KR20110107348A - 소형 원형 편파 전방향 안테나 - Google Patents

소형 원형 편파 전방향 안테나 Download PDF

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KR20110107348A
KR20110107348A KR1020117017229A KR20117017229A KR20110107348A KR 20110107348 A KR20110107348 A KR 20110107348A KR 1020117017229 A KR1020117017229 A KR 1020117017229A KR 20117017229 A KR20117017229 A KR 20117017229A KR 20110107348 A KR20110107348 A KR 20110107348A
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로이덴 엠. 혼다
로버트 제이. 콘리
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엘에이치씨2, 인크.
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Abstract

타원으로 편파된, 전방향 방식으로 신호들을 송수신할 수 있는 안테나들이 개시된다. 예시의 실시예에서, 안테나는 미리 결정된 거리로 서로 근접하여 위치되는 두 요소들을 포함하여, 두 직교 편파 전방향 전자기파들이 송수신되도록 한다. 추가인 실시예에서, 두 요소들은 내부 인쇄 회로에 의해 지지되고, 상기 인쇄 회로는 레이돔 내에 포함될 수 있는 요소들에 피드를 공급하도록 구성되는 도체들을 포함한다. 대안의 실시예들은 다양한 길이의 복수의 요소들을 포함한다.

Description

소형 원형 편파 전방향 안테나{COMPACT CIRCULARLY POLARIZED OMNI-DIRECTIONAL ANTENNA}
본 특허 출원은 2009년 1월 23일에 제출되고 명세서가 본원에 참조로서 통합되어 있는 미국 가출원 일련번호 제 61/147,058의 이점을 주장한다.
전방향 안테나들을 기술하는, "Horizontal Polarized Omni-Directional Antenna(수평 편파 전방향 안테나)"라는 명칭으로 2007년 10월 1일에 제출된 미국 특허 출원 번호 11/865,673, 및 "Spiraling Surface Antenna(나선 표면 안테나)"라는 명칭으로 2009년 10월 8일에 제출된 미국 특허 출원 번호 12/576,207은 전체가 본원에 참조로서 통합되어 있다.
무선 통신은 개인 및 전문적인 영역들에서 현대 생활의 필수적인 일부분이 되었다. 이는 음성, 데이터, 및 다른 유형들의 통신에 이용된다. 무선 통신은 또한 군사용 및 응급 응답 애플리케이션들에 이용된다. 무선으로 행해지는 통신들은 캐리어 매체(carrier medium)와 같은 전자기 스펙트럼에 의존한다. 불행하게도, 전자기 스펙트럼은 제한된 자원이다.
전자기 스펙트럼이 광범위한 주파수들에 걸쳐 있을지라도, 주파수 대역들의 물리적 특성으로 인해 그리고/또는 정부의 규제들로 인해 특정 주파수 대역들만이 이용된다. 더욱이, 무선 통신들을 위한 전자기 스펙트럼의 이용이 많이 보급되어 있어서 많은 주파수 대역들이 이미 과밀화되어 있다. 이러한 과밀화는 둘 및 셋 이상의 상이한 무선 통신 시스템들의 간섭을 야기할 수 있다.
그와 같은 간섭은 현대 사회의 많은 상이한 양상들에 중요한 무선 통신의 성공적인 송신 및 수신을 위협한다. 무선 통신 인터페이스는 재송신들을 필요로 하거나, 훨씬 더 큰 전력을 소비하는 이용을 야기하거나, 또는 일부 무선 통신들을 더 철저하게 방해할 수 있다. 결과적으로, 정보의 성공적인 통신을 방해할 수 있는 전자기 간섭을 감소시켜서 무선으로 통신하는 것이 필요하다. 수평 편파의 사용은 오버랩(overlap)하면서 인접하는 주파수 대역들 내에서 우세한 수직 편파 신호들로부터의 간섭을 감소시킴으로써 통신 신뢰도를 개선할 수 있다. 역으로 수평으로 편파된 간섭에 의해 지배되는 환경에서 수직 편파의 적용은 통신 신뢰도를 증가시킬 수 있다.
다중경로 페이딩(multipath fading)으로 인해, 특히 모바일 디바이스(mobile device)들이 신호 페이드(signal fade)들을 통과하는 경우, 통신 신뢰도가 감소하는 결과가 발생한다. 선형으로 편파되는 통신 시스템들은 전체적으로 타원형 또는 원형으로 편파되는 시스템들보다 다중경로 페이딩에 더 영향을 받기 쉬울 수 있다. 모바일 시스템들은 전형적으로 클라이언트 디바이스들에 대한 전방향 안테나 패턴을 필요로 한다. 전방향 안테나는 최소 안테나 이득 편차를 나타내는 방위 방사 패턴(azimuthal radiation pattern)에 의해 특징지어 진다. 수평으로 편파된 전방향 모바일 안테나들은 드물고 산업계에서 용이하게 구입 가능하지 않다. 원형으로 편파된 전방향 모바일 안테나들은 오히려 더 드물다.
무선 통신의 소형화에 대한 계속적인 추진 및 이의 유비쿼터스(ubiquitous)한 특성으로 더 작은 안테나들에 대한 필요성이 발생한다. 적절하게 크기가 정해지고 설계된 안테나는 기존의 설비들 내에 또는 자체의 특성상 작은 애플리케이션들 내에 새로이 장착(retrofit)될 수 있다. 소형이면서도 원형으로 편파된 신호들을 효율적으로 송수신할 수 있는 안테나는 다른 방식으로는 신중하게 구현하는데 어려울 수도 있었을 애플리케이션들에서 원형의 편파를 이용하는 것을 가능하게 한다.
수평, 수직, 또는 타원형 편파 배향, 특히 원형 편파로 그리고 전방향 방식으로 신호들을 송수신할 수 있는 안테나들의 예시의 실시예들이 기술된다. 본원에 기술된 소형의 공통-애퍼처(common-aperture), 듀얼 편파(dual polarization: D-pol) 안테나들의 예시적인 실시예들은 입력 포트들에 적절한 진폭 및/또는 위상 변조를 적용함으로써 임의의 편파 배향을 달성할 수 있다. 위상 및/또는 진폭 변조기들은 안테나 내부 및/또는 외부에 있을 수 있다. 예시의 실시예에서, 안테나는 전기 전도면들을 포함하고, 각각의 면은 내부 캐비티(cavity)를 형성한다. 제 1 면은 또한 제 1 내부 캐비티로의 무선 주파수(radio frequency: RF) 에너지 액세스가 가능하도록 구성되는 제 1 개구를 형성한다. 제 1 면은 제 2 면 부근에 위치되고 제 1 면 및 제 2 면은 동일선상에(collinear) 정렬된다. 제 1 면 및 제 2 면은 미리 결정된 거리만큼 분리되고, 인쇄 회로(printed circuit)를 포함하는 구조 부재는 상기 면들의 모두와 연결된다. 구조 부재는 면들을 지지한다. 인쇄 회로는 면들에 전기적으로 연결되는 다수의 전도체들을 포함한다.
대안의 실시예들은 다양한 단면 구성들을 포함하고 또한 안테나를 적어도 부분적으로 둘러싸는 레이돔(radome)을 포함할 수 있다.
개별적으로 기술될지라도, 상술한 실시예들은 상호 배타적이지 않고, 임의의 수의 실시예들은 제공된 구현예로 존재할 수 있다. 더욱이, 다른 안테나들, 시스템들, 장치들, 방법들, 디바이스들, 배열들, 메커니즘들, 접근법들 등이 본원에 기술된다.
상세한 설명은 첨부 도면들을 참조하여 진술된다. 도면들에서, 참조 번호의 최좌측 숫자(들)는 참조 번호가 처음 등장하는 도면을 식별한다. 상이한 도면들에서 동일한 참조 번호들을 이용하는 것은 유사하거나 동일한 아이템들을 가리킨다.
도 1은 90°의 리드(lead)를 갖는, 수직 및 수평의 두 직교파들의 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 두 파형들의 벡터 합들을 나타낸다.
도 3은 실시예에 따른, 일 예의 직각 하이브리드(hybrid)의 개략도이다.
도 4는 실시예에 따른 일 예의 전력 분배기(power splitter)-위상 시프터(phase shifter)의 개략도이다.
도 5a 및 도 5b는 두 가지 관점들로부터의 다이폴 안테나(dipole antenna)의 예시 방사 패턴들이다.
도 6a 및 도 6b는 두 가지 상이한 관점들로부터의 슬롯형 안테나(slotted antenna)의 예시 방사 패턴들이다.
도 7은 듀얼 편파 안테나를 형성하도록 배열되는 두 가지 관점들로부터의 두 슬롯형 실런더들의 예를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 각각 수평 및 수직 편파에 대한 마이크로스트립 안테나 공급 라인들을 구비하는 예시적인 인쇄 기판의 두 측면들을 나타낸다.
도 9는 접지 평면의 일부분이 에칭으로 벗겨져서 슬롯 라인이 드러난, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같은 마이크로스트립에 대한 예시적인 접지면을 나타낸다.
도 10은 도 9에 도시된 인쇄 회로의 변형으로서, 인쇄 회로들의 스트립라인 및 마이크로스트립 조합의 분해도의 두 사시도들을 나타낸다.
도 11은 일 실시예에 따라, 도 9에 도시된 바와 같은 인쇄 회로를 이용하는 조립된 공통 애퍼처 안테나, 및 도 7에 도시된 바와 같은 두 슬롯형 실린더들을 나타낸다.
