KR20070093072A - 삼중 편파 슬롯 안테나 - Google Patents

삼중 편파 슬롯 안테나 Download PDF

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헤드릭 하리손
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텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍)
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    • H01Q13/106—Microstrip slot antennas

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Abstract

본 발명은 한 측 상에 공급 장치(6;6')를 가지며, 다른 측 상에는 접지 평면에 적어도 하나의 슬롯(5;62,63,64,65;66,67,68,69,70,71,72,73)을 갖는, 제1 측(3) 및 제2 측(4)을 갖는 유전 매체(2)를 포함하는 안테나 장치에 관한 것이고, 여기서 공급 장치는 제1(13;13';37;37'), 제2(14;14'38;38'), 제3(15;15';41;41') 및 제4(16;16';42;42') 공급 컨덕터를 포함하는데, 각각은 슬롯(5;62,63,64,65; 66,67,68,69,70,71,72,73)의 갭을 가로지르고, 각각의 교차점은 안테나 장치(1,1',1'',1''')에 대한 공급 지점(17,18,19,20;39,40,43,44,50,51,52, 53)을 구성한다. 제1 동작에서, 슬롯에 걸쳐 방향 지어진 제1 고정 자기장(26)이 획득된다. 제2 동작에서, 슬롯에 걸쳐 방향 지어지고, 사인 변동을 갖는 제2 고정 자기장(28)이 획득된다. 제3 동작에서, 슬롯에 걸쳐 방향 지어지고, 사인 변동을 갖는 제3 고정 자기장(30)이 획득된다.
Figure 112007046401242-PCT00002
안테나 장치, 공급 장치, 슬롯, 공급 컨덕터, 자기장

Description

삼중 편파 슬롯 안테나{A TRIPLE POLARIZED SLOT ANTENNA}
본 발명은 제1 및 제2 측 각각 상에 형성된 전도성 표면 구조를 갖는, 제1 측 및 제2 측을 갖는 유전 물질을 포함하는 안테나 장치에 관한 것이고, 제1 측 상의 전도성 구조는 접지 평면이고, 제2 측 상의 전도성 구조는 공급 장치인데, 여기서, 접지 평면에 적어도 하나의 슬롯이 존재하고, 상기 적어도 하나의 슬롯은 접지 평면에 갭을 구성하며, 공급 장치는 적어도 제1, 제2, 제3 및 제4 공급 컨덕터를 포함하고, 각각의 공급 컨덕터는 접지 평면의 적어도 하나의 슬롯의 갭을 가로지르고, 당 슬롯에 걸쳐 신장하며 임의의 거리만큼 슬롯을 통과하는데, 상기 거리는 스터브(stub)를 구성하고, 여기서 각각의 교차점은 안테나 장치에 대한 공급 지점을 구성한다.
무선 통신 시스템에 대한 요구는 꾸준히 증가하고 있고, 또한 여전히 증가하고 있고, 다수의 기술 진보 단계가 이런 증가로 인해서 획득된다. 상호 관련되지 않은 전파 경로를 사용함으로써 무선 시스템에 대한 증가된 시스템 캐패시티(capacity)를 획득하기 위해서, MIMO(다중 입력 다중 출력) 시스템은 캐패시티를 개선하기 위한 바람직한 기술을 구성하도록 고려되어 왔다. MIMO는 예컨대, 여러 전송 및 수신 안테나에 의해서 다수의 분리된 독립 신호 경로를 사용한다. 희망하 는 결과는 수신뿐만 아니라 전송을 위한 다수의 상호 관련되지 않은 안테나 포트를 갖는 것이다.
MIMO에 대해서, 채널을 추정하고 이런 추정을 계속 갱신하기를 희망한다. 이런 갱신은 공지된 방법으로 소위 파일럿 신호를 계속 전송함으로써 수행될 수 있다. 채널의 추정은 채널 매트릭스의 결과를 가져온다. 다수의 전송 안테나(Tx)가 다수의 수신 안테나(Rx)를 향하여 전송된 신호 벡터를 구성하는 신호를 전송한다면, 모든 Tx 신호는 Rx 안테나들 중 각각의 하나에 합산되고, 선형 결합에 의해서, 수신된 벡터가 형성된다. 수신된 신호 벡터를 역 채널 매트리스로 승산함으로써, 채널은 고려되고 직교 정보가 획득되는데, 즉, 정확한 채널 매트릭스가 공지된다면, 정확한 전송된 신호 팩터를 획득할 수 있다. 그러므로 채널 매트릭스는 Tx 및 Rx 안테나 각각의 안테나 포트 간의 커플링의 역할을 한다. 이런 매트릭스는 크기가 MxN이고, 여기서 M은 Tx 안테나의 다수의 입력(안테나 포트)이고, N은 Rx 안테나의 다수의 출력(안테나 포트)이다. 이는 MIMO 시스템 분야의 당업자에게 이미 공지되었다.
MIMO 시스템이 효율적으로 기능을 하기 위해서, 상호 관련되지 않거나 적어도 필수적으로 상호 관련되지 않고, 전송된 신호가 필요로 된다. 문맥상에서 "상호 관련되지 않은 신호"라는 어휘의 의미는 방사 패턴이 필수적으로 직교한다는 것을 의미한다. 이는 안테나가 적어도 두 개의 직교 편파에서 수신 및 전송을 행한다면 하나의 안테나에 대해 가능하게 행해진다. 두 개 이상의 직교 편파가 하나의 안테나에 대해 사용된다면, 다수의 독립적인 편파 경로를 갖는 소위 부유한 스캐터링 환경(rich scattering environment)에서 사용될 필요가 있고, 그렇지 않으면, 두 개 이상의 직교 편파로부터 이익을 가질 수 없기 때문이다. 부유한 스캐터링 환경은 여러 전자기 파장이 공간의 단일 지점에 일치할 때 발생한다는 것이 고려된다. 그러므로 부유한 스캐터링 환경에서, 두 개 이상의 직교 편파가 사용될 수 있는데, 다수의 독립적인 전파 경로는 사용될 안테나가 모두 자유롭게 할 수 있기 때문이다.
