KR20220017399A - 튜브 구조 주위에 감긴 가요성 기판에 헬리컬 안테나가 배치된 안테나 어셈블리 - Google Patents

튜브 구조 주위에 감긴 가요성 기판에 헬리컬 안테나가 배치된 안테나 어셈블리 Download PDF

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무쿤드 란가 쌰가라잔
무쿤드 란가 ›X가라잔
마누엘 로드리게스
웨이춘 에릭 린
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에이브이엑스 안테나 인코포레이티드
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Abstract

안테나 어셈블리는, 회로 기판 상에 배치된 튜브 구조, 튜브 구조 주위에 감겨진 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스를 포함하는 헬리컬 안테나, 및 회로 기판에 연결되어 있으며, 헬리컬 안테나의 앙각이 약 -25 내지 약 -40도 또는 약 25 내지 40도인 경우, 헬리컬 안테나와 연계된 방사 패턴의 축비가 4 데시벨 미만이 되도록 RF 신호를 복수의 전도성 트레이스 중 하나 이상의 트레이스에 제공하도록 구성된 이상기 회로를 추가로 포함한다.

Description

튜브 구조 주위에 감긴 가요성 기판에 헬리컬 안테나가 배치된 안테나 어셈블리
본 출원은 2019년 6월 13일에 "튜브 구조 주위에 감긴 가요성 기판에 배치된 헬리컬 안테나를 갖는 안테나 어셈블리"라는 제목으로 출원된 미국 가출원 제62/861,046호의 우선권을 주장하며, 이는 본 출원에 참조로 포함된다. 본 출원은 또한 2019년 7월 9일에 "튜브 구조 주위에 감긴 가요성 기판에 배치된 헬리컬 안테나 안테나를 갖는 안테나 어셈블리"라는 제목으로 출원된 미국 가출원 제62/871,886호의 우선권을 주장하며, 이는 본 출원에 참조로 포함된다.
본 개시는 전반적으로 안테나 어셈블리에 관한 것이다.
헬리컬 안테나는 두 장치 간의 통신을 용이하게 하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 헬리컬 안테나는 위성과의 통신을 용이하게 하는 데에 사용될 수 있다. 헬리컬 안테나는 전기 신호를 무선 주파수(RF) 파동으로 변환하여 공기 중에서 다른 장치로 전송할 수 있다. 헬리컬 안테나는 RF 파동을 전기 신호로 변환할 수도 있다. 어떤 경우에는 패치 안테나가 헬리컬 안테나와 관련된 방사 패턴의 축비(axial ratio)에 영향을 미칠 수 있는 광범위한 주파수에서 작동하도록 설계되어야 한다.
본 개시내용의 실시형태들의 측면 및 이점은 하기 설명에서 부분적으로 설명되거나, 설명으로부터 학습될 수 있거나, 실시형태의 실시를 통해 학습될 수 있다.
일 측면에서, 안테나 어셈블리가 제공된다. 안테나 어셈블리는 회로 기판 위에 배치된 튜브 구조를 포함한다. 안테나 어셈블리는 튜브 구조 주위를 감싸는 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스를 포함하는 헬리컬 안테나를 더 포함한다.
다른 측면에서, 안테나 어셈블리가 제공된다. 안테나 어셈블리는 회로 기판의 제1 측면에 결합된 튜브 구조를 포함한다. 안테나 어셈블리는 튜브 구조 주위를 감싸는 가요성 기판 상에 배치된 헬리컬 안테나를 더 포함한다. 또한, 안테나 어셈블리는 회로 기판의 제2 측면에 결합된 이상기 회로를 포함한다. 이상기 회로는, 헬리컬 안테나의 앙각이 약 -25도 내지 약 -40도이거나 약 25도 내지 40도일 때, 헬리컬 안테나와 관련된 방사 패턴의 축비가 4데시벨 미만이 되도록, RF 신호를 헬리컬 안테나에 제공하도록 구성된다.
또 다른 측면에서, 가요성 기판 상에 배치된 헬리컬 안테나를 갖는 안테나 어셈블리의 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 헬리컬 안테나의 복수의 정렬 포인트 중 제1 정렬 포인트를 안테나 어셈블리의 회로 기판 상의 제1 정렬 포인트와 정렬하는 단계를 포함한다. 또한, 헬리컬 안테나의 제1 정렬 포인트를 회로 기판의 제1 정렬 포인트와 정렬하는 단계에 후속하여, 이 방법은 회로 기판 상에 배치된 튜브 구조 주위에 가요성 기판을 감는 단계를 포함한다.
다양한 실시형태의 이들 및 다른 특징, 측면 및 이점은 다음의 설명 및 첨부된 청구범위를 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 포함되어 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시형태를 도시한 것으로, 상세한 설명과 함께 관련 원리를 설명하기 위한 것이다.
당업자에 대한 실시형태의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하는 명세서에 설명되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 안테나 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 본 개시의 예시적인 실시형태들에 따른 안테나 어셈블리의 평면도이다.