도 12a, 도 12b, 및 도 12c는 일 실시예에 따라, 나선형 면 조립 부분들을 지지 구조로서 단일 인쇄 회로와 연결함으로써 예시 나선형 면 안테나를 구성하는 세 도면들을 나타낸다.
도 13a, 도 13b, 및 도 13c는 일 실시예에 따른 원형 마이크로스트립 직각 하이브리드에 대한 예시적인 설계를 나타낸다.
도 14는 도 13으로부터의 원형 마이크로스트립 직각 하이브리드와 결합되는 단일 반-파장 안테나를 이용하는 예시 나선형 면 안테나를 나타낸다.
도 15a 및 도 15b는 도 13으로부터의 원형 마이크로스트립 직각 하이브리드 및 도 14에 도시된 바와 같은 나선형 면 안테나 사이의 예시의 공급 관계의 두 근접도들을 나타낸다.
도 16a, 도 16b, 및 도 16c는 두 안테나 요소들이 상이한 길이들을 갖는, 공급 라인들을 포함하는 나선형 면 안테나의 세 도면들을 나타낸다.
도 17 및 도 18은 각각 예시 듀얼 편파 안테나의 수평 및 수직 편파들에 대한 전형적인 입면 패턴(elevation pattern)들을 나타낸다.
도 19 및 도 20은 각각 예시 듀얼 편파 안테나의 수평 및 수직 편파들에 대한 전형적인 방위 패턴(azimuth pattern)들을 나타낸다.
도 21은 일 실시예에 따른 안테나들의 어레이의 예를 나타낸다.
도 22a 및 도 22b는 일 예의 실시예에 따른 안테나를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성되는 레이돔의 예를 나타낸다.
서론
안테나로부터 발생하는 전기장이 지구의 표면에 의해 규정되는 면에 평행하도록 동작하는 안테나는 수평으로 편파되는 것으로 칭해진다. 수평 편파 안테나는 안테나의 물리적 수직 축이 지구의 표면에 의해 규정되는 평면에 실질적으로 수직인 채로 실장되거나 동작될 수 있고, 지구의 표면에 평행한 전기장을 계속 발생시킬 수 있음에 유의한다.
소형의 원형 편파 안테나들은 시장에서 널리 퍼지지 않았다. 개발되었고 시장에 나왔던 원형 편파 안테나들은 비교적 크거나, 미적으로 눈에 거슬리거나, 불량한 방사 패턴들을 가지거나 또는 대량으로 제조하는데 비현실적이다. 본 출원은 변조된 진폭 및 위상으로 여자(excite)될 수 있는 전방향 듀얼 편파 안테나의 다양한 실시예들을 개시하여 비교적 작고, 기존 수직 편파 안테나들과 미적으로 유사하고, 우수한 방사 특성들을 지니며, 실제적으로 제조 가능한 소형의 원형 편파 안테나를 획득한다.
본 명세서는 편파 구분을 통한 간섭 거부, 그리고 선형부터 원형까지의 임의의 편파를 구현하는 유일한 전방향 듀얼 편파 안테나 구조를 통한 다중경로 페이딩에 대한 저항 이 둘 모두를 처리하면서도, 그전과는 달리 수직 편파 안테나와 유사한 가늘게 보이는 단면을 제공한다.
기술된 듀얼 편파 안테나들은 수평, 수직, 또는 타원형 편파 배향으로 그리고 전방향 방식으로 신호들을 송수신하도록 구성된다. 본원에 기술되는 소형의 공통-애퍼처, 듀얼 편파(D-pol) 안테나들의 예시의 실시예들은 각각의 안테나의 입력 포트들에 분별 가능한 진폭 및/또는 위상 변조를 적용함으로써 임의의 희망하는 편파 배향을 달성할 수 있다.
설계 고려사항들
본 출원의 목적들을 위해 파장(λ)을 언급하는 것은 매체 내의 파장을 의미하고, 상기 매체는 1.0(자유 공간) 이상의 유전율(permittivity)을 갖는 것이 이해되어야 한다. 매체의 유전율로 인해 자유 공간에 대한 전자기 파형의 전파 속도가 변경되는 결과가 발생한다. 이 결과로서 파장은 비-자유 공간 매체에서 더 짧아진다. 매체 내의 파장에 대한 식은 다음과 같다:
λ = λ0/(εr)1/2
여기서,
λ = 매체 내의 파장
λ0 = 자유 공간 파장
εr = 매체의 유전율
또한 본 출원의 목적들을 위해, 상세하게 논의되는 바와 같이, 임의의 두 직교하는 선형 편파 전자기 파들은 모든 가능한 전자기파 편파들을 발생시키는 벡터 합을 산출하기 위해 변조될 수 있음이 이해되어야만 한다. 논의의 편의 및 명료성을 위해, 두 직교 성분들은 본원에서 지구의 표면에 대한 "수직" 및 "수평"으로 칭해지지만; 물리적 장치가 수직 또는 수평으로 배치될 필요는 없다.
안테나로부터 발산하는 방사는 위상 중심(phase center)으로부터 발생한다고 한다. 안테나의 위상 중심은 방사가 발생하는 소스(source)로 여겨지는 가상의 지점이다. 안테나로부터 발산하는 방사의 위상 중심은 또한 때때로 안테나의 물리적 중심이지만, 많은 경우들에서는 물리적 중심이 아니다. 많은 경우들에서, 위상 중심은 안테나 상에 있지 않을 수 있으나, 공중에 안테나로부터 어느 정도 거리일 수 있다. 나선형 면을 이용하여 설계되는 안테나의 위상 중심은 안테나의 내부에, 미리 결정된 위치에 애퍼처에 또는 애퍼처 부근에 있을 수 있다.
위상 중심의 위치는 여자된 나선형 면 안테나 내에서 방사되는 에너지의 물리적 원점(physical origin)과 동일하지 않을 수 있다. 방사되는 에너지의 물리적 원점은 흔히 나선형 면에 의해 형성되는 캐비티(cavity) 내에 있는 결합 갭에 있을 수 있다. 나선형 면을 이용하여 설계되는 안테나는 일반적으로, 발생되는 전기장이 원점의 물리적 지점으로부터 안테나 챔버들을 통하여 이동하고 나선형 면 안테나의 애퍼처로부터 방사될 때, 결합 갭으로부터 안테나의 면 벽들로 증가하는 반지름을 갖는다.
전방향 원형 편파는 하나가 다른 하나와 직교하며 전체적으로 동일 평면이며 그것들의 위상 중심들이 전체적으로 일치하도록 두 선형 편파 전방향 안테나들을 정렬함으로써 달성될 수 있다. 각각의 안테나로부터 방사되는 신호 진폭들이 대체로 동일할 수 있다. 양 안테나들의 전기장 벡터들은 전기장이 공간을 통하여 이동하는 동안 회전할 때 전기장 벡터들의 벡터 합이 전체적으로 일정한 진폭을 가지도록 하는 관계를 가질 수 있다. 90°의 리드를 갖는 수직 및 수평인 두 직교 파들이 도 1에 도시되고, 도 1에 도시된 두 파형들의 벡터 합들이 도 2에 도시된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 동일한 평면에서 양(positive)의 z 방향으로 이동하는 두 전기장 양(quantity)들 Ex(102) 및 Ey(104)를 고려하자. 도 1은 두 예시 직교 정현파들(102 및 104)의 개략도이다.
Ex = Axcos(ωt - z/v) (1a)
Ey - Aycos{(ωt - z/v) + ξ} (1b)
편의상 필드들은 z = 0 평면에 있다고 가정하자. 이는 매개 방정식(parametric equation)들의 세트를
Ex = Axcos(ωt) (2a)
Ey = Aycos(ωt + ξ) (2b)
로 간소화한다.
코사인 함수에 대한 삼각 가법 공식을 이용하며, 식 2b에 대해
Aycos(ωt + ξ) = Aycos(ωt + ξ) + Aysin(ωt)sin(ξ) (3)
ξ = λ/2라 하면, 식 3은
Aycos(ωt + π/2) = Aysin(ωt) (4)
로 축소된다.
이 간소화들을 통합하면, 매개 방정식 (2)를 다음과 같이 다시 기재한다
x = acos(ωt) (5a)
y = bsin(ωt) (5b)
매개 방정식들(5)을 제곱하면
x2 = a2cos2(ωt) 또는 x2/a2 = cos2(ωt) (6a)
y2 = b2sin2(ωt) 또는 y2/b2 = sin2(ωt) (6b)
(6a) 및 (6b)를 더하면,
x2/a2 + y2/b2 = cos2(ωt) + sin2(ωt) (7)
을 얻는다.
삼각함수 항등식 cos2(ωt) + sin2(ωt) = 1을 상기하면, (7)은
x2/a2 + y2/b2 = 1 (8)
의 형태가 될 수 있다.
