KR100663658B1 - 나선형 안테나 - Google Patents

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 상이한 모드에서 여러 가지 방사 특성으로 전력이 공급될 수 있는 나선형 안테나(1)에 관한 것이다. 이 나선형 안테나(1)는 거의 평행하게 안내된 4개의 도전성 나선형 아암(11, 12, 13, 14)을 포함한다. 상기 나선형 아암(11, 12, 13, 14)들은 각 나선형 아암 내측 단부(5, 6, 7, 8)에서 신호를 공급 및/또는 수신하기 위한 동일 평면상 라인(2)에 연결된다.
나선형 안테나, 나선형 아암, 동일 평면상 라인, 단부

Description

나선형 안테나{Helical antenna}
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 나선형 안테나에 관한 것이다.
아르텍 하우스사에서 1990년에 발표한 책자로서 R.G. Corzine와 J.A. Moskos의 "4-아암 나선형 안테나"에는 4 개의 아암을 갖는 나선형 안테나가 이미 알려져 있다.
독립항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 나선형 안테나는 나선형 아암들이 각각의 나선형 아암 내측 단부에서 신호의 공급 및/또는 수신을 위한 동일 평면상 라인(coplanar line)과 연결되는 장점을 갖는다. 이와 같은 동일 평면상 라인을 사용하게 되면, 예를 들어 나선형 안테나의 입력점에서 위상 위치를 조절하기 위한 또는 공급할 전계(electric field)를 대칭 또는 비대칭시키기 위한 공급 네트워크를 생략할 수 있기 때문에 비용을 절감할 수 있다.
추가 장점으로서, 상기 나선형 안테나는 전방향성 방사 특성(omni-direct radiation characteristic)을 발생시키기 위한 제 1 모드에서뿐만 아니라 나선형 평면에 수직하는 지향성 방사 특성을 발생시키기 위한 제 2 모드에서도 동일 평면상 라인을 사용하여 작동될 수 있다. 이러한 방식으로 상기 나선형 안테나는 다양한 무선 서비스들을 위한 조합형 안테나로서 사용될 수 있다.
이외에도, 종속항에 기재한 조치들에 의해서 독립항에 제시된 나선형 안테나의 바람직한 다른 구조와 개선이 가능하다.
상기 동일 평면상 라인과 나선형 안테나는 여러 가지 캐리어 재료(carrier material)에 제공될 수 있다는 점에서 특히 바람직하다. 또한, 동일 평면상 라인으로부터 나선형 안테나로의 전이는 유전 상수(dielectric constant)의 갑작스런 변화와는 무관하다. 따라서, 상기 나선형 안테나용으로 저유전성 캐리어 재료가 선택될 수 있으며, 이로 인해 우수한 방사 특성이 달성된다. 이와 동시에, 동일 평면상 라인용으로 고유전성 캐리어 재료가 선택될 수 있는데, 그 결과로 동일 평면상 라인의 길이를 축소할 수 있으며 동일 평면상 라인의 기생 방사(parasitic radiation)를 억제할 수 있기 때문에, 동일 평면상 라인을 나선형 안테나의 방사계(radiation field)와 무관하게 만들 수 있다.
추가 장점으로서는 상기 동일 평면상 라인이 적어도 부분적으로 테이퍼로서 구성될 수 있다는 점을 들 수 있다. 이러한 방식으로, 나선형 안테나의 입력 임피던스에 대한 동일 평면상 라인의 임피던스 매칭을 위한 추가의 네트워크가 필요하지 않게 된다.
본 발명의 실시예를 도면에 도시하며 이하 설명부에서 상세하게 설명한다.
도 1은 동일 평면상 라인을 갖는 나선형 안테나의 3차원 평면도.
도 2는 테이퍼링된 동일 평면상 라인의 평면도.
도 3은 전방향성 방사 모드를 위한 전류 벡터를 갖는 나선형 안테나의 평면도.
도 4는 지향성 방사 모드를 위한 전류 벡터를 갖는 나선형 안테나의 평면도.
도 5는 대칭 전계 분포를 갖는 3-웨이 게이트를 도시한 도면.
도 6은 비대칭 전계 분포를 갖는 3-웨이 게이트를 도시한 도면.
