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KR20180100494A - 비발디 안테나-기반 안테나 시스템 - Google Patents

비발디 안테나-기반 안테나 시스템 Download PDF

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Publication number
KR20180100494A
KR20180100494A KR1020180024462A KR20180024462A KR20180100494A KR 20180100494 A KR20180100494 A KR 20180100494A KR 1020180024462 A KR1020180024462 A KR 1020180024462A KR 20180024462 A KR20180024462 A KR 20180024462A KR 20180100494 A KR20180100494 A KR 20180100494A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antenna
module
central unit
vivaldi
booster
Prior art date
Application number
KR1020180024462A
Other languages
English (en)
Inventor
니콜라 도브리크
Original Assignee
아카게 아쿠스틱스 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아카게 아쿠스틱스 게엠베하 filed Critical 아카게 아쿠스틱스 게엠베하
Publication of KR20180100494A publication Critical patent/KR20180100494A/ko

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Abstract

비발디 안테나-기반 안테나 시스템
발명은 적어도 하나의 수신/송신 시스템에 연결가능한 적어도 하나의 액티브 부재(21)를 가진 적어도 하나의 중앙 유닛(20)과 함께, 선택적으로 적어도 하나의 지향성 안테나, 바람직한 경우 비발디 안테나(1) 및/또는 전방향 안테나, 바람직한 경우, 다이폴 안테나를 구비하는 것이 바람직한, 마이크로파 범위의 전자기파용 안테나 시스템에 관한 것이다.　
이러한 시스템의 활용성을 높이기 위해, 플러그드-인 안테나(1)가 중앙 유닛(20)의 적어도 하나의 마더보드에 용량성으로 연결되고, 부스터 모듈, 감쇠 모듈, 교정 모듈, 컴바이너 모듈, 필터 모듈(16), 또는 패시브 모듈이 중앙 유닛(20) 내에 선택적으로 플러깅가능하다. 중앙 유닛(20)의 기능은 플러그드-인 모듈(16)에 따라 결정된다.　

Description

비발디 안테나-기반 안테나 시스템 {Vivaldi Antenna-Based Antenna System}
발명은 청구항 1의 전제부에 따른, 마이크로파 범위의 전자기파를 위한 안테나 시스템, 바람직한 경우, 비발디 안테나에 관련된다.　
마이크로파 범위용 비발디 안테나는 종래 기술에서 알려져 있고, 이러한 유형의 각각의 안테나는 방사 부재 또는 쇼트 부재를 갖고 있으며, 이들은 전도 플레이트로 이루어져서, 복수의 이러한 부재들이 서로 상이한 평면에 배열될 수 있고, 따라서, 선택적으로, 동축 케이블에 직접 이들을 연결하는 것을 가능하게 한다.　
다수의 현재-시점 응용예에서, 해당 용도로 구축되지 않은 환경에서, 구체적으로, 극장 공연, 콘서트, 등에서 사용되는, 특히, 무선 마이크로폰으로부터 발원하는 신호를 수신함에 있어서, 필요한 만큼이나 많이 가용한 상이한 안테나 또는 안테나 조합을 갖는 것이 필요하고, 따라서, 적절한 선택을 하기 위해 실제로 요구되는 것에 비해 보다 많은 이러한 안테나가 가용하여야 한다. 투자 및 유지관리, 운송, 및 저장 비용 형태의 관련 비용은 상당하며, 여전히 교란 또는 결함의 원인이 있으며, 따라서, 수신 시스템의 어느 부분에 나타나는지 여부에 관계없이 전체 시스템의 장애로 나타난다.　
발명은 위 단점들을 제거하거나 적어도 크게 감소시킬 수 있는 해법 제공의 문제에 기초한다.　