식 (8)은 중심이 직각 좌표계 내의 원점(0, 0)에 있는 타원에 대한 표준 방정식이다. 이는 공통의 시작 지점을 갖는 두 직교하는 필드 벡터량들의 위상이 90°로 이격되어 있을 때, 상기 필드 벡터량들은 벡터 합(200)을 발생시키며 상기 벡터 합은 공간을 통해 이동할 때 벡터의 끝(tip)이 타원 경로를 그리므로, 타원의 편파를 기술한다. 도 2는 전체 사이클 도안 두 파형들의 벡터 합들을 도시한다. 시간에서의 한 지점에서, Ex(102)는 Ey(104)가 없을 때 지배적이지만, 다음 인스턴트에서는 Ex(102)의 크기가 감소하고 Ey(104)의 크기가 증가한다. 벡터 합은 벡터의 각 위치(as)를 변경시키며 Ex(102) 및 Ey(104)의 크기들을 변경시킨다. 직교 파들(100)은 도 2에 도시된 대로 소스로부터 멀어지면서 이동하고, 벡터 합(200)은 또한 자체의 각 위치를 변경하면서 소스로부터 멀어지도록 이동하므로, 벡터의 끝은 파가 공간에서 이동할 때 나선형(나사모양)을 그린다. 상수들 a 및 b가 같을 경우, 식 (8)은 원의 표준 방정식으로 치환된다. 그러므로, 원형 편파 안테나를 달성하기 위해, 두 방사기들은 자신들의 전기장(E-필드) 벡터들이 서로 직교하도록 지향되고, 각각의 방사기가 동일한 전력을 가지며, 자신들의 각각의 위상 중심들이 전체적으로 동일한 위치에 있도록 할 수 있다. 하나의 방사기의 위상은, 자체의 E-필드 벡터가 다른 방사기와 약 90°만큼의 전기 위상만큼 리드(lead) 또는 래그(lag)가 되도록 정해진다.
이 논의로부터 두 직교 E-필드들의 상대 위상(ξ) 및 개별 진폭들(Ax 및 Ay)을 변조함으로써 임의의 희망하는 타원 또는 선형 편파가 전방향 패턴으로 실현될 수 있음이 또한 확인될 수 있다.
따라서, 전방향 듀얼 편파(D-pol) 안테나의 하나의 예는: 다수의 도체들 중 적어도 하나의 도체에서 반송되는 제 1 신호의 위상을 조정하도록 구성되는 제1 위상 변조기; 상기 제 1 신호의 크기를 조정하도록 구성되는 제 1 진폭 변조기; 및 다수의 도체들 중 적어도 하나의 다른 도체에서 반송되는 제 2 신호의 크기를 조정하도록 구성되는 제 2 위상 변조기를 포함하여, 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호의 벡터 합이 안테나의 송신 및/또는 수신에 대한 희망하는 이득 및 희망하는 편파를 출력하도록 구성될 수 있다.
직교 선형 안테나들을 이용하여 원형 편파를 구현하기 위해서 요구되는 진폭 및 위상 관계들은, 하나의 예에서 α 직각 하이브리드를 이용함으로써 실현될 수 있다. 직각 하이브리드는 수직 및 수평 신호를 구성하여 원형 편파를 생성하는 하나의 방법이다. 도 3은 직각 하이브리드(300)의 예에 대한 개략도이다. 하나의 예에서, 직각 하이브리드(300)는 두 입력 포트들 및 두 출력 포트들을 갖는 4 포트 네트워크일 수 있다. 입력 포트들 중 하나에서 신호를 도입함으로써 출력 포트들에서 진폭이 동일한 신호들(각각의 출력 포트에서 입력 전력의 절반(-3 dB))이 출력된다. 그러나, 하나의 출력 포트에서는 지연이 제로(0)일 것이고 반면에 다른 출력 포트에서는 90°로 위상이 지연될 것이다. 신호를 다른 입력 포트에 인가하면, 출력 포트들에서의 위상 지연이 서로 바뀌는 점을 제외하고 동일한 결과가 발생한다. 그러므로 하나의 입력 포트에 공급되는 신호들은 우선회 원형 편파 방사 E-필드 벡터를 발생시키고 다른 입력 포트에 공급되는 신호들은 좌선회 원형 편파 방사 E-필드 벡터를 발생시키며, 이때 출력들은 직교 안테나들에 적용된다.
방사기들 중 하나로의 공급 라인에 -3 dB 전력 분할기(power divider; 402) 및 λ/4 라인 길이 차 또는 위상 시프터(phase shifter; 404)를 이용함으로써 유사한 결과가 달성될 수 있다. 도 4는 예시 전력 분배기/위상 시프터(power splitter/phase shifterl 400)의 개략도이다. 예시적인 전력 분배기/위상 시프터(400)가 동일한 평면 내에서 전방향인 두 직교 편파 안테나들에 적용되는 경우, 그 결과는 상기 평면 내에서 전방향 원형 편파이다.
도 2를 다시 참조하면, 위상차가 직교 신호들(102 및 104) 어느 쪽에도 도입되지 않고, 직교 신호들의 상대적 진폭이 변하는 경우, 방사되는 필드 벡터를 생성하는 벡터 합(200)은 수직 및 수평 사이의 임의의 공간 각 σ(202)으로 지향되고; 따라서 임의의 선형 편파가 달성될 수 있다. 양 직교 신호들(102 및 104)이 동상이고(전기적 위상 차가 존재하지 않는다) 상대적 진폭들이 일정한 경우, 편파 각(202)은 일정하게 유지된다.
전기-기계적 고려사항들
본 명세서의 목적들을 위해, 본원에 기술되는 전방향 듀얼 편파(D-pol) 안테나들은 다이폴 안테나 및 슬롯 안테나 이 둘 모두의 전자기파 송수신 속성들 및 특성들을 갖는 것으로 이해되어야만 한다. 서론으로, 각각의 속성들 및 특성들을 갖는 일반적인 다이폴 안테나 및 일반적인 슬롯 안테나가 본 섹션에서 논의된다. 그러나, 명세서 전체에 걸쳐, 논의되는 D-pol 안테나 실시예들은 자신들이 지니고 있는 다이폴 안테나 및 슬롯 안테나 속성들 및 특성들과 관련하여 논의될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 다이폴 안테나(502) 및 슬롯 안테나(602)는 거의 동일한 방사 특성들을 갖는다. 도 5 및 도 6은 각각 다이폴(502) 방사 패턴(500) 및 슬롯 안테나(602) 방사 패턴(600)을 도시한다. 수직으로 지향되는 다이폴(502)은 수직인 E 벡터(506)를 발생시킨다. 이 필드는 전체적으로 다이폴(502)의 축 주변으로 일정하므로 방위각 평면 내에 옴니 패턴(omni pattern)을 발생시킨다. 수직면 내의 필드는 그것이 다이폴(502)의 종단들에 접근하면서 감소하므로 3-D 방사 패턴 형상은 토러스(torus)의 형상과 유사하다. 도 5는 다이폴(502) 방사 패턴(500)의 개략도이다. 도 5a는 수직으로 편파된 E 벡터(506)를 갖는 입면 패턴(504)를 도시하는 측단면도이다. 전형적인 절반의 전력 빔 폭은 약 78도이다. 도 5b는 전방향 H-평면 패턴(508)을 도시한다. 도 5b에서, E 벡터는 화살촉의 지점으로 도시된다.
개구를 가지도록 형성되고, 무선 주파수 에너지로 여자되는 전도면은 슬롯 안테나로 칭해질 수 있다. 그러므로 형성된 개구는 슬롯으로 칭해질 수 있다. 도 6을 참조하면, 대체로 더 작은 직경의 실린더 내에 자체의 축이 수직으로 지향되는 슬롯으로 인해 E 벡터는 여자될 때 방위 평면에서 수직으로 그리고 전방향이 될 것이다. 입면 패턴(604)은 다이폴(502)의 입면 패턴과 동일하고 전체적으로 절반인 전력 지점들에서 약 78도이다. 편의상, 도 6a에 도시되는 슬롯 안테나(602)는 통상적인 실린더형으로 도시되고, 본 명세서에서 종종 실린더, 또는 슬롯형 실린더로 칭해진다. 그러나 슬롯 안테나(602)는 다양한 실시예들에서, 다른 단면들, 예를 들어, 나선형 단면들, 다각형 단면들, 타원형 단면들, 등을 가질 수 있다.
도 6a는 H 필드 벡터(606)의 배향을 도시한다. 이 도면에서, 도시되지 않지만, E 벡터(506)는 H 벡터(606)와 수직이고 도면의 평면으로 들어간다(또는 평면으로부터 나온다). 도 6b는 전방향 E-평면 패턴(608)을 도시한다. 여러 E 벡터들(506)이 원형의 E-평면 패턴(608) 주위에 도시되어 수평으로 편파된 E 벡터(506) 속성을 도시하고 강조한다.
예시 안테나 실시예들
도 7를 참조하면, 상술한 바와 같은, 예시적인 공통 애퍼처 듀얼 편파(D-pol) 안테나(700)는 두 λ/4 슬롯형 실린더 섹션들(702)을 이용하여 구성될 수 있다. 슬롯형 실린더 섹션(702)은 면으로부터 형성되어 원형의 실린더와 같은, 단면 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 대안의 실시예들에서, 슬롯형 실린더 섹션(702)은 다른 단면 형상, 예를 들어, 나선형 단면, 다각형 단면, 타원형 단면 등을 지닐 수 있다. 슬롯형 섹션들(702) 각각은 내부 종단들에서 닫혀 있거나, 또는 실린더의 둘레 주위로 이어지거나, 또는 외부 종단들에서 전도성 또는 비전도성 종단 캡(cap)들에 의해 또는 양쪽의 각각 어느 한쪽의 부재들 상에서의 양 유형들의 결합에 의해 닫혀있을 수 있다. 하나의 실시예에서, 이 구성은 단일 디바이스 내의 다이폴 및 슬롯형 안테나 특성들 및 특징들의 병치(juxtaposition)를 제공한다. 예를 들어, 슬롯형 섹션들(702)은 슬롯형 섹션들(702) 주위로 전류 경로를 생성하여 다이폴 안테나(502)를 구성하고 슬롯 안테나(602)의 직교 필드들의 적절한 여자를 위해 내부 종단들에서 닫힐 수 있다.
