KR20070095304A - 3중 편파된 패치 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1(2), 제2(3), 제3(4) 패치를 포함하는 안테나 장치에 관한 것이며, 여기서 상기 패치(2,3,4)는 각각 제1 에지(11), 제2 에지(12) 및 제3 에지(13)를 갖는다. 상기 안테나는 제1 패치(2)에 배열되는 제1 급전 지점(16), 및 제2 패치(3)에 배열되는 적어도 제2(22) 및 제3(23) 급전 지점을 더 포함한다. 제1 동작 모드에서, 제1 급전 지점(16)은 제1(11) 및 제2(12) 에지 사이의 제1 슬롯(30)에서 일정한 제1 E-필드(31)를 인에이블한다. 제2 동작 모드에서, 제2 급전 지점(22)은 제1(12) 및 제2(13) 에지 사이에서 생성되는 제2 슬롯(33)에서 정현파 변동을 갖는 제2 E-필드(32)를 획득하는데 기여한다. 제3 동작 모드에서, 제3 급전 지점(23)은 제2 슬롯(33)에서 정현파 변동을 갖는 제3 E-필드(34)를 획득하는데 기여한다.
안테나 장치, 패치, 슬롯, 급전 지점, 동작 모드.

Description

3중 편파된 패치 안테나{A TRIPLE POLARIZED PATCH ANTENNA}
본 발명은 각각 도전성 재료로 제조되며 제1 및 제2 주 표면을 제1, 제2 및 제3 패치를 포함하는 안테나 장치에 관한 것이며, 여기서 패치는 상부에 제1 패치와 함께 다른 하나 위에 하나가 놓여서, 상기 메인 표면 모두는 본질적으로 서로 평행하고, 상기 안테나 장치에서, 제1 패치는 제1 에지를 가지고, 제2 패치는 제2 에지를 가지며 제3 패치는 제3 에지를 가지고, 또한 상기 안테나 장치는 급전 장치를 포함한다.
무선 통신 시스템에 대한 수요는 꾸준히 증가해왔고, 여전히 증가하고 있으며, 다수의 기술적인 발전 단계가 이 성장 동안 이루어졌다. 상관되지 않는 전파 경로를 사용함으로써 무선 시스템에 대한 증가된 시스템 용량을 획득하기 위하여, MIMO(다중 입력 다중 출력) 시스템이 용량을 증가시키는 바람직한 기술을 구성한다고 간주되어 왔다. MIMO는 예를 들어, 여러 송신 및 수신 안테나에 의하여 다수의 개별적인 독립 신호 경로를 사용한다. 원하는 결과는 수신 뿐만 아니라, 송신을 위한 다수의 상관되지 않는 안테나 포트를 갖는 것이다.
MIMO의 경우에, 채널을 추정하고 이 추정을 지속적으로 갱신하는 것이 바람직하다. 이 갱신은 이전에 공지된 방식으로 소위 파일럿 신호를 연속적으로 송신함 으로써 수행될 수 있다. 채널의 추정을 채널 매트릭스를 발생시킨다. 다수의 송신 안테나(Tx)가 송신되는 신호 벡터를 구성하는 신호들을 다수의 수신 안테나(Rx) 쪽으로 송신하는 경우, 모든 Tx 신호는 Rx 안테나들 중 각각의 안테나에서 합계되고, 선형 조합에 의해, 수신된 신호 벡터가 형성된다. 수신된 신호 벡터를 반전된 채널 매트릭스와 승산함으로써, 채널이 보상되고, 원래 정보가 획득되는데, 즉, 정확한 채널 매트릭스가 공지되어 있는 경우, 정확한 송신된 신호 벡터를 획득하는 것이 가능하다. 따라서, 채널 매트릭스는 각각 Tx 및 Rx 안테나의 안테나 포트들 사이의 커플링의 역할을 한다. 이러한 매트릭스는 크기 M×N으로 이루어지고, 여기서 M은 Tx의 입력(안테나 포트)의 수이고, N은 Rx 안테나의 출력(안테나 포트)의 수이다. 이것은 MIMO 시스템 분야의 당업자에게 이미 공지되어 있다.
