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KR100492207B1 - 내부중심급전마이크로스트립급전선을갖는로그주기다이폴안테나 - Google Patents

내부중심급전마이크로스트립급전선을갖는로그주기다이폴안테나 Download PDF

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KR100492207B1
KR100492207B1 KR1019970030864A KR19970030864A KR100492207B1 KR 100492207 B1 KR100492207 B1 KR 100492207B1 KR 1019970030864 A KR1019970030864 A KR 1019970030864A KR 19970030864 A KR19970030864 A KR 19970030864A KR 100492207 B1 KR100492207 B1 KR 100492207B1
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조지 디. 야수나스
찰스 엠. 포웰
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라디오 프리켄씨 시스템즈, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 마이크로스트립 중심 급전선과 로그 주기 아워글래스 다이폴 어셈블리를 구비한 로그 주기 다이폴 안테나를 제공하는 것이다. 마이크로스트립 중심 급전선 수단은 마이크로스트립 중심 급전 무선 신호를 제공하기 위해 입력 무선 신호에 응답한다. 로그 주기 아워글래스 다이폴 어셈블리는 로그 주기 아워글래스 다이폴 안테나 무선 신호를 제공하기 위해 마이크로스트립 급전 무선 신호에 응답한다.

Description

내부 중심급전 마이크로스트립 급전선을 갖는 로그 주기 다이폴 안테나
본 발명은 일반적으로 안테나에 관한 것이며, 특히 마이크로스트립 급전선(feedline)을 갖는 로그 주기 다이폴 안테나에 관한 것이다.
몇 년 동안 다양한 종류의 로그 주기 안테나들이 널리 사용되어 왔지만, 로그 주기 다이폴 어레이는 넓은 주파수 범위에서 동작할 수 있기 때문에 자주 선호되어 왔다. 특이한 기하학적 배열로 인해, 어레이내의 다른 소자들은 상이한 주파수들에서 동작된다. 그 결과, 로그 주기 다이폴 안테나에 의해 지원되는 주파수 범위에서, 로그 주기 다이폴 안테나는 이득, 급전점(feed point) 임피던스 및 전-후위(front-to-back) 비율을 포함하는, 상대적으로 일정한 동작 특성들을 나타낸다.
전형적인 로그 주기 다이폴 안테나는 길이에 따라 배치되고 공간 이격되는 가변장의 여러개의 다이폴 소자들을 포함한다. 가장 짧은 소자들은 어레이의 급전단(feed end), 혹은 "전단(front end)"에 위치되며, 각각의 연속적인 소자는 동일하거나 혹은 더 긴 길이를 갖는다. 또는, 마주보는 소자들의 전기적인 접속들은 소자들 사이에 180도의 위상 편이를 제공하도록 교대된다.
로그 주기 다이폴 안테나는 일반적으로 어레이의 전단에서 최단 소자들에 직접 접속된 밸런스 피더에 의해 급전된다. 동축 케이블 및 외부 스트립 라인을 포함하는 다양한 급전선들이 사용된다. 그러나, 급전 배열의 이러한 형태들은 결점을 가지고 있다. 먼저, 안테나 성능은 감소된 임피턴스 정합, 전력 운용 용량 및 패턴 인터페이스에 의해 저하된다. 더우기, 이러한 배열들은 방해가 되며 특히 안테나가 높은 타워에 설치될 때 바람과 빙결과 같은 날씨 요소로부터 급전선이 더 피해를 입을 가능성이 있다.
따라서, 로그 주기 다이폴 안테나를 급전하기 위한 교대 배열이 요망된다.
본 발명은 상기에 논의된 로그 주기 다이폴 안테나의 다양한 급전 배열들에서 고유의 제한점들을 극복하기 위해 설계되었으며 본 발명은 마이크로스트립 급전선을 구비한 새로운 로그 주기 다이폴 안테나를 포함한다.
본 발명의 로그 주기 다이폴 안테나는 그 사이에 다이폴 스트립 커넥터를 갖는 두개의 다이폴 스트립들을 구비한 최소한 하나의 로그 주기 다이폴 어셈블리(assembly) 및 다이폴 스트립 커넥터에 접속된 중심급전(centerfeed) 도체를 구비한 마이크로스트립 급전선을 포함한다.
본 발명의 로그 주기 다이폴 안테나는 특히 셀룰러 주파수 대역(824 - 894 MHz)에서, 다이폴들과 입력 커넥터 사이의 우수한 임피던스 정합, 높은 전후위 비율 및 우수한 지향 특성을 나타낸다. 더우기, 마이크로스트립 급전선은 안테나를 전단 급전형보다 덜 방해가 되게 하며 더 견고하게 한다.
본 발명은 또한 전송 시스템과 로그 주기 아워글래스(hourglass) 다이폴 어셈블리를 구비한 로그 주기 다이폴 안테나를 제공한다. 전송 시스템은 전송 시스템 신호를 제공하기 위한 입력 신호에 응답한다. 로그 주기 아워글래스 다이폴 어셈블리는 로그 주기 아워글래스 다이폴 안테나 신호를 제공하기 위한 전송 시스템 신호에 응답한다. 입력 신호는 보편적으로 1.850 - 1.990 기가헤르쯔의 주파수 범위에서 개인 통신 시스템(PCS) 주파수를 갖는 무선 신호이다.
본 발명의 한 실시예에서, 전송 시스템은 중심급전 도체를 구비한 마이크로스트립 급전선이고, 최소한 하나의 로그 주기 아워글래스 다이폴 어셈블리는 두개의 아워글래스 다이폴 스트립들과 마이크로스트립 급전선의 중심급전 도체에 접속된 다이폴 스트립 커넥터를 구비한다.
