KR20080044788A

KR20080044788A - 대수주기 다이폴 배열(ｌｐｄａ) 안테나 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20080044788A
Application number: KR1020070116950A
Authority: KR
Inventors: 제임스 에스. 맥린
Original assignee: 티디케이 코퍼레이션
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2008-05-21
Also published as: JP2008131647A; EP1923955A1; US7545338B2; US20080117115A1; CN101188327A

Abstract

제1 안테나 소자와 제2 안테나 소자 및 한 쌍의 전송 라인 구조체를 포함하는 대수주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나가 제공된다. 제1 안테나 소자는 중앙 전도체로부터 외부로 뻗어나가는 다수의 다이폴 소자를 포함하도록 연속하는 전도성 물질의 부품으로 제작된다. 제2 안테나 소자는 좌우대칭이지만 제1 안테나 소자와 동일한 방법으로 제작된다. 한 실시예에서, 안테나 소자는 금속 시트(예를 들어, 알루미늄 또는 그 합금)으로부터 중앙 전도체와 다수의 다이폴 소자의 윤곽선을 절단함으로써 제작된다. 바람직하게, 안테나 소자와 전송 라인 구조체는 안테나 소자와 각각의 전송 라인 구조체 사이에 전기적 불연속이 존재하지 않도록 결합된다. 한 실시예에서, 전도성 에폭시 또는 브레이징 프로세스가 사용되어 전송 라인 구조체의 평평한 바닥면을 제1 및 제2 안테나 소자의 상이한 중앙 전도체에 영구적으로 부착시킨다.

안테나, 다이폴 소자, 전송 라인 구조체

Description

대수주기 다이폴 배열(ＬＰＤＡ) 안테나 및 그 제조방법{LOG-PERIODIC DIPOLE ARRAY (LPDA) ANTENNA AND METHOD OF MAKING}

본 발명은 광대역 안테나에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 넓은 주파수 범위에 대해 성능이 향상된 대수주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나에 관한 것이다.

아래에서 설명하는 내용과 예들은 단지 배경기술로서만 제공되는 것이다.

대수주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나는 여러 응용기술에 대해 널리 알려져 있는 광대역 안테나이다. 일반적으로 LPDA 안테나는 선형 또는 테이퍼(taper) 형상의 다이폴의 수집부를 포함하고 있고, 다이폴은 대수주기 배열로 크기와 배열이 정해진다. 배열 내의 각각의 다이폴은 두 개의 반쪽으로 된 두 소자를 포함하고 있으며, 이 두 소자는 길이가 상이하며 한 쌍의 전송 라인 구조체(즉, "공급 도체")로부터 외부를 향해 뻗어나간다. 다이폴은 가장 짧은 것으로부터 가장 긴 것으로 배열되어 있어, 다이폴 소자 사이의 길이와 간격이 안테나를 따라 로그 스케일로 달라진다. 또한, 다이폴의 길이와 간격은 안테나가 동작하는 주파수 범위와 관련되어 있다. 예를 들어, 가장긴 다이폴의 길이는 가장 낮은 동작 주파수에 비례하고, 가장 짧은 다이폴의 길이는 LPDA 안테나이 가장 높은 동작 주파수에 비례한다. 비교적 넓은 주파수 범위를 제공하기 위해, 가장 긴 소자와 가장 짧은 소자의 길이의 차이가 큰 비교적 넓은 LPDA 안테나가 일반적으로 필요하다.

많은 경우에, 다이폴은 단면이 원통형인 알루미늄 바 스톡으로 구성되어 있다. 그러나, 다이폴 소자를 제조하기 위해 다른 도체 물질(예를 들어 구리 및 그 합금)과 단면(예를 들어 직사각형)이 이용될 수 있다. 대부분의 경우, 다이폴 소자는 나사나 다른 기계적인 고정요소를 이용하여 공급 도체에 부착된다. 또는, 다이폴 소자는 각각 공급 도체에 땜납 또는 용접될 수 있다. 그러나, 납땜하거나 용접하는 것은 잘 이용되지 않는데, 그 이유는 강하게 국부적으로 열을 가하는 것이 이러한 공정에 의해 요구되고 따라서 그 결과 안테나의 구조를 변형시킬 수 있기 때문이다.

사용 중에, LPDA는 가장 짧은 소자를 갖는 단부(즉, 전방 단부)가 요구되는 전송 또는 수신 방향으로 향하도록 방향이 설정된다. 대부분의 경우, 패턴 왜곡을 피하기 위해 안테나는 전방 단부에 제공된다. 예를 들어, 공급 도체는 보통 일정하게 이격되어 있고 다이폴 소자에 수직하는 면에 배열되어 있다. 어떤 경우에는, 안테나는 동축 공급 라인이 다이폴 소자가 연결되어 있는 공급 도체들 중 하나의 내부를 따라가게 함으로써 공급될 수 있다. 이러한 구조는 일반적으로 "오버/언더 공급 메커니즘"이라고 불린다.

공급 신호를 안테나의 전방에 제공하는 것은 두 가지 목적을 제공한다. 첫째, 신호 소스 또는 리시버에 대한 커넥터가 안테나의 후방 단부(즉, 가장 긴 소자를 갖는 단부)에서 실현될 수 있도록하고, 이는 상당한 기계적 이점을 제공한다. 둘째, 전방에 안테나를 공급함으로써 패턴 왜곡을 줄일 수 있고, 고유한 네트워크 균형을 제공한다. 예를 들어, 동축 공급 라인은 완전히 오버/언더 공급 메커니즘의 두 공급 도체들 중 하나의 내부에 포함될 수 있다. 안테나의 전방에서( 즉, "공급 영역"), 동축 공급 라인의 내부 도체는 하나의 도체로부터 튀어나와 다른 도체에 연결될 수 있다. 만일 공급 영역이 전기적으로 작은 경우에는, 전류의 연속성이 유지되고 두 도체를 따라 흐르는 전류는 균형이 잡힐 것이다.

상술한 공급 구조는 종종 "무한 발룬(balun)"이라고 불린다. 기술적으로 발룬이 아닐지라도, 공급 구조는 안테나에 대해 고유한 전류 밸런스를 제공하고, 따라서 밸런스 변압기를 추가할 필요가 없어진다. 안테나를 전방 단부(즉, 더 작고 주파수가 높은 소자에서)에 공급함으로써, 장애가 일어나지 아니하며 안테나는 넓은 주파수 범위에서 유지되는 한방향 패턴을 제공한다.

심지어 "후방으로" 공급되는 경우에도 안테나의 방사 방향을 "전방"으로 향하게 하기 위해, 연속하는 다이폴 소자에는 180도 역위상으로 신호가 공급되어야만 한다. 이는 전기적으로 각각의 공급 도체를 교대로 절반씩 번갈아가면서 연속하는 다이폴에 연결시킴으로써 이루어진다. 예를 들어, 공급 도체는 전기적으로 하나의 다이폴 쌍의 "좌측" 소자에 연결되고, 다음 다이폴 쌍의 "우측" 소자가 이어지는 식이다.

현재 이용할 수 있는 가장 성공적인 LPDA는 "무한 발룬" 기술을 상술한 오버/언더 공급 메커니즘과 결합시키고 있다. 그러나, 이러한 기술을 포함하고 있는 종래의 LPDA 기술은 여전히 많은 단점을 보여주고 있다. 예를 들어, 다이폴 소자를 공급 도체에 부착하기 위해 나사(또는 다른 기계 고정요소)를 이용하는 종래의 LPDA 안테나는 소자의 베이스에서(즉, 다이폴 소자와 공급 도체 사이의 연결 지점에서) 중간 전기 접촉을 겪고 있다. 즉, 다이폴 소자의 열적 팽창에 의해 고정소자들은 시간이 지나면서 느슨하게 풀리고, 따라서 소자의 베이스와 공급 도체 사이에서 습기와 산소가 개재하게 된다. 이것에 의해, 소자의 베이스에서 산화가 일어나고 단속적으로 전기적 접촉이 일어나는 것을 피할 수 없게 된다. 일부 경우, 앞서 설명한 것처럼 다이폴 소자를 직접 공급 도체에 납땜하거나 용접함으로써 전기 접촉 문제가 해결될 수 있다. 그러나, 납땜과 용접은 국부적으로 강하게 가열할 필요가 있고, 따라서 안테나 구조를 변형시키게 되는 경향이 있다. 이러한 이유로, 다이폴 소자를 공급 도체에 부착하기 위해 기계적으로 고정하는 것(예를 들어 나사로 결합)이 주로 이용되고 있다.

또한, 기계적 고정요소로 부착된 다이폴 소자를 이용하는 LDPA 구조는 높은 작동 주파수에서(예를 들어, 거의 극초단파 정도에서 및 그 이상에서)는 비현실적이다. 상술한 것처럼, 다이폴 소자의 길이는 동작 주파수 범위가 증가함에 따라 점점 더 짧아진다. 대부분의 경우, 각각의 소자를 제조함에 있어서 기계가공 공정이 동일하기 때문에 각각의 다이폴 소자와 관련된 비용은 소자의 크기에 상관없이 비슷하다. 따라서, 종래의 LPDA 안테나의 높은 주파수 제한을 극초단파 주파수 범위로 늘리는 것은 매우 비용이 많이 들게 된다. 또한, 오버/언더 공급 메커니즘은 더 높은 주파수 한계를 수용하기 위해 각각의 다이폴의 두 절반부분을 엇갈리게 하는 것이 필요하다. 그러나 엇갈리게 하는 것은 교차 분극 방사 필드를 생성하며, 이는 오직 공급부의 기하학적 크기를 감소시킴으로써만 최소화될 수 있다. 이것은 종종 파워를 다루는 문제가 되어, 조립 문제를 더 어렵게 만든다.

높은 주파수 한계점이 개선된 LPDA 안테나를 제작하는 방법 중 하나는 프린트 회로 보드(PCB) 상에 안테나를 구현하는 것이다. 예를 들어, 브라덴(Braathen)에게 허여된 미국특허 제5,903,670호는 다이폴 소자와 하나의 공급 도체가 절연 기판의 한쪽에 패턴화되어 있는 LPDA 안테나를 제공하고 있고, 제2 공급 도체는 기판의 반대편 측에 패턴화되어 있다. 공급 도체는 마이크로스트립 라인으로 구현되고, 이 라인은 기판 내에 박히거나 기판의 상부면 및 바닥면에 결합될 수 있다. 기판 내에 형성된 바이어스를 통해 제2 공급 도체를 교류 다이폴 소자에 연결시킴으로써 상태 전위가 이루어진다. 이런식으로, 유전체의 기판은 다이폴 소자를 지지하고 다이폴 소자들이 바람직한 공동 평면 구조로 유지되도록 하고, 바이어스는 제2 공급 도체를 여러 지점에서 다이폴 소자에 연결시킨다.