MIMO 시스템이 효율적으로 기능하도록 하기 위하여, 상관되지 않는, 또는 적어도 본질적으로 상관되지 않는 송신된 신호가 필요로 된다. 본 명세서에서 용어 "상관되지 않는 신호"의 의미는 방사 패턴이 본질적으로 직교라는 것이다. 이것은 하나의 안테나에 대해서 상기 안테나가 적어도 2개의 직교 편파로 수신 및 송신을 행하는 경우에, 가능해진다. 2개 이상의 직교 편파가 하나의 안테나에 대해 사용되어야 하는 경우, 안테나가 다수의 독립적인 편파 경로를 갖는 소위 풍부한 스캐터링 환경에서 사용되는 것이 필요로 되는데, 그 이유는 만약 그렇지 않으면 2개 이상의 직교 편파로부터 이득을 가질 수 없기 때문이다. 풍부한 스캐터링 환경은 많은 전자기 파가 공간적인 단일 지점에서 동시에 발생할 때 발생한다고 간주된다. 그러므로, 풍부한 스캐터링 환경에서, 다수의 독립적인 전파 경로가 안테나의 모든 자유도가 사용될 수 있도록 하기 때문에, 2개 이상의 직교 편파가 사용될 수 있다.
MIMO 시스템용 안테나는 안테나 포트에서 수신된 신호들 사이의 낮은 상관을 달성하기 위하여 공간적인 분리, 즉, 물리적인 분리를 사용할 수 있다. 그러나, 이것은 어레이가 크도록 하여, 예를 들어, 휴대용 단말기에 적합하지 않다. 상관되지 않는 신호를 달성하는 하나의 다른 방식은 편파 분리, 즉, 일반적으로 직교 편파로 신호를 송신 및 수신하는 것이다.
3개의 포트를 갖는 MIMO 안테나에 3개의 직교 다이폴을 사용하는 것이 제안되었지만, 이와 같은 안테나는 제조하기 복잡하고 MIMO 시스템에 사용되는 것과 같은 더 높은 주파수(약 2GHz)에서 사용될 때, 많은 공간을 필요로 한다. 공개된 출원 US 2002/019908에 게시된 바와 같이, 6개까지의 포트가 구상되었지만, 교차된 다이폴 및 수반 루프 소자는 적절한 비용으로 더 높은 주파수에 대해 달성하기 어려운 여전히 복잡한 구조이다.
본 발명에 의해 해결되는 목적 문제는 MIMO에 적합하고, 3개의 본질적으로 상관되지 않는 편파로 송신 및 수신할 수 있는 안테나 배열을 제공하는 것이다. 상기 안테나 배열은 또한 저 비용으로 얇은 구조로 제조되어야 하며, MIMO 시스템에서 사용되는 것과 같은 더 높은 주파수에 적합해야 한다.
이 목적 문제는 도입부에 따른 안테나 장치에 의해 해결되는데, 상기 안테나 장치는 급전 장치가 각각의 제1 및 제2 주 표면에 본질적으로 수직인 패치를 통과하는 제1 가상선에 위치되는, 제1 패치에 배열되는 제1 급전 지점을 포함하고 제2 패치에 배열되는 적어도 제2 및 제3 급전 지점을 더 포함하며, 상기 제2 및 제3 급전 지점 각각은 상기 제1 가상선으로부터 각각의 거리에 위치되며, 여기서 제2 및 제3 가상선은 상기 제1 가상선에 수직이고 상기 제1 가상선과 교차하며, 상기 제2 가상선은 또한 상기 제2 급전 지점과 교차하고 상기 제3 가상선은 또한 상기 제3 급전 지점과 교차하며, 상기 제2 및 제3 가상선은 서로 간에 각도(α)가 존재하고, 상기 각도(α)는 본질적으로 90°이며, 상기 제1 급전 지점은 송신 뿐만 아니라, 수신 시에 상기 제1 패치에 급전하도록 배열되고, 상기 제2 및 제3 급전 지점은 송신 및 수신 시에 상기 제1 및 제2 패치에 각각 급전하도록 배열되며, 제1 동작 모드에서, 상기 제1 급전 지점은 일정한 제1 E-필드가 제1 및 제2 에지 사이에서 생성된 제1 슬롯에서 획득될 수 있도록 하며, 상기 제1 E-필드는 또한 상기 에지들 사이에 지향되고, 제2 동작 모드에서, 상기 제2 급전 지점은 상기 제2 및 제3 에지 사이에 생성된 제2 슬롯에서 제2 E-필드를 획득하는데 기여하며, 상기 제2 E-필드는 또한 제2 및 제3 에지 사이에 지향되고 상기 제2 슬롯을 따르는 정현파 변동을 가지며, 제3 동작 모드에서, 상기 제3 급전 지점은 상기 제2 슬롯에서 제3 E-필드를 획득하는데 기여하고, 상기 제2 E-필드는 또한 상기 제2 및 제3 에지 사이에 지향되며 상기 제2 슬롯을 따른 정현파 변동을 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예는 종속 청구항에 게시되어 있다.
