KR20080039901A - 위성 측위 시스템을 위한 다중 밴드 안테나 - Google Patents

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마크 르 고프
랄스 포제드
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Abstract

위성 측위 시스템에서 적층형 다중 밴드 주파수 안테나는 전도성 패치층을 포함하는데, 그것은 특정 주파수밴드에서 각각 작동하도록 형성된다. 전도성 스트립 쌍을 포함하는 여자선부(excitation line section)는 상기 전도성 패치층 아래에 배열된다. 각각의 전도성 스트립 쌍은 전도성 패치층의 연결되는 전도성 패치에 복사 결합되도록 적용된다. 적어도 1개의 전기 회로를 가진 RF 프론트단(RF front end)은 위성 측위 수신기에 전도성 스트립 쌍이 동작 연결을 위해 여자선부(excitation line section) 아래에 트라이플레이트(triplate)부 내에 배열된다. 적어도 1개의 전기 회로는 안테나가 작동하는 동안 전도성 스트립 쌍으로부터 신호를 각각 필터링하고 증폭하기 위한 필터기와 증폭기를 포함한다.
다중 밴드 주파수, 위성 측위 시스템

Description

위성 측위 시스템을 위한 다중 밴드 안테나{Multi-band antenna for satellite positioning system}
본 발명은 위성 측위 시스템을 위한 안테나에 관한 것으로, 더 구체적으로 다중 밴드 적층형 패치(patch) 안테나에 관한 것이다.
위성 네비게이션 시스템(Satellite navigation systems)은 궁극적으로 사용자에게 강화된 위치의 정확성을 제공하기 위하여 전리층(ionospheric) 또는 대류권(tropospheric) 오류 또는 다중경로 효과들(multipath effects)을 줄이기 위해 다중 주파수 밴드에서 작동한다. 예를 들면, 현존하는 GPS는 중심주파수가 1575.42MHz인L1 주파수 밴드의 신호와 중심주파수가 1227.6MHz인 L2밴드에서의 신호들을 사용한다. 미래의 유럽의 갈릴레오 측위 시스템은, 예를 들면, 단순성을 위해 여기서 L1밴드이라 불리는 E5 밴드(1164-1215 MHz), E6 밴드(1260-1300 MHz) 및 E2-L1-E1밴드(1559-1593)와 같은 다른 주파수 밴드에서 동작할 것이다. 증가된 측위능력으로부터 이익을 얻고 다른 측위 서비스를 사용할 수 있도록 하기 위해, 사용자는 다수의 주파수에서 동작할 수 있는 송/수신기(receiver/transmitter)시설이 필요하다.
적층형 다중 밴드 패치 안테나는 위성 측위 시스템 분야에서는 알려져 있다. 후방 복사와 수신을 줄이기 위한 다중 주파수 안테나는 미국 특허출원 2005/0052321 A1에 개시되어 있다. 그런 다중 밴드 안테나는 전형적으로 각 기판의 표면 위에 전도층을 갖는 한층의 실질적으로 평면인 유전체 기판을 포함한다. 각 전도층은 특별한 주파수대와 연결되고, 특정의 주파수밴드에서 공진되도록 형성되어 있다. 패치들은 맨 밑의 유전체 기판의 뒷표면에 인가된 피딩라인과 슬롯을 통해 기생적으로(parasitically)커플링 된다. 위성 측위를 위한 또 다른 안테나는 "a Dual Band Circularly Polarized Aperture-Coupled Stacked Microstrip Antenna for Global Positioning Satellite" Pozar et al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol.45, no.11,November1997.에 나타나 있다. pozar's 안테나는 적층된 제1과 제2 안테나 패치, 교차된 슬롯 피드(feed)와 마이크로 스트립 피드 네트워크(feed network)를 포함한다. 후자는 적절한 상대적 위상을 가진 마이크로스트립(microstrip)들의 신호들을 합하기 위한 전력 결합기들을 포함한다.
위성 측위 어플리케이션과/또는 다중 밴드 동작에 특별히 관계되지 않는 다른 안테나들은 예를 들어 교차된 슬롯-페드 마이크로스트립 안테나(slot-fed microstrip)가 개시된 US 2004/0189527 A1, 개구(aperture) 커플링된 듀얼 밴드 안테나(dual-band antenna)가 개시된 US 6,054,953, 지상파 이동장치와 통신하기 위한 다중 밴드 기지국 안테나가 개시된 US 2004/0263392 A1과 인쇄된 듀얼 밴드 안테나가 개시된 US 2004/0239565 A1에서 알려졌다.