MIMO 시스템용 안테나는 안테나 포트에서 수신된 신호들 간의 낮은 상호 관계를 획득하기 위해서 공간 분리를 사용할 수 있는데, 즉, 물리적인 분리이다. 그러나 이는 예컨대, 휴대용 단말기용으로 적합하지 않은 큰 배열의 결과를 가져온다. 상호 관련되지 않은 신호를 성취하기 위한 하나의 다른 방법은 편파 분리에 의한 것이고, 즉, 일반적으로 직교 편파를 갖는 신호를 전송하고 수신하는 것이다.
그래서 세 개의 포트를 가는 MIMO 안테나용 세 개의 직교 극성을 사용하도록 제안되지만, 이런 안테나는 제작이 어렵고, (약 2GHz) MIMO 시스템에 사용되는 바와 같이 고주파수에서 사용될 때, 많은 공간을 필요로 한다. 공개 출원 US 2002/0190908호에 설명되는 바와 같이, 6개에 이르는 포트가 고려될 수 있지만, 교차된 극성 및 동반하는 루프 요소가 또한 고주파수에 대해 합리적인 가격으로 성취되기 어려운 복잡한 구조이다.
본 발명에 의해 해결되는 주된 문제점은 MIMO 시스템에 적합한 안테나 장치를 제공하는데, 상기 안테나 장치는 세 개의 필수적으로 상호 관련되지 않은 편파에서 전송 및 수신이 가능하다. 안테나 장치는 또한 저가로 얇은 구조로 만들어져 야만 하고, 또한 MIMO 시스템에서 사용되는 바와 같이, 고주파수에서 적절해야 한다.
이런 주된 문제점은 소개에 따르는 안테나 장치에 의해 해결되는데, 상기 안테나 장치는 또한 공급 지점이 그들이 다수의 대향하는 공급 지점 쌍을 구성하는 수이고, 공급 장치의 모든 공급 지점은 전송뿐만 아니라 수신시 적어도 하나의 슬롯을 공급하도록 제공되는데, 제1 동작 모드에서, 적어도 두 쌍의 대향하는 공급 지점이 서로 필수적으로 동일한 위상으로 공급되어, 슬롯 갭에 걸쳐 방향 지어지는 제1 고정 자기장의 결과를 가져오고, 제2 동작 모드에서는 적어도 하나의 공급 지점 쌍의 공급 지점이 서로 필수적으로 180°만큼 다른 위상으로 공급되어, 슬롯 갭에 걸쳐 방향 지어지고, 사인형 변동을 갖는 제2 자기장의 결과를 가져오며, 제3 동작 모드에서는, 적어도 하나의 공급 지점 쌍의 공급 지점이 제2 동작 모드의 공급 지점 쌍으로부터 분리되고, 서로 필수적으로 180°만큼 다른 위상으로 공급되어, 슬롯 갭에 걸쳐 방향 지어지고, 사인형 변동을 갖는 제3 전기장의 결과를 가져오고, 여기서 제3 동작 모드의 공급 지점 쌍을 가로지르는 제1 가상선 및 제3 동작 모드의 공급 지점 쌍을 가로지르는 제2 가상선이 서로 수직인 것이 필수적인 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예가 독립항에서 개시된다.
예컨대:
- 저가 삼중 편파 안테나 장치가 획득된다
- 평면 기술로 만들어진 삼중 편파 안테나가 공간 소모형 안테나 장치로 만들어지지 않는다
- 제조가 용이한 삼중 편파 안테나가 획득된다는 여러 이점이 본 발명에 의해 성취된다.
본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도1a는 본 발명을 따르는 제1 실시예의 개략적인 사시도;
도1b는 본 발명을 따르는 임의의 장(field)을 도시하는 개략적인 사시도;
도1c는 본 발명을 따르는 임의의 장 특성을 도시하는 개략적인 사시도;
도1d는 본 발명을 따르는 임의의 장 특성을 도시하는 개략적인 사시도;
도2는 본 발명의 제2 실시예의 개략적인 사시도;
도3은 본 발명의 제3 실시예의 개략적인 사시도; 및
도4는 본 발명의 제4 실시예의 개략적인 사시도.
본 발명에 따르면, 소위 삼중-모드 안테나 장치가 제공된다. 삼중-모드 안테나 장치는 필수적으로 세계의 직교 방사 패턴을 전송하도록 디자인된다.
본 발명의 제1 실시예를 도시하는 도1에 도시된 바와 같이 삼중-모드 안테나 장치(1)는 쿠퍼-클래드 유전 라미네이트(copper-clad dielectric laminate)(2), 예컨대, 테플론 기반의 라미네이트를 포함한다. 라미네이트(2)는 제1(3) 및 제2(4) 쿠퍼 클래드 측을 갖는다. 제1 쿠퍼 클래드 측(3) 상에서는, 쿠퍼에 링형 쿠퍼(5) 가 제공되는 방법으로 쿠퍼가 제거된다. 슬롯(5)은 접지 평면의 갭을 구성한다. 제2 측 상에서는 대부분의 쿠퍼가 제거되어 슬롯(5)을 여기시키도록 공급 네트워크(6)를 떠난다. 쿠퍼의 제거는 여러 방법으로 수행될 수 있는데 대부분의 방법은 애칭(etching)이라고 칭해지는 것이다. 예컨대, 밀링(milling) 또는 스프링-프린팅(screen-printing)이 고려될 수 있다.
