KR20130049714A - 재구성가능한 편광 안테나 - Google Patents

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KR20130049714A
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Abstract

실시예들은 고 품질의 원형, 타원형, 또는 선형 편광된 방사선을 만들 수 있는 안테나 시스템들을 포함한다. 실시예들은 단일 피드(싱글-엔디드(single-ended) 또는 차분) 또는 다수의 피드 안테나들을 포함한다. 실시예들은 상기 안테나 시스템의 천이 타입을 조정하기 위해 전자적으로 구성될 수 있다. 실시예에서, 상기 안테나 시스템의 편광은 적어도 피드 노드의 위치에 대한 접지 노드의 위치를 조정함으로써 조정된다. 또 하나의 실시예에서, 상기 안테나 시스템의 편광은 피드 라인들, 접지 노드들, 및 개방 노드들 사이에 하나 이상의 입력 노드들을 구성함으로써 조정된다. 또 하나의 실시예에서, 상기 안테나 시스템의 편광은 상기 시스템의 단일 차분 피드의 위상을 조정함으로써 조정된다.

Description

재구성가능한 편광 안테나{RECONFIGURABLE POLARIZATION ANTENNA}
관련 출원(들)에 대한 상호 참조
본 특허 출원은 2011년 11월 4일에 출원되고 발명의 명칭이 "롱 텀 에볼루션 무선 주파수 집적 회로"인 미국 가출원(제 61/556,094호)의 혜택을 주장하며, 위 가출원은 그 전체가 참고문헌으로 본 명세서에 병합된다.
기술 분야
본 발명의 분야는 일반적으로 안테나들에 대한 것이다.
원형 편광된(circulary polarized) 안테나를 만들기 위해, 종래 접근법들은 두 개의 피드를 안테나에 제공함으로써 두 개의 직교 선형 편광된 전기장 성분들을 만든다. 두 개의 피드(feed)들은 두 개의 직교(예컨대, X 방향, Y 방향) 전자기장 모드들을 여기시켜서(excite) 모드들 중 하나가 나머지 모드에 대해 90°위상 지연을 가지고 여기되게 한다. 원형 편광(CP)은 또한, 사각 패치(patch) 내에서 대각선들 중 하나를 따라 상기 피드를 배치함으로써, 사각 패치 내에 얇은 대각선 슬롯들을 포함함으로써, 타원형 패치 형상들에 의해, 또는 사각 패치 내에서 반대 코너들을 잘라냄으로써 단일 피드를 사용해서 달성될 수 있다.
일정한 조건들 내에서, CP를 만들기 위한 종래의 방법들은 부적합할 수 있다. 덧붙여서, 안테나 시스템이 그 효용을 증가시키기 위해, 가능한 한 많은 편광 타입들을 만들기 위해 재구성가능할 필요가 있다.
본 발명은 재구성가능한 편광 안테나들에 관한 것이다.
하나의 측면에 따르면, 시스템(system)은
접지면(ground plane); 및
복수의 입력 노드들을 포함하며, 상기 접지면 위의 평면 내에 장착되는 안테나 요소(antenna element);를 포함하고,
상기 안테나 요소는 상기 복수의 입력 노드들 중 적어도 하나를 구성함으로써 원하는 편광 타입(polarization type)으로 구성된다.
바람직하게는, 상기 복수의 입력 노드들은 단일 피드 노드(single feed node)를 포함하고,
상기 시스템은
상기 단일 피드 노드에 전기적으로 결합되는 피드 라인 프로브;를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 복수의 입력 노드들은 복수의 접지 노드들을 포함한다.
바람직하게는,상기 복수의 접지 노드들 중 적어도 하나는 상기 접지면에 전기적으로 결합된다.
바람직하게는, 상기 시스템은
각각의 스위치는 상기 복수의 접지 노드들 각각의 접지 노드와 상기 접지면 사이에 위치되고 상기 각각의 접지 노드를 상기 접지면에 전기적으로 결합하도록 제어가능한 복수의 스위치;들을 더 포함한다.
바람직하게는,상기 복수의 스위치들 각각은 각각의 버랙터(varactor)를 포함한다.
바람직하게는,상기 안테나 요소는 상기 복수의 스위치들을 구성함으로써 상기 원하는 편광 타입으로 구성된다.
바람직하게는,상기 안테나 요소는 상기 복수의 접지 노드들 중 하나 이상을 상기 접지면에 전기적으로 결합함으로써 상기 원하는 편광 타입으로 구성된다.
