan view of a variant embodiment of the antenna of FIG.
도 19는 평면 배열 안테나의 평면도.19 is a plan view of a planar array antenna;
도 20은 도 19의 선 20-20을 따라 취한 도 19의 안테나의 입단면도.20 is a cross-sectional view of the antenna of FIG. 19 taken along line 20-20 of FIG.
도 21은 평면 배열 안테나의 평면도.21 is a plan view of a planar array antenna;
도 22는 도 21의 선 22-22를 따라 취한 도 21의 안테나의 입단면도.FIG. 22 is a cross-sectional view of the antenna of FIG. 21 taken along line 22-22 of FIG. 21;
도 23은 평면 배열 안테나의 평면도.23 is a plan view of a planar array antenna.
도 24는 도 23의 선 24-24를 따라 취한 도 23의 안테나의 입단면도.FIG. 24 is a cross-sectional view of the antenna of FIG. 23 taken along line 24-24 of FIG.
도 25는 평면 배열 안테나의 평면도.25 is a plan view of a flat array antenna;
도 26은 도 25의 선 26-26을 따라 취한 도 25의 안테나의 입단면도.FIG. 26 is a cross-sectional view of the antenna of FIG. 25 taken along line 26-26 of FIG. 25;
도 27은 평면 배열 안테나의 평면도.27 is a plan view of a planar array antenna;
도 28은 도 27의 선 28-28을 따라 취한 도 27의 안테나의 입단면도.FIG. 28 is a cross sectional view of the antenna of FIG. 27 taken along line 28-28 of FIG. 27;
도 29a 및 도 29b는 평면 배열 안테나의 평면도.29A and 29B are plan views of planar array antennas.
도 30은 도 29a 및 도 29b의 선 30-30을 따라 취한 도 29a 및 도 29b의 안테나의 입단면도.30 is a cross-sectional view of the antenna of FIGS. 29A and 29B taken along line 30-30 of FIGS. 29A and 29B.
도 31은 도 30의 안테나의 마이크로스트립의 저면도.FIG. 31 is a bottom view of the microstrip of the antenna of FIG. 30;
도 32는 평면 배열 안테나의 평면도.32 is a plan view of a planar array antenna;
도 33은 도 32의 선 33-33을 따라 추한 도 32의 안테나의 입단면도.FIG. 33 is a cross sectional view of the antenna of FIG. 32 taken along line 33-33 of FIG. 32;
도 34는 2개의 EM 에너지 원(source)을 2개의 EM 에너지 목표지(destination)에 커플링하도록 본 발명의 특징들을 구현하는 평면 마이크로스트립 지향성 커플러(directional coupler)의 평면도.34 is a plan view of a planar microstrip directional coupler implementing features of the present invention to couple two EM energy sources to two EM energy destinations.
도 35는 도 34의 선 35-35를 따라 취한 도 34의 커플러의 입단면도.FIG. 35 is a cross-sectional view of the coupler of FIG. 34 taken along line 35-35 of FIG. 34;
하기의 도면들에 관한 논의에서, 명료성을 위해 특정하게 예시된 부재들은 반드시 축척에 맞게 도시되지는 않았고, 같거나 유사한 부재들은 몇 개의 도면들에 걸쳐 동일한 도면부호로 표기되어 있다. In the discussion of the following figures, members specifically illustrated for clarity are not necessarily drawn to scale, and like or similar members are denoted by the same reference numerals throughout the several views.
2가지 타입의 안테나가 이제부터 설명된다. 하나는 단일-모드 작동을 위해 하나의 공급부를 갖는 선형 편파 안테나이다. 이 실시예에서, 십자 또는 교차하는 스트립라인 전도체들은 필요하지 않고, 구조가 보다 간단하다. 다른 하나는 서로 독립적으로 작동하며 공급 커넥터들에 패치들을 연결하는 십자형 또는 교차형 스트립라인 전도체를 갖는 이중-모드 안테나이다. Two types of antennas are now described. One is a linear polarized antenna with one supply for single-mode operation. In this embodiment, no cross or crossing stripline conductors are needed, and the structure is simpler. The other is a dual-mode antenna with cross or cross stripline conductors that operate independently of each other and connect patches to the supply connectors.
이중 모드 구성에서, 안테나는 중첩된 2개의 안테나들로서 작용한다. 이러한 안테나는 한 단자의 스트립라인 전도체들이 다른 단자의 스트립라인 전도체들에 대해 직각인, 2개의 공급 단자를 사용할 수 있다. 안테나의 각각의 패치들은 패치의 하나의 모서리 또는 2가지 직각 모드들이 여기될(exited) 수 있는 패치의 다른 지점에서 제 1 배향의 스트립라인 전도체에 연결되고, 인접한 모서리 또는 지점에서 제 2 방향의 (직각) 배향의 스트립라인 전도체에 연결된다. 이 실시예에서, 패치들 및 스트립라인 전도체들의 배치는 정상파(standing wave)의 노드(node)들이 스트립라인 교차점과 일치하도록 되는데, 이는 교차-편파 레벨 및 누화(crosstalking)를 감소시키기 위함이다. 각각의 스트립라인 전도체들에서의 정상파 노드들의 발생은 예정된 또는 사전-정의된 바람직한 장 분포를 만든다.In a dual mode configuration, the antenna acts as two superimposed antennas. Such an antenna may use two supply terminals where the stripline conductors of one terminal are perpendicular to the stripline conductors of the other terminal. Each patch of the antenna is connected to a stripline conductor in a first orientation at one corner of the patch or at another point in the patch where two orthogonal modes can be excited, and in adjacent directions or points in the second direction ( Orthogonal) orientation stripline conductor. In this embodiment, the placement of patches and stripline conductors causes nodes of standing waves to coincide with the stripline intersection, to reduce cross-polarization levels and crosstalking. The generation of standing wave nodes in each stripline conductor creates a predetermined or pre-defined preferred field distribution.
안테나의 최대 지향성을 위해, 방사 패치들 간에 균일한 파워 분포가 제공되게 설계된다. 균일한 장 분포를 위해 구성될 때, 모든 패치는 동일한 물리적 사이즈를 가질 수 있고, 모든 상호연결된 스트립라인들이 같은 치수를 가져, 그결과 설계과정을 크게 단순화시키고 제조 공차를 감소시킬 수 있다. 이는 최대 지향성을 위해 방사 패치들 간에 비교적 균일한 장 분포를 얻도록 방사 패치 부재들을 상호연결하는 스트립라인들에 대해 다수의 상이한 매개변수들을 필요로 하는 종래기술의 디자인과는 대조적이다. For maximum directivity of the antenna, it is designed to provide a uniform power distribution between the radiating patches. When configured for uniform field distribution, all patches can have the same physical size, and all interconnected striplines have the same dimensions, which can greatly simplify the design process and reduce manufacturing tolerances. This is in contrast to the prior art design which requires a number of different parameters for the striplines interconnecting the spin patch members to obtain a relatively uniform field distribution between the spin patches for maximum directivity.
다른 한편, 몇몇 응용예에서, 지향성이 최적값으로부터 감소될 수 있다는 사실에도 불구하고 방사 패치들에 걸친 테이퍼진 분포(tapered distribution)는 부엽(sidelobe)들을 감소시키는 것이 바람직하다. On the other hand, in some applications, despite the fact that the directivity can be reduced from the optimal value, it is desirable for the tapered distribution across the radiating patches to reduce sidelobes.
본원에서 제공하는 이중-모드 안테나는 2가지 직각의 선형 편파된 방사를 할 수 있거나, 공급 영역을 다소 수정하여, 2가지 직각의 원편파[즉, 우선회(right-handed) 및 좌선회] 방사를 할 수 있다. 이중-모드 안테나는 다른 포트를 사용하지 않음으로써 간단하게 단일-모드 작동에 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 최적 결과를 위해, 이중 모드 안테나에서, 방사 패치들이 2중(two fold) 대칭이어야 함이 이해될 것이다. The dual-mode antennas provided herein can make two right-angled linearly polarized radiation, or modify the supply region slightly, so that two right-angled circularly polarized (ie right-handed and left-turned) radiations are available. You can do It will be appreciated that the dual-mode antenna can be used for single-mode operation simply by not using other ports. It will be appreciated that for optimal results, in dual mode antennas, the radiating patches should be two fold symmetrical.
스트립라인 전도체들, 다르게는 당업계에서 간단히 스트립라인은, 누설 공동의 표면의 일부를 형성하며, 공동의 공진 주파수에 영향을 주는 한편, 방사 패치 부재들 간의 전력이 흐르는 것을 돕는다. 스트립라인은 전력이 적절히 흐르는 것을 안내하는 작용을 하여 누설되는 전력이 원하는 방향으로 보내지게 즉, 방사되게 하는 한편, 안테나 효율을 최대화하기 위해 다른 요인들을 최소화한다. 종래기술의 안테나에서, 스트립라인들은 전도성 경로로서 작용하며 이에 의해 진행하는 파가 공급부로부터 방사 패치들로 전달된다. 본 발명에서, 스트립라인은 에너지가 왔다갔다 흘러 채널 브리지에서 특정 형태의 정상파가 되도록 공급부와 패치들을 연결 하는 채널로서 작용한다. 이하 본원에서 사용될 때, 단어 "스트립라인"은 접지면 반대쪽의 유전체 표면 상에 존재하며 공동부를 추가로 둘러싸는, 방사 패치들 이외의, 임의의 전도성 재료에 적용되는 것으로 의도하며, 즉 진행파, 정상파 또는 이 둘의 조합의 형태로 전력이 흐르는 것을 안내하는데 사용된다. Stripline conductors, alternatively simply stripline in the art, form part of the surface of the leaking cavity and affect the resonant frequency of the cavity while helping to flow power between the radiating patch members. The stripline acts to guide the proper flow of power so that the leaked power is sent, i.e., radiated, in the desired direction, while minimizing other factors to maximize antenna efficiency. In prior art antennas, the striplines act as conductive paths whereby the propagating wave is transmitted from the supply to the radiation patches. In the present invention, the stripline acts as a channel connecting the supply and the patches such that energy flows back and forth to form a standing wave in the channel bridge. As used herein below, the word “stripline” is intended to be applied to any conductive material, other than radiative patches, that is on the dielectric surface opposite the ground plane and further surrounds the cavity, i.e. traveling wave, standing wave. Or to guide the flow of power in the form of a combination of the two.
정상파와 진행파 모두를 사용하는 이러한 단일-유전층 안테나에서 가능한 여러 실시예들의 관점에서, 간단한 것으로부터 복잡한 것까지 다수의 구성이 하기의 문단들에서 예시 및 논의된다. In view of the various embodiments possible with this single-dielectric layer antenna using both standing and traveling waves, a number of configurations, from simple to complex, are illustrated and discussed in the following paragraphs.
달리 규정하지 않는 한, λ。는 자유 공간에서의 EM 에너지의 빔의 파장으로 이해되어야 하고(즉, λ。= c/f, 여기서 C는 자유공간에서의 광속이고, f는 빔의 주파수이다), λε는 유전체 매체 내의 EM 에너지 빔의 파장으로 이해되어야 한다(즉, λε = v/f, 여기서 v는 유전체 매체 내의 광속이다). 또한, 본원에서 사용될 때 "스트립", "패치", "스트립라인", "스터브(stub)", 및 "송신 라인"으로 불리는 부재들은 바람직하게는 약 1mil(0.001인치)의 두께를 갖는, 전도성 마이크로스트립을 구성한다. 접지면들과 에지 전도체들도 바람직하게는 약 1mil(0.001인치)의 두께를 갖지만, 각각의 안테나에 구조적 지지력을 주기 위해 원한다면 더 두꺼울 수 있다(예를 들어, 0.125인치). 두께는 마이크로스트립, 접지면 또는 에지 전도체들이 각각 결합되는 유전체 표면에 직각인 방향에서 일반적으로 측정된다. Unless otherwise specified, λ。 should be understood as the wavelength of the beam of EM energy in free space (ie λ。 = c / f, where C is the speed of light in free space and f is the frequency of the beam). , λ ε should be understood as the wavelength of the EM energy beam in the dielectric medium (ie λ ε = v / f, where v is the light flux in the dielectric medium). Also, as used herein, members referred to as “strip”, “patch”, “stripline”, “stub”, and “transmission line” are preferably conductive, having a thickness of about 1 mil (0.001 inch). Configure the microstrip Ground planes and edge conductors also preferably have a thickness of about 1 mil (0.001 inch), but can be thicker if desired to give structural support to each antenna (eg, 0.125 inch). Thickness is generally measured in a direction perpendicular to the dielectric surface to which the microstrip, ground plane or edge conductors are respectively bonded.
또한, 달리 규정하지 않는 한, (케이블 이외에서) 본 발명에 따라 사용되는 유전체 재료는 바람직하게는 비교적 낮은 유전 상수를 갖는 기계적으로 안정적인 재료로부터 제조된다. 유전체 층은 원하는 유전 상수를 제공하기 위해 적절하게 다층화될 수 있다. 복합층이거나 또는 아니거나 단일 유전체 층은, 바람직하게는, 0.003λε 내지 0.050λε의 두께를 갖지만, 보다 큰 대역폭을 위해 더 큰 두께를 가질 수도 있다. In addition, unless otherwise specified, the dielectric material used according to the invention (other than cables) is preferably made from a mechanically stable material having a relatively low dielectric constant. The dielectric layer may be appropriately multilayered to provide the desired dielectric constant. Or a composite layer or not, or a single dielectric layer, preferably, gatjiman a thickness of 0.003λ to 0.050λ ε ε, may have a greater thickness for greater bandwidth.
본원에서 사용될 때, 고계(high-order) 정상파를 언급하는 것은 기본 모드이외의 고계 정상파를 형성하는 모드 중 하나를 포함한다. As used herein, referring to a high-order standing wave includes one of the modes of forming a high standing stationary wave other than the basic mode.
또한, 본원에서 사용될 때(달리 규정하지 않는 한), 접지면, 에지 전도체, 마이크로스트립(예를 들어, 스트립과 패치) 등은 바람직하게는 구리, 알루미늄, 은, 및/또는 금과 같은 전도성 재료를 포함한다. 이러한 전도성 재료들의 유전체 재료에의 접합에 대해 본원에서는, 바람직하게는, 종래의 인쇄회로, 금속피복(metallizing), 전사(decal transfer), 모노리스 단파 집적회로(MMIC; monolithic microwave integrated circuit) 기술, 화학 에칭 기술, 또는 다른 적절한 기술을 참조한다. 예를 들어, 화학 에칭 기술에 따르면, 유전체 층은 상술한 전도성 재료 중 하나에 입혀질(cladding) 수 있다. 그 다음에, 전도성 재료는 종래의 화학 에칭 기술을 사용하여 유전체 층으로부터 선택적으로 에칭하여 제거되어 본원에서 설명하는 임의의 마이크로스트립 패턴을 형성할 수 있다. 적용가능한 경우, 제 2 유전체 층이 매우 얇은(예를 들어, 1.5mil) 열 융착(thermal bonding) 필름으로 접합부를 형성하는 것과 같은 임의의 적합한 기술을 사용하여 전도성 재료를 갖는 상술한 유전체 표면에 접합될 수 있다. In addition, as used herein (unless otherwise specified), ground planes, edge conductors, microstrips (eg, strips and patches), etc., are preferably conductive materials such as copper, aluminum, silver, and / or gold. It includes. For the bonding of such conductive materials to dielectric materials, the present application preferably uses conventional printed circuitry, metallizing, decal transfer, monolithic microwave integrated circuit (MMIC) technology, chemistry See etching techniques, or other suitable technique. For example, according to the chemical etching technique, the dielectric layer may be cladding on one of the conductive materials described above. The conductive material may then be selectively etched away from the dielectric layer using conventional chemical etching techniques to form any of the microstrip patterns described herein. Where applicable, the second dielectric layer is bonded to the aforementioned dielectric surface with a conductive material using any suitable technique, such as forming a bond with a very thin (eg 1.5 mil) thermal bonding film. Can be.
또한, 1998년 서던 메소디스트(Southern Methodist) 대학의 전기공학 학부에서 박사 논문으로서 T.H.시에(Hsieh)에 의해 "이중-층 마이크로스트립 안테나"로 발간되고 1995년 8월 안테나 및 전파(propagation)에 관한 IEEE 트랜젝션(Transaction)에 발간된 C.S.리(Lee), V.날반디언(Nalbandian), F.슈버링(Schwering)의 명칭이 "평면 이중-밴드 마이크로스트립 안테나"인 논문에 논의된 모멘트(moment) 방법 및 공동 모델과 같은 계산과 분석을 사용하는 것을 본 발명의 하기의 설명에서 참조한다. 이들 논문 모두 본원에서 참고문헌으로 통합되고, 이하 함께 "리 및 시에(Lee and Hsieh)"로 부른다.He was also published in 1998 as a "double-layer microstrip antenna" by Hsieh as a doctoral dissertation at the Faculty of Electrical Engineering, Southern Methodist University, and published in Antenna and Propagation in August 1995. Moments discussed in a paper titled "Planar Dual-Band Microstrip Antennas" by CS Lee, V. Nalbandian, and F. Schwering, published in an IEEE transaction. See the following description of the present invention for using calculations and analysis such as methods and joint models. All of these papers are incorporated herein by reference, together together referred to as "Lee and Hsieh".