다른 실시예에서, 전송 시스템은 상부 급전 도체를 구비한 마이크로스트립 급전선이다.
또다른 실시예에서, 전송 시스템은 마이크로스트립 급전선을 대신한 케이블링 시스템이다. 본 발명의 범위는 전송 시스템의 임의의 특정한 형태로 제한되도록 의도되지 않는다.
본 발명의 로그 주기 다이폴 안테나는 PCS 주파수에서 90도 빔폭을 갖는 높은 전후위 비율을 제공한다. 또한 셀룰러 주파수에서, 셀룰러 안테나는 안테나 덮개 축소로부터 손상을 입지 않으므로 높은 전후위 비율로서 1백도 빔폭이 가능하다.
본 기술에 숙련된 자는 첨부된 특허 청구의 범위와 도면들을 참조로 본 명세서를 숙독함으로써 다른 장점들이 명백히 이해할 것이다.
도 1 - 3은 참조번호 10으로 표시된, 본 발명의 중심급전 로그 주기 다이폴 안테나를 도시한다. 안테나(10)는 반사기(12), 상부 다이폴 어셈블리(14), 하부 다이폴 어셈블리(16) 및 마이크로스트립 급전선(18)을 포함한다.
반사기(12)는 보편적으로 안테나 타워(도시생략)에 수직으로 설치되고, 안테나(10)의 방사 패턴을 형성하고 방향 설정을 하는 동안 상기 기술된 구성 요소들을 지지한다. 반사기(12)는 일반적으로 직사각형의 형태이며 안테나 덮개(19)가 부착된 관통측들(12A) 및 말단(12B)을 포함한다. 개구들(20)(도 1) 및 설치 볼트들(22)(도 1)이 안테나(10)를 설치물 혹은 타워(도시생략)에 설치하기 위해 제공된다. 반사기(12)는 알루미늄과 같은 다양한 재료들로 제작될 수 있으며, 특정한 안테나 응용과 관련하여 다양한 형태들을 가질 수 있다.
상부 다이폴 어셈블리(14)는 반사기(12)에 수직이고 서로 인접하여 병렬로 설치된, 상부 좌측 다이폴 스트립(26) 및 상부 우측 다이폴 스트립(28)을 포함한다. 하부 다이폴 어셈블리(16)는 반사기(12)에 수직이고 상부 다이폴 어셈블리(14) 바로 아래에서 서로 인접하여 병렬로 설치된, 하부 좌측 다이폴 스트립(30) 및 하부 우측 다이폴 스트립(32)을 포함한다.
다이폴 스트립들(26, 28, 30, 32)은, 특정한 안테나 응용과 관련하여, 일반적으로 직사각형이고 알루미늄 박판 혹은 다른 적절한 도전 재료들과 같은 다양한 도전성 재료들로 제작될 수 있을 것이다. 각각의 다이폴 스트립(26, 28, 30, 32)은 로그 주기 다이폴 안테나의 보편적인 형태이고, 다양한 크기와 간격을 갖는, 다수의 일체로서 형성된 소자들(34)을 포함하여, 안테나(10)는 특정한 주파수 범위에 대해 상이한 활성 영역들을 갖는다.
도 4에 도시된 바와 같이, 방사 소자들(34)은 일반적으로 직사각형이고 하부 우측 다이폴 스트립(32)과 수직으로 연장되며, 최단 방사 소자들(34)은 전단(32A)에 위치되고 최장 방사 소자들(34)은 하부 우측 다이폴 스트립(32)의 "L"형 지지체(32B) 근처에 위치된다. 도 5에 도시된 바와 같이 "L"형 지지체(32B)가 하부 우측 다이폴 스트립(32)의 설치에 대비하여 다이폴 설치 개구(37)(도 5)를 통해 고정된, 다이폴 스트립 설치 나사들(36)을 갖는 반사기에 제공된다.
각각의 다른 다이폴 스트립들(26, 28, 30)은 그 크기와 형태가 하부 좌측 다이폴 스트립(32)과 동일하다. 그러나, 상부 우측 다이폴 스트립(28) 및 하부 좌측 다이폴 스트립(30)은 다이폴 스트립 개구들(45)을 포함하지 않는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하부 좌측 및 우측 다이폴 스트립들(30, 32)은 반사기(12)와 맞대어 설치되고 비도전성 스페이서 개구들(39)(도 4, 5)을 통해 설치된 비도전성 스페이서(38)에 의해 간격이 유지되어 서로 180°로 위상차를 가지는 연속하는 소자들을 구비한 다이폴을 형성해서 안테나(10)는 로그 주기 다이폴 안테나 신호들을 제공한다. 상부 좌측 및 우측 다이폴 스트립들(26, 28)은 유사한 방법으로 반사기(12)에 설치된다.
도 1, 2 및 6-8에 도시된 바와 같이, 마이크로스트립 급전선(18)은 반사기(12)에 직접 설치되어 입력 커넥터(40)로부터 입력 신호들을 수신해서 마이크로스트립 중심 급전 신호들을 상부 및 하부 다이폴 어셈블리들(14, 16)에 제공하는 전기적인 도체이다. 마이크로스트립 급전선(18)은 일반적으로 안테나와 입력 커넥터(40) 사이에 최상의 임피던스 정합을 이루는 크기와 면적의 "T"형 단일 알루미늄 박판이다. 마이크로스트립 급전선(18)은 특정한 안테나 응용에 따라서 변화시킬 수 있다. 게다가, 본 발명에서는 하나의 단편만이 도시되었으나, 마이크로스트립 급전선(18)은 또한 분리된 단편들로 제조되어 결합될 수 있다. 본 발명의 마이크로스트립 급전선(18)은 설치부들(18A), 입력 급전부(18B), 중심급전 도체들(18C), 및 테두리부(18D)를 포함한다.
