KR20070072830A - Microstrip array antenna - Google Patents

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KR20070072830A
KR20070072830A KR1020067024003A KR20067024003A KR20070072830A KR 20070072830 A KR20070072830 A KR 20070072830A KR 1020067024003 A KR1020067024003 A KR 1020067024003A KR 20067024003 A KR20067024003 A KR 20067024003A KR 20070072830 A KR20070072830 A KR 20070072830A
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춘 새 리
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서던 메소디스트 유니버시티
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Abstract

A microstrip antenna has a single dielectric layer with a conductive ground plane disposed on one side, and an array of spaced apart radiating patches disposed on the other side of the dielectric layer. The radiating patches are interconnected with a feed terminal via stripline elements. Responsive to electromagnetic energy, a high-order standing wave is induced in the antenna and a directed beam is transmitted from and/or received into the antenna. A dual-mode embodiment is configured such that standing wave nodes occur at the intersection of orthogonally situated striplines to minimize cross- polarization levels of the signals and the cross-talk between the two modes of operation.

Description

마이크로스트립 배열 안테나{MICROSTRIP ARRAY ANTENNA}Microstrip Array Antenna {MICROSTRIP ARRAY ANTENNA}

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 line 12 of FIG.

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 line 15 of FIG.

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, reference numeral 100 generally denotes a planar microstrip array antenna implementing the features of the present invention for transmitting and receiving beams. Antenna 100 preferably includes a dielectric layer 112 that is generally square. The width 102 and length 102 of the layer 112 are determined by the spacing and number of patches used as described below, and preferably a width of at least 0.50λ ε beyond the outer edges of the patches 120. And length 102a.

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 dielectric layer 112 has a bottom surface 112a to which the conductive ground plane 116 is bonded, an arrangement of the central radiation patch 122 and the conductive radiation patch 120. Top surfaces 112b are joined between the 120, 122, striplines 124, and ground plane 116 to form a radial cavity in the dielectric 112. Referring back to FIG. 1, the patches 120, 122 generally have four corners 120a and four radiating edges 120b, respectively, with each edge preferably having a length 120c of about 0.50λ ε . It is a square shape having. Patches 120 and 122 are electrically interconnected to an array of conductive striplines 124 that are substantially parallel through one edge 120a or two diagonally opposite edges 120a. Four tuning stubs 126 extend perpendicularly from the two striplines 124. The patches 120, 122 are preferably spaced by a center-to-center distance 160 of about 1.0λ ε . The patches 120, 122 are preferably illustrated in FIG. 1 as a square arrangement with five rows and columns of patches 120, 122 for a total of 25 patches 120, 122 constituting the antenna 100. Preferably in an array of squares on top 112b having the same number of columns and rows of patches 120,122. The width 184 of each stripline 124 and the width and length of each stub 126 are preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. A shortening pin 178 is preferably disposed on the antenna 100 to electrically connect the ground plane 116 to the central patch 122 to suppress unwanted mode excitation. In order to further suppress unwanted mode excitation, additional shorting pins (not shown) connecting ground plane 116 to patches 120 may also be disposed in antenna 100. Alternatively, in some examples, it may be desirable to omit one or all shorting pins 178 from the antenna 100.

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 patches 120, 122, striplines 124, stubs 126, openings 150, and center-to-center spacing 160 for optimal performance at a particular frequency Are calculated separately so that high standing waves are generated in the antenna cavity formed in the dielectric 122, and the fields radiated from the radiating edges 120b constitutively interfere with each other to achieve desired antenna characteristics such as high directivity. Serve The number of patches 120, 122 not only determines the total size, but also the directivity of the antenna 100. Therefore, antenna characteristics, such as directivity and side lobe levels, are controlled by the size and location of each patch 120, 122 and the feeding scheme. In order to obtain high directivity, the field distribution between the radiating members is as uniform as possible. The calculations and analyzes described above use techniques such as, for example, the co-model method and the moment method discussed by Lee and Shi, and therefore are not discussed in more detail herein.

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) probe 170 is provided for transmitting or receiving a beam. To transfer EM energy from and / or to the antenna 100, each SMA probe 170 is connected to an outer conductor 172 electrically connected to a ground plane 116 and to a central patch 122. An inner conductor 174. The probe 170 is disposed along the diagonal of the patch 122 near the stripline 124 to optimize the impedance matching of the antenna 100. Although the probe 170 is preferably an SMA probe, any suitable coaxial probe and / or connection device may be used to make the connections described above. For example, a conductive adhesive (not shown) can be used to bond and maintain contact between the inner conductor 174 and the central patch 122, and the connection when the SMA probe 170 penetrates the ground plane 116. Appropriate seals (not shown) may be provided to seal the airtight seal. The other end of the SMA probe 170, which is not connected to the antenna 100, may be connected via a cable (not shown) to a signal generator or to a receiver such as a satellite signal decoder used for television signals.

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, antenna 100 may be used to transmit and receive linearly polarized wave (LP) EM beams. To illustrate how the antenna 100 can be used to receive a beam, the antenna 100 is placed in a residential area and receives a beam from a stationary or equatorial satellite that carries a television signal within a predetermined frequency band or channel. Can be oriented to The antenna 100 is so oriented by orienting the top surface 112b toward the source of the beam so that it is generally perpendicular to the direction of the beam. Assuming the members of the antenna 100 have the correct size to receive the beam, the beam passes through the openings 150 and induces standing waves, which resonate within the dielectric layer 112. The standing wave induced in the resonant cavity formed by the dielectric layer 112 communicates through the SMA probe 170 to a receiver such as a decoder (not shown). It is known that antennas transmit and receive signals reciprocally. Therefore, it can be seen that the operation of the antenna 100 for transmitting the signal is the same as the operation of the antenna for receiving the signal. Therefore, the transmission of the signal by the antenna 100 is not described further herein.

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, additional patches 120 may be provided to narrow the beam, or fewer patches 120 may be used to reduce the physical space needed for the antenna 100 of the present invention. 1 and 2 may be configured in a triangular structure used in a communication cell (telecom cell). The stubs 126 may be reconfigured to form other embodiments, one of which is illustrated and discussed in more detail below with respect to FIG. 3.

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 single mode antenna 300 according to another embodiment of the present invention. Since the antenna 300 includes many of the same members as the members of the antenna 100, these members are denoted by the same reference numerals and will not be described in further detail. According to the embodiment of FIG. 3, in contrast to the embodiment of FIG. 1, four stubs 126 are replaced by two stubs 326 along a line extending diagonally across the central patch 122. Extend outward. Otherwise, the operation of the antenna 300 illustrated in FIG. 3 is substantially similar to the operation of the antenna 100 illustrated in FIG. 1.

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, reference numeral 400 generally denotes a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for dual-mode operation, such as transmitting and receiving EM beams. Antenna 400 preferably comprises a generally square dielectric layer 412. The width 402 and the length 402 of the layer 412 are determined by the number of patches used below, preferably the width and length 402a of at least 0.50λ ε over the outer edges of the patches 420. Extend by.

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, dielectric layer 412 has a bottom surface 412a to which conductive ground surface 416 is bonded, patches 420 and 422, stripline 424 and ground surface 416. An upper surface 412b to which the arrangement of the central radiation patch 422 and the conductive radiation patch 420 are joined is formed to form a resonant cavity in the dielectric layer 412. Referring back to FIG. 4, patches 420 and 422 are generally square, each having four corners 420a and four radiating edges 420b, each having a length 420c of about 0.50λ ε . As seen in FIG. 4, the patches 420, 422 are horizontally conductive stripline (substantially parallel to the arrangement of the substantially parallel vertical conductive stripline 426 bonded to the dielectric layer 412 through the edges 420a. 424 is electrically interconnected. Four tuning stubs 428 extend diagonally outward from the horizontal stripline 424 and the vertical stripline 426 and from the edges 420a of the central patch 422, and are also bonded to the dielectric layer 412. The patches 420 and 422 are preferably spaced by a center-to-center distance slightly less than 1.0λ ε . The patches 420, 422 are the same, illustrated in FIG. 4 as a square arrangement with five rows and five columns of patches 420, 422 for a total of 25 patches 420, 422 constituting the antenna 400. It is arranged in a square arrangement on the top surface 412b with patches 420 and 422 of an odd number of columns and rows (spring at 45 ° angle to the horizontal line in FIG. 4). The width 484 of each stripline 424, 426 (FIG. 4) and the width of each stub 428 are preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50 to 200 ohms. Shorting pin 478 is preferably disposed on antenna 400 to electrically connect ground plane 416 to central patch 422 to suppress unwanted mode excitation. Additional shorting pins (not shown) may also be disposed in antenna 400 to couple ground plane 416 to patches 420 to further suppress unwanted mode excitation. Alternatively, in some examples, it may be desirable to omit one or all shorting pins 478 from the antenna 400.

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, patches 420 and 422, striplines 424 and 426, stubs 428, openings 450, and center-to-center spacing 460 The dimensions of are calculated separately so that high standing waves are generated in the antenna cavity formed in the dielectric 412, and the fields radiated from the radiating edges 420b constitutively interfere with each other.

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 patches 420, 422 not only determines the total size of the antenna 400, but also the directivity. The side lobe level of the antenna 400 is determined by the field distribution between the radiating members 420. Therefore, antenna characteristics, such as topography and side lobe levels, are controlled by the size and location of each patch 420 and 422 and by the manner of feeding. In order to achieve high directivity, the field distribution between the radiating members 420 is as uniform as possible. There are null points at the connecting striplines 424 and 426 and the dielectric layer 412 in the patches 420 and 422. The calculations and analyzes described above are for example the moment method described above in the software Ensemble available from Ansoft Corp., Pittsburgh, Pennsylvania, and the joint model described above, for example by Lee and Shi. Techniques such as, and therefore are not described in more detail herein.

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 SMA probe 470 has an outer conductor 472 electrically connected to the ground plane 416 and an inner electrically connected to the central patch 422 to transfer EM energy from and / or to the antenna 400. (Or supply) conductor 474. The probe 470 is placed along the diagonal of the patch 422 near the striplines 424 and 426 to optimize impedance matching of the antenna 400 and to reduce crosstalk and cross-polarization. do. Although the probe 470 is preferably an SMA probe, any suitable coaxial probe and / or connection device may be used to make the connections described above. For example, a conductive adhesive (not shown) may be used to bond and maintain contact between the inner conductor 474 and the central patch 422, and the connection when the SMA probe 470 penetrates the ground plane 416. Appropriate seals (not shown) may be provided to hermetically seal the seals. The other end of the SMA probe 470, which is not connected to the antenna 400, is connectable via a cable (not shown) to a receiver such as a signal generator or a satellite signal decoder used for television signals.

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, antenna 400 may be used to transmit or receive linearly polarized wave (LP) EM beams. To illustrate how antenna 400 can be used to receive beams, antenna 400 is arranged in a residential home and carries beams from stationary or equatorial satellites that carry television signals within a predetermined frequency band or channel. Can be directed to receive. Antenna 400 is directed by orienting top surface 412b toward the beam source, and is generally perpendicular to the direction of the beam. Assuming the members of the antenna 400 have the correct size to receive the beam, the beam penetrates through the openings 450 to induce standing waves, which resonate within the dielectric layer 412. The standing waves induced in the resonant cavities formed by the dielectric layer 412 are communicated through the SMA probe 470 to a receiver such as a decoder (not shown).

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 antenna 400, vertical modal excitation is perpendicular to the horizontal mode so that crosstalk between two input signals is minimized. In other words, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited independently.

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 antenna 400 for transmitting the signal is the same as the operation of the antenna for receiving the signal. Therefore, the transmission of the signal by the antenna 400 is not described further herein.

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, additional patches 420 may be provided to narrow the beam, or fewer patches 420 may be used to reduce the physical space needed for the antenna 400 of the present invention. An embodiment using fewer patches is illustrated in FIGS. 6 and 7 by antenna 600. In another example, one of the two SMA probes 470 may be removed (or not attached) for single-mode operation of transmitting or receiving an EM beam. Antenna 400 may be used to receive and / or transmit circularly polarized wave (CP) EM beams. In some examples, it may be desirable to omit the shorting pins 478 from the antenna 400.

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, reference numeral 800 generally denotes a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for dual-mode operation such as transmitting and / or receiving EM beams. Antenna 800 preferably includes a dielectric layer 812 that is generally square. The width 802 and the length 802 of the layer 812 are determined by the number of patches 820 used below, and preferably the width and length of at least 0.50λ ε beyond the outer edges of the patch 820. Extend 802a.

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 dielectric layer 812 has a bottom surface 812a to which the conductive ground plane 816 is bonded, an arrangement of four central radiating patches 822 and conductive radiating patches 820. A top surface 812b is formed between ground plane 816, striplines 824 and 826, and patches 820 and 822, which are joined to form a resonant cavity in dielectric layer 812. Referring again to FIG. 8, patches 820 and 822 are generally square, each having four corners 820a and four radiating edges 820b, each having a length 820c of about 0.50λ ε . As seen in FIG. 8, the patches 820, 822 are through the edges 820a, a horizontal conductive stripline substantially parallel to the arrangement of the substantially parallel vertical conductive stripline 826 bonded to the dielectric layer 812. Electrically interconnected to an array of 824. Tuning stub 828 extends diagonally outward from the edge 820a of each central patch 822 and towards the center of the antenna 800. The stubs 828 are also bonded to the dielectric layer 812. The patches 820, 822 are preferably spaced apart by a center-to-center distance 860 slightly less than 1.0λ ε . Patches 820 and 822 are square arrays with four rows and four columns of patches 820 and 822 for a total of 16 patches 820 and 822 constituting antenna 800, as illustrated in FIG. It is arranged in a square arrangement on top surface 812b with patches 820 and 822 of even number of columns and rows (horizontal in FIG. 8 when viewed at 45 ° angle). The width 884 of each stripline 824, 826 (FIG. 8) and the width and length of each stub 828 are preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. Shorting pin 878 is preferably disposed on antenna 800 to electrically connect ground plane 816 to each central patch 822 to suppress unwanted mode excitation. Additional shorting pins (not shown) may be disposed in antenna 800 to connect ground plane 816 to patches 820 to further suppress unwanted mode excitation. Alternatively, in some examples, it may be desirable to omit one or all shorting pins 878 from the antenna 800.

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, patches 820, 822, striplines 824, 826, stubs 828, openings 850, and center-to-center spacing 860 The dimensions of are calculated separately so that high standing standing waves are generated in the antenna cavity formed in the dielectric 812, and the fields radiated from the radiating edges 820b constitutively interfere with each other.

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 patches 820, 822 not only determines the total size, but also the directivity of the antenna 800. The sublobe levels of the antenna 800 are determined by the field distribution between the radiating members 820, 822. Therefore, antenna characteristics, such as directivity and side lobe levels, are controlled by the size and location of each patch 820, 822 and by the manner of supply. To obtain high directivity, the field distribution between the radiating members 820, 822 is as uniform as possible. The calculation and analysis described above uses techniques such as, for example, the moment method described above in the software Ensemble available from Ansoft Corporation and, for example, the joint model described above by Lee and Shi, and therefore, herein It will not be described in more detail.

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 SMA probe 870 has an outer conductor 872 electrically connected to the ground plane 816 and an inner electrically connected to the central patch 822 for delivering EM energy to and / or from the antenna 800. (Or supply) conductor 874. Thus, two probes 870 are connected to two selected adjacent central patches 822. The probe 870 follows the diagonal of each of the two selected central patches 822 near striplines 824 and 826 to optimize impedance matching of the antenna 800 and to reduce crosstalk and cross polarization. Is placed. Although the probe 870 is preferably an SMA probe, any suitable coaxial probe and / or connection device may be used to make the connections described above. For example, a conductive adhesive (not shown) may be used to bond and maintain contact between the inner conductor 874 and the central patch 822, and the connection when the SMA probe 870 penetrates the ground plane 816. Appropriate seals (not shown) may be provided to hermetically seal the seals. The other end of the SMA probe 870, which is not connected to the antenna 800, is connectable via a cable (not shown) to a receiver such as a signal generator or a satellite signal decoder used for television signals.

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, antenna 800 may be used to transmit or receive linearly polarized wave (LP) EM beams. To illustrate how the antenna 800 can be used to receive beams, the antenna 800 receives beams from stationary or equatorial satellites that are located in the residential home and carry television signals within a predetermined frequency band or channel. Can be directed to. Antenna 800 is directed orienting top surface 812b toward the beam source and is generally perpendicular to the direction of the beam. Assuming the members of the antenna 800 have the correct size to receive the beam, the beam penetrates through the openings 850 to induce standing waves, which resonate within the dielectric layer 812. The standing waves induced in the resonant cavities formed in the dielectric layer 812 are communicated through a SMA probe 870 to a receiver such as a decoder (not shown).

