KR20110086784A - 도파관 커넥터 기능를 갖는 표면-실장형 안테나, 안테나 장치를 갖추어 이루어진 통신 시스템, 어댑터 및 배열 - Google Patents
도파관 커넥터 기능를 갖는 표면-실장형 안테나, 안테나 장치를 갖추어 이루어진 통신 시스템, 어댑터 및 배열 Download PDFInfo
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Abstract
평면 안테나 장치(100)는 바람직하게는 밀리미터 웨이브 어플리케이션을 위해 공통 기판(30) 상에서 통합되도록 하는 것을 목적으로 한다. 안테나 장치(100)는 모드 컨버전 구성요소(20)의 피드포인트(24)에 대한 측면 오프닝(14)과 적어도 부분적으로 금속화된 측벽들(12)을 갖는 반사기 프레임(10)을 갖추어 이루어진다. 모드 컨버전 구성요소(20)는 상기 반사기 프레임(10)에 의해 제공되는 지지 구조(13) 상에 설치된다. 피드포인트(24)는 모드 컨버전 구성요소(20)가 다른 소자에 연결되도록 할 수 있다. 안테나 장치(100)의 상부 수평 오프닝(11)으로 연결이 가능하도록 디자인된 하부 부분을 갖는 어댑터는 다양한 테스트 및 튜닝 장비를 수용하는데 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 안테나와 대응하는 배열과 연결되어 사용하기 위한 어댑터뿐만 아니라, 안테나 및 안테나에 기초한 통신 시스템에 관한 것이다.
전통적인 마이크로웨이브(microwave)와 밀리미터 웨이브(millimeter wave) 라디오 어플리케이션(applications)은 보통 낮은 집적화 수준을 초래하는 공통 고-주파 기판 또는 보드 상에 개별적으로 조립되는 이산(discrete) 수동 및 능동 소자들로 만들어진다.
특히 밀리미터 웨이브 주파수에서 이러한 라디오 어플리케이션의 수행은 전형적으로 어떤 반사 계수를 재생산하기 위해 인터커넥트(interconnect) 기술의 능력과 상기한 공통 기판의 질의 함수인 이산 소자들 간의 허용가능하게 연속적인 인터페이스 또는 천이(transition)의 수에 의해 제한된다.
통신 시스템 및 어플리케이션의 전체 비용을 현저하게 감소시키기 위해, 고이득(high gain) 안테나, 필터 및 프론트 엔드 모듈(front end module)과 같은 저가의 주요 소자들이 개발 중에 있다.
더 높은 규모의 시장 진입을 위한 주요 요구사항은 전체 비용의 현저한 감소이다. 전형적인 비용 드라이버(drivers)는 안테나 그 자체이다.
현재의, 안테나-기반 라디오 통신 시스템의 다음의 주요 특징은 매우 바람직할 수 있다.
- 예컨대, 인도어(indoor), 점대점(point-to-point) 아웃도어(outdoor) 등과 같은 다른 어플리케이션 시나리오 내의 유닛을 사용하도록 허락하는 모듈라(modular) 및 재구성가능한 구성(build-up).
- 정의가 분명한, 재생가능한, 차폐된 신호 도관(ducts)을 생성함으로써 전파 의존 링크 테스트의 앰비규어티(ambiguity)를 피하는, 안테나를 포함하고 안테나에 이르는 완전히 조립된 시스템의 전부 시험할 수 있는 전송기 및 수신기 사이드 둘 모두를 전달 가능함.
적합한 집적화 방법을 적용하는 새로운 접근법이 상기 계획중인 라디오 시스템의 높은 수행을 실현하고 성공적인 저비용을 위한 주요 팩터(factor)라고 여겨진다. 그것이 실질적으로 단순화된 조립과 최소의 마이크로웨이브 기술이 사용된 밀리미터 웨이브를 가능케 한다. 이상적으로, 값비싼 고-주파 공통 기판 캐리어(carrier)를 위한 요구는 전부 제거될 수 있다. 그것은 또한 다른 제조 및 조립 구성과 쉽게 호환가능하고 가변 패키지- 및 보드-레벨 EM 환경에 낮은 감도를 나타내는, 통합된 도파관 천이 디자인과 안테나 둘 모두를 전달한다.
따라서, 본 발명의 주목적은 평면(예컨대, 밀리미터 웨이브) 회로와 직접 연결될 수 있는 단순한 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 추가적인 도파관-기반(예컨대 밀리미터 웨이브) 능동 및 수동 소자로 실현 가능하고 재생가능한 인터페이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 평면(예컨대, 밀리미터 웨이브) 회로로의 측정 인터페이스(measurement interface) 및 재생가능한, 저손실(low loss), 전부 차폐된 테스트를 제공하는 것이다.
본 발명은 시나리오를 튜닝(tuning)하고 테스트하는데 사용되기에 적합한 어댑터와 매우 통합된 라디오 어플리케이션을 위한 저비용 중간 이득(medium gain: 5- 10dBi) 모듈라 표면-실장형 안테나를 구성하도록 지시된다.
발명의 표면-실장형 안테나는 두 개의 주요 기능을 갖는다. 그 첫 번째 기능은 프리 스페이스(free space) 내(밖)로 전자기 에너지를 수신하고 그리고/또는 방사하기 위한 정규 안테나의 기능이다. 두 번째 기능은 안테나가 평면회로-도파관(planar-circuit-to-waveguide) 천이의 제 1 부분을 구성하는 어댑터 기능이다. 따라서, 안테나는 또한 커넥터 베이스 또는 암형(female) 어댑터 부분이라고 불린다. 평면회로-도파관 천이의 제 2 부분으로서, 커넥터 플러그(plug) 또는 수형(male) 어댑터 부분이 사용된다. 그것은 반복적으로 안테나에 부착될 수 있고, 그로 인해 저손실, 광대역 및 재생가능한 평면회로-도파관 천이를 생성할 수 있다.
여기에 나타난 안테나는 통합된 도파관 커넥터 기능을 갖는 표면 실장형, 반-평면 안테나이다.
본 발명에 따르면, 발명의 안테나의 주요 구성요소는 능동 (평면) 회로로 적어도 약간 굽힐 수 있는 캔틸레버(cantilever) 인터페이스를 갖는 방사 구성요소와 반사기(reflector) 프레임(frame)을 갖추어 이루어진다. 밀리미터웨이브 도파관 안테나는 그 자체로 방사 구성요소와 두 개의 캐비티(cavities), 즉 백(back) 반사기 캐비티와 개방 캐비티(open cavity)에 의해 형성된다. 방사 구성요소는 이 두 개의 캐비티 사이의 공통 인터페이스를 제공하는 반사기 프레임 내부에 설치된다. 전체 안테나는 필수적으로 전자기적으로 차폐된 볼륨(volume)으로서 백 반사기 캐비티를 산출하는 공통 기판 상에 위치된 전기적으로 도전 평면(conducting plane)의 상부에 설치된다.
평면회로-도파관 천이의 제 1 부분을 구성하는 발명의 안테나 장치는 다음의 주요 특징을 갖는다.
- 그것은 "z-축" 차원이 "x-축"과 "y-축" 차원보다 훨씬 더 작은 반-평면 형상을 갖는다.
- 그것은 평면 능동 회로(송신기 또는 수신기) 칩으로의 굽힐 수 있는 기계적이고 전기적인 인터페이스를 제공한다.
- 그것은 방사 구성요소를 위해 플렉시블한(flexible) 고-주파 기판을 사용할 수 있다.
- 그것은 "도파관-예비(waveguide-ready)", 즉 어댑터/커넥터 기능을 공급/수용하기 위해 표시된다.
- 그것은 어댑터로의 기계적 및 전자기적 인터페이스를 제공한다.
평면회로-도파관 천이의 제 2 부분을 구성하는 발명의 어댑터는 다음의 주요 특징을 갖는다.
- 그것은 다른 개방 캐비티 내부의 고차(higher order) 모드 차단을 위해 제공되도록 디자인된다.
- 그것은 근접장(near field) 방사 구성요소의 변형을 수행한다.
- 그것은 평면회로-도파관 천이의 임피던스 변형을 공급한다.
- 그것은 안테나 장치로의 기계적 및 전자기적 인터페이스를 제공한다.
- 그것은 예컨대, 안테나 또는 테스트 및 특정 장비와 같은 도파관 인터페이스를 갖는 다른 소자로의 또는 도파관으로의 기계적 및 전자기적 인터페이스를 제공한다.
어댑터가 안테나 장치에 연결된 때, 평면 회로 및 도파관, 또는 안테나 사이의 전부 차폐된 인터페이스를 갖는 배열이 제공된다.
여기에 나타난 안테나 장치 및 어댑터는 바람직하게는 밀리미터 웨이브 어플리케이션 및 통신 시스템에 사용되도록 표시된다. 본 발명은 모듈라 비용 효과적인 디자인을 사용함으로써 현저하게 비용 절감을 달성한다.
제외되지 않는 다른 주파수 대역에서 동작할 때, 특별한 이익의 하나의 주파수 대역은 57GHz에서 66GHz의 (V-대역인, 대응하는 표준화된 도파관 대역, 50GHz에서 75GHz까지) 국제적인 라이센스-면제(license-exempt) 범위이고, 다른 상업적으로 이익 대역은 71 - 76GHz와 81 - 86GHz 범위의 조합이다(E-대역인, 대응하는 표준화된 도파관 대역, 60GHz에서 90GHz까지). 첫 번째 경우에 있어서, 안테나 장치는 바람직하게는 좋은 매칭 특성과 방사 효율성을 갖는 57GHz에서 66GHz 범위를 커버해야 하고, 이 때 완전한 평면회로-도파관 천이의 기능에 있어서, 풀(full) V-대역 커버리지(coverage)가 바람직할 것이다. 두 번째 경우에 있어서, 안테나 장치는 바람직하게는 71GHz 에서 86GHz 범위를 커버해야 하고, 이 때 완전한 평면회로-도파관 천이의 기능에 있어서, 풀(full) E-대역 커버리지가 바람직할 것이다.
본 발명은 또한 적합한 테스트 환경을 제공하거나 또는 도파관 인터페이스를 갖는 다른 적합한 소자에 안테나 장치를 연결하기 위해 사용될 수 있는 안테나 장치의 반사기 프레임의 상부에 꼭 맞게(fit) 디자인되는 어댑터를 설명한다.
여기에 나타난 안테나는 저 비용, 고 볼륨 제조 및 조립 기술과 양립가능하다는 이점을 갖는다. 다른 이점은 반-평면 안테나의 스몰 폼 팩터(small form factor)란 점이고, 그것이 칩-스케일(chip-scale) 사이즈를 갖는다는 사실이다.
실제 실행에 의존하여, 안테나 장치는 Gbps 무선 데이터 통신을 위해 충분하게 큰 입력 임피던스 대역폭을 지원할 수 있다(20%보다 더 큰 상대 대역폭).
다른 이점들, 즉 주파수와 높은 방사 효율(전형적으로 80& 이상)을 갖는 플랫 이득 응답이 얻어진다. 더욱이, 안테나 장치는 근접-범위 점-대-점 통신 어플리케이션에 충분한 중간 이득(5 - 10dBi)을 가질 수 있다.