바람직하게는, 상기 시스템은
복수의 입력 프로브들로서, 각 입력 프로브는 상기 복수의 입력 노드들 각각에 전기적으로 결합되는, 상기 복수의 입력 프로브(input probe)들을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 시스템은
각각의 입력 신호들을 상기 복수의 입력 프로브들에 결합하도록 제어가능한 적어도 하나의 스위치를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 각각의 입력 신호들은 상기 복수의 입력 노드들 각각을 피드 노드(feed node), 접지 노드(grounding node), 또는 개방 노드(open node)로서 구성한다.
바람직하게는, 상기 각각의 입력 신호들은 상기 복수의 입력 노드들 중 하나를 피드 노드로서 그리고 상기 복수의 입력 노드들 중 하나를 접지 노드로서 구성해서, 원형 편광을 위한 안테나 요소를 구성한다.
바람직하게는, 상기 각각의 입력 신호들은 상기 복수의 입력 노드들 중 두 개를 피드 노드들로서 구성해서, 선형 편광을 위한 안테나 요소를 구성한다.
바람직하게는, 상기 시스템은
복수의 피드 라인 프로브들로서, 각각의 피드 라인 프로브는 상기 복수의 입력 노드들 각각에 전기적으로 결합되는, 상기 복수의 피드 라인 프로브(feed line probe)들을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 시스템은,
상기 복수의 피드 라인 프로브들에 결합된 출력단을 구비하는 차분 위상 천이기를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 차분 위상 천이기는 상기 안테나 요소를 상기 원하는 편광 타입으로 구성하기 위해 자신의 출력단의 위상을 조정하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 차분 위상 천이기는 오른쪽 원형 편광로부터 왼쪽 원형 편광으로 상기 안테나 요소를 재구성하기 위해 자신의 출력단의 위상을 반전시키도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 안테나 요소는 상기 원하는 편광 타입이 제1 주파수 채널에 걸쳐서는 제1 편광 타입에 대응하고 제2 주파수 채널에 걸쳐서는 제2 편광 타입에 대응하도록 구성된다.
하나의 측면에 따르면, 시스템에 있어서,
접지면;
안테나 요소(antenna element)로서,상기 접지면 위의 평면에 장착(mount)되며, 상기 안테나 요소 내의 제1 위치에 위치되는 피드 노드(feed node) 및 상기 안테나 요소 내의 제2 위치에 위치되며 상기 접지면에 전기적으로 결합되는 접지 노드(grounging node)를 포함하는, 상기 안테나 요소; 및
상기 안테나 요소의 상기 피드 노드에 전기적으로 결합되는 피드 라인 프로브(feed line probe);를 포함하고,
상기 피드 라인 프로브에 제공된 단일 피드를 가지고, 상기 안테나 요소가 원하는 원형 편광(CP) 대역폭에 걸쳐서 원형 편광으로 구성되도록 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치가 선택된다.
바람직하게는, 상기 안테나 요소의 치수들은 상기 안테나 요소의 결과적인 임피던스 대역폭이 상기 원하는 CP 대역폭과 실질적으로 매칭하도록 선택된다.
바람직하게는, 상기 안테나 요소는 인쇄형 안테나(printed antenna)를 포함한다.
본 발명에 의하면, 안테나 시스템이 많은 편광 타입들을 만들기 위해 재구성되어 그 효용을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.
본 명세서에 병합되어 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면이 본 개시물을 예시하며, 본 개시물의 원리를 설명하기 위해 그리고 당업자가 본 개시물의 주제를 이용하는 것을 가능하게 하기 위해, 설명과 함께, 작용한다.
도 1은 예시적인 안테나 시스템의 평면도이다.
도 2는 예시적인 안테나 시스템의 측면도이다.
도 3은 예시적인 안테나 시스템의 3차원도이다.
도 4는 예시적인 안테나 시스템의 측면도이다.
도 5는 예시적인 안테나 시스템의 3차원도이다.
도 6은 예시적인 안테나 시스템의 예시적인 구성들을 예시한다.
도 7은 예시적인 안테나 시스템의 평면도이다.
도 8은 예시적인 안테나 시스템의 측면도이다.
본 개시물이 첨부 도면을 참조해서 설명될 것이다. 일반적으로, 어떤 요소가 최초로 나타나는 도면은 대응하는 참조 번호에서 왼쪽 숫자(들)에 의해 통상적으로 나타난다.
넓은 주파수 대역 상에서 원형 편광을 만들어 내는 시스템들 및 방법들이 제시된다. 시스템들 및 방법들은 안테나 요소 내에 접지 핀의 도입을 수반한다. 접지 핀은 25% 이상의 임피던스 및 CP 대역폭을 활성화한다.