공급 네트워크(6)에 의해서, 링형 슬롯(5)은 세 개의 다른 방법으로 여기되어, 제1, 제2 및 제3 모드의 동작에서, 전송될 세 개의 직교 방사 패턴을 가능하게 한다. 링(5)의 순환 길이는 약 1 내지 2 파장 길이인데, 이는 안테나 장치(1)가 디자인되는 주파수 대역의 중신 주파수로부터 계산된다. 파장 길이는 고려되는 라미네이트 물질 효과와 함께 계산되어, 소위 유도 파장 길이의 결과를 가져온다.
공급 네트워크(6)는 제1(7) 및 제2(8) 네 개의 포트 90° 3dB 하이브리드 접합부, 및 제1(9) 및 제2(10) 90° 위상 쉬프트기를 더 포함한다. 각각의 네 개의 포트 90° 3dB 하이브리드 접합부(7,8)는 네 개의 단말기(A,B,∑ 및 △)를 갖는다. △ 단말기가 그 특징적인 임피던스에 연결된다면, ∑ 단말기에서의 입력 신호가 A 및 B 단말기에서 두 개의 신호로 분리되며, 각각의 신호는 -90°쉬프트된 A 단말기에서의 위상을 갖는 동일한 진폭을 갖는다. 그렇지 않고 ∑ 단말기가 그의 특징적인 임피던스에 연결된다면, △ 단말기에서의 입력 신호가 A 및 B 단말기에서 두 개의 신호로 분리되며, 각각의 신호는 A 단말기에서 +90°쉬프트된 위상과 동일한 진폭을 갖는다. 기능은 상호적이다.
도1에 도시된 바와 같이, 제1 네 개의 포트 90°3dB 하이브리드 접합부(7)는 차동 단말기(△1), 합산 단말기(∑1) 및 두 개의 신호 단말기(A1,B1)를 포함한다. 게다가, 제2 네 개의 포트 90°3dB 하이브리드 접합부(10)는 차동 단말기(△2), 합산 단말기(∑2) 및 두 개의 신호 단말기(A2,B2)를 포함한다. 합산 단말기(∑1,∑2)는 합산 연결 지점(12)에서 공통 합산 신호 포트(11)에 연결된다.
공급 네트워크(6)는 제2 90°3dB 하이브리드 접합부(7,8)로부터 비롯된 컨덕터(13,14,15,16)를 포함하는데, 이들은 필수적으로 동일한 길이를 가지며, 제1 및 제2 위상 쉬프트기를 포함한다. 컨덕터(13,14,15,16)는 교차점(17,18,19,20)에서 슬롯(5)의 탄젠트에 대해 필수적으로 90°에서의 제1, 제2, 제3 및 제4 교차점에서 링형 슬롯(5)을 가로지른다. 컨덕터(13,14,15,16)는 슬롯(5)을 교차할 때 주요 방향을 갖는데, 이런 경우에, 컨덕터가 필수적으로 수직으로 원을 "가르지른다"는 것을 의미한다.
공급 지점으로써 기능을 하고, 지금부터 공급 지점이라 칭해질 네 개의 교차점(17,18,19,20)은 제1, 제2, 제3 및 제4 공급 지점(17,18,19,20)을 연속적으로 형성하고, 슬롯(5)의 평균 원주를 형성하는 링형 슬롯(5)의 중심에서 상상되는 원(도시되지 않음)의 순환을 따라 필수적으로 90°로 분리된다. 연속적인 공급 지점(17,18,19,20)은 제1 및 제2 공급 지점(17,18)이 서로 대향하고, 제3 및 제4 공급 지점(19,20)이 서로 대향하며, 공급 지점이 시계 방향으로 제1 및 제4(17,20), 제2 및 제3(18,19)인 방법으로 위치된다.
제1 및 제2 공급 지점(17,18)은 제1 공급 지점 쌍을 구성하고, 제3 및 제4 공급 지점(19,20)은 제2 공급 지점 쌍을 구성한다. 제1 공급 지점을 가로지르는 제1 가상선(L1) 및 제2 공급 지점을 가로지르는 제2 기상선(L2)이 서로 수직인 것이 필수적이다.
신호 단말기(A1)는 제1 위상 쉬프트기(9)를 통해 제1 공급 지점(17)에 연결되고, 신호 단말기(A2)는 제2 위상 쉬프트기(9)를 통해 제3 공급 지점(19)에 연결된다. 게다가, 신호 단말기(B1)는 제2 공급 지점(18)에 연결되고, 신호 단말기(B2)는 제4 공급 지점(20)에 연결된다.
게다가, 도1에 도시된 바와 같이, 컨덕터(13,14,15,16)는 밖으로부터 슬롯(5)을 가로지르고, 슬롯(5)의 중심을 향하여 내부로 임의의 거리를 연장하고, 개별적인 공급 지점(17,18,19,20)을 통과하여, 각각은 소위 스터브(21,22,23,24)를 형성한다.
