KR0156300B1 - 전방향성 루프안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전방향성 루프안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차의 실내에 설치되어 고감도의 텔레비젼 방송신호 등을 어느방향에서도 수신할 수 있는 전방향성 루프안테나를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 전방향성 루프안테나는 원통형상을 가지고 수직면내에서 서로 직각으로 조합된 제 1,2루프에 직교하도록 형성된 제 3 루프와, 상기 제 1,2,3 루프의 외주면에 형성된 다수 개의 요홈부와, 상기 다수개의 요홈부에 권회된 도체선과, 상기 제 1,2,3 루프의 내부면에 부착되어 안테나 이득을 향상시키는 L과 C로 이루어진 임피던스 정합회로와, 상기 임피던스 정합회로와 안테나에 수신되어 신호의 전력을 합성하는 전력합성기 사이에 전기적으로 접속되어 위상변위를 결정하는 동축선과, 상기 전력합성기에서 출력된 신호를 증폭하는 저잡음 광대역 증폭기로 구성된 것을 본 발명의 요지로 한다.

Description

전방향성 루프안테나

본 발명은 전방향성 루프안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차의 실내에 설치되어 고감도의 텔레비젼 방송신호 등을 어느 방향에서도 수신할 수 있는 전방향성 루프안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 전방향성 안테나는 무지향성 안테나라고도 하며 수평다이폴과 같이 본래는 지향성이 있는 안테나를 공간적으로 직가이 되게 놓아 90° 의 위상차로 급전함으로써 수평면에서 원형에 가까운 전방향성을 띄는 것, 또는 수직 다이폴을 다단으로 한 것이다.

종래기술에 따른 전방향성 안테나는 제1도에 도시된 바와 같이 구성되어 있다.

제1도에 도시된 전방향성 안테나는 한국 특허출원번호 92-제12494호에 기재되어 있는 것으로, 이는 서로 다른 반경을 가진 원통형상의 제1,2 루프(11)(12)의 외주면에서 다수개의 요홈부(13)가 형성되어 있고, 상기 제1,2 루프(11)(12)는 수직면내에서 직각으로 조합하여 베이스 기판(18)상에 설치되어 있다.

그리고, 상기 제1,2 루프(11)(12)의 외주면에서 형성된 다수개의 요홈부(13)에는 동축선(15,16)에 연장된 도체선(14)이 일정 횟수 만큼 권회되어 있으며, 상기 동축선(15)은 전력분배기(17)에 접속되어 있다.

상기 전력분배기(17)은 안테나에 수신되는 신호전력을 상기 동축선(15,16)을 통해 제1,2 루프(11)(12)에 일정한 비율로 분배한다.

상기에서 제1,2 루프(11)(12)의 도체선(14)에 접속된 2개의 동축선(15,16)중 제 2 루프(12)에 접속된 동축선(15)은 상기 제 2 루프(12)가 제 1 루프(11)와 90°위상차를 갖기 위해 90°의 위상변이가 필요하므로, 전송선로의 길이를 1/4 전송파장만큼 길게 되도록 형성하였다.

따라서 상기와 같은 특성을 가진 전방향성 루프안테나는 제1,2 루프(11)(12)간의 급전위상이 90°가 되면 수직면상에서 어느 방향으로 도래하는 전파도 수신할 수 있었다.

또한, 이러한 전방향성 루프안테나는 사용 용도에 따라 제1,2 루프(11)(12)의 반경과 도체선(14)의 권회가 각각 다르게 설정될 수 있어 상기 루프에 권회된 권선수로 안테나의 반경을 가변할 수 있으므로써 다른 종류의 안테나보다 크기를 줄일 수 있는 특징을 가지고 있었다.

그런데, 이와 같이 구성된 종래의 전방향성 루프안테나는 자동차 내에 안테나를 설치할 목적으로 안테나 반경을 작게하면 안테나 임피던스가 작아짐으로써 이득의 감소가 초래되어 고감도의 방송신호 등을 수신할 수 없는 단점이 있었다.

반면, 상기 안테나 이득을 향상하기 위해 안테나 반경을 크게하여 자동차 외부에 안테나를 설치한다해도 훼손이 쉽게 되고 잦은 고장을 일으키는 단점이 있었다.

또한 종래의 전방향성 루프안테나는 안테나 소자인 제1,2 루프(1)(1a)가 대지에 대하여 수직으로 세워져 루프면 즉 수직면 내에서의 지향특성은 좋으나 수평면내 지향성이 좋지못한 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 자동차내에 설치가 가능한 소형의 안테나로 전방향에서 들어오는 텔레비젼 방송신호와 이동통신기기의 호출신호 등을 고감도로 수신함과 동시에 안테나 케이스 내부에 정지등을 설치함으로써 자동차 브레이크 작동시 후방의 운전자에게 경고신호를 알릴 수 있는 전방향성 루프안테나에 제공하는 것이다.

제1도는 종래의 전방향성 루프안테나를 나타낸 사시도.

제2도는 본 발명에 의한 전방향성 루프안테나의 구성도.