발명에 따르면, 이 해법은 청구항 1의 특징부에 언급된 특징들에 기초한다. 다시 말해서, 액티브 전자 구성요소의 유일한 구성요소 부분인 중앙 유닛 또는 베이스를 가진 수신 시스템의 모듈러 구성을 제공함에 기초하며, 아래에서 설명 및 청구되듯이 일반적으로 상이한 비발디 안테나 및 안테나 부재들이 선택적으로 플러깅될 수 있고, 따라서, 특정 응용예에 따라, 지향성 또는 전방향성 안테나 패턴을 가진 안테나 부재가 사용될 수 있고, 다양한 필터링 모듈, 부스터 모듈, 교정 모듈, 및 컴바이너 부재가 다른 기하학적 영역 내 중앙 유닛에 선택적으로 플러깅될 수 있다.
이에 따라, 값비싼 중앙 유닛의 수를 기결정된 최소값으로 감소시키는 것이 가능하고, 만약을 위해 단지 소수의 백업 유닛을 갖는 것이 가능하다. 많은 공간을 요하지 않는 저렴한 패시브 구성요소들인 적절한 부스터, 필터, 교정 또는 컴바이너 모듈에 또한 적용되는 요건 공간 또는 배열, 비용과 관련된 어려움없이, 앞서 요구되는 전체 디바이스에 비해 매우 저렴한 안테나 부재를, 필요에 따라, 비축하는 것이 가능하다.
따라서, 현지에서 적절한 조합을 구성하는 것이 가능하고, 조건 변화에 따라 수신 디바이스에 필요한 조정을 행하는 것이 용이하다.　
발명은 첨부 도면을 참조하여 실시예에 대한 적용에 따라 아래에서 기술될 것이다.　
도 1은 중앙 유닛과 함께 이용하기 위한 비발디 안테나 부재를 도시하고,
도 2는 중앙 유닛과 함께 이용하기 위한 슬롯 다이폴 안테나 부재를 도시하며,
도 3은 중앙 유닛을 도시하고,
도 4는 비발디 안테나의 종래 설계를 도시하며,
도 5 내지 도 9는 중앙 유닛과 조합될 상이한 모듈들을 도시하고,　
도 10은 중앙 부재, 비발디 안테나 부재, 및 필터 모듈로 구성되는 액티브 지향성 안테나를 도시하며,
도 11은 중앙 유닛, 슬롯 다이폴 안테나 부재, 및 필터 모듈로 구성되는 액티브 지향성 안테나를 도시하고,
도 12는 중앙 유닛 및 부스터 모듈로 구성되는 부스터를 도시하며,
도 13은 중앙 유닛 및 교정 모듈로 구성되는 부교정 유닛을 도시하고,
도 14는 교정 유닛, 부스터, 및 수신기로 구성되는 시스템 배열을 도시하며,
도 15는 액티브 안테나, 부스터, 및 수신기로 구성되는 시스템 배열을 도시하고,
도 16은 2개의 비발디 안테나의 조합을 도시한다.　
비발디 안테나 분야의 숙련자가 발명을 이해할 수 있도록 상이한 안테나의 설계 및 이용에 관한 더욱 상세한 설명을 제공할 필요가 없고, 상호호환가능한 필터 모듈의 이용 역시 발명의 이해를 위한 당 업자에게 잘 알려져 있다. 이러한 상호호환성은 전체 시스템의 전체 특성을 적절히 조정하도록 상이한 전송 경로 및 그 특이성에 응답할 수 있게 한다.　
도 1은 지향성 비달디 안테나(1)의 방사부를 순수히 개략적으로 도시하고, 도 2는 전방향성 패턴을 가진 슬롯 다이폴 안테나(2)의 방사부를 또한 순수히 개략적으로 도시하며, 도 3은 비발디 안테나(1) 또는 슬롯 다이폴 안테나(2)인 도시되는 안테나와 마더보드(3)를 가진 중앙 유닛(20)의 배열을 또한 순수히 개략적으로 도시한다. 안테나는 마더보드(3)에 용량성으로 연결된다. 도면부호(4)는 중앙 유닛(20)의 입력 및 출력 포트로 P1, P2로 도시되는 플러그-인 모듈을 표시한다. 액티브 안테나 기능에서, 포트 P1만이 액티브이고, 포트 P2는 기능을 가지지 않는다. 포트 P2는 입력으로 기능하고, 포트 P1은 부스터 기능에서만 출력으로 기능한다(중간 증폭기). 동축 신호 케이블은 응용예에 따라 포트 P1, P2에 선택적으로 연결되며, 중앙 유닛의 액티브 구성요소인 증폭기가 (21)에 도시된다.　
