KR20210023844A - 유전체 안테나 어레이 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

예시적인 안테나 시스템은 복수의 구동 엘리먼트들 및 적어도 하나의 유전체 안테나 어레이를 포함한다. 적어도 하나의 유전체 안테나 어레이는 중심 허브를 포함한다. 각각의 구동 엘리먼트는 중심 허브를 관통해 지나도록 연장된다. 적어도 하나의 유전체 안테나 어레이는 중심 허브로부터 바깥쪽으로 연장되는 복수의 유전체 로드들을 더 포함한다. 각각의 유전체 로드는 구동 엘리먼트들의 개개의 구동 엘리먼트에 의해 구동된다. 안테나 시스템은, RF(radio frequency) 파들을 송신 또는 수신하도록 유전체 로드들 중 하나 이상을 구동시키기 위해 구동 엘리먼트들을 스위칭하도록 적어도 하나의 유전체 안테나 어레이에 커플링된 제어 회로를 더 포함한다.

Description

유전체 안테나 어레이 및 시스템
본 출원은 발명의 명칭이 "Dielectric Antenna Array and System"으로 2018년 5월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 제 62/671,408호; 발명의 명칭이 "Dielectric Antenna Array and System"으로 2018년 7월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 제 62/693,584호; 발명의 명칭이 "Dielectric Antenna Array and System"으로 2018년 11월 2일자로 출원된 미국 가특허 출원 제 62/754,952호; 및 발명의 명칭이 "Dielectric Antenna Array and System"으로 2019년 3월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제 16/354,671호를 우선권으로 주장하며, 이들 가특허 출원들 및 특허 출원의 전체 내용은 여기에 인용에 의해 포함된다.
본 발명의 청구 대상은 유전체 구조들을 갖는 안테나, 예컨대 제어 회로부를 갖는 유전체 구조들의 어레이들, 스택들, 및 다른 어레인지먼트(arrangement)들, 및 스위칭 기능을 통해 빔 지향성을 달성하기 위한 기법들에 관한 것이다.
라디오 안테나들은 모든 라디오 장비의 중요한 컴포넌트들이며, 라디오 브로드캐스팅, 브로드캐스트 텔레비전, 양방향 라디오, 통신 수신기들, 레이더, 셀 폰들, 위성 통신들 및 다른 디바이스들에서 사용된다. 라디오 안테나는 수신기 또는 송신기에 전기적으로 연결된 전도체들의 어레이이며, 공간을 통해 전파되는 RF(radio frequency) 파들과 전도체들에서 송신기 또는 수신기로 이동하는 전류들 사이에 인터페이스를 제공한다. 송신 모드에서, 라디오 송신기는 전류를 안테나 단자들에 공급하고, 안테나는 전류로부터의 에너지를 전자기파들(라디오 파들)로서 방사한다. 수신 모드에서, 안테나는 안테나 단자들에서 전류를 생성하기 위해 전자기파의 전력 중 일부를 인터셉트(intercept)하며, 전류는 증폭을 위해 수신기에 인가된다.
일 유형의 라디오 안테나는 페이즈드 어레이 라인 피드 안테나(phased array line feed antenna)이다. 페이즈드 어레이 라인 피드 안테나는 통상적으로, 구형 반사기와 연관되든 그렇지 않든 연속적인 전자 빔 스티어링(beam steering)에 대해 최적화되어 있다. 페이즈드 어레이 라인 피드 안테나에 대한 예시적인 적합한 애플리케이션은 공간 애플리케이션들이다. 좁은 RF 빔을 요구하는 애플리케이션들의 경우, 페이즈드 어레이 라인 피드 안테나를 제어하기 위해 복잡한 구동 전자기기가 필요하다. 예컨대, 위상 시프터들이 좁은 RF 빔을 제공하는 데 이용될 수 있다. 그러나, 위상 시프터들은 손실이 많은 경향이 있으므로, 수신 및 송신 둘 모두에 대해 부가적인 전력 증폭기들을 요구한다.
그 결과, 좁은 RF 빔 애플리케이션을 위해 페이즈드 어레이 라인 피드 안테나를 구성하는 것은 비용이 많이 든다. 좁은 빔이 요구되는 애플리케이션들, 이를테면 5G 애플리케이션들에서, 좁은 RF 빔 뿐만 아니라 빔 스티어링 기능 둘 모두가 요구된다. 유감스럽게도, 좁은 RF 빔 및 빔 스티어링 기능 둘 모두를 비용-효율적인 방식으로 구현하는 것은 페이즈드 어레이 라인 피드 안테나와 같은 라디오 안테나들에서는 어렵다.
일 예에서, 안테나 시스템은 복수의 구동 엘리먼트(driven element)들 및 적어도 하나의 유전체 안테나 어레이를 포함한다. 적어도 하나의 유전체 안테나 어레이는 중심 허브를 포함한다. 각각의 구동 엘리먼트는 중심 허브를 관통해 지나도록 연장된다. 적어도 하나의 유전체 안테나 어레이는 중심 허브로부터 바깥쪽으로 연장되는 복수의 유전체 로드(rod)들을 더 포함한다. 각각의 유전체 로드는 구동 엘리먼트들의 개개의 구동 엘리먼트에 의해 구동된다. 안테나 시스템은, RF(radio frequency) 파들을 송신 또는 수신하도록 유전체 로드들 중 하나 이상을 구동시키기 위해 구동 엘리먼트들을 스위칭하도록 적어도 하나의 유전체 안테나 어레이에 커플링된 제어 회로를 더 포함한다.
예들의 부가적인 목적들, 장점들 및 신규한 특징들은 후속하는 상세한 설명에서 부분적으로 기재될 것이며, 부분적으로는, 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면들의 검토 시에 당업자들에게 자명하게 될 것이거나 또는 예들의 생성 또는 실시에 의해 습득될 수 있다. 본 발명의 청구 대상의 목적들 및 장점들은 첨부된 청구항들에서 특히 지적되는 방법들, 수단들 및 조합들에 의해 실현 및 달성될 수 있다.
묘사된 도면은 제한들이 아니라 예시로서만 하나 이상의 구현들을 묘사한다. 도면들에서, 유사한 참조 번호들은 동일하거나 유사한 엘리먼트들을 지칭한다.
도 1은 안테나 시스템의 유전체 안테나 어레이의 등각투상도이며, 여기서 유전체 안테나 어레이는 중심 허브, 다수의 유전체 로드들, 및 전도성 삽입부(conductive insert)들을 포함한다.
도 2는 전도성 밴드(band) 및 다수의 구동 엘리먼트들을 갖는 도 1의 유전체 안테나 어레이를 포함하는 유전체 안테나 시스템의 등각투상도이며, 구동 엘리먼트들에 대한 유전체 안테나 어레이의 커플링의 부가적인 세부사항들을 도시한다.
도 3a는, 유전체 로드들이 중심 허브 주위에 방사상으로 배열되는 레이아웃을 예시하는, 도 1의 유전체 안테나 어레이의 평면도이다.
도 3b는 도 3c의 확대된 뷰에 대한 콘텍스트를 보여주기 위한 둘러싸인 세부 영역을 갖는, 도 3a의 유전체 안테나 어레이와 같은 도 1의 유전체 안테나 어레이의 다른 평면도이다.
도 3c는, 도 3b의 유전체 안테나 어레이의 둘러싸인 세부 영역의 확대된 뷰이며, 도 1의 유전체 안테나 어레이의 중심 허브의 다양한 전도성 삽입 개구(opening)들 및 구동 엘리먼트 구멍(hole)들을 도시한다.
도 4는, 유전체 로드들이 중심 허브 주위에 방사상으로 배열되는 레이아웃을 예시하는, 도 1의 유전체 안테나 어레이의 저면도이다.
도 5는 유전체 로드 스택(stack)들을 형성하기 위한 도 1의 다수의 적층된 유전체 안테나 어레이들을 포함하는 유전체 안테나 매트릭스(matrix)의 등각투상도이며, 여기서 각각의 유전체 로드 스택은 개개의 구동 엘리먼트에 의해 구동된다.
도 6a는 도 6b의 단면도에 대한 콘텍스트를 보여주기 위한 라인이 그어진 단면 영역(A-A)을 갖는, 도 5의 유전체 안테나 매트릭스의 다른 평면도이다.
도 6b는 도 6a의 유전체 안테나 매트릭스의 단면(A-A)이며, 2개의 유전체 로드 스택들, 2개의 구동 엘리먼트들, 및 반사성 코어의 세부사항들을 도시한다.
도 6c는 도 6b의 둘러싸인 세부 영역의 확대된 뷰이며, 유전체 로드 스택의 5개의 유전체 로드들, 6개의 전도성 밴드들(그의 하단은 변경된 하부 전도성 플레이트임), 구동 엘리먼트, 및 반사성 코어의 세부사항들을 도시한다.
도 6d는 도 6c의 둘러싸인 세부 영역의 확대된 뷰이며, 유전체 로드 스택의 하나의 전체 및 2개의 부분 유전체 로드들, 외부 종방향 표면으로부터의 유전체 로드들의 연장, 및 반사성 코어에 의한 내부 종방향 표면의 라이닝(lining)의 부가적인 세부사항들을 도시한다.
도 7a는, 도 7b의 확대된 뷰에 대한 콘텍스트를 보여주기 위한 둘러싸인 세부 영역과 함께, 유전체 로드들의 간격, 단면, 및 테이퍼링 세부사항들을 도시하는, 도 5의 유전체 안테나 매트릭스의 5개의 유전체 로드 스택들의 측면도이다.
도 7b는 도 7a의 2개의 유전체 로드 스택들의 둘러싸인 세부 영역의 확대된 뷰이며, 6개의 전도성 밴드들(그의 하단은 변경된 하부 전도성 플레이트임) 및 유전체 로드들의 테이퍼링의 부가적인 세부사항들을 도시한다.
도 8은 안테나 시스템의 제어 회로의 블록 다이어그램이며, 여기서 제어 회로는 마이크로제어기, 독립적으로 제어되는 출력들, 및 RF 입력 스트립(strip)을 포함한다.
도 9는 안테나 시스템의 다른 유전체 안테나 어레이의 등각투상도이며, 여기서 유전체 안테나 어레이는 중심 허브 및 이전에 설명된 것과 같은 다른 구조들을 포함하지만, 다수의 유전체 로드들은 핀쿠션(pincushion) 또는 호저(porcupine)형 어레인지먼트로 이루어진다.
도 10은 선형(예컨대, 수평 또는 수직) 또는 원형 편파를 포함하는 RF 신호들의 편파 제어를 위한, 교차 모노폴(monopole)들을 포함하는 구동 엘리먼트를 도시한다.
도 11a는 MIMO(multiple-input and multiple-output) 아키텍처를 이용하는, 도 8에 도시된 것과 같은 안테나 시스템(100)의 제어 회로의 블록 다이어그램을 묘사한다.
도 11b는 도 11a에 도시된 독립적으로 제어되는 출력 회로의 분해도이다.
도 12는, 채널 당 다수의 사용자들을 서비스하기 위해 다수의 RF 채널들을 이용하는, 도 8 및 도 11a 및 도 11b에 도시된 것과 같은 MU-MIMO(multiple user multiple-input and multiple output) 아키텍처의 개략도를 예시한다.
도 13a는 도 13b의 절취도에 대한 콘텍스트를 보여주기 위한 둘러싸인 세부 영역(A)을 갖는, 도 1의 유전체 안테나 어레이의 유전체 로드의 측면도이다.
도 13b는 도 13a의 유전체 로드의 둘러싸인 세부 영역(A)의 절취도이며, 공진 공동에 의해 둘러싸인 구동 엘리먼트(이는 나선형 엘리먼트임) 및 단일 유전체 로드의 세부사항들을 도시한다.
도 14는 스위칭 매트릭스 어셈블리에서 유전체 로드들과 통합된 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드들을 포함하는 안테나 시스템을 묘사한다.
다음의 상세한 설명에서, 다수의 특정 세부사항들이 관련 교시들의 완전한 이해를 제공하기 위해 예들로서 기재된다. 그러나, 본 교시들이 그러한 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것은 당업자들에게는 명백해야 한다. 다른 예시들에서, 본 교시들의 양상들을 불필요하게 불명료하게 하는 것을 피하기 위해, 잘 알려진 방법들, 절차들, 컴포넌트들, 및/또는 회로부는 세부사항 없이 비교적 높은 수준으로 설명되었다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "커플링된"은, 하나의 시스템 엘리먼트에 의해 생성 또는 공급된 신호들 또는 광이 다른 커플링된 엘리먼트에 부여되게 하는 임의의 논리적, 물리적, 전기적, 또는 광학적 연결, 링크 등을 지칭한다. 달리 설명되지 않는 한, 커플링된 엘리먼트들 또는 디바이스들은 반드시 서로 직접 연결될 필요는 없으며, 광 또는 신호들을 수정, 조작 또는 전달할 수 있는 중간 컴포넌트들, 엘리먼트들 또는 통신 매체들에 의해 분리될 수 있다.
유전체 안테나 어레이들, 연관된 컴포넌트들, 및/또는 도면들 중 임의의 도면에 도시된 것과 같은 유전체 안테나 어레이를 통합하는 임의의 완전한 디바이스들의 배향들은 예시 및 논의의 목적들을 위해 단지 예로서만 제공된다. 특정한 RF 프로세싱 애플리케이션에 대한 동작에서, 유전체 안테나 어레이는 유전체 안테나 어레이의 특정한 애플리케이션에 적합한 임의의 다른 방향으로, 예컨대 수직으로, 옆으로, 또는 임의의 다른 배향으로 배향될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 한, 측방향, 종방향, 위, 아래, 상부, 하부, 상단, 하단 및 옆과 같은 임의의 방향 용어는 단지 예시로서만 사용되며, 본 명세서에 달리 설명된 바와 같이 구성된 임의의 유전체 안테나 어레이 또는 유전체 안테나 어레이의 컴포넌트의 방향 또는 배향에 대한 제한이 아니다. 이제, 첨부된 도면들에 예시되고 아래에서 논의되는 예들이 상세히 참조된다.
도 1은 유전체 안테나 어레이(100)를 포함하는 안테나 시스템(100)의 등각투상도이다. 유전체 안테나 어레이(100)는 중심 허브(105), 및 수레 바퀴형 어레인지먼트로 중심 허브로부터 바깥쪽으로 연장되는 다수의 유전체 로드들(110A-P)을 포함한다. 예컨대, 중심 허브(105)는 코어이며, 유전체 로드들(110A-P) 각각은 평평한 패널 어레이 대신 그 코어로부터 시발(예컨대, 방사)된다. 중심 허브(105)는 (예컨대, 하나의 컴포넌트 또는 조각으로서) 유전체 로드들(110A-P)과 일체로 형성될 수 있거나, 또는 중심 허브(105) 및 유전체 로드들(110A-P)은 별개로 형성되고, 그 후 함께 연결될 수 있다. 유전체 로드들(110A-P)은 바퀴살(spoke)들처럼 보이고, RF 빔은 각각의 유전체 로드(110A-P)의 장축 아래로 한정되며, 유전체 로드들은, 예컨대 빔포밍을 위해, 격리되어 있는 독립적인 RF 빔을 방출 또는 수신할 수 있다. 이 예에서, RF 파들의 송신 및 수신은 각각의 유전체 로드(110A-P)의 단부들(예컨대, 선단(tip)들) 상에서 발생한다. 따라서, 각각의 유전체 로드(110A-P)는 약 20도의 RF 빔 각도를 갖는 엔드-파이어 안테나(end-fire antenna)로서 거동한다.