도 1은 예시적인 안테나 시스템(100)의 평면도이다. 예시적인 안테나 시스템(100)은 단지 예시 목적으로 제공되며 본 개시물의 실시예들의 제한은 아니다. 예시적인 안테나 시스템(100)은 안테나 요소(102), 접지면(104), 및 피드 라인 프로브(110)를 포함한다. 본 명세서 내의 교시를 기초로 해서 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 다른 실시예들에서, 안테나 시스템(100)은 다수의 안테나 요소들(102) 또는 안테나 요소들(102)의 어레이를 포함할 수 있다.
안테나 요소(102)는 예컨대, 패치 안테나와 같은 마이크로스트립 또는 인쇄형 안테나일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 안테나 요소(102)는 X-치수(X-dimension, 114) 및 Y-치수(Y-dimension, 116)과 함께, 직사각 형상을 갖는다. 안테나 요소(102) 내에 형성된 슬롯(112)은 부가적으로 안테나 요소(102)에 U-형상을 제공한다. 다른 실시예들에서, 안테나 요소(102)는 사각형, 타원형, 원형, 또는 임의의 다른 연속 형상일 수 있다.
안테나 요소(102)는 접지면(104) 위에 장착된다. 실시예에서, 안테나 요소(102)는 중간에 하나 이상의 절연 스페이서 층들을 이용해서(도 1에 도시되지 않음) 접지면(104) 위에 장착된다. 안테나 요소(102)는 예컨대, 안테나 패턴을 절연 또는 반도체 기판 상에 에칭해서 형성될 수 있다. (송신기 또는 수신기로의) 피드 라인이 피드 노드(106)를 통해 안테나 요소(102)에 제공되는데, 피드 노드는 피드 라인 프로브(110)에 전기적으로 결합된다. 접지 라인이 접지 노드(108)를 통해 안테나 요소(102)에 제공되는데, 접지 노드는 접지면(104)에 전기적으로 결합된다. 다른 실시예들에서, 접지 라인(및 접지 노드(108))은 제거된다.
실시예들에 따르면, 안테나 요소(102)는 원형 편광된(CP) 방사선을 방출하도록 구성된다. 원형 편광에서, 방출된 전자파는 진폭이 일정한 그러나 전자파가 이동하는 방향으로 회전하는 전기장을 갖는다(연관된 자기장 또한 일정하며 전기장에 수직인 방향으로 회전한다). 전기장은 시계방향(오른쪽 원형 편광) 또는 반시계 방향(왼쪽 원형 편광)으로 회전할 수 있다. 이상적인 CP 전기장은 두 개의 직교 선형 편광된 전기장 성분들로 구성되는데, 이 성분들은 동일한 진폭을 가지며 서로에 대해 90°만큼 위상이 다르다.
CP 안테나를 만들기 위해, 종래 접근법들은 두 개의 피드들을 안테나에 제공해서 두 개의 직교 선형 편광된 전기장 성분들을 만든다. 두 개의 피드들은 두 개의 직교(예컨대, X 방향, Y 방향) 전자기장 모드들을 여기시키는데, 모드들 중 하나는 나머지에 대해 90°위상 지연을 가지고 여기되도록 한다. 축비(AR:axial ratio)로 알려진 직교 전기장 성분들의 진폭들의 비는 만들어진 원형 편광의 품질의 척도이다. 0dB AR은 두 개의 모드들이 동일한 진폭을 갖도록 안테나가 두 개의 여기된 모드들의 공진 주파수들 사이의 정확히 중간에서 작동될 때 달성된다.
예시적인 안테나 시스템(100)에서, 원형 편광은 원하는 주파수 범위(원하는 CP 대역폭)에 걸쳐서 단일 피드를 가지고 달성된다. 따라서, 적어도 하나의 피드가 종래 설계들에 비해 제거된다. 실시예들에 따르면, 원형 편광은 X-치수(114), Y-치수(116), X-치수(114)의 Y-치수(116)에 대한 비, 접지면(104)에 대한 안테나 요소(102)의 크기, 안테나 요소(102) 내에서의 피드 노드(106)의 위치, 안테나 요소(102) 내에서의 접지 노드(108)의 위치, 피드 노드(106)에 대한 접지 노드(108)의 위치 중 하나 이상을 선택/구성함으로써 달성되는데, 두 개의 직교 전자기장 모드들이 원하는 CP 대역폭에 걸쳐서 여기되도록 달성된다.
위에서 나열된 파라미터들 중 하나 이상의 추가적인 조율은 만들어진 원형 편광이 원하는 CP 대역폭 상에서 원하는 품질(예컨대, AR)을 충족시키는 것을 허용한다. 실시예에서, 원하는 CP 품질은 안테나 요소(102) 내에서의 피드 노드(106) 및 접지 노드(108)의 위치들만을 선택/조율해서 달성된다. 또 하나의 실시예에서, 원하는 CP 품질은 안테나 요소(102)의 크기/형상 및 피드 노드(106)의 위치만을 선택/조율해서 달성된다.
