KR20230048359A

KR20230048359A - 안테나 어레이

Info

Publication number: KR20230048359A
Application number: KR1020237007477A
Authority: KR
Inventors: 헨리 카코넨; 라우리나호 유하 알라; 빌레 비카리
Original assignee: 사브 에이비
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2023-04-11
Also published as: SE543889C2; US20240014566A1; IL300719A; WO2022045946A1; SE2000147A1; AU2021333141A1; EP4205236A1

Abstract

본 발명은 기판(3) 상에 장착된 일체형 안테나 소자 구조(2)를 포함하는 안테나 어레이(1)에 관한 것이다. 일체형 안테나 소자 구조(2)는 제1 안테나 소자 세트와 제2 안테나 소자 세트(7)를 포함한다. 각각의 안테나 소자(7)는 제1 바디(9) 및 인접한 제2 바디(10)를 포함한다. 제2 바디(10)는 제1 레그(15) 및 제2 레그(16)로 분기되며, 트랜지션 핀(17)이 상기 제1 레그(15)와 일체형 부분을 형성한다. 제1 및 제2 안테나 소자 세트(7)는 각각의 인접한 안테나 소자(7)의 제1 바디(9) 및 제2 바디(10)가 공통의 테이퍼형 구조(19)를 형성하도록 배열된다.

Description

안테나 어레이

본 발명은 기판 상에 실장된 일체형 안테나 소자 구조를 포함하는 안테나 어레이에 관한 것이다. 본 개시는 또한 안테나 어레이를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

무선 주파수 필드를 교류로 변환하거나 교류를 무선 주파수에서 전파하는 전파로 변환하는 데 사용되는 안테나가 당업계에 알려져 있다. 2개 이상의 안테나 소자 세트를 갖는 안테나 어레이는 단일 안테나의 성능보다 향상된 성능을 달성하기 위해 안테나 어레이로부터의 신호를 결합하거나 처리하기 위해 다양한 애플리케이션에서 일반적으로 사용된다. 예를 들어, 이런 안테나 어레이는 방사 패턴을 원하는 커버리지 영역에 일치시키고 방사 패턴을 변경하고 변화하는 신호 조건에 적응할 수 있으며 일부 구성은 넓은 대역폭을 커버할 수 있다. 안테나 어레이는 방사 패턴과 시스템의 안테나 소자 유형으로 설명될 수 있다.

일반적인 유형의 안테나 어레이는 바발디(Vivaldi) 안테나 어레이로, 테이퍼형 슬롯 또는 플레어형 노치 안테나 어레이라고도 한다. 통상, 비발디 안테나 어레이는 일반적으로 테이퍼형 노치에서 한 방향으로 넓어지는 슬롯 라인에서 시작하는 방사 부분을 가지고 있다. 비발디 안테나 어레이는 대게 각 Vivaldi 소자가 별도의 무선 주파수(RF) 커넥터를 통해 공급되도록 설계된다. 이러한 유형의 설계는 최대 21GHz까지의 주파수에 적용될 수 있다. 그러나, 21GHz 이상의 주파수와 같은 더 높은 주파수의 경우, 안테나 어레이의 소자 간 거리가 줄어들어 각 안테나 소자 아래의 RF 커넥터가 안테나 소자보다 크기가 더 커지게 된다. 이로 인해 RF 커넥터가 안테나 어레이의 전자 장치와 안테나 소자 사이의 소자 간 거리를 제한할 수 있다. 반파장보다 큰 소자 간 거리로 인해 빔 조정 방향에 따라 격자 로브가 출현할 수 있다.

결과적으로, 더 높은 주파수에서, 비발디 안테나 어레이는 제조하기가 점점 더 복잡해진다. 또한, 더 높은 주파수용으로 설계된 커넥터는 더 낮은 주파수용으로 조정된 RF 커넥터보다 더 비싸다. 그 결과, 특히 대량의 안테나 소자를 갖는 비발디 안테나 어레이의 경우, 더 높은 주파수에 적합한 안테나 어레이의 제조 및 어셈블리 비용이 상당할 수 있다.

따라서, 현재 기술의 비발디 안테나 어레이는 이전 방안에 비해 설계, 어셈블리 및 제조가 단순하면서 개선된 비발디 안테나 어레이를 제공하는 영역을 탐색할 여지가 있다. 보다 구체적으로, 비용 효율적이고 단순화된 제조 및 어셈블리를 갖는 더 높은 주파수용으로 개선된 비발디 안테나 어레이가 현재 기술에서 필요하다.

현재 알려진 일부 방안이 일부 상황에서 잘 작동하더라도, 비발디 안테나 어레이의 비용 효율성, 어셈블리 및 제조 개선과 관련된 요건을 충족하는 안테나 어레이를 제공하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 목적은 안테나 어레이, 안테나 어레이를 제조하는 방법, 상기의 결함 및 단점 중 하나 이상을 완화, 경감 또는 제거하기 위한 이러한 안테나 어레이를 포함하는 기지국 및 차량을 제공하는 것이다.

이 목적은 안테나 어레이, 안테나 어레이 제조 방법, 청구범위에 정의된 바와 같은 그러한 안테나 어레이를 포함하는 차량 및 기지국에 의해 달성된다.

본 발명은 안테나 소자, 안테나 접지면 및 트랜지션 핀이 모두 한 피스로 일체형으로 된 일체형 안테나 소자 구조를 갖는 안테나 어레이를 제공함으로써 비용 효율성, 제조, 전기 및 열적 특성 및 어셈블리 면에서 여러 가지 이점이 쉽게 사용될 수 있다는 통찰력에 적어도 부분적으로 기초한다. 본 개시에 따르면, 청구항 1에 따른 안테나 어레이 및 청구항 15에 따른 안테나 어레이를 제조하는 방법이 제공된다.