프린트 회로 기술을 이용하여 설계된 LPDA 안테나에 의해 높은 주파수 동작이 가능해질 수 있을지라도, LPDA 안테나는 스스로 초래한 단점을 제공한다. 예를 들어 어떤 프린트 회로의 유전체층의 기판은 유전율이 낮은 경우에도 안테나가 생성하는 전자기장을 교란시킨다. 아마 가장 좋게 이용할 수 있는 기판(예를 들어 PTFE 베이스 기판)이 약 2.0의 상대적인 유전율을 나타낼 것이다. 심지어 이러한 기판에 의해 전자기장이 크게 교란될 것이며, 이는 방사 패턴의 품질을 극도록 떨 어뜨릴 것이다.

또한, 프린트 회로 안테나는 전형적으로 좁고 높은 주파수 범위에서 작동하도록 제한되며, 비교적 더 큰 주파수 범위에서 동작하도록 하는 것이 쉽지 않고 비용이 많이 들게 될 것이다. 비교적 넓은 범위의 주파수를 커버하기 위해, 더 작은 프린트 회로 LPDA 안테나를 더 큰 일반적으로 제작되는 LPDA 안테나에 결합시키려는 시도가 이루어져 왔다. 그러나, 두 개의 상이한 LPDA를 연결하게 되면(즉, 프린트 회로에 기초한 LPDA 내에 유전체가 존재하고 종래의 LPDA 내의 유전체가 없게 되면 반드시 서로 비슷하지 않게 된다), 불가피하게 일부 성능이 떨어지게 되고, 특히 교차 영역(즉, 종래의 LPDA의 상부 주파수 한계와 프린트 회로 LPDA의 하부 주파수 한계 주변에 배열된 영역)에서 성능이 떨어지게 된다. 유전체의 기판이 존재하게 되면 또한 LPDA 안테나와 독립적인 주파수의 품질을 떨어뜨리는 경향이 있다.

따라서, LPDA 안테나 구조를 향상시킬 필요성이 여전히 존재한다. 특히, 개선된 LPDA 구조는 종래의 구조와 프린트 회로 LPDA 구조 모두와 관련된 상술한 문제점을 해결할 것이다.

대수주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나 및 방법에 대한 여러가지 실시예에 대한 아래의 설명은 결코 첨부된 청구범위의 내용을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

한 실시예에 따르면, 대수주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나가 그 제조 방법과 함께 제공된다. 일반적으로, LPDA 안테나는 한 쌍의 전송 라인 구조체에 결합되는 한 쌍의 안테나 소자를 포함한다. 예를 들어, 제1 안테나 소자는 대수주기 방식으로 중앙 전도체로부터 외부로 뻗어나가는 다수의 다이폴 소자(즉, 다이폴의 절반부분들)를 포함하도록 연속하는 전도성 물질의 부품으로 제작될 수 있다. 제2 안테나 소자는 좌우대칭이지만 제1 안테나 소자와 동일한 방법으로 제작될 수 있다. 대부분의 경우, 전도성 물질은 알루미늄, 구리, 마그네슘, 및 그 합금을 포함하는 금속 그룹에서 선택될 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 경우, 알루미늄은 무게가 가볍고 비용이 저렴하기 때문에 다른 금속보다 선호된다. 그러나, 다른 경우에는 다른 저밀도 금속 및 합금도 사용될 수 있다.

일부 경우, 제1 및 제2 안테나 소자는 각각 두께가 균일한 금속 시트(또는 플레이트)로 제작될 수 있다. 예를 들어, 각각의 안테나 소자는 금속 시트(또는 플레이트)로부터 다수의 다이폴 소자와 중앙 전도체의 윤곽선을 절단함으로써 제작될 수 있다. 대부분의 경우, 윤곽선은 고압 워터 제트 공구, 고압 연마 제트 공구, 레이저 절삭 공구, 플라즈마 절삭 공구, 또는 기계가공 공구를 이용하여 금속 시트(또는 플레이트)로부터 절단될 수 있다. 그러나 안테나 소자를 제작하는 것은 절삭 프로세스로 한정되는 것은 아니며, 다른 경우에는 다른 방법으로(예를 들어 캐스팅 또는 몰딩) 수행될 수 있다. 사용되는 프로세스에 관계없이, 안테나 소자는 유전체 기판 위에서 또는 그 내부에서 다이폴 소자를 프린팅하거나 패턴화하지 않고 제작될 수 있다.

대부분의 경우, 전송 라인 구조체는 각각이 평평한 바닥면을 갖는 전도성 부재를 포함하도록 제작될 수 있다. 전도성 부재를 형성하기 위해 여러가지 제작 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 전도성 부재는 각각 압출, 캐스팅, 몰딩, 또는 기계가공 프로세스를 이용하여 금속 또는 금속 합금으로 제작될 수 있다. 전송 라인 구조체 중 적어도 하나는 케이블 가이드 또는 개구를 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 케이블 가이드 또는 개구는 적어도 하나의 전도성 부재 내에 형성될 수 있고, 따라서 전도성 부재의 길이 전체를 따라 뻗어나갈 수 있다. 따라서 절연 와이어 또는 케이블(예를 들어 동축 케이블)은 LPDA 안테나를 공급하기 위해 케이블 가이드 또는 개구를 통해 끼워질 수 있다.

일반적으로, 안테나 소자는 전기적(또는 열적) 불연속이 안테나 소자와 그 각각의 전송 라인 구조체 사이에 존재하지 않도록 전송 라인 구조체에 결합될 수 있다. 특히, 안테나 소자는 각각의 전도성 부재의 평평한 바닥면을 제1 및 제2 안테나 소자의 각각의 중앙 전도체에 영구적으로 부착시킴으로써 한 쌍의 전송 라인 구조체에 결합될 수 있다. 한 실시예에서, 전도성 부재의 평평한 바닥면은 브레이징(brazing) 프로세스를 이용하여 안테나 소자의 중앙 전도체에 영구적으로 부착될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전도성 부재의 평평한 바닥면은 전도성 에폭시를 이용하여 안테나 소자의 중앙 전도체에 영구적으로 부착될 수 있다. 이러한 프로세스는 중앙 전도체의 길이 전체를 따라 평평한 바닥면과 중앙 전도체 사이에서 전기적 및 열적 연결이 연속적으로 존재하는 것을 보장할 수 있다.

일부 경우, 하나 이상의 홀이 전도성 부재의 평평한 바닥면 내에 그리고 안테나 소자의 중앙 전도체를 통과하여 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 평평한 바닥면 내에 형성된 홀은 중앙 전도체 내에 형성된 홀과 정렬될 수 있고, 따라서 고정 핀은 안테나 소자를 각각의 전송 라인 구조체에 정확하게 조립하는 것을 보장하기 위해 삽입될 수 있다. 그러나 고정 핀과 정렬 홀은 본 발명의 모든 실시예에서 반드시 필요한 것은 아니다.

또 다른 실시예에 따르면, 고주파수 부분과 저주파수 부분을 포함하는 대수주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나, 즉 혼성 LPDA 안테나가 제공된다. 일반적으로 고주파수 부분은 상술한 것처럼 한 쌍의 안테나 소자와 한 쌍의 전송 라인 구조체를 포함할 수 있다. 즉, 안테나 소자는 각각 대수주기 방식으로 중앙 전도체로부터 외부로 뻗어나가는 다수의 제1 다이폴 소자를 포함하도록 연속하는 전도성 물질의 부 품으로 제작될 수 있다. 각각의 전송 라인 구조체는 안테나 소자의 상이한 중앙 전도체에 영구적으로 고정될 수 있고, 따라서 중앙 전도체의 길이 전체를 따라 안테나 소자와 각각의 전송 라인 구조체 사이에 전기적 또는 열적 불연속이 존재하지 않는다. 한 실시예에서, 브레이징 프로세스가 사용되어 한 쌍의 제1 전송 라인 구조체 내의 전도성 부재의 평평한 바닥면을 안테나 소자의 중앙 전도체에 영구적으로 부착시킬 수 있다. 또 다른 실시예에서, 중앙 전도체에 평평한 바닥면을 영구적으로 부착하기 위해 전도성 에폭시가 사용될 수 있다. 일부 경우, 고주파수 부분은 약 300MHz 내지 약 6000MHz 범위의 비교적 높은 주파수 범위 내에서 작동하도록 구성될 수 있다. 그러나, 당업자는 실질적으로 상이한 범위 내에서 작동하도록 고주파수 부분을 어떻게 수정할 수 있을지를 인식할 수 있을 것이다.

저주파수 부분은 일반적으로 대수주기 방식으로 한 쌍의 제2 전송 라인 구조체로부터 외부로 뻗어나가는 다수의 제2 다이폴 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 저주파수 부분은 기계적인 고정 요소를 이용하여 각각의 다이폴 소자를 한 쌍의 제2 전송 라인 구조체에 부착시킴으로써 종래의 방식으로 제작될 수 있다. 한 실시예에서, 저주파수 부분은 약 80MHz 내지 약 300MHz의 비교적 낮은 주파수 범위 내에서 작동하도록 구성될 수 있다. 그러나, 당업자는 실질적으로 상이한 범위 내에서 작동하도록 저주파수 부분을 어떻게 수정할 수 있을지를 인식할 수 있을 것이다.

혼성 LPDA 안테나는 고주파수 부분을 저주파수 부분에 연결시킴으로써 실현될 수 있다. 대부분의 경우, 제1 및 제2의 쌍을 이루는 전송 라인 구조체를 하나의 완전한 쌍을 이루는 전송 라인 구조체로 제작함으로써 고주파수 부분은 저주파수 부분에 연결될 수 있다. 예를 들어, 안테나 소자가 전송 라인 구조체의 전방 단부 근처에서 전도성 부재의 평평한 바닥면에 브레이징될 수 있고, 반면 종래의 다이폴 소자는 동일한 전송 라인 구조체의 후방 단부 근처에서 전도성 부재의 측면에 부착될 수 있다. 안테나 소자는 유전체 기판 없이 형성될 수 있으므로, 고주파수 부분은 혼성 LPDA 안테나의 방사 패턴을 방해하지 아니하면서 저주파수 부분에 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 목적과 이점들은 첨부된 도면을 참고하여 아래의 상세한 설명을 읽어보면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 개선된 구조의 LPDA 안테나에 의하면 종래의 구조에서 발생하는 문제점을 해결함과 동시에 방사 패턴 및 주파수의 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 여러가지로 변형되거나 다른 형태를 취할 수 있으며, 그 특정 실시예가 도면에 예를 들어 도시되어 있고 이하 구체적으로 설명될 것이다. 그러나, 도면과 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정 형태로 제한하려는 것이 아니라 그 반대로 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 것처럼 본 발명의 사상과 범위 내에 속하는 모든 변형된 형태와 등가물과 대체물을 포함하는 것이라는 것을 이해 하여야 한다.