도 1에서 제 1 나선형 아암(11), 제 2 나선형 아암(12), 제 3 나선형 아암(13) 및 제 4 나선형 아암(14)을 포함하는 나선형 안테나를 도면부호 1로 표기한다. 나선형 안테나의 중앙에서 제 1 나선형 아암(11)은 제 1 나선형 아암 내측 단부(5)를, 제 2 나선형 아암(12)은 제 2 나선형 아암 내측 단부(6)를, 제 3 나선형 아암(13)은 제 3 나선형 아암 내측 단부(7)를, 그리고 제 4 나선형 아암(14)은 제 4 나선형 아암 내측 단부(8)를 갖는다. 제 3 나선형 아암 내측 단부(7)는 도 1의 사시도로 인해 볼 수 없지만, 도 3과 도 4에 따른 평면도에는 도시된다. 4개의 나선형 아암(11, 12, 13, 14)들은 거의 평행하게 안내된다. 또한, 도 1에서는 제 1 내부 도체(21), 제 1 기준 전위면(22: reference potential surface) 및 제 2 기준 전위면(23)을 갖는 동일 평면상 라인을 도면부호 2로 표기한다. 4 개의 나선형 아암(11, 12, 13, 14)들은 도전성 재료로 형성되며 제 1 캐리어 재료(45) 상에 제공된다. 나선형 아암(11, 12, 13, 14)들은, 예를 들면 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 내부 도체(21), 제 1 기준 전위면(22) 및 제 2 기준 전위면(23)도 마찬가지로 도전성 재료로 형성되며 제 2 캐리어 재료(50) 상에 제공된다. 제 1 캐리어 재료(45)와 제 2 캐리어 재료(50)는 동일한 캐리어 재료이다. 그러나 제 1 캐리어 재료(45)는 제 2 캐리어 재료(50)와 다를 수도 있다. 예를 들어 제 1 캐리어 재료(45) 상에 제공된 도전성 제 1 브릿지(40)를 통해 제 1 나선형 아암 내측 단부(5)가 제 3 나선형 아암 내측 단부(7)와 도전 접속된다. 이때, 제 1 나선형 내측 단부(5)와 제 3 나선형 내측 단부(7)는 도 3과 도 4에 따라 서로 마주 놓인다. 또한 제 2 나선형 내측 단부(6)와 제 4 나선형 내측 단부(8)가 도 3 및 4에 따라 서로 마주 놓이지만, 도전성 브릿지에 의해서 상호 연결되지는 않는다. 나선형 안테나(1)로부터 방사하고자 하는 신호는 상응하는 나선형 아암 내측 단부(5, 6, 7, 8)들과 동일 평면상 라인(2)을 통해 나선형 아암(11, 12, 13, 14)에 공급된다. 도 1에 따라, 동일 평면상 라인(2)은 나선형 안테나(1)의 평면에 수직으로 배치되며 나선형 안테나(1)의 중앙으로 안내된다. 이때, 제 1 내부 도체(1)는 제 1 브릿지(40)와 도전 접속된다. 제 1 기준 전위면(22)은 제 2 나선형 아암 내측 단부(6)와 도전 접속된다. 또한, 제 2 기준 전위면(23)은 제 4 나선형 아암 내측 단부(8)와 도전 접속된다. 상기 동일 평면상 라인(2)은 나선형 안테나(1)로부터 방사하고자 하는 신호를 나선형 안테나(1)에 공급하는 역할을 수행할 뿐만 아니라 추가적으로 또는 대안적으로 나선형 안테나(1)에 의해 신호를 수신하기 위해 사용될 수 있다.
상기 나선형 안테나(1)는, 나선형 아암(11, 12, 13, 14)들이 45o만큼 회전하는 경우, 회전 이전에 나선형 아암(11, 12, 13, 14)들 사이에 자유 공간들을 형성하는 영역에 완전히 이미지화될 때, 자체 상보형(self complementary)으로 표기된다. 이와 상응하게, 이러한 회전시, 회전 전에 존재하는 자유 공간이, 회전 이전에 나선형 아암(11, 12, 13, 14)들을 형성하는 영역에 완전히 이미지화된다. 양 경우에서, 회전축은 나선형 안테나(1)의 평면에 수직으로 나선형 안테나(1)의 중심을 통과하며, 이 회전축을 이하에서 중심축으로 표기한다.