여러 장점이 본 발명에 의해 달성되는데, 예를 들어:
- 저-비용 3중 편파 안테나 장치가 획득된다.
- 평면 기술로 제조된 3중 편파 안테나가 가능해져서, 공간은 소모하는 안테나 장치가 피해진다.
- 제조하기가 용이한 3중 편파 안테나가 획득된다.
본 발명은 이제 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도1a는 본 발명에 따른 안테나 장치의 제1 실시예의 개략적인 간소화된 사시도.
도1b는 본 발명에 따른 안테나 장치의 제1 실시예의 개략적인 측면도.
도1c는 본 발명에 다른 안테나 장치의 제1 실시예의 개략적인 상면도.
도2a는 제1 동작 모드에서 본 발명에 따른 안테나 장치의 패치에서의 필드 분포의 개략적인 간소화된 측면도.
도2b는 제2 동작 모드에서 본 발명에 따른 안테나 장치의 패치에서의 필드 분포의 개략적인 간소화된 측면도.
도2c는 제3 동작 모드에서 본 발명에 따른 안테나 장치의 패치에서의 필드 분포의 개략적인 간소화된 측면도.
도3a는 본 발명에 따른 안테나 장치의 제2 실시예의 개략적인 간소화된 사시도.
도3b는 본 발명에 따른 안테나 장치의 제2 실시예의 개략적인 측면도.
도3c는 본 발명에 따른 안테나 장치의 제2 실시예의 개략적인 상면도.
본 발명에 따르면, 소위 3중-모드 안테나 장치게 제공된다. 3중-모드 안테나 장치는 3개의 본질적으로 직교인 방사 패턴을 송신하도록 설계된다.
본 발명의 제1 실시예를 도시하는 도1a-c에 도시된 바와 같이, 3중-모드 안테나 장치(1)는 제1(2), 제2(3) 및 제3(4) 패치를 포함한다. 각각의 패치(2,3,4)는 비교적 얇고, 제1(5,6,7) 및 제2(8,9,10) 주 표면을 가지며, 상기 제1(5,6,7) 및 제2(8,9,10) 주 표면은 본질적으로 서로 평행하며, 상기 패치(2,3,4)는 구리와 같은 도전성 재료로 이루어진다. 상기 패치(2,3,4)는 바람직하게는 형태가 원형이며, 최상부의 제1 패치(2)와 함께 다른 하나 위에 하나가 배치된다. 패치(2,3,4)는 또한 대응하는 제1, 제2 및 제3 에지(11,12,13)를 갖는다.
3중-모드 모드 안테나 장치(1)는 또한 자신의 중심 에어리어에서 제1 패치(2)와 전기적으로 접촉하는 제1 중심 컨덕터(15)를 가지며, 제1 급전 지점(16)을 구성하는 중심에 위치된 제1 동축 급전선(14)을 포함한다. 제1 중심 컨덕터(15)는 다른 패치(3,4) 중 어느 하나와 전기적으로 접촉하지 않는다. 제1 동축 급전선(14)은 또한 제2 및 제3 패치 내로 만들어지고 자신(14)이 진행할 수 있는 홀(17a,b)에 의해 제2(3) 및 제3(4) 패치의 중심 에어리어를 통과한다.
3중-모드 모드 안테나 장치(1)는 제2(20) 및 제3(21) 중심 컨덕터를 각각 갖는 제2(18) 및 제3(19) 동축 급전선을 더 포함하며, 상기 제2(20) 및 제3(21) 중심 컨덕터는 각각 자신의 외부 에어리어에서 제2 패치(3)와 전기적으로 접촉함으로써, 제2(22) 및 제3(23) 급전 지점을 형성한다. 또한, 도1c를 참조하면, 제2(22) 및 제3(23) 급전 지점은 주 평면(5,6,7;8,9,10)에 본질적으로 수직인 제1 급전 지점(16)을 통과하는 제1 가상선(24)으로부터 적절한 거리(d)에 위치된다. 상기 거리(d)는 바람직하게는 제2(20) 및 제3(21) 중심 컨덕터에 대해 본질적으로 동일하다(도1a에서 제3 급전 지점에 대해서만 도시됨).