도 1에서는 보이지 않지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 안테나 시스템(100)은 복수의 구동 엘리먼트들(125A-P)을 포함하고, 각각의 구동 엘리먼트(125A-P)는 중심 허브(105)를 관통해 지나도록 연장된다. 이 예에서, 16개의 유전체 로드들(110A-P) 및 개개의 유전체 로드(110A-P)를 독립적으로 제어하기 위한 16개의 대응하는 구동 엘리먼트들(125A-P)이 존재한다. 중심 허브(105) 주위에 맞춰지는 유전체 로드들(110A-P)의 수에 영향을 줄 수 있는 각각의 유전체 로드(110A-P)의 기하학적 구조 및 대응하는 구동 엘리먼트들(125A-P)은 얼마나 좁은 RF 빔이 요구되는지에 의존하여 변할 수 있다. 정사각형 단면(도 7의 엘리먼트(710) 참조)을 갖는 유전체 로드들(110A-P)의 경우, 유전체 로드들(110A-P)의 길이, 폭, 및 두께는 RF 빔 사이즈를 조정한다. 원형 단면을 갖는 유전체 로드들(110A-P)의 경우, 원주, 반경 등이 RF 빔 사이즈를 조정한다. 이 예에서, RF 빔은, 묘사된 정사각형 형상 단면(도 7의 엘리먼트(710) 참조)을 갖는 유전체 로드들(110A-P)의 기하학적 구조의 결과로서 약 20°로 고정된다. 통상적으로, 유전체 로드들(110A-P)의 수는 구동 엘리먼트들(125A-P)의 수와 매칭된다. 그러나 일부 예들에서, 유전체 로드들(110A-P)보다 더 적은 구동 엘리먼트들(125A-P)이 존재할 수 있으며, 예컨대 단일 구동 엘리먼트(125A)가 유전체 로드들(110A-P) 중 2개, 3개 또는 그 이상의 유전체 로드들을 구동시킬 수 있다. 아래의 도 8을 참조하여 추가로 설명될 바와 같이, 안테나 시스템(100)은 또한, RF(radio frequency) 파들을 송신 또는 수신하도록 유전체 로드들(110A-P) 중 하나 이상을 구동시키기 위해 구동 엘리먼트들(125A-P)을 스위칭하도록 유전체 안테나 어레이(100)에 커플링된 제어 회로(도 8의 엘리먼트(800) 참조)를 포함한다.
유전체 로드들(110A-P) 각각 및 중심 허브(105)는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, Teflon®, 다른 폴리머, 또는 유전체 세라믹으로 형성된다. 세라믹들은 바람직한 엔지니어링된 속성들을 획득하기 위해 고온들로 프로세싱된 무기 비금속 재료들이다. 탄소 또는 실리콘과 같은 일부 엘리먼트들은 세라믹 재료들을 형성하는 데 사용될 수 있다. 유전체 로드들(110A-P)을 형성할 수 있는 적합한 세라믹들은 알루미나(또는 알루미늄 산화물 Al2O3), 알루미늄 질화물(AIN), 지르코니아 강화 알루미나, 베릴륨 산화물(BeO), 및 다른 적합한 세라믹 재료 조성물들일 수 있다. 유전체 세라믹들은 마이크로파 통신들에서 사용된다. 내부에서, 유전체 로드들(110A-P)은 통상적으로 고체 유전체 재료이며, 어떠한 전도성 재료도 갖지 않는다. 그러나, 일부 예들에서, 유전체 로드들(110A-P)은 유전체 로드들(110A-P)의 상이한 부분들에서 RF 파들을 반사 및 집중시키기 위해 전도성 재료로 채워진 중공 공동들을 포함할 수 있다.
이 예에서, 유전체 로드들(110A-P)은 중심 허브(105) 주위에 방사상으로 배열되는, 유전체 재료로 형성된 아암(arm)들이다. 그러나, 유전체 로드들(110A-P)은 도 1에 묘사된 바와 같이 원통형 중심 허브(105) 주위에 방사 어레인지먼트로 배열되지 않을 수 있다. 예컨대, 유전체 로드들(110A-P)은, 유전체 로드들(110A-P)이 중심 허브(105)의 상이한 표면들로부터 연장되도록 배열될 수 있다. 일 예에서, 유전체 로드들(110A-P)은 핀쿠션 또는 호저 어레인지먼트로 이루어져서, 도 9에 도시된 것과 같이 부분적인 회전 스페로이드(spheroid) 형상 중심 허브(105)의 상부 원뿔형 표면으로부터 연장된다. 원뿔형 표면들은 포물면, 쌍곡면, 타원체, 편평 타원체, 스페로이드 등 또는 이들의 일부, 단편, 또는 조합을 포함한다. 원뿔형 표면들은 원뿔형 섹션을 도출하기 위해 원뿔을 평면과 교차시키고 이어서 비구면 또는 구형 부분들을 형성하기 위해 3차원 공간에서 원뿔형 섹션을 회전시킴으로써 형성된다. 다른 예에서, 중심 허브(105)는 다면체 형상(예컨대, 직육면체)을 가질 수 있으며, 유전체 로드들(110A-P)은, 예컨대 직육면체 형상의 중심 허브(105)의 코너들 부근에서 평평한 상부 측방향 표면 또는 평평한 종방향 표면들로부터 연장된다. 유전체 로드들(110A-P) 각각은 정사각형 형상인 단면을 가지며, 단면은 유전체 로드가 중심 허브(105)로부터 더 멀리 연장됨에 따라 테이퍼링된다. 유전체 로드들(110A-P)의 단면이 정사각형 형상으로서 도시되어 있지만, 단면은 원형; 타원형; 다각형, 이를테면 삼각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 삼각형; 또는 이들의 일부, 단편, 또는 조합(예컨대, 반원)으로서 형상화될 수 있다.
중심 허브(105)는 상부 측방향 표면(115), 하부 측방향 표면(도 6c의 엘리먼트(630) 참조), 및 상부 측방향 표면(115)과 하부 측방향 표면(630) 사이에서 연장되는 외부 종방향 표면(120)을 포함한다. 도 6c 및 도 6d에 도시된 바와 같이, 외부 종방향 표면(120)은, 구동 엘리먼트들(125A-P)이 중심 허브(105)를 관통해 연장되는 곳 외부에 위치된(예컨대, 외부 또는 바깥쪽을 향하는) 중심 허브(105)의 유전체 부분이다.
도 6c 및 도 6d에 도시된 바와 같이, 내부 종방향 표면(625)은, 구동 엘리먼트들(125A-P)이 중심 허브(105)를 관통해 지나도록 연장되는 곳 내부에 위치되고 반사성 코어(235)에 의해 라이닝되는(예를 들어, 내부 또는 안쪽을 향하는) 중심 허브(105)의 유전체 부분이다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 상부 측방향 표면(115)은, 유전체 로드들(110A-B) 위에(예컨대, 중심 허브(105)의 상단에) 위치된 중심 허브(105)의 유전체 부분이다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 하부 측방향 표면(630)은, 유전체 로드들(110A-B) 아래에(예컨대, 중심 허브(105)의 하단에) 위치된 중심 허브(105)의 유전체 부분이다. 유전체 로드들(110A-P)은 외부 종방향 표면(120)으로부터 측방향 바깥쪽으로 연장된다. 유전체 로드들(110A-P)은, 유전체 로드들(100A-P)이 외부 종방향 표면(120)으로부터 그들의 선단들까지 시발적으로 바깥쪽으로 연장하는 기점 영역(예컨대, 베이스)에 대해 편평하게 기울어져 있다. 그러나, 일부 예들에서, 유전체 로드들(110A-P)은 기점 영역에 대해 위쪽 또는 아래쪽으로 기울어져 있다.
도 1에서는, 도 2의 전도성 밴드(130)가 제거되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 측방향 표면(115) 및 하부 측방향 표면(도 6c의 엘리먼트(630) 참조) 둘 모두는, 각각의 구동 엘리먼트(125A-P)가 중심 허브(105)를 관통해 지나도록 연장되기 위해 형성되는 구동 엘리먼트 구멍들(117A-P)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 중심 허브(105)는 상부 측방향 표면(115) 상에 복수의 전도성 삽입 개구들(116A-P)을 포함하며, 그 개구들은 중심 허브(105) 및 다른 층들, 이를테면 하부 전도성 플레이트(310)를 관통할 수 있다. 일부 예들에서, 하부 측방향 표면(도 6c의 엘리먼트(630) 참조)은 전도성 삽입 개구들(116A-P)을 포함할 수 있으며, 그 개구들은 이 예에서 직육면체 형상 구멍들 또는 공간들이지만, 타원체, 원뿔, 직육면체, 다른 다면체, 또는 이들의 일부, 단편, 또는 조합을 포함하는 다양한 구멍 형상들이 이용될 수 있다. 각각의 전도성 삽입 개구(116A-P)는, 유전체 로드들(110A-P) 각각이 중심 허브(105)로부터 연장되는 곳 사이에 형성된다. 유전체 안테나 어레이(101)는 전도성 삽입 개구들(116A-P)의 구멍 형상과 매칭되는 형상 또는 프로파일을 갖는 복수의 전도성 삽입부들(119A-P)을 더 포함한다. 전도성 삽입부들(119A-P)은, 유전체 로드들(110A-P) 사이에서 누화를 방지하고 개개의 유전체 로드(110A-P)에서 전자기 RF 파들을 지향시키기 위해 전도성 삽입 개구들(116A-P) 내부에 포지셔닝된다. 이 예에서, 전도성 삽입부들(119A-P)은, RF 파들이 상이한 유전체 로드들(110A-P)로 번지지 않도록 반사를 통해 유전체 로드들(110A-P) 각각에서 RF 에너지를 지향시키기 위한 바퀴살들 각각 사이의 금속 장벽 분할기들이다.
일단 전도성 삽입 개구들(116A-P) 내부에서, 전도성 삽입부들(119A-P)은, 예컨대 에폭시를 이용하여 중심 허브(105)에 본딩(bond)될 수 있다. 에폭시는 자외선(UV) 광을 사용하여 경화될 수 있다. 16개의 전도성 삽입 개구들(116A-P) 및 16개의 전도성 삽입부들(119A-P)이 도시되어 있지만, 전도성 삽입 개구들(116A-P) 및 전도성 삽입부들(119A-P)의 수는 얼마나 좁은 RF 빔이 요구되는지에 의존하여 변하며, 통상적으로는 유전체 로드들(110A-P)의 수와 매칭된다. 유전체 로드들(110A-P)보다 더 적은 전도성 삽입 개구들(116A-P) 및 전도성 삽입부들(119A-P)이 존재할 수 있다. 예컨대, 단일 구동 엘리먼트(125A)가 유전체 로드들(110A-P) 중 2개, 3개 또는 그 이상의 유전체 로드들을 구동시키면, 전도성 삽입 개구들(116A-P) 및 전도성 삽입부들(119A-P)의 수는 실제로 구동 엘리먼트들(125A-P)의 수와 매칭된다.
도 2는, 전도성 밴드(130) 및 다수의 구동 엘리먼트들(125A-P)을 갖는 유전체 안테나 어레이(101)를 포함하는 유전체 안테나 시스템(100)의 등각투상도이다. 이 예에서, 구동 엘리먼트들(125A-P) 각각은 모노폴 구동 엘리먼트들이다. 일부 예들에서, 구동 엘리먼트들(125A-P)은 선형으로(예컨대, 하나의 평면에서 수평 또는 수직으로) 편파되거나 원형으로 편파된 RF 신호들을 전달하기 위한 교차된 모노폴들, 나선들 또는 다이폴(dipole)들일 수 있다. 예컨대, 구동 엘리먼트들(125A-P) 각각은, 유전체 로드들(110A-P)의 대응하는 유전체 로드의 편파를 제어하기 위해 도 10에 도시된 바와 같이, 약 90°의 각도로 십자형으로 만나는(crisscrossed) 교차된 모노폴들일 수 있다. 유전체 안테나 어레이(101)는 중심 허브(105)의 상부 측방향 표면(115) 및/또는 하부 측방향 표면(도 6c의 엘리먼트(630) 참조) 상에 적어도 하나의 전도성 밴드(130)를 포함한다.
도 2에서 보여지는 바와 같이, 상부 측방향 표면(115)은 전도성 밴드(130)를 포함한다. 전도성 밴드(130)는 유전체 로드들(110A-P) 사이의 누화를 최소화시키기 위해 유전체 로드들(110A-P) 내부에서 그리고 이들을 통해 전자기 RF 파들을 지향시키고 한정한다. 전도성 밴드(130)는 전도성 삽입 개구들(116A-P) 내부에 포지셔닝된 전도성 삽입부들(119A-P)을 덮을 수 있고, 전도성 삽입부들(119A-P)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 전도성 밴드(130)는 전도성 삽입부들(119A-P)에 전기적으로 연결되지 않는다.
전도성 밴드(130)는, 각각의 구동 엘리먼트(125A-P)가 전도성 밴드(130)를 관통해 지나도록 연장되기 위해 형성된 구동 엘리먼트 개구들(205A-P)을 포함한다. 따라서, 구동 엘리먼트들(125A-P)은 상부 측방향 표면(115) 및 하부 측방향 표면(도 6c의 엘리먼트(630) 참조)의 구동 엘리먼트 구멍들(117A-P) 및 전도성 밴드(130)의 구동 엘리먼트 개구들(205A-P)을 관통해 지나도록 연장된다. 도 2의 예에서 16개의 구동 엘리먼트 개구들(205A-P)이 존재하지만, 구동 엘리먼트 개구들(205A-P)의 수는 얼마나 좁은 RF 빔이 요구되는지에 의존하여 변하며, 통상적으로는 유전체 로드들(110A-P)의 수와 매칭된다. 유전체 로드들(110A-P)보다 더 적은 구동 엘리먼트 개구들(205A-P)이 존재할 수 있다. 예컨대, 단일 구동 엘리먼트(125A)가 유전체 로드들(110A-P) 중 2개, 3개 또는 그 이상의 유전체 로드들을 구동시키면, 구동 엘리먼트 개구들(205A-P)의 수는 실제로 구동 엘리먼트들(125A-P)의 수와 매칭된다.
전도성 밴드(130)가 링으로서 형상화되지만, 전도성 밴드(130)는 원형; 타원형; 다각형, 이를테면 삼각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 삼각형; 또는 이들의 일부, 단편, 또는 조합(예컨대, 반원)으로서 형상화된 전도성 트레이스로서 형성될 수 있다. 이 예에서, 구동 엘리먼트들(125A-P)은 전도성 밴드(130) 주위에 환상형으로 배열된다. 전도성 밴드(130) 주위의 구동 엘리먼트들(125A-P)의 어레인지먼트는 전도성 밴드(130)의 형상(예컨대, 타원형, 다각형 등)에 의존하여 변한다.
구동 엘리먼트들(125A-P)에 대한 유전체 안테나 어레이(101)의 커플링의 부가적인 세부사항들이 도 2에 또한 도시되어 있다. 이 예에서, 전도성 밴드(130) 및 구동 엘리먼트들(125A-P)은 전기적으로 연결되지 않는다. 대신, 전도성 밴드(130)와 구동 엘리먼트들(125A-P)은 서로 절연된다. 예컨대, 전도성 밴드(130)는 전도성 밴드(130)와 각각의 구동 엘리먼트(125A-P) 사이에서 각각의 개개의 구동 엘리먼트 개구(205A-P)에 의해 형성된 개개의 에어 갭(210A-P)에 의해 구동 엘리먼트들(125A-P)로부터 절연된다. 대안적으로, 전도성 밴드(130)는 구동 엘리먼트 개구들(205A-P)을 채운 유전체 재료에 의해 구동 엘리먼트들(125A-P)로부터 절연된다.
도 2에 도시되지 않았지만, 하부 측방향 표면(도 6c의 엘리먼트(630) 참조)은 또한, 상부 측방향 표면(115) 상의 전도성 밴드(130)와 매우 유사한 다른 전도성 밴드(도 6c의 엘리먼트(130B) 참조)를 포함한다. 예컨대, 하부 측방향 표면(도 6c의 엘리먼트(630) 참조) 상의 다른 전도성 밴드(도 6c의 엘리먼트(130B) 참조)는 구동 엘리먼트 개구들(205A-P)을 포함한다. 다른 전도성 밴드(도 6c의 엘리먼트(130B) 참조)는 에어 갭들(210A-P), 또는 구동 엘리먼트 개구들(205A-P)을 채운 유전체 재료에 의해 구동 엘리먼트들(125A-P)로부터 절연된다. 상부 측방향 표면(115) 상의 전도성 밴드(130), 하부 측방향 표면(도 6c의 엘리먼트(630) 참조) 상의 다른 전도성 밴드는 반사성 코어(235) 및 전도성 삽입부들(119A-P)과 함께, 전자기 에너지(예컨대, RF 파들)를 유전체 로드들(110A-P)을 향해 집중시키는 짧은 도파관을 형성한다. 구동 엘리먼트들(125A-P) 중 하나 이상이 RF 파들을 방사하고 있을 때, 이들 컴포넌트들은 유전체 로드들(110A-P)을 향해 또는 그들 내부에 RF 파들을 한정하고 지향시킨다(예컨대, 밀어낸다).