위성 측위 시스템에서 중요한 이슈는 다중 경로 효과(multipath effects)와 상중심 안정성(phase-centre stability)이다. 다중 경로 신호들은 안테나 주위 표면에서의 반사에 기인하고 그것들은 위치 결정을 위해 제한 요소를 구성한다. 반사되는 표면이 안테나에서 가까우면 가까울수록, 점점 더 수신기가 다중 경로 효과를 완화시키기가 더 어려워진다. 단거리 다중 경로 효과들을 줄이기 위하여 안테나 수신 패턴은 수정되어야 한다.
주파수에 있어 상중심 변화들은 위치결정에 있어 또 다른 제한 요소이고 또한 안테나 레벨에서 최소화되어야한다. 온도로 인한 상중심 변화는 최소로 되어야할 더 큰 요인이다.
위성 네비게이션 시스템에서, 전형적인 신호레벨은 -130dBm (L1 대역)과 -125dBm (E5/E6 대역) 등급이고, 그것은 RF 프론트단(front end)에서 상대적으로 엄격하게 요구된다. 게다가 대역 외 저지특성은 특히, 안테나가 항공전자공학과 같은 높은 RF 간섭레벨을 갖는 환경에서 사용된다면 매우 높아야 한다.
또 다른 중요한 점은 주파수에서 군지연의 변화이다. 군지연은 주로 공진 부분에 기초한 전기회로의 부분들에 기인한다. 군지연 변화들은 위치가 정확히 결정되도록 주어진 주파수밴드에서 낮게 유지되어야 한다. 게다가, 주어진 주파수에 있어서 온도에 의한 군지연 변화도 최소화 되어야 한다.
본 발명의 목적은 개선된 적층형 다중 밴드 안테나를 제공하기 위함이다. 이 목적은 청구항 1에서 기재된 안테나에 의해 이루어진다.
위성 측위 시스템에서 그런 적층형 다중 밴드 주파수 안테나는 전도성 패치층(patch)을 포함하는데, 그것은 특정 주파수밴드에서 각각 작동되기 위하여 형성 되어진다. 발명의 중요한 면에 따라, 전도성 스트립 쌍을 포함하는 여자선부(excitation line section)는 상기 전도성 패치(patch)층 아래에 배열되어 있다. 각 전도성 스트립 쌍은 전도성 패치(patch)층의 연결된 전도성 패치와 복사 커플링 되도록 적용된다. 더욱이 안테나는 위성 측위 수신기에 전도성 스트립 쌍들이 작동되게 연결하기 위한 여자선부(excitation line section)의 아래에 트라이플레이트(triplate)부에 배열되는 적어도 1개의 전기회로를 갖는 RF 프론트단(RF front end)을 포함한다. 적어도 1개의 전기 회로는 안테나가 동작하는 동안 전도성 스트립 쌍으로부터 각각 필터링 과 신호증폭을 위한 필터와 증폭기를 포함한다. 바람직하게는 RF 프론트단(RF front end)은 다른 주파수밴드에 대해서는 별도의 회로들을 가진다. 이것은 독립적인 임피던스 매칭(matching), 피딩(feeding), 필터링(filtering) 및 증폭을 허용한다. 트라이플레이트(triplate)는 적어도 1개의 전기 회로를 차폐한다. 가장 바람직하게는, 전도성 스트립 쌍의 각 전도성 스트립은 다른 것들과 실질적으로 직교하고 있다. 원형 분극된 신호들이 수신 및 송신될 때, 전도성 스트립 쌍의 각 전도성 스트립의 신호들은 90°의 위상차를 가진다. 안테나의 콤팩트한 구성은 높은 상 중심 안전성(phase-centre stability)을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전도성 스트립 쌍 중 각각은 전도성 패치(patch)의 중앙 아래에 위치한 가상의 교차점으로부터 방사상으로 직각을 이루도록 확장된 동일하거나 비슷한 길이의 2개의 전도성 스트립들을 포함한다. 게다가, 전도성 스트립들은 엑스자 모양으로 배열될 수 있는데, 그 모양은 제2쌍의 제1스트립과 일렬로 배열된 제1쌍의 제1전도성 스트립과 제2쌍의 제2전도성 스트립과 일렬로 배열된 제1쌍의 제2전도성 스트립으로 되어있다. 각 전도성 스트립 쌍은 특정한 모양의 여자선(excitation line)을 포함하는데, 각 쌍은 서로 달라질 수 있다는 것에 주의해야 한다. 전도성 스트립들은 실질적으로 직선이거나 휘어진 부분을 포함한다.