하나의 실시예에서, 두 슬롯형 섹션들(702)은 사이에 횡단 갭(transverse gap)(708)을 형성하는 상부 실린더(704) 및 하부 실린더(706)로 물리적으로 분리되고, 상기 실린더들의 축들은 공선(colinear)하여 다이폴 암(dipole arm)들을 형성한다. 도 7은 다이폴 쌍을 형성하는 구성을 도시한 도면이다. 다이폴 쌍은 다이폴 쌍의 장축 상에 위치되고 횡단 갭 내에 중심이 형성되는 위상 중심을 갖는다. 두 슬롯형 섹션들(702)은 다이폴의 위상 중심과 거의 일치하는 위상 중심을 갖는 슬롯 안테나를 형성한다.
따라서, 예시 D-pol 안테나(700)는 두 전기 전도면들(704 및 706)을 이용하여 구성될 수 있고, 두 면들은 내부 캐비티들을 형성한다. 도 7에 도시된 하나의 예에서, 상술한 형성의 결과로 두 실린더 섹션들(702)이 형성된다. 하나의 실시예에서, 제 1 면(704)은 개구 또는 슬롯을 가지도록 형성될 수 있고, 여기서 개구는 제 1 내부 캐비티로의 무선 주파수(RF) 에너지 엑세스가 가능하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 제 2 면(706)은 또한 개구 또는 슬롯을 가지도록 형성되고, 상기 개구는 제 2 내부 캐비티로의 무선 주파수(RF) 에너지 액세스가 가능하도록 구성된다.
도 7에 도시되는 바와 같은 하나의 실시예에서, 제 1 면(704)은 제 2 면(706) 부근에 위치되고, 제 1 면(704) 및 제 2 면(706)은 동선으로 정렬되어, 제 1 면 및 제 2 면이 미리 결정된, 원하는 거리만큼 분리되도록 한다. 일실시예에서 제 1 면(704) 및 제 2 면(706)은 상이한 단면 모양들을 형성할 수 있다. 추가의 실시예에서 제 1 면(704) 및 제 2 면(706)은 전기적으로 결합된다. 제 1 면(704)은 제 2 면(706)과 결합되어 슬롯형 섹션들(702)에 걸쳐 일정한 직교 성분(102)을 제공할 수 있다.
더욱 상세하게 후술될 대안의 실시예에서, 예시적인 D-pol 안테나(700)는 제 1 면(704) 및/또는 제 2 면(706)을 지지하도록 구성되는 구조 부재를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 구조 부재는 인쇄 회로를 포함할 수 있고, 예를 들어, 인쇄 회로는 제 1 면(704) 및/또는 제 2 면(706)에 전기적으로 연결되는 다수의 도체들을 지닐 수 있다.
대안적으로, 공통 애퍼처 D-pol 안테나(700)는 하나의 λ/4 길이 슬롯형 실린더 섹션 및 하나의 비-슬롯형 실린더 섹션으로 구성될 수 있다. 이 구성은 대응하는 위상 중심을 섹션들(702)의 장축을 따라 횡단 갭으로부터 멀어지도록 이동시키면서 수평 편파 안테나의 애퍼처를 감소시킨다. 예를 들어, 안테나(700)가 구성될 수 있으며, 여기서, 제 1 면(704) 및 제 2 면(706)은 길이에 있어서 동일하지 않고 제 1 및 제 2 면들 중 더 짧은 면은 면들(704 또는 706)의 더 긴 면의 종단 부근에서 밀봉(sealing)되는 종단 캡을 포함하고, 더 짧은 면이 안테나용 RF 쵸크(choke) 역할을 하도록 구성된다.
따라서, D-pol 안테나(700)는 제 1 면(704) 및 제 2 면(706)이 다이폴(502)을 형성하도록 구성될 수 있고, 여기서 다이폴(502)은 제 1 선형 편파 전방향 전자기파를 발생하도록 구성되며, D-pol 안테나(700)는 제 1 면(704)에서의 개구 및 제 2 면(706)에서의 개구가 1 선형 편파 전자기파에 대해 직각으로 편파되는 제 2 전방향 전자기파를 생성하도록 구성됨으로써 부가적으로 구성된다.
추가적인 예시의 실시예들 및 여자 방법들
슬롯형 섹션들(702) 내의 물리적 치수들이 설계 유연성을 제한할 수 있는 크기 한계들을 정하는 경우 슬롯형 섹션들(702)을 여자 또는 공급하는 것이 매우 복잡할 수 있다. 도 8에 도시된 하나의 예시 방법은 전도성 공급 라인들을 포함하는 인쇄 회로들(800)을 이용하여 슬롯형 섹션들(702)을 공급하는 것이다. 대안의 실시예들에서, 다른 유형들의 도체들이 이용될 수 있는데, 예를 들어, 도체들은 피드(feed)들, 공급 라인들, 접지 평면들, 단자들, 커넥터들, 트레이스(trace)들, 배선(wire)들, 케이블들, 및 다른 유형들의 송신 라인들, 디바이스들, 등을 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 예에서, 다이폴(502)용 공급 라인들 및 안테나(700)의 슬롯 안테나(602) 부분들은 수평의 마이크로스트립 공급 라인(802) 및 수직의 마이크로스트립 공급 라인(804)이다. 양 슬롯형 섹션들(702) 내의 슬롯들은 예를 들어 전력 분배기(806)를 하여 공급될 수 있다. 도 8a는 이 방법을 이용하는 인쇄 회로들(800)을 도시한 도면이다.
용어들 "결합" 또는 "결합하는"은 다음의 논의에서 물리적 접속 또는 비물리적 접속을 포함하여, 하나의 도체에서 다른 도체로의 에너지 전달을 칭하는데 이용된다. 비물리적 접속은 유도성 및/또는 용량성 방법들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다이폴(502)은 도 8b에 도시되는 수직 마이크로스트립 공급 라인(804)로부터의 에너지를 결합하는 슬롯 라인(808)을 통해 공급된다.
예를 들어, 하나의 실시에에서, 안테나(700)는 인쇄 회로(800)를 포함할 수 있고, 여기서 인쇄 회로(800)는 또한 안테나(700)의 구조 부재이다. 인쇄 회로(800)는 두 면들(702)에 대한 지지체일 수 있다. 하나의 실시예에서 인쇄 회로(800)는 두 면들(702)에 전기적으로 결합되는 다수의 도체들을 포함한다. 다른 실시예에서, 인쇄 회로(800)는 부분적으로 제 1 면(704)의 제 1 내부 캐비티 내에 그리고 부분적으로 제 2 면(706)의 제 2 내부 캐비티 내에 위치되고, 여기서 인쇄 회로(800)는 추가로 제 1 면 및/또는 제 2 면에 구조 지지체를 제공하도록 구성된다.
부가적인 실시예에서, 인쇄 회로(800)는 자체의 기하학적 구조에 있어서, 비평면이거나, 연성(flexible)이거나 기타 등등으로 곡선을 형성하고 있다. 예를 들어, 인쇄 회로(800)는 연성 인쇄 회로와 있어서와 같이, 곡선으로 형성된 기하학적 구조로 형성 가능할 수 있다. 다른 예를 들면, 인쇄 회로(800)는 도체들 및 공기 유전체를 포함하는 보편적인 유체 유전체로 구성될 수 있고, 계속해서 면들(704 및/또는 706)에 구조 지지체를 제공 가능할 수 있다.
슬롯-라인(808)은 또한 도 9에 도시된다. 도 9에 도시되는 바와 같은 하나의 예에서, 슬롯-라인(808)은 공통 접지 층의 두 절반들(900 및 902)이 서로 근접하게 배열될 때 형성된다. 하나의 실시예에서, 공통 접지 층의 두 절반들(900 및 902)은 각각 수평 마이크로스트립 공급 라인(802) 및 수직 마이크로스트립 공급 라인(806)에 대한 접지 평면들이다. 공통 접지 층의 두 절반들(900 및 902)은 수직 인쇄 회로(810) 및 수평 인쇄 회로(812) 사이에 임베딩(embedding)될 수 있다. 공통 접지 층의 두 절반들(900 및 902)은 두 면들(704 및 706)에 결합될 수 있다.(도 11은 이 구성을 갖는, 조립된 공통 애퍼처 안테나(1100)의 예를 도시한다.)
하나의 실시예에서, 인쇄 회로(800)는 제 1 개구에 걸친 제 1 전기장을 유도하여 전자기파의 수평 성분(102)을 에너지화하도록 구성되는 제 1 전기 전도성 피드, 및 제 1 면에 전기적으로 결합되고 제 1 및 제 2 면들에 걸친 제 2 전기장을 유도하여 전자기파의 수직 성분(104)을 에너지화하도록 구성되는 제 2 전기 전도 피드를 포함한다.
하나의 실시예에서, 인쇄 회로(800)는 다층의 인쇄 회로이다. 하나의 예에서, 인쇄 회로(800)는, 전자기파의 수평 성분(102)을 에너지화하도록 구성되는 제 1 전도체를 포함하는 제 1 층; 유전체 재료를 포함하는 제 2 층; 제 1 및 제 3 전도체들에 대한 접지로서 구성되고, 제 1 면(704) 또는 제 2 면(706)에 전기적으로 결합되는 제 2 전도체를 포함하는 제 3 층; 유전체 재료를 포함하는 제 4 층; 전자기파의 수직 성분(104)을 에너지화하도록 구성되는 제 3 전도체를 포함하는 제 5 층; 유전체 재료를 포함하는 제 6 층; 및 제 3 전도체에 대한 접지로서 구성되고, 제 1 면(704) 및 제 2 면(706)에 전기적으로 결합되는 제 3 전도체를 포함하는 제 7 층을 포함한다.