추가로 도시된 바와 같이, 유전체 안테나 어레이(101)는 중심 허브(105)의 상부 측방향 표면(115)과 하부 측방향 표면(도 6c의 엘리먼트(630) 참조) 사이에서 종방향으로 연장되는 반사성 코어(235)를 포함한다. 따라서, 중심 허브(105) 내부는 속이 비어있고, 반사성 코어(235)는 RF 에너지에 대해 원주를 라이닝하고, 이를 반사시킨다. 일 예에서, 반사성 코어(235)는 유전체 로드들(110A-P)보다 1/4 파장 뒤에 있을 수 있다. 반사성 코어(235) 및 전도성 삽입부들(119A-P)은 함께, 유전체 로드들(110A-P) 내부에서 RF 에너지를 반사시킬 수 있다.
반사성 코어(235)는, 중심 허브(105)의 내부를 덮고 유전체 로드들(110A-P)을 통해 RF 파들을 지향시키기 위해 중심 허브(105)의 내부 종방향 표면(도 6d의 엘리먼트(625) 참조)을 라이닝하는 금속 배관일 수 있다. 반사성 코어(235)는 중심 허브(105)의 상부 측방향 표면(115) 및/또는 하부 측방향 표면(도 6c의 엘리먼트(630) 참조) 상의 적어도 하나의 전도성 밴드(130)에 전기적으로 연결된다. 그러나, 일부 예들에서, 반사성 코어(235)는 중심 허브(105)의 상부 측방향 표면(115) 또는 하부 측방향 표면(도 6c의 엘리먼트(630) 참조) 상의 적어도 하나의 전도성 밴드(130)에 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 유전체 안테나 어레이(101) 구조들은 주조, 레이어링(layering), 사출 성형, 기계가공, 도금, 밀링(milling), 하나 이상의 전도성 코팅들을 증착시키는 것, 또는 이들의 조합을 포함하는 다양한 기법들을 사용하여 제조될 수 있다. 예컨대, 중심 허브(105) 및 유전체 로드들(110A-P)은 단일 일체형 조각을 형성하기 위해 주조 또는 사출 성형을 사용하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 일부 예들에서, 중심 허브(105) 및 유전체 로드들(110A-P)은 별개로 주조 및 성형되고, 이어서 함께 기계적으로 체결될 수 있다. 레이저 어블레이션(laser ablation)을 포함하는 2차 기계가공 동작들은, 예컨대 유전체 로드들(110A-P)을 테이퍼링하거나 전도성 삽입 개구들(116A-P), 구동 엘리먼트 구멍들(117A-P), 또는 돌출부들(도 3c의 엘리먼트들(315A-E) 참조)을 형성하기 위해 원치 않는 부분들을 연소시켜 없애거나 그렇지 않으면 제거함으로써, 예컨대 중심 허브(105) 및 유전체 로드들(110A-P)의 형상을 생성하는 데 사용될 수 있다. 전도성 층들 또는 필름들은 적어도 하나의 전도성 밴드(130)로서 증착될 수 있거나, 또는 전도성 플레이트들은, 예컨대 그 평면의 상단 상에 더 많은 층들을 적층하기 전에 그 평면을 도금함으로써 이용될 수 있다. 전도성 삽입부들(119A-P), 구동 엘리먼트들(125A-P), 적어도 하나의 전도성 밴드(130), 및 반사성 코어(235)는 임의의 적합한 전도체 또는 금속화 층, 이를테면 구리, 알루미늄, 은 등 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 전도성 삽입부들(119A-P), 구동 엘리먼트들(125A-P), 적어도 하나의 전도성 밴드(130), 및 반사성 코어(235)를 형성하기 위해 동일하거나 상이한 전도성 재료들이 사용될 수 있다. 2차 기계가공 동작들은 또한, 예컨대 구동 엘리먼트 구멍들(117A-P), 구동 엘리먼트 개구들(205A-P) 등을 형성하기 위해 원치않는 부분들을 제거함으로써, 전도성 삽입부들(119A-P), 구동 엘리먼트들(125A-P), 적어도 하나의 전도성 밴드(130), 또는 반사성 코어(235)를 형상화하는 데 이용될 수 있다. 일 예에서, 2개의 전도성 밴드들(130A-B)(도 6c 및 도 6d 참조)은 유전체 안테나 어레이(101)의 유전체 로드들(110A-P) 위 및 아래에 형성된다. 도 5에 도시된 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-E)과 같이 다수의 층들이 존재하면, 전도성 밴드들(130A-B) 중 하나는 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-E)의 층들 사이의 스페이서들과 다소 유사한 방식으로, 도 6c 및 도 6d에 도시된 것과 같이 공유된다.
도 3a는, 유전체 로드들(110A-P)이 중심 허브(105) 주위에 방사상으로 배열되는 레이아웃을 예시하는, 유전체 안테나 어레이(101)의 평면도이다. 전도성 플레이트(130)가 제거된다. 도시된 바와 같이, 중심 허브(105)의 상부 측방향 표면(115)은 중심 허브(105)의 주변부(320)를 정의한다. 이 예에서, 주변부(320)는 원으로서 형상화될 수 있다. 그러나, 일부 예들에서, 주변부(320)는 상부 측방향 표면(115)의 형상에 의존하여, 타원형, 다각형, 또는 이들의 일부, 단편, 또는 조합로서 형상화될 수 있다. 구동 엘리먼트들(125A-P)은 주변부(320) 주위에 방사상으로 배열되며, 구동 엘리먼트 구멍들(117A-P)을 통하여 중심 허브(105)를 관통해 지나도록 연장된다. 주변부(320) 주위의 구동 엘리먼트들(125A-P)의 어레인지먼트는 주변부(320)의 형상(예컨대, 타원형, 다각형 등)에 의존하여 변한다.
도 3a에서, 기계적 체결을 위한 캡(cap) 및 나사가 제거되며, 따라서 중심 부착 구멍(305) 및 하부 전도성 플레이트(310)(예컨대, 금속 디스크)가 도시된다. 중심 부착 구멍(305)은 유전체 안테나 어레이(101)를 다른 컴포넌트들, 이를테면 제어 회로(도 8의 엘리먼트(800) 참조) 또는 도 5에 도시된 것과 같은 유전체 안테나 매트릭스(500) 어레인지먼트 내의 다른 유전체 안테나 어레이들(101A-E)에 기계적으로 체결시키기 위해 이용될 수 있다. 중심 허브(105)의 내부를 라이닝하는 반사성 코어(235)가 또한 도시되어 있다. 반사성 코어(235)의 내부에는, 하부 전도성 플레이트(305)에 의해 중심 허브(105)의 하부 측방향 표면(도 6c의 엘리먼트(630) 참조) 측 상에서 부분적으로 폐쇄되는 에어-충전 공동(도 6b의 엘리먼트(650) 참조)이다.
도 3b는 도 3c의 확대된 뷰에 대한 콘텍스트를 보여주기 위한 둘러싸인 세부 영역(E)을 갖는, 도 3a의 유전체 안테나 어레이와 같은 유전체 안테나 어레이(101)의 다른 평면도이다. 도 3c는, 도 3b의 유전체 안테나 어레이(101)의 둘러싸인 세부 영역(E)의 확대된 뷰이며, 유전체 안테나 어레이(101)의 중심 허브(105)의 다양한 전도성 삽입 개구들(116A-P) 및 구동 엘리먼트 구멍들(117A-P)을 도시한다. 세부 영역(E)에서 좌측에서 우측으로 이동하는 것은, 하부 전도성 플레이트(310)에 형성된 개구인 중심 부착 구멍(305)이다. 하부 전도성 플레이트(310)는 중심 허브(105)의 하부 측방향 표면 측부(도 4의 엘리먼트(430))를 둘러싸기 위해 하부 측방향 표면 상에 형성된 일 유형의 전도성 밴드(130)이다. 하부 전도성 플레이트(310)는 도 6c의 엘리먼트(130B)로서 더 상세히 도시된다. 하부 전도성 플레이트(310)는 유전체 로드들(110A-P)을 향해 또는 그들 내부에 RF 파들을 한정하고 지향시키기 위해(예컨대, 밀어내기 위해) 적어도 하나의 전도성 밴드(130)와 유사한 방식으로 유전체 로드들(110A-P)을 통해 전자기 RF 파들을 재지향시킨다. 기계적 체결 목적들을 위해, 하부 전도성 플레이트(310)는 상부 측방향 표면(115) 상의 전도성 밴드(130)보다 훨씬 더 크다. 따라서, 하부 전도성 플레이트(310)는 상부 측방향 표면(115) 및 하부 측방향 표면(도 6c의 엘리먼트(630) 참조)보다 큰 표면적을 갖는다. 예컨대, 하부 전도성 플레이트(310)는 안테나 시스템(100)의 제어 회로(도 8의 엘리먼트(800) 참조)로의 연결을 위해, 이를테면 제어 회로(도 8의 엘리먼트(800) 참조)의 보드로의 기계적 체결을 위해 이용된다. 따라서, 하부 전도성 플레이트(310)는 유전체 안테나 어레이(101)에 대한 기계적 지지를 제공한다. 다른 구성에서, 전도성 플레이트(310)는 적어도 하나의 전도성 밴드(130)와 유사하게 형성되지만, 유전체 안테나 어레이(101)에 대한 기계적 지지 구조를 실제로 제공하는 유사하거나 상이한 재료의 다른 부분(예컨대, 기계적 지지 레그(leg)들)에 연결된다.
도 3c에 추가로 도시된 바와 같이, 반사성 코어(235)는 상부 측방향 표면(115)에 인접하며, 통상적으로 중심 허브(105)의 내부 종방향 표면(도 6d의 엘리먼트(625) 참조)을 라이닝한다. 다음은, 5개의 전체 전도성 삽입 개구들(116A-E)을 포함하는 것으로 도시된 상부 측방향 표면(115)이다. 전도성 삽입 개구들(116A-E)은 5개의 전도성 삽입부들(119A-E)로 채워져 있다. 상부 측방향 표면(115)은 또한 5개의 구동 엘리먼트 구멍들(117A-E)을 포함하며, 5개의 구동 엘리먼트들(125A-E)은 개개의 구동 엘리먼트 구멍(117A-E)을 관통해 지나도록 연장된다. 구동 엘리먼트 구멍들(117A-E) 각각의 주위에는 또한 개개의 돌출부(315A-E)가 형성된다. 돌출부들(315A-E)은 중심 허브(105) 및 유전체 로드들(110A-P)과 같은 유전체 재료로 형성된다. 돌출부들(315A-E)은 전도성 밴드(130)를 중심 허브(105)의 상부 측방향 표면(115)과 맞물리게 한다. 돌출부들(315A-E)은 전도성 밴드(130)로부터 구동 엘리먼트들(125A-E)을 절연시킨다. 5개의 돌출부들(315A-E)만이 도시되어 있지만, 돌출부들(315A-E)의 수는 얼마나 좁은 RF 빔이 요구되는지에 의존하여 변한다. 이 예에서, 돌출부들(315A-E)의 수는 유전체 로드들(110A-P)의 수와 매칭되며, 따라서, 5개만이 도 3c의 확대된 뷰에 도시되어 있더라도 실제로는 16개의 돌출부들(315A-P)이 존재한다.
도 4는, 유전체 로드들(110A-P)이 도 3a와 같이 중심 허브(105) 주위에 방사상으로 배열되는 레이아웃을 예시하는, 유전체 안테나 어레이(101)의 저면도이다. 중심 허브(105)는, 이 예에서 하부 전도성 플레이트(310)에 의해 덮인 하부 측방향 표면(430)을 포함한다. 중심 부착 구멍(305)이 하부 전도성 플레이트(310)에 형성된다. 4개의 주변 부착 구멍들(410A-D)이 또한, 나사들 또는 다른 기계적 체결구들을 위해 하부 전도성 플레이트(310)에 형성되는 것으로 묘사되어 있다. 중심 부착 구멍(305) 및 주변 부착 구멍들(410A-B)은 유전체 안테나 어레이(101)를 다른 컴포넌트들, 이를테면 제어 회로(도 8의 엘리먼트(800) 참조) 또는 도 5에 도시된 것과 같은 유전체 안테나 매트릭스(500) 어레인지먼트 내의 다른 유전체 안테나 어레이들(101A-E)에 기계적으로 체결시키기 위해 이용된다. 추가로 도시된 바와 같이, 하부 측방향 표면(430)은 각각의 구동 엘리먼트(125A-P)가 하부 측방향 표면(430)을 관통해 지나도록 연장되기 위해 형성된 구동 엘리먼트 구멍들(117A-P)을 포함한다.
도 5는 유전체 안테나 시스템(100)의 유전체 안테나 매트릭스(500)의 등각투상도이다. 유전체 안테나 매트릭스(500)는 다수의 유전체 로드 스택들(510A-P)을 형성하기 위한 다수의 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-E)을 포함한다. 도 5의 예에서, 5개의 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-E)이 도시되지만, 다른 예들에서, 더 적거나(예컨대, 2개 또는 3개의) 또는 더 많은(예컨대, 15개 중 10개의) 적층된 유전체 안테나 어레이들이 존재할 수 있다. 또한 도 5의 예에서, 16개의 유전체 로드 스택들(510A-P)이 도시되며, 유전체 로드 스택들(510A-P) 각각에는 5개의 유전체 로드들이 존재한다. 일부 예들에서, 유전체 로드 스택들(510A-P) 각각은 더 적거나(예컨대, 2개 또는 3개의) 또는 더 많은(예컨대, 15개 중 10개의) 유전체 로드들을 포함할 수 있다. 게다가, 유전체 로드 스택들(510A-P)의 수는 더 적거나(예컨대, 5개 또는 10개) 또는 더 많을 수 있다(예컨대, 20개 또는 30개).
각각의 유전체 로드 스택(510A-P)은 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-E) 각각으로부터의 개개의 유전체 로드를 포함하며, 예컨대 빔포밍을 위해, 격리되어 있는 독립적인 RF 빔을 집합적으로 방출 또는 수신할 수 있다. 각각의 유전체 로드 스택(510A-P)은 구동 엘리먼트들(125A-P)의 개개의 구동 엘리먼트에 의해 구동된다. 각각의 유전체 로드 스택(510A-P)은 RF 파들을 독립적인 RF 출력 빔으로서 송신 또는 수신하기 위해 개개의 구동 엘리먼트(125A-P)를 통하여 제어 회로(도 8의 엘리먼트(800) 참조)에 의해 별개의 채널로서 독립적으로 제어가능하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-E)의 유전체 로드들은 유전체 안테나 매트릭스(500)의 높이(520)를 따라 실질적으로 중첩하는 프로파일들(530A-E)을 갖도록 정렬된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로 중첩"은, 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-E)의 유전체 로드들(110A-P) 각각이 90% 이상만큼 높이(520)를 따라(예컨대, 수직으로) 중첩되는 유전체 구조들을 갖는다는 것을 의미한다. 각각의 유전체 로드 스택(510A-P)을 형성하는 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-E) 각각으로부터의 개개의 유전체 로드는 유전체 안테나 매트릭스(500)의 높이(520)를 따라 가변의 종방향 레벨(525A-E)에 포지셔닝된다. 이 예에서, 유전체 로드 스택(510A-P) 내의 각각의 개개의 유전체 로드는 1/2 파장만큼 중심 평면 간에 이격되어 있다.
이 예에서, 유전체 안테나 매트릭스(500)는, 16개의 방사상으로 배열된 유전체 로드들(110A-E)을 각각 갖는 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-E) 각각을 사출 성형하고, 이어서 유전체 안테나 어레이들(101A-E)을 수직 방향으로 적층함으로써 구현된다. 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-E)은 중심 허브(105)를 가지며, 유전체 로드들(110A-P)은 중심 허브(105)로부터 허브 및 바퀴살형 어레인지먼트로 뻗어나온다. 유전체 안테나 매트릭스(500)의 수직 방향으로의 적층은 RF 빔을 좁히고 RF 전력을 개선시키기 위한 빔 포밍을 제공한다. 유전체 안테나 매트릭스(500)는, 16개의 유전체 로드들(110A-E)을 각각 갖는 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-E) 각각을 사출 성형하고, 이어서 유전체 안테나 어레이들(101A-E)을 수직 방향으로 적층함으로써 구현될 수 있다.