본 발명의 상기한 및 다른 목적과 이점은 다음의 상세한 설명으로부터 나타날 것이다. 상세한 설명에서, 참조는 본 발명의 바람직한 실시예로서, 도시하는 방법에 의해 나타내어진 명세서의 한 부분을 형성하는 첨부된 도면으로 이루어진다. 그러나 이러한 실시예는 반드시 본 발명의 전체 사상을 나타내는 것은 아니고, 따라서 참조는 본 발명의 사상을 해석하기 위한 본 명세서의 청구범위로 이루어진다.
도 1a는 본 발명에 따른 안테나 장치의 개략적인 블록 다이어그램,
도 1b는 본 발명에 따른 안테나 장치 및 능동 장치를 갖추어 이루어진 제 1 통신 시스템의 개략적인 블록 다이어그램,
도 1c는 본 발명에 따른 능동 장치, 안테나 장치, 및 어댑터를 갖추어 이루어진 제 2 통신 시스템의 개략적인 블록 다이어그램,
도 1d는 본 발명에 따른 능동 장치, 안테나 장치, 어댑터, 및 도파관 구성요소를 갖추어 이루어진 제 3 통신 시스템의 개략적인 블록 다이어그램,
도 1e는 본 발명에 따른 능동 장치, 안테나 장치, 어댑터, 안테나를 갖추어 이루어진 제 4 통신 시스템의 개략적인 블록 다이어그램,
도 2a는 본 발명에 따른 제 1 평면 안테나 장치의 평면 사시도,
도 2b는 본 발명에 따른 제 1 평면 안테나 장치의 저면 사시도,
도 2c는 본 발명에 따른 공통 기판 상에 설치되는 제 1 평면 안테나 장치의 측면도,
도 2d는 본 발명의 제 1 평면 안테나 장치 내에 설치되어진 방사 구성요소의 사시도,
도 2e는 방사 구성요소의 소정 디테일(details)을 나타내는 제 1 평면 안테나 장치의 평면도,
도 2f는 본 발명에 따른 제 1 평면 안테나 장치의 반사기 프레임의 반투명 사시도,
도 3은 공통 기판 상에 설치된 때 피드포인트(feedpoint)에 의해 연결된 소정 전자 소자와 평면 안테나 장치를 갖추어 이루어진 제 1 통신 시스템의 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 평면 안테나 장치 및 어댑터를 갖추어 이루어진 제 2 통신 시스템 또는 배열의 반투명 사시도,
도 5a는 본 발명에 따라, 선명하게 보이는 메이팅(mating) 구성요소를 갖는 평면 안테나 장치의 상부에 설치된 어댑터의 평면도,
도 5b는 본 발명에 따라, 기계적 및 전기적 컨택트(contact) 둘 모두를 제공하는 메이팅 구성요소를 나타내는 평면 안테나 장치의 상부에 설치된 도 5a의 어댑터의 반투명 측면도,
도 6a는 포트로서 평면 안테나 장치를 갖는 제 1 교정(calibration) 표준의 개략적인 블록 다이어그램,
도 6b는 포트로서 평면 안테나 장치를 갖는 제 2 교정 표준의 개략적인 블록 다이어그램,
도 6c는 포트로서 평면 안테나 장치를 갖는 제 3 교정 표준의 개략적인 블록 다이어그램,
도 7a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른, 다른 안테나 장치의 평면 사시도,
도 7b는 본 발명의 제 2 실시예의 저면 사시도,
도 7c는 본 발명에 따른 공통 기판 상에 설치된 때의 제 2 실시예의 측면도,
도 7d는 본 발명의 제 2 실시예의 반투명 평면도,
도 7e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방사 구성요소의 사시도,
도 7f는 본 발명의 제 2 실시예의 평면도,
도 8은 본 발명에 따른 평면 안테나 및 어댑터를 갖추어 이루어진 다른 배열의 사시도,
도 9a는 본 발명에 따른 안테나 장치 상에 설치된 어댑터의 측면도,
도 9b는 본 발명에 따른 도 9a의 안테나 장치 및 어댑터의 단면도,
도 9c는 본 발명에 따른 도 9a의 어댑터의 단면도,
도 9d는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 통신 시스템의 사시도,
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 통신 시스템의 사시도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 안테나 장치 및 능동 장치를 갖추어 이루어진 제 1 통신 시스템의 개략적인 블록 다이어그램,
도 1c는 본 발명에 따른 능동 장치, 안테나 장치, 및 어댑터를 갖추어 이루어진 제 2 통신 시스템의 개략적인 블록 다이어그램,
도 1d는 본 발명에 따른 능동 장치, 안테나 장치, 어댑터, 및 도파관 구성요소를 갖추어 이루어진 제 3 통신 시스템의 개략적인 블록 다이어그램,
도 1e는 본 발명에 따른 능동 장치, 안테나 장치, 어댑터, 안테나를 갖추어 이루어진 제 4 통신 시스템의 개략적인 블록 다이어그램,
도 2a는 본 발명에 따른 제 1 평면 안테나 장치의 평면 사시도,
도 2b는 본 발명에 따른 제 1 평면 안테나 장치의 저면 사시도,
도 2c는 본 발명에 따른 공통 기판 상에 설치되는 제 1 평면 안테나 장치의 측면도,
도 2d는 본 발명의 제 1 평면 안테나 장치 내에 설치되어진 방사 구성요소의 사시도,
도 2e는 방사 구성요소의 소정 디테일(details)을 나타내는 제 1 평면 안테나 장치의 평면도,
도 2f는 본 발명에 따른 제 1 평면 안테나 장치의 반사기 프레임의 반투명 사시도,
도 3은 공통 기판 상에 설치된 때 피드포인트(feedpoint)에 의해 연결된 소정 전자 소자와 평면 안테나 장치를 갖추어 이루어진 제 1 통신 시스템의 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 평면 안테나 장치 및 어댑터를 갖추어 이루어진 제 2 통신 시스템 또는 배열의 반투명 사시도,
도 5a는 본 발명에 따라, 선명하게 보이는 메이팅(mating) 구성요소를 갖는 평면 안테나 장치의 상부에 설치된 어댑터의 평면도,
도 5b는 본 발명에 따라, 기계적 및 전기적 컨택트(contact) 둘 모두를 제공하는 메이팅 구성요소를 나타내는 평면 안테나 장치의 상부에 설치된 도 5a의 어댑터의 반투명 측면도,
도 6a는 포트로서 평면 안테나 장치를 갖는 제 1 교정(calibration) 표준의 개략적인 블록 다이어그램,
도 6b는 포트로서 평면 안테나 장치를 갖는 제 2 교정 표준의 개략적인 블록 다이어그램,
도 6c는 포트로서 평면 안테나 장치를 갖는 제 3 교정 표준의 개략적인 블록 다이어그램,
도 7a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른, 다른 안테나 장치의 평면 사시도,
도 7b는 본 발명의 제 2 실시예의 저면 사시도,
도 7c는 본 발명에 따른 공통 기판 상에 설치된 때의 제 2 실시예의 측면도,
도 7d는 본 발명의 제 2 실시예의 반투명 평면도,
도 7e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방사 구성요소의 사시도,
도 7f는 본 발명의 제 2 실시예의 평면도,
도 8은 본 발명에 따른 평면 안테나 및 어댑터를 갖추어 이루어진 다른 배열의 사시도,
도 9a는 본 발명에 따른 안테나 장치 상에 설치된 어댑터의 측면도,
도 9b는 본 발명에 따른 도 9a의 안테나 장치 및 어댑터의 단면도,
도 9c는 본 발명에 따른 도 9a의 어댑터의 단면도,
도 9d는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 통신 시스템의 사시도,
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 통신 시스템의 사시도이다.
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 각 실시예를 상세히 설명한다.
단어들(terms)
다음의 명세서에 있어서, 주조(cast) 부분이 논의된다. 본 발명에 따르면, 단어 "주조 부분"은 차후에 일어나는 소결(sintering)을 구비한 (자동) 주입 몰딩 방법 또는 파우더 주입 몰딩(PIM: powder injection molding) 중 어느 것을 사용하여 생산된 부분으로서 이해되야 한다. 첫 번째 경우에 있어서, 열가소성 수지(thermoplastics)는 1-단계 프로세스에서 마지막 차원을 산출하여 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 여러 플라스틱 주입 몰딩 조성물들이 주조 부분을 생산하기 위해 사용될 수 있다. 적합한 플라스틱의 몇몇 예들은 다음에 리스트되어(list) 있다 : PA(폴리아미드(polyamide)); POM(폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene)); PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)); PS(폴리스틸렌(polystyrene)); LCP(액정 중합체(liquid crystal polymer)); PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate)); ABS(아크릴레이트 부타디엔 스틸렌(acrylate butadiene styrene)); PPE(폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether)); PP(폴리프로필렌(polypropylene)); PMMA(폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate)) ;PC(폴리 탄산 에스테르(polycarbonate)) ;PAS(폴리아릴 술폰(polyaryl sulfone)) ;PES(폴리에테르 술폰(polyether sulfone)) ;PEI(폴리에테르 이마이드(polyether imide)) ;PAI(폴리아마이드 이마이드(polyamide imide)) ;PPS(폴리페닐렌 술폰(polyphenylene sulfone)) ;PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드(polyninylidene fluoride)) ;PEEK(폴리 에테르 에테르 케톤(poly ether ether ketone)).
중합체 블렌드(blends)가 또한 사용될 수 있다. 이들은 둘 이상의 혼화성(miscible) 중합체의 조합이다. 블렌딩(blending)은 개선된 생산 특성을 얻기 위해 둘 이상의 중합체를 반응시키거나, 믹싱(mixing)하거나, 또는 프로세싱하는 것이다.
동전기에 의해(galvanically) 증착된 금속 코팅(coatings) 또는 견고하게 점착하는 비-전극의 제조를 좀 더 쉽게 만드는, 증착된 필러(filler) 입자를 갖는 변형된 플라스틱이 또한 사용된다. 필러 입자들은 전자기적 차폐를 위한 스프레이 락카(spray lacquers) 내에 사용될 때, 전기적으로 도전 금속(예컨대, 팔라듐(palladium)) 또는 전기적으로 비-도전 금속 안료(metal pigment)로 구성될 수 있다. 이러한 금속 안료들은 계속해서 동전기에 의해 강화될 수 있는 금속 프라이머(primer) 코팅의 비-전극 증착을 위한 촉매로서 사용된다. 스프레이 락카는 단지 플라스틱 재료에 강하게 의존하는 제한된 점착성 강도만을 달성한다. 플라스틱 조성물 내에 입자들을 임베딩(embedding)함으로써, 입자들이 짧은 산세(pickling) 프로세스를 통해 또는 레이저 어블레이션(ablation)에 의해 표면 상에만 단지 노출되지만, 만약 그렇지 않으면 그들은 플라스틱 조성물에 의해 에워싸여져 남겨진다는 점에서 점착성 강도의 현저한 개선이 달성된다.
변형된 플라스틱의 다른 중요한 그룹은 공통 기판 중 하나로 열적 팽창 계수(CTE: codfficient of thermal expansion)를 조정하기 위해 유리섬유 및 미네랄 또는 세라믹 입자들의 조합을 사용한다.