(기지국 안테나를 위한) 중간-이득 안테나 Medium-gain antenna (for base station antenna) 응용예Application example
도 1 1 내지 도To 3 3
도 1 및 도 2를 참조하면, 도면부호 100은 일반적으로 빔을 송수신하기 위한 본 발명의 특징들을 구현하는 평면 마이크로스트립 배열 안테나를 표기한다. 안테나(100)는 바람직하게는 일반적으로 정사각형인 유전체 층(112)을 포함한다. 상기 층(112)의 폭(102)과 길이(102)는 후술하는 바와 같이 사용되는 패치들의 간격 및 개수에 의해 정해지고, 바람직하게는 패치(120)들의 외측 에지들 너머로 적어도 0.50λε의 폭 및 길이(102a)만큼 연장한다. 1 and 2,
도 2에 가장 명확히 도시된 바와 같이, 유전체 층(112)은 전도성 접지면(116)이 접합되는 바닥면(112a)과, 중앙 방사 패치(122)와 전도성 방사 패 치(120)들의 배열이 패치(120, 122)들, 스트립라인(124)들, 접지면(116) 사이에서 유전체(112) 내에 방사 공동을 형성하도록 접합되는 윗면(112b)을 형성한다. 다시 도 1을 참조하면, 패치(120, 122)들은 일반적으로 각각 4개의 모서리(120a)와 4개의 방사 에지(120b)를 갖고, 각각의 에지가 바람직하게는 약 0.50λε의 길이(120c)를 갖는 정사각형 형상이다. 패치(120, 122)들은 하나의 모서리(120a) 또는 2개의 대각선 상에서 반대쪽인 모서리(120a)들을 통해 실질적으로 평행한 전도성 스트립라인(124)들의 배열에 전기적으로 상호연결되어 있다. 4개의 동조 스터브(126; tuning stub)가 2개의 스트립라인(124)으로부터 직각으로 연장한다. 패치(120, 122)들은 바람직하게는 약 1.0λε의 중심-대-중심 거리(160)만큼 이격된다. 패치(120, 122)들은 바람직하게는 안테나(100)를 구성하는 총 25개의 패치(120, 122)에 대해 5개의 행 및 열의 패치(120, 122)를 갖는 정사각형 배열로서 도 1에 예시된 바람직하게는 같은 개수의 열 및 행의 패치(120, 122)를 갖는 윗면(112b) 상의 정사각형 배열로 배치된다. 각각의 스트립라인(124)의 폭(184)과 각각의 스터브(126)의 폭 및 길이는 바람직하게는 약 50 내지 200옴의 특성 임피던스를 가정하여 결정된다. 단락 핀(178; shortening pin)이 바람직하게는 안테나(100)에 배치되어 원하지 않은 모드 여기(mode excitation)를 억제하기 위해 중앙 패치(122)에 접지면(116)을 전기적으로 연결한다. 원하지 않는 모드 여기를 추가적으로 억제하기 위해, 패치(120)들에 접지면(116)을 연결시키는 추가적인 단락 핀(미도시)이 또한 안테나(100)에 배치될 수 있다. 다르게는, 몇몇 예에서, 안테나(100)로부터 하나 또는 모든 단락 핀(178)을 생략하는 것이 바람직할 수 있다. As most clearly shown in FIG. 2, the
특정 주파수에서 최적의 성능을 발휘하기 위해, 패치(120, 122)들, 스트립라인(124)들, 스터브(126)들, 개구(150)들, 및 중심-대-중심 간격(160)의 치수가 개별적으로 계산되어, 고계 정상파가 유전체(122) 내에 형성되는 안테나 공동에서 생성되고, 방사 에지(120b)들로부터 방사되는 장(field)들이 구성적으로 서로 간섭하여 높은 지향성과 같은 원하는 안테나 특성을 낸다. 패치(120, 122)들의 개수는 총 사이즈를 결정할 뿐만 아니라, 안테나(100)의 지향성도 결정한다. 그러므로, 지향성 및 부엽 레벨과 같은 안테나 특성이 각각의 패치(120, 122)의 사이즈 및 위치와, 공급방식(feeding scheme)에 의해 제어된다. 고 지향성을 얻기 위해, 방사 부재들 간의 장 분포는 가능한 한 균일성을 띈다. 상술한 계산 및 분석은 예를 들어 리 및 시에에 의해 논의된 공동-모델 방법 및 모멘트 방법과 같은 기술을 사용하므로, 본원에서 더 상세히 논의하지 않는다. Dimensions of
빔을 송신 또는 수신하기 위해 종래의 SMA[초소형(SubMiniature) 타입 A] 프로브(170)가 제공된다. 안테나(100)로부터 및/또는 안테나로 EM 에너지를 전달하기 위해, 각각의 SMA 프로브(170)는 접지면(116)에 전기적으로 연결된 외부 전도체(172)와, 중앙 패치(122)에 전기적으로 연결된 내부 전도체(174)를 포함한다. 프로브(170)는 안테나(100)의 임피던스 매칭(matching)을 최적화하기 위해 스트립라인(124) 근처의 패치(122)의 대각선을 따라 배치된다. 프로브(170)가 SMA 프로브인 것이 바람직하지만, 상술한 연결을 실시하기 위해 임의의 적절한 동축 프로브 및/또는 연결 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제(미도시)가 사용되어 내부 전도체(174)와 중앙 패치(122) 간을 접합하고 접촉을 유지할 수 있고, SMA 프로브(170)가 접지면(116)을 관통하는 경우 연결부를 기밀되게 밀봉하기 위해 적절한 밀봉부(미도시)가 제공될 수 있다. 안테나(100)에 연결되지 않은 SMA 프로브(170)의 다른 단부는 텔레비전 신호에 사용되는 위성 신호 복호기(decoder)와 같은 수신기에 또는 신호 생성기에 케이블(미도시)을 통해 연결될 수 있다. A conventional SMA (SubMiniature Type A)
작동시, 안테나(100)는 선형 편파(LP) EM 빔을 송수신하는데 사용될 수 있다. 안테나(100)가 빔을 수신하는데 어떻게 사용될 수 있는지 예시하기 위해, 안테나(100)는 주거지에 배치되고, 예정된 주파수 대역 또는 채널 내의 텔레비전 신호를 반송(carrying)하는 빔을 정지 위성 또는 적도 위성으로부터 수신하도록 배향될 수 있다. 안테나(100)는 빔의 방향에 일반적으로 직각이도록 빔의 출처(source)를 향해 윗면(112b)을 배향하여 이렇게 지향된다. 안테나(100)의 부재들이 빔을 수신하기 위한 정확한 사이즈를 갖는다고 가정하면, 빔은 개구(150)들을 통해 지나고 정상파를 유도하고, 이는 유전체 층(112) 내에서 공진한다. 유전체 층(112)에 의해 형성되는 공진 공동 내에서 유도되는 정상파는 복호기(미도시)와 같은 수신기로 SMA 프로브(170)를 통해 통신한다. 안테나는 신호를 상호간에(reciprocally) 송수신함이 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하기 위한 안테나(100)의 작동은 신호를 수신하기 위한 안테나의 작동과 상호간에 동일함을 알 수 있다. 그러므로, 안테나(100)에 의한 신호의 송신은 본원에서 더 설명하지 않는다. In operation,
본 발명은 많은 형태 및 실시예를 취할 수 있다. 도 1 및 도 2에 관해 설명한 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다. 따라 서, 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 몇 개의 변형예가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 부가적인 패치(120)들이 빔을 좁히기 위해 제공되거나, 또는 보다 적은 개수의 패치(120)들이 본 발명의 안테나(100)에 필요한 물리적 공간을 감소하기 위해 사용될 수 있다. 도 1 및 도 2의 실시예들은 통신 셀(telecom cell)에서 사용되는 3각형 구조로 구성될 수 있다. 스터브(126)들은 다른 실시예들을 형성하기 위해 재구성될 수 있고, 이 중 하나가 도 3에 관해 하기에 보다 상세히 예시 및 논의된다. The invention can take many forms and examples. The embodiments described with reference to FIGS. 1 and 2 are intended to illustrate, not limit, the invention. Accordingly, several modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. For example,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단일 모드 안테나(300)의 세부사항을 예시한다. 안테나 300이 안테나 100의 부재들과 동일한 많은 부재들을 포함하므로, 이들 부재는 동일한 도면부호로 표기되고 더 추가로 상세히 설명하지 않는다. 도 3의 실시예에 따르면, 도 1의 실시예와는 대조적으로, 4개의 스터브(126)가 2개의 스터브(326)로 대체되며 이는 중앙 패치(122)에 걸쳐 대각선상으로 연장하는 선을 따라 외측으로 연장한다. 그외에는, 도 3에 예시된 안테나(300)의 작동은 도 1에 예시된 안테나(100)의 작동과 실질적으로 유사하다. 3 illustrates details of a
도 4 4 내지 도To 7 7
도 4 및 도 5를 참조하면, 도면부호 400은 일반적으로 EM 빔을 송수신하는 것과 같은 이중-모드 작동을 위해 본 발명의 특징들을 구현하는 평면 마이크로스트립 배열 안테나를 나타낸다. 안테나(400)는 바람직하게는 일반적으로 정사각형의 유전체 층(412)을 포함한다. 층(412)의 폭(402)과 길이(402)는 후술하는 사용되는 패치들의 개수에 의해 정해지고, 바람직하게는 패치(420)들의 외측 에지들 너머로 적어도 0.50λε의 폭 및 길이(402a)만큼 연장한다. 4 and 5,
도 5에 가장 명확히 도시된 바와 같이, 유전체 층(412)은 전도성 접지면(416)이 접합되는 바닥면(412a)과, 패치(420, 422), 스트립라인(424)과 접지면(416) 사이에서 유전체 층(412) 내에 공진 공동을 형성하도록 중앙 방사 패치(422)와 전도성 방사 패치(420)의 배열이 접합되는 윗면(412b)을 형성한다. 도 4를 다시 참조하면, 패치(420, 422)는 일반적으로 정사각형이고, 각각 4개의 모서리(420a)와 4개의 방사 에지(420b)를 갖고, 각각 약 0.50λε의 길이(420c)를 갖는다. 도 4에서 보았을 때, 패치(420, 422)들은 모서리(420a)들을 통해 유전체 층(412)에 접합되는 실질적으로 평행한 수직 전도성 스트립라인(426)의 배열과 실질적으로 평행한 수평 전도성 스트립라인(424)의 배열에 전기적으로 상호연결된다. 4개의 동조 스터브(428)는 수평 스트립라인(424) 및 수직 스트립라인(426)으로부터 및 중앙 패치(422)의 모서리(420a)들로부터 대각선 외측으로 연장하고, 유전체 층(412)에도 접합된다. 패치(420, 422)들은 바람직하게는 1.0λε보다 약간 작은 중심-대-중심 거리만큼 이격된다. 패치(420, 422)들은 안테나(400)를 구성하는 총 25개의 패치(420, 422)에 대해 5개의 행 및 5개의 열의 패치(420, 422)를 갖는 정사각형 배열로서 도 4에 예시된, 동일한 홀수 개의 열 및 행(도 4의 수평선에 대해 45°각도에서 봄)의 패치(420, 422)를 갖는 윗면(412b) 상의 정사각형 배열로 배치된다. 각각의 스트립라인(424, 426)의 폭(484; 도 4)과 각각의 스터브(428)의 폭은 바람직하게는 약 50 내지 200옴의 특성 임피던스를 가정하여 결정된다. 단락 핀(478)이 바람직하게는 안테나(400)에 배치되어 원하지 않은 모드 여기를 억제하기 위해 중앙 패치(422)에 접지면(416)을 전기적으로 연결한다. 부가적인 단락 핀(미도시)도 안테나(400)에 배치되어 접지면(416)을 패치(420)들에 연결하여 원하지 않은 모드 여기를 추가로 억제할 수 있다. 다르게는, 몇몇 예에서, 안테나(400)로부터 하나 또는 모든 단락 핀(478)을 생략하는 것이 바람직할 수 있다. As most clearly shown in FIG. 5,
특정 주파수에서 최적의 성능을 발휘하기 위해, 패치(420, 422)들, 스트립라인(424, 426)들, 스터브(428)들, 개구(450)들, 및 중심-대-중심 간격(460)의 치수가 개별적으로 계산되어, 고계 정상파가 유전체(412) 내에 형성되는 안테나 공동에서 생성되고, 방사 에지(420b)들로부터 방사되는 장들이 구성적으로 서로 간섭한다.For optimal performance at a particular frequency,
패치(420, 422)들의 개수는 안테나(400)의 총 사이즈를 결정할 뿐만 아니라, 지향성도 결정한다. 안테나(400)의 부엽 레벨은 방사 부재(420)들 사이의 장 분포에 의해 결정된다. 그러므로 지형성과 부엽 레벨과 같은 안테나 특성이 각각의 패치(420, 422)의 사이즈 및 위치와, 공급방식에 의해 제어된다. 고 지향성을 얻기 위해, 방사 부재(420)들 간의 장 분포는 가능한 한 균일한 형태를 띈다. 연결하는 스트립라인(424, 426)들과 패치(420, 422) 내의 유전체 층(412)에는 전기장이 없는 지점(null point)들이 있다. 상술한 계산 및 분석은 예를 들어, 미국 펜실베이니아주 피츠버그 소재의 안소프트 코포레이션(Ansoft Corp)으로부터 입수가능한 소프트 웨어 EnsembleTM에서 상술한 모멘트 방법과 예를 들어, 리와 시에에 의한 상술한 공동 모델과 같은 기술들을 사용하고, 그러므로, 본원에서 더 상세히 설명하지 않는다.The number of
바람직하게는, 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 이중 모드 작동을 위해 2개의 종래의 SMA 프로브(470)가 제공된다. 각각의 SMA 프로브(470)는 EM 에너지를 안테나(400)로부터 및/또는 안테나로 전달하기 위해 접지면(416)에 전기적으로 연결된 외부 전도체(472)와, 중앙 패치(422)에 전기적으로 연결된 내부 (또는 공급) 전도체(474)를 포함한다. 프로브(470)는 안테나(400)의 임피던스 매칭을 최적화하기 위해, 그리고 누화 및 교차편파(cross-polarization)를 감소시키기 위해, 스트립라인(424, 426) 근처에서 패치(422)의 대각선을 따라 배치된다. 프로브(470)가 SMA 프로브인 것이 바람직하지만, 상술한 연결을 실시하기 위해 임의의 적절한 동축 프로브 및/또는 연결 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제(미도시)가 사용되어 내부 전도체(474)와 중앙 패치(422) 간을 접합 및 접촉을 유지할 수 있고, SMA 프로브(470)가 접지면(416)을 관통하는 경우 연결부를 기밀적으로 밀봉하기 위해 적절한 밀봉(미도시)이 제공될 수 있다. 안테나(400)에 연결되지 않은 SMA 프로브(470)의 다른 단부는 케이블(미도시)을 통해 신호 생성기 또는 텔레비전 신호에 사용되는 위성 신호 복호기와 같은 수신기에 연결가능하다. Preferably, two conventional SMA probes 470 are provided for dual mode operation such as transmitting or receiving beams. Each
작동시, 안테나(400)는 선형 편파(LP) EM 빔을 송신 또는 수신하는데 사용될 수 있다. 안테나(400)가 어떻게 빔을 수신하는데 사용될 수 있는지를 예시하기 위 해, 안테나(400)는 거주하는 집에 배치되고 예정된 주파수 대역 또는 채널 내의 텔레비전 신호를 반송하는 정지 위성 또는 적도 위성으로부터의 빔을 수신하도록 향해질 수 있다. 안테나(400)는 빔 출처를 향해 윗면(412b)을 배향함으로써 지향되어, 일반적으로 빔의 방향에 직각이다. 안테나(400)의 부재들이 빔을 수신하기에 정확한 사이즈를 갖는다고 가정하면, 빔은 개구(450)들을 관통하여 정상파를 유도하고, 이는 유전체 층(412) 내에서 공진한다. 유전체 층(412)에 의해 형성되는 공진 공동에서 유도된 정상파는 SMA 프로브(470)를 통해 복호기(미도시)와 같은 수신기로 통신된다. In operation,
안테나(400)에서, 수직 모드 여기(vertical modal excitation)는 수평 모드에 대해 직각이 되어, 두 입력 신호들 간의 누화가 최소화된다. 달리 말해, 2개의 직각 수직 및 수평 모드가 독립적으로 여기될 수 있다. In
안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(400)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 안테나(400)에 의한 신호의 송신은 본원에서 더 설명하지 않는다.It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of the
본 발명이 많은 형태 및 실시예들을 취할 수 있음이 이해될 것이다. 도 4 및 도 5에 관해 설명된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다. 따라서, 몇 개의 변형예가 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 상술한 것으로부터 만들어질 수 있다. 예를 들어, 부가적인 패치(420)들이 빔을 좁히기 위해 제공되거나, 또는 보다 적은 개수의 패치(420)들이 본 발명의 안테나(400) 에 필요한 물리적 공간을 감소하기 위해 사용될 수 있다. 보다 적은 패치들을 사용하는 실시예가 안테나(600)에 의해 도 6 및 도 7에 예시되어 있다. 다른 예에서, 2개의 SMA 프로브(470) 중 하나가 EM 빔을 송신 또는 수신하는 단일-모드 작동을 위해 제거될 수 (또는 부착되지 않을 수) 있다. 안테나(400)는 원편파(CP) EM 빔을 수신 및/또는 송신하는데 사용될 수도 있다. 몇몇 예에서, 안테나(400)로부터 단락 핀(478)을 생략하는 것이 바람직할 수 있다.It will be appreciated that the present invention may take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 4 and 5 are intended to illustrate but not limit the invention. Accordingly, several modifications can be made from the above without departing from the spirit and scope of the invention. For example,
도 8 및 도 98 and 9
도 8 및 도 9를 참조하면, 도면부호 800은 일반적으로 EM 빔을 송신 및/또는 수신하는 것과 같은 이중-모드 작동을 위해 본 발명의 특징들을 구현하는 평면 마이크로스트립 배열 안테나를 나타낸다. 안테나(800)는 바람직하게는 일반적으로 정사각형인 유전체 층(812)을 포함한다. 층(812)의 폭(802) 및 길이(802)는 후술하는 사용되는 패치(820)의 개수에 의해 결정되고, 바람직하게는 패치(820)의 외측 에지들 너머로 적어도 0.50λε의 폭 및 길이(802a)만큼 연장한다. 8 and 9,
도 9에 가장 명확히 도시된 바와 같이, 유전체 층(812)은 전도성 접지면(816)이 접합되는 바닥면(812a)과, 4개의 중앙 방사 패치(822)와 전도성 방사 패치(820)들의 배열이 접지면(816), 스트립라인(824, 826), 패치(820, 822) 사이에서 유전체 층(812) 내에 공진 공동을 형성하도록 접합되는 윗면(812b)을 형성한다. 다시 도 8을 참조하면, 패치(820, 822)들은 일반적으로 정사각형이고, 각각 4개의 모 서리(820a)와 4개의 방사 에지(820b)를 갖고, 각각 약 0.50λε의 길이(820c)를 갖는다. 도 8에서 봤을 때, 패치(820, 822)들은 모서리(820a)들을 통해, 유전체 층(812)에 접합되는 실질적으로 평행한 수직 전도성 스트립라인(826)의 배열과 실질적으로 평행한 수평 전도성 스트립라인(824)의 배열에 전기적으로 상호연결된다. 동조 스터브(828)는 각각의 중앙 패치(822)의 모서리(820a)로부터 대각선 외측으로 및 안테나(800)의 중심을 향해 연장한다. 스터브(828)들은 유전체 층(812)에도 접합된다. 패치(820, 822)들은 바람직하게는 1.0λε보다 약간 적은 중심-대-중심 거리(860)만큼 이격된다. 패치(820, 822)들은 안테나(800)를 구성하는 총 16개의 패치(820, 822)에 대해 4개의 행 및 4개의 열의 패치(820, 822)를 갖는 정사각형 배열로서 도 8에 예시된, 같은 짝수 개수의 열 및 행(45°각도에서 봤을 때 도 8에서 수평)의 패치(820, 822)를 갖는 윗면(812b) 상의 정사각형 배열로 배치된다. 각각의 스트립라인(824, 826)의 폭(884; 도 8)과 각각의 스터브(828)의 폭 및 길이는 바람직하게는 약 50 내지 200옴의 특성 임피던스를 가정하여 결정된다. 단락 핀(878)이 바람직하게는 안테나(800)에 배치되어 원하지 않은 모드 여기를 억제하기 위해 각각의 중앙 패치(822)에 접지면(816)을 전기적으로 연결한다. 부가적인 단락 핀(미도시)들이 안테나(800)에 배치되어 원하지 않은 모드 여기를 추가로 억제하기 위해 접지면(816)을 패치(820)들에 연결할 수도 있다. 다르게는, 몇몇 예에서, 안테나(800)로부터 하나 또는 모든 단락 핀(878)을 생략하는 것이 바람직할 수 있다. As most clearly shown in FIG. 9, the
특정 주파수에서 최적의 성능을 발휘하기 위해, 패치(820, 822)들, 스트립라인(824, 826)들, 스터브(828)들, 개구(850)들, 및 중심-대-중심 간격(860)의 치수가 개별적으로 계산되어, 고계 정상파가 유전체(812) 내에 형성되는 안테나 공동에서 생성되고, 방사 에지(820b)들로부터 방사되는 장들이 구성적으로 서로 간섭한다.For optimal performance at a particular frequency,
