KR20220137925A

KR20220137925A - 개선된 부착 수단을 구비하는 마이크로파 디바이스 및 안테나 장치

Info

Publication number: KR20220137925A
Application number: KR1020227029826A
Authority: KR
Inventors: 마그누스 에로브손; 마티아스 우레니우스
Original assignee: 갭웨이브스 에이비
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2022-10-12
Also published as: KR20220141821A; US11978956B2; EP4097796A1; JP2023511764A; EP4097795A1; EP4097796B1; US20230084399A1; US20230344144A1; CN115280596A; CN115298903A; WO2021151538A1; SE2030028A1; SE543424C2; WO2021151648A1; US11978957B2; JP2023511766A

Abstract

적층 구조를 갖는 안테나 장치(100). 하나 이상의 방사 요소(111)를 포함하는 방사 층(110), 및 방사 층(110)에 대면하는 분배 층(120)을 포함하는 안테나 장치. 분배 층(120)은 무선 주파수 신호를 하나 이상의 방사 요소(111)에 분배하도록 배열된다. 분배 층(120)은 적어도 하나의 분배 층 피드(224)를 포함한다. 임의의 분배 층(120) 및 방사 층(110)은 분배 층(120) 및 방사 층(110) 사이에 적어도 하나의 제1 도파관을 형성하도록 배열된 제1 전자기 밴드갭(EBG) 구조(121)를 포함한다. 제1 EBG 구조는 또한 동작 주파수 대역의 전자기 복사가 적어도 하나의 분배 층 피드(224) 및 하나 이상의 복사 요소(111)를 통하지 않는 방향으로 적어도 하나의 제1 도파관으로부터 전파되는 것을 방지하도록 배열된다. 방사 층(110)과 분배 층(120)은 각각의 변형 가능한 테일(102)을 포함하는 하나 이상의 고정 부재(101)로 서로 부착된다.

Description

개선된 부착 수단을 구비하는 마이크로파 디바이스 및 안테나 장치

본 개시는 도파관, 전송 라인, 도파관 회로, 전송 라인 회로 또는 안테나 시스템의 무선 주파수 파트와 같은 마이크로파 디바이스 및 특히 안테나 어레이에 관한 것이다. 마이크로파 디바이스 및 안테나 어레이는 예를 들어 통신 및 레이더 송수신기에 사용하기에 적합하다.

무선 통신 네트워크는 셀룰러 액세스 네트워크에 사용되는 무선 기지국과 같은 무선 주파수 송수신기, 예를 들어 코어 네트워크로의 백홀(backhaul)에 사용되는 마이크로파 무선 링크 송수신기 및 궤도에서 위성과 통신하는 위성 송수신기를 포함한다. 레이더 송수신기는 무선 주파수(RF) 신호, 즉 전자기 신호를 송수신하기 때문에 무선 주파수 송수신기이기도 하다.

송수신기의 방사 장치(radiation arrangement)는 종종 안테나 어레이를 포함하는데, 그 이유는 어레이가 예를 들어 높은 지향성, 빔 조향 및/또는 다중 빔을 위해 방사 패턴의 형성을 상당히 제어할 수 있도록 하기 때문이다. 안테나 어레이는 일반적으로 송수신기의 동작 주파수에 해당하는 파장보다 작게 이격되어 있다. 일반적으로 어레이에 방사 요소가 많을수록, 방사 패턴을 더 잘 제어할 수 있다.

방사 요소의 수와 동작 주파수 중 하나 또는 둘 모두가 증가함에 따라, 안테나 어레이의 제조 허용 오차가 문제가 되기 시작한다. 이 문제는 100개 이상의 방사 요소를 포함할 수 있는 밀리미터파 주파수의 안테나 어레이에 대해 특히 심각하다. 한 가지 특별한 문제는 안테나 장치에서 다양한 층을 부착하는 데 있다. 현재 솔루션은 일반적으로 높은 수율과 낮은 비용으로 대량으로 활용하기 어려운 나사 또는 솔더링 방법을 사용한다. 이러한 솔루션은 또한 원하지 않는 전자기 누출과 관련된 문제를 가지고 있다.

본 개시의 목적은 무엇보다도 제조 허용 오차에 대한 개선된 감도 및 개선된 제조 단순성과 함께 개선된 부착 및 조립 기술을 통해 높은 제조 수율을 제공하는 동시에 예를 들어 손실 및 누출 측면에서 고성능을 제공하는 일반적으로 신규한 안테나 장치 및 마이크로파 디바이스를 제공하는 것이다.

이 목적은 적층 구조를 갖는 안테나 장치에 의해 적어도 부분적으로 달성된다. 안테나 장치는 하나 이상의 방사 요소를 포함하는 방사 층, 및 방사 층에 대면하는 분배 층을 포함한다. 분배 층은 무선 주파수 신호를 하나 이상의 방사 요소에 분배하도록 배열된다. 분배 층은 적어도 하나의 분배 층 피드를 포함한다. 분배 층 및 방사 층 중 임의의 층은 분배 층 및 방사 층 중간에 적어도 하나의 제1 도파관을 형성하도록 배열된 제1 전자기 밴드갭(EBG) 구조를 포함한다. 제1 EBG 구조는 또한 동작 주파수 대역의 전자기 방사(electromagnetic radiation)가 적어도 하나의 분배 층 피드 및 하나 이상의 방사 요소를 통하지 않는 방향으로 적어도 하나의 제1 도파관으로부터 전파하는 것을 방지하도록 배열된다. 방사 층과 분배 층은, 각각의 변형 가능한 테일(tail)을 포함하는 하나 이상의 고정 부재에 의해 서로 부착된다.

기존의 도파관 구조를 포함하는 안테나 장치의 조립은 까다로운 제조 허용 오차로 인해 복잡하고 비용이 많이 든다. 본 개시내용은 안테나 장치가 EBG 구조를 포함하도록 하고, 변형 가능한 테일을 포함하는 고정 수단으로 안테나 장치의 층들을 함께 부착함으로써 복잡성 및 비용을 낮춘다. 이러한 고정 수단의 예로는 리벳, 보스 및 스터드가 있다. 이러한 유형의 부착은 EBG 구조에 의해 가능한데, 이는 EBG 구조가 필요한 제조 및 조립 공차를 낮추기 때문이다. EBG 구조는 또한 누출 문제, 즉 예를 들어 인접하는 도파관들 사이의 원하지 않는 전자기 커플링을 극복한다. EBG 구조는 추가로 콤팩트한 디자인과 낮은 손실을 제공한다. 이것의 결과는 분배 층에서 EBG 구조의 사용 및 배치로 인해 더 높은 신호 대 잡음비가 유지될 수 있다는 것이며, 이는 유리하게 작용한다. 또 다른 장점은 도파관을 구성하는 두 층 사이에 전기적 접촉이 필요 없다는 것이다. 전기적 접점을 확인할 필요가 없어 고정밀 조립이 필요하지 않은 장점이 있다. 그러나 층들 사이의 전기적 접촉은 또한 필요에 따라 선택할 수 있는 옵션이다.

고정 부재는 기계적 고정물이다. 변형 가능한 테일이 있는 고정 부재는 리벳, 보스 또는 스터드일 수 있다. 테일이 변형 가능한 고정 부재는 나사, 볼트 등이 아니다. 나사, 볼트 등과 달리 변형 가능한 테일이 있는 고정 부재는 두 부재들 사이에 영구적인 조인트를 형성한다.

보스는 부재의 일체형 부분이거나 한 층 위에 모놀리식으로 형성된, 즉 단순히 층의 돌출부일 수 있다. 보스는 부재에 납땜되거나 다른 방법으로 부착될 수도 있다. 보스가 다른 부재의 대응하는 정합 구멍에 배치된 후, 보스의 테일, 즉 보스의 단부가 확장되게 변형되어, 부재들을 서로 결합하게 된다.

양태들에 따르면, 적어도 하나의 고정 부재는 일체로 그리고 바람직하게는 모놀리식으로 분배 층 위에 형성되고, 그 특정 고정 부재의 테일은 방사 층 위의 대응하는 정합 구멍에 배열된다. 다른 양태들에 따르면, 적어도 하나의 고정 부재는 일체로 그리고 바람직하게는 모놀리식으로 방사 층 위에 형성되고, 그 특정 고정 부재의 테일은 분배 층의 대응하는 정합 구멍에 배열된다. 이것은 제조 비용을 낮추고 조립을 용이하게 한다.