도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 설치부들(18A)은 마이크로스트립 급전선(18)의 상단 및 하단에 위치한 만곡부들로 구성되고 마이크로스트립 급전선(18)을 반사기(12)에 마이크로스트립 금속구들(42)(도 1-3)로 고정하기 위한 마이크로스트립 설치 개구들(41)(도 6,7)을 포함한다.
입력 급전부(18B)는 "T"의 "축(stem)"이고 마이크로스트립 급전선(18)과 입력 커넥터(40) 사이에 전기적인 접속을 또한 제공하는 급전 금속구 개구(44)(도 6)를 통해 급전 금속구(43)(도 1,3)로 반사기(12)에 설치된다.
도 2의 상부 다이폴 어셈블리(14)의 단면도와 도 3의 하부 다이폴 어셈블리(16)의 단면도에 도시된 바와 같이, 중심급전 도체들(18C)은 일반적으로 반사기(12)에 수직 방향이고 마이크로스트립 급전선(18)에 평행인 "L"형 부분들이다. 중심급전 도체들(18C)은 상부 및 하부 다이폴 어셈블리들(14, 16)의 좌측 및 우측 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 및 32) 사이에 샌드위치되어 안테나 성능에 영향을 주는 것을 최소화하고 날씨 요소들로부터 안테나를 보호하여, 안테나(10)를 더 튼튼하게 한다. 그러나, 중심급전 도체들(18C)은 각각의 다이폴 어셈블리(14, 16) 내의 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 및 32)중 단지 하나에만 전기적으로 접속된다. 특히, 중심급전 도체들(18C)중 하나는 상부 다이폴 어셈블리(14) 상의 상부 좌측 다이폴 스트립(26)에 전기적으로 접속되고 다른 중심급전 도체(18C)는 하부 다이폴 어셈블리(16)의 하부 우측 다이폴 스트립(32)에 전기적으로 접속된다. 이로써 방사 소자들(34)중 제4 소자 근처의 다이폴 스트립 개구들(45)(도 4, 5)을 통해 고정된 다이폴 스트립 커넥터들(46)이 이루어진다. 도 3A는 중심급전 도체들(18C)중 하나가 하부 우측 다이폴 스트립(32)에 다이폴 스트립 커넥터(46)로 접속되는 방법을 도시한다. 다른 중심급전 도체들(18C)도 유사한 방식으로 상부 좌측 다이폴 스트립(26)에 접속된다. 다이폴 스트립 커넥터들(46)은 알루미늄과 같은 다양한 재료들로 제작될 수 있다.
본 기술에 숙련된 자에게 인식되는 바로서, 중심급전 도체들(18C)과 다이폴 어셈블리들(14, 16) 사이의 전기적인 접속들의 배열은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 다이폴 어셈블리들의 수와 위치를 변화시킬 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 중심급전 도체들(18C)은 방사 소자들(34)의 제4 소자에서 근사적으로 중심점의 각각의 다이폴 스트립들(26, 32)로 접속된다. 본 발명의 특정한 구성에서, 상기의 위치들에 중심급전 도체들(18C)을 접속시키는 것에 의해 우수한 성능을 이룰 수 있다. 그러나, 중심급전 도체들(18C)이 좌측 및 우측 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 및 32) 사이에 배열되기만 하면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 특정한 안테나 응용에 따라 다른 구성들이 사용될 수 있다.
도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 마이크로스트립 급전선(18)의 한 측은 마이크로스트립 급전선(18)의 한 에지를 따라 테두리부(18D)를 형성하도록 굽혀져서 구조적인 강도를 제공한다.
본 발명의 특정한 실시예에서, 반사기(12)는 0.060" 알루미늄판으로 제작되고 24"의 길이, 6"의 폭 및 1"의 측벽 높이를 갖는다. 각각의 다이폴 스트립들(26, 28. 30, 32)은 또한 0.060" 알루미늄판으로 제작되고 높이가 6.865"이며, 폭이 각각 .25"인 다섯개의 방사소자들(34)을 가지며, 다이폴의 중심점으로부터 측정된 2.173" - 3.3" 범위의 길이에서 변한다. 마이크로스트립 급전선(18)은 0.060"의 두께, 0.460"의 폭, 및 15.777"의 길이를 갖는다.
도 9 - 11은 각각 93.48 도, -44.755 dB, 92.61 도, 44.337 dB 및 90.79 도, -44.453 dB의 빔폭과 전후위 비율을 갖는 0.830, 0.860, 및 0.890 GHz의 동작 주파수에서 상기의 특정한 로그 주기 다이폴 안테나의 응답 패턴을 도시한다. 도 12 - 14는 31.48, 30.54, 및 28.86도의 빔폭과 상기와 동일한 주파수에서 상기의 안테나의 고도 패턴을 도시한다. 도 15는 824 - 894 MHz의 셀룰러 주파수 대역 상의 안테나의 전압 정재파비(VSWR)를 도시한다. 측정된 성능은 안테나가 1.5와 1사이의 VSWR을 갖는 것을 표시하고, 이는 본 기술에 숙련된 자에게 명백한 바의 만족스러운 임피던스 성능의 산업 표준으로 받아들여질것이다.