본 개시는 기판 상에 실장된 일체형 안테나 소자 구조를 포함하는 안테나 어레이를 제공한다. 일체형 안테나 소자 구조는 제1 및 제2 대향 표면을 갖는 안테나 접지면을 포함한다. 일체형 안테나 소자 구조는 적어도 제1 및 제2 행에 배열된 제1 안테나 소자 세트와 적어도 제1 및 제2 열에 배열된 제2 안테나 소자 세트를 더 포함한다. 안테나 소자는 안테나 접지면의 제1 표면에서 수직으로 연장된다. 각각의 안테나 소자는 제1 바디 및 제1 및 제2 바디의 테이퍼형 상부 중간에 방사 슬롯을 형성하며 하부 부분으로부터 테이퍼형 상부 부분으로 연장되는 인접한 제2 바디를 포함한다. 또한, 제1 바디의 하부의 제1 단부는 안테나 접지면의 제1 표면과 공통의 일체형 부분을 형성하고, 제2 바디의 하부는 제1 레그 및 제1 레그 단부와 제2 레그 단부를 갖는 제2 레그로 분기된다. 또한, 트랜지션 핀은 상기 접지면의 통로를 통해 적어도 부분적으로 상기 제1 레그 단부로부터 연장되는 상기 제1 레그와 일체형 부분을 형성하고, 제2 레그 단부는 안테나 접지면의 제1 표면과 일체형이다. 제1 안테나 소자 세트는 각각의 인접한 안테나 소자의 제1 바디 및 제2 바디가 공통의 테이퍼형 구조를 형성하도록 배열되고, 제2 안테나 소자 세트는 각각의 인접한 안테나 소자의 제1 바디 및 제2 바디가 공통의 테이퍼형 구조를 형성하도록 배열된다.

안테나 어레이의 이점은 안테나 소자 구조가 일체형이며 트랜지션 핀, 접지면 및 안테나 소자를 포함하는 단일 피스를 형성한다는 것이다. 따라서, 안테나 어레이의 제조 및 어셈블리가 단순화된다. 안테나 어레이는 투 피스, 즉 안테나 소자 구조와 기판을 함께 실장하여 제조 및 어셈블리할 수 있다. 또한, 안테나 어레이가 커넥터 대신 트랜지션 핀을 포함하기 때문에, 안테나 어레이는 각 안테나 소자 뒤에 별도의 커넥터를 포함하는 이전 방안에 비해 보다 편리한 방식으로 Ka-band 및 mmWave 주파수에 적용할 수 있다. 이전 방안이 18GHz 이상의 주파수에 적용되는 경우, 커넥터는 안테나 소자보다 크기가 더 커질 수 있으므로, 소자 간 거리가 제한되어, 인접한 소자 사이의 반파 분리가 더 커질 수 있어 격자 로브가 추가로 발생할 수 있다. 커넥터 대신 일체형 트랜지션 핀이 있는 안테나 어레이를 제공함으로써, 위의 결함이 해결되고 무게 감소와 같은 다른 이점이 제공된다. 또한, 트랜지션 핀은 커넥터보다 저렴한다. 더욱이, 본 발명에 따른 안테나 어레이는 이전 방안에 비해 보다 컴팩트한 구조를 제공한다.

기술된 일체형 구조는 또한 더 나은 전기적 및 열적 성능으로 이어질 수 있다. 별도의 커넥터와 케이블은 일반적으로 손실이 많다. 안테나 소자와 트랜시버 사이의 추가 손실은 전력 소비를 증가시키고 효율성을 감소시키며 감도와 출력 전력을 감소시킨다. 트랜시버는 기술된 방안의 안테나 소자 바로 근처에 있을 수 있다. 이 구조는 안테나와 트랜시버 사이의 RF 손실을 최소화한다.

액티브 전자 장치, 특히 전력 증폭기는 작동 중에 상당한 양의 열을 발생시킨다. 과열을 방지하려면. 과도한 열을 발산해야 한다. 위에서 설명한 일체형 방안에서, 안테나 블록은 액티브 전자 장치가 통합된 인쇄회로기판에 기계적으로 연결된다. 안테나 블록은 우수한 열전도체로 알려진 금속으로 제작할 수 있다. 이 금속 구조는 넓은 접촉 면적으로 인해 인쇄회로기판에 대한 우수한 열적 연결을 가질 수 있으며 구조는 액티브 전자 장치에서 멀리 열을 전도할 수 있다. 안테나 어레이의 레그는 본질적으로 열 라디에이터로 작동하여 구조를 냉각시킨다.

본 발명에 따른 안테나 어레이는 비발디 안테나 어레이 또는 플레어 노치 안테나 어레이 또는 테이퍼형 슬롯 안테나 어레이일 수 있다.

제1 소자 세트의 공통의 테이퍼형 구조의 제1 바디 및 제2 바디는 제2 소자 세트의 대응하는 공통의 테이퍼형 구조와 수직으로 결합될 수 있다. 결과적으로, 제1 소자 세트의 공통의 테이퍼형 구조 및 제2 소자 세트의 대응하는 공통의 테이퍼형 구조는 안테나 소자가 상기 제1 표면 상에 격자형 구조를 형성하도록 십자형을 형성할 수 있다. 이러한 유형의 구조는 안테나 어레이가 훨씬 더 콤팩트한 구조를 달성하게 한다.