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 antenna 800, vertical mode excitation is perpendicular to the horizontal mode so that crosstalk between two input signals can be minimized. In other words, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited independently.

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 antenna 800 for transmitting signals is the same as the operation of antennas for receiving signals. Therefore, the transmission of the signal by the antenna 800 is not described further herein.

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, additional patches 820 may be provided to narrow the beam, or fewer patches 820 may be used to reduce the physical space needed for the antenna 800 of the present invention. In another example, one of the two SMA probes 870 may be removed (or not attached) for single-mode operation of transmitting or receiving an EM beam. Antenna 800 may be used to receive and / or transmit circularly polarized wave (CP) EM beams.

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, reference numeral 1000 generally denotes a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for dual-mode operation, such as transmitting and / or receiving EM beams. Antenna 1000 preferably includes first and second dielectric layers 1012 and 1014 that are generally square. The width 1002 and the length 1002 of the layers 1012 and 1014 are determined by the number of patches 1020 and 1022 used below, preferably at least 0.50λ ε beyond the outer edges of the patch 1020. Extends by the width and length 1002a.

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, dielectric layer 1012 has a bottom surface 1012a to which conductive ground plane 1016 is bonded, an arrangement of four central radiation patches 1022 and conductive radiation patches 1020. A top surface 1012b is formed between ground plane 1016, striplines 1024, 1026, and patches 1020, 1022 to form a resonant cavity in dielectric layer 1012. The second dielectric layer 1014 is bonded to the top surface 1012b of the dielectric layer 1012 so that patches 1020 and 1022 are interposed between the dielectric layers 1012 and 1014.

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, patches 1020 and 1022 are generally square, each having four corners 1020a and four radiating edges 1020b, each having a length 1020c of about 0.50λ ε Has As seen in FIG. 12, the patches 1020 and 1022 are horizontally substantially parallel to the arrangement of the substantially parallel vertical conductive stripline 1026 interposed between the dielectric layers 1012 and 1014 through the edges 1020a. Is electrically interconnected to an array of conductive striplines 1024. A stub 1025 interposed between the dielectric layers 1012, 1014 extends over each stripline 1024, 1026 from the edge 1020a of each patch 1020, 1022. A stripline 1027 interposed between dielectric layers 1012 and 1014 electrically connects each stub 1025 to the two nearest stubs 1025. A tuning stub 1028 interposed between the dielectric layers 1012, 1014 extends outwardly toward the center of the antenna 1000 for impedance matching from one stub 1025 of each central patch 1022.

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 patches 1020 and 1022 are preferably spaced apart by a center-to-center distance 1060 that is slightly less than 1.0λ ε . The patches 1020, 1022 are preferably illustrated in FIG. 12 as a square arrangement with four rows and four columns of patches 1020, 1022 for a total of 16 patches 1020, 1022 constituting the antenna 1000. Are arranged in a square arrangement on top surface 1012b having patches 1020 and 1022 of the same even number of columns and rows (horizontal in FIG. 10 when viewed at an angle of 45 °). The width 1084 (FIG. 10) of each stripline 1024, 1026, and the width and length of each stub 1025, 1028 are preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. Shorting pins (not shown) are optionally disposed on antenna 1000 to electrically connect ground plane 1016 to one or more patches 1020 and / or 1022 to suppress unwanted mode excitation. Using a stub such as 1025 in the illustrated planar antennas provides impedance matching.

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, patches 1020 and 1022, striplines 1024, 1026 and 1027, stubs 1025 and 1028, openings 1050 and center-to-center The dimensions of the spacing 1060 are calculated separately so that high standing standing waves are generated in the antenna cavity formed in the dielectric 1012, and the fields radiated from the radiating edges 1020b constitutively interfere with each other. The number of patches 1020, 1022 determines the directivity as well as the total size of the antenna 1000. The sublobe levels of the antenna 1000 are determined by the field distribution between the radiating members 1020 and 1022. Therefore, antenna characteristics such as directivity and side lobe levels are controlled by the size and position of each patch 1020 and 1022 and by the manner of supply. In order to obtain high directivity, the field distribution between the radiating members 1020 and 1022 is as uniform as possible. There are points at the connecting striplines 1024, 1026 and the dielectric layers 1012, 1014 in the patches 1020, 1022 where there is no electric field. The calculation and analysis described above uses techniques such as, for example, the moment method described above in the software Ensemble available from Ansoft Corporation and, for example, the joint model described above by Lee and Shi, and therefore, herein It will not be described in more detail.

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 conventional SMA probes 1070 are provided for dual mode operation such as transmitting or receiving beams. As most clearly shown in FIG. 11, each SMA probe 1070 includes an external conductor 1072 electrically connected to the ground plane 1016 for transferring EM energy from and / or to the antenna 1000; It includes an inner (or supply) conductor 1074 extending through a hole formed in two central patches 1022 and a ground plane 1016 and electrically connected to the patch 1023. The patch 1023 is preferably square and its sides have a length of about 2 mm to about 5 mm, typically about 2.5 mm to about 4.5 mm, preferably about 3 mm. Thus, two SMA probes 1070 are connected to two selected adjacent central patches 1022. Probe 1070 is placed along the diagonal of each of the two selected central patches 1022 close to striplines 1024 and 1026 to optimize impedance matching of antenna 1000, reducing crosstalk and cross polarization. . Although the probe 1070 is preferably an SMA probe, any suitable coaxial probe and / or connection device may be used to make the connections described above. For example, a conductive adhesive (not shown) may be used to bond and maintain contact between the inner conductor 1074 and the selected central patch 1022, with the SMA probe 1070 penetrating the ground plane 1016. In this case, an appropriate seal (not shown) may be provided to hermetically seal the connection. The other end of the SMA probe 1070 not connected to the antenna 1000 is connectable via a cable (not shown) to a receiver such as a signal generator or a satellite signal decoder used for television signals.

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, antenna 1000 may be used to transmit or receive linearly polarized wave (LP) EM beams. To illustrate how the antenna 1000 can be used to receive beams, the antenna 1000 receives beams from stationary or equatorial satellites that are located in a residential house and carry television signals within a predetermined frequency band or channel. Can be directed to. Antenna 1000 is directed orienting top surface 1012b toward the beam source and is generally perpendicular to the direction of the beam. Assuming the members of the antenna 1000 have the correct size to receive the beam, the beam penetrates through the opening 1050 (FIG. 11) to induce standing waves, which resonate within the dielectric layer 1012. Standing waves induced in the resonant cavities formed in the dielectric layer 1012 are communicated through a SMA probe 1070 to a receiver such as a decoder (not shown).

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 antenna 1000, vertical mode excitation is perpendicular to the horizontal mode so that crosstalk between two input signals can be minimized. In other words, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited independently.

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 antenna 1000 for transmitting the signal is the same as the operation of the antenna for receiving the signal. Therefore, the transmission of the signal by the antenna 1000 is not described further herein.

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, additional patches 1020 may be provided to narrow the beam, or fewer patches 1020 may be used to reduce the physical space required for the antenna 1000 of the present invention. In another example, one of the two SMA probes 1070 may be removed (or not attached) for single-mode operation of transmitting or receiving an EM beam. Antenna 1000 may be used to receive and / or transmit circularly polarized wave (CP) EM beams.

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, reference numeral 1300 generally denotes a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for dual-mode operation, such as transmitting and / or receiving EM beams. Antenna 1300 preferably includes first and second dielectric layers 1312 and 1314 that are generally square. The width 1302 and the length 1302 of the layers 1312 and 1314 are determined by the number of patches 1320 and 1322 used below, preferably at least 0.50λ ε beyond the outer edges of the patch 1320. Extends by a width and a length 1302a.

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, dielectric layer 1312 has a bottom surface 1312a to which conductive ground surface 1316 is bonded, preferably twelve outer radiation patches 1320 (FIG. 13) and eight intermediates. An array of radiation patches 1321 and four internal radiation patches 1322 creates a resonant cavity in dielectric layer 1312 between ground plane 1316, striplines 1324, 1352, and patches 1320, 1321, 1322. An upper surface 1312b joined to form is formed. The second dielectric layer 1314 is bonded to the top surface 1312b of the dielectric layer 1312 so that patches 1320, 1321, 1322 are interposed between the dielectric layers 1312, 1314.

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, patches 1320, 1321, and 1322 are generally square, each having four corners 1320a and four radiating edges 1320b, each about 0.50λ ε in length ( 1320c). As seen in FIG. 15, patches 1320, 1321, and 1322 are vertical and horizontal (as seen in FIGS. 13 and 15) conductive stripline interposed between dielectric layers 1312 and 1314 through edges 1320a. Are electrically interconnected through the arrangement of 1324. An interpatch area 1352 is formed in each area surrounded by stripline 1324 and not including patches 1320, 1321, 1322. A stub 1325 interposed between dielectric layers 1312, 1314, adjacent to inter-patch region 1352, bonded by one or more inner patches 1322, each of each patch 1320, 1321, 1322. It extends from each edge 1320a over each stripline 1324. A stripline 1326 interposed between the dielectric layers 1312 and 1314 electrically connects each stub 1325 to the two nearest stubs 1325. Tuning stubs 1328 interposed between dielectric layers 1312 and 1314 are each adjacent adjacent inter-patch regions 1352 bounded by two intermediate patches 1321 and two internal patches 1322 for impedance matching. It extends from each stub 1325 of patches 1321 and 1322.

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 patches 1320, 1321, 1322 are spaced apart by a center-to-center distance 1360 which is preferably about 1.0λ ε . The patches 1320, 1321, 1322 are arranged in a square arrangement on the top surface 1312b having the same even number of columns and rows of patches 1320, 1321, 1322. The width 1342 (FIG. 13) of each stripline 1324, 1326, and the width and length of each stub 1325, 1328 are preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. Shorting pins (not shown) are optionally disposed on antenna 1300 to electrically connect ground plane 1316 to one or more patches 1320, 1321, and / or 1322 to suppress unwanted mode excitation.

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.Patches 1320, 1321, 1322, striplines 1324, 1326, stubs 1325, 1328, openings 1350, region 1352, and the like to achieve optimal performance at a particular frequency. The dimensions of the center-to-center spacing 1360 are individually calculated such that high standing standing waves are generated in the antenna cavity formed in the dielectric 1312 and the fields radiated from the radiating edges 1320b constitutively interfere with each other. do. The number of patches 1320, 1321, 1322 not only determines the total size, but also the directivity of the antenna 1300. The sublobe levels of the antenna 1300 are determined by the field distribution between the radiating members 1320, 1321, 1322. Therefore, antenna characteristics, such as directivity and side lobe levels, are controlled by the size and location of each patch 1320, 1321, 1322, and the manner of supply. To obtain high directivity, the field distribution between the radiating members 1320, 1321, 1322 is as uniform as possible. There are points in the dielectric layer 1312 between the striplines 1324, 1326 and the patches 1320, 1321, 1322 that connect to the ground plane 1316 without an electric field. The calculation and analysis described above uses techniques such as, for example, the moment method described above in the software Ensemble available from Ansoft Corporation and, for example, the joint model described above by Lee and Shi, and therefore, herein It will not be described in more detail.

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 conventional SMA probes 1370 are provided for dual mode operation such as transmitting or receiving beams. As most clearly shown in FIG. 14, each SMA probe 1370 is coupled with an external conductor 1372 electrically connected to a ground plane 1316 to transfer EM energy from and / or to the antenna 1300. And an inner (or supply) conductor 1374 extending through the holes formed in the two inner patches 1322 and ground plane 1316 and electrically connected to the patch 1323. The patch 1323 is preferably square and the sides have a length of about 2 mm to about 5 mm, typically about 2.5 mm to about 4.5 mm, preferably about 3 mm. Thus, two SMA probes 1370 are connected to two adjacent central patches 1322. The probe 1370 is disposed along the diagonal of each of the two selected central patches 1322 close to the stripline 1324 to optimize the impedance matching of the antenna 1300 and reduce crosstalk and cross polarization. Although the probe 1370 is preferably an SMA probe, any suitable coaxial probe and / or connection device may be used to make the connections described above. For example, a conductive adhesive (not shown) may be used to maintain bonding and contact between the inner conductor 1374 and the selected central patch 1322, and the SMA probe 1370 may be connected to the ground plane 1316. Appropriate seals (not shown) may be provided to hermetically seal the connections when penetrating. The other end of the SMA probe 1370, which is not connected to the antenna 1300, is connectable via a cable (not shown) to a receiver such as a signal generator or a satellite signal decoder used for television signals.

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, antenna 1300 may be used to transmit or receive linearly polarized wave (LP) EM beams. To illustrate how the antenna 1300 can be used to receive beams, the antenna 1300 receives beams from stationary or equatorial satellites that are located in a residential house and carry television signals within a predetermined frequency band or channel. Can be directed to. Antenna 1300 is directed orienting top surface 1312b towards the beam source and is generally perpendicular to the direction of the beam. Assuming the members of the antenna 1300 have the correct size to receive the beam, the beam penetrates through the openings 1350 and the regions 1352 to induce standing waves, which resonate within the dielectric layer 1312. The standing wave induced in the resonant cavity formed by the dielectric layer 1312 is communicated through a SMA probe 1370 to a receiver such as a decoder (not shown).

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 antenna 1300, the vertical mode excitation is perpendicular to the horizontal mode so that crosstalk between two input signals can be minimized. In other words, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited independently.

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 antenna 1300 for transmitting the signal is the same as the operation of the antenna for receiving the signal. Therefore, the transmission of the signal by the antenna 1300 is not described further herein.

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, additional patches 1320 may be provided to narrow the beam, or fewer patches 1320 may be used to reduce the physical space needed for the antenna 1300 of the present invention. In another example, one of the two SMA probes 1370 may be removed (or not attached) for single-mode operation of transmitting or receiving an EM beam. The antenna 1300 may be used to receive and / or transmit circularly polarized wave (CP) EM beams.

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, reference numerals 1600 and 1800 generally denote linear microstrip array antennas that implement features of the present invention for dual-mode operation, such as transmitting and / or receiving EM beams. The linear array antenna 1600 is configured to produce narrow beams in the array direction, but wide beams in the direction perpendicular to the array. Antenna 1600 preferably includes a generally rectangular dielectric layer 1612. The length 1602 of the layer 1612 is determined by the number of patches 1620 used below, preferably a width 1604a and a length 1602a of at least 0.50λ ε over the outer edges of the patch 1620. )

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, dielectric layer 1612 includes bottom surface 1612a to which conductive ground surface 1616 is bonded, conductive radiation patches 1620 (FIG. 16) and central radiation patches 1622. The arrangement forms a top surface 1612b that is joined between ground plane 1616, striplines 1620, patches 1620, 1622 to form a resonant cavity in dielectric layer 1612. (It should be noted that the ground plane 1616 of Figure 17 should cover the entire area of the bottom face of the dielectric slab.)

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, patches 1620 and 1622 are generally square, each having four corners 1620a and four radiating edges 1620b, each having a length 1620c of about 0.50λ ε . As seen in FIG. 16, patches 1620 and 1622 are electrically interconnected through edges 1620a and crossed conductive striplines 1624 joined to dielectric layer 1612. Two tuning stubs 1628 extend diagonally outward from the two edges 1620a of the central patch 1622 and are also bonded to the dielectric layer 1612. The patches 1620 and 1622 are preferably spaced apart by a center-to-center distance 1660 which is slightly less than about 1.0λ ε . The patches 1620, 1622 are illustrated in FIG. 16 as having two patches 1620 on each side of a single patch 1622 for the total of five patches 1620, 1622 constituting the antenna 1600. , Arranged in a single-column array on top surface 1612b. The width 1684 (FIG. 16) of each stripline 1624 and the width and length of each stub 1628 are preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50-200 ohms. Shorting pin 1678 is preferably disposed on antenna 1600 to electrically connect ground plane 1616 to center patch 1622 to suppress unwanted mode excitation. Additional shorting pins (not shown) may also be disposed in antenna 1600 to couple ground plane 1616 to patches 1620 to further suppress unwanted mode excitation. Alternatively, in some examples, it may be desirable to omit one or all shorting pins 1678 from the antenna 1600.