양태들에 따르면, 적어도 하나의 고정 부재의 테일은 임의의 스테이킹(staking)에 의해 변형된다. 이것은 저비용 제조와 쉬운 조립을 가능하게 한다.

양태들에 따르면, 적어도 하나의 고정 부재는 솔리드 리벳, 블라인드 리벳, 반관형 리벳 및 셀프-피어싱 리벳 중 임의의 것이다.

양태들에 따르면, 하나 이상의 방사 요소들 중 적어도 하나는 구멍을 포함한다. 방사 층의 구멍은 예를 들어 방사 층을 관통해 연장되는 슬롯 개구일 수 있다. 구멍을 포함하는 방사 요소는 방사 층의 손실이 작게 하고, 용이하게 제조될 수 있게 한다.

양태들에 따르면, 제1 EBG 구조는 돌출 요소의 반복적인 구조를 포함한다. 이것은 제조가 용이하고, 제1 도파관에서 손실을 낮게 하며, 적어도 하나의 제1 도파관으로부터 적어도 하나의 분배 층 피드와 하나 또는 그 이상의 방사 요소를 통하는 방향 이외의 방향으로의 동작 주파수 대역의 전자기 방사를 상당히 감쇠시킨다.

양태들에 따르면, 돌출 요소는 EBG 구조를 포함하는 층 위에 모놀리식으로(monolithically) 형성된다. 이것은 저비용 제조와 쉬운 조립을 가능하게 한다.

양태들에 따르면, 분배 층 및 방사 층 중 임의의 층은 적어도 하나의 도파관 리지를 포함함으로써, 분배 층과 방사 층 사이에 적어도 하나의 제1 리지 갭 도파관을 형성한다. 이것은 저비용 제조와 쉬운 조립을 가능하게 한다.

양태들에 따르면, 안테나 장치는 분배 층에 대면하는 인쇄 회로 기판(PCB) 층을 추가로 포함하며, PCB 층은 적어도 하나의 PCB 층 피드를 포함한다. 추가 양태에 따르면, 안테나 장치는 PCB 층에 대면하는 차폐 층을 더 포함한다.

양태에 따르면, 적어도 하나의 고정 부재는 분배 층 위에 일체로 그리고 바람직하게는 모놀리식으로 형성되며, 그 특정 고정 부재의 테일은 PCB 층의 대응하는 정합 구멍 및/또는 차폐층의 대응하는 정합 구멍에 배열된다. 다른 양태에 따르면, 적어도 하나의 고정 부재는 차폐 층 위에 일체로 그리고 바람직하게는 모놀리식으로 형성되며, 그 특정 고정 부재의 테일은 PCB 층의 상응하는 정합 홀 및/또는 분배 층 위의 상응하는 정합 홀에 배열된다. 추가 양태에 따르면, 적어도 하나의 고정 부재는 차폐 층 위에 일체로 그리고 바람직하게는 모놀리식으로 형성되며, 그 특정 고정 부재의 테일은 PCB 층, 분배 층, 및 방사 층의 대응하는 정합 구멍에 배열된다. 이것은 저비용 제조와 쉬운 조립을 가능하게 한다.

양태들에 따르면, 차폐 층은 차폐 층과 PCB 층 중간에 적어도 하나의 제2 도파관을 형성하도록 배열된 제2 EBG 구조를 포함한다. 제2 EBG 구조는 또한 동작 주파수 대역의 전자기 방사가 적어도 하나의 제2 도파관으로부터 적어도 하나의 PCB 층 피드를 통하지 않는 방향으로 전파하는 것을 방지하도록 배열된다. 제2 EBG 구조는 낮은 손실과 낮은 누설, 즉 인접한 도파관들 사이 또는 인접한 RFIC들 사이의 원치 않는 전자기 전파가 낮은 콤팩트한 설계를 가능하게 한다. 또한 제2 EBG 구조는 안테나 장치 외부의 전자기 방사로부터 PCB 층을 보호한다.

양태들에 따르면, 제2 EBG 구조는 돌출 요소의 반복 구조를 포함하고, PCB 층은 접지 평면과 적어도 하나의 평면 전송 선로를 포함하여, 차폐 층과 PCB 층 사이에 적어도 하나의 제2 갭 도파관을 형성한다. 이것은 저비용 제조와 쉬운 조립을 가능하게 한다.

양태들에 따르면, 안테나 장치를 포함하는 통신 또는 레이더 송수신기.

또한, 본 명세서에는 서로 대향하는 제1 도전 층 및 제2 도전 층을 포함하는 마이크로파 디바이스가 개시되어 있다. 제1 및 제2 도전 층 중 임의의 층은 제1 및 제2 도전 층 사이에 적어도 하나의 제1 도파관을 형성하도록 배열된 전자기 밴드갭(EBG) 구조를 포함한다. EBG 구조는 또한 동작 주파수 대역의 전자기 방사가 의도된 도파관 경로를 따르지 않는 방향으로 적어도 하나의 제1 도파관으로부터 전파되는 것을 방지하도록 배열된다. 제1 및 제2 도전 층은 각각이 변형 가능한 테일을 포함하는 하나 이상의 고정 부재에 의해 서로 부착된다.

기존의 도파관 구조를 포함하는 마이크로파 디바이스의 조립은 까다로운 제조 공차로 인해 복잡하고 비용이 많이 든다. 본 발명은 마이크로파 디바이스가 EBG 구조를 포함하도록 하고, 변형 가능한 테일을 포함하는 고정 수단으로 마이크로파 디바이스의 층들을 서로 부착함으로써 복잡성 및 비용을 낮춘다. 이러한 고정 수단의 예로는 리벳, 보스 및 스터드가 있다. 이러한 유형의 부착은 EBG 구조에 의해 가능한데, 이는 EBG 구조가 필요한 제조 및 조립 공차를 낮추기 때문이다. EBG 구조는 또한 누출 문제, 즉 예를 들어 인접하는 도파관들 사이의 원하지 않는 전자기 커플링을 극복한다. EBG 구조는 콤팩트한 디자인과 낮은 손실을 제공한다. 도파관을 구성하는 두 층들 사이에 전기적 접촉이 필요 없다는 장점이 있다. 전기적 접점을 확인할 필요가 없어 고정밀 조립이 필요하지 않다는 장점이 있다. 그러나 층들 사이의 전기적 접촉도 옵션이다.

고정 부재는 기계적 고정물이다. 변형 가능한 테일이 있는 고정 부재는 리벳, 보스 또는 스터드일 수 있다. 테일이 변형 가능한 고정 부재는 나사, 볼트 등이 아니다. 나사, 볼트 등과 달리 변형 가능한 테일이 있는 고정 부재는 두 부재 사이에 영구 조인트를 형성한다.

보스는 부재의 일체형 부분이거나, 한 층 위에 모놀리식으로 형성된, 즉 단순히 층의 돌출부일 수 있다. 보스는 부재 위에 납땜하거나 다른 방법으로 부착할 수도 있다. 보스가 다른 부재의 대응하는 결합 구멍에 배치된 후, 보스의 테일, 즉 보스의 단부가 확장하도록 변형되어 부재를 결합한다.

양태들에 따르면, 마이크로파 디바이스는 안테나 시스템의 도파관, 전송 라인, 도파관 회로, 전송 라인 회로, 및 무선 주파수 부분 중 임의의 것이다.

양태들에 따르면, 적어도 하나의 고정 부재는 제1 도전 층 위에 일체로 그리고 바람직하게는 모놀리식으로 형성되고, 그 고정 부재의 테일은 제2 도전 층의 정합 구멍에 배열된다. 이것은 저비용 제조와 쉬운 조립을 가능하게 한다.

양태들에 따르면, 적어도 하나의 고정 부재의 테일은 스테이킹에 의해 변형된다.

양태들에 따르면, EBG 구조는 돌출 요소의 반복적인 구조를 포함한다. 이것은 저비용 제조와 쉬운 조립을 가능하게 한다.

양태들에 따르면, 돌출 요소는 제1 및 제2 전도성 층 중 임의의 층 위에 모놀리식으로 형성된다. 이것은 저비용 제조와 쉬운 조립을 가능하게 한다.