이제 도면을 참고하면, 도 1 내지 도 11은 개선된 LPDA 안테나와 그 제조방법에 대한 여러가지 실시예를 나타낸다. 아래에 보다 상세히 설명되는 것처럼, 개선된 LPDA 안테나는 종래의 그리고 프린트 회로 LPDA 구조 모두와 관련된 수많은 문제점들을 극복한다. 예를 들어, 개선된 LPDA 안테나는 종래의 구조 및 프린트 회로 LPDA 구조에 대한 대안으로서 높은 주파수를 제공한다. 둘째로, 개선된 종래의 LPDA 안테나는 다이폴 요소를 공급 도체에 연결시키는데 이용되는 기계적인 고정요소의 열적 팽창/산화와 관련된 전기 접촉 문제를 제거함으로써 종래의 LPDA 구조에 대해 개선되었다. 셋째로, 개선된 LPDA 안테나는 유전체 기판과 관련된 패턴 교란을 제거함으로써 프린트 회로 LPDA 구조에 대하여 개선되었다. 다른 개선사항과 이점들은 아래의 설명을 읽어보면 점점더 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따라 대수주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나를 제조함에 있어서 개선된 방법(100)을 설명한다. 일부 경우, 이 방법은 한 쌍의 안테나 소자를 제작함으로써 시작될 수 있고, 각각의 안테나는 대수주기식으로 중앙 도체로부터 외부를 향해 뻗어나가는 다수의 다이폴 소자를 포함하고 있다. 여기에서 사용되는 용어 "다이폴 소자"는 다이폴의 한쪽 절반 부분을 나타내는 것으로 사용된다. 아래에서 보다 구체적으로 설명되는 것처럼, 제1 안테나 소자는 전도성 물질의 시트(또는 플레이트)로부터 중앙 도체와 다이폴 소자의 윤곽선을 절단함으로써 연속하는 전도성 물질로 제작될 수 있다(단계 110). 제2 안테나 소자는 좌우대칭임에도 불구하고 제1 안테나 소자와 비슷한 방법으로 제작될 수 있다(단계 120). 단계 110과 단계 120이 도 1의 실시예에서 연속적으로 수행될지라도, 본 발명의 다른 실시예에서 이들은 동시에 수행될 수 있다. 쌍을 이루는 안테나 소자의 예시적인 실시예는 도 2 및 도 8을 참고하여 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다.

여기에서 사용되는 "전도성" 이라는 용어는 "전도성" 물질이 열적으로 전도성이 있는 것으로도 설명될 수 있을지라도 일반적으로 전기 전도성을 나타낸다. 한 실시예에서, 쌍을 이루는 안테나 소자는 하나 이상의 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 시트(플레이트)로부터 절단될 수 있다. 아래에서 보다 상세히 설명되는 것처럼, 적절한 알루미늄 합금은 2000 시리즈 내지 7000 시리즈 알루미늄 합금을 포함하고, 단 이에 제한되는 것은 아니다. 그러나 마그네슘, 구리, 황동, 기타의 합금과 같은 다른 전도성 물질은 본 발명의 다른 실시예에 적합할 수 있다. 예를 들어, 마그네슘은 알루미늄 보다 가볍기 때문에(즉, 강도 대 중량 비율이 더 높음), 이후에 형성된 안테나의 중량을 줄이는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 비교적 밀도가 낮은 거의 고체인 전도성 물질은 쌍으로된 안테나 소자를 제작하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 밀도가 더 낮은 도체는 이후에 형성된 안테나의 중량을 최소화함에 있어서 바람직할 것이다.

대부분의 경우, 쌍을 이루는 안테나 소자는 일정한 두께를 갖는 전도성 물질로 된 시트(즉 플레이트)로부터 절단될 수 있다. 적절할 두께 범위는 약 1mm 내지 8mm 정도이지만 이에 제한되는 것은 아니다. 일반적으로, 전도성 물질의 두께는 어떤 합리적인 범위 내에서 직경 대 길이 비율을 유지하도록 선택되어야 한다. 예를 들어, 전도성 물질의 두께는 다소 임의적이다. 그러나, 일반적으로 보다 큰 유효 직경을 안테나 소자에 제공하기 위해서 두께를 더 두껍게(예를 들어, 1/8 인치 또는 그 이상) 하는 것이 바람직하다. 기계적인 안정도가 증가되는 것에 더하여, 이러한 소자들은 더 낮은 방사에너지 Q를 가지며, 따라서 더 작은 유효 직경을 갖는 안테나 소자보다 대역폭이 더 넓어진다. 다른 경우에, 쌍을 이루는 안테나 소자는 두께가 상이한 전도성 물질로 된 둘 이상의 시트로부터 절단될 수 있다. 아래에서 보다 구체적으로 기재된 것처럼, 상이한 시트의 두께는 이상적인 안테나에 가까이 접근하도록 이용될 수 있고, 각각의 다이폴 소자에 대한 직경 대 길이의 비율은 거의 동일하다.

한 실시예에서, 쌍을 이루는 안테나 소자는 고압 워터 제트 또는 고압 연마 제트 프로세스를 이용하여 전도성 물질의 시트(즉 플레이트)로부터 절단될 수 있다. 고압 워터 제트 프로세스는 매우 섬세한 부품을 비용을 많이 들이지 않으면서 제작할 때 특히 유용한 것으로 여겨진다. 그러나, 제작 프로세스는 이런 식으로 제한되는 것은 아니며, 고강도 레이저(예를 들어 CO₂) 절삭 도구, 플라즈마 절삭 도구, 및 종래의 기계가공과 같은 다른 프로세스를 포함할 수 있다. 최적의 프로세스는 안테나 소자를 제작하는데 필요한 섬세도의 수준과 시트(즉 플레이트)의 두께에 어느정도 의존한다. 절삭에 대한 대안으로서, 안테나 소자는 주조 프로세스를 이용하여 제작될 수도 있다.

일부 경우, 이 방법은 한 쌍의 전송 라인 구조체를 제작함으로써 계속될 수 있고, 각각 평평한 바닥면을 갖는 전도성 부재를 포함한다(단계130). 단계 110 및 단계 120 이후에 발생하는 것으로 설명하고 있지만, 단계 130은 본 발명의 다른 실시예에서 단계 110 및 단계 120 이전에 또는 동시에 수행될 수 있다. 안테나 소자와 전송 라인 구조체가 제작되는 순서는 반드시 어떻게 되어야하는 식으로 중요한 것은 아니고, 따라서 필요에 따라 수행될 수 있다. 일반적으로, 전도성 부재는 압출, 캐스팅, 인발, 몰딩, 기계가공 프로세스를 이용하여 금속이나 금속 합금으로 제작될 수 있다. 일반적으로 전도성 부재는 안테나 소자에 대해 선택된 동일한 물질을 이용하여 제작되지만, 본 발명의 다른 실시예에서는 실질적으로 상이한 전도성 물질이 사용될 수도 있다.

일반적으로, 하나 이상의 전송 라인 구조체는 케이블 가이드 또는 각각의 전도성 부재 내에 형성된 개구를 포함할 것이다. 아래에서 보다 구체적으로 설명되는 것처럼, 케이블 가이드 또는 개구는 전도성 부재의 길이를 따라 뻗어나가도록 그리고 전방 단부에서 LPDA 안테나를 공급하기 위해 절연 와이어 또는 케이블이 끼워지도록 형성될 수 있다. 일부 경우, 케이블 가이드 또는 개구는 전도성 부재의 제작을 단순화시키기 위해 또는 이후에 형성되는 안테나의 중량을 감소시키기 위해 각각의 전송 라인 구조체 내에 포함될 수 있다. 다른 경우, 케이블 가이드 또는 개구는 오직 하나의 전송 라인 구조체 내에 포함될 수 있다. 전송 라인 구조체의 예시적인 실시예는 도 4 및 도 5를 참고하여 아래에서 보다 구체적으로 설명될 것이다.

일단 안테나 소자와 전송 라인 구조체가 형성되면, 본 발명의 방법은 각각의 안테나 소자를 각각의 전송 라인 구조체에 결합시켜 두 개의 실질적으로 동일한 구조체를 계속 형성해 나갈 수 있다(단계 140). 두 실질적으로 동일한 구조체에 대한 한 실시예가 도 6에 도시되어 있고 아래에서 더욱 구체적으로 설명될 것이다. 일반적으로, 중앙 도체의 길이 전체를 따라 평평한 바닥면과 중앙 도체 사이에 연속하는 전기 및 열 접속이 존재하도록, 안테나 소자는 각각의 전도성 부재의 평평한 바닥면을 안테나 소자의 각각의 중앙 도체에 영구적으로 부착시킴으로써 전송 라인 구조체에 결합될 수 있다. 이로써 큰 접촉 표면 영역이 제공되며, 기계적으로나 전기적으로 유리하게 된다.

한 실시예에서, 전도성 부재의 평평한 바닥면은 브레이징 프로세스를 이용하여 안테나 소자의 중앙 도체에 영구적으로 부착된다. 일반적으로 말해서, 브레이징은 두 조각의 금속을 제3의 용융 충전 금속과 함께 결합시키는 방법이다. 브레이징 프로세스를 시작하기 위해, 결합 영역이 충전 금속의 용융점 이상으로 가열되지만, 결합되는 금속 조각의 용융점보다는 낮은 온도로 가열된다. 가열 후에, 용융 충전 금속은 모세관 현상에 의해 두 금속 조각 사이의 간격 내로 흘러들어가서 냉각하면서 강력한 금속 결합을 형성한다.

일부 실시예에서, 브레이징에 필요한 열은 손으로 쥐는 토치, 노, 또는 유도 가열 시스템에 의해 가해진다. 토치 브레이징은 비교적 비용면에서 유리하지만, 접합의 품질이 작업자의 숙련도에 따라 크게 달라지며 일관성 있게 품질을 유지하는 것이 종종 문제가 된다. 따라서, 토치 브레이징은 매우 숙련된 기술자가 있을 때에 소량으로만 적용하는 경우에만 선호된다. 반면에, 노 브레이징은 숙련된 기술자를 필요로하지 아니하며 한번에 많은 조립체를 브레이징하는 데에 이용될 수 있다. 그러나, 이 방법은 브레이징 프로세스를 자동화하기 위해 충전 금속이 접합부 내에 미리 위치가 결정될 수 있는 경우에만 실용적이다. 또한, 노는 오래걸리는 시동 및 냉각 딜레이를 제거하기 위해 일반적으로 켠 채로 나두어야 하기 때문에 이러한 브레이징 방법은 특히 에너지 효율면에서 좋지 않다.

유도 가열에 의한 브레이징은 속도와 정확도 및 일관성 면에서 매우 유리하다. 잘 설계된 유도 시스템에서, 각각의 부분은 유도 코일 내에 동일하게 위치가 결정되고 충전 물질은 조심스럽게 조절된다. 이러한 유형의 시스템은 일관성있게 그리고 신속하게 정확한 양의 열을 작은 영역에 전달한다. 유도 가열 파워 공급의 내부 타이머는 순환 시간을 조절하기 위해 사용될 수 있고, 각각의 부분에 대한 온도 제어 피드백에는 열전쌍, IR 온도계, 또는 시각 온도 센서가 제공될 수 있다. 유도로는 또한 부피가 큰 브레이징에 대해서도 이용될 수 있다.