또한, 제1 바디 및 제2 바디는 내측부 및 외측부를 포함하며, 상기 외측부는 수직으로 연장될 수 있다. 또한, 방사 슬롯은 안테나 접지면의 제1 표면을 향해 구굴곡부에 연장될 수 있다.

굴곡부는 접지면의 통로로 연장될 수 있다. 이 구조는 안테나 어레이의 구조를 단순화하여 더욱 단순화된 제조를 가능하게 한다. 굴곡부는 통로로 연장되기 때문에, 안테나 어레이의 제조 동안 굴곡부와 통로가 적어도 부분적으로 동시에 형성될 수 있도록 하는 통로의 일부를 형성할 수 있다.

또한, 제2 바디의 제1 레그와 제2 레그 사이 중간에 공동이 형성될 수 있다. 공동은 안테나 접지면의 제1 표면으로부터 수직으로 테이퍼진 방식으로 연장되어 화살표 모양을 형성할 수 있다.

또한, 기판은 전기 전도성 패턴을 포함할 수 있으며, 상기 기판의 제1 표면은 복수의 급전 패드를 포함하고, 각각의 급전 패드는 대응하는 트랜지션 핀에 급전하도록 배열된다. 이것의 이점은 안테나 소자 구조가 기판에 직접 장착될 수 있다는 것이다. 또한, 그러한 기판은 대응하는 안테나 소자 구조에 적응하기에 편리하다.

기판은 기판의 제1 표면 아래의 층으로부터 급전 패드로 신호를 전달하도록 배열된 비아인 적어도 하나의 수직 인터커넥트 액세스를 포함할 수 있어, 기판의 부피를 최대한 활용할 수 있다. 기판은 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다.

안테나 어레이는 21GHz 내지 50GHz 범위의 주파수에서 무선 신호를 송수신하도록 구성될 수 있다. 커넥터 대신 트랜지션 핀을 가짐으로써, 안테나 어레이의 성능을 방해하지 않고 21GHz 내지 50GHz 범위의 주파수와 같은 더 높은 주파수를 달성할 수 있다.

일체형 안테나 어레이 구조는 금속 구조일 수 있다. 일체형 안테나 소자 구조의 디자인과 결합된 금속 구조를 가짐으로써, 안테나 소자 구조는 유리하게 기판으로부터 과도한 열을 인출할 수 있다. 따라서, 안테나 어레이 및 전자 장치의 과열 위험이 감소한다. 전자 제품은 예를 들어 증폭기, 위상 시프터, 벡터 변조기 등일 수 있다.

통로는 트랜지션 핀을 원주로 둘러쌀 수 있다. 이를 통해 보다 안정적인 구조가 가능하고 트랜지션 핀이 구부러지거나 손상될 위험이 줄어든다.

본 명세서에 개시된 바와 같은 안테나 어레이를 포함하는 차량도 개시되어 있다. 또한, 본 발명에 따른 안테나 어레이를 포함하는 기지국도 개시되어 있다.

또한, 안테나 어레이를 제조하는 방법으로서,

- 제1 및 제2 대향 표면을 갖는 안테나 접지면 및 적어도 하나의 제1 및 제2 행에 배열된 제1 안테나 소자 세트와 적어도 하나의 제1 및 제2 열에 배열된 제2 안테나 소자 세트를 포함하고, 상기 안테나 소자는 상기 제1 표면으로부터 수직으로 연장되며, 각각의 안테나 소자는 제1 바디 및 하부에서 테이퍼형 상부로 연장되는 인접한 제2 바디를 포함하고, 제1 및 제2 바디의 테이퍼형 상부 중간에 방사 슬롯을 형성하는, 일체형 안테나 소자 구조를 형성하는 단계; 및

- 일체형 안테나 소자 구조를 기판에 장착하는 단계를 포함하고,

제1 바디의 하부의 제1 단부는 안테나 접지면의 제1 표면과 공통의 일체형 부분을 형성하고, 제2 바디의 하부는 제1 레그 단부와 제2 레그 단부를 갖는 제1 레그와 제2 레그로 분기되며; 트랜지션 핀은 상기 접지면의 통로를 통해 적어도 부분적으로 상기 제1 레그 단부로부터 연장되는 상기 제1 레그와 일체형 부분을 형성하고, 상기 제2 레그 단부는 안테나 접지면의 제1 표면과 통합되며; 제1 안테나 소자 세트는 각각의 인접한 안테나 소자의 제1 바디 및 제2 바디가 공통의 테이퍼형 구조를 형성하도록 배열되고, 제2 안테나 소자 세트는 각각의 인접한 안테나 소자의 제1 바디 및 제2 바디가 공통의 테이퍼형 구조를 형성하도록 배열되는 방법이 개시되어 있다.

이 방법의 이점은 안테나 소자 구조를 형성하는 단계와 안테나 소자 구조를 기판에 장착하는 단계의 두 가지 주요 단계만 필요하다는 것이다. 안테나 접지면, 트랜지션 핀 및 소자가 모두 안테나 소자 구조와 일체형이므로, 안테나 어레이 제조 시간이 크게 단축되고 단순화된다.

일체형 안테나 소자 구조는 적층 제조 또는 기계 가공에 의해 형성될 수 있다.

일체형 안테나 소자는 솔더링, 접착제 또는 나사에 의해 상기 기판 상에 장착될 수 있다.

본 발명의 내용에 포함됨.