나선형 아암(11, 12, 13, 14)들의 폭이 나선형 안테나가 자체 보상적이도록 선택되면, 나선형 아암 내측 단부(5, 6, 7, 8)에는 94Ω의 입력 임피던스가 발생한다. 이 입력 임피던스는 나선형 아암(11, 12, 13, 14)들 사이에 형성된 자유 공간의 폭과 비례하여 얇은 나선형 아암일 때 증가하고 넓은 나선형 아암일 때 감소한다. 종래에 요구되었던 50Ω의 임피던스에 대한 상기 임피던스의 매칭은, 예를 들어 동일 평면상 라인(2)을 테이퍼링하여 얻을 수 있는 임피던스 변화를 필요로 한다. 도 2에서는 동일 평면상 라인(2)이 다시 한번 더 단독으로 도시되고, 도 1과 동일한 부품에 동일한 도면부호를 병기한다. 도 1과 도 2에 따라, 제 1 내부 도체(21), 제 1 기준 전위면(22) 및 제 2 기준 전위면(23)은 나선형 안테나(1)와의 접점으로부터 도 1과 도 2에 도시하지 않은 공급 및/또는 수신 네트워크의 방향으로 나선형 안테나(1)의 반대편에 있는 동일 평면상 라인(2)의 측면까지 확장된다. 이때, 도 1과 도 2에 따라 선형으로 확장되기 때문에, 동일 평면상 라인(2)은 선형으로 테이퍼링된다. 그러나 동일 평면상 라인은 기하 급수적 테이퍼링(exponential tapering)과 같이 비선형적으로 테이퍼링될 수도 있다. 동일 평면상 라인(2)이 테이퍼링된 길이는 적어도 나선형 안테나(1)의 평균 작동 주파수 파장의 1/4이어야 한다. 나선형 아암(11, 12, 13, 14)들이 얼마나 넓게 펼쳐져 있으며, 이로 인하여 나선형 아암 내측 단부(5, 6, 7, 8)에서 어떤 입력 임피던스가 발생하느냐에 따라서, 동일 평면상 라인(2)의 상응하는 테이퍼링에 의해 상기 입력 임피던스가 요구된 50Ω에 매칭될 수 있기 때문에, 테이퍼링에 의해서 동일 평면상 라인(2)은 나선형 안테나(1)의 형상에 대해 유연하게 매칭될 수 있다.
상기 동일 평면상 라인(2)을 통해 나선형 안테나(1)에는 간단한 방식으로 신호의 방사를 위해 전력이 공급될 수 있고, 두 가지 다른 방사 특성이 발생될 수 있다. 한편으로 이것은 나선형 안테나(1)의 평면에 수직으로 있는 영점 위치를 갖는 전방향성 방사 특성이다. 전방향성 방사 특성은 지상 무선 서비스를 갖는 이동 설비용으로 매우 바람직하다. 다른 한편으로 이것은 나선형 안테나(1)의 평면에 수직인 메인 방사 방향을 갖는 방사 특성이며, 이 방사 특성은 원편광( circular polarization)을 이용하는 인공 위성으로 지원되는 네비게이션 서비스와 통신 서비스에 의한 사용에 매우 적합하다. 또한, 나선형 안테나(1)에 의해, 전방향성 방사 특성을 갖는 제 1 또는 전방향성 모드가 구현되고, 나선형 안테나(1)의 평면에 수직인 메인 방사 방향을 가지며 이하에서 정점 방사라고 칭하는 방사 특성을 갖는 제 2 또는 정점 모드(zenith mode)가 구현된다.
상이한 모드 또는 다른 방사 특성의 발생을 설명하기 위하여 도 3과 도 4에 동일한 나선형 안테나(1)가 도시되고, 동일 부품에는 동일한 도면부호를 부여한다. 도 3과 도 4의 싱글 화살표는 스냅샷으로 나선형 아암(11, 12, 13, 14)의 전류 벡터를 나타낸다. 도 3에서는 전방향성 모드용 전류 분포가 도시되는 한편, 도 4에는 정점 모드용 전류 분포가 도시된다.