플라스틱 대신, 금속이 또한 주조 부분을 만드는데 사용될 수 있다. 알루미늄이 특히 적합하고, 이는 알루미늄 주입 몰딩(molding) 프로세스에서 프로세싱될 수 있다. 티타늄 또는 스테인레스 스틸이 금속 주입 몰딩(MIM) 프로세스를 사용함으로써 사용될 수 있고, MIM 프로세스는 상기한 파우더 주입 몰딩(PIM) 프로세스의 변형이다. 이 접근법의 이점은 단순화될 수 있다는 점일 수 있고 또는 차후의 금속 도금 단계를 회피하는 점일 수도 있다.
주조 부분은 포스트-프로세싱(post-processing) 비용의 최소화가 필요하다는 점에서 구별된다. 이러한 이유로, 주조 부분은 또한 여기서 미리주조된 부분 또는 완성된 부분들이라 불려진다. 주조 부분의 차원은 매우 정밀하다.
바람직하게는 도전 표면을 갖는 반사기들이 사용될 수 있다. 이 도전 반사기 표면은 땅에 고정될 수 있다. 반사기 표면은 편평하게(flat) 또는 곡선으로 실행될 수 있다. 바람직하게는 공통 기판 상의 금속 표면이 반사기로서 기능한다.
본 발명의 구체적 실시예를 설명하기 앞서, 소정 기본 양상들은 도 1a에서 도 1e를 참조함으로써 설명된다.
본 발명의 하나의 중요 구성요소는 도 1a에 도식적으로 도시된 바와 같이, 소위 표면-실장형 안테나 장치(100)이다. 이 안테나 장치(100)는 네 개의 인터페이스(E1, M1, EM2 및 M2)를 갖추어 이루어지고, 이는 도 1a에 네 개의 수평선으로 나타난다. 도 1a의 왼쪽 편 상의 두 개의 인터페이스(E1 및 M1)는 능동 회로(40)에 연결을 확립하기 위해 장착된다(도 1b 참조). 제 1 인터페이스는 전기적 인터페이스(E1)이고, 제 2 인터페이스는 기계적 인터페이스(M1)이다. 다른 두 개의 인터페이스들은 전자기적 인터페이스(EM2) 및 기계적 인터페이스(M2)이다. 이를 구별하기 위해, 우리는 전기적 인터페이스(TEM 또는 쿼지(quasi)-TEM 전송 라인의 접합부분의 예)로서 그것의 평면 내에 전기적 및 자기적 횡단 필드(field) 구성요소를 탁월하게 나타내는 인터페이스, 및 전자기적 인터페이스로서(직사각형의 도파관 접합부분인 예) 충분한 전기적 또는 자기적 종단 필드 구성요소를 나타내는 인터페이스를 표시한다.
본 발명에 따른 능동 장치(40)와 안테나 장치(100)를 갖추어 이루어진 제 1 통신 시스템(200)이 도 1b에 도시된다.
본 발명에 따른 능동 장치(40), 안테나 장치(100), 및 어댑터(50)를 갖추어 이루어진 제 2 통신 시스템(200)이 도 1c에 도시된다. 안테나 장치(100)와 어댑터(50) 모두 배열(300)과 관련된다. 어댑터(50)는 네 개의 인터페이스(두 개의 전자기적 및 두 개의 기계적 인터페이스)를 갖는다. 인터페이스(EM2 및 M2)는 인터페이스(EM3 및 M3)가 추가적인 구성요소를 부착하는데 사용될 수 있는 동안 바람직하게는 안테나 장치(100)에 분리가능한 연결을 확립한다.
본 발명에 따른 능동 장치(40), 안테나 장치(100), 어댑터(50), 및 도파관 구성요소(400)를 갖추어 이루어진 제 3 통신 시스템이 도 1d에 도시된다. 어댑터(50)는 네 개의 인터페이스(두 개의 전자기적 및 두 개의 기계적 인터페이스)를 갖는다. 인터페이스(EM2 및 M2)는 인터페이스(EM3 및 M3)가 도파관 구성요소(400)에 연결되어 있는 동안 바람직하게는 안테나 장치(100)에 분리가능한 연결을 확립한다. 이 도파관 구성요소(400)는 인터페이스(EM3, M3)에 연결된 적어도 두 개의 인터페이스(한 개의 전자기적 및 한 개의 기계적 인터페이스)를 갖는다. 도파관 구성요소는 명확함을 위해 내부 특성으로서 다뤄지는 추가적인 인터페이스를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 능동 장치(40), 안테나 장치(100), 어댑터(50) 및 안테나(500)를 갖추어 이루어진 제 4 통신 시스템(200)이 도 1e에 도시된다. 어댑터(50)는 네 개의 인터페이스(두 개의 전자기적 및 두 개의 기계적 인터페이스)를 갖는다. 두 개는 안테나 장치(100)의 인터페이스(EM2, M2)에 연결된다. 나머지 두 개의 인터페이스(EM3 및 M3)는 안테나(500)에 연결된다. 이 안테나(500)는 인터페이스(EM3, M3)에 연결된 적어도 두 개의 인터페이스(한 개의 전자기적 및 한 개의 기계적 인터페이스)를 갖는다. 전자기적 인터페이스가 보통 더 많은 구성요소를 부착하도록 의도되지 않았기 때문에 프리 스페이스로 방사상으로 퍼지는 애퍼츄어(aperture)에 의해 구성된 전자기적 인터페이스는 명확함을 위해 다시 생략된다.
제 1 평면 안테나 장치가 도 2a부터 도 2f에 도시된다. 본 발명에 따른 안테나 장치(100)는 적어도 반사기 프레임(10) 및 방사 구성요소(20)를 갖추어 이루어진다(도 2b 참조). 반사기 프레임(10)은 내부 섹션(interior section) 또는 캐비티(16)의 측면 한계를 제공하는 원주 측벽(12: circumferential sidewall)을 갖는다. 측면 오프닝(14: lateral opening)은 측벽들(12) 중 하나에 제공된다. 내부 섹션(16)의 상부 수평 오프닝(11)은 도 1a의 전자기적 인터페이스(EM2)의 일부인 전자기적 애퍼츄어 또는 도 1a의 전자기적 인터페이스(EM2)의 일부를 설치하는 전자기적 애퍼츄어로서 기능한다. 내부 섹션의 이러한 부분은 개방 캐비티(16.2)라고 불려진다(도 2b). 내부 섹션(16)의 하부 수평 오프닝(17)은 금속 평면(31)의 상부에 위치되거나 장착되도록 디자인된다(도 2c 참조). 금속 평면(31)의 상부에 위치되거나 장착될 때, 안테나 장치(10)의 백(back) 반사기 캐비티(16.1) 또는 전자기적 백 반사기 구조가 형성된다.
반사기 프레임(10)은 지지 구조(13)를 더 갖추어 이루어진다(도 2c 참조). 이 지지 구조(13)는 반사기 프레임(10)의 필수 부분이다. 축받이(step) 또는 릿지(ridge)가 지지 구조(13)로서 기능할 수 있다.
방사 구성요소(20)는 본질적으로 수평 방향에서 모드 컨버전(conversion) 영역(23.1)(도 2d 참조)으로부터 돌출된 캔틸레버 모양 피드포인트 섹션(24: Cantilever shaped feedpoint section)과 직사각형 모드 컨버전 영역(23.1)을 갖는 평면의, 수평으로 배향된 안테나 기판(21)을 구비한다. 피드포인트 섹션(24)은 안테나 장치(100)를 능동 장치(40)에 연결하는 전기적 인터페이스(E1)(도 1a 참조)로서 기능한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 피드포인트 섹션(24)은 근사적으로 그것의 더 넓은 에지들의 중심에 직사각형 모드 컨버전 영역(23.1)으로 들어가는 동일 평면 도파관(27)이라는 특징이 있다. 동일 평면 도파관(27)은 중심 도체(28)와 두 개의 그라운드 커넥터(29)를 야기하는, 기판(21)의 더 큰 표면 중 하나로 부착하는 얇은 전기적으로 도전 시트(26) 내의 두 개의 평행 슬롯들에 의해 설치된다. 직사각형 모드 컨버전 영역(23.1)에 있어서, 전기적으로 도전 시트(26)는 동일 평면 도파관(27)과 수직하여 동작하는 적어도 하나의 슬롯(71)을 갖는다. 중심 도체(28)는 슬롯(71)의 먼 쪽 에지와 전기적으로 연결되고, 그라운드 커넥터(29)는 가까운 에지와 전기적으로 연결된다. 바람직하게는 이 슬롯(71)은 영역(23.1)의 중심에 위치된다. 슬롯(71)의 길이는 의도된 주파수 대역의 중심에서 도파관의 약 절반의 길이와 동일하도록 선택된다.
다른 개선된 실시예에 있어서, 슬롯(72, 73)의 하나 또는 두 개의 페어(pair)는 슬롯(71)과 근접하게 놓여지고 의도된 주파수 대역의 중심에서 도파관의 약 절반의 길이를 수용하도록 포개진다. 바람직하게는, 슬롯(72 또는 73) 중 적어도 하나의 짧은 엔드-섹션은 슬롯(71)에 평행하게 및 근접하여 동작하고, 따라서 각각 슬롯(71, 72, 및 73) 사이에서 전자기적 결합을 제공한다.
본 발명에 따르면, 방사 구성요소는 내부 섹션(16)이 상기한 백 반사기 캐비티(16.1) 및 개방 캐비티(16.2)로 분할되도록 내부 섹션(16) 내부의 지지 구조(13)에 의해 설치된다(도 2c 참조). 피드포인트 섹션(24)은 능동 장치(40)로의 연결(전기적 인터페이스(E1))을 제공하기 위해 측면 오프닝(14)을 통해 내부 섹션(16)으로부터 뻗어 있다.
본 발명에 따르면, 반사기 프레임(10)은 금속을 갖추어 이루어지거나 또는 적어도 부분적으로 금속화된다.
평면의 안테나 장치(100)는 저 주파수 보드(board), 인쇄 배선 회로(printed circuit) 또는 유사한 지지 구조와 같은 공통 기판(30) 상에서 집적화되도록 디자인됨에 따라 구성된다(예컨대, 도 2c 또는 도 3 참조). 반사기 프레임(10)을 수용하기 적합하도록 이러한 모든 것을 위한 공통의 요구사항은 방사 구성요소(20)를 위한 백 반사기로서 기능하는 수평 금속 평면(31)을 크게 다루는 것이다.
안테나 장치(100)의 반사기 프레임(10)은 쿼지-평면 레이아웃을 갖고, 여기서 "z-축" 차원은 "x-축" 및 "y-축" 차원보다 훨씬 더 작다. z-축은 x-y 평면, x-y 평면 내에 있는 (안테나) 기판(21)과 수직한다. 바람직하게는, 프레임(10)의 (z-방향의) 높이는 평면 회로(40)의 높이의 1에서 5배 사이이다. 평면의 500um 두께의 SiGe 칩(40)이 사용된다면, 백 반사기 캐비티(16.1)의 높이 또한 약 500um일 수 있다.