도 4는 모듈러 설계 원리를 나타내도록 구성된 당 분야의 비발디 안테나(1')를 순전히 개략적으로 도시하는데, 이는 종래 기술과 달리 발명에 따르면, 방사부가 비방사부로부터 분리되어 용량성 결합을 통해 연결될 수 있으며, 이에 따라 안테나를 유리하게 변경시킬 수 있기 때문이다.　
더욱이, 안테나 지향성 패턴에 추가하여, 다른 성질들, 가령, 선택성을, 변화시키기 위해, 모듈 어댑터(4)를 이용하여 상호교환가능한 모듈들을 이용하는 것이 또한 가능하다.　
더욱이, 회로 기판 기술을 이용하여 구성되는 것이 선호되는 비발디 안테나(1)는 본딩에 적어도 2개, 이상적인 경우 4개의 리세스(recesses)(1')를 갖고, 이는 저주파수에서 안테나 이득을 유리하게 개선시키며, 왜냐하면, 이는 리턴 전류가 리세스 에지에서 추가 장을 생성하기 때문이고, 이는 메인 장과 상호작용하여, 주 빔 방향의 지향성 패턴을 개선시킨다. 리세스는 대체로 반사체 또는 지향체로 간주될 수 있다. 더욱이, 비발디 안테나(1)는 더욱 컴팩트하게 만들어질 수 있다.　
인쇄 회로 기술을 이용하여 구성되는 것이 선호되는 슬롯 다이폴 안테나(2)는 본딩에 적어도 하나의 삼각형 부재(2')를 가지며, 이는 안테나 슬롯을 적어도 2개의 분리된 슬롯(2")으로 분할하고, 이에 따라 대역폭이 유리하게 개선된다. 대역폭으로, 낮은 리턴 전류 댐핑(S11 < -10 dB)이 큰 주파수 범위에 걸쳐 획득되고, 이는 큰 주파수 범위에 대해 보다 높은 이득을 보장하고, 따라서 보다 낮은 전력을 반영한다. 이 원리는 생산되는 장 및 추가의 전도체 스트립을 제공하고 이는 구조적으로 중첩된다. 더욱이, 이러한 배열은, 이는 통상적으로 출력의 밸런싱을 위해 다이폴 안테나와 함께 사용되는, 밸런싱 변압기를 필요로하지 않는다.　
액티브 부재(21) 및 모듈 어댑터(4)에 추가하여, 중앙 유닛(20)의 마더보드(3)는 본딩에 장방형 리세스(3')를 갖고, 이는 비발디 안테나(1)의 광대역 무-부하 모드에 대응하고, 따라서, 안테나의 비방사부에 속한다. 장방형 리세스(3')는 구성요소들의 배열을 용이하게 하기 때문에 유리하다.
전자기파가 마이크로스트립 기술을 이용하여 만들어진 급전선(3")을 통해 내외로 공급되며, 급전선은 마더보드(3)의 상부에 위치하고, 도금-스루홀(plated-through hole)을 통해 마디보드의 하부, 소위 접지부에 전기화학적으로(galvanically) 연결된다. 하부는 또한 비발디 안테나(1)에 용량성으로 연결된다. 이러한 방식으로, 모듈러 구성요소들이 공간을 절감하도록 배열될 수 있다.　