도 3은 본 개시의 예시적인 실시형태들에 따른 안테나 어셈블리의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 안테나 어셈블리의 회로 기판에 배치되는 이상기 회로를 도시한다.
도 5는 본 개시의 예시적인 실시형태들에 따른 가요성 기판 상에 배치된 안테나 어셈블리의 헬리컬 안테나를 도시한다.
도 6은 본 개시의 예시적인 실시형태들에 따른 안테나 어셈블리를 제조하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 안테나 어셈블리의 헬리컬 안테나의 피크 이득의 그래픽 표현이다.
도 8은 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 안테나 어셈블리의 헬리컬 안테나의 방사 패턴과 관련된 축비의 그래픽 표현이다.
도 9는 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 안테나 어셈블리의 헬리컬 안테나의 총 이득의 그래픽 표현이다.
도 10은 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 안테나 어셈블리의 헬리컬 안테나와 연관된 전압 정상파 비율(VSWR; Voltage Standing Wave Ratio)의 그래픽 표현이다.
이제 실시형태들에 대해 상세하게 참조할 것이며, 실시형태들 중 하나 이상의 예가 도면에 도시되어 있다. 각각의 예는 본 발명을 한정하는 것이 아니라 실시형태를 설명하기 위해 제공되는 것이다. 실제로, 본 개시의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 실시형태에 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시형태의 일부로서 예시되거나 설명된 특징은 또 다른 실시형태와 함께 사용되어 그와는 또 다른 실시형태를 산출할 수 있다. 따라서 본 개시의 측면은 이러한 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다.
본 개시의 예시적인 측면들은 안테나 어셈블리에 관한 것이다. 안테나 어셈블리는 제1 측면 및 제2 측면을 갖는 회로 기판을 포함할 수 있다. 안테나 어셈블리는 회로 기판의 제2 측면에 배치된 튜브 구조를 더 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 튜브 구조는 폴리카보네이트 재료로 형성될 수 있다. 튜브 구조는 적절한 크기와 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 튜브 구조는 일부 실시형태에서 실린더일 수 있다.
안테나 어셈블리는 헬리컬 안테나를 추가로 포함할 수 있다. 헬리컬 안테나는 원형 편파 헬리컬 안테나일 수 있다. 예를 들어, 헬리컬 안테나는 LHCP(left hand circular polarized) 안테나 또는 RHCP(right hand circular polarized) 안테나일 수 있다. 일부 구현들에서, 헬리컬 안테나는 위성 통신들(예를 들어, S-대역, L-대역, GPS, 이리듐 등)과 연관된 주파수들의 범위에 걸쳐 RF 신호들을 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 주파수 범위는 약 1980㎒ 내지 약 2200㎒일 수 있다. 다른 예로서, 주파수의 범위는 약 1000㎒ 내지 약 1800㎒일 수 있다.
일부 구현에서, 헬리컬 안테나는 복수의 전도성 트레이스를 포함할 수 있다. 복수의 전도성 트레이스 각각은 제1 부분 및 제2 부분을 포함할 수 있다. 제2 부분은 제1 부분과 제2 부분 사이에 각도가 정의되도록 제1 부분으로부터 연장될 수 있다. 일부 구현들에서, 각도는 약 25도와 약 40도 사이일 수 있다. 복수의 전도성 트레이스는 임의의 적당한 유형의 전도성 재료로부터 형성될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 구현에서, 복수의 트레이스는 구리로 형성될 수 있다.
일부 구현에서, 복수의 전도성 트레이스는 복수의 전도성 트레이스들이 서로 균등하게 이격되도록 가요성 기판 상에 배치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 가요성 기판은 튜브 구조 주위에 가요성 기판을 용이하게 감싸기 위해 직사각형이 아닌 형상을 가질 수 있다. 가요성 기판은 임의의 적당한 유형의 가요성 재료일 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 구현에서, 가요성 기판은 폴리이미드 필름(예를 들어, Kapton 재료)일 수 있다.
일부 구현들에서, 헬리컬 안테나는 가요성 기판 상에 배치되고, 서로로부터 균등하게 이격된 복수의 정렬 포인트들 또는 피처들을 포함할 수 있다. 복수의 정렬 포인트는 튜브 구조 주위에 가요성 기판을 감기 전에 회로 기판에 대한 헬리컬 안테나의 정렬을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 헬리컬 안테나는 가요성 기판 상에 배치된 복수의 정렬 포인트의 제1 정렬 포인트가 가요성 회로 기판의 제2 측면 상에 배치되고, 튜브 구조 주위에 원주 방향으로 이격되어 있는 복수의 정렬 포인트의 대응하는 정렬 포인트와 정렬되도록 회로 기판에 대해 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 헬리컬 안테나 및 회로 기판 상의 정렬 포인트 각각은 튜브 구조 주위에 가요성 기판을 감기 전에 회로 기판에 대한 헬리컬 안테나의 정렬을 용이하게 할 수 있다.