전도성 패치(patch)들은 그들의 각 주파수 밴드에서의 신호에 대해 양호한 수신을 갖도록 하는 모양을 가질 수 있다. 예로서 그것들은 평면 또는 육각형이 될 수 있지만, 바람직하게는 전도성 패치(patch) 층은 디스크 모양과 환형의 전도성 패치와 같은 회전대칭인 전도성 패치들을 포함한다.
본 발명의 가장 바람직한 실시예에 따르면, 전도성 패치층은 제1 주파수 밴드(L1)에서 작동되도록 형성되는 제1 전도성 패치들과 제1 주파수 밴드와 구별되는 제2 주파수 밴드(GPS의 경우에 L2밴드 또는 갈릴레오 위성 시스템의 경우에는 E5/E6 밴드)에서 작동되도록 형성되는 제2 전도층 패치들을 포함한다. 제1 전도성 패치에 복사 커플링된 제1 전도성 스트립 쌍과 제2 전도성 패치에 복사 커플링된 제2 전도성 스트립 쌍은 상기 여자선부(excitation line section)로 제공되는데 이들은 각각 여자부내에서 실질적으로 직교하도록 배열된 제1과 제2 스트립을 포함한다. 안테나는 예를 들어 트라이플레이트(triplate)부에 위성 측위 수신기에 제1 쌍의 전도성 스트립의 연결을 위한 제1 전기회로와 위성 측위 수신기에 제2 쌍의 전도성 스트립의 연결을 위한 제2 전기 회로를 포함한다. 바람직하게는, 제1 회로와 제2 회로 사이에는 전기적인 접촉이 없는데 이는 각 연결된 주파수 밴드에 맞도록 테일러링(tailoring)이 허용한다.
회로들은 바람직하게는 임피던스 매칭 네트워크(impedance matching network), 피딩 네트워크(feeding network), 적어도 하나의 필터링단과 낮은 노이즈 증폭기를 포함한다. 각각의 회로는 특정 주파수 밴드에서 최대 신호수송을 위하여 최적화될 수 있는 반면, 대역 외 신호들은 반사되거나 감소된다. 매칭(matching), 피딩(feeding) 와 증폭(amplification) 요소들은 그것들이 특정 주파수 밴드에서 추가적인 필터링 능력을 주기 위하여 선택될 수 있다.
결과적으로, 필터링단 그 자체를 위한 스펙은 완화될 수도 있는데 이는 좀 더 콤팩트, 안정성 및 좀 더 적은 비용의 전기 회로를 초래할 수도 있다.
원형 분극된 신호에 전기 회로에 맞추기 위해, 상기 제1 전기 회로는 상기 제1 전도성 스트립 쌍의 제1 스트립으로부터/으로 제1 주파수 신호와 90°의 상대적인 위상차이를 갖는 제1 전도성 스트립 쌍의 상기 제2 스트립으로부터/으로 제1 주파수를 결합하기 위한 제1 커플링단을 포함하며, 상기 제2 전기 회로는 제2 전도성 스트립 쌍의 상기 제1 스트립으로부터/으로 제2 주파수 신호와 90°의 상대적인 위상차를 갖는 제2 전도성 스트립 쌍의 상기 제2 스트립으로부터/으로 제2 주파수 신호를 결합하기 위한 제2 커플링단을 포함한다. 당업자는 상기 제1과 제2 전기 회로의 각각에 각 커플링단은 하나 이상의 커플러 예를 들면, 3개의 커플러를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 제1 주파수 신호와 제2 주파수 신호들과 관련하여 밸런스된 여기와(excitation) 민감도(sensitivity)는 그에 의해서도 달성될 수 있다.
제1 전기 회로는 제1전도성 스트립 쌍으로부터의 결합된 제1주파수 신호와, 증폭, 필터링을 위해 밴드 패스 필터(band-pass filter)와 증폭기(amplifier)를 포함할 수 있고, 제2 전기회로는 제2전도성 스트립 쌍으로부터의 결합된 제2주파수 신호와, 증폭, 필터링을 위해 밴드 패스 필터(band-pass filter)와 증폭기(amplifier)를 포함할 수 있다.