패치(820, 822)들의 개수는 총 사이즈를 결정할 뿐만 아니라, 안테나(800)의 지향성도 결정한다. 안테나(800)의 부엽 레벨들은 방사 부재(820, 822)들 간의 장 분포에 의해 결정된다. 그러므로, 지향성 및 부엽 레벨과 같은 안테나 특성들이 각각의 패치(820, 822)의 사이즈 및 위치와, 공급방식에 의해 제어된다. 고 지향성을 얻기 위해, 방사 부재(820, 822)들 간의 장 분포는 가능한 한 균일한 형태를 띈다. 상술한 계산 및 분석은 예를 들어, 안소프트 코포레이션으로부터 입수가능한 소프트웨어 EnsembleTM에서 상술한 모멘트 방법과 예를 들어, 리와 시에에 의한 상술한 공동 모델과 같은 기술들을 사용하고, 그러므로, 본원에서 더 상세히 설명하지 않는다.The number of
바람직하게는, 2개의 종래의 SMA 프로브(870)가 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 이중 모드 작동을 위해 제공된다. 각각의 SMA 프로브(870)는 EM 에너지를 안테나(800)로부터 및/또는 안테나로 전달하기 위해 접지면(816)에 전기적으로 연결된 외부 전도체(872)와, 중앙 패치(822)에 전기적으로 연결된 내부 (또는 공급) 전도체(874)를 포함한다. 따라서, 2개의 프로브(870)는 2개의 선택된 인접한 중앙 패치(822)에 연결된다. 프로브(870)는 안테나(800)의 임피던스 매칭을 최적화하기 위해, 그리고 누화 및 교차편파를 감소시키기 위해, 스트립라인(824, 826) 근처에서 2개의 선택된 각각의 중앙 패치(822)의 대각선을 따라 배치된다. 프로브(870)가 SMA 프로브인 것이 바람직하지만, 상술한 연결을 실시하기 위해 임의의 적절한 동축 프로브 및/또는 연결 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제(미도시)가 사용되어 내부 전도체(874)와 중앙 패치(822) 간을 접합 및 접촉을 유지할 수 있고, SMA 프로브(870)가 접지면(816)을 관통하는 경우 연결부를 기밀적으로 밀봉하기 위해 적절한 밀봉(미도시)이 제공될 수 있다. 안테나(800)에 연결되지 않은 SMA 프로브(870)의 다른 단부는 케이블(미도시)을 통해 신호 생성기 또는 텔레비전 신호에 사용되는 위성 신호 복호기와 같은 수신기에 연결가능하다. Preferably, two conventional SMA probes 870 are provided for dual mode operation such as transmitting or receiving beams. Each
작동시, 안테나(800)는 선형 편파(LP) EM 빔을 송신 또는 수신하는데 사용될 수 있다. 안테나(800)가 어떻게 빔을 수신하는데 사용될 수 있는지를 예시하기 위해, 안테나(800)는 거주하는 집에 배치되고 예정된 주파수 대역 또는 채널 내의 텔레비전 신호를 반송하는 정지 위성 또는 적도 위성으로부터의 빔을 수신하도록 향해질 수 있다. 안테나(800)는 빔 출처를 향해 윗면(812b)을 배향하여 지향되어 일반적으로 빔의 방향에 직각이다. 안테나(800)의 부재들이 빔을 수신하기에 정확한 사이즈를 갖는다고 가정하면, 빔은 개구(850)들을 관통하여 정상파를 유도하고, 이는 유전체 층(812) 내에서 공진한다. 유전체 층(812) 내에 형성되는 공진 공동에서 유도된 정상파는 SMA 프로브(870)를 통해 복호기(미도시)와 같은 수신기로 통신된다. In operation,
안테나(800)에서, 수직 모드 여기는 수평 모드에 대해 직각이 되어 두 입력 신호들 간의 누화가 최소화될 수 있다. 달리 말해, 2개의 직각 수직 및 수평 모드가 독립적으로 여기될 수 있다. In
안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(800)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 안테나(800)에 의한 신호의 송신은 본원에서 더 설명하지 않는다.It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of
본 발명이 많은 형태 및 실시예들을 취할 수 있음이 이해될 것이다. 도 8 및 도 9에 관해 설명된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다. 따라서, 몇 개의 변형예가 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 상술한 것으로부터 만들어질 수 있다. 예를 들어, 부가적인 패치(820)들이 빔을 좁히기 위해 제공되거나, 또는 보다 적은 개수의 패치(820)들이 본 발명의 안테나(800)에 필요한 물리적 공간을 감소하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예에서, 2개의 SMA 프로브(870) 중 하나가 EM 빔을 송신 또는 수신하는 단일-모드 작동을 위해 제거될 수 (또는 부착되지 않을 수) 있다. 안테나(800)는 원편파(CP) EM 빔을 수신 및/또는 송신하는데 사용될 수도 있다. It will be appreciated that the present invention may take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 8 and 9 are intended to illustrate but not limit the invention. Accordingly, several modifications can be made from the above without departing from the spirit and scope of the invention. For example,
도 10 10 내지 도To 12 12
도 10 내지 도 12를 참조하면, 도면부호 1000은 일반적으로 EM 빔을 송신 및/또는 수신하는 것과 같은 이중-모드 작동을 위해 본 발명의 특징들을 구현하는 평 면 마이크로스트립 배열 안테나를 나타낸다. 안테나(1000)는 바람직하게는 일반적으로 정사각형인 제 1 및 제 2 유전체 층(1012, 1014)을 포함한다. 층(1012, 1014)의 폭(1002) 및 길이(1002)는 후술하는 사용되는 패치(1020, 1022)의 개수에 의해 결정되고, 바람직하게는 패치(1020)의 외측 에지들 너머로 적어도 0.50λε의 폭 및 길이(1002a)만큼 연장한다. 10-12,
도 11에 가장 명확히 도시된 바와 같이, 유전체 층(1012)은 전도성 접지면(1016)이 접합되는 바닥면(1012a)과, 4개의 중앙 방사 패치(1022)와 전도성 방사 패치(1020)들의 배열이 접지면(1016), 스트립라인(1024, 1026), 패치(1020, 1022) 사이에서 유전체 층(1012) 내에 공진 공동을 형성하도록 접합되는 윗면(1012b)을 형성한다. 제 2 유전체 층(1014)은 유전체 층(1012)의 윗면(1012b)에 접합되어 패치(1020, 1022)들이 유전체 층(1012, 1014) 사이에 개재된다. As most clearly shown in FIG. 11,
도 12에 가장 명확히 도시된 바와 같이, 패치(1020, 1022)들은 일반적으로 정사각형이고, 각각 4개의 모서리(1020a)와 4개의 방사 에지(1020b)를 갖고, 각각 약 0.50λε의 길이(1020c)를 갖는다. 도 12에서 봤을 때, 패치(1020, 1022)들은 모서리(1020a)들을 통해 유전체 층(1012, 1014)들 사이에 개재하는 실질적으로 평행한 수직 전도성 스트립라인(1026)의 배열과 실질적으로 평행한 수평 전도성 스트립라인(1024)의 배열에 전기적으로 상호연결된다. 유전체 층(1012, 1014)들 사이에 개재된 스터브(1025)는 각각의 패치(1020, 1022)의 모서리(1020a)로부터 각각의 스트립라인(1024, 1026)에 걸쳐 연장한다. 유전체 층(1012, 1014)들 간에 개재하는 스트립라인(1027)은 각각의 스터브(1025)를 2개의 가장 가까운 스터브(1025)에 전기적으로 연결한다. 유전체 층(1012, 1014)들 간에 개재하는 동조 스터브(1028)는 각각의 중앙 패치(1022)의 하나의 스터브(1025)로부터 임피던스 매칭을 위해 안테나(1000)의 중심을 향해 외측으로 연장한다. As most clearly shown in FIG. 12,
패치(1020, 1022)들은 바람직하게는 1.0λε보다 약간 적은 중심-대-중심 거리(1060)만큼 이격된다. 패치(1020, 1022)들은 바람직하게는 안테나(1000)를 구성하는 총 16개의 패치(1020, 1022)에 대해 4개의 행 및 4개의 열의 패치(1020, 1022)를 갖는 정사각형 배열로서 도 12에 예시된, 같은 짝수 개수의 열 및 행(45°각도에서 봤을 때 도 10에서 수평)의 패치(1020, 1022)를 갖는 윗면(1012b) 상의 정사각형 배열로 배치된다. 각각의 스트립라인(1024, 1026)의 폭(1084; 도 10)과, 각각의 스터브(1025, 1028)의 폭 및 길이는 바람직하게는 약 50 내지 200옴의 특성 임피던스를 가정하여 결정된다. 단락 핀(미도시)이 선택적으로 안테나(1000)에 배치되어 원하지 않은 모드 여기를 억제하기 위해 하나 이상의 패치(1020 및/또는 1022)에 접지면(1016)을 전기적으로 연결한다. 예시된 평면 안테나들에서 도면부호 1025와 같은 스터브를 사용하는 것은 임피던스 매칭을 제공한다.The
특정 주파수에서 최적의 성능을 발휘하기 위해, 패치(1020, 1022)들, 스트립라인(1024, 1026, 1027)들, 스터브(1025, 1028)들, 개구(1050)들, 및 중심-대-중심 간격(1060)의 치수가 개별적으로 계산되어, 고계 정상파가 유전체(1012) 내에 형성되는 안테나 공동에서 생성되고, 방사 에지(1020b)들로부터 방사되는 장들이 구성 적으로 서로 간섭한다. 패치(1020, 1022)들의 개수는 안테나(1000)의 총 사이즈뿐만 아니라, 지향성도 결정한다. 안테나(1000)의 부엽 레벨들은 방사 부재(1020, 1022)들 간의 장 분포에 의해 결정된다. 그러므로, 지향성 및 부엽 레벨과 같은 안테나 특성들이 각각의 패치(1020, 1022)의 사이즈 및 위치와, 공급방식에 의해 제어된다. 고 지향성을 얻기 위해, 방사 부재(1020, 1022)들 간의 장 분포는 가능한 한 균일한 형태를 띈다. 연결하는 스트립라인(1024, 1026)들과 패치(1020, 1022)들 내의 유전체 층(1012, 1014)에는 전기장이 없는 지점들이 있다. 상술한 계산 및 분석은 예를 들어, 안소프트 코포레이션으로부터 입수가능한 소프트웨어 EnsembleTM에서 상술한 모멘트 방법과 예를 들어, 리와 시에에 의한 상술한 공동 모델과 같은 기술들을 사용하고, 그러므로, 본원에서 더 상세히 설명하지 않는다.For optimal performance at a particular frequency,
바람직하게는, 2개의 종래의 SMA 프로브(1070)가 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 이중 모드 작동을 위해 제공된다. 도 11에 가장 명확히 도시된 바와 같이, 각각의 SMA 프로브(1070)는 EM 에너지를 안테나(1000)로부터 및/또는 안테나로 전달하기 위해 접지면(1016)에 전기적으로 연결된 외부 전도체(1072)와, 2개의 중앙 패치(1022)와 접지면(1016)에 형성된 구멍을 통해 연장하고, 패치(1023)에 전기적으로 연결된 내부 (또는 공급) 전도체(1074)를 포함한다. 패치(1023)는 바람직하게는 정사각형이고, 그 측면들은 약 2mm 내지 약 5mm, 전형적으로는 약 2.5mm 내지 약 4.5mm, 바람직하게는 약 3mm의 길이를 갖는다. 따라서, 2개의 SMA 프로브(1070)는 2개의 선택된 인접한 중앙 패치(1022)에 연결된다. 프로브(1070)는 안테 나(1000)의 임피던스 매칭을 최적화하기 위해 스트립라인(1024, 1026)에 가까운 2개의 선택된 각각의 중앙 패치(1022)의 대각선을 따라 배치되고, 누화 및 교차편파를 감소시킨다. 프로브(1070)가 SMA 프로브인 것이 바람직하지만, 상술한 연결을 실시하기 위해 임의의 적절한 동축 프로브 및/또는 연결 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제(미도시)가 사용되어 내부 전도체(1074)와 선택된 중앙 패치(1022)들 간을 접합 및 접촉을 유지할 수 있고, SMA 프로브(1070)가 접지면(1016)을 관통하는 경우 연결부를 기밀적으로 밀봉하기 위해 적절한 밀봉(미도시)이 제공될 수 있다. 안테나(1000)에 연결되지 않은 SMA 프로브(1070)의 다른 단부는 케이블(미도시)을 통해 신호 생성기 또는 텔레비전 신호에 사용되는 위성 신호 복호기와 같은 수신기에 연결가능하다. Preferably, two
작동시, 안테나(1000)는 선형 편파(LP) EM 빔을 송신 또는 수신하는데 사용될 수 있다. 안테나(1000)가 어떻게 빔을 수신하는데 사용될 수 있는지를 예시하기 위해, 안테나(1000)는 거주하는 집에 배치되고 예정된 주파수 대역 또는 채널 내의 텔레비전 신호를 반송하는 정지 위성 또는 적도 위성으로부터의 빔을 수신하도록 향해질 수 있다. 안테나(1000)는 빔 출처를 향해 윗면(1012b)을 배향하여 지향되어 일반적으로 빔의 방향에 직각이다. 안테나(1000)의 부재들이 빔을 수신하기에 정확한 사이즈를 갖는다고 가정하면, 빔은 개구(1050; 도 11)들을 관통하여 정상파를 유도하고 이는 유전체 층(1012) 내에서 공진한다. 유전체 층(1012) 내에 형성되는 공진 공동에서 유도된 정상파는 SMA 프로브(1070)를 통해 복호기(미도시)와 같은 수신기로 통신된다. In operation,
안테나(1000)에서, 수직 모드 여기는 수평 모드에 대해 직각이 되어 두 입력 신호들 간의 누화가 최소화될 수 있다. 달리 말해, 2개의 직각 수직 및 수평 모드가 독립적으로 여기될 수 있다. In
안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(1000)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 안테나(1000)에 의한 신호의 송신은 본원에서 더 설명하지 않는다.It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be understood that the operation of the
본 발명이 많은 형태 및 실시예들을 취할 수 있음이 이해될 것이다. 도 10 내지 도 12에 관해 설명된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다. 따라서, 몇 개의 변형예가 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 상술한 것으로부터 만들어질 수 있다. 예를 들어, 부가적인 패치(1020)들이 빔을 좁히기 위해 제공되거나, 또는 보다 적은 개수의 패치(1020)들이 본 발명의 안테나(1000)에 필요한 물리적 공간을 감소하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예에서, 2개의 SMA 프로브(1070) 중 하나가 EM 빔을 송신 또는 수신하는 단일-모드 작동을 위해 제거될 수 (또는 부착되지 않을 수) 있다. 안테나(1000)는 원편파(CP) EM 빔을 수신 및/또는 송신하는데 사용될 수도 있다. It will be appreciated that the present invention may take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 10-12 are intended to illustrate but not limit the invention. Accordingly, several modifications can be made from the above without departing from the spirit and scope of the invention. For example,
도 13 내지 도 1513 to 15
도 13 내지 도 15를 참조하면, 도면부호 1300은 일반적으로 EM 빔을 송신 및/또는 수신하는 것과 같은 이중-모드 작동을 위해 본 발명의 특징들을 구현하는 평 면 마이크로스트립 배열 안테나를 나타낸다. 안테나(1300)는 바람직하게는 일반적으로 정사각형인 제 1 및 제 2 유전체 층(1312, 1314)을 포함한다. 층(1312, 1314)의 폭(1302) 및 길이(1302)는 후술하는 사용되는 패치(1320, 1322)의 개수에 의해 결정되고, 바람직하게는 패치(1320)의 외측 에지들 너머로 적어도 0.50λε의 폭 및 길이(1302a)만큼 연장한다. 13-15,
도 14에 가장 명확히 도시된 바와 같이, 유전체 층(1312)은 전도성 접지면(1316)이 접합되는 바닥면(1312a)과, 바람직하게는 12개의 외부 방사 패치(1320,도13) 및 8개의 중간 방사 패치(1321)와 4개의 내부 방사 패치(1322)들의 배열이 접지면(1316), 스트립라인(1324, 1352), 패치(1320, 1321, 1322) 사이에서 유전체 층(1312) 내에 공진 공동을 형성하도록 접합되는 윗면(1312b)을 형성한다. 제 2 유전체 층(1314)은 유전체 층(1312)의 윗면(1312b)에 접합되어 패치(1320, 1321, 1322)들이 유전체 층(1312, 1314) 사이에 개재된다. As most clearly shown in FIG. 14,
도 15에 가장 명확히 도시된 바와 같이, 패치(1320, 1321, 1322)들은 일반적으로 정사각형이고, 각각 4개의 모서리(1320a)와 4개의 방사 에지(1320b)를 갖고, 각각 약 0.50λε의 길이(1320c)를 갖는다. 도 15에서 봤을 때, 패치(1320, 1321, 1322)들은 모서리(1320a)들을 통해 유전체 층(1312, 1314)들 사이에 개재하는 수직 및 수평(도 13 및 도 15에서 보았을 때) 전도성 스트립라인(1324)의 배열을 통해 전기적으로 상호연결된다. 스트립라인(1324)으로 둘러싸이고 패치(1320, 1321, 1322)들을 포함하지 않는 각각의 영역 내에 패치간 영역(1352; interpatch area)이 형성된다. 하나 이상의 내부 패치(1322)에 의해 접합되는 패치간 영역(1352)에 인접한, 유전체 층(1312, 1314)들 사이에 개재된 스터브(1325)는 각각의 패치(1320, 1321, 1322)의 각각의 모서리(1320a)로부터 각각의 스트립라인(1324)에 걸쳐 연장한다. 유전체 층(1312, 1314)들 간에 개재하는 스트립라인(1326)은 각각의 스터브(1325)를 2개의 가장 가까운 스터브(1325)에 전기적으로 연결한다. 유전체 층(1312, 1314)들 간에 개재하는 동조 스터브(1328)는 임피던스 매칭을 위해 2개의 중간 패치(1321)와 2개의 내부 패치(1322)에 의해 경계지어진 패치간 영역(1352)에 인접한 각각의 패치(1321, 1322)의 각각의 스터브(1325)로부터 연장한다. As most clearly shown in FIG. 15,
패치(1320, 1321, 1322)들은 바람직하게는 약 1.0λε인 중심-대-중심 거리(1360)만큼 이격된다. 패치(1320, 1321, 1322)들은 같은 짝수 개수의 열 및 행의 패치(1320, 1321, 1322)를 갖는 윗면(1312b) 상의 정사각형 배열로 배치된다. 각각의 스트립라인(1324, 1326)의 폭(1384; 도 13)과, 각각의 스터브(1325, 1328)의 폭 및 길이는 바람직하게는 약 50 내지 200옴의 특성 임피던스를 가정하여 결정된다. 단락 핀(미도시)은 선택적으로 안테나(1300)에 배치되어 원하지 않은 모드 여기를 억제하기 위해 하나 이상의 패치(1320, 1321 및/또는 1322)에 접지면(1316)을 전기적으로 연결한다. The
특정 주파수에서 최적의 성능을 발휘하기 위해, 패치(1320, 1321, 1322)들, 스트립라인(1324, 1326)들, 스터브(1325, 1328)들, 개구(1350)들, 영역(1352), 및 중심-대-중심 간격(1360)의 치수가 개별적으로 계산되어, 고계 정상파가 유전 체(1312) 내에 형성되는 안테나 공동에서 생성되고, 방사 에지(1320b)들로부터 방사되는 장들이 구성적으로 서로 간섭한다. 패치(1320, 1321, 1322)들의 개수는 총 사이즈를 결정할 뿐만 아니라, 안테나(1300)의 지향성도 결정한다. 안테나(1300)의 부엽 레벨들은 방사 부재(1320, 1321, 1322)들 간의 장 분포에 의해 결정된다. 그러므로, 지향성 및 부엽 레벨과 같은 안테나 특성들이 각각의 패치(1320, 1321, 1322)의 사이즈 및 위치와, 공급방식에 의해 제어된다. 고 지향성을 얻기 위해, 방사 부재(1320, 1321, 1322)들 간의 장 분포는 가능한 한 균일한 형태를 띈다. 접지면(1316)과 연결하는 스트립라인(1324, 1326)들과 패치(1320, 1321, 1322)들 사이의 유전체 층(1312)에는 전기장이 없는 지점들이 있다. 상술한 계산 및 분석은 예를 들어, 안소프트 코포레이션으로부터 입수가능한 소프트웨어 EnsembleTM에서 상술한 모멘트 방법과 예를 들어, 리와 시에에 의한 상술한 공동 모델과 같은 기술들을 사용하고, 그러므로, 본원에서 더 상세히 설명하지 않는다.
