KR20190117689A - 보우타이 안테나 장치 - Google Patents

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KR20190117689A
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arm
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지안 양
중앙 인
차오 시에
모가담 사데흐 만수리
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갭웨이브스 에이비
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Abstract

본 발명은 다른 보우타이 아암 섹션의 단부와 마주하는 각각의 단부(2A', 2A')를 갖고 있으며 전기 전도성 재료로 제조된 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)을 포함하는 적어도 하나의 보우타이 구조체와, 전도성 접지판을 포함하는 기부(1A)를 포함하는 보우타이 안테나 장치(100)에 관한 것이며, 상기 보우타이 구조체는 급전 장치에 연결된다. 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)은 평면이고, 전도성 시트 또는 플레이트 요소로 만들어지며, 기부(1A)의 제1 면으로부터 제1 거리(d1)에 평행하게 배치된 보우타이 아암 섹션 평면에 배열되며, 상기 보우타이 아암 구조체 또는 각각의 보우타이 아암 구조체는 기부(1A)의 제2 면 상의 급전 포트에 연결된다. 보우타이 아암 섹션 평면으로부터 제2 거리(d2)에서 보우타이 아암 섹션 평면과 평행하게, 전도성 캡 장치(4A)는 상기 기부(1A)가 배치되는 쪽과 반대편인 보우타이 아암 섹션의 면에 배치된 평면에 제공되고, 캡(4A)은 보우타이 단부들에 대하여 실질적으로 대칭 방식으로 또는 집중 방식으로 보우타이 구조체의 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)의 서로 마주하는 보우타이 단부(2A', 2A')들의 위에 배치된다.

Description

보우타이 안테나 장치
본 발명은 청구항 제1항의 제1 부분의 특징을 갖는 보우타이 안테나 장치에 관한 것이다.
몇 개의 주파수 대역에서의 통신, 빠른 또는 매우 빠른 데이터 속도의 사용 및 상이한 시스템들에 대한 통신을 가능하게 하기 위해, 예를 들어 무선 통신 내에서 사용하기 위한 광대역 안테나에 대한 수요가 증가하고 있다. 초광대역(UWB) 신호는 일반적으로 큰 상대 대역폭(캐리어 주파수로 나눈 대역폭) 또는 큰 절대 대역폭을 갖는 신호로 정의된다. 보다 일반적으로, UWB 기술은 센서 네트워크, 단거리 통신 시스템, UWB 레이더 및 이미징 시스템, 전파 천문학, UWB 감시 및 측정 시스템과 같은 상이한 분야에서의 다양한 많은 응용을 위해 매력적이다. 이는 몇 가지 새로운 UWB 안테나 기술의 개발로 이어졌다. 또한, 예를 들어, 밀리미터 파 주파수(30-300 GHz)를 내포하는 몇 가지 고주파 응용들이 다른 영역, 예를 들어 5G 통신 시스템 및 자동차 레이더 시스템에서 사용될 것이다.
광대역 신호의 사용은 예를 들어 [y M.Z. Win 등에 의한 "UWB의 역사 및 응용", Proceedings of the IEEE, vol. 97, No. 2, p. 198-204, 2009년 2월]에 기술되어 있다.
UWB 기술은 저비용 기술로 한동안 알려졌다. UWB 신호를 송수신하는 CMOS 프로세서의 개발은 광범위한 다른 응용을 위해 개방되었으며 믹서, RF(무선 주파수) 오실레이터 또는 PLL(Phase Locked Loops : 위상 동기 루프)을 위한 하드웨어를 필요로 하지 않고 UWB 신호에 대해 매우 낮은 비용으로 제작될 수 있다.
UWB 기술은 예를 들어 매우 높은 데이터 속도(500 Mbps 이상)를 갖는 근거리 통신(10 미터 미만), 예컨대 DVD 플레이어, TV 등과 같은 엔터테인먼트 시스템에서 구성 요소 사이에 유사한 무선 USB 통신, 낮은 데이터 속도 통신이 정밀한 범위 및 지리 위치와 결합되는 센서 네트워크, 및 매우 높은 공간 해상도 및 장애물 투과 능력을 갖춘 레이더 시스템 및 일반적으로 무선 통신 장치와 같은 다양한 응용을 위해 광범위한 분야에서 구현될 수 있다.
UWB 신호를 생성, 전송, 수신 및 처리하기 위하여 신호 생성, 신호 전송, 신호 전달, 신호 처리 및 시스템 아키텍처 분야에서 새로운 기술과 장치의 개발이 요구된다.
일반적으로 UWB 안테나는 4개의 상이한 카테고리로 나뉘어지는데, 스케일드 카테고리는 보우타이 쌍극자[예를 들어, Lestari 등에 의한 "향상된 펄스 방사를 위한 수정된 보우타이 안테나", IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 58, No. 7, pp. 2184-2192, 2010년 7월 참조], 쌍원추형 쌍극자[A.K. Amert 등에 의한 "초광대역 응용을 위한 쌍원추형 안테나의 소형화"에서 논의된 것, IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 57, No. 12, pp. 3728-3735, 2009년 12월]를 포함하고, 제2 카테고리는 자체-상보적인 구조체[예를 들어 Y. Mushiake의 "Self-complementary antennas"에 기술된 것, IEEE Antennas Propag. Mag., vol.34, no. 6, pp.23-29, 1992년 12월]을 포함하고, 제3 카테고리는 진행파 구조 안테나[예를 들어, P.J. Gibson의 "The Vivaldi aerial"에서 논의된 것과 같은 비발디 안테나, Proc. 9th European Microwave conference, pp. 101-105, 1979년]를 포함하고, 제4 카테고리는 로그 주기적 쌍극자 안테나 어레이와 같은 다중 공진 안테나를 포함한다.
스케일드, 자체-상보적인 및 다중 반사 카테고리들의 안테나는 낮은 이득 즉, 넓고 종종 다소 무지향성 원거리 패턴을 가진 콤팩트한, 로우 프로파일 안테나를 포함하는 반면에, 비발디 안테나와 같이 진행파 카테고리의 안테나는 지향성이다.
전술한 UWB 안테나는 편파 당 하나의 포트 및 통신 시스템의 송신측과 수신측 사이에 단일파의 알려진 방향을 갖는 통상의 LOS(Line-of-Sight) 안테나 시스템에서 사용하도록 주로 설계되었다.
그러나 대부분의 환경에서 통신 시스템의 송신측과 수신측 사이에는 파의 반사 및 산란을 유발하는 다수의 물체(예를 들어, 주택, 나무, 차량, 사람)가 있어 수신측에서 복수의 입사파를 초래하는데, 이는 그러한 요인들을 잘 처리하는 안테나에 대한 필요성이 발생했는지에 대한 이유이다. 파들 사이의 간섭은 수신 안테나의 포트에서 수신 전압의 페이딩으로 알려진(채널로서 알려진) 큰 레벨 변동을 야기한다. 이러한 페이딩은 멀티포트 안테나를 사용하고 MIMO 기술(다중입력 다중출력)을 지원하는 현대의 디지털 통신 시스템에서 방해될 수 있다.
무선 통신 시스템은 이러한 시스템의 성능을 위해 중요한 문제인 소형화, 각도 범위, 방사 효율 및 편파 체계에 대한 높은 요구 사항을 갖는 MIMO를 가능하게 하는 다중 대역 다중 포트 안테나를 갖는 많은 수의 마이크로 기지국을 포함할 수 있다. 다중 포트 안테나의 방사 효율은 단일 포트 안테나와 마찬가지로 저항 손실과 임피던스 불일치로 인해 감소하고, 또한 안테나 포트 간에 상호 결합에도 영향을 받는다. 이전의 광대역 안테나 장치들은 요구 사항을 만족스럽게 충족시키지 못했다.
WO 2014/062112에는 낮은 저항 손실, 즉 높은 방사 효율, 양호한 매칭 뿐만 아니라 안테나 포트 사이에 낮은 결합을 갖는, 전술한 바와 같은 MIMO 통신 시스템을 위해 적합한 광대역 콤팩트 다중 포트 안테나가 개시되어 있다. WO 2014/062112의 도 11에 도시된 기하학적 구조는 이중 편파 자체 접지형 보우타이 안테나로서 공지된 것이며, [H. Raza, A. Hussain, J. Yang 및 P.-S. Kildal에 의한 "광대역 콤팩트 4-포트 이중 편파 자체 접지형 보우타이 안테나", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 62, No., pp. 1-7, 2014년 9월]에 설명되어 있다. 그러나, 그 기하학적 구조로 인해, 자체 접지형 보우타이 안테나는 대량으로 제조하는 데에 비용이 많이 들고, 특히 대량 생산에 적합하지 않다.
예를 들면 제5 세대 무선(5G)과 같은 미래의 무선 통신 시스템을 위해, 사용되는 주파수는 최대 30 GHz, 60 GHz 또는 그 이상이며, 100 GHz 이상일 수 있다. 대규모 MIMO(Massive MIMO)는 밀리미터 파 주파수에서 충분한 이득과 조정 능력을 제공하기 위한 도전적인 옵션이다[Per-Simon Kildal에 의한 "Preparing for GBit/s Coverage in 5G : Massive MIMO, PMC Packaging by Gap Waveguides, OTA Testing in Random LOS", 2015 Loughborough Antennas & Propagation Conference, 2015년 11월 2 일 - 3 일 참조].
대규모 MIMO 어레이 안테나, 또는 대형 안테나 시스템 또는 초대형 MIMO 어레이 등은 종래의 안테나 시스템과는 대조적으로, 신호 대 잡음비가 최대화되는 방식으로 환경에서 유입파 또는 파들에 일관되게 적응하도록 독립적으로 동작하기 위해 수십에서 수백 또는 수천 개의 상당히 많은 수의 안테나 요소의 사용에 기초한다. 예를 들어 다수의 사용자 스테이션이 다중 사용자 시나리오에서 동시에 예정되어 있는 경우, 대용량 MIMO는 특히 데이터 처리량 및 에너지 효율이 상당히 증가될 수 있다는 점에서 유리하다.
MIMO 어레이 및 대용량 MIMO 어레이 안테나는 나란히 여러 개의 동일한 안테나 요소들로 구성된다. 이것은 제조뿐만 아니라 장착을 매우 어렵게 하고, 비용이 많이 들며 시간 소모적이다.
대규모 MIMO 어레이는 전통적인 위상 배열 안테나에 대한 디지털 등가물이다. 위상 배열 안테나는 안테나 빔을 필요한 방향으로 위상 조종하기 위해 모든 요소 상에 아날로그 제어 가능한 위상 시프터를 포함한다. MIMO 기술에는 각 요소에 아날로그-디지털 변환기(ADC) 또는 디지털-아날로그 변환기(DAC)가 있어, 모든 빔 조종이 디지털 방식으로 수행되며 아날로그 위상 시프터는 필요하지 않다. 이는 MIMO 안테나 시스템을 위상 배열 안테나보다 훨씬 유연하고 적응성이 뛰어나게 하므로, 임의의 빔 형상 및 심지어 다중 빔들이 형성될 수 있다. 이를 디지털 빔 형성이라 한다.
위에서 언급된 많은 기능적인 요구 사항을 충족시키더라도, 모든 공지된 안테나 장치는 제조하기에 충분히 쉽지 않고 저렴하지 않으며, 특히 대량 생산에 적합하지 않다는 단점이 있다. 그것들은 복합적이고, 복잡한 구조를 갖고 있으며 반사 계수에 대한 요구 사항 및 방사 패턴 요구 사항과 관련한 만족스러운 UWB 성능을 제공하기 위하여 고주파 응용 분야에서 제조하기 어려운 기하학적 구조를 요구하는 것에 따른 단점이 있다.
예를 들어 [J. Yin 등에 의한 "원형의 11개 안테나 : 높은 조리개 효율을 갖는 반사기 안테나용 새로운 디케이드 대역폭 피드", IEEE Trans., Antennas Propag., vol. 61, no. 8, pp 3976-3984, 2013 년 8 월]에 개시된 바와 같은 초 광대역 로그 - 주기 쌍극 어레이는 접지판에 대해 각도를 이루고 기울어져 있다. 예를 들어 [A. Hussain, J. Yang 및 P.-S. Kildal, H. Raza 등에 의한 "광대역 소형 4-포트 이중 편파 자기 접지형 보우타이 안테나", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 62, no. 9, pp. 4468-4473, 2014년 9월]에서, 곡선의 방사 아암들은 접지판에 연결된다. 이러한 모든 비평면 기하학적 구조는 고주파 적용을 위해 제조하기 어렵다.
공지된 UWB 안테나는 또한 고주파수 애플리케이션을 위해 제조하기 어려운 발룬 또는 180° 하이브리드를 포함하는, 복잡하고 번거로운 급전 구조체를 필요로 하는 단점이 있다.
도파관 어레이의 아키텍처에서, 전형적인 중공 도파관은 슬롯 또는 혼 어레이 안테나를 만드는데 사용된다. 예를 들어 [T. Tomura 등에 의한 "60 GHz 대역에서 45 선형 편파 중공 도파관 공동 피드 슬롯 어레이 안테나", IEEE Trans. on AP, vol. 60, no. 8, pp.3640-3646, 2012년]에 개시된 바와 같은 60 GHz에서 선형 편파 도파관 공동 피드 슬롯 안테나, 및 예를 들어 [W. W. Milroy에 의한 "The Continuous transverse stub(CTS) array : 기본적인 이론, 실험 및 응용", Proc. Antenna Applications Symp., Allerton Park, ILy, 1991년 9월 25일 - 27일]에 개시된 바와 같은 선형 편파 CTS 안테나가 대표적인 예이다. 그러나, 이러한 안테나는 납땜, 용접 또는 접합과 같은 기존의 제조 방법을 사용하여 제조하기 매우 복잡하고 비용이 많이 든다.
[M. Ohira 등에 의한 "평면 멀티 섹터 안테나를 위한 밀접하게 이격된 요소를 사용하는 60 GHz 광대역 기판 통합 도파관 슬롯 어레이", IEEE Trans. on AP, vol. 58, no. 3, pp. 993-998, 2010년]에 나타낸 바와 같은 SIW(Substrate Integrated Waveguide) 어레이 아키텍처에서, 두 개의 평행한 금속판을 전기적으로 연결하는 유전체 기판의 금속 비아들이 도파관을 만드는데 사용된다. SIW 기술을 사용하는 이점은 양호한 통합 가능성을 허용하며 저비용 기술이라는 것이다. 그러나, SIW 어레이 아키텍처는 마이크로 스트립이 사용되는 경우보다 낮더라도 상당한 저항 손실을 나타내며, 금속화된 비아 사이의 간격은 제조 제한으로 인한 방사 누출을 고주파가 회피하기에 충분히 작지 않기 때문에 100 GHz 이상에서 발생하는 방사 누출로 인한 전송 손실이 크다[M. Bozzi 등에 의한 "기판 통합 도파관 회로 및 안테나의 검토", IET Microwaves, Antennas & Propagation, vol. 5, no. 8, pp. 909-920, 2011년 참조). 이것은 100 GHz 이상의 적용을 위한 SIW 어레이 아키텍처의 사용을 제한한다. 또한, SIW 안테나는 그 기하학적 구조로 인해 광대역 성능을 구비한 대형 평면 어레이에 적합하지 않다.