유전체 안테나 매트릭스(500)는, 주위로 이동될 수 있는 다수의 RF 빔들을 갖고 360도 초과로 선회될 수 있고, 제어 회로(800)에 의해 스위칭될 수 있는 등대처럼 동작한다. 개개의 유전체 로드 스택(510A-P) 내의 유전체 로드들(110A-E) 각각은 좁은 RF 빔을 생성하기 위한 유전체 원뿔들을 효과적으로 생성하기 위해 1/2 파장만큼 중심 평면 간에 이격되어 있다. 이 예에서, RF 빔은 약 20도이다. 그러나, 유전체 로드 스택들(510A-P)의 어레인지먼트에 의존하여, RF 빔의 좁음 및 폭이 맞춤화될 수 있다. 예컨대, 유전체 로드 스택(510A-P)에서 유전체 로드들(110A-E)의 수를 2배로 늘리는 것은 몇도 만큼 RF 빔을 좁힐 수 있다. 게다가, RF 빔은 유전체 로드들(110A-E)의 길이를 더 짧게 만듬으로써 더 넓은 빔으로 조정될 수 있다. 도시 환경에서는, RF 신호 강도가 주요 문제가 아닌 도로 옆에서 더 넓은 RF 빔을 포착하기 위해 더 짧은 유전체 원뿔들이 요구될 수 있다. 그러나, 시골지역에서는 좁은 RF 빔이 향상된 RF 전력을 제공할 수 있다.
본 명세서에 개시된 예들 중 일부에서, 유전체 안테나 어레이(101) 또는 유전체 안테나 매트릭스(500)는, 전자기 신호들을 수신/송신할 수 있는 높은 지향성 및 넓은 면적의 커버리지를 갖는 콤팩트한 안테나를 산출하기 위해 전도성 밴드들(130A-E)(예컨대, 금속성 디스크들)에 의하여 분리된 하나 이상의 전도성 구동 엘리먼트들(125A-P)(예컨대, 모노폴들)에 의해 여기되는 페이즈드 3차원 유전체 구조들을 이용한다. 빔포밍은 미리 형성된 유전체 구조들을 통해 낮은 저항성 경로를 제공하는 것과 상기 구조들이 서로 보강적으로 그리고/또는 상쇄적으로 간섭하도록 그들을 적층하는 것의 조합을 통해 달성된다. 유전체 안테나 어레이(101) 또는 유전체 안테나 매트릭스(500)는 많은 수들의 수동 및/또는 능동 안테나 엘리먼트들 또는 위상 시프터들을 요구하지 않으면서 높은 지향성 빔들의 생성을 허용하며, 그에 의해 RF 안테나의 구성 및 동작을 매우 단순화한다. 유전체 안테나 어레이(101) 또는 유전체 안테나 매트릭스(500)는 구형 반사기의 사용 없이 다수의 중첩하는 매우 지향성인 빔들의 생성을 위해 최적화될 수 있다.
유전체 안테나 매트릭스(500)는 자유 공간 파장에 중심설정된 ~10 내지 50% 대역폭에 걸쳐 신호들을 수신/송신할 수 있다. 유전체 안테나 매트릭스(500)는 전도성 밴드들(130A-E)(예컨대, 얇은 전도성 디스크들)에 의해 이격되고 분리된 다수의 층들을 갖는다. 예시된 바와 같이, 각각의 층은, 유전체 로드들(110A-E)이 중심 허브(105)로부터 방사상으로 뻗어나오는 바퀴살들처럼 보이는 "수레 바퀴" 형태를 갖는다. 각각의 유전체 로드(110A-P)는 다음과 같이 주어진 FWHM(fullwidth at half maximum)으로 자신의 장축에 평행하게 지향된 빔을 생성하는 엔드-파이어 안테나로서 작용한다: FWHM = 60°/제곱근(Lλ0).
사이드로브(sidelobe)들을 감소시키기 위해, 유전체 로드들(110A-P)의 단면(예컨대, 바퀴살들)은 그의 베이스(여기서, 유전체 로드(110A-P)는 외부 종방향 표면(115) 상에서 중심 허브(105)를 떠남)로부터 그의 선단으로 테이퍼링될 수 있다. 원하는 빔들의 수가 Nb이고 λ0가 자유 공간 파장이면, 중심 허브(105)의 반경(R)은 다음과 같이 주어진다:
R = (Nb/4π) * λ0
이어서, 안테나의 전체 직경은 D = 2(R + Lλ0)이다. 각각의 유전체 로드(110A-P)는 유전체 중심 허브(105) 내에서 약 0.25λd에 위치된 전도성 구동 엘리먼트(125A-P)에 의해 여기된다. 여기서, 유전체의 파장은 λd = λ0/제곱근(Er)에 의해 주어지고, Er은 유전체 로드(110A-P)가 형성되는 유전체 재료의 상대적인 유전율이다. 금속성 백쇼트(backshort)(예컨대, 반사성 코어(235))는 구동 엘리먼트들(125A-P) 뒤에서 약 0.25λd의 중심 허브(105)에 위치된다. 일 예에서, 폴리스티렌의 경우, Er = 2.6이다. 29GHz의 주파수에서, λ0 = 10.3 밀리미터(mm)이다. 유전체 로드들(110A-P) 각각의 길이(L)는 L = 9λ0에 의해 주어지고, 이는 92.7 밀리미터(mm)이다. 중심 허브(105)의 반경(R)은 8.2mm이다.
유전체 안테나 어레이들(101A-E)(예컨대, 간격들이 있는 "수레 바퀴" 안테나 구조들)의 다수의 층들을 적층함으로써, 유전체 안테나 매트릭스(500)의 유효 영역은 증가하며, 그에 의해 그의 감도를 비례하여 증가시킨다. 각각의 엔드-파이어 안테나(110A-P)의 베이스 내의 전도성 구동 엘리먼트(125A-P)는 신호들을 수신 및/또는 송신하기 위해 유전체 안테나 어레이들(101A-E)의 적층된 구조 전반에 걸쳐 수직으로 연장될 수 있다. 이러한 방식으로 안테나 구조들을 적층함으로써, 원거리 장(far field) 내의 결합된 엔드-파이어 빔들의 FWHM은 약 1/제곱근(Ns)의 양만큼 수직 차원에서 추가로 감소되며, 여기서 Ns는 유전체 안테나 매트릭스(500)에서 적층되는 층들(유전체 안테나 어레이들)의 수이다. 유전체 안테나 어레이들(101A-E)의 "수레 바퀴" 원통형 구성에 대한 대안으로서, 유전체 로드들(110A-P)은 구형들 또는 반구형들과 같은 다른 표면들로부터 연장될 수 있으며, 그에 의해, 예컨대 도 9에 도시된 바와 같이, 사용자가 주어진 환경 내에서 RF 빔 커버리지를 맞춤화하게 허용한다.
도 6a는 도 6b의 단면도에 대한 콘텍스트를 보여주기 위한 라인이 그어진 단면 영역(A-A)을 갖는, 유전체 안테나 매트릭스(500)의 다른 평면도이다. 도시된 바와 같이, 유전체 안테나 매트릭스(500)는 수직 방향으로 5개의 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-E)에 의해 형성된 16개의 유전체 로드 스택들(510A-P)을 포함한다. 통틀어, 16개의 유전체 로드들(110A-P)을 각각 포함하는 5개의 레벨들의 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-E)이 존재하기 때문에, 유전체 안테나 매트릭스(500)에는 80개의 유전체 로드들이 존재한다.
반사성 코어(235)는 각각의 적층된 유전체 안테나 어레이(101A-E)의 중심 허브(105)의 내부를 라이닝한다. 유전체 안테나 매트릭스(500)의 중심 허브(105)의 주변부는 원형 형상이지만, 위에서 언급된 바와 같이, 주변부(320)의 형상은 변할 수 있다(예컨대, 타원, 다각형, 또는 이들의 일부, 단편, 또는 조합). 유전체 안테나 매트릭스는 중심 부착 구멍(305)을 포함한다. 상부 전도성 밴드(130)는 중심 허브(105)의 상부 측방향 표면(115) 상에 형성되며, 이는 최상단의 적층된 유전체 안테나 어레이 바로 위에 있다. 다른 적층된 유전체 안테나 어레이들(101B-E)은 또한, 도 6c 및 도 6d에 도시된 바와 같이 개개의 전도성 밴드들(130B-E)을 포함한다. 하부 전도성 플레이트(310)는 중심 허브(105)의 하부 측방향 표면(630) 상에 형성되며, 이는 최하부의 적층된 유전체 안테나 어레이(101E) 바로 아래에 있다.
도 6b는 도 6a의 유전체 안테나 매트릭스(500)의 단면(A-A)이다. 특히, RF 파들을 방출 및 수신하는 유전체 로드들(110A-E)의 단부(예컨대, 선단)에서, 유전체 로드들(110A-E)이 중심 허브(105)로부터 더 멀리 연장됨에 따라 테이퍼링(610)되는 유전체 로드들(110A-E)의 개개의 쌍들을 각각 포함하는 2개의 유전체 로드 스택들(510A-B)의 세부사항들이 도 6b에 도시되어 있다. 유전체 로드 스택들(510A-B) 각각은 2개의 구동 엘리먼트들(125A-B)의 개개의 구동 엘리먼트에 의해 포함된다. 특히, 유전체 로드 스택(510A)의 유전체 로드들(110A-E) 각각은 구동 엘리먼트(125A)에 의해 제어된다. 유전체 로드 스택(510B)의 유전체 로드들(110A-E) 각각은 구동 엘리먼트(125B)에 의해 제어된다. 반사성 코어(235)는 RF 바깥쪽 반사기를 형성하기 위해 중심 허브(105)의 내부를 라이닝하고, 에어가 채워진 공동(650)은 반사성 코어(235)에 의해 생성된 파이프 내부에 형성된다.
도 6c는 유전체 안테나 매트릭스(500)의 도 6b의 둘러싸인 세부 영역(B)의 확대된 뷰이다. 유전체 로드 스택(510B)의 5개의 유전체 로드들(110A-E)의 세부사항들이 도 6c에 도시되어 있다. 이 예에서, 6개의 전도성 밴드들이 도시된다. 그러나, 5개의 상부 전도성 밴드들(130A-E)(예컨대, 금속 링들)이 하부 전도성 플레이트(310)인 하단 상의 제6 전도성 밴드와는 다소 상이하게 형성된다는 것을 알 수 있다.
하부 전도성 플레이트(310)(예컨대, 금속 디스크)는, RF 에너지를 가장 낮은 유전체 로드(110E)에 한정하기 위해 중심 허브(105)의 하부 측방향 표면(630) 상에 형성되지만, 하부 전도성 플레이트(310)가 기계적 지지부로서 작용하고 회로 보드(800)와 인터페이싱할 수 있기 때문에, 또한, 전도성 밴드들(130A-E)보다 상당히 크다. 제어 회로(800)에 대한 응답으로 RF 파들을 송신 또는 수신하도록 유전체 로드들(110A-E)을 구동시키는 구동 엘리먼트(125B)가 또한 도시되어 있다.
도 6d는 유전체 안테나 매트릭스(100)의 도 6c의 둘러싸인 세부 영역(C)의 확대된 뷰이다. 유전체 로드 스택(510B)의 하나의 전체 유전체 로드(110B) 및 2개의 부분 유전체 로드들(110A 및 110C)의 부가적인 세부사항들이 묘사되어 있다. 도시된 바와 같이, 유전체 로드들(110A-C)은 외부 종방향 표면(120)으로부터 연장된다. 추가로 도시된 바와 같이, 내부 종방향 표면(625)은 반사성 코어(235)에 의해 라이닝되고, 반사성 코어(235)는 하부 전도성 플레이트(310)에 커플링된다. 공동(650)은 속이 비어있고, 에어로 채워져 있다.
도 7a는 유전체 안테나 매트릭스(500)의 5개의 유전체 로드 스택들(510A-E)의 측면도이다. 이 예에서, 유전체 로드 스택들(510A-E) 각각은 5개의 유전체 로드들(110A-E)을 각각 포함한다. 유전체 로드들(110A-E)의 테이퍼링된(610) 형상으로 인해, 특히, RF 파들을 방출 및 수신하는 유전체 로드들(110A-E)의 단부(예컨대, 선단)에서, 유전체 로드들이 중심 허브(105)로부터 더 멀리 연장됨에 따라, 유전체 로드들(110A-E) 사이의 간격이 증가하는 경향이 있다. 도시된 바와 같이, 유전체 로드들(110A-E)의 단면(710)은 정사각형이지만, 단면(710)은 원형; 타원형; 다각형, 이를테면 삼각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 삼각형; 또는 이들의 일부, 단편, 또는 조합(예컨대, 반원)일 수 있다. 전도성 밴드들(130A-E) 및 하부 전도성 플레이트(310)가 또한 도시되어 있다.
도 7b는 도 7a의 2개의 유전체 로드 스택들의 둘러싸인 세부 영역(J)의 확대된 뷰이다. 유전체 로드들(110A-E)의 테이퍼링(610)의 부가적인 세부사항들이 또한 도시되어 있다. 전도성 밴드들(130A-E) 및 하부 전도성 플레이트(310)를 포함하는 6개의 전도성 밴드들이 또한 도시되어 있다. 전도성 밴드들(130A-E)은, 예컨대 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-E) 각각이 수직으로 배열됨에 따라, 유전체 로드 스택(510A)의 유전체 로드들(110A-E) 각각 사이의 링으로서 증착 또는 도금될 수 있다. 하부 전도성 플레이트는, 유전체 안테나 어레이들(101A-E)의 적층 이전, 그 동안, 또는 그 이후에 가장 낮은 적층된 유전체 안테나 어레이(101E) 상에 형성된다.
도 8은 안테나 시스템(100)의 제어 회로(800)의 블록 다이어그램이다. 도시된 바와 같이, 제어 회로(800)는 마이크로제어기(805) 및 다수의 독립적으로 제어되는 출력들(810A-P)을 포함한다. 독립적으로 제어되는 출력들(810A-P)은 마이크로제어기(805)에 커플링된다. 각각의 독립적으로 제어되는 출력(810A-P)은 마이크로제어기(805)에 의해 동작되고 개개의 유전체 로드 스택(510A-P)에 커플링되어, 개개의 구동 엘리먼트(125A-P)를 통해 RF 파들을 송신 또는 수신한다.
각각의 독립적으로 제어되는 출력(810A-P)은 마이크로제어기(805)로부터의 개개의 스위칭 제어 신호, 이를테면 스위칭 제어(815A-P)에 기반하여 턴 온(turn on)되거나 턴 오프(turn off)되도록 구성된다. 마이크로제어기(805)는 RF 빔 각도들(예컨대, 지향성) 및 전력을 제어하기 위한 프로그래밍 명령들을 갖는 메모리를 포함할 수 있다. 독립적으로 제어되는 출력들(810A-P)은, RF 파들의 송신 또는 수신 동안 개개의 유전체 로드 스택(510A-P)을 활성화 또는 비활성화시킬 수 있는 스위치들, 중계기들, 멀티플렉서들, 디멀티플렉서들, 또는 트랜지스터들일 수 있다. 도 8의 예에서, 독립적으로 제어되는 출력들(810A-P)은 스위치들, 더 구체적으로는 링 어셈블리에 배열된 PIN 다이오드들이다. 개개의 스위칭 제어 신호(815A-P)에 기반하여, 각각의 독립적으로 제어되는 출력(815A-P)은 개개의 구동 엘리먼트(125A-P)를 통해 RF 파들을 송신 또는 수신하기 위해 개개의 유전체 로드 스택(510A-P)을 제어하도록 구성된다. 도 8의 예에서, 스위칭 제어 신호(815A-P)는 독립적으로 제어되는 출력들(815A-P)에 대해 16개의 라인들 상에서 구동되는 제어 전압(예컨대, 총 ~0.8 와트에 대해 5볼트(V), 10밀리암페어(mA))이다. 일부 예들에서, 제어 전압은 단일 라인에 인가될 수 있고, 타이밍 신호에 기반하여, 독립적으로 제어되는 출력들(815A-P)에 게이팅될 수 있다.
