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KR20090126294A - 두개의 주파수 선택 표면을 갖춘 도체 - Google Patents

두개의 주파수 선택 표면을 갖춘 도체 Download PDF

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KR20090126294A
KR20090126294A KR1020097020943A KR20097020943A KR20090126294A KR 20090126294 A KR20090126294 A KR 20090126294A KR 1020097020943 A KR1020097020943 A KR 1020097020943A KR 20097020943 A KR20097020943 A KR 20097020943A KR 20090126294 A KR20090126294 A KR 20090126294A
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high impedance
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로렌스 레이건
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Abstract

두개의 주파수 선택 표면을 가진 안테나가 개시된다. 본 안테나는 메쉬를 형성하는 복수의 홀을 갖춘 제1 주파수 선택 표면(제1 FSS), 메쉬를 형성하는 복수의 홀을 갖춘 제2 FSS, 및 제1 FSS와 제2 FSS 사이에 위치된 완전도체를 포함한다.
안테나, 주파수 선택 표면, 완전도체, 도전성 평면, 파형 임피던스.

Description

두개의 주파수 선택 표면을 갖춘 도체{CONDUCTOR HAVING TWO FREQUENCY-SELECTIVE SURFACES}
본 특허출원은 우선권에 관련된 규정에 따라 2007년 3월 29일에 출원된 미국 가출원번호 제60/908,712호에 대한 우선권을 주장한다.
본 출원은 일반적으로 안테나에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 2개의 주파수 선택 표면을 갖춘 도체에 관한 것이다.
상이한 방향으로 독립적인 동작(operation)을 제공할 수 있는 안테나 시스템은 (종래의 시스템에서 매설된 광섬유 케이블에 의해 널리 교체된) 장거리 점대점(point-to-point) 애플리케이션용 마이크로파 중계 시스템, 및 더욱 최근에는 이동전화 또는 셀룰러 텔레폰용 섹터화된(sectorized) 안테나 시스템에서 광범위하게 사용되어 왔다. 상이한 방향으로 독립적인 동작을 제공할 수 있는 안테나 시스템은 전형적으로 크고 기계적으로 복잡하며, (마이크로파 중계소에서) 파라볼릭 리플렉터, 또는 (셀 안테나에서) 복수의 금속 구조로 구성된다. 이와 유사하게, 평면형 안테나는 비행기의 외벽에, 그리고 전자 빔 스티어링을 위한 대형 위상 어레이 구조에 사용되어 왔다. 평면형 어레이는 독립적인 동작이 상이한 방향으로 요구되는 애플리케이션에서 사용되지 않았다.
표면 전류에 대한 높은 임피던스를 제공하는 표면의 임의의 배열은 고 임피던스 표면(HIS, high impedance surface)이라 불린다. 전기장 안테나가 완전도체(PEC, perfect electrical conductor)와 가깝게 배치된 주파수 선택 표면(FSS, frequency-selective surface)을 포함하는 HIS에 가깝게 위치되어 있다면, HIS로부터 반사된 에너지는 HIS로부터 멀어지도록 방사하는 에너지와 같은 위상으로 복귀할 것이고, 그로인해 안테나 신호를 증폭시킬 것이다. 이러한 배열은 효율적이고 낮은 프로파일의 평면형 안테나 및 어레이가 인쇄회로기판용으로 개발된 패턴 및 에칭기술을 사용하여 구성될 수 있게 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 안테나 리플렉터 시스템은, 제1 주파수 선택 표면(제1 FSS), 제2 FSS, 및 완전도체를 포함한다. FSS 구조는 다양하고, 다양한 형태를 취할 수 있으나, 도시된 구현에서는, 제1 FSS 및 제2 FSS 모두 다수의 홀을 가진다(즉, 메쉬형이다). 완전도체는 제1 FSS와 제2 FSS 사이에 위치된다.
본 발명의 모든 특징 및 이점은 아래에 상세하게 서술된 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명 자체는 물론이고, 바람직한 사용 모드, 추가적인 목적, 및 본 발명의 장점은 첨부된 도면과 함께 아래의 실시예에 대한 설명을 읽음으로써 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 복수의 주파수 선택 표면 및 완 전도체를 갖춘 안테나 리플렉터 시스템의 다이어그램이고;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 백-투-백(back-to-back) 고 임피던스 표면의 다이어그램이고; 그리고
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 4개의 독립적인 안테나 서브-공간의 다이어그램이다.
이제 도면, 특히 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 복수의 주파수 선택 표면(FSS)을 갖춘 안테나 리플렉터 시스템의 다이어그램이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 양면 안테나 리플렉터(100)는 FSS(112)와 FSS(115) 사이에 위치된 완전도체(110, PEC)를 포함한다. 여기서 사용된 바와 같이, PEC는 최소 저항으로 표면 전류를 전달하는 임의의 도전 평면으로서 형성되고, FSS는 반사파가 도래파와 실질적으로 동일한 위상이도록 전자기 파를 반사하기 위해, 임의의 수단을 통해, 정확한 파동 임피던스를 제공하는 임의의 표면으로 형성된다. 인쇄회로기판 내의 금속층이 PEC의 한 예이다. 도 1에서, FSS(115)와 같은 FSS는 메쉬를 형성하기 위해 복수의 홀(120a-n)과 같은 홀과 함께 패터닝된 쉴드 평면을 통해 달성된다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 양면 안테나 리플렉터(100) 상의 백-투-백(back-to-back) 고 임피던스 표면(HIS)의 다이어그램이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, PEC(110)는 FSS(112) 및 FSS(115)와 평행하고 근접하게 위치되어 있으나, 전기적으로 접촉하지는 않는다. 제1 안테나 패턴(211) 은 제1 HIS(200)와 평행하고 근접하게 위치된 제1 안테나(210)에 의해 생성되고, 제2 안테나 패턴(215)은 제2 HIS(205)와 평행하고 근접하게 위치된 제2 안테나(214)에 의해 생성된다. 제1 HIS(200)는 PEC(110)와 근접하게 놓인 FSS(122)의 위치에 의해 형성된다. 이와 유사하게, 제2 HIS(205)는 PEC(110)와 근접하게 놓인 FSS(115)의 위치에 의해 형성된다. 제1 HIS(200) 및 제2 HIS(205)는 동일한 주파수로 또는 상이한 주파수로 공명할 수 있다.
대안의 실시예에서, 개별적인 안테나 어레이는 제1 HIS(200) 및 제2 HIS(205) 위에 위치될 수 있고, 각각의 안테나 어레이는 상이한 스티어링, 및/또는 다중입출력(MIMO) 기준을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 안테나 패턴의 동작 주파수(210, 및 215)는 사이에 삽입된 도전 평면(즉, PEC(110))이 제거 가능하도록 충분히 분리될 수 있고, 그로인해 금속층의 개수를 줄일 수 있고 전체적인 안테나 시스템 비용을 줄일 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 4개의 독립적인 안테나 서브-공간의 다이어그램이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 제1 안테나 서브-공간(300), 제2 안테나 서브-공간(305), 제3 안테나 서브-공간(310), 및 제4 안테나 서브-공간(315)은 4등분하도록 서로 수직으로 위치된 2세트의 백-투-백 HIS에 의해 형성된다. 대안으로서, 백-투-백 HIS는 90°외의 각도로 위치될 수 있다. 또한, 두 세트 이상의 백-투-백 HIS가 4개 이상의 독립적인 안테나 서브-공간을 형성하기 위해 사용될 수 있다(예컨대, 공간을 6개의 안테나 서브-공간으로 분할하는 3개의 양면구조).
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 안테나 서브-공간(300)은 HIS(320) 및 HIS(325)에 의해 경계지어 진다. 제2 안테나 서브-공간(305)은 HIS(330) 및 HIS(335)에 의해 경계지어 진다. 제3 안테나 서브-공간(310)은 HIS(340) 및 HIS(345)에 의해 경계지어 진다. 제4 안테나 서브-공간(315)은 HIS(350) 및 HIS(355)에 의해 경계지어 진다. (도시되지 않은) 4개의 상이한 안테나는, 또는 (도시되지 않은) 4개의 상이한 안테나 어레이는 독립적으로 동작할 수 있고, 안테나 서브-공간(300, 305, 310, 및 315) 내의 임의의 각도로 에너지를 집중시키도록 위상변화될 수 있다.
서술한 바와 같이, 본 발명은 주파수 선택 표면을 갖춘 안테나 리플렉터 시스템을 제공한다. 본 발명은 하나 이상의 안테나가 통합 안테나 시스템으로 통합되게 할 수 있고, 그로인해 혼(horn) 또는 파라볼릭 리플렉터와 같은 종래의 백-투-백 안테나 배열을 능가하는 상당한 크기 및 비용 이점을 제공한다. 본 발명은 중계소 및 섹터화된 안테나 시스템과 같은 복수의 애플리케이션에 유용한 저비용의 에칭 인쇄배선기판 안테나 리플렉터의 제조를 가능하게 한다. 본 발명은 종래의 안테나 리플렉터 시스템의 비용의 일부로 (전형적으로 백-투-백 파라볼릭 리플렉터와 연관된) 우수한 절연을 제공한다.
본 발명이 바람직한 실시예에 관하여 특정하게 도시되고 서술되어 있으나, 당업자들은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고, 형태와 세부내용의 다양한 변형이 만들어질 수 있음이 이해될 것이다.