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 patches 1620, 1622, striplines 1624, stubs 1628, openings 1650, and center-to-center spacing 1660 for optimal performance at a particular frequency. Are calculated separately so that the high standing waves are generated in the antenna cavity formed in the dielectric 1612, and the fields radiated from the radiating edges 1620b constitutively interfere with each other. The number of patches 1620 and 1622 not only determines the total size, but also the directivity of the antenna 1600. The sublobe levels of the antenna 1600 are determined by the field distribution between the radiating members 1620 and 1622. Therefore, antenna characteristics, such as directivity and side lobe levels, are controlled by the size and location of each patch 1620 and 1622 and by the manner of feeding. To obtain high directivity, the field distribution in the radiating members 1620 and 1622 is as uniform as possible. The calculation and analysis described above uses techniques such as, for example, the moment method described above in the software Ensemble available from Ansoft Corporation and, for example, the joint model described above by Lee and Shi, and therefore, herein It will not be described in more detail.

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 conventional SMA probes 1670 are provided for dual mode operation such as transmitting or receiving beams. Each SMA probe 1670 is electrically connected to a central patch 1622 and an external conductor 1672 electrically connected to a ground plane 1616 for transferring EM energy to and / or from the antenna 1600. An inner (or supply) conductor 1674. The probe 1670 is disposed along the diagonal of the patch 1622 close to the stripline 1650 to optimize the impedance matching of the antenna 1600 and reduce crosstalk and cross polarization. Although the probe 1670 is preferably an SMA probe, any suitable coaxial probe and / or connection device may be used to make the connections described above. For example, a conductive adhesive (not shown) may be used to maintain bonding and contact between the inner conductor 1674 and the central patch 1622, with the SMA probe 1670 penetrating the ground plane 1616. If appropriate, a suitable seal (not shown) may be provided to hermetically seal the connection. The other end of the SMA probe 1670, which is not connected to the antenna 1600, is connectable via a cable (not shown) to a receiver such as a signal generator or a satellite signal decoder used for television signals.

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, antenna 1600 may be used to transmit or receive linearly polarized wave (LP) EM beams. Antenna 1600 is directed orienting top surface 1612b towards the beam source and is generally perpendicular to the direction of the beam. Assuming the members of the antenna 1600 have the correct size to receive the beam, the beam penetrates through the openings 1650 to induce standing waves, which resonate within the dielectric layer 1612. The standing wave induced in the resonant cavity formed by the dielectric layer 1612 is communicated through a SMA probe 1670 to a receiver such as a decoder (not shown).

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 antenna 1600, vertical mode excitation is perpendicular to the horizontal mode so that crosstalk between two input signals can be minimized. In other words, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited independently.

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 antenna 1600 for transmitting the signal is the same as the operation of the antenna for receiving the signal. Therefore, the transmission of the signal by the antenna 1600 is not further described herein.

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, additional patches 1620 may be provided to narrow the beam, or fewer patches 1620 may be used to reduce the physical space needed for the antenna 1600 of the present invention. Antenna 1600 may be used to receive and / or transmit circularly polarized wave (CP) EM beams. In another example, the outer edges of dielectric layer 1612 may be wrapped in a conductive foil spaced apart from patches 1620 to form edge conductors, reduce surface-mode excitation and increase the gain of the antenna. . In some examples, it may be desirable to omit the shorting pin 1678 from the antenna 1600.

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, antenna 1800 may be removed (or not attached) of one of the two SMA probes 1670 and stripline 1624 substantially parallel to the remaining stub 1628. ) And one stub 1628 can be configured for single mode operation of transmitting or receiving an EM beam.

(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, reference numeral 1900 generally denotes a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for single-mode operation, such as transmitting or receiving a beam. Antenna 1900 includes a dielectric layer 1912 that is generally square. The width 1902 and the length 1903 of the layer 1912 may be the same or different, determined by the number of patches used as described below, and preferably at least over the outer edges of the patch 1920. Extends by a width and length 1902a of 0.50λ ε .

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. Dielectric layer 1912 has a bottom surface 1912a to which conductive ground surface 1916 is bonded, and an array of conductive radiation patches 1920 is disposed between patches 1920, striplines 1924, and ground surface 1916. Form a top surface 1912b that is joined to form a resonant cavity in dielectric layer 1912. The patches 1920 are generally square and have four corners 1920a and four radiating edges 1920b, each having a length 1920c of about 0.50λ ε . As seen in FIG. 19, the patches 1920 are electrically interconnected to an array of parallel vertical conductive striplines 1924 through one of the edges 1920a or two opposite edges 1920a, which in turn Electrically interconnected via horizontal conductive transmission line 1926. Striplines 1924 and transmission line 1926 are bonded to dielectric layer 1912. The patches 1920 are preferably spaced apart by a vertical (as seen in FIG. 19) center-to-center distance 1960 of about 1λ ε . The patches 1920 are preferably top views, illustrated in FIG. 19 in eight vertical (as seen in FIG. 19) columns 1928 (shown in dashed outlines), offset relative to one another above and below the horizontal transmission line 1926. Disposed in multiple vertical (as seen in FIG. 19) columns on 1912b, each row comprising two patches 1920, making up a total of 32 patches 1920 that make up the antenna 1900. .

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 width 1984 of each stripline 1924 is preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50 to 200 ohms. Each transmission line 1926 includes a first portion 1926a, a second portion 1926b, and a third portion 1926c. Each first portion 1926a is preferably sized to have a characteristic impedance of about 100 ohms when the input impedance is about 50 ohms. The width and length of each second portion 1926b is controlled by a quarter wavelength converter such that an incoming wave from the supply is substantially transmitted, i.e., the input impedance in the supply line 1974 is properly matched. It is decided. The width and length of each third portion 1926c of the transmission line 1926 is determined such that traveling waves from the supply line 1974 are not reflected at the junctions 1927a and 1927b; Thus, the length of each third portion 1926c is preferably about 1λ ε to ensure that the difference between the phases of the traveling waves at the junctions 1927a and 1927b is as close to 360 ° as possible. The width of each third portion 1926c is preferably sized such that the characteristic impedance is about one half of the characteristic impedance of the stripline 1924.

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 patches 1920, striplines 1924, 1926, opening 1950, and center-to-center spacing 1960 are individually calculated so that the high standing standing wave is Fields created in an antenna cavity formed in layer 1912 and radiating from radiating edges 1920b constitutively interfere with each other. The number of patches 1920 determines not only the overall size, but also the directivity of the antenna 1900. The sublobe levels of the antenna 1900 are determined by the field distribution at the radiating edge 1920b. Therefore, antenna characteristics, such as directivity and side lobe levels, are controlled by the location and size and supply of each patch 1920. To obtain high directivity, the field distribution between the radiating members 1920 is as uniform as possible. There are points in the dielectric layer 1912 where there is no electric field. In some examples, one or more shorting pins (not shown) are disposed in the antenna 1900 to electrically connect ground planes, patches, and / or striplines together to suppress unwanted mode excitations. The calculation and analysis described above uses techniques such as, for example, the moment method described above in the software Ensemble available from Ansoft Corporation and, for example, the joint model described above by Lee and Shi, and therefore, herein It will not be described in more detail.

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. SMA probe 1970 transmits 1926 between portions 1926a to optimize the appropriate radiation patterns and impedance matching of antenna 1900 to deliver EM energy to and / or from antenna 1900. An inner (or supply) conductor 1974 centrally located and electrically connected along with an outer conductor 1972 electrically connected to a ground plane 1916. Although the probe 1970 is preferably an SMA probe, any suitable coaxial probe and / or connection device may be used to make the connections described above. For example, a conductive adhesive (not shown) may be used to maintain bonding and contact between the inner conductor 1974 and the central patches 1922, with the SMA probe 1970 penetrating the ground plane 1916. If appropriate, a suitable seal (not shown) may be provided to hermetically seal the connection. The other end of the SMA probe 1970, which is not connected to the antenna 1900, is connectable via a cable (not shown) to a receiver such as a signal generator or a satellite signal decoder used for television signals.

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, antenna 1900 may be used to transmit or receive linearly polarized wave (LP) EM beams. Upon transmission of the EM beam, the input signal from the SMA probe 1970 is minimally reflected and the EM into four striplines 1924 and two branches 1926b and 1926c of each branch 1926b and 1926c. Proceed as a traveling wave along transmission line 1926 through first portion 1926a acting as a quarter wave converter for sending power. EM power is transmitted in an array of patches 1920 via striplines 1924. The portions of the patches 1920 and the striplines 1924 then induce high-order standing waves for proper radiation through the apertures 1950 of the antenna 1900.

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 antenna 1900 for transmitting the signal is the same as the operation of the antenna for receiving the signal. Thus, for example, the antenna 1900 may be arranged to receive a beam from a geostationary or equatorial satellite that is disposed in a residential home and carries a television signal in a predetermined frequency band or channel. The antenna 1900 is directed by orienting the top surface 1912b towards the beam source, and is generally perpendicular to the direction of the beam. Assuming the members of the antenna 1900 have the correct size for receiving the beam, the beam passes through the openings 1950 to induce a high standing standing wave, which resonates within the resonant cavity formed in the dielectric layer 1912 and EM Power is sent to SMA probe 1970 via striplines 1924 and transmission lines 1926. EM power is then transferred from the SMA probe 1970 via a cable (not shown) to a receiver such as a decoder (not shown).

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, additional patches 1920 may be provided to narrow the beam, or fewer patches 1920 may be used to reduce the physical space needed for the antenna 1900 of the present invention.

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, reference numeral 2100 generally denotes a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for single-mode operation, such as transmitting or receiving a beam. Antenna 2100 includes a dielectric layer 2112 that is generally square. The width 2102 and the length 2103 of the layer 2112 are determined by the number of patches used as described below, preferably at least 0.50 lambda over the outer edges of the patch 2120 and the stripline 2126. extends by the width and length 2102a of ε .

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. Dielectric layer 2112 has a bottom surface 2112a to which conductive ground plane 2116 is bonded, and an array of conductive radiation patches 2120 is disposed between patches 2120, striplines 2124, and ground plane 2116. Form a top surface 2112b that is joined to form a resonant cavity in dielectric layer 2112. Patches 2120 are generally square, with four corners 2120a and four radiating edges 2120b, each edge having a length 2120c of about 0.50λ ε . Patches 2120 are electrically interconnected to one of the arrays of four conductive striplines 2124 through one edge 2120a, which in turn is electrically interconnected through conductive striplines 2126. Striplines 2124 and transmission line 2126 are bonded to dielectric layer 2112. Patches 2120 are preferably spaced by a vertical (as seen in FIG. 21) center-to-center distance 2160 of about 1λ ε . The patches 2120 are preferably arranged in a number of eight rows on the top surface 2112b, representatively illustrated in FIG. 21 in rows 2114, 2116, each row comprising four patches 2120, There are a total of 32 patches 2120 constituting the antenna 2100. The width of each stripline 2124 is preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50 to 200 ohms. Each transmission line 2126 includes a first portion 2126a configured to have a characteristic impedance of about 100 Ohms for an input impedance of about 50 Ohms, as described below with respect to the SMA probe 2170 to ensure proper radiation. As shown, a supply line is disposed in the center of stripline 2126. Each transmission line 2126 further comprises a second portion 2126b, which is preferably configured as a quarter-wavelength transducer with minimal reflection at the junction with the stripline 2126.

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 patches 2120, striplines 2124, 2126, openings 2150, center-to-center spacing 2160 are individually calculated so that the high standing standing wave is Fields created in the antenna cavity formed in 2112 and radiating from the radiating edges 2120a constructively interfere with each other. The number of patches 2120 not only determines the overall size, but also the directivity of the antenna 2100. The sublobe levels of the antenna 2100 are determined by the field distribution between the radiating members 2120. Therefore, antenna characteristics, such as directivity and side lobe levels, are controlled by the position and size and supply of each patch 2120. To obtain high directivity, the field distribution between the radiating members 2120 is as uniform as possible. There are points where there is no electric field in the dielectric layer 2112 in the connecting stripline 2124 and the patches 2120. In some examples, one or more shorting pins (not shown) are disposed in the antenna 2100 to electrically connect ground planes, patches, and / or striplines together to suppress unwanted mode excitations. The calculation and analysis described above uses techniques such as, for example, the moment method described above in the software Ensemble available from Ansoft Corporation and, for example, the joint model described above by Lee and Shi, and therefore, herein It will not be described in more detail.

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 SMA probe 2170 is adapted to deliver EM energy from and / or to the antenna 2100 to induce centrally-peaked radiation and to optimize the impedance matching of the antenna 2100. An inner (or supply) conductor 2174 centrally located and electrically connected along the transmission line 2126 between the portions 2126a and 2126b and an outer conductor 2172 electrically connected to the ground plane 2116. Although the probe 2170 is preferably an SMA probe, any suitable coaxial probe and / or coupling device may be used to make the connections described above. For example, a conductive adhesive (not shown) may be used to maintain bonding and contact between the inner conductor 2174 and the central stripline 2126, with the SMA probe 2170 penetrating the ground plane 2116. If appropriate, a suitable seal (not shown) may be provided to hermetically seal the connection. The other end of the SMA probe 2170, which is not connected to the antenna 2100, is connectable via a cable (not shown) to a receiver such as a signal generator or a satellite signal decoder used for television signals.

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, antenna 2100 may be used to transmit or receive linearly polarized wave (LP) EM beams. Upon transmission of the EM beam, the second portion 2126b and the first act as a quarter-wavelength converter that sends EM power to the four striplines 2124 with minimal reflection of the incoming signal from the SMA probe 2170. Proceeds as a traveling wave along transmission line 2126 through portion 2126a. EM power is transmitted via the striplines 2124 to the array of patches 2120. The patches 2120 then induce a high standing standing wave for proper radiation through the openings 2150 of the antenna 2100.

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 antenna 2100 transmitting a signal is the same as the operation of the antenna receiving the signal. Thus, for example, antenna 2100 may be placed in a residential home and directed to receive a beam from a satellite or equatorial satellite that carries a television signal in a predetermined frequency band or channel. Antenna 2100 may be oriented in this manner by orienting top surface 2112b toward the source of the beam such that the top surface is generally perpendicular to the direction of the beam. Assuming the members of the antenna 2100 have the correct size for receiving the beam, the beam passes through the openings 2150 to induce standing waves, which resonate within the dielectric layer 2112. Standing waves induced in the resonant cavity formed in the dielectric layer 2112 are transmitted through striplines 2124 and transmission lines 2126, SMA probe 2170, and delivered to a receiver such as a decoder (not shown). .

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, additional patches 2120 may be provided to narrow the beam, or fewer patches 2120 may be used to reduce the physical space required for the antenna 2100 of the present invention.

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, reference numeral 2300 generally denotes a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for dual-mode operation, such as transmitting and receiving beams. Antenna 2300 includes a dielectric layer 2312 that is generally square. The width 2302 and the length 2303 (FIG. 23) of the layer 2312 are determined by the number of patches used as described below, preferably the outer edges of the patch 2320 and the transmission lines 2325 and 2327. ) Extends by a width and a length 2302a of at least 0.50λ ε .

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. Dielectric layer 2312 has a bottom surface 2312a to which conductive ground surface 2316 is bonded, and an array of conductive radiation patches 2320 is formed of patches 2320, striplines 2324 and 2326 and ground surface 2316. ) Forms a top surface 2312b that is joined to form a resonant cavity in dielectric layer 2312. Patches 2320 are generally square and have four corners 2320a and four radiating edges 2320b, each edge having a length 2320c of about 0.50λ ε . As seen in FIG. 23, patches 2320 are electrically interconnected through two adjacent edges 2320a, one of the adjacent edges being electrically connected to one of an array of eight vertical conductive striplines 2324. The other one of the adjacent edges is electrically connected to one of the arrangement of eight horizontal conductive striplines 2326. The vertical striplines 2324 are electrically interconnected through the horizontal conductive transmission line 2325, and the horizontal striplines 2326 are electrically interconnected through the vertical conductive transmission line 2327. Striplines 2324 and 2326 and transmission lines 2325 and 2327 are bonded to dielectric layer 2312. Patches 2320 are preferably spaced by a center-to-center distance 2360 of about 1λ ε . Patches 2320 are preferably arranged in a number of rows and columns on top surface 2312b, representatively illustrated in FIG. 23, in rows 2328 and columns 2329, each row and column having an antenna 2300. Four patches 2320 are included for a total of 32 patches 2320. The width of each stripline 2324 is preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50 to 200 ohms. Each transmission line 2325, 2327 preferably includes a first portion 2325a 2327a configured to have a characteristic impedance of about 100 ohms for an input impedance of about 50 ohms, to ensure proper radiation. As described below with respect to the probe 2370, a supply line is disposed in the center of the stripline 2325. Each transmission line 2325 and 2327 further comprises second portions 2325b and 2327b which are preferably configured as quarter-wavelength transducers with minimal reflection at the junction with the striplines 2324 and 2326. .