제어 회로(800)는 각각 독립적으로 제어되는 출력(810A-P)에 전기적으로 연결된 RF 입력/출력(I/O) 스트립(820)을 포함한다. 이 예에서, RF 입력/출력 스트립(820)은 50Ω 마이크로스트립 링이다. 제어 회로(800)는 후방으로부터 플러그 인되는 안테나 핀들과 같은 복수의 전기 콘택(contact)들(830A-P)을 더 포함한다. 각각의 개개의 전기 콘택(830A-P)은 개개의 구동 엘리먼트(125A-P)에 전기적으로 연결되고, 개개의 독립적으로 제어되는 출력(810A-P)에 전기적으로 연결된다. 마이크로제어기(805)는, 제어 회로(800)의 개개의 부분을 활성화 및 폐쇄하는 개개의 제어 신호, 이를테면 스위칭 제어 신호(815A-P)를 이용하여 개개의 독립적으로 제어되는 출력(810A-P)을 턴 온시키도록 구성된다. 개개의 독립적으로 제어되는 출력(810A-P)을 턴 온시키는 것은 RF 입력/출력 스트립(820)을 개개의 구동 엘리먼트(125A-P)에 전기적으로 연결시키며, 이는 선택된 유전체 로드들(110A-P) 또는 유전체 로드 스택들(510A-P)을 통해 RF 방사를 송신하고(예컨대, 송신 모드) 그리고/또는 선택된 유전체 로드들(110A-P) 또는 유전체 로드 스택들(510A-P)을 통해 RF 방사를 수신한다(예컨대, 수신 모드). 마이크로제어기(805)는, 개개의 구동 엘리먼트(125A-P)로부터 RF 입력/출력 스트립(820)을 전기적으로 연결해제시키기 위해 개개의 스위칭 제어 신호(815A-P)를 이용하여 개개의 독립적으로 제어되는 출력(810A-P)을 턴 오프시키록 구성되며, 이는 제어 회로(800)의 개개의 부분을 비활성화시키고 개방한다.
추가로 도시된 바와 같이, 제어 회로(800)는 송신 모드 동안 RF 입력 신호를 RF 입력/출력 스트립(820)에 입력하도록 구성된 라디오(860)를 더 포함한다. 라디오(860)는 수신 모드 동안 RF 입력/출력 스트립(820)으로부터 RF 출력 신호를 수신하도록 구성된다. 마이크로제어기(805)는 또한 RF 빔 각도 제어 프로그래밍(875)에 커플링된다. RF 빔 각도 제어 프로그래밍(875)은 마이크로제어기(805)가 액세스가능한 메모리에 저장될 수 있다. RF 빔 각도 제어 프로그래밍(875)의 프로그래밍 명령들은 마이크로제어기(805)에 의해 실행가능하다. 마이크로제어기(805)는 또한, 이 예에서는 USB(Universal Serial Bus) 포트인 입력/출력(I/O) 인터페이스(870)에 커플링된다. 대안적으로 또는 부가적으로, RF 빔 각도 제어 프로그래밍(875)은 입력/출력 인터페이스(870)를 통해 수신될 수 있다. RF 빔 각도 제어 프로그래밍(875)은 방출되고 수신된 RF 빔의 좁음 또는 폭을 조정하는 데 이용할 유전체 로드들(110A-P)의 위치 및 수를 선택할 수 있다. RF 빔 각도 제어 프로그래밍(875)이 빔 각도를 제어하게 하기 위해, 마이크로제어기(805)는 I/O 인터페이스(870)를 통해 송신된 데이터를 수신하여 이용할 수 있다. 이러한 데이터는 라디오(860), 안테나 시스템(100)에 포함된 센서들에 의해 또는 독립적인 별개의 자립형 센서들에 의해 생성될 수 있다. 부가적으로, 데이터는 유전체 안테나 어레이들(101A-E)에 의해 수신되고, 라디오(860)에 의해 프로세싱되며, 실행된 RF 빔 각도 제어 프로그래밍(875)에 의한 의사-결정을 위해 마이크로제어기(805)가 액세스가능한 메모리에 저장될 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 비교적 좁은 빔은 특정한 세팅들에서 유용할 수 있는 향상된 전력을 가질 수 있지만; 더 넓은 빔이 다른 세팅들에서 더 바람직할 수 있다.
이 예에서, 제어 회로(800)가 16개의 독립적으로 제어되는 출력들(810A-P) 및 16개의 전기 콘택들(830A-P)을 포함하지만, 수는 유전체 로드들(110A-P)의 수에 의존하여 변할 수 있다. 유전체 로드들(110A-P) 및 대응하는 구동 엘리먼트들(125A-P)의 수는 얼마나 좁은 RF 빔이 요구되는지에 의존하여 변한다. 통상적으로, 유전체 로드들(110A-P)의 수는 구동 엘리먼트들(125A-P)의 수와 매칭된다. 그러나 일부 예들에서, 유전체 로드들(110A-P)보다 더 적은 구동 엘리먼트들(125A-P)이 존재할 수 있으며, 예컨대 단일 구동 엘리먼트(125A)가 유전체 로드들(110A-P) 중 2개, 3개 또는 그 이상의 유전체 로드들을 구동시킬 수 있다. 따라서, 독립적으로 제어되는 출력들(810A-P) 및 전기 콘택들(830A-P)의 수는 유전체 로드들(110A-P) 대신 구동 엘리먼트들(125A-P)의 수에 기반할 수 있다.
마이크로프로세서 및 RF 빔 각도 제어 프로그래밍(875) 중 임의의 것은 방법 단계들로서 하나 이상의 방법들로 또는 하나 이상의 프로그램들로 구현될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 프로그램(들)은 프로그램에서 정의된 기능들, 이를테면 소프트웨어 또는 하드웨어 명령들로 구현된 로직을 실행한다. 다양한 방식들로 구조화된 애플리케이션들 중 하나 이상을 생성하기 위해, 펌웨어, 절차적 프로그래밍 언어들(예컨대, C 또는 어셈블리 언어), 또는 객체-지향 프로그래밍 언어들(예컨대, Objective-C, Java, 또는 C++)과 같은 다양한 프로그래밍 언어들이 이용될 수 있다. 프로그램(들)은 본 명세서에 설명된 기능을 용이하게 하도록 운영 체제에 의해 제공되는 API 콜(call)들을 호출할 수 있다. 프로그램들은 임의의 유형의 컴퓨터 판독가능 매체 또는 컴퓨터 저장 디바이스에 저장되고, 하나 이상의 범용 컴퓨터들에 의해 실행될 수 있다. 부가적으로, 본 명세서에 개시된 방법들 및 프로세스들은 특수화된 컴퓨터 하드웨어 또는 ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array), 또는 CPLD(complex programmable logic device)에서 대안적으로 구현될 수 있다.
따라서, 머신-판독가능 매체는 많은 형태들의 유형의 저장 매체를 취할 수 있다. 비-휘발성 저장 매체들은, 예컨대 도면들에 도시된 클라이언트 디바이스, 미디어 게이트웨이, 트랜스코더 등을 구현하는 데 사용될 수 있는 바와 같은 광학 또는 자기 디스크들, 이를테면 임의의 컴퓨터(들)의 저장 디바이스들 등 중 임의의 것을 포함한다. 휘발성 저장 매체들은 동적 메모리, 이를테면 그러한 컴퓨터 플랫폼의 메인 메모리를 포함한다. 유형의 송신 매체들은 동축 케이블들; 컴퓨터 시스템 내의 버스를 포함하는 와이어들을 포함하는 구리 와이어 및 광섬유들을 포함한다. 반송파 송신 매체들은, 일 형태의 전기 또는 전자기 신호들, 또는 음파 또는 광파, 이를테면 RF(radio frequency) 및 적외선(IR) 데이터 통신들 동안 생성되는 것들을 취할 수 있다. 따라서, 컴퓨터-판독가능 매체들의 일반적인 형태들은, 예컨대 플로피 디스크, 유연한 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, DVD 또는 DVD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드들, 페이퍼 테이프, 구멍들의 패턴들을 갖는 임의의 다른 물리적 저장 매체, RAM, PROM 및 EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 데이터 또는 명령들을 전달하는 반송파, 그러한 반송파를 전달하는 케이블들 또는 링크들, 또는 컴퓨터가 프로그래밍 코드 및/또는 데이터를 판독할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다. 이들 형태들의 컴퓨터 판독가능 매체들의 대부분은 실행을 위해 하나 이상의 명령들의 하나 이상의 시퀀스들을 프로세서로 반송하는 것에 수반될 수 있다.
도 9는 안테나 시스템(101)의 다른 유전체 안테나 어레이(901)의 등각투상도이다. 유전체 안테나 어레이(901)는 중심 허브(105)로부터 바깥쪽으로 연장되는 다수의 유전체 로드들(110A-P)을 갖는 중심 허브(105)를 포함한다. 유전체 로드들(110A-P)은 주어진 환경 내에서 RF 빔 커버리지를 맞춤화하기 위해 중심 허브(105) 주위에 핀쿠션 또는 호저형 어레인지먼트로 배열된다. 중심 허브(105)는 외부 표면(920)을 포함하고, 유전체 로드들(110A-P)은 외부 표면(920)으로부터 바깥쪽으로 연장된다. 묘사된 예에서, 외부 표면(920)은 잘린 스페로이드 또는 타원체(예컨대, 상부 절반 또는 반구)로서 형상화된다. 유전체 로드들(110A-P)은 외부 표면(920)(예컨대, 상부 반구)의 방향으로 RF 파들을 수신하는데 특히 민감하고 외부 표면(920)(예컨대, 상부 반구)의 방향으로 RF 파들의 송신을 한정하기 위해 외부 표면(920)의 다양한 부분들 또는 위치들로부터 연장되도록 포지셔닝된다. 외부 표면(920)은 연속적일 수 있는 곡선 형상(예컨대, 원통, 원뿔, 구, 타원체, 또는 다른 비구면 또는 구형 형상)을 가질 수 있다. 연속 표면 또는 벽(예컨대, 곡면)은 한쪽 또는 양쪽 단부들에서 잘려질 수 있는 타원체, 스페로이드, 원뿔, 포물면, 또는 쌍곡면을 형성할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 외부 표면(920)은 다면체 형상(예컨대, 직육면체, 사면체 등), 또는 이들의 일부, 단편, 또는 조합을 가질 수 있다. 핀쿠션 또는 호저 어레인지먼트는, 수신된 또는 송신된 RF 파들이 공중 방향(aerial direction)(예컨대, 위성들)로 한정되는 애플리케이션들에서 유용할 수 있다.
도 10의 예에서 추가로 보여지는 바와 같이, 구동 엘리먼트들(125A-P) 각각은 개개의 유전체 로드들(110A-P) 중 하나를 통해 송신되는 RF 신호들의 편파를 제어하기 위해, 구동 엘리먼트 편파 컴포넌트들(1000A-B)로서 묘사되는 교차된 모노폴들로 형성될 수 있다. 구동 엘리먼트 편파 컴포넌트들(1000A-B)은 금속 와이어와 같은 전도성 매체로 형성될 수 있으며, 이러한 예에서는 약 90°인 교차 각도(1005)로 서로를 가로질러 통과할 수 있다. 구동 엘리먼트 편파 컴포넌트들(1000A-B)은 전기적으로 연결되지 않기 위해 각각으로부터 절연된다. 예컨대, 교차된 구동 엘리먼트 편파 컴포넌트들(1000A-B)은 함께, 구동 엘리먼트 편파 컴포넌트들(1000A-B)을 통하여 RF 파들의 위상을 서로에 대해 변화시킴으로써, 커넥터들(1020A-B)을 통하여 유전체 로드(110A)를 통해 지향되는 RF 신호들의 편파를 제어한다. 안테나 시스템(100)의 구동 엘리먼트들(125A-B) 각각에 대한 교차된 구동 엘리먼트 편파 컴포넌트들(1000A-B)을 이용함으로써, 유전체 안테나 어레이(101)는 선형으로(예컨대, 수평 또는 수직으로) 편파되거나 원형으로 편파된 RF 신호들에 민감하도록 구성될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 구동 엘리먼트(125A)는 도 8에 도시된 것과 같은 전기 콘택들을 통해 라디오(860)에 연결된다. 그러나, 구동 엘리먼트(125A)에 대해 도 8에 도시된 것과 같은 단일 전기 콘택(830A) 대신, 구동 엘리먼트(125A)를 형성하는 교차된 구동 엘리먼트 편파 컴포넌트들(1000A-B) 각각은 별개의 개개의 전기 콘택(1035A-B)을 통해 라디오(860)에 전기적으로 연결된다.
도 11a는 MIMO(multiple-input and multiple-output) 아키텍처를 이용하는, 도 8에 도시된 것과 같은 안테나 시스템(100)의 제어 회로(800)의 블록 다이어그램을 묘사한다. MIMO는, 예컨대 다중경로 전파를 활용하기 위해 도 5의 유전체 안테나 매트릭스(500)를 이용하는 라디오(860A-B) 링크들의 용량을 증대시킨다. 제어 회로(800)는 마이크로제어기(805) 및 다수의 라디오들(860-N)을 포함하며, 이들 라디오들 중 2개의 라디오들(860A-B)이 도시되어 있다. 각각의 개개의 라디오(860A-B)는 개개의 라디오 입력 및 출력(I/O) 라인(861A-B)에 연결된다. 따라서, 개개의 라디오 입력 및 출력(I/O) 라인(861A-B)은 개개의 라디오 입력 및 출력(I/O) 라인(861A-B)을 통해 개개의 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드(1100A-B)에 연결된다. 개개의 라디오 입력/출력(I/O) 라인(861A-B)은 동축 케이블 및 반-정밀(semi-precision) 동축 RF 커넥터, 이를테면 SMA(subminiature version A)를 포함할 수 있다.
빔 관리 알고리즘들을 통합하는 마이크로제어기(805)는 원하는 유전체 로드들(110A-P) 또는 유전체 로드 스택들(510A-P)의 활성화를 명령하기 위한 신호들을 제공한다. 제어 회로(800)는 어느 유전체 로드(110A-P)가 주어진 시간에 활성화되는지의 선택 시에 완전한 유연성을 제공한다. 마이크로제어기(805)는, 유전체 로드들(110A-P)을 통한 송신/수신을 위한 통신 프로토콜들 및 신호들을 제공하는 하나 이상의 라디오들(860A-N)과 인터페이싱한다. 제어 회로(800)는 스위칭 속도 및 유연성을 최대화시키기 위해 PIN 다이오드 링 네트워크를 통합할 수 있다. 유전체 로드들(110A-P)은 플라스틱, Teflon®, 또는 다른 유전체 재료들로 제작될 수 있다.
제어 회로(800)는 마이크로제어기(805)에 연결된 바이어스 회로(1106)를 더 포함할 수 있다. 바이어스 회로(1106)는 마이크로프로세서(805)로부터 멀티플렉싱된 스위칭 제어 신호(815)(예컨대, 디지털 또는 아날로그 신호)를 수신하고, 각각의 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드(1100A-B)에 대한 16개의 별개의 디멀티플렉싱된 스위칭 제어 신호들(815A-P)(예컨대, 아날로그 전압들)로 스위칭 제어 신호(815)를 디멀티플렉싱한다. 16개의 디멀티플렉싱된 스위칭 제어 신호들(815A-P) 각각은 개개의 독립적으로 제어되는 출력들(810A-P)을 턴 온시키거나 턴 오프시키기 위해 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드들(1100A-B) 각각에 전기적으로 전달된다. 도시된 도면에서, 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드들(1100A-B) 당 2개씩, 4개의 디멀티플렉싱된 스위칭 제어 신호들(815A-P)만이 도시되어 있다. 바이어스 회로(1106)는 개개의 독립적으로 제어되는 출력들(810A-P)을 스위칭 온 또는 오프시키기 위해 독립적으로 제어되는 출력 회로들(1103A-P)을 적절히 동작시키도록 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드들(1100A-B)에 대해, 미리 결정된 전압들 및 전류들을 설정한다.