일부 실시예에서, 딥 브레이징과 저항 브레이징과 같은 다른 기술이 선호되기도 한다. 예를 들어, 저항 브레이징은 비교적 작고 전도성이 좋은 금속 부품을 결합할 때 효과적이다. 열이 전류에 대한 부품의 저항에 의해 생성된다. 딥 브레이징에서, 안테나 부품(즉, 안테나 소자 및 전송 라인 구조체)은 화학적으로 세척되어 표면 산화물이 제거된 후에 용융 염 용액기 내에 잠긴다. 담그기 전에, 안테나 부품은 접합부 내에(또는 가능하면 접합부 근처에서) 미리 위치된 충전 금속과 함께 조립된다. 그 후 조립체는 균일한 온도를 보장하기 위해 약 550℃ 이상으로 공기 노에서 예열된다. 예열된 후, 조립체는 온도가 약 600℃인 용융 염 용액기 내에 잠긴다. 이 조립체가 잠길 때, 용융 염은 매우 빠르고 균일하게 가열하도록 동시에 모든 표면과 접촉하게 된다. 용융 염은 유동식으로 움직이므로, 산화가 없는 표면 에서 완전히 결합하게 되면 품질이 우수한 접합부를 얻을 수 있다. 잠기는 시간이 가열되는 물체에 의해 결정되지만, 지속 시간은 좀처럼 2분을 넘어가지는 않는다. 이러한 이유로, 본 발명의 적어도 하나 이상의 실시예에서 딥 브레이징은 안테나 소자를 각각의 전송 라인 구조체에 결합하기 위한 방법으로서 선호된다.

일부 실시예에서, 안테나 소자를 각각의 전송 라인 구조체에 결합시키기 위해 브레이징 대신에 납땜이나 용접이 사용될 수 있다. 브레이징, 납땜, 용접이 여러 면에서 유사할지라도, 큰 차이가 존재한다. 예를 들어, 납땜은 용접이나 브레이징보다 훨씬 낮은 온도에서(예를 들어 450℃ 이하에서) 이루어질 수 있다. 그러나, 납땜은 용접이나 브레이징처럼 접합이 강하게 이루어지지는 않는다. 반면에, 용접은 매우 높은 온도(예를 들어, 순수한 알루미늄에 대해 658℃ 이상)를 요하는 프로세스로서, 결합될 두 금속은 실제로 함께 용융된다. 용접된 또는 브레이징된 접합부는 보통 결합된 금속만큼 강하다. 그러나 매우 높은 온도가 필요하기 때문에, 용접은 열을 견딜 수 있는 비교적 강하고 두꺼운 부품의 경우에 최적으로 작용한다. 대부분의 경우, 강하게 국부적으로 가열하는 것은 용접에서 요구되며 이는 비교적 얇은 안테나 소자가 뒤틀리거나 변형되게 만든다. 또한, 용접과 납땜은 보통 매우 국부적이어서 정확히 조준해야하는 가열로부터 이익을 얻을 수 있는 응용분야에 대해 이상적인 것이다. 그러나, 용접과 납땜은 선형 접합부(예를 들어 안테나 소자와 전송 라인 구조체 사이의 접합부)에 적용하기가 훨씬 더 어렵고, 자동화하기가 쉽지 않으며, 용융점이 상이한 금속을 접합하는데 적용하기가 어렵다.

따라서, 브레이징은 본 발명의 적어도 하나 이상의 실시예에서 안테나 소자 와 전송 라인 구조체를 접합하기 위한 바람직한 방법이 될 수 있다. 예를 들어, 브레이징은 실질적으로 낮은 온도에서(예를 들어 순수한 알루미늄의 용융점인 658℃ 이하에서) 이루어질 수 있다. 따라서, 브레이징은 금속 뒤틀림 및 변형이 최소화될 수 있기 때문에 비교적 얇은 안테나 소자를 전송 라인 구조체에 접합하는 데에 보다 적합할 것이다. 또한, 충전 금속이 자연스럽게 접합 영역 내로 흘러들어가기 때문에 선형 접합부(안테나 소자와 전송 라인 구조체의 평평한 바닥면 사이에 형성된 것)는 실질적으로 브레이징하기가 더 쉽다. 또한, 브레이징과 용접이 용융점이 비슷한 금속을 접합하기 위해 잘 이루어질지라도, 일반적으로 상이한 금속을 브레이징으로 접합하는 것이 더 쉽다. 게다가, 브레이징은 더욱 융통성이 있는 프로세스가 되는 경향이 있다. 용접이 부분적으로 또는 단계적으로 자동화하기가 어려운 반면, 처리율을 높이도록 속도를 증가시키기 위해 브레이징 프로세스에서 미리 녹이고(pre-fluxing) 미리 위치를 정하는(pre-positioning) 스테이션이 설치될 수 있다.

따라서, 금속을 접합하기 위해 이용될 수 있는 모든 가열 방법 중에서, 브레이징이 가장 다재다능한 것이 될 수 있다. 브레이징된 접합부는 또한 인장강도가 크며 함께 결합되는 두 금속보다 더 강하다. 또한, 브레이징된 접합부는 가스와 액체를 물리치며 진동과 충격을 견딜 수 있고, 온도의 일반적인 변동에 의해 영향을 받지 않는다. 결합되는 금속 자체는 녹지 않기 때문에, 원래의 금속 특성을 유지하며 뒤틀리거나 변형되지 않는다.

상술한 가열 방법에 대한 다른 방법으로서, 본 발명의 다른 실시예에서 안테 나 소자를 각각의 전송 라인 구조체에 부착하기 위해 전도성 접착제나 에폭시가 사용될 수 있다. 적절한 전도성 에폭시는 은으로 채워진 에폭시를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 에폭시는 안테나 소자와 전송 라인 구조체 사이에 전기적 접촉 및 열적 접촉을 매우 좋게 한다. 또한 전도성 에폭시는 안테나 소자와 전송 라인 구조체 사이에서 비교적 접촉 면적이 넓기 때문에 매우 강력한 기계적인 결합력을 제공한다. 일부 경우에, 안테나 소자와 전송 라인 구조체의 접촉 표면은 전도성 에폭시를 적용하기 전에 처리될 수 있다. 한 예로서, 접촉 표면은 부품의 표면 거칠기를 증가시키도록 화학적으로 또는 기계적으로 에칭될 수 있다.

일부 경우에, 정확하게 정렬되도록 안테나 소자를 각각의 전송 라인 구조체에 결합시키는 수단이 제공될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 홀이 전송 라인 구조체의 평평한 바닥면 내에 형성될 수 있다. 이러한 홀은 안테나 소자의 중앙 도체를 통해 형성된 하나 이상의 홀과 함께 정렬될 수 있다. 한 실시예에서, 홀은 워터/연마 제트 절삭, 레이저 절삭, 플라즈마 절삭 또는 기계가공 프로세스를 이용하여 형성될 수 있다. 일부 경우에, 홀을 형성하도록 선택된 프로세스는 안테나 소자를 형성하는데 이용되는 프로세스와 유사할 수 있다. 다른 경우에, 상이한 프로세스가 홀을 형성하도록 선택될 수 있다. 도 6b에서 보다 구체적으로 설명되는 것처럼, 안테나 소자는 고정 핀을 정렬 홀 내에 삽입함으로써 각각의 전송 라인 구조체에 정확하게 배열될 수 있다. 고정 핀은 안테나 소자가 영구적으로 각각의 전송 라인 구조체에 고정되기 전에 삽입되고, 따라서 핀은 부착 프로세스 중에 핀은 부 품을 고정시킬 수 있다. 정확하게 정렬하는 것 뿐만아니라, 고정 핀은 두 개의 거의 동일한 구조체에 대하여 기계적인 안정도를 부가적으로 제공한다. 하지만, 당업자는 어떻게 다른 수단을 이용하여 안테나 소자와 전송 라인 구조체 사이에서 정확하게 배열할지를 이해할 수 있을 것이다.

일단 안테나 소자가 각각의 전송 라인 구조체에 부착되면, 두 개의 거의 동일한 구조체는 함께 결합될 수 있고, 따라서 두 이격된 평행 면 내에서 유지된다(단계 150). 한 실시예에서, 도 7a, 도 7b, 도 9에 도시된 것처럼 하나 이상의 유전체 스페이서에 의해 두 개의 거의 동일한 구조체는 함께 결합될 수 있다. 그러나 당업자는 본 발명의 다른 실시예에서 구조체를 지지하기 위해 다른 수단이 어떻게 사용될 수 있는지를 이해할 수 있을 것이다. 사용되는 특정 수단에 관계없이, 공급 전송 라인의 임피던스 특성을 적절히 유지하면서 교차 분극 및 패턴 왜곡을 줄이기 위해 전송 라인 구조체들 사이의 간격은 최소화되어야 한다.

LPDA 안테나를 제조하는 개선된 방법에 대한 한 실시예가 지금 설명되었다. 위에서 언급한 것처럼, 이 방법은 각각의 안테나 소자를 연속하는 하나의 전도성 물질로서 제작함으로써 종래의 제작 방법을 개선하고 있다. 예를 들어, 안테나 소자는 전도성 물질의 하나 이상의 시트 또는 플레이트(예를 들어 알루미늄 또는 그 합금 중 하나)로부터 절단(예를 들어 고압 워터 제트 프로세스를 이용하여)될 수 있다. 이러한 방법은 안테나 소자를 유전체 기판에 프린트함으로써 생성되는 패턴 왜곡을 제거하여 프린트 회로 보드 LPDA 구조를 개선하고 있다. 또한, 여기에 개시된 제작 방법은 전기적으로 또는 열적으로 불연속하는 부분이 존재하지 않도록 안 테나 소자를 각각의 전송 라인 구조체에 영구적으로 부착함으로써 종래의 LPDA 구조를 개선하고 있다. 한 바람직한 실시예에서, 안테나 소자는 각각의 전송 라인 구조체에 대하여 브레이징된다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 전도성 에폭시는 안테나 소자와 전송 라인 구조체를 부착하는데 이용된다. 안테나 소자와 전송 라인 구조체의 대향하는 표면 사이에서 연속하는 결합을 형성하기 위해 어떤 부착 수단이라도 사용될 수 있다. 이것은 기계적인 고정 요소(나사)에 의해 각각의 다이폴 소자가 전송 라인 구조체에 부착될 때 종종 발생하는 열적 팽창/산화 문제를 피할 수 있게 한다. 안테나 소자를 연속하는 전도성 물질로 제작함으로써, 전류 제작 방법은 또한 LPDA 안테나의 고주파수 한계를 확장할 수 있는 해결책을 낮은 비용으로 제공한다.