바람직하게는, 2개의 종래의 SMA 프로브(1370)가 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 이중 모드 작동을 위해 제공된다. 도 14에 가장 명확히 도시된 바와 같이, 각각의 SMA 프로브(1370)는 EM 에너지를 안테나(1300)로부터 및/또는 안테나로 전달하기 위해, 접지면(1316)에 전기적으로 연결된 외부 전도체(1372)와, 2개의 내부 패치(1322)와 접지면(1316)에 형성된 구멍들을 통해 연장하고 패치(1323)에 전기적으로 연결된 내부 (또는 공급) 전도체(1374)를 포함한다. 패치(1323)는 바람직하게는 정사각형이고, 그 측면들은 약 2mm 내지 약 5mm, 전형적으로는 약 2.5mm 내 지 약 4.5mm, 바람직하게는 약 3mm의 길이를 갖는다. 따라서, 2개의 SMA 프로브(1370)는 2개의 인접한 중앙 패치(1322)에 연결된다. 프로브(1370)는 안테나(1300)의 임피던스 매칭을 최적화하기 위해 스트립라인(1324)에 가까운 2개의 선택된 각각의 중앙 패치(1322)의 대각선을 따라 배치되고, 누화 및 교차편파를 감소시킨다. 프로브(1370)가 SMA 프로브인 것이 바람직하지만, 상술한 연결을 실시하기 위해 임의의 적절한 동축 프로브 및/또는 연결 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제(미도시)가 사용되어 내부 전도체(1374)와 선택된 중앙 패치(1322)들 간을 접합 및 접촉을 유지하는데 사용될 수 있고, SMA 프로브(1370)가 접지면(1316)을 관통하는 경우 연결부를 기밀적으로 밀봉하기 위해 적절한 밀봉(미도시)이 제공될 수 있다. 안테나(1300)에 연결되지 않은 SMA 프로브(1370)의 다른 단부는 케이블(미도시)을 통해 신호 생성기 또는 텔레비전 신호에 사용되는 위성 신호 복호기와 같은 수신기에 연결가능하다. Preferably, two
작동시, 안테나(1300)는 선형 편파(LP) EM 빔을 송신 또는 수신하는데 사용될 수 있다. 안테나(1300)가 어떻게 빔을 수신하는데 사용될 수 있는지를 예시하기 위해, 안테나(1300)는 거주하는 집에 배치되고 예정된 주파수 대역 또는 채널 내의 텔레비전 신호를 반송하는 정지 위성 또는 적도 위성으로부터의 빔을 수신하도록 향해질 수 있다. 안테나(1300)는 빔 출처를 향해 윗면(1312b)을 배향하여 지향되어 일반적으로 빔의 방향에 직각이다. 안테나(1300)의 부재들이 빔을 수신하기에 정확한 사이즈를 갖는다고 가정하면, 빔은 개구(1350)들과 영역(1352)들을 관통하여 정상파를 유도하고 이는 유전체 층(1312) 내에서 공진한다. 유전체 층(1312)에 의해 형성되는 공진 공동에서 유도된 정상파는 SMA 프로브(1370)를 통해 복호기(미도시)와 같은 수신기로 통신된다. In operation,
안테나(1300)에서, 수직 모드 여기는 수평 모드에 대해 직각이 되어 두 입력 신호들 간의 누화가 최소화될 수 있다. 달리 말해, 2개의 직각 수직 및 수평 모드가 독립적으로 여기될 수 있다. In the
안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(1300)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 안테나(1300)에 의한 신호의 송신은 본원에서 더 설명하지 않는다.It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of the
본 발명이 많은 형태 및 실시예들을 취할 수 있음이 이해될 것이다. 도 13 내지 도 15에 관해 설명된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다. 따라서, 몇 개의 변형예가 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 상술한 것으로부터 만들어질 수 있다. 예를 들어, 부가적인 패치(1320)들이 빔을 좁히기 위해 제공되거나, 또는 보다 적은 개수의 패치(1320)들이 본 발명의 안테나(1300)에 필요한 물리적 공간을 감소하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예에서, 2개의 SMA 프로브(1370) 중 하나가 EM 빔을 송신 또는 수신하는 단일-모드 작동을 위해 제거될 수 (또는 부착되지 않을 수) 있다. 안테나(1300)는 원편파(CP) EM 빔을 수신 및/또는 송신하는데 사용될 수도 있다. It will be appreciated that the present invention may take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 13-15 are intended to illustrate, not limit, the invention. Accordingly, several modifications can be made from the above without departing from the spirit and scope of the invention. For example,
도 16 Figure 16 내지 도To 18 18
도 16 내지 도 18을 참조하면, 도면부호 1600 및 1800은 일반적으로 EM 빔을 송신 및/또는 수신하는 것과 같은 이중-모드 작동을 위해 본 발명의 특징들을 구현하는 선형 마이크로스트립 배열 안테나를 나타낸다. 선형 배열 안테나(1600)는 배열 방향에서 좁은 빔을, 그러나 배열에 대한 직각방향에서는 넓은 빔을 만드는 구성이다. 안테나(1600)는 바람직하게는 일반적으로 직사각형인 유전체 층(1612)을 포함한다. 층(1612)의 길이(1602)는 후술하는 사용되는 패치(1620)의 개수에 의해 결정되고, 바람직하게는 패치(1620)의 외측 에지들 너머로 적어도 0.50λε의 폭(1604a) 및 길이(1602a)만큼 연장한다. 16-18,
도 17에 가장 명확히 도시된 바와 같이, 유전체 층(1612)은 전도성 접지면(1616)이 접합되는 바닥면(1612a)과, 전도성 방사 패치(1620; 도 16)들과 중앙 방사 패치(1622)들의 배열이 접지면(1616), 스트립라인(1620)들, 패치(1620, 1622) 사이에서 유전체 층(1612) 내에 공진 공동을 형성하도록 접합되는 윗면(1612b)을 형성한다. (도 17의 접지면(1616)은 유전체 슬라브(slab)의 바닥면의 전체 면적을 커버해야 함을 유념해야 한다.)As most clearly shown in FIG. 17,
도 16을 다시 참조하면, 패치(1620, 1622)들은 일반적으로 정사각형이고, 각각 4개의 모서리(1620a)와 4개의 방사 에지(1620b)를 갖고, 각각 약 0.50λε의 길이(1620c)를 갖는다. 도 16에서 봤을 때, 패치(1620, 1622)들은 유전체 층(1612)에 접합되는 교차된 전도성 스트립라인(1624)들과 모서리(1620a)를 통해 전기적으로 상호연결된다. 2개의 동조 스터브(1628)들은 중앙 패치(1622)의 2개의 모서 리(1620a)들로부터 대각선 외측으로 연장하고, 유전체 층(1612)에도 접합된다. 패치(1620, 1622)들은 바람직하게는 약 1.0λε보다 약간 작은 중심-대-중심 거리(1660)만큼 이격된다. 패치(1620, 1622)들은 안테나(1600)를 구성하는 총 5개의 패치(1620, 1622)에 대해 단일 패치(1622)의 각각의 측면 상에 2개의 패치(1620)를 갖는 것으로서 도 16에 예시된, 윗면(1612b) 상의 단일-열(column) 배열로 배치된다. 각각의 스트립라인(1624)의 폭(1684; 도 16)과, 각각의 스터브(1628)의 폭 및 길이는 바람직하게는 약 50 내지 200옴의 특성 임피던스를 가정하여 결정된다. 단락 핀(1678)이 바람직하게는 안테나(1600)에 배치되어 원하지 않은 모드 여기를 억제하기 위해 중앙 패치(1622)에 접지면(1616)을 전기적으로 연결한다. 부가적인 단락 핀(미도시)도 안테나(1600)에 배치되어 접지면(1616)을 패치(1620)들에 연결하여 원하지 않는 모드 여기를 추가로 억제할 수 있다. 다르게는, 몇몇 예에서, 안테나(1600)로부터 하나 또는 모든 단락 핀(1678)을 생략하는 것이 바람직할 수 있다.Referring back to FIG. 16,
특정 주파수에서 최적의 성능을 발휘하기 위해, 패치(1620, 1622)들, 스트립라인(1624)들, 스터브(1628)들, 개구(1650)들, 및 중심-대-중심 간격(1660)의 치수가 개별적으로 계산되어, 고계 정상파가 유전체(1612) 내에 형성되는 안테나 공동에서 생성되고, 방사 에지(1620b)들로부터 방사되는 장들이 구성적으로 서로 간섭한다. 패치(1620, 1622)들의 개수는 총 사이즈를 결정할 뿐만 아니라, 안테나(1600)의 지향성도 결정한다. 안테나(1600)의 부엽 레벨들은 방사 부재(1620, 1622)들 간의 장 분포에 의해 결정된다. 그러므로, 지향성 및 부엽 레벨과 같은 안 테나 특성들이 각각의 패치(1620, 1622)의 사이즈 및 위치와, 공급방식에 의해 제어된다. 고 지향성을 얻기 위해, 방사 부재(1620, 1622)들에서의 장 분포는 가능한 한 균일한 형태를 띈다. 상술한 계산 및 분석은 예를 들어, 안소프트 코포레이션으로부터 입수가능한 소프트웨어 EnsembleTM에서 상술한 모멘트 방법과 예를 들어, 리와 시에에 의한 상술한 공동 모델과 같은 기술들을 사용하고, 그러므로, 본원에서 더 상세히 설명하지 않는다.Dimensions of
바람직하게는, 2개의 종래의 SMA 프로브(1670)가 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 이중 모드 작동을 위해 제공된다. 각각의 SMA 프로브(1670)는 EM 에너지를 안테나(1600)로부터 및/또는 안테나로 전달하기 위해, 접지면(1616)에 전기적으로 연결된 외부 전도체(1672)와, 중앙 패치(1622)에 전기적으로 연결된 내부 (또는 공급) 전도체(1674)를 포함한다. 프로브(1670)는 안테나(1600)의 임피던스 매칭을 최적화하기 위해 스트립라인(1650)에 가까운 패치(1622)의 대각선을 따라 배치되고, 누화 및 교차편파를 감소시킨다. 프로브(1670)가 SMA 프로브인 것이 바람직하지만, 상술한 연결을 실시하기 위해 임의의 적절한 동축 프로브 및/또는 연결 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제(미도시)가 사용되어 내부 전도체(1674)와 중앙 패치(1622)들 간을 접합 및 접촉을 유지하는데 사용될 수 있고, SMA 프로브(1670)가 접지면(1616)을 관통하는 경우 연결부를 기밀적으로 밀봉하기 위해 적절한 밀봉(미도시)이 제공될 수 있다. 안테나(1600)에 연결되지 않은 SMA 프로브(1670)의 다른 단부는 케이블(미도시)을 통해 신호 생성기 또는 텔레비전 신 호에 사용되는 위성 신호 복호기와 같은 수신기에 연결가능하다. Preferably, two
작동시, 안테나(1600)는 선형 편파(LP) EM 빔을 송신 또는 수신하는데 사용될 수 있다. 안테나(1600)는 빔 출처를 향해 윗면(1612b)을 배향하여 지향되어 일반적으로 빔의 방향에 직각이다. 안테나(1600)의 부재들이 빔을 수신하기에 정확한 사이즈를 갖는다고 가정하면, 빔은 개구(1650)들을 관통하여 정상파를 유도하고 이는 유전체 층(1612) 내에서 공진한다. 유전체 층(1612)에 의해 형성되는 공진 공동에서 유도된 정상파는 SMA 프로브(1670)를 통해 복호기(미도시)와 같은 수신기로 통신된다. In operation,
안테나(1600)에서, 수직 모드 여기는 수평 모드에 대해 직각이 되어 두 입력 신호들 간의 누화가 최소화될 수 있다. 달리 말해, 2개의 직각 수직 및 수평 모드가 독립적으로 여기될 수 있다. In
안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(1600)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 안테나(1600)에 의한 신호의 송신은 본원에서 더 설명하지 않는다.It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of the
본 발명이 많은 형태 및 실시예들을 취할 수 있음이 이해될 것이다. 도 16 내지 도 18에 관해 설명된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다. 따라서, 몇 개의 변형예가 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 상술한 것으로부터 만들어질 수 있다. 예를 들어, 부가적인 패치(1620)들이 빔을 좁히기 위해 제공되거나, 또는 보다 적은 개수의 패치(1620)들이 본 발명의 안테나(1600)에 필요한 물리적 공간을 감소하기 위해 사용될 수 있다. 안테나(1600)는 원편파(CP) EM 빔을 수신 및/또는 송신하는데 사용될 수도 있다. 다른 예에서, 유전체 층(1612)의 외측 에지들은 패치(1620)들로부터 이격된 전도성 박막(foil)으로 감싸여져 에지 전도체들을 형성하고, 표면-모드 여기를 감소시키고 안테나의 이득을 증가시킬 수 있다. 몇몇 예에서, 안테나(1600)로부터 단락 핀(1678)을 생략하는 것이 바람직할 수 있다. It will be appreciated that the present invention may take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 16-18 are not intended to limit the invention but to illustrate. Accordingly, several modifications can be made from the above without departing from the spirit and scope of the invention. For example,
도 18에 예시된 또 다른 변형예에서, 안테나(1800)는 2개의 SMA 프로브(1670) 중 하나를 제거하여 (또는 부착하지 않아), 그리고 잔여 스터브(1628)에 실질적으로 평행한 스트립라인(1624)들과 하나의 스터브(1628)를 접합하지 않아 EM 빔을 송신 또는 수신하는 단일 모드 작동을 위해 구성될 수 있다. In another variation illustrated in FIG. 18,
(직접 방송 위성을 위한 것과 같은) 초고이득 안테나 Ultra high gain antenna (such as for direct broadcast satellites) 응용예Application example
도 19 및 도 2019 and 20
도 19 및 도 20을 참조하면, 도면부호 1900은 일반적으로 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 단일-모드 작동을 위해 본 발명의 특징들을 구현하는 평면 마이크로스트립 배열 안테나를 나타낸다. 안테나(1900)는 일반적으로 정사각형인 유전체 층(1912)을 포함한다. 층(1912)의 폭(1902) 및 길이(1903)는 같거나 또는 상이할 수 있고, 후술하는 바와 같이 사용되는 패치의 개수에 의해 결정되고, 바람직하게는 패치(1920)의 외측 에지들 너머로 적어도 0.50λε의 폭 및 길이(1902a)만큼 연장한다. 19 and 20,
유전체 층(1912)은 전도성 접지면(1916)이 접합되는 바닥면(1912a)과, 전도성 방사 패치(1920)들의 배열이 패치(1920)들, 스트립라인(1924)들 및 접지면(1916) 사이에서 유전체 층(1912) 내에서 공진 공동을 형성하기 위해 접합되는 윗면(1912b)을 형성한다. 패치(1920)들은 일반적으로 정사각형이고, 4개의 모서리(1920a)와 4개의 방사 에지(1920b)를 갖고, 각각 약 0.50λε의 길이(1920c)를 갖는다. 도 19에서 봤을 때, 패치(1920)들은 하나의 모서리(1920a) 또는 2개의 대향하는 모서리(1920a) 중의 하나를 통해 평행한 수직 전도성 스트립라인(1924)들의 배열에 전기적으로 상호연결되고, 이는 차례로 수평 전도성 전송 라인(1926)을 통해 전기적으로 상호연결된다. 스트립라인(1924)들과 전송 라인(1926)은 유전체 층(1912)에 접합된다. 패치(1920)들은 바람직하게는 약 1λε의 수직(도 19에서 봤을 때) 중심-대-중심 거리(1960)만큼 이격된다. 패치(1920)들은 바람직하게는 수평 전송 라인(1926) 위아래에서 서로에 대해 오프셋된, 8개의 수직(도 19에서 봤을 때) 열(1928; 점선 외곽선으로 예시함)로 도 19에 예시된, 윗면(1912b) 상의 다수의 수직(도 19에서 봤을 때) 열들에 배치되며, 각각의 열은 2개의 패치(1920)를 포함하여, 안테나(1900)를 구성하는 총 32개의 패치(1920)를 구성한다.