동작의 제1 모드 동안에, 합산 신호 포트(11)는 합산 연결 지점(12)으로의 신호가 공급되고, 상기 신호는 동일하게 분리되며, 또한 90°3dB 하이브리드 접합부(7,8)의 개별적인 합산 포트(∑1,∑2)로 동일한 위상으로 공급된다. 그 후에 90°3dB 하이브리드 접합부(7,8)는 동일한 위치에서 개별적인 입력 신호를 분리하는데, 이는 -90°쉬프트된 단말기(A1,A2)에서 신호를 각각 갖는 개별적인 신호 단말기(A1 및 B1, A2 및 B2)에서 출력된다. A1 및 A2로부터의 신호는 개별적인 90°위상 쉬프트기(9,10)를 통해 공급되고, 이는 분리된 소자 또는 90°에 상응하는 컨덕터 길이의 조절기일 수 있다. 이는 개별적인 위상 쉬프트기(9,10) 이후에, 단말기(A1,A2)로부터 신호가 +90°쉬프트되어, +90°+-90°=0°의 총 위상 쉬프트의 결과를 가져온다는 것을 의미한다.
도1b를 참조하면, 신호 단말기(B1)로부터의 출력이 모두 위상 쉬프트되지 않기 때문에, 이는 공급 지점(17,18,19,20)에서 동일한 진폭 및 위상으로 공급되는 링형 슬롯(5)의 결과를 가져오고, 이는 동축 컨덕터에서 TEM-모드라 여겨질 수 있다. 이런 자기 전류(25)는 다수의 방사형 화살표로 도시된, 도1b의 슬롯(5)에서 고정적이고 방사형으로 방향 지어진 제1 자기장(26)에 상응한다.
도1a를 참조하면, 제2 동작 모드에서, 신호가 제1 차동 포트(27)를 통해 제1 90°3dB 하이브리드 접합부(7)의 제1 차동 단말기(△1)에 공급된다. 그 후에 제1 90°3dB 하이브리드 접합부(7)는 동일한 위치에서 입력 신호를 분리하고, 이는 단말기(A1)에서 +90°쉬프트된 신호를 갖는 개별적인 신호 단말기(A1,B2)에서 출력된다. A1로부터의 신호는 그 후에 제1 90°위상 쉬프트기(9)를 통해 공급된다. 이는 제1 위상 쉬프트기 이후에, 단말기(A1)로부터의 신호가 +90°쉬프트되어, 90°+90°=180°의 총 위상 쉬프트의 결과를 가져온다.
또한, 도1c를 참조하면, 신호 단말기(B1)로부터의 출력이 모두 위상 쉬프트되지 않기 때문에, 이는 동일한 진폭으로 공급되지만, 개별적인 공급 지점(17,18)에서 180°의 위상 차를 갖는 링형 슬롯(5)의 결과를 가져온다. 링형 슬롯(5)을 가 로지르는 컨덕터(13,14)가 대향하는 유전체로부터 슬롯을 가로지르기 때문에, 결과적인 전기장이 공동으로 동작하여, 링형 슬롯(5)에서, 사인형 변동을 가지며, 평면 기판(2)의 링형 슬롯(5)에서 방사형으로 방향 지어진 제2 자기장(28)의 결과를 가져온다. 자기장은 자기장의 세기에 상응하는 길이를 갖는 다수의 화살표로 도1c에 도시되고, 여기서 화살표는 자기장이 시간에 걸쳐 조화있게 변화하기 때문에 순간적인 자기장 분배를 나타낸다. 이런 동작 모드는 동축 컨덕터에서 TE11-모드에 상응한다.
도1a를 참조하면, 동작의 제3 모드는 동작의 제2 모드에 상응하는데, 여기서 신호는 제2 차동 포트(29)를 통해 제2 90°3dB 하이브리드 접합부(8)의 제2 차동 단말기(△2)에 공급된다. 도1d를 또한 참조하면, 이는 링형 슬롯(5)에서, 사인형 변동을 가지며, 평면 기판(2)의 슬롯(5)에서 방사형으로 방향 지어진 제3 자기장(30)의 결과를 가져온다. 이런 동작 모드는 또한 동축 컨덕터에서 TE11-모드에 상응하고, 제2 동작 모드의 TE11-모드에 대해 90°회전된다. 장에 대해서 동일한 기준 방향을 사용하면, 제2 자기장(28)이 사인형으로 바뀐다면, 제3 자기장(30)은 코사인 형으로 바뀐다. 이는 제3 자기장(30)이 또한 제2 자기장(28)에 수직이라는 것을 의미한다.
결론적으로, 슬롯은 이제 세 개의 방법으로 여기되어, 제1, 제2 및 제3 자기장을 갖는 제3 다른 모드를 획득하여, 모두 서로 수직인 것이 이상적인 개구장(aperture field)을 구성한다.
상응하는 방사 패턴은 또한 직교이고, 상호 관계(ρ)는 다음과 같이 쓰여질 수 있다:
Figure 112007046401242-PCT00001
.
상기 공식에서, Ω는 표면을 의미하고, 심벌은 켤레 복소수를 의미한다. 방사 패턴의 통합을 위해서, Ω는 모든 공간 각을 포함하는 폐쇄 표면을 나타내고, 이런 통합이 0일 때, 방사 패턴들 사이의 상호 관계가 없는데, 즉, 방사 패턴이 서로 직교한다. 분모는 효과 표준화 항(effect normalization term)이다.
방사 패턴이 수직이라는 것을 결정할 때, 개구장을 사용할 수 있다. 개구장을 고려할 때, Ω는 개구 표면을 의미한다. 개구장은 하나의 기간에 걸쳐 상수(제1 모드) 곱하기 사인 변동(제2 또는 제3 모드)의 통합이 0이기 때문에 직교이다. 게다가, 하나의 기간에 걸쳐 두 개의 직교 사인 변동의 통합(사인*코사인)이 또한 영이다. 이런 장(26,28,30)은 안테나 장치(1)의 개구에서 수직이고, 안테나(1)의 개구 전류(도시되지 않음)에 상응하는데, 상기 개구 전류는 또한 수직이며, 원위장(far field)은 또한 당업자에게 공지된 바와 같이 직교 장 벡터를 포함한다.
