KR20140089307A - 제거 가능 접속 컴포넌트를 갖는 적층 안테나 어셈블리 - Google Patents

Abstract

전방향 RF 방사체 요소가 평면 유전체 기판 표면상에 형성된다. 상기 요소는 단면을 축소하고 가장 넓은 포인트에서 가장 좁은 포인트까지 축소된 상기 평면 기판 표면상에 형성되는 다수의 공동을 특징으로 한다. 공급 라인은 각각의 공동과 접속되며, 이들을 통해 RF를 전송하고 수신하도록 한다. 방사체 요소 각각은 상기 공급 라인에 접속되고 다른 커넥터와 협력 연결을 구성하도록 된 커넥터들을 사용하여 적층 구성으로 다른 요소들과 연결된다.

Description

제거 가능 접속 컴포넌트를 갖는 적층 안테나 어셈블리{STACKED ANTENNA ASSEMBLY WITH REMOVABLY ENGAGEABLE COMPONENTS}

본 출원은 2011년 2월 8일 제출된 미국 가 특허 출원 제61/440,744호 그리고 2011년 10월 25일 제출된 미국 가 특허 출원 제61/551,150호를 우선권의 기초로 하며, 이들 두 출원을 명세서에서 각각 원용한다.

본원 발명은 무선 주파수 통신의 전송 및 수신을 위한 안테나에 대한 것이다. 더욱 특별히 본원 발명은 안테나 구성에 의해 결정된 고 및 저 임계값 사이 모든 주파수 대역에서 RF 신호를 광대역 전송 및 수신하기 위해 제공하는 전방향 안테나에 대한 것이다. 이 같은 장치는 와이 파이, 셀룰러 밴드, 블루투스, 및 고 정밀 텔레비전 주파수 수신 및 전송에 특히 잘 적응할 수 있다.

외부 안테나는 일반적으로 크고 다루기 어려운, 원뿔 형태의 기다란 또는 야기 유형(Yagi type)의 구성을 가지며, 건물 지붕 위에, 다락방에, 또는 빌딩 등 야외에 수신기로 설치된다. 이 안테나들은 수신되는 신호 주파수 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 길이를 갖는 경량 알루미늄 튜브 및 플라스틱 절연체로 구성된 반사경 및 수신 요소를 포함하여, 다수의 부품 조합에 의해 형성되므로 다소 견고하지 못하다. 기존의 수신 요소는 절연체에 의해 상대적 위치에 고정되며, 반사경 요소는 함께 접지된다. 유사한 구성이 셀룰러 밴드 및 와이 파이 등과 같은 다른 주파수를 위해 요구된다.

이들 안테나의 어셈블리는 사용자에 의해 요구되며, 이는 대체되는 조립 과정 중에 구부려지거나 파손될 수 있고, 떨어지거나 설치자가 상해를 입을 수 있으며, 이들은 어느 경우에도 안테나의 비용을 증가시킨다.

이 같은 종류의 외부에 위치하는 안테나는 계속해서 안테나 요소들의 관리가 요청된다. 시간이 경과 하는 동안 가혹한 기상으로 손상되거나 파괴되지 않는다 해도 극한 기상 중에 수신의 질을 떨어뜨릴 것이거나, 기계적 손상으로 시간이 지남에 따라 받아 들일 수 있는 수신 능력을 점차 줄일 것이다. 상기 결함에 더하여, 이 같은 종류의 수신 안테나는 외관이 좋지 않다.

실내 안테나와 같이 현재 사용되고 있는 다른 안테나는 매력적인 것 같으나, 이들은 양질의 화상과 음성을 발생시키지 못한다. 이들 실내 안테나의 가장 일반적이고 효과적인 것은 보통 "래빗 이어(rabbit ears)"라 불리는 것으로서, 텔레비젼 수상기에 인접하거나 그 위에 위치하는 듀얼 다이폴 타입이다. 이들 안테나는 프린지 영역 수신에는 비효과적이며 강한 지역 신호 수신에 대해서만 유효하다. 저주파 신호 수신을 원하는 때, 상기 다이폴이 이들의 최대 길이로 연장되어야 하며, 이는 상기 "레빗 이어" 안테나가 넘어지거나 다른 인접한 물체에 간섭 또는 손상을 입힐 수 있다. 다른 실내와 옥외 안테나가 와이파이 네트워크, 블루투스 통신, 셀룰러 통신과 같은 다른 이유로 사용된다.

본 발명은 높은 이득 안테나에 대한 것이며, 특히 단일 평면 전도성 기판으로 형성되며 적층 착탈가능 접속을 위해 동축 연결의 사용 그리고 스레드(threaded) 또는 대검(bayonet) 또는 그 밖의 다른 수단을 통하여 추가의 이득을 위해 수직으로 적층 될 수 있는 평면 전방향 안테나에 대한 것이다.

디지털 텔레비젼 전송 시작부터, 고 선명 텔레비젼(HDTV) 서비스 제공자는 셀(cell) 내에 위치하는 HDTV들과의 통신을 위해 셀들을 설치하기 위해 지리적 영역에서 다수의 안테나 사이트를 설치하는 작업을 해왔다. 디지털 방송 및 수신의 시작과 현재까지, 서비스 제공자는 각각 이들 자신의 안테나 사이트를 설치해왔으며, 이는 각기 다른 위치로부터 다수의 커다란 외부 안테나 방송 신호들을 만들게 되었다.