회로(40)의 높이와 본 발명의 안테나 장치(100)의 피드포인트 섹션(24)(도 2c 참조)의 높이(D) 사이의 작은 차이는, 이후에 설명되어지듯이, (약간 또는 완전히) 굽힐 수 있는 캔틸레버에 의해 메워질 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 반사기 프레임(10)은 방사 구성요소(20), 방사 구성요소의 안테나 기판(21)의 모양을 매칭하는 지지 구조(13)를 수용하기 위해 디자인된 지지 구조(13)를 갖추어 이루어진다. 즉, 반사기 프레임(10)은 안테나 기판(21)을 지지하기 위한 기계적 지지 구조로서 기능한다. 반사기 프레임(10)은 안테나 장치(100)의 3D 구성요소이고 (공통) 기판(30) 상의 전체 안테나 장치(100)를 설치하기 위해 기계적 인터페이스(M1)의 일부이다. 반사기 프레임(10)은 또한 그것이 어댑터(50)를 수용하기 위해 디자인되었기 때문에 기계적 인터페이스(M2)로서 기능한다.
반사기 프레임(10)의 하부 부분(16.1)의 차원은 방사 구성요소(20)가 이 하부 부분(16.1)을 통해 내부 섹션(16)으로 삽입될 수 있도록 선택된다. 이러한 이유로, 하부 부분(16.1)의 수평 차원은 또한 프레임(10)의 상부 부분 또는 개방 캐비티(16.2)보다 다소 큰 수평 차원을 나타내는 방사 구성요소(20)의 수평 차원보다 다소 크다.
이후에 디테일(details)과 모양이 논의되는 방사 구성요소(20)를 수용하기 위해, 반사기 프레임(10)의 측벽들(12) 중 하나는 방사 구성요소(20)의 피드포인트(24)가 반사기 프레임의 내부 섹션(16)의 외곽으로 뻗을 수 있는 측면 오프닝(14)을 갖는다. 바람직한 실시예에 있어서, 평면 회로(40)로의 굽힐 수 있는 캔틸레버 인터페이스(도 1a의 전기적 인터페이스(E1))가 제공된다.
바람직한 실시예에 있어서, 내부 섹션(16)과 마주하는 반사기 프레임(10)의 적어도 측벽(12)들은 반사기 프레임(10)이 애퍼츄어-타입(aperture-type) 안테나로서 사용될 수 있도록 금속화된다. 이러한 이유로, 이 부분은 금속 코팅이 제공될 수 있고, 또는 주조 반사기 프레임 부분은 주조 부분이 적어도 표면 영역 내에서 전기적으로 도전성인 방식으로 호스트(host) 재료 내에 임베디드 된 전기적으로 도전 입자들을 포함할 수 있다. 이는 아래에 더 자세히 설명되어지는 것처럼, 적합한 어댑터(50)와 관련된 잘 정의되고, 차폐된 울타리를 제공하기 위해 및 방사 구성요소(20)를 위한 안테나 애퍼츄어로서 내부 섹션(16)의 사용을 촉진하기 위해 필요하다.
원주 측벽(12)에 의해 에워싸인 반사기 프레임(10)은 금속 평면(31)과 마주하는 하부 수평 오프닝(17)과 상부 수평 오프닝(11)의 두 개의 오프닝을 갖는다. 하나는 도 2a로부터 관찰할 수 있고 또한 측벽들(12)에 의해 에워싸인 내부 섹션(16)이 지지 구조(13)와 방사 구성요소(20)에 의해 두 개의 분리된 캐비티, 상부 개방 캐비티(16.2)와 백 반사기 캐비티(16.1)로 분할되는 연속적인 도면으로부터 관찰할 수 있다(도 2c 참조). 본 발명의 바람직한 실시예를 위해 상기한 바와 같이, 단 동일한 것에 제한하지 않고, 전기적으로 도전 시트(26), 또는 균등한 평면 구조 내의 슬롯들의 배열은 동일 평면 도파관(27)과 오프닝(11)의 횡단면에 대응하는 기초 도파관 모드 사이의 전자기적 에너지를 효과적으로 교환하도록 영역(23.1) 내의 모드 컨버전을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 평면 구조와 연결된 백 반사기 캐비티(16.1)는 유용한 임피던스 매칭 대역폭의 중심으로 근사적으로 조정된 공진 주파수를 갖는 하이브리드 공진기를 구성한다. 슬롯 배열은 방사 오프닝(11) 내의 원치 않는 필드 구성요소와 기초 도파관 모드 여자(excitation)에 비추어 최적화된다. 상부 개방 캐비티(16.2)는 매우 피상적일 수 있다. 이 경우에 있어서, 방사 구성요소(20)는 프리 스페이스에 직접 결합된다. 그러나, 개방 캐비티(16.2)의 어떤 최소 높이는 넓은 유용한 주파수 대역폭과 안테나 이득(gain)의 플랫한 주파수 응답을 획득하기 위해 추가적인 정도의 자유를 제공한다. 그것은 또한 어댑터(50)가 적절한 장소에 있을 때 차폐되고 재생가능한 인터커넥트(도 1c의 EM2 및 M2)의 구조(formation)를 더 잘 지지한다. 바람직하게 주조 반사기 프레임(10)이 사용된다는 사실로 인해, 백 반사기 부분(16.1)은 개방 부분(16.2) 중 하나와는 다른 사이즈와 형상을 갖는다. 이러한 개방 부분(16.2)의 차원과 형상은 전체 안테나의 방사 패턴 상에 충격을 갖는다. 따라서, 예컨대 전파(full-wave) 전자기적 시뮬레이션(simulation) 방법들에 기초한 구조적 최적화를 수행함으로써, 원하는 방사 패턴에 따라, 개방 부분(16.2)의 파라미터들은 조정될 수 있다,
도 2b는 방사 구성요소(20)의 안테나 기판의 하부 및 하부 수평 오프닝(17)이 명확하게 보이는 안테나 장치(100)의 저면 사시도를 도시한다. 이 도면은 안테나(100)가 금속 평면(31) 상에 고정되기 전 하부 수평 오프닝(17)을 통해 삽입함으로써, 방사 구성요소(20)가 반사기 프레임(10)에 설치되는 방식을 더 도시한다. 이 도면은 또한 이 전 문단에서 논의된 바와 같이, 내부 섹션(16)의 두 개의 부분(백 반사기 부분(16.1) 및 개방 부분(16.2))으로의 분리를 도시한다.
공통 기판(30) 상에 설치된 것처럼, 평면 안테나 장치(100)의 측면도는 도 2c에서 볼 수 있다. 이 도면은 어셈블리의 구조적 구성요소를 나타낸다. 먼저, 수평 금속 평면(31)에 꼭 맞는 공통 기판(30)이 제공될 수 있고, 바람직하게는 저 주파수 보드일 수 있다. 이 금속 평면(31)은 전자기적 백 반사기 구조의 일부이고 반사기 프레임(10)의 백 반사기 부분(16.1)을 에워싸도록 제공된다. 금속 평면(31) 상에서, 반사기 프레임(10)은 방사 구성요소(20)에 꼭 들어맞게 되고, 즉, 차례에 따라 미리 내부에 들어맞게 된다. 바람직하게는, 전기적으로 도전 연결이 반사기 프레임(10)의 측벽들(12)과 금속 평면(31) 사이에 제공된다. 본 발명의 묘사된 실시예에 있어서, 방사 구성요소(20)의 안테나 기판(21)은 금속 평면(31)으로부터 소정 거리(D)에서 지지 구조(13)에 의해 뜨게 된다.
도 2c는 또한 방사 구성요소(20)의 피드포인트 섹션(24)(바람직하게는 굽힐 수 있는 캔틸레버)이 수직 측벽들(12) 중 하나 내의 측면 오프닝(14)을 통해 반사기 프레임(10)으로부터 뻗어 있는 방식을 도시한다.
도 2e는 평면 안테나 장치(100)의 바람직한 실시예의 저면도를 도시한다. 상기 기초 도파관 모드 여자 및 원치않는 필드 구성요소 억제는 도 2e의 S1-S1에 의해 도시된 바와 같이, 피드포인트 섹션(24)과 모드 컨버전 영역(23.1)에 공통인 적어도 하나의 대칭 평면을 통합함으로써 가장 잘 달성될 수 있다. 다른 개선점은 영역(23.1)의, S2-S2, 다른 로컬(local) 대칭 평면을 설명함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 모듈라 안테나 장치(100)에 사용되는 방사 구성요소(20)는 도 2d에 도시된다. 이 구성요소(20)는 안테나 기판(21) 상에 생성된다. 바람직한 실시예에 있어서, 이 기판(21)은 플렉시블한, 유전 재료로 이루어진다. 예컨대, 그것은 고 해상도 액정 중합체(LCP) 플렉스(flex) 기판이다. 도시된 실시예에 있어서, 안테나 기판(21)은 피드포인트 섹션(24)과 모드 컨버전 영역(23.1)을 갖는 T 모양이다. 상기한 슬롯들(71, 72, 및 73), 동일 평면 도파관(27), 중심 도체(28) 및 그라운드 도체(29) 하부에, 그것은 전기적으로 도전 시트(26)를 적재하는 것과 반대인, 기판 표면 상에 위치한 전기적으로 도전 프레임-모양 시트(74)를 나타낸다. 두 개의 시트들(26, 74)은 모두 바람직하게는 연결(75)을 매개로 복수의 전기적 도전체의 사용으로 연결된다. 이러한 배열은 시트(26)가 금속 평면을 향해 배향되는 때, 따라서 평면 회로(40)의 상부 표면을 향해 배향되는 때 특히 유용하다. 이는 기판(21)의 반대편 상의 동일 평면 도파관들 사이의 결정적인 천이를 회피하기 위해 바람직할 수 있다.
이러한 경우에 있어서, 시트(26)는 개인적인 위치 허용 오차의 영향 평균에 달하는 프레임-모양 시트(74)와 연결(75)을 매개로 복수의 전기적 도전체로 인해 지지 구조(13)와 간접적으로 연결된다. 측면 오프닝(14)으로부터 돌출된 피드포인트 섹션(24)은 증가된 전송 라인 임피던스 범위와 개선된 차폐를 제공하기 위해 동일 평면 도파관(27) 반대편 기판 표면과 점착하는 전기적으로 도전 시트(76)와 함께 설치될 수 있다. 도전 시트(76)와 동일 평면 그라운드 도체(29) 사이의 연결들(79)을 매개로 전기적으로 도전성의 두 개의 라인들은 피드 라인들(25)의 적합한 차폐를 제공하고 바람직하게는 대칭 평면 S1-S1에 등거리로 배열된다.
도 2f는 도 2a에서 도 2e에 도시된 실시예와 관련하여 사용될 수 있는 반사기 프레임(10)의 적합한 일실시예를 도시한다.