양태들에 따르면, 제1 및 제2 도전 층 중 임의의 층은 적어도 하나의 도파관 리지를 포함함으로써, 제1 및 제2 도전 층 사이에 적어도 하나의 제1 리지 갭 도파관을 형성한다. 이것은 저비용 제조와 쉬운 조립을 가능하게 한다.

또한, 마이크로파 디바이스를 제조하는 방법이 여기에 개시되어 있다. 이 방법은 다음을 포함한다.

전자기 밴드갭(EBG) 구조를 갖는 제1 도전 층을 제공하는 단계;

제1 도전 층 위에 제2 도전 층을 배열함으로써 EBG 구조를 둘러싸고 제1 및 제2 도전 층 사이에 적어도 하나의 제1 도파관을 형성하는 단계로서, EBG 구조는 동작 주파수 대역의 전자기 방사가 적어도 하나의 제1 도파관으로부터 의도된 도파관 경로를 따르지 않는 방향으로 전파되는 것을 방지하는, 제2 도전 층 배열 단계 ; 그리고

각각이 변형 가능한 테일을 포함하는 하나 이상의 고정 부재로 제1 및 제2 도전 층을 서로 부착하는 단계.

양태들에 따르면, 상기 방법의 마이크로파 디바이스는 도파관, 전송 라인, 도파관 회로, 전송 라인 회로, 또는 안테나 시스템의 무선 주파수 부분 중 임의의 것이다.

본 명세서에 개시된 방법은 다양한 장치와 관련하여 위에서 논의된 것과 동일한 이점과 연관된다. 여기에 설명된 동작들 중 일부를 제어하도록 구성된 제어 유닛이 여기에 더 개시되어 있다.

일반적으로, 특허청구범위에 사용된 모든 용어는 본 명세서에서 달리 명시적으로 정의되지 않는 한, 기술 분야에서의 통상적인 의미에 따라 해석되어야 한다. "a/an/the 요소, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등"에 대한 모든 언급은 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 요소, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등의 적어도 하나의 예를 언급하는 것으로 개방적으로 해석되어야 한다. 명시적으로 언급하지 않는 한, 본 명세서에 개시되어 있는 방법의 단계들이 기재되어 있는 순서대로 엄격하게 수행될 필요는 없다. 첨부된 청구범위 및 아래의 설명을 학습함으로써, 본 발명의 추가 특징 및 이점이 명백해질 것이다. 통상의 기술자는, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 본 발명의 다양한 특징들이 결합되어 이하에서 설명되는 것과 다른 실시형태를 생성할 수 있음을 인식할 수 있을 것이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1a 및 1b는 예시적인 안테나 장치를 도시한다.
도 2a 및 2b는 예시적인 안테나 장치를 도시한다.
도 3a는 예시적인 안테나 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3b는 변형 가능한 테일을 갖는 예시적인 고정 부재를 개략적으로 도시한다.
도 4a 및 4b는 예시적인 마이크로파 디바이스를 보여준다.
도 5는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 6a, 6b 및 6c는 전자기 밴드갭 구조의 예들을 보여준다.
도 7a, 7b, 7c 및 7d는 예시적인 대칭 패턴을 보여준다.

첨부된 도면들을 참조하여 본 개시의 양태들을 보다 완전하게 설명한다. 그러나 본 명세서에 개시된 상이한 장치 및 방법은 많은 상이한 형태로 실현될 수 있고, 본 명세서에 기재된 양태에 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 도면에서 동일한 도면부호는 전체에 걸쳐 동일한 요소를 나타낸다.

본 명세서에 사용된 용어는 본 개시의 측면을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥이 명백하게 달리 나타내지 않는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도된다.

다양한 유형의 안테나 장치가 본 명세서에 개시되어 있다. 도 1a, 1b, 2a, 2b 및 3a는 적층 구조를 갖는 안테나 장치를 도시한다. 적층 구조(stacked layered structure)는 층으로 호칭되는 복수의 평면 요소를 포함하는 구조이다. 각 평면 요소에는 두 개의 측면 또는 면이 있으며, 두께와 연관된다. 두께는 면의 치수보다 훨씬 작다. 즉, 층은 아치형에서와 같이 평평하거나 거의 평탄한 요소이다. 일부 양태에 따르면, 층은 직사각형 또는 정사각형이다. 그러나 원형 또는 타원형 디스크 모양을 포함하여 보다 일반적인 형상도 적용할 수 있다. 적층 구조는 층들이 서로의 상부에 배열되는 의미로 적층된다. 즉, 층상 구조는 샌드위치 구조로 볼 수 있다.

도 1a의 안테나 장치는 복수의 방사 요소(111)를 갖는 방사 층(110)을 포함한다. 도 1의 예시적인 안테나 장치에서, 방사 요소는 슬롯 안테나이다. 슬롯 안테나는 구멍(aperture)의 일 예시이다. 일반적으로, 분배 층(120)(도 2a, 2b 및 3a에 도시됨)은 복수의 방사 요소 내의 하나 이상의 방사 요소로 그리고 하나 이상의 방사 요소로부터 하나 이상의 무선 주파수 신호를 분배한다.

방사 요소의 수와 동작 주파수 중 하나 또는 둘 모두가 증가함에 따라 안테나 어레이의 제조 허용 오차가 어려워지기 시작한다. 이 문제는 100개 이상의 방사 요소를 포함할 수 있는 밀리미터파 주파수의 안테나 어레이에 대해 특히 심각한다. 한 가지 특별한 문제는 안테나 장치에서 다양한 층을 부착하는 데 있다. 특히, 두 부분으로 구성된 기존의 도파관을 조립하는 것은 높은 정밀도를 요구한다. 이러한 두 부품은 일반적으로 나사 또는 납땜 방법으로 서로 부착되는데, 이는 제조 관점에서 복잡하고 비용이 많이 든다. 그러한 방법은 또한 누출, 즉, 예를 들어 인접한 도파관 사이의 원하지 않는 전자기 결합과 같은 문제를 더 자주 갖는다. 리벳과 같은 저렴하고 복잡한 부착 수단은 제조 허용 오차를 충족할 수 없기 때문에 불가능하다. 예를 들어, 리벳은 종종 테일과 해당 결합 구멍 사이에 슬립 핏이 필요하므로, 배치 허용 오차가 낮아진다.

전자기 밴드갭(EBG) 구조는 콤팩트한 디자인, 낮은 손실, 낮은 누출, 관대한 제조 및 조립 공차를 나타낸다. 안테나 장치의 EBG 구조는 두 층 사이에 적어도 하나의 도파관을 형성하도록 배열된다. EBG 구조는 또한 동작 주파수 대역의 전자기 방사가 적어도 하나의 도파관을 통한 것을 제외하고 층을 따라 전파되는 것을 방지하도록 배열된다. 따라서 EBG 구조는 인접한 도파관 사이의 원치 않는 전자기 전파를 방지하도록 배열될 수 있다. 적어도 하나의 도파관은 동작 대역의 전자기 신호를 하나 이상의 피드 및/또는 하나 이상의 방사 요소에 결합한다. EBG 구조는 감쇠에 의한 전파를 방지한다. 여기서 감쇠는 무선 주파수 신호와 같은 전자기 방사의 진폭이나 전력을 현저히 감소시키는 것으로 해석된다. 감쇠는 감쇠(attenuation)와 차단(block)이 균등하게 사용되는 경우와 같이 완전한 것이 바람직하지만, 그러한 완전한 감쇠는 항상 달성 가능한 것이 아니라는 것을 이해해야 한다.

EBG 구조는 자기 전도체 역할을 하는 표면을 형성한다. 자기 전도성 표면이 전기 전도성 표면을 향하고 있고 두 표면이 중심 주파수의 1/4 미만의 거리에 배열되어 있으면, 동작 주파수 대역의 전자기파는, 이상적인 경우에, 중간 표면을 따라 전파될 수 없는데, 이는 모든 평행 판 모드가 해당 주파수 대역에서 차단(cut-off)되기 때문이다. 중심 주파수(center frequency)는 동작 주파수 대역의 중앙에 있다. 현실적인 시나리오에서, 동작 주파수 대역의 전자기파는 중간 표면을 따라 길이 별로 감쇠된다.