본 개시내용의 실시예의 추가 목적, 특징 및 장점은 첨부도면을 참조한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 어레이의 측면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 어레이의 실재 도면을 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 어레이의 평면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 소자의 측면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판의 제1 측면의 도면을 도시한다.
도 6은 안테나 소자 구조 및 기판을 바닥에서 본 본 발명의 실시예에 따른 분해된 안테나 어레이의 실재 도면을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 어레이를 포함하는 차량을 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 어레이를 포함하는 기지국을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 어레이를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다.

다음의 상세한 설명에서, 본 발명의 몇몇 실시예를 설명할 것이다. 그러나, 다른 실시예의 특징은 다른 어떤 것을 구체적으로 명시하지 않는 한 실시예 간에 교환 가능하고 다른 방식으로 조합될 수 있음을 이해해야 한다. 이하의 설명에서 제공된 안테나 어레이, 안테나 어레이를 제조하는 방법, 이러한 안테나 어레이를 포함하는 기지국 및 차량의 보다 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 제시되지만, 이는 이러한 세부사항 없이도 안테나 어레이 및 안테나 어레이를 제조하는 방법을 실현할 수 있음을 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우에서, 잘 알려진 구성 또는 기능은 본 발명을 모호하게 하지 않게 하기위해 상세히 설명하지 않는다.

예시적인 실시예에 대한 이하의 설명에서, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.

"어레이 안테나" 또는 "안테나 소자 어레이" 또는 "안테나 어레이"라는 용어는 단일 안테나로 함께 작동하는 여러 개의 연결된 안테나 세트를 나타낸다. 본 명세서에서 "안테나 어레이"라는 용어는 적어도 2개의 안테나 소자를 말한다. "RF"라는 용어는 주파수를 갖는 전자기파인 무선 주파수를 말한다. 안테나 어레이는 급전 시스템에 연결될 수 있다.

"커넥터" 또는 "RF 커넥터"라는 용어는 예를 들어 적어도 두 지점 사이에서 무선 주파수 신호를 전송하는 동축 케이블을 연결할 수 있는 별도의 부품을 말한다.

"방사 슬롯"이라는 용어는 공동으로부터 전자파가 안테나 소자로부터 방출되도록 안내하는 안테나 소자 내의 공동을 말한다. 공동은 공기로 채워질 수 있다.

"기판"이라는 용어는 전기 전도성 트랙과 같은 전기 전도성 패턴을 포함할 수 있는 비전도성 또는 유전체 기판을 말한다. 기판은 기판의 상이한 층 위, 아래 또는 사이에 적층된 비아 및 패드를 더 포함할 수 있다. 이는 증폭기, 스위치 및 DC 회로와 같은 전기 부품을 더 포함할 수 있다.

"일체형"이라는 용어는 단일 재료로 만들어진 하나의 또는 단일 피스 구조를 말하며 예를 들어 여러 피스들을 함께 용접, 솔더링 또는 접착함으로써 형성된 구조를 포함하지 않는다. 따라서, "안테나 소자 일체형 구조"라는 용어는 안테나 소자 구조가 모놀리스 구조임을 의미한다. 따라서, "일체형"이라는 용어는 "모놀리스"라는 용어와 상호 교환될 수 있다.

도 1은 기판(3) 상에 장착된 일체형 안테나 소자 구조(2)를 포함하는 안테나 어레이(1)의 측면도를 도시한다. 일체형 안테나 소자 구조(2)는 제1 및 제2 대향 표면(5, 6)을 갖는 안테나 접지면(4), 적어도 하나의 제1 및 제2 행(미도시, 도 2-3 참조)에 배열된 제1 안테나 소자 세트(7) 및 적어도 하나의 제1 및 제2 열(미도시, 도 2-3 참조)에 배열된 제2 안테나 소자(7)를 포함하고, 상기 안테나 소자(7)는 상기 제1 표면(5)으로부터 수직으로 연장되어 있다. 각각의 안테나 소자(7)는 제1 바디(9) 및 하부(11)로부터 테이퍼형 상부(12)로 연장되는 인접한 제2 바디(10)를 포함하고, 제1 및 제2 바디(9, 10)의 상기 테이퍼형 상부(12) 중간에 방사 슬롯(13)을 형성한다. 제1 바디(9)의 하부(11)의 제1 단부(14)는 안테나 접지면(4)의 제1 표면(5)과 공통의 일체형 부분을 형성하고, 제2 바디(10)의 하부(11)는 제1 레그 단부(15')와 제2 레그 단부(16')를 갖는 제1 레그(15)와 제2 레그(16)로 분기된다. 또한, 트랜지션 핀(17)이 상기 접지면(4)의 통로(미도시, 도 4의 참조번호 18 참조)를 통해 적어도 부분적으로 상기 제1 레그 단부(15')로부터 연장되는 상기 제1 레그(15)와 일체형 부분을 형성하고, 상기 제2 레그 단부(16')는 안테나 접지면(4)의 제1 표면(5)과 통합된다. 제1 안테나 소자 세트(7)는 각각의 인접한 안테나 소자(7)의 제1 바디(9) 및 제2 바디(10)가 공통의 테이퍼형 구조(19)를 형성하도록 배열된다. 제2 안테나 소자 세트(7)는 각각의 인접한 안테나 소자(7)의 제1 바디(9) 및 제2 바디(10)가 공통의 테이퍼형 구조(19)를 형성하도록 배열된다.