일 예에서, 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드들(1100A-B) 각각은 16개의 독립적으로 제어되는 출력 회로들(1103A-P)(예컨대, PIN 다이오드 RF 스위치 회로들)을 포함한다. 그러나, 2개의 독립적으로 제어되는 출력 회로들(1103A-B)만이 2개의 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드들(1100A-B)의 묘사된 부분들의 단면도들에 도시되어 있다. 추가로 도시된 바와 같이, 독립적으로 제어되는 출력 회로(1103A)는 파선들의 타원으로 둘러싸인 영역으로서 식별된다.
도 11a의 예에서, 부가적인 유전체 로드들(110)(예컨대, 폴리로드(polyrod)들)의 포트들이 16개 초과로 유전체 로드들(110A-P)의 수를 증가시키기 위해 각각의 RF 입력/출력 스트립(820) 링에 추가될 수 있다. 또한, 유전체 로드들(110)(예컨대, 폴리로드들)의 포트들은 유전체 로드들(110A-P)의 수를 16개 미만으로 감소시키기 위해 제거될 수 있다. 게다가, 라디오들(860A-B)의 수는, 각각의 부가적인 라디오(860N)에 대해 부가적인 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드(1100N)(예컨대, PIN 다이오드 보드)를 추가함으로써 2개 초과로 증가될 수 있다.
도 11b는 도 11a에 도시된 독립적으로 제어되는 출력 회로(1103A)의 분해도이다. 일 예에서, 16개의 독립적으로 제어되는 출력 회로들(1103A-P) 각각은 개개의 독립적으로 제어되는 출력(810A-P), 이를테면 단락 스위치(1120)(예컨대, PIN 다이오드, 이를테면 반사형 PIN 다이오드)를 포함한다. 따라서, 독립적으로 제어되는 출력 회로들(1103A-P) 각각은 개개의 단락 스위치(1120A-P)(예컨대, PIN 다이오드)를 포함하고, 독립적으로 제어되는 출력들(810A-P)은 단락 스위치들(1120A-P)의 어레이를 집합적으로 형성한다. 이 예에서, 유전체 로드(110A) 당 하나의 PIN 다이오드(1120A)가 존재하며, 이용되는 PIN 다이오드는 부품 번호들 MA4AGP90 또는 MA4AGSW1로 MACOM에 의해 제조된다. 각각의 단락 스위치(1120A-P)는 개개의 RF 공급측 단자(1135A-P), 개개의 안테나측 단자(1140A-P), 및 적어도 하나의 개개의 제어 신호 단자(1141A-P)(예컨대, 애노드 단자 및 캐소드 단자)를 포함할 수 있다.
독립적으로 제어되는 출력 회로들(1103A-P) 각각은 개개의 단락 스위치(1120A-P)의 개개의 RF 공급측 단자(1135A-P)에 커플링된 개개의 공급측 1/4 파(λ/4) 송신 라인 섹션(1145A-P)(이는, 1/4 파 또는 그의 홀수배들, 이를테면 3/4 파, 5/4 파 등임)을 포함한다. 개개의 공급측 1/4 파 송신 라인 섹션(1145A-P)은 또한 RF 입력/출력 스트립(820)에 커플링된다. 독립적으로 제어되는 출력 회로들(1103A-P) 각각은 개개의 단락 스위치(1120A-P)의 개개의 안테나측 단자(1140A-P)에 커플링된 개개의 안테나측 1/4 파(λ/4) 송신 라인 섹션(1150A-P)(이는, 1/4 파 또는 그의 홀수배들, 이를테면 3/4 파, 5/4 파 등임)을 포함한다. 개개의 안테나측 1/4 파 송신 라인 섹션(1150A-P)은 또한 개개의 전기 콘택(830A-P)에 커플링된다. 따라서, 개개의 단락 스위치(1120A-P)는 개개의 공급측 1/4 파(λ/4) 송신 라인 섹션(1145A-P)과 개개의 안테나측 1/4 파(λ/4) 송신 라인 섹션(1150A-P) 사이에 커플링된다.
공급측 1/4 파(λ/4) 송신 라인 섹션들(1145A-P) 및 안테나측 1/4 파(λ/4) 송신 라인 섹션(1150A-P)은 동축 케이블, 마이크로스트립, 도파관, 또는 다른 적합한 1/4 파 매체를 포함할 수 있다. 예시적인 5G 허브 마이크로스트립 설계에서, 공급측 1/4 파(λ/4) 송신 라인 섹션들(1145A-P) 및 안테나측 1/4 파(λ/4) 송신 라인 섹션들(1150A-P)은, 개개의 PIN 다이오드(1120A-P)가 순방향 바이어싱될 때 PIN 다이오드의 위치에서 단락된다. 단락된 PIN 다이오드는 송신 라인의 개개의 1/4 파 섹션들에 의해 공급 RF 입력/출력 스트립(820) 및 안테나 단자에서 개방 회로로 변환된다. PIN 다이오드가 역방향 바이어싱될 때, 안테나측 1/4 파(λ/4) 송신 라인 섹션들(1150A-P)은 최대 전력 전달을 위해 공급 라인의 특성 임피던스를 안테나의 원하는 구동 임피던스로 변환한다.
일부 예들에서, 독립적으로 제어되는 출력 회로들(1103A-P) 각각은 개개의 공급측 직류(DC) 차단 커패시터(1165A-P) 및 개개의 안테나측 DC 차단 커패시터(1170A-P)를 포함할 수 있다. 개개의 공급측 1/4 파 송신 라인 섹션(1145A-P)은 개개의 공급측 직류(DC) 차단 커패시터(1165A-P)를 통해 RF 입력/출력 스트립(820)에 커플링될 수 있다. 개개의 안테나측 1/4 파 송신 라인 섹션(1150A-P)은 개개의 안테나측 DC 차단 커패시터(1170A-P)를 통해 개개의 전기 콘택(830A-P)에 커플링될 수 있다.
각각의 개개의 단락 스위치(1120A-P)는 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드(1100A)의 회로 보드 기판(1180) 상에 그리고/또는 그에 형성되는 개개의 비아(1175A-P)를 통해 접지에 연결되도록 구성된다. 제어 회로(800)의 PCB(printed circuit board) 설계에서, 개개의 비아(1170A-P)는 회로 보드 기판(1180)의 상이한 부분들 상의 대응하는 포지션들에 2개의 전기 패드(pad)들을 포함하며, 그 전기 패드들은 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드(1100A)의 회로 보드 기판(1180)을 통하여 구멍에 의해 전기적으로 연결된다. 구멍은 전기도금에 의해 전도성으로 만들어질 수 있거나 또는 튜브 또는 리벳(rivet)으로 라이닝되어, 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드(1103A)의 접지 평면(1185)에 연결되는 전기 상호연결부를 생성할 수 있다. 블라인드(blind) 비아 또는 관통 구멍 유형들의 비아들 및 다양한 다른 유형들의 전기 상호연결부들, 이를테면 표면 상호연결부들, 내부 또는 외부 전도성 트레이스들, 및 평평한 전극들이 전기 연결을 위해 이용될 수 있다.
개개의 단락 스위치(1120A-P)가 적어도 개개의 하나의 제어 신호 단자(1141A-P)에 인가되는 개개의 스위칭 제어 신호(815A-P)에 의해 스위칭 온(턴 온)될 때(예컨대, 낮은 임피던스 상태), 개개의 단락 스위치(1120A-P)는 이어서, 개개의 비아(1175A-P)에 의해 접지 평면(1185)(접지)로 단락된다. 이것은, 개개의 공급측 1/4 파 송신 라인 섹션(1145A-P)을 통한 다시 RF 입력/출력 스트립(820)으로의 개방 회로로서 나타난다. 개개의 단락 스위치(1120A-P)가 스위칭 오프(턴 오프)될 때(예컨대, 높은 임피던스 상태), RF 신호들(파들)은 개개의 공급측 1/4 파 송신 라인 섹션(1145A-P)과 개개의 안테나측 1/4 파 송신 라인 섹션(1150A-P) 사이에서 개개의 단락 스위치(1120A-P)를 통해 전달된다.
도 12는, 채널 당 다수의 사용자들을 서비스하기 위해 다수의 RF 채널들을 이용하는, 도 8 및 도 11a 및 도 11b에 도시된 것과 같은 MU-MIMO(multiple user multiple-input and multiple output) 아키텍처의 개략도를 예시한다. 각각의 라디오(860A-C)는 상이한 RF 주파수 채널에 중심설정될 수 있다. 제어 회로(800)는 다수의 라디오들(860A-N)을 포함하며, 이들 중 3개의 라디오들이 도시되어 있다. 각각의 개개의 라디오(860A-N)는 개개의 라디오 입력/출력(I/O) 라인(861A-N)에 연결될 수 있다. 각각의 개개의 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드(1100A-B)는 (송신 또는 수신 동안) 개개의 라디오(860A-N)로 그리고 그들로부터 RF 신호들(파들)을 전달하기 위해 개개의 라디오 입력/출력(I/O) 라인(861A-N)에 연결된 개개의 RF 입력/출력 스트립(820A-N)을 포함한다. 개개의 스위칭 제어 신호(815A-P)는 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드(1100A-B)의 개개의 RF 입력/출력(I/O) 스트립(820A-N)의 개개의 독립적으로 제어되는 출력(810A-P)을 턴 온시키거나 턴 오프시킬 수 있다. 각각의 개개의 RF 입력/출력(I/O) 스트립(820A-N)은 개개의 라디오 입력/출력(I/O) 라인(861A-N)에 연결된다. 스위칭 제어 신호들(815A-P)은 도 8에 도시된 바와 같이, 메모리에 저장되고 마이크로프로세서(805)에 의해 또는 I/O 인터페이스(870)(예컨대, USB(232))에 의해 실행되는 RF 빔 각도 제어(예컨대, 형성) 프로그래밍(875)에 기반하여 생성될 수 있다.
추가로 도시된 바와 같이, 제어 회로(800)는 MIMO 코딩 블록(1210) 및 송신(TX) 및 수신(RX) 블록(1215)을 포함한다. MIMO 코딩 블록(1210)은 802.11 기법들에 기반할 수 있다. MIMO 코딩 블록(1210)은 TX/RX 블록(1215)에 의해 제어되는 프로그래밍일 수 있다. MIMO는 다중경로 전파를 활용하기 위해 다수의 송신 및 수신 유전체 안테나 어레이들(101A-N)을 사용하여 하나 이상의 라디오(860A-N) 링크들의 용량을 증대시키기 위한 기법이다. 예컨대, 유전체 안테나 어레이들(101A-N)은 100 메가헤르츠(MHz) 내지 40 기가헤르츠(GHz)의 범위에서 송신 또는 수신할 수 있다. 안테나 시스템(100)은 독립적으로 출력되는 회로 보드들(1110A-N)의 제어 회로(800)를 포함한다. (스위칭 매트릭스로서 배열되는) 다수의 독립적으로 제어되는 출력 회로들(1103A-P)에 포함된 독립적으로 출력되는 회로 보드들(1110A-N)은 사용자가 (MIMO 코딩 블록(1210)을 통해) 어느 라디오들(860A-N), 변조 방식들, 및 유전체 안테나 어레이들(101A-N)이 이러한 목적을 위해 송신 및 수신하도록 활성화되어야 하는지를 세팅하게 허용한다.
하나의 MU-MIMO 예에서, 안테나 시스템(100)의 제어 회로(800)는 8개의 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드들(1100A-H)을 포함하며, 이들 각각은 개개의 라디오들(860A-H)에 연결되고, 이어서 동축 상호연결들을 통해 함께 체이닝(chain)된다. 다수의 RF 체인들의 연결이 연결될 수 있으며, 원칙적으로, 안테나 어레이(101A-N)에 유전체 로드들(110A-P)이 존재하는 것만큼 많은 독립적인 라디오 빔들을 가능하게 한다(예컨대, 도 11a에 도시된 바와 같이 2개의 독립적인 RF 체인들 또는 도 12에 설명된 바와 같이 8개의 독립적인 RF 체인들만큼 많은 독립적인 RF 체인들). 다수의 안테나 엘리먼트들(유전체 로드들(110A-P))이 임의의 원하는 구성으로 하나로부터 여러 개로 전부까지 동시에 활성화될 수 있다. 규정된 방식으로 인접한 유전체 로드들(110A-P)을 활성화시킴으로써, 결과적인 빔은 방위각 또는 고도에서 (제한들 내에서) 스티어링될 수 있다. 28GHz 안테나 시스템(100)은 1 내지 10 와트(W)의 유효 방사 전력을 이용하여 500 미터(가시선)보다 큰 송신 범위를 달성할 수 있다. 원하는 송신 범위 및 데이터 레이트를 가능하게 하기 위해 전력 입력이 조정될 수 있다. 일 예에서, 유전체 안테나 매트릭스(500)는 각각 18개의 유전체 로드들(110A-P)의 3개의 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-C)에 배열된 총 54개의 개별 유전체 로드들에 대한 허브 및 바퀴살 설계를 갖는 3개의 유전체 안테나 어레이들(101A-C)을 포함한다. 이것은 단일 안테나 시스템(100)으로 360도 구역의 전체 커버리지를 가능하게 한다. 단일 또는 멀티-계층화 링, 방사상으로 돌출되는 유전체 로드들(110A-P)을 갖는 구, 또는 원하는 대로의 다른 형상들을 포함하는 안테나 시스템(100)의 형상은 특정 사용 경우들에 대해 수정될 수 있다. 유전체 로드들(110A-P)은 빔 패턴 및 커버리지를 최적화시키기 위해 임의의 각도로 비스듬하게 놓여질 수 있다(기울어질 수 있다). 유전체 로드들(110A-P)은 유연한 사용 및 수정을 가능하게 하기 위해 모듈식 방식으로 부착될 수 있다.
유전체 로드들(110A-P)의 형상은 특정 사용 경우들에 맞춤화될 수 있다. 일 예에서, 유전체 로드들(110A-P)은 원형 단면 및 테이퍼를 갖는, 길이가 9개의 파장들이다. 유전체 로드들(110A-P)의 길이는 상이한 주파수들, 이득, 및 빔폭을 달성하도록 조정될 수 있다. 유전체 로드들(110A-P)의 형상 및 테이퍼는 빔 프로파일을 최적화시키도록 조정될 수 있다.
독립적으로 제어되는 출력 회로 보드들(1100A-H) 각각은 16개의 독립적으로 제어되는 출력 회로들(1103A-B)(예컨대, PIN 다이오드 RF 스위치 회로들)을 포함한다. 각각의 독립적으로 제어되는 출력 회로(1103A-P)는 (예컨대, 16개의 PIN 다이오드 단락 스위치들의 어레이로서 배열되는) 개개의 독립적으로 제어되는 출력(810A-P) 및 개개의 1/4 파 송신 라인들(1145A-P, 1150A-P)을 포함한다. 이러한 접근법은 독립적으로 제어되는 출력들(810A-P)에 연결된 유전체 안테나 매트릭스(500) 내의 임의의 서브세트의(또는 모든) 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-H)이 임의의 서브세트의(또는 모든) 라디오들(860A-H)에 의해 구동되게 허용한다. 이러한 접근법은 최소 수의 컴포넌트들을 이용하여 낮은 손실로 달성될 빔 스티어링(및 형성)에서의 최대 효율 및 유연성을 제공한다. 따라서, 어떠한 위상 시프터들도 안테나 시스템(100)에서 요구되지 않지만, 원한다면 위상 시프터들이 포함될 수 있다. PIN 다이오드(1120A-P) 유형의 독립적으로 제어되는 출력(810A-P)이 스위칭 제어 신호(815A-P)가 스위칭 온(턴 온)되는 것으로부터 순방향 바이어싱될 때, PIN 다이오드는 송신 또는 수신 모드 동안 접지되기 위해 라디오(860)로의/로부터의 RF 신호(예컨대, RF 공급 신호)를 연결한다. 송신 라인의 1/4 파 길이를 통해 다시 볼 때, 스위칭 온(턴 온)되는 것은 라디오(860A-H)로부터의 RF 신호에 개방된 것으로 보인다. PIN 다이오드(1120A-P) 유형의 독립적으로 제어되는 출력(810A-P)이 스위칭 제어 신호(815A-P)가 스위칭 오프(턴 오프)되는 것으로부터 역방향 바이어싱될 때, PIN 다이오드는 라디오(860A-H)로의/로부터의 RF 신호를 접지로부터 격리시키며, 이는 RF 신호가 PIN 다이오드(1120A-P)를 통해 임의의 서브세트의(또는 모든) 적층된 유전체 안테나 어레이들(101A-H)에 매우 낮은 손실로 전달되게 허용한다.