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 patches 2320, striplines 2324 and 2126, openings 2350 and center-to-center spacing 2360 are individually calculated so that the high standing standing wave is separated from the dielectric layer ( Fields created in the antenna cavity formed in 2312 and radiating from the radiating edges 2320b constitutively interfere with each other.

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 patches 2320 not only determines the overall size, but also the directivity of the antenna 2300. The sublobe levels of the antenna 2300 are determined by the field distribution between the radiating members 2320. Therefore, antenna characteristics, such as directivity and side lobe levels, are controlled by the location and size of each patch 2320 and the manner of supply. To achieve high directivity, the field distribution between the radiating members 2320 is as uniform as possible. There is no electric field in the dielectric layer 2312 on the one hand between ground plane 2316 and on the other hand between patches 2320 and striplines 2324 and 2326. In some examples, one or more shorting pins (not shown) are disposed on the antenna 2300 to electrically connect ground planes, patches, and / or striplines together to suppress unwanted mode excitations. The calculation and analysis described above uses techniques such as, for example, the moment method described above in the software Ensemble available from Ansoft Corporation and, for example, the joint model described above by Lee and Shi, and therefore, herein It is not described in more detail below.

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 SMA probe 2370 follows each transmission line 2325 and 2327 to optimize impedance matching and radiation efficiency of the antenna 2300 to transfer EM energy from and / or to the antenna 2300. An inner (or supply) conductor 2374 centrally located and electrically connected, and an outer conductor 2372 electrically connected to a ground plane 2316. Although the probe 2370 is preferably an SMA probe, any suitable coaxial probe and / or connection device may be used to make the connections described above. For example, a conductive adhesive (not shown) may be used to bond and maintain contact between each inner conductor 2374 and each transmission line 2325 and 2327, and the SMA probe 2370 may be a ground plane. Appropriate seals (not shown) may be provided to hermetically seal the connections when penetrating 2316. The other end of the SMA probe 2370, which is not connected to the antenna 2300, is connectable via a cable (not shown) to a receiver such as a signal generator or a satellite signal decoder used for television signals.

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, antenna 2300 may be used to transmit or receive linearly polarized wave (LP) EM beams. Upon transmission of the EM beam, illustrated as a signal from the SMA probe 2370 to the transmission line 2325, the incoming signal is along the transmission line 2325 through the first portion 2325a and the second portion 2325b. Proceed as a traveling wave, it behaves as a quarter-wave converter that sends EM power to the four striplines 2324 with minimal reflection. EM power is transmitted in an array of patches 2320 via striplines 2324. The patches 2320 then induce a high standing standing wave for proper radiation through the openings 2350 of the antenna 2300.

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 antenna 2300, the vertical mode excitation is perpendicular to the horizontal mode excitation, so that crosstalk between the two input signals is minimized. In other words, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited independently.

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 antenna 2300 for transmitting the signal is the same as the operation of the antenna for receiving the signal. Thus, for example, antenna 2300 may be placed in a residential home and directed to receive a beam from a satellite or equatorial satellite that carries a television signal in a predetermined frequency band or channel. Antenna 2300 may be so oriented by orienting top surface 2312b towards the source of the beam such that the top surface is generally perpendicular to the direction of the beam. Assuming the members of the antenna 2300 have the correct size to receive the beam, the beam passes through the openings 2350 to induce standing waves, which resonate within the dielectric layer 2312. Standing waves induced in the resonant cavity formed in the dielectric layer 2312 are transmitted to the SMA probe 2370 via stripline 2324 and transmission line 2325 and / or through stripline 2326 and transmission line 2327, and a decoder (not shown). To a receiver such as It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of the antenna 2300 for transmitting the signal is the same as the operation of the antenna for receiving the signal. Therefore, the operation of antenna 2300 for transmitting signals is not described herein any further.

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, additional patches 2320 may be provided to narrow the beam, or fewer patches 2320 may be used to reduce the physical space needed for the antenna 2300 of the present invention. By appropriately modifying near the supply region, a dual-mode operation with two rectangular circular polarizations (CP) can be achieved.

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, reference numeral 2500 generally denotes a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for single-mode operation, such as transmitting or receiving beams. Antenna 2500 includes a dielectric layer 2512 that is generally square. The width 2502 and the length 2503 of the layer 2512 may or may not be the same and are determined by the number of patches used as described below, and preferably at least 0.50 beyond the outer edges of the patch 2520. extends by the width and length 2502a of λ ε .

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. Dielectric layer 2512 has a bottom surface 2512a to which conductive ground surface 2516 is bonded, and an array of conductive radiation patches 2520 is disposed between ground surface 2516, patches 2520, and stripline 2524. Form a top surface 2512b that is joined to form a resonant cavity in dielectric layer 2512. Patches 2520 are generally square and have four corners 2520a and four radiating edges 2520b, each edge having a length 2520c of about 0.50λ ε . As seen in FIG. 25, patches 2520 are electrically interconnected to an array of substantially parallel vertical conductive striplines 2524 through one edge 2520a or two opposing edges 2520a, which in turn Electrically interconnected through substantially parallel horizontal conductive transmission lines 2526, stripline 2524 and transmission lines 2526 are bonded to dielectric layer 2512. Patches 2520 are preferably spaced by a vertical (as seen in FIG. 25) center-to-center distance 2560 of about 1λ ε . Patches 2520 are preferably arranged in a number of vertical (as seen in FIG. 25) columns on top surface 2512b, above and below transmission line 2526, typically represented by columns 2528 illustrated by dashed outlines. . The width of each stripline 2524 is preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50 to 200 ohms. The transmission line 2526 preferably includes a first portion 2526a configured to have a characteristic impedance of about 100 ohms for an input impedance of about 50 ohms, with respect to the SMA probe 2570 to ensure proper radiation. As will be described later, the supply line is disposed in the center of the transmission line 2526. Transmission line 2526 further includes two second portions 2526b that are configured to be minimally reflected at the junction with stripline 2524.

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 patches 2520, stripline 2524, opening 2550, center-to-center spacing 2560 are individually calculated so that the high standing standing wave is divided into dielectric layer 2512. Are generated in the antenna cavity, which are formed within, and emanate from the radiating edges 2520b constitutively interfere with each other. The number of patches 2520 not only determines the overall size, but also the directivity of the antenna 2500. The side lobe levels of the antenna 2500 are determined by the field distribution between the radiating members 2520. Therefore, antenna characteristics, such as directivity and side lobe levels, are controlled by the location and size and supply of each patch 2520. To achieve high directivity, the field distribution between the radiating members 2520 is as uniform as possible. There are points in the dielectric layer 2512 near the patches 2520 and striplines 2524 that are free of electric fields. In some examples, one or more shorting pins (not shown) are disposed on the antenna 2500 to electrically connect ground planes, patches, and / or striplines together to suppress unwanted mode excitations. The calculation and analysis described above uses techniques such as, for example, the moment method described above in the software Ensemble available from Ansoft Corporation and, for example, the joint model described above by Lee and Shi, and therefore, herein It will not be described in more detail.

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 SMA probe 2570 is centrally located along the transmission line 2526 to optimize the impedance matching and antenna aperture efficiency of the antenna 2500 to transfer EM energy from and / or to the antenna 2500. An inner (or supply) conductor 2574 that is electrically connected, and an outer conductor 2252 that is electrically connected to a ground plane 2516. Although the probe 2570 is preferably an SMA probe, any suitable coaxial probe and / or connection device may be used to make the connections described above. For example, a conductive adhesive (not shown) may be used to maintain bonding and contact between each inner conductor 2574 and each transmission line 2526, and the SMA probe 2570 may have a ground plane 2516. An appropriate seal (not shown) may be provided to hermetically seal the connection when through. The other end of the SMA probe 2570, which is not connected to the antenna 2500, is connectable via a cable (not shown) to a receiver such as a signal generator or a satellite signal decoder used for television signals.

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, antenna 2500 may be used to transmit or receive linearly polarized wave (LP) EM beams. In the transmission of the EM beam, as illustrated using the signal from the SMA probe 2570 to the transmission line 2526, the input signal travels as a traveling wave along the transmission line 2525 through the first portion 2525a and Two branches 2526b then direct EM power to striplines 2524 with minimal reflection. EM power is transmitted via the striplines 2524 to the array of patches 2520. The patches 2520 then induce a high standing standing wave for proper radiation through the openings 2550 of the antenna 2500.

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 antenna 2500 transmitting a signal is the same as the operation of the antenna receiving the signal. Thus, for example, the antenna 2500 may be placed in a residential home and directed to receive a beam from a satellite or equatorial satellite that carries a television signal in a predetermined frequency band or channel. Antenna 2500 may be so oriented by orienting top surface 2512b toward the source of the beam such that the top surface is generally perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the members of the antenna 2500 have the correct size to receive the beam, the beam passes through the openings 2550 to induce standing waves, which is in the resonant cavity of the array of patches 2520 of the dielectric layer 2512. Resonance at Standing waves induced in the resonant cavities formed in the dielectric layer 2512 leak EM power to the SMA probe 2570 via a transmission line network comprising striplines 2524 and 2526 and receive a receiver such as a decoder (not shown). Is delivered to. It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of the antenna 2500 transmitting a signal is the same as the operation of the antenna receiving the signal. Therefore, the operation of the antenna 2500 for transmitting signals is not described herein any further.

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, additional patches 2520 may be provided to narrow the beam, or fewer patches 2520 may be used to reduce the physical space needed for the antenna 2500 of the present invention.

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, reference numeral 2700 generally denotes a planar microstrip array antenna that implements features of the present invention for single-mode operation, such as transmitting or receiving beams. Antenna 2700 includes a dielectric layer 2712 that is generally square. The width 2702 and length 2703 of layer 2712 may or may not be the same and is determined by the number of patches used as described below, preferably at least 0.50 beyond the outer edges of patch 2720. extends by the width and length 2702a of λ ε .

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, dielectric layer 2712 includes a bottom surface 2712a to which conductive ground surface 2716 is bonded, and an array of conductive radiation patches 2720 (FIG. 27) are ground planes, patches 2720, and strips. Between lines 2724 forms a top surface 2712b that is joined to form a resonant cavity in dielectric layer 2712.

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, patches 2720 are generally square and have four corners 2720a and four radiating edges 2720b, each edge having a length 2720c of about 0.50λ ε . As seen in FIG. 27, patches 2720 are electrically interconnected to an array of conductive striplines 2724 that are substantially horizontal and vertical through two, three, or four edges 2720a, which in turn is substantially horizontal. Is electrically interconnected via conductive transmission line 2726. Stripline 2724 and transmission line 2726 are bonded to dielectric layer 2712. The width of each stripline 2724 is preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50 to 200 ohms. Transmission line 2726 preferably includes a first portion 2726a configured to have a characteristic impedance of about 100 ohms to an input impedance of about 50 ohms, and supply line 2774 provides an SMA to ensure proper radiation. The probe 2770 is described later and disposed at the center of the transmission line 2726. Transmission line 2726 further includes two second portions 2726b that are configured as quarter-wavelength transducers to minimize reflection. The signal from the second portion 2726b then passes through another quarter-wavelength converter such that the power passing through the vertical transmission line 2724 is evenly distributed to each other.

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 patches 2720, stripline 2724, opening 2750, center-to-center spacing 2760 are individually calculated so that the high standing standing wave is divided into the dielectric layer 2712. Are generated in the antenna cavity formed within the cavities, and fields radiated from the radiating edges 2720b constitutively interfere with each other.

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 patches 2720 not only determines the overall size, but also the directivity of the antenna 2700. The sublobe levels of the antenna 2700 are determined by the field distribution at the radiating edges 2720b. Therefore, antenna characteristics, such as directivity and side lobe levels, are controlled by the location and size and supply of each patch 2720. In order to achieve high directivity, the field distribution between the radiating members 2720 is as uniform as possible. There are points in the dielectric layer 2712 near the patches 2720 and striplines 2724 that are free of electric fields. In some examples, one or more shorting pins (not shown) are disposed on the antenna 2700 to electrically connect ground planes, patches, and / or striplines together to suppress unwanted mode excitations. The calculation and analysis described above uses techniques such as, for example, the moment method described above in the software Ensemble available from Ansoft Corporation and, for example, the joint model described above by Lee and Shi, It is not described in more detail herein.

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 SMA probe 2770 is a centrally located and electrically connected internal (or supplying) conductor 2774 along the transmission line 2726 for proper radiation to transfer EM energy from and / or to the antenna 2700. And an external conductor 2772 electrically connected to the ground plane 2716. Although the probe 2770 is preferably an SMA probe, any suitable coaxial probe and / or connection device may be used to make the connections described above. For example, a conductive adhesive (not shown) may be used to maintain bonding and contact between each inner conductor 2774 and the central stripline 2726a, and the SMA probe 2770 may be a ground plane 2716. An appropriate seal (not shown) may be provided to hermetically seal the connection when penetrating. The other end of the SMA probe 2770, which is not connected to the antenna 2700, is connectable via a cable (not shown) to a receiver such as a signal generator or a satellite signal decoder used for television signals.

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, antenna 2700 may be used to transmit or receive linearly polarized wave (LP) EM beams. In the transmission of the illustrated EM beam using the signal from the SMA probe 2770 to the transmission line 2726, the incoming signal is first and second portions 2726a and 2726b that act as quarter-wavelength converters. , Then proceed as traveling wave along transmission line 2726 through another quarter-wavelength converter and a power divider to finally deliver the EM power to the striplines 2724. The power distribution is sent to be relatively uniform between the reverberation path and the vertical stripline 2724. EM power is transmitted via the stripline 2724 in an array of patches 2720. The patches 2720 then induce a high standing standing wave for proper radiation through the radiating edges 2720b of each patch 2720 of the antenna 2700.

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 antenna 2700 for transmitting the signal is the same as the operation of the antenna for receiving the signal. Thus, for example, antenna 2700 may be placed in a residential home and directed to receive a beam from a satellite or equatorial satellite that carries a television signal in a predetermined frequency band or channel. Antenna 2700 may be so oriented by orienting top surface 2712b toward the source of the beam such that the top surface is generally perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the members of the antenna 2700 have the correct size for receiving the beam, the beam passes through the openings 2750 to induce standing waves, which is in the resonant cavity of the array of patches 2720 of the dielectric layer 2712. Resonance at The standing wave induced in the resonant cavity formed in the dielectric layer 2712 leaks EM power to the SMA probe 2770 via a transmission line network comprising striplines 2724 and 2726, and a receiver such as a decoder (not shown). Is delivered to. It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of the antenna 2700 transmitting the signal is the same as the operation of the antenna receiving the signal. Therefore, the transmission of the signal by antenna 2700 is no longer described herein.

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, additional patches 2720 may be provided to narrow the beam, or fewer patches 2720 may be used to reduce the physical space needed for the antenna 2700 of the present invention.

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, reference numeral 2900 generally refers to a planar microstrip arrangement that implements features of the present invention for dual-mode operation, such as transmitting or receiving beams. Represents an antenna. Antenna 2900 includes a dielectric layer 2912 that is generally square. The width 2902 and the length 2907 of the layer 2912 may or may not be equal and are determined by the number of patches used as described below, preferably at least 0.50 beyond the outer edges of the patch 2920. extends by the width and length 2902a of λ ε .

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 dielectric layer 2912 has a bottom surface 2912a to which a conductive ground plane 2916 is bonded, and an array of conductive radiation patches 2920 (FIG. 29) are ground plane 2916 and patch 2920. ), The top surface 2912b is joined between the striplines 2924 to form a resonant cavity in the dielectric layer 2912.

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, patches 2920 are generally square, having four corners 2920a and four radiating edges 2920b, each edge having a length 2920c of about 0.50λ ε . As seen in FIG. 29, patches 2920 are electrically interconnected to an array of substantially horizontal and vertical conductive striplines 2924 through two, three, or four edges 2920a, which is a dielectric layer 2912. Is bonded). The striplines 2924 are eventually electrically interconnected through a conductive transmission line 2928 that is substantially perpendicular to a substantially horizontal conductive transmission line 2926. Transmission lines 2926 and 2928 are bonded to dielectric layer 2912 and the intersection of transmission lines 2926 and 2928 is indicated by dashed outlines in FIG. 29 and is described in detail below with respect to FIG. The width of each stripline 2924 is preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50 to 200 ohms. Transmission lines 2926 and 2928 preferably include first portions 2926a and 2928a, each configured to have a characteristic impedance of about 100 ohms to an input impedance of about 50 ohms, and to ensure proper radiation. Supply lines 2974 are disposed on respective transmission lines 2926 and 2928 as described below with respect to 2970. Each transmission line 2926, 2928 further comprises two second portions 2926b, 2928b, which are configured as quarter-wavelength transducers to be minimally reflected.