각각의 스트립라인(1924)의 폭(1984)은 바람직하게는 약 50 내지 200 옴의 특성 임피던스를 가정하여 결정된다. 각각의 전송 라인(1926)은 제 1 부분(1926a), 제 2 부분(1926b), 제 3 부분(1926c)을 포함한다. 각각의 제 1 부분(1926a)은 바람 직하게는 입력 임피던스가 약 50옴일 때 약 100옴의 특성 임피던스를 갖게 사이즈를 갖는다. 각각의 제 2 부분(1926b)의 폭 및 길이는 공급부로부터의 입력파(incoming wave)가 실질적으로 전달되도록, 즉 공급 라인(1974)에서의 입력 임피던스가 적절히 매칭되도록, 1/4 파장 변환기에 의해 정해진다. 전송 라인(1926)의 각각의 제 3 부분(1926c)의 폭 및 길이는, 공급 라인(1974)으로부터의 진행파가 접합부(1927a, 1927b; junction)에서 반사되지 않도록 결정된다. 따라서, 각각의 제 3 부분(1926c)의 길이는 바람직하게는 접합부(1927a, 1927b)에서의 진행파의 위상 간의 차이가 가능한한 360°에 가까움을 보장하기 위해 약 1λε이다. 각각의 제 3 부분(1926c)의 폭은 바람직하게는 특성 임피던스가 스트립라인(1924)의 특성 임피던스의 약 1/2이도록 사이즈를 갖는다.The
특정 주파수에서의 최적 성능을 위해, 패치(1920)들, 스트립라인(1924, 1926), 개구(1950), 및 중심-대-중심 간격(1960)의 치수들이 개별적으로 계산되어, 고계 정상파가 유전체 층(1912) 내에 형성되는 안테나 공동 내에 생성되고, 방사 에지(1920b)들로부터 방사되는 장들이 서로 구성적으로 간섭한다. 패치(1920)들의 개수는 전체 사이즈를 결정할 뿐만 아니라, 안테나(1900)의 지향성도 결정한다. 안테나(1900)의 부엽 레벨들은 방사 에지(1920b)에서의 장 분포에 의해 결정된다. 그러므로, 지향성과 부엽 레벨들과 같은 안테나 특성들은 각각의 패치(1920)의 위치 및 사이즈와 공급방식에 의해 제어된다. 고 지향성을 얻기 위해, 방사 부재(1920)들 간의 장 분포는 가능한 한 균일한 형태를 띈다. 유전체 층(1912)에는 전기장이 없는 지점들이 있다. 몇몇 예에서, 하나 이상의 단락 핀(미도시)들이 안테나(1900)에 배치되어 접지면, 패치들, 및/또는 스트립라인들을 함께 전기적으로 연결하여 원하지 않는 모드 여기들을 억제한다. 상술한 계산 및 분석은 예를 들어, 안소프트 코포레이션으로부터 입수가능한 소프트웨어 EnsembleTM에서 상술한 모멘트 방법과 예를 들어, 리와 시에에 의한 상술한 공동 모델과 같은 기술들을 사용하고, 그러므로, 본원에서 더 상세히 설명하지 않는다.For optimal performance at a particular frequency, the dimensions of the
종래의 SMA 프로브(1970; 도 20)가 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 단일 모드 작동을 위해 제공된다. SMA 프로브(1970)는 EM 에너지를 안테나(1900)로부터 및/또는 안테나로 전달하기 위해, 안테나(1900)의 적절한 방사 패턴들 및 임피던스 매칭을 최적화하기 위해 부분(1926a)들 간의 전송 라인(1926)을 따라 중앙에 위치하고 전기적으로 연결된 내부 (또는 공급) 전도체(1974)와, 접지면(1916)에 전기적으로 연결된 외부 전도체(1972)를 포함한다. 프로브(1970)가 SMA 프로브인 것이 바람직하지만, 상술한 연결을 실시하기 위해 임의의 적절한 동축 프로브 및/또는 연결 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제(미도시)가 사용되어 내부 전도체(1974)와 중앙 패치(1922)들 간을 접합 및 접촉을 유지하는데 사용될 수 있고, SMA 프로브(1970)가 접지면(1916)을 관통하는 경우 연결부를 기밀적으로 밀봉하기 위해 적절한 밀봉(미도시)이 제공될 수 있다. 안테나(1900)에 연결되지 않은 SMA 프로브(1970)의 다른 단부는 케이블(미도시)을 통해 신호 생성기 또는 텔레비전 신호에 사용되는 위성 신호 복호기와 같은 수신기에 연결가능하다. A conventional SMA probe 1970 (FIG. 20) is provided for single mode operation such as transmitting or receiving a beam.
작동시, 안테나(1900)는 선형 편파(LP) EM 빔을 송신 또는 수신하는데 사용될 수 있다. EM 빔의 송신시, SMA 프로브(1970)로부터의 입력 신호는 최소로 반사되면서 각각의 분기부(1926b, 1926c)의 4개의 스트립라인(1924)들과 2개의 분기부(1926b, 1926c)로 EM 전력을 보내기 위한 1/4 파장 변환기로서 작동하는 제 1 부분(1926a)을 통해 전송 라인(1926)을 따라 진행파로서 진행한다. EM 전력은 스트립라인(1924)들을 통해 패치(1920)들의 배열로 송신된다. 그 다음에, 패치(1920)들과 스트립라인(1924)들의 부분들은 안테나(1900)의 개구(1950)들을 통한 적절한 방사를 위해 고계(high-order) 정상파를 유도한다. In operation,
안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(1900)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 예를 들어, 안테나(1900)는 거주용 집에 배치되어 예정된 주파수 대역 또는 채널 내의 텔레비전 신호를 반송하는 빔을 정지위성 또는 적도 위성으로부터 수신하게 향해질 수 있다. 안테나(1900)는 빔 출처를 향해 윗면(1912b)을 배향함으로써 지향되어, 일반적으로 빔의 방향에 직각이다. 안테나(1900)의 부재들이 빔을 수신하기 위한 정확한 사이즈를 갖는다고 가정하면, 빔은 개구(1950)들을 통과하여 고계 정상파를 유도하고 이는 유전체 층(1912) 내에 형성되는 공진 공동 내에서 공진하고 EM 전력을 스트립라인(1924)들과 전송 라인(1926)들을 통해 SMA 프로브(1970)로 보낸다. 그 다음에, EM 전력은 SMA 프로브(1970)로부터 케이블(미도시)을 통해 복호기(미도시)와 같은 수신기로 전달된다. It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of the
본 발명이 많은 형태 및 실시예들을 취할 수 있음이 이해될 것이다. 도 19 및 도 20에 관해 설명된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다. 따라서, 몇 개의 변형예가 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 상술한 것으로부터 만들어질 수 있다. 예를 들어, 부가적인 패치(1920)들이 빔을 좁히기 위해 제공되거나, 또는 보다 적은 개수의 패치(1920)들이 본 발명의 안테나(1900)에 필요한 물리적 공간을 감소하기 위해 사용될 수 있다. It will be appreciated that the present invention may take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 19 and 20 are intended to illustrate but not limit the invention. Accordingly, several modifications can be made from the above without departing from the spirit and scope of the invention. For example,
도 21 및 도 2221 and 22
도 21 및 도 22를 참조하면, 도면부호 2100은 일반적으로 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 단일-모드 작동을 위해 본 발명의 특징들을 구현하는 평면 마이크로스트립 배열 안테나를 나타낸다. 안테나(2100)는 일반적으로 정사각형인 유전체 층(2112)을 포함한다. 층(2112)의 폭(2102) 및 길이(2103)는 후술하는 바와 같이 사용되는 패치들의 개수에 의해 결정되고, 바람직하게는 패치(2120)의 외측 에지들 및 스트립라인(2126) 너머로 적어도 0.50λε의 폭 및 길이(2102a)만큼 연장한다. 21 and 22,
유전체 층(2112)은 전도성 접지면(2116)이 접합되는 바닥면(2112a)과, 전도성 방사 패치(2120)들의 배열이 패치(2120)들, 스트립라인(2124)들 및 접지면(2116) 사이에서 유전체 층(2112) 내에서 공진 공동을 형성하기 위해 접합되는 윗면(2112b)을 형성한다. 패치(2120)들은 일반적으로 정사각형이고, 4개의 모서리(2120a)와 4개의 방사 에지(2120b)를 갖고, 각각의 에지는 약 0.50λε의 길 이(2120c)를 갖는다. 패치(2120)들은 하나의 모서리(2120a)를 통해 4개의 전도성 스트립라인(2124)들의 배열 중의 하나에 전기적으로 상호연결되고, 이는 결국 전도성 스트립라인(2126)을 통해 전기적으로 상호연결된다. 스트립라인(2124)들과 전송 라인(2126)은 유전체 층(2112)에 접합된다. 패치(2120)들은 바람직하게는 약 1λε의 수직(도 21에서 봤을 때) 중심-대-중심 거리(2160)만큼 이격된다. 패치(2120)들은 바람직하게는 열(2114, 2116)들로 도 21에 대표적으로 예시된 윗면(2112b) 상의 다수의 8개의 열로 배치되며, 각각의 열은 4개의 패치(2120)를 포함하여, 안테나(2100)를 구성하는 총 32개의 패치(2120)가 된다. 각각의 스트립라인(2124)의 폭은 바람직하게는 약 50 내지 200 옴의 특성 임피던스를 가정하여 결정된다. 각각의 전송 라인(2126)은 약 50옴의 입력 임피던스에 대해 약 100옴의 특성 임피던스를 갖게 구성되는 제 1 부분(2126a)을 포함하며, 적절한 방사를 보장하기 위해 SMA 프로브(2170)에 관해 후술하는 바와같이 공급 라인이 스트립라인(2126)의 중앙에 배치된다. 각각의 전송 라인(2126)은 스트립라인(2126)과의 접합부에서 최소로 반사되게 바람직하게는 1/4-파장 변환기로서 구성되는 제 2 부분(2126b)을 추가로 포함한다.
특정 주파수에서의 최적 성능을 위해, 패치(2120)들, 스트립라인(2124, 2126), 개구(2150), 중심-대-중심 간격(2160)의 치수들이 개별적으로 계산되어, 고계 정상파가 유전체 층(2112) 내에 형성되는 안테나 공동 내에 생성되고, 방사 에지(2120a)들로부터 방사되는 장들이 서로 구성적으로 간섭한다. 패치(2120)들의 개 수는 전체 사이즈를 결정할 뿐만 아니라, 안테나(2100)의 지향성도 결정한다. 안테나(2100)의 부엽 레벨들은 방사 부재(2120)들 간의 장 분포에 의해 결정된다. 그러므로, 지향성과 부엽 레벨들과 같은 안테나 특성들은 각각의 패치(2120)의 위치 및 사이즈와 공급방식에 의해 제어된다. 고 지향성을 얻기 위해, 방사 부재(2120)들 간의 장 분포는 가능한 한 균일한 형태를 띈다. 연결용 스트립라인(2124)과 패치(2120)들 내의 유전체 층(2112)에는 전기장이 없는 지점들이 있다. 몇몇 예에서, 하나 이상의 단락 핀(미도시)들이 안테나(2100)에 배치되어 접지면, 패치들, 및/또는 스트립라인들을 함께 전기적으로 연결하여 원하지 않는 모드 여기들을 억제한다. 상술한 계산 및 분석은 예를 들어, 안소프트 코포레이션으로부터 입수가능한 소프트웨어 EnsembleTM에서 상술한 모멘트 방법과 예를 들어, 리와 시에에 의한 상술한 공동 모델과 같은 기술들을 사용하고, 그러므로, 본원에서 더 상세히 설명하지 않는다.For optimal performance at a particular frequency, the dimensions of the
종래의 SMA 프로브(2170; 도 22)가 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 단일 모드 작동을 위해 제공된다. 각각의 SMA 프로브(2170)는 EM 에너지를 안테나(2100)로부터 및/또는 안테나로 전달하기 위해, 중심이 뾰족한 방사선(centrally-peaked radiation)을 유도하고 안테나(2100)의 임피던스 매칭을 최적화하기 위해, 부분(2126a, 2126b)들 간의 전송 라인(2126)을 따라 중앙에 위치하고 전기적으로 연결된 내부 (또는 공급) 전도체(2174)와, 접지면(2116)에 전기적으로 연결된 외부 전도체(2172)를 포함한다. 프로브(2170)가 SMA 프로브인 것이 바람직하지만, 상술 한 연결을 실시하기 위해 임의의 적절한 동축 프로브 및/또는 연결 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제(미도시)가 사용되어 내부 전도체(2174)와 중앙 스트립라인(2126) 간을 접합 및 접촉을 유지하는데 사용될 수 있고, SMA 프로브(2170)가 접지면(2116)을 관통하는 경우 연결부를 기밀적으로 밀봉하기 위해 적절한 밀봉(미도시)이 제공될 수 있다. 안테나(2100)에 연결되지 않은 SMA 프로브(2170)의 다른 단부는 케이블(미도시)을 통해 신호 생성기 또는 텔레비전 신호에 사용되는 위성 신호 복호기와 같은 수신기에 연결가능하다. Conventional SMA probe 2170 (FIG. 22) is provided for single mode operation such as transmitting or receiving beams. Each
작동시, 안테나(2100)는 선형 편파(LP) EM 빔을 송신 또는 수신하는데 사용될 수 있다. EM 빔의 송신시, SMA 프로브(2170)로부터의 들어오는 신호가 최소로 반사되면서 4개의 스트립라인(2124)들에 EM 전력을 보내는 1/4 파장 변환기로서 거동하는 제 2 부분(2126b)과 제 1 부분(2126a)을 통해 전송 라인(2126)을 따라 진행파로서 진행한다. EM 전력은 스트립라인(2124)들을 통해 패치(2120)들의 배열로 송신된다. 그 다음에, 패치(2120)들은 안테나(2100)의 개구(2150)들을 통한 적절한 방사를 위해 고계 정상파를 유도한다. In operation,
안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(2100)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 예를 들어, 안테나(2100)는 거주용 집에 배치되어 예정된 주파수 대역 또는 채널 내의 텔레비전 신호를 반송하는 빔을 정지위성 또는 적도 위성으로부터 수신하게 향해질 수 있다. 안테나(2100)는 윗면이 빔의 방향에 일반적으로 직각이도록 빔의 출처를 향해 윗면(2112b)을 배향하여 이렇게 향 해질 수 있다. 안테나(2100)의 부재들이 빔을 수신하기 위한 정확한 사이즈를 갖는다고 가정하면, 빔은 개구(2150)들을 통과하여 정상파를 유도하고 이는 유전체 층(2112) 내에서 공진한다. 유전체 층(2112) 내에 형성되는 공진 공동에 유도되는 정상파는 스트립라인(2124)들과 전송 라인(2126)들, SMA 프로브(2170)를 통해 전송되고, 복호기(미도시)와 같은 수신기로 전달된다. It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of the
본 발명이 많은 형태 및 실시예들을 취할 수 있음이 이해될 것이다. 도 21 및 도 22에 관해 설명된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다. 따라서, 몇 개의 변형예가 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 상술한 것으로부터 만들어질 수 있다. 예를 들어, 부가적인 패치(2120)들이 빔을 좁히기 위해 제공되거나, 또는 보다 적은 개수의 패치(2120)들이 본 발명의 안테나(2100)에 필요한 물리적 공간을 감소하기 위해 사용될 수 있다. It will be appreciated that the present invention may take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 21 and 22 are intended to illustrate but not limit the invention. Accordingly, several modifications can be made from the above without departing from the spirit and scope of the invention. For example,
도 23 및 도 24Figures 23 and 24
도 23 및 도 24를 참조하면, 도면부호 2300은 일반적으로 빔을 송신 및 수신하는 것과 같은 이중-모드 작동을 위해 본 발명의 특징들을 구현하는 평면 마이크로스트립 배열 안테나를 나타낸다. 안테나(2300)는 일반적으로 정사각형인 유전체 층(2312)을 포함한다. 층(2312)의 폭(2302) 및 길이(2303; 도 23)는 후술하는 바와 같이 사용되는 패치들의 개수에 의해 결정되고, 바람직하게는 패치(2320)의 외측 에지들 및 전송 라인(2325, 2327) 너머로 적어도 0.50λε의 폭 및 길이(2302a)만큼 연장한다. 23 and 24,
유전체 층(2312)은 전도성 접지면(2316)이 접합되는 바닥면(2312a)과, 전도성 방사 패치(2320)들의 배열이 패치(2320)들, 스트립라인(2324, 2326)들 및 접지면(2316) 사이에서 유전체 층(2312) 내에서 공진 공동을 형성하기 위해 접합되는 윗면(2312b)을 형성한다. 패치(2320)들은 일반적으로 정사각형이고, 4개의 모서리(2320a)와 4개의 방사 에지(2320b)를 갖고, 각각의 에지는 약 0.50λε의 길이(2320c)를 갖는다. 도 23에서 봤을 때, 패치(2320)들은 2개의 인접한 모서리(2320a)를 통해 전기적으로 상호연결되는데, 인접한 모서리들 중 하나가 8개의 수직 전도성 스트립라인(2324)의 배열 중 하나에 전기적으로 연결되고, 인접한 모서리들 중 다른 하나가 8개의 수평 전도성 스트립라인(2326)의 배열의 하나에 전기적으로 연결된다. 수직 스트립라인(2324)들은 수평 전도성 전송 라인(2325)을 통해 전기적으로 상호연결되고, 수평 스트립라인(2326)들은 수직 전도성 전송 라인(2327)을 통해 전기적으로 상호연결된다. 스트립라인(2324, 2326)들과 전송 라인(2325, 2327)은 유전체 층(2312)에 접합된다. 패치(2320)들은 바람직하게는 약 1λε의 중심-대-중심 거리(2360)만큼 이격된다. 패치(2320)들은 바람직하게는 행(2328)과 열(2329)들로 도 23에 대표적으로 예시된 윗면(2312b) 상의 다수의 행 및 열로 배치되며, 각각의 행 및 열은 안테나(2300)를 구성하는 총 32개의 패치(2320)에 대해 4개의 패치(2320)를 포함한다. 각각의 스트립라인(2324)의 폭은 바람직하게는 약 50 내지 200 옴의 특성 임피던스를 가정하여 결정된다. 각각의 전 송 라인(2325, 2327)은 바람직하게는 약 50옴의 입력 임피던스에 대해 약 100옴의 특성 임피던스를 갖게 구성되는 제 1 부분(2325a 2327a)을 포함하며, 적절한 방사를 보장하기 위해 SMA 프로브(2370)에 관해 후술하는 바와같이 공급 라인이 스트립라인(2325)의 중앙에 배치된다. 각각의 전송 라인(2325, 2327)은 스트립라인(2324, 2326)과의 접합부에서 최소로 반사되게 바람직하게는 1/4-파장 변환기로서 구성되는 제 2 부분(2325b, 2327b)을 추가로 포함한다.