적절하게는, 적어도 제2 전기 회로는 제2 주파수 밴드에서 2개의 더 좁은 주파수 밴드 선택을 위한 2개의 밴드 패스 필터(band-pass filters)를 가진 다이플렉서(diplexer )를 포함할 수 있다. 예를 들면, 만약에 제2 주파수 밴드가 E5 밴드와 E6밴드를 포함한다면, E5신호들은 E6신호들로부터 별도로 필터링될 수 있고 그래서 결과적으로 향상된 신호 대 노이즈(noise) 비를 이룰 수 있다.
전도성 패치들을 지지하기 위해, 안테나는 그 위에 전도성 패치들이 인쇄되거나 증착되는 유전층을 포함할 수도 있다. 전도성 패치들은 예를 들면, 구리와 주석-납합금을 가진 층으로 만들어 질 수 있다. 지지부 상의 전도성 패치와 여자선부(excitation line section)와 트라이플레이트(triplate)는 그것들 사이에 공기층이 있거나/없이 다른 층의 윗부분에 적층될 수 있다.
후방-입사(rear-incident) 복사를 줄이기 위하여, 안테나는 공동을 가진 금속용기로 구성될 수 있고, 그곳에는 전도성 패치층과 여자선부(excitation line section)가 배열되어 있다. 후방-입사(rear-incident) 복사는 전도성 패치들 반대쪽에 배열되어 있는 쵸크(choke)에 의해 역시 줄일 수 있다. 그런 쵸크는 금속 용기의 통합부분이 될 수 있고 안테나의 독립적인 요소로서 달성될 수 있다. 예를 들면, 금속용기의 뒷 쪽 층은 물결모양이 될 수 있다.(쵸크링으로 제공된)
적절하게는, 안테나는 보호를 위해 라돔(radome )을 포함할 수 있다. 그런 라돔(radome )은 안테나가 실외에 사용될 때 적당하다. 라돔(radome)은 폴리메틸아크릴레이트(polymethyacrylate), 폴리카본네이트(polycarbonates), 유리 섬유를 가진 에폭시 수지(expoxy resin)와 같은 전통적인 물질들로 구성될 수 있다.
적층형 다중 밴드의 패치 안테나(10)의 바람직한 실시예의 개략도가 도 1에 도시된다. 안테나는 디스크모양의 유전체 기판(16)(18)위에 각각 적용되는 한 층의 전도성 패치 (12)(14)를 포함한다. 적층된 원형판 아래에 여자선부(excitation line section)(20)는 유전체 기판(26)위에 2쌍(22)(24)의 전도성 스트립들(22a)(22b)(24a)(24b)을 포함한다. 전도성 스트립(22a)(22b)(24a)(24b)은 여자선부(excitation line section)(20) 밑에 있는 트라이플레이트(triplate)(28)에 배열된 RF 프론트단(RF front end)과 연결되어 있다. 전도성 패치(12)(14), 여자선부(excitation line section)(20) 및 트라이플레이트(triplate)(28)는 실질적인 병렬관계로 배열된다.
전도성 패치(12)(14)와 여자선부(excitation line section)(20)의 전도성 스트립들(22a)(22b)(24a)(24b)은 구리층에 인쇄됨으로써 제조되며, 주석-납 합금을 가진 층으로 될 수 있다. 대안적으로 납이 없는 합금이 사용될 수도 있다.
맨 위의 전도성 패치(12)는 제1 유전체 디스크(16)위에 디스크 모양의 구리패치이다.
링모양의 전도성 패치(14)를 지지하는 제2 유전체 디스크(18)는 맨 위 유전 디스크(16) 아래에 배치된다. 제2 유전체 패치(14)는 여러 개의 스페이서(미도시)를 통해 제1 유전체 디스크(16)로부터 주어진 거리만큼 떨어져 위치되고, 그것은 유전체 디스크(16)(18)의 경계에 배치된다.
여자선부(excitation line section)(20)는 두 쌍(22)(24)의 전도성 스트립(22a)(22b)(24a)(24b)을 지지하는 유전체 디스크(26)을 포함하고, 스페이서들(미도시)을 통해 제2 유전체 패치(18) 아래에 배치되고, 그것은 유전체 디스크(16)(18)의 경계에 배치된다. 적층된 집합체(assembly)의 높이는 수 센티미터(㎝) 정도이다.