가요성 기판 상에 배치된 복수의 정렬 포인트의 제1 정렬 포인트가 회로 기판 상에 배치되고 튜브 구조 주위에 원주방향으로 이격된 복수의 정렬 포인트의 제1 정렬 포인트와 정렬될 때, 헬리컬 안테나의 복수의 전도성 트레이스 각각이 회로 기판 상에 배치된 이상기(phase shifter)와 관련된 복수의 전도성 트레이스들 중 대응하는 전도성 트레이스와 정렬되도록 가요성 기판이 튜브 구조 주위에 감길 수 있다. 일부 구현들에서, 가요성 기판을 튜브 구조 주위에 감기 전에 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스들 중 제1 전도성 트레이스를 이상기의 제1 전도성 트레이스에 고정 또는 연결하여, 헬리컬 안테나의 나머지 전도성 트레이스들이 이상기 회로와 관련된 대응 전도성 트레이스와 정렬되게 할 수 있다. 예를 들어, 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스들 중 제1 전도성 트레이스는 이상기 회로와 연관된 복수의 전도성 트레이스들 중 제1 전도성 트레이스에 솔더링 될 수 있다.
일부 구현에서, 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스 중 제1 전도성 트레이스가 이상기와 관련된 복수의 전도성 트레이스 중 제1 전도성 트레이스에 고정되면, 가요성 기판이 튜브 구조 주위에 감길 수 있다. 가요성 기판이 튜브 구조 주위에 감겨짐에 따라, 가요성 기판 상에 배치된 복수의 정렬 포인트들의 나머지 정렬 포인트는 회로 기판 상에 배치된 복수의 정렬 포인트의 대응하는 정렬 포인트와 정렬될 수 있다. 또한, 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스 중 나머지 전도성 트레이스들은 이상기 회로와 연관된 복수의 전도성 트레이스의 대응하는 전도성 트레이스와 정렬될 수 있다. 이러한 방식으로, 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스 중 나머지 전도성 트레이스 각각은 이상기 회로와 연관된 복수의 전도성 트레이스 중 대응하는 전도성 트레이스에 고정되거나 연결될 수 있다. 예를 들어, 가요성 기판 상에 배치된 나머지 전도성 트레이스 각각은 이상기 회로와 연관된 대응하는 전도성 트레이스에 솔더링될 수 있다.
가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스 각각이 이상기 회로와 연관된 복수의 전도성 트레이스 중 대응하는 전도성 트레이스에 고정되거나 연결될 때, 이상기 회로는 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스 각각에 RF 신호를 제공할 수 있다.
일부 구현들에서, 이상기 회로는 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스 중 제1 전도성 트레이스에 제1 RF 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 이상기 회로는 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스 중 제2 전도성 트레이스에 제2 RF 신호를 제공하도록 추가로 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 제2 RF 신호는 제1 RF 신호에 대해 약 90도 위상차를 가질 수 있다. 이상기 회로는 복수의 전도성 트레이스 중 제3 전도성 트레이스에 제3 RF 신호를 제공하도록 추가로 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 제3 RF 신호는 제1 RF 신호에 대해 약 180도 위상차를 가질 수 있다. 이상기 회로는 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스 중 제4 전도성 트레이스에 제4 RF 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 제4 RF 신호는 제1 RF 신호에 대해 약 270도 위상차일 수 있다.
일부 구현들에서, 안테나 어셈블리는 회로 기판에 결합될 수 있는 스페이서를 포함할 수 있다. 스페이서는 복수의 돌출부를 포함할 수 있다. 스페이서가 회로 기판에 결합될 때, 복수의 돌출부 각각은 회로 기판에 의해 형성된 복수의 구멍들 중 대응하는 구멍을 통해 연장된다. 이러한 방식으로, 회로 기판 상의 하나 이상의 전기 부품(예를 들어, 이상기 회로)에 의해 생성된 열이 스페이서를 통해 소산될 수 있다. 또한, 스페이서가 회로 기판에 결합될 때, 스페이서는 회로 기판과 접지 평면(미도시) 사이에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 튜브 구조를 감싸는 가요성 기판 상에 배치된 헬리컬 안테나는, 스페이서가 회로 기판에 결합될 때 접지 평면으로부터 이격될 수 있다.
스페이서 없이 안테나 소자가 접지 평면에 배치되면, 방사 패턴과 관련된 매개변수(예를 들어, 축비, 낮은 고도 이득 등)가 적어도 부분적으로 접지 평면으로 인해 영향을 받을 수 있다. 특히, 접지 평면은 방사 패턴을 보다 방향성(directional)으로 만들 수 있다. 따라서, 안테나 어셈블리의 스페이서는, 헬리컬 안테나의 방사 패턴이 헬리컬 안테나가 독립형 유닛인 경우에 헬리컬 안테나의 방사 패턴과 유사하도록 헬리컬 안테나가 접지 장소로부터 이격되도록 할 수 있다.