원형 편광을 달성하는데 잠재적으로 도움이 되는 것에 덧붙여서, 안테나 요소(102)의 X-치수(114) 및 Y-치수(116)는 안테나 요소(102)의 임피던스 대역폭에 영향을 미친다. 안테나의 임피던스 대역폭은, 알려진 임피던스(예컨대, 50옴)와 비교해서, 안테나의 이용가능한 주파수 범위이다. 따라서, 실시예들에서, 안테나 요소(102)의 X-치수(114) 및 Y-치수(116)는 안테나 요소(102)의 원하는 임피던스 대역폭이 달성되도록 선택된다. 안테나 요소(102) 내의 슬롯(112)은 또한 안테나 요소(102)에 의한 신호 반사를 줄임으로써 원하는 임피던스 대역폭을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
나아가, 실시예에서, X-치수(114), Y-치수(116), X-치수(114)의 Y-치수(116)에 대한 비, 접지면(104)에 대한 안테나 요소(102)의 크기, 안테나 요소(102) 내에서의 피드 노드(106)의 위치, 안테나 요소(102) 내에서의 접지 노드(108)의 위치, 피드 노드(106)에 대한 접지 노드(108)의 위치 중 하나 이상이 추가로 선택/구성되는데, 이는 안테나 요소(102)의 임피던스 대역폭이 넓은 대역 상에서 안테나 요소(102)의 원하는 CP 대역폭과 일치하도록 하기 위해서이다. 이는 안테나 요소(102)가 넓은 이용가능한 주파수 범위 상에서 고 품질의 원형 편광을 만드는 것을 가능하게 한다(즉, 이 범위 안에서 안테나 요소(102)가 낮은 반환 손실을 갖는다).
도 2는 도 1 에서 위에서 설명한 예시적인 안테나 시스템(100)의 측면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 실시예에서, 피드 노드(106)는 스루-칩 비아(through-chip via, 118)를 이용해서 피드 라인 프로브(110)에 전기적으로 결합된다. 유사하게, 접지 노드(108)가 스루-칩 비아(through-chip via, 120)를 이용해서 접지면(104)에 전기적으로 결합된다. 피드 노드(106) 및 접지 노드(108)를 피드 라인 프로브(110) 및 접지면(104)에 각각 상호접속시키는 다른 방식들이 또한 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 이용될 수 있다.
도 3은 예시적인 안테나 시스템(300)의 3차원도이다. 예시적인 안테나 시스템(300)은 오직 예시 목적으로 제공되며 본 개시물의 실시예들이 제한은 아니다. 예시적인 안테나 시스템(100)과 마찬가지로, 예시적인 안테나 시스템(300)은 안테나 요소(102), 접지면(104), 및 피드 라인 프로브(110)를 포함한다. 본 명세서 내의 교시를 기초로 해서 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 다른 실시예들에서, 안테나 시스템(300)은 다수의 안테나 요소들(102) 또는 안테나 요소들(102)의 어레이를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 안테나 요소(102)는 접지면(104) 위에 장착된다. 실시예에서, 안테나 요소(102)는 중간에 하나 이상의 절연 스페이서 층들을 이용해서(도 3에 도시되지 않음) 접지면(104) 위에 장착된다. (송신기 또는 수신기로의) 피드 라인이 피드 노드(106)를 통해 안테나 요소(102)에 제공되는데, 피드 노드는 스루-칩 비아(118)를 통해 피드 라인 프로브(110)에 전기적으로 결합된다.
안테나 요소(102)는 또한 세 개의 접지 노드들(302a 내지 302c, 임의의 다른 수의 접지 노드들이 사용될 수 있음)을 포함하는데, 이들 각각은 접지면(104)에 전기적으로 결합될 수 있다. 실시예에서, 접지 노드들(302a 내지 302c) 각각은 나머지 접지 노드들과 독립적으로, 하나의 접지면(104)에 결합될 수 있다. 이로써, 임의의 수의 접지 노드들(302a 내지 302c)이 언제라도 접지면(104)에 결합될 수 있다. 예컨대, 접지 노드들(302a 내지 302c) 중 두 개 이상이 동시에 접지면(104)에 결합될 수 있다.