전도성 패치(12)(14)의 측면 두께는 전형적으로 대략 수신된 라디오 파장의 대략 1/4파장 범위에서 구성되고, 그 결과 전도판(12)(14)은 그들의 각 주파수밴드에서 공진한다. 도 1에서 예를 들면, 맨 위 전도성 패치(12)는 L1 주파수밴드와 연결되고, 제2 전도판(14)는 E5, E6 주파수밴드와 연결된다. 당업자는 현재 안테나를 쉽게 다른 주파수밴드에 적용할 수 있을 것이다.
각 쌍(22)(24)의 전도성 스트립(22a)(22b)(24a)(24b)은 2개의 구리 스트립으로 구성되며, 각 스트립들은 직각을 이루도록 배열되어 있다. 구리 스트립들은 여자선부(excitation line section)(20)에 전기적으로 접촉되지 않는다. 구리스트립(22a)(22b)(24a)(24b)은 디스크 모양의 여자선부(excitation line section)(20) 의 중앙으로부터 방사상으로 뻗어있으나, 그것들은 사실상 중앙에서 만나지 않으며, 단지 가상적인 교차점을 형성한다. 두 쌍(22)(24)의 전도성 스트립(22a)(22b)(24a)(24b)은 X자 모양을 이루며 디스크(26) 중앙 주위에 대칭적으로 배열된다.: 전도성 스트립(22a)은 전도성 스트립(24a)과 일렬로 정렬되며, 반면에 전도성 스트립(22b)은 전도성 스트립(24b)과 일렬로 정렬된다.
전도성 패치(12)(14)의 구성과 여자선부(excitation line section)(20)는 양호한 위상 중심 안정성, 낮은 고도각(elevation angle)에서 높은 이득, 낮은 교차편광 레벨, 낮은 유전 및 저항의 손실을 제공한다.
여자선부(excitation line section)(20)는 트라이플레이트(triplate)(28)의 위에 배열되고, 트라이플레이트(triplate)(28)는 여자선부(excitation line section)(20)와 마주 하는 표면(32) 위에 구리로 도금된 유전체 디스크(30)를 포함한다. 매칭(matching), 피딩(feeding), 필터링 및 증폭 네트워크 또는 회로(36)(38)를 가진 RF 프론트단(RF front end)을 지지하는 제2 유전체 디스크(34)는 트라이플레이트(triplate)(28)의 상부 유전체 디스크(30)의 하부 유전체 표면(40)에 병렬로 배치되고, 그래서 RF 프론트단(RF front end)은 2개의 절연층 사이에 샌드위치(sandwich)된다. 전도성 스트립(12)(14)과 여자선부(excitation line section)(20)로부터 측면으로 마주보며 떨어진 쪽에서, 제2 유전체 디스크(34)는 전도층으로 도금된다.
기판(16)(18) 위의 전도성 패치(12)(14)와 여자선부(excitation line section)(20)와 다중 밴드 안테나(10)의 트라이플레이트(triplate)(28)는 금속용 기(42)의 공동 안쪽에 함께 있다. 금속 용기는 원통형 바깥쪽 벽(44)과 용기(42) 뒤쪽에 근접한 바닥부분과 전도성 패치(12)(14)쪽으로 열려있는 바닥부분을 포함한다. 용기(42)는 그 뒷편으로부터 안테나(10)로 관통하는 복사량을 실질적으로 줄인다. 용기(42)의 모양과 전도성 패치(12)(14)의 상대적인 위치와 여자선부(excitation line section)(20)는 안테나(10)의 복사패턴이 그 축과 관련하여 가능한 회전대칭이 되도록 선택된다.
금속용기(42)는 트라이플레이트(triplate)의 상부, 하부 전도성 층과 전기적으로 접촉되는데, 이로써 전기 회로(36)(38) 전자기 복사에 대해 차폐된다.
각 쌍(22)(24)의 전도성 스트립(22a)(22b)(24a)(24b)은 각각의 주파수밴드 및 대응하는 전도성 패치와 연결된다. 쌍(22)은 L1밴드에 속하고 다른 쌍(24)은 E5와 E6밴드에 속한다. 전도성 스트립(22a)(22b)(24a)(24b)은 전도판(12)(14)과 연결되있지 않는다. 그들은 전도성 패치(12)(14)와 복사 커플링 된다. 대안으로, 그들은 전도판(12)(14)과 연결될 수 있다.
전도성 스트립들은 트라이플레이트(triplate)(28)에 있는 매칭(matching), 피딩(feeding), 필터링 및 증폭네트워크(36)(38)와 연결된다.