위성 통신과 관련된 앙각 범위에 대한 종래 패치 안테나의 축비는 5 데시벨과 6 데시벨 사이일 수 있다. 특히, 앙각의 범위는 수평선으로부터 약 25도 내지 수평선으로부터 약 35도에 걸쳐 있을 수 있다. 위성 통신과 관련된 앙각 범위에 걸쳐 5 데시벨과 6 데시벨 사이의 축비는 패치 안테나의 원형 편파(circular polarization)를 저하시킬 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 안테나 어셈블리는 수많은 기술적 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 헬리컬 안테나의 축비는 위성 통신과 관련된 앙각의 범위에 걸쳐 약 3 데시벨일 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따른 헬리컬 안테나의 축비는 관련된 앙각 범위에 걸쳐 기존 패치 안테나의 축비와 비교하여 위성 통신과 관련된 앙각 범위에 걸쳐 약 2 데시벨의 개선을 나타낼 수 있다. 이와 같이, 헬리컬 안테나의 원형 편파는 위성 통신과 관련된 앙각의 범위에 걸쳐 기존 패치 안테나의 원형 편파에 비해 개선될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "축비(axial ratio)"는 본 발명의 예시적 실시형태들에 따른 안테나 어셈블리의 헬리컬 안테나가 제공하는 방사 패턴의 장축과 단축의 비율을 의미한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 수치와 함께 사용된 "약" 또는 "거의"라는 용어는 명시된 수치 값의 10퍼센트(10%) 이내를 나타내는 것으로 의도된다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1 내지 도 5는 본 발명의 예시적 실시형태들에 따른 안테나 어셈블리(100)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 안테나 어셈블리(100)는 회로 기판(110)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 안테나 어셈블리(100)는 회로 기판(110) 상에 배치된 이상기 회로(120)를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 이상기 회로(120)는 제1 측면(112) 상에 배치될 수 있다. 일부 구현에서, 이상기 회로(120)는 전도체(130)를 통해 무선 주파수(RF) 소스(미도시)에 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, RF 소스에 의해 생성된 RF 신호가 전도체(130)를 통해 이상기 회로(120)에 제공될 수 있다. 도시된 바와 같이, 이상기 회로(120)는 복수의 전도성 트레이스(122)를 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 복수의 전도성 트레이스(122)는 서로에 대해 회전될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현에서, 복수의 전도성 트레이스(122)는 서로에 대해 약 90도 회전될 수 있다.
일부 구현 예에서, 안테나 어셈블리(100)는 회로 기판(110) 상에 배치된 튜브 구조(140)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 튜브 구조(140)는 제1 측면의 반대편에 있는 회로 기판(110)의 제2 측면(114) 상에 배치될 수 있다. 일부 구현에서, 튜브 구조(140)는 임의의 적절한 치수를 갖는 원통형일 수 있다. 예를 들어, 튜브 구조(140)는 약 1밀리미터의 두께(142)를 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 튜브 구조(140)의 높이(144)는 약 50밀리미터 내지 약 80밀리미터의 범위일 수 있다. 또한, 튜브 구조(140)의 직경(146)은 약 30밀리미터 내지 약 50밀리미터의 범위일 수 있다. 일부 구현에서, 직경(146)은 튜브 구조(140)의 내경에 대응할 수 있다. 대안적으로, 직경(146)은 튜브 구조(140)의 외경에 대응할 수 있다.
튜브 구조(140)는 임의의 적당한 형상을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 튜브 구조(140)는 임의의 적당한 유형의 재료로 형성될 수 있음을 또한 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 구현에서, 튜브 구조(140)는 폴리카보네이트 재료로 형성될 수 있다.
일부 구현들에서, 안테나 어셈블리(100)는 헬리컬 안테나(150)를 포함할 수 있다. 헬리컬 안테나(150)는 원형 편파 헬리컬 안테나(150)일 수 있다. 예를 들어, 헬리컬 안테나(150)는 LHCP 안테나 또는 RHCP 안테나일 수 있다. 일부 구현에서, 헬리컬 안테나(150)는 위성 통신(예를 들어, S-대역, L-대역, GPS, 이리듐 등)과 연관된 주파수 범위에 걸쳐 RF 신호를 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 주파수 범위는 약 1980㎒ 내지 약 2200㎒일 수 있다. 다른 예로서, 주파수의 범위는 약 1000㎒ 내지 약 1800㎒일 수 있다.
도시된 바와 같이, 헬리컬 안테나(150)는 측 방향(L) 및 수직 방향(V)을 포함하는 좌표계를 정의할 수 있다. 일부 구현에서, 헬리컬 안테나(150)는 복수의 전도성 트레이스(152)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 복수의 전도성 트레이스(152)는 제1 부분(154) 및 제2 부분(156)을 포함할 수 있다. 제2 부분(156)은 제1 부분(154)과 제2 부분(156) 사이에 각도(158)가 정의되도록 제1 부분(154)으로부터 연장될 수 있다. 각도(158)는 회로 기판(110)과 복수의 전도성 트레이스(152) 각각 사이에 정의된 각도에 대응할 수 있다. 일부 구현에서, 각도(158)는 약 25도 내지 약 40도일 수 있다. 복수의 전도성 트레이스(152)는 임의의 적당한 유형의 전도성 재료로 형성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 구현에서, 복수의 전도성 트레이스(152)는 구리로 형성될 수 있다.