제2(25) 및 제3(26) 가상선은 제1 가상선(24)을 수직으로 통과하고, 각각 제2(22) 및 제3(23) 급전 지점과 교차하며, 서로 간에 각도(α)가 존재한다. 상기 각도(α)는 본질적으로 90°이다. 선(24,25,26)은 단지 설명을 위해 삽입되며, 실제 장치(1)의 부분이 아니다.
중심 컨덕터(15,20,21)를 갖는 동축 급전선(14,18,19)은 급전 장치를 구성한다.
제2(20) 및 제3(21) 중심 컨덕터는 다른 패치(2,4) 중 어느 하나와 전기적으로 접촉하지 않고, 주로 패치(2,3,4)의 주 표면(5,6,7;8,9,10)에 수직으로 신장된다. 이러한 동축 급전선(20,21)은 또한 제3 패치 내로 만들어지고 자신들(20,21)이 진행할 수 있는 홀(27,28)에 의해 제3 패치(4)의 외부 에어리어를 통과한다.
제1(2)과 제2(3) 패치 및 대응하는 급전 지점(16;22,23)에서 이들이 속하는 중심 컨덕터(15;20,21) 사이의 전기적인 접촉은 예를 들어, 솔더링에 의해 달성된다.
제1(14), 제2(18) 및 제3(19) 동축 급전선에 의하여, 패치(2,3,4)는 3개의 상이한 방식, 즉, 제1, 제2 및 제3 동작 모드로 여기되어, 3개의 직교 방사 패턴이 송신되도록 할 수 있다.
제1 동작 모드에서, 제1 패치(2)는 제1 동축 급전선(14)으로부터의 신호에 의해 급전된다. 그 후, 제2 패치(3)는 제1 패치(2)에 대한 접지 평면의 역할을 한 다. 이 방식에서, 변질된 햇-모노폴(degenerated hat-monopole)이 획득된다.
명확성을 위하여 급전 장치 없이 패치를 도시한 도2a를 또한 참조하면, 이것은 제1(2) 및 제2(3) 패치의 에지(11,12) 사이에서 각각 생성되는 원주 슬롯(30)에서 진행하는 일정한 자기 전류 루프(29)를 발생시킨다. 이 자기 전류(29)는 제1(2) 및 제2(3) 패치의 원주 주변 모두의 제1 E-필드(31)에 대응하며, 상기 제1 E-필드(31)는 일정하고 슬롯(30)에서 제1(2) 및 제2(3) 패치의 주 표면(5,6;8,9)에 본질적으로 수직으로 지향된다. 도2a에서, 이것은 다수의 화살표로 도시되어 있다.
도1a-c를 참조하면, 제2 동작 모드에서, 하나의 신호가 제2 동축 급전선(18)으로부터 제2 급전 지점(20)을 통하여 제2 패치(3)에 공급된다. 그 후, 제3 패치(4)제2 패치(3)에 대한 접지 평면의 역할을 한다.
명확성을 위한 급전 장치 없이 패치를 도시한 도2b를 또한 참조하면, 이것은 제2(3) 및 제3(4) 패치의 에지(12,13) 사이에서 각각 생성되는 원주 슬롯(33)에서 제2(3) 및 제3(4) 패치의 주 표면(6,7;9,10)에 본질적으로 수직으로 지향되고, 제2(3) 및 제3(4) 패치의 원주 주변 모두에서 정현파 변동을 갖는 제2 E-필드(32)를 발생시킨다. 상기 E-필드(32)는 E-필드의 강도에 대응하는 길이를 갖는 다수의 화살표로서 도2b에 도시되어 있고, 상기 화살표는 시간에 걸쳐서 고조파적으로 변동하기 때문에, 순시적인 E-필드 분포를 나타낸다.
도1a-c를 참조하면, 제3 동작 모드는 제2 동작 모드에 대응하지만, 여기서 하나의 신호는 제3 동축 급전선(19)을 통하여 제3 패치(3)에 공급되고, 상기 신호는 제2 급전선(22)에 공급되는 신호와 동위상이다. 그러나, 상술된 바와 같이, 대 응하는 제3 급전 지점(23)은 제2 급전 지점(22) 및 제1 급전 지점(16)에 대해 90°에 배치된다. 제3 패치(4)는 또한 여기서 제2 패치(3)에 대한 접지 평면의 역할을 한다.