실시예에서, 접지면(104)에 전기적으로 결합되는 접지 노드들(302a 내지 302c)의 수 및/또는 위치들이 안테나 시스템(300)의 원하는 편광 타입에 의해 결정된다. 예컨대, 실시예들에서, 원형 편광을 위해, 접지 노드(302a)가 접지면(104)에 전기적으로 결합되고 접지 노드들(302b 및 302c)이 개방된 채로 남겨진다. 이 구성에서, 두 개의 직교 전자기장 모드들이 여기된다. 타원형 방사를 위해, 접지 노드(302b)가 접지면(104)에 전기적으로 결합되고 접지 노드들(302a 및 302c)가 개방된 채로 남겨진다. 선형 편광를 위해, 접지 노드(302c)가 접지면(104)에 전기적으로 결합되고 접지 노드들(302a 및 302b)이 개방된 채로 남겨진다. 이 구성은 단일 전자기장 모드를 여기시킨다. 동시에 접지 노드들(302a 내지 302c) 중 두 개 이상을 결합함으로써 편광의 다른 타입들 또한 실현될 수 있다.
위에서 설명된 예시적인 안테나 시스템(100)에서와 같이, 편광들의 상이한 타입들 각각(즉, 원형, 타원형, 선형)은 원하는 편광 대역폭 상에서 단일 피드를 갖는 안테나 시스템(300) 내에서 달성될 수 있다. 따라서, 원형 편광의 경우에, 적어도 하나의 피드가 종래 설계들에 비해 제거된다.
실시예들에서, 접지 평면(104)에 결합하기 위해 접지 노드들(302a 내지 302c)의 수 및/또는 위치들을 선택하는 것에 덧붙여서, 안테나 시스템(300)의 다른 파라미터들이 구성/조율될 필요가 있을 수 있다. 이러한 파라미터들은 예컨대, X-치수(114), Y-치수(116), X-치수(114)의 Y-치수(116)에 대한 비, 접지면(104)에 대한 안테나 요소(102)의 크기, 안테나 요소(102) 내에서의 피드 노드(106)의 위치, 안테나 요소(102) 내에서의 접지 노드들(302a 내지 302c)의 위치들, 및 피드 노드(106)에 대한 접지 노드들(302a 내지 302c)의 위치들 중 하나 이상을 포함한다.
실시예에서, 접지 노드들(302a 내지 302c) 각각은 접지면(104)에 대해 전기적으로 결합될 수 있거나, 접지 노드(302)와 접지면(104) 사이에 위치된 제각각의 스위치(도 3에 도시되지 않음)를 제어함으로써 개방된 채로 남겨질 수 있다. 제각각의 스위치들은 제각각의 제어 신호들을 이용해서 제어될 수 있다. 이와 같이, 안테나 시스템(300)의 편광 타입은 동적으로, 원하는 대로, 제각각의 스위치들을 제어함으로써 조정될 수 있다. 예컨대, 많은 서브채널들로 구성되는 넓은 주파수 대역을 수반하는 응용예에서, 안테나 시스템(300)은 서브채널당 상이한 편광 타입을 방사하기 위해 재구성될 수 있다.
도 4는 도 3에서 위에서 설명된 예시적인 안테나 시스템(300)의 측면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예에서, 접지 노드들(302a 내지 302c) 각각은 제각각의 스루-칩 비아(304) 및 제각각의 스위치(306)을 통해 접지면(104)에 결합된다. 도 4에서, 접지 노드(302a)에 대응하는 스루-칩 비아(304a) 및 스위치(306a)만이 도시된다. 스위치(306a)가 폐쇄될 때, 접지 노드(302a)는 접지면(104)에 전기적으로 결합된다. 그렇지 않은 경우, 접지 노드(302a)가 개방된다. 실시예에서, 스위치(306a)는 버랙터(가변 캐패시턴스 다이오드)를 포함하는데, 이 버랙터는 자신의 캐패시턴스를 바꾸기 위해 제각각의 제어 신호에 의해 제어된다. 활성 스위치들의 다른 타입들이 또한 스위치(306a)을 위해 사용될 수 있다. 접지 노드들(302a 내지 302c)을 접지면(104)에 상호접속시키기 위한 다른 방식들이 또한 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 사용될 수 있다.
도 5는 예시적인 안테나 시스템(500)의 3차원도이다. 예시적인 안테나 시스템(500)은 단지 예시 목적으로 제공되며 본 개시물의 실시예들의 제한은 아니다. 예시적인 안테나 시스템(500)은 안테나 요소(502), 접지면(104), 및 복수의 입력 프로브들(510a 내지 510c)을 포함한다. 본 명세서 내의 교시를 기초로 해서 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 다른 실시예들에서, 안테나 시스템(500)은 다수의 안테나 요소들(502) 또는 안테나 요소들(502)의 어레이를 포함할 수 있다.