도 1에 도시된 안테나 어레이(1)는 2 피스로 구성된다. 일체형 안테나 소자 구조(2)는 기판(3)에 장착된 단일 피스의 재료로 제조되어, 안테나 어레이(1)의 저렴하고 빠른 어셈블리 및 제조를 가능하게 한다. 상세하게는, 안테나 소자, 안테나 접지면(4) 및 트랜지션 핀 모두가 기판(3)에 장착되는 공통 일체형 부품을 형성하므로, 적은 양의 부품을 갖는 안테나 어레이(1)를 갖는다.

도 1은 3개의 인접한 안테나 소자(7)를 도시한다. 도 1의 참조 부호 'A'는 제1 바디(9) 및 인접한 제2 바디(10)를 갖는 안테나 소자(7)를 도시한다. 도 1에서 추가로 볼 수 있는 바와 같이, 안테나 소자(7'A')는 안테나 소자(7'B')에 인접하며, 안테나 소자(7'A')의 제1 바디(9)는 안테나 소자(7'B')의 제2 바디(10)와 공통의 테이퍼형 구조(19)를 형성한다. 공통의 테이퍼형 구조(19)는 화살표형 구조를 형성한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 각 안테나 소자의 방사 슬롯(13)이 안테나 소자(7)의 상부(12)에 위치되고 안테나 소자(7)의 제1 바디(9)와 제2 바디(10) 사이의 (상부(12)에서 하부(11) 쪽으로) 테이퍼진 갭에 의해 정의된다. 각각의 방사 슬롯(13)은 도 1에서 V자형을 형성한다. 그러나, 방사 슬롯(13)은 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 방사 슬롯(13)은 연속적으로 테이퍼링(도시)되거나 단계적으로 테이퍼링(미도시)될 수 있다. 도 1에서, 방사 슬롯(13)은 공기가 채워진 슬롯이지만, 일부 실시예에 따르면, 방사 슬롯(13)은 유전체로 채워질 수 있다.

도 1에 더 도시된 바와 같이, 트랜지션 핀(17)은 각각의 안테나 소자(7)의 제1 레그 단부(15')로부터 연장된다. 트랜지션 핀(17)은 각 안테나 소자(7)에 급전하도록 배열된 동축 중심 핀일 수 있다. 도 1의 트랜지션 핀(17)이 안테나 소자(7) 아래로부터 직각으로 안테나 소자(7)에 급전한다. 그러나, 다른 급전 배열도 가능하다. 도 1의 제1 레그 단부(15')와 제2 레그 단부(16')는 안테나 접지면(4)의 제1 표면(5)으로부터 서로 다른 거리를 갖는다. 그러나, 몇몇 실시예에 따르면, 제1 레그 단부(15')와 제2 레그 단부(16')는 제1 측면(5)까지 동일한 거리를 갖는다. 트랜지션 핀(17)은 안테나 어레이(1)의 커넥터에 대한 필요성을 대체하여 상당히 단순화되고 저렴한 어셈블리를 가능하게 한다. 트랜지션 핀(17)은 기판(3)의 제2 표면(6)까지 연장될 수 있거나 기판(3)의 제2 표면(6)보다 더 길게 연장되어 기판(3)의 제2 표면(6)으로부터 돌출될 수 있다. 기판(3)은 각 트랜지션 핀(17)을 통해 안테나 소자(7)에 급전하는 전기 회로를 포함할 수 있다. 안테나 소자(7)와 통합된 트랜지션 핀(17)을 가짐으로써, 안테나 어레이(1)는 콤팩트한 구조를 형성한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(3)과 안테나 접지면(4) 중간에 보조 부품이 없다.

도 2는 안테나 어레이(1)의 실재 도면을 도시한다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 안테나 소자(7)는 복수의 행(R) 및 복수의 열(C)로 배열된다. 안테나 소자 구조(2)는 기판(3)에 장착되는 원피스 일체형 구조임을 도 2에서 또한 알 수 있다.

도 2 및 도 3은 제1 소자 세트(7)의 공통의 테이퍼형 구조(19)와 제2 소자 세트(7)의 대응하는 공통의 테이퍼형 구조(19)가 교차를 형성하도록 (도 1에 도시된 바와 같이) 제1 소자 세트(7)의 공통의 테이퍼형 구조(19)의 제1 바디 및 제2 바디가 제2 소자 세트(7)의 대응하는 공통의 테이퍼형 구조(19)와 수직으로 결합되는 것을 보여준다. 따라서, 제1 소자 세트(7)는 안테나 어레이(1)에서 행(R)을 형성하는 소자를 말하고, 제2 소자 세트(7)는 안테나 어레이(1)에서 열(M)을 형성하는 소자를 말한다.

도 3은 안테나 소자(7)가 안테나 접지면(4)의 제1 표면(5) 상에 그리드형 구조를 형성하는 것을 도시하는 안테나 어레이(1)의 평면도를 도시한다. 따라서, 각각의 '교차' 모양은 2개의 직각으로 결합된 공통의 테이퍼형 구조(19)를 포함한다(공통의 테이퍼형 구조가 도 1에 도시되어 있다).