도 12에서, 모든 유전체 안테나 어레이들(101A-N)은 독립적으로 제어되는 출력 회로들(1103A-P)을 포함하는 각각의 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드(1100A-N)에 연결되며, 이는 PIN 다이오드 링(즉, PIN 다이오드 스위칭 매트릭스)을 집합적으로 형성할 수 있다. 이러한 아키텍처는 임의의 유전체 안테나 어레이(101A-N)에 대한 임의의 라디오(860A-N) 액세스를 허용한다. 실제로, 설명된 바와 같은 PIN 다이오드 링이, PIN 다이오드 링에 직절히 연결된 임의의 유형의 안테나 어레이(예컨대, 폴리로드들, 마이크로스트립 패치들, 또는 피드 혼(feedhorn)들)와 함께 동작할 수 있다는 것을 유의해야 한다.
위에서 설명된 바와 같이, MIMO와 함께 스위치들 및 스플리터(splitter)들을 사용하는 것은 언제든지 최대 8개의 멀티-송신들 및 수신들을 허용할 수 있다. 스위칭 매트릭스 네트워크가 8개의 입력들 및 출력들을 추가함으로써 8개 더 많은 채널 경로들을 수용할 수 있기 때문에, 대규모 MIMO 애플리케이션들이 수용될 수 있다. 28GHz에서의 라디오 신호 팬 아웃(fan out)을 위한 스위칭 및 스플리터들과 28GHz로부터 10GHz 미만으로의 상향 및 하향 변환 둘 모두를 위한 변환 스테이지들의 조합은 SISO(single input single output) 및 2-도(2-degree) MIMO를 제공하기 위해 송신 또는 수신으로서 사용될 임의의 주어진 바퀴살의 다양성을 제공한다.
도 13a는 도 13b의 절취도에 대한 콘텍스트를 보여주기 위한 둘러싸인 세부 영역(A)을 갖는, 도 1의 유전체 안테나 어레이(101A)의 유전체 로드(110A)의 측면도이다. 도시된 바와 같이, 개개의 유전체 로드(110A)는 개개의 구동 엘리먼트(125A)에 의해 구동된다. 구동 엘리먼트(125A)는 하나 이상의 턴(turn)들로 구성된 스프링처럼 보이는 구조를 갖는 나선형 엘리먼트(1305A)이다. 각각의 턴은 대략 0.225 파장들만큼 분리된 대략 1개의 파장의 원주를 갖는다. 개개의 나선형 엘리먼트(1305A)는 개개의 유전체 로드(110A)의 베이스에 매립된다. 매립은, 예컨대 나선형 엘리먼트(1305A)를 사출 몰드(mold) 내부에 삽입하고, 개개의 나선형 엘리먼트(1305A)를 통해 그리고/또는 그 주위에 개개의 유전체 로드(110A)를 형성하는 폴리머 재료를 유동시킴으로써 달성될 수 있다. 이 예에서, 나선 설계를 생성하는 것은 8 데시벨(dB) 이득을 달성하고 비용을 감소시킬 수 있다. 마이크로스트립은, 유전체 로드(110A) 원통에 접착식으로 부착된 멀티-조각 수동 와이어 턴 나선 대신 하나의 조각 안테나 어셈블리를 생성하기 위해 모두 동일한 기판에서 스트립라인(stripline) 나선 및 유전체 로드(110A)와 통합될 수 있다.
도 13b는 도 13a의 유전체 로드(110A)의 둘러싸인 세부 영역(A)의 절취도이며, 공진 공동(1310A)에 의해 둘러싸인 구동 엘리먼트(125A)(이는 나선형 엘리먼트(1305A)임) 및 단일 유전체 로드(110A)의 세부사항들을 도시한다. 각각의 개개의 공진 공동(1310A-P)(예컨대, 전도성 공동)은 개개의 나선형 엘리먼트(1305A-P)를 둘러싸는 개개의 전도성 벽들(1315A-C)을 포함하고 그것으로 형성된다. 개개의 공진 공동(1310A-P)의 전도성 벽들(1315A-C)은 이전에 설명된 전도성 삽입부들(119A-P) 및 반사성 코어(235)와 유사한 개개의 유전체 로드들(110A-P) 내부에서 RF 에너지를 반사시킨다. 나선형 엘리먼트들(1305A-P) 및 공진 공동들(1310A-P)(전도성 벽들(1315A-C)을 포함함)은 임의의 적합한 전도체 또는 금속화 층, 이를테면 구리, 알루미늄, 은 등 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다.
도 13a 및 도 13b의 예에서 추가로 보여지는 바와 같이, 각각의 유전체 로드(110A-P)는, 개개의 유전체 로드(110A-P)의 베이스에, 예컨대 개개의 공진 공동(1310A-P) 내부에 매립된 개개의 나선형 엘리먼트(1305A-P)인 구동 엘리먼트(125A-P)에 의해 여기될 수 있다. 개개의 나선형 엘리먼트(1305A-P)는 RCP(right hand circular polarization), LCP(left hand circular polarization), 또는 RCP 및 LCP 둘 모두를 제공하도록 구성될 수 있다. 각각의 나선형 요소(1305A-P)는 본질적으로 브로드밴드이며, 이는 유전체 로드들(110A-P)이 넓은 대역폭들(≥30%)에 걸쳐 동작하게 허용한다.
RF 파들(신호들)의 다양한 편파 제어 상태들은 상이한 유형들의 구동 엘리먼트들(125A-P)을 이용하여 유전체 안테나 어레이(101)를 구동시킴으로써 달성될 수 있다. 도 6d의 예에 도시된 바와 같이, 유전체 안테나 어레이(101)는 선형 편파를 달성하도록 모노폴들에 의해 구동될 수 있다. 따라서, 구동 엘리먼트들(125A-P) 각각은 선형 편파된 RF 파들을 송신 또는 수신하는 개개의 모노폴을 포함할 수 있다. 도 10의 예에 도시된 바와 같이, 유전체 안테나 어레이(101)는 이중 선형 또는 원형 편파를 달성하도록, 교차된 모노폴들에 의해 구동될 수 있다. 따라서, 구동 엘리먼트들(125A-P) 각각은, 이중 선형 또는 원형 편파된 RF 파들을 송신 또는 수신하는 개개의 교차된 모노폴들(도 10에서 구동 엘리먼트 편파 컴포넌트들(1000A-B)로 도시됨)을 포함할 수 있다. 여기서, "이중"은 수직으로 또는 수평으로 편파된 신호들을 수신하는 것을 의미한다. 원한다면, 선형 편파된 파들은 교차된 모노폴들(도 10에서 구동 엘리먼트 편파 컴포넌트들(1000A-B)로 도시됨)에 동일한 RF 신호를 공급하지만 플러스/마이너스 90도 위상 차이로 공급함으로써 생성될 수 있다. 도 13a 및 도 13b의 예에 도시된 바와 같이, 유전체 안테나 어레이(101)는 원형 편파를 달성하도록, 매립된 나선형 엘리먼트들에 의해 구동될 수 있다. 따라서, 구동 엘리먼트들(125A-P) 각각은 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 원형 편파된 RF 파들을 송신 또는 수신하는 개개의 나선형 엘리먼트들(1305A-P)을 포함할 수 있다. 원형 편파는 모바일 사용자들의 지원에 있어서 최대 유연성을 제공할 수 있다.
따라서, 도 1의 안테나 시스템(100)은 16개의 유전체 로드들(110A-P), 및 구동 엘리먼트들(125A-P)로서 기능하는 16개의 나선형 엘리먼트들(1305A-P)을 포함하는 안테나 어레이(101)를 포함할 수 있다. 각각의 유전체 로드(110A-P)는 RF 파들(신호들)을 송신 또는 수신하도록 개개의 나선형 엘리먼트(1305A-P)에 의해 구동된다. 16개의 개개의 나선형 엘리먼트들(1305A-P) 각각은 개개의 공진 공동(1310A-P)에 의해 둘러싸인다. 유전체 로드들(110A-P)은, 도 1에 도시된 바와 같이 유전체 안테나 어레이(101)의 중심 허브(105)로부터 시발될 수 있거나, 도 5에 도시된 것과 같이 다수의 유전체 안테나 어레이들(101A-E)로서 적층될 수 있다. 유전체 안테나 어레이들(101A-E)이 적층될 때, 개개의 유전체 로드 스택(510A-P) 내의 5개의 유전체 로드들(110A-E) 각각을 독립적으로(별개로) 제어하기 위한 80개의 별개의 나선형 엘리먼트들(1305)이 존재할 수 있다.
도 14는 스위칭 매트릭스 어셈블리 어레인지먼트에서 3개의 유전체 로드들(110A-C) 각각과 통합된 18개의 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드들(1100A-R)을 포함하는 안테나 시스템(100)을 묘사한다. 도시된 바와 같이, 각각의 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드(1100A-R)는 스위칭 매트릭스 어셈블리를 생성하기 위해 수직으로 설치된다. 각각의 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드(1100A-R)는, 3개의 개개의 유전체 로드들(110A-C)을 각각 포함하는 개개의 유전체 로드 스택(510A-R)을 포함할 수 있다. 따라서, 도시된 바와 같이, 각각의 유전체 로드 스택(510A-R)은 최소 3개의 방사 유전체 로드들(110A-C)을 포함한다. 도 14의 예에서, 18개의 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드들(1100A-R) 각각은 20도만큼 이격되어, 360도 커버리지를 허용할 수 있다. 디지털 수직 및 수평 빔 포밍 및 스티어링을 위한 이러한 접근법은 방사 엘리먼트들의 층 수를 증가시키기 위해 케이블들 또는 복잡한 케이블 하니스(harness)들 및 능력의 사용 없이, 최종 애플리케이션들에 대한 안테나 각도들의 맞춤화 및 빔 포밍/스티어링의 완전한 구현을 허용한다.
유전체 로드들(110A-C)은 원형 편파를 제공하도록 각각의 유전체 로드(110A-C)와 연관된 나선형 엘리먼트(1305A-C)에 의해 활성화된다. 개개의 나선형 엘리먼트(1305A-C)는 제조를 단순화하기 위해 28GHz에서, 독립적으로 출력되는 회로 보드(1100A-R)에 통합될 수 있다. 유전체 로드들(110A-C)은, 예컨대 비용을 최소화시키기 위해 올인원(all-in-one) 프로세스를 사용하여, 묘사된 제어 회로(800)에 부착되는 모듈식 스택보드(stackboard)에 부착될 수 있다.
본 명세서에 설명된 예들에서, 유전체 로드들(110A-P)의 수 및 간격은 특정 사용 경우들에 대해 그리고 각각의 유전체 로드(110A-P) 사이의 RF 신호들의 감소를 최소화시키기 위해 맞춤화될 수 있다. 각각의 유전체 로드(110A-P)는 개개의 구동 엘리먼트(125A-P)에 의해 독립적으로 활성화될 수 있다. 각각의 유전체 로드(110A-P)는 RF 신호들을 수신 및 송신할 수 있다. 제어 회로(800)는, 어느 유전체 로드(110A-P)가 임의의 주어진 시간에 활성화되는지의 선택 시에 완전한 유연성을 허용하고 유전체 로드들(110A-P) 사이에서의 스위칭을 가능하게 하도록 구현된다. 제어 회로(800)는 매우 신속한 RF 빔 스위칭을 가능하게 하는 독립적으로 제어되는 출력들(810A-P)로서 PIN 다이오드들(1103A-P)을 통합할 수 있다. RF 빔 관리 알고리즘들을 통합하는 마이크로제어기(805)는 RF 신호들을 전달하기 위해 원하는 유전체 로드들(110A-P)의 활성화를 명령하기 위한 신호들을 제어 회로(800)에 제공한다.
마이크로제어기(805)는 유전체 로드들(110A-P)을 통한 RF 파 송신을 위한 통신 프로토콜들 및 신호들을 제공하는 하나 이상의 라디오들(860A-N)과 인터페이싱한다. 다수의 유전체 로드들(110A-P)은 하나로부터 여러 개로 전부까지 동시에 활성화될 수 있다. 유전체 안테나 어레이들(101A-E)과 같은 유전체 로드들(110A-P)의 링은 부가적인 커버리지를 제공하기 위해 서로의 상단 상에 적층될 수 있다. 유전체 로드들(110A-P)은, 수직으로 적층되는 유전체 로드들(110A-P)의 수에서 유연성을 허용하는 스택보드를 통해 모듈식 방식으로 부착될 수 있다. 유전체 로드들(110A-P)은 최적의 수직 커버리지를 제공하기 위해 임의의 각도로 기울어질 수 있다. 각각의 유전체 로드(110A-P)의 형상은 최적의 또는 원하는 빔 프로파일을 생성하도록 맞춤화되고, 사이드 로브들을 감소시키도록 테이퍼링될 수 있다. 각각의 유전체 로드(110A-P)의 길이는 특정 RF 주파수들, 이득, 및 빔폭에 대해 맞춤화될 수 있다. 규정된 방식으로 인접한 유전체 로드들(110A-P)을 활성화시킴으로써, 결과적인 RF 빔은 수직으로 또는 수평으로 스티어링될 수 있다. 안테나 시스템(100)에 입력되는 전력은 원하는 데이터 레이트들 및 송신 범위들을 가능하게 하도록 조정될 수 있다. 인접한 유전체 로드들(110A-P)을 활성화시킴으로써, RF 빔은, 사용자들이 커버리지 영역 주위로 이동할 때 이득의 감소를 최소화시키기 위해 유전체 로드들(110A-P) 사이로부터 뻗어나오도록 이루어질 수 있다. 원칙적으로, 다수의 RF 체인들이 연결될 수 있으며, 이는, 안테나 어레이들(101A-E)에 유전체 로드들(110A-P)이 존재하는 만큼 많은 독립적인 RF 빔들을 가능하게 한다. 안테나 시스템(100)은 RF 송신 및 수신 둘 모두를 위해 사용될 수 있고, 단일 사용자 MIMO, 멀티-사용자 MIMO, 및 SISO를 지원할 수 있다. 단일 또는 멀티-층 링, 방사상으로 돌출되는 유전체 로드들(110A-P)을 갖는 구, 및 원하는 대로의 다른 형상들을 포함하는 안테나 시스템(100)의 형상은 특정 사용 경우들에 대해 수정될 수 있다.
보호 범위는 이제 후속하는 청구항들에 의해서만 제한된다. 그 범위는, 본 명세서와 후속하는 출원경과(prosecution history)를 고려하여 해석될 때 청구항들에서 사용되는 언어의 원래 의미와 일치하는 만큼 넓고 모든 구조적 및 기능적 등가물들을 포함하는 것으로 의도되고 해석되어야 한다. 그럼에도 불구하고, 청구항들 중 어느 것도 특허법 101, 102, 또는 103조의 요건을 만족시키지 못한 요지를 포함하도록 의도되지 않고, 그러한 방식으로 해석되지 않아야 한다. 그러한 요지의 어떠한 의도되지 않은 포함도 이로써 부인된다.
바로 위에서 언급된 경우를 제외하고, 언급되었거나 예시되었던 어떠한 것도 그것이 청구항들에서 인용되었는지 여부에 관계없이 임의의 컴포넌트, 단계, 특징, 목적, 이점, 장점, 또는 등가물의 공중으로의 전용을 야기하도록 의도되지 않거나 해석되지 않아야 한다.