도 5 내지 도 8은 필터 모듈(16), 부스터 모듈(6), 교정 모듈(12), 패시브 모듈(18), 및 컴바이너 모듈(14)을 블록도 형태로 도시하며, 이는 아래에서 더 상세히 논의될 것이다.　
필터 모듈(16)(도 6, 10, 11)이 도 10 및 도 11에 도시되는 바와 같이, 비발디 안테나(1)와 조합하여 그리고 슬롯 다이폴 안테나(2)와 조합하여 사용된다. 기술적으로, 이러한 필터들은 가령, LC 필터, 세라믹 필터, SAW 필터, 등을 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 장치는 액티브 수신 안테나로 사용된다. 필터 모듈의 기능은 수신가능 주파수 범위를 제한하여, 파-필드(far-field) 선택을 개선시키는 것이다. 필터 설계는 안테나 분야의 당 업자에게 잘 알려져 있기에 추가 설명이 불필요하다.　
패시브 모듈(18)(도 8)은 브리지/점퍼로서, 그 기능은 패시브 모드에서 안테나를 이용하기 위해 안테나를 포트 P2에 연결하는 것뿐이다. 예를 들어, 이는 도 16에 도시되는 바와 같이, 하나의 송신 안테나로 또는 조합하여 적층 안테나로 사용될 수 있다. 따라서, 패시브 모듈(18) 상에 요망 임피던스(바람직한 경우 50Ω)를 갖는 마이크로스트립 전도체(19)만이 존재한다.　
부스터 모듈(6)(도 5, 12)이 사용될 때, 도 12에 도시되는 바와 같이 안테나없이 중앙 유닛(20)이 제공된다. 이러한 구성에서, 장치는 포트 P1, P2로의 동축 케이블의 경로(도시되지 않음) 내 중간 증폭기로 사용된다. 부스터 모듈(6)은 다수의 기능을 가진다. 한편으로, 입력 부하가 감쇠기(7)를 이용하여 제한되고, 이는 DIP 스위치(바람직한 경우 회전 DIP 스위치(8))를 이용하여 설정될 수 있다. 이는 다운스트림 증폭기(도시되지 않음)를 오버로딩시키지 않기 위해 필요하다.
이러한 용도로, 부스터 모듈(6)은 레벨 검출기(9), 비교기(10), 및 광(11)을 가진다. 이러한 배열로, 레벨 검출기(9)에 의해 측정된 부하가 비교기(10)에 의해 평가되고 광(11)(가령, LED)에 의해 디스플레이되는 레벨을 설정하기 위해 검사 신호가 사용될 수 있고, 레벨이 정확한 값에 대응함을 사용자에게 표시할 수 있다. 앞서 기술한 바와 같이 레벨 조정은, 감쇠기(7) 및 회전 DIP 스위치(8)를 이용하여 수행되는 것이 바람직하다. 교정 과정은 아래에서 더 상세히 기술될 것이다.　
교정 모드에서 사용될 때, 도 13, 교정 모듈(12)이 부착 또는 삽입될 때, 일정 부하에서의 검사 주파수가 포트 P1에 인가될 수 있어서, 조정가능 요소를 이용함으로써 검사되고 있는 각자의 전송 경로의 레벨을 설정할 수 있다(도 14 참조). (13)에 발진기가 도시되며, 바람직한 경우 VCO(전압 제어 발진기)로서, 일정 부하에서 검사 신호를 생성한다. 사용되는 전기 경로가 안테나 입력의 경로와 분리되기 때문에, (도시되는 바와 같이) 안테나 유닛이 플러깅되는지 여부는 관계가 없다.
교정 과정은 교정 설정의 예시 실시예에 적용되듯이 도 14를 참조하여 설명될 것이며, 중앙 유닛(20) 및 교정 모듈(12)과, 중앙 유닛(20) 및 부스터 모듈(6)로 구성되는 부스터와, 동축 케이블(22)에 의해 모두 상호연결되는 수신기(23)로 이루어진다.　