도 3에 따른 전방향성 모드에서는 제 1 나선형 아암(11)과 제 3 나선형 아암(13)에 동위상이 공급된다. 또한, 제 2 나선형 아암(12)과 제 4 나선형 아암(14)에도 동위상이 공급되지만, 제 1 나선형 아암(11)과 제 3 나선형 아암(13)에 대해 180o 위상 이동된다. 이것은 도 3에 도시한 전류 분포의 스냅샷에 따라서 나선형 아암 내측 단부(5, 6, 7, 8), 즉 입력점에 형성된 전류 벡터의 방향에 의해 도시된다. 도 3에 따라, 인접한 나선형 아암의 내측 단부에 형성된 전류 벡터는 역위상이고, 즉 180o 위상 이동된다. 입력점에서의 전류 분포 및 구조적 관찰에 의해서 나선형 안테나(1)의 방사 영역이 결정될 수 있다. 나선형 안테나(1)는 인접한 나선형 아암의 전류가 위상 상태로 존재하는 곳에서 방사한다. 제 1 고정각(φ0)으로부터 제 2 고정각(φ1)까지의 나선형 아암의 여러 가지 경로 길이에 기초하여, 인접한 나선형 아암들에서 진행하는 파장들 사이의 위상차가 변화한다. 이때, 양 고정각(φ0, φ1)들은 중심축이 나선형 안테나(1)의 중심을 통과하여 수직으로 뻗어 있는 원통 좌표 시스템에서 규정된다. 상기 나선형 안테나의 중심에서 나선형 아암 내측 단부 또는 입력점에 형성된 인접한 나선형 아암들 사이의 180o 위상차는 제 1 반경(r1)에서 0o로 감소된다.
인접한 나선형 아암들 사이의 동위상은 파장(λ)의 또는 여러 파장(λ) 의 경로 차이에서 나선형 안테나(1)의 중심축에 대하여 점대칭적으로 상호 대향된 나선형 아암의 점들 사이에서 달성되는데, 그 이유는 상기 점대칭적으로 대향 배치된 점들에서의 전류는 나선형 안테나(1)의 중심에 대한 이격 거리와 무관하게 대향 공간 방향으로 설정되기 때문이다. 상기 경로 차이는 인접한 나선형 아암들에서 대향 배치된 점들 사이에서 커버되는 구간에 상응한다. 도 3에 도시한 바와 같이 나선형 아암의 상호 대향 배치된 점에서는 전류가 대향하는 공간 방향으로 설정된다. 이러한 조건하에서 나선형 안테나(1)의 중심에 가장 가까이 놓여있는 나선형 안테나(1)의 방사 영역에, 상기 경로 차이는 파장(λ)에 상응한다. 이 때문에, 나선형 아암의 원주가 2λ인 곳에서 방사가 발생하는데, 여기서 λ는 나선형 아암 상에 형성된 파장이다. 제 1 반경(r1)이 나선형 안테나(1)의 반경(r)보다 크지 않기 때문에, 수학식 1과 같은 경계 조건이 주어진다.
Figure 112001035074059-pct00001
이로부터 전방향성 모드에서 다음 수학식 2와 같은 나선형 안테나(1)의 제 1 하한 주파수(fmin1)가 얻어진다.
Figure 112001035074059-pct00002
위에서 표기한 c는 나선형 안테나(1)에서 발생하는 파장의 확산 속도이다. 상기 나선형 안테나(1)는 전방향성 모드에서 제 1 하한 주파수(fmin1) 이상으로만 방사한다. 점대칭적으로 상호 대향 배치된 점에서의 전류는 대향 공간 방향을 향한다는 사실에 기초하여, 이 전류의 방사량은 나선형 안테나(1)의 평면에 수직으로 상승하며 구조적으로 나선형 안테나(1)의 평면과 평행한 방향으로 적층된다. 이로 인하여 전방향성 방사 모드가 얻어진다.
도 3에서는 방사에 필요한 경로 차이의 절반을 이중 화살표로 표시하며, 여기서 절반의 경로 차이는 절반의 파장(λ/2)에 상응하고, 이 경로가 인접한 나선형 아암으로 귀환할 때, 도 3에서 전류 벡터의 역전으로 도시한 바와 같이 위상 위치의 역전이 이루어진다.