일반적으로, 방송 주파수 또는 케이블 중계에 적용되는 안테나는 시청자에게 완전한 화상 및 음성을 제공하기 위해서는 텔레비젼 수신기에 필요한 신호 세기를 제공하여야 한다. 각기 다른 방송자가 자신의 방송 안테나 사이트를 소유하기 때문에, 이는 결국 텔레비젼 시장에서 각기 다른 지역 위치에서 그와 같은 방송업자로부터 다수의 각기 다른 방송 사이트를 발생시키도록 한다. 종래의 안테나는 한 방송 사이트를 향하도록 하는 때 가장 잘 작용하기 때문에, 다중 지역 사이트는 결국 하나의 안테나를 사용하고자 하는 시청자에게는 문제를 일으킨다.

이 같은 사이트들의 위치는 유료 고객에게는 HDTV 서비스의 수신 이득에 크게 영향을 미칠 수 있다. 수신 안테나의 낮은 이득은 기본적으로 HDTV 화상의 열악한 수신을 의미한다. 고객의 요구를 만족시키기 위해, 서비스 제공자는 종종 추가의 보기 흉한 안테나 사이트를 설치하게 된다. 선택적으로, 높은 이득 안테나가 수신 단에서 사용될 수 있기도 하다.

추가하여, 다른 디지털 신호들이 다양한 기술을 위해 사용된다. 그 중 몇 가지는 휴대 전화, 긴급 통신, 상업 통신 및 태블릿 컴퓨터 및 기타 전자 컴포넌트를 위한 와이파이 및 블루투스 구성이 있다. 다른 서비스는 사용자에게 디지털 신호를 전달하는 다수의 수신 및 발신 방향의 넓은 주파수 편차를 사용할 수 있다.

HDTV 안테나 방송 사이트, 또는 무선 통신 그리드, 또는 와이파이 또는 다른 통신 그리드와 같은 통신 어레이를 구축하는 때, 이 같은 통신 어레이를 구축한 자는 다양한 개별적인 디지털 신호들에 대해 협 주파수가 방송되도록 제공자에 의해 주문 제작하여 만들어진 안테나를 얻어야 하는 딜레마에 빠진다. 대부분의 그와 같은 안테나는 다이폴 요소와 같은 안테나 요소들을 사용하여 주문 제작되어, 네트워크 및 현장에 따라 크게 변할 수 있는 장소에서 사용되도록 한다. 따라서, 안테나가 광 대역의 성능을 제공하는 것이 바람직하다.

다중 다이폴 또는 야기 요소와 같은, 안테나 적층(Antenna stacking)은 수신 이득을 증가시킬뿐만 아니라, 넓은 대역폭 내에서 성능을 유지하는 데에도 도움이 되었다. 그러나, 이러한 시스템은 심각한 신호 타이밍 문제와 광대역 부족의 문제를 겪고 있다. 그러나 다수의 안테나가 한 공통 마스트에 장착되는 수직 안테나 적층은 이득 및 수직 지향성의 일부 개선을 보여준다. 종래 기술은 적층 안테나 시스템에 높은 이득과 광대역 전송을 제공한다는 시도를 보였다.

Haneishi에게 허여된 미국 특허 제5124733호는 제1 방사체 요소와 제2 방사체 요소 사이의 커플링을 활용하여 이중 채널 듀플렉스 특성을 달성하는 적층 마이크로 스트립 안테나를 개시한다. 그러나 Haneishi는 이득을 증가시키는 것이 필요한 때 추가의 안테나를 착탈 가능하게 접속시키도록 하는 편리한 수단을 설명하지 않는다. Button 등에게 특허된 미국 특허 제 5,534,880호는 다수의 적층 이중 원뿔 방사체 안테나 구조를 사용하는 전방향 고 이득 안테나를 개시한다. 버튼의 특허는 전방향 방위각 평면 위에서 높은 이득을 유지하지만 이 같은 장치는 부피가 크고 다수의 방사체 요소들을 전기적으로 적절히 사용하기 위해서는 안테나 시스템에 대한 예리한 지식이 필요하다. 또한, 이것과 다른 많은 종래 기술의 적층 안테나 시스템은 편리하고 탈착 가능한 방사체 요소들의 사용을 허용하는 수단을 설명하지 못하며, 다중 방향으로부터 요소로 그리고 요소로부터 광범위 신호들을 전송하는 다수의 광대역 수용 공동을 갖는 단일 평면 전도체로부터 안테나 요소를 구성시키는 능력에 대하여 설명하지 못한다.

따라서 동시에 광대역 통신할 수 있는 소형 고 이득 안테나 요소에 대한 지속적이고도 해결되지 않은 필요가 있었다. 이러한 장치는 단일의 평면 전도체로 형성되어, 용이하게 제조되고 향상된 수신 및 전송을 발생시킨다. 이러한 장치는 안테나의 주변에서 전체 영역을 커버 하는 다수의 수용 공동을 제공한다. 또한, 이 같은 장치는 이득을 향상시키기 위해, 또는 추가 주파수 범위를 다중 요소들로부터 형성된 안테나로 제공하기 위해 용이하게 수직 적층 될 수 있어야 한다.

본 발명 장치의 적층 방사체 요소들의 중첩되는 방사/수신 패턴은 360도 방위각으로 전방향 범위를 제공하여야 한다. 이 같은 장치는 고스트와 같은 다중 안테나 요소들을 사용하는 때 발생되는 문제가 없어야 한다. 또한, 상기 장치는 사용된 주파수 그리고 적합한 이득에 바람직한 개별적인 하나 또는 다수의 방사체 요소들에 대한 착탈 가능 접속을 위한 수단을 제공하여야 한다. 더욱더, 이 같은 장치는 요소들의 구성이 고 저 주파수 사이 광 대역 통신을 송신 및 수신할 수 있고, 다중 안테나가 필요에 따라 전체 스펙트럼을 커버 할 수 있어야 한다.