명확성을 위해 급전 장치 없이 패치를 도시한 도2c를 또한 참조하면, 이것은 제2(3) 및 제3(4) 패치의 에지(12,13) 사이에서 각각 생성되는 원주 슬롯(33)에서 제2(3) 및 제3(4) 패치의 주 표면(6,7;9,10)에 본질적으로 수직으로 지향되고, 제2(3) 및 제3(4) 패치의 원주 주변 모두에서 정현파 변동을 갖는 제3 E-필드(34)를 발생시킨다. 필드들에 대해 동일한 기준 방향을 사용하면, 제2 E-필드(32)가 사인으로 변동하는 경우, 제3 E-필드(34)는 코사인으로 변동한다. 이것은 제3 E-필드(34)가 또한 제2 E-필드(32)에 수직이라는 것을 의미하며, 이것은 이하에 더 상세힌 설명된다.
제2 동작 모드에 대해서와 동일한 방식으로, 제3 E-필드는 E-필드의 강도에 대응하는 길이를 갖는 다수의 화살표로서 도2c에 도시되어 있고, 상기 화살표는 시간에 걸쳐 고조파적으로 변동하기 때문에 순시적인 E-필드 분포를 나타낸다.
따라서, 3중-모드 안테나 장치(1)는 이제 3개의 상이한 방식으로 여기되므로, 모두가 이상적으로는 서로 직교인 개구 필드(apature filed)를 구성하는 제1(31), 제2(32) 및 제3(34) E-필드를 갖는 3개의 상이한 모드를 획득한다.
대응하는 방사 패턴이 도한 직교이고, 상관관계는 제로와 동일하며, 여기서 상관관계 ρ는 다음:
Figure 112007046919358-PCT00001
으로서 기록될 수 있다.
상기 식에서, Ω은 표면을 나타내고, 기호(*)는 복소 공액을 의미한다. 방사 패턴의 적분의 경우에, Ω는 모든 공간 각도를 포함하는 닫힌 표면을 나타내고, 이 적분은 0과 동일하며, 방사 패턴들 사이에 상관관계가 존재하지 않는데, 즉, 방사 패턴은 서로 직교이다. 분모는 유효 표준화 항이다.
방사 패턴인 직교인지를 결정할 때, 개구 필드를 사용할 수 있다. 개구 필드를 고려할 때, Ω는 개구 표면을 나타낸다. 에지(11,12,13) 사이의 개구 필드는 한 기간에 걸친 상수(제1 모드) 곱하기 정현파 변동(제2 및 제3 모드)의 적분이 제로이기 때문에 직교이다. 또한, 한 기간에 걸친 2개의 직교하는 정현파 변동(제2 및 제3 모드)의 적분(sin*cosine)이 또한 제로이다. 이러한 필드(31,32,34)가 안테나 장치(1)의 개구에서 직교이고 또한 직교인 안테나(1)의 개구 전류(도시되지 않음)에 대응하기 때문에, 파-필드(far-field)가 또한 당업자들에 공지되어 있는 바와 같이, 직교 필드 벡터를 포함한다.
3개의 적어도 본질적으로 직교인 방사 패턴을 갖는 것이 바람직한데, 그 이유는 이것이 채널 매트릭스이 로우(row)가 독립적이도록 할 수 있기 때문이다. 이것은 차례로, 본 발명이 MIMO 시스템에 적용 가능하다는 것을 의미한다.
중첩에 의하여, 모든 동작 모드는 동시에 동작해서, 3중-모드 안테나 장치가 3개의 본질적으로 직교인 방사 패턴을 송신하도록 할 수 있다.
급전 장치의 실제 구현은 중요하지 않고, 당업자에게 명백한 방식으로 변화될 수 있다. 본 발명의 중요한 특성은 패치(2,3,4)가 3개의 동작 모드로 급전되는 것이며, 여기서 제1 동작 모드는 제1(2) 및 제2(3) 패치 사이의 원주 슬롯(30)에서 획득되는 E-필드(31)를 발생시킨다. 다른 동작 모드는 제2(3) 및 제3(4) 패치 사이의 원주 슬롯(33)에서 포착되는 필드 강도의 사인 변동을 갖는 2개의 E-필드(32,34)를 발생시키며, 여기서 이들 E-필드 중 하나는 서로에 대해 90°회전된다. 이 함수는 급전 장치의 설계 또는 급전 지점(16,22,23)이 구상되는 방법에 의해 국한되지 않는다. 이들은 예를 들어, 무접촉 방식으로, 즉, 종래 기술에 공지된 바와같은 용량성 결합에 의해 전기적인 접촉을 달성할 수 있다.