[A. Vosoogh 등에 의한 "갭 도파관을 위한 AMC 핀 표면을 사용하는 3개의 연결되지 않은 금속층으로 만들어진 통합 급전판 60 GHz 슬롯 어레이", IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, pp.1536-1225, 2015년]에, 리지 갭 도파관 슬롯 어레이가 개시되고 있는데, 이는 상대 대역폭이 14%인 25 dBi 이득을 가진다. 그러나, 이러한 안테나의 제조 비용은 복잡한 기하학적 급전 네트워크 구조로 인하여 매우 높다. 고 이득( > 38 dBi)을 위해 큰 조리개가 필요한 경우, 제조 비용은 현저하게 높아진다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점들 중 하나 이상을 해결할 수 있는 안테나 장치를 제공하는 것이다.
특히 본 발명의 목적은 제조가 쉽고 저렴한 안테나 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 특별한 목적은 작고 콤팩트한 보우타이 안테나 장치를 제공하는 것이다.
특히 본 발명의 목적은 고성능을 가지며, UWB 적용에 적합하고, 양호한 방사 특성 및 방사 패턴을 갖는 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 대형 또는 심지어 초대형 대역폭 안테나 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 특히 우수한 UWB 성능과 조합하여, 간단하고 콤팩트한 급전 구조체를 사용할 수 있는 안테나 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 특별한 목적은 콤팩트한 멀티 포트 안테나를 제공하는 것이며, 특히 포트들 사이에 낮은 상호 결합을 갖는 콤팩트한 멀티 포트 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대량 생산에 적합한 안테나 장치를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 가장 특별한 하나의 목적은 많은 상이한 적용을 위해 동일한 원리에 기초하여 상이한 안테나 장치들을 제조할 수 있게 하는 개념 및 유연한 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 특별한 목적은 매우 높은 주파수, 예를 들어 최대 100 GHz 또는 300 GHz 이상의 주파수에 대해 사용될 수 있는 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 특별한 목적은 MIMO 시스템을 위한 UWB 멀티 포트 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 특별한 목적은 미래의 이동 전화들 또는 다른 사용자 장치들을 위한 UWB 멀티 포트 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 가장 특별한 목적은 대규모 MIMO에 적합한, 특히 미래의 5G 통신 시스템에 적합한 안테나 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 특별한 목적은 위상 어레이 및 MIMO 어레이에 사용될 수 있는 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 특별한 목적은 전파 망원경 및 백홀(backhaul) 포인트-투-포인트 링크와 같은 적용에서 반사기를 위한 피드로서 UWB 멀티 포트 안테나를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 예를 들어 또한 다중 경로 페이딩 효과를 줄일 수 있는, 무선 통신을 위한 마이크로 기지국에 적합한 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 반향실에 기초한 측정 시스템과 같은 MIMO 능력을 갖추거나 또는 갖추지 않는 무선 장치를 위한 측정 시스템에서 사용하기에 적합하거나, 또는 무반향실에서 OTA(Over-The-Air) 테스트 시스템 혹은 차량 예를 들어 자동차에 대한 무선 통신을 위한 다른 측정에서 사용하기에 적합한 보우타이 안테나 장치, 특히 UWB 멀티 포트 안테나를 제공하는 것이다.
따라서, 청구항 제1항의 특징을 갖는 서두에 언급된 장치가 제공된다.
바람직한 실시예들은 첨부된 종속항들에 의해서 주어진다.
제조하기 매우 쉽고 저렴하며, 고주파수 및 초고주파수를 위한 것이며, 또한 장착이 용이하고, 구조가 간단하고, 콤팩트하며, 적어도 특별한 실시예들에서 복잡하지 않은 급전 구조체를 포함하고 있는 안테나 장치가 제공된다는 것이 하나의 장점이다. 다른 장점은 대량 생산에 적합하고 높은 재현성으로 제조될 수 있는 안테나 장치가 제공된다는 것이다. 또한, 이러한 장점을 제공하는 다중 포트 안테나 장치는 안테나 포트들 사이의 약한 상호 결합을 가지므로, 원거리 기능들이 거의 직교하게 된다는 것이 장점이다. 특히, 안테나 포트들 간에 약한 상호 결합을 갖는 다중 포트 안테나 장치가 제공되는데, 이는 원거리 기능들이 일부 관점, 예컨대 편파, 방향 또는 형상과 관련하여 직교하는 것을 보장한다. 여기에서 직교는 복잡한 원거리 기능들의 내적이 안테나 장치의 원하는 커버리지에 걸쳐 낮다는 것을 의미한다. 특히 UWB 안테나 장치는 제조하기 극히 용이하고 저렴하다는 것 외에, MIMO 능력을 갖거나 갖지 않는 무선 시스템의 무선 장치를 위한 측정 시스템을 위해 적합하고, 또한 약한 결합을 갖거나 특히 전혀 결합을 하지 않거나, 적어도 그들 사이에 가급적 낮은 결합을 갖는 멀티 포트 및 직교하는 원거리 기능들을 가질 수 있는 대규모 MIMO에 적합하다.
본 발명의 개념은 통계적 다중 경로 환경을 위한 MIMO 안테나 시스템, 특히 대규모 MIMO 안테나 시스템에 사용하기 위한 안테나 장치를 위해 또한 유리하다.
본 발명의 장점은 제조 및 조립을 용이하게 하고, 대량 생산될 수 있는 구성 요소의 공급을 통해 제조 및 조립 비용을 상당히 감소시킬 수 있고, 평평한 보우타이를 포함하고 콤팩트하고 간단한 급전 구조체를 포함한다는 것이다.
2개의 대향하는 절반부 또는 아암을 포함하는 안테나 장치는 본 명세서에서 보우타이(bowtie)라고 지칭한다. 그러나 각각의 아암은 절반의 보우타이 안테나 요소로서 별개로 사용될 수도 있다. 일반적으로 두 개의 완전한 보우타이 장치들은 전술한 WO 2014/062112 및 [H. Raza, A. Hussain, J. Yang 및 P.-S. Kildal에 의한 "광대역 콤팩트 4-포트 이중 편파 자체 접지형 보우타이 안테나", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 62, No., pp. 1-7, 2014년 9월]에서 설명된 바와 같은 이중 편파 보우타이 안테나 장치를 형성하도록 서로 직교하여 장착된다. 본 발명에 따라, 예를 들어 이중 편파 또는 다중 편파 보우타이를 제조하기 위해, 유리하고 바람직한 실시예에서 하나의 아암 및 동일한 아암은 예를 들어 두 개의 보우타이를 위해 단지 3개의 아암이 필요하다는 것을 의미하는, 이중 편파 2-포트 또는 다중 포트 안테나를 형성하기 위하여 차동적으로 여기될 수 있는 두 개의 보우타이 구조체 각각에 아암으로서 사용될 수 있다.
본 발명은 이하에서 비제한적인 방식으로 첨부 도면을 참조하여 또한 설명될 것이다.
도 1은 직선 편파 보우타이 안테나를 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 장치의 사시도이다.
도 1a는 도 1과 같은 안테나 장치의 아래에서 바라본 사시도이다.
도 1b는 도 1의 안테나 장치의 확대 단면도이다.
도 1c는 특정 실시예에서 도 1과 같은 안테나 장치를 위한 예시적인 지지 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 마이크로 스트립 라인 및 동축 커넥터를 포함하는 급전 장치를 구비한 단일 편파 보우타이 안테나를 포함하는 안테나 장치의 사시도이다.
도 2a는 도 2의 안테나 장치의 아래에서 바라본 사시도이다.
도 2b는 도 2에 도시된 안테나 장치의 급전 장치의 동축 커넥터의 내부 도체 및 마이크로 스트립 라인을 보여주는 확대 사시도이다.
도 2c는 도 2와 같은 안테나 장치의 지지 장치의 실시예의 사시도이다.
도 3은 안테나 장치의 다른 실시예의 사시도이다.
도 3a는 도 3에 도시된 안테나 장치의 아래에서 바라본 개략적인 사시도이다.
도 4는 이중 편파 안테나 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 4a는 도 4에 도시된 이중 편파 안테나 장치의 아래에서 바라본 개략도이고,
도 4b는 3개의 보우타이 아암 및 2개의 캡, 지지체 및 내부 도체를 더욱 상세하게 도시한 도 4의 안테나 장치의 확대 사시도이다.
도 4c는 하나의 특정 구현예에 따른 지지 요소를 구비한 도 4의 이중 편파 보우타이 안테나 장치의 사시도이다.
도 4d는 도 4의 안테나 장치의 개략적인 평면도이다.
도 5는 이중 편파 MIMO 안테나용 2 x 2 보우타이 안테나 어레이의 사시도이다.
도 6은 밀리미터파 적용에 적합한 보우타이 안테나 장치의 사시도이다.
도 6a는 도 6에 도시된 장치의 제1 층의 상부 금속 시트를 도시한 도면이다.
도 6b는 도 6의 장치의 제1 층의 하부 금속 시트를 도시한 도면이다.
도 6c는 도 6에 도시된 제1 층의 기판을 도시한 도면이다.
도 6d는 도 6과 같은 장치의 제2 층의 예를 도시한 도면이다.
도 6e는 도 6과 같은 장치의 제3 층의 예를 도시한 도면이다.
도 6f는 도 6의 장치의 제4 층을 도시한 도면이다.
도 6g는 기판이 제거된, 도 6f의 제4 층을 도시한 도면이다.
도 6h는 도 6의 장치의 제1 층과 제4 층 사이의 결합을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6i는 기판이 제거된, 도 6h에서와 같은 제1 층과 제4 층 사이의 결합을 도시한 도면이다.
도 7은 밀리미터파 적용에 적합한 보우타이 안테나 장치의 다른 실시예의 사시도이다.
도 7a는 도 7에 도시된 장치의 제1 층의 상부 금속 시트를 도시한 도면이다.
도 7b는 도 7의 장치의 제1 층의 하부 금속 시트를 도시한 도면이다.
도 7c는 도 7에 도시된 제1 층의 기판을 도시한 도면이다.
도 7d는 도 7에서와 같은 장치의 제2 층의 예를 도시한 도면이다.
도 7e는 도 7에서와 같은 장치의 제3 층의 예를 도시한 도면이다.
도 7f는 도 7의 장치의 제4 층을 도시한 도면이다.
도 7g는 기판이 제거된, 도 7f의 제4 층을 도시한 도면이다.
도 7h는 도 7의 장치의 제1 층과 제4 층 사이의 결합을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7i는 모든 기판이 제거된, 도 6h에서와 같은 제1 층과 제4 층 사이의 결합을 도시한 도면이다.
도 8은 밀리미터파 적용에 적합한 보우타이 안테나 장치의 다른 실시예의 사시도이다.
도 8a는 도 8에 도시된 장치의 제1 층의 상측을 도시한 도면이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 제1 층의 상측의 일부 확대도이다.
도 8c는 도 8의 장치의 제1 층의 하측을 도시한 도면이다.
도 8d는 도 8c에 도시된 제1 층의 하측의 일부 확대도이다.
도 8e는 도 8에서와 같은 장치의 제2 층의 예를 도시한 도면이다.
도 8f는 도 8의 장치의 제3 층을 도시한 도면이다.
도 8g는 도 8f에 도시된 제3 층의 상측의 일부 확대도이다.
도 8h는 도 8f에 도시된 제3 층의 하부를 도시한 도면이다.
도 8i는 도 8의 장치의 제4 층을 도시한 도면이다.
도 8j는 모든 기판이 제거된, 도 8의 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1은 동일한 평면, 여기에서 보우타이 아암 섹션 평면이라고 또한 지칭하는 평면에 배열된 전기 전도성 재료로 제조된 2개의 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)을 포함하는 하나의 보우타이 구조체(10)를 포함하고 있는 본 발명에 따른 보우타이 안테나 장치(100)의 제1 실시예를 도시하며, 보우타이 아암 섹션의 각각의 좁은 단부(2A', 2A')는 금속 접지판(1A)(또는 다른 실시예에서 PCB(인쇄회로기판))의 상부 측으로부터 일정 거리에서 서로 마주하여 실질적으로 서로를 향하고 있다. 따라서, 보우타이 아암 섹션 평면과 접지판(1A)은 평행하게 배치된다. 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)은 지지 장치(도 1에 도시되지 않음), 바람직하게는 각 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)을 위한 공통 지지 요소 또는 개별 지지 요소를 포함하는 기계적지지 장치(도 1c 참조)에 의해 접지판(1A)으로부터 거리를 두고 떨어져 있는 위치에 유지된다. 본 발명은 임의의 특정 지지 장치에 한정되지 않고, 접지판으로부터 원하는 거리에 위치된 보우타이 아암 섹션 평면에 보우타이 아암 섹션을 유지하기위한 많은 다른 방식으로 지지 장치가 제공될 수 있음이 분명하다. 일부 실시예에서, 거리는 원하는 작동 주파수 대역에서 하단 주파수의 파장의 약 1/8을 포함한다. 거리가 하단 주파수 대역의 파장의 1/8로 제한되지 않는다는 것은 분명한 것이며, 거리는 보다 작을뿐만 아니라 더 커질 수 있다. 원하는 하단 주파수가 낮을수록 거리는 커야하고, 반대의 경우도 마찬가지이다.
2개의 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)의 단부(2A', 2A')는 작동 주파수에 의존하는 서로간의 약간의 거리에 위치한다. UWB 안테나의 경우, 단일 주파수에 대해 거리를 지정하는 것은 중요하지 않지만, 거리는 원하는 주파수 대역의 하단 주파수에서의 파장과 관련하여 매우 작은데, 예를 들어 원하는 주파수 대역의 하단 주파수에서의 파장의 약 1/10 보다 작거나 또는 훨씬 작다.
2개의 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)으로부터 거리를 두고, 보우타이 아암 섹션 평면과 평행하게 캐핑 장치(4A)가 위치되는데, 여기에는 캐핑 장치는 실질적으로 직사각형 모양의 금속 캡을 포함하며, 보우타이 아암 섹션 평면 및 접지판(1A)과 평행하지만 접지판(1A)에 대하여 보우타이 아암 섹션 평면의 반대측에 있는 캡 평면에 배치된다. 금속 캡(4A)은 보우타이 아암 섹션 단부(2A', 2A')에 대해 집중되어 위치되고, 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)과 캡(4A) 사이의 거리는 원하는 작동 주파수 대역의 하단 주파수에서의 파장의 약 1/16을 포함하며, 따라서 접지판(1A)과 보우타이 아암 섹션 평면 사이의 거리의 약 절반을 포함한다. 물론 거리는 더 커질 수도 있고 더 작아질 수도 있다.