도 4에 따른 정점 모드에서, 제 2 나선형 아암(12)과 제 4 나선형 아암(14)에는 180o 위상차가 제공되는 한편, 제 1 브릿지(40)에 의해서 동일 평면상 라인(2)의 제 1 내부 도체(21)와 연결된 제 1 나선형 아암(11)과 제 3 나선형 아암(13)은 제 22 나선형 아암(12)과 제 4 나선형 아암(14)의 전위들 사이의 중간에서 제 1 고정 제로 전위에 놓인다. 이로 인하여, 제 2 나선형 아암(12)과 제 4 나선형 아암(14)에만 도 4에 따른 싱글 화살표로 표시한 전류 분포가 발생하는 한편, 제 1 나선형 아암(11)과 제 3 나선형 아암(13)에는 전류가 흐르지 않고, 전류를 안내하는 인접한 나선형 아암의 커플링 전류를 고려하지 않아도 된다. 마찬가지로, 제 2 나선형 내측 단부(6)와 제 4 나선형 내측 단부(8)로 형성된 입력점에서의 전류 분포에 의해 및 전방향성 모드의 경우에서와 같은 구조적 관찰에 의해, 정점 모드에서 방사 영역이 결정될 수 있다. 방사는 정점 모드에서 전류가 흐르지 않는 추가의 나선형 아암에 의해서 분리될 때에도 인접한 나선형 아암들의 전류가 위상 상태로 존재하는 곳에서 발생한다. 제 1 나선형 아암(11)이나 제 3 나선형 아암(13)에 의해서만 분리되는 인접한 나선형 아암(12, 14)들의 전류는, 점대칭적으로 상호 대향 배치된 점 사이의 제 2 나선형 아암(12) 또는 제 4 나선형 아암(14) 상의 경로 차이가 λ/2 또는 이것의 홀수배일 경우 위상 상태로 존재한다. 상호 대향된 입력점 또는 제 2 나선형 아암 내측 단부(6) 및 제 4 나선형 아암 내측 단부(8)에서의 전류가 동일한 공간 방향으로 향하기 때문에, 경로 차이에 대한 상기 조건하에서, 제 2 나선형 아암(12)과 제 4 나선형 아암(14)의 점대칭적으로 대향 배치된 모든 점에서의 전류는 동일한 공간 방향으로 향함으로써, 점대칭적으로 대향 배치된 점들 사이에서 제 2 나선형 아암(12) 또는 제 4 나선형 아암(14) 상의 위상 차이는 180o이다. 또한, 제 2 반경(r2)에서, 제 2 나선형 아암(12) 또는 제 4 나선형 아암(14)의 원주가 파장(λ)과 동일한 방사가 실시된다. 또한 여기서도 제 2 반경(r2)이 나선형 안테나(1)의 반경(r)보다 크지 않음으로써 경계 조건이 주어진다. 또한, 제 2 하한 주파수(fmin2)는 다음 수학식 3으로부터 유도되어 다음 수학식 4에 의해 규정된다.
Figure 112001035074059-pct00003
Figure 112001035074059-pct00004
점대칭적으로 상호 대향 배치된 제 2 나선형 아암(12) 또는 제 4 나선형 아암(14)의 점들에서의 전류는 동일한 공간 방향으로 설정된다는 사실로 인해, 전류의 방사량은 나선형 안테나(1)의 평면에 수직하여 구조적으로 적층된다. 이로 인하여, 정점 방사로서 표기되는 최대 방사 특성은 나선형 안테나(1)의 평면에 수직으로 달성된다.
도 3과 도 4에 따라, 나선형 안테나는 아르키메데스 나선형의 형태로 구성된다. 그렇지만, 상기 나선형 안테나(1)의 형상은 순수한 아르키메데스 나선형은 아니다. 나선형 구조는 예를 들어 대수-주기적(logarithmic-periodic)일 수도 있다.