특정 주파수에서의 최적 성능을 위해, 패치(2320)들, 스트립라인(2324, 2126), 개구(2350), 중심-대-중심 간격(2360)의 치수들이 개별적으로 계산되어 고계 정상파가 유전체 층(2312) 내에 형성되는 안테나 공동 내에 생성되고, 방사 에지(2320b)들로부터 방사되는 장들이 서로 구성적으로 간섭한다. For optimal performance at a particular frequency, the dimensions of the
패치(2320)들의 개수는 전체 사이즈를 결정할 뿐만 아니라, 안테나(2300)의 지향성도 결정한다. 안테나(2300)의 부엽 레벨들은 방사 부재(2320)들 간의 장 분포에 의해 결정된다. 그러므로, 지향성과 부엽 레벨들과 같은 안테나 특성들은 각각의 패치(2320)의 위치 및 사이즈와 공급방식에 의해 제어된다. 고 지향성을 얻기 위해, 방사 부재(2320)들 간의 장 분포는 가능한 한 균일한 형태를 띈다. 한편으로는 접지면(2316)과 다른 한편으로는 패치(2320)들과 스트립라인(2324, 2326)들 사이에서 유전체 층(2312)에는 전기장이 없는 지점들이 있다. 몇몇 예에서, 하나 이상의 단락 핀(미도시)들이 안테나(2300)에 배치되어 접지면, 패치들, 및/또는 스트립라인들을 함께 전기적으로 연결하여 원하지 않는 모드 여기들을 억제한다. 상술한 계산 및 분석은 예를 들어, 안소프트 코포레이션으로부터 입수가능한 소프트웨 어 EnsembleTM에서 상술한 모멘트 방법과 예를 들어, 리와 시에에 의한 상술한 공동 모델과 같은 기술들을 사용하고, 그러므로, 본원에서 더 상세히 설명하지 않는다.The number of
2개의 종래의 SMA 프로브(2370; 도 24)가 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 이중 모드 작동을 위해 제공된다. 각각의 SMA 프로브(2370)는 EM 에너지를 안테나(2300)로부터 및/또는 안테나로 전달하기 위해, 안테나(2300)의 임피던스 매칭 및 방사 효율을 최적화하기 위해 각각의 전송 라인(2325, 2327)을 따라 중앙에 위치하고 전기적으로 연결된 내부 (또는 공급) 전도체(2374)와, 접지면(2316)에 전기적으로 연결된 외부 전도체(2372)를 포함한다. 프로브(2370)가 SMA 프로브인 것이 바람직하지만, 상술한 연결을 실시하기 위해 임의의 적절한 동축 프로브 및/또는 연결 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제(미도시)가 사용되어 각각의 내부 전도체(2374)와 각각의 전송 라인(2325, 2327) 간을 접합 및 접촉을 유지하는데 사용될 수 있고, SMA 프로브(2370)가 접지면(2316)을 관통하는 경우 연결부를 기밀적으로 밀봉하기 위해 적절한 밀봉(미도시)이 제공될 수 있다. 안테나(2300)에 연결되지 않은 SMA 프로브(2370)의 다른 단부는 케이블(미도시)을 통해 신호 생성기 또는 텔레비전 신호에 사용되는 위성 신호 복호기와 같은 수신기에 연결가능하다. Two conventional SMA probes 2370 (FIG. 24) are provided for dual mode operation such as transmitting or receiving beams. Each
작동시, 안테나(2300)는 선형 편파(LP) EM 빔을 송신 또는 수신하는데 사용될 수 있다. SMA 프로브(2370)로부터 전송 라인(2325)으로의 신호로 예시된, EM 빔의 전송시, 들어오는 신호는 제 1 부분(2325a)과 제 2 부분(2325b)을 통해 전송 라 인(2325)을 따라 진행파로서 진행하며, 이는 최소로 반사되면서 4개의 스트립라인(2324)들에 EM 전력을 보내는 1/4 파장 변환기로서 거동한다. EM 전력은 스트립라인(2324)들을 통해 패치(2320)들의 배열로 송신된다. 그 다음에, 패치(2320)들은 안테나(2300)의 개구(2350)들을 통한 적절한 방사를 위해 고계 정상파를 유도한다.In operation,
상기 안테나(2300)에서, 수직 모드 여기는 수평 모드 여기에 수직하게 되어, 상기 두 입력 신호 사이의 누화는 최소화된다. 달리 표현하면, 두 직교하는 수직 및 수평 모드는 독릭적으로 여기될 수 있다.In the
안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(2300)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 예를 들어, 안테나(2300)는 거주용 집에 배치되어 예정된 주파수 대역 또는 채널 내의 텔레비전 신호를 반송하는 빔을 정지위성 또는 적도 위성으로부터 수신하게 향해질 수 있다. 안테나(2300)는 윗면이 빔의 방향에 일반적으로 직각이도록 빔의 출처를 향해 윗면(2312b)을 배향하여 이렇게 향해질 수 있다. 안테나(2300)의 부재들이 빔을 수신하기 위한 정확한 사이즈를 갖는다고 가정하면, 빔은 개구(2350)들을 통과하여 정상파를 유도하고 이는 유전체 층(2312) 내에서 공진한다. 유전체 층(2312) 내에 형성되는 공진 공동에 유도되는 정상파는 스트립라인 2324와 전송 라인 2325를 통해 및/또는 스트립라인 2326과 전송 라인 2327을 통해, SMA 프로브(2370)로 송신되고, 복호기(미도시)와 같은 수신기로 전달된다. 안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(2300)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(2300)의 작동은 본원에서 더 이상 설명하지 않는다.It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of the
본 발명이 많은 형태 및 실시예들을 취할 수 있음이 이해될 것이다. 도 23 및 도 24에 관해 설명된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다. 따라서, 몇 개의 변형예가 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 상술한 것으로부터 만들어질 수 있다. 예를 들어, 부가적인 패치(2320)들이 빔을 좁히기 위해 제공되거나, 또는 보다 적은 개수의 패치(2320)들이 본 발명의 안테나(2300)에 필요한 물리적 공간을 감소하기 위해 사용될 수 있다. 공급 영역 근처를 적절히 수정하여, 2개의 직각 원편파(CP)를 갖는 이중-모드 작동이 달성될 수 있다. It will be appreciated that the present invention may take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 23 and 24 are intended to illustrate but not limit the invention. Accordingly, several modifications can be made from the above without departing from the spirit and scope of the invention. For example,
도 25 및 도 2625 and 26
도 25 및 도 26을 참조하면, 도면부호 2500은 일반적으로 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 단일-모드 작동을 위해 본 발명의 특징들을 구현하는 평면 마이크로스트립 배열 안테나를 나타낸다. 안테나(2500)는 일반적으로 정사각형인 유전체 층(2512)을 포함한다. 층(2512)의 폭(2502) 및 길이(2503)는 같거나 같지않을 수 있으며, 후술하는 바와 같이 사용되는 패치들의 개수에 의해 결정되고, 바람직하게는 패치(2520)의 외측 에지들 너머로 적어도 0.50λε의 폭 및 길이(2502a)만큼 연장한다. 25 and 26,
유전체 층(2512)은 전도성 접지면(2516)이 접합되는 바닥면(2512a)과, 전도성 방사 패치(2520)들의 배열이 접지면(2516), 패치(2520)들, 스트립라인(2524)들 사이에서 유전체 층(2512) 내에서 공진 공동을 형성하기 위해 접합되는 윗면(2512b)을 형성한다. 패치(2520)들은 일반적으로 정사각형이고, 4개의 모서리(2520a)와 4개의 방사 에지(2520b)를 갖고, 각각의 에지는 약 0.50λε의 길이(2520c)를 갖는다. 도 25에서 봤을 때, 패치(2520)들은 하나의 모서리(2520a) 또는 2개의 대향하는 모서리(2520a)를 통해 실질적으로 평행한 수직 전도성 스트립라인(2524)의 배열에 전기적으로 상호연결되고, 이는 결국 실질적으로 평행한 수평 전도성 전송 라인(2526)을 통해 전기적으로 상호연결되고, 스트립라인(2524)과 전송 라인(2526)은 유전체 층(2512)에 접합된다. 패치(2520)들은 바람직하게는 약 1λε의 수직(도 25에서 봤을 때) 중심-대-중심 거리(2560)만큼 이격된다. 패치(2520)들은 바람직하게는 점선 외곽선으로 예시된 열(2528)로 대표적으로 예시된, 전송 라인(2526)의 위아래에서, 윗면(2512b) 상의 다수의 수직(도 25에서 봤을 때) 열로 배치된다. 각각의 스트립라인(2524)의 폭은 바람직하게는 약 50 내지 200 옴의 특성 임피던스를 가정하여 결정된다. 전송 라인(2526)은 바람직하게는 약 50옴의 입력 임피던스에 대해 약 100옴의 특성 임피던스를 갖게 구성되는 제 1 부분(2526a)을 포함하며, 적절한 방사를 보장하기 위해 SMA 프로브(2570)에 관해 후술하는 바와같이 공급 라인이 전송 라인(2526)의 중앙에 배치된다. 전송 라인(2526)은 스트립라인(2524)과의 접합부에서 최소로 반사되게 구성되는 2개의 제 2 부분(2526b)을 추가로 포함한다.
특정 주파수에서의 최적 성능을 위해, 패치(2520)들, 스트립라인(2524), 개구(2550), 중심-대-중심 간격(2560)의 치수들이 개별적으로 계산되어, 고계 정상파가 유전체 층(2512) 내에 형성되는 안테나 공동 내에 생성되고, 방사 에지(2520b)들로부터 방사되는 장들이 서로 구성적으로 간섭한다. 패치(2520)들의 개수는 전체 사이즈를 결정할 뿐만 아니라, 안테나(2500)의 지향성도 결정한다. 안테나(2500)의 부엽 레벨들은 방사 부재(2520)들 간의 장 분포에 의해 결정된다. 그러므로, 지향성과 부엽 레벨들과 같은 안테나 특성들은 각각의 패치(2520)의 위치 및 사이즈와 공급방식에 의해 제어된다. 고 지향성을 얻기 위해, 방사 부재(2520)들 간의 장 분포는 가능한 한 균일한 형태를 띈다. 패치(2520)들과 스트립라인(2524)들 부근의 유전체 층(2512)에는 전기장이 없는 지점들이 있다. 몇몇 예에서, 하나 이상의 단락 핀(미도시)들이 안테나(2500)에 배치되어 접지면, 패치들, 및/또는 스트립라인들을 함께 전기적으로 연결하여 원하지 않는 모드 여기들을 억제한다. 상술한 계산 및 분석은 예를 들어, 안소프트 코포레이션으로부터 입수가능한 소프트웨어 EnsembleTM에서 상술한 모멘트 방법과 예를 들어, 리와 시에에 의한 상술한 공동 모델과 같은 기술들을 사용하고, 그러므로, 본원에서 더 상세히 설명하지 않는다.For optimal performance at a particular frequency, the dimensions of the
종래의 SMA 프로브(2570; 도 26)가 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 단일-모드 작동을 위해 제공된다. 각각의 SMA 프로브(2570)는 EM 에너지를 안테나(2500)로부터 및/또는 안테나로 전달하기 위해, 안테나(2500)의 임피던스 매칭 및 안테나 개구 효율을 최적화하기 위해 전송 라인(2526)을 따라 중앙에 위치하고 전기적으로 연결된 내부 (또는 공급) 전도체(2574)와, 접지면(2516)에 전기적으로 연결된 외부 전도체(2572)를 포함한다. 프로브(2570)가 SMA 프로브인 것이 바람직하지만, 상술한 연결을 실시하기 위해 임의의 적절한 동축 프로브 및/또는 연결 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제(미도시)가 사용되어 각각의 내부 전도체(2574)와 각각의 전송 라인(2526) 간을 접합 및 접촉을 유지하는데 사용될 수 있고, SMA 프로브(2570)가 접지면(2516)을 관통하는 경우 연결부를 기밀적으로 밀봉하기 위해 적절한 밀봉(미도시)이 제공될 수 있다. 안테나(2500)에 연결되지 않은 SMA 프로브(2570)의 다른 단부는 케이블(미도시)을 통해 신호 생성기 또는 텔레비전 신호에 사용되는 위성 신호 복호기와 같은 수신기에 연결가능하다. A conventional SMA probe 2570 (FIG. 26) is provided for single-mode operation such as transmitting or receiving a beam. Each
작동시, 안테나(2500)는 선형 편파(LP) EM 빔을 송신 또는 수신하는데 사용될 수 있다. EM 빔의 전송에 있어, SMA 프로브(2570)로부터 전송 라인(2526)으로의 신호를 사용해 예시된 바와 같이, 입력 신호는 제 1 부분(2525a)을 통해 전송 라인(2525)을 따라 진행파로서 진행하여 2개의 분기부(2526b)로, 이후에, 스트립라인(2524)들에 EM 전력을 최소의 반사로 보낸다. EM 전력은 스트립라인(2524)들을 통해 패치(2520)들의 배열로 송신된다. 그 다음에, 패치(2520)들은 안테나(2500)의 개구(2550)들을 통한 적절한 방사를 위해 고계 정상파를 유도한다. In operation,
안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(2500)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 예를 들어, 안테나(2500)는 거주용 집에 배치 되어 예정된 주파수 대역 또는 채널 내의 텔레비전 신호를 반송하는 빔을 정지위성 또는 적도 위성으로부터 수신하게 향해질 수 있다. 안테나(2500)는 윗면이 빔의 방향에 일반적으로 직각이도록 빔의 출처를 향해 윗면(2512b)을 배향하여 이렇게 향해질 수 있다. 안테나(2500)의 부재들이 빔을 수신하기 위한 정확한 사이즈를 갖는다고 가정하면, 빔은 개구(2550)들을 통과하여 정상파를 유도하고 이는 유전체 층(2512)의 패치(2520)들의 배열의 공진 공동 내에서 공진한다. 유전체 층(2512) 내에 형성되는 공진 공동에 유도되는 정상파는 스트립라인(2524, 2526)들을 포함하는 전송 라인 네트워크를 통해 SMA 프로브(2570)로 EM 전력을 누설하고, 복호기(미도시)와 같은 수신기로 전달된다. 안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(2500)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(2500)의 작동은 본원에서 더 이상 설명하지 않는다.It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of the
본 발명이 많은 형태 및 실시예들을 취할 수 있음이 이해될 것이다. 도 25 및 도 26에 관해 설명된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다. 따라서, 몇 개의 변형예가 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 상술한 것으로부터 만들어질 수 있다. 예를 들어, 부가적인 패치(2520)들이 빔을 좁히기 위해 제공되거나, 또는 보다 적은 개수의 패치(2520)들이 본 발명의 안테나(2500)에 필요한 물리적 공간을 감소하기 위해 사용될 수 있다. It will be appreciated that the present invention may take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 25 and 26 are intended to illustrate but not limit the invention. Accordingly, several modifications can be made from the above without departing from the spirit and scope of the invention. For example,
도 27 및 도 2827 and 28
도 27 및 도 28을 참조하면, 도면부호 2700은 일반적으로 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 단일-모드 작동을 위해 본 발명의 특징들을 구현하는 평면 마이크로스트립 배열 안테나를 나타낸다. 안테나(2700)는 일반적으로 정사각형인 유전체 층(2712)을 포함한다. 층(2712)의 폭(2702) 및 길이(2703)는 같거나 같지 않을 수 있고, 후술하는 바와 같이 사용되는 패치들의 개수에 의해 결정되고, 바람직하게는 패치(2720)의 외측 에지들 너머로 적어도 0.50λε의 폭 및 길이(2702a)만큼 연장한다. Referring to Figures 27 and 28,
도 28을 참조하면, 유전체 층(2712)은 전도성 접지면(2716)이 접합되는 바닥면(2712a)과, 전도성 방사 패치(2720; 도 27)들의 배열이 접지면, 패치(2720)들, 스트립라인(2724)들 사이에서 유전체 층(2712) 내에서 공진 공동을 형성하기 위해 접합되는 윗면(2712b)을 형성한다. Referring to FIG. 28,
다시 도 27을 참조하면, 패치(2720)들은 일반적으로 정사각형이고, 4개의 모서리(2720a)와 4개의 방사 에지(2720b)를 갖고, 각각의 에지는 약 0.50λε의 길이(2720c)를 갖는다. 도 27에서 봤을 때, 패치(2720)들은 2, 3, 또는 4개의 모서리(2720a)를 통해 실질적으로 수평 및 수직인 전도성 스트립라인(2724)들의 배열에 전기적으로 상호연결되고, 이는 결국 실질적으로 수평인 전도성 전송 라인(2726)을 통해 전기적으로 상호연결된다. 스트립라인(2724)과 전송 라인(2726)은 유전체 층(2712)에 접합된다. 각각의 스트립라인(2724)의 폭은 바람직하게는 약 50 내지 200 옴의 특성 임피던스를 가정하여 결정된다. 전송 라인(2726)은 바람직하게는 약 50옴의 입력 임피던스에 대해 약 100옴의 특성 임피던스를 갖게 구성되는 제 1 부분(2726a)을 포함하며, 공급 라인(2774)은 적절한 방사를 보장하기 위해 SMA 프로브(2770)에 관해 후술하는 바와 전송 라인(2726)의 중앙에 배치된다. 전송 라인(2726)은 최소로 반사되도록 1/4-파장 변환기로서 구성되는 2개의 제 2 부분(2726b)을 추가로 포함한다. 그 다음에, 제 2 부분(2726b)으로부터의 신호는 또 다른 1/4-파장 변환기를 통해 진행하여, 수직 전송 라인(2724)을 지나는 전력이 서로 균등하게 분포된다. Referring again to FIG. 27,