다수의 EBG 구조가 존재한다. EBG 구조의 EBG 요소는 1차원, 2차원 또는 3차원에서 주기적 또는 준주기적 패턴으로 배열된다. 이는 도 7a 내지 도 7d와 관련하여 아래에서 더 자세히 논의될 것이다. 여기서, 준주기적 패턴은 국부적으로는 주기적이지만 장거리에서 질서를 나타내지 않는 패턴을 의미하는 것으로 해석된다. 준주기적 패턴은 1차원, 2차원 또는 3차원으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 준주기적 패턴은 EBG 요소 간격의 10배 미만의 길이 스케일에서는 주기적일 수 있지만 EBG 요소 간격의 100배를 초과하는 길이 스케일에서는 그렇지 않다.

EBG 구조는 적어도 2개의 EBG 요소 유형을 포함할 수 있는데, 제1 유형의 EBG 요소는 전기 전도성 재료를 포함하고 제2 유형의 EBG 요소는 전기 절연 재료를 포함한다. 제1 유형의 EBG 요소는 구리 또는 알루미늄과 같은 금속, 또는 금 또는 구리와 같은 전기 전도성 재료의 얇은 층으로 코팅된 PTFE 또는 FR-4와 같은 비전도성 재료로 만들어질 수 있다. 제1 유형의 EBG 요소는 또한 탄소 나노구조 또는 전기 전도성 폴리머와 같은 금속과 유사한 전기 전도성을 갖는 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 제1 유형의 EBG 요소의 전기 전도도는 미터 당 10³지멘스/미터(S/m)를 상회할 수 있다. 바람직하게는, 제1 유형의 EBG 요소의 전기 전도도는 10⁵ S/m를 상회한다. 다시 말해서, 제1 유형의 EBG 소자의 전기 전도도는 전자기 방사가 제1 유형의 EBG 소자에 전류를 유도할 수 있을 만큼 충분히 높고, 제2 유형의 EBG 소자의 전기 전도도는 제2 유형의 EBG 요소에서 전류가 유도되지 않을 정도로 충분히 낮다. 제2 유형의 EBG 요소는 선택적으로 비전도성 폴리머, 진공 또는 공기일 수 있다. 이러한 비전도성 EBG 요소 유형의 예로는 FR-4 PCB 재료, PTFE, 플라스틱, 고무 및 실리콘도 포함된다.

도 7a 내지 7d를 참조하면, 제1 및 제2 유형의 EBG 요소는 병진(도 7a의 701), 회전(도 7b의 702) 또는 활공 대칭(도 7c에서 대칭선(703) 참조), 또는 주기적, 준주기적 또는 불규칙한 패턴(도 7d 참조)을 특징으로 하는 패턴으로 배열될 수 있다.

제2 유형의 EBG 요소의 물리적 특성은 EBG 구조를 지나는 전자기 전파의 감쇠를 얻는 데 필요한 치수도 결정한다. 따라서 제2 유형의 재료가 공기와 다르게 선택되면, 제1 유형의 EBG 요소에 필요한 치수가 변경된다. 결과적으로, 제1 및 제2 유형의 요소에 대한 재료 선택을 변경하여 축소된 크기의 안테나 어레이를 얻을 수 있다. 유리하게는, 축소된 크기의 안테나 어레이가 그러한 선택으로부터 얻어질 수 있다.

제1 유형의 EBG 요소는 약간의 간격을 두고 주기적 패턴으로 배열될 수 있다. 제1 유형의 EBG 요소 사이의 공백은 제2 유형의 요소를 구성한다. 즉, 제1 유형의 EBG 요소는 제2 유형의 EBG 요소와 인터리브된다. 제1 및 제2 유형의 EBG 요소의 인터리빙은 1차원, 2차원 또는 3차원에서 달성될 수 있다.

제1 유형 또는 제2 유형, 또는 제1 및 제2 유형 모두의 EBG 요소의 크기는 주파수 대역의 전자기 방사의 공기 중 파장보다 작다. 예를 들어, 중심 주파수를 주파수 대역 중앙의 주파수로 정의하면, EBG 요소 크기는 중심 주파수의 전자기 방사 공기 중 파장의 1/5에서 1/50 사이이다. 여기서, EBG 요소 크기는 전자파가 감쇠되는 방향, 예를 들어 자기 전도체로 작용하는 표면을 따른 방향으로 EBG 소자의 크기로 해석된다. 예로서, 원형 단면을 갖고 수평면에서 전파하는 전자기 방사를 갖는 수직 로드를 포함하는 EBG 요소의 경우, EBG 요소의 크기는 로드의 단면의 길이 또는 직경에 대응한다.

도 6a, 6b 및 6c는 EBG 구조에서 제1 및 제2 유형의 EBG 요소가 배열될 수 있는 방법의 예를 보여준다. 도 6a에 도시된 EBG 구조(601)의 유형은 전기 전도성 기판(620) 상의 전기 전도성 돌출부(610)를 포함한다. 돌출부(610)는 선택적으로 유전 물질로 둘러싸일 수 있다. 도 6a의 예에서, 전기 전도성 돌출부는 제1 유형의 EBG 요소를 구성하고, 선택적으로 비전도성 재료로 채워진 돌출부 사이의 공간은 제2 유형의 EBG 요소를 구성한다. 돌출부(610)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다는 것이 이해된다. 도 6a는 돌출부가 정사각형 단면을 갖는 예를 도시하지만, 돌출부는 원형, 타원형, 직사각형, 또는 보다 일반적으로 형상화된 단면 형상으로 형성될 수도 있다.

돌출부가 예를 들어, 전기 전도성 기판 위에 원통형 로드가 있고, 로드 상단에는 평탄한 전기 전도성 서클이 있으며, 여기서, 상기 서클의 단면은 로드의 단면보다 크지만, EBG에서 서클들 사이에 제2 EBG 요소 유형을 위한 공간을 남기기에 충분할 정도로 작은 경우에서와 같이 버섯 모양일 수도 있다. 이러한 버섯 모양의 돌출부는 PCB에 형성될 수 있으며, 여기서 로드는 전기 전도성 재료로 채워지거나 채워지지 않을 수 있는 비아 홀을 포함한다.

돌출부는 전기 전도성 기판으로부터 멀어지는 방향으로 길이를 갖는다. 일반적으로 제2 유형의 EBG 요소가 공기인 경우, 돌출부 길이는 중심 주파수에서 공기 중 파장의 1/4에 해당한다. 그러면 돌기부의 상단을 따라 있는 표면은 중심 주파수에서 완전한 자기 전도체에 가깝게 된다. 돌출부가 단일 주파수에서 1/4 파장에 불과하지만, 이러한 유형의 EBG 구조는 EBG 구조가 전기 전도성 표면을 마주할 때 전자기파가 감쇠될 수 있는 주파수 대역을 여전히 나타낸다. 비제한적인 예에서, 중심 주파수는 15㎓이고, EBG 구조와 전기 전도성 표면 사이에서 전파하는 주파수 대역 10 내지 20㎓의 전자기파가 감쇠된다.

다른 예로서, 도 6b에 도시된 EBG 구조(602)의 유형은 공동(630)이 형성되어 있는 전기 전도성 재료(640)의 단일 슬래브로 구성된다. 공동은 공기로 채워지거나 비전도성 물질로 채워질 수 있다. 공동은 다양한 형상으로 형성될 수 있다는 것이 이해된다. 도 6b는 타원형 단면의 구멍이 형성된 예를 보여주지만, 구멍은 원형, 직사각형 또는 보다 일반적인 단면 모양으로 형성될 수도 있다. 도 6b의 예에서, 슬래브(640)는 제1 유형의 EBG 요소를 구성하고, 구멍(630)은 제2 유형의 EBG 요소를 구성한다. 일반적으로 길이(전기 전도성 기판에서 멀어지는 방향)는 중심 주파수에서 파장의 1/4에 해당한다.

도 6c는 연장된 전기 전도성 EBG 요소(650), 선택적으로 로드 또는 슬래브로 구성된 제3 예시적인 유형의 EBG 구조(603)를 개략적으로 도시하는데, 이전 층의 로드에 대해 층의 로드가 비스듬히 배열되는 상태로, 다중 층으로 적층된다. 도 6c의 예에서, 로드는 제1 유형의 EBG 요소를 구성하고 그 사이의 공간은 제2 유형의 EBG 요소를 구성한다. 도 6c의 예는 제1 및 제2 유형의 EBG 요소의 인터리빙이 3차원에서 달성되는 EBG 구조를 도시한다.