이하에서, 도 5와 도 6을 참조하여 나선형 안테나(1)에 전력을 공급하기 위한 동일 평면상 라인(2)에 의한 양 모드의 형성 방법에 대해서 설명한다. 도 5에서 도면부호 55는 제 1 게이트(60), 제 2 게이트(65) 및 제 3 게이트(70)를 갖는 소위 3-웨이 게이트를 표시한다. 상기 3-웨이 게이트(55)는 제 1 캐리어 재료(45) 또는 제 2 캐리어 재료(50)와 동일하거나 다를 수 있는 제 3 캐리어 재료(75)를 포함한다. 이 제 3 캐리어 재료(75) 상에는 제 2 내부 도체(30) 및 이에 대해 수직인 제 3 내부 도체(31)가 배치되며, 여기서 제 2 내부 도체(30)와 제 3 내부 도체(31)는 갈바니 전기적으로 상호 분리되기 때문에 서로 도전 접촉되지 않는다. 또한, 상기 3-웨이 게이트(55)는 제 3 기준 전위면(35)과 제 4 기준 전위면(36)을 포함한다. 제 2 내부 도체(30), 제 3 내부 도체(31), 제 3 기준 전위면(35) 및 제 4 기준 전위면(36)은 도전성으로, 예를 들어 금속으로 형성된다. 제 2 내부 도체(30) 및 제 3 내부 도체(31)는 제 3 캐리어 재료(75)에 의해서 각각 내부 도체(30, 31)를 둘러싸는 슬릿의 형태인 제 3 기준 전위면(35) 및 제 4 기준 전위면(36)에 대해 전기 절연된다. 제 2 내부 도체(30)는 3-웨이 게이트(55)를 왼쪽 절반과 오른쪽 절반으로 분할한다. 왼쪽 절반에서는 제 3 내부 도체(30)가 제 2 내부 도체(30)에 수직으로 연장한다. 제 3 기준 전위면(35)은 3-웨이 게이트(55)의 왼쪽 절반에만 존재한다. 제 4 기준 전위면(36)은 3-웨이 게이트(55)의 오른쪽 절반에만 존재한다. 3-웨이 게이트(55)의 제 1 게이트(60)는 나선형 안테나(1)의 반대편에 있는 동일 평면상 라인(2)의 단부에 연결되며, 제 2 내부 도체(30)는 제 1 내부 도체(21)와 연결된다. 제 3 기준 전위면(35)은 제 1 게이트(60)에서 제 2 기준 전위면(23)과 연결된다. 제 4 기준 전위면(36)은 제 1 게이트(60)에서 제 1 기준 전위면(22)과 연결된다. 제 1 게이트(60)와 대향 배치된 제 2 내부 도체(30)의 단부에서 3-웨이 게이트(55)는 제 2 게이트(65)를 포함하기 때문에, 마찬가지로 제 1 내부 도체(30), 제 3 기준 전위면(35) 및 제 4 기준 전위면(36)으로 형성되고, 전방향성 모드를 위한 신호를 공급하는데 사용된다. 제 3 게이트(70)는 제 3 내부 도체(31)와 제 3 기준 전위면(35)으로 형성되며 정점 모드에서 방사 신호를 공급하는데 사용된다. 제 2 도전성, 예컨대 금속 브릿지(32)를 통해 제 3 기준 전위면(35)과 제 4 기준 전위면(36)은 서로 도전 접속된다. 제 3 도전성, 예컨대 금속 브릿지(33)에 의해서 제 3 내부 도체(31)는 제 4 기준 전위면(36)과 도전 접속된다. 이때, 제 2 브릿지(32)는 제 3 브릿지(33)로부터 제 2 게이트(65)의 방향으로 이격된다.
전력 공급용 동일 평면상 라인(2)에서 전계 분포가 대칭으로 형성됨으로써, 전방향성 방사 특성이 발생된다. 이것은 소위 "오드 모드(Odd Mode)"에 상응한다. 이 대칭적 전계 분포는 도 5에 따른 스냅샷에서 제 3 기준 전위면(35) 또는 제 4 기준 전위면(36)과 제 2 내부 도체(30) 사이에서 제 3 캐리어 재료(75)로 형성된 슬릿 내 화살표에 의해 도시된다. 여기서, 제 3 기준 전위면(35)과 제 4 기준 전위면(36)을 제 2 내부 도체(30)의 양쪽에서 동일한 전위로 유지하는 제 2 브릿지(32)는, "오드 모드"에서 제 3 기준 전위면(35)과 제 4 기준 전위면(36)이 처음부터 동일한 전위에 놓이기 때문에 방해하지 않는다. 이로 인하여, 제 4 기준 전위면(36)을 제 3 내부 도체(31)와 연결시키는 제 3 브릿지(33)도 마찬가지로, 제 3 내부 도체(31)를 제 4 기준 전위면(36)의 전위에 놓기 때문에 방해하지 않는다. 따라서, 제 3 내부 도체(31)는 제 2 내부 도체(30)로부터 분리된다.