도 10은 스트립라인/마이크로스트립 공급 라인 인쇄 회로(800) 실시예의 분해 사시도들을 도시한다. 본 실시예는 도 8에 도시된 방법의 변형예이다. 하나의 예에서, 수직 공급 라인은 스트립라인(1002)으로 임베딩되고 슬롯-라인(808)은 외부 접지 평면(1004) 상에 있다. 하나의 예에서, 슬롯-라인 절반들(1004)은 횡단 갭(708)에서 두 실린더들(704 및 706)에 결합된다. 하나의 실시예에서, 공통 접지 평면(1008)은 전도성 재료의 연속 시트(sheet)이고, 접지 평면과 두 실린더들(704 및 706)의 내부 면이 접촉하는 에지(edge)들에 위치된, 상기 전도성 재료의 작은 섹션이 제거되어 노치(notch)(1010)를 형성한다. 노치(1010)는 횡단 갭(708)의 단락이 발생을 예방하지는 못할지라도 감소하도록 구성된다. 상기 방식에서, 두 실리더의 절반들 사이의 슬롯-라인(808)에 의해 유도되는 전기장은 횡단 갭의 주위를 따라 연속된다. 그러므로, 두 실린더의 절반들(704 및 706)은 별개의 다이폴 암들로 유지될 수 있다.
도 11은 기술된 공급 방법들의 어느 하나를 이용하는 공통 애퍼처 안테나(1100)의 어셈블리를 예시한다.
하나의 실시예에서, 도체들은 제 1 면(704)에 전기적으로 결합되어 전기 에너지를 제 1 면(704)에 실질적으로 균등하게 에너지화도록 분배하는 제 1 분배 부재, 및 제 2 면(706)에 전기적으로 결합되어 전기 에너지를 제 2 면(706)에 실질적으로 균등하게 에너지화하도록 분배하는 제 2 분배 부재를 포함한다. 하나의 실시예에서, 분배 부재들은 수평 마이크로스트립 공급 라인(802) 및 수직 마이크로스트립 공급 라인(804)일 수 있다. 다른 예에서, 분배 부재들은 공통 접지 층의 두 절반들(900 및 902)일 수 있다. 부가적인 예에서, 분배 부재들은 슬롯-라인 절반들(1004 및 1006)일 수 있다. 하나의 실시예에서 분배 부재들은 실질적으로 평면이고, 동일 평면이며, 미리 결정된 갭만큼 분리된다. 대안의 실시예들에서, 분배 부재들은 평면이 아니다. 예를 들어, 분배 부재들은 곡선이거나 연성의 기하학적 구조를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 나선 면 안테나(Spiraling Surface Antenna: "SSA")로 칭해지는 수평 편파 안테나의 하나의 예가 공동 계류중인 특허 출원 12/576,207에 기술되어 있다. 도 12에 도시되는 바와 같은 하나의 실시예에서, SSA 설계(1200)는 또한, 슬롯형 실린더 설계(1100)에 대하여 논의되었던 바와 같이, 공통 애퍼처, 전방향 듀얼 편파(D-pol) 안테나(700)로 이용될 수 있다. 상술한 논의에서 기술된 두 λ/4 슬롯형 실린더들(702)의 설계에 있어서와 같이, 정렬되어 있는 자체의 축들을 갖는 두 λ/4 SSA들(1218 및 1222)에는 유사하게 동축 케이블들, 마이크로스트립 라인들, 이 둘의 결합, 또는 다른 적절한 도체들이 제공될 수 있다. 도 12는 SSA 공통 애퍼처 안테나(1200)를 공급하는 하나의 방법을 도시한다.
도 12a는 마이크로스트립 라인(1202), 수직 공급 케이블(1204) 및 수평 공급 케이블(1206), 인쇄 회로(1208) 및 종단 캡들(1210 및 1212)의 트레이스를 도시한 디바이스(1200)의 상면도이다. 도 12b는 인쇄 회로(1208), SSA 피드들(1214), 및 상부 SSA(1218)에서 종단 캡(1212)을 종료시키는 수직 편파 피드(1216)의 위치를 도시한 측면도이다. 도 12c는 공급 케이블들(1204 및 1206), 인쇄 회로(1208), SSA 피드(1214), 및 결합 갭(1220)의 상대 위치들을 도시한 단면도이다. 하나의 실시예에서, 인쇄 회로(1208)는 SSA 요소들(1218 및 1222)에 대한, 상술한 전기 에너지 분배 부재들을 포함할 수 있다.
하나의 예에서, SSA 안테나는 SSA 요소들의 쌍으로 구성될 수 있다. 실시예에서, 수직 편파 공급 케이블(1206)은 SSA 요소들(1222) 중 하나 내에서 작동된다. 수직 편파 공급 케이블(1206)을 형성하는 동축 케이블의 외부 실드(outer shield)가 종료되어 하부 종단 캡(1210)에 부착된다. 하부 종단 캡(1210) 내의 틈새 홀(clearance hole)은 수직 편파 피드(1216)의 중심 도체가 반대의 상부 종단 캡(1212)에 이어지도록 하고, 여기서 도체는 종료되고 상부 종단 캡(1212)에 부착된다. 수평 공급 케이블(1206)의 외부 실드가 종료되어 하나의 SSA 요소(1222)의 개방 종단에 있는 SSA 벽(1224)에 부착된다. 수평 공급 케이블(1206)의 중심 도체(1226)는 마이크로스트립 라인(1202)을 따라 약 0.05λ에 걸쳐서 계속되고 마이크로스크립 라인(1202)에 부착된다. 하나의 실시예에서, SSA 공급 프로브(feed probe)들(1214)은 SSA 요소들(1218 및 1222)의 결합 갭(1220)을 따라 전기장들을 여자하는데 이용된다. 도 12b 및 도 12c에 도시되는 바와 같이, 결합 갭(1220)에 걸쳐 있는 이 프로브들(1214)은 SSA의 마이크로스트립(1202) 및 내부 벽(1228)에 부착된다. 상부(1218) 및 하부(1222) SSA들은 자신들의 외부 종단들에서, 하나의 종단 캡이 공급 케이블들(1204 및 1206)을 수용하기 위한 틈새 홀들을 가지도록 한 채로, 종단 캐핑(end capping)될 수 있다.
예시의 직교 편파 기술들
이전의 절들에서 논의되는 공통 애퍼처 안테나(700, 1100, 및 1200) 방법들은 두 직교 편파들을 생성한다. 상술한 바와 같은 원형 편파를 달성하기 위해, 직각 하이브리드(quadrature hybrid; QH)가 이용될 수 있다. 도 3은 QH(300)의 개략도이다. 하이브리드의 출력 포트들은 공통 애퍼처 안테나(700, 1100, 또는 1200)의 수직 및 수평 피드들에 접속된다. 원형 편파의 양 센스(sense)들은 입력 포트들 이 둘 모두를 이용하여 달성된다. 두 피드들 중 어느 것이 QH(300)의 출력 포트들에 접속되는지에 따라 하나의 포트는 우선회 원형일 다른 하나는 좌선회 원형일 것이다. 도 13은 예를 들어 동박 적층판(copper clad laminate)(1302) 상에 에칭되는 예시의 원형 마이크로스트립 직각 하이브리드 설계(1300)를 도시한다. 도 13a는 QH(300)의 두 입력 암들(1306) 및 두 출력 암들(1308)을 구비한 예시의 마이크로스트립(1304) 설계를 도시한다. 도 13b는 배면 접지 층(1310), 입력 케이블들(1312), 및 출력 케이블들(1314)을 도시한다. 도 13c은 QH 설계(1300)의 사시도이다.
다른 예시의 실시예들
이전의 논의들은, 동축 케이블들 및/또는 마이크로스트립 전송 라인들을 통합할 것을 요구하는, λ/4 요소들의 아주 복잡한 공급 기술들을 설명했다. 다음의 논의는 약 λ/2 요소들을 이용하는 예시의 공통 애퍼처 안테나 설계(700, 1100, 또는 1200)를 기술한다. 상기 논의는 예로서 SSA(1200)를 이용할 것이지만, 또한 슬롯형 실린더 안테나들(700 및 1100)을 포함하는 다른 설계들에 적용 가능하다. 도 14는 λ/2 SSA(1402) 및 원형 QH(1300) 결합의 예시의 실시예를 도시한다. QH(1300)는 본 예에서 두 가지 목적들을: 소형의 접지 평면으로 그리고 원형의 편파 생성기로서 제공할 수 있다.
따라서, 하나의 실시예에서 공통 애퍼처 안테나(700, 1100 또는 1200)는 두 전도체 면들, 예를 들어 (1200 및 1300)을 포함하여 구성될 수 있고, 제 1 면은 제 1 내부 캐비티를 형성하고 제 2 면은 실질적으로 평면을 형성한다. 실시예에서, 제 1 면(1200)은 제 1 내부 캐비티로의 무선 주파수(RF) 에너지 액세스가 가능하도록 구성되는 개구를 형성한다.
실시예에 따르면, 제 1 면(1200)은 실질적으로 원형의 형상, 실질적으로 타원형 형상, 실질적으로 나선형 형상, 또는 실질적으로 다각형 형상 중 적어도 하나를 포함하는 단면 형상을 갖는다. 추가적으로, 제 1 면(1200)의 종단은 제 2 면(1300) 부근에 위치되고, 제 1 면은 제 2 면에 수직이며, 여기서 제 1 면 및 제 2 면은 미리 거리만큼 이격되어 있다.