캡(4A)은 바람직하게는 보우타이 아암 섹션의 종방향 연장부의 방향으로 대칭으로 위치된 패치를 포함한다. 그것은 원형, 정사각형, 직사각형 또는 임의의 다른 적절한 형상 일 수 있고, 원하는 작동 주파수 대역의 하단 주파수에서의 파장의 약 1/8에 실질적으로 대응하는 크기(직경, 정사각형 패치의 측면/직사각형의 장변)를 갖는다. 종방향 연장부에 수직인 방향의 패치 치수는 그다지 중요하지 않으며 다른 값을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이 캡(4A)의 제공 및 배치를 통해, UWB의 방사 빔은 실질적으로 일정하게 될 수 있으며, 이는 매우 유리하다. 캡핑된 보우타이 안테나 장치(100)는 야기 안테나(Yagi antenna) 및 적층 패치 안테나의 조합이라고 할 수 있다. 첫째, 알려진 작동 원리로서 다중 적층 패치는 패치 안테나의 대역폭을 증가시킬 수 있다. 적층된 패치의 원리가 여기서 보우타이 안테나에 적용된다. 캡(4A)(하나의 적층 패치)을 사용함으로써 보우타이 안테나(100)에 대해 달성된 대역폭의 향상은 패치 안테나에 대한 통상적인 것보다 훨씬 더 크다. 그에 대한 첫 번째 이유는 낮은 주파수에서, 방사 요소는 주로 보우타이 아암 섹션으로 형성되는데 여기에서 캡(4A)은 방사하지 않고(반 파장보다 훨씬 작고) 임피던스 정합을 턴업하기 위한 커패시터로서 작용한다. 한편 높은 주파수에서, 캡(4A)은 방사 패치로서 작용하고, 보우타이 아암 섹션은 캡(4A)에 대한 급전(여기)으로서 작용한다. 그러므로, 저주파뿐만 아니라 고주파에서, 캡핑된 보우타이 안테나 장치(100)는 반파 다이폴(half-wave dipole)로서 방사하는데, 이는 방사 패턴을 주파수 대역의 두 단부에서 거의 일정하게 만든다. 둘째로, 캡(4A)은 야기 안테나와 같이 디렉터로서 작용한다. 야기 안테나는 리플렉터(캐핑된 보우타이에서 접지판), 여진 소자(보우타이) 및 디렉터(캡)으로 만들어진다. 본 발명에 따른 보우타이 구조체(10A)는 여진 소자로서로서, 접지판은 반사기로서 그리고 캡(4A)은 디렉터로서 작용할 것이다. 따라서 캡이 방향성 방사 패턴(빔을 분리하지 않는 상태로 유지)을 제공하는 콤팩트한 야기 안테나가 만들어진다. 따라서, 중간 대역폭에서 야기 원리는 방사 패턴을 거의 일정하게 만든다.
금속 지지 요소(5A)는 접지판(1A)과 보우타이 아암 섹션(2A1) 중 하나의 단부(2A') 사이에 배치되며, 그 주된 목적은 여기서는 금속 도체 포스트(6A)에 배열된 동축 연결의 내부 도체(7A)인 급전 라인을 위한 급전 라인 접지판으로 작용한다. 금속 포스트(6A)는 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형 등과 같은 임의의 적절한 단면을 가질 수 있다.
접지판(1A)에는 내부 도체(7A)가 통과하는 구멍 또는 개구(9A)가 제공되고, 접지판의 반대측에는 입력 안테나 포트로서 작용하는 동축 커넥터(도 1에 도시되지 않음, 도 1a 참조)가 제공된다. 일 실시예에서 금속 지지 요소(5A)는 보우타이 아암 섹션(2A2)과 일체로 원 피스로 형성된다. 그러한 실시예에서 굽혀진 단일 피스의 금속이, 보우타이 아암 섹션(2A2)의 단부(2A')의 중심에 위치한 연결 영역(25A)에서 실질적으로 90°절곡됨으로써, 보우타이 아암 섹션(2A2) 및 금속 지지 요소(5A)를 형성하도록 사용될 수 있다. 금속 지지 요소(5A)는 예를 들어 나사 또는 볼트 등과 같은 임의의 부착 수단에 의해 접지판(1A)에 연결되거나 납땜 또는 이와 유사한 방식에 의해 고정될 수 있으며, 따라서 영구적으로 또는 탈착 가능하게 고정될 수 있다. 금속 지지 요소(5A)는 또한 전술한 바와 같은 체결 수단에 의해서 또는 용접, 솔더링 팝 리벳 또는 유사한 것에 의해서 보우타이 아암 섹션(2A2)의 단부(2A')의 중앙부에 해제 가능하게 또는 고정으로 고정되도록 구성된 별도의 요소를 포함할 수 있다.
보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2) 및 캡(4A)의 형상 및 크기의 적절한 선택을 통해, E-평면 및 H-평면에서 실질적으로 동일한 방사를 얻을 수 있게 된다. 그 첫번째 이유는, 전술한 바와 같이 캡핑 보우타이는 콤팩트한 야기 안테나로서 형성 또는 작용한다고 말할 수 있고, 야기 안테나가 거의 동일한 E-평면 및 H-평면 방사 패턴을 갖는다는 것이다. 둘째로, 캡핑 보우타이 안테나 장치가 상대적으로 넓은 보우타이 아암(거의 정사각형 또는 원형 등) 및 상대적으로 넓은 캡(정사각형, 원형, 보우타이 아암 섹션의 종방향 연장부에 수직하게 비교적 넓은 폭을 갖는 직사각형)을 갖는다면, 보우타이 아암 섹션 및 캡에 걸쳐서 전류 분배가 E-평면 및 H-평면 모두에서 유사해질 것이며, 이는 E-평면 및 H-평면 방사 패턴을 유사하게 만든다. 본 발명은 이러한 넓은 보우타이 아암 섹션 및 캡을 갖는 실시예로 제한되지 않는다는 것이 분명하며, 원하고 문제가 되는 경우에 이들은 E-평면 및 H-평면에서 실질적으로 동일한 방사를 제공하는데 부가적으로 기여하는 유리한 특징일 수 있다.
전술한 바와 같이, 바람직하게 동축 급전 라인 및 동축 커넥터를 포함하는 급전 장치는 약 90 GHz까지 또는 심지어 약 110 GHz까지의 주파수를 위해 사용되거나, 또는 약 110 GHz까지의 밀리미터 파 및 마이크로파 구현을 위해 사용된다.
보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2) 및 캡(4A)은 유리한 실시예에서 금속 시트로 만들어지며, 예를 들어 플라스틱 지지 장치가 접지판(1A)으로부터 거리를 두고 보우타이 아암 섹션 및 상기 보우타이 아암 섹션으로부터 거리를 두고 캡(4A)을 유지하고 배치하기 위해 사용된다.
요소들, 보우타이 아암 섹션들, 캡들 등은 평면이기 때문에, 제조하기 쉽고 저렴한 콤팩트한 장치가 제공된다.
밀리미터 파에 대해 예를 들어 약 30 GHz 이상의 주파수에 대해서는, 다른 급전 장치가 바람직하게 사용되며, PCB 기술 또는 웨이퍼 기술 등은 밀리미터 파에서 매우 작은 크기로 인해 보우타이 아암 섹션 및 캡에 대한 지지를 제공하기 위해 유리하게 사용된다. 이는 도 6 내지 도 8j를 참조하여 보다 완전하게 논의될 것이다. 밀리미터 파의 경우, 안테나 장치는 마이크로파 안테나 장치보다 작아야 하기 때문에, 제조를 용이하게 하거나 심지어 가능하게 모든 요소가 평면이고 평평한 것이 매우 유리하다.
도 1a는 도 1의 안테나 장치(100)를 아래로부터 도시한 개략적인 사시도로서, 안테나 장치의 급전을 위한 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)이 제공되는 측면과 반대쪽인 접지판(1A)의 측면에 동축 커넥터(8A)가 배치되어 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 안테나의 급전을 위해 어떠한 밸런 또는 180° 하이브리드를 사용할 필요가 없으며, 이는 매우 유리하다. 도 1a에 도시된 다른 요소들은 도 1을 참조하여 이미 논의되었고 동일한 참조 숫자를 가지고 있으므로 여기서는 더 이상 설명하지 않을 것이다.
도 1b는 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)을 보여주는 도 1에 도시된 안테나 장치(100)의 일부의 확대도이며, 금속 지지 요소(5A)는 접지판(1A)과 보우터이 아암 섹션(2A1)의 단부(2A')의 중심에서의 돌출부 사이에 연결된 금속 도체 포스트(6A)의 내부 도체(7A)를 위한 접지판으로서 작용하고, 금속 도체 포스트(6A)는 상세하게는 다른 보우타이 아암 섹션(2A2)의 단부(2A')의 중앙에 연결된다. 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)은 상이한 평탄한 형상을 가질 수 있고, 단부를 향해 연속적으로 또는 불연속적으로 테이퍼지고, 실질적으로 반원형 단부를 가지며, 단부 팁을 포함할 수 있고, 직선일 수 있고, 쌍곡선의 형상을 가질 수 있고, 타원형 또는 삼각형 모양이거나 계단 모양일 수 있다. 많은 대안이 가능하며 그 중 일부만 도시되고 있다. 도 1b에서, 접지판의 다른 쪽에 내부 도체(7A)를 수용하기 위한 접지판(1A)의 구멍(9A)은 동축 커넥터를 또한 포함한다. 캡(4A)은 도 1b에 도시되어 있지 않다.
보우타이 아암 섹션과 캡의 형상들은 넓은 대역폭에 걸쳐서 임피던스 정합에 다른 효과를 나타낸다. 예를 들어, 전적으로 직사각형의 보우타이 아암 섹션 및 캡은 저주파 대역에서 양호한 임피던스 정합을 갖는 반면에, 육각형 형상을 갖는 보우타이 아암 섹션 및 캡은 고주파 대역에서 더욱 양호한 성능을 갖는다. 따라서, 상이한 적용을 위해, 보우타이 아암 섹션 및 캡에 대한 상이한 형상이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 캡핑 보우타이 안테나 장치를 사용하여 콤팩트한 어레이를 제조하기 위해, 보우타이 아암 섹션 및 캡에 대해 상이한 형상이 사용될 수 있다. 예를 들어, 선형 편파 캡핑 보우타이 어레이에 대해 직사각형 형상이 사용될 수 반면, 이중 편파 어레이에 대해서는 요소를 분리(서로 접촉하지 않게)하기 위하여 육각형 형상이 사용될 수 있다. 원형은 대칭이며 이중 편파를 위해 매우 적합하고 제조하기 용이하다. 많은 변형이 가능하며, 이들은 단지 본 발명이 제한되지 않는 몇 가지 예일 뿐이고, 다른 구현예 및 실시예뿐만 아니라 상이한 구현예를 위해 앞에서 제안된 것 이외의 다른 형상일 수 있다.
도 1c는 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2) 및 캡(4A)을 지지하는 두 개의 플라스틱 포스트(11A', 11A')를 포함하는 예시적인 지지 장치(11A)를 갖는, 도 1의 안테나 장치(100)를 나타낸다. 이 특정 실시예에서, 두 개의 플라스틱 포스트(11A', 11A')는 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)의 개별적인 구멍을 각각 통과하며, 각각의 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)이 접지판으로부터 원하는 거리의 위치에 놓이도록 구멍에 안락하게 끼워지고; 대안적으로는, 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)이 접지판(1A) 위의 원하는 거리에 고정되도록 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)은 포스트 상에 나사 결합되고 상기 포스트에 제공된 돌출부에 의해 지지된다. 이 실시예에서, 캡(4A)은 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)으로부터 원하는 거리에서, 플라스틱 포스트(11A', 11A')의 상부 단부에 놓인다. 캡(4A)은 임의의 적절한 방식으로 플라스틱 포스트에 고정된다. 일부 실시예에서, 캡(4A)은 포스트를 수용하는 구멍 또는 오목 부를 구비하고, 및/또는 플라스틱 포스트에 용접, 납땜 또는 접착될 수 있거나 임의의 적절한 방식으로 고정될 수 있다. 지지 장치는 많은 다른 형태를 취할 수 있고, 대안적으로는 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2) 및 캡(4A)의 각각 하나를 지지하기위한 별도의 요소, 또는 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2)을 모두 지지하기 위한 공통 장치, 또는 보우타이 아암 섹션 뿐만아니라 하나 이상의 캡을 지지하기 위한 공통 장치 혹은 구조체를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 보우타이 구조체와 유사한 보우타이 구조체(10B)를 포함하는 안테나 장치(110)를 포함하는 실시예를 도시한다. 이 장치는 보우타이 아암 섹션 평면에 배열되고, 여기서 각각의 보우타이 부분의 직선 가장자리가 서로 마주보도록 보우타이 아암 섹션의 종방향 에지에 수직인 개별직인 직선 가장자리로 끝나는 테이퍼진 섹션(2B', 2B')을 갖는 단부를 포함하는, 전기 전도성 재료로 제조된 2개의 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)을 포함한다. 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)은 금속 접지판(1B)(또는 다른 실시예에서 PCB(인쇄 회로 기판))의 상측으로부터 거리를 두고 위치한다. 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 보우타이 아암 섹션 평면과 접지판(1B)은 평행하게 위치된다. 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)은 지지 장치(도 2b에 도시되지 않은)에 의해, 바람직하게는 각각의 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)을 위한 공통 지지 요소 또는 별개의 지지 요소를 포함하는 기계적 지지 장치, 예를 들어 아래의 도 2c에 도시된 기계적 지지 장치 또는 임의의 다른 적절한 지지 장치에 의해 접지판(1B)으로부터 거리를 두고 소정의 위치에 유지된다.
일부 실시예들에서, 아암 섹션들과 접지판 사이의 거리는 도 1에 도시된 실시예를 참조하여 또한 논의된 바와 같이 원하는 작동 주파수 대역에서 하단 주파수에서의 파장의 약 1/8이다. 이 실시예에서 또한 거리는 하단 주파수 대역에서의 파장의 1/8로 제한되지 않는다는 것은 분명하고, 거리는 더 작을뿐만 아니라 더 클수 있다. 원하는 하단 주파수가 낮을수록 거리가 커야하며 반대의 경우도 마찬가지이다.
2개의 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)의 단부(2B', 2B')는 도 1을 참조하여 또한 논의된 바와 같이 작동 주파수에 의존하는 서로로부터 서로 약간의 거리를 두고 위치된다.