본원 명세서에서 개시되고 설명된 장치 및 방법은 한 방사체 안테나 요소 어레이의 제공을 통하여 상기 설명된 목적을 달성하며, 이때 상기 어레이는 안테나 요소의 크기에 의해서만 제한되는 광 대역 주파수에서 우수한 송신 및 수신 능력을 제공하도록 하는 고유한 형상을 갖도록 만들어진다. 요소 각각은 결정된 고 주파수 및 저 주파수 사이에서 송신 및 수신을 위해 광 대역 주파수를 커버한다. 따라서 상기 장치는 고 및 저 주파수 사이, 30Hz 내지 3000Hz 스펙트럼 어느 주파수로도 광 대역에서 수신 및 송신하도록 구성될 수 있다. 당업자라면 상기 요소가 결정 인수가 되며, 상기 스펙트럼 내 일정 범위에서 수신 및 송신하도록 형성된 어떠한 요소도 본원 발명과 관련하여 사용될 수 있음을 알 수 있다.

현재, 전방향 요소는 54Mhz 내지 1002Mhz 사이 종래 HDTV 주파수에서 송신 및 수신하도록 구성된다. 이 같은 전방향 요소는 우수한 전방향 신호 수신을 제공하며 이득을 증가시키기 위해 적층 가능하다. 또한, 더욱 크거나 더욱 작은 요소들이 접속된 적층 내에 위치하여서, 상기 요소들에서 형성된 공동의 가장 넓은 그리고 가장 좁은 부분에 의해 결정된 다른 주파수 대역에서 수신을 제공하도록 한다.

470-860 MHZ 사이 범위를 위해 만들어진 안테나 요소들은 -9.8db 이하의 측정 손실을 갖는 우수한 성능을 제공하는데, 이는 이 같은 전 주파수 대역에서 전압 스탠딩 웨이브 라디오(Voltage Standing Wave Radio)가 2:1임을 의미한다. 요소들이 680MHz 내지 2100 MHz 대역으로 형성되며, 방사체 요소는 -9.8dB 보다 작은 측정된 리턴 손실을 갖는 우수한 성능을 제공한다. 유사한 동시 발생 성능 특징이 2.0GHz 내지 6.0Ghz 사이 대역폭으로 달성된다.

결과적으로, 본원 명세서에서 개시된 단일 방사체 요소는 470MHz 내지 5.8GHz 주파수로 동시에 수신 및 송신할 수 있으며, 한 어레이 결합 효과로 인덕턴스에 용이하게 정합(매치)될 수 있으며, 광 대역 통신 수신 및 송신을 제공할 수 있다. 이와 같이 형성된 요소 크기에 따라, 사용자에 의해 요구되는 어떠한 주파수 범위도 상기 요소의 입구와 공동 구성에 의해 결정된 고 및 저 포인트 사이에서 달성될 수 있다.

본 발명의 방사체 요소 어레이는 프린트-회로 기술에 의해 형성된 평면 안테나 요소에 기초하는 것이다. 상기 안테나는 Vivaldi 혼 또는 노치 안테나 타입으로 알려진 것을 형성하는 2차원 구조를 갖는다. 상기 어레이는 MYLAR, 유리 섬유, REXLITE, 폴리스티렌, 폴리 아미드, 테플론, 유리 섬유, 또는 의도된 목적에 적합한 다른 유전체 재료와 같은 재료로 만들어진 유전체 기판상에 형성된다. 상기 기판은 유연하며, 따라서 안테나가 저장하기 위해 감겨질 수 있고 또한 사용하기 위해 평면 형태로 펼쳐질 수 있다. 또는, 본 발명 장치의 특별히 바람직한 모드 에서, 평면 구성으로 단단한 기판 재료상에 형성되어, 이에 따라 결과의 단단한 안테나 구조를 연결시키고 형성하는 컴포넌트를 허용하도록 한다.

상기 기판상에 형성된 안테나 방사체 요소 자체는, 가령 알루미늄, 구리, 은, 금, 백금 또는 의도된 목적에 적합한 전기 전도성 재료일 수 있다. 상기 요소를 형성하는 전도성 재료는 공지의 기술에 의해 상기 기판에 부착된다.

바람직한 실시 예에서, 기판의 제1 측면 상에 상기 안테나 방사체 요소 전도성 재료 코팅은 혼(horn) 형태로, 비-평면 제1 공동 또는 커버된 표면으로 형성된다. 특별히 바람직한 모드에서, 상기 안테나 어레이는 전도성 재료의 단일 평면 층 내에 곡선 공동을 갖는 4개의 입구를 가지며 4개의 방사체 요소를 형성하도록 한다. 상기 형성된 어레이는 단면이 "네잎 클로버"의 외형을 가지며, 요소마다 거울 구조로 두 개의 반쪽 잎 섹션을 가지며, 중앙으로부터 이들 각각의 원격 단부에서 서로 멀리 위치하는 둥근 단부로 연장된다.

입구 영역에서 시작하는 공동은 두 반쪽 사이에서 큰 코팅되지 않은 또는 도금되지 않은 표면을 갖도록 형성되며, 단일 안테나 요소의 입구를 형성하며, 상기 형성된 방사체 요소의 각 나뭇잎 또는 반쪽 섹션으로서 두 원격의 둥근 단부 사이에서 중앙에 위치한다. 상기 공동은 두 원격 둥근 단부 사이 가상의 수평 라인에 수직으로 연장되며 다음에 상기 나뭇잎 반쪽 들 가운데 하나의 바디 부분 내로 구부려지고 다른 반쪽으로부터 멀리 연장된다.

상기 요소 반쪽(element halves)으로부터 멀리 떨어진 둥근 단부들로부터, 공동 경로(cavity pathway)를 따라, 상기 공동은 그 단면 섹션 영역에서 다소 좁아진다. 상기 공동은 두 둥근 단부 사이에서 가장 넓은 포인트에 있으며, 가장 좁은 포인트로 좁아진다. 이 같은 좁은 포인트로부터의 공동은 굽어져서 한 나뭇잎 반쪽 내 멀리 떨어진 단부로 연장되며, 여기서 상기 굽은 공동의 센터라인으로부터 짧은 직각 연장부를 만든다.