필수적으로 적어도 세 개의 직교 방사 패턴을 갖는 것은 매우 필요로 되는데, 이는 상호 관련되지 않은 평행 채널을 가능하게 하기 때문이고, 즉, 채널 매트릭스의 열이 독립적일 것이다. 이는 차례로 본 발명의 MIMO 시스템에 적용될 수 있다는 것을 의미한다.
중첩에 의해서, 모든 동작 모드는 동시에 동작할 수 있으므로, 삼중-모드 안테나 장치가 필수적으로 세 개의 직교 방사 패턴을 전송하도록 한다.
공급 네트워크(6)의 실제 구현은 중요하지 않으나, 당업자에게 명백한 방법으로 바뀔 수 있다. 제1 실시예에 따르는 본 발명의 중요한 특징은 슬롯(5)이 세 개의 동작 모드에서 공급된다는 것이고, 여기서 제1 동작 모드는 방사 자기장이 슬롯(5)에서 성취되는 결과를 가져온다. 다른 동작 모드는 자기장 세기의 사인 변동을 갖는 두 개의 자기장이 슬롯(5)에서 획득되는 결과를 가져오는데, 여기서, 이런 자기장들 중 하나는 다른 것에 대해 90°회전된다. 이런 기능은 공급 네트워크(6)의 디자인에 국한되지 않거나 개구 공급 지점(17,18,19,20)이 고려되는 방법에 국한되지 않는다. 이는 도2, 도3 및 도4를 참조하여 두 개의 대안적인 실시예에 따라 설명된다.
본 발명의 제2 실시예를 도시하는 도2에 도시된 바와 같이, 삼중-모드 안테나 장치(1')는 도1을 참조하여 설명된 것과 유사한 쿠퍼-클래드 유전 라미네이트(2)를 포함한다. 그러므로 라미네이트(2)는 제1 쿠퍼-클래드 측(3) 및 제2 쿠퍼-클래드 측(4)을 포함한다. 제1 쿠퍼-클래드 측(3) 상에서는, 쿠퍼의 링형 슬롯(5)이 제공되는 방법으로 쿠퍼가 제거된다. 제2 측 상에서는, 쿠퍼의 대부분이 제거되어, 슬롯(5)을 여기시키기 위해 공급 네트워크(6')를 떠난다.
여기서, 공급 네트워크는 90°3dB 하이브리드 접합부가 아니라, 제1 180°위상 쉬프트기(31) 및 제2 180°위상 쉬프트기(32)를 포함한다. 도2에 도시된 바와 같이, 안테나 장치(1')는 제1 차동 포트(33), 제2 차동 포트(34) 및 합산 포트(35) 를 포함하는데, 여기서 한편에는 합산 포트(35) 및 다른 편에는 차동 포트(33,34)가 링형 슬롯(5)에 대해 분리된 공급을 제공한다.
제1 차동 포트(33)에서, 연결 지점(36)이 존재하는데, 여기서 입력 신호가 일차적으로 동일하게 분리되어 동일한 위상으로 제1 브랜치(37) 및 제2 브랜치(38)를 구성한다. 제1 브랜치(37)는 제1 180°위상 쉬프트기(31)를 통해 공급된다. 이는 제1 180°위상 쉬프트기 이후에, 제1 브랜치(37)에서의 신호가 180°쉬프트된다느 것을 의미한다. 제1 브랜치(37) 및 제2 브랜치(38)의 컨덕터는 제1 180°위상 쉬프트기를 제외하는 길이와 동일하고, 교차점(39,40)에서 링형 슬롯(5)의 탄젠트에 대해 필수적으로 90°에서의 슬롯(5)을 가로지르는 두 개의 교차점(38,40)에서 링형 슬롯(5)을 가로지른다. 공급 지점의 역할을 하는 두 개의 교차점(39,40)은 링형 슬롯(5)을 중심으로 필수적으로 180°로 분리되는데, 즉, 브랜치(37,38)가 서로에 대해 필수적으로 대향하는 슬롯을 가로지르고 180°의 위상차로 공급된다.
제2 차동 포트(34)에서, 제1 브랜치(41) 및 제2 브랜치(42)를 갖는 유사한 장치가 존재하는데, 제2 차동 포트(34)의 제1 브랜치(41)는 제2 180°위상 쉬프트기(32)를 통해 공급된다. 또한, 제1 브랜치(41) 및 제2 브랜치(42)에서의 컨덕터는 제2 180°위상 쉬프트기(32)를 제외하는 길이와 동일하고, 교차점(43,44)에서 링형 슬롯의 탄젠트에 대해 필수적으로 90°에서의 슬롯을 가로지르는 두 개의 위치(43,44)에서 링형 슬롯(5)을 가로지른다.
공급 지점의 역할을 하고, 이제부터 공급 지점이라고 칭해질 네 개의 교차 지점(39,40,41,42)은 제1, 제2, 제3 및 제4 공급 지점(39,40,43,44)을 연속적으로 형성하고, 슬롯(5)의 평균 원주를 형성하는 링형 슬롯(5)의 중심에서 상상되는 원(도시되지 않음)의 순환을 따라 필수적으로 90°로 분리된다. 연속적인 공급 지점(39,40,43,44)은 제1 및 제2 공급 지점(39,40)이 서로 대향하고, 제3 및 제4 공급 지점(43,44)이 서로 대향하며, 공급 지점이 시계 방향으로 제1 및 제4(39,44), 제2 및 제3(40,43)인 방법으로 위치된다.
