KR20110084326A

KR20110084326A - 평면 안테나

Info

Publication number: KR20110084326A
Application number: KR1020117013626A
Authority: KR
Inventors: 시빌레 홀츠바르트; 올리버 리트슈케; 바흐람 사나드골; 요헨 베크
Original assignee: 인티그레이티드 일렉트로닉 시스템즈 !시스 컨설팅 게엠베하
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2011-07-21
Also published as: DK2359434T3; EP2359434A1; WO2010069350A1; NZ593387A; EP2359434B1; ZA201103684B; AU2008365430B2; AU2008365430A1

Abstract

본 발명은, 2개의 선형 편광된 전자기파를 선택적으로 수신하기 위한 평면 안테나에 관한 것으로, 상부, 중앙 및 하부의 전기 도전성 판 요소(14, 16, 18)을 구비한 판 구조(12)를 포함하고, 판 요소는 상부 및 하부 도체 경로 구조(22, 26)를 각각 탑재한 상부 및 하부 절연 요소(20, 24)를 삽입하여 서로 겹쳐 배열되고, 판 요소는 개구(32) 형태로 연이어 배열된 복수의 수신 셀(30)을 형성하고 이들 각각 안으로는 서로 수직으로 배열된 제 1 디커플링 프로브(38) 및 제 2 디커플링 프로브(40)가 확장하고, 제 1 디커프링 프로브는 상부 도체 경로 구조(22)에 의해서, 그리고 제 2 디커프링 프로브는 하부 도체 경로 구조(26)에 의해서, 정확한 진폭 및 정확한 위상으로 전기적으로 결합된다. 평면 안테나(10)가 고 안테나 이득 및 양오한 편광 디커플링을 갖게 되도록, 개구(32) 각각은 서로 중앙에서 교차하는 적어도 2개의 타원형 리세스(33, 35)에 의해 형성된다.

Description

평면 안테나{PLANAR ANTENNA}

본 발명은 서로 직교하여 선형 편광된 2개의 전자기파를 선택적으로 수신하기 위한 평면 안테나(planar antenna)에 관한 것으로, 상부, 중앙, 및 하부의 전기 도전성 판 요소를 구비한 판 구조를 포함하고, 상기 판 요소는 서로 겹쳐 배열되고, 상부와 하부 절연 요소의 삽입(interposition)은 상부와 하부 도체 경로 구조를 각각 운반하며, 판 요소는 개구 형태로 연이어 배열된 복수의 수신 셀을 형성하고 이들 각각 안으로 서로 겹쳐 배열된 제 1 디커플링 프로브와 제 2 디커플링 프로브가 뻗어있고, 모든 수신 셀의 제 1 디커프링 프로브는 상부 도체 경로 구조에 의해서, 그리고 모든 수신 셀의 제 2 디커프링 프로브는 하부 도체 경로 구조에 의해서, 정확한 진폭과 정확한 위상으로 전기적으로 결합되어 있다.

이러한 평면 안테나는 대략 5 GHz 내지 20 GHz의 주파수 범위, 예를 들어, 특히 10.7 GHz 내지 12.75 GHz의 주파수 범위에서, 지구 정지궤도 위성에 의해 송신되는 선형 편광된 전자기파를 수신하게 기능한다. 서로 직교하여 편광된 2개의 파가 각각 선택적으로 수신될 수 있을 것이 가능해야 한다. 그러므로, 수신된 신호는 서로 가능한 한 절연되어야 한다. 또한, 비교적 약한 신호도 수신하는 것이 가능해야 하는데, 즉 평면 안테나는 고 안테나 이득을 가져야 한다. 즉, 개개의 수신 셀은 가능한 한 높은 효율을 가져야 하며, 모든 수신 셀의 신호는 가능한 한 최적으로 결합되어야 한다. 또한, 신호가 수신될 수 있는 주파수 범위도 가능한 한 커야 하는데, 즉 평면 안테나는 큰 대역폭을 가져야 한다.

본 발명의 목적은, 바람직한 편광 디커플링뿐만 아니라, 고 안테나 이득과 큰 대역폭을 갖도록 앞에서 언급한 종류의 평면 안테나를 추가 개발하는 것이다.

상기 목적은, 발명에 따라서, 개구가 서로 중앙에서 교차하는 적어도 2개의 타원형 리세스에 의해 각각 형성되므로 일반적인 종류의 평면 안테나에서 달성된다.

발명에 따른 평면 안테나에서, 복수의 개구가 사용되며, 이의 형상은 적어도 2개의 타원형 리세스가 중앙에서 교차함에 기인한다. 특히 고 안테나 이득은 이러한 구성의 개구로 달성될 수 있음이 발견되었다. 여기에서는 적어도 2개의 탄원형 리세스가 사용된다. 그러나, 서로 중앙에서 교차하는 2 이상의 타원형 리세스, 예를 들어, 4개의 타원형 리세스를 제공하는 것도 가능하다. 예를 들어, 타원형 리세스는 타원 또는 코너가 둥근 직사각형 형태를 취할 수도 있다. 특히, 리세스는 각각이 서로 수직으로 교차하는 2개의 대칭축을 갖는 타원형으로 구성될 수 있다.