여기에 기재된 방법에 더하여, LPDA 안테나에 대하여 개선된 여러 실시예가 도 2 내지 도 11에 도시되어 있다. 상술한 것처럼, 한 쌍의 안테나 소자는 전도성 물질의 시트(또는 플레이트)로부터 다이폴 소자와 중앙 도체를 포함하여 안테나 소자의 윤곽선을 절단함으로써 연속하는 전도성 물질로 된 부품으로서 제작될 수 있다. 한 실시예에서, 안테나 소자는 알루미늄 시트 또는 플레이트로부터 절단될 수 있고, 그 사이에서 지정하는 것은 선택된 물질의 두께에 따라 달라진다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 다른 전도성 물질 예를 들어 구리, 마그네슘 및 다른 저밀도 금속과 금속 합금이 사용되어 안테나 소자를 제작하는데 이용될 수 있다. 상술한 것처럼, 전기적 특성이 좋은 저밀도 금속이 이후에 형성된 안테나의 중량을 최소화하도록 선택될 수 있다.

한 바람직한 실시예에서, 안테나 소자는 실질적으로 어떤 알루미늄 합금(예를 들어 2000 시리즈 내지 7000 시리즈 알루미늄 합금)으로부터 제작될 수 있다. 용접될 수 있고 열처리가 가능하기 때문에 6000 시리즈 알루미늄이 가장 흔하다. 일부 경우에, 7000 시리즈 알루미늄은 굽힘에 대한 저항성이 가장 좋기 때문에 이용된다. 이러한 합금은 일반적으로 다이폴 소자가 나사에 의해 부착되는 종래의 LPDA 구조에서 결코 사용되지 않는다. 예를 들어, 7000 시리즈 알루미늄은 산화가 잘되기 때문에 평판이 좋지 않고, 따라서 전기 응용분야에서는 좀처럼 이용되지 않는다. 그러나, 일단 안테나 소자가 각각의 전송 라인 구조체에 브레이징되면, 전기적 접속이 보장되고 전체 표면이 처리될 수 있다. 한 예로서, 조립체의 표면은 화학적으로 처리될 수 있고, 이러한 처리는 양극처리(anodizing) 또는 크롬산염 프로세스에 의해 이루어질 수 있고, 따라서 산화가 잘 일어나는 성질을 감소시켜(또는 제거시켜) 매우 강건한 표면을 제공할 수 있다.

안테나 소자의 윤곽선을 전도성 물질의 시트(또는 플레이트)로부터 절단함으로써, 다이폴 소자와 중앙 도체는 실질적으로 사각형 또는 직사각형 단면을 가질 수 있다. 다른 경우에 두께가 상이한 다중 시트 금속이 사용될 수 있을지라도, 대부분의 경우 안테나 소자는 두께가 균일한 단일 시트의 금속으로부터 절단될 수 있다. 직경 대 길이의 비율을 각각의 다이폴 소자에 대해 일정하게 유지함으로써 이상화된 안테나를 에뮬레이션 하기 위한 실시예에서, 상이한 시트 금속의 두께가 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 안테나 소자(200a, 200b)의 2차원 평면 도를 나타내고 있다. 도 2에 도시된 것처럼, 각각의 안테나 소자는 다수의 다이폴 소자(210)를 포함하고 있고, 이 다이폴 소자는 대수주기 방식으로 중앙 전도체(220)로부터 외부를 향해 뻗어나간다. 즉, 다이폴 소자는 대수(log)적으로 중앙 전도체(220)의 길이(L)를 따라 이격되어 있다. 실질적으로 동일할지라도, 안테나 소자(200b)는 안테나 소자(200a)의 좌우대칭으로 제작된다. 도 2의 실시예에서, 다이폴 소자의 폭(W)은 중앙 전도체(220)의 길이(L)를 따라 일정하게 유지된다. 폭이 일정하게 유지되면, 길이 대 직경의 비율은 다소 증가할 수 있고, 따라서 이후에 형성되는 안테나의 방사량 Q를 감소시킨다. 이렇게 증가되는 것을 막기 위해, 다이폴 소자의 폭은 전도체의 길이를 따라 크기가 조정될 수 있다. 소자의 폭의 크기가 조정된 안테나 소자의 한 실시예는 도 8 및 도 9에 도시되어 있고 아래에서 보다 구체적으로 설명될 것이다.

도 3은 한 쌍의 전송 라인 구조체(300a, 300b) 사이에 배열된 한 쌍의 안테나 소자(200a, 200b)를 나타내는 분해 사시도이다. 상술한 것처럼, 각각의 안테나 소자는 영구적으로 전송 라인 구조체 각각에 부착될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 전송 라인 구조체와 안테나 소자 사이에서 연속적인 결합을 형성하기 위해(따라서 연속적인 전기적 접속을 형성하기 위해), 전송 라인 구조체(300a, 300b)의 평평한 바닥면(310a, 310b)은 중앙 전도체(220a, 220b) 각각에 대하여 브레이징되거나 에폭시 수지로 접착될 수 있다. 도 3에서 전송 라인 구조체(300a, 300b)는 거의 직사각형 단면을 갖는 것으로 도시되어 있다. 전송 라인 구조체(300a, 300b)가 평평한 바닥면을 유지하는 것이 바람직할지라도(예를 들어 브레이징 프로세스를 간단히 하고 접촉 면적을 최대화하기 위해), 전송 라인 구조체의 전체적인 기하학적 구조는 본 발명의 하나 이상의 실시예에서 상이할 수 있다.

잠재적인 전송 라인 기하학적 구조에 대한 여러 실시예들이 "대수주기 다이폴 배열에 대한 전송 라인 전도체"라는 제목의 미국특허 제6,677,912호의 도 2 내지 도 6에 설명되어 있다. 이 미국특허는 본 발명의 발명자에게 양도되었고 온전히 그대로 여기에 통합된다. 미국특허 제6,677,912호의 도 2 내지 도 6에 도시된 전송 라인의 기하학적 구조는 본 발명에서 사용될 수 있고, 간단히 하기 위해 오직 두개만 아래에서 설명될 것이다. 잠재적 전송 라인의 기하학적 구조에 대한 보다 완전한 설명은 위 특허를 참고하면 알 수 있다. 일반적으로, 미국특허 제6,777,912호에서 제공되는 전송 라인 기하학적 구조(아래에서 설명함)에 의해 전송 라인 구조체 사이의 간격이 감소될 수 있다. 이로써 한 쌍의 전도성 부재를 이용하여 형성된 균형 잡힌 전송 라인의 특징적인 임피던스를 증가시킬 수 있고, 또한 전송 라인 구조체와 안테나 소자를 상이한 평면에 배열함으써 발생하는 교차 분극과 패턴 왜곡을 감소시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 전송 라인 구조체의 한쪽 단부(3a)(도 3)의 사시도이다. 예를 들어, 전송 라인 구조체(400)는 전도성 부재(410)와 케이블 가이드(430)를 포함하는 것으로 나타나 있다. 도 4의 실시예에서, 전도성 부재(410)는 거의 직사각형인 단면와 평평한 바닥면(420)을 갖는 전도성 튜브이다. 케이블 가이드(430)는 단면이 거의 원형인 또 다른 전도성 튜브이다. 일부 경우에, 케이블 가이드(430) 상부의 외벽은 전도성 부재(410) 상부의 내벽에 부착될 수 있다. 그러나 케이블 가이드(430)는 전도성 부재(410)에 여기에서 구제적으로 설명하지 않은 다른 방식으로 부착될 수도 있다. 예를 들어, 케이블 가이드(430)는 전도성 부재(410)의 내측벽 또는 바닥면에 부착될 수도 있다. 케이블 가이드(430)에 대해 가해지는 유일한 제약사항은 케이블 가이드가 전도성 부재(410) 내에 유지되어야하고 전도성 부재의 길이 전체를 따라 뻗어나가야 한다는 점이다. 이로써 절연 와이어 또는 케이블 공급 라인은 전송 라인 구조체의 후방으로부터 전방을 향해 끼워지도록 되어야만 한다.

전도성 부재(410)와 케이블 가이드(430) 사이에서 접속하기 위해 사용되는 물질과 그 특성은 전송 라인 구조체가 사용되는 특정 방식에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 전송 라인 구조체(400)가 균형잡힌 두 전도체 전송 라인의 하나의 전도체로서 사용되어야 하는 경우, 케이블 가이드(430) 내에 위치된 공급 라인을 둘러싸는 외장부가 존재한다는 것이 중요하다. 만일 케이블 가이드(430)가 전도성 부재(410)로서 비슷한 물질로 형성된 전도성 튜브인 경우에는, 케이블 가이드 자체는 외장부로서의 기능을 수행한다. 이러한 실시예에서, 케이블 가이드(430)는 전도성 부재(410)에 전기적으로 연결되어야만 하고, 외장부 내에서 유도되는 전류는 균형잡힌 라인을 생성하기 위해 전도성 부재의 외부면을 따라 역으로 흘러갈 수 있다. 일부 경우, 가이드와 전도성 부재 사이에서 전기적 접속이 좋게(낮은 저항) 형성되도록, 케이블 가이드(430)는 납땜 또는 브레이징 기술을 이용하여 전도성 부재(410)에 부착될 수 있다. 일부 경우, 전도성 케이블 가이드(430)를 통해 끼워지 는 공급 라인은 시중에서 구할 수 있는 동축 케이블일 수 있고, 여기에서 절연 및 외장은 끼워넣는 프로세스를 간단히 하기 위해 제거된다.

한 바람직한 실시예에서, 전송 라인 구조체(400)는 안테나 소자(200a, 200b)를 형성하는데 사용되는 동일한 전도성 물질로 제작된다. 예를 들어, 전송 라인 구조체(400)는 실질적으로 알루미늄 합금(예를 들어, 2000 시리즈 내지 7000 시리즈 알루미늄 합금)으로부터 제작될 수 있다. 만일 7000 시리즈 알루미늄이 사용되면, 산화 및 이와 관련된 문제를 피하기 위해, 전송 라인 구조체의 표면은 (각각의 안테나 소자에 브레이징되거나 에폭시 수지로 접착된 후에) 화학적으로 처리될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 전송 라인 구조체(400)는 실질적으로 상이한 전도성 물질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 전송 라인 구조체(400)는 구리, 마그네슘 및 가능한 경우 전기적 성질과 열적 성질이 우수한 다른 저밀도 금속 또는 금속 합금을 이용하여 제작될 수 있다.

미국특허 제6,677,912호에 기술된 것처럼, 본 발명의 다른 실시예에서 케이블 가이드(430)는 비전도성 물질로 형성될 수 있다. 만일 케이블 가이드(430)가 비전도성 물질로 형성되고 전도성 부재(410)가 균형잡힌 전송 라인의 일부로서 사용되면, 케이블 가이드(430)를 통해 끼워지는 공급 라인은 자신의 외장을 포함하여야만 한다. 일부 경우, 공급 라인은 외부 절연부와 외장부가 손상되지 않은 동축 케이블일 수 있다. 공급 라인이 제공하는 외장부는 전도성 부재의 각 단부에서 전도성 부재(410)에 연결될 필요가 있다. 이러한 실시예에서, 케이블 가이드와 전도성 부재 사이의 전기 전도성은 중요하지 않을 것이다.