제1 및 제2 공급 지점(39,40)은 제1 공급 지점 쌍을 구성하고, 제3 및 제4 공급 지점(43,44)은 제2 공급 지점 쌍을 구성한다. 제1 공급 지점을 가로지르는 제1 가상선(L1) 및 제2 공급 지점을 가로지르는 제2 기상선(L2)이 서로 수직인 것이 필수적이다.
합산 단말기(35)에서, 연결 지점(45)이 존재하는데, 여기서 입력 신호는 일차적으로 네 개의 부분으로 동일하게 분리되고, 그 후에 동일한 위상으로 제1, 제2, 제3 및 제4 합산 브랜치(46,47,48,49)에 공급된다. 동일한 길이인 네 개의 합산 브랜치(46,47,48,49)는 교차점(50,51,52,53)에서 링형 슬롯(5)의 탄젠트에 대해 필수적으로 90°에서의 슬롯을 가로지르는 네 개의 위치(50,51,52,53)에서 링형 슬롯(5)을 가로지른다.
공급 지점의 역할을 하고 이제부터 공급 지점이라 칭해질 네 개의 후자 교차점(50,51,52,53)은 제5, 제6, 제7 및 제8 공급 지점(50,51,52,53)을 연속적으로 형성하고, 슬롯(5)의 평균 원주를 형성하는 링형 슬롯(5)의 중심에서 상상되는 원(도시되지 않음)의 순환을 따라 필수적으로 90°로 분리된다. 연속적인 공급 지점(50,51,52,53)은 제5 및 제7 공급 지점(50,52)이 서로 대향하고, 제6 및 제8 공 급 지점(51,58)이 서로 대향하며, 공급 지점이 시계 방향으로 제5, 제6, 제7 및 제 8(50,51,52,53)인 방법으로 위치된다.
한편으로는 제1(33) 및 제2(34) 차동 포트의 네 개의 공급 지점(39,40;43,44) 및 다른 한편으로는 합산 포트(35)의 네 개의 공급 지점(50,51,52,53)이 상상되는 원을 따라 필수적으로 45°의 상호 분리와 함께 슬롯(5)을 가로질러, 슬롯이 필수적으로 45°로 분리되는 즉, 링형 슬롯(5)을 중심으로 균일하게 분배되는 공급 지점(39,40;43,44;50,51,52,53)에 공급되는 결과를 가져온다.
도2에 도시된 바와 같이, 슬롯(5)은 제1 및 제2 차동 포트(33,34)로부터 컨덕터(37,38;41,42)에 의해 공급되고, 상기 컨덕터(37,38;41,42)는 외부로부터 슬롯(5)을 가로지르고, 슬롯의 중심을 향하여 내부로 임의의 거리를 연장하는데, 각각은 소위 스터브(54,55;56,57)를 형성한다. 슬롯(5)은 합산 포트(35)로부터 컨덕터(46,47,48,49)에 의해 공급되는데, 상기 컨덕터(46,47,48,49)는 내부로부터 슬롯(5)을 가로지르고 외부를 향하여 임의의 거리를 연장하고, 각각은 스터브(58,59,60,61)를 형성한다.
제1 동작 모드에서, 합산 신호는 합산 연결 지점(45)에 공급되는데, 상기 신호는 일차적으로 네 개의 동일한 포트로 분리되고 개별적인 공급 지점(50,51,52,53)으로 동일한 위상으로 공급되어, 링형 슬롯(5)이 도1b를 또한 참조하여 동일한 진폭 및 위상으로 공급되는 결과를 가져오고, 그 후에 고정 자기 전류 루프의 결과를 가져오는데, 이는 동축 컨덕터에서 TEM-모드로 여겨질 것이다. 이런 자지 전류는 일정하고 슬롯에서 방사형으로 방향 지어지는 제1 고정 자기장(26)에 상응한다.
도2를 참조하면, 제2 동작 모드에서, 신호는 제1 차동 포트(33)에 공급되는데, 상기 신호는 제1 차동 포트(33)의 제1 및 제2 브랜치(37,38)로 분리된다. 제1 브랜치(37)에서 신호는 제1 180°위상 쉬프트기(31)를 통해 공급된다. 제2 브랜치(38)에서 신호가 위상 쉬프트되지 않기 때문에, 이는 동일한 진폭을 갖지만, 180°의 위상 차를 차로 공급되는 링형 슬롯(5)의 결과를 가져온다. 링형 슬롯(5)을 가로지르는 컨덕터(37,38)가 대향하는 유전체로부터 슬롯을 가로지르기 때문에, 도1b를 또한 참조하면, 결과적인 전기장이 공동으로 동작하여, 링형 슬롯(5)에서, 사인형 변동을 가지며, 평면 기판(2)의 링형 슬롯(5)에서 방사형으로 방향 지어진 제2 자기장(28)의 결과를 가져온다. 이런 동작 모드는 동축 컨덕터에서 TE11-모드에 상응한다.
도2를 참조하면, 제3 동작 모드는 제2 동작 모드에 상응하지만, 여기서 신호는 제2 차동 포트(34)에 공급되어, 사인형 변동을 가지며, 평면 기판(2)의 링형 슬롯(3)에서 방사형으로 방향 지어진 제3 자기장(30)의 결과를 가져온다. 이런 동작 모드는 또한 제2 동작 모드의 TE11-모드에 대해 90°회전된 동축 컨덕터의 TE11-모드에 상응한다. 장에 대해 동일한 기준 방향을 사용하면, 제2 자기장(28)이 사인형으로 바뀐다면, 제3 자기장(30)은 코사인 형으로 바뀐다. 이는 제3 자기장(30)이 또한 제2 자기장(28)에 수직이라는 것을 의미한다.