고 안테나 이득 및 큰 대역폭이 이러한 형상의 개구로 달성될 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 개구 윤곽은 매우 바람직한 편광 디커플링을 할 수 있도록 함이 발견되었다. 특히, 10.7 GHz 내지 12.75 GHz의 전체 주파수 대역에 걸쳐 매우 바람직한 감도가 달성된다. 일반적인 개구 윤곽에서 공진 효과(도파 모드)의 형태로 흔히 발생하는 대역 끝에서의 손실은 중앙에서 서로 교차하는 타원형 리세스에 의해 현저하게 감소될 수 있다. 20% 이상의 유효 대역폭과 주파수 사이에 비(ratio)가 달성될 수 있다.

개구가 평면에서 보았을 때 판 구조에 수직인 표면에 대해서 90°회전에 대해서 회전 대칭이라면 특히 이점이 있다. 이에 따라 개구 윤곽은 90°의 각도로 수직인 표면에 대해서 회전에서 서로 합쳐진다. 이것은 평면에서 보아 개구 윤곽을 정의하는 특히 상부 판 부분의 제조를 용이하게 한다.

바람직하게 개구는 제 1 주축과 이에 수직 배향된 제 2 주축을 갖고, 디커플링 프로브 각각은 주축에 수직 배향된다. 주축은 개구가 최대 크기를 갖는 방향을 특징으로 한다. 주축은 중앙에서 서로 교차하는 타원형 리세스의 길이 방향 축에 대응한다. 이에 따라, 제 1 타원형 리세스는 길이방향 축으로서 제 1 주축을 포함할 수 있고, 제 2 타원형 리세스는 길이방향 축으로서 제 2 주축을 포함할 수 있다. 제 1 디커플링 프로브는 제 1 주축에 수직 배향될 수 있고, 제 2 디커플링 프로브는 제 2 주축에 수직 배향될 수 있다.

평면 안테나의 수신 셀은 바람직하게는 라인과 열(column)로 연이어 배열되고, 개구의 주축은 바람직하게는 라인과 열에 대해 기울어져 있다. 경사각은 예를 들어, -45°내지 +45°의 범위이다.

발명에 따른 평면 안테나의 특히 바람직한 실시예에서, 개구는 네 잎 클로버 또는 크로스(cross)와 유사한 윤곽을 갖는다. 그러므로, 개구는 중앙에서 서로 교차하는 2개의 타원형 리세스에 의해 형성되고, 이의 길이방향 축은 서로 수직 배향된다. 2개의 타원형 리세스는 동일한 구성을 갖는다.

개구의 끝부터 시작하여, 디커플링 프로브는 바람직하게는 2개의 주축의 교차점에 의해 형성되는 개구의 중앙점을 넘어 확장한다.

안테나 이득을 더 증가시키기 위해서, 발명의 이점이 있는 실시예에서 개구가 상부 판 요소의 상부 면 방향으로 원뿔꼴로 넓어지는 것이 제공된다

이에 관련하여, 개구가 상부 판 요소의 영역에 원뿔꼴로 넓어진다면 판 요소의 제조가 이에 따라 단순화될 수 있어 유리하다. 원뿔꼴로 넓어지게 하는 것은 어떤 양의 소비를 수반한다. 발명의 바람직한 실시예에서, 이것은 상부 판 요소의 제조에서만 요구되며, 중앙 판 요소와 하부 판 요소는 원뿔꼴로 넓어지는 어떠한 것도 없으므로 더 간단하게 제조될 수 있다.

개구가 상부 판 요소의 영역에서만 원뿔꼴로 넓어지는 것이 특히 유리하다. 개개의 수신 요소 셀의 개구의 형성에서, 상부 판 요소는 판 요소의 밑면에 면하며 상부 판 요소에 수직인 표면에 평행하게 확장하는 벽 부분에 의해 구분되는 하부 부분 및 판 요소의 상부 면 방향으로 원뿔꼴로 넓어지는 벽 영역을 가진 상부 면에 면하는 벽 부분을 가진, 애퍼처를 포함할 수 있다.

중앙 판 요소는 상부 면에서 중앙 판 요소의 밑면까지 확장하는 애퍼처를 가질 수도 있다.

개개의 수신 요소 셀의 개구의 형성에 있어, 하부 판 요소는 복수의 함몰부를 포함하며, 그 각각은 하부 판 요소의 상부 면부터 함몰부의 바닥 벽까지 확장한다.