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 transmission lines 2926 and 2928 can intersect at dashed outline 2927 without electrical contact. Thus, as seen in FIG. 30, the transmission line 2928 includes a bridge that includes two vias 2928c (vias) that pass under the transmission line 2926, and the two biases 2928c It passes through the holes in ground plane 2916 without making electrical contact with ground plane 2916, which is in turn by microstrip 2928d (FIG. 31) electrically isolated from ground plane 2916 through dielectric 2913. Electrically connected. In another embodiment, non-conductive crossing of transmission lines 2926 and 2928 may be made using a directional coupler described below with respect to FIGS. 31 and 32.

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 patches 2920, transmission lines 2924, 2926, openings 2950, center-to-center spacing 2960 are individually calculated so that the high standing standing wave can Fields created in the antenna cavity formed in 2912 and radiating from the radiating edges 2920b constitutively interfere with each other.

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 patches 2920 not only determines the overall size, but also the directivity of the antenna 2900. The sublobe levels of the antenna 2900 are determined by the field distribution between the radiating edges 2920b. Therefore, antenna characteristics, such as directivity and side lobe levels, are controlled by the location and size and supply of each patch 2920. In order to achieve high directivity, the field distribution between the radiating members 2920 is as uniform as possible. There are points in the dielectric layer 2912 near patches 2920 and stripline 2924 where there is no electric field. In some examples, one or more shorting pins (not shown) are disposed on the antenna 2900 to electrically connect ground planes, patches, and / or striplines together to suppress unwanted mode excitations. The calculation and analysis described above uses techniques such as, for example, the moment method described above in the software Ensemble available from Ansoft Corporation and, for example, the joint model described above by Lee and Shi, and therefore, herein It will not be described in more detail.

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 SMA probe 2970 is disposed and electrically connected along transmission lines 2926 and 2928 to optimize impedance matching of antenna 2900 to transfer EM energy from and / or to antenna 2900. An inner (or supply) conductor 2974 and an outer conductor 2972 electrically connected to a ground plane 2916. Preferably, the supply lines 2974 are multiples of λ ε plus about one-quarter wavelength apart from where the transmission lines 2926 and 2928 intersect, as shown in dotted outline 2927 (FIG. 29). Spaced apart by distance 2775. Although the probe 2970 is preferably an SMA probe, any suitable coaxial probe and / or connection device may be used to make the connections described above. For example, a conductive adhesive (not shown) may be used to maintain bonding and contact between each supply line 2974 and the central stripline 2926a, with the SMA probe 2970 being connected to the ground plane 2916. An appropriate seal (not shown) may be provided to hermetically seal the connection when penetrating. The other end of the SMA probe 2970 not connected to the antenna 2900 is connectable via a cable (not shown) to a receiver such as a signal generator or a satellite signal decoder used for television signals.

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, antenna 2900 may be used to transmit or receive linearly polarized wave (LP) EM beams. In the transmission of an EM beam, illustrated using a signal from SMA probe 2970 to transmission lines 2926, 2928, an incoming signal passes through transmission lines 2926, 2928 through first portions 2926a, 2928a, respectively. Proceeding as a traveling wave, EM power is sent to the two branches 2926b, 2928b and then to the stripline 2924 with minimal reflection. EM power is transmitted via the stripline 2924 to the array of patches 2920. The patches 2920 and portions of stripline 2924 then induce a high standing standing wave for proper radiation through the openings 2950 of the antenna 2900.

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 antenna 2900, vertical mode excitation is perpendicular to the horizontal mode so that crosstalk between two input signals is minimized. In other words, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited independently.

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 antenna 2900 for transmitting signals is the same as the operation of antennas for receiving signals. Thus, for example, antenna 2900 may be placed in a residential home and directed to receive a beam from a satellite or equatorial satellite that carries a television signal in a predetermined frequency band or channel. Antenna 2900 can be so oriented by orienting top surface 2912b toward the source of the beam such that the top surface is generally perpendicular to the direction of the beam. Assuming that the members of the antenna 2900 have the correct size to receive the beam, the beam passes through the openings 2950 to induce standing waves, which are ground plane 219 and striplines 2924 and patches 2920. Resonates within the resonant cavity in dielectric layer 2912 between the array of. Standing waves induced in the resonant cavities formed in the dielectric layer 2912 leak EM power to the SMA probe 2970 via a transmission line network comprising striplines 2924 and 2926, and receive a receiver such as a decoder (not shown). Is delivered to. It is known that antennas transmit and receive signals to each other. Therefore, it will be appreciated that the operation of antenna 2900 for transmitting signals is the same as the operation of antennas for receiving signals. Therefore, the transmission of the signal by antenna 2900 is no longer described herein.

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, additional patches 2920 may be provided to narrow the beam, or fewer patches 2920 may be used to reduce the physical space needed for the antenna 2900 of the present invention. By appropriately modifying the vicinity of the supply region, dual-mode operation with two rectangular circular polarizations (CP) can be achieved.

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, reference numeral 3200 generally denotes a planar microcrosstrip array antenna that implements features of the present invention for dual-mode operation, such as transmitting or receiving a beam. Antenna 3200 includes a dielectric layer 3212, which is generally square. The width 3202 and the length 3203 (FIG. 32) of layer 3212 may be the same or different and are determined by the number of patches used as described below, preferably the outer edges of patch 3220. Extends beyond the width and length 3202a of at least 0.50λ ε .

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 dielectric layer 3212 includes a bottom surface 3212a to which a conductive ground plane 3216 is bonded, and an array of conductive radiation patches 3220 may include a ground plane 3216, patches 3220, and a strip. An upper surface 3212b is formed between the lines 3224 and 3226 to form a resonant cavity in the dielectric layer 3212. Referring to FIG. 32, patches 3220 are generally square, with four corners 3220a and four radiating edges 3220b, each edge having a length 3220c of about 0.5λ ε . As seen in FIG. 32, patches 3220 are electrically interconnected through an edge 3220a to an array of substantially horizontal conductive striplines 3224 and vertical conductive striplines 3326. The striplines 3224 and 3226 are directional couplers detailed below with respect to FIG. 34 via respective transmission lines 3224a, 3224b, 3226a and 3226b so as to exchange EM energy with the probes detailed with respect to the SMA probe 3270. Electrically interconnected to 3400. Striplines 3224, 3226 and transmission lines 3224a, 3224b, 3226a, 6226b are bonded to dielectric layer 3212. Patches 3220 are preferably spaced by a center-to-center distance 3260 of about 1λ ε . Patches 3220 are preferably arranged in four sub-arrays and in sub-array 3222 with rows 3328 and columns 329 offset from each other within each sub-array. And is arranged in a number of rows and columns on top surface 3212b, typically represented by dashed outlines. The width of each stripline 3224, 3226 is preferably determined assuming a characteristic impedance of about 50 to 200 ohms. The transmission lines 3224a and 3226a are preferably configured to have a characteristic impedance of about 100 ohms for an input impedance of about 50 ohms, and the supply lines should be properly phased for each stripline and patch for optimum gain. on each stripline 3224, 3226 as described below with respect to the SMA probe 3270 to ensure phase. Transmission lines 3224b and 3226b are preferably configured as two 1 / 4-wavelength transducers in series to minimize reflection.

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 patches 3220, striplines 3224, 3226, openings 3250, center-to-center spacing 3260, coupler 3100 are calculated separately, A high standing wave is generated in the antenna cavity formed in the dielectric layer 3212, and the fields radiated from the radiating edges 3220b constitutively interfere with each other.

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 patches 3220 not only determines the overall size, but also the directivity of the antenna 3200. The sublobe levels of the antenna 3200 are determined by the field distribution between the radiating members 3220b. Therefore, antenna characteristics, such as directivity and side lobe levels, are controlled by the location and size of each patch 3220 and by way of feeding. To achieve high directivity, the field distribution between the radiating members 3220 is as uniform as possible. There are points in the dielectric layer 3212 within striplines 3224 and 3226 and patches 3220 where there is no electric field. In some examples, one or more shorting pins (not shown) are disposed in the antenna 3200 to electrically connect ground planes, patches, and / or striplines together to suppress unwanted mode excitations. The calculation and analysis described above uses techniques such as, for example, the moment method described above in the software Ensemble available from Ansoft Corporation and, for example, the joint model described above by Lee and Shi, and therefore, herein It will not be described in more detail.

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 SMA probe 3270 delivers EM energy from and / or to the antenna 3200 to ensure proper phase for each stripline and patch so that each transmit line 3224a, An inner (or supply) conductor 3274 disposed along and electrically connected along 3226a and an outer conductor 3332 electrically connected to ground plane 3216. Although the probe 3270 is preferably an SMA probe, any suitable coaxial probe and / or connection device may be used to make the connections described above. For example, a conductive adhesive (not shown) may be used to maintain bonding and contact between the inner conductor 3274 and the transmission line 3224a and the SMA probe 3270 penetrating the ground plane 3216. In this case, an appropriate seal (not shown) may be provided to hermetically seal the connection. The other end of the SMA probe 3270, which is not connected to the antenna 3200, is connectable via a cable (not shown) to a receiver such as a signal generator or a satellite signal decoder used for television signals.

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, antenna 3200 may be used to transmit and receive linearly polarized wave (LP) EM beams. Upon transmission of the EM beam, illustrated using a signal from SMA probe 3270 with supply line to transmission line 3224a, the incoming signal is sent along the transmission line 3224a via connector 3400 to the opposite transmission line. Proceeds as a traveling wave to 3224a. Transmission line 3224a directs the EM power of the signal to two branches 3224b and then with minimal reflection to stripline 3224 of each branch transmission line 3224b. EM power is transmitted via the striplines 3224 to the array of patches 3220. Subsequently, portions of the patches 3220 and stripline 3224 induce a high standing standing wave for proper radiation through the openings 3250 of the antenna 3200.

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 SMA probe 3270 with supply line to the transmission line 3326a, the incoming signal passes through the connector 3400 along the transmission line 3326a to the opposite transmission line. Proceeds as a traveling wave to 3326a. Transmission line 3326a sends the EM power of the signal to two branch transmission lines 3326b and then with minimal reflection to stripline 3326 of each branch transmission line 3326b. EM power is transmitted via the striplines 3326 to the array of patches 3220. The patches 3220 then induce a high standing standing wave for proper radiation through the openings 3250 of the antenna 3200.

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 antenna 3200, vertical mode excitation is perpendicular to the horizontal mode such that crosstalk between two input signals is minimized. In other words, two orthogonal vertical and horizontal modes can be excited independently.

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 antenna 3200 for transmitting the signal is the same as the operation of the antenna for receiving the signal. Thus, for example, antenna 3200 may be placed in a residential home and directed to receive a beam from a satellite or equatorial satellite that carries a television signal in a predetermined frequency band or channel. Antenna 3200 may be oriented so as to orient top surface 3212b toward the source of the beam such that the top surface is generally perpendicular to the direction of the beam. Assuming the members of the antenna 3200 have the correct size for receiving the beam, the beam passes through the openings 3250 and induces standing waves that resonate within the dielectric layer 3212. Standing waves induced in the resonant cavity formed in the dielectric layer 3212 leak electromagnetic power through the striplines 3224 and 3226 and the coupler 3400 to the appropriate SMA probe 3270, and with a decoder (not shown). Is delivered to the same receiver.

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, additional patches 3220 may be provided to narrow the beam, or fewer patches 3220 may be used to reduce the physical space needed for the antenna 3200 of the present invention. By appropriately modifying the vicinity of the supply region, dual-mode operation with two rectangular circular polarizations (CP) can be achieved.

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, reference numeral 3400 is used to couple two EM energy sources to two EM energy destinations such that EM energy can be communicated from two sources / sources to two destinations / destinations without interference. A planar microstrip directional coupler implementing the features of the present invention is shown. As described above with respect to FIGS. 32-33, coupler 3400 is preferably integrated into a microstrip antenna, such as antenna 2900 and antenna 3200. However, coupler 3400 may also function as a standalone coupler, as shown in FIG. 34, and so described herein for simplicity. Thus, coupler 3400 includes a dielectric layer 3412, which is generally square. Dielectric layer 3412 has a width 3402 and a length 3403, which may or may not be the same.

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, dielectric layer 3412 has a bottom surface 3412a to which conductive ground plane 3416 can optionally be joined, and top surface 3412b to which the array of conductive striplines are joined to form a directional coupler. Form. The striplines include first striplines 3420 and 3422 between which EM energy is transferred and second striplines 3424 and 3426 between which EM energy is transferred. The width of each stripline 4124 is preferably determined assuming a characteristic impedance Z 0 of about 50 to 200 ohms.

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. Striplines 3420, 3422, 3424, 3426 are substantially square bridges 3430 with two end portions 3432, top and bottom portions 3434, and mid-section portions 3434 as seen in FIG. 34. Is connected to. Preferably, the width of each end portion 3432 is preferably determined assuming a characteristic impedance Z 0 of about 50 to 200 ohms, and the length 3432a of each end portion 3432 is about 0.25λ ε to be. Preferably, the width of each upper and lower portion 3434 is determined assuming a characteristic impedance Z 0 / √2 of about 35 to 141 ohms, and half the length 3434a of each upper and lower portion 3434. ) Is about 0.25λ ε . Each upper and lower portion 3434 is further characterized by an end 3434b chamfered at an angle of about 45 ° relative to the upper and lower portions. Preferably a mid-portion of the width of the section (3436) is determined assuming a characteristic impedance Z 0/2 of about 25 to 100 ohms.

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 coupler 3400 is used in conjunction with the antenna arrangement of FIG. 29, a line, such as line 2928a illustrated in FIG. 29, is connected to each first stripline 3420, 3422, and in FIG. 29. Lines such as the illustrated line 2926a are connected to each second stripline 3424, 3426. With substantially negligible losses for striplines 3424 and 3426, energy on stripline 2928a is transferred from stripline 3420 to stripline 3422 (or from stripline 3422 to stripline 3420). Similarly, energy on stripline 2926a is transferred from stripline 3424 to stripline 3426 (or from stripline 3426 to stripline 3424) with substantially negligible losses for striplines 3420 and 3422.