일부 구현들에서, 복수의 전도성 트레이스들(152)은 복수의 전도성 트레이스들(152)이 서로로부터 균등하게 이격되도록 가요성 기판(160) 상에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 전도성 트레이스(152)는 측 방향(L)을 따라 서로로부터 균등하게 이격될 수 있다. 또한, 일부 구현에서, 가요성 기판(160)은 튜브 구조 주위에 가요성 기판(160)을 쉽게 감쌀 수 있도록 직사각형이 아닌 형상을 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 가요성 기판(160)은 가요성 기판(160)의 상부(162)와 가요성 기판(160)의 하부(164) 사이에서 수직 방향(V)을 따라 연장될 수 있다. 가요성 기판(160)의 제1 측면(166) 및 가요성 기판(160)의 제2 측면(168) 사이에서 측 방향(L)을 따라 추가로 연장할 수 있다. 가요성 기판(160)은 임의의 적당한 유형의 가요성 재료일 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 구현에서, 가요성 기판(160)은 폴리이미드 필름(예를 들어, Kapton 재료)일 수 있다.
일부 구현들에서, 헬리컬 안테나(150)는 가요성 기판(160) 상에 배치되고 측 방향(L)을 따라 서로 균등하게 이격된 복수의 정렬 포인트(170)를 포함할 수 있다. 복수의 정렬 포인트(170)는 회로 기판(110)에 대해 헬리컬 안테나(150)의 정렬을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 헬리컬 안테나(150)는 가요성 기판(160) 상에 배치된 복수의 정렬 포인트(170) 중 제1 정렬 포인트가 회로 기판(110)의 제2 측면(114) 상에 배치되고 튜브 구조(140)의 원주 둘레에서 원주방향으로 서로 이격된 복수의 정렬 포인트(116) 중 대응하는 정렬 포인트와 정렬되도록 회로 보드(110)에 대해 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 가요성 기판(160) 상에 배치된 복수의 정렬 포인트(170)와 회로 기판(110) 상에 배치된 복수의 정렬 포인트(116)는 튜브 구조(140) 주위에 가요성 기판(160)을 감기 전에 회로 기판(110)에 대한 헬리컬 안테나(150)의 정렬을 용이하게 할 수 있다.
가요성 기판(160) 상에 배치된 복수의 정렬 포인트(170) 중 제1 정렬 포인트가 회로 기판(110) 상에 배치된 복수의 정렬 포인트(116)의 제1 정렬 포인트와 정렬될 때, 가요성 기판(160) 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스(152) 각각이 이상기 회로(120)와 연관된 복수의 전도성 트레이스(122) 중 대응하는 전도성 트레이스와 정렬되도록, 가요성 기판(160)이 튜브 구조(140) 주위를 감쌀 수 있다. 일부 구현에서, 가요성 기판(160) 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스(152) 중 제1 전도성 트레이스는 튜브 구조(140) 주위에 가요성 기판(160)을 감기 전에 이상기 회로(120)와 연관된 복수의 전도성 트레이스(122) 중 제1 전도성 트레이스에 고정되거나 연결되어, 헬리컬 안테나(150)의 나머지 전도성 트레이스(152)가 이상기 회로(120)와 연관된 복수의 전도성 트레이스(122) 중 대응하는 전도성 트레이스에 정렬될 수 있다. 예를 들어, 가요성 기판(160) 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스(152) 중 제1 전도성 트레이스는 이상기 회로(120)와 관련된 복수의 전도성 트레이스(122) 중 제1 전도성 트레이스에 납땜될 수 있다.
일부 구현들에서, 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스(152) 중 제1 전도성 트레이스가 이상기 회로(120)와 관련된 복수의 전도성 트레이스(122) 중 제1 전도성 트레이스에 고정되면, 가요성 기판(160)이 튜브 구조(140)의 둘레를 둘러싸도록 가요성 기판(160)이 튜브 구조(140) 주위에 감길 수 있다. 가요성 기판(160)이 튜브 구조(140) 주위에 감겨짐에 따라, 가요성 기판(160) 상에 배치된 복수의 정렬 포인트(170) 중 나머지 정렬 포인트가 회로 기판(110) 상에 배치되고, 튜브 구조(140)의 둘레 주위에 원주방향으로 이격되어 있는 복수의 정렬 포인트(116) 중 대응하는 정렬 포인트와 정렬될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 또한, 가요성 기판(160) 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스(152) 중 나머지 트레이스는 이상기 회로(120)와 연관된 복수의 전도성 트레이스 중 대응하는 전도성 트레이스와 정렬될 수 있다. 이러한 방식으로, 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스(152) 중 나머지 전도성 트레이스 각각은 이상기 회로(120)와 연관된 복수의 전도성 트레이스(122) 중 대응하는 전도성 트레이스에 고정되거나 연결될 수 있다.