보우타이 아암 섹션 평면과 평행하게 2개의 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)으로부터 여기서 제2 거리라고 하는 거리(d2)에, 실질적으로 정사각형의 금속 캡을 포함하는 캡 장치(4B)가 제공된다. 금속 캡(4B)은 또한 도 1의 실시예를 참조하여 논의된 바와 같이 보우타이 아암 섹션 단부(2B', 2B')에 대해 대칭으로 집중된 방식으로 위치하며, 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)과 갭 장치(4B) 사이의 거리는 원하는 작동 주파수 대역에서 하단 주파수의 파장의 약 1/16을 포함하고, 따라서 접지판(1B)과 보우타이 아암 섹션 평면 사이의 거리(d1)의 약 절반을 포함한다. 도 1 내지 도 1c를 참조하여 전술한 것과 유사한 고려 사항 및 변형 가능성은 도 2에서와 같은 실시예에도 적용 가능하며, 유사한 요소는 동일한 참조 부호를 갖지만 "B"의 표시를 갖는다.
대안적으로, 금속 캡은 원형, 직사각형 또는 임의의 다른 적절한 형상일 수 있고, 원하는 작동 주파수 대역에서의 하단 주파수의 파장의 약 1/8(직경, 정사각형 패치의 측면/직사각형의 장변)에 실질적으로 대응하는 크기를 갖는다(또한 여기서는 도 1과 관련한 앞에서의 설명을 참조한다).
도 1 내지 도 1c에 도시된 실시예에서와 같이, 금속 지지 요소(5B2)는 접지판(1B)과 하나의 보우타이 아암 섹션(2B2)의 단부(2B') 사이에 배치되며, 그 주된 목적은 급전 라인의 급전 라인 접지판으로 작용하는 것이다.
급전 장치(20B)는 도 1에 도시된 급전 장치와 상이하며, 여기서는 안테나 장치(110)의 급전을 위해 사용되는 접지판(1B)의 반대쪽에 배치된 동축 커넥터(8B)(도 2에 도시되지 않음; 도 2a 참조)와 조합으로 마이크로 스트립 라인(6B)을 포함한다. 금속 지지부(5B2)는 보우타이 아암 섹션(2B2)과 접지판(1B) 사이에 연결되고, 평행하게 배치된 기판 보드(5B1) 상에 배치되고 예를 들어 동일한 형상의 금속 지지부(5B2)와 결합하는 마이크로 스트립 라인(6B)의 접지판으로서 작용한다. 동축 연결의 내부 도체(7B)는 여기서 마이크로 스트립 라인(6B)에 납땜된다. 접지판에는 내부 도체(7B)가 통과하는 구멍 또는 개구(9B)가 제공되고, 접지판의 반대측에는 입력 안테나 포트로서 작용하는 동축 연결의 동축 커넥터(8B)(도 2a 참조)가 제공된다.
일 실시예에서 금속 지지 요소(5B2)는 보우타이 아암 섹션(2B2)과 일체로 통합되어 원 피스로 형성되고 이전 실시예를 참조하여 보다 상세히 논의된 바와 같이실질적으로 90°굽혀짐으로써, 보우타이 아암 섹션(2B2) 및 금속 지지 요소(5B2)를 형성하도록 구부러진 단일 피스의 금속이 사용될 수 있다. 따라서, 금속 지지 요소(5B2)는 예를 들어 나사, 볼트, 팝 리벳 등과 같은 임의의 부착 수단에 의해 접지판(1B)에 연결되거나 용접, 납땜, 접착 또는 이와 유사한 방식에 의해 고정될 수 있으며, 따라서 영구적으로 또는 탈착 가능하게 고정될 수 있다. 금속 지지 요소(5B2)는 또한 전술한 바와 같은 체결 수단에 의해서 또는 용접, 납땜 또는 유사한 것에 의해서 보우타이 아암 섹션(2B2)의 단부(2B')의 중앙부에 해제 가능하게 또는 고정으로 고정되도록 구성된 별도의 요소를 포함할 수 있다.
도 1의 실시예를 참조하여 또한 논의된 바와 같이, 보우타이 아암 섹션 및 캡의 형상 및 크기의 적절한 선택을 통해, E-평면 및 H-평면에서 실질적으로 동일한 방사를 얻을 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 바람직하게 급전 장치(20B)는 약 90 GHz까지 또는 심지어 약 110 GHz까지의 주파수를 위해 사용되거나, 또는 약 110GHz까지의 밀리미터 파 및 마이크로파 구현을 위해 사용된다.
보우타이 아암 섹션 및 캡은 금속 시트로 제조되며, 예를 들어 플라스틱 지지 장치가 접지판(1B)으로부터 거리를 두고 보우타이 아암 섹션 및 상기 보우타이 아암 섹션으로부터 거리를 두고 캡(4B)을 유지하고 배치하기 위해 사용된다.
도 2a는 도 2의 안테나 장치(110)를 아래로부터 도시한 개략적인 사시도로서, 안테나 장치의 급전을 위한 보우타이 아암 섹션들이 제공되는 측면과 반대쪽인 접지판(1B)의 측면에 동축 커넥터(8B)가 배치되어 있다. 도 1, 도 1a을 참조하여 이미 또한 논의된 바와 같이 본 발명이 이러한 급전 장치가 사용되는 실시예를 또한 포함하는 경우에도, 동축 커넥터가 사용될 수 있어 매우 유리하고 안테나의 급전을 위해 어떠한 밸런 또는 180° 하이브리드를 사용할 필요가 없다. 도 2a에 도시된 다른 요소들은 도 2를 참조하여 이미 논의되었고 여기서는 더 이상 설명하지 않을 것이다.
도 2b는 도 2에 도시된 안테나 장치(110)의 일부 확대도이며, 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2), 기판(5B1) 상에 배치된 마이크로 스트립 라인(6B)에 대한 접지판으로서 작용하는 금속 지지 요소(5B2) 및 동축 커넥터(8B)(도 2a 참조)의 내부 도체(7B)를 보다 상세하게 도시한다. 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)은 상이한 평탄한 형상을 가질 수 있고, 단부를 향해 연속적으로 또는 불연속적으로 테이퍼지고, 실질적으로 반원형 단부를 가지며, 단부 팁을 포함할 수 있고, 직선 단부를 가지며, 쌍곡선의 형상, 타원형 또는 삼각형일 수 있고, 계단 모양 단부를 가질 수 있다. 많은 대안이 가능하며 그 중 일부만 도시되고 있다. 도 2b에, 접지판의 다른 쪽에 내부 도체(17B)를 수용하기 위한 접지판(1B)의 개구 또는 구멍(9B)이 동축 커넥터를 포함하는 것이 또한 도시되어 있다. 캡(4A)은 도 2b에 도시되어 있지 않다.
도 2c는 도 2와 같은 안테나 장치(110)를 도시하며, 이는 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)을 지지하기 위한 제1 지지부 장치(11B) 및 캡(4B)을 지지하기 위한 제2 지지부 장치(12B)를 포함한다. 제1 지지부 장치(11B)는 4개의 플라스틱 포스트(11B', ..., 11B')를 포함하고, 각 2개의 플라스틱 포스트(11B', ..., 11B')는 각각의 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)을 지지하도록 되어 있고 바람직하게는 다른 모우타이 아암 섹션과 마주하여 다른 것으로부터 거리를 두고 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)의 단부(2B', 2B')에서, 각각의 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)과 접지판(1B) 사이에 배치된다. 제2 지지부 장치(12B)는 여기에서 실질적으로 정사각형의 캡(4B)의 모서리에서, 각각의 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)과 캡(4B) 사이에 쌍으로 배열된 4개의 플라스틱 포스트(12B', ..., 12B')를 또한 포함한다. 캡(4B)은 임의의 적절한 방식으로 플라스틱 포스트(12B', ..., 12B')에 고정된다. 일부 실시예에서, 캡(4B)은 포스트를 수용하기 위한 구멍 또는 리세스를 구비하고, 및/또는 플라스틱 포스트에 용접, 납땜, 접착 또는 유사하게 부착될 수 있다. 또한 도 2에서와 같은 급전 장치를 갖는 실시예에서, 도 1c에서와 같은 지지 장치가 대안적으로 사용될 수 있다.
지지 장치는 많은 다른 형태를 취할 수 있고, 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)과 캡(4B)을 지지하기 위한 별도의 요소, 또는 보우타이 아암 섹션(2B1, 2B2)을 모두 지지하기 위한 공통 장치, 또는 보우타이 아암 섹션 뿐만아니라 하나 이상의 캡을 지지하기 위한 공통 장치 혹은 구조체를 포함할 수 있다.
도 3은 전기 전도성 재료로 제조되고 동일한 평면에 배열된 2개의 평평한 보우타이 아암 섹션(2C1, 2C2)을 갖는 보우타이 구조체(10C)를 포함하는 본 발명에 따른 보우타이 안테나 장치(120)의 다른 실시예를 도시하며, 보우타이 아암 섹션의 각각의 좁은 단부(2C', 2C')는 금속 접지판(1C)의 상부 측으로부터 일정 거리를 두고 서로 마주하여 실질적으로 서로를 향하고 있다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 실시예를 참조하여 설명한 바와 같이, 보우타이 아암 섹션 평면과 접지판(1C)은 평행하게 배치된다. 보우타이 아암 섹션(2C1, 2C2)은 지지 장치(도 1에 도시되지 않음), 예를 들어 도 1c 또는 도 2c를 참조하여 설명한 지지 장치, 또는 접지판(1C)으로부터 원하는 거리에 보우타이 아암 섹션을 유지하기 위한 임의의 다른 적절한지지 장치에 의해 접지판(1C)으로부터 거리를 두고 떨어져 있는 위치에 유지된다. 도 1을 참조하여 또한 논의된 바와 같이 일부 실시예들에서 거리는 원하는 작동 주파수 대역에서 하단 주파수의 파장의 약 1/8을 포함하지만, 이 실시예에서도 거리가 하단 주파수 대역의 파장의 1/8로 제한되는 것은 아니며, 유사한 고려 사항 및 변경 가능성이 적용되고 거리는 보다 작을뿐만 아니라 더 커질 수 있다. 원하는 하단 주파수가 낮을수록 거리는 커야하고, 반대의 경우도 마찬가지이다.
2개의 보우타이 아암 섹션(2C1, 2C2)의 단부(2C', 2C')은 작동 주파수에 의존하는 서로간의 약간의 거리에 위치하며, 바람직하게는 λ/10보다 작고, λ는 원하는 주파수 대역의 하단 주파수에서의 파장이며, 적어도 고주파수 적용에 대해서는 매우 작아야하며 저주파수에 대해서는 거리가 덜 중요하며, 이는 다른 실시예에도 적용된다.
보우타이 아암 섹션 평면과 평행하게 2개의 보우타이 아암 섹션(2C1, 2C2)으로부터 거리를 두고, 실질적으로 원형의 금속 캡을 포함하는 캡 장치(4C)가 보우타이 아암 섹션의 평면과 평행하게 배치된다. 또한 본 명세서에서 앞서 논의된 바와 같이, 금속 캡(4C)은 보우타이 아암 섹션 단부(2C', 2C')에 대해 집중 배치되고, 보우타이 아암 섹션(2C1, 2C2)과 캡(4B) 사이의 거리는 원하는 작동 주파수 대역에서 하단 주파수의 파장의 약 1/16을 포함하며, 따라서 접지판(1C)과 보우타이 아암 섹션 평면 사이의 거리의 약 절반을 포함한다.
여기에서 캡(4C)은 원하는 작동 주파수 대역에서 하단 주파수의 파장의 약 1/8에 실질적으로 대응하는 직경을 갖는 대칭적으로 위치된 원형 패치를 포함한다.
원형 캡(4C)의 사용을 통해 고도의 대칭성이 얻어지며 제조 및 장착도 매우 용이하다.
또한, 보우타이 안테나 장치(120)는 도 1에 도시된 보우타이 안테나 장치(100)와 달리 보우타이 아암 섹션(2C1, 2C2)이 만곡되어 있다. 다른면에서, 보우타이 안테나 장치(120)는 도 1 내지 도 1c를 참조하여 기술된 보우타이 안테나 장치(100)와 유사하고, 유사한 요소는 동일한 참조 번호를 가지지만 "C"의 표시를 갖는다.
만곡된 보우타이 아암 섹션을 사용하는 것을 통하여 고주파 범위에서 임피던스 정합이 향상될 수 있으며 저주파수 범위에서는 다소 악화되지만 여전히 용인될 수 있다. 따라서 상이한 형상의 보우타이 아암과 캡을 사용하여, 다른 주파수 범위에서 임피던스 정합이 강조될 수 있다.
금속 지지 요소(5C)가 접지판(1C)과 보우타이 아암 섹션 중 하나(2C2) 단부(2C') 사이에 배치되고, 금속 도체 포스트(6C)에 배치된 동축 연결의 급전 라인 용 내부 도체(7C)의 접지판으로 작용한다. 접지판에는 내부 도체(7C)를 위한 구멍 또는 개구(9C)가 제공되고, 접지판의 반대측에는 입력 안테나 포트로서 작용하는 동축 커넥터(8C)(도 3a 참조)가 제공된다. 금속 지지 요소(5C)는 다른 실시예를 참조하여 설명된 바와 같이, 보우타이 아암 섹션(2C2)과 일체로 원 피스로 형성되고 나사 또는 볼트, 리벳 등과 같은 임의의 부착 수단에 의해 접지판(1C)에 연결되거나 용접, 납땜, 접착 또는 이와 유사한 방식에 의해 고정될 수 있으며, 따라서 영구적으로 또는 탈착 가능하게 고정될 수 있다. 대안으로 금속 지지 요소(5C)는 전술한 바와 같은 고정 수단에 의해서 또는 용접, 납땜 또는 유사한 것에 의해서 보우타이 아암 섹션(2C1)의 단부(2C')의 중심부에 탈착 가능하게 또는 고정으로 고정되도록 구성된 별도의 요소를 포함할 수 있다.
금속 포스트(6C)는 또한 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형 등의 임의의 적절한 단면을 가질 수 있고, 보우타이 아암 섹션과 캡의 형상 및 크기의 적절한 선택을 통해, 앞서 언급한 것처럼 문제가 있다면 E-평면과 H-평면에서 실질적으로 동일한 방사선을 얻는 것이 가능해진다.
또한 전술한 바와 같이, 유리하게는 동축 급전 라인과 동축 커넥터를 포함하는 급전 장치는 약 90 GHz까지 또는 심지어 약 110 GHz까지의 주파수에 사용된다.
보우타이 아암 섹션 및 캡은 금속 시트로 제조되고, 예를 들어 플라스틱 지지 장치가 접지판(1C)으로부터 거리를 두고 보우타이 아암 섹션 및 상기 보우타이 아암 섹션으로부터 거리를 두고 캡(4C)을 지지하고 배치하는데 사용된다.
밀리미터 파의 경우, 예를 들어 약 90 GHz 이상 또는 약 110 GHz를 초과하는 주파수의 경우, 바람직하게는 다른 급전 장치가 사용되며, PCB 기술 또는 웨이퍼 기술 등은 본 출원에서 논의된 모든 실시예에 적용 가능한 밀리미터파 주파수, 특히 약 30 GHz 이상의 주파수에서 작은 크기로 인해 보우타이 아암 섹션 및 캡에 대한 지지를 제공하는데 유리하게 사용된다.