트라이플레이트(triplate)(28)는 도2-7에 도시된 두 쌍(22)(24)의 전도성 스트립을 위한 2개의 별도 회로(36)(38)를 포함한다. 안테나의 자기 이중통신(self-diplexing) 구성은 E5/E6과 L1주파수대에 있어서 별도로 매칭(matching) 네트워크, 피딩(feeding)네트워크, 필터링단 및 증폭단을 최적화 할 수 있도록 한다.
회로(36)는 L1밴드에 연결되고 다른 회로(38)는 E5/E6밴드에 연결된다. 전도 성 스트립(22a)(22b)(24a)(24b) 아래쪽으로 각 회로(36)(38)는 각각의 주파수밴드에 전용되는 커플러(50)(52)를 포함한다. 그런 커플러의 배선은 회로(36)의 커플러(50)와 관련하여 나타난다. 커플러(50)는 4개의 포트를 갖고 있으며, 제1포트(50a)는 위성 측위 수신기에 안테나 신호들을 보내기 위함이고, 제2포트(50b)와 제3포트(50c)는 임피던스 매칭 네트워크(54)를 경유하여 같은 쌍(22)에 속해 있는 전도성 스트립(22b)(22a)에 각각 연결된다. 제4포트(50d)는 50-Ω의 말단(56)에 연결된다. 커플러(50)는 90ㅀ도의 위상차를 가지는 제2 포트(50b)와 제3포트(50c)의 신호를 결합하고 제4포트(50d)로 결합된 신호를 출력한다. 제4포트(50d)는 잔여 전력을 흡수하도록 돕는다. 그래서 L1밴드와 E5/E6밴드를 위해 다른 회로(36)(38)의 사용은 각각 필터링단(62)(64)와 증폭단(66)(68)에 앞서 사전에 L1밴드와 E5/E6밴드의 신호들을 분리시키는 결과가 된다. 회로(38)에서, 참조번호 58은 전도성 스트립의 쌍(24)을 위해 임피던스 매칭 네트워크(impedance matching network)를 가르키고 참조번호 60은 50Ω의 말단을 가르킨다.
필터링단(62)(64)와 증폭단(66)(68)는 가능한 짧은 전기적 연결선을 유지하기 위해 트라이플레이트(triplate)(28)에 배열된다. 이것은 연결 길이에 기인하는 낮은 손실의 이익을 갖는다. 필터링단(62)(64)은 대역 외 간섭을 없애기 위해 증폭단(66)(68) 바로 앞에 위치되나 이는 증폭기를 포화를 초래할 수 있다.
도3-7은 안테나(10)의 필터링단(62)(64)과 증폭단(66)(68)의 여러 실시예를 보여준다.
도3에서, L1밴드에 연결된 회로(36)의 커플러(50)의 제1 포트는 L1밴드 밖에 서 원하지 않는 주파수 성분을 필터링하기 위해 밴드 패스 필터(band-pass filter)를 구성하는 필터링단(62)과 연결된다. 필터링된 L1신호는 그 후 증폭단(66)의 낮은 노이즈 증폭기에 의해 증폭된다. E5와 E6밴드와 연결된 회로(38)에 관해서는, 통합된 다이플렉서(diplexer)와 컴바이너(combiner)가 필터링단(64)에 사용된다. 필터링단은 각각 E5신호와 E6신호를 필터링하는 2개의 밴드 패스 필터(band-pass filter)(70)(72)를 포함한다. 다이플렉서(diplexer)와 컴바이너(combiner)는 커플러(52)의 제1 포트의 아래에 위치되어 있다. 필터링 후에, E5와 E6 신호들은 위성 측위 수신기를 위해 연결부에 공급되기 전에 공급되어 낮은 노이즈 증폭기(68)에서 증폭되고 재결합된다.
도4는 증폭단(66)(68)의 아래쪽에 추가적인 필터링단(74)(76)을 가진 도3의 실시예를 보여준다. 회로(38)에 있는 다이플렉서(Diplexer)/컴바이너(combiner)(76)은 E5밴드의 밴드 패스 필터와 E6밴드의 밴드 패스 필터를 포함한다.