특정 주파수에서의 최적 성능을 위해, 패치(2720)들, 스트립라인(2724), 개구(2750), 중심-대-중심 간격(2760)의 치수들이 개별적으로 계산되어, 고계 정상파가 유전체 층(2712) 내에 형성되는 안테나 공동 내에 생성되고, 방사 에지(2720b)들로부터 방사되는 장들이 서로 구성적으로 간섭한다. For optimal performance at a particular frequency, the dimensions of the
패치(2720)들의 개수는 전체 사이즈를 결정할 뿐만 아니라, 안테나(2700)의 지향성도 결정한다. 안테나(2700)의 부엽 레벨들은 방사 에지(2720b)들에서의 장 분포에 의해 결정된다. 그러므로, 지향성과 부엽 레벨들과 같은 안테나 특성들은 각각의 패치(2720)의 위치 및 사이즈와 공급방식에 의해 제어된다. 고 지향성을 얻기 위해, 방사 부재(2720)들 간의 장 분포는 가능한 한 균일한 형태를 띈다. 패치(2720)들과 스트립라인(2724)들 부근의 유전체 층(2712)에는 전기장이 없는 지점들이 있다. 몇몇 예에서, 하나 이상의 단락 핀(미도시)들이 안테나(2700)에 배치되어 접지면, 패치들, 및/또는 스트립라인들을 함께 전기적으로 연결하여 원하지 않는 모드 여기들을 억제한다. 상술한 계산 및 분석은 예를 들어, 안소프트 코포레이 션으로부터 입수가능한 소프트웨어 EnsembleTM에서 상술한 모멘트 방법과 예를 들어, 리와 시에에 의한 상술한 공동 모델과 같은 기술들을 사용하고, 그러므로, 본원에서 더 상세히 설명하지 않는다.The number of
종래의 SMA 프로브(2770; 도 28)가 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 단일-모드 작동을 위해 제공된다. 각각의 SMA 프로브(2770)는 EM 에너지를 안테나(2700)로부터 및/또는 안테나로 전달하기 위해, 적절한 방사를 위해 전송 라인(2726)을 따라 중앙에 위치하고 전기적으로 연결된 내부 (또는 공급) 전도체(2774)와, 접지면(2716)에 전기적으로 연결된 외부 전도체(2772)를 포함한다. 프로브(2770)가 SMA 프로브인 것이 바람직하지만, 상술한 연결을 실시하기 위해 임의의 적절한 동축 프로브 및/또는 연결 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제(미도시)가 사용되어 각각의 내부 전도체(2774)와 중앙 스트립라인(2726a) 간을 접합 및 접촉을 유지하는데 사용될 수 있고, SMA 프로브(2770)가 접지면(2716)을 관통하는 경우 연결부를 기밀적으로 밀봉하기 위해 적절한 밀봉(미도시)이 제공될 수 있다. 안테나(2700)에 연결되지 않은 SMA 프로브(2770)의 다른 단부는 케이블(미도시)을 통해 신호 생성기 또는 텔레비전 신호에 사용되는 위성 신호 복호기와 같은 수신기에 연결가능하다. A conventional SMA probe 2770 (FIG. 28) is provided for single-mode operation such as transmitting or receiving a beam. Each
작동시, 안테나(2700)는 선형 편파(LP) EM 빔을 송신 또는 수신하는데 사용될 수 있다. SMA 프로브(2770)로부터 전송 라인(2726)으로의 신호를 사용하여 예시된 EM 빔의 송신시, 들어오는 신호는 1/4-파장 변환기로서 거동하는 제 1 부 분(2726a)과 제 2 부분(2726b)을 통해, 그 다음 또 다른 1/4-파장 변환기들과 저항 분배기(power divider)를 통해 전송 라인(2726)을 따라 진행파로서 진행하여, 최종적으로 스트립라인(2724)들에 EM 전력을 최소의 반사로 및 수직 스트립라인(2724)들 간에 비교적 전력 분포가 균일하도록 보낸다. EM 전력은 스트립라인(2724)들을 통해 패치(2720)들의 배열로 송신된다. 그 다음에, 패치(2720)들은 안테나(2700)의 각각의 패치(2720)의 방사 에지(2720b)들을 통한 적절한 방사를 위해 고계 정상파를 유도한다. In operation,
안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(2700)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 예를 들어, 안테나(2700)는 거주용 집에 배치되어 예정된 주파수 대역 또는 채널 내의 텔레비전 신호를 반송하는 빔을 정지위성 또는 적도 위성으로부터 수신하게 향해질 수 있다. 안테나(2700)는 윗면이 빔의 방향에 일반적으로 직각이도록 빔의 출처를 향해 윗면(2712b)을 배향하여 이렇게 향해질 수 있다. 안테나(2700)의 부재들이 빔을 수신하기 위한 정확한 사이즈를 갖는다고 가정하면, 빔은 개구(2750)들을 통과하여 정상파를 유도하고 이는 유전체 층(2712)의 패치(2720)들의 배열의 공진 공동 내에서 공진한다. 유전체 층(2712) 내에 형성되는 공진 공동에 유도되는 정상파는 스트립라인(2724, 2726)들을 포함하는 전송 라인 네트워크를 통해 SMA 프로브(2770)로 EM 전력을 누설하고, 복호기(미도시)와 같은 수신기로 전달된다. 안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(2700)의 작동이 신호를 수신하 는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 안테나(2700)에 의한 신호의 송신은 본원에서 더 이상 설명하지 않는다.It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of the
본 발명이 많은 형태 및 실시예들을 취할 수 있음이 이해될 것이다. 도 27 및 도 28에 관해 설명된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다. 따라서, 몇 개의 변형예가 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 상술한 것으로부터 만들어질 수 있다. 예를 들어, 부가적인 패치(2720)들이 빔을 좁히기 위해 제공되거나, 또는 보다 적은 개수의 패치(2720)들이 본 발명의 안테나(2700)에 필요한 물리적 공간을 감소하기 위해 사용될 수 있다. It will be appreciated that the present invention may take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 27 and 28 are intended to illustrate, not limit, the invention. Accordingly, several modifications can be made from the above without departing from the spirit and scope of the invention. For example,
도 29 Figure 29 내지 도To 31 31
도 29a 및 도 29b(이하 "도 29")와 도 30을 참조하면, 도면부호 2900은 일반적으로 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 이중-모드 작동을 위해 본 발명의 특징들을 구현하는 평면 마이크로스트립 배열 안테나를 나타낸다. 안테나(2900)는 일반적으로 정사각형인 유전체 층(2912)을 포함한다. 층(2912)의 폭(2902) 및 길이(2903)는 같거나 같지 않을 수 있고, 후술하는 바와 같이 사용되는 패치들의 개수에 의해 결정되고, 바람직하게는 패치(2920)의 외측 에지들 너머로 적어도 0.50λε의 폭 및 길이(2902a)만큼 연장한다. 29A and 29B (hereinafter "FIG. 29") and FIG. 30,
도 30을 참조하면, 유전체 층(2912)은 전도성 접지면(2916)이 접합되는 바닥면(2912a)과, 전도성 방사 패치(2920; 도 29)들의 배열이 접지면(2916), 패 치(2920)들, 스트립라인(2924)들 사이에서 유전체 층(2912) 내에서 공진 공동을 형성하기 위해 접합되는 윗면(2912b)을 형성한다. Referring to FIG. 30, the
다시 도 29를 참조하면, 패치(2920)들은 일반적으로 정사각형이고, 4개의 모서리(2920a)와 4개의 방사 에지(2920b)를 갖고, 각각의 에지는 약 0.50λε의 길이(2920c)를 갖는다. 도 29에서 봤을 때, 패치(2920)들은 2, 3, 또는 4개의 모서리(2920a)를 통해 실질적으로 수평 및 수직인 전도성 스트립라인(2924)들의 배열에 전기적으로 상호연결되고, 이는 유전체 층(2912)에 접합된다. 스트립라인(2924)들은 결국 실질적으로 수평인 전도성 전송 라인(2926)과 실질적으로 수직인 전도성 전송 라인(2928)을 통해 전기적으로 상호연결된다. 전송 라인(2926, 2928)들은 유전체 층(2912)에 접합되고, 전송 라인(2926, 2928)들의 교차점이 도 29에 점선 외곽선으로 표기되어 있고, 도 30에 관해 하기에 상술한다. 각각의 스트립라인(2924)의 폭은 바람직하게는 약 50 내지 200 옴의 특성 임피던스를 가정하여 결정된다. 전송 라인(2926, 2928)은 바람직하게는 약 50옴의 입력 임피던스에 대해 약 100옴의 특성 임피던스를 갖게 각각 구성되는 제 1 부분(2926a, 2928a)을 포함하며, 적절한 방사를 보장하기 위해 SMA 프로브(2970)에 관해 후술하는 바와 같이 공급 라인(2974)이 각각의 전송 라인(2926, 2928) 상에 배치된다. 각각의 전송 라인(2926, 2928)은 바람직하게는 최소로 반사되도록 1/4-파장 변환기로서 구성되는 2개의 제 2 부분(2926b, 2928b)을 추가로 포함한다. Referring again to FIG. 29,
도 30은 전기적 접촉없이 점선 외곽선(2927)에서 전송 라인(2926, 2928)들이 교차할 수 있는 양호한 일 구성을 예시한다. 따라서, 도 30에서 봤을 때, 전송 라인(2928)은 전송 라인(2926) 아래를 통과하게 하는 2개의 바이어스(2928c; vias)를 포함하는 브리지(bridge)를 포함하며, 2개의 바이어스(2928c)는 접지면(2916)과 전기적으로 접촉하지 않고 접지면(2916)의 구멍들을 통과하고, 이는 결국 유전체(2913)를 통해 접지면(2916)으로부터 전기적으로 절연된 마이크로스트립(2928d; 도 31)에 의해 전기적으로 연결된다. 다른 실시예에서, 도 31 및 도 32에 관해 후술하는 지향성 커플러를 사용하여 전송 라인(2926, 2928)들의 비-전도성 교차가 이루어질 수 있다. 30 illustrates one preferred configuration in which
특정 주파수에서의 최적 성능을 위해, 패치(2920)들, 전송 라인(2924, 2926), 개구(2950), 중심-대-중심 간격(2960)의 치수들이 개별적으로 계산되어 고계 정상파가 유전체 층(2912) 내에 형성되는 안테나 공동 내에 생성되고, 방사 에지(2920b)들로부터 방사되는 장들이 서로 구성적으로 간섭한다. For optimal performance at a particular frequency, the dimensions of the
패치(2920)들의 개수는 전체 사이즈를 결정할 뿐만 아니라, 안테나(2900)의 지향성도 결정한다. 안테나(2900)의 부엽 레벨들은 방사 에지(2920b)들 간의 장 분포에 의해 결정된다. 그러므로, 지향성과 부엽 레벨들과 같은 안테나 특성들은 각각의 패치(2920)의 위치 및 사이즈와 공급방식에 의해 제어된다. 고 지향성을 얻기 위해, 방사 부재(2920)들 간의 장 분포는 가능한 한 균일한 형태를 띈다. 패치(2920)들과 스트립라인(2924)들 부근의 유전체 층(2912)에는 전기장이 없는 지점들이 있다. 몇몇 예에서, 하나 이상의 단락 핀(미도시)들이 안테나(2900)에 배치되어 접지면, 패치들, 및/또는 스트립라인들을 함께 전기적으로 연결하여 원하지 않 는 모드 여기들을 억제한다. 상술한 계산 및 분석은 예를 들어, 안소프트 코포레이션으로부터 입수가능한 소프트웨어 EnsembleTM에서 상술한 모멘트 방법과 예를 들어, 리와 시에에 의한 상술한 공동 모델과 같은 기술들을 사용하고, 그러므로, 본원에서 더 상세히 설명하지 않는다.The number of
2개의 종래의 SMA 프로브(2970; 도 30)가 빔을 송신 및 수신하는 것과 같은 이중-모드 작동을 위해 제공된다. 각각의 SMA 프로브(2970)는 EM 에너지를 안테나(2900)로부터 및/또는 안테나로 전달하기 위해, 안테나(2900)의 임피던스 매칭을 최적화하기 위해 전송 라인(2926, 2928)을 따라 배치되고 전기적으로 연결된 내부 (또는 공급) 전도체(2974)와, 접지면(2916)에 전기적으로 연결된 외부 전도체(2972)를 포함한다. 바람직하게는, 공급 라인(2974)들은 점선 외곽선(2927: 도 29) 내에 나타난 바와 같이, 전송 라인(2926, 2928)들이 교차하는 곳으로부터 벗어난 λε의 배수(multiple) 더하기 약 1/4파장의 거리(2975)만큼 이격된다. 프로브(2970)가 SMA 프로브인 것이 바람직하지만, 상술한 연결을 실시하기 위해 임의의 적절한 동축 프로브 및/또는 연결 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제(미도시)가 사용되어 각각의 공급 라인(2974)과 중앙 스트립라인(2926a) 간을 접합 및 접촉을 유지하는데 사용될 수 있고, SMA 프로브(2970)가 접지면(2916)을 관통하는 경우 연결부를 기밀적으로 밀봉하기 위해 적절한 밀봉(미도시)이 제공될 수 있다. 안테나(2900)에 연결되지 않은 SMA 프로브(2970)의 다른 단부는 케이블(미도시)을 통해 신호 생성기 또는 텔레비전 신호에 사용되는 위성 신호 복호기와 같은 수신기에 연결가능하다. Two conventional SMA probes 2970 (FIG. 30) are provided for dual-mode operation such as transmitting and receiving beams. Each
작동시, 안테나(2900)는 선형 편파(LP) EM 빔을 송신 또는 수신하는데 사용될 수 있다. SMA 프로브(2970)로부터 전송 라인(2926, 2928)으로의 신호를 사용하여 예시된, EM 빔의 송신시, 들어오는 신호는 제 1 부분(2926a, 2928a)들을 각각 통해 전송 라인(2926, 2928)을 따라 진행파로서 진행하여, EM 전력을 두 개의 분기부(2926b, 2928b)에, 그리고 그 이후 스트립라인(2924)으로 최소의 반사로 보낸다. EM 전력은 스트립라인(2924)들을 통해 패치(2920)들의 배열로 송신된다. 그 다음에, 패치(2920)들과 스트립라인(2924)들의 일부분들은 안테나(2900)의 개구(2950)들을 통해 적절한 방사를 위해 고계 정상파를 유도한다. In operation,
안테나(2900)에서, 수직 모드 여기는 2개의 입력 신호들 간의 누화가 최소화되도록 수평 모드에 대해 직각이 된다. 달리 말해, 2개의 직각 수직 및 수평 모드들이 독립적으로 여기될 수 있다. In
안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(2900)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 예를 들어, 안테나(2900)는 거주용 집에 배치되어 예정된 주파수 대역 또는 채널 내의 텔레비전 신호를 반송하는 빔을 정지위성 또는 적도 위성으로부터 수신하게 향해질 수 있다. 안테나(2900)는 윗면이 빔의 방향에 일반적으로 직각이도록 빔의 출처를 향해 윗면(2912b)을 배향하여 이렇게 향해질 수 있다. 안테나(2900)의 부재들이 빔을 수신하기 위한 정확한 사이즈를 갖는다고 가정하면, 빔은 개구(2950)들을 통과하여 정상파를 유도하고 이는 접지 면(219)과 스트립라인(2924)들과 패치(2920)들의 배열 사이에서 유전체 층(2912) 내의 공진 공동 내에서 공진한다. 유전체 층(2912) 내에 형성되는 공진 공동에 유도되는 정상파는 스트립라인(2924, 2926)들을 포함하는 전송 라인 네트워크를 통해 SMA 프로브(2970)로 EM 전력을 누설하고, 복호기(미도시)와 같은 수신기로 전달된다. 안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(2900)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 안테나(2900)에 의한 신호의 송신은 본원에서 더 이상 설명하지 않는다.It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of
본 발명이 많은 형태 및 실시예들을 취할 수 있음이 이해될 것이다. 도 29 및 도 30에 관해 설명된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다. 따라서, 몇 개의 변형예가 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 상술한 것으로부터 만들어질 수 있다. 예를 들어, 부가적인 패치(2920)들이 빔을 좁히기 위해 제공되거나, 또는 보다 적은 개수의 패치(2920)들이 본 발명의 안테나(2900)에 필요한 물리적 공간을 감소하기 위해 사용될 수 있다. 공급 영역 부근을 적절히 수정하여, 2개의 직각 원편파(CP)를 갖는 이중-모드 작동이 달성될 수 있다.It will be appreciated that the present invention may take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 29 and 30 are intended to illustrate but not limit the invention. Accordingly, several modifications can be made from the above without departing from the spirit and scope of the invention. For example,