방사체 반쪽들 각각의 원격한 단부 사이, 상기 공동의 좁은 단부로부터 가장 먼 포인트에 위치한 상기 공동의 입구(mouth) 또는 가장 넓은 포인트가 상기 요소의 주파수 범위에 대하여 낮은 포인트를 결정한다. 상기 두 측면 또는 반쪽들 사이 공동의 가장 좁은 포인트는 가장 높은 주파수를 결정하며 상기 요소가 이 같은 주파수에서 사용할 수 있도록 적용된다. 물론 당업자라면 상기 형성된 공동의 가장 넓은 그리고 가장 좁은 거리를 조정함에 의해, 상기 요소가 다른 주파수 범위로 적용될 수 있으며, 최대 및 최소 폭을 갖는 공동을 두 동일한 나뭇잎 부분 사이에서 형성하기 위해 그와 같은 나뭇잎 부분들을 사용하는 어떠한 안테나 요소도 본 발명 청구항의 보호 범위 내에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

상기 형성된 방사체 요소 어레이로부터 기판의 반대편 표면에서, 공급 라인들이 중앙 영역으로부터 연장되며 기판을 통해 탭 위치로 통과하여, 원격하고 수직 연장부로 연장되는 공동을 갖는 각 방사체 요소와 전기적으로 연결된다.

공급 라인들 그리고 연결의 위치 그리고 폭, 방사체 요소의 두 반쪽 크기 및 형상, 그리고 상기 공동(cavity)의 단면 영역은 주어진 용도와 주파수에 대한 최고 결과를 위한 안테나 디자이너 선택에 따라 정해진다. 그러나, 상기 설명된 방사체 요소가 그와 같은 광 대역 폭에서 그렇게 잘 동작하기 때문에, 도시된 연결 포인트를 갖는 본원 명세서에서의 상기 방사체 요소의 전류 모드가 특히 바람직하다. 물론, 당업자라면 반쪽 부분들의 형상 그리고 상기 공동의 크기 및 형상은 일정한 주파수로 또는 당업자에게 알려진 다른 이유로 이득을 증가시키도록 조정될 수 있으며, 당업자라면 본원 명세서에 따라 도시된 방사체 요소의 변경 또는 수정은 본원 발명의 보호 범위에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

도시되고 설명된 바의 상기 방사체 요소는 HDTV 수신에서 사용된 많은 주파수 및 스펙트럼에서 놀라운 성능을 갖는다. 비 제한적으로 200Mhz, 700MHz, 900MHz, 2.4GHz, 3.5GHz, 3.65GHz, 4.9GHz, 5.1GHz 및 5.8GHz의 주파수 범위에서 1.2gbps까지 대역폭 능력을 갖는 우수한 성능을 갖는 것으로 밝혀졌다. 단일 방사체 요소로부터 RF 스펙트럼의 이 같은 광범위와 도시된 어레이는 종래 기술에서는 설명된 바가 없는 것이다.

도시된 바와 같은 평면 방사체 요소의 특정 형상은 실외 TV 안테나, 또는 와이파이 및 블루투스를 위한 실내 안테나에서 바람직한 기후 보장을 위한 개선된 수단을 제공한다. 상기 장치는 유사하게 형성된 하우징 또는 모든 기후에서 실외사용을 위해 유사한 구조 내로 쉽게 접속될 수 있다.

상기 설명과 관련하여, 본원 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 전에, 본 발명의 세부 구조 그리고 도면에서 도시되고 다음 상세한 설명에서 제공되는 컴포넌트 배치로 본 발명의 보호범위가 제한되는 것이 아님을 이해하여야 한다. 본원 명세서에서 설명되는 본 발명은 다른 실시 예가 가능하며 당업자에게 명백한 다양한 방법으로 실시되고 수행될 수 있다. 또한, 본원 명세서에서 용어들은 설명의 목적이며 본 발명을 제한하는 것으로 이해하지 않아야 한다.

따라서, 당업자라면, 기판상에서 형성된 그와 같은 방사체 요소 어레이의 새로운 사상 그리고 두 반쪽 사이 한 공동을 가져서 광대역 범위를 발생시키는 것(본원 발명은 그와 같은 사상에 기초를 두고 있음)은 다른 안테나 구조, 본원 출원 발명 장치의 여러 목적을 수행하기 위한 방법 및 시스템을 디자인하기 위한 기본 사상으로 사용될 수 있다. 따라서, 본원 청구범위는 본 발명의 사상 및 보호 범위를 벗어나지 않는 한도에서 그와 같은 동등한 구조 및 방법을 포함하는 것으로 간주 되어야 한다.

안테나 요소의 평면 바디(body)는 수직 적층 장치에서 추가의 안테나 요소를 탈착할 수 있도록 접속하기 위한 수단을 더욱 포함한다. 이 같은 접속 수단은 방사체 요소들 어레이 중앙에 위치한다. 또한, 상기 접속 수단은 제1 평면 안테나 요소의 공급 라인을 상기 접속 수단(engagement means)으로 그리고 상기 추가 적층 요소들의 공급 라인 뒤이은 어레이로 전기적으로 연결하기 위한 수단으로 작용한다. 결과적으로, 제1 및 뒤이은 적층 안테나 요소들의 접속 수단은 본 발명 적층 안테나 내 모든 안테나 요소들의 전기적 RF 전송을 위한 인-라인 공동(common) 수직 마스트(mast)이다. 이 같은 접속 수단은 스크류 타입, 스냅 접속, 또는 영구 접속일 수 있다.