도 4는 도 1에서 'A'로 표시된 안테나 소자(7)의 절단부와 같은 단일 안테나 소자(7)의 측면도를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 트랜지션 핀은 제1 레그 단부(15')로부터 안테나 접지면(4)의 제2 표면(5)으로 연장된다. 또한, 제1 바디(9)와 제2 바디(10)는 내측부(20)와 외측부(21)를 포함하고, 상기 외측부(21)는 수직으로 연장된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각 안테나 소자(7)의 외측부(21)는 안테나 접지면(4)의 제1 표면(5)에 수직으로 연장된다. 또한, 제1 바디(9)와 제2 바디(10)의 내측부(20)의 상부(12)가 테이퍼식으로 확장된다. 그러나, 제1 바디(9)의 하부(11)의 내측부(20)가 안테나 접지면(4)의 제1 표면(5)으로부터 상부(12)를 향해 플레어 식으로 연장된다. 따라서, 제2 바디(10)의 하부(11)의 내측부(20)가 제1 바디(9))의 내측부(20)에 비해 거울처럼, 즉 안쪽으로 만곡된 방식으로 연장된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 트랜지션 핀(17)은 통로(18) 내로 연장된다. 통로(18)는 제1 표면(5)으로부터 제2 표면(6)으로 연장되는 접지면(4) 내에 위치하고, 트랜지션 핀(17)이 기판(3)으로부터 공급되도록 배열되게 트랜지션 핀(17)이 연장되도록 한다.

또한, 도 4에는 방사 슬롯(13)이 안테나 접지면(4)의 제1 표면(5)을 향하여 굴곡부(22)로 연장되는 것이 도시되어 있다. 굴곡부(22)의 형상은 안테나 소자(7)의 제1 바디(9)와 제2 바디(10) 사이의 거리와 안테나 소자(7)의 제1 바디(9)와 제2 바디(10)의 내측부(21)의 형태에 의해 정의된다. 굴곡부는 안테나 소자(7)의 하부(11) 내에 위치하고 안테나 소자(7)의 상부(12)에 방사 슬롯(13)을 형성하도록 위로 연장된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 굴곡부(22)는 상기 통로(18)로 연장된다. 그러나, 일부 실시예에 따르면, 굴곡부(22)는 안테나 접지면(4)의 제1 표면(5)까지만 연장된다.

또한, 제2 바디(10)의 제1 레그(15)와 제2 레그(16) 사이에는 공동(23)이 형성된다. 공동(23)의 형상은 임의로 형성될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 공동(23)은 통로(18) 내로 연장될 수 있다. 공동은 제2 바디(10)의 제1 레그(15)와 제2 레그(16)의 형태 및 제1 레그(15)와 제2 레그(16) 사이의 거리에 의해 정의된다.

도 5는 기판(3)의 제1 면(3')을 도시한다. 기판(3)은 전기 전도성 패턴(미도시)을 포함할 수 있으며, 기판의 제1 표면(3')은 복수의 급전 패드(23)를 포함하고, 각각의 급전 패드(23)는 해당 트랜지션 핀(17)에 공급하도록 배열된다.

기판(3)은 기판(3)의 제1 표면(3') 아래 층으로부터 급전 패드(23)로 신호를 전달하도록 배열된 비아(미도시)인 적어도 하나의 수직 인터커넥트 액세스를 포함한다. 따라서, 기판(3)은 전기 전도성 패턴이 있는 복수의 신호층을 가질 수 있다. 비아는 피딩 패드(23)의 중간에서 아래층으로 연결될 수 있다. "비아"라는 용어는 기판(3)을 관통하는 홀에 의해 전기적으로 연결된 기판(3)의 상이한 층의 대응하는 위치에 있는 2개의 패드를 말한다. 따라서, 각각의 급전 패드(23)는 대응하는 추가 패드(미도시)에 연결될 수 있고, 추가 패드는 제1 표면(3') 아래 기판의 다른 층에 위치된다. 급전 패드(23) 및 각각의 추가 패드는 전기 도금에 의해 전도성이 되는 홀에 의해 연결될 수 있고, 홀은 급전 패드(23)의 중간에 위치될 수 있다. 기판의 비아는 관통 홀 비아, 블라인드 비아, 베리드 비아 또는 기타 유형의 비아과 같이 다른 유형일 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 공급 패드(23)는 공급 패드(23)로부터 멀리 기판(3)의 다른 층에 연결된 비아를 이동시키는 마이크로-스트립(26)에 연결될 수 있다. 따라서, 비아는 마이크로 스트립(26)의 단부로부터 기판(3)의 또 다른 층으로 연장될 수 있다.

도 1, 2, 5 및 6에 도시된 기판(3)은 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다. 따라서, PCB는 안테나 소자(7)와 전자 장치 사이의 상호 인터커넥트일 수 있다.

도 6은 안테나 어레이(1)의 분해도를 도시한다. 일체형 안테나 소자 구조(2)는 안테나 접지면(4)의 제2 표면(6)에서 본 것이다. 각 안테나 소자(7)의 굴곡부(22)가 안테나 소자 구조(2)의 통로(18)로 연장되는 것이 도 6에 도시되어 있고, 이 설계로 제조가 단순화되고 빨라진다. 또한, 트랜지션 핀(17)이 제1 레그 단부(15')로부터 안테나 접지면(4)의 제2 표면(6)으로 연장되는 것이 도 6에 도시되어 있다. 각 트랜지션 핀(17)은 대응하는 급전 패드(23)에 결합되도록 배열된다(도 5 참조). 급전 패드(23)는 안테나 접지면(4)의 통로(18) 내로 부분적으로 연장되도록 기판(3)의 제1 표면(3')으로부터 돌출할 수 있어, 도 6에 도시된 것보다 더 짧은 트랜지션 핀(17)을 허용한다. 트랜지션 핀(17)은 도 6에 표시된 것보다 길 수 있다.

도 6에 추가로 도시된 바와 같이, 통로(18)는 트랜지션 핀(17)을 원주방향으로 둘러쌀 수 있다. 이로 인해 안테나 어레이(1) 구조가 보다 컴팩트해지고 또한 트랜지션 핀(17)이 손상될 위험이 적다.