도 3a는 동축 커넥터(8C)가 안테나의 급전을 위해 보우타이 아암 섹션이 제공되는 쪽의 반대쪽인 접지판(1C)의 측면에 배치된 동축 커넥터(8C)를 갖고 있는 도 3의 안테나 장치(120)를 아래로부터 도시하는 개략적인 사시도이다. 도 3a에 도시된 다른 요소들은 도 3을 참조하여 이미 논의되었으므로 여기서는 더 이상 설명하지 않을 것이며, 도 1a에 도시된 실시예가 참조된다.
도 4는 이중 편파 안테나 장치(130)를 포함하는 실시예를 도시한다.
이것은 실제로 두 개의 보우타이 구조체(10D', 10D")를 포함하는데, 보우타이 구조체 각각은 전기 전도성 재료로 제조되고 본 실시예에서 도 1의 실시예를 참조하여 설명한 보우타이 아암 섹션과 유사하게 동일한 평면에 배열된 두 개의 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2; 2D2, 2D3)을 포함하고 있다. 또한 다른면에서, 안테나 장치(130)는 도 1의 안테나 장치(100)와 유사하지만, 하나가 아닌 두 개의 편파를 포함한다는 차이점이 있다. 도 1을 참조하여 이미 설명된 유사한 요소들은 동일한 참조 번호를 갖고 있지만 "D"로 표시되며 여기에서 상세히 설명하지 않을 것이다. 유사한 변형 가능성이 단일 편파되지 않는 장치에 대해 또한 적용되어야 한다.
이중 편파를 제공하기 위해, 안테나 장치(130)는 3개의 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3)을 포함하며, 그 중 하나의 보우타이 아암 섹션(2D2)은 두 개의 보우타이 구조체(10D', 10D")에 대해 공통이다. 이 실시예에서, 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3)은 육각형 형상을 갖는다. 보우타이 아암 섹션들은 절단된 외측 모서리, 만곡부 및/또는 다른 단부와 마주하는 각각의 단부(2D')를 향하여 불연속적으로 또는 연속적으로 테이퍼지는 임의의 다른 적절한 형상, 삼각형, 정사각형, 정사각형 등을 또한 가질 수 있다는 것이 명백하다. 육각형의 사용을 통해 요소(보우타이 아암 섹션)의 분리가 용이해지는데 이는 이중 편파 장치를 위해 유리하다.
따라서, 안테나 장치(130)는 금속 접지판(1D)을 포함하며, 3개의 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3)들은 접지판(1D)으로부터 동일한 거리에서 동일한 평면에 위치된다. 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3)은 지지 장치(도 4에 도시되지 않음)에 의해, 바람직하게는 각 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3)을 위한 공통 지지 요소 또는 개별 지지 요소를 포함하는 기계적 지지 장치에 의해 접지판(1D)으로부터 거리를 둔 위치에 유지된다(도 4c 참조). 본 발명은 임의의 특정 지지 장치에 제한되지 않지만, 접지판(1D)으로부터 원하는 거리에 보우타이 아암 섹션을 유지하기 위한 많은 다른 방식으로 지지 장치가 제공될 수 있음은 명백하다. 일부 실시예에서, 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3)과 접지판(1D) 사이의 거리는 원하는 작동 주파수 대역에서 하단 주파수의 파장의 약 1/8을 포함한다. 다른 실시예들에서와 같이, 거리는 하단 주파수 대역에서 파장의 1/8로 제한되지 않는다는 것은 명백하며, 더 작을뿐만 아니라 더 커질 수 있다. 원하는 하단 주파수가 낮을수록 거리가 커야하며 반대의 경우도 마찬가지이다.
서로 대면하고 각각의 보우타이 구조체(10D', 10D")를 형성하는 2개의 각각의 2개의 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2; 2D2, 2D3)의 단부(2D', 2D', 2D', 2D')들은 약간의 거리 예를 들면 λ/10보다 작거나, 또는 훨씬 작은 거리에 위치되며, λ는 원하는 주파수 대역의 하단 주파수에서의 파장이다.
보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3)과 거리를 두고 평행하게, 여기에서 2개의 실질적으로 정사각형의 금속 캡들을 포함하는 2개의 갭 장치(4D1, 4D2)가 위치된다. 금속 캡(4D1, 4D2)은 서로 대면하는 보우타이 아암 섹선 단부(2D', 2D', 2D', 2D')에 대해 집중 배치되고, 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3)과 캡(4D1, 4D2) 사이의 거리는 원하는 작동 주파수 대역에서 하단 주파수의 파장의 약 1/16을 포함하고, 따라서 접지판(1D)과 보우타이 아암 섹션 평면 사이의 거리의 약 절반을 포함한다.
바람직하게는 각각의 캡(4D, 4D)은 그 위에 위치된 각각의 보우타이 아암 섹션의 종방향 연장 방향으로 대칭으로 배치된 패치를 포함하고, 정사각형일 수 있지만 원형, 직사각형 또는 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수 있으며, 크기는 원하는 작동 주파수 대역에서 하단 주파수에서의 파장의 약 1/8(직경, 정사각형 패치의 측면/직사각형의 장변)에 실질적으로 대응한다.
금속 지지 요소(5D1)는 접지판(1D)과 보우타이 아암 섹션(2D2)의 단부(2D') 사이에 배치되며, 주된 목적은 급전 라인, 여기서는 금속 도체 포스트(6D1)에 배치되고 동축 연결의 내부 도체(7D1)를 위한 급전 라인 접지판으로 작용하는 것이다. 접지판에는 내부 도체(7D1)가 통과하는 구멍 또는 개구(9D1)가 제공되고, 접지판의 반대측에 제1 편파를 위한 입력 안테나 포트로서 작용하는 동축 커넥터(8D1)(도 4a 참조)가 제공된다.
유사하게, 금속 지지 요소(5D2)는 접지판(1D)과 보우타이 아암 섹션(2D3)의 단부(2D') 사이에 배치되며, 주된 목적은 급전 라인, 여기서는 금속 도체 포스트(6D2)에 배치되는 동축 연결의 내부 도체(7D2)를 위한 급전 라인 접지판으로 작용하는 것이다. 접지판에는 내부 도체(7D2)가 통과하는 구멍 또는 개구(9D2)가 제공되고, 접지판의 반대측에 제2 편파를 위한 입력 안테나 포트로서 작용하는 동축 커넥터(8D2)(도 4a 참조)가 제공된다.
금속 지지 요소(5D1, 5D2)는 각각의 보우타이 아암 섹션(2D2, 2D3)과 일체로 원 피스로 형성될 수 있다. 그 다음, 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이 실질적으로 90°절곡됨으로써, 굽혀진 원 피스의 금속이 각각의 보우타이 아암 섹션 및 금속 지지 요소를 형성하도록 사용될 수 있다. 금속 지지 요소(5D1, 5D2)는 예를 들어 나사, 볼트, 리벳 등과 같은 임의의 부착 수단에 의해 접지판(1D)에 연결될 수 있거나, 또는 용접, 납땜 또는 이와 유사한 방식에 의해 고정될 수 있으며, 따라서 영구적으로 또는 탈착 가능하게 고정될 수 있다. 금속 지지 요소는 또한 전술한 바와 같은 고정 수단에 의해서 또는 용접, 납땜 또는 유사한 것에 의해서 각각의 보우타이 아암 섹션의 각각의 단부(2D')의 중앙부에 탈착 가능하게 또는 고정적으로 고정되도록 형성된 개별 요소를 포함할 수 있다.
금속 도체 포스트(6D1, 6D2)는 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형 등과 같은 임의의 적절한 단면을 가질 수 있다.
보우타이 아암 섹션과 캡의 모양 및 크기를 적절히 선택함으로써, 앞에서 설명한 것처럼 E-평면과 H-평면에서 동일한 방사를 얻을 수 있게 된다. 방사의 방향은 형상 및 크기의 상응하는 선택을 통해 원하는 방식으로 또한 제어되거나 영향을 받을 수 있다.
따라서, 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2), 캡(4D1), 지지부(5D1), 금속 도체 포스트(6D1), 내부 도체(7D1) 및 구멍(9D1)은 제1 편파를 위해 사용되는 반면에, 보우타이 아암 섹션(2D2, 2D3), 캡(4D2), 지지부(5D2), 금속 도체 포스트(6D2), 내부 도체(7D2) 및 구멍(9D2)은 제2 편파를 위해 사용된다.
전술한 바와 같이, 바람직하게는 2개의 동축 급전 라인 및 2개의 동축 커넥터를 포함하는 급전 장치가 약 90 GHz까지 또는 심지어 약 110 GHz까지의 주파수를 위해, 또는 적어도 마이크로파 구현을 위해 사용된다.
또한 도 1을 참조하여 논의된 바와 같이. 마이크로파 구현을 위해 보우타이 아암 섹션 및 캡은 금속 시트로 제조되고, 플라스틱 지지 장치는 유리하게는 접지판(1D)으로부터 거리를 두고 보우타이 아암 섹션 및 캡으로부터 거리를 두고 캡(4D2, 4D2)을 지지하고 배치하기 위해 사용된다.
모든 요소, 보우타이 섹션, 캡 등은 평면이기 때문에, 매우 콤팩트하고 지금까지 알려진 장치보다 제조하기 쉬운 이중 편파 장치가 제공되고, 또한 2개의 동축 커넥터를 사용하여 급전될 수 있기 때문에 밸런 또는 180 하이브리드 사용이 불필요하게 되어 우수한 성능(UWB 대역) 및 단순한 형상이 된다.
밀리미터파를 위해, 예를 들면 약 30 이상, 또는 90 이상, 또는 약 110 GHz 이상의 주파수에 대해서는, 다른 급전 장치가 필요하거나 바람직하게 사용되며, 이 명세서의 앞 부분에서 언급한 바와 같이 밀리미터파에서의 작은 크기로 인하여 PCB 기술 또는 온 웨이퍼 기술 등이 보우타이 아암 섹션 및 캡을 위한 지지를 제공하는데 유리하게 사용된다.
도 4a는 접지판(1D)의 다른 측면, 즉 보우타이 아암 섹션 등이 위치되는 측면의 반대쪽에서 구멍(9D1, 9D2)의 주위에 배치된 동축 커넥터(8D1, 8D2)를 도시하는 장치(130)의 아래에서 본 사시도이다. 다른 요소들은 도 4를 참조하여 이미 논의되었으며 따라서 여기서 더 이상 논의하지 않을 것이다.
도 4b는 도 4에 도시된 안테나 장치(100)의 일부분의 확대도로서, 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3), 금속 도체 포스트(6D1, 6D2)의 내부 도체(7D1, 7D2)를 위한 각각의 접지판으로 작용하고 접지판(1D)과 보우타이 아암 섹션(2D2, 2D3)의 단부(2D', 2D') 사이에 연결되는 금속 지지 요소(5D1, 5D2), 및 각각 마주하는 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2)의 단부(2D', 2D')의 중심에 연결된 금속 도체 포스트(6D1, 6D2)를 상세하게 나타낸다. 앞서 언급된 바와 같이, 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3)은 실질적으로 반원형 단부를 갖는 단부를 향해 연속적으로 또는 불연속적으로 테이퍼지는 다른 평탄한 형상을 가질 수 있고, 말단 팁을 포함할 수 있고, 직선일 수 있고, 쌍곡선의 형상을 가질 수 있고, 타원 형상을 가질 수 있고, 삼각형 또는 계단 형상 등이 될 수 있다. 캡(4D1, 4D2)은 도 4b에 도시되어 있지 않다.
도 4c에는 예시적인 지지 장치(10D)를 갖는 도 4에서와 같은 안테나 장치(130)가 도시되어 있다. 지지 장치(10D)는 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3)을 지지하도록 배열된 3개의 플라스틱 포스트(32D', 32D')(도 4c에 2개만 도시됨)를 포함하는 제1 아암 섹션지지 수단을 갖는 제1 지지 장치 부분과, 각각의 캡(4D1, 4D2)을 지지하기 위한 다수의 플라스틱 포스트를 포함하는 캡 지지 수단을 갖는 제2 지지 장치 부분을 포함한다.
보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3)은 접지판(1D)으로부터 원하는 거리에서 플라스틱 포스트(32D', 32D')의 상단부에 위치한다. 이들은 적절한 방식으로 플라스틱 포스트(32D', 32D')에 고정된다. 일부 실시예에서, 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3)에는 포스트의 수용을 위한 단면 및 형상으로 형성된 리세스가 제공되거나 플라스틱 포스트에 접착, 용접 또는 납땜될 수 있다. 제2 지지 장치 부분, 여기서, 캡 지지 수단은 제1 및 제2 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2) 상에 캡(4D1)을 지지하도록 배치된 4개의 플라스틱 포스트(34D1', 34D1', 34D1', 34D1')와 제2 및 제3 보우타이 아암 섹션(2D2, 2D3) 상에 캡(4D2)을 지지하도록 배열된 4개의 플라스틱 포스트(34D2', 34D2', 34D2', 34D2')를 포함한다. 캡을 지지하도록 배열된 플라스틱 포스트들은, 각각의 캡에 대해 2개의 플라스틱 포스트가 각각의 캡이 그 위의 일정한 거리에 유지되어야 하는 보우타이 아암 섹션들 중 하나에 배치되고 두 개의 플라스틱 포스트는 각각의 캡이 그 위에 배치되는 다른 보우타이 아암 섹션에 배열되도록 배치된다. 즉 각각의 보우타이 구조체를 위한 4개의 캡 지지 플라스틱 포스트가 있다. 그러나, 지지 장치는 많은 상이한 형태를 취할 수 있고, 보우타이 아암 섹션 및 캡을 지지하기 위한 별도의 요소, 또는 보우타이 아암 섹션의 전부 또는 일부를 지지하기 위한 공통 장치, 또는 하나 이상의 캡뿐만 아니라 다수의 보우타이 섹션을 지지하기 위한 공통 장치 혹은 구조체를 포함할 수 있음은 분명하다. 또한 플라스틱 포스트의 개수는 상이할 수 있고, 예를 들어 각각의 보우타이 아암 섹션을 위한 둘 이상의 플라스틱 포스트 및/또는 캡의 형상에 따라 각 캡을 위한 보다 적은 수의 플라스틱 포스트가 있을 수 있다.
다른 측면에서 장치(130)의 요소들은 도 4, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 이미 논의되었고, 따라서 여기서는 더 이상 설명하지 않을 것이다.
도 4d는 캡(4D1, 4D2)이 어떻게 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3) 위에 배치되는지를 도시하는 안테나 장치(130)의 개략적인 평면도이다. 모든 요소들은 이미도 4, 도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조하여 논의되었으므로, 여기서는 더 이상 설명하지 않을 것이다.
도 5는 이중 편파 MIMO 안테나용 2×2 어레이를 포함하고 있는 이중 편파 안테나 장치(140)를 포함하는 실시예를 도시한다. 4개의 캡 보우타이 또는 각각 2개의 보우타이 아암 섹션을 포함하는 2개의 보우타이 구조체는 본 발명에 따라 2x2 이중 편파 어레이를 제공하기 위해 사용된다.