위에서 언급한 바와 같이, 기존의 도파관 구조를 포함하는 안테나 장치의 조립은 까다로운 제조 공차로 인해 복잡하고 비용이 많이 든다. 본 개시내용은 안테나 장치가 EBG 구조를 포함하도록 하고, 변형 가능한 테일을 포함하는 고정 수단으로 안테나 장치의 층들을 서로 부착함으로써 복잡성 및 비용을 낮춘다. 이러한 고정 수단의 예로는 리벳, 보스 및 스터드가 있다. 이러한 유형의 부착은 EBG 구조에 의해 가능한데, EBG 구조는 필요한 제조 허용 오차를 낮추기 때문이다.

다시 말해서, 본 명세서에 적층 구조를 갖는 안테나 장치(100)가 개시되어 있다. 안테나 장치는 하나 이상의 방사 요소(111)를 포함하는 방사 층(110)을 포함한다. 안테나 장치는 방사 층(110)에 대면하는 분배 층(120)을 더 포함한다. 분배 층(120)은 무선 주파수 신호를 하나 이상의 방사 요소에 분배하도록 배열된다. 분배 층(120)은 적어도 하나의 분배 층 피드(224)를 포함한다. 분배 층(120) 및 방사 층(110) 중 임의의 층은 분배 층(120)과 방사 층(110) 중간에 적어도 하나의 제1 도파관을 형성하도록 배열된 제1 전자기 밴드갭(EBG) 구조(121)를 포함한다. 제1 EBG 구조는 또한 동작 주파수 대역의 전자기 방사가 적어도 하나의 분배 층 피드(224) 및 하나 이상의 방사 요소(111)를 통하지 않는 방향으로 적어도 하나의 제1 도파관으로부터 전파하는 것을 방지하도록 배열된다. 또한, 각각이 변형 가능한 테일(102)을 포함하는 하나 이상의 고정 부재(101)로 방사 층(110) 및 분배 층(120)이 서로 부착된다.

고정 부재(101)는 기계적 체결구이다. 변형 가능한 테일(102)을 포함하는 개시된 고정 부재(101)의 예가 도 3b에 도시되어 있다. 변형 가능한 테일이 있는 고정 부재는 리벳, 보스 또는 스터드일 수 있다. 테일이 변형 가능한 고정 부재는 나사, 볼트 등이 아니다. 나사, 볼트 등과 달리 변형 가능한 테일이 있는 고정 부재는 두 부재 사이에 영구 조인트를 형성한다.

리벳은 종종 두 부재와 분리된다. 리벳은 한쪽 끝에 헤드가 있고 다른 쪽 끝에 테일이 있는 원통형 샤프트로 구성될 수 있다. 다양한 형태의 샤프트와 헤드가 가능하다. 두 부재를 조립하는 동안, 리벳이 부재들의 각 구멍을 통해 삽입되고 테일이 변형되어(즉, 업셋 또는 구부러져) 확장되어 부재들을 함께 결합한다. 변형은 테일 부분을 추가 헤드 내로 변형시킨다.

보스는 부재의 일체형 부분이거나 한 층에 모놀리식으로 형성된, 즉 단순히 층의 돌출부일 수 있다. 보스는 부재에 납땜하거나 다른 방법으로 부착할 수도 있다. 보스가 다른 부재의 대응하는 결합 구멍에 배치된 후, 보스의 테일, 즉 보스의 단부가 확장되게 변형되어 부재들을 결합한다. 보스는 솔리드 플랫헤드, 솔리드 접시머리 또는 솔리드 돔 헤드와 같이 변형된 상태에서 다양한 유형의 모양을 가질 수 있다. 변형된 헤드는 변형을 제어하기 위한 크로스해치 패턴을 포함할 수 있다. 또한 보스는 속이 차 있거나 비어 있을 수 있다.

아래에서 개시된 안테나 장치에서 변형 가능한 테일을 갖는 고정 부재를 사용하는 다양한 방법을 더 논의한다.

도 1a 및 도 2a는 고정 부재(101)의 테일(102)이 변형되기 전의 조립 동안의 예시적인 안테나 장치를 도시한다. 도 1b는 테일이 변형된 후 동일한 안테나 장치를 보여준다.

적어도 하나의 분배 층 피드(224)는 분배 층을 통해 무선 주파수 신호를 전달하도록 배열된 관통 구멍으로서 배열된 도파관일 수 있다. 분배 층 피드는 또한 분배 계층으로부터 RF 신호를 라우팅하기 위한 제1 도파관의 확장을 포함할 수 있다. 양상들에 따르면, 적어도 하나의 분배 계층 피드는 RF 신호들을 안테나 장치(100)로부터, 예를 들어 모뎀으로 전송하도록 배열된다.

분배 층(120) 및 방사 층(110) 중 임의의 층은 제1 EBG 구조(121)를 포함한다. 즉, 분배 층만이 EBG 구조를 포함할 수 있거나, 방사 층만이 EBG 구조를 포함할 수 있거나, 또는 두 층 모두가 EBG 구조를 포함할 수 있다. 후자의 경우 두 층이 EBG 구조가 겹치는 섹션과 겹치지 않는 섹션을 가질 수 있다. 여기서 섹션은 전체 층을 의미할 수 있다.

분배 층(120)은 방사 층(100)과 직접 접촉하게 배열되거나, 방사 층(110)으로부터 안테나 장치(100)의 동작 중심 주파수의 파장의 1/4보다 작은 거리만큼 떨어져 배열될 수 있다. 직접 접촉은 두 층의 섹션만이 접촉하고 있음을 의미할 수 있다.

분배 층에서 EBG 구조를 사용하면, 도파관에서 손실이 적고 인접한 도파관들에서 무선 주파수 신호 간의 간섭이 적다. 이것의 결과는 분배 층에서 EBG 구조의 사용 및 배치로 인해 더 높은 신호 대 잡음비가 유지될 수 있다는 것이며, 이는 유리하다. 또 다른 장점은 도파관을 구성하는 두 층 사이에 전기적 접촉이 필요 없다는 것이다. 전기적 접점을 확인할 필요가 없어 고정밀 조립이 필요하지 않은 장점이 있다. 그러나 층 사이의 전기적 접촉도 옵션이다.

직사각형 분배 층(120)의 예시적인 치수는 두께가 5㎜이고, 측면이 100㎜ 및 100㎜이다. 그러나 분배 층이 반드시 직사각형일 필요는 없고, 원형 또는 육각형과 같은 다른 모양도 가능하다.

방사 층 및 분배 층(120)은 주조, 성형, 펀칭 및/또는 기계 가공된 구리 또는 황동과 같은 금속을 포함할 수 있다. 금속은 높은 전기 전도성을 갖는 코팅을 포함할 수 있다. 예를 들어 은 또는 구리로 코팅된 알루미늄 또는 은 또는 구리로 코팅된 아연일 수 있다. 임의의 층이 예를 들어 플라스틱을 포함하는 금속화된 스캐폴드 구조를 포함하는 것도 가능하다. 플라스틱의 금속화는 다양한 방법으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 표면이 원하는 금속으로 코팅되기 전에 프라이머가 먼저 플라스틱 표면에 적용될 수 있다. 플라스틱의 금속화에 바람직한 금속은 손실이 적고 전기 전도도가 높은 구리, 은 및 금이다. 많은 다른 금속 및 합금도 가능하다. 적절한 프라이머의 예는 니켈, 크롬, 팔라듐 및 티타늄이지만 다른 많은 재료도 가능하다. 주조, 성형 및/또는 기계 가공과 같이 플라스틱 표면을 원하는 모양으로 형성하는 다양한 방법이 있다.

고정 부재의 형상은 재료 및 제조 기술에 따라 선택할 수 있다. 예를 들어, 다이 캐스팅 된 층의 보스는 높은 주조 수율을 초래하는 모양의 보스를 포함할 수 있다.