본 명세서에 개시된 안테나 어레이(1)는 21GHz 내지 50GHz 범위의 주파수에서 무선 신호를 송수신하도록 구성될 수 있다. 기판(3)에 장착된 일체형 안테나 소자 구조(2)를 갖는 본 명세서에 개시된 안테나 어레이(1)는 안테나 어레이(7)의 소자간 간격을 제한하거나 안테나 어레이(1)의 가격을 상승시키는 커넥터가 필요하지 않기 때문에 21GHz 및 50GHz의 주파수 범위에서 무선 신호를 유리하게 송수신할 수 있다.

안테나 어레이(1)는 각각의 행/열에서 인접한 안테나 소자(7) 사이에 반파장 분리를 가질 수 있다. 또한, 안테나 어레이(1)는 이중 편파 안테나 어레이(1)일 수 있다.

일체형 안테나 소자 구조체(2)는 금속 구조체일 수 있다. 이는 안테나 소자 구조(2)의 통합 설계와 결합되어 일체형 안테나 소자 구조(2)가 기판(3)으로부터 과도한 열을 인출하는 이점을 제공할 수 있다.

도 7은 본 명세서에 개시된 바와 같은 안테나 어레이(1)를 포함하는 차량(24)을 개략적으로 예시한다. 차량(24)은 항공기, 선박 또는 지상 차량일 수 있다.

도 8은 안테나 어레이(1)를 포함하는 기지국(25)을 개략적으로 도시한다.

일부 실시예에 따르면, 안테나 어레이(1)는 레이더 시스템에 배열된다.

도 9는 안테나 어레이를 제조하는 방법(100)의 흐름도를 도시한다. 상기 방법(100)은 2개의 단계를 포함하며, 제1 단계는:

- 제1 및 제2 대향 표면을 갖는 안테나 접지면 및 적어도 하나의 제1 및 제2 행에 배열된 제1 안테나 소자 세트와 적어도 하나의 제1 및 제2 열에 배열된 제2 안테나 소자 세트를 포함하는 일체형 안테나 소자 구조를 형성하는 단계(101)를 포함한다. 안테나 소자는 상기 제1 표면으로부터 수직으로 연장되며, 각각의 안테나 소자는 제1 바디 및 하부에서 테이퍼형 상부로 연장되는 인접한 제2 바디를 포함하고, 제1 및 제2 바디의 테이퍼형 상부 중간에 방사 슬롯을 형성하며, 제1 바디의 하부의 제1 단부는 안테나 접지면의 제1 표면과 공통의 일체형 부분을 형성한다. 또한, 제2 바디의 하부는 제1 레그 단부와 제2 레그 단부를 갖는 제1 레그와 제2 레그로 분기되며, 트랜지션 핀은 상기 접지면의 통로를 통해 적어도 부분적으로 상기 제1 레그 단부로부터 연장되는 상기 제1 레그와 일체형 부분을 형성하고, 상기 제2 레그 단부는 안테나 접지면의 제1 표면과 통합된다. 제1 안테나 소자 세트는 각각의 인접한 안테나 소자의 제1 바디 및 제2 바디가 공통의 테이퍼형 구조를 형성하도록 배열되고, 제2 안테나 소자 세트는 각각의 인접한 안테나 소자의 제1 바디 및 제2 바디가 공통의 테이퍼형 구조를 형성하도록 배열된다.

상기 방법(100)은:

- 일체형 안테나 소자 구조를 기판에 장착하는 단계(102)를 제2 단계를 더 포함한다.

일체형 안테나 소자 구조(2)는 기계 가공 또는 적층 제조에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 기계 가공을 위한 밀링 머신이나 적층 가공을 위한 3D 프린터와 같은 단일 제조 장비가 일체형 안테나 소자 구조체(2)를 형성할 수 있다. 결과적으로, 안테나 소자 구조(2)를 저렴하고 빠르게 제조할 수 있다. 또한, 3D 모델 데이터 및 재료 공급이 일체형 안테나 소자 구조(2)의 제조를 위한 유일한 요구사항일 수 있기 때문에 안테나 소자 구조의 설계(2)가 (예를 들어 PCB에 적응시키기 위해) 유리하게 수정될 수 있다. 또한, 일체형 안테나 소자(2)는 솔더링, 접착제, 나사 또는 임의의 다른 적합한 방법에 의해 상기 기판(3) 상에 장착될 수 있다.