피드포인트 섹션(24)은 측면 오프닝(14)을 통해 반사기 프레임(10)으로부터 뻗어 있게 의도되고 피드 라인(25)을 매개로 다른 구성요소로 방사 구성요소(20)의 기계적 및 전기적 연결(인터페이스(E1 및 M1))을 가능케하는 역할을 갖는다. 피드 포인트 섹션(24)은 캔틸레버로서 실현되고 그것은 그것의 외곽 에지 가까이에 플립-칩(flip-chip) 컨택트(contacts)를 특징으로 할 수 있다. 바람직하게는, 굽힐 수 있는 캔틸레버는 평면 회로(40)로 유연한 인터페이스를 제공하기 위해 피드포인트 섹션(24)으로서 기능한다. 캔틸레버 또는 굽힐 수 있는 캔틸레버는 모든 실시예와 관련하여 사용될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 있어서, (캔틸레버 부분뿐만 아니라) 전체 기판(21)이 플렉시블한 기판이다. 이 경우에 있어서, 반사기 프레임(10)은 (청각적으로 유도된 주기적 변위에 의해 전기적 신호들의 변조인) 소위 마이크로포니(microphony)에 대항하여 충분히 기계적 안정성 및/또는 열적으로 유도된 벤딩(bending) 또는 와핑(warping)을 제공한다. 플렉시블한 기판은 역시 모든 실시예들과 관련하여 사용될 수 있다.
전기적으로 도전 평면(31)은 백 반사기 캐비티(16.1)의 일부이고 그것은 그라운드 컨택트로서 기능할 수 있다. 도전 평면(31)은 더 나은 재생성을 위한 평면 안테나 장치의 일부일 수 있고, 또는 그것은 더 낮은 비용을 위해 기판(30)의 일부일 수 있다. 평면(31)이 기판(30)의 일부라면, 그것은 또한 평면 안테나 장치(100)를 위한 기계적 지지체로서 기능한다.
공통 기판(30) 상에 설치된 것처럼, 평면 안테나 장치(100)를 갖추어 이루어진 통신 시스템(200)의 예시적인 제 1 실시예는 도 3에 나타난다. 평면 안테나 장치(100) 옆에, 공통 기판(30)은 이 도면에 도시된 것처럼, 집적화된 회로(평면 회로 또는 능동 회로(40))와 같은 다른 전자 소자를 보통 수용한다. 여러 주변 표면 컨택트들(41)이 예컨대 본드 와이어(bond wire)를 사용하는 공통 기판(30) 또는 인쇄 배선 회로 보드에 연결된다. 본 발명에 따르면, 회로(40)의 밀리미터 웨이브 포트(들)를 구성하는 (주변의) 본드 패드들(41.1)이 그것의 외곽 에지에서 피드 라인들(25)(도 2d 참조)을 매개로 피드포인트 섹션(24)에 직접 연결된다. 이러한 직접 연결을 확립하기 위한 바람직한 프로세스는 금-도금된 또는 기계적으로 범핑된(bumped) 표면 컨택트들(41)로의 피드 라인들(25)의 초음파 용접을 포함하는 인버스(inverse) 플립-칩 본딩이다.
제외되지 않는 다른 주파수 대역들에서 동작할 때, 본 발명은 각각 57 내지 66 GHz 또는 71 내지 86 GHz 주파수 범위 내에서 동작하는데 특히 적합하다. 동시간에 평면 안테나 장치(100)는 인도어(indoor) 통신에 중점적으로 사용되도록 의도된다. 또한 추가적인 듀플렉서(duplexer)가 회로(40)의 포트들을 각각 전송하고 수신하며, 한쪽 편에서 안테나 장치(100) 사이에서 사용된다면, 소위 "풀-듀플렉스(full-duplex)"라 불리는 동시 양방향 통신은 평면 안테나(100)를 사용하는 것이 가능하다.
안테나 장치(100)의 방사 효율은 90% 이하일 수 있고, 이는 도파관 천이의 저손실 동작(수십 dB의 삽입 손실)과 일치한다. 또한 디자인에 의해, 장치(100)는 매우 강하고, 그것이 추가적인 도체 구성을 요구하는 박막 프로세스 대신에 상대적으로 저비용 감산 에칭 프로세스 사용을 허용하는 제조 허용 오차에 낮은 감도를 나타냄을 의미한다.
본 발명의 반사기 프레임 부분(10)은 도 4에 도시된 바와 같이, 어댑터(50)가 부착될 수 있도록 디자인된다. 어댑터(50)의 부착을 촉진하기 위해, 반사기 프레임 및/또는 안테나 장치(100)는 인터페이스(EM2 및 M2)를 갖추어 이루어진다(도 1c 참조).
이 어댑터(50)는 안테나 장치(100)의 상부 수평 오프닝(11)에 연결가능하도록 디자인된다. 어댑터(50)의 목적은 (예컨대, 도 1d에 도시된 바와 같이, 도파관 구성요소(400)를 매개로) 모듈라 안테나 장치(100)에 다양한 테스트 및 튜닝 장비를 연결할 가능성 또는 (도 1e에 도시된 바와 같이) 안테나(500)에 연결할 가능성을 제공하는 것이다. 어댑터(50)와 함께 안테나(100)는 각각의 평면회로-도파관 천이를 제공한다. 두 개의 부분(100 및 50)은 서로 연결될 때 평면 회로(예컨대, 평면 회로(40))와 도파관(예컨대, 도파관 구성요소(400)) 사이에 전부 차폐된 인터페이스를 형성한다.
이러한 이유로, 어댑터(50)의 상부 부분(52)은 사용된 특정 테스트 또는 튜닝 장비에 적합한 모양을 갖는다. 어댑터(50)의 하부 부분(수형 부분(male portion))은 수형 부분이 안테나(100)에 들어맞도록 폼 팩터(form factor)를 갖는다. 어댑터의 수형 부분은 안테나 프레임(10)으로의 기계적 컨택트가 제공되도록(이 기계적 연결은 인터페이스(M2)라 불린다) 디자인된다. 바람직하게는, 어댑터(50)가 안테나(100)로 플러깅되고, 그에 따라 전체 전자기적 차폐를 제공하는 때, 부분들(10 및 50) 사이에 갈바닉(galvanic) 컨택트가 설치된다.
어댑터(50)의 몸체는 한쪽 편에 프레임(10)으로의 기계적 연결(인터페이스(M2))을 제공하고 다른 편에 (테스트 장비) 도파관 구성요소(400)로의 기계적 연결(인터페이스(M3))을 제공한다. 몸체는 전자기적 웨이브가 반사기 프레임(10)으로부터 도파관(400)으로 결합되는 때 다른 개방 캐비티(16.2) 내부의 근접장 변형을 확인하는 특징/구성요소를 더 갖추어 이루어진다. 적어도 어댑터의 표면의 일부분은 도체이다. 본 발명의 내용에 있어서, 근접장 변형은 모드 컨버전 영역(23.1 또는 23.2)과 가까운 전자기적 경계 조건의 잘-정의된 조작을 나타낸다. 그것은 어댑터(50)가 프레임(10)에 맞물릴 때 재생할 수 있게 발생되고, 안테나(100)가 통상의 동작 중일 때는 존재하지 않는다.
본 발명에 따르면, 어댑터(50)는 적합한 테스트 환경이 요구되는, 또한 반사기 프레임(10)과 어댑터(50) 사이의 연결의 강함 및 오차 허용 둔감에 의해 확인되는 도파관 천이(예컨대, V-대역, 인터페이스(EM3)의 경우 표준 WR-15 도파관으로)를 제공한다. 요구된 천이를 제공할 수 있도록, 고 효율, 고 대역폭의 도파관 인터페이스(EM3)와의 결합이 안테나 근접장의 변형에 의해 가능하게 된다.
반사기 프레임(10)과 유사하게, 어댑터(50)는 또한 (미리-(pre-)) 주조 부분일 수 있고, 그러나 어댑터(50)는 또한 주조, 드릴링(drilling), 및 다른 형식적인 프로세스들에 의해 만들어질 수 있다. 주조 방법들 및 대체수단들의 상세한 설명은 주조 부분에 대한 상기한 논의를 참조하길 바란다. 주조 어댑터(50)와 함께 주조 반사기 프레임(10)은 평면 회로(40)와 도파관 인터페이스 사이의 직접 연결을 제공한다. 두 개의 부분(100, 50)은 모두 원하는 임피던스 구성을 협력적으로 제공한다.
본 발명에 따르면, 예컨대, 높은 이득(gain) 안테나(500) 또는 필터에 기초한 도파관을 갖는 통신 제품 또는 시스템(200) 내부의 천이로서 사용되어지도록 의도된 때, 저비용과 양립할 수 있도록 다량의 제조 기술들이 사용된다. 그러나, 그것들의 어플리케이션 기술은 더 적은 수 내에서 필요한 테스트 및 측정 어댑터들을 부착하기 위한 필수품은 아니다.
도 4에 있어서, 제 1 실시예의 모드 컨버전 영역(23.1)(도 2e 참조)의 근접장을 변형하기 위한 적합한 구성요소는 전기적으로 도전 횡단 릿지 또는 장대(54: rod)의 모양을 갖도록 도시된다. 이 구성요소는 어댑터(50)에 영구적으로 부착된다, 즉, 이 구성요소는 어댑터의 필수 부분이다. 제 1 슬롯(71)의 직접 단락 회로(direct short-circuit)를 회피하기 위해 갭(77: gap)(도 5b 참조)은 (기판(21)과 마주하는) 구성요소(54)의 하부 면(face)과 전기적으로 도전 시트(26)(도 2d 참조) 사이에 제공된다. 시트(26)의 위치(기판(21)의 상부 또는 뒷쪽 면)에 의존하여 갭(77)은 공기로 또는 유전 기판과 함께 공기의 조합으로 채워질 수 있다. 유리한 실시예에 있어서, 구성요소(54)는 평면 S2-S2(도 2e 참조)와 대칭으로 위치하고 모양을 갖는다. 다른 바람직한 실시예에 있어서, 구성요소(54)는 평면 S1-S1(도 2d 참조)과 대칭으로 모양을 갖는다. 구성요소(54)의 모양과 배열은 바람직하게는 나머지 애퍼츄어(도 5a 참조)의 세그먼트(78A 및 78B: segment) 내부의 기초 도파관 모드(예컨대, TE10 모드)를 지지하기 위해 선택된다. 이러한 세그먼트(78A, 78B)의 횡단 및 종단 차원은 원치 않는 모드의 전자기장이 동작의 원하는 대역폭 외에 대응하는 공진 주파수를 쉬프팅(shift)하는 것을 충분히 제거하는 동안 원하는 임피던스 변환을 지지하기 위해 의도적으로 선택된다.
어댑터(50) 및 반사기 프레임(10)의 적절한 기계적 정렬을 확인하기 위해, 스프링(spring) 컨택트, 표면 컨택트, 너트/볼트 연결, 또는 그와 같은 것이 기계적 인터페이스(M2)로서 사용될 수 있다. 동일한 구성요소가 반사기 프레임(10)과 어댑터(50) 사이의 전자기적 컨택트(인터페이스(EM2))를 제공하는데 사용될 수 있다. 기계적 및 전자기적 각각의 연결을 위해 다른 구성요소를 사용하는 것은 가능할 수 있다.
도파관 구성요소(400)로의 천이를 제공하기 위해, 어댑터(50)는 표준 도파관 플랜지(flange)를 갖추어 이루어질 수 있다(예컨대, V-대역 내부에서 동작하는 경우 WR-15).