본 명세서에서 사용된 용어들 및 표현들은, 특정 의미들이 본 명세서에서 달리 기재된 경우를 제외하고, 그러한 용어들 및 표현들에, 그들의 대응하는 개개의 탐구 및 연구 영역들과 관련하여 부여된 바와 같은 원래 의미를 갖는다는 것을 이해할 것이다. 제1 및 제2 등과 같은 관계 용어들은, 반드시 그러한 엔티티들 또는 액션들 간의 임의의 실제 그러한 관계 또는 순서를 요구하거나 암시하지 않으면서 하나의 엔티티 또는 액션을 다른 엔티티 또는 액션으로부터 구별하기 위해서만 사용될 수 있다. 용어들 "구비하다", "구비하는", "포함하다", "포함하는", 또는 이들의 임의의 다른 변형은, 엘리먼트들 또는 단계들의 목록을 구비하거나 포함하는 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치가 이들 엘리먼트들 또는 단계들만을 포함하는 것이 아니라 그러한 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치에 고유하지 않거나 명시적으로 나열되지 않은 다른 엘리먼트들 또는 단계들을 포함할 수 있도록 비-배타적인 포함을 커버하도록 의도된다. 관사("a" 또는 "an")가 앞에 오는 엘리먼트는 추가적인 제약들 없이, 엘리먼트를 포함하는 프로세스, 방법, 물품, 또는 장치에서 부가적인 동일한 엘리먼트들의 존재를 배제하지 않는다.
달리 언급되지 않는 한, 후속하는 청구항들을 포함하여 본 명세서에 기재된 임의의 그리고 모든 측정치들, 값들, 등급들, 포지션들, 크기들, 사이즈들, 및 다른 사양들은 대략적이며, 정확하지 않다. 그러한 양들은 그들이 관련되는 기능들 및 그들이 관계되는 관련 기술에서 관례적인 것과 일치하는 합리적인 범위를 갖도록 의도된다. 예컨대, 달리 명확하게 언급되지 않는 한, 파라미터 값 등은 언급된 양으로부터 ± 10% 만큼 달라질 수 있다.
부가적으로, 전술한 상세한 설명에서, 본 개시내용을 간소화하려는 목적을 위해 다양한 특징들이 다양한 예들에서 함께 그룹화된다는 것을 알 수 있다. 이러한 개시 방법은, 청구된 예들이 각각의 청구항에서 명확하게 언급된 것보다 더 많은 특징들을 요구한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 다음의 청구항들이 반영하는 바와 같이, 보호될 요지는 임의의 단일의 개시된 예의 모든 특징들보다 적다. 따라서, 다음의 청구항들은 이로써 상세한 설명에 통합되며, 각각의 청구항은 별개로 청구된 요지로서 그 자체로 유효하다.
전술한 것이 최상의 모드 및/또는 다른 예들인 것으로 간주되는 것을 설명했지만, 그 내에서 다양한 수정들이 이루어질 수 있으며, 본 명세서에 개시된 요지가 다양한 형태들 및 예들로 구현될 수 있고, 그들이 다수의 애플리케이션들에 적용될 수 있으며, 이들 중 일부만이 본 명세서에서 설명되었다는 것이 이해된다. 다음의 청구항들은 본 발명의 개념들의 진정한 범위에 속하는 임의의 그리고 모든 수정들 및 변경들을 청구하도록 의도된다.

Claims (30)

  1. 안테나 시스템으로서,
    복수의 구동 엘리먼트(driven element)들;
    중심 허브 － 각각의 구동 엘리먼트는 상기 중심 허브를 관통해 지나도록 연장됨 －;
    상기 중심 허브로부터 바깥쪽으로 연장되는 복수의 유전체 로드들 － 각각의 유전체 로드는 상기 구동 엘리먼트들의 개개의 구동 엘리먼트에 의해 구동됨 －
    을 포함하는 적어도 하나의 유전체 안테나 어레이; 및
    RF(radio frequency) 파들을 송신 또는 수신하기 위해 상기 유전체 로드들 중 하나 이상을 구동시키도록 상기 구동 엘리먼트들을 스위칭하기 위해 상기 적어도 하나의 유전체 안테나 어레이에 커플링된 제어 회로를 포함하는, 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 로드들은 상기 중심 허브 주위에 방사상으로 배열되고; 그리고
    상기 유전체 로드들 각각은 원형, 타원형, 다각형, 또는 이들의 일부로서 형상화되는 단면을 갖는, 안테나 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유전체 로드들 각각의 상기 단면은 테이퍼링(taper)되며; 그리고
    상기 유전체 로드들 각각 및 상기 중심 허브는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 다른 폴리머, 또는 세라믹으로 형성되는, 안테나 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동 엘리먼트들 각각은 모노폴(monopole) 구동 엘리먼트들이고;
    상기 중심 허브는, 상부 측방향 표면, 하부 측방향 표면, 및 상기 상부 측방향 표면과 상기 하부 측방향 표면 사이에서 연장되는 외부 종방향 표면을 포함하고;
    상기 유전체 로드들은 상기 외부 종방향 표면으로부터 측방향 바깥쪽으로 연장되며; 그리고
    상기 유전체 로드들은, 상기 유전체 로드들이 상기 외부 종방향 표면으로부터 연장되는 곳에 비해 위쪽으로 기울어져 있거나, 아래쪽으로 기울어져 있거나 또는 편평한, 안테나 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부 측방향 표면 또는 상기 하부 측방향 표면은 상기 중심 허브의 주변부를 정의하며; 그리고
    상기 주변부는 원형, 타원형, 다각형, 또는 이들의 일부로서 형상화되는, 안테나 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 상부 측방향 표면 및 상기 하부 측방향 표면은 각각의 구동 엘리먼트가 상기 중심 허브를 관통해 지나도록 연장되도록 형성된 구동 엘리먼트 구멍(hole)들을 포함하며; 그리고
    상기 유전체 안테나 어레이는 상기 상부 측방향 표면 또는 상기 하부 측방향 표면 상에 적어도 하나의 전도성 밴드를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전도성 밴드는 각각의 구동 엘리먼트가 상기 적어도 하나의 전도성 밴드를 관통해 지나도록 연장되도록 형성된 구동 엘리먼트 개구(opening)들을 갖는, 안테나 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전도성 밴드는 링으로서 형상화되고;
    상기 모노폴 구동 엘리먼트들은 상기 적어도 하나의 전도성 밴드 주위에 환상형으로 배열되고;
    상기 모노폴 구동 엘리먼트들은 상기 구동 엘리먼트 구멍들 및 상기 구동 엘리먼트 개구들을 관통해 지나도록 연장되며; 그리고
    상기 적어도 하나의 전도성 밴드는 상기 모노폴 구동 엘리먼트들로부터 절연되는, 안테나 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전도성 밴드는,
    상기 적어도 하나의 전도성 밴드와 각각의 모노폴 구동 엘리먼트 사이의 각각의 개개의 구동 엘리먼트 개구에 의해 형성된 개개의 에어 갭; 또는
    상기 구동 엘리먼트 개구들을 채운 유전체 재료
    에 의해 상기 모노폴 구동 엘리먼트들로부터 절연되는, 안테나 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 유전체 안테나 어레이는 상기 중심 허브의 상기 상부 측방향 표면과 상기 하부 측방향 표면 사이에서 종방향으로 연장되는 반사성 코어를 포함하며; 그리고
    상기 반사성 코어는 상기 중심 허브의 상기 상부 측방향 표면 또는 상기 하부 측방향 표면 상의 상기 적어도 하나의 전도성 밴드에 전기적으로 연결되는, 안테나 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반사성 코어는 상기 중심 허브의 내부 종방향 표면을 라이닝(line)하는, 안테나 시스템.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 중심 허브는 상기 상부 측방향 표면 또는 상기 하부 측방향 표면 상에 복수의 전도성 삽입 개구들을 포함하고, 각각의 전도성 삽입 개구는 상기 유전체 로드들 각각이 상기 중심 허브로부터 연장되는 곳 사이에 형성되며; 그리고
    상기 유전체 안테나 어레이는 상기 전도성 삽입 개구들 내부에 포지셔닝된 복수의 전도성 삽입부들을 포함하는, 안테나 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전도성 밴드는 상기 전도성 삽입 개구들 내부에 포지셔닝된 상기 전도성 삽입부들을 덮으며; 그리고
    상기 적어도 하나의 전도성 밴드는 상기 전도성 삽입부들에 전기적으로 연결되는, 안테나 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    복수의 유전체 로드 스택(stack)들을 형성하기 위한 복수의 적층된 유전체 안테나 어레이들을 포함하는 유전체 안테나 매트릭스(matrix)를 더 포함하며; 그리고
    각각의 유전체 로드 스택은 상기 적층된 유전체 안테나 어레이들 각각으로부터의 개개의 유전체 로드를 포함하고;
    각각의 유전체 로드 스택은 상기 구동 엘리먼트들의 개개의 구동 엘리먼트에 의해 구동되고; 그리고
    각각의 유전체 로드 스택은 상기 RF 파들을 독립적인 RF 출력 빔으로서 송신 또는 수신하기 위해 상기 개개의 구동 엘리먼트를 통하여 상기 제어 회로에 의해 별개의 채널로서 독립적으로 제어가능한, 안테나 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 적층된 유전체 안테나 어레이들의 복수의 유전체 로드들은 상기 유전체 안테나 매트릭스의 높이를 따라 실질적으로 중첩하는 프로파일들을 갖도록 정렬되는, 안테나 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    각각의 유전체 로드 스택을 형성하는 상기 적층된 유전체 안테나 어레이들 각각으로부터의 상기 개개의 유전체 로드는 상기 유전체 안테나 매트릭스의 높이를 따라 가변의 종방향 레벨에 포지셔닝되는, 안테나 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 유전체 로드 스택 내의 각각의 개개의 유전체 로드는 1/2 파장만큼 이격되어 있는, 안테나 시스템.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    마이크로제어기; 및
    상기 마이크로제어기에 커플링된 복수의 독립적으로 제어되는 출력들을 포함하며,
    각각의 독립적으로 제어되는 출력은, 상기 마이크로제어기에 의해 동작되고 개개의 유전체 로드 스택에 커플링되어, 개개의 구동 엘리먼트를 통해 상기 RF 파들을 송신 또는 수신하는, 안테나 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    각각의 독립적으로 제어되는 출력은 상기 마이크로제어기로부터의 개개의 스위칭 제어 신호에 기반하여 턴 온되거나 턴 오프되도록 구성되며; 그리고
    상기 독립적으로 제어되는 출력들은 스위치들, 중계기들, 멀티플렉서들, 디멀티플렉서들, 또는 트랜지스터들인, 안테나 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 개개의 스위칭 제어 신호에 기반하여, 각각의 독립적으로 제어되는 출력은 상기 개개의 구동 엘리먼트를 통해 상기 RF 파들을 송신 또는 수신하기 위해 상기 개개의 유전체 로드 스택을 제어하도록 구성되는, 안테나 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어 회로는 각각 독립적으로 제어되는 출력에 전기적으로 연결된 RF 입력 스트립(strip)을 포함하고;
    상기 제어 회로는 복수의 전기 콘택(electrical contact)들을 더 포함하고, 각각의 개개의 전기 콘택은 상기 개개의 구동 엘리먼트에 전기적으로 연결되고, 개개의 독립적으로 제어되는 출력에 전기적으로 연결되며; 그리고
    상기 마이크로제어기는,
    상기 RF 파들의 RF 빔 각도를 넓히기 위해 상기 RF 입력 스트립을 상기 개개의 구동 엘리먼트에 전기적으로 연결시키기 위해 상기 개개의 스위칭 제어 신호를 이용하여 상기 개개의 독립적으로 제어되는 출력을 턴 온시키고; 그리고
    상기 RF 파들의 RF 빔 각도를 좁히기 위해 상기 RF 입력 스트립을 상기 개개의 구동 엘리먼트로부터 전기적으로 연결해제시키기 위해 상기 개개의 스위칭 제어 신호를 이용하여 상기 개개의 독립적으로 제어되는 출력을 턴 오프시키도록
    구성되는, 안테나 시스템.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    마이크로제어기, 및
    상기 마이크로제어기에 커플링된 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드를 포함하며; 그리고
    상기 구동 엘리먼트들 각각은,
    (i) 선형 편파된 RF 파들을 송신 또는 수신하는 개개의 모노폴,
    (ii) 이중 선형 또는 원형 편파된 RF 파들을 송신 또는 수신하는 개개의 교차된 모노폴들, 또는
    (iii) 원형 편파된 RF 파들을 송신 또는 수신하는 개개의 매립된 나선형 엘리먼트를
    포함하는, 안테나 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드는 다수의 독립적으로 제어되는 출력 회로들을 포함하며,
    각각의 독립적으로 제어되는 출력 회로는,
    개개의 공급측 1/4 파 송신 라인 섹션;
    개개의 안테나측 1/4 파 송신 라인 섹션; 및 상기 개개의 공급측 1/4 파 송신 라인 섹션과 상기 개개의 안테나측 1/4 파 송신 라인 섹션 사이에 커플링된 개개의 단락 스위치를 포함하는, 안테나 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 개개의 단락 스위치는 상기 마이크로제어기로부터의 개개의 스위칭 제어 신호에 기반하여 스위칭 온 또는 오프되도록 구성되고;
    상기 개개의 단락 스위치가 상기 개개의 스위칭 제어 신호에 기반하여 스위칭 온될 때, 상기 개개의 단락 스위치는 접지로 단락되며; 그리고
    상기 개개의 단락 스위치가 상기 개개의 스위칭 제어 신호에 기반하여 스위칭 오프될 때, 상기 RF 파들은 상기 개개의 공급측 1/4 파 송신 라인 섹션과 상기 개개의 안테나측 1/4 파 송신 라인 섹션 사이에서의 개개의 스위칭 단락을 통해 전달되는, 안테나 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드는 회로 보드 기판 상에 또는 상기 회로 보드 기판에 형성된 다수의 비아들을 포함하며; 그리고
    상기 개개의 단락 스위치는 개개의 비아를 통해 접지에 연결되도록 구성되는, 안테나 시스템.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 개개의 단락 스위치는 적어도 하나의 개개의 제어 신호 단자를 포함하며; 그리고
    상기 개개의 스위칭 제어 신호는 상기 적어도 하나의 제어 신호 단자에 인가되는, 안테나 시스템.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 개개의 단락 스위치는 개개의 RF 공급측 단자를 포함하고;
    상기 RF 공급측 단자는 상기 개개의 공급측 1/4 파 송신 라인 섹션에 커플링되고;
    상기 개개의 단락 스위치는 개개의 안테나측 단자를 포함하며; 그리고 상기 개개의 안테나측 단자는 상기 개개의 안테나측 1/4 파 송신 라인 섹션에 커플링되는, 안테나 시스템.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 개개의 단락 스위치는 PIN 다이오드를 포함하며; 그리고
    상기 개개의 공급측 1/4 파 송신 라인 섹션 및 상기 개개의 안테나측 1/4 파 송신 라인 섹션은 동축 케이블, 마이크로스트립, 또는 도파관을 포함하는, 안테나 시스템.
  28. 제22항에 있어서,
    라디오; 및
    상기 라디오에 연결된 라디오 입력/출력 라인을 더 포함하며,
    상기 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드는, 상기 라디오로 그리고 상기 라디오로부터 상기 RF 파들을 전달하기 위해 상기 라디오 입력/출력 라인에 연결된 RF 입력/출력 스트립을 포함하는, 안테나 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    각각의 독립적으로 제어되는 출력 회로는 개개의 공급측 직류(DC) 차단 커패시터 및 개개의 안테나측 DC 차단 커패시터를 포함하고;
    상기 개개의 공급측 1/4 파 송신 라인 섹션은 상기 개개의 공급측 DC 차단 커패시터를 통해 상기 RF 입력/출력 스트립에 커플링되며; 그리고
    상기 개개의 안테나측 1/4 파 송신 라인 섹션은 상기 개개의 안테나측 DC 차단 커패시터를 통해 개개의 구동 엘리먼트에 대한 전기 콘택에 커플링되는, 안테나 시스템.
  30. 제22항에 있어서,
    다수의 라디오들;
    개개의 라디오에 연결된 개개의 라디오 입력/출력 라인; 및
    다수의 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드들을 더 포함하며;
    각각의 독립적으로 제어되는 출력 회로 보드는, 상기 개개의 라디오로 그리고 상기 개개의 라디오로부터 상기 RF 파들을 전달하기 위해 상기 개개의 라디오 입력/출력 라인에 커플링된 개개의 RF 입력/출력 스트립을 포함하는, 안테나 시스템.
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