결과적으로, 이제 제1 실시예에 관한 한 동일한 방법으로 세 개의 직교 방사 패턴이 존재한다.
중첩에 의해서, 모든 동작 모드는 도1a에 따르는 삼중-모드 안테나 장치(1)에 관한 한 동시에 동작할 수 있으므로, 삼중-모드 안테나 장치가 필수적으로 세 개의 직교 방사 패턴을 전송하도록 한다.
링형 슬롯은 적절한 길이를 갖는 분리된 슬롯으로 분리될 수 있고, 상기 슬롯들은 서로 연결되지 않는다. 도3에 따르는 실시예는 도1a를 따르는 실시예에 사용되는 것과 동일한 공급 장치를 사용하는 안테나 장치(1'')를 도시하는데, 여기서 모든 기능은 도1a의 기능과 동일하다. 여기서, 제1, 제2, 제3 및 제4 분리된 슬롯(62,63,64,65)이 사용되는데, 각각은 각각의 컨덕터(13',14',15',16')를 가로지른다.
도4에 도시된 실시예는 도2에 따르는 실시예에 사용되는 것과 동일한 공급 장치를 사용하는 안테나 장치(1''')를 도시하는데, 모든 기능은 도2의 기능과 동일하다. 여기서, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7 및 제8 슬롯(66,67,68,69,70, 71,72,73)이 사용되는데, 각각은 각각의 컨덕터(37',38';41'42';46',47',48',49')를 가로지른다
상호 관계에 따라, 설명된 모든 삼중-모드 안테나 장치(1,1',1'',1''')의 전송 특성에 대해서, 당업자에게 공지된 바와 같은 상응하는 수신 특성이 존재하여, 삼중-모드 안테나 장치가 필수적으로 3개의 관련되지 않은 동작 모드에서 전송 및 수신 둘 다를 하도록 한다.
발명은 상술된 실시예에 국한되지 않고, 단지 본 발명의 예로써 여겨져야만 하고, 첨부된 청구항의 범위 내에서 자유롭게 바뀔 수 있다.
다른 유형의 반송 장치가 설명된 라미네이트 대신 고려될 수 있다. 각 측 상에 위치된 예를 들어, 쿠퍼로 만들어진 박막 전도 포일을 갖는 다른 형태의 폼(foam)이 사용될 수 있다. 전도성 부품들은 예를 들어, 알루미늄, 은 또는 금과 같은 다른 적절한 전도성 물질로 만들어질 수 있다. 전도성 부품들은 또한 적절한 리테이너(도시되지 않음)에 의해서 고정된, 단지 공기에 의해 분리된 박막 포일의 형태일 수 있다. 전도성 부품은 전도성 표면 구조를 구성한다.
정사각형 또는 팔각형과 같은 다른 슬롯 구조가 또한 구성될 수 있다.
공급 네트워크는 또한 다른 여러 방법으로 구현될 수 있는데, 상기 방법들은 당업자에게 명백하다. 슬롯 또는 슬롯들은 우편 환형 편파 및/또는 좌편 환형 편파와 같은 다른 상호적으로 직교 편파가 획득될 수 있는 방법으로 공급될 수 있다.

Claims (8)

  1. 제1 측(3) 및 제2 측(4)의 각각 상에 형성된 전도성 표면 구조를 갖는, 상기 제1 측(3) 및 상기 제2 측(4)을 갖는 유전 매체(2)를 포함하는 안테나 장치(1,1',1'',1''')로서,
    상기 제1 측(3) 상의 전도성 구조가 접지 평면이고, 제2 측(4) 상의 전도성 구조가 공급 장치(6;6')인데, 여기에서 접지 평면에 접지 평면에 갭을 구성하는 적어도 하나의 슬롯(5;62,63,64,65;66,67,68,69,70,71,72,73)이 존재하며, 공급 장치는 적어도 제1(13;13';37;37'), 제2(14;14'38;38'), 제3(15;15';41;41') 및 제4(16;16';42;42') 공급 컨덕터를 포함하는데, 각각의 공급 컨덕터(13,14,15,16; 13',14',15',16';37,38,41,42;37',38',41',42')는 접지 평면의 상기 적어도 하나의 슬롯(5;62,63,64,65;66,67,68,69,70,71,72,73)의 갭을 가로지르며, 당 슬롯(5;62, 63,64,65;66,67,68,69,70,71,72,73)을 가로질러 신장하며, 임의의 거리만큼 슬롯(5;62,63,64,65;66,67,68,69,70,71,72,73)을 통과하고, 상기 거리는 스터브(21,22,23,24;54,55,56,57,58,59,60,61)를 구성하며, 여기서 각각의 교차점은 안테나 장치(1;1';1'';1''')에 대한 공급 지점(17,18,19,20;39,40,43,44,50,51,52, 53)을 구성하는, 상기 제1 측 및 상기 제2 측을 갖는 유전 매체를 포함하는 안테나 장치에 있어서,
    공급 지점(17,18,19,20;39,40,43,44,50,51,52,53)은 그들이 다수의 대향하는 공급 지점 쌍(17,18;19,20;39,40;43,44;50,52;51,53)을 구성하는 수이고, 여기서 공급 장치(6,6')의 모든 공급 지점(17,18,19,20;39,40,43,44,50,51,52,53)은 전송뿐만 아니라 수신시 적어도 하나의 슬롯(5;62,63,64,65;66,67,68,69,70,71,72,73)을 공급하도록 배열되고, 여기서, 제1 동작에서, 적어도 두 쌍의 대향하는 지점(17,18;19,20;50,52;51,53)은 필수적으로 서로 동일한 위상으로 공급되어, 슬롯의 갭에 걸쳐서 방향 지어진 제1 고정 자기장(26)의 결과를 가져오고, 제2 동작 모드에서는, 적어도 하나의 공급 지점 쌍(17,18;39,40)의 공급 지점이 필수적으로 서로 180°만큼 동일하지 않은 위상으로 공급되어, 슬롯 갭에 걸쳐서 방향 지어지며 사인형 변동을 