바람직한 실시예에 있어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 어댑터(50)와 프레임(10)이 연결되는 때 전기적 및 자기적 컨택트(55) 둘 모두를 형성한다. 반사기 프레임(10)의 상부 수평 오프닝(11)과 어댑터(50)는 예컨대, 오프닝(11)을 에워싸는 프레임(10)의 수평 전면에서 동전기에 의해 연결될 수 있고, 그로 인해 전부 차폐된 도파관 천이를 생성한다. 컨택트 영역(55)의 수평 부분은 수직 부분들이 반사기 프레임(10)과 어댑터(50) 사이의 정밀한 측면(x,y, theta) 정렬을 제공할 수 있는 동안 정밀한 수직 정지 위치를 제공한다. 도 5b에 있어서, 상기한 갭(77)이 또한 나타날 수 있다. 구성요소(54)는 백 반사기 프레임(10)의 내부 측벽들(12)로의 측면의 자기적 및/또는 전기적 컨택트를 가질 수 있고, 또한 갖지 않을 수 있다.
어댑터(50)에 꼭 맞는 평면 안테나 장치(100)는 그들의 장비, 즉, 평면 회로(4)를, 신뢰할 수 있고 재생할 수 있는 방식으로, 테스트하고 미세 조정할 필요가 있는 제조업자에 적합한 전부 측정된 테스트 환경을 공급한다.
안테나-어댑터(antenna-to-adaptor) 결합의 고도의 재생성으로 인해, 조정 킷트(kit)가 정의될 수 있다. 도 6a는 제 1 안테나 장치(100A), 제 1 교정 표준(60A) 및 반대의 제 2 안테나 장치(100B)의 배열을 도시한다. 교정 표준(60A)은 바람직하게는 여기에 설명된 제품 어플리케이션 배열 내의 평면 회로(40)로서 동일한 전기적 및 기계적 포트 구성(E1, M1)을 갖는다. 교정 표준(60A)은 직접 관통 연결을 나타낼 수 있다. 도 6a의 사다리 네트워크는 또한 분리가능한 포트로서 안테나 장치(100)를 갖추어 이루어진 교정 표준(400A)이라 불린다.
도 6b는 제 2 교정 표준(60B)과 대체된 제 1 교정 표준(60A)을 갖는 균등 배열을 도시한다. 교정 표준(60B)은 안테나 장치들(100A 및 100B) 사이에 인터커넥트 전송 라인의 잘 정의된 여분의 길이를 갖는 소위 "라인(LINE)" 표준을 나타낼 수 있다. 도 6b의 사다리 네트워크는 또한 교정 표준(400B)으로 불린다.
도 6c는 삽입된 제 3 표준(60C)을 갖는 제 3 배열을 도시한다. 이 표준은 둘사이에 고도의 전기적 신호 절연을 제공하는 동안, 안테나 장치들(100A 및 100B)로의 동일한 광범위 반사를 제공하는 소위 "반사(REFLECT)" 표준으로 표시될 수 있다. 도 6c의 사다리 네트워크는 또한 교정 표준(400C)으로 불린다. 2-포트 벡터 네트워크 분석기(VNA: Vector Network Analyzer)는 전부 교정된 측정에 사용될 수 있다. 그것의 측정 포트들은 각각 하나의 적합한 어댑터(50)와 함께 설치될 수 있다. 교정 표준(400A, 400B 및 400C)의 순차 측정들은 예컨대, 1974년 4월의 S. Rehnmark "On the calibration process of automatic network analyzer systems," IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques의 pp. 457-458에, 및 1978년 5월의 J. Fitzpatric "Error models for systems measurement," microwave Journal pp. 66-66에 설명된 대로, 인터페이스(E1, M1)로의 천이들을 포함하는 물리적 측정 구성의 결함을 수학적으로 제거하는데 사용될 수 있는 잘 알려진 12-텀(12-term) 에러 모델의 에러 계수의 계산을 허용하는 측정 데이터의 세트를 제공한다.
다른 잘 알려진 방법은 그것의 표준 도파관 포트들에서 VNA를 교정함으로부터 얻어진 대응하는 것 및 상기한 에러 계수를 사용함으로써 배열(300)(도 1c 참조)의 분산 매트릭스를 정의하는데 적용될 수 있다. 이러한 배열(300)이 표준 도파관(인터페이스(EM3, M3))과 평면 장치 포트(인터페이스(E1, M1)) 사이에 혼성 어댑터를 구성하기 때문에, 이러한 분산 매트릭스에 대한 지식은 표준 도파관 포트들과 연관된 알려진 특성을 갖는 장비와 함께 행해지는 측정을 바로잡는데 매우 유용하나, 그것이 비표준 포트의 측정을 지원하지는 않는다.
바람직한 실시예에 있어서, 어댑터(50)와 반사기 프레임(10)은 어댑터(50)가 수동으로 분리되고 부착될 수 있도록 디자인된다. 따라서 기계적 고정 메카니즘이 바람직하다.
다른 실시예에 있어서, 개방 캐비티 안테나는 증가된 애퍼츄어 사이즈와 그에 따라 증가된 안테나 이득을 갖는 평면 안테나 장치(100)의 방사 구성요소로서 기능하는 선택적인 모드 컨버전 영역(23.2)(도 7d 참조)을 갖도록 구성될 수 있다. 각 실시예는 도 7a부터 도 7f에 도시된다. 동일한 참조 번호는 대략 동일한 기능을 갖는 구성요소와 마찬가지로, 동일한 구성요소에 사용된다. 더 자세한 내용은 도 2a부터 도 2f의 상세한 설명에 설명되어 있다.
이 실시예는 바람직하게는 개방 상부 캐비티(16.2)(도 7d 참조)와 하부 백 반사기 캐비티(16.1)가 반사기 프레임(10)의 필수 부분인 수평 차폐 벽(16.3)(도 7a 참조)에 의해 분리된다는 사실에 의해 특정된다. 상기 차폐 벽(16.3)은 개방 상부 캐비티(16.2) 내에서 중심을 이루는 이중 거울-대칭(mirror-symmetrical) 애퍼츄어(81)를 갖추어 이루어진다. 차폐 벽(16.3)은 또한, 그것이 방사 구성요소(20)를 수용하거나 또는 지탱하도록 디자인되기 때문에, 여기서 지지 구조로 불린다. 백 반사기 캐비티(16.1)(도 7d 참조)는 바람직하게는 개방 상부 캐비티(16.2)보다 훨씬 더 작은 영역을 커버하고, 따라서 동작의 주파수 범위 내에서 그것의 공진 모드의 수를 감소시킨다. 방사 구성요소(20)(도 7b 참조)는 차폐 벽(16.3)의 하부 면 상에 위치하고 본질적으로 애퍼츄어(81)(도 7a 참조)에 제한되는 모드 컨버전 영역(23.2)을 갖추어 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 애퍼츄어(81)는 동작의 주파수 범위 내에 단 하나의 기초 공진 모드를 지지하기 위해 필요한 크기로 구성된다.
유리한 실시예는 본질적으로 직사각형 애퍼츄어(81)를 갖추어 이루어진다. 모드 컨버전 영역(23.2)은 변형된 E-프로브(E-probe)의 형태를 갖는다. 백 반사기 캐비티(16.1)의 높이가 회로(40)에 의해 주어지기 때문에, 그것은 프리(free) 전기적 디자인 파라미터로서 사용될 수 없다. 60 GHz 범위 내에서, 500um의 전형적인 칩 높이는 약 4분할파(quarter-wave length)인 평면회로-도파관 천이를 기초한 E-프로브 내에서 백쇼트(backshort) 섹션의 통상의 깊이의 단 30%를 나타낸다, 즉, 이는 예컨대, S. Hirsch, K. Duwe, 및 R. Judaschke "A transition from rectangular waveguide to coplanar waveguide on membrane," Infrared and Millimeter Waves, 2000. Conference Digest. 2000 25th International Conference에서 볼 수 있다.
변형된 E-프로브는 상기 설명된 실시예(도 2a-2f, 도 7 참조)에서 유추하면 그것이 피드포인트 섹션(24)에 포함된 피드라인(25)에 의해 공급되는 중심 도체(28)에 의해 공급된다. 명확함을 위해, 섹션(24)은 도 7a, 7b 및 도 7d-7f에서 생략된다. 중심 도체(28)는 전기적 그라운드 층으로 기능하는 전기적으로 도전 시트(26)인 넓은 영역과 대향하는 기판(21)의 한 표면에 부착된다. 애퍼츄어(81)의 모양과 사이즈에 대응하여, 오프닝(82)은 바람직하게는 애퍼츄어(16.3)의 변두리를 닮았으나, 약간 더 작은 차원을 갖는 시트(26) 내에 제공된다. 결과 돌출 도체 프레임은 프레임(10)과 방사 구성요소(20) 사이에 위치 허용 오차의 영향을 줄이는 것을 돕는다.
바람직한 실시예에 있어서, 링-모양의, 전기적으로 도전 시트(74)는 중심 도체(28)로서 기판(21)의 동일한 표면 상에 위치되고 제공된다. 그것은 오프닝(82) 내에 전체가 놓인 이중 거울 대칭 모양의 오프닝(83)을 갖추어 이루어진다. 평면 안테나 장치(100)의 제 1 실시예를 유추해보면, 연결(75)을 매개로 복수의 전기적으로 도체가 시트들(26 및 74) 상에 이상적인 전기적 포텐셜(potentials)을 확인하기 위해 사용될 수 있다. 중심 도체(28)는 그것이 바람직하게는 좁은 스트립(85: strip)(도 7d 참조)의 형태를 갖는 오프닝(82)으로 전기적으로 그라운드 층으로부터 돌출된다. 이 영역 내의 그라운드 층의 부재로 인해, 이 스트립은 시리즈로 연결된 유도 리액턴스를 나타낸다. 스트립(85)은 그것 자신과 오프닝(83)의 반대편 에지 사이에 갭(87)(도 7f 참조)을 남기는 더 넓은 팻치(86: patch)에 연결된다. 기판(21)의 동일한 면 위에 팻치(86)와 도전 시트(74) 모두가 위치함으로 인해, 갭(87)에 의해 생성된 공전의 커패시턴스는 만약 오프닝(83)이 오프닝(82) 내에 머문다면 방사기(20)의 포토리소그래픽(photolithograpic) 생산 프로세스 동안 순차 개시로 인해 야기되는 위치 허용 오차(약간의 위치 에러)와는 대부분 관계없다. 추가적으로, 애퍼츄어(81)와 관련된 방사기(20)의 위치 허용 오차에 대항하는 감소된 감도는 오프닝(82)을 에워싸는 도체 에지와 애퍼츄어(81)의 변두리 사이에 충분한 측면 공간을 제공함으로써 획득된다.