가요성 기판(160) 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스(152) 각각이 이상기 회로(120)와 연관된 복수의 전도성 트레이스(122) 중 대응하는 전도성 트레이스에 고정될 때, 이상기 회로(120)는 가요성 기판(160) 상에 배치된 복수의 도전성 트레이스(152) 각각에 RF 신호를 제공할 수 있다.
예를 들어, 이상기 회로(120)는 가요성 기판(160) 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스(152) 중 제1 전도성 트레이스에 제1 RF 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 이상기 회로(120)는 가요성 기판(160) 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스(152) 중 제2 전도성 트레이스에 제2 RF 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 구현에서, 제2 RF 신호는 제1 RF 신호에 대해 약 90도 위상차일 수 있다. 이상기 회로(120)는 복수의 전도성 트레이스(152) 중 제3 전도성 트레이스에 제3 RF 신호를 제공하도록 추가로 구성될 수 있다. 일부 구현에서 제3 RF 신호는 제1 RF 신호에 대해 약 180도 위상차를 갖는다. 이상기 회로(120)는 가요성 기판(160) 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스(152) 중 제4 전도성 트레이스에 제4 RF 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 구현에서 제4 RF 신호는 제1 RF 신호에 대해 약 270도 위상차를 갖는다.
일부 구현에서, 안테나 어셈블리(100)는 회로 기판(110)에 결합 가능한 스페이서(180)를 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 스페이서(180)는 복수의 돌출부(182)를 포함할 수 있다. 스페이서가 회로 기판(110)에 결합될 때, 복수의 돌출부(182) 각각은 회로 기판(110)에 의해 정의된 복수의 개구(미도시) 중 대응하는 개구를 통해 연장된다. 이러한 방식으로, 회로 기판(110) 상의 하나 이상의 전기 부품(예를 들어 이상기 회로(120))에 의해 발생된 열이 스페이서(180)를 통해 소산될 수 있다.
스페이서(180)가 회로기판(110)에 결합되는 경우, 스페이서(180)는 회로 기판(110)과 접지면(미도시) 사이에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 튜브 구조(140)를 감싸는 가요성 기판(160) 상에 배치된 헬리컬 안테나(150)는 접지면으로부터 이격된다. 일부 구현에서, 스페이서(180)의 높이(184)는 약 5밀리미터 내지 약 25밀리미터의 범위일 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 본 개시내용의 예시적인 실시형태에 따른 안테나 어셈블리를 제조하기 위한 방법(200)의 흐름도가 제공된다. 일반적으로, 방법(200)은 도 1 내지 도 5를 참조하여 위에서 설명된 안테나 어셈블리를 참조하여 여기에서 논의될 것이다. 그러나 도 6은 예시 및 논의를 위해 특정 순서로 수행되는 단계를 도시하지만, 본 명세서에서 논의된 방법은 임의의 특정 순서 또는 배열로 제한되지 않는다. 본 명세서에 제공된 개시 내용을 사용하여, 당업자는 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고 다양한 방식으로 본 명세서에 개시된 방법의 다양한 단계들이 생략, 재배열, 결합 및/또는 적응될 수 있음을 이해할 것이다.
단계 202에서, 방법(200)은 가요성 기판 상에 배치된 헬리컬 안테나를 회로 기판과 정렬하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 헬리컬 안테나의 제1 정렬 포인트 또는 피처가 회로 기판의 제1 정렬 포인트 또는 피처와 정렬되도록 회로 보드에 대해 헬리컬 안테나가 정렬될 수 있다. 헬리컬 안테나가 회로 기판에 대해 정렬될 때, 방법(200)은 단계 204로 진행한다.
단계 204에서, 방법(200)은 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스 중 제1 전도성 트레이스를 회로 기판 상에 배치된 이상기 회로와 연관된 복수의 전도성 트레이스 중 제1 전도성 트레이스에 고정하거나 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 가요성 기판 상에 배치된 제1 전도성 트레이스는 이상기 회로의 제1 전도성 트레이스에 납땜될 수 있다. 가요성 기판 상에 배치된 제1 전도성 트레이스가 이상기 회로의 제1 전도성 트레이스에 고정될 때, 방법(200)은 단계 206으로 진행할 수 있다.
단계 206에서, 방법(200)은 튜브 구조 주위에 가요성 기판을 감는(wrapping) 단계를 포함할 수 있다. 가요성 기판이 튜브 구조 주위에 감겨짐에 따라, 가요성 기판 상에 배치된 복수의 정렬 포인트 중 나머지 정렬 포인트는 회로 기판 상에 배치된 복수의 정렬 포인트 중 대응하는 정렬 포인트와 정렬된다. 또한, 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스 중 나머지 전도성 트레이스는 이상기 회로와 연관된 복수의 전도성 트레이스 중 대응하는 전도성 트레이스와 정렬된다. 가요성 기판 상에 배치된 나머지 전도성 트레이스가 이상기 회로와 연관된 대응하는 전도성 트레이스와 정렬될 때, 방법(200)은 단계 208로 진행할 수 있다.