개시된 안테나 장치(100)의 하나 이상의 방사 요소(111) 중 적어도 하나는 구멍을 포함할 수 있다. 방사 층(110)의 구멍은 예를 들어 방사 층을 관통해 연장되는 슬롯 개구일 수 있다. 슬롯 개구는 정사각형, 원형 또는 더 일반적인 형상과 같은 다른 형상도 가능하지만, 바람직하게는 직사각형이다. 슬롯 개구의 크기는 방사 층(110)의 크기에 비해 작은 것이 바람직하고, 방사 층에 평행하게 배열되지만, 다른 배열도 가능하다. 모든 방사 요소가 슬롯을 포함하는 경우, 방사 층(110)은 예를 들어 금속 시트(예를 들어, 구리 또는 황동)를 포함할 수 있다. 방사 층은 각각의 방사 요소와 분배 층 사이에 각각의 공동을 형성하도록 배열된 공동의 하위 층을 포함할 수 있다. 방사 요소의 또 다른 예는 보우타이 안테나이다. 제3 예로서, 방사 요소는 패치 안테나일 수 있다. 유리하게는, 보우타이 및 패치 안테나 모두 제조하기 쉽다. 모든 방사 요소가 패치 안테나를 포함하는 경우, 방사 층(110)은 예를 들어 분배 층을 향하는 접지 평면이 있는 PCB를 포함할 수 있다. 다른 유형의 방사 요소도 가능하다는 것이 이해된다.

제1 EBG 구조(121)는 선택적으로 돌출 요소(122)의 반복적인 구조를 포함한다. 이러한 돌출 요소(122)는 EBG 구조(121)를 포함하는 층(110, 120) 위에 즉, 방사 층(110) 및/또는 분배 층(120) 위에 모놀리식으로 형성될 수 있다. 분배 층(120) 및 방사 층(110) 중 임의의 층은 적어도 하나의 도파관 리지(223)를 선택적으로 포함하여, 분배 층(120) 및 방사 층(110) 중간에 적어도 하나의 제1 갭 도파관을 형성한다. 돌출부를 포함하는 EBG 구조와 관련된 세부사항은 위에서 도 6a와 관련하여 논의한 바 있다. 도 3a에는 도파관 리지(223)에 인접하게 배열된 분배 피드(224)가 추가로 표시되어 있다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 안테나 장치(100)는 분배 층(120)을 향하는 인쇄 회로 기판(PCB) 층(131)을 더 포함할 수 있고, 여기서 PCB 층은 적어도 하나의 PCB 층 피드를 포함한다. 분배 층에서 EBG 구조의 사용은, PCB 층(131) 상의 PCB 층 피드로부터 분배 피드(224)를 통해 적어도 하나의 제1 도파관으로의 전이에서 매우 효율적인 결합을 가능하게 하고, 이는 낮은 손실을 초래한다. PCB 층(131)은 선택적으로 PCB 층의 한쪽 또는 양쪽에 배열된 적어도 하나의 RF 집적 회로(IC)를 포함한다. 적어도 하나의 PCB 층 피드는 무선 주파수 신호를 RF IC(들)로부터 PCB의 반대쪽으로, 분배 층으로 전달하도록 배열될 수 있다. 이 예에 따르면, 적어도 하나의 PCB 층 피드는 분배 층(120)의 대응하는 개구에 연결된 관통 홀이고, 관통 홀은 적어도 하나의 마이크로스트립 라인에 의해 공급된다. 대안적으로 또는 조합하여, 적어도 하나의 PCB 층 피드는 무선 주파수 신호를 분배 층에 대면하는 PCB 측의 RF IC(들)로부터 분배 층으로 전달하도록 배열될 수 있다. 양태들에 따르면, 적어도 하나의 PCB 층 피드는 무선 주파수 신호를 안테나 장치(100)로부터, 예를 들어 모뎀으로 전송하도록 배열된다. PCB 층은 접지 평면으로서 또는 상보적인 접지 평면으로서 스탬핑되거나 에칭된 금속판을 포함할 수 있다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 안테나 장치(100)는 PCB 층(131)에 대면하는 차폐 층(132)을 더 포함할 수 있다.

차폐 층(132)은 선택적으로 차폐 층(132)과 PCB 층(131) 사이에 적어도 하나의 제2 도파관을 형성하도록 배열된 제2 EBG 구조를 포함한다. 제2 EBG 구조는, 적어도 하나의 제2 도파관으로부터 동작 주파수 대역의 전자기 방사가 적어도 하나의 PCB 층 피드를 통하지 않는 방향으로 전파되는 것을 방지하게 배치된다. 제2 EBG 구조는 낮은 손실과 낮은 누설, 즉 인접한 도파관 사이 또는 인접한 RFIC 사이의 원치 않는 전자기 전파가 낮은 콤팩트한 설계를 가능하게 한다. 또한 제2 EBG 구조는 안테나 장치 외부의 전자기 방사로부터 PCB 층을 보호한다.

제2 EBG 구조는 선택적으로 돌출 요소들의 반복적인 구조를 포함하고, PCB 층은 선택적으로 접지 평면 및 적어도 하나의 평면 전송 라인을 포함하여, 차폐 층(132)과 PCB 층(131) 사이에 적어도 하나의 제2 갭 도파관을 형성한다. 적어도 하나의 제2 갭 도파관은 예를 들어 반전된 마이크로스트립 갭 도파관일 수 있다. 차폐 층은 두 가지 유형의 돌출 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 좁은 긴 핀과 넓은 짧은 핀. 차폐 층과 PCB 층 사이에 RFIC를 조립하도록 더 넓고 더 짧은 핀이 적합할 수 있다. 핀은 열전달을 위해 RFIC와 접촉할 수 있다.

양태들에 따르면, 분배 층(120)은 제1 EBG 구조(121)의 반대 측에 배열된 제3 EBG 구조를 포함한다. 즉, 제3 EBG 구조는 PCB 층(131)을 향한다. 이러한 방식으로, 분배 층(120)과 PCB 층(131) 중간에 갭 도파관이 형성될 수 있다. 이러한 갭 도파관은 PCB 층(131) 상의 RFIC와 PCB 층 피드 사이의 전자기 신호를 결합하기 위해 사용될 수 있다. 제3 EBG 구조는 낮은 손실과 낮은 누출, 즉 인접한 도파관 사이 또는 인접한 RFIC 사이의 원치 않는 전자기 전파가 낮은 콤팩트한 설계를 허용한다. 또한 제3 EBG 구조는 안테나 장치 외부의 전자기 방사로부터 PCB 층을 보호한다.

양태들에 따르면, 통신 또는 레이더 송수신기는 안테나 장치(100)를 포함한다.

고정 부재(101)는 층들 중 임의의 층 위에 일체로 그리고 바람직하게는 모놀리식으로 형성될 수 있고, 그 테일은 한 층의 대응하는 정합 구멍 또는 여러 층의 대응하는 정합 구멍을 통과할 수 있다. 즉, 테일은 한 층의 대응 정합 구멍을 통과한 후 변형되거나, 여러 층의 대응 정합 구멍을 통과한 후 변형될 수 있다. 이와 같이, 고정 부재는 2개 이상의 층을 서로 결합할 수 있다. 고정 부재는 다이 포밍 제조 공정, 캐스팅 공정 등으로 임의의 층에 형성될 수 있다.

언급된 바와 같이, 양태들에 따르면, 층들 중 임의의 층은 금속화된 플라스틱이다. 이와 같이, 고정 부재(101)는 동일한 플라스틱 및 동일한 금속화를 포함할 수 있다. 고정 부재가 동일한 플라스틱을 포함하지만 다른 금속화를 포함하거나 심지어 금속화를 전혀 포함하지 않을 수도 있다. 이러한 실시형태는 금속화될 플라스틱 부재의 부분을 덮음으로써 제조될 수 있다.

벨로우즈는 체결 부재(101)의 상이한 배열을 갖는 상이한 실시형태를 따른다. 이러한 모든 실시형태는 서로 조합하여 사용될 수도 있고 사용되지 않을 수도 있다.

적어도 하나의 고정 부재(101)는 분배 층(120) 위에 일체로 그리고 바람직하게는 모놀리식으로 형성될 수 있으며, 그 특정 고정 부재(101)의 테일(102)은 방사 층(110) 위의 대응하는 정합 구멍(103)에 배열된다.

적어도 하나의 고정 부재(101)는 방사 층(110) 위에 일체로 그리고 바람직하게는 모놀리식으로 형성될 수 있으며, 그 특정 고정 부재(101)의 테일(102)은 분배 층(120) 위의 대응하는 정합 구멍에 배열된다.