부가적인 실시예는 개구에 걸친 제 1 전기장을 유도하여 전방향 전자기파의 수평 성분을 에너지화하도록 구성되는 제 1 전도성 피드, 및 제 1 면(1200)에 전기적으로 결합되고 제 2 전기장을 유도하여 전방향 전자기파의 수직 성분을 에너지화하도록 구성되는 제 2 전도성 피드를 포함한다. 추가적으로, 전방향 전자기파의 하나의 성분의 위상을 조정하기 위해 적어도 하나의 위상 변조기가 포함되고; 전방향 전자기파의 수평 및 수직 성분들의 크기를 조정하기 위해 한 쌍의 진폭 변조기들이 포함되며, 여기서 전방향 전자기파의 수평 및 수직 성분들의 벡터 합은 원하는 이득 및 원하는 편파를 생성하도록 구성 가능하다.
실시예에서, 제 2 면(1300)은 인쇄 회로(800)를 포함할 수 있고, 여기서 인쇄 회로(800)는 다수의 도체들을 포함한다. 예를 들어, 도체들은 제 1 면(1200) 및/또는 제 2 면(1300)에 전기적으로 결합될 수 있다.
도 15는 SSA(1402)의 예시의 피드 접합부의 세부사항들을 도시한다. 도 15a는 수평 편파 케이블의 중심 도체(1506)가 종단 캡(1508)에 있는 외부 실드에 단락되는 것을 방지하기 위한, SSA(1402)의 내부 벽(1504)의 노치(1502)를 도시한다. 중심 도체(1506)가 통과 신장하여 내부 벽(1504)에 부착될 수 있도록 하는, 종단 캡 내에 있는 틈새 홀(1510)이 또한 도시된다. 도 15b는 SSA(1402) 및 예시의 원형 QH(1300)에 대한 피드 구성들을 도시한다.
도 16은 SSA(1604)와 동일하거나 유사한 단면 치수를 갖는 부속 하부 실린더(1602)를 구비한 공통 애퍼처 안테나(700)의 다른 구성(1600)을 도시한다. 하나의 예에서, 전체적으로 일정한 단면이 양 요소들(1602 및 1604) 전체를 통해 유지될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 부속물(1602)의 단면은 설계 요건들에 의해 지시되는 바와 같이, SSA(1604)의 단면보다 더 크거나 더 작은, 또는 상이한 기하학적 구조일 수 있다. 도 16a, 도 16b, 및 도 16c는 각각 상면도, 측면도, 및 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같은 하나의 예에서, 부속 하부 실린더(1602)는 SSA(1604)에 가장 가까운 종단(1606)이 밀봉된 채로 속이 비어 있다. 수직 편파 케이블(1608)의 외부 실드가 종료되어 이 밀봉된 종단(1606)에 부착된다. 중심 도체(1610)는 밀봉된 종단(1606) 내에 있는 틈새 홀(1612)을 통해 이어지고, SSA의 종단 캡(1614)에서 종료하여, 종단 캡(1614)에 부착된다. 하나의 예에서, 수평 편파 케이블(1616)은 부속 하부 실린더(1602)의 밀봉된 종단(1606) 내의 틈새 홀(1618)을 통과하고, 외부 실드는 SSA(1604)의 종단 캡(1614)에서 종료하여 종단 캡(1614)에 부착된다. 중심 도체(1620)는 종단 캡(1614) 내의 틈새 홀(1622)을 통과하고 나서 중간의 벽-대-종단 캡 간격(1624)을 걸치고 종료하여 면 내의 중간 벽(1626)에 부착된다. 도 16b는 종단 캡 및 중간의 벽 에지 사이에 의도적으로 설계된 간격(1624)을 도시한다. 도 16a 및 도 16b 이 둘 모두에서 SSA(1604) 및 하부 실린더 부속물(1602) 사이의 공간은 공기(air)로 도시된다. 다른 실시예들에서, 이 간격은 유전체로 충전될 수 있다.
하나의 실시예에서, 전체 유닛(1600)은 보호 및 구조 강성을 위해 레이돔 내에 배치될 수 있다. 원하는 경우, 부속물(1602)은 RF 쵸크가 되도록 설계되어 동축 케이블들을 따른 전류 흐름을 방지할 수 있다. 하나의 예에서, 부속물(1602) 길이는 부속물(1602)의 내부 공간을 유전체로 충전하여 짧아짐으로써 λ/4 RF 쵸크 전기 특성들이 유지될 수 있다.
하나의 실시예에서, SSA(1604)에 대한 부속물(1602)은 물리적으로 짧게 제조될 수 있고 전도 시트 또는 접지 평면에 접속될 수 있다. 이 설계에 있어서, SSA(1604)는 진폭 및/또는 위상 변조를 통해 다수의 편파들이 가능한 접지 평면에 대한 듀얼 편파 단극으로 변환될 수 있다. 다른 실시예들에서, SSA(1604)는 또한, 부속물(1602)이 전도 면을 가진 상태에서 공진기로서 기능을 하도록 포어쇼트닝(foreshortening)되어 전체 장치가 공진 안테나 시스템이 되도록 할 수 있다.
성능 특성들
(700, 1100, 1200, 1400, 또는 1600)을 포함하는 안테나들의 수직 및 수평 편파 이 둘 모두에 대한 예시의 원거리장(far field) 방사 패턴들이 도 17 내지 도 20에 도시된다. 도 17은 수평 편파 입면 패턴(1700)을 도시하고 도 18은 수직 편파 입면 패턴(1800)을 도시한다. 양 패턴 단면들은 전체적으로 숫자 8의 형상(환상면의 수직 단면)이다. 도 19는 방위각 수평 편파 패턴(1900)을 도시하고 도 20은 방위각 수직 편파 패턴(2000)을 도시하고, 여기서 이 둘 모두는 안테나 축 주위로 전체적으로 원형으로 전방향 패턴을 나타낸다. 이 패턴들은 상술한 도 5 및 도 6에서 도시된 것과 매우 유사하다.
대안의 구성들
도 21에 도시되는 바와 같이, 안테나 어레이(antenna array)는 다수의 공선 배열 D-pol 구성 안테나들(2100)(각각의 구성 안테나는 완전 타원-편파 D-pol 안테나(700, 1100, 1200, 1400 또는 1600)이다)를 적층하여, 열(2102)을 형성함으로써 구성될 수 있다. 구성 안테나들(2100)의 각각은 구성 안테나(2100)와 연계된 전송 공급 라인을 가질 수 있다. 각각의 안테나 공급 라인과 연계되는 공급 지점은 상기 열 내의 각각의 개별 구성 안테나들(2100) 사이의 원하는 위상 관계를 설정하는 방식으로 열의 길이를 따라 이격될 수 있다. 안테나들(2100)의 열을 형성함으로써 추가된 각각의 안테나(2100)를 구비한 열의 유효 애퍼처가 증가할 수 있다. 그러므로, 안테나의 유효 애퍼처가 증가할수록 안테나의 이득도 증가한다. 예를 들어, 어레이 내의 안테나들(2100)의 수를 배가하면 이득이 3dB 증가한다.
대안으로, 하나 이상의 안테나들(2100)의 열들(2102)을 포함하는 행들이 어레이 내에 형성될 수 있다. 이 방식으로 구성되는 어레이는 평면 어레이일 수 있거나, 또는 원형, 타원형, 다각형, 또는 구조 면의 형상에 맞도록 외형이 형성되는 어레이일 수 있다. 그와 같은 어레이 내의 각각의 구성 안테나(2100)에 대한 원하는 위상 관계는 의도되는 안테나 어레이의 애플리케이션을 고려한 설계에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 그와 같은 어레이는 저 전력 유틸리티 메터(utility meter)들의 방향으로 고 안테나 이득을 발생시키고 동시에 셀룰러 전화 네트워크들 또는 인터넷 서비스 공급자들과 같은, 간섭하는 소스(interfering source)들의 방향으로 낮은 안테나 이득을 발생시키도록 구성될 수 있다.
안테나(2100)((700, 1100, 1200, 1400 또는 1600)를 포함하는)는 상대적으로 "슬림(slim)"하게, 즉 안테나가 다이폴과의 물리적인 유사성들을 가질 수 있도록 설계될 수 있으나, 수평으로 편파되는 전방향 안테나가 되도록 설계될 수 있다. 부가적인 실시에에서, 안테나(2100)는 또한 안테나(2100)를 부분적으로 또는 완전하게 둘러싸는 레이돔(2200)(도 22에 도시됨)을 포함할 수 있다. 대안의 실시예에서, 레이돔(2200)은 또한 안테나(2100)와 함께 포함되는 임의의 지지 구조를 부분적으로 또는 완전하게 둘러쌀 수 있다. 레이돔(2200)은 안테나(2100)를 손상으로부터 보호하기 위해 또는 안테나(2100) 및 전파 매체 사이의 임피던스 정합(impedance match)을 제공하기 위해 추가된다.