안테나 요소(502)는 예컨대, 패치 안테나와 같은 마이크로스트립 또는 인쇄형 안테나일 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 안테나 요소(502)는 사각 형상을 갖는다. 안테나 요소(502) 내에 형성된 두 개의 슬롯들(504 및 506)은 부가적으로 안테나 요소(502)에 W-형상을 제공한다. 다른 실시예들에서, 안테나 요소(502)는 직사각형, 타원형, 원형, 또는 임의의 다른 연속 형상일 수 있다.
안테나 요소(502)는 접지면(104) 위에 장착된다. 실시예에서, 안테나 요소(502)는 중간에 하나 이상의 절연 스페이서 층들을 이용해서(도 5에 도시되지 않음) 접지면(104) 위에 장착된다. 안테나 요소(102)는 예컨대, 안테나 패턴을 절연 또는 반도체 기판 상에 에칭해서 형성될 수 있다. 안테나 요소(502)는 복수의 노드들(508a 내지 508c)을 포함한다. 노드들(508a 내지 508c)은 제각각의 스루-칩 비아들(512a 내지 512c)를 이용해서, 입력 프로브들(510a 내지 510c)에 각각 전기적으로 결합된다.
실시예들에 따르면, 입력 프로브들(510a 내지 510c)은 안테나 요소(502)를 가변적으로 피딩하기 위해 사용될 수 있는데, 이는 노드들(508a 내지 508c) 각각이 피드 노드, 접지 노드, 또는 개방 노드로서, 나머지 노드들과 독립적으로 구성될 수 있도록 하기 위해서이다. 실시예에서, 스위칭 메커니즘(하나 이상의 스위치들을 포함함, 도 5에 도시되지 않음)이 제각각의 입력 신호들을 입력 프로브들(510a 내지 510c)에 결합하기 위해 사용되는데, 이에 따라 노드들(508a 내지 508c)을 구성한다. 노드들(508a 내지 508c)의 구성에 따라, 제각각의 편광 타입이 안테나 시스템(500)을 사용해서 실현될 수 있다. 예컨대, 안테나 요소(502)가 두 개의 직교 모드들을 여기시켜서 (오른쪽 또는 왼쪽의) 원형으로 편광된 방사를 만들어내기 위해 피딩될 수 있다. 대안적으로, 안테나 요소(502)는 단일 모드를 여기시켜서 선형으로 편광된 방사를 만들어 내기 위해 피딩될 수 있다. 노드들(508a 내지 508c)은 원하는 대로, 안테나 시스템(500)의 편광을 조정하기 위해 재구성될 수 있다.
위에서 설명된 예시적인 안테나 시스템(100)에서와 같이, 편광들의 상이한 타입들 각각(즉, 원형, 타원형, 선형)은 원하는 편광 대역폭 상에서 단일 피드를 갖는 안테나 시스템(500) 내에서 달성될 수 있다. 따라서, 원형 편광의 경우에, 적어도 하나의 피드가 종래 설계들에 비해 제거된다. 다른 실시예들에서, 상이한 편광들은 두 개 이상의 피드들을 사용해서 달성된다.
도 6은 예시적인 안테나 시스템(500)의 예시적인 구성들을 예시한다. 본 명세서 내의 교시를 기초로 해서 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 도 6의 예시적인 구성들은 단지 예시의 목적으로 제공되며 본 개시물의 실시예들의 제한은 아니다.
위에서 설명된 바와 같이, 상이한 편광 타입들은 이로써, 노드들(508a 내지 508c)을 구성함으로써 예시적인 안테나 시스템(500)을 사용해서 달성될 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 오른쪽 원형 편광(RHCP)은 노드(508b)를 접지 노드로서, 노드(508c)를 피드 노드로서, 그리고 노드(508a)를 개방 노드로서 구성함으로써 만들어질 수 있다. 실시예에서, 이는 0 (볼트) 입력 신호를 노드(508b)에 결합되는 입력 프로브(510b)에, 그리고 +V (볼트) 입력 신호를 노드(508c)에 결합되는 입력 프로브(510c)에 (스위칭 메커니즘을 이용해서) 결함으로써 행해진다. 입력 프로브(510a)는 개방된 채로 남겨진다. 유사하게, 왼쪽 원형 편광(LHCP)은 동일한 방식으로, 노드(508b)를 접지 노드로서, 노드(508a)를 피드 노드로서, 그리고 노드(508c)를 개방 노드로서 구성함으로써 만들어질 수 있다.
선형 편광은 실시예에서, 노드들(508a 및 508c)을 피드 노드들로서 구성하고 노드(508b)를 개방 노드로 남김으로써 달성될 수 있다. 이와 같이, +V (볼트) 및 -V (볼트) 입력 신호들이 입력 프로브들(510a 및 510c)에 각각 인가되고, 입력 프로브(510b)가 개방된 채로 남겨진다.