도3a-b과 관련된 대안적인 제2 실시예에서, 3중-모드 모드 안테나 장치(1')의 패치 배열은 제1 실시예와 동일하며, 도면에서 동일한 참조 번호를 갖는다. 상기 실시예들 사이의 차이는 급전 장치에서 발견되며, 상기 3중-모드 모드 안테나 장치(1')는 제1(15), 제2(20a), 제3(21a), 제4(20b) 및 제5(21b) 중심 컨덕터를 각각 갖는 제1(14), 제2(18a), 제3(19a), 제4(18b) 및 제5(19b) 동축 급전선을 포함한다.
제1 중심 컨덕터(15) 및 제1 급전 지점(16)을 갖는 제1 동축 급전선(14)의 위치는 제1 실시예와 관련하여 상술된 것에 대응하며, 여기서 더 논의되지 않을 것이다.
제2(20a), 제3(21a), 제4(20b) 및 제5(21b) 중심 컨덕터는 각각 제2(22a), 제3(23a), 제4(22b) 및 제5(23b) 급전 지점을 구성하는 자신의 외부 에어리어에서 제2 패치(3)와 각각 전기적으로 접촉하는 제2(20a), 제3(21a), 제4(20b) 및 제5(21b)를 각각 갖는 자신의 외부 에어리어에서 제2 패치(3)와 전기적으로 접촉한다. 도3c를 또한 참조하면, 제2(22a), 제3(23a), 제4(22b) 및 제5(23b) 급전 지점은 주 평면(5,6,7;8,9,10)에 본질적으로 수직인 제1 급전 지점(16)을 통과하는 제1 가상선(24)으로부터 적절한 거리(d)에 위치된다. 상기 거리(d)는 제2(20a), 제3(21a), 제4(20b) 및 제5(21b)에 대해 동일하다.
제2(25) 및 제3(26) 가상선은 제1 가상선(24)을 수직으로 통과한다. 제2 가상선(25)은 제1 가상선(24)이 자신들 사이에 위치되는 제2(22a) 및 제4(22b) 급전 지점과 교차한다. 제3(26) 가상선은 제1 가상선(24)이 자신들 사이에 위치되는 제3(23a) 및 제5(23b) 급전 지점과 교차한다. 더구나, 제2(25) 및 제3(26) 가상선은 서로 간에 각도(α)가 존재한다. 이것은 급전 지점 사이의 각도를 규정하는 방식이며, 상기 각도(α)는 본질적으로 90°이다. 상기 방식에서 급전 지점 사이의 각도의 규정은 명세서에서 또한 각도 변위(angular displacement)라 칭해진다. 선(24,25,26)은 설명을 위해서만 삽입되며, 실제 장치(1)의 부분이 아니다.
그러므로, 반경(d)을 갖는 원의 원주 주위에 걸쳐서 제2(22a), 제3(23a), 제4(22b) 및 제5(23b) 급전 지점 사이에 본질적으로 90°의 각도 변위가 존재한다. 그 후, 제2(22a), 제3(23a), 제4(22b) 및 제5(23b) 급전 지점이 제2(22a) 및 제4(22b)이 서로 대향되고, 제3(23a) 및 제5(23b) 급전 지점이 서로 대향되는 방식으로 위치되고, 제3 패치(3)의 연속적인 급전 지점의 시계방향 순서는 제2(22a), 제3(23a), 제4(22b), 및 제5(23b) 급전 지점 순으로 된다.
자신의 중심 컨덕터(15, 20a, 21a, 20b, 21b)를 갖는 동축 급전선(14, 18a, 19a, 18b, 19b)은 급전 장치를 구성한다.
제2(22a) 및 제4(22b) 급전 지점은 제1 급전 지점 쌍을 구성하고, 제4(23a) 및 제5(23b) 급전 지점은 제2 급전 지점 쌍을 구성한다. 급전 지점 쌍에서의 급전 지점은 본질적으로 2*α=180°의 각도 변위로 쌍 내의 각각의 급전 지점을 분리하는 제1 가상선의 대향 측에 위치된다. 더구나, 대응하는 급전 지점의 각 쌍은 180°의 각도 변위를 갖는다. 이것은 모든 급전 지점이 패치 주위에 고르게 분포되도록 하는데, 각각의 급전 지점은 본질적으로 90°의 각도 변위로 분리된다.
제2(20a), 제3(21a), 제4(20b) 및 제5(21b) 중심 컨덕터는 다른 패치(2, 4)중 어느 하나와 전기적으로 접촉하지 않고, 주로 패치(2,3,4)의 주 표면(5,6,7;8,9,10)에 수직으로 신장된다. 이러한 제2(18a), 제3(19a), 제4(18b) 및 제5(19b) 동축 급전선은 제3 패치 내로 만들어지고 이들 자신들(18a,19a,18b,19b)이 진행할 수 있는 홀(27a,28a,27b,28b)에 의하여 제3 패치(4)의 외부 에어리어를 통과한다.