레이돔(2200)은 자체가 실외 애플리케이션들에서의 손상에 저항하도록 의도되는 경우 "구조적인(structual)" 레이돔(2200)일 수 있다. 예를 들어 레이돔(2200)이 바람이 강한 조건들에서 체험된 기계적 하중(mechanical loading)에 견디도록 구성될 수 있거나 부식 대기(corrosive atmosphere)들에 저항하는 재료들로 제조될 수 있다. 실내 환경들은 스내그(snag)들에 저항하고 즐거움을 주는 미학적 형태를 제공하기 위해 단지 안테나(2100) 상에 단순한 비-구조 코팅만을 요구한다. 하나의 예로, 안테나(2100) 상의 코팅 또는 유사한 커버링(covering)은 "비-구조(non-structual)" 레이돔(2200)일 수 있다. 하나의 실시예에서, 레이돔(2200)은 접속들을 위해 승강 부재 또는 실장 구조에 직접적으로 연결되도록 적응된다. 예시적인 실시예에서, 레이돔(2200)은 안테나(2100)를 둘러싸도록 구성되는(그리고 또한 지지 구조를 둘러싸도록 구성될 수 있다) 단면 형상(도 22b에 도시됨)을 가질 수 있다. 레이돔(2200)의 단면 형상은 실질적으로 원형의 형상이거나 또는 실질적으로 타원형의 형상 또는 실질적으로 직사각형의 형상일 수 있다. 레이돔(2200)의 단면 형상은 또한 상기 형상들의 결합들을 이용하여 구성될 수 있다. 다각형 형상은 실질적으로 원형인 형상 또는 실질적으로 타원형인 형상 또는 실질적으로 직사각형의 형상 중 하나 또는 이들의 결합에 의해 근사화될 수 있음을 주목하라. 더욱이, 안테나(2100)는 슬림하므로, 구조 레이돔(2200)의 단면 형상을 한정하는 최소 치수(즉, 원의 직경 또는 타원의 단축 또는 직사각형의 최소 치수)는 0.2λ 즉 안테나(2100)의 중심 주파수의 파장의 0.2배보다 더 작을 수 있다. 더욱이, 안테나(2100)가 슬림하므로, 비-구조 레이돔(2200)의 단면 형상을 한정하는 최소 치수(즉, 원의 직경, 타원의 단축, 또는 직사각형의 최소 치수)는 0.1λ 즉 안테나(2100)의 중심 주파수의 파장의 0.1배보다 더 작을 수 있다.
예를 들어, 915 MHz의 중심 주파수를 주위로 설계된 안테나(2100)용으로 구성된 구조 레이돔(2200)은 2.5 인치 미만의 직경을 갖는 원형 단면을 가질 수 있고 동일한 안테나(2100)용으로 구성되는 비-구성 레이돔은 1.3 인치 미만의 직경을 가질 수 있다. 다른 예로서, 2437 MHz의 중심 주파수 주위로 설계된 안테나(2100)용으로 구성된 구조 레이돔(2200)은 1 인치 미만의 최대 치수(하나의 정점으로부터 직접 마주하는 정점으로의 대각선)를 갖는 8각형을 가질 수 있고 동일한 안테나(2100)용으로 구성되는 비-구조 레이돔(2200)은 0.5 인치 미만의 최대 치수를 가질 수 있다.
하나의 실시예에서, 안테나(2100)는 유전체 재료로 부분적으로 또는 완전히 포장(envelop)될 수 있다. 유전체 로딩(dielectric loading)으로 칭해지는 이 프로세스는, 안테나(2100)의 내부 캐비티들을 유전체 재료로 충전하는 것을 포함할 수 있다. 유전체 로딩은 안테나(2100)의 모든 치수들이 상기 유전체 내의 동작의 파장의 함수에 따라 감소하도록 할 수 있다. 이는 유전체 로딩이 안테나(2100)에 적용될 때 특정한 중심 주파수에서 동작하도록 설계되는 안테나(2100)의 각각의 물리적 치수가 크기 면에서 동일한 비율만큼 감소할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 안테나(2100)의 모든 물리적 치수들은 안테나(2100)가 3.5의 유전율을 갖는 유전체를 이용하여 유전체 로딩되는 경우 0.53의 계수에 의해 감소할 수 있다. 그러나, 유전체 로딩은 이용되는 유전체의 손실 계수(dissipation factor)에 기초하는 안테나(2100)의 효율에 영향을 미칠 수 있다. 유전체 로딩은 유전체의 유전율에 기초하는 대응하는 계수에 의해 이전에 논의된 레이돔들(2200)의 슬림한 단면들을 추가로 감소시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 공기 유전체를 구비하며, 2437 MHz의 주파수 주위로 설계된 안테나(2100)는 1 인치 미만의 최대 치수를 갖는 구조 레이돔(2200)을 포함할 수 있다. 동일한 주파수 주위로 설계되지만, 3.5의 유전율을 갖는 재료를 이용하여 유전체 로딩된 안테나(2100)로 인해 결과적으로 구조 레이돔(2200)은 0.53 인치 미만의 최대 치수를 갖는다.
기계적 고려사항들
타원으로 편파된 듀얼 편파 안테나(2100)((700, 1100, 1200, 1400, 또는 1600)를 포함하는)를 구성하는데 이용되는 면들(704 및 706)은 예를 들어, 판금(sheet metal), 전도성 코팅 플라스틱, 연성 동박 Mylar 시트(flexible copper clad Mylar sheet), 동박 적층판들, 또는 물리적 치수들을 유지하도록 하고 예상되는 환경적인 조건들을 견디는데 충분히 강할 수 있는 임의의 전도성 재료로부터 제조될 수 있다. 면들(704 및 706)은 면들(704 및 706)을 형태를 중심으로 롤링(rolling)함으로써, 압출(extrusion)에 의해, 머시닝(machining)에 의해, 또는 원하는 형상을 제조하는 다른 방법들에 의해 형성될 수 있다.
튜빙(tubing), 채널들, 및 앵글 스탁(angle stock)을 포함하는, 상업적으로 구입 가능한 재료들은 면(704 및 706) 폼 팩터(form factor)를 구성하는데 이용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 나선형 면(1200 또는 1402)은 적어도 두 개의 형성된 부분들을 조립함으로써 구성될 수 있다. 형성된 부분들은 머시닝, 압출, 몰딩(molding), 벤딩(bending) 등을 포함하는 임의의 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다.
면(704 및 706)을 구성하는데 판금이 또한 이용될 수 있다. 설계 시에 벤드(bend)들이 존재하는 수에 따라, 판금은 브레이크, 스탬핑(stamping), 이송 금형(progressive die)들 또는 롤링을 이용하여 면들(704 및 706)로 형상화될 수 있다.
금속의 압출은 면들(704 및 706)을 형성하는 매우 비용 효율적인 방식일 수 있다. 이 방법의 일부 장점들은 상기 부분이 면들(704 및 706)의 필요한 모든 치수들로 압출될 수 있다는 것을 포함한다. 압출된 금속은 설계가 요구하는 길이가 무엇이든지 간에 원래의 스톡(stock)으로부터 간단히 절단될 수 있도록, 긴 길이들로 형성될 수 있다.
면들(704 및 706)은 또한 에칭된 동박 기판들(인쇄 회로들)로부터 제조될 수 있다. 이 방법의 하나의 장점은 에칭 프로세스로부터 얻을 수 있는 엄격한 공차(tolerance)들이다. 에칭된 동박 보드들은, 각각의 인쇄 기판이 조립 동안 제 위치에서 정확하게 유지되도록 하기 위해, 자체의 내부에 제조된 탭(tab)들 및 노치들을 가질 수 있다. 동박의 이용은 단지 예이며, 다른 전도성 크래딩(cradding)(금, 은, 알루미늄 등)이 또한 이 목적을 위해 기판들 상에서 이용될 수 있다.
하나의 실시예에서, 에칭된 보드들은 서로 결합하여 면들(704 및 706)을 형성할 수 있다. 대안의 실시예들에서, 벽들 중 하나 이상이 제거되어 면들(704 및 706)을 형성할 수 있다. 부가적인 대안의 실시예들에서, 하나 이상의 추가 벽들이 추가되어 면들(704 및 706)을 형성할 수 있다.
플라스틱들이 면들(704 및 706)에 몰딩되거나 압출될 수 있다. 그러나, 플라스틱 면의 벽들은 안테나로 이용하기 위하여 전도성 재료로 선택적으로 코팅되어야만 한다.
예를 들어, 연성 동박 Mylar는 유전체 재료 내에 임베딩하는데 이상적이다. 공급 라인 및 면들(704 및 706)의 구조는 Mylar 시트 상에서 에칭될 수 있다. 그 후에 시트는 형태 주위로 포장될 수 있고, 전체 조립은 유전체 재료에 의해 몰딩되어 종료되어, 면들(704 및 706)의 형태로 고체 구조가 될 수 있다.
결론
본 발명이 구조 특징들 및/또는 방법론적인 동작들에 특정한 언어로 기술되었을지라도, 첨부된 청구항들에서 규정되는 본 발명은 기술된 특정한 특징들 또는 동작들로 반드시 제한되는 것이 아님이 이해되어야만 한다. 오히려, 특정한 특징들 및 동작들은 청구된 발명을 구현하는 예시적인 형태들로 개시된다.
추가적으로, 다양한 신중한 실시예들이 전체에 걸쳐서 기술되었을지라도, 다양한 실시예들의 개별 특징들은 구체적으로 기술되지 않은 다른 실시예들을 형성하도록 결합될 수 있다. 기술된 실시예들의 특징들의 결합에 의해 형성되는 실시예들은 또한 나선형 면 안테나들이다.