특히 바람직한 실시예에서, 개구는 바닥을 갖는데, 이것은 제 1 타원형 리세스의 영역에 편평한 형상을 가지며, 제 1 타원형 리세스와 교차하는 제 2 타원형 리세스의 영역에 적어도 하나의 스텝(step)을 갖는다. 특히 10.7 GHz 내지 12.75 GHz 범위의 전자기 신호의 수신시, 개구의 바닥 내 적어도 하나의 스텝이 있음으로 해서 서로 직교하여 편광된 2개의 전자기파의 특히 바람직한 디커플링이 달성될 수 있음이 발견되었다.

적어도 하나의 스텝은 이점이 있게 제 2 타원형 리세스의 주축에 수직으로 뻗어있다.

제 1 및 제 2 타원형 리세스는 바람직하게는 공통 교차 영역을 가지며, 적어도 하나의 스텝은 교차 영역의 에지에 배열된다.

개구의 바닥이 제 2 타원형 리세스의 영역에 2개의 스텝을 갖는다면 특히 유리하다. 제 1 타원형 리세스의 영역에 편평한 바닥은 제 1의 선형 편광된 전자기파의 수신을 위한 제 1 파 단락 회로("단락"이라고도 함)를 형성할 수 있고, 제 2 타원형 리세스의 스텝이 있는 바닥 영역은 제 2의 선형 편광된 전자기파에 대한 제 2 파 단락 회로("단락")를 형성할 수 있다. 그럼으로써 각각의 수신 셀에는 서로 각도를 갖고 배열된 2개의 도파관 방사기를 형성하는 개구가 구비되고, 두 도파관의 방사는 매우 바람직한 디커플링을 나타낸다. 특히, 제 1 타원형 리세스의 주축이 제 2 타원형 리세스의 주축에 수직 배향하도록 두 도파관 방사기를 서로 수직으로 배열되게 설치할 수 있다.

두 스텝이 사용될 때, 각 경우에 서로 떨어져 면하는 교차 영역의 양측에 하나의 스텝이 위치된다면 유리하다.

교차 영역에 측방에서 인접한 적어도 하나의 스텝을 위쪽을 향하게 설치할 수도 있다. 그러나, 교차 영역에 측방에서 인접한 적어도 하나의 스텝이 아래쪽을 향할지라도 이점이 있을 수 있다.

2개의 스텝이 서로 다른 높이를 갖는다면 특히 이점이 있다. 예를 들어, 제 1 스텝의 높이를 2개의 디커플링 프로브 사이의 거리보다 크게 하고 제 2 스텝을 2개의 디커플링 프로브 사이의 거리보다 작은 높이를 갖게 설치할 수도 있다. 그럼으로써 안테나 이득에 추가의 증가가 달성될 수 있음이 발견되었다.

바닥에 서로 다른 높이를 갖는 2개의 스텝이 제공될 때, 두 디커플링 프로브 중 하나가 두 스텝 중 더 높은 스텝 위로 뻗는 것이 유리하다. 그러므로, 상기 디커플링 프로브는 개구의 바닥으로부터 비교적 짧은 거리로 개구 내로 돌출하게 상당 범위의 길이방향 크기에 걸쳐 확장한다. 이 디커플링 프로브는 위에 설명된 교차 영역 내로 자신의 자유 단부 부분이 확장할 수 있다. 이 영역에서, 두 스텝 중 더 높은 스텝 위로 뻗어있는 디커플링 프로브는 다른 디커플링 프로브에 의해 가려질 수 있다.

발명의 이점이 있는 실시예에서, 개구의 바람직한 스텝상 바닥은 하부 판 요소에 의해 형성된다.

발명에 따른 평면 안테나의 바람직한 실시예에서, 판 요소가, 서로 면한 이들의 면 상에, 쌍으로 교차하는 홈 구조를 가지며, 상부 판 요소의 밑면과 중앙 판 요소 상부 면 상에 배열된 홈 구조가 상부 도체 경로 구조가 채널 벽으로부터 거리를 두고 확장하는 제 1 채널 시스템을 형성하며, 중앙 판 요소의 밑면과 하부 판 요소의 상부 면 상에 배열된 홈 구조가 제 2 도체 경로 구조가 채널 벽으로부터 거리를 두고 확장하는 제 2 채널 시스템을 형성하는, 판 요소에 의해 안테나 이득에 추가의 상당한 증가가 달성된다.

발명에 따른 평면 안테나의 이러한 구성에서, 홈은 개개의 판 요소에 형성된다. 판 요소는 각각 상부 및 하부 도체 경로 구조를 탑재하는 절연 요소를 삽입하여 서로 겹쳐 적층된다. 서로 간에 수직으로 배열되는 홈 구조는 도체 경로 구조가 확장하는 채널 시스템을 형성한다. 그럼으로써 도체 경로 구조는 임의의 추가의 절연물질을 사용해야 할 필요없이 구조적으로 간단하게 판 요소로부터 전기적으로 절연된다. 이것이 없다면 전기 도전성 판 요소와 도체 경로 구조 사이에 사용되었을 절연 포움층이 없어도 된다. 그럼으로써, 매우 콤팩트한 설계가 판 요소 및 이들 사이에 배열된 절연 요소를 갖는 판 구조에 부여되고, 도체 경로 구조는 큰 질량의 절연재를 사용해야 할 필요없이 서로 매우 효과적으로 전기적으로 절연된다. 대신, 도체 경로 구조는 서로 상호작용하는 홈 구조에 의해 형성되는 채널 시스템의 제공에 의해 판 요소로부터 절연된다. 절연 포움층의 생략은 무엇보다도 전체 판 구조가 비교적 거의 습기를 흡수하지 않는 이점을 갖고, 이에 따라 안테나 이득, 대역폭, 및 편광 디커플링을 개선한다.