본 발명의 중심 급전 로그 주기 다이폴 안테나가 두개의 다이폴 어셈블리들(14, 16)을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 본 기술에 숙련된 자에게는 단지 하나만을 포함하는, 임의의 수의 다이폴 어셈블리가 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 제공될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 게다가, 본 기술에 숙련된 자에게는 본 발명의 다양한 구성 요소들의 면적이 특정한 응용에 따라 다르게 정해질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 특히, 본 기술에 숙련된 자는 종래의 전단 급전 배열의 단점들을 극복하는 본 발명의 중심 급전 로그 주기 다이폴 안테나의 독특한 배열 방법을 손쉽게 인식할 수 있을 것이다.
전술한 로그 주기 다이폴 안테나는 좁은 수평 빔폭을 갖는 몇가지 결점을 갖는다. 단지 가장 좁은 반사기들만이 보편적으로 1.850 - 1.990 기가헤르쯔의 주파수 범위인 개인 통신 시스템(PCS) 주파수에서 90도 빔폭을 이루는데 사용될 수 있다. 90도는 대부분의 북미 소비자들에게 바람직한 빔폭이다.
전술한 안테나에서 도시되고 기술된 로그 주기 다이폴 안테나의 점차 짧아지는 방사 소자들은 안테나의 빔폭을 매우 좁게 한다. 각각의 시간마다 빔은 다음의 짧은 암(arm)에 부딪혀서, 약간씩 줄어든다. 암들의 수는 이들이 높은 전후위 비율을 발생시키므로 감소될 수 없다.
<아워글래스 다이폴 실시예>
도 16 및 17은 각각 보편적인 다이폴 스트립과 3 및 4인치 반사기를 사용한 전술한 안테나의 로그 주기 다이폴 안테나에 대해 측정된 패턴들을 도시한다.
도시된 바와 같이, 90도는 3인치 반사기로서 가능해진다. 이러한 좁은 크기는 안테나 기술자에게 안테나를 공기 스트립라인들로 급전하기 위한 충분한 공간을 제공하지 않는다. 그러므로, 3인치의 넓은 안테나가 케이블로의 급전에 요구된다. 그러나, 케이블의 사용은 이들이 고유의 손실이 있고 높은 상호변조(잡음)를 갖기 때문에 바람직하지 않다.
도 18 및 19는 안테나 상에 위치된 안테나 덮개를 갖는 보편적인 다이폴 스트립을 사용한 전술한 안테나의 로그 주기 다이폴 안테나에 대해 측정된 패턴들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 어떠한 크기의 반사기가 사용된다해도, 빔폭은 80도로 줄어든다. 이러한 PCS 주파수에서의 안테나 덮개 감소는 안테나 덮개 온(on) 상태에서 바람직한 90도 빔폭을 얻기 위해, 빔폭은 안테나 덮개 오프(off) 상태에서 100도가 되어야 한다는 것을 의미한다. 그런, 이러한 빔폭은 보편적인 다이폴을 사용한 전술한 안테나의 로그 주기 다이폴 안테나로는 가능하지 않다.
도 20-23은 본 발명의 아워글래스 다이폴 어셈블리를 구비한 참조번호 100으로 표시된 로그 주기 다이폴 안테나를 도시한다.
도 20에서, 로그 주기 다이폴 안테나(100)는 반사기(112), 상부 아워글래스 다이폴 어셈블리(114), 하부 아워글래스 다이폴 어셈블리(116), 및 마이크로스트립 급전선(118)을 포함한다.
반사기(112)는 보편적으로 안테나 타워(도시생략)에 수직으로 설치되고, 안테나(100)의 방사 패턴을 형성하고 방향을 정하는 동안 상기 기술된 다양한 구성요소들을 지지한다.
상부 아워글래스 다이폴 어셈블리(114)는 일반적으로 아워글래스 다이폴 스트립(126)(밝게 도시)과 아워글래스 다이폴 스트립(128)(어둡게 도시)을 갖는 115로 표시되는 아워 글래스 다이폴을 포함한다.
아워글래스 다이폴(115)에서, 아워글래스 다이폴 스트립들(126, 128)은 도 1 - 8에 도시된 다이폴 스트립처럼 평탄하고, 반사기(112)에 수직이며 서로에 인접하여 평행으로 설치되고, 도 1 - 8에 도시된 다이폴 스트립들과 유사하게 마아크로스트립 라인(118)에 접속된다.
상부 아워글래스 다이폴 어셈블리(114)는 (117)로서 표시된 또다른 아워글래스 다이폴을 포함하고, 하부 아워글래스 다이폴 어셈블리(116)는 (119, 121)로 표시된 두개의 아워글래스 다이폴들을 포함한다. 두개의 아워글래스 다이폴들(117, 119, 121)은 기능과 구조면에서 아워글래스 다이폴(115)과 유사하다. 예를 들면, 도 22에서 아워글래스 다이폴(121)은, 도 1 - 8에 도시된 바와 유사하게, 아워글래스 다이폴(121)을 마이크로스트립 전송선(118)의 (148)로서 표시된 중심급전 도체 어셈블리에 접속하기 위한 다이폴 스트립 커넥터(146)를 구비한다. 아워글래스 다이폴(121)은 또한, 도 1 - 8에 도시된 바와 유사하게, 다이폴 스트립들을 접속하기 위한 비도전성 스페이서들을 구비한다.
도 23은 도 1에 도시되고 기술된 다이폴 스트립(20)과 유사한 5개의 방사 소자들(128(a), 128(b), 128(c), 128(d), 128(e))을 구비한 아워글래스 다이폴 스트립(128)을 도시한다. 그러나, 도 23에 도시된 바와 같이, 아워글래스 다이폴 스트립(128)은, 도 1 - 8에 도시되고 기술된 다이폴 스트립과 달리, 상부가 아닌 다이폴 스트립의 중앙에 배열된 최단 방사 소자(128(c))를 구비한다.