전력 공급을 위한 동일 평면상 라인(2)과 제 2 내부 도체(30)에서 비대칭적 전계 분포를 통하여 나선형 안테나(1)에 정점 모드를 발생시킬 수 있다. 도 6은 "이븐 모드(Even Mode)"라 칭하는 상기 전계 분포를 도시하는데, 이 전계 분포는 제 3 기준 전위면(35) 또는 제 4 기준 전위면(36)과 제 2 내부 도체(30) 사이에서 제 3 캐리어 재료(75)로 형성된 슬릿 내 상응하는 화살표로 도시된다. 이때, 도 6에서는 도 5와 동일한 3-웨이 게이트(55)가 사용되기 때문에 도 5와 동일한 부품에는 동일 도면부호를 병기한다. 3-웨이 게이트(55) 상의 제 2 내부 도체(30), 제 3 내부 도체(31), 제 2 브릿지(32) 및 제 3 브릿지(33)의 상기 배치에 의해서 비대칭 전계 분포가 발생될 수 있다. 이때, 제 3 내부 도체(31)와 제 3 기준 전위면(35) 사이에서 대칭 전계 분포를 야기하는 "오드 모드"가 제 3 게이트(70)에서 형성되고, 이것은 도 6에 따라 제 3 기준 전위면(35)과 제 3 내부 도체(31) 사이에서 제 3 캐리어 재료(75)에 의해 형성된 슬릿 내 화살표로 도시된다. 제 3 게이트(70)로부터 제 1 게이트(60)로 간단하게 발생하는 "오드 모드"의 연결 방법은 Thirota, Y. Tarusawa 및 H.Agawa가 저술한 "Uniplanar MMIC-A proposed New MMIC Structure"(IEEE Transaction on Microwave Theory and Technics, vol.35, no.6,pp.576-581, 1987년 6월)에 기술되어 있다. 제 3 게이트(70)에 발생된 "오드 모드"는 제 3 내부 도체(31)와 제 3 기준 전위면(35) 사이의 전위차를 발생시킨다. 제 4 기준 전위면(36)은 제 3 브릿지(33)에 의해서 제 3 내부 도체(31)와 동일한 전위에 놓인다. 이로 인하여, 제 3 기준 전위면(35)과 제 4 기준 전위면(36) 사이에는 전위차가 발생한다. 이 전위차는 "이븐 모드"를 야기하며, 이 이븐 모드는 제 1 게이트(60)와 제 2 게이트(65) 사이의 양방향으로 확산된다. 제 2 게이트(65)의 방향과 전방향성 모드를 위한 공급 방향으로 "이븐 모드"의 확산을 저지하기 위하여, 제 3 기준 전위면(35)과 제 4 기준 전위면(36)을 동일한 전위로 유지하여 "이븐 모드"의 확산을 저지하는 제 2 브릿지(32)가 제공된다. 이 이븐 모드는 제 2 브릿지(32)에서 반사되며 제 1 게이트(60)와 대향하는 방향으로 확산된다. 사용된 평균 작동 주파수를 기초로 하여 제 2 브릿지(32)를 제 3 브릿지(33)로부터 1/4 파장 간격을 두고 설치하는 경우, 제 2 브릿지(32)에서 반사된 "이븐 모드"와 제 3 게이트(70)로부터 직접 제 1 게이트(60)로 향하는 방향으로 결합된 "이븐 모드"는 구조적으로 적층되며, 제 1 게이트(60)를 향하는 방향으로, 따라서 나선형 안테나(1)까지 "이븐 모드"로서 확산된다.
이러한 방식으로, 제 3 게이트(7)는 제 2 게이트(65)로부터 분리된다. 상술한 기능이 나선형 안테나(1)를 이용한 송신 및 수신에서도 적용되기 때문에, 제 2 게이트(65)와 제 3 게이트(70)에는, 상호 분리되며, 여러 공간 방향으로부터 나선형 안테나(1)에서 만나는 두 개의 신호가 수신될 수 있다.