도체 경로 구조가 배열되는 채널 시스템은 각 경우에 서로 정렬하여 배열되는 한 쌍의 홈 구조에 의해 편리하게 형성된다.

상부 및/또는 하부 채널 시스템은 바람직하게는 기체, 예를 들어, 공기로 채워진다. 기체는 평면 안테나의 수신 손실을 매우 낮게 유지할 수 있는 유전체로서 작용한다. 대안적으로 상부 및/또는 하부 채널 시스템은 진공이 되거나 유전 고체, 특히 플라스틱 물질로 채워질 수 있다.

각각 상부 및 하부 도체 경로 구조를 탑재하는 상부 및/또는 하부 절연 요소는 바람직하게 유연한 플라스틱 필름으로 구성된다. 이것은 유연한 플라스틱 필름이 매우 작은 두께를 가질 수 있기 때문에, 전체적으로 판 구조에 매우 편평한 설계를 부여한다. 작은 두께에도 불구하고, 도체 경로 구조와 개개의 판 요소 사이에 매우 효과적인 절연이 플라스틱 물질의 사용에 의해 보증될 수 있다.

도체 경로 구조는 통상적인 방법으로 플라스틱 필름에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도체 경로 구조는 플라스틱 필름 상에 인쇄될 수도 있다. 또한 금속이 피복된 막이 에칭되는 것이 제공될 수도 있다.

유연한 플라스틱 필름은 예를 들어, 0.5 mm 미만의 두께를 갖는데, 특히 0.2 mm 미만의 두께를 가질 수도 있다. 대략 0.05 mm 내지 대략 0.1 mm 범위의 두께를 가진 유연한 플라스틱 필름이 특히 이점이 있는 것으로 입증되었다.

플라스틱 필름에는 바람직하게는 전기적으로 고 도전성의 물질, 예를 들어, 구리 또는 금을 사용하여 제조된 도체 경로 구조가 제공된다. 또한, 도체 경로 구조의 표면이 금 또는 이외 어떤 다른 제련(refining) 물질로 피복되는 것이 제공될 수도 있다. 구리가 사용될 때, 도체 경로 구조는 바람직하게는 0.05 mm 미만의 두께, 특히 0.02 mm 미만의 두께를 갖는다.

도체 경로 구조는 절연 요소의 상부 면 상에 및/또는 밑면에 배열될 수 있다. 상부 면 및 밑면에 동일한 배열은 이에 의해 전기적 손실(감쇄)이 감소할 수 있기 때문에 특히 이점이 있는 것으로 입증되었다.

판 구조가 자체 지지되면 특히 유리하다. 이것은 판 구조를 위한 추가의 지지층이 없어도 되는 이점이 있다. 반면, 판 요소 및 이들 사이에 배열된 절연 요소를 포함하는 판 구조는 충분한 안정성을 갖는다. 판 구조를 고정하기 위해서, 평면 안테나는 통상의 스위블(swivel) 메커니즘을 포함할 수 있고, 따라서 고도 방향으로 그리고 수평 배향(어지무스 각도)에 대해 취하는 각도에 대해 수동으로 또는 모터에 의해 판 구조의 용이한 조절이 가능해진다. 추가의 지지층이 없어도 되기 때문에, 판 구조는 비교적 적은 힘으로 스위블 메커니즘에 의해 조절될 수 있다. 따라서 대응하는 구동 요소는 크기가 감소될 수 있다.

적어도 하나의 판 요소는 예를 들어, 금속화 플라스틱 재료 또는 전기 도전성 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다. 특히, 아연도금 ABS 플라스틱 재료가 이점이 있는 것으로 입증되었다.

또한, 적어도 하나의 판 요소가 특히 알루미늄 시트 형태로 금속판으로 구성되는 것이 제공될 수도 있다. 이것은 예를 들어, 10 mm 미만의 두께를 가질 수 있다.

이점이 있는 실시예에서, 상부 및 하부 판 요소는 동일 재로 두께를 가지며, 반면 중앙 판 요소는 이보다 작은 물질 두께를 갖는다. 특히, 중앙 판 요소의 물질 두께가 상부 및 하부 판 요소의 물질 두께의 크기의 반이 되는 것이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 상부 및 하부 판 요소는 각각이 8 mm의 물질 두께를 가질 수도 있고, 반면 중앙 판 요소는 4 mm의 물질 두께를 갖는다.