본 발명에서, 아워글래스 다이폴 어셈블리는 도 1 - 8에 도시된 안테나의 방사 소자들과 동일한 수를 유지하므로, 동일한 전후위 비율을 갖는다. 그러나, 암의 비진보 특성(non-progressive nature)으로 인해 빔은 좁지 않다. 변경된 방사 소자들의 길이가 급전점 이상이기 때문에, 아워글래스 다이폴의 임피던스는 도 1 - 8에 도시된 안테나와 대략 동일하다.
본 발명의 안테나는 소비자가 PCS 주파수에서 90도 빔폭을 갖는 높은 전후위 비율을 원하는 곳이라면 어디서나 사용될 수 있다. 또한 셀룰러 안테나는 PCS 로 그 안테나와 같은 안테나 덮개 감소를 갖지 않으므로, 셀룰러 주파수에서, 높은 전후위 비율을 갖는 100도 빔폭이 가능해진다. 이는 표준 로그 주기 다이폴의 90도 빔폭과 비교된다. 표준 100도 안테나는 1/4 파장 다이폴들을 사용하여야 하고 단지 20 dB의 전후위 비율만을 갖는다.
도 24 및 25는 각각의 빔폭을 도시한다. 아워글래스 다이폴은 높은 전후위 비율을 유지하는 동안 100도의 시작 빔폭을 갖기 때문에 상기 논의된 결점들을 극복한다. 안테나 덮개가 온 위치에 있을 때, 이는 소망의 90도 빔폭으로 감소시킨다.
아워글래스 다이폴들은 도 1 - 8에 도시된 중심 급전 시스템으로 제한되지 않는다. 케이블을 사용한 상부 급전 다이폴 상에서 높은 전후위 비율이 유지되는 동안, 빔폭은 마이크로스트립을 사용한 중심 급전 안테나 상에서 만큼 증가할 것이다. 본 발명의 요점은 다이폴 암들의 형태에 관한 것이다. 본 발명의 범위는 임의의 특정한 급전 시스템으로 제한되는 것으로서 의도되지 않는다. 본 발명에 숙련된 자에게는 임의의 급전 시스템이 아워글래스 다이폴들과 결합되어 사용될 수 있다는 것이 명백할 것이다.
도 26은 도 21의 예에 도시된 마이크로스트립 급전 시스템(118)을 대신하는 210으로 표시된 상부 급전 마이크로스트립 전송 시스템을 구비하는 (200)으로 표시된 로그 주기 안테나를 도시한다. 도시된 바와 같이, 로그 주기 안테나는 220a로 표시된 커넥터에 의해 상부 급전 마이크로스트립 전송 시스템에 접속되는 220, 222로 표시된 두개의 아워글래스 다이폴들과 본 기술에서 공지된 방식으로 220b, 222b로 표시된 금속구를 구비한다.
본 발명의 로그 주기 다이폴 안테나는 두개의 아워글래스 다이폴 어셈블리들(114, 116)을 구비한 것으로 설명된다. 본 기술에 숙련된 자에게는, 단지 하나만을 포함하는, 임의의 수의 다이폴 어셈블리들이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 제공될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 게다가, 본 기술에 숙련된 자에게는, 본 발명의 다양한 구성 요소들의 면적이 인치로 도시되고, 특정한 응용에 따라 다르게 정해질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 특히, 본 기술에 숙련된 자는 본 발명의 로그 주기 아워글래스 다이폴 안테나의 독특한 배열이 개인 통신 시스템 주파수에 보편적으로 사용되는 안테나의 단점들을 극복하는 방법을 손쉽게 인식할 수 있을 것이다.
본 발명이 최소한 하나의 실시예에 관해서 기술되고 논의되었지만, 본 발명의 본질과 범위로부터 벗어나지 않는 다른 배열들 혹은 구성들도 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 원리를 구체화한 로그 주기 다이폴 안테나의 전면도.
도 2는 도 1에 도시된 로그 주기 다이폴 안테나의 좌측 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 로그 주기 다이폴 안테나의 하부 단면도.
도 3A는 도 3에 도시된 로그 주기 다이폴 안테나의 세그먼트의 도면.
도 4는 도 2에 도시된 방사 소자들이 부착된 다이폴 스트립들중 하나의 평면도.
도 5는 라인들 5-5'를 따라 도 4에 도시된 방사 소자들을 구비한 다이폴 스트립의 하부도.
도 6은 도 1에 도시된 로그 주기 다이폴 안테나의 마이크로스트립 급전선의 확대 전면도.
도 7은 도 6에 도시된 마이크로스트립 급전선의 측평면도.
도 8은 도 7에 도시된 마이크로스트립 급전선의 하평면도.
도 9는 93.48도의 빔폭 및 -44.755 dB의 전후위 비율을 갖는 0.830 GHz의 동작 주파수에서 도 1의 로그 주기 다이폴 안테나에 대한 방위각 패턴을 도시한 도면.
도 10은 92.61도의 빔폭 및 -44.337 dB의 전후위 비율을 갖는 0.860 GHz의 동작 주파수에서 도 1의 로그 주기 다이폴 안테나에 대한 방위각 패턴을 도시한 도면.
도 11은 90.79도의 빔폭 및 -44.453 dB의 전후위 비율을 갖는 0.890 GHz의 동작 주파수에서 도 1의 로그 주기 다이폴 안테나에 대한 방위각 패턴을 도시한 도면.
도 12는 31.48도의 빔폭을 갖는 0.830 GHz의 동작 주파수에서 도 1의 로그 주기 다이폴 안테나에 대한 고도 패턴을 도시한 도면.
도 13은 30.94도의 빔폭을 갖는 0.860 GHz의 동작 주파수에서 도 1의 로그 주기 다이폴 안테나에 대한 고도 패턴을 도시한 도면.