Claims

기판(3) 상에 실장된 일체형 안테나 소자 구조(2)를 포함하는 안테나 어레이(1)로서,
일체형 안테나 소자 구조(2)는 제1 및 제2 대향 표면(5, 6)을 갖는 안테나 접지면(4) 및 적어도 하나의 제1 및 제2 행(R)에 배열된 제1 안테나 소자 세트(7)와 적어도 하나의 제1 및 제2 열(C)에 배열된 제2 안테나 소자 세트(7)를 포함하고, 상기 안테나 소자(7)는 상기 제1 표면(5)으로부터 수직으로 연장되며, 각각의 안테나 소자(7)는 제1 바디(9) 및 하부(11)에서 테이퍼형 상부(12)로 연장되는 인접한 제2 바디(10)를 포함하고, 제1 및 제2 바디(9, 10)의 상기 테이퍼형 상부(12) 중간에 방사 슬롯(13)을 형성하며,
제1 바디(9)의 하부(11)의 제1 단부(14)는 안테나 접지면(4)의 제1 표면(5)과 공통의 일체형 부분을 형성하고, 제2 바디(10)의 하부(11)는 제1 레그 단부(15')와 제2 레그 단부(16')를 갖는 제1 레그(15)와 제2 레그(16)로 분기되며,
트랜지션 핀(17)은 상기 접지면(4)의 통로(18)를 통해 적어도 부분적으로 상기 제1 레그 단부(15')로부터 연장되는 상기 제1 레그(15)와 일체형 부분을 형성하고, 상기 제2 레그 단부(16')는 안테나 접지면(4)의 제1 표면(5)과 통합되며,
제1 안테나 소자 세트(7)는 각각의 인접한 안테나 소자(7)의 제1 바디(9) 및 제2 바디(10)가 공통의 테이퍼형 구조(19)를 형성하도록 배열되고,
제2 안테나 소자 세트(7)는 각각의 인접한 안테나 소자(7)의 제1 바디(9) 및 제2 바디(10)가 공통의 테이퍼형 구조(19)를 형성하도록 배열되는 안테나 어레이(1).
제1항에 있어서,
제1 소자 세트(7)의 공통의 테이퍼형 구조(19)의 제1 바디 및 제2 바디가 제2 소자 세트(7)의 대응하는 공통의 테이퍼형 구조(19)와 수직으로 결합되어 제1 소자 세트(7)의 공통의 테이퍼형 구조(19) 및 제2 소자 세트(7)의 대응하는 공통의 테이퍼형 구조(19)가 십자형을 이루어, 그러한 안테나 소자(7)가 상기 제1 표면(5) 상에 격자형 구조를 형성하는 안테나 어레이(1).
제1항 또는 제2항에 있어서,
제1 바디(9)와 제2 바디(10)는 내측부(20)와 외측부(21)를 포함하고, 상기 외측부(21)는 수직으로 연장되는 안테나 어레이(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
방사 슬롯(13)이 안테나 접지면(4)의 제1 표면(5)을 향하여 굴곡부(22)로 연장되는 안테나 어레이(1).
제4항에 있어서,
굴곡부(22)가 상기 통로(18)로 연장되는 안테나 어레이(1).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
제2 바디(10)의 제1 레그(15)와 제2 레그(16) 중간에 공동(23)이 형성되는 안테나 어레이(1).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
기판(3)은 전기 전도성 패턴을 포함하고, 상기 기판의 제1 표면(3')은 복수의 급전 패드(23)를 포함하며, 각각의 급전 패드(23)는 대응하는 트랜지션 핀(17)에 급전하도록 배열되는 안테나 어레이(1).
제6항 또는 제7항에 있어서,
기판(3)은 상기 기판(3)의 제1 표면(3') 아래 층으로부터 급전 패드(23)로 신호를 전달하도록 배열된 비아인 적어도 하나의 수직 인터커넥트 액세스를 포함하는 안테나 어레이(1).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
기판(3)은 인쇄회로기판(PCB)인 안테나 어레이(1).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
안테나 어레이(1)는 21GHz 내지 50GHz 범위의 주파수에서 무선 신호를 송수신하도록 구성되는 안테나 어레이(1).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
일체형 안테나 소자 구조(2)는 금속 구조인 안테나 어레이(1).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
통로(18)가 트랜지션 핀(17)을 원주방향으로 둘러싸는 안테나 어레이(1).
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 안테나 어레이(1)를 포함하는 차량(24).
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 안테나 어레이(1)를 포함하는 기지국(25).
안테나 어레이를 제조하는 방법(100)으로서,
- 제1 및 제2 대향 표면을 갖는 안테나 접지면 및 적어도 하나의 제1 및 제2 행에 배열된 제1 안테나 소자 세트와 적어도 하나의 제1 및 제2 열에 배열된 제2 안테나 소자 세트를 포함하고, 상기 안테나 소자는 상기 제1 표면으로부터 수직으로 연장되며, 각각의 안테나 소자는 제1 바디 및 하부에서 테이퍼형 상부로 연장되는 인접한 제2 바디를 포함하고, 제1 및 제2 바디의 테이퍼형 상부 중간에 방사 슬롯을 형성하는, 일체형 안테나 소자 구조를 형성하는 단계(101); 및
- 일체형 안테나 소자 구조를 기판에 장착하는 단계(102)를 포함하고,
제1 바디의 하부의 제1 단부는 안테나 접지면의 제1 표면과 공통의 일체형 부분을 형성하고, 제2 바디의 하부는 제1 레그 단부와 제2 레그 단부를 갖는 제1 레그와 제2 레그로 분기되며,
트랜지션 핀은 상기 접지면의 통로를 통해 적어도 부분적으로 상기 제1 레그 단부로부터 연장되는 상기 제1 레그와 일체형 부분을 형성하고, 상기 제2 레그 단부는 안테나 접지면의 제1 표면과 통합되며;
제1 안테나 소자 세트는 각각의 인접한 안테나 소자의 제1 바디 및 제2 바디가 공통의 테이퍼형 구조를 형성하도록 배열되고,
제2 안테나 소자 세트는 각각의 인접한 안테나 소자의 제1 바디 및 제2 바디가 공통의 테이퍼형 구조를 형성하도록 배열되는 방법.
제15항에 있어서,
추가 제조 또는 기계 가공을 통해 일체형 안테나 소자 구조가 형성되는 방법.
제15항 또는 제16항에 있어서,
솔더링, 접착제 또는 나사에 의해 상기 기판에 일체형 안테나 소자 구조를 장착하는 방법.