홈 구조에 의해 형성된 2개의 채널 시스템이 동일한 구조를 가지며, 하부 채널 시스템은 채널 시스템에 대해 판 구조에 수직인 표면에 대해서 회전된 위치에 배열된다면 특히 이점이 있다. 동일한 채널 시스템의 사용은 평면 안테나의 제조를 단순화시킨다.

하부 채널 시스템이 상부 채널 시스템에 대해 판 구조에 수직인 표면에 대해서 90°의 각도로 회전된 것이 제공될 수도 있다.

발명의 바람직한 실시예의 다음 설명은 도면에 관련하여 더 상세히 설명하는 것이다.

본 발명은, 바람직한 편광 디커플링뿐만 아니라, 고 안테나 이득과 큰 대역폭을 갖는 평면 안테나를 제공하는 효과를 갖는다.

도 1은 상부, 중앙 및 하부 판 요소, 및 이들 각각 사이에 배열된 절연 요소를 가진 발명에 따른 평면 안테나의 부분적 영역의 분배사시도.
도 2는 도 1로부터 상부 판 요소의 상세 평면도.
도 3은 도 2에 도시된 상부 판 요소의 상세 저면도.
도 4는 상부 도체 경로 구조를 가진 상부 절연 요소의 상세 평면도.
도 5는 도 1로부터 중앙 판 요소의 상세 평면도.
도 6은 도 5로부터 중앙 판 요소의 상세 저면도.
도 7은 하부 도체 경로 구조를 가진 하부 절연 요소의 상세 평면도.
도 8은 도 1로부터 하부 판 요소의 상세 평면도.
도 9는 도 8로부터 하부 판 요소의 상세 저면도.
도 10은 도 2에서 선 10-10을 따라 취한 상부 판 요소의 단면도.
도 11은 도 5에서 선 11-11을 따라 취한 상부 판 요소의 단면도.
도 12는 도 8에서 선 12-12를 따라 취한 하부 판 요소의 단면도.
도 13은 인접한 수신 요소 셀 사이의 영역에 도 1로부터 평면 안테나의 단면도.
도 14는 발명에 따른 평면 안테나의 개구 중 하나의 평면도.

전체를 참조부호 10으로 나타낸 발명에 따른 평면 안테나의 상세가 도면에 도시되었다. 이것은 상부 판 요소(14), 중앙 판 요소(16), 및 하부 판 요소(18)를 구비한 판 구조(12)를 포함하고, 예시된 실시예에서 이들 각각은 아연도금(galvanized) 사출 성형된 부품 형태로 금속화 플라스틱 재료로 만들어진다. 상부 절연 요소(20)는 상부 판 요소(14)와 중앙 판 요소(16) 사이에 배열된다. 이것은 유연한 플라스틱 필름 형태로 만들어지며 이의 상부 면 및 동일하게 이의 밑면 상에도 상부 도체 경로 구조(22)가 탑재하여 있다. 이것이 도 4에 도시되었다. 중앙 판 요소(16)와 하부 판 요소(18) 사이에는 유연한 플라스틱 막 형태의 하부 절연 요소(24)가 있는데, 이것은 이의 상부 면 및 동일하게 이의 밑면 상에도 도 7에 도시된 하부 도체 경로 구조(26)를 탑재하고 있다. 도 4와 도 7의 비교로부터 명백한 바와 같이, 하부 도체 경로 구조(26)는 상부 도체 경로 구조(22)와 동일하나, 판 구조(12)에 수직인 표면에 대해서 90°의 각도로 회전되어 있다.

각 경우에 동일하게 절연 요소(20, 24)의 상부 면과 밑면에 각각 도체 경로 구조(22, 26)를 배열하는 대신에, 이들은 한 면에만(위면 또는 밑면) 배열될 수도 있을 것이다. 그러나, 절연 요소의 상부 면 및 밑면에 도체 경로 구조의 동일한 배열은 전기적 손실(감쇄)을 최소화하여, 안테나 이득을 증가시키는 것을 가능하게 한다.

평면 안테나(10)는 라인과 열로 연이어 배열된 복수의 수신 셀(30)을 포함하고, 이들 각각은 개구(32)에 의해 형성된다. 특히, 도 14로부터 명백한 바와 같이, 개구(32)는 제 1 주축(34)과 상기 축(34)에 수직 배열된 제 2 축(36)을 갖고, 그 각각은 개구(32)의 가장 큰 크기의 방향으로 뻗어있다. 2개의 주축(34, 36)은 수신 셀(30)의 라인과 열에 대해 45°의 각도로 기울어져 있다.

개구(32)는 서로 중앙에서 교차하는 2개의 탄원형의 리세스(33, 35)에 의해 각각 형성된다. 제 1 타원형 리세스(33)는 제 1 축(34)을 따라 확장하고 제 2 타원형 개구 리세스(35)는 제 2 축(36)을 따라 확장한다. 2개의 타원형 개구 리세스(33, 35)는 공통 중앙 교차 영역(37)을 형성하는데, 이를 더 파악할 수 있게 도 14에 해칭으로 표시하였다.