도 14는 28.86도의 빔폭을 갖는 0.890 GHz의 동작 주파수에서 도 1의 로그 주기 다이폴 안테나에 대한 고도 패턴을 도시한 도면.
도 15는 824 MHz와 894 MHz 주파수 사이이고 1.5에서 1.0 사이의 VSWR(전압 정재파비)를 갖는 도 1의 로그 주기 다이폴 안테나의 정재파비(SWR)를 도시한 도면.
도 16은 1.850, 1.920 및 1.990 기가헤르쯔의 동작 주파수에서 3인치 반사기를 구비하며 안테나 덮개가 제거된 보편적인 다이폴을 사용한 전술한 안테나의 패턴을 도시한 도면.
도 17은 1.850, 1.920 및 1.990 기가헤르쯔의 동작 주파수에서 4인치 반사기를 구비하며 안테나 덮개가 제거된 보편적인 다이폴을 사용한 전술한 안테나의 패턴을 도시한 도면.
도 18은 1.850, 1.920 및 1.990 기가헤르쯔의 동작 주파수에서 3인치 반사기를 구비하며 안테나 덮개가 있는 보편적인 다이폴을 사용한 전술한 안테나의 패턴을 도시한 도면.
도 19는 1.850, 1.920 및 1.990 기가헤르쯔의 동작 주파수에서 4인치 반사기를 구비하며 안테나 덮개가 있는 보편적인 다이폴을 사용한 전술한 안테나의 패턴을 도시한 도면.
도 20은 본 응용에서 또한 제시된 방법인 아워글래스 다이폴들을 구비한 로그 주기 다이폴 안테나의 부분 측단면도.
도 21은 도 20에 도시된 아워글래스 다이폴들을 구비한 로그 주기 다이폴 안테나의 입면도.
도 22는 라인들 8-8'를 따라 도 21에 도시된 아워글래스 다이폴들을 구비한 로그 주기 다이폴 안테나의 측면도.
도 23은 본 응용의 특징인 아워글래스 다이폴 스트립의 평면도.
도 24는 1.850, 1.920 및 1.990 기가헤르쯔의 동작 주파수에서 4인치 반사기를 구비하며 안테나 덮개가 제거된 도 20-23에 도시되어 있는 아워글래스 다이폴을 사용한 로그 주기 다이폴 안테나의 패턴을 도시한 도면.
도 25는 1.850, 1.920 및 1.990 기가헤르쯔의 동작 주파수에서 4인치 반사기를 구비하며 안테나 덮개가 있는 도 20-23에 도시되어 있는 아워글래스 다이폴을 사용한 로그 주기 다이폴 안테나의 패턴을 도시한 도면.
도 26은 아워글래스 다이폴들과 상부 급전 마이크로스트립 전송 시스템을 구비한 본 발명의 또다른 실시예의 부분 측단면도.
도 27은 도 12에 도시된 안테나의 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
14 : 상부 다이폴 어셈블리
18 : 마이크로스트립 급전선
20 : 개구
26 : 상부 좌측 다이폴 스트립
34 : 방사 소자
42 : 마이크로스트립 금속구
43 : 급전 금속구

Claims (31)

  1. 로그 주기 다이폴 안테나(10)에 있어서,
    (a) 다이폴 스트립 커넥터(46)가 사이에 있는 두개의 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 32)을 구비한 최소한 하나의 로그 주기 다이폴 어셈블리(14, 16); 및
    (b) 상기 두개의 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 32) 사이에 배열되어 상기 다이폴 스트립 커넥터(46)에 접속된 중심급전 도체(18C)를 구비한 마이크로스트립 급전선(18)
    을 포함하는 로그 주기 다이폴 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중심급전 도체(18C)는 상기 두개의 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 32) 사이에 배열되는 로그 주기 안테나.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다이폴 스트립 커넥터(46)는 상기 두개의 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 32)중 하나를 상기 중심급전 도체(18C)에 전기적으로 접속하는 로그 주기 안테나.
  4. 제1항에 있어서, 각각의 상기 두개의 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 32)은 복수의 교대 방사 소자(34)를 포함하는 로그 주기 안테나.
  5. 제4항에 있어서, 각각의 로그 주기 다이폴 어셈블리(14, 16)는 복수의 다이폴들을 포함하고, 상기 각각의 다이폴은 상기 두개의 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 32) 상에 한쌍의 인접한 교대 방사 소자들(34)에 의해 형성된 로그 주기 안테나.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 다이폴들은 5개의 다이폴들을 포함하고, 상기 다이폴 스트립 커넥터(46)는 제4 다이폴 근처의 상기 두개의 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 32)의 중심점에 배열된 로그 주기 안테나.
  7. 제1항에 있어서, 상기 로그 주기 안테나(10)는 반사기(12)를 더 포함하고,
    상기 마이크로스트립 급전선(18)은 상기 반사기(12) 상에 배열된 최소한 하나의 마이크로스트립 설치부(18A)를 구비한 로그 주기 안테나.
  8. 제7항에 있어서, 각각의 상기 두개의 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 32)은 상기 반사기(12) 상에 배열된 L형 지지체(30B, 32B)를 포함하는 로그 주기 안테나.
  9. 제5항에 있어서, 상기 복수의 다이폴들은 5개의 다이폴들을 포함하고,
    상기 두개의 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 32)은 각각의 다이폴 어셈블리(14, 16)에 전기적인 절연 구조의 지지를 제공하기 위한 비도전성 스페이서(38)를 포함하며,
    상기 비도전성 스페이서(38)는 제2 및 제3 다이폴에 인접하여 배열되는 로그 주기 안테나.