실시예에서, 입력 프로브들(510a 내지 510c)의 상이한 피딩 모드들 중 임의의 모드가 스위칭 메커니즘의 적절한 구성에 의해 활성화될 수 있다. 실시예에서, 입력 신호들 -V (볼트), 0 (볼트), 및 +V (볼트)는 스위칭 메커니즘에 제공되는데, 이 메커니즘은 안테나 시스템(500)의 원하는 구성에 따라, 입력 프로브들(510a 내지 510c) 제각각에 입력 신호들을 결합한다.
도 7은 예시적인 안테나 시스템(700)의 평면도이다. 예시적인 안테나 시스템(700)은 단지 예시 목적으로 제공되며 본 개시물의 실시예들의 제한은 아니다. 예시적인 안테나 시스템(700)은 안테나 요소(102), 접지면(/104), 및 복수의 피드 라인 프로브들(704a 및 704b)을 포함한다. 본 명세서 내의 교시를 기초로 해서 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 다른 실시예들에서, 안테나 시스템(700)은 다수의 안테나 요소들(102) 또는 안테나 요소들(102)의 어레이를 포함할 수 있다.
안테나 요소(102)는 접지면(104) 위에 장착된다. 실시예에서, 안테나 요소(102)는 중간에 하나 이상의 절연 스페이서 층들을 이용해서(도 7에 도시되지 않음) 접지면(104) 위에 장착된다. 안테나 요소(102)는 복수의 피드 노드들(702a 및 702b, 임의의 다른 수의 피드 노드들이 사용될 수 있음)을 포함하는데, 이 노드들 각각은 피드 라인 프로브들(704a 및 704b) 제각각에 전기적으로 결합된다. 안테나 요소(102)는 또한 하나 이상의 접지 노드들(도 7에 도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 피드 라인 프로브들(704a 및 704b)은 단일 차분 피드를 안테나 시스템(700)에 제공하기 위해 사용될 수 있다. 실시예에서, 단일 차분 피드는 두 개의 직교 모드들을 여기시키게 구성되어, 안테나 시스템(700)이 원하는 CP 대역폭 상에서 원형 편광된 파동을 방사하도록 한다. 다른 실시예들에서, 단일 차분 피드는 편광의 다른 타입들을 만들어 내기 위해 위상이 조정된다.
실시예에서, 피드 라인 프로브들(704a 및 704b)은 차분 위상 천이기(differential phase shifter, 도 7에 도시되지 않음)의 출력단들에 결합된다. 위상 천이기는 자신의 출력단들의 위상을 (+/- 0 내지 180°) 조정하기 위해 사용될 수 있는데, +/-180° 위상 천이를 자신의 출력단들에 인가함으로써 위상 반전을 수행하는 것을 포함한다. 위상 천이기의 출력단들의 위상을 조정하는 것이 안테나 시스템(700)의 편광 타입을 바꾼다. 이와 같이, 안테나 시스템(700)의 편광은, 피드 라인 프로브들(704a 및 704b)에 인가된, 위상 천이기의 출력단들의 위상 천이를 구성/재구성함으로써 구성/재구성될 수 있다. 실시예에서, 위상 천이기는 위상 반전을 자신의 출력단들에 인가하기 위해 사용되며, 이에 따라 피드 라인 프로브들(704a 및 704b)의 극성들(및, 결과적으로, 피드 노드들(702a 및 702b)의 극성들)이 스위칭되게 한다. 이와 같이, 안테나 시스템(700)의 원형 편광은 왼쪽 원형 편광으로부터 오른쪽 원형 편광으로 또는 그 반대로 재구성될 수 있다.
도 8은 도 7에서 위에서 설명된 예시적인 안테나 시스템(700)의 측면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 실시예에서, 피드 노드들(702a 및 702b)은 각각, 제각각의 스루-칩 비아들(706a 및 706b)을 통해 피드 라인 프로브들(704a 및 704b)에 전기적으로 결합된다. 피드 노드들(702a 및 702b)을 피드 라인 프로브들(704a 및 704b)에 각각 상호접속시키기 위한 다른 방식들이 또한, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 사용될 수 있다.
실시예들이 명시된 기능들의 구현예 및 그 관계를 예시하는 기능적인 빌딩 블록들의 도움을 받아 위에서 설명되었다. 이러한 기능적인 빌딩 블록들의 경계들은 설명의 편의상 본 명세서 내에서 임의로 정의되었다. 명시된 기능들 및 그 관계들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들이 정의될 수 있다.