그러므로, 개구(32)는 네 잎 클로버(four-leaf clover), 또는 서로 수직 배향되고 바깥쪽 끝이 둥근 동일 길이의 2개의 빔(beam)을 가진 대칭 크로스(cross)와 유사한 윤곽을 갖는다.

제 1 타원형 리세스(33)의 영역에서, 개구(32)의 바닥(39)은 편평한 형상으로, 즉 제 1 타원형 리세스(33)의 영역에 개구(32)는 균일한 깊이를 갖는다. 반대로, 개구(32)의 바닥(39)은 2개의 스텝(41, 43)을 가진 제 2 타원형 리세스(35)의 영역 내 제공되고 이들 스텝은 이의 서로 대향하는 양측에서 중앙 교차 영역(37)이 바로 인접하며 제 2 주축(36)에 수직 배향된다. 스텝(41)은 스텝(43)보다 낮은 높이를 갖는다. 이것은 특히 도 12로부터 명백하며 이하 상세히 설명한다.

제 1 주축(34)에 나란히 배향된 제 1 디커플링 프로브(38) 및 제 2 주축(36)에 나란히 배향된 제 2 디커플링 프로브(40)는 개구(32) 각각 안으로 뻗어있다. 제 1 디커플링 프로브(38)는 제 2 디커플링 프로브(40) 위에 떨어져 배열되는데, 즉 상부 판 요소(14)와 중앙 판 요소(16) 사이에 상부 절연 요소(20)에 의해 정의된 평면 내에 배열된다. 제 2 디커플링 프로브(40)는 중앙 판 요소(16)와 하부 판 요소(18) 사이에 하부 절연 요소(24)에 의해 정의된 평면 내에 배열된다. 도 4 및 도 7로부터 명백한 바와 같이, 모든 개구(32)의 제 1 디커플링 프로브(38)는 상부 도체 경로 구조(22)를 통해 서로 연결되고, 모든 개구(32)의 제 2 디커플링 프로브(40)는 하부 도체 경로 구조(26)를 통해 서로 연결된다.

상부 절연 요소(20)와 하부 절연 요소(24)를 삽입하여 서로 겹쳐 배열된 판 요소(14, 16, 18)는 이들 전체에 개구(32)를 형성한다. 이 목적을 위해서, 상부 판 요소(14)는 복수의 제 1 애퍼처(42)를 구비하는데, 이들은 개구(32)의 바깥 윤곽을 정의하며 판 구조(12)에 수직인 표면에 평행하게 배향된 벽(46)을 갖는 하부 애퍼처부(44)와, 상부 면(48) 방향으로 원뿔꼴로 넓어지는 벽(52)을 갖고 상부 판 요소(14)의 상부 면(48) 방향으로 하부 애퍼처부(44)에 인접한 상부 애퍼처부(40)를 포함한다.

상부 판 요소(14)의 제 1 애퍼처(42)의 하부 애퍼처부(44)와 정렬하여, 중앙 판 요소(16)는 벽(60)이 판 구조(12)에 수직인 표면에 평행하게 배향되고 중앙 판 요소(16)의 상부 면(56)으로부터 밑면(58)까지 확장하는 제 2 애퍼처(54)를 갖는다.

중앙 판 요소(16)의 제 2 애퍼처(54)와 정렬하여, 하부 판 요소(18)는 판 구조(12)에 수직인 표면에 평행하게 배향된 벽(64)과 바닥(39)을 가진 함몰부(62)를 갖는다. 위에 설명된 바와 같이, 바닥(39)은 제 1 주축(34) 방향으로, 즉 제 1 타원형 리세스(33)의 영역에 편평한 형상을 가지며, 제 2 주축(36) 방향으로, 즉 제 2 타원형 리세스(35)의 영역에서는 더 작은 스텝(41)과 더 큰 스텝(43)을 갖는다.

절연 요소(20, 24)는 2개의 판 요소(14, 16)와 판 요소(16, 18) 사이에 각각 배열된다. 절연 요소(20, 24) 위에 배열된 도체 경로 구조(22, 26)와 전기 도전성 판 요소(14, 16, 18) 사이에 전기 절연을 제공하기 위해서, 판 요소는 서로 면하여 있는 이들 면 상에, 쌍으로 상호작용하는 홈 구조를 구비하며, 이들은 각 경우에 채널 시스템을 형성하는데, 도체 경로 구조(22, 26)는 각각 채널 시스템의 벽으로부터 거리를 두고 배열된다. 상부 판 요소(14)는 이 목적을 위해서, 상부 판 요소(14)의 재료로 형성되는 제 1 홈 구조(76)를 밑면(74) 위에 가진다. 대응하여, 중앙 판 요소(16)는 상부 판 요소(14)의 밑면에 형성된 제 1 홈 구조(76)와 일치하는 제 2 홈 구조(78)를 상부 면(56) 위에 갖는다. 상부 판 요소(14)가 상부 절연 요소(20)를 삽입하여 중앙 판(16) 위에 놓여졌을 때, 제 1 홈 구조(76) 및 제 2 홈 구조(78)는, 채널 벽(82)을 가지며 상부 도체 경로 구조(22)를 수용하는 상부 채널 시스템(80)을 형성한다. 이것을 특히 도 13에 도면에서 볼 수 있다. 여기에서 상부 도체 경로 구조(22)는 채널 벽들(82)로부터 떨어져 있는 거리를 취하고 있고, 상부 채널 시스템(80)은 유전체로서 작용하는 공기로 채워져 있기 때문에, 상부 도체 경로 구조(22)는 상부 판 요소(14)로부터 그리고 중앙 판 요소(16)로부터 전기적으로 절연된다.