모드 컨버전 영역(23.2)의 바람직한 실시예는 오프닝(82)의 도체와 대략 평행하게 동작하고 팻치(86)의 사이드에 연결된 거울-대칭적으로 배열되고, 전기적으로 도전성인, 횡단 스트립(88)을 제공한다. 중심 도체(28)에 근접한 에지까지의 거리는 먼 에지보다 훨씬 작다. 잘 알려진 E-프로브의 이러한 변형은 안테나와 도파관 천이 동작 모드 둘 모두에 대한 양질의 및 광대역 임피던스 매칭을 재생성하는 백 반사기 캐비티(16.1)의 통상의 작은 높이를 보상한다. 갭들(87 및 89)에 의해 생성된 공전 커패시턴스의 배열은 쿼지-집중(quasi-lumped) 구성요소 커패시터 전압 분배기를 각각 생성한다. 이 단순하고 컴팩트한(compact) 구조는 도파관 천이의 전부 도파관-대역(예컨대, V-대역 50 - 75 GHz) 동작, 즉 테스트 및 측정 동작 모드를 허용하고 기가비트 변조된 RF 파형에 충분한 임피던스 매칭 대역폭을 허용한다. 평면 피드포인트 섹션 내의 평면 리액턴스 매칭 네트워크의 종료는 밀리미터 웨이브 삽입 손실을 현저하게 감소시킨다.
개방 캐비티(16.2)의 유리한 실시예에 있어서, 두 개의 페데스탈(15: pedestals)은 각각 모드 컨버전 영역(23.2)으로서 동일한 거울 대칭 S1-S1을 갖도록 제공된다. 그들은 또한 이상적이고 그 자체로 제 2, 로컬 거울 대칭 평면을 생성한다. 페데스탈(15)의 높이는 캐비티(16.2)의 높이와 같거나 작고 그들의 폭과 길이는 안테나 모드 동작에 대한 최적화된 대역폭 임피던스 매칭 특성을 획득하도록 조정된다. 캐비티(16.2)의 내부 측벽(12)과 애퍼츄어(81)의 에지 사이의 거리의 50% 내지 90% 사이의 페데스탈 길이를 갖는, 최적화된 매칭을 얻기 위해 페데스탈의 폭을 조정하는 것이 유리하다. 페데스탈(15)의 도움으로, 상부 오프닝(11)으로부터 방사를 위한 좋은 애퍼츄어 효율, 즉 균일한 애퍼츄어 근접장과 매칭 대역폭 사이의 좋은 절충물이 달성될 수 있다.
어댑터(50)로의 재생가능한 고주파 컨택트를 제공하기 위해, 적어도 차폐 벽(16)과 상부 캐비티(16.2)의 내부 측벽들(12)은 예컨대, 얇은 금속층을 코팅함으로 인해 전기적으로 도전성이다.
다른 바람직한 실시예에 있어서, 상부 캐비티(16.2)의 전면(91)은 또한 내부 측벽들(12)로의 원주 컨택트와 함께 전기적으로 도전성이고 본질적으로 편평한 표면을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 도 8에 있어서, 평면 안테나 장치(100)와 어댑터(50)를 갖추어 이루어진 배열의 사시도가 도시된다. 이 도면은 어댑터(50)가 어떻게 안테나(10)에 플러깅(plugged)될 수 있는지 도시한다. 반사기 프레임(10)은 어댑터(프레임)(50)가 완전히 금속화되는 동안. 상기한 바와 같이, 완전히 또는 부분적으로 금속화될 수 있다. 설치되는 때, 두 개의 구성요소(10, 50)는 동전기적으로 연결되고 전부 차폐된 도파관 천이가 생성된다. 갈바닉 컨택트는 바람직하게는 다음의 두 가지 방법 중 하나의 방법에 의해 생성된다. 만약 프레임(10)의 상부 캐비티(16.2)의 내부 측벽들(12)이 충분한 표면 편평함, 정확하고 충분한 차원 및 도체 마멸(abrasion) 저항을 제공한다면, 어댑터(50)의 외곽 측벽들(92)을 갖는 측면 컨택트가 생성된다. 이 경우에 있어서, 적어도 프레임(10)의 측벽들은 소정 기계적 유연성 및 탄력을 갖게 된다. 만약 그렇지 않으면, 어댑터(50)의 하부 돌출 원주 전면(93)은 플랜지 둘레를 따라 금속화된 전면(91)과 함께 갈바닉 컨택트를 생성하는데 사용될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 대칭적으로 배열된 전기적 도전 포스트들(18)은 안테나 장치(100)의 본 실시예의 발명의 근접장 변형을 생성하기 위해 제공될 수 있고 동작의 도파관 천이 모드 내에 적합한 임피던스 구성을 제공하기 위해 제공될 수 있다. 바람직하게는 그들은 기계적 불명료함을 회피하기 위해 및 그들의 고정밀 표면의 부주의한 손상을 완화시키기 위해 내부 측벽들(12)과 차폐 벽(16)에 접촉하지 않는다.
도 9a부터 9d는 평면 안테나 장치(10)와 꼭 맞는 어댑터(50)의 제 1 바람직한 실시예로 구성된 배열(300)을 도시한다. 정렬 핀들(94)을 갖는 표준 도파관 플랜지는 기계적 인터페이스(M3)와 전자기적 인터페이스(EM3) 각각으로서 실행된다. 도 9a는 단면도를 도시하는 반면, 도 9b는 배열을 통과하는 중심외 횡단면을 도시한다. 컨택트 영역(55)(도 5b 참조)은 명확하게 인식될 수 있다. 도 9c는 어댑터(50)의 중심 평면을 통과하는 횡단면만을 도시한다. 조합된 발명의 근접장 변형 및 임피던스 매칭 기능을 생성하는 횡단 릿지(54)가 또한 나타날 수 있다. 도 9d에 있어서, 통신 시스템(200)은 안테나 장치(100)가 능동 장치(40)에 연결되는 것으로 보여진다. 기계적 지지 구조(501)는 그것이 나사의 도움으로 공통 기판(30)에 어댑터(50)의 기계적 고정에 사용될 수 있다고 보여진다. 이러한 방법으로, 실험실 환경 내에서 측정 목적을 위한 테스트 도파관을 부착하는, 안전하고 공간-절약적인 방법이 제공된다. 기계적 지지 구조(501)는 이러한 특별 구성 내의 기계적 인터페이스(M2)의 일부이다. 그것은 공통 기판(30)의 표면에 교착, 납땜 또는 나사 고정된다. 생산 테스트 환경에 있어서, 기계적 지지 구조(501)는 자동 프로브 취급 시스템을 갖는 충분한 컨택트 힘(force)과 정밀한 정렬을 제공함으로써 생략될 수 있다.
(변형된 E-프로브 디자인을 갖는) 통신 시스템(200)의 또 다른 실시예가 도 10에 도시된다. 여기서 기계적 인터페이스(M2)의 일부분인 기계적 지지 구조는 재료로 이루어지고 표면 설치 기술(SMT: surface mount technology) 및 역류 납땜 프로세스에 최적화된 표면 도금을 갖추어 완성되는 3개의 개별 부분(502.1 (2x) 및 502.2)으로 분리된다. 이러한 방법으로, 예컨대, 고-이득(high-gain) 안테나(500)와 같은 추가적인 부품을 영구적으로 부착하기 위해 필요한 구성요소들은 자동 생산 프로세스를 사용하면서 비용-효율적으로 설치될 수 있다. 나사를 사용하는 대신에, 스프링-액션 클램프(spring-action clamp), 총검 조인트(bayonet joint) 또는 다른 방법들이 적절히 모양이 형성된 기계적 지지 구성요소와 함께 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 안테나(100)는 회로(40)에 부착될 수 있고 어댑터(50)에 연결없이 단독으로 사용될 수 있거나, 또는 어댑터에 연결되어 사용될 수 있다.
연결되지 않은 구성에 있어서, 안테나(100)는 표준 기판(30)에 쉽게 설치되고 회로(40)에 연결되는, 중간 이득을 갖는 통신시스템(200)의 저-손실, 광대역, 고효율 부품이다.
연결되는 구성에 있어서, 도파관 인터페이스(EM3, M3)는 필터들, 고-이득 안타나들 및 증폭기 모듈들을 포함하는, 그러나 이에 제한되지는 않는, 회로(40)에 능동 및 수동 소자를 부가할 가능성을 제공한다. 어댑터(50)는 바람직하게는 도파관(400) 또는 안테나(500)를 안테나 장치(100)로 연결할 수 있게 하는 필드 변형(예컨대, 원치않는 공진 모드를 억제하기 위한)을 제공한다.
또한 연결되는 구성에 있어서, 도파관 인터페이스(EM3, M3)는 표준 도파관 구성요소(400)의 전체 동작 대역폭 내에서 회로(40)를 위한 저손실, 전부 차폐된, 재생가능한 시험 및 측정 환경을 허용한다.
본 발명의 안테나 장치(100) 및 어댑터(50)는 연결되는 구성 및 연결되지 않은 구성 모두에 있어서, 그들의 구체적인 기능을 동시에 이행하도록 공동-디자인된다.
모든 구성요소, 특히 안테나 장치는 표준, 저비용 재료를 사용하여 제작되어지도록 디자인되고 대량 생산 프로세스를 설치한다. CNC 매칭과 같은 소량 기술들은 제외되고, 몰딩은 바람직한 기술이나 더 많은 양을 위한 것을 아니다.
결과적으로, 이용할 수 있는 모듈라하고 매우 플렉시블한 해결책은 생산 및 디자인 시퀀스에서 테스트 및 측정을 위해 채택된 본 발명의 안테나 장치(100)를 갖추어 이루어진 비용 효율적인 모듈을 생성하도록 허용하는 것이다. 그것은 도파관 인터페이스들을 갖는 능동 및 수동 소자를 수용하기에 균등하게 매우 적합하다. 이러한 종류의 균일화된 인터페이스는 필수적인 모듈 버전의 수를 최소화함으로써, 기초 논리학적 노력을 줄임으로써 및 재고 회전을 증가시킴으로써 전체 생산 비용의 더 많은 감소를 허용한다.
기존의 해결책에 비해, 본 발명은 특히 밀리미터 웨이브 전송기 및 수신기 회로 및 모듈의 비용을 현저하게 감소시킨다.