  10. 제7항에 있어서, 상기 마이크로스트립 급전선(18)은, 상기 반사기(12) 상에 배열되고 입력 무선 신호를 수신하기 위한 입력 커넥터(40)에 접속된 입력 급전부(18B)를 포함하는 로그 주기 안테나.
  11. 제1항에 있어서, 상기 로그 주기 안테나(10)는 그 사이에 제2 다이폴 스트립 커넥터(46)를 갖는 두개의 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 32)을 구비한 제2 로그 주기 다이폴 어셈블리(14, 16)를 더 포함하고,
    상기 마이크로스트립 급전선(18)은 상기 제2 다이폴 스트립 커넥터(46)에 접속된 제2 중심급전 도체(18C)를 포함하는 로그 주기 안테나.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 중심급전 도체(18C)는 상기 제2 로그 주기 다이폴 어셈블리(14, 16)의 상기 두개의 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 32) 사이에 배열되는 로그 주기 안테나.
  13. 중심 급전 로그 주기 다이폴 안테나(10)에 있어서,
    A) 상기 중심 급전 로그 주기 다이폴 안테나(10)의 방사 패턴을 형성하기 위한 반사기(12);
    B) 상기 반사기(12)에 부착되고,
    i) 전단(front end), 및 상기 반사기(12)에 부착되어 있는 "L"형 지지체(26B)를 구비한 제1 다이폴 스트립(26),
    ii) 상기 제1 다이폴 스트립(26)과 일체로 형성되고 이로부터 부가된 가변장의 복수의 제1 방사 소자들(34),
    iii) 상기 제1 다이폴 스트립(26)에 인접하여 평행하게 배치되고, 전단 및 상기 반사기(12)에 부착되어 있는 "L"형 지지체(28B)를 구비한 제2 다이폴 스트립(28), 및
    iv) 상기 제2 다이폴 스트립(28)과 일체로 형성되고 이로부터 부가된 가변장의 복수의 제2 방사 소자들(34)
    을 포함하며, 상기 복수의 제1 및 제2 방사 소자들(34)이 연속하는 방사 소자들(34) 사이에 180도의 위상 편이를 갖는 복수의 다이폴들을 형성하도록 배열된 최소한 하나의 다이폴 어셈블리(14); 및
    C) 상기 반사기(12)에 부착되고 최소한 하나의 중심급전 도체(18C)를 포함하는 마이크로스트립 급전선(18)을 포함하며,
    상기 최소한 하나의 중심급전 도체들(18C)의 각각은, 상기 최소한 하나의 다이폴 어셈블리들(14, 16)의 각각에 대응하고, 또한 그 대응하는 다이폴 어셈블리(14, 16)의 상기 제1 및 제2 다이폴 스트립들(26, 28) 사이에 배치되며, 상기 전단 및 상기 다이폴 스트립(26, 28)의 상기 "L"형 지지체(26B, 28B) 사이의 지점에서 상기 다이폴 스트립들(26, 28)중 하나에 전기적으로 접속된 중심 급전 로그 주기 다이폴 안테나.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복수의 제1 방사 소자들(34)의 수는 5이고, 상기 복수의 제1 방사 소자들(34)중 제1 및 최단 소자는 상기 제1 다이폴 스트립(26)의 상기 전단 근처에 배치되고, 상기 복수의 제1 방사 소자들(34)중 제5 및 최장 소자는 상기 제1 다이폴 스트립(26)의 상기 "L"형 지지체(26B) 근처에 배치되고, 상기 복수의 제1 방사 소자들(34)중 나머지 소자들은 상기 복수의 제1 방사 소자들(34)중 상기 제1과 제5 소자 사이에 길이 증가의 순서로 배열되며, 상기 복수의 제2 방사 소자들(34)의 수는 5이고, 상기 복수의 제2 방사 소자들(34)중 제1 및 최단 소자는 상기 제2 다이폴 스트립(28)의 상기 전단 근처에 배치되고, 상기 복수의 제2 방사 소자들(34)중 제5 및 최장 소자는 상기 제2 다이폴 스트립(28)의 상기 "L"형 지지체(28B) 근처에 배치되고, 상기 복수의 제2 방사 소자들(34)중 나머지 소자들은 상기 복수의 제2 방사 소자들(34)중 상기 제1 및 제5 소자 사이에 길이 증가의 순서로 배열된 중심 급전 로그 주기 다이폴 안테나.
  15. 제14항에 있어서, 상기 최소한 하나의 중심급전 도체들(18C)의 각각은 제4 방사 소자(34)에서 상기 다이폴 스트립들(26, 28, 30, 32)중의 하나에 전기적으로 접속되는 중심 급전 로그 주기 다이폴 안테나.
  16. 로그 주기 다이폴 안테나(100, 200)에 있어서,
    (a) 중심급전 도체(148, 220a, 222a)를 구비한 마이크로스트립 급전선(118); 및
    (b) 다이폴 스트립 커넥터(146, 220b, 222b)를 갖는 두개의 아워글래스(hourglass) 다이폴 스트립들(20, 126, 128)을 구비한 최소한 하나의 로그 주기 아워글래스 다이폴 어셈블리(114, 116, 220, 222)
    를 포함하며,
    상기 마이크로스트립 급전선(118)은 상기 두개의 아워글래스 다이폴 스트립들(20, 126, 128) 사이에 배열되며, 상기 다이폴 스트립 커넥터(146, 220b, 222b)는 상기 마이크로스트립 급전선(118)의 상기 중심급전 도체(148, 220a, 222a)에 접속되는 로그 주기 다이폴 안테나.