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

Claims (50)

제 1 측면과 제 2 측면을 형성하는 유전체 층;A dielectric layer forming a first side and a second side; 상기 유전체 층의 상기 제 1 측면 상에 배치되는 전도성 접지면;A conductive ground plane disposed on the first side of the dielectric layer; 상기 유전체 층의 상기 제 2 측면 상에 배치되는 이격된 방사 패치들의 배열; 및An array of spaced radiating patches disposed on the second side of the dielectric layer; And 각 패치의 하나 이상의 모서리에 전기적으로 연결되고, 상기 유전체 층의 제 2 측면 상에 배치되는 하나 이상의 스트립라인을 포함하는 안테나(100-3300).An antenna (100-3300) electrically connected to one or more edges of each patch and including one or more striplines disposed on the second side of the dielectric layer. 제 1 항에 있어서, 상기 패치들 및 스트립라인들은 전자기적 에너지에 반응하여, 고계 정상파가 상기 안테나에 유도되도록 사이즈를 갖고 배치되는 안테나(100-3300).The antenna (100-3300) of claim 1, wherein the patches and striplines are sized and arranged such that a high standing wave is induced in the antenna in response to electromagnetic energy. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나는 평면형인 안테나(100-3300).The antenna (100-3300) of claim 1, wherein the antenna is planar. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나에 전자기적 에너지를 공급하기 위한 하나 이상의 패치와 상기 접지면에 전기적으로 연결된 하나 이상의 공급 수단을 추가로 포함하는 안테나(100-1800).The antenna of claim 1, further comprising at least one patch for extracting electromagnetic energy from the antenna and / or for supplying electromagnetic energy to the antenna and at least one supply means electrically connected to the ground plane. 100-1800). 제 1 항에 있어서, 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나에 전자기적 에너지를 공급하기 위해 하나 이상의 패치에 전기적으로 연결된 제 2 전도성 부재와, 접지면에 전기적으로 연결된 제 1 전도성 부재를 갖는 하나 이상의 공급 수단을 추가로 포함하는 안테나(100-1800).2. The second conductive element of claim 1, further comprising: a second conductive member electrically connected to at least one patch for extracting electromagnetic energy from the antenna and / or to supply electromagnetic energy to the antenna; Antenna (100-1800) further comprising at least one supply means having a member. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나에 전자기적 에너지를 공급하기 위한 하나 이상의 패치 및 상기 접지면에 전기적으로 연결된 마이크로스트립라인, 개구에 커플링된 라인, SMA 프로브, 프로브 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 안테나(100-1800).The microstripline of claim 1, wherein the microstripline is electrically connected to the ground plane, a line coupled to the opening, and / or one or more patches for extracting electromagnetic energy from the antenna and / or supplying electromagnetic energy to the antenna. An antenna (100-1800) further comprising at least one of an SMA probe and a probe. 제 1 항에 있어서, 2개 이상의 공급 수단을 추가로 포함하고, 이들 각각은 마이크로스트립라인, 개구에 커플링된 라인, SMA 프로브, 프로브 중 하나를 포함하며, 각각의 공급 수단은 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나에 전자기적 에너지를 공급하기 위한 하나 이상의 패치 및 상기 접지면에 직각관계로(orthogonally) 전기적으로 연결되는 안테나(100-1800).2. The apparatus of claim 1, further comprising two or more supply means, each of which comprises a microstripline, a line coupled to the opening, an SMA probe, a probe, each supply means being electronic from the antenna. An antenna (100-1800) electrically connected orthogonally to the ground plane and at least one patch for extracting miracle energy and / or supplying electromagnetic energy to the antenna. 제 1 항에 있어서, 상기 패치들은 동일한 행 및 열의 정사각형 배열로 배치되는 안테나(100-1300).The antenna (100-1300) of claim 1, wherein the patches are arranged in a square array of identical rows and columns. 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 스트립 라인 중 적어도 하나로부터 실 질적으로 직각으로 연장하며, 상기 유전체 층의 상기 제 2 측면 상에 배치되는 하나 이상의 동조 스터브(stub)를 추가로 포함하는 안테나(100).10. The antenna 100 of claim 1, further comprising one or more tuning stubs extending substantially at right angles from at least one of the one or more strip lines and disposed on the second side of the dielectric layer. ). 제 1 항에 있어서, 상기 패치들은 4개 이상의 패치를 포함하고,The method of claim 1, wherein the patches comprise four or more patches, 각각의 패치는 제 1 및 제 2 대각선 상 대향하는 모서리들과 제 3 및 제 4 대각선 상 대향하는 모서리들을 포함하며,Each patch comprises first and second diagonally opposite edges and third and fourth diagonally opposite edges, 상기 스트립라인들은 평행 스트립라인들의 제 1 그룹과 평행 스트립라인들의 제 2 그룹 사이에 일정 비율로 배분되고, 스트립라인들의 제 1 그룹의 스트립라인들은 스트립라인들의 제 2 그룹의 스트립라인들에 대해 실질적으로 직각으로 배향되고,The striplines are distributed in a proportion between the first group of parallel striplines and the second group of parallel striplines, wherein the striplines of the first group of striplines are substantially in relation to the striplines of the second group of striplines. Oriented at right angles to 스트립라인들의 상기 제 1 그룹은 상기 4개 이상의 패치들 중 2개 이상의 각각의 상기 제 1 및 제 2 대각선 상 대향하는 모서리들 중 하나 이상에서 함께 전기적으로 상호연결되고,The first group of striplines are electrically interconnected together at one or more of the first and second diagonally opposite edges of each of two or more of the four or more patches, 스트립라인들의 상기 제 2 그룹은 상기 4개 이상의 패치들 중 2개 이상의 각각의 상기 제 3 및 제 4 대각선 상 대향하는 모서리들 중 하나 이상에서 함께 전기적으로 상호연결되는 안테나(400-800).And said second group of striplines is electrically interconnected together at one or more of said third and fourth diagonally opposing corners of each of at least two of said four or more patches. 제 1 항에 있어서, 상기 패치들은 4개 이상의 패치들을 포함하고,The method of claim 1, wherein the patches comprise four or more patches, 각각의 패치는 제 1 및 제 2 대각선 상 대향하는 모서리들과 제 3 및 제 4 대각선 상 대향하는 모서리들을 포함하고,Each patch comprises first and second diagonally opposite edges and third and fourth diagonally opposite edges, 상기 스트립라인들은 평행 스트립라인들의 제 1 그룹과 평행 스트립라인들의 제 2 그룹의 사이에 일정 비율로 배분되고, 스트립라인들의 제 1 그룹의 상기 스트립라인들은 스트립라인들의 제 2 그룹의 스트립라인들에 대해 실질적으로 직각으로 배향되고,The striplines are distributed in a ratio between the first group of parallel striplines and the second group of parallel striplines, wherein the striplines of the first group of striplines are connected to the striplines of the second group of striplines. Oriented substantially perpendicular to, 상기 제 1 그룹의 스트립라인들은 4개 이상의 패치들 중 2개 이상의 각각의 상기 제 1 및 제 2 대각선 상 대향하는 모서리들 중 하나 이상에서 함께 전기적으로 상호연결되고,Striplines of the first group are electrically interconnected together at one or more of the first and second diagonally opposing edges of each of two or more of four or more patches, 상기 제 2 그룹의 스트립라인들은 4개 이상의 패치들 중 2개 이상의 각각의 상기 제 3 및 제 4 대각선 상 대향하는 모서리들 중 하나 이상에서 함께 전기적으로 상호연결되며,The second group of striplines are electrically interconnected together at one or more of each of the third and fourth diagonally opposite edges of each of two or more of four or more patches, 상기 안테나는 패치의 각각의 모서리로부터 외측으로 연장하는 하나의 동조 스터브를 추가로 포함하는 안테나(400-600).The antenna further comprises one tuning stub extending outward from each corner of the patch. 제 1 항에 있어서, 상기 패치들은 4개 이상의 패치들을 포함하고, 각각의 패치는 제 1 및 제 2 대각선 상 대향하는 모서리들과 제 3 및 제 4 대각선 상 대향하는 모서리들을 포함하고,The method of claim 1, wherein the patches comprise four or more patches, each patch comprising first and second diagonally opposite edges and third and fourth diagonally opposite edges, 상기 스트립라인들은 평행 스트립라인들의 제 1 그룹과 평행 스트립라인들의 제 2 그룹 사이에 일정 비율로 배분되고, 스트립라인들의 상기 제 1 그룹의 상기 스트립라인들은 스트립라인들의 상기 제 2 그룹의 상기 스트립라인들에 대해 실질적으로 직각으로 배향되고,The striplines are distributed in a ratio between the first group of parallel striplines and the second group of parallel striplines, wherein the striplines of the first group of striplines are the stripline of the second group of striplines. Oriented substantially perpendicular to the 스트립라인들의 상기 제 1 그룹은 4개 이상의 패치들 중 2개 이상의 각각의 상기 제 1 및 제 2 대각선 상 대향하는 모서리들 중 하나 이상에서 함께 전기적으로 상호연결되고,The first group of striplines are electrically interconnected together at one or more of each of the first and second diagonally opposing corners of each of two or more of four or more patches, 스트립라인들의 상기 제 2 그룹은 4개 이상의 패치들 중 2개 이상의 각각의 상기 제 3 및 제 4 대각선 상 대향하는 모서리들 중 하나 이상에서 함께 전기적으로 상호연결되며,The second group of striplines are electrically interconnected together at one or more of each of the third and fourth diagonally opposite edges of each of two or more of four or more patches, 상기 안테나는 공통 지점을 향해 4개의 패치 각각의 하나의 모서리로부터 외측으로 연장하는 하나의 동조 스터브를 추가로 포함하는 안테나(800).The antenna (800) further comprises one tuning stub extending outward from one corner of each of the four patches toward a common point. 제 1 항에 있어서, 상기 패치들은 4개 이상의 패치들을 포함하고, 각각의 패치는 제 1 및 제 2 대각선 상 대향하는 모서리들과 제 3 및 제 4 대각선 상 대향하는 모서리들을 포함하고,The method of claim 1, wherein the patches comprise four or more patches, each patch comprising first and second diagonally opposite edges and third and fourth diagonally opposite edges, 스트립라인들은 제 1 그룹의 평행 스트립라인들과 제 2 그룹의 평행 스트립라인들과 제 3 그룹의 스트립라인들 사이에 일정 비율로 배분되고, 상기 제 1 그룹의 스트립라인들의 상기 스트립라인들은 상기 제 2 그룹의 스트립라인들의 상기 스트립라인들에 대해 실질적으로 직각으로 배향되고, 상기 제 3 그룹의 스트립라인들의 상기 스트립라인들은 상기 제 1 및 제 2 그룹의 스트립라인들의 상기 스트립라인들에 대해 실질적으로 45°로 배향되며,The striplines are distributed in a ratio between the parallel striplines of the first group and the parallel striplines of the second group and the striplines of the third group, and the striplines of the striplines of the first group are the first group. Oriented substantially perpendicular to the striplines of the two groups of striplines, wherein the striplines of the third group of striplines are substantially relative to the striplines of the striplines of the first and second groups. Oriented at 45 °, 상기 제 1 그룹의 스트립라인들은 4개 이상의 패치들 중 2개 이상의 각각의 상기 제 1 및 제 2 대각선 상 대향하는 모서리들 중 하나 이상에서 함께 전기적으 로 상호연결되고,Striplines of the first group are electrically interconnected together at one or more of each of the first and second diagonally opposite edges of each of two or more of four or more patches, 상기 제 2 그룹의 스트립라인들은 4개 이상의 패치들 중 2개 이상의 각각의 상기 제 3 및 제 4 대각선 상 대향하는 모서리들 중 하나 이상에서 함께 전기적으로 상호연결되고,Striplines of the second group are electrically interconnected together at one or more of each of the third and fourth diagonally opposite edges of each of two or more of four or more patches, 4개의 패치들 중 하나 이상의 그룹에 대해, 상기 안테나는 하나 이상의 그룹의 패치들을 구성하는 4개의 패치 각각의 하나의 모서리로부터 공통 지점을 향해 외측으로 연장하는 하나의 동조 스터브를 추가로 포함하고, 상기 제 3 그룹의 스트립라인으로부터의 하나의 스트립라인은 2개의 가장 가까운 동조 스터브 각각과 각각의 동조 스터브를 상호연결하는 안테나(1000).For one or more groups of four patches, the antenna further comprises one tuning stub extending outwardly toward a common point from one corner of each of the four patches constituting one or more groups of patches, wherein One stripline from the third group of striplines interconnects each of the two closest tuning stubs and each tuning stub. 제 1 항에 있어서, 상기 패치들은 4개 이상의 패치들을 포함하고, 각각의 패치는 제 1 및 제 2 대각선 상 대향하는 모서리들과 제 3 및 제 4 대각선 상 대향하는 모서리들을 포함하고,The method of claim 1, wherein the patches comprise four or more patches, each patch comprising first and second diagonally opposite edges and third and fourth diagonally opposite edges, 상기 스트립라인들은 제 1 그룹의 평행 스트립라인들과 제 2 그룹의 평행 스트립라인들과 제 3 그룹의 스트립라인들 사이에 일정 비율로 배분되고, 상기 제 1 그룹의 스트립라인들의 상기 스트립라인들은 상기 제 2 그룹의 스트립라인들의 상기 스트립라인들에 대해 실질적으로 직각으로 배향되고, 상기 제 3 그룹의 스트립라인들의 상기 스트립라인들은 상기 제 1 및 제 2 그룹의 스트립라인들의 스트립라인들에 대해 실질적으로 45°로 배향되고,The striplines are distributed in a ratio between the parallel striplines of the first group and the parallel striplines of the second group and the striplines of the third group, and the striplines of the striplines of the first group are Oriented substantially perpendicular to the striplines of the stripline of the second group, wherein the striplines of the stripline of the third group are substantially relative to the striplines of the stripline of the first and second group Oriented at 45 °, 상기 제 1 그룹의 스트립라인들은 4개 이상의 패치들 중 2개 이상의 각각의 상기 제 1 및 제 2 대각선 상 대향하는 모서리들 중 하나 이상에서 함께 전기적으로 상호연결되고,Striplines of the first group are electrically interconnected together at one or more of the first and second diagonally opposing edges of each of two or more of four or more patches, 상기 제 2 그룹의 스트립라인들은 4개 이상의 패치들 중 2개 이상의 각각의 상기 제 3 및 제 4 대각선 상 대향하는 모서리들 중 하나 이상에서 함께 전기적으로 상호연결되며,The second group of striplines are electrically interconnected together at one or more of each of the third and fourth diagonally opposite edges of each of two or more of four or more patches, 하나 이상의 제 1 그룹의 4개의 패치들에 대해, 상기 안테나는 하나 이상의 그룹의 패치들을 구성하는 상기 4개의 패치들 각각의 하나의 모서리로부터 공통 지점을 향해 외측으로 연장하는 하나의 단락 스터브를 추가로 포함하고, 상기 제 3 그룹의 스트립라인으로부터의 하나의 스트립라인은 2개의 가장 가까운 단락 스터브 각각과 각각의 단락 스터브를 상호연결하고,For four patches of one or more first groups, the antenna further comprises one shorting stub that extends outwardly toward a common point from one corner of each of the four patches constituting one or more groups of patches. Wherein one stripline from the third group of striplines interconnects each of the two closest short stubs and each short stub, 하나 이상의 제 2 그룹의 4개의 패치들에 대해, 상기 안테나는 하나 이상의 그룹의 패치들을 구성하는 상기 4개의 패치들 각각의 하나의 모서리로부터 공통 지점을 향해 외측으로 연장하는 하나의 동조 스터브를 추가로 포함하고, 상기 제 3 그룹의 스트립라인으로부터의 하나의 스트립라인은 2개의 가장 가까운 동조 스터브 각각과 각각의 동조 스터브를 상호연결하고, 각각의 동조 스터브는 상기 각각의 동조 스터브들과 스트립라인들의 상호연결 지점 너머로 연장하는 안테나(1300).For four patches of one or more second groups, the antenna further comprises one tuning stub extending outwardly toward a common point from one corner of each of the four patches constituting one or more groups of patches. Wherein one stripline from the third group of striplines interconnects each of the two closest tuning stubs and each tuning stub, wherein each tuning stub is the interconnection of the respective tuning stubs and the striplines. An antenna 1300 extending beyond the connection point. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나는 제 1 측면과 제 2 측면을 형성하는 선형 배열 안테나이고,The antenna of claim 1, wherein the antenna is a linear array antenna forming a first side and a second side, 상기 안테나는 3개 이상의 패치를 포함하고, 각각의 패치는 제 1 측면 근처 의 제 1 모서리와, 제 2 측면 근처의 제 2 모서리를 형성하며,The antenna comprises three or more patches, each patch forming a first corner near a first side and a second corner near a second side, 두 인접한 패치들 사이에서, 상기 스트립라인들은 각각의 패치의 제 1 모서리와 인접한 패치의 제 2 모서리를 전기적으로 상호연결하고, 이들 두 스트립라인들은 십자교차하며,Between two adjacent patches, the striplines electrically interconnect the first edge of each patch and the second edge of the adjacent patch, the two striplines crosswise, 상기 안테나는 하나의 패치의 하나 이상의 모서리로부터 외측으로 연장하는 하나 이상의 동조 스터브를 추가로 포함하며, 상기 모서리는 스트립라인에도 연결되는 안테나(1600). The antenna further includes one or more tuning stubs extending outward from one or more edges of one patch, the edges also connected to a stripline. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나로 전자기적 에너지를 공급하기 위해, 하나 이상의 전송 라인과 하나 이상의 스트립라인을 통해 하나 이상의 패치에 및 상기 접지면에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 공급 수단을 추가로 포함하는 안테나(1900-3300).2. The device of claim 1, further comprising: at least one patch through at least one transmission line and at least one stripline and at the ground plane to extract electromagnetic energy from the antenna and / or to supply electromagnetic energy to the antenna. Antenna (1900-3300) further comprising one or more supply means connected to. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나로 전자기적 에너지를 공급하기 위해, 하나 이상의 전송 라인과 하나 이상의 스트립라인을 통해 하나 이상의 패치에 전기적으로 연결된 제 2 전도성 부재 및 상기 접지면에 전기적으로 연결된 제 1 전도성 부재를 갖는 하나 이상의 공급 수단을 추가로 포함하는 안테나(1900-3300).2. The second conductive element of claim 1, wherein the second conductivity is electrically connected to one or more patches through one or more transmission lines and one or more striplines to extract electromagnetic energy from the antenna and / or to supply electromagnetic energy to the antenna. And at least one supply means having a member and a first conductive member electrically connected to the ground plane. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또 는 상기 안테나로 전자기적 에너지를 공급하기 위해, 하나 이상의 전송 라인과 하나 이상의 스트립라인을 통해 하나 이상의 패치에 전기적으로 연결되고, 상기 접지면에 전기적으로 연결되는 마이크로스트립라인, 및 개구에 커플링된 라인, SMA 프로브, 프로브 중 하나 이상을 추가로 포함하는 안테나(1900-3300).2. The apparatus of claim 1, electrically coupled to one or more patches via one or more transmission lines and one or more striplines to extract electromagnetic energy from the antenna and / or to supply electromagnetic energy to the antenna, And at least one of a microstrip line electrically connected to the ground plane, and a line coupled to the opening, an SMA probe, and a probe. 제 1 항에 있어서, 2개 이상의 공급 수단을 추가로 포함하고, 공급 수단 각각은 마이크로스트립라인, 개구에 커플링된 라인, SMA 프로브, 프로브 중 하나를 포함하며, 각각의 공급 수단은 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나로 전자기적 에너지를 공급하기 위해, 하나 이상의 전송 라인과 하나 이상의 스트립라인을 통해 하나 이상의 패치에 전기적으로 연결되고, 상기 접지면에 직각으로 전기적으로 연결되는 안테나(2300, 2900, 3200).The apparatus of claim 1, further comprising two or more supply means, each supplying means comprising one of a microstripline, a line coupled to the opening, an SMA probe, a probe, each supply means from the antenna Electrically connected to one or more patches via at least one transmission line and at least one stripline and electrically connected at right angles to the ground plane for extracting electromagnetic energy and / or supplying electromagnetic energy to the antenna. Antennas 2300, 2900, 3200. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나로 전자기적 에너지를 공급하기 위해, 다수의 스트립라인들에 연결된 전송 라인을 통해 하나 이상의 패치의 하나 이상의 모서리에 및 상기 접지면에 전기적으로 연결된 하나 이상의 공급 수단을 추가로 포함하는 안테나(1900, 2100, 2500).The method of claim 1, further comprising: at one or more edges of one or more patches through a transmission line connected to a plurality of striplines for extracting electromagnetic energy from the antenna and / or for supplying electromagnetic energy to the antenna. An antenna (1900, 2100, 2500) further comprising at least one supply means electrically connected to a ground plane. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나로 전자기적 에너지를 공급하기 위해, 다수의 스트립라인들에 연결 된 전송 라인을 통해 하나 이상의 패치의 하나 이상의 모서리에 및 상기 접지면에 전기적으로 연결된 하나 이상의 공급 수단을 추가로 포함하고,The method of claim 1, further comprising: at one or more edges of one or more patches through a transmission line connected to a plurality of striplines for extracting electromagnetic energy from the antenna and / or supplying electromagnetic energy to the antenna; Further comprising at least one supply means electrically connected to the ground plane, 상기 전송 라인은 상기 유전체 층의 제 2 측면 상의 중앙에 배치되는 안테나(1900, 2500).The transmission line is centered on the second side of the dielectric layer (1900, 2500). 제 1 항에 있어서, 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나로 전자기적 에너지를 공급하기 위해, 다수의 스트립라인에 연결된 전송 라인을 통해 하나 이상의 패치의 하나 이상의 모서리에 및 상기 접지면에 전기적으로 연결된 하나 이상의 공급 수단을 추가로 포함하고,The grounding system of claim 1, wherein at least one edge of at least one patch and at ground through a transmission line connected to a plurality of striplines for extracting electromagnetic energy from the antenna and / or for supplying electromagnetic energy to the antenna. Further comprising one or more supply means electrically connected to the face, 상기 전송 라인은 패치들의 배열 외측의 상기 유전체 층의 상기 제 2 측면 상에 배치되는 안테나(2100).The transmission line is disposed on the second side of the dielectric layer outside of the array of patches. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나로 전자기적 에너지를 공급하기 위해, 다수의 실질적으로 평행한 제 1 스트립라인들에 연결된 제 1 전송 라인을 통해 하나 이상의 패치의 하나 이상의 모서리에 및 상기 접지면에 전기적으로 연결된 제 1 공급 수단; 및2. The system of claim 1, wherein the at least one through a first transmission line connected to a plurality of substantially parallel first striplines for extracting electromagnetic energy from the antenna and / or for supplying electromagnetic energy to the antenna. First supply means electrically connected to at least one edge of the patch and to the ground plane; And 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나로 전자기적 에너지를 공급하기 위해, 다수의 실질적으로 평행한 제 2 스트립라인들에 연결된 제 2 전송 라인을 통해 하나 이상의 패치의 하나 이상의 모서리에 및 상기 접지면에 전기적으로 연결된 제 2 공급 수단을 추가로 포함하고,To extract electromagnetic energy from the antenna and / or to supply electromagnetic energy to the antenna, at least one edge of one or more patches through a second transmission line connected to a plurality of substantially parallel second striplines. And second supply means electrically connected to the ground plane; 제 1 전송 라인은 패치들의 배열 외측에 배치되며, 상기 제 1 스트립라인들에 실질적으로 직각이고,The first transmission line is disposed outside the array of patches and is substantially perpendicular to the first striplines, 제 2 전송 라인은 패치들의 배열 외측에 배치되며, 상기 제 2 스트립라인들에 실질적으로 직각이고, 상기 제 1 스트립라인들은 상기 제 2 스트립라인들에 대해 실질적으로 직각인 안테나(2300, 2900).And a second transmission line disposed outside the array of patches, substantially perpendicular to the second striplines, wherein the first striplines are substantially perpendicular to the second striplines. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나로 전자기적 에너지를 공급하기 위해, 하나 이상의 패치 각각의 하나 이상의 제 1 모서리에 연결된 다수의 실질적으로 평행한 제 1 스트립라인들에 연결된 전송 라인을 통해 전기적으로 연결되고, 상기 접지면에 전기적으로 연결된 하나 이상의 공급 수단; 및The plurality of substantially parallel first strips connected to one or more first edges of each of the one or more patches for extracting electromagnetic energy from the antenna and / or for supplying electromagnetic energy to the antenna. One or more supply means electrically connected via transmission lines connected to the lines and electrically connected to the ground plane; And 하나 이상의 패치 각각의 하나 이상의 제 2 모서리에 연결된 다수의 실질적으로 평행한 제 2 스트립라인을 추가로 포함하고,Further comprising a plurality of substantially parallel second striplines connected to one or more second edges of each of the one or more patches, 전송 라인은 패치들의 배열 내의 유전체 층의 제 2 측면 상의 중앙에 일반적으로 배치되고,The transmission line is generally disposed centrally on the second side of the dielectric layer in the array of patches, 제 1 스트립라인들은 제 2 스트립라인들에 실질적으로 직각이고, 제 1 모서리들은 제 2 모서리들에 대해 대각선상에서 대향하는 안테나(2700).The first striplines are substantially perpendicular to the second striplines, and the first edges are diagonally opposite to the second edges. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나로 전자기적 에너지를 공급하기 위해 다수의 실질적으로 평행한 제 1 스트립라인들에 연결된 제 1 전송 라인을 통해 하나 이상의 패치의 하나 이상의 모서리에 및 접지면에 전기적으로 연결된 제 1 공급 수단; 및2. The at least one patch of claim 1, wherein the first transmission line is connected to a plurality of substantially parallel first striplines for extracting electromagnetic energy from the antenna and / or for supplying electromagnetic energy to the antenna. First supply means electrically connected to one or more edges of the ground plane and the ground plane; And 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나로 전자기적 에너지를 공급하기 위해 다수의 실질적으로 평행한 제 2 스트립라인들에 연결된 제 2 전송 라인을 통해 하나 이상의 패치의 하나 이상의 모서리에 및 접지면에 전기적으로 연결된 제 2 공급 수단을 추가로 포함하고,At one or more edges of one or more patches through a second transmission line connected to a plurality of substantially parallel second striplines for extracting electromagnetic energy from the antenna and / or for supplying electromagnetic energy to the antenna and Further comprising a second supply means electrically connected to a ground plane, 제 1 전송 라인은 제 1 스트립라인들에 대해 실질적으로 직각이고, 일반적으로 패치들의 배열 내의 유전체 층의 제 2 측면의 중앙 상에 배치되고,The first transmission line is substantially perpendicular to the first striplines and is generally disposed on the center of the second side of the dielectric layer in the array of patches, 제 2 전송 라인은 제 2 스트립라인들에 대해 실질적으로 직각이고, 일반적으로 패치들의 배열 내의 유전체 층의 제 2 측면의 중앙 상에 배치되고, The second transmission line is substantially perpendicular to the second striplines and is generally disposed on the center of the second side of the dielectric layer in the array of patches, 상기 제 1 스트립라인들은 제 2 스트립라인들에 대해 실질적으로 직각이고,The first striplines are substantially perpendicular to the second striplines, 상기 제 2 전송 라인은 제 1 및 제 2 전송 라인들의 교차지점에서 일반적으로 구성되는 브리지를 추가로 포함하고,The second transmission line further comprises a bridge generally configured at the intersection of the first and second transmission lines, 상기 브리지는 상기 제 2 전송 라인에 걸쳐 전자기적 에너지를 전달하기 위해, 제 1 전송 라인의 각각의 측면 상의 제 2 전송 라인으로부터, 유전체, 접지면, 및 제 2 유전체에 형성되는 개구(aperture)들을 통해 제 2 유전체 상에 배치되는 마이크로스트립으로 연장하는 바이어스(vias)를 포함하는 안테나(2900).The bridge draws apertures formed in the dielectric, ground plane, and second dielectric from the second transmission line on each side of the first transmission line to transfer electromagnetic energy across the second transmission line. An antenna (2900) comprising vias extending through the microstrip disposed on the second dielectric. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나로 전자기적 에너지를 공급하기 위해 다수의 실질적으로 평행한 제 1 스트립라인들에 연결된 제 1 전송 라인의 제 1 및 제 2 부분들을 통해 하나 이상의 패치의 하나 이상의 모서리에 및 접지면에 전기적으로 연결된 제 1 공급 수단;The first and second lines of a first transmission line connected to a plurality of substantially parallel first striplines for extracting electromagnetic energy from the antenna and / or for supplying electromagnetic energy to the antenna. First supply means electrically connected to one or more edges of the one or more patches and to the ground plane through two portions; 상기 안테나로부터 전자기적 에너지를 추출하거나 및/또는 상기 안테나로 전자기적 에너지를 공급하기 위해 다수의 실질적으로 평행한 제 2 스트립라인들에 연결된 제 2 전송 라인의 제 1 및 제 2 부분들을 통해 하나 이상의 패치의 하나 이상의 모서리에 및 접지면에 전기적으로 연결된 제 2 공급 수단; 및One or more via first and second portions of a second transmission line connected to a plurality of substantially parallel second striplines for extracting electromagnetic energy from the antenna and / or for supplying electromagnetic energy to the antenna. Second supply means electrically connected to one or more edges of the patch and to the ground plane; And 제 1 및 제 2 전송 라인들 간의 전자기적 에너지의 전달이 실질적으로 금지되도록, 제 1 전송 라인의 제 1 및 제 2 부분들 간에 전기적 연속성을 제공하고, 제 2 전송 라인의 제 1 및 제 2 부분들 간에 전기적 연속성을 제공하도록 구성되는 지향성 커플러를 추가로 포함하고;Provide electrical continuity between the first and second portions of the first transmission line, such that the transfer of electromagnetic energy between the first and second transmission lines is substantially prohibited, and the first and second portions of the second transmission line Further comprising a directional coupler configured to provide electrical continuity between them; 상기 커플러는 제 1 전송 라인의 제 1 부분에 연결되는 제 1 단부와 제 2 전송 라인의 제 1 부분에 연결되는 제 2 단부를 형성하는 제 1 마이크로스트립 종방향 섹션;The coupler comprises: a first microstrip longitudinal section defining a first end connected to the first portion of the first transmission line and a second end connected to the first portion of the second transmission line; 제 1 전송 라인의 제 2 부분에 연결되는 제 1 단부와 제 2 전송 라인의 제 2 부분에 연결되는 제 2 단부를 형성하는 제 2 마이크로스트립 종방향 섹션;A second microstrip longitudinal section forming a first end connected to the second portion of the first transmission line and a second end connected to the second portion of the second transmission line; 제 1 종방향 섹션의 제 1 단부와 제 2 종방향 섹션의 제 1 단부 사이에 연결되는 제 1 마이크로스트립 단부 연결 섹션;A first microstrip end connecting section connected between the first end of the first longitudinal section and the first end of the second longitudinal section; 제 1 종방향 섹션의 제 2 단부와 제 2 종방향 섹션의 제 2 단부 사이에 연결되는 제 2 마이크로스트립 단부 연결 섹션; 및A second microstrip end connecting section connected between the second end of the first longitudinal section and the second end of the second longitudinal section; And 제 1 종방향 섹션의 중간-섹션과 제 2 종방향 섹션의 중간-섹션 사이에 연결 되는 중간 마이크로스트립 연결 섹션을 포함하고, 상기 제 1, 제 2, 및 중간 연결 섹션들은 제 1 및 제 2 종방향 섹션들의 중심선들이 약 1/4 파장만큼 이격되고, 제 1 및 중간 연결 섹션의 중심선들이 약 1/4 파장만큼 이격되고, 제 2 및 중간 연결 섹션의 중심선들이 약 1/4 파장만큼 이격되도록 하는 사이즈를 갖고, 제 1 및 제 2 종방향 섹션들과 중간 섹션들의 폭들은 X의 임피던스를 가정하여 결정되고, 제 1 및 제 2 단부 연결 섹션들의 폭들은 약 2X의 임피던스를 가정하여 결정되며, 여기서 X는 약 25 내지 100옴이고,An intermediate microstrip connection section connected between the mid-section of the first longitudinal section and the middle-section of the second longitudinal section, wherein the first, second, and intermediate connection sections are of the first and second type. Such that the centerlines of the directional sections are spaced about 1/4 wavelength apart, the centerlines of the first and intermediate connecting sections are spaced about 1/4 wavelength apart and the centerlines of the second and intermediate connecting sections are spaced about 1/4 wavelength apart. Having a size, the widths of the first and second longitudinal sections and the intermediate sections are determined assuming an impedance of X, and the widths of the first and second end connecting sections are determined assuming an impedance of about 2X, where X is about 25 to 100 ohms, 제 1 전송 라인은 제 1 스트립라인들에 대해 실질적으로 직각이고 패치들의 배열 내의 유전체 층의 제 2 측면의 중앙 상에 일반적으로 배치되고,The first transmission line is substantially perpendicular to the first striplines and generally disposed on the center of the second side of the dielectric layer in the array of patches, 제 2 전송 라인은 제 2 스트립라인들에 대해 실질적으로 직각이고 패치들의 배열 내의 유전체 층의 제 2 측면의 중앙 상에 일반적으로 배치되고, 제 1 스트립라인들은 제 2 스트립라인들에 대해 실질적으로 직각인 안테나(3200).The second transmission line is substantially perpendicular to the second striplines and is generally disposed on the center of the second side of the dielectric layer in the array of patches, wherein the first striplines are substantially perpendicular to the second striplines. Antenna 3200. 