적어도 하나의 고정 부재(101)는 분배 층(120) 위에 일체로 그리고 바람직하게는 모놀리식으로 형성될 수 있으며, 그 특정 고정 부재(101)의 테일(102)은 PCB 층(131) 상의 대응하는 정합 구멍 및/또는 차폐층(132)의 대응하는 정합 구멍에 배열된다.

적어도 하나의 고정 부재(101)는 차폐 층(132) 상에 일체적으로 그리고 바람직하게는 모놀리식으로 형성될 수 있으며, 그 특정 고정 부재(101)의 테일(102)은 PCB 층(131) 상의 대응하는 정합 구멍 및/또는 분배 층(120) 상의 대응하는 정합 구멍에 배열된다.

적어도 하나의 고정 부재(101)는 차폐 층(132) 상에 일체로 그리고 바람직하게는 모놀리식으로 형성될 수 있으며, 그 특정 고정 부재(101)의 테일(102)은 PCB 층(131), 분배 층(120), 및 방사 층(120)의 대응하는 정합 구멍에 배열된다.

적어도 하나의 고정 부재(101)는 방사 층(110) 상에 일체로 그리고 바람직하게는 모놀리식으로 형성될 수 있으며, 그 특정 고정 부재(101)의 테일(102)은 분배 층(120), PCB 층(131), 및 차폐 층(132)의 대응하는 정합 구멍에 배열된다.

양태에 따르면, 적어도 하나의 고정 부재(101)의 테일(102)은 스테이킹에 의해 변형된다. 스테이킹은 다양한 방법으로 수행할 수 있다. 한 가지 방법은 스테이크 펀치를 사용하는 것이다. 즉, 테일에 힘을 가하여 테일을 반경 방향으로 확장하고 축 방향으로 압축하는 것이다. 플라스틱을 포함하는 고정 부재를 변형시키는 데 열 스테이킹(heat staking)이라고도 하는 열가소성 스테이킹을 사용할 수 있다. 이러한 기술은 빠르고, 비용 효율적이며 일관성이 있다. 플라스틱 고정 부재를 다양한 재료에 접합하는 것이 가능하다. 플라스틱 고정 부재가 한 층의 통합된 부분인 경우, 다른 층은 예를 들어 금속, PCB, 기타 플라스틱 재료 등이 될 수 있다. 열가소성 스테이킹 기술의 몇 가지 예는 써멀 툴링, 냉간 포밍, 써멀 펀치(또는 열간 펀치)이다. 초음파 스테이킹, 냉간 포밍, 적외선 스테이킹, 열풍 냉간 업셋 및 임펄스 스테이킹이다. 스핀 리벳팅도 하나의 변형 방법이다. 다른 많은 적합한 변형 방법도 있다.

양태에 따르면, 적어도 하나의 고정 부재(101)는 솔리드 리벳, 블라인드 리벳, 반관형 리벳 및 셀프-피어싱 리벳 중 임의의 것이다. 다른 유형의 리벳도 가능하다.

층들 중 임의의 층은 선택적으로 하나 이상의 정렬 부재를 포함한다. 하나 이상의 정렬 부재는 층들을 서로에 대해 정렬하도록 배열된다. 하나 이상의 정렬 부재는 하나 이상의 대응하는 정렬 부재와 짝을 이루도록 배열된다. 정렬 부재 및 대응하는 정렬 부재는 예를 들어 핀과 구멍일 수 있다. 하나 이상의 대응하는 정렬 부재는 방사 층(110); 분배 층(120); PCB 층(131); 및/또는 차폐 층(132) 위에 배치될 수 있다. 양태에 따르면, 정렬 부재 중 하나 이상은 에지 정렬 부재이다. 하나 이상의 에지 정렬 부재는, 임의의 층이 하나의 올바른 방향으로만 조립될 수 있도록 배열된다. 다시 말해서, 하나 이상의 에지 정렬 부재는 층을 회전 비대칭으로 만든다(분배 층을 따라 연장되는 평면에서). 이것은 안테나 장치(100)의 조립에 있어서 유리하다.

또한, 본 명세서에는 서로 대향하는 제1 도전 층(411) 및 제2 도전 층(412)을 포함하는 마이크로파 디바이스(400)가 개시되어 있다. 제1 및 제2 도전 층 중 임의의 층은 제1 도전 층(411) 및 제2 도전 층(412) 사이에 적어도 하나의 제1 도파관을 형성하도록 배열된 전자기 밴드갭(EBG) 구조(421)를 포함한다. EBG 구조는 또한 동작 주파수 대역의 전자기 방사가 의도된 도파관 경로를 따르지 않는 방향으로 적어도 하나의 제1 도파관으로부터 전파되는 것을 방지하도록 배열된다. 제1 도전 층(411) 및 제2 도전 층(412)은 각각이 변형 가능한 테일(102)을 포함하는 하나 이상의 고정 부재(101)로 서로 부착된다.

마이크로파 디바이스(400)는 안테나 시스템의 도파관, 전송 라인, 도파관 회로, 전송 라인 회로 및 무선 주파수 부분 중 어느 하나일 수 있다. 도 4a 및 4b는 개시된 마이크로파 디바이스의 다양한 예를 도시한다.

의도된 도파관 경로는 도파관이 전자기 방사를 안내하도록 의도된 경로이다. 예를 들어, 2개의 개별 도파관을 포함하는 마이크로파 디바이스, 여기서 2개의 도파관이 격리되도록 의도되고, 의도된 도파관 경로는 각각의 도파관을 따라 있다. EBG 구조(421)는 2개의 도파관 사이에 절연을 제공한다. 의도된 도파관 경로의 다른 예는 기업 급전 네트워크, 분배 피드와 방사 요소를 연결하는 도파관, PCB 위의 다양한 통합 구성 요소를 연결하는 도파관이다.

마이크로파 디바이스(400)의 고정 부재는, 도 3b의 예시적인 고정 부재일 수 있는 안테나 장치(100)에서와 동일한 유형의 고정 부재(101)일 수 있다.

개시된 마이크로파 디바이스(400)는 장치가 EBG 구조를 포함하도록 하고, 리벳, 보스 또는 스터드와 같은 변형 가능한 테일을 포함하는 고정 수단으로 제1 및 제2 층을 서로 부착함으로써 복잡성 및 비용을 낮춘다. 이러한 부착은 EBG 구조에 의해 가능한데, 이는 EBG 구조가 필요한 제조 허용 오차를 낮추기 때문이다.

적어도 하나의 고정 부재는 제1 도전 층(411) 상에 일체로 그리고 바람직하게는 모놀리식으로 형성될 수 있고, 그 고정 부재의 테일은 제2 도전 층(412) 상의 정합 구멍에 배열된다. 양태에 따르면, 적어도 하나의 고정 부재의 테일은 스테이킹으로 변형된다.

적어도 하나의 고정 부재는 솔리드 리벳, 블라인드 리벳, 반관형 리벳, 셀프-피어싱 리벳 중 어느 하나일 수 있다.

마이크로파 디바이스(400)의 EBG 구조(421)는 돌출 요소(422)의 반복적인 구조를 포함할 수 있다. 양태에 따르면, 돌출 요소(422)는 제1 도전 층(411) 및 제2 도전 층(412) 중 어느 하나 위에 모놀리식으로 형성된다.

제1 도전 층(411) 및 제2 도전 층(412) 중 임의의 층은 적어도 하나의 도파관 리지(423)를 포함할 수 있고, 이에 의해 제1 도전 층(411) 및 제2 도전 층(412) 사이에 적어도 하나의 제1 리지 갭 도파관을 형성할 수 있다. 리지 갭 도파관은 도 4b의 예시적인 마이크로파 디바이스(400)에 설명되어 있다.

본 명세서에는 마이크로파 디바이스(400)를 제조하는 방법이 또한 개시되어 있다. 이 방법은 다음을 포함한다.

전자기 밴드갭(EBG) 구조(421)를 갖는 제1 도전 층(411)을 제공하는 단계(S1) ;

제1 도전 층(411) 위에 제2 도전 층(412)을 배치함으로써 EBG 구조(421)를 둘러싸고 제1 도전 층(411)과 제2 도전 층(412) 사이에 적어도 하나의 제1 도파관을 형성하는 단계로, 여기서 EBG 구조(421)는 동자 주파수 대역의 전자기 방사가 의도된 도파관 경로를 따르지 않는 방향으로 적어도 하나의 제1 도파관으로부터 전파하는 것을 방지하는, 제2 도전 층(412) 배치 단계(S2); 그리고

각각의 변형 가능한 테일(102)을 포함하는 하나 이상의 고정 부재(101)로 제1 도전 층(411) 및 제2 도전 층(411)을 서로 부착하는 단계(S3).