단계 208에서, 방법(200)은 가요성 기판 상에 배치된 나머지 전도성 트레이스 각각을 이상기 회로와 연관된 대응하는 전도성 트레이스에 고정하거나 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스 중 제2 전도성 트레이스는 이상기 회로와 연관된 복수의 전도성 트레이스 중 제2 전도성 트레이스에 고정(예를 들어, 납땜)될 수 있다. 마찬가지로, 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스 중 제3 전도성 트레이스는 이상기 회로와 연관된 복수의 전도성 트레이스 중 제3 전도성 트레이스에 고정(예를 들어, 납땜)될 수 있다. 또한, 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스 중 제4 전도성 트레이스는 이상기 회로와 연관된 복수의 전도성 트레이스 중 제4 전도성 트레이스에 고정(예를 들어, 납땜)될 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 안테나 어셈블리(100)의 헬리컬 안테나(150)의 피크 이득의 그래픽 표현이 제공된다. 도시된 바와 같이, 도 7의 그래프는 주파수(수평축을 따라 메가헤르츠로 표시됨)에 따른 헬리컬 안테나(150)의 피크 이득을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 곡선(300)은 1900㎒ 내지 2200㎒에 걸친 주파수 범위에 걸쳐 안테나 어셈블리(100)의 헬리컬 안테나(150)의 이득 패턴 또는 방사 패턴을 도시한다. 비록 도 7은 S-대역(예를 들어, 1900㎒ 내지 2200㎒)으로 제한되지만, 헬리컬 안테나(150)는 위성 통신과 관련된 임의의 적절한 주파수 대역에 걸쳐 동작하도록 구성될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 헬리컬 안테나(150)는 L-대역 내에서 동작하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 헬리컬 안테나(150)는 이리듐 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.
이제 도 8을 참조하면, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 안테나 어셈블리(100)(도 1)의 헬리컬 안테나(150)(도 1)의 방사 패턴과 관련된 축비의 그래픽 표현이 제공된다. 도시된 바와 같이, 도 8의 그래프는 헬리컬 안테나(150)의 앙각(수평축을 따라 도 단위로 표시됨)의 함수로서 축비를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 헬리컬 안테나(150)의 앙각이 수평선 아래 약 25도에서 수평선 아래 약 35도 범위일 때, 헬리컬 안테나(150)와 관련된 방사 패턴의 축비는 약 4 데시벨보다 작다. 보다 구체적으로, 축비는 약 3 데시벨이다. 유사하게, 헬리컬 안테나(150)의 앙각이 수평선 위 약 25도에서 수평선 위 약 35도 범위일 때 헬리컬 안테나(150)와 관련된 방사 패턴의 축비는 약 4 데시벨 미만이다. 보다 구체적으로, 축비는 약 3 데시벨이다.
이제 도 9를 참조하면, 본 개시의 예시적인 실시형태에 따른 안테나 어셈블리(100)(도 1)의 헬리컬 안테나(150)(도 1)의 총 이득의 그래픽 표현이 제공된다. 도시된 바와 같이, 도 9의 그래프는 헬리컬 안테나(150)의 앙각(수평축을 따라 도 단위로 표시)의 함수로서의 총 이득을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 헬리컬 안테나(150)의 앙각이 수평선 아래 약 25도에서 수평선 아래 약 35도까지의 범위일 때, 헬리컬 안테나(150)와 관련된 방사 패턴의 이득은 약 1 dBi이다. 반대로, 헬리컬 안테나(150)의 앙각이 수평선 위 약 25도에서 수평선 위 약 35도 범위일 때, 헬리컬 안테나(150)와 관련된 방사 패턴의 이득은 약 -1 dBi이다.
이제 도 10을 참조하면, 본 개시의 예시적인 실시형태들에 따른 안테나 어셈블리(100)(도 1)의 헬리컬 안테나(150)(도 1)와 관련된 VSWR의 그래픽 표현이 제공된다. 도시된 바와 같이, 도 10의 그래프는 주파수(수평축을 따라 메가헤르츠로 표시됨)의 함수로서 VSWR을 예시한다. 알 수 있는 바와 같이, 곡선(400)은 VSWR이 1900㎒ 내지 2200㎒에 걸쳐 있는 주파수 대역에 걸쳐 1.5 미만임을 예시한다. 주파수 대역은 위성 통신과 연관될 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 주제가 본 발명의 특정 예시적인 실시형태와 관련하여 상세하게 설명되었지만, 당업자는 전술한 내용을 이해하면 그러한 실시형태의 변경, 변형 및 등가물을 용이하게 생성할 수 있음을 이해할 것이다. 따라서 본 개시내용의 범위는 제한이 아니라 예시에 의한 것이며, 본 개시내용은 당 업계의 통상의 기술자에게 용이하게 명백한 본 주제에 대한 그러한 수정, 변형 및/또는 추가의 포함을 배제하지 않는다.