앞서 기술된 바와 같이, 교정 유닛(12)은 다운스트림 부스터(6)에 인가되는 부하를 측정 및 평가함으로써, 그리고, 감쇠기(7)를 이용하여 이를 조정함으로써, 레벨 설정에 사용되는 일정 부하에서 검사 주파수를 발생시킨다. 이러한 방식으로, 케이블에서 감쇠되지 않은 과도 부하가 감쇠기(7)에서 제거되어, 증폭기 과부하를 배제할 수 있고 일정 전송 품질을 보장할 수 있다. 레벨 조정은 각각의 케이블 섹션에 대해 수행되고 정적이다. 즉, 구성요소들 간의 케이블이 변경되지 않은 경우 한번만 수행되어야 한다.
도 15는 레코딩에 사용하기 위한 액티브 안테나(2), 부스 터(6), 및 수신기(23)로 구성되는 시스템 구조의 한 예를 도시한다.　
발명은 다른 용도로 사용될 수 없던 추가 장치들을 이전에 사용해야만 했던 상이한 용도로 중앙 유닛(20)을 이용할 수 있게 한다. 이는 도 16에 도시되는 적층 안테나(안테나 캐스케이드)로 일 응용예에 또한 적용되며, 적어도 2개의 비발디 안테나가 구성되며, 중앙 유닛(20)에는 비발디 안테나와 컴바이너 모듈(14)(도 9)이 제공되고, 컴바이너 모듈은 2개의 유입 신호를 번들링하며, 하나는 중앙 유닛(20)의 비발디 안테나(1)로부터 발원하고 다른 하나는 외부 비발디 안테나(1')로부터 발원하며, 외부 비발디 안테나는 순수 패시브 모드로 작동하고(기술적으로, 비발디 안테나(1, 1')은 서로 동일할 수 있고, 여기서 달리 표시될 뿐임), 각자의 패시브 모듈(18)(도 8)을 가진 중앙 유닛(20')을 가진다(기술적으로, 중앙 유닛(20, 20')은 서로 동일하며, 여기서 상이하게 표시될 뿐임). 적층 안테나 시스템의 장점은 절반-폭의 관련 감소와 함께 안테나 로브의 번들링과 같이, 당 업자에게 알려져 있다.　
송신 안테나 응용예에서, 위 기술된 프로세스는 역전되며, 이는 당 업자가 이해할 수 있는 내용으로서, 실현가능한 이점은 수신 안테나 응용예에서와 동일하게 유지된다.　
플러그-인 모듈은 안테나 및 중앙 유닛에 비해 훨씬 소형이고, 여기서의 도시는 단지 도식적인 것에 불과하며, 모듈은 사용을 용이하게 하기 위해 표준화된 크기를 가진다. 중앙 유닛 내 그리고 개별 모듈 내 전기 커넥터 및 그 접합부의 기하학적 배열, 위치 및 구조는 발명의 이해를 위해 당 업자에 의해 쉽게 결정될 수 있다.　
또한, 발명에 따른 광 웨이트 및 적응가능한 가용 장치 및 구조를 당 업자가 구현하기 위해, 액티브 구성요소로부터 패시브 구성요소를 분리시킴으로써, 그리고 각각의 선택된 안테나의 용이해진 플러깅-인에 대해 표준화된 인터페이스(기하학적 및 "전기적" 모두)를 이용함으로써, 각각의 경우에 가용해야만 하는 요건 구성요소들의 수가 예상치않게 크게 감소할 수 있고, 요건 작업(교정, 조합, 안테나 특성 변경, 등)에 대한 신속한 적응은 물론이다.　