갖는 제2 자기장(28)의 결과를 가져오고, 제3 동작 모드에서는, 적어도 하나의 공급 지점 쌍(19,20;43,44)의 공급 위치가 제2 동작 모드의 공급 지점 쌍으로부터 분리되고, 필수적으로 서로 190°만큼 동일하지 않은 위상으로 공급되어, 슬롯 갭에 걸쳐서 방향 지어지고, 사인형 변동을 갖는 제3 자기장(30)의 결과를 가져오는데, 제2 동작 모드의 공급 지점 쌍(17,18;39,40)을 가로지르는 제1 가상선(L1) 및 제3 동작 모드의 공급 지점 쌍(19,20;43,44)을 가로지르는 제2 가상선(L2)은 필수적으로 서로 수직인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 세 개의 동작 모드가 동시에 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    모든 공급 컨덕터(13,14,15,16; 13',14',15',16';37,38,41,42;37',38',41', 42')가 동일한 길이인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 장치가 또한 제1(7) 및 제2(8) 네 개의 포트 90°3dB 하이브리드 접합부, 제1(9) 및 제2(10) 90°위상 쉬프트기를 포함하는데, 여기서 제1 네 개의 포트 90°3dB 하이브리드 접합부(7)가 차동 단말기(△1), 합산 단말기(∑1) 및 두 개의 신호 단말기(A1,B1)를 포함하고, 제2 네 개의 포트 90°3dB 하이브리드 접합부(10)는 차동 단말기(△2), 합산 단말기(∑2) 및 두 개의 신호 단말기(A2,B2)를 포함하며, 여기서 합산 단말기(∑1,∑2)는 합산 연결 지점(11)에서 공통 합산 신호에 연결되며, 게다가 신호 단말기(A1,B1,A2,B2)들 각각은 제1(17) 및 제2(18) 공급 지점이 신호 단말기(A1,B1) 각각으로부터 공급되는 방법으로 공급 지점(17,18,19,20)에 이르는 공급 컨덕터(13,14,15,16)에 연결되고, 제1(17) 및 제2(18) 공급 지점은 서로 대향하고, 제1 모드의 공급 지점이며, 제3(19) 및 제4(20) 공급 지점은 신호 단말기(A2,B2) 각각으로부터 공급되는데, 상기 제3(19) 및 제4(20) 공급 지점은 서로 대향하고 제2 동작 모드의 공급 지점이며, 제1(17), 제2(18), 제3(19) 및 제4(20) 공급 지점은 제1 동작 모드의 공급 지점이 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    공급 장치(6')는 제1(31) 및 제2(32) 180°위상 쉬프트기, 제1 차동 단말기 포트(33), 제2 차동 포트(34) 및 합산 포트(35)를 포함하는데, 여기서 각각의 차동 포트(33,34)는 두 개의 브랜치(37,38;41,42)를 가지며, 각각의 브랜치(37,38; 41,42)는 제1 차동 포트(33)의 제1 브랜치(37)가 제1 공급 지점(39)에 연결되고, 제1 차동 포트(33)의 제2 브랜치(38)가 제2 공급 지점(40)에 연결되고, 제2 차동 지점의 제1 브랜치(41)가 제3 공급 지점에 연결되며, 제2 차동 지점의 제2 브랜치(42)가 제4 공급 지점(44)에 연결되는 방법으로 상응하는 공급 지점(39,40,43,44)에 이르는 공급 컨덕터를 구성하고, 상기 제1(39) 및 제2(40) 공급 지점은 서로 대향하고, 제2 동작 모드의 공급 지점이며, 상기 제3(43) 및 제4(44) 공급 지점은 서로 대향하고, 제3 동작 모드의 공급 지점이며, 게다가 합산 포트(35)는 제1(46), 제2(47), 제3(48) 및 제4(49) 합산 브랜치를 갖는데, 제1 합산 브랜치(46)는 제5 공급 지점(50)에 연결되고, 제2 합산 브랜치(47)는 제6 공급 지점(51)에 연결되고, 제3 합산 브랜치(48)는 제7 공급 지점(52)에 연결되며, 제4 합산 브랜치(49)는 제8 공급 지점(53)에 연결되는데, 여기서 제5(50) 및 제7(52) 공급 지점이 서로 대향하고, 제6(51) 및 제8(53) 공급 지점은 서로 대향하는데, 제5(50), 제6(51), 제7(51) 및 제8(53) 공급 지점이 제1 동작 모드의 공급 지점인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 슬롯이 접지 평면에서 분리된 슬롯(62,63,64,65;66,67,68, 69,70,71,72,73)의 형태이며, 각 공급 지점당 하나의 슬롯인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 슬롯이 공급 지점(17,18,19,20;39,40,43,44,50,51,52,53)이 고르게 분배되는 평균 원주를 갖는 연속적인 필수적으로 링형 슬롯(5)의 형태인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    각각의 컨덕터(13,14,15,16; 13',14',15',16';37,38,41,42;37',38',41',42')는 상기 평균 원주의 탄젠트에 대해 필수적으로 90°에서의 슬롯(5)을 가로지르는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
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