도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전송 라인 구조체의 한쪽 단부(3a)(도 3)를 나타내는 사시도이다. 예를 들어, 전송 라인 구조체(500)는 평평한 바닥면(520)과 개구(530)를 갖는 전도성 부재(510)를 포함하는 것으로 나타나 있다. 대부분의 경우, 개구(530)는 전도성 부재(510)의 길이 전체를 따라 이어지고, 그 결과 개구는 케이블 가이드의 기능을 수행할 수 있다. 케이블 가이드(430)와 같이, 개구(530)는 절연 와이어 또는 케이블을 실질적으로 일직선으로 향하게 유지하도록 적용될 수 있고, 따라서 절연 와이어 또는 케이블은 쉽게 끼워져서 통과될 수 있다.

한 실시예에서, 전도성 부재(510)는 압출 프로세스를 이용하여 형성된 전도성 바이다. 예를 들어, 전도성 부재(510)는 알루미늄을 압출하여 형성될 수 있다. 알루미늄, 특히 6000 시리즈 및 7000 시리즈 알루미늄 합금은 전도성과 중량 측면에서 바람직한 전도체 물질이 될 수 있다고 생각되지만, 다른 전도체, 예를 들어 구리, 마그네슘 및 그 합금도 또한 적당한 물질이 될 수 있다. 압출에 대한 대안으로서, 전도성 부재(510)는 인발, 캐스팅, 몰딩 또는 기계가공 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 케이블 가이드(530)가 전도성 바(510) 내에서 개구로서 제작되기 때문에, 개구의 벽은 전도성이 있고 개구 내에 위치된 절연 와이어 또는 케이블의 외장으로서 기능을 수행할 수 있다. 이러한 와이어나 케이블은 바람직하게 외부 절연부와 외장부가 제거된 상용 동축 케이블로 제조될 수 있다.

일부 경우, 전송 라인 구조체(500)(및 미국특허 제6,677,912에 설명된 비슷한 실시예)는 전송 라인 구조체(400) 보다 더 바람직하다. 예를 들어, 전송 라인 구조체(500)는 전도성 바(510) 상부의 개구(530)의 형상에 이어지며 폭이 개구의 직경 보다 약간 더 큰 볼록한 상부면을 포함한다. 이와 같이 전도성 바(510)는 비교적 작은 밑넓이(footprint)와 외주부를 제공한다. 이로써, 한 쌍의 전도성 부재로 형성된 균형잡힌 전송 라인의 커패시턴스를 줄일 수 있고, 따라서 전송 라인의 특징적인 임피던스를 높게 유지하는데 도움이 된다.

전송 라인 구조체(500)의 길이가 연장된 것이 도 5b에 도시되어 있다. 일부 경우, 전송 라인 구조체(500)는 하나 이상의 홀(560)을 포함하며, 이는 전송 라인 구조체의 측벽면 내에 천공되거나 형성된다. 아래에서 보다 구체적으로 설명하는 것처럼, 비슷하지 아니한 다이폴 소자가 동일한 전송 라인 구조체에 부착될 때 전송 라인 구조체(500)의 후방 단부(550) 근처에 옵션 홀(560)이 대수주기식으로 배치될 수 있다(도 10 및 도 11 참고). 다른 경우, 전송 라인 구조체(500)는 완전히 홀(560)이 없을 수 있다. 예를 들어, 도 3, 도 6a, 도 7a, 도 9에 도시된 것처럼 통합된 안테나 소자(예를 들어, 도 2의 안테나 소자(200)와 도 8의 안테나 소자(800))를 전송 라인 구조체에 부착하는 실시예에서는 홀(560)이 사용되지 않을 수 있다.

영역(5c) 내의 전송 라인 구조체(500)의 단면도가 도 5c에 도시되어 있다. 도 5c에 도시된 것처럼, 절연 와이어(570)는 전도성 바(510)의 개구(530) 내에 배열된다. 한 실시예에서, 절연 와이어(570)는 절연 와이어(570)의 외부 표면이 절연 표면이 되도록 외부 절연부와 외장이 제거된 상용 동축 케이블일 수 있다. 이러한 실시예에서, 전도성 부재(510) 내의 개구(530)의 내부면은 절연 와이어(570)를 둘 러싸는 외부 외장부를 형성한다. 물론, 변형하는 것이 어떤 경우에는 편리할 수도 있지만, 절연 와이어는 상용 동축 케이블을 변형하는 것이 아닌 다른 방식으로 형성될 수도 있다.

도 6a는 도 5에서 설명한 것처럼 제작된 한 쌍의 전송 라인 구조체(500a, 500b)에 부착된 한 쌍의 안테나 소자(200a,200b)를 나타내는 분해도이다. 상술한 것처럼, 전송 라인 구조체(500a, 500b)의 평평한 바닥면(520)은 납땜, 용접, 브레이징, 전도성 에폭시 수지의 사용하는 등의 여러가지 기술을 이용하여, 단 이에 제한 되는 것은 아니며, 안테나 소자(200a,200b)의 중앙 전도체(220)에 영구적으로 부착될 수 있다. 일부 경우, 브레이징 프로세스는 브레이징된 안테나 소자를 비틀거나 왜곡하지 않고 강하고 연속적인 금속 접합을 생성할 수 있기 때문에 선호된다. 다른 경우, 부착 프로세스를 간단히 하기 위해 전도성 에폭시가 선호될 수 있다. 연속하는 전기적 접속이 중앙 전도체의 길이 전체를 따라 평평한 바닥면(520)과 중앙 전도체(220) 사이에 존재하도록 안테나 소자를 전송 라인 구조체에 영구적으로 부착하기 위해 어느 프로세스든지 사용될 수 있다. 두 부품 사이의 저항을 낮추는 것에 더하여, 상술한 바람직한 부착 프로세스는 산화가 일어날 가능성을 제거하고 따라서 이와 관련된 전기적 접촉에 의한 문제점을 줄이거나 없앨 수 있다.

일부 경우, 부착 전에 안테나 소자를 각각의 전송 라인 구조체에 정확하게 정렬시킬 수 있는 수단이 제공될 수 있다. 이렇게 정렬하는 수단에 대한 한 실시예는 도 3 및 도 6에 도시되어 있다. 예를 들어, 도 3은 전송 라인 구조체의 평평한 바닥면(310) 내에 형성된 하나 이상의 홀(320)을 보여준다. 이러한 홀(320)은 안테나 소자의 중앙 전도체(220)를 통해 형성된 하나 이상의 홀(330)과 정렬될 수 있다. 상술한 것처럼, 홀은 여러가지 프로세스(워터/연마 제트 절삭 프로세스, 레이저 절삭 프로세스, 플라즈마 절삭 프로세스 또는 기계가공 프로세스를 포함하지만 이에 제한되지는 않음)를 이용하여 형성될 수 있고, 이는 안테나 소자를 형성하기 위해 사용되는 프로세스와 유사할 수 있다(또는 상이할 수 있다).

도 3 및 도 6에 도시된 것처럼, 고정 핀(340)을 정렬 홀(320, 330) 내에 삽입함으로써, 안테나 소자는 정확하게 각각의 전송 라인 구조체에 대해 정렬될 수 있다. 일반적으로, 고정 핀은 안테나 소자가 각각의 전송 라인 구조체에 영구적으로 부착되기 전에 삽입될 수 있고, 따라서 핀은 부착 프로세스 중에 부품을 정렬시킬 수 있다. 정확하게 정렬되도록 하는 것에 더하여, 고정 핀은 안테나 구조체에 대해 더욱 안정된 기계적 안정도를 제공할 수 있다. 철 또는 알루미늄 합금이 일반적으로 선호되지만, 고정 핀은 거의 전기적 전도성을 갖는 고체 물질로 형성될 수 있다.

도 6a와 도 6b는 보다 구체적으로 상술한 정렬 수단을 나타내고 있다. 예를 들어, 도 6b는 도 6a의 라인 6b를 따라 취한 단면도로서 어떻게 고정 핀(340)이 정렬 홀(320, 330) 내에 삽입될 수 있는지를 나타낸다. 대부분의 경우, 정렬 홀(320)은 전송 라인 구조체의 일부만을 통해 뻗어나간다. 예를 들어, 정렬 홀(320)은 전송 라인 구조체(500)의 평평한 바닥면(520)으로부터 제1 깊이(d1)까지 뻗어나가도록 형성될 수 있다. 대부분의 경우, 정렬 홀(320)은 전송 라인 구조체(500) 내에 형성된 개구(530)와 접촉하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이로써 고정 핀이 동축 공급 라인이 이후에 공급되는 경로를 차단하는 것을 방지할 수 있다.

일부 경우, 정렬 홀(330)은 도 6b에 도시된 것처럼 안테나 소자의 전체 깊이(d2)를 통해 뻗어나갈 수 있다. 이로써 고정 핀(340)은 안테나 소자를 통해 삽입될 수 있고 전송 라인 구조체 내로 삽입될 수 있다. 대부분의 경우, 도 6a에 도시된 것처럼 일단 고정 핀이 정렬 홀 내로 삽입되면, 고정 핀의 길이(l)는 같은 높이의 표면을 제공하도록 선택될 수 있다. 즉, 고정 핀의 길이(l)는 d1 + d2와 거의 동일하게 된다. 다른 경우, 정렬 홀(330)은 안테나 소자의 일부만을 통해 뻗어나갈 수 있다(도시 안함). 이를 위해서는 고정 핀(340)이 안테나 소자와 각각의 전송 라인 구조체 사이에 삽입될 필요가 있다.

일부 경우, 안테나 소자를 각각의 전송 라인 구조체에 정렬시키기 위해 여기에 구체적으로 도시된 것과 다른 정렬 수단이 사용될 수도 있다. 그러나, 정렬 수단은 항상 필요한 것은 아니다. 사용되는 경우, 이러한 수단은 안테나 소자와 전송 라인 구조체 사이에서 정확하게 정렬하게 하고, 또한 두 개의 거의 동일한 구조체에 기계적인 안정성을 부가적으로 제공한다.

일단 부착되면, 두 개의 거의 같은 구조체(예를 들어, 도 6a의 200a/500a 및 200b/500b)가 필요시 화학적으로 처리될 수 있다. 안테나 소자 및/또는 전송 라인 구조체를 형성하기 위해 예를 들어 7000 시리즈 알루미늄이 사용되는 경우, 안테나 소자는 우선 부착되고(예를 들어, 브레이징 또는 전도성 에폭시를 이용하여), 그 후 화학적으로 처리되어(가능하면 양극처리 또는 크롬산염에 의해), 산화를 받을 가능성을 현저히 줄인 채로(또는 제거하여) 매우 강건한 표면을 제공하게 된다.