10 : 반사기 프레임 11: 상부 수평 오프닝
12: 원주 측벽 13: 지지 구조
14: 측면 오프닝 15: 페데스탈
16: 내부 섹션
16.1: 백 반사기 부분/백 반사기 캐비티
16.2: 개방 부분/ 개방 캐비티 16.3: 차폐 벽
17: 하부 수평 오프닝 18: 스텁(stubs)
20: 방사 구성요소/ 모드 컨버전 구성요소
21: (안테나) 기판 22: 방사 패턴
23.1: 모드 컨버전 영역(능동 영역) 23.2: 대체 모드 컨버전 영역
24: 피드포인트(섹션) 25: 피드라인
26: 전기적으로 도전 시트 27: 동일 평면 도파관
28: 중심 도체 29: 그라운드 도체
30: 공통 기판 31: 수평 금속 평면
40: 집적 회로
41: 컨택트(본드 와이어)/ 표면 컨택트
41.1: 본드 패드
50: 어댑터 51: 상부 부분
52: 하부 부분 미도시: 제 1 메이팅 구성요소
54: 제 2 메이팅 구성요소(릿지 또는 로드)
60A: 제 1 교정 표준 60B: 제 2 교정 표준
60C: 제 3 교정 표준 71: (제 1) 슬롯
72: 슬롯 73: 슬롯
74: 프레임-모양 시트 75: 연결
76: 전기적으로 도전 시트 77: 갭
78A: 세그먼트 78B: 세그먼트
79: 연결 81: 거울-대칭 애퍼츄어
82: 오프닝 83: 오프닝
85: 좁은 스트립 86: 넓은 팻치
87: 갭 88: 횡단 스트립
89: 갭 91: 전면
92: 외곽 측벽 93: 원주 전면
94: 정렬 핀 100: 모듈라 안테나 장치
100A: 제 1 안테나 장치 100B: 반대 제 2 안테나 장치
300: 배열 400: 도파관 구성요소
400A: 교정 표준 400B: 교정 표준
400C: 교정 표준 500: 안테나
501: 기계적 지지 구조 502.1: 개별 부분들
502.2: 개별 부분 EM2: 인터페이스/ 전자기적 컨택트
EM2A: 전자기적 인터페이스 EM2B: 전자기적 인터페이스
EM3: 인터페이스/ 도파관 인터페이스 E1: 전기적 인터페이스
E1A: 전기적 인터페이스 E1B: 전기적 인터페이스
M1: 기계적 인터페이스 M1A: 기계적 인터페이스
M1B: 기계적 인터페이스 M2: 기계적 인터페이스
M2A: 기계적 인터페이스 M2B: 기계적 인터페이스
M3: 기계적 인터페이스 S1: 대칭 라인
S2: 대칭 라인
12: 원주 측벽 13: 지지 구조
14: 측면 오프닝 15: 페데스탈
16: 내부 섹션
16.1: 백 반사기 부분/백 반사기 캐비티
16.2: 개방 부분/ 개방 캐비티 16.3: 차폐 벽
17: 하부 수평 오프닝 18: 스텁(stubs)
20: 방사 구성요소/ 모드 컨버전 구성요소
21: (안테나) 기판 22: 방사 패턴
23.1: 모드 컨버전 영역(능동 영역) 23.2: 대체 모드 컨버전 영역
24: 피드포인트(섹션) 25: 피드라인
26: 전기적으로 도전 시트 27: 동일 평면 도파관
28: 중심 도체 29: 그라운드 도체
30: 공통 기판 31: 수평 금속 평면
40: 집적 회로
41: 컨택트(본드 와이어)/ 표면 컨택트
41.1: 본드 패드
50: 어댑터 51: 상부 부분
52: 하부 부분 미도시: 제 1 메이팅 구성요소
54: 제 2 메이팅 구성요소(릿지 또는 로드)
60A: 제 1 교정 표준 60B: 제 2 교정 표준
60C: 제 3 교정 표준 71: (제 1) 슬롯
72: 슬롯 73: 슬롯
74: 프레임-모양 시트 75: 연결
76: 전기적으로 도전 시트 77: 갭
78A: 세그먼트 78B: 세그먼트
79: 연결 81: 거울-대칭 애퍼츄어
82: 오프닝 83: 오프닝
85: 좁은 스트립 86: 넓은 팻치
87: 갭 88: 횡단 스트립
89: 갭 91: 전면
92: 외곽 측벽 93: 원주 전면
94: 정렬 핀 100: 모듈라 안테나 장치
100A: 제 1 안테나 장치 100B: 반대 제 2 안테나 장치
300: 배열 400: 도파관 구성요소
400A: 교정 표준 400B: 교정 표준
400C: 교정 표준 500: 안테나
501: 기계적 지지 구조 502.1: 개별 부분들
502.2: 개별 부분 EM2: 인터페이스/ 전자기적 컨택트
EM2A: 전자기적 인터페이스 EM2B: 전자기적 인터페이스
EM3: 인터페이스/ 도파관 인터페이스 E1: 전기적 인터페이스
E1A: 전기적 인터페이스 E1B: 전기적 인터페이스
M1: 기계적 인터페이스 M1A: 기계적 인터페이스
M1B: 기계적 인터페이스 M2: 기계적 인터페이스
M2A: 기계적 인터페이스 M2B: 기계적 인터페이스
M3: 기계적 인터페이스 S1: 대칭 라인
S2: 대칭 라인
Claims (24)
- 내부 섹션(16: interior section)의 측면 한계를 제공하는 원주 측벽들(12: circumferectial sidewalls),
상기 측벽들(12) 중 하나 내의 측면 오프닝(14: opening),
전자기적 애퍼츄어(aperture)로서 기능하는 상부 수평 오프닝(11),
하부 수평 오프닝(17), 및
반사기 프레임(10)의 필수 부분인 지지 구조(13; 16.3)를 갖는 반사기 프레임(10)과;
모드(mode) 컨버전(conversion) 영역(23.1; 23.2) 및 본질적으로 수평 방향에서 상기 모드 컨버전 영역(23.1; 23.2)으로부터 돌출된 캔틸레버-모양(cantilever-shaped)의 피드포인트(24: feedpoint)를 갖는 평면의, 수평으로 배향된 안테나 기판(21)을 갖는 방사 구성요소(20);를 갖추어 이루어지고,
상기 방사 구성요소(20)는 상기 내부 섹션(16)이 백(back) 반사기 부분(16.1) 및 개방 부분(16.2)으로 분할되도록 상기 내부 섹션(16) 내부에 상기 지지 구조(13; 16.3)에 의해 설치되며,
상기 피드포인트(24)가 능동 회로(40)로의 연결을 제공할 수 있도록 상기 측면 오프닝(14)을 통해 상기 내부 섹션(16)으로부터 뻗어 있고,
상기 반사기 프레임(10)이 금속을 포함하거나 적어도 부분적으로 금속화되는 것을 특징으로 하는 표면-실장형 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 1 항에 있어서,
금속 평면(31: plane)을 갖는 공통 기판(30),
상기 능동 회로(40),
상기 능동 회로(40)와 상기 피드포인트(24) 사이에 전기적 연결들(E1)을 갖추어 이루어지고,
상기 방사 구성요소(20) 내부를 적재하는 상기 반사기 프레임(10)이 상기 수평 금속 평면(31) 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
어댑터(50)로의 연결을 확립하기 위해 기계적 인터페이스(M2) 및 전자기적 인터페이스(EM2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 3 항에 있어서,
상기 기계적 인터페이스(M2)가 상기 어댑터(50)로 플러그-인(plug-in) 연결을 제공하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 3 항에 있어서,
상기 어댑터(50)와 기계적 연동을 위한 적어도 하나의 메이팅 구성요소(15: mating element)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 3 항에 있어서,
어댑터(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
평면회로-도파관(circuit-to-waveguide) 천이의 일부인 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 내부 섹션(16)과 마주하는 상기 반사기 프레임(10)의 적어도 측벽들(12)이 금속화되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 2 항에 있어서,
전기적으로 도전 연결이 상기 측벽(12)과 상기 금속 평면(31) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상부 수평 오프닝(11)이 상기 방사 구성요소(20)의 모드 컨버전 영역(23.1; 23.2)에 의해 방출된 전자기적 웨이브의 방출을 위한 애퍼츄어로서 디자인되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 안테나 기판(21)과 상기 금속 평면(31) 사이의 상기 내부 섹션(16)의 부분(16.1)이 상기 전자기적 웨이브를 위한 백 반사기(16.1)로서 기능하도록 디자인되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 2 항에 있어서,
상기 안테나 기판(21)이 상기 금속 평면(31)으로부터 거리(D)에서 상기 지지 구조(13; 16.3)에 의해 걸려지는(suspended) 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안테나 기판(21)이 플렉시블한(flexible), 유전 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
고 해상도 액정 중합체 플렉스(flex) 기판이 안테나 기판(21)으로 사용되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하부 오프닝(17)과 상기 안테나 기판(21)은 상기 안테나 기판(21)이 상기 하부 수평 오프닝(17)을 통해 내부 섹션(16)으로 삽입되어지도록 허용하는 차원을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모드 컨버전 영역(23.1)이 직사각형 모양을 갖고, 적어도 하나의 슬롯(71)을 갖는 전기적으로 도전 시트(26)를 갖추어 이루어지며 이 슬롯(71)이 바람직하게는 모드 컨버전 영역(23.1)의 중심에 위치하고, 슬롯(71)의 길이가 의도된 주파수 대역의 중심에서 파장의 약 절반과 같도록 선택되며,
상기 피드포인트(24)가 대략 더 넓은 에지 중 하나의 중심에서 상기 모드 컨버전 영역(23.1)으로 들어가는 동일 평면 도파관(27)을 갖추어 이루어지고, 동일 평면 도파관(27)이 중심 도체(28)와 두 개의 그라운드 도체(29)를 초래하는, 얇은 전기적으로 도전 시트(26) 내에 두 개의 평행한 슬롯들에 의해 설치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모드 컨버전 영역(23.2)이 변형된 E-프로브(E-probe)의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 안테나 장치(100; 100A; 100B).
- 청구항 제 1 항 내지 제 5 항 중 하나 이상의 항에 따른 안테나 장치(100; 100A; 100B), 적어도 하나의 능동 회로(40) 및 공통 기판(30)을 갖추어 이루어지고, 상기 능동 회로(40) 및 상기 안테나 장치(100; 100A; 100B)가 상기 공통 기판(30) 상에 놓여지며 상기 능동 회로(40)가 상기 피드 포인트(24)의 피드라인(25)을 매개로 상기 모드 컨버전 영역(23.1; 23.2)에 연결되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템(200).
- 제 18 항에 있어서,
상기 피드포인트(24)가 상기 능동 회로(40)와 상기 모드 컨버전 영역(23.1; 23.2) 사이에 플렉시블한 천이를 제공하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
- 청구항 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 안테나 장치(100; 100A; 100B)의 상부 수평 오프닝(11)에 연결가능하도록 디자인되는 하부 부분(51) 및 테스트(testing) 또는 튜닝(tuning) 장비의 도파관(400)을 수용하도록 디자인되는 상부 부분(52)을 갖는 어댑터(50).
- 제 20 항에 있어서,
안테나 장치(100)의 제 1 상대 구성요소(15)에 기계적으로 꼭 맞도록 디자인된 적어도 하나의 메이팅 구성요소(18)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 어댑터(50).
- 제 20 또는 제 21 항에 있어서,
상기 어댑터(50)가 상기 안테나 장치(100)로 플러깅(plugged)되는 때 모드 억제 및 임피던스 변형을 제공하는 구성요소(18; 54)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 어댑터(50).
- 청구항 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 안테나 장치(100; 100A; 100B) 및 청구항 제 20 항, 청구항 제 21 항, 또는 청구항 제 22 항의 어댑터(50)를 갖추어 이루어지고, 상기 메이팅 구성요소(15, 18)가 상기 반사기 프레임(10)과 상기 어댑터(50) 사이에 기계적 연결(M2)을 확립하도록 제공되고, 바람직하게는 수형/암형 타입 메이팅 페어(pair)가 메이팅 구성요소(15,18)로서 사용되는 것을 특징으로 하는 배열(300).
- 제 23 항에 있어서,
연결되는 때, 전기적 및 기계적 컨택트(55: contact)가 상기 반사기 프레임(10)과 상기 어댑터(50) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 배열(300).
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