  17. 제16항에 있어서, 상기 중심 급전 도체(148, 220a, 222a)는 상기 두개의 아워글래스 다이폴 스트립들(20, 126, 128) 사이에 배열된 로그 주기 안테나.
  18. 제16항에 있어서, 상기 다이폴 스트립 커넥터(146, 220b, 222b)는 상기 두개의 아워글래스 다이폴 스트립들(20, 126, 128)중의 하나를 중심급전 도체(148, 220a, 222a)에 전기적으로 접속하는 로그 주기 안테나.
  19. 제16항에 있어서, 상기 두개의 아워글래스 다이폴 스트립들(20, 126, 128)의 각각은 복수의 교대 방사 소자들(128(a), 128(b), 128(c), 128(d), 128(e))을 포함하는 로그 주기 안테나.
  20. 제19항에 있어서, 각각의 로그 주기 아워글래스 다이폴 어셈블리(114, 116, 220, 222)는 상기 두개의 아워글래스 다이폴 스트립들(20, 126, 128) 상에 한쌍의 인접한 교대 방사 소자들(128(a), 128(b), 128(c), 128(d), 128(e))에 의해 각각 형성된 복수의 아워글래스 다이폴들(115, 117, 119, 121)을 포함하고, 상기 복수의 방사 소자들(128(a), 128(b), 128(c), 128(d), 128(e))중의 최단 소자는 상기 아워글래스 다이폴 어셈블리(114, 116, 220, 222)의 중앙에 배열된 로그 주기 안테나.
  21. 제20항에 있어서, 상기 복수의 아워글래스 다이폴들(115, 117, 119, 121)은 5개의 방사 소자들(128(a), 128(b), 128(c), 128(d), 128(e))을 포함하고, 상기 다이폴 스트립 커넥터(146, 220b, 222b)는 제4 암(arm)(128(d)) 근처의 상기 두개의 아워글래스 다이폴 스트립들(20, 126, 128)의 중심점에 배열된 로그 주기 안테나.
  22. 제16항에 있어서, 상기 로그 주기 안테나(100, 200)는 반사기(112)를 더 포함하고,
    상기 마이크로스트립 급전선(118)은 상기 반사기(112) 상에 배열된 최소한 하나의 마이크로스트립 설치부를 구비한 로그 주기 안테나.
  23. 제22항에 있어서, 상기 마이크로스트립 급전선(118)은, 상기 반사기(112) 상에 배열되고 입력 무선 신호를 수신하기 위해 입력 커넥터에 접속된 입력 급전부를 포함하는 로그 주기 안테나.
  24. 제16항에 있어서, 상기 마이크로스트립 급전선(118)은 제2 중심급전 도체(222a)를 포함하고,
    상기 로그 주기 안테나(100, 200)는 상기 제2 중심급전 도체(148, 220a, 222a)에 접속된 제2 아워글래스 다이폴 스트립 커넥터(146, 220b, 222b)를 갖는 두개의 아워글래스 다이폴 스트립들(20, 126, 128)을 구비한 제2 로그 주기 아워글래스 다이폴 어셈블리(114, 116, 220, 222)를 더 포함하는 로그 주기 안테나.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제2 중심급전 도체(222a)는 상기 제2 로그 주기 아워글래스 다이폴 어셈블리(114, 116, 220, 222)의 상기 두개의 아워글래스 다이폴 스트립들(20, 126, 128) 사이에 배열된 로그 주기 안테나.
  26. 로그 주기 다이폴 안테나(100, 200)에 있어서,
    (a) 입력 무선 신호에 응답하여 마이크로스트립 중심 급전 무선 신호를 제공하는 마이크로스트립 중심 급전 수단(118);
    (b) 상기 마이크로스트립 급전 무선 신호에 응답하여 로그 주기 아워글래스 다이폴 안테나 무선 신호를 제공하는 로그 주기 아워글래스 다이폴 어셈블리(114, 116, 220, 222)
    를 포함하고,
    상기 마이크로스트립 중심 급전 수단(118)은 상기 로그 주기 아워글래스 다이폴 어셈블리(114, 116, 220, 222) 사이에 배열되는 로그 주기 다이폴 안테나.
  27. 제26항에 있어서, 상기 로그 주기 아워글래스 다이폴 어셈블리(114, 116, 220, 222)는 두개의 아워글래스 다이폴 스트립들(20, 126, 128) 상에 한쌍의 인접한 교대 방사 소자들(128(a), 128(b), 128(c), 128(d), 128(e))에 의해 각각 형성된 복수의 아워글래스 다이폴들(115, 117, 119, 121)을 포함하고, 상기 복수의 방사 소자들(128(a), 128(b), 128(c), 128(d), 128(e))중의 최단 소자(128(c))는 상기 아워글래스 다이폴 어셈블리(114, 116, 220, 222)의 중앙에 배열된 로그 주기 안테나.
  28. 제26항에 있어서, 상기 입력 신호는 개인 통신 시스템(PCS) 주파수를 갖는 무선 신호인 로그 주기 안테나.
  29. 제28항에 있어서, 상기 개인 통신 시스템(PCS) 주파수는 1.850 - 1.990 기가 헤르쯔의 주파수 범위 이내인 로그 주기 안테나.
  30. 제26항에 있어서, 상기 마이크로스트립 중심 급전 수단(118)은 상부 급전 마이크로스트립 전송 시스템인 로그 주기 안테나.
  31. 제30항에 있어서, 상기 로그 주기 아워글래스 다이폴 어셈블리(114, 116, 220, 222)는 커넥터(146, 220b, 222b) 및 금속구(fastener)(220b, 222b)에 의해 상기 상부 급전 마이크로스트립 전송 시스템에 접속된 로그 주기 안테나.
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