상술한 바와 같이 조합 형태의 공급 방식을 이용한 전방향성 모드의 발생은 주파수와 무관하게 이루어지는 한편, 제 2 브릿지(32)의 위치에 따라서 정점 모드의 발생이 특정 주파수 대역으로 제한된다. 이때, 3-웨이 게이트(55)에 의해서 전방향성 모드뿐만 아니라 정점 모드에 동시에 전력 공급이 달성될 수 있다. 또한, 전방향성 모드와 정점 모드에서 동시 수신은 상술한 3-웨이 게이트(55)에 의해서 가능하다. 또한, 하나의 모드와 다른 상응하는 모드에서 동시 송수신도 상술한 3-웨이 게이트(55)에 의해서 가능하다.
또한, 전방향성 모드 또는 정점 모드에서 나선형 안테나(1)의 방사를 위한 하한 주파수는 동일 평면상 라인(2) 상의 테이퍼링 길이에 의해서 영향을 받는다. 동일 평면상 라인(2) 상의 테이퍼링이 연장될 때, 하한 주파수는 감소할 수 있다.
동일 평면상 라인(2)으로부터 나선형 안테나(1)로의 전이는 캐리어 재료의 유전 상수의 갑작스런 변화와는 무관하다. 이때, 나선형 안테나(1)에서는 제 1 캐리어 재료(45)의 저유전성이 선택되기 때문에 양호한 방사가 가능하며, 동시에 동일 평면상 라인(2)에서는 제 2 캐리어 재료(50)의 고유전성이 선택되는 경우, 이것은 동일 평면상 라인(2)의 길이 축소를 가능하게하고, 동일 평면상 라인(2)의 기생 방사를 억제하거나, 또는 동일 평면상 라인(2)을 나선형 안테나(1)의 방사계와 무관하게 만들 수 있다.
상기 나선형 안테나(1)는 특히 자동차의 지붕이나 트렁크 덮개와 같은 자동차의 차체내 플랫 설치용으로 적합한데, 그 이유는 이로 인해 공기역학적 및 미학적 설치가 구현되기 때문이다. 이러한 방식으로, 자동차의 차체내에 나선형 안테나를 간편하고 구멍없이 조립하는 것이 가능하고, 이로 인해 차체 내 부식 지점이 방지될 수 있다.

Claims (10)

  1. 거의 평행하게 안내된 4개의 도전성 나선형 아암(11, 12, 13, 14)을 구비한 나선형 안테나(1)에 있어서,
    상기 나선형 아암(11, 12, 13, 14)의 각 나선형 아암 내측 단부(5, 6, 7, 8)는 신호를 공급 및/또는 수신하기 위한 공동 동일 평면상 라인(2)에 연결되는 것을 특징으로 하는 나선형 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 동일 평면상 라인(2)은 내부 도체(21; 30)와 상기 적어도 하나의 기준 전위면(22, 23; 35, 36)을 포함하며, 상기 내부 도체(21; 30)와 적어도 하나의 기준 전위면(22, 23; 35, 36)은 각각 상기 4 개의 나선형 아암 내측 단부(5, 6, 7, 8) 중 두 개와 연결되는 것을 특징으로 하는 나선형 안테나.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 동일 평면상 라인(2)은 상기 나선형 안테나(1)의 평면에 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 나선형 안테나.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 동일 평면상 라인(2)과 상기 나선형 안테나(1)는 상이한 캐리어 재료(45, 50) 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 나선형 안테나.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 동일 평면상 라인(2)과 상기 나선형 안테나(1)는 동일한 캐리어 재료 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 나선형 안테나.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 동일 평면상 라인(2)은 적어도 부분적으로 테이퍼로서 형성되는 것을 특징으로 하는 나선형 안테나.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 나선형 안테나(1)는 아르키메데스 나선형 또는 대수적 나선형의 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 나선형 안테나.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 나선형 안테나(1)에 급전이 상기 동일 평면상 라인(2) 상에 대칭적 전계 분포로 이루어짐으로써, 전방향성 방사 특성이 얻어지는 것을 특징으로 하는 나선형 안테나.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 나선형 안테나(1)에 급전이 상기 동일 평면상 라인(2) 상에 대칭적 전계 분포로 이루어짐으로써, 지향성 방사 특성이 얻어지는 것을 특징으로 하는 나선형 안테나.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 자동차의 차체 내에, 또는 차체 상에 배치된 나선형 안테나(1)를 구비한 자동차.
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