밑면(58) 위에서, 중앙 판 요소(16)는 중앙 판 요소(16)의 재료로 형성되고 하부 판 요소(18)의 상부 면(88)에 형성된 제 4 홈 구조(86)과 일치하는 제 3 홈 구조(84)를 가진다. 중앙 판 요소(16)는 하부 절연 요소(24)를 삽입하여 하부 판 요소(18) 위에 놓인다. 그럼으로써 제 3 홈 구조(84)는 제 4 홈 구조(86)와 조합하여, 하부 도체 경로 구조(26)를 수용하는 하부 채널 시스템(90)을 형성한다. 하부 도체 경로 구조(26)는 하부 채널 시스템(90)의 채널 벽(91)으로부터 거리를 두고 배열된다.

하부 채널 시스템(90)은 상부 채널 시스템(80)과 동일하나, 상부 채널 시스템(80)에 관련하여 판 구조(112)에 수직인 표면에 대해서 90°의 각도로 회전되어 있다.

평면 안테나(10)는 한 라인으로 배열된 8개의 개구(32) 및 한 열(column)로 배열된 8개의 개구(32)의 필드 형태로 도면에서 부분적으로만 도시되었다. 전반적으로, 평면 안테나(10)는 실제로는 현저하게 큰 구조를 가질 수 있고 상당히 많은 개구(32)를 포함하지만, 이들은 모두 위에 설명된 개구에 따라 구성된다. 전체 평면 안테나(10)는 예를 들어, 8개의 이러한 필드를 포함할 수 있고, 그 각각은 8개의 라인과 8개의 열을 갖는다.

발명에 따른 평면 안테나(10)는 고 안테나 이득, 큰 대역폭 및 매우 바람직한 편광 디커플링에 의해 차별된다. 네 잎 클로버와 유사한 개구(32)의 형상과, 제 1 주축(34) 방향으로 편평한 형상을 가지며 제 2 주축(36) 방향으로 더 작은 스텝(41)과 더 큰 스텝(43)을 갖는 각각의 개구(32)에 있어 바닥(39)이, 이에 기여한다. 각 경우에 더 큰 스텝(43) 위에는 제 2 디커플링 프로브(40)가 배열되고 이의 자유 단부 영역(92)은 중앙 교차 영역(37) 내로 확장한다. 제 1 디커플링 프로브(38)는 제 2 디커플링 프로브(40)과 이로부터 거리를 두고 배열된다. 이것은 제 2 디커플링 프로브(40)에 수직 배향되고, 이에 따라 제 1 주축(34)을 따라 확장한다.

평면 안테나(10)의 특성은 상부 도체 경로 구조(22) 및 하부 도체 경로 구조(26)가 각각 배열된 상부 채널 시스템(80) 및 하부 채널 시스템(90)을 형성하는 홈 구조(76, 78, 84, 86)의 제공에 의해 더욱 향상된다. 따라서, 판 요소(14, 16)와 판 요소(16, 18) 사이에 추가로 절연 포움(foam) 물질은 없어도 된다. 이에 따라, 이것은 평면 안테나(10)가 이의 수신 품질을 악화시킬 수 있을 습기를 비교적 거의 흡수하지 않는 이점을 갖는다. 또한, 수신 셀(30)에서 수신되는 서로 직교 편광된 전자기파는 공기로 채워진 채널 시스템(80, 90)을 통해 최적으로 전파할 수 있다.