요약하자면, 발명은 적어도 하나의 수신/송신 장치에 연결가능한 적어도 하나를 갖는 적어도 하나의 액티브 구성요소(20)를 가진 전방향 다이폴 안테나(2) 및/또는 적어도 하나의 비발디 안테나(1)를 선택적으로 구비할 수 있는, 마이크로파 범위의 전자기파를 위한 수신 시스템에 관련되며, 플러그드-인 안테나(1 또는 2)는 중앙 유닛(20)의 적어도 하나의 마더보드(3)에 용량성으로 연결되고, 부스터 모듈(6), 감쇠 모듈(7), 교정 모듈(12), 컴바이너 모듈(14), 필터링 모듈(16) 또는 패시브 모듈(18)이 액티브 구성요소(20)에 선택적으로 플러깅될 수 있고, 중앙 유닛(20)의 기능은 플러그드-인 모듈(6, 7, 12, 14, 16, 18)에 따라 결정된다.
물론, 범용 모듈 중 일부가 수신 시스템에 더이상 사용되지 않는 경우는 기술되지 않으며, 이러한 설명은 불편하고 절대적으로 혼란스러울 것이다. 실제로, 모듈러 시스템이 송신, 수신, 안테나 조합, 부스터, 감쇠, 교정, 및 가능하다면, 기타 용도로 제공되어야할 경우, 안테나 연결만이 중앙 유닛과, 그리고 중앙 유닛 내 모듈 어댑터와 표준화되어야 한다.
01 비발디 안테나
01' 리세스
02 다이폴 안테나
02' 삼각형 요소
02" 슬롯
03 중앙 유닛 마더보드
03' 장방형-형상 리세스
03" 입력/출력선　
04 모듈 어댑터
05 당 분야 비발디 안테나
06 부스터 모듈　
07 감쇠기　
08 회전 DIP 스위치
09 레벨 검출기
10 비교기
11 디스플레이 요소　
12 교정 모듈
13 발진기
14 컴바이너 모듈
15 스플리터/컴바이너
16 필터 모듈
17 필터
18 패시브 모듈
19 마이크로스트립 전도체
20 중앙 유닛
21 액티브 요소(증폭기)
22 동축 케이블　
23 수신기　

Claims (5)

  1. 적어도 하나의 수신/송신 시스템에 연결가능한 적어도 하나의 액티브 부재(21)를 가진 적어도 하나의 중앙 유닛(20)과 함께, 선택적으로 적어도 하나의 지향성 안테나, 바람직한 경우 비발디 안테나(1) 및/또는 전방향 안테나, 바람직한 경우, 다이폴 안테나(2)를 구비하는 것이 바람직한, 마이크로파 범위의 전자기파용 안테나 시스템에 있어서, 플러그드-인 안테나(plugged-in antenna)(1 또는 2)는 중앙 유닛(20)의 적어도 하나의 마더보드(3)에 용량성으로 연결되고, 부스터 모듈(6), 감쇠 모듈(7), 교정 모듈(12), 컴바이너 모듈(14), 필터 모듈(16) 또는 패시브 모듈(18)이 중앙 유닛(20) 내에 선택적으로 플러깅될 수 있으며, 중앙 유닛(20)의 기능은 플러그드-인 모듈(6, 7, 12, 14, 16, 18)에 따라 결정되는, 안테나 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비발디 안테나(1)는 본딩 내에 적어도 2개, 더욱 바람직한 경우 4개의 리세스(1') 형태의 인쇄 회로 기판 기술을 이용하여 구성되는 것이 선호되는, 안테나 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 다이폴 안테나(2)는 하나의 삼각형 전도체 부재(2')와 적어도 2개의 분리된 슬롯(2")으로 적어도 구성되는, 안테나 시스템.　
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 중앙 유닛 마더보드(3)는 본딩 내에 장방형 리세스(3')를 갖도록 구성되는, 안테나 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 마이크로스트립 전도체로 구성되는 것이 바람직한 급전선(3")이, 상부로부터 하부까지, 소위 접지부까지, 연장되는 도금-스루홀(plated-through hole)을 이용하여 전기화학적으로 연결되고, 상기 하부는 다시 비발디 안테나(1)에 또는 다이폴 안테나(2)에 용량성으로 연결되는, 안테나 시스템.　
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