도5에서 필터링단(64)은 결합능력이 없는 다이플렉서(Diplexer)를 포함한다. 필터링된 E5/E6 신호들은 증폭단(68)의 다른 증폭기에 의해 별도로 증폭된다. E5와 E6 신호들의 재결합은 커플러(78)의 증폭단(68)의 아래에서 발생하는데 커플러(78)는 E5와 E6밴드의 신호들을 별도로 필터링하는 밴드 패스 필터를 포함한다.
도6과 7에 도시된 바와 같이, E5 와 E6 밴드의 신호들은 증폭된 신호들의 재결합이 생략된 채, 위성 측위 수신기에 독립적으로 공급될 수 있다. 증폭 후에, 신호들은 직접 수신기로 공급되거나 필터(74)(80)(82)에서 밴드 패스 필터링 후에 공 급될 수 있다.
도 5 내지 7에서와 같이 3개의 증폭기 대신에, 도 3과 4에 도시된 실시예가 단지 2개의 낮은 노이즈의 증폭기가 관여하기 때문에, 그들은 낮은 전력소비와 제조비용의 이점이 있다. 추가적인 필터링단(74)(76)은 주파수에 있어서 군지연 변화를 증가시키고, 온도에 대한 군지연 안정성을 감소시키기 때문에, 도 3의 실시예가 도4보다 더 바람직하다.
도 8은 적층된 패치 어셈블리(12)(14), 여자선부(excitation line section)(20) 및 RF 프론트단(RF front end)를 가진 트라이플레이트(triplate)(28)를 수용하는 안테나 용기(42)의 투시도를 도시한다.
비와 눈에 대비하여 실외보호를 위해, 안테나에는 도 9에 예시된 것처럼 라돔(radome)(90)이 구비된다.
당업자는 여기에서 제시된 안테나가 여러 개의 기능들을 결합하고, 그것은 특히 전문적인 위성 측위 어플리케이션, 레퍼런스 어플리케이션(reference applications), 생활 안전 어플리케이션에 잘 맞고, 예를 들면, 유럽의 위성 측위 시스템인 갈릴레오에 잘 적용된다고 이해할 것이다.
안테나는 다음을 제공한다.
-3중 밴드 동작(예를 들어, L1, E5, D6);
-고유의 자기 이중통신 동작(L1밴드와 E5/E6밴드를 위한 별도의 회로);
-컴팩트한 특성과 낮은 프로파일에 기인하는 높은 위상 중심 안정성(high phase-centre stability)과 낮은 교차 분극레벨(low-cross-polarisation level);
본 발명의 안테나는 갈릴레오에 적합한 제1고성능안테나 중의 하나를 나타내고 갈릴레오 시스템의 완전히 기술적 포텐셜을 조사하였기 때문에 상업적인 분야에서 높은 잠재력을 갖고 있다. 게다가, 통합된 필터링 및 증폭요소로 인해 가격이 적절하고, 소형화되고, 휴대할 수 있는 효과가 있다.
도1는 적층형 다중 밴드 안테나의 개략적인 모습
도2는 여자선부(excitation line section) 의 전도성 스트립에 연결된 RF 프론트단(RF front end) 의 블록다이아그램
도3는 피딩(feeding), 필터링(filtering), 증폭 네트워크의 제1실시예의 블록다이아그램
도4는 피딩(feeding), 필터링(filtering), 증폭 네트워크의 제2실시예의 블록다이아그램
도5는 피딩(feeding), 필터링(filtering),증폭 네트워크의 제3실시예의 블록다이아그램
도6는 피딩(feeding), 필터링(filtering),증폭 네트워크의 제4실시예의 블록다이아그램
도7는 피딩(feeding), 필터링(filtering),증폭 네트워크의 제5실시예의 블록다이아그램
도8는 적층형 다중 밴드 안테나를 위한 금속 용기의 투시도
도9는 실외사용을 위해 라돔(radome)으로 덮인 도 8의 금속 용기의 투시도

Claims (13)

  1. 각각 전용 주파수밴드에서 작동하도록 형성되는 전도성 패치층과;
    상기 전도성 패치층의 아래에 배치되고, 상기 전도성 패치층의 연결 전도성 패치와 복사 커플링되는 전도성 스트립 쌍들을 포함하는 여자선부(excitation line section)를 포함하고,
    위성 측위 수신기에 상기 전도성 스트립 쌍을 동작 연결하기 위한 적어도 하나의 전기회로와, 상기 전기회로는 상기 여자선부의 아래에 배치되는 크라이 플라이트에
    배치되고, 상기 전기회로는 상기 전도성 스트립 쌍으로부터의 신호를 증폭하고 필터링하는 필터들과 증폭기들을 포함하는 것이 특징인 위성 측위 시스템을 위한 적층형 다중 밴드 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 전도성 스트립 쌍은 동일거나 유사한 길이의 2개의 전도성 스트립을 포함하고,
    상기 전도성 스트립은 전도성 스트립의 가상의 교차점으로부터 방사상으로 직각으로 연장되고, 상기 교차점은 상기 전도성 패치들의 중앙 아래에 위치하는 것이 특징인 안테나.