도 7a는 본 발명의 한 실시예에 따른 완전한 LPDA 안테나(700)의 사시도이다. 특히, 도 7a는 두 개의 실질적으로 동일한 구조체(예를 들어, 도 6a의 200a/500a 및 200b/500b)가 함께 결합되어 두 개의 이격된 평행면 내에 정렬될 수 있는 방법을 나타내고 있다. 예를 들어, 두 전도체의 구조를 균일한 라인으로 유지하기 위해서는 전송 라인 구조체(500a, 500b)를 분리하는 것이 필요하다. 일반적인 실시예에서, 두 개의 거의 동일한 구조체를 원하는 구조로 유지하기 위해 하나 이상의 유전체 스페이서가 사용될 수 있다. 도 7a의 실시예에서, 전송 라인 구조체(500a, 500b) 사이에서 비교적 일정한 간격을 유지하기 위해, 세 개의 유전체 스페이서(예를 들어, 도 7a의 710, 도 7b의 750)가 사용될 수 있다.

그러나, 본 발명의 다른 실시예에서 실질적으로 상이한 수의 유전체 스페이서(예를 들어 약 1 내지 5)가 전송 라인 구조체(500a, 500b) 사이에서 비교적 일정한 간격을 유지하도록 사용될 수 있다. 유전체 스페이서가 안테나 방사 패턴에 악영향을 미치기 때문에, 보통 가능하면 적게 사용하는 것이 좋다. 일부 경우, 전송 라인 구조체 사이의 간격은 구조체의 길이에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에 안테나는 후방 단부(550)에서 구조체(500a, 500b) 사이에 약간 더 큰 간격을 가지고 "V" 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 접근방법은 의사 길이방향 모드를 줄이도록 이용될 수 있는데 앞의 특허에서 더 논의된다. 일부 경우, 두 개의 실질적으로 동일한 구조체(200a/500a, 200b/500b)를 원하는 구조로 유지하기 위해, 유전체 스페이서(710, 750) 이외의 수단이 사용될 수 있다.

상술한 것처럼, 동축 케이블은 LPDA 안테나를 공급하기 위해 전도성 부재(510)의 개구(530)를 통해 삽입될 수 있다. 대부분의 경우, 공급 신호는 동축 커넥터(도시 안됨)를 이용하여 전도성 부재(510)의 후방 단부(550) 근처에 연결된다. 일부 경우, 동축 커넥터의 외부 외장부는 전송 라인 구조체(500b)에 연결될 수 있고, 따라서 전송 라인 구조체(500b)는 접지 전위에 있다. 동축 커넥터의 내부 전도체는 전송 라인 구조체(500b) 내에 구비된 절연 와이어 또는 케이블의 내부 전도체에 연결될 수 있다. 절연 와이어 또는 케이블의 내부 전도체는 도 7b에 도시된 것처럼 전송 라인 구조체(500a)에 접속될 수 있다.

도 7b는 도 7a의 영역(7b) 내에서의 LPDA 안테나(700)의 전방 단부의 사시도이다. 보다 구체적으로, 도 7b는 절연 캡(720)이 제거된 도 7a의 영역(7b)의 확대도이다. 도 7b에 도시된 것처럼, 전도성 브리지(730)는 절연 와이어 또는 케이블의 내부 전도체를 전송 라인 구조체(500a)의 전도성 부재(510)에 연결시킨다. 일부 경우, 절연 와이어 또는 케이블의 내부 전도체는 740으로 표시된 지점에서 브리지(730)에 납땜된다. 절연 스페이서(750)는 전송 라인 구조체(500b)의 외부를 브리지(730)와 전송 라인 구조체(500a)의 공급 전압으로부터 절연시킨다.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따라 개선된 LPDA 안테나(900)의 또 다른 실시예를 나타낸다. 특히, 도 8은 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 안테나 소자(800a)의 사시도이다. 도 2에 도시된 이전의 실시예와 유사하게, 안테나 소자(800a)는 다수의 다이폴 소자(810a)를 포함하며, 이 다이폴 소자는 대수주기 방식으로 중앙 전도체(820a)로부터 외부쪽으로 뻗어나간다. 실질적으로 동일한 안테나 소자(800b)(도 시 안됨)는 좌우대칭이기는 하지만 안테나 소자(800a)와 동일한 방식으로 제작될 수 있다.

그러나, 종래 실시예와 달리 다이폴 소자(810a)의 폭(W1, W2, W3, 등등)은 중앙 전도체(820a)의 길이(L)를 따라 크기가 정해진다. 일부 경우, 이러한 크기 결정은 각 다이폴 소자에 대한 직경 대 길이의 비율이 거의 동일한 이상적인 안테나에 대해 더욱 잘 접근할 수 있도록 사용될 수 있다. 일부 경우, 다이폴 소자의 두께는 폭에 대해 부가적으로 또는 폭 대신에 크기가 결정될 수 있다. 예를 들어 안테나 소자는 상술한 것처럼 두께가 상이한 전도성 물질의 둘 이상의 시트로부터 절단될 수 있다. 다이폴 소자의 두께와 폭 모두의 크기를 절하는 것은 이상적인 안테나에 가장 가까이 근접하게 만드는 것으로 여겨진다. 그러나, 안테나 소자를 두께가 상이한 물질로부터 절단하는 것은 추가적인 조립 단계를 요구할 수 있고, 따라서 본 발명의 실시예 모두에 대해서 바람직하지는 않다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 완전한 LPDA 안테나(900)의 사시도이다. 대부분의 경우, 안테나의 전방 단부(9a)(도 9)는 도 7b를 참고하여 위에서 설명한 것과 유사하게 구성될 수 있다. 도 7a와 유사하게, 도 9는 두 개의 거의 동일한 구조체(800a/500a, 800b/500b)가 함께 결합되고 두 개의 이격된 평행면 내에 배치되는 한 방법을 나타낸다. 예를 들어, 도 9는 두 유전체 스페이서(도 9의 910 및 도 7b의 750)가 전송 라인 구조체(500a, 500b) 사이에서 비교적 일정한 간격을 유지하도록 사용될 수 있다. 그러나 상술한 것처럼 본 발명의 다른 실시예에서, 사용되는 유전체 스페이서(또는 다른 이격 수단)의 수는 달라질 수 있다. 도 9에 도 시시된 LPDA 안테나(900)는 도 7b를 참고하여 상술한 것처럼 공급될 수 있다.

일부 경우, 도 7a 및 도 9에 도시된 LPDA 안테나(700, 900)는 나사로 부착된 다이폴 소자를 이용하는 종래의 LPDA 구조와 결합될 수 있다. 이러한 결합은 현저히 넓은 주파수 대역(예를 들어 약 80MHz 내지 약 6000MHz)에서 작동할 수 있는 혼성 LPDA 안테나를 만들어내는데 이용될 수 있다. 이러한 접근 방법은 또한 상술한 이점을 유지하면서 크기를 크게 줄이기 위해 (원하는 경우) 부분적으로 분해될 수 있는 안테나 구조를 제공한다. 이러한 접근법에 대한 예시적인 실시예가 도 10 및 도 11에 나타나있다.

도 10은 고주파수 부분과 저주파수 부분을 포함하는 혼성 LPDA 안테나(1000)에 대한 한 실시예를 나타낸다. 도 10의 실시예에서, 고주파수 부분은 도 2에 도시된 안테나 소자(200a, 200b)에 의해 구현된다. 저주파수 부분은 예를 들어 원통형 바 스톡(단면 형상이 다른 바 스톡이 사용될 수도 있음)으로 제작된 하나 이상의 쌍을 이루는 다이폴 소자(1010)에 의해 구현된다.

대부분의 경우, 통합된 안테나 소자(200a, 200b)와 각각의 다이폴 소자(1010)는 도 10에 도시된 것처럼 한 쌍의 전송 라인 구조체(500a, 500b)에 결합된다. 예를 들어, 통합된 안테나 소자(200a, 200b)와 다이폴 소자(1010)는 도 5b에 도시된 것처럼 홀(560)을 갖는 전송 라인 구조체에 결합될 수 있다. 통합된 안테나 소자(200a, 200b)는 상술한 바와 같이 전방 단부(540) 근처에서 전송 라인 구조체(500)의 평평한 바닥면(520)에 브레이징되거나 에폭시로 결합될 수 있다. 각각의 다이폴 쌍 내의 하나의 다이폴 소자는 후방 단부(550) 근처에서 전송 라인 구조 체(500)에 결합될 수 있다. 예를 들어 나사(도시 안됨)는 전송 라인 구조체에 다이폴 소자를 부착하기 위해 홀(560)을 통해 끼워질 수 있다. 그러나, 당업자는 전송 라인 구조체의 후방 단부(550)에 각각의 다이폴 소자(1010)를 부착하기 위해 어떻게 다른 수단을 사용할 수 있을지를 이해할 수 있을 것이다.

도 11은 고주파수 부분과 저주파수 부분을 포함하는 혼성 LPDA 안테나(1100)에 대한 또 다른 실시예를 나타낸다. 도 11의 실시예에서, 고주파수 부분은 도 9에 도시된 안테나 소자(800a, 800b)로 구현된다. 저주파수 부분은 예를 들어 원통형 바 스톡(단면 형상이 다른 바 스톡이 사용될 수도 있음)으로 제작된 하나 이상의 쌍을 이루는 다이폴 소자(1110)에 의해 구현된다.

대부분의 경우, 통합된 안테나 소자(800a, 800b)와 다이폴 소자(1110)는 도 11에 도시된 것처럼 한 쌍의 전송 라인 구조체(500a, 500b)에 결합된다. 예를 들어, 통합된 안테나 소자(800a, 800b)와 다이폴 소자(1110)는 도 5b에 도시된 것처럼 홀(560)을 갖는 전송 라인 구조체에 결합될 수 있다. 통합된 안테나 소자(800a, 800b)는 상술한 바와 같이 전방 단부(540) 근처에서 전송 라인 구조체(500)의 평평한 바닥면(520)에 브레이징되거나 에폭시로 결합될 수 있다. 각각의 다이폴 쌍 내의 하나의 다이폴 소자(1110)는 후방 단부(550) 근처에서 전송 라인 구조체(500)에 결합될 수 있다. 예를 들어 나사(도시 안됨)는 전송 라인 구조체에 다이폴 소자를 부착하기 위해 홀(560)을 통해 끼워질 수 있다. 그러나, 당업자는 전송 라인 구조체의 후방 단부(550)에 각각의 다이폴 소자(1110)를 부착하기 위해 어떻게 다른 수단을 사용할 수 있을지를 이해할 수 있을 것이다.

이러한 본 발명의 개시내용으로부터 이익을 받는 당업자는 본 발명이 개선된 LPDA 안테나와 그 제조방법을 제공하는 것으로 생각할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 상기 설명내용을 보면 당업자는 본 발명의 여러 측면에 대한 다른 실시예와 추가로 변형하는 것을 쉽게 고려할 수 있을 것이다. 따라서, 아래의 특허청구범위는 이러한 모든 변형된 형태와 변경내용을 다 포함하는 것으로 해석되어야 하며, 명세서 및 도면은 제한을 가하려는 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따라 대수주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나를 제조하는 방법을 나타내는 플로우차트이다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 한 쌍의 안테나 소자를 나타내는 이차원 도면이다.