선행 실시예를 참조하여 더욱 완전하게 설명된 바와 같이, 안테나 장치(140)는 공통 접지판(1E) 및 4개의 보우타이 구조체(10E', 10E", 10E1'", 10E"")를 포함하며, 각각의 보우타이 구조체는 전도성 재료로 만들어지고 접지판(1E) 위의 거리를 두고 동일한 평면에 배치된 2개의 보우타이 아암 섹션(2E1, 2E2; 2E2, 2E3; 2E3, 2E4; 2E3, 2E4)을 포함한다. 유사한 고려 사항 및 대안이 재료, 거리, 형상 등과 관련하여 안테나 장치(140)에 대해서도 적용 가능하며, 따라서 본 명세서에서 더 논의되지 않을 것이다. 안테나 장치(140)는 2x2 어레이와, 전술한 바와 유사하게, 예를 들어, 도 1을 참조하여 설명된 것과 유사하게 보우타이 아암 섹션, 캡, 접지판 등에 의해 형성된 2개의 편파를 포함하며, 유사한 요소는 동일한 참조 번호를 지니지만 "E"로 표시되며 이 특정 실시예와 관련된 특징 및 특성을 제외하고는 여기에서 상세히 설명하지 않는다. 안테나 장치(140)는 4개의 보우타이 아암 섹션(2E1, 2E2, 2E3, 2E4)를 포함하고, 각각의 보우타이 아암 섹션(2E1, 2E2, 2E3, 2E4)은 2개의 보우타이 구조체, 즉 각각의 보우타이 섹션(2E1, 2E2, 2E3, 2E4)은 두 개의 캡 보우타이 구조체를 위해 재사용된다고 할 수 있다. 1 및 도 4를 참조하여 기술된 바와 같이, 4개의 보우타이 아암 섹션(2E1, 2E2, 2E3, 2E4)은 육각형 형상을 가지며, 접지판(1E)으로부터 원하는 거리에서 대칭 중심 주위에 대칭으로 배열되고, 2개의 직교 배치된 단부(2E', 2E')를 구비한 각각의 보우타이 아암 섹션은 서로 평행하게 배치되고 서로 약간의 거리를 두고 배치된 다른 보우타이 아암 섹션의 단부(2E', 2E')와 대향하여 배치된다. 육각형 형상 보우타이 아암 섹션은 특히 요소 분리의 목적을 위한 이중 편파 안테나 장치용으로 매우 유리하지만, 보우타이 아암 섹션들은 절단된 외측 모서리, 만곡부 및/또는 다른 단부와 마주하는 각각의 단부(2E')를 향하여 불연속적으로 또는 연속적으로 테이퍼지는 임의의 다른 적절한 형상, 삼각형, 정사각형, 정사각형 등을 또한 가질 수 있다는 것이 명백하다.
따라서, 안테나 장치(140)는 금속 접지판(1E), 접지판(1E)으로부터 동일한 거리에서 하나의 평면 내에 위치된 4개의 보우타이 아암 섹션(2E1, 2E2, 2E3, 2E4)을 포함한다.
보우타이 아암 섹션(2E1, 2E2, 2E3, 2E4)은 지지 장치(도 5에 도시되지 않음), 바람직하게는 기계적 지지 장치 예를 들어 도 4c를 참조하여 기술된 지지 장치와 유사하지만 4개의 보우타이 아암 섹션 및 4개의 캡을 지지하도록 구성된 지지 장치에 의해서 접지판(1E)으로부터 거리를 두고 위치에 유지된다. 본 발명은 임의의 특정 지지 장치에 한정되지 않으며, 보우타이 아암 섹션으로부터 원하는 거리에서 접지판(1E) 및 캡으로부터 원하는 거리에 위치된 평면에 보우타이 아암 섹션을 유지하기 위한 많은 다른 방식으로 지지 장치가 제공될 수 있음은 분명하다. 일부 실시예에서, 보우타이 아암 섹션과 접지판(1E) 사이의 거리는 원하는 작동 주파수 대역에서 하단 주파수의 파장의 약 1/8을 포함한다. 이 실시예에 있어서도 거리는 8 분의 1로 제한되지 않는다는 것은 명백하고, 거리는 더 작을뿐만 아니라 더 커질 수 있다. 원하는 하단 주파수가 낮을수록 거리는 커야하며 반대의 경우도 마찬가지이다.
서로 마주하고 각각의 보우타이 구조체(10E', ..,, 10E'''')를 형성하는 2개의 각각의 2개의 보우타이 아암 섹션의 단부(2E', ..,, 2E')는 약간의 거리에, 예를 들어 약 λ/10보다 작은 거리에 배치되며, λ는 원하는 주파수 대역의 하단 주파수에서의 파장이다.
보우타이 아암 섹션 평면과 평행하게 보우타이 아암 섹션(2E1, 2E2, 2E3, 2E4)으로부터 거리를 두고, 4개의 실질적으로 정사각형 형상의 금속 캡을 포함하는 4개의 갭 장치(4E1, 4E2, 4E3, 4E4)가 배치된다. 금속 캡(4E1, 4E2, 4E3, 4E4)은 서로 마주하는 보우타이 아암 섹션 단부(2E', ..., 2E')에 대해 대칭으로 배치되고, 보우타이 아암 섹션(2E1, 2E2, 2E3, 2E4)과 캡(4E1, 4E2, 4E3, 4E4) 사이의 거리는 원하는 작동 주파수 대역에서 하단 주파수에서의 파장의 약 1/16을 포함하고, 따라서 접지판(1E)과 보우타이 아암 단면 평면 사이의 거리의 약 절반을 포함한다.
각각의 캡(4E1, 4E2, 4E3, 4E4)은 바람직하게는 적어도 그 위에 위치된 각각의 보우타이 아암 섹션의 종방향 연장부를 따르는 방향으로 대칭으로 위치된 패치를 포함하고, 정사각형 형상뿐만 아니라 원형, 직사각형 또는 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수 있으며, 원하는 작동 주파수 대역에서 하단 주파수의 파장의 약 1/8(직경, 정사각형 패치의 측면/직사각형의 장변)에 실질적으로 대응하는 크기를 갖는다.
금속 지지 요소(5E1, 5E2, 5E3, 5E4)는 접지판(1E)과 각각의 보우타이 아암 섹션(2E1, 2E2, 2E3, 2E4)의 단부(2E') 사이에 배치되고, 그 주된 목적은 동축 연결의 내부 도체(7E1, 7E2, 7E3, 7E4)의 각각의 급전 라인을 위한 급전 라인 접지판으로 작용하며 예를 들어 도 1 및 도 4에 도시한 실시예를 참조하여 논의된 바와 같이 각각의 금속 도체 포스트(6E1, 6E2, 6E3, 6E4)에 배열된다. 접지판에는 내부 도체(7E1, 7E2, 7E3, 7E4)가 통과하는 4개의 구멍 또는 개구(9E1, 9E2, 9E3, 9E4)가 제공되고 접지판(1E)의 반대쪽에는 제1 및 제2 편파를 위한 입력 안테나 포트로서 작용하는 4개의 상응하는 동축 커넥터가 제공된다(도 4a 참조)는 보우타이 아암 섹션(2E1, 2E2) 및 캡(4E1)은 보우타이 아암 섹션(2E3, 2E4) 및 캡(4E3)에 의해 형성된 보우타이 구조체(10E'")와 동일한 제1 편파를 갖는 보우타이 구조체(10E')를 형성하는 반면에, 보우타이 아암 섹션(2E2, 2E3) 및 캡(4E2)에 의해 형성된 보우타이 구조체(10E")와 보우타이 아암 섹션(2E4, 2E1) 및 캡(4E4)에 의해 형성된 보우타이 구조체(10E"")는 직각의 제2 편파를 갖는다. 따라서, 하나의 포트가 수평 편파를 위해 사용되고 하나의 포트는 수직 편파를 위해 사용될 수 있다.
본 출원에서 앞서 논의된 바와 같이, 금속 지지 요소는 예를 들어 나사, 볼트 또는 리벳 등과 같은 임의의 부착 수단에 의해 접지판(1E)에 연결되거나 용접, 납땜, 접착 또는 이와 유사한 방식에 의해 고정될 수 있으며, 따라서 영구적으로 또는 탈착 가능하게 고정될 수 있는 가각의 보우타이 아암 섹션과 통합되어 원 피스로 형성되거나, 또는 전술한 바와 같은 체결 수단에 의해서 또는 용접, 납땜 또는 유사한 것에 의해서 각각의 보우타이 아암 섹션에 해제 가능하게 또는 고정으로 고정되도록 구성된 별도의 요소로 형성될 수 있다.
또한, 금속 도체 포스트(6E1, 6E2, 6E3, 6E4)는 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형 등과 같은 임의의 적절한 단면을 가질 수 있다.
가장 유리하게는 동축 급전 라인 및 동축 커넥터를 포함하는 급전 장치가 적어도 약 90GHz까지 또는 심지어 약 110GHz까지의 주파수를 위해, 또는 적어도 마이크로파 구현을 위해 사용되지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다.
특히 보우타이 아암 섹션들은 각각의 하나가 2개의 보우타이 구조체의 일부를 형성하도록 재사용되는 안테나 장치(140)를 통해, 또한 선행 실시예를 참조하여 논의된 바와 같이 평탄한 금속 요소 등이 사용된다는 사실 및 여기에서 설명되는 바와 같이 보우타이 아암 섹션 및 캡의 특정 배열을 통해, 또한 매우 유리한 높은 방사 효율(요소들 사이에 낮은 상호 결합)을 갖는 매우 콤팩트한 2x2 어레이가 제공된다.
본 발명은 다수의 방식으로 변경될 수 있음은 명백하다. 보우타이 아암 섹션, 또는 안테나 요소, 및 캡은 바람직하게는 금속, 예를 들어 Cu, Al을 포함하는 전도성 재료 또는 유사한 특성을 갖는 재료 또는 합금으로 제조될 수 있다.
대안적인 급전 장치가 90 GHz 또는 110 GHz 이상의 주파수를 위해 사용될 수있고, 발룬 또는 180° 하이브리드(개별 회로로 구현된 발룬)가 사용될 수도 있고, 낮은 주파수의 경우에도 예를 들어 비록 복잡성은 증가하지만, 하나의 동축 케이블 또는 마이크로 스트립 라인을 포함하는 단일 종단 포트로 2개의 평형 급전 지전으로부터 전이를 하기 위해서 이러한 급전 장치가 사용될 수 있으며, 전술한 바와 같이 동축 커넥터가 대신 사용될 수 있는 이점이 있다. 이 경우에 발룬 또는 180°회로는 접지판의 배면 측에 또는 보우타이 안테나 장치의 성능과 상호 작용하지 접지판 또는 PCB의 전방 측의 일부에 실현되어야 한다. 그 다음, 2개의 포트는 차동으로 여기되고, 단일의 선형 편파을 갖는 1포트 안테나를 포함하는 안테나 장치를 제공한다.
대안적인 실시예들에서 커넥터, 바람직하게는 동축 커넥터 또는 일부 실시예들에서 발룬 또는 180°하이브리드는 임의의 원하는 방식으로 제공되고 배열되며, 포트들은 마이크로 스트립 전송 라인 및/또는 발룬을 개별적인 전도 요소와 연결하는 중앙 도체를 구비한 커넥터를 포함할 수 있고, 상기 동축 커넥터, 마이크로스트립 라인 및/또는 발룬은 도전성 접지판 또는 PCB의 후방(또는 전방) 측에 배열된다.
상이한 수의 보우타이 아암 섹션들이 접지판 또는 PCB에 상이한 방식으로 배치될 수 있고, 상이한 수의 포트, 예를 들어 다수의 차동 여기되는 포트 또는 다숭의 독립적으로 여기되는 포트 등을 구비한 안테나 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 2x2 보우타이 안테나 장치의 크기는 통상적으로 하단 주파수에서의 파장의 1/3을 포함하는데, 이는 UWB 안테나의 정상 크기(반파장)보다 작다.
도 6은 다층 캡 보우타이 안테나를 포함하는 보우타이 안테나 장치(150)의 실시예를 도시한다. 여기서는 앞선 실시예들을 참조하여 논의된 바와 같이, 보우타이 아암 섹션 평면에 배치된 전기 전도성 재료로 만들어진 2개의 보우타이 아암 섹션(542, 542, 542', 542')(도 6f 참조)을 포함하는 하나의 보우타이 구조체를 포함한다. 보우타이 안테나 장치(150)는 특히 밀리미터 파, 예를 들어 약 30 이상, 또는 90 또는 110 GHz 이상의 주파수를 위해 적합하고, 따라서 적절한 급전 장치가 사용되며, 밀리미터 파에서 매우 작은 크기로 인해 여기에서 5개의 층을 포함하는 다층 PCB 구조체가 보우타이 아암 섹션 및 캡에 대한 지지를 제공하기 위해 사용된다. 하부 층(51)은 제1 층으로 표시되고, 이어서 제2 층(52), 제3 층(53), 제4 층(54) 및 제5 층(55)으로 표시되며, 제5 층 상에는 전도성 재료 예를 들어 금속의 캡(4F)이 배치된다.
제1 층(51)은 기판의 대향하는 측면들에 배열된 상부 금속 시트(510') 및 하부 금속 시트(510'')를 포함한다. 도 6a는 PCB 기판(510'") 상에 배치된 금속 시트(510)(도 6c 참조), 공면 도파관을 형성하는 다수의 비아홀(51B), 및 관통 비아홀(544)(도 6a에 도시되지 않음; 도 6i 참조)에 의해 급전하기 위한 금속 시트(510)의 비아홀(511)을 포함하는 제1 층(51)의 상측을 도시한다.
도 6b는 대응하는 복수의 금속 시트 상호연결 비아홀(51B)과 공면 도파관을 형성하는 마이크로스트립 라인(51D) 및 급전을 위한 비아홀(511)을 구비하는, PCB 보드의 제1 층(51)의 하부 금속 시트(510")를 도시한다.
도 6c는 상부 금속 시트(510')와 하부 금속 시트(510") 사이에 배치되고 대응하는 비아홀(51B, 511)을 또한 포함하는, 제1 층(51)의 기판(510'")을 도시한다.
도 6d는 도 6의 보우타이 안테나 장치(150)의 제2 층(52)을 도시한다. 제2 층(52)은 기판 층(520), T 자형 금속 라인 패치(52C), 비아홀(52B) 및 관통 비아를 위한 비아홀(521)을 포함한다.
도 6e는 대응하는 비아홀(53B, 531)을 갖는 기판(530)으로만 만들어진, 보우타이 안테나 장치(150)의 제3 층(53)을 도시한다.