Claims (20)

  1. 안테나 어셈블리로,
    회로 기판 상에 배치된 튜브 구조; 및
    튜브 구조 주위에 감겨진 가요성 기판 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스를 포함하는 헬리컬 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 전도성 트레이스는 서로로부터 균등하게 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 튜브 구조는 폴리카보네이트 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 가요성 기판은 폴리이미드 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서, 복수의 전도성 트레이스는 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서, 회로 기판과 접지 평면 사이에 위치하고, 회로 기판에 연결될 수 있는 스페이서를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서, 회로 기판에 연결되어 있으며, 헬리컬 안테나의 앙각이 약 -25 내지 약 -40도 또는 약 25 내지 40도인 경우, 헬리컬 안테나와 연계된 방사 패턴의 축비가 4 데시벨 미만이 되도록 RF 신호를 복수의 전도성 트레이스 중 하나 이상의 트레이스에 제공하게 구성된 이상기 회로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서, 축비가 약 4 데시벨인 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  9. 제7항에 있어서, 튜브 구조가 회로 기판의 제1 측면 위에 배치되어 있고; 및
    이상기 회로는 회로 기판의 제2 측면 위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  10. 제7항에 있어서, 이상기 회로는,
    복수의 전도성 트레이스 중 제1 전도성 트레이스에 제1 RF 신호를 제공하고;
    복수의 전도성 트레이스 중 제2 전도성 트레이스에 상기 제1 RF 신호에 대해 약 90도 위상차의 제2 RF 신호를 제공하고;
    복수의 전도성 트레이스 중 제3 전도성 트레이스에 상기 제1 RF 신호에 대해 약 180도 위상차의 제3 RF 신호를 제공하고;
    복수의 전도성 트레이스 중 제4 전도성 트레이스에 상기 제1 RF 신호에 대해 약 270도 위상차의 제3 RF 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  11. 제1항에 있어서, 회로 기판과 복수의 전도성 트레이스 각각의 사이에 형성된 각도가 약 30도 내지 약 35 사이인 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  12. 안테나 어셈블리로,
    회로 기판의 제1 측면에 연결된 튜브 구조; 및
    튜브 구조 주위에 감겨 있는 가요성 기판 위에 배치된 헬리컬 안테나; 및
    회로 기판의 제2 측면에 연결되어 있으며, 헬리컬 안테나의 앙각이 약 -25 내지 약 -40도 또는 약 25 내지 40도인 경우, 헬리컬 안테나와 연계된 방사 패턴의 축비가 4 데시벨 미만이 되도록 RF 신호를 헬리컬 안테나에 제공하도록 구성된 이상기 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서, 주파수 범위에 걸쳐 축비가 약 2 데시벨 미만인 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서, 위성 통신과 관련된 주파수 범위가 약 1980㎒ 내지 약 2200㎒인 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  15. 제13항에 있어서, 위성 통신과 관련된 주파수 범위가 약 1000㎒ 내지 약 1800㎒인 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  16. 제12항에 있어서, 튜브 구조가 폴리카보네이트 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  17. 제12항에 있어서, 가요성 기판이 폴리이미드 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  18. 가요성 기판 상에 배치된 헬리컬 안테나를 포함하는 안테나 어셈블리를 제조하는 방법으로,
    헬리컬 안테나의 복수의 정렬 포인트 중 제1 정렬 포인트를 안테나 어셈블리의 회로 기판 상의 제1 정렬 포인트에 정렬시키는 단계; 및
    헬리컬 안테나의 복수의 정렬 포인트 중 제1 정렬 포인트를 안테나 어셈블리의 회로 기판 상의 제1 정렬 포인트에 정렬시킨 후에, 회로 기판 상에 배치된 튜브 구조 주위에 가요성 기판을 감는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 헬리컬 안테나의 복수의 정렬 포인트 중 제1 정렬 포인트를 안테나 어셈블리의 회로 기판 상의 제1 정렬 포인트에 정렬시킨 후에, 헬리컬 안테나의 제1 전도성 트레이스를 회로 기판 상에 배치된 이상기 회로의 제1 전도성 트레이스에 솔더링하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 회로 기판 상에 배치된 튜브 구조 주위에 가요성 기판을 감는 단계에 이어서,
    헬리컬 안테나의 제2 전도성 트레이스를 이상기 회로의 제2 전도성 트레이스에 솔더링하는 단계;
    헬리컬 안테나의 제3 전도성 트레이스를 이상기 회로의 제3 전도성 트레이스에 솔더링하는 단계;
    헬리컬 안테나의 제4 전도성 트레이스를 이상기 회로의 제4 전도성 트레이스에 솔더링하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리 제조 방법.
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