도 32 및 도 3332 and 33
도 32 및 도 33을 참조하면, 도면부호 3200은 일반적으로 빔을 송신 또는 수신하는 것과 같은 이중-모드 작동을 위해 본 발명의 특징들을 구현하는 평면 마이 크로스트립 배열 안테나를 나타낸다. 안테나(3200)는 일반적으로 정사각형인 유전체 층(3212)을 포함한다. 층(3212)의 폭(3202) 및 길이(3203; 도 32)는 같거나 상이할 수 있고, 후술하는 바와 같이 사용되는 패치들의 개수에 의해 결정되고, 바람직하게는 패치(3220)의 외측 에지들 너머로 적어도 0.50λε의 폭 및 길이(3202a)만큼 연장한다. 32 and 33,
도 33을 참조하면, 유전체 층(3212)은 전도성 접지면(3216)이 접합되는 바닥면(3212a)과, 전도성 방사 패치(3220)들의 배열이 접지면(3216), 패치(3220)들, 스트립라인(3224, 3226)들 사이에서 유전체 층(3212) 내에서 공진 공동을 형성하기 위해 접합되는 윗면(3212b)을 형성한다. 도 32를 참조하면, 패치(3220)들은 일반적으로 정사각형이고, 4개의 모서리(3220a)와 4개의 방사 에지(3220b)를 갖고, 각각의 에지는 약 0.5λε의 길이(3220c)를 갖는다. 도 32에서 봤을 때, 패치(3220)들은 모서리(3220a)들을 통해 실질적으로 수평인 전도성 스트립라인(3224)들 및 수직인 전도성 스트립라인(3226)들의 배열에 전기적으로 상호연결된다. 스트립라인(3224, 3226)들은 SMA 프로브(3270)에 관해 상술되는 프로브와 EM 에너지를 주고받도록, 각각의 전송 라인(3224a, 3224b, 3226a, 3226b)들을 통해 도 34에 관해 하기에 상술되는 지향성 커플러(3400)에 전기적으로 상호연결된다. 스트립라인(3224, 3226), 송신 라인(3224a, 3224b, 3226a, 6226b)들은 유전체 층(3212)에 접합된다. 패치(3220)들은 바람직하게는 약 1λε의 중심-대-중심 거리(3260)만큼 이격된다. 패치(3220)들은 바람직하게는 4개의 하위-배열(sub-array)로 배치되고, 각각의 하위- 배열 내에서 서로 오프셋된 행(3228) 및 열(3229)들을 갖는 하위-배열(3222)에 의해 점선 외곽선으로 대표적으로 예시된, 윗면(3212b) 상의 다수의 행 및 열로 배치된다. 각각의 스트립라인(3224, 3226)의 폭은 바람직하게는 약 50 내지 200 옴의 특성 임피던스를 가정하여 결정된다. 전송 라인(3224a, 3226a)들은 바람직하게는 약 50옴의 입력 임피던스에 대해 약 100옴의 특성 임피던스를 갖게 구성되며, 공급 라인은 최적의 이득이 나오도록 각각의 스트립라인과 패치에 대해 적절한 위상(phase)을 보장하도록 SMA 프로브(3270)에 관해 후술하는 바와 같이 각각의 스트립라인(3224, 3226) 상에 배치된다. 전송 라인(3224b, 3226b)은 바람직하게는 최소로 반사되도록 직렬의 2개의 1/4-파장 변환기로서 구성된다. Referring to FIG. 33, the
특정 주파수에서의 최적 성능을 위해, 패치(3220)들, 스트립라인(3224, 3226), 개구(3250), 중심-대-중심 간격(3260), 커플러(3100)의 치수들이 개별적으로 계산되어, 고계 정상파가 유전체 층(3212) 내에 형성되는 안테나 공동 내에 생성되고, 방사 에지(3220b)들로부터 방사되는 장들이 서로 구성적으로 간섭한다. For optimal performance at a particular frequency, the dimensions of the
패치(3220)들의 개수는 전체 사이즈를 결정할 뿐만 아니라, 안테나(3200)의 지향성도 결정한다. 안테나(3200)의 부엽 레벨들은 방사 부재(3220b)들 간의 장 분포에 의해 결정된다. 그러므로, 지향성과 부엽 레벨들과 같은 안테나 특성들은 각각의 패치(3220)의 위치 및 사이즈와 공급방식에 의해 제어된다. 고 지향성을 얻기 위해, 방사 부재(3220)들 간의 장 분포는 가능한 한 균일한 형태를 띈다. 스트립라인(3224, 3226)들과 패치(3220)들 내의 유전체 층(3212)에는 전기장이 없는 지점들이 있다. 몇몇 예에서, 하나 이상의 단락 핀(미도시)들이 안테나(3200)에 배치되어 접지면, 패치들, 및/또는 스트립라인들을 함께 전기적으로 연결하여 원하지 않는 모드 여기들을 억제한다. 상술한 계산 및 분석은 예를 들어, 안소프트 코포레이션으로부터 입수가능한 소프트웨어 EnsembleTM에서 상술한 모멘트 방법과 예를 들어, 리와 시에에 의한 상술한 공동 모델과 같은 기술들을 사용하고, 그러므로, 본원에서 더 상세히 설명하지 않는다.The number of
2개의 종래의 SMA 프로브(3270; 도 33에는 이들 중 하나만 도시됨)가 빔을 송신 및 수신하는 것과 같은 이중-모드 작동을 위해 제공된다. 각각의 SMA 프로브(3270)는 EM 에너지를 안테나(3200)로부터 및/또는 안테나로 전달하기 위해, 각각의 스트립라인과 패치에 대해 적절한 위상을 보장해 최적 이득값이 얻어지도록 각각의 전송 라인(3224a, 3226a)을 따라 배치되고 전기적으로 연결된 내부 (또는 공급) 전도체(3274)와, 접지면(3216)에 전기적으로 연결된 외부 전도체(3272)를 포함한다. 프로브(3270)가 SMA 프로브인 것이 바람직하지만, 상술한 연결을 실시하기 위해 임의의 적절한 동축 프로브 및/또는 연결 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 접착제(미도시)가 사용되어 내부 전도체(3274)와 전송 라인(3224a) 간을 접합 및 접촉을 유지하는데 사용될 수 있고, SMA 프로브(3270)가 접지면(3216)을 관통하는 경우 연결부를 기밀적으로 밀봉하기 위해 적절한 밀봉(미도시)이 제공될 수 있다. 안테나(3200)에 연결되지 않은 SMA 프로브(3270)의 다른 단부는 케이블(미도시)을 통해 신호 생성기 또는 텔레비전 신호에 사용되는 위성 신호 복호기와 같은 수신기에 연결가능하다. Two conventional SMA probes 3270 (only one of which is shown in FIG. 33) are provided for dual-mode operation such as transmitting and receiving beams. Each
작동시, 안테나(3200)는 선형 편파(LP) EM 빔을 송신 및 수신하는데 사용될 수 있다. 공급 라인을 구비한 SMA 프로브(3270)로부터 전송 라인(3224a)으로의 신호를 사용하여 예시된, EM 빔의 송신시, 들어오는 신호는 연결기(3400)를 통해 전송 라인(3224a)을 따라 반대쪽 전송 라인(3224a)으로 진행파로서 진행한다. 전송 라인(3224a)은 신호의 EM 전력을 두 개의 분기부(3224b)들로, 그 이후 각각의 분기 전송 라인(3224b)의 스트립라인(3224)으로 최소의 반사로 보낸다. EM 전력은 스트립라인(3224)들을 통해 패치(3220)들의 배열로 송신된다. 그 다음에, 패치(3220)들과 스트립라인(3224)들의 일부분들은 안테나(3200)의 개구(3250)들을 통해 적절한 방사를 위해 고계 정상파를 유도한다. In operation,
공급 라인을 구비한 SMA 프로브(3270)로부터 전송 라인(3226a)으로의 신호를 사용하여 예시된, EM 빔의 송신시, 들어오는 신호는 연결기(3400)를 통해 전송 라인(3226a)을 따라 반대쪽 전송 라인(3226a)으로 진행파로서 진행한다. 전송 라인(3226a)은 신호의 EM 전력을 두 개의 분기부 전송 라인(3226b)들로, 그 이후 각각의 분기 전송 라인(3226b)의 스트립라인(3226)으로 최소의 반사로 보낸다. EM 전력은 스트립라인(3226)들을 통해 패치(3220)들의 배열로 송신된다. 그 다음에, 패치(3220)들은 안테나(3200)의 개구(3250)들을 통해 적절한 방사를 위해 고계 정상파를 유도한다. Upon transmission of the EM beam, illustrated using a signal from the
안테나(3200)에서, 수직 모드 여기는 2개의 입력 신호들 간의 누화가 최소화되도록 수평 모드에 대해 직각이 된다. 달리 말해, 2개의 직각 수직 및 수평 모드들이 독립적으로 여기될 수 있다. In
안테나가 신호들을 상호간에 송신 및 수신함은 공지되어 있다. 그러므로, 신호를 송신하는 안테나(3200)의 작동이 신호를 수신하는 안테나의 작동과 상호간에 동일함이 이해될 것이다. 그러므로, 예를 들어, 안테나(3200)는 거주용 집에 배치되어 예정된 주파수 대역 또는 채널 내의 텔레비전 신호를 반송하는 빔을 정지위성 또는 적도 위성으로부터 수신하게 향해질 수 있다. 안테나(3200)는 윗면이 빔의 방향에 일반적으로 직각이도록 빔의 출처를 향해 윗면(3212b)을 배향하여 이렇게 향해질 수 있다. 안테나(3200)의 부재들이 빔을 수신하기 위한 정확한 사이즈를 갖는다고 가정하면, 빔은 개구(3250)들을 통과하고, 유전체 층(3212) 내에서 공진하는 정상파를 유도한다. 유전체 층(3212) 내에 형성되는 공진 공동에 유도되는 정상파는 스트립라인(3224, 3226)들과 커플러(3400)를 통해 적절한 SMA 프로브(3270)로 전자기적 전력을 누설하고, 복호기(미도시)와 같은 수신기로 전달된다. It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of the
본 발명이 많은 형태 및 실시예들을 취할 수 있음이 이해될 것이다. 도 32 및 도 33에 관해 설명된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 예시하기 위한 것이다. 따라서, 몇 개의 변형예가 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 상술한 것으로부터 만들어질 수 있다. 예를 들어, 부가적인 패치(3220)들이 빔을 좁히기 위해 제공되거나, 또는 보다 적은 개수의 패치(3220)들이 본 발명의 안테나(3200)에 필요한 물리적 공간을 감소하기 위해 사용될 수 있다. 공급 영역 부근을 적절히 수정하여, 2개의 직각 원편파(CP)를 갖는 이중-모드 작동이 달성될 수 있다. It will be appreciated that the present invention may take many forms and embodiments. The embodiments described with respect to FIGS. 32 and 33 are intended to illustrate but not limit the invention. Accordingly, several modifications can be made from the above without departing from the spirit and scope of the invention. For example,
도 34 및 도 3534 and 35
도 34를 참조하면, 도면부호 3400은 EM 에너지가 간섭없이 2개의 출처로/출처로부터 2개의 목적지로/목적지로부터 통신될 수 있도록, 2개의 EM 에너지원을 2개의 EM 에너지 목적지로 커플링하기 위해 본 발명의 특징들을 구현하는 평면 마이크로스트립 지향성 커플러를 나타낸다. 도 32 내지 도 33에 대해 상술한 바와 같이, 커플러(3400)는 바람직하게는 안테나(2900)와 안테나(3200)와 같은 마이크로스트립 안테나에 통합된다. 그러나, 커플러(3400)는 도 34에 도시된 바와 같이 독립형 커플러로서도 기능할 수 있고, 단순성을 위해 본원에서는 그렇게 설명되었다. 따라서, 커플러(3400)는 일반적으로 정사각형인, 유전체 층(3412)을 포함한다. 유전체 층(3412)은 같거나 또는 같지 않을 수 있는 폭(3402)과 길이(3403)를 갖는다.Referring to FIG. 34,
도 35를 참조하면, 유전체 층(3412)은 전도성 접지면(3416)이 선택적으로 접합될 수 있는 바닥면(3412a)과, 전도성 스트립라인들의 배열이 지향성 커플러를 형성하도록 접합되는 윗면(3412b)을 형성한다. 스트립라인들은 이들 사이에서 EM 에너지가 전달되는 제 1 스트립라인(3420, 3422)들과 그 사이에서 EM 에너지가 전달되는 제 2 스트립라인(3424, 3426)을 포함한다. 각각의 스트립라인(4124)의 폭은 바람직하게는 약 50 내지 200 옴의 특성 임피던스 Z0을 가정하여 결정된다. Referring to FIG. 35,
스트립라인(3420, 3422, 3424, 3426)들은 도 34에서 봤을 때 2개의 단부 부분(3432), 상부 및 하부 부분(3434), 중간-섹션 부분(3436)을 갖는 실질적으로 정사각형인 브리지(3430)에 연결된다. 바람직하게는, 각각의 단부 부분(3432)의 폭은 바람직하게는 약 50 내지 200 옴의 특성 임피던스 Z0을 가정하여 결정되고, 각각의 단부 부분(3432)의 길이(3432a)는 약 0.25λε이다. 바람직하게는, 각각의 상부 및 하부 부분(3434)의 폭은 약 35 내지 141 옴의 특성 임피던스 Z0/√2를 가정하여 결정되며, 각각의 상부 및 하부 부분(3434)의 절반의 길이(3434a)는 약 0.25λε이다. 각각의 상부 및 하부 부분(3434)은 상부 및 하부 부분들에 대해 약 45°의 각도에서 모떼기(chamfer)된 단부(3434b)를 추가로 특징으로 한다. 바람직하게는 중간-섹션 부분(3436)의 폭은 약 25 내지 100옴의 특성 임피던스 Z0/2를 가정하여 결정된다.
작동시, 커플러(3400)가 도 29의 안테나 배열과 연계하여 사용될 때, 도 29에 예시된 라인(2928a)과 같은 라인이 각각의 제 1 스트립라인(3420, 3422)과 연결되고, 도 29에 예시된 라인(2926a)과 같은 라인이 각각의 제 2 스트립라인(3424, 3426)에 연결된다. 스트립라인 3424 및 3426에 대해 실질적으로 무시할만한 손실로, 스트립라인(2928a) 상의 에너지가 스트립라인 3420으로부터 스트립라인 3422로 [또는 스트립라인 3422로부터 스트립라인 3420으로] 전달된다. 유사하게, 스트립라인 3420 및 3422에 대해 실질적으로 무시할만한 손실로 스트립라인(2926a) 상의 에너지는 스트립라인 3424로부터 스트립라인 3426으로 [또는 스트립라인 (3426으로부터 스트립라인 3424 로] 전달된다. In operation, when
유전체 층들의 유전 상수가 일정 주파수에서와 같이 원하는 주파수에서도 실 질적으로 같다고 가정하면, 일정 주파수에서의 작동을 위해 구성된 상술한 안테나들 중의 모두가 일정 주파수에 대한 원하는 주파수의 비(ratio)의 정비례로 안테나의 각각의 치수를 일반적으로 축척을 정하여 안테나의 효율과 방사 패턴과 같은 특성들을 크게 변화시키지 않고 실질적으로 임의의 다른 원하는 주파수에서 작동을 위해 재구성될 수 있음도 이해될 것이다. Assuming that the dielectric constants of the dielectric layers are substantially equal at the desired frequency, such as at a given frequency, all of the above-described antennas configured for operation at a given frequency are directly proportional to the ratio of the desired frequency to the desired frequency. It will also be appreciated that each dimension of the antenna can be generally scaled and reconfigured for operation at substantially any other desired frequency without significantly changing characteristics such as the antenna's efficiency and radiation pattern.
비록 본 발명의 실시예들이 도시 및 설명되었지만, 상술한 내용에서 광범위한 수정, 변화, 및 대체가 고려될 수 있고, 본 발명의 몇몇 특징은 다른 특징을 대응하여 사용하지 않고 사용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 광의로 본 발명의 범위와 일치하는 방식으로 해석되는 것이 적절하며, 괄호안에 제공되는 도면부호들은 예시의 편의성과 효율을 위해 예로서 제공된 것이고 어떠한 방식으로도 어떠한 청구항도 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. Although embodiments of the invention have been shown and described, a wide variety of modifications, variations, and substitutions may be considered in the above teachings, and some features of the invention may be used without correspondingly using other features. Accordingly, the appended claims are to be interpreted broadly in a manner consistent with the scope of the present invention, wherein reference numerals provided in parentheses are provided as examples for convenience and efficiency of illustration and in no way limit any claim. Should not be construed as
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- 2004-04-19 KR KR1020067024003A patent/KR20070072830A/en not_active Application Discontinuation
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