적층 안테나의 한 공통 원칙은 결합 신호들의 위상 차이를 포함한다. 또한, 상기 공동 마스트로 안테나를 결합시킴에 의해 인터셉트되는 신호들의 최초 도달 시간이 고려되어야 한다. 안테나 요소 각각이 상당히 유사하기 때문에 이는 쉽게 완화되며, 방사체 요소들로부터 접속 수단, 즉 인-라인 공동 마스트까지의 공급 라인들의 거리는 전체적으로 균일하고, 각 안테나 요소로부터 수신된 신호들이 동시에 수직 마스트에 도달할 수 있도록 함이 바람직하다.

그러나, 적층 안테나 요소들의 물리적인 수직 거리는 상기 마스트 아래로 이동하는 RF 신호들의 위상 결합을 유효하게 한다. 결과적으로, 상기 접속 수단이 안테나 요소들의 주요 파장 1/4 내지 1/2 분리 간격을 제공하는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 가령 제1, 제2 그리고 제3 안테나 요소의 결합 신호들은 각각 1/4 내지 1/2 파장이 될 것이며, 취소 없이 위상 결합을 허용할 것이다.

앞서 설명한 바와 같이, 적층 안테나 어셈블리의 큰 장점은 이득 증가를 제공한다는 것이다. 적층 구조에서, 제2 안테나 요소를 단일 요소에 추가시킴에 의해 결합된 균일한 적층 안테나 구조를 제공하며, 이는 기본적으로 단일 안테나 요소 이득의 두 배가 된다. 그러나, 제3 안테나 요소의 추가는 상기 이득의 단순한 3 배가 되지 않는다. 대신 이때의 이득은 50%가 증가하는 데, 이는 제3 요소의 추가가 상기 균일한 구조에서 상기 결합된 요소들의 1/2만의 추가를 구성하기 때문이다. 따라서, 제4 안테나 요소의 추가는 3개 요소 구조의 이득에 대하여 추가의 33.33% 증가를 구성할 것이며, 이는 단일의 제4 안테나 요소가 이전에 결합된 3개 요소 구조의 1/3 만의 추가를 구성하기 때문이다. 이와 같은 관계가 계속된다.

본 발명의 한 주요 목적은 넓은 주파수 어레이에서 무선 전파를 송신하고 수신하는 안테나 방사체 요소 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 광대역으로 송신 및 수신하기 위한, 특히 HDTV 전송 및 수신, 와이파이 그리고 블루투스를 위한 전방향 안테나 요소를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 모든 기후에서 사용하기 위해 기후에 민감하지 않은 하우징 또는 커버링을 갖도록 구성될 수 있는 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명 기술 분야에서는 없었던 개선된 성능 특징을 제공하는 안테나를 제공하는 것이다. 다음 설명으로부터 명백한 다른 목적 및 장점들과 함께 이들 목적 및 장점은 그 구성과 동작에 대하여 첨부 도면을 참조하여 다음에 더욱 설명되며, 다음 설명에서 유사 부분에 대하여는 유사한 도면 부호를 사용한다.

상기 설명과 관련하여, 본 발명의 바람직한 적어도 하나의 실시 예를 설명하기 전에, 본 발명은 그와 같은 구성 요소들의 배치로 제한되는 것이 아님을 이해하여야 한다. 본원 명세서에서 설명되는 본원 발명은 당업자에게 자명한 다양한 다른 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본원 명세서의 용어는 설명의 목적인 것이며 본원 발명의 보호범위를 제한하는 것이 아님을 이해하여야 한다.

따라서, 당업자라면 이 같은 본 발명의 설명 내용이 기초로 하는 발명의 사상은 본 발명 장치의 여러 목적을 수행하기 위한 다른 구조, 방법 및 시스템을 디자인하기 위한 기본 사상으로 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서 본원 청구범위는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는 한도에서 그 같은 등가 구조 및 방법을 포함하는 것이다.

도 1은 기판상에 위치한 "네잎 클로버"와 유사한 형상을 갖는 4개 방사체 요소 안테나 어레이의 바람직한 모드의 평면도를 도시하며, 공동 "W"의 가장 넓은 포인트를 형성하는 두 개의 둥근 말초 단부를 도시하며, 이들 두 둥근 말초 단부 사이에서 등거리로 위치한, 가장 좁은 포인트 "N"으로 좁아짐을 도시하는 도면.
도 2는 전방향 안테나 방사체 장치의 배면도로서, 방사체 요소들에 해당하는 통신 공급 라인의 어레이를 도시하는 도면.
도 3은 상기 배면이 점선으로 도시된 공급 라인에 접속된, 도 1에서 도시된 바와 같은 또 다른 평면도를 도시한 도면.
도 4는 본 발명 장치의 방사체 요소의 평면도로서, 공급 라인들과 전자적으로 접속되고 정합 커넥터와 접속되는 동축 커넥터를 도시하는 도면.
도 5는 도 4의 장치 단면도로서, 방사체 요소를 보호하기 위한 커버를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명 장치의 가능한 사용 모드 측면도로서, 단일 또는 다중 크기의 접속 및 수직 적층 방사체 요소들을 도시하는 도면.

도 1-6에서의 도면에서, 유사 컴포넌트는 유사 도면 부호로 표시된다. 도 1에서, 본 출원 발명(10)의 하나 또는 둘 이상의 추가 안테나 방사체 요소(12)를 갖는 착탈 가능한 접속을 위해, 도 4에서와 같은 다른 방식으로 구성될 수 있기도 하지만, 개별 또는 단일 사용을 위해 단일 방사체 요소(12)가 구성된다. 타이밍 문제를 최소로 하는 바람직한 어레이 형성이 도 6에서 도시되며, 이는 4개 방사체 요소(12) 어레이를 도시한다. 이 같은 방사체 요소에서는 모든 방사체 요소(12)가 동일하게 구성되며, 동일한 주파수 범위에 적용되는 가장 넓은 포인트 W 그리고 가장 좁은 포인트 N(도 1과 도 4)를 갖는다. 그렇지 않으면, 상기 어레이는 하나 또는 다수의 동일한 방사체 요소(12)를 가지며, 고 주파수와 저 주파수 사이 다른 주파수 범위로 송신 및 수신하도록 하는 크기를 갖는 다른 요소들을 가질 수 있다.