특정 실시예들의 이전 설명은, 다른 사람들이 해당 기술의 기량 내의 지식을 적용함으로써, 본 개시물의 일반적인 개념으로부터 벗어나지 않고, 과도한 실험 없이, 이러한 특정 실시예들과 같은 다양한 응용예들을 즉시 수정 및/또는 적응시킬 수 있도록 본 개시물의 일반적인 성질을 충분히 드러낼 것이다. 그러므로, 그러한 적응예들 및 수정예들이 본 명세서에 제시된 교시 및 지침을 기초로 해서, 개시된 실시예들의 등가물들의 의미 및 범위 내에 있도록 의도된다. 본 명세서의 용어 또는 어구가 교시들 및 지침 관점에서 당업자에 의해 해석되도록, 본 명세서 내의 어구 또는 용어는 설명 목적이며 제한 목적이 아니라는 것이 이해되어야 한다.
본 개시물의 실시예들의 폭 및 범주는 위에서 설명된 예시적인 실시예들 중 임의의 실시예에 의해 제한되어서는 안 되며, 단지 다음의 청구항들 및 그 등가물들에 따라서 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 시스템(system)에 있어서,
    접지면(ground plane); 및
    복수의 입력 노드들을 포함하며, 상기 접지면 위의 평면 내에 장착되는 안테나 요소(antenna element);를 포함하고,
    상기 안테나 요소는 상기 복수의 입력 노드들 중 적어도 하나를 구성함으로써 원하는 편광 타입(polarization type)으로 구성되는, 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 입력 노드들은 단일 피드 노드(single feed node)를 포함하고,
    상기 시스템은
    상기 단일 피드 노드에 전기적으로 결합되는 피드 라인 프로브;를 더 포함하는, 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 입력 노드들은 복수의 접지 노드들을 포함하는, 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 접지 노드들 중 적어도 하나는 상기 접지면에 전기적으로 결합되는, 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    각각의 스위치는 상기 복수의 접지 노드들 각각의 접지 노드와 상기 접지면 사이에 위치되고 상기 각각의 접지 노드를 상기 접지면에 전기적으로 결합하도록 제어가능한 복수의 스위치;들을 더 포함하는, 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 스위치들 각각은 각각의 버랙터(varactor)를 포함하는, 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 안테나 요소는 상기 복수의 스위치들을 구성함으로써 상기 원하는 편광 타입으로 구성되는, 시스템.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 안테나 요소는 상기 복수의 접지 노드들 중 하나 이상을 상기 접지면에 전기적으로 결합함으로써 상기 원하는 편광 타입으로 구성되는, 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    복수의 입력 프로브들로서, 각 입력 프로브는 상기 복수의 입력 노드들 각각에 전기적으로 결합되는, 상기 복수의 입력 프로브(input probe)들을 더 포함하는, 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    각각의 입력 신호들을 상기 복수의 입력 프로브들에 결합하도록 제어가능한 적어도 하나의 스위치를 더 포함하는, 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 각각의 입력 신호들은 상기 복수의 입력 노드들 각각을 피드 노드(feed node), 접지 노드(grounding node), 또는 개방 노드(open node)로서 구성하는, 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 각각의 입력 신호들은 상기 복수의 입력 노드들 중 하나를 피드 노드로서 그리고 상기 복수의 입력 노드들 중 하나를 접지 노드로서 구성해서, 원형 편광을 위한 안테나 요소를 구성하는, 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 각각의 입력 신호들은 상기 복수의 입력 노드들 중 두 개를 피드 노드들로서 구성해서, 선형 편광을 위한 안테나 요소를 구성하는, 시스템.
  14. 청구항 1에 있어서,
    복수의 피드 라인 프로브들로서, 각각의 피드 라인 프로브는 상기 복수의 입력 노드들 각각에 전기적으로 결합되는, 상기 복수의 피드 라인 프로브(feed line probe)들을 더 포함하는, 시스템.
  15. 시스템에 있어서,
    접지면;
    안테나 요소(antenna element)로서,상기 접지면 위의 평면에 장착(mount)되며, 상기 안테나 요소 내의 제1 위치에 위치되는 피드 노드(feed node) 및 상기 안테나 요소 내의 제2 위치에 위치되며 상기 접지면에 전기적으로 결합되는 접지 노드(grounging node)를 포함하는, 상기 안테나 요소; 및
    상기 안테나 요소의 상기 피드 노드에 전기적으로 결합되는 피드 라인 프로브(feed line probe);를 포함하고,
    상기 피드 라인 프로브에 제공된 단일 피드를 가지고, 상기 안테나 요소가 원하는 원형 편광(CP) 대역폭에 걸쳐서 원형 편광으로 구성되도록 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치가 선택되는, 시스템.
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