제1(2)과 제2(3) 패치 및 대응하는 급전 지점(16;22a,23a,22b,23b)에서 속하는 중심 컨덕터(15;20a,21a,20b,21b) 사이의 전기적인 접촉은 예를 들어, 솔더링에 의해 달성된다.
제2(18a) 및 제4(18b) 동축 급전선은 서로 180°이-위상으로 급전되어, 제2(22a) 및 제4(22b)의 대향하는 급전 지점은 180°의 위상차로 급전된다. 또한, 제3(19a) 및 제4(19b) 동축 급전선은 서로 180°이-위상으로 급전되어, 제3(23a) 및 제5(23b)의 대향하는 급전 지점은 180°의 위상차로 급전된다. 이 위상 시프트는 종래 기술에서 통상적으로 사용되는 종래의 위상 시프터(도시되지 않음) 또는 임의의 다른 편리한 방식에 의해 도입될 수 있다.
제2 실시예에 따른 3중-모드 모드 안테나 장치(1')는 도2a-c를 참조해서 제1 실시예와 관련하여 설명된 것에 대응하는 3개의 동작 모드를 가지며, 동일한 방사 특성이 여기서 달성된다. 제1 및 제2 실시예 간의 차이는 제2 실시예가 제2 패치(3)에서 2개 대신 4개의 급전 지점을 포함하는 것이다. 이러한 4개의 급전 지점은 더 용이하게 임피던스 정합되지만, 동시에 더 복잡한 구조를 포함하는 더 평형화된 급전을 구성한다.
설명된 모든 3중-모드 안테나 장치(1, 1')의 전송 특성에 대한 상호관계로 인하여, 3중-모드 안테나 장치가 3개의 본질적으로 상관되지 않는 동작 모드로 송신 및 수신 둘 모두를 행하도록 하는, 당업자에게 공지된 바와 같은 대응하는 동일한 수신 특성이 존재한다.
본 발명은 단지 본 발명의 예로서 간주되어야 하는 상술된 실시예에 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구항의 범위 내에서 자유롭게 변경할 수 있다.
설명된 것 대신에, 다른 유형의 패치가 구상될 수 있다. 예를 들어, 패치는 다른 형상, 예를 들어, 정사각형, 직사각형 또는 8각형, 뿐만 아니라, 십자가형 또는 별모양을 가질 수 있다. 3개의 패치는 또한 서로 상이한 형상을 가질 수 있는데, 즉, 제1 패치는 8각형이고, 제2 패치는 정사각형, 등일 수 있다.
패치는 임의의 적전한 도전 재료, 예를 들어, 구리, 알루미늄, 은 또는 금으 로 이루어질 수 있다. 패치는 또한 금속 시트로 이루어지고, 공기만으로 분리되며, 적절한 리테이너(도시되지 않음)에 의하여 적소에 수용될 수 있다. 대안적으로, 패치는 구리-피복 적층체로부터 에칭될 수 있다.
패치의 임의의 종류의 급전이 본 발명의 범위 내에 존재하며, 여기서 상이한 종류의 프로브 급전(probe feed)이 가장 바람직하다. 상술된 용량성 프로브 급전이 이와 같은 대안이다.
제1 가상선 및 각각의 급전 지점 간의 거리(d)는 모든 급전 지점으로부터 동일해야 하는 것이 아니라, 적절한 경우, 변경될 수 있다. 급전 지점의 위치는 어느 임피던스가 바람직한지에 의해 결정된다. 즉, 거리(d)는 일반적으로 바람직한 임피던스 정합을 달성하기 위하여 변경된다.
제1 가상선은 패치의 중심 에어리어를 통과해야 하는 것이 아니라, 적절할 때마다, 패치를 통과할 수 있다.
급전 네트워크는 또한 당업자에게 명백한 많은 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 패치는 다른 서로 직교하는 편파, 예를 들어, 우측 원형 편파 및/또는 좌측 원형 편파가 획득되도록 하는 방식으로 급전될 수 있다.