물론 도 1의 단일 방사체 요소(12)에서 조차, 도 2 및 도 3의 공급 라인(34)을 사용하여 적절한 전자 컴포넌트에 접속되는 때, 향상된 전방향 전송 및 수신을 제공한다. 구리와 같은 전도성 재료의 단일 평면 피스(piece)로부터 방사체 요소(12)를 형성함에 의해, 전도성 재료(13)에서 형성된 입구 및 곡선 공동(24)을 위한 단일 평면 시트 및 형성된 개구와 같은 구성에 의해 제공된 임피던스 정합으로 인해 상당한 수신 및 전송 능력을 제공한다. 상기 전도성 재료는 그와 같은 임피던스 정합을 위해 길이가 조정된다.

도 6에서와 같이, 방사체 요소(12)의 어레이로 형성됨에 의해, 방사체 요소(12) 각각은 유전성 기판(25) 상에서, 구리와 같은 평면 전도성 재료(13)의 단일 피스로부터 형성되는 것이 좋다. 이 같은 비 전도성 기판(25)은 MYLAR, 유리 섬유, REXLITE, 폴리스티렌, 폴리 아미드, 테플론 유리 섬유, 또는 의도된 목적에 적합한 다른 유전체 재료와 같은 단단하거나 유연성 있는 재료로 만들어진다.

개별 방사체 요소(12) 각각은 제1 로브(25) 그리고 제2 로브(16)에 의해 형성된 두 개의 반대되는 유사한 형상의 반쪽 섹션을 갖는 것으로 도시되며, 서로 동일하거나 미러 이미지의 에지를 갖는 입구 내로 에지들이 하강한다. 다수의 방사체 요소(12)로 구성된 안테나는 4개 또는 그 이상의 방사체 요소(12)로 구성되고, 설명의 목적으로 4개가 도시되었으나, 이는 본 발명을 그와 같은 숫자로 제한하는 것이 아니다. 그러나, 다수의 요소들은 한 포인트를 중심으로 작은 범위가 필요한 경우 3개 또는 2개 일 수도 있다.

도시된 제1 표면(22)은 당업계에서 잘 알려진 마이크로스트립 선로 등에 의해 전도성 재료 또는 다른 금속 및 기판 구조로 코팅된다. 로브를 형성하기 위해 적절한 형태로 절단된 상기 평면 전도성 재료를 기판에 부착시키기 위한 수단이 본 발명을 실시하기 위해 허용될 수 있다. 상기 전도성 재료(13)는 가령 알루미늄, 구리, 은, 금, 백금 또는 의도된 목적에 적합한 전기 전도성 재료를 비제한적으로 포함한다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 제1 기판(22)에서의 표면 전도성 재료(13)는 적절한 수단에 의해 식각되며 제거되고, 코팅 처리에서 코팅되지 않도록 되어 제1 및 제2 로브(lobes)(14, 16)를 형성하도록 하고, 입구(26)를 가져서 방사체 요소(12) 각각을 형성하는 공동(28)의 곡선 부분에 이르도록 한다.

입구(26)로부터 연장되는 공동(28)은 가장 넓은 포인트 "W"를 가지며, 두 로브(14, 16)의 곡선 측면 에지 사이에서 가장 좁은 포인트 "N"으로 연장되고, 이는 도시된 두 말단 팁(31) 사이에서 등거리를 유지하고, 상기 가장 좁은 포인트는 가장 넓은 포인트 "W" 를 도시한 선(두 말단 팁(31) 사이의 거리)에 수직인 가상 선을 따라 위치하고, 상기 로브에서의 두 말단 팁은 로브의 에지에 있는 포인트들에 위치하고, 공동 (28)의 곡선 부분에서의 포인트로부터의 라인에서 가장 멀리 떨어져 있으며, 상기 곡선 부분이 구부려 지기 전에 로브의 측면 에지들 사이에서 가장 좁은 갭 "N"이 존재한다.

공동(28)의 입구(26) 가장 넓은 거리 "W"는 방사체 요소(12)의 주파수 범위에 대하여 낮은 포인트를 결정한다. 두 로브(14, 16) 사이 공동(28)의 입구(26) 부분 반대편 가장 좁은 거리 "N"는 방사체 요소(12)가 사용하기 위해 적용된 가장 높은 주파수를 결정한다. 물론, 당업계에 숙련된 자는 상기 형성된 공동의 가장 넓은 그리고 가장 좁은 거리를 조정함에 의해 이를 실현할 수 있으며, 상기 요소는 다른 주파수 범위로 적용될 수 있으며, 두 개의 동일한 나뭇잎 부분을 사용하여 이들 사이에서 최대 및 최소 폭을 갖는 공동을 형성하도록 하는 모든 안테나 요소가 청구항에서의 보호 범위로 청구된다.

가장 좁은 거리 "N" 에 근접한, 로브를 형성하는 전도성 재료(13)에서 빈 공간에 의해 형성된 공동(28)이, 제1 로브(14)와 같은 한 로브의 바디 부분내로 굽어지며, 대향하는(반대 방향을 향하는) 로브(16)로부터 멀어져 연장된다. 상기 공동(28)은 곡선 부분을 따라 제1 로브(14) 내 말단 단부(29)로 연장되며, 이때 상기 공동(28)의 중심 라인으로부터 멀어지고 입구(26)의 중심 라인을 향하여 짧은 직각 연장부를 만든다.