도 6f는 기판(540), 보우타이 아암 섹션(542, 542), 기판(540)(도 6g 참조) 아래에 배열된 하부 보우타이 아암 섹션(542', 542')과 상부 보우타이 아암 섹션(542, 542)을 상호 연결하기 위한 비아홀(54B, 54B), 및 관통 급전 비아(544)(도 6i 참조)를 위한 비아홀(541, 541)을 포함하는 제4 층(544)을 도시한다.
도 6g는 판(540)의 상부 측에 위치한 보우타이 아암 섹션(542, 542)과 하부 측에 위치한 보우타이 아암 섹션(542', 542')을 도시하기 위해 기판(540)이 숨겨 지거나 제거된 제4 층, 그리고 각각의 상부 및 하부 보우타이 아암 섹션(542, 542; 542', 542')을 상호 연결하는 비아를 위한 비아홀(54B)을 도시한다. 또한, 관통 비아를 위한 비아홀(541, 541)을 도시한다. 성능을 더욱 향상시키기 위해 제4 층(54)에서 제1 층(51)까지 관통하는 비아를 위한 더 많은 비아홀이 또한 있을 수 있다.
도 6h는 제4 층(54)에서 제1 층(51)까지의 결합을 개략적으로 도시한다. 이미 논의된 요소들은 앞에서의 것과 동일한 참조 번호를 가지며 여기서 더 이상 설명하지 않을 것이다.
도 6i는 제4 층(54)에서 제1 층(51)까지의 결합을 개략적으로 도시한 것으로서, 기하학적 구조를 보다 명확하게 도시하기 위해 모든 기판들은 숨겨지거나 제거되어 있고, 또한 성능을 더욱 향상시킬 목적으로 추가 통과 비아(544)가 제공되는 관통 급전 비아(544)를 보여주고 있다. 이미 논의된 요소들은 앞에서의 것과 동일한 참조 번호를 가지며 여기서 더 이상 설명하지 않을 것이다.
따라서, 전도성 예를 들어 금속 또는 금속화된 캡(4F)(도 6 참조)을 구비한 기판을 포함하는 제5 층(55)을 층(51-54)들을 포함하는 서브 결합된 층 구조체와 결합하는 것을 통하여, 다층 캡 보우타이 안테나 장치(150)가 제공된다.
도 7은 밀리미터 파 적용을 위해 특히 적합한 다층 캡 보우타이 안테나 구조체를 포함하는 보우타이 안테나 장치(160)의 다른 실시예를 도시한다. 여기에는 이것은 2x2 어레이로 구성된 다중 PCB 구조체를 포함한다. 다층 PCB 구조체는 5개 층들, 바닥의 제1 층(71), 제2 층(72), 제3 층(73), 제4 층(74) 및 그 위에 4개의 캡(4G)이 배치되고 4개의 보우타이 구조체를 포함하고 있는 제5 층(75)을 포함한다.
제1 층(71)은 기판의 대향하는 측면들에 배열된 상부 금속 시트(710) 및 하부 금속 시트(710'')를 포함한다. 도 7a는 PCB 기판(710''') 상에 배치된 상부 금속 시트(710')(도 7c), 4개의 공면 도파관(71D)을 형성하도록 배치된 다수의 비아홀(71B), 및 보우타이 구조체에 의해 형성된 각각의 안테나 요소의 비아 급전을 위한 4개의 비아홀(711)을 포함하는 제1 층(17)의 상부 측을 도시한다.
도 7b는 PCB 기판(710''') 상에 배치된 하부 금속 시트(710")(도 7c), 다수의 비어홀(71B) 및 4개의 공면 도파관(71D)을 형성하도록 배치된 4개의 마이크로 스트립 라인(71F)을 포함하는 제1 층(71)의 하부 측을 도시한다.
도 7c는 상부 및 하부 시트(710', 710 ")과 급전 비아홀(711)의 상호 연결을 위한 다수의 대응하는 비아홀(71B)을 또한 갖는 제1 층(71)의 기판(710''')을 도시한다.
도 7d는 보우타이 안테나 장치(160)의 제2 층(72)을 도시한다. 제2 층(72)은 기판 층(720), 보우타이 아암 섹션에 의해 형성된 4개의 안테나 요소 각각을 위한 4개의 T 자형 금속 라인 여기 패치(72C) 및 다수의 비아홀(71B, 721)을 포함한다.
도 7e는 보우타이 안테나 장치(160)의 제3 층(73)을 도시한다. 제3 층(73)은 복수의 비아홀(73B, 731)을 갖는 기판만을 포함하며, 비아홀(731)은 관통 급전 비아를 위한 것이다.
도 7f는 기판(740), 4개의 보우타이 아암 섹션(742), 보우타이 아암 섹션(742)을 기판(740)의 반대쪽 하부 측에 배치된 대응하는 보우타이 아암 섹션(742')과 연결하기 위한 비아홀(74B)(도 7g 참조), 및 제1 층(71)까지 관통하는 관통 급전 비아(744)(도 7i 참조)를 위한 비아홀(741)을 포함하는 제4 층(74)을 도시한다. 성능을 더욱 향상시키기 위해 도시된 것보다 많은 관통 비아가 또한 있을 수 있다.
도 7g는 기판(740)이 감추어져 있는 제4 층(74)의 4개의 보우타이 아암 섹션(742)과 보우타이 아암 섹션(742'), 보우타이 아암 섹션(742)을 각각의 대응하는 보우타이 아암 섹션(742')과 연결하기 위한 비아홀(74B), 및 관통 비아를 위한 비아홀(741)을 보다 명확하게 도시한다.
도 7h는 제4 층(74)과 제1 층(71)의 결합을 개략적으로 도시하고, 제4 층(74)의 상부 아암 섹션(742)을 제4 층(74)의 기판(740)의 반대쪽의 대응하는 아암 섹션(도 7h에 도시되지 않음)과 연결하는 관통 비아홀(741) 및 층 비아홀(74B)을 또한 나타내는 사시도이다.
도 7i는 도 7h와 유사하게 제1 층(71)과 제4 층(74)의 결합을 개략적으로 도시하지만, 기하학적 구조를 보다 명확하게 도시하기 위해 모든 기판들이 숨겨져 있는 사시도이다. 도 7 내지 도 7h와 동일한 참조 부호가 사용되며, 따라서 이미 설명한 요소는 더 이상 설명하지 않을 것이다. 관통 급전 비아(744) 뿐만 아니라 옵션이며 바람직하게는 성능을 더욱 향상시키는 데 사용되는 추가 비아(745)들이 도시되어 있다.
따라서, 전도성 예를 들어 금속 또는 금속화된 4개의 캡(4G)(도 7 참조)을 구비한 기판을 포함하는 제5 층(75)을 층(71-74)들을 포함하는 서브 결합된 층 구조체와 결합하는 것을 통하여, 다층 캡 보우타이 안테나 장치(160)가 제공된다.
도 8은 밀리미터 파 적용에 특히 적합한 다층 캡 보우타이 안테나 구조체를 포함하는 보우타이 안테나 장치(170)의 다른 실시예를 도시한다. 여기에서 이것은 4x4 어레이로 구성된 다중 PCB 구조체를 포함한다. 다층 PCB 구조체는 5개 층을 포함하는데, 하부의 제1 층(81), 제2 층(82), 제3 층(83), 제4 층(84) 및 그 위에 24개의 캡(4H)이 배치되는 제5 층(85)을 포함한다.
제1 층(81)은 금속 시트를 포함하고, 도 8a는 상기 제1 층(81)의 배면 상에 배열된 마이크로 스트립 라인을 급전하기 위한 4개의 금속 스트립(813)을 포함하는 제1 층(81)의 상부면(810)을 도시한다.
도 8b는 제1 층(81)의 상부면(810)의 일부분을 도시하는 확대도로서, 보우타이 아암 섹션(842)을 급전하기 위해 제1 층(81)과 제4 층(84)을 연결하는 금속 비아를 포함하는 관통 비아(844)(도 8i, 도 8j 및 선행 실시예에 대한 설명 참조), -3dB(동일 전력 분할)로 전력 분할을 수행하는 T-전력 하이브리드(81E) 및 T-전력 하이브리드(81E)의 각 단부에서 2개의 관통 비아의 180°차동 급전을 도시하고 있다. 금속 비아(81D)는 제1 층(81)의 배면(810') 상의 대응하는 급전 마이크로 스트립 라인(81F)(도 8c 참조)을 T-전력 하이브리드에 연결시키는데 사용된다.
도 8c는 금속 라인을 포함하는 4개의 입력 마이크로 스트립 라인(81F) 및 관통 비아(844)를 위한 비아 패드(81G)를 갖는 제1 층(81)의 하부 배면(810')을 도시한다. 도 8d는 마이크로 스트립 라인(81F) 및 대응하는 비아 패드(81G)를 보다 명확하게 도시하는 제1 층(81)의 하부측(810')의 일부 확대도이다.
도 8e는 보우타이 안테나 장치(170)의 제2 층(82)을 도시한다. 제2 층(82)은 관통 비아(844)를 위한 비아홀(821)을 갖는 기판 층 또는 플레이트를 포함한다.
도 8f는 보우타이 안테나 장치(170)의 제3 층(83)을 도시한다. 제3 층은 상부 측에 금속 시트(83') 및 기판의 다른 측에 금속 시트(83")를 갖는 기판(83''')을 포함한다. 상부 금속 시트(83')는 관통 비아를 위한 비아홀(830) 및 제3 층(83)의 상부 금속 시트(83')와 하부 금속 시트(83")를 상호 연결하기 위한 비아홀(83B)을 포함한다.
도 8g는 제3 층(83)의 상부 금속 시트(83')의 일부를 상세하게 도시한 확대도로서, 상부 시트(83')의 비아홀(830), 상부 금속 시트(83')와 하부 금속 시트(83")의 상호 연결을 위한 비아홀(83B), 및 관통 비아(844)(도시되지 않음)를 위한 기판(83''')의 비아홀(831)을 나타내고 있다.
도 8h는 제3 층(83)의 배면(83") 또는 하부 측을 도시한다. 이것은 상부 시이트(83')와 유사하고 관통 비아를 위한 비아홀(830)과 상기 상부 시트(83')와 상호 연결하기 위한 비아홀을 포함하고 있다 .
도 8i는 복수의 전도성, 예를 들어 금속의 보우타이 아암 섹션(842)이 그 위에 배치되어 있는 기판(840) 및 제1 층(81)까지 관통하는 관통 비아(844)(도 8j 참조)를 급전하기 위한 비아홀(841)을 포함하는 제4 층(84)을 도시한다. 또한, 성능을 더욱 향상시키기 위해 도시된 것보다 더 많은 관통 비아가 있을 수 있다.
도 8j는 기하학적 구조를 보다 명확하게 도시하기 위해 모든 기판들이 숨겨져 있는, 제1 층(81)과 제4 층(84)의 결합을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 도 8 내지 도 7i와 동일한 참조 부호가 사용되며, 따라서 이미 설명한 요소는 더 이상 설명하지 않을 것이다. 관통 급전 비아(844) 뿐만 아니라 옵션이며 바람직하게는 성능을 더욱 향상시키기 위해 사용되는 추가 비아(845)들이 도시되어 있다. 따라서, 전도성 예를 들어 금속 또는 금속화된 24개의 캡(4H)(도 8 참조)을 구비한 기판을 포함하는 제5 층(85)을 층(81-84)들을 포함하는 서브 결합된 층 구조체와 결합하는 것을 통하여, 다층 캡 보우타이 안테나 장치(170)가 제공된다.
본 발명을 통해, 원하는 다른 방식으로 여기되는 상이한 개수의 포트를 가지며, 상이한 특성을 가지며, 상이한 응용, 예를 들어 5G 통신 시스템을 위한 대용량 MIMO 어레이의 요소로서 적합할 뿐만 아니라 다른 구현을 위해서도 물론 적합한, 상이한 안테나 장치를 용이하게 제조하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따른 보우타이 안테나 장치는 넓은 대역폭, 예를 들면 옥타브 대역폭까지 또는 그 이상의 대역폭을 갖는다.
보우타이 아암 섹션의 단부들은 서로로부터 약간의 거리만큼만 떨어져 있기 때문에, MIMO 시스템을 위해 대단히 유리한 포트 사이에 매우 약한 결합만이 존재할 것이다.
또한, 본 발명에 따른 캡 보우타이 구조는 예를 들어 대용량 MIMO 기지국에 적합한 상이한 어레이, 상이한 개수의 포트 등을 형성하도록 배열될 수 있음이 명백하다. 그러나, 다른 적용을 위해서도 유리하게 사용될 수 있음은 분명하다.
적절한 전자 장치의 사용을 통해, 제어 가능한 로브를 갖는 안테나 어레이들이 제공될 수 있으며, 이는 예를 들어 대규모 MIMO 기지국에서 다수의 응용, 특히 고주파 응용을 위해 사용될 수 있다.
원하는 곳에 예를 들어 마이크로 기지국 등에서 마스트의 상부, 벽에 안테나 장치의 용이하고 신뢰성 있는 장착을 가능하게 하기 위하여 또는, 대략 반구형 범위의 벽 안테나로서 벽 장착을 가능하게 하기 위하여, 상이한 장착 요소들이 임의의 적절한 방식으로 제공될 수 있다.
안테나 장치는 전도성 접지판 또는 PCB 상에 장착된 다수의 안테나 구조체를 포함하는 무지향성 안테나 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 특별한 이점은 MIMO 시스템, 특히 대규모 MIMO 시스템에 적합하고 고도로 분리된(채널에 대한 변화가 상이해지고 모든 채널이 동시에 낮은 레벨을 갖는 것을 방지하도록), 다중 포트를 갖는 안테나가 제공된다는 것이다.
또한 MIMO 안테나, 특히 매우 작고 콤팩트하며 매우 저렴하고 쉬운 방식으로 제조될 수 있는 5G용 대용량 MIMO 어레이에서의 요소로서 사용될 수 있는 안테나가 특히 유리하다.
하나의 응용 예에서, 예를 들어 차량에 무선 통신을 위한 OTA(Over-The-Air) 테스트 시스템에 사용될 수 있는 포물선 실린더를 급전하기 위해 사용되는 선형 어레이를 포함할 수 있다. 다음에, 원통형 포물선 반사기와 조합하여 선형 어레이는 차량, 예를 들어 자동차를 비추는 평면파를 생성한다.
본 발명은 도시된 실시예들에 한정되지 않고, 첨부된 청구범위 내에서 다양한 방식으로 변경될 수 있다. 상이한 실시예들의 특별한 특징 및 요소는 자유롭게 변경될 수 있다. 특히, 본 발명은 앞에서 설명되고 청구범위에 의해 커버되는 복수의 안테나 장치를 포함하는 안테나 시스템을 또한 포괄한다.