Claims (8)

  1. 제1(2), 제2(3) 및 제3(4) 패치를 포함하는 안테나 장치로서, 각각의 패치(2,3,4)는 도전 재료로 이루어지고, 제1(5,6,7) 및 제2(8,9,10) 주 표면을 포함하며, 최상부의 제1 패치(2)와 함께 다른 하나 위에 하나가 배치되어, 상기 주 표면(5,6,7;8,9,10) 모두가 본질적으로 서로 평행하며, 상기 안테나 장치(1,1')에서, 상기 제1 패치(1)가 제1 에지(11)를 가지고, 상기 제2 패치(3)가 제2 에지(12)를 가지며, 상기 제3 패치(4)가 제3 에지(13)를 가지며, 상기 안테나 장치(1,1')가 급전 장치를 포함하는, 안테나 장치에 있어서,
    상기 급전 장치가 각각의 제1 및 제2 주 표면(5,6,7;8,9,10)에 본질적으로 수직인 패치(2,3,4)를 통과하는 제1 가상선(24)에 위치되는, 제1 패치(2)에 배열되는 제1 급전 지점(16)을 포함하고, 제2 패치(3)에 배열되는 적어도 제2(22) 및 제3(23) 급전 지점을 더 포함하며, 상기 제2(22) 및 제3(23) 급전 지점 각각은 상기 제1 가상선(24)으로부터 각각의 거리(d)에 위치되며, 여기서 제2(25) 및 제3(26) 가상선은 상기 제1 가상선(24)에 수직이고 상기 제1 가상선(24)과 교차하며, 상기 제2 가상선(25)은 또한 상기 제2 급전 지점(22)과 교차하고 상기 제3 가상선(26)은 또한 상기 제3 급전 지점(23)과 교차하며, 상기 제2(25) 및 제3(26) 가상선은 서로 간에 각도(α)가 존재하고, 상기 각도(α)는 본질적으로 90°이며, 상기 제1 급전 지점(16)은 송신 뿐만 아니라, 수신 시에 상기 제1 패치(2)에 급전하도록 배열되고, 상기 제2(22) 및 제3(23) 급전 지점은 송신 및 수신 시에 제2 패치(3)에 급전 하도록 배열되며, 제1 동작 모드에서, 상기 제1 급전 지점(16)은 일정한 제1 E-필드(31)가 제1(11) 및 제2(12) 에지 사이에서 생성된 제1 슬롯에서 획득될 수 있도록 하며, 상기 제1 E-필드(31)는 또한 상기 에지들(11,12) 사이에 지향되고, 제2 동작 모드에서, 상기 제2 급전 지점(22)은 상기 제2(12) 및 제3(13) 에지 사이에 생성된 제2 슬롯(33)에서 제2 E-필드(32)를 획득하는데 기여하며, 상기 제2 E-필드(32)는 또한 제2(12) 및 제3(13) 에지 사이에 지향되고 상기 제2 슬롯(33)을 따르는 정현파 변동을 가지며, 제3 동작 모드에서, 상기 제3 급전 지점(23)은 상기 제2 슬롯(33)에서 제3 E-필드(34)를 획득하는데 기여하고, 상기 제2 E-필드(34)는 또한 상기 제2(12) 및 제3(13) 에지 사이에 지향되며 상기 제2 슬롯(33)을 따른 정현파 변동을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    3개의 동작 모드는 동일한 시간에 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서,
    상기 급전 장치는 제2 패치에서 4개의 급전 지점; 제2(22a), 제3(23a), 제4(22b) 및 제5(23b) 급전 지점을 포함하고, 상기 제2 가상선(25)은 상기 제1 가상선(24)이 그들 사이의 위치되는 제2(22a) 및 제4(22b) 급전 지점과 교차하며, 상기 제3 가상선(23)은 상기 제1 가상선(24)이 그들 사이에 위치되는 제3(23a) 및 제 5(23b) 급전 지점과 교차되고, 상기 제2(22a) 및 제4(22b) 급전 지점은 제2 동작 모드의 급전 지점이며, 상기 제3(23a) 및 제5(23b) 급전 지점은 제3 동작 모드의 급전 지점인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2(22a) 및 제4(22b) 급전 지점은 본질적으로 180°의 상호 위상차를 갖는 각각의 신호를 공급받고, 상기 제3(23a) 및 제5(23b) 급전 지점은 본질적으로 180°의 상호 위상차를 갖는 각각의 신호를 또한 공급받는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피치(2,3,4)는 상기 제1 가상선(24) 주위에서 대칭적인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. 제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피치(2,3,4)는 본질적으로 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피치(2,3,4)는 본질적으로 원형인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 제1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 가상선(24) 및 상기 제2 패치(3)의 각각의 급전 지점(22a,23a,22b,23b) 사이의 거리(d)는 본질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
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