이 같은 짧은 각이진 곡선 부분은 방사체 요소(12)를 임피던스에 맞추기 위한 수단으로서 길이가 조정되며, 주파수 일부에 대한 이득의 개선을 제공하고 공동(28) 영역으로부터 곡선 연장 길이 조정을 제공하며, 방사체 요소(12)에 대한 임피던스 매칭을 위한 수단을 제공한다.

도 2에서 도시된 기판(25)의 반대 표면(21)에서, 공급라인(30)의 어레이가 두 로브(14, 16)에 인접한 공동(28)의 영역으로부터 연장되며, 방사체 요소(12)의 두 반쪽을 형성하며, 기판(25)을 통과하여 곡선 에지에 인접한 제1 로브(14)와 전기적으로 연결되고, 이때 상기 제1 로브는 가장 좁은 거리 "N"를 지나 공동(28)의 곡선 부분을 만든다.

공급 라인(30)의 연결 위치, 방사체 요소(12)의 두 로브(14, 16) 크기 및 형상 그리고 공동(28)의 가장 넓은 거리 "W"의 단면 면적 그리고 가장 좁은 거리 "N"는 정해진 용도 및 고 주파와 저 주파 사이 주파수 범위에 대한 안테나 디자이너 선택이 된다. 그러나, 방사체 요소(12)가 잘 수행하고 그와 같은 넓은 대역폭을 가로질러 수행하기 때문에, 도시된 연결 포인트와 관련하여 도시된, 방사체 요소(12)의 현재 모드가 특히 바람직하다.

공급 라인(30)은 총검(형상) 또는 스레드 동축 커넥터와 같은 커넥터(17)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이는 착탈 가능 접속 수단을 리드 도선에 또는 도 6에서 도시된 바와 같은 적층 어레이의 또 다른 상보적 구성 요소(12)로 제공한다. 상기 전기적 접속은 도 6에서 도시된 바와 같은 커넥터(17)를 연장하며, 다수의 안테나 방사체 요소(12)가 수직 적층 방식으로 접속될 수 있도록 한다. 상기 적층 저부에서 방사체 요소(12)는 한 출력 포트로의 모든 접속 안테나 요소(12)의 RF 전송을 위한 한 마스트(mast)에 대한 공동(common) 마운트로 작용한다.

상기 공동(cavity)(28)에 대한 공급 라인(30)의 위치 및 방위를 더욱 잘 이해하기 위해, 제1 표면(22)에 대한 또 다른 평면도가 도 3에서 도시되며, 상기 공급 라인(30)이 점선으로 도시된 제2 표면(23) 상에서 연결된다.

도 4는 공급 라인(34)과 전기적 접속되며 정합 커넥터(17)에 접속되는 커넥터(17)를 도시하는 장치(10)의 방사체 요소(12)의 평면도이다.

도 5는 도 4 장치의 측면도이며, 방사체 요소(12)를 보호하기 위해 커버(29)를 도시한다. 도 5는 본 발명의 4개 안테나 요소를 사용하는 장치(10)에 대한 가능한 사용 모드의 예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제1 안테나 요소(10)의 커넥터(17)는 뒤이은 안테나의 암 커넥터(17) 내에서 협력할 수 있도록 접속된다. 앞서 설명한 바와 같이, 안테나 공급 라인(30)과의 커넥터(17)의 전기적 연결 그리고 커넥터(16)로 구멍(19)을 통한 전기적 연결로 인해, 착탈 가능한 커넥터(17)의 동작할 수 있도록 연결된 컴포넌트의 연속이 개별 안테나로부터 필요한 입력 포트로 수신된 신호의 RF 전송에 대한 한 공동 마스트(mast)로서 작용한다.

도 6은 한 어레이 내 장치(10)의 가능한 사용 모드에 대한 측면도를 도시하며, 다수의 방사체 요소(12)를 도시하고, 내부적으로 그리고 수직으로 적층된 스레드(19) 그리고 동축 연결을 사용하여, 커넥터(17)에 연결된 주파수 범위를 결정하는 가장 넓은 그리고 가장 좁은 포인트와 관련하여 단일 또는 다중 크기를 도시한다.

상기 커넥터(17)를 포함하여 착탈 가능 접속을 위한 특별히 바람직한 수단이 기판(25) 상에서 중앙에 사용된다. 상기 커넥터(17)는 평면 표면(22)으로부터 연장되는 원통형 측벽 또는 커버(29)를 가지며, 상보적 커넥터(17)를 연결시키기 위한 스레드(19)를 사용한다. 이와 같이 연결된 커넥터(17)에서 한 중앙 구멍이 동축 케이블 또는 동축 접속 장치(coaxial engaging fittings)와 같은, 뒤 이은 적층 컴포넌트의 연결된 RF 송신을 위해 동작할 수 있도록 필요한 암 컴포넌트와 숫 컴포넌트 사이 전기적 연결을 위한 수단을 제공한다.

본 발명 기술 분야에서 숙련된 자라면 본 발명의 범위 내에서 착탈 가능한 접속을 달성시키기 위해 다양한 다른 수단이 가능함을 인정할 것이다. 앞서 설명된 착탈 가능한 접속의 특히 바람직한 모드는 간단한 설명 목적을 위해 제공된다. 착탈 가능한 접속을 위한 선택적인 수단이 비 제한적으로 스냅-맞춤 타입 접속일 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 기재된 도면 및 설명은 착탈 가능한 접속에 대한 컴포넌트들이 다양한 다른 타입 및 구성으로도 가능한 것이며, 이 같은 설명에 의해 본 발명을 제한하는 것이 아니다.