Claims (7)

  1. 메쉬를 형성한 복수의 홀을 갖춘 제1 주파수 선택 표면(제1 FSS);
    메쉬를 형성한 복수의 홀을 갖춘 제2 FSS; 및
    상기 제1 FSS와 상기 제2 FSS 사이에 위치한 완전도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 완전도체는 최소 저항으로 표면전류를 전달하는 임의의 도전성 평면인 것을 특징으로 하는 안테나.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 FSS 및 상기 제2 FSS는 반사파가 도래파와 실질적으로 동일한 위상을 가지도록 전자기 파를 반사하기 위한 파형 임피던스를 제공하는 임의의 표면인 것을 특징으로 하는 안테나.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 완전도체는 상기 제1 FSS 및 상기 제2 FSS와 근접하게 위치되지만 전기적으로 접촉하지는 않는 것을 특징으로 하는 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나는 제1 안테나 패턴을 생성하기 위한 제1 고 임피던스 표면에 근접하게 평행으로 위치된 제1 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 안테나는 제2 안테나 패턴을 생성하기 위한 제2 고 임피던스 표면에 근접하게 평행으로 위치된 제2 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 고 임피던스 표면은 동일한 주파수로 또는 상이한 주파수로 공명할 수 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
KR1020097020943A 2007-03-29 2008-03-28 두개의 주파수 선택 표면을 갖춘 도체 KR20090126294A (ko)

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