이 방법의 마이크로파 디바이스(400)는 도파관, 전송 라인, 도파관 회로, 전송 라인 회로, 또는 안테나 시스템의 무선 주파수 파트 중 임의의 것일 수 있다.

Claims

적층 구조를 갖는 안테나 장치(100)로, 상기 안테나 장치는,
하나 또는 그 이상의 방사 요소(111)를 포함하는 방사 층(110) 및
상기 방사 층(110)을 향하는 분배 층(120)으로, 상기 분배 층(120)은 무선 주파수 신호를 하나 또는 그 이상의 방사 요소(111)에 분배하게 배치되며, 적어도 하나의 분배 층 피드(224)를 포함하는 분배 층(120)을 포함하고,
임의의 분배 층(120)과 방사 층(110)은 분배 층(120)과 방사 층(110) 중간에 적어도 하나의 제1 도파관을 형성하도록 배치된 제1 전자기 밴드갭(EBG) 구조(121)를 포함하되, 상기 제1 EBG 구조는 또한 적어도 하나의 제1 도파관으로부터 동작 주파수 대역의 전자기 방사가 적어도 하나의 분배 층 피드(224) 및 하나 또는 그 이상의 방사 요소(111)를 통하는 방향 이외의 방향으로 전파되는 것을 방지하도록 배치되며,
방사 층(110) 및 분배 층(120)은 각각이 변형가능 테일(102)을 포함하는 하나 또는 그 아상의 고정 부재(101)로 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 고정 부재(101)는 분배 층(120) 위에 통합되어 바람직하게는 모놀리식으로 형성되고, 그 특정 고정 부재(101)의 테일(102)은 방사 층(110) 위에 대응하는 정합 홀(103) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 고정 부재(101)는 방사 층(110) 위에 통합되어 바람직하게는 모놀리식으로 형성되고, 그 특정 고정 부재(101)의 테일(102)은 분배 층(120) 위에 대응하는 정합 홀 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 고정 부재(101)의 테일(102)은 임의의 스테이킹에 의해 변형되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 고정 부재(101)는 솔리드 리벳, 블라인드 리벳, 반관형 리벳 및 셀프-피어싱 리벳 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 방사 요소(111) 중 적어도 하나는 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 제1 EBG 구조(121)는 돌출 요소(122)의 반복 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 돌출 요소(122)는 EBG 구조(121)를 포함하는 층(110, 120) 위에 모놀리식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 임의의 분배 층(120) 및 방사 층(110)은 적어도 하나의 도파관 리지(223)를 포함하여, 분배 층(120)과 방사 층(110) 중간에 적어도 하나의 제1 리지 갭 도파관을 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 분배 층(120)을 향하는 인쇄 회로 기판(PCB) 층(131)을 추가로 포함하고, 상기 PCB 층은 적어도 하나의 PCB 층 피드를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제10항에 있어서, PCB 층을 향하는 차폐 층(132)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제11항에 있어서, 적어도 하나의 고정 부재(101)는 분배 층(120) 위에 통합되어 바람직하게는 모놀리식으로 형성되고, 그 특정 고정 부재(101)의 테일(102)은 PCB 층(131) 위의 대응하는 정합 홀 및/또는 차폐 층(132)의 대응하는 정합 홀 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제11항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 고정 부재(101)는 차폐 층(132) 위에 통합되어 바람직하게는 모놀리식으로 형성되고, 그 특정 고정 부재(101)의 테일(102)은 PCB 층(131) 위의 대응하는 정합 홀 및/또는 분배 층(120) 위의 대응하는 정합 홀 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 고정 부재(101)는 차폐 층(132) 위에 통합되어 바람직하게는 모놀리식으로 형성되고, 그 특정 고정 부재(101)의 테일(102)은 PCB 층(131), 분배 층(120) 및 방사 층(120)의 대응하는 정합 홀 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 차폐 층(132)은 차폐 층과　 PCB 층(131) 중간에 적어도 하나의 제2 도파관을 형성하게 배치되는 제2 EBG 구조를 포함하고, 상기 제2 EBG 구조는 또한 적어도 하나의 제2 도파관으로부터 동작 주파수 대역의 전자기 방사가 적어도 하나의 PCB 층 피드를 통하는 방향 이외의 방향으로 전파되는 것을 방지하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제15항에 있어서, 제2 EBG 구조는 돌출 요소의 반복 구조를 포함하고, 상기 PCB 층은 접지 평면과 적어도 하나의 평면형 전송 라인을 포함하여, 차폐 층(132)과 PCB 층(131) 중간에 적어도 하나의 제2 갭 도파관을 형성하는 것을 방지하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 안테나 장치(100)를 포함하는 통신 또는 레이더 송수신기.
서로 마주보는 제1 도전 층(411) 및 제2 도전 층(412)을 포함하는 마이크로파 디바이스(400)로, 제1 및 제2 도전 층 중 임의의 층은 제1 도전 층(411) 및 제2 도전 층(412) 중간에 적어도 하나의 제1 도파관을 형성하도록 배치된 전자기 밴드갭(EBG) 구조(421)를 포함하고, 상기 EBG 구조는 또한 적어도 하나의 제1 도파관으로부터 동작 주파수 대역의 전자기 방사가 의도하는 도파 경로를 따르는 방향 이외의 방향으로 전파되는 것을 방지하도록 배치되고,
제1 도전 층(411) 및 제2 도전 층(412)은 각각이 변형가능 테일(102)을 포함하는 하나 또는 그 이상의 고정 부재(101)로 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 디바이스.
제18항에 있어서, 상기 마이크로파 디바이스는 도파관, 전송 라인, 도파관 회로, 전송 라인 회로 및 안테나 시스템의 무선 주파수 파트 중 임의의 것인 것을 특징으로 하는 마이크로파 디바이스.
제18항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 고정 부재(101)는 제1 도전 층(411) 위에 통합되어 바람직하게는 모놀리식으로 형성되고, 그 고정 부재의 테일은 제2 도전 층(412) 위의 정합 홀 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 디바이스.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 고정 부재의 테일은 스테이킹에 의해 변형되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 디바이스.
제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 고정 부재는 솔리드 리벳, 블라인드 리벳, 반관형 리벳 및 셀프-피어싱 리벳 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로파 디바이스.
제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, EBG 구조(421)는 돌출 요소(422)의 반복 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 디바이스.
제23항에 있어서, 돌출 요소(422)는 제1 도전 층(411)과 제2 도전 층(412) 중 임의의 층 위에 모놀리식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 디바이스.
제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 도전 층(411)과 제2 도전 층(412) 중 임의의 층은 적어도 하나의 도파관 리지(423)를 포함하여, 제1 도전 층(411)과 제2 도전 층(412) 중간에 적어도 하나의 제1 리지 갭 도파관을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 디바이스.
마이크로파 디바이스(400) 제조 방법으로,
전자기 밴드갭(EBG) 구조(421)를 구비하는 제1 도전 층(411)을 제공하는 단계(S1);
상기 제1 도전 층(411) 위에 제2 도전 층(412)을 제공하여, EBG 구조(421)를 둘러싸고, 제1 도전 층(411)과 제2 도전 층(412) 중간에 적어도 하나의 제1 도파관을 형성하는 제2 도전 층(412) 제공 단계(S2)로, 상기 EBG 구조(421)는 적어도 하나의 제1 도파관으로부터 동작 주파수 대역의 전자기 방사가 의도하는 도파 경로를 따르는 방향 이외의 방향으로 전파되는 것을 방지하는, 제2 도전 층(412) 제공 단계(S2); 및
각각이 변형가능 테일(102)을 포함하는 하나 또는 그 이상의 고정 부재(101)로 제1 도전 층(411)과 제2 도전 층(412)을 함께 부착시키는 단계(S3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 디바이스 제조 방법.
제26항에 있어서, 마이크로파 디바이스(400)는 도파관, 전송 라인, 도파관 회로, 전송 라인 회로 및 안테나 시스템의 무선 주파수 파트 중 임의의 것인 것을 특징으로 하는 마이크로파 디바이스 제조 방법.