Claims (31)

  1. 다른 보우타이 아암 섹션의 단부와 마주하는 각각의 단부(2A', 2A')를 갖고 있으며 전도성 재료로 만들어지는 보우타이 아암 섹션(2A1, 2A2; 2B1, 2B2; 2C1, 2C2; 2D1, 2D2 2D3; 2E1, 2E2, 2E3, 2E4; 542, 542', 542, 542'; 742, 742, 742, 742; 1B; 1C; 1D; 1'; 842, 842)를 포함하는 적어도 하나의 보우타이 구조체와, 인쇄회로기판(PCB)의 전도성 평면 또는 전도성 접지판을 포함하는 기부(1A; 1B; 1C; 1D; 1E; 51; 71; 81)를 포함하고 있는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170)로서, 상기 적어도 하나의 보우타이 구조체가 급전 장치와 연결되어 있는 상기 보우타이 안테나 장치에 있어서,
    각각의 보우타이 아암 섹션(2A1; 2A2; 2B1, 2B2; 2C1, 2C2; 2D1, 2D2, 2D3; 2E1, 2E2, 2E3, 2E4; 542, 542', 542, 542'; 742, 742, 742, 742; 842,...,842)은 평면이고 전도성 시트 또는 플레이트 요소로 만들어지고, 예를 들어 금속 시트 또는 유사한 것을 포함하며, 보우타이 아암 섹션(2A1; 2A2; 2B1, 2B2; 2C1, 2C2; 2D1, 2D2, 2D3; 2E1, 2E2, 2E3, 2E4; 542, 542', 542, 542'; 742, 742, 742, 742; 842,...,842)은 기부(1A; 1B; 1C; 1D; 1E; 51; 71; 81)의 제1 면으로부터 제1 거리(d1)에 평행하게 배치된 보우타이 아암 섹션 평면에 배치되고,
    보우타이 아암 구조체 또는 각각의 보우타이 아암 구조체는 기부(1A; 1B; 1C; 1D; 1E; 51; 71; 81)의 제2 면의 급전 포트에 연결되고,
    보우타이 아암 섹션 평면으로부터 제2 거리(d2)에서 보우타이 아암 섹션 평면과 평행하게, 캡 장치(4A; 4B; 4C; 4D1 4D2; 4E1 4E2, 4E3, 4E4; 4F; 4G, 4G, 4G, 4G; 4H,...,4H)가 상기 기부(1A; 1B; 1C; 1D; 1E; 51; 71; 81)가 배치되는 쪽과 반대편인 보우타이 아암 섹션 평면의 면에 배치된 캡 평면에 제공되고, 상기 캡 장치(4A; 4B; 4C; 4D1 4D2; 4E1 4E2, 4E3, 4E4; 4F; 4G, 4G, 4G, 4G; 4H,...,4H)는 하나 이상의 전도성 캡, 예를 들어 금속 캡을 포함하며,
    위에 배치되는 보우타이 단부들에 대하여 실질적으로 대칭 방식으로 또는 집중 방식으로 보우타이 구조체의 서로 마주하여 쌍을 이루는 보우타이 단부(2A', 2A')들의 위에 캡이 배치되는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170).
  2. 제1항에 있어서,
    보우타이 아암 섹션 평면과 기부 평면 사이의 거리를 포함하는 제1 거리(d1)는 보우타이 아암 섹션 평면과 캡 평면 사이의 거리를 포함하는 제2 거리(d2)의 약 2배인 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 거리(d1)는 보우타이 안테나 장치의 하단 작동 주파수의 파장의 약 1/7 내지 1/9, 예를 들어 약 1/8을 포함하는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 거리(d2)는 보우타이 안테나 장치의 하단 작동 주파수의 파장의 약 1/15 내지 1/17, 예를 들어 약 1/16을 포함하는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170).
  5. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    캡 장치의 캡 또는 각각의 캡(4A; 4B; 4C; 4D1 4D2; 4E1 4E2, 4E3, 4E4; 4F; 4G, 4G, 4G, 4G; 4H,...,4H)은 적어도 보우타이 아암 섹션의 공통 라인 또는 연장 축선의 방향으로, 2개의 보우타이 아암 섹션에 대해 실질적으로 대칭으로 배치되도록 그 위에 배열되는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170).
  6. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    캡 장치의 캡 또는 각각의 캡(4A; 4B; 4C; 4D1 4D2; 4E1 4E2, 4E3, 4E4; 4F; 4G, 4G, 4G, 4G; 4H,...,4H)은 다각형, 예를 들어 직사각형, 육각형, 정사각형, 삼각형의 패치를 포함하거나, 또는 타원형, 쌍곡선 또는 원형, 또는 임의의 다른 적절한 규칙적인 형상 또는 불규칙한 형상인 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170).
  7. 제6항에 있어서,
    캡 장치의 캡 또는 각각의 캡(4A; 4B; 4C; 4D1 4D2; 4E1 4E2, 4E3, 4E4; 4F; 4G, 4G, 4G, 4G; 4H,...,4H)은 보우타이 아암 섹션의 공통 라인 또는 연장 축선의 방향으로의 치수가 보우타이 안테나 장치의 하단 작동 주파수의 파장의 약 1/7 내지 1/9, 예를 들어 약 1/8이 되도록 하는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170).
  8. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 보우타이 아암 섹션(2A1; 2A2; 2B1, 2B2; 2C1, 2C2; 2D1, 2D2, 2D3; 2E1, 2E2, 2E3, 2E4; 542, 542', 542, 542'; 742, 742, 742, 742; 842,...,842)은 평면이고, 다각형 예를 들어 직사각형, 육각형, 정사각형, 삼각형이거나, 또는 타원형, 쌍곡선 또는 원형, 또는 임의의 다른 적절한 규칙적인 형상 또는 불규칙한 형상인 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170).
  9. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    보우타이 안테나 장치는 적어도 두 개의 보우타이 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170).
  10. 제9항에 있어서,
    각각의 보우타이 구조체를 위한 하나 이상의 급전 포트가 있는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170).
  11. 제9항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 아암 섹션(2D1; 4E1, 4E1, 4E1, 4E1; 742, 742',...,742, 742'; 842,...,842)은 두 개의 보우타이 구조체의 일부를 형성하기 위해 재사용되는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(130; 140; 160; 170).
  12. 제11항에 있어서,
    보우타이 안테나 장치는 적어도 3개의 보우타이 아암 섹션(2D1, 2D2, 2D3; 2E1, 2E2, 2E3, 2E4; 742, 742, 742, 742; 842,...,842)을 포함하고, 상기 보우타이 아암 섹션들 중 적어도 하나는 두 개의 보우타이 구조체의 일부를 형성하고, 보우타이 아암 섹션의 각각의 다른 단부들은 다른 보우타이 아암 섹션들 중 하나의 단부와 마주보도록 배치되고, 캡은 각각의 보우타이 구조체 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(130; 140; 160; 170).
  13. 제12항에 있어서,
    모든 보우타이 구조체는 동일한 편파로 급전되며, 따라서 보우타이 안테나 장치는 단일 편파 안테나 장치를 형성하는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    서로 다른 보우타이 구조체들은 상이하게 여기되고, 다른 편파로 급전되며, 적어도 2개의 급전 포트들이 다른 편파를 위한 급전 포트로서의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(130; 140; 160; 170).
  15. 제14항에 있어서,
    보우타이 안테나 장치는 이중 편파 안테나 장치인 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(130; 140; 160; 170).
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 보우타이 구조체의 일부를 형성하는 보우타이 아암 섹션 또는 각각의 보우타이 아암 섹션의 단부들은 서로에 대하여 실질적으로 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(130; 140; 160; 170).
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    보우타이 안테나 장치는 안테나 요소를 포함하는 다수의 보우타이 구조체를 형성하는 다수의 보우타이 아암 섹션을 포함하고 있는 평면 어레이 안테나 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(120; 130; 140; 160; 170).
  18. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    보우타이 안테나 장치는 기부(1A; 1B; 1C; 1D; 1E; 51; 71; 81)로부터 상기 제1 거리(d1)에서 보우타이 아암 섹션을 제 위치에 유지하도록 배열된 지지 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170).
  19. 제18항에 있어서,
    지지 장치는 하나 이상의 포스트 또는 박스를 포함하고 있는, 기계적 지지 장치(11A; 11B, 12B; 32D', 34D1', 34D2') 예를 들어 플라스틱의 기계적 지지 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140).
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    지지 장치는 보우타이 구조체 또는 안테나 장치가 둘 이상의 보우타이 구조체를 포함하는 경우에 복수의 또는 모든 보우타이 구조체의 각각의 보우타이 아암 섹션을 위해 공통적이거나, 또는
    지지 장치는 각각의 보우타이 아암 섹션 및/또는 두 개 이상이 있는 경우 각각의 보우타이 구조체를 위한 별개의 지지 요소(11A', 11A'; 11B', 11B'; 32D', 32D', 32D')를 포함하는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140).
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    지지 장치(11A)는 보우타이 아암 섹션들로부터 상기 제2 거리(d2)에서 캡 장치를 지지하도록 또한 배치되고, 따라서 상기 지지 장치(11A)는 적어도 하나의 아암 섹션 및 적어도 하나의 캡을 위한 공통 지지체로서 작용하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140).
  22. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    지지 장치는 캡 또는 다수의 캡을 지지하도록 배열된 캡 지지 장치(12B; 34D1'; 34D2')를 또한 포함하거나, 또는
    개별적인 캡 지지 장치가 다수의 캡 각각에 대해 제공되는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140).
  23. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    급전 장치는 보우타이 구조체 또는 각각의 보우타이 구조체에 급전하기 위한 다수의 동축 커넥터(8A; 8B; 8C; 8D1; 8D2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140).
  24. 제23항에 있어서,
    보우타이 구조체 또는 각각의 보우타이 구조체를 위해, 급전 장치(20A; 20C; 20D; 20E)는 각각의 동축 커넥터(8A; 8B; 8C; 8D1; 8D2)의 내부 도체(7A; 7C; 7D1, 7D2; 7E1,...,7E4)를 포함하며, 도체 포스트(6A; 6C; 6D1, 6D2; 6E1,...,6E4)가 각각의 내부 도체를 위해 제공되며, 각각의 내부 도체는 상기 도체 포스트 내에 배열되며,
    기부 평면은 각각의 동축 커넥터를 위한 구멍(9A; 9C; 7D1, 9D2; 9E1,...,9E4)이 제공된 접지판(1A; 1C; 1D; 1E)을 포함하고, 동축 커넥터가 상기 보우타이 아암 섹션들이 배치되는 면과 반대편인 접지판의 면에 배치되도록 허용하며, 상기 내부 도체 또는 각각의 내부 도체는 보우타이 구조체의 보우타이 아암 섹션의 단부에 연결되며, 전도성 지지 요소 예들 들어 금속 지지 요소(5A; 5C; 5D1, 5D2; 5E1,...5E4)가 접지판(1A; 1C; 1D; 1E)과 보우타이 구조체의 마주하는 보우타이 아암 섹션의 단부 사이에 제공되며, 상기 전도성 지지 요소가 내부 도체(7A; 7C; 7D1, 7D2; 7E1,...,7E4)를 위한 접지판으로서 작용하는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 120; 130; 140).
  25. 제23항에 있어서,
    급전 장치(20B)는 기판 보드(5B1)에 배열된 마이크로 스트립 라인(16B)을 포함하고,
    기부 평면은 동축 커넥터 또는 각각의 동축 커넥터(8B)를 위한 구멍(9B)이 제공된 접지판(1B)을 포함하고, 동축 커넥터가 상기 보우타이 아암 섹션(2A1; 2A2)들이 배치되는 면과 반대편인 접지판(1B)의 면에 배치되도록 허용하며, 마이크로 스트립 라인(6B)은 보우타이 구조체의 보우타이 아암 섹션(2A1)의 단부에 연결되며, 동축 커넥터(8B)의 내부 도체(7B)는 마이크로 스트립 라인(6B)에 연결되고 예를 들어 납땜되고, 전도성 지지 요소 예들 들어 금속 지지 요소(5B2)가 접지판(1B)과 다른 보우타이 아암 섹션2A2)의 단부 사이에 제공되며, 상기 전도성 지지 요소가 내부 도체(7B)를 위한 접지판으로서 작용하며,
    기판 보드(5B1)는 금속 지지 요소(5B2)에 인접하여 평행하게 배치되거나, 또는 금속 지지 요소와 일체로 형성되거나 또는 결합되는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100').
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    금속 지지 요소는 보우타이 아암 섹션과 일체로 형성되고, 예를 들어 평면의 보우타이 아암 섹션을 형성하는 제1 부분 및 금속 지지 요소를 형성하는 제2 부분이 실질적으로 직교하도록 굽혀진 금속 시트로 형성되고,
    금속 지지 요소는 접지판에 고정, 예를 들어 납땜, 용접, 접착, 팝 리벳, 나사 고정 또는 임의의 다른 적절한 방식에 의해 고정할 수 있게 형성되는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140).
  27. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    보우타이 안테나 장치는 마이크로파에 대해, 또는 약 30 GHz까지, 특히 약 90 GHz까지, 또는 약 110 GHz까지의 주파수에 대해 사용되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140).
  28. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    기부 평면은 지지 장치를 또한 형성하는 복수의 층(51, 52, 53, 54, 55; 71, 72, 73, 74, 75; 81, 82, 83, 84, 85)을 포함하고 있는 인쇄회로기판의 하부 금속층(51; 71, 81)을 포함하며,
    인쇄회로기판의 상부층(55; 75; 85)은 보우타이 구조체 또는 각각의 보우타이 구조체를 위한 전도성 캡(4F; 4G, 4G, 4G, 4G; 4H,...,4H)를 구비한 기판을 포함하며, 상기 상부층(55; 75; 85)은 다른 상기 층(51, 52, 53, 54; 71, 72, 73, 74; 81, 82, 83, 84)에 의해 형성된 서브 결합 구조에 접합되고,
    기부 평면으로부터 캡 또는 캡들을 구비한 상부 층 아래에 위치하는 보우타이 아암 섹션 평면 층(54; 74; 84)까지 관통하는 급전 비아(544; 744; 844)를 수용하기 위해 서브 결합 구조의 층(51, 52, 53, 54; 71, 72, 73, 74; 81, 82, 83, 84)을 관통하는 급전 비아홀(511, 521, 541; 711, 721, 731, 741; 811, 821, 831, 841) 84)이 상부층에 제공되고, 다수의 보우타이 아암 섹션을 포함하고, 따라서 다층 캡 보우타이 안테나 장치를 형성하는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(150; 160; 170).
  29. 제28항에 있어서,
    보우타이 안테나 장치는 밀리미터 파에 대해, 또는 약 30GHz 이상의 주파수 또는 약 90 GHz 또는 110GHz 이상의 주파수에 대해 사용되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170).
  30. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    보우타이 안테나 장치는 초 광대역 안테나 장치인 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170).
  31. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    보우타이 안테나 장치는 MIMO 기술을 사용하는 무선 시스템에서, 예를 들어 마이크로 기지국에서, 특히 대규모 MIMO 기지국에서 사용하기 위해 형성된 것을 특징으로 하는 보우타이 안테나 장치(100; 100'; 110; 110'; 120; 130; 140; 150; 160; 170).
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