Claims (12)

1. 유전체 기판;
   상기 기판의 제1 기판 표면으로서, 그 중 일부가 전도성 재로 커버되고, 일부는 커버되지 않는 제1 기판 표면;
   상기 커버되지 않은 재료 내 다수의 공동(cavities)으로서, 상기 전도성 재료의 인접한 로브(lobes) 상에 형성된 전도성 재료의 각 에지에 의해 정해지는 다수의 공동을 포함하며;
   이때 상기 제1 공동은 입구 부분을 가지며, 상기 입구 부분은 상기 각 로브를 형성하는 전도성 재료의 각 에지를 따라서 연장되고, 상기 로브에 반대하는 곳에 위치하는 두 포인트 사이에서 연장되는 한 라인을 따라 제1 에지에서 시작되며;
   상기 공동 각각은 상기 인접 로브들 사이에서 상기 제1 에지로부터 가장 좁은 포인트까지 연장되는 때 단면이 줄어들고;
   곡선 부분에서의 상기 공동 각각이 곡선 방향으로 상기 가장 좁은 포인트로부터 상기 로브 가운데 하나로 멀어지며; 그리고
   제1 단부에서 상기 다수의 공동 각각의 상기 각 로브 가운데 한 로브와 전기적으로 연결되는 한 공급 라인으로서, 각각이 한 RF 수신기 또는 송수신기에 전기적으로 연결되기 위해 제2 단부에서 적용되는 상기 공급 라인을 포함하는 방사체(radiator) 요소.
2. 제1 항에 있어서, 상기 다수의 공동체가 4개임을 더욱 특징으로 하는 방사체 요소.
3. 제2항에 있어서 상기 4개의 공동 각각이 다른 공동에 대하여 90도의 각으로 위치함을 더욱 특징으로 하는 방사체 요소.
4. 제1항에 있어서, 상기 다수의 로브가 4개임을 더욱 특징으로 하는 방사체 요소.
5. 제2항에 있어서, 다수의 로브가 4개임을 더욱 특징으로 하는 방사체 요소.
6. 제4항에 있어서, 상기 다수의 로브가 면적이 동일하고; 그리고 상기 다수의 로브가 위에서 볼때 네 잎 클로버 외관을 가짐을 더욱 특징으로 하는 방사체 요소.
7. 제4항에 있어서,
   상기 공급 라인들이 한 커넥터에 전기적으로 접속되고;
   상기 커넥터가 상보적인 커넥터와 착탈할 수 있도록 접속되어 구성되며;
   상기 방사체 요소가 제2 방사체 요소와 접속되어 다수의 상기 방사체 요소들을 위한 한 어레이를 형성하도록 하고;
   상기 제2 방사체에 접속된 상기 상보적인 커넥터와 접속되는 때 상기 커넥터가 상기 방사체와 접속되고, 상기 어레이로 상기 방사체 요소를 상기 제2 방사체 요소에 접속시키는 수단을 제공하며; 그리고
   상기와 같이 접속된 상기 어레이가 이에 전기적으로 연결된 송수신기 또는 상기 RF 수신기에 의해 사용가능한 RF 이득의 증가를 제공함을 더욱 특징으로 하는 방사체 요소.
8. 제5항에 있어서,
   한 커넥터에 전기적으로 연결된 상기 공급 라인들;
   상기 상보적 커넥터와 착탈할 수 있도록 접속 구성된 상기 커넥터; 상기 제2 방사체 요소와 연결되어 다수의 상기 방사체 요소들을 위한 한 어레이를 형성하도록 하는 상기 방사체 요소를 포함하며;
   상기 제2 방사체에 접속된 상기 상보적인 커넥터와 연결되는 때 상기 커넥터가 상기 방사체와 접속되고, 상기 어레이로 상기 방사체 요소를 상기 제2 방사체 요소에 연결시키는 수단을 제공하며; 그리고
   상기와 같이 접속된 상기 어레이가 이에 전기적으로 연결된 송수신기 또는 상기 RF 수신기에 의해 사용가능한 RF 이득의 증가를 제공함을 더욱 특징으로 하는 방사체 요소.
9. 제6항에 있어서,
   한 커넥터에 전기적으로 연결된 상기 공급 라인들;
   상기 상보적 커넥터와 착탈할 수 있도록 접속 구성된 상기 커넥터; 상기 제2 방사체 요소와 접속되어 다수의 상기 방사체 요소들을 위한 한 어레이를 형성하도록 하는 상기 방사체 요소를 포함하며;
   상기 제2 방사체에 접속된 상기 상보적인 커넥터와 연결되는 때 상기 커넥터가 상기 방사체와 접속되고, 상기 어레이로 상기 방사체 요소를 상기 제2 방사체 요소에 접속시키는 수단을 제공하며; 그리고
   상기와 같이 접속된 상기 어레이가 이에 전기적으로 연결된 송수신기 또는 상기 RF 수신기에 의해 사용가능한 RF 이득의 증가를 제공함을 더욱 특징으로 하는 방사체 요소.
10. 제7항에 있어서,
    상기 상보적 커넥터 각각의 배치를 통하여 상기 어레이에 접속될 수 있는 하나 또는 다수의 추가 방사체 요소들을 더욱 포함함을 특징으로 하는 방사체 요소.
11. 제8항에 있어서,
    상기 상보적 커넥터 각각의 배치를 통하여 상기 어레이에 접속될 수 있는 하나 또는 다수의 추가 방사체 요소들을 더욱 포함함을 특징으로 하는 방사체 요소.
12. 제9항에 있어서,
    상기 상보적 커넥터 각각의 배치를 통하여 상기 어레이에 접속될 수 있는 하나 또는 다수의 추가 방사체 요소들을 더욱 포함함을 특징으로 하는 방사체 요소.
    

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