  3. 청구항 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 여자선부(excitation line section)는 2개의 전도성 스트립 쌍을 포함하고,
    상기 전도성 스트립 쌍 중 하나의 제1 전도성 스트립은 상기 전도성 스트립 쌍 중 다른 것의 제1스트립과 각각 나란히 정렬되고, 상기 전도성 스트립 쌍 중 하나의 제2 전도성 스트립은 상기 전도성 스트립 쌍 중 다른 것의 제2스트립과 각각 나란히 정렬되는 것이 특징인 안테나.
  4. 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 패치층은 회전대칭인 패치들을 포함하는 것이 특징인 안테나.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전도성 패치의 층은 디스크 모양의 전도성 패치와 고리모양의 전도성 패치를 포함하는 것이 특징인 안테나.
  6. 청구항 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 패치의 층은 제1 주파수밴드에서 동작하도록 형성된 제1 전도성 패치와, 상기 제1 주파수 밴드와 구별되는 제2 주파수 밴드에서 동작하도록 형성된 제2 전도성 패치를 포함하고;
    상기 여자선부(excitation line section)는 상기 제1 전도성 패치에 복사 커플링을 위한 제1전도성 스트립 쌍과 상기 제2 전도성 패치에 복사 커플링을 위한 제2전도성 스트립 쌍을 포함하되, 상기 제1 및 제2 전도성 스트립 쌍은 각각 상기 여자선부(excitation line section)내에서 상호간에 실질적으로 수직하게 배열되는 제1 및 제2스트립을 포함하고,
    상기 위성 측위 수신기에 상기 제1 전도성 스트립 쌍을 연결하기 위한 제1 전기 회로와 상기 위성 측위 수신기에 상기 제2 전도성 스트립 쌍을 연결하기 위한 제2 전기 회로를 포함하는 것이 특징인 안테나.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 전기 회로는 상기 제1 전도성 스트립 쌍의 제1 스트립으로부터 제1 주파수 신호와 상대적인 위상차 90°를 갖는 상기 제1 전도성 스트립 쌍의 제2 스트립의 제1 주파수 신호를 결합하기 위한 제1 커플링단을 포함하고,
    상기 제2 전기 회로는 상기 제2 전도성 스트립 쌍의 제1 스트립으로부터 제2 주파수 신호와 상대적인 위상차 90°를 갖는 상기 제2 전도성 스트립 쌍의 제2 스 트립의 제2 주파수 신호를 결합하기 위한 제2 커플링단을 포함하는 것이 특징인 안테나.
  8. 청구항 6항 또는 7항에 있어서,
    상기 제1 전기 회로는 상기 제1전도성 스트립 쌍으로부터 상기 결합된 제1주파수 신호를 각각 필터링 및 증폭하기 위한 밴드 패스 필터와 증폭기를 포함하고,
    상기 제2 전기 회로는 상기 제2전도성 스트립 쌍으로부터 상기 결합된 제2주파수 신호를 각각 필터링 및 증폭하기 위한 밴드 패스 필터와 증폭기를 포함하는 것이 특징인 안테나.
  9. 청구항 6항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 제2 전기 회로는 상기 제2 주파수 밴드내에서 2개의 더 좁은 주파수 밴드의 선택을 위한 2개의 밴드 패스 필터(band-pass filter)를 가진 다이플렉서(diplexer)를 포함하는 것이 특징인 안테나.
  10. 청구항 1항 내지 9항에 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 패치들을 지지하는 유전체 기판층들을 포함하는 안테나
  11. 청구항 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    공동을 가지는 금속용기, 상기 공동에 상기 전도성 패치층과 상기 여자선부(excitation line section)가 배열되는 것이 특징인 안테나.
  12. 청구항 1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    후방-입사(rear-incident) 복사를 줄이기 위한 쵸크(choke)를 포함하는 안테나
  13. 청구항 1항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나의 보호를 위한 라돔(radome)을 포함하는 안테나
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