Claims

서로 직교하여 선형 편광된 2개의 전자기파를 선택적으로 수신하기 위한 평면 안테나(planar antenna)로서,
상부, 중앙, 및 하부의 전기 도전성 판 요소(14, 16, 18)를 구비한 판 구조(12)를 포함하고, 상기 판 요소는 상부 및 하부 도체 경로 구조(22, 26)를 각각 탑재한 상부 및 하부 절연 요소(20, 24)를 삽입하여 서로 겹쳐 배열되고, 상기 판 요소(14, 16, 18)는 개구(32) 형태로 연이어 배열된 복수의 수신 셀(30)을 형성하며, 이들 각각 안으로 서로 수직으로 배열된 제 1 디커플링 프로브(38) 및 제 2 디커플링 프로브(40)가 확장하고, 모든 수신 셀(30)의 상기 제 1 디커프링 프로브(38)는 상기 상부 도체 경로 구조(22)에 의해서, 그리고 모든 수신 셀(30)의 상기 제 2 디커프링 프로브(40)는 상기 하부 도체 경로 구조(26)에 의해서, 정확한 진폭 및 정확한 위상으로 전기적으로 결합된, 상기 평면 안테나에 있어서,
상기 개구(32) 각각은 서로 중앙에서 교차하는 적어도 2개의 타원형 리세스(33, 35)에 의해 형성된 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 1항에 있어서, 상기 개구(32)는 평면에서 보았을 때 상기 판 구조(12)에 수직인 표면에 대해서 90°회전에 대해서 회전 대칭인 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 개구(32)는 제 1 주축(34) 및 이에 수직 배향된 제 2 주축(36)을 갖고, 상기 디커플링 프로브(38, 40) 각각은 주축(34, 36)에 수직 배향된 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 3항에 있어서, 상기 수신 셀(30)은 라인과 열(column)로 연이어 배열되고, 상기 개구(32)의 상기 제 1 및 제 2 주축(34, 36)은 상기 라인과 열에 대해 기울어진 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구(32)는 네 잎 클로버 또는 크로스와 유사한 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구(32)는 상기 상부 판 요소(14)의 상부 면(48) 방향으로 원뿔꼴로 넓어지는 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 6항에 있어서, 상기 개구(32)는 상기 상부 판 요소(14)의 영역에 원뿔꼴로 넓어지기만 하는 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구(32)는 바닥(39)을 구비하고, 상기 바닥은 제 1 타원형 리세스(33)의 영역에 편평한 형상을 갖고 상기 제 1 타원형 리세스(33)와 교차하는 제 2 타원형 리세스(35)의 영역에 적어도 하나의 스텝(41, 43)을 갖는 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스텝(41, 43)은 상기 제 2 타원형 리세스(35)의 상기 주축(36)에 수직으로 뻗어있는 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 타원형 리세스(33, 35)는 공통 교차 영역(37)을 갖고, 상기 적어도 하나의 스텝(41, 43)은 상기 교차 영역(37)의 에지에 배열된 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구(32)의 상기 바닥(39)은 상기 제 2 타원형 리세스(35)의 영역에 2개의 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 11항에 있어서, 상기 2개의 스텝(41, 43)은 서로 높이가 다른 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 12항에 있어서, 상기 2개의 디커플링 프로브(40) 중 하나는 상기 2개의 스텝(41, 43) 중 더 높은 스텝 위로 뻗어있는 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 8항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부 판 요소(18)는 상기 개구(32)의 상기 바닥(39)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판 요소(14, 16, 18)는, 서로 면한 이들의 면(74, 56; 58, 88) 위에, 쌍으로 교차하는 홈(groove) 구조(76, 78; 84, 86)를 갖고, 상기 상부 판 요소(14)의 밑면(74)과 상기 중앙 판 요소(16)의 상부 면(56) 위에 배열된 상기 홈 구조(76, 78)는 상기 상부 도체 경로 구조(22)가 상기 채널 벽(82)으로부터 거리를 두고 뻗어있는 상부 채널 시스템(80)을 형성하며, 상기 중앙 판 요소(16)의 밑면(58)과 상기 하부 판 요소(18)의 상부 면(88) 위에 배열된 상기 홈 구조(84, 86)는 상기 하부 도체 경로 구조(26)가 상기 채널 벽(91)으로부터 거리를 두고 확장하는 하부 채널 시스템(90)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 15항에 있어서, 상기 상부 및/또는 하부 채널 시스템(80, 90)은 기체 또는 유전 고체(dielectric solid)로 채워지거나 진공으로 되는 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 15항 또는 제 16항에 있어서, 상기 상부 및/또는 하부 절연 요소(20, 24)는 유연한 플라스틱 필름으로 구성된 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 15항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 도체 경로 구조(22, 26)는 상기 상부 절연 요소(20)의 상부 면 및/또는 밑면과 상기 하부 절연 요소(24)의 상부 면 및/또는 밑면에 배열된 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 15항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판 구조(12)는 자체 지지되는 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 15항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 판 요소(14, 16, 18)는 금속화 플라스틱 재료 또는 전기 도전성 플라스틱 재료로 제조된 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 15항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 채널 시스템(80, 90)은 동일한 구조를 갖고, 상기 하부 채널 시스템(90)은 상기 채널 시스템(80)에 대해 상기 판 구조(12)에 수직인 표면에 대해서 회전된 위치에 배열된 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.
제 21항에 있어서, 상기 하부 채널 시스템(90)은 상기 채널 시스템(80)에 대해 상기 판 구조(12)에 수직인 표면에 대해서 90°의 각도로 회전된 것을 특징으로 하는, 평면 안테나.