Claims (19)

  1. 제 1 전도성 면 및 제 2 전도성 면으로서, 상기 제 1 면은 제 1 내부 캐비티(cavity)를 형성하고 상기 제 2 면은 제 2 내부 캐비티를 형성하며, 상기 제 1 면은 무선 주파수(radio frequency: RF) 에너지가 상기 제 1 내부 캐비티로 접속이 가능하도록 구성되는 제 1 개구를 형성하고,
    상기 제 1 면은 상기 제 2 면에 근접하게 위치되고, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면은 공선으로(collinear) 정렬되고, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면은 미리 결정된 거리만큼 이격되어 있는, 상기 제 1 전도성 면 및 상기 제 2 전도성 면; 및
    인쇄 회로를 포함하는 구조 부재로서, 상기 구조 부재는 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에 결합되며, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면을 지지하고, 상기 인쇄 회로는 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에 전기적으로 결합된 복수의 도체들을 포함하는, 상기 구조 부재를 포함하는, 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 인쇄 회로는 상기 제 1 개구에 걸친 제 1 전기장을 유도하여 전자기파의 수평 성분을 에너지화하도록 구성되는 제 1 전도성 피드(feed), 및 상기 제 1 및 제 2 면들에 걸친 제 2 전기장을 유도하여 상기 전자기파의 수직 성분을 에너지화하도록 구성되는 제 2 전도성 피드를 포함하는, 안테나.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 면은 실질적으로 원형의 형상, 실질적으로 타원형의 형상, 실질적으로 나선형의 형상, 또는 실질적으로 다각형의 형상 중 적어도 하나를 포함하는 단면 형상을 지니고;
    상기 제 2 면은 실질적으로 원형의 형상, 실질적으로 타원형의 형상, 실질적으로 나선형의 형사, 또는 실질적으로 다각형의 형상 중 적어도 하나를 포함하는 단면 형상을 지니는, 안테나.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 면은 상기 제 2 면과 전기적으로 결합되는, 안테나.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 도체들은 상기 제 1 면과 전기적으로 결합하여 상기 제 1 면을 실질적으로 균등하게 에너지화하도록 전기적 에너지를 분배하는 제 1 분배 부재, 및 상기 제 2 면과 전기적으로 결합되고 상기 제 2 면을 실질적으로 균등하게 에너지화하도록 전기적 에너지를 분배하는 제 2 분배 부재를 포함하는, 안테나.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제 1 분배 부재 및 상기 제 2 분배 부재는 실질적으로 평면이고, 동일 평면이고, 미리 결정된 갭만큼 분리되어 있는, 안테나.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 인쇄 회로는:
    전자기파의 수평 성분을 에너지화하도록 구성되는 제 1 전도체를 포함하는 제 1 층;
    유전체 재료를 포함하는 제 2 층;
    제 2 전도체를 포함하는 제 3 층으로서, 상기 제 2 전도체는 제 1 및 제 3 전도체들에 대한 접지로서 구성되며 상기 제 1 면 또는 상기 제 2 면에 전기적으로 결합되는, 상기 제 3 층;
    유전체 재료를 포함하는 제 4 층;
    상기 전자기파의 수직 성분을 에너지화하도록 구성되는 제 3 전도체를 포함하는 제 5 층;
    유전체 재료를 포함하는 제 6 층; 및
    제 4 전도체를 포함하는 제 7 층으로서, 상기 제 4 전도체는 상기 제 3 전도체에 대한 접지로서 구성되며 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에 전기적으로 결합되는, 상기 제 7 층을 포함하는, 안테나.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 면 및 상기 제 2 면이 다이폴(dipole)을 형성하도록 구성되고, 상기 다이폴은 제 1 전방향 전자기파를 생성하도록 구성되고, 상기 제 1 전자기파는 선형으로 편파되고, 상기 제 1 개구 및 상기 제 2 면 내의 제 2 개구는 제 2 전방향 전자기파를 생성하도록 구성되고, 상기 제 2 전자기파는 상기 제 1 전자기파에 대하여 직교 편파되는, 안테나.
  9. 청구항 1에 있어서,
    복수의 전도체들 중 적어도 하나에서 반송되는 제 1 신호의 위상을 조정하도록 구성되는 제 1 위상 변조기;
    상기 제 1 신호의 크기를 조정하도록 구성되는 제 1 진폭 변조기; 및
    상기 복수의 도체들 중 적어도 다른 하나에서 반송되는 제 2 신호의 크기를 조정하도록 구성되는 제 2 진폭 변조기로서, 상기 제 1 신호 및 상기 제 2 신호의 벡터 합은 원하는 이득 및 원하는 편파를 생성하도록 구성 가능한, 상기 제2 진폭 변조기를 더 포함하는, 안테나.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면 각각은 두 종단들을 갖고, 상기 제 1 면의 적어도 하나의 종단 및/또는 상기 제 2 면의 적어도 하나의 종단은 전기 전도성 종단 캡(cap)에 전기적으로 결합되는, 안테나.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 안테나의 길이는 상기 안테나에 의해 송수신되는 무선 신호의 파장에 대응되고,
    상기 안테나는 상기 안테나를 적어도 부분적으로 둘러싸는 레이돔(radome)을 더 포함하며, 상기 레이돔은 단면 형상을 갖고, 상기 단면 형상은 실질적으로 원형의 형상, 또는 실질적으로 타원형의 형상, 또는 실질적으로 직사각형의 형상이고,
    상기 레이돔은 구조적 레이돔이고, 상기 구조적 레이돔의 단면의 최소 치수는 상기 안테나에 의해 송수신되는 무선 신호의 파장의 0.2배 미안인, 안테나.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 안테나의 길이는 상기 안테나에 의해 송수신되는 무선 신호의 파장에 대응되고,
    상기 안테나는 상기 안테나를 적어도 부분적으로 둘러싸는 레이돔을 더 포함하고, 상기 레이돔은 단면 형상을 가지며, 상기 단면 형상은 실질적으로 원형의 형상, 또는 실질적으로 타원형의 형상, 또는 실질적으로 직사각형의 형상이고,
    상기 레이돔은 비-구조적 레이돔이고, 상기 비-구조적 레이돔의 단면 형상의 최소 치수는 상기 안테나에 의해 송수신되는 무선 신호의 파장의 0.1배 미만인, 안테나.
  13. 청구항 1에 따른 안테나를 복수로 포함하는 어레이.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 인쇄 회로는 부분적으로 상기 제 1 내부 캐비티 내에 그리고 부분적으로 상기 제 2 내부 캐비티 내에 위치되고, 상기 인쇄 회로는 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에 구조적 지지를 제공하도록 더 구성되는, 안테나.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면은 길이에 있어서 동일하지 않고 상기 제 1 및 제 2 면들 중 더 짧은 면은 상기 면들의 더 긴 면에 대한 종단 부근에서 밀봉되는 종단 캡을 포함하고, 더 짧은 면은 상기 안테나용 RF 쵸크(choke) 역할을 하도록 구성되는, 안테나.
  16. 제 1 전도성 면 및 제 2 전도성 면으로서, 상기 제 1 면은 제 1 내부 캐비티를 형성하고 상기 제 2 면은 실질적으로 평면을 형성하며, 상기 제 1 면은 무선 주파수(RF) 에너지가 상기 제 1 내부 캐비티로 접속이 가능하도록 구성되는 개구를 형성하고,
    상기 제 1 면은 실질적으로 원형의 형상, 실질적으로 타원 형상, 실질적으로 나선 형상, 또는 실질적으로 다각형 형상 중 적어도 하나를 포함하는 단면 형상을 갖고,
    상기 제 1 면의 종단은 상기 제 2 면의 부근에 위치되고, 상기 제 1 면은 상기 제 2 면에 수직(normal)이고, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면은 미리 결정된 거리만큼 이격되어 있는, 상기 제 1 전도성 면 및 상기 제 2 전도성 면;
    상기 개구에 걸친 제 1 전기장을 유도하여 전방향 전자기파의 수평 성분을 에너지화하도록 구성되는 제 1 전도성 피드;
    상기 제 1 면과 전기적으로 결합되고 제 2 전기장을 유도하여 상기 전방향 전자기파의 수직 성분을 에너지화하도록 구성되는 제 2 전도성 피드; 및
    상기 전방향 전자기파의 수직 또는 수평 성분들 중 하나의 위상을 조정하기 위한 제 1 위상 변조기;
    상기 전방향 전자기파의 수평 성분의 크기를 조정하도록 구성되는 제 1 진폭 변조기; 및
    상기 전방향 전자기파의 수직 성분의 크기를 조정하기 위한 제 2 진폭 변조기로서, 상기 전방향 전자기파의 수평 및 수직 성분들의 벡터 합은 원하는 이득 및 원하는 편파를 생성하도록 구성 가능한, 상기 제2 진폭 변조기를 포함하는, 안테나.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 안테나의 길이는 상기 안테나에 의해 송수신되는 무선 신호의 파장에 대응되도록 설정되고,
    상기 안테나는 상기 안테나를 적어도 부분적으로 둘러싸는 레이돔을 더 포함하며, 상기 레이돔은 단면 형상을 갖고, 상기 단면 형상은 실질적으로 원형의 형상, 또는 실질적으로 타원형의 형상, 또는 실질적으로 직사각형의 형상이고,
    상기 레이돔은:
    구조적 레이돔으로서, 상기 구조적 레이돔의 단면 형상의 최소 치수가 상기 안테나에 의해 송수신되는 무선 신호의 파장의 0.2배 미만인, 상기 구조적 레이돔, 또는
    비-구조적 레이돔으로서, 상기 비-구조적 레이돔의 단면 형상의 최소 치수가 상기 안테나에 의해 송수신되는 무선 신호의 파장의 0.1배 미만인, 상기 비-구조적 레이돔을 포함하는, 안테나.
  18. 청구항 16에 따른 안테나를 복수로 포함하는 어레이.
  19. 청구항 16에 있어서, 상기 제 2 면은 인쇄 회로를 포함하고, 상기 인쇄 회로는 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면에 전기적으로 결합되는 복수의 도체들을 포함하는, 안테나.
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