제 1 및 제 2 전송 라인들 간의 전자기적 에너지의 전달이 실질적으로 금지되도록, 제 1 전송 라인의 제 1 및 제 2 부분들 간에 전기적 연속성을 제공하고, 제 2 전송 라인의 제 1 및 제 2 부분들 간에 전기적 연속성을 제공하도록 구성되는 평면 마이크로스트립 지향성 커플러로서,Provide electrical continuity between the first and second portions of the first transmission line, such that the transfer of electromagnetic energy between the first and second transmission lines is substantially prohibited, and the first and second portions of the second transmission line A planar microstrip directional coupler configured to provide electrical continuity between them, 제 1 전송 라인의 제 1 부분에 연결되는 제 1 단부와 제 2 전송 라인의 제 1 부분에 연결되는 제 2 단부를 형성하는 제 1 마이크로스트립 종방향 섹션;A first microstrip longitudinal section forming a first end connected to the first portion of the first transmission line and a second end connected to the first portion of the second transmission line; 제 1 전송 라인의 제 2 부분에 연결되는 제 1 단부와 제 2 전송 라인의 제 2 부분에 연결되는 제 2 단부를 형성하는 제 2 마이크로스트립 종방향 섹션;A second microstrip longitudinal section forming a first end connected to the second portion of the first transmission line and a second end connected to the second portion of the second transmission line; 제 1 종방향 섹션의 제 1 단부와 제 2 종방향 섹션의 제 1 단부 사이에 연결되는 제 1 마이크로스트립 단부 연결 섹션과;A first microstrip end connecting section connected between the first end of the first longitudinal section and the first end of the second longitudinal section; 제 1 종방향 섹션의 제 2 단부와 제 2 종방향 섹션의 제 2 단부 사이에 연결되는 제 2 마이크로스트립 단부 연결 섹션과;A second microstrip end connecting section connected between the second end of the first longitudinal section and the second end of the second longitudinal section; 제 1 종방향 섹션의 중간지점과 제 2 종방향 섹션의 중간지점 사이에 연결되는 중간 마이크로스트립 연결 섹션을 포함하고, 상기 제 1, 제 2, 및 중간 연결 섹션들은 제 1 및 제 2 종방향 섹션들의 중심선들이 약 1/4 파장만큼 이격되고, 제 1 및 중간 연결 섹션의 중심선들이 약 1/4 파장만큼 이격되고, 제 2 및 중간 연결 섹션의 중심선들이 약 1/4 파장만큼 이격되도록 하는 사이즈를 갖고, 제 1 및 제 2 종방향 섹션들과 중간 섹션들의 폭들은 X의 임피던스를 가정하여 결정되고, 제 1 및 제 2 단부 연결 섹션들의 폭들은 약 2X의 임피던스를 가정하여 결정되고, 여기서 X는 약 25 내지 100옴인 평면 마이크로스트립 지향성 커플러.An intermediate microstrip connection section connected between the midpoint of the first longitudinal section and the midpoint of the second longitudinal section, wherein the first, second, and intermediate connection sections comprise first and second longitudinal sections. The centerlines are spaced about 1/4 wavelength apart, the centerlines of the first and intermediate connecting sections are spaced about 1/4 wavelength apart, and the centerlines of the second and intermediate connecting sections are spaced about 1/4 wavelength apart. Wherein the widths of the first and second longitudinal sections and the middle sections are determined assuming an impedance of X, and the widths of the first and second end connecting sections are determined assuming an impedance of about 2X, where X is A planar microstrip directional coupler that is about 25 to 100 ohms. 제 27 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 종방향 섹션들의 상기 제 1 및 제 2 단부들 각각은 약 45°의 각도로 모따기(chamfer)된 평면 마이크로스트립 지향성 커플러.28. The planar microstrip directional coupler of claim 27, wherein each of the first and second ends of the first and second longitudinal sections is chamfered at an angle of about 45 degrees. 단일 유전체 재료층;A single dielectric material layer; 상기 유전체 재료의 제 1 측면에 연속적인 접지면;A ground plane continuous to the first side of the dielectric material; 상기 제 1 측면의 반대쪽의 상기 유전체 재료의 제 2 측면에 연속적인 다수의 패치;A plurality of patches continuous to the second side of the dielectric material opposite the first side; 공급 단자; 및Supply terminals; And 상기 공급 단자가 상기 다수의 패치 각각에 물리적으로 연결되게 하는 다수의 스트립라인 전도체를 포함하고, 패치들, 스트립라인들 및 접지면 사이에 형성되는 공동은 정상파들이 공동에 형성되어, 정상파의 몇 개의 노드(node)들이 상기 스트립라인 전도체들의 각각에 존재하도록 구성되는 마이크로스트립 배열 안테나.A plurality of stripline conductors for physically connecting the supply terminals to each of the plurality of patches, wherein the cavity formed between the patches, striplines and ground plane has standing waves formed in the cavity, Microstrip array antenna configured to have nodes present in each of said stripline conductors. 평면 유전체의 제 1 측면에 접지면을 부착하는 단계; 및Attaching a ground plane to the first side of the planar dielectric; And 다수의 노드를 갖는 정상파가 패치들, 관련 전도성 재료 및 접지면 사이의 공동부에 형성됨을 보장하기 위해, 상기 제 1 측면 반대쪽의, 상기 평면 유전체의 제 2 측면 상에서, 공급 단자를 각각의 방사 패치들에 연결하는 관련 전도성 재료, 공급 단자 및 방사 패치들을 구성하는 단계를 포함하고,To ensure that standing waves with multiple nodes are formed in the cavity between the patches, the associated conductive material and the ground plane, on the second side of the planar dielectric, opposite the first side, a feed terminal is provided for each radiating patch. Configuring relevant conductive material, supply terminals and radiation patches connecting to the wires; 정상파의 적어도 몇 개의 노드들은 상기 관련 전도성 재료의 일부분과 일치하는 마이크로스트립 배열 안테나의 설계방법.And at least some nodes of the standing wave coincide with a portion of the associated conductive material. 제 30 항에 있어서, 관련 전도성 재료는 스트립라인들로서 구성되는 마이크로스트립 배열 안테나 설계방법.33. The method of claim 30, wherein the associated conductive material is configured as striplines. 평면 유전체의 제 1 측면에 접지면을 부착하는 단계; 및Attaching a ground plane to the first side of the planar dielectric; And 방사 패치들에 걸쳐 예정된 분포의 전자기적 전력을 제공하기 위해 다수의 노드를 갖는 정상파가 패치들, 관련 전도성 재료 및 접지면 사이의 공동부에 형성됨을 보장하기 위해, 상기 제 1 측면 반대쪽의, 상기 평면 유전체의 제 2 측면 상에서, 공급 단자를 각각의 방사 패치들에 연결하는 관련 전도성 재료, 공급 단자 및 방사 패치들을 구성하는 단계를 포함하는 마이크로스트립 배열 안테나의 설계방법.Opposite the first side, to ensure that standing waves with multiple nodes are formed in the cavity between the patches, the associated conductive material and the ground plane to provide a predetermined distribution of electromagnetic power across the radiating patches. On the second side of the planar dielectric, constructing a related conductive material, supply terminal and radiation patches connecting the supply terminal to the respective radiation patches. 제 32 항에 있어서, 관련 전도성 재료는 스트립라인들로서 구성되고, 예정된 분포는 실질적으로 균일한 마이크로스트립 배열 안테나 설계방법.33. The method of claim 32, wherein the associated conductive material is configured as striplines and the predetermined distribution is substantially uniform. 제 32 항에 있어서, 관련 전도성 재료는 스트립라인들로서 구성되고, 예정된 분포는 부엽 에너지 분포를 최소화하기 위해 테이퍼지는(tapered) 마이크로스트립 배열 안테나 설계방법.33. The method of claim 32, wherein the associated conductive material is configured as striplines, and the predetermined distribution is tapered to minimize the side lobe energy distribution. 단일 유전체 재료층;A single dielectric material layer; 상기 유전체 재료의 제 1 측면에 연속적인 접지면;A ground plane continuous to the first side of the dielectric material; 상기 제 1 측면의 반대쪽의 상기 유전체 재료의 제 2 측면에 연속적인 다수의 패치;A plurality of patches continuous to the second side of the dielectric material opposite the first side; 공급 단자; 및Supply terminals; And 상기 공급 단자를 상기 다수의 패치들 각각에 직접 상호연결하는 다수의 스 트립라인 전도체를 포함하고,A plurality of stripline conductors directly interconnecting said supply terminals to each of said plurality of patches, 작동 모드에 사용되는 모든 패치들은 같은 물리적 사이즈를 갖는 평면 마이크로스트립 배열 안테나.All patches used in the operating mode are planar microstrip array antennas of the same physical size. 동일한 평면에서 교차하는 전도체들의 제 1 및 제 2 세트들을 통해, 제 1 및 제 2 에너지원들은 각각의 에너지 싱크(sink)에 물리적으로 연결되지만, 상이한 각도 배향을 갖는, 제 1 및 제 2 에너지원들과 각각의 에너지 싱크들 간에 EM(전자기적) 에너지를 분배하는 방법에 있어서,Through the first and second sets of conductors intersecting in the same plane, the first and second energy sources are physically connected to respective energy sinks, but have different angular orientations. In a method of distributing EM (electromagnetic) energy between the respective energy sinks and the respective energy sinks, 상기 교차하는 전도체들의 평면에 연속적인 공진 공동을 제공하는 단계; 및Providing a continuous resonant cavity in the plane of the crossing conductors; And 상기 제 1 및 제 2 EM 에너지원으로부터 제 1 및 제 2 각도 배향의 제 1 및 제 2 정상파들을 생성하는 단계를 포함하고,Generating first and second standing waves of first and second angular orientations from the first and second EM energy sources, 상기 제 1 및 제 2 정상파들의 노드들은 교차하는 전도체들의 상기 제 1 및 제 2 세트의 적어도 일부의 교차지점에서 발생하여, 2개의 모드의 여기가 서로 독립적인 EM 에너지 분배 방법.And wherein said nodes of said first and second standing waves occur at the intersection of at least a portion of said first and second sets of intersecting conductors such that the excitation of the two modes is independent of each other. 제 36 항에 있어서, 상호연결하는 전도체들은 스트립라인들인 EM 에너지 분배 방법.37. The method of claim 36, wherein the interconnecting conductors are striplines. 접지면;Ground plane; 방사 배열 부재, 신호 원(signal source) 단자, 및 상기 신호 원 단자와 상 기 방사 패치들을 상호연결하는 관련 전도성 재료를 포함하는 표면 영역; 및A surface region comprising a radiation array member, a signal source terminal, and an associated conductive material interconnecting said signal source terminal and said radiation patches; And 상기 안테나에 EM(전자기적) 에너지를 적용할 때 정상파를 생성하도록 구성되는 상기 표면 영역과 상기 접지면 사이의 공진 신호 공동을 포함하고,A resonance signal cavity between the surface area and the ground plane configured to generate standing waves when applying EM (electromagnetic) energy to the antenna, 상기 정상파의 노드들은 관련 전도성 재료와 방사 배열 부재 모두에서 존재하는 안테나.And the nodes of the standing wave are present in both the associated conductive material and the radiation array member. 제 38 항에 있어서, 방사 배열 부재들은 전도성 재료의 패치들이고, 관련 전도성 재료는 스트립라인 부재들을 포함하는 안테나.39. The antenna of claim 38 wherein the radiation array members are patches of conductive material and the associated conductive material comprises stripline members. 평면 배열의 다수의 방사 배열 부재들;A plurality of radiating arrangement members in a planar arrangement; 상기 평면 배열의 공급 단자;Supply terminals in the planar array; 상기 평면 배열의 다수의 관련 전도성 재료 부재들; 및A plurality of associated conductive material members in the planar arrangement; And 공동에 형성되는 정상파들이 2개의 수직 및 수평 스트립라인들의 교차지점들에서 노드들을 갖도록 구성되는, 상기 평면 배열에 연속적인 공진 공동을 포함하고,A standing cavity formed in the cavity comprises a resonant cavity continuous in the planar arrangement, configured to have nodes at intersections of two vertical and horizontal striplines, 상기 다수의 관련 전도성 재료 부재들에 의해, 상기 공급 단자가 상기 다수의 실질적으로 동일한 사이즈의 패치들 각각에 물리적으로 연결되는 마이크로스트립 평면 배열 안테나.And the supply terminal is physically connected to each of the plurality of substantially equally sized patches by the plurality of related conductive material members. 제 40 항에 있어서, 상기 방사 배열 부재들은 방사 패치들이고 최대 지향성 을 위해 실질적으로 동일한 사이즈를 가지며;41. The apparatus of claim 40, wherein the radiation array members are radiation patches and have substantially the same size for maximum directivity; 관련 전도성 재료 부재들은 스트립라인들인 마이크로스트립 평면 배열 안테나.The associated conductive material members are striplines. 원편파 및 선형 편파 빔 신호에 대해 수정없이 사용될 수 있는 마이크로스트립 단일 평면 배열 안테나에 있어서,A microstrip single plane array antenna that can be used without modification for circularly and linearly polarized beam signals, 평면 배열의 다수의 방사 패치들;Multiple radial patches in a planar arrangement; 상기 평면 배열의 제 1 및 제 2 공급 단자들;First and second supply terminals in the planar arrangement; 상기 평면 배열의 제 1 및 제 2 세트의 스트립라인 전도체들; 및First and second sets of stripline conductors in the planar arrangement; And 공동에 형성되는 정상파들이 상기 방사 패치들과 스트립라인 십자형 교차지점들의 대부분과 일치하는 노드들을 갖도록 구성되는, 상기 평면 배열에 연속적인 공진 공동을 포함하고,A standing cavity formed in the cavity comprises a resonant cavity continuous in the planar arrangement, configured to have nodes coincident with most of the radiation patches and stripline cross-shaped intersections, 상기 제 1 및 제 2 세트의 스트립라인 전도체들에 의해 각각의 상기 공급 단자들은 상기 다수의 실질적으로 동일한 사이즈의 패치들 각각에 물리적으로 연결되며, 상기 제 1 및 제 2 세트의 스트립라인 전도체들은 다수의 십자형 교차지점들을 형성하도록 상이한 각도 방향들로 배향되는 마이크로스트립 단일 평면 배열 안테나.Each of the supply terminals is physically connected to each of the plurality of substantially equally sized patches by the first and second set of stripline conductors, and the first and second set of stripline conductors And a microstrip single planar array antenna oriented in different angular directions to form crosswise intersections of the plurality of antennas. 제 42 항에 있어서, 상기 방사 패치들은 최대 지향성을 위해 실질적으로 동일한 사이즈를 갖는 마이크로스트립 단일 평면 배열 안테나.43. The microstrip single plane array antenna of claim 42 wherein the radiating patches have substantially the same size for maximum directivity. 제 41 항 또는 제 43 항에 있어서, 패치들은 정사각형인 안테나.44. The antenna of claim 41 or 43 wherein the patches are square. 공진 공동에 나란히 배치되고, 소정의 평면에서 신호 원 단자와 방사 패치들을 포함하는, 마이크로스트립 배열 안테나의 전송 효율 증가 방법에 있어서,A method of increasing the transmission efficiency of a microstrip array antenna, arranged side by side in a resonant cavity and comprising signal source terminals and radiating patches in a predetermined plane, 다수의 전도성 스트립들로 신호 원 단자를 각각의 방사 패치들에 전기적으로 연결하는 단계;Electrically connecting the signal source terminal to the respective radiating patches with a plurality of conductive strips; 누화 레벨이 최소화되도록, 상기 공진 공동에 발생하는 정상파가 모드 여기 방식으로 상기 전도성 스트립들의 대부분의 교차지점에서 노드를 갖도록, 안테나 부재들을 구성하는 단계를 포함하는 마이크로스트립 배열 안테나의 전송 효율 증가 방법.And configuring antenna members such that standing waves occurring in the resonant cavity have nodes at most intersections of the conductive strips in a mode-excited manner such that crosstalk levels are minimized. 제 1 측면과 제 2 측면을 형성하는 유전체 층;A dielectric layer forming a first side and a second side; 상기 유전체 층의 상기 제 1 측면 상에 배치되는 전도성 접지면;A conductive ground plane disposed on the first side of the dielectric layer; 상기 유전체 층의 상기 제 2 측면 상에 배치되는 이격된 방사 패치들의 배열; 및An array of spaced radiating patches disposed on the second side of the dielectric layer; And 상기 배열의 패치들의 각각의 패치의 하나 이상의 모서리에서 전기적으로 상호연결되고, 상기 유전체 층의 상기 제 2 측면 상에 배치되는, 하나 이상의 상호연결 부재를 포함하는 안테나(100-3300).An antenna (100-3300) comprising at least one interconnect member electrically interconnected at one or more edges of each patch of the arrays and disposed on the second side of the dielectric layer. 제 46 항에 있어서, 상기 하나 이상의 상호연결 부재와 상기 패치들은 정상파를 동작적으로(operationally) 포함하는 누설 공동의 하나의 표면을 형성하는 안테나.47. The antenna of claim 46 wherein the one or more interconnecting members and the patches form one surface of a leakage cavity that operably includes standing waves. 제 46 항에 있어서, 상기 하나 이상의 상호연결 부재는 공동에 형성되는 정상파들의 전력 흐름을 안내하게 작동하며, 공동의 경계들은 상기 유전체 층에 의해 윤곽지어지는 안테나.47. The antenna of claim 46 wherein the one or more interconnecting members operate to direct power flow of standing waves formed in the cavity, the boundaries of the cavity being contoured by the dielectric layer. 제 46 항에 있어서, 상기 하나 이상의 상호연결 부재는 안테나 대역폭을 정하기 위해 상기 패치들과 연계하여 작동하는 안테나.47. The antenna of claim 46 wherein said at least one interconnect member operates in conjunction with said patches to determine antenna bandwidth. 제 46 항에 있어서, 상기 하나 이상의 상호연결 부재는 상기 유전체 층의 경계들 내에 형성된 공동의 정상파 공진 주파수를 형성하도록 상기 패치들과 연계하여 작동하는 안테나.47. The antenna of claim 46 wherein said at least one interconnect member operates in conjunction with said patches to form a standing wave resonant frequency of a cavity formed within boundaries of said dielectric layer.
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