도 3은 도 2에 도시된 것처럼 한 쌍의 안테나 소자와 한 쌍의 전송 라인 구조체를 포함하는 LPDA 안테나의 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 전송 라인 구조체의 한 쪽 단부를 나타내는 사시도이다.

도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따라 전송 라인 구조체의 한 쪽 단부를 나타내는 사시도이다.

도 5b는 도 5a에 도시된 것과 유사한 전송 라인 구조체의 사시도이다.

도 5c는 도 5b의 영역 5c 내에서의 전송 라인 구조체의 단면도이다.

도 6a는 도 5의 전송 라인 구조체에 부착된 도 2의 안테나 소자를 나타내는 분해 사시도이다.

도 6b는 안테나 소자가 전송 라인 구조체에 정확하게 정렬될 수 있는 한 방법을 나타내는 도 6a의 라인 6b에 따른 단면도이다.

도 7a는 본 발명의 한 실시예에 따라 완전한 LPDA 안테나의 사시도이다.

도 7b는 도 7a의 영역 7b와 도 9의 영역 9b 내에서의 LPDA 안테나의 전방 단부의 사이도이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 소자의 사시도이다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 완전한 LPDA 안테나의 사시도이다.

도 10은 도 7a의 LPDA 안테나와 유사한 고주파수 부분과 기계적 고정요소로 전송 라인 구조체에 결합된 한 쌍의 다이폴을 포함하는 저주파수 부분을 포함하는 혼성 LPDA 안테나에 대한 한 실시예의 사시도이다.

도 11은 도 9의 LPDA 안테나와 유사한 고주파수 부분과 기계적 고정요소로 전송 라인 구조체에 결합된 한 쌍의 다이폴을 포함하는 저주파수 부분을 포함하는 혼성 LPDA 안테나에 대한 또 다른 실시예의 사시도이다.

Claims

중앙 전도체로부터 외부로 뻗어나가는 다수의 다이폴 소자를 포함하도록 전도성 물질로 된 연속하는 부품으로 제작되는 제1 안테나 소자와;

상기 제1 안테나 소자와 좌우대칭이지만 동일한 방식으로 제작되는 제2 안테나 소자와;

상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자의 상이한 중앙 전도체에 각각 결합되는 한 쌍의 전송 라인 구조체로서, 상기 안테나 소자들과 각각의 전송 라인 구조체 사이에 전기적 불연속이 존재하지 않도록 되어 있는 한 쌍의 전송 라인 구조체;를 포함하는, 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제1항에 있어서,

상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 유전체 기판에 또는 유전체 기판 내에 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제1항에 있어서,

상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 단일 금속 시트로 제작되는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제3항에 있어서,

상기 단일 금속 시트는 알루미늄, 구리, 마그네슘, 황동, 및 그 합금을 포함하는 금속 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제1항에 있어서,

상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는 각각, 다수의 다이폴 소자와 중앙 전도체의 윤곽선을 상기 금속 시트로부터 절단함으로써 단일 금속 시트로 제작되는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제4항에 있어서,

상기 윤곽선은 고압 워터 제트 공구, 고압 연마 제트 공구, 레이저 절삭 공구, 플라즈마 절삭 공구 또는 기계가공 공구를 이용하여 금속 시트로부터 절단되는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제1항에 있어서,

각각의 상기 전송 라인 구조체는 평평한 바닥면을 갖는 전도성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제7항에 있어서,

각각의 상기 전도성 부재는 압출, 캐스팅, 몰딩, 또는 기계가공 프로세스를 이용하여 금속 또는 금속 합금으로부터 제작되는 것을 특징으로 하는 대수주기 다 이폴 배열 안테나.
제7항에 있어서,

상기 전송 라인 구조체 중 하나 이상은:

각각의 전도성 부재 내에 형성되고 각각의 전도성 부재의 길이를 따라 뻗어나가는 케이블 가이드 또는 개구와;

상기 대수주기 다이폴 배열 안테나를 공급하기 위해 케이블 가이드 또는 개구 내에 배열되는 동축 공급 라인;을 포함하는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제7항에 있어서,

상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는, 상기 중앙 전도체의 길이 전체를 따라 중앙 전도체와 평평한 바닥면 사이에 연속적으로 전기적인 그리고 열적인 접속이 존재하도록, 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자의 각 중앙 전도체에 각각의 전도체 부재의 평평한 바닥면을 영구적으로 부착함으로써 한 쌍의 전송 라인 구조체에 결합되는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제10항에 있어서,

상기 전도성 부재의 평평한 바닥면은 브레이징 프로세스를 이용하여 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자의 중앙 전도체에 영구적으로 부착되는 것 을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제10항에 있어서,

상기 전도성 부재의 평평한 바닥면을 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자의 중앙 전도체에 영구적으로 부착시키기 위해 전도성 에폭시가 이용되는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제10항에 있어서,

상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자를 상기 한 쌍의 전송 라인 구조체에 결합시킴으로써 두 개의 거의 동일한 구조체가 형성되고, 상기 두 개의 거의 동일한 구조체를 두 개의 이격된 평행면 내에 유지하도록 구성된 하나 이상의 유전체 스페이서에 의해 상기 두 개의 거의 동일한 구조체가 함께 결합되는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
대수주기 방식으로 중앙 전도체로부터 외부로 뻗어나가는 다수의 제1 다이폴 소자를 포함하도록 전도성 물질로 된 연속하는 부품으로 각각 제작되는 한 쌍의 안테나 소자와; 중앙 전도체의 길이 전체를 따라 각각의 전송 라인 구조체와 안테나 소자 사이에 전기적 불연속이 존재하지 않도록 안테나 소자의 상이한 중앙 전도체에 각각 영구적으로 고정되는 한 쌍의 전송 라인 구조체;를 포함하는 고주파수 부분과;

대수주기 방식으로 상기 한 쌍의 전송 라인 구조체로부터 외부로 뻗어나가는 다수의 제2 다이폴 소자를 포함하는 저주파수 부분;을 포함하는,

대수주기 다이폴 배열 안테나.
제14항에 있어서,

각각의 상기 전송 라인 구조체는 평평한 바닥면을 구비하는 전도성 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제15항에 있어서,

상기 전송 라인 구조체의 전방 단부 근처에서 상기 전도성 부재의 평평한 바닥면에 안테나 소자의 중앙 전도체를 영구적으로 부착하기 위해 브레이징 프로세스가 이용되는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제15항에 있어서,

상기 전송 라인 구조체의 전방 단부 근처에서 상기 전도성 부재의 평평한 바닥면에 안테나 소자의 중앙 전도체를 영구적으로 부착하기 위해 전도성 에폭시가 이용되는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제15항에 있어서,

각각의 상기 전도성 부재는 압출, 캐스팅, 몰딩, 또는 기계가공 프로세스를 이용하여 금속 또는 금속 합금으로부터 제작되는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
제15항에 있어서,

상기 한 쌍의 전송 라인 구조체 내의 하나 이상의 상기 전송 라인 구조체는:

각각의 전도성 부재 내에 형성되고 각각의 전도성 부재의 길이를 따라 뻗어나가는 케이블 가이드 또는 개구와;

상기 대수주기 다이폴 배열 안테나를 공급하기 위해 케이블 가이드 또는 개구 내에 배열되는 동축 공급 라인;을 포함하는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나.
금속 시트로부터 다수의 다이폴 소자와 중앙 전도체의 윤곽선을 절단하여, 대수주기 방식으로 중앙 전도체로부터 외부로 뻗어나가는 다수의 다이폴 소자를 각각 포함하는 한 쌍의 안테나 소자를 제작하는 단계와;

평평한 바닥면을 갖는 전도성 부재를 각각 포함하고, 상기 전도성 부재 중 하나 이상이 상기 전도성 부재의 길이를 따라 뻗어나가는 개구 내에 배열된 동축 공급 라인을 포함하는, 한 쌍의 전송 라인 구조체를 제작하는 단계와;

상기 중앙 전도체의 길이 전체를 따라 중앙 전도체와 평평한 바닥면 사이에 연속적으로 전기적 접속이 존재하도록 상기 안테나 소자의 각각의 중앙 전도체에 각 전도성 부재의 평평한 바닥면을 영구적으로 부착시킴으로써, 각각의 상기 안테 나 소자를 각각의 상기 전송 라인 구조체에 결합하는 단계;를 포함하는, 대수주기 다이폴 배열 안테나의 제조방법.
제20항에 있어서,

상기 한 쌍의 안테나 소자를 제작하는 단계는 고압 워터/연마 제트 공구, 레이저 절삭 공구, 플라즈마 절삭 공구, 또는 기계가공 공구를 이용하여 금속 시트로부터 윤곽선을 절단하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나의 제조방법.
제21항에 있어서,

상기 금속 시트는 알루미늄, 구리, 마그네슘, 황동, 및 그 합금을 포함하는 금속 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나의 제조방법.
제20항에 있어서,

상기 한 쌍의 전송 라인 구조체를 제작하는 단계는, 압출, 캐스팅, 몰딩, 또는 기계가공 프로세스를 이용하여 금속 또는 금속 합금으로부터 각각의 전도성 부재를 제작하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나의 제조방법.
제20항에 있어서,

상기 결합하는 단계는 브레이징 프로세스를 이용하여 상기 안테나 소자의 각 중앙 전도체에 각각의 전도성 부재의 평평한 바닥면을 영구적으로 부착하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나의 제조방법.
제20항에 있어서,

상기 결합하는 단계는 전도성 에폭시를 이용하여 상기 안테나 소자의 각 중앙 전도체에 각각의 전도성 부재의 평평한 바닥면을 영구적으로 부착하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나의 제조방법.
제20항에 있어서,

상기 결합하는 단계 이전에,

상기 한 쌍의 전송 라인 구조체 내에 형성된 하나 이상의 홀과 정렬되는 하나 이상의 홀을 상기 한 쌍의 안테나 소자 내에 형성하는 단계와;

각각의 핀의 상부면이 상기 안테나 소자의 표면과 평행하도록 각각의 안테나 소자와 각각의 전송 라인 구조체 내에 형성된 홀 내에 고정 핀을 삽입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나의 제조방법.
제20항에 있어서,

상기 한 쌍의 안테나 소자를 제작하는 단계와, 상기 한 쌍의 전송 라인 구조 체를 제작하는 단계와, 상기 결합하는 단계는 두 개의 거의 동일한 구조체를 형성하고,

두 개의 이격된 평행면 내에 상기 두 개의 거의 동일한 구조체를 유지하기 위해 상기 두 개의 거의 동일한 구조체를 함께 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대수주기 다이폴 배열 안테나의 제조방법.