제3도는 본 발명에 의한 전방향성 루프안테나의 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11,21 : 제 1 루프 12,22 : 제 2 루프

23 : 제 3 루프 13 : 요홈부

14 : 도체선 32 : 임피던스 정합회로

31 : 동축선 41 : 전력합성기

51 : 저잡음 광대역 증폭기 61 : 정지등

100 : 몸체 200 : 기판

300 : 덮개 400 : 케이스

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 전방향성 루프안테나는, 적어도 90° 의 위상변이를 가지도록 서로 직각으로 접속되며, 외주면에 형성된 요홈부에 다수개의 도체선이 권선된 원통형상의 제1, 제2 루프와,

상기 제1 및 제 2 루프와 직교되도록 결합되며, 외주면에 형성된 요홈부에 다수개의 도체선이 권선된 원통형상의 제 3 루프와,

상기 제1, 제2 및 제 3 루프로부터 각각 수신된 신호의 감쇠 및 손실을 보상하기 위해 신호를 합성하는 전력합성수단과,

상기 전력합성수단으로 부터의 신호를 증폭시켜 수신장치로 출력하는 저잡음 광대역 증폭수단과,

상기 제1, 제2, 제 3 루프와 전력합성수단 사이에 각각 접속되며, 각 루프에 의해 발생되는 위상차를 보정하기 위한 임피던수 정합수단을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 전방향성 루프안테나는 상기 제1, 제2, 제 3 루프가 장착되는 케이스 내부에 브레이크 작동시 점등되는 다수개의 정지등이 추가로 구비된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 임피던스 정합수단은, 인덕터와 커패시터로 이루어진 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 일실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 의한 전방향성 루프안테나의 회로구성도로서, 적어도 90°의 위상변이를 가지도록 서로 직각으로 접속되며, 외주면에 형성된 요홈부에 다수개의 도체선이 권선된 원통형상의 제1, 제 2 루프(21,22)와, 상기 제1 및 제 2 루프(21,22)와 직교되도록 결합되며, 외주면에 형성된 요홈부에 다수개의 도체선이 권선된 원통형상의 제 3 루프(23)와, 상기 제1, 제2 및 제 3 루프(21,22,23)로부터 각각 수신된 신호의 감쇠 및 손실을 보상하기 위해 신호를 합성하는 전력합성기(41)와, 상기 전력합성기(41)로 부터의 신호를 증폭시켜 수신장치로 출력하는 저잡음 광대역 증폭기(51)와, 상기 제1, 제2 제 3 루프(21,22,23)와 전력합성기(41) 사이에 각각 접속되며, 각 루프에 의해 발생되는 위상차를 보정하기 위한 임피던스 정합회로(32)로 이루어진다.

제3도는 본 발명에 의한 전방향성 루프안테나의 사시도를 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, 상기 몸체(100)는 원통형상의 제1,2,3 루프(21)(22)(23)로 구성되며, 상기 제1,2 루프(21)(22)는 수직면내에서 서로 직각으로 결합되어 있고 제 3 루프(23)는 상기 제1,2 루프(21)(22)와 직교되도록 결합된다.

상기 제1,2,3 루프(21)(22)(23)의 외주면에는 다수개의 요홈부가 형성되어 있고, 이 요홈부에는 전력분배기(도시안됨)에서 출력된 일정전원이 공급되는 동축선(도시안됨)에 연장된 도체선(3)이 일정횟수 만큼 권회되어 있다.

또한, 상기 제1,2,3 루프(21)(22)(23)에는 인덕턴스와 커패시터로 구성된 임피던스 정합회로(32)가 각각 부착된다.

상기 제1, 제2, 제 3 루프(21,22,23)로 이루어진 몸체(100)는 동축선(25)을 이용해 기판(200)에 연결되는데, 상기 동축선(25)은 각 루프마다 하나씩 연결되며,이때 제 2 루프(22)를 제 1 루프(21)와 90° 의 위상차이를 갖게 하기 위해 90° 의 위상변위시킴으로써, 제 2 루프(22)에 연결되는 동축선(25)의 길이는 제1,3 루프(21)(23)에 연결되는 동축선의 길이보다 1/4 전송파장 만큼 길게하여 기판(200)에 접속된다.

상기 기판(200)에는 각 루프로부터 수신되어 들어오는 신호의 전력을 합성하는 전력합성기(41)와, 상기 전력합성기(41)에서 출력된 신호를 증폭하는 저잡음 광대역 증폭기(51)가 결합되어 있으며, 상기 저잡음 광대역 증폭기(51)는 에폭시기판과 마이크로스트립선로(도시 안됨)를 이용한 마이크로스트립 증폭기 기술이 적용된다.

또한 본 발명의 전방향성 루프안테나는, 브레이크 정지등(61)을 추가로 구비하여 운전자가 브레이크를 밟았을 때 뒷차의 운전자에게 주의를 주도록 하였다.

이와 같이 구성된 전방향성 루프안테나는 케이스(400) 내부에 안착고정되고 상기 케이스는 덮개(300)와 결합되어 자동차내 뒷자석 후면에 설치되며, 또한 상기 케이스(400)내벽에는 자동차 브레이크와 연결된 복수개의 정지등(61)이 부착된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전방향성 루프안테나는 다음과 같이 작용 및 효과를 가진다.

제2도 및 제3도에 도시된 전방향성 루프안테나에서 안테나에 수시된 TV방송신호와 이동통신 신호등은 정합임피던스가 50Ω 인 임피던스 정합회로(32)를 거쳐 50Ω 동축선과 커넥터를 이용해 전력합성기(41)에서 합성되며, 상기 전력합성기(41)에서 출력된 신호는 미약하므로 저잡음 광대역 증폭기(51)에서 증폭된 후 라디오나 여타의 무선수신장치로 전송된다.

상기 전력합성기(41)에서 출력된 신호는 저잡음 광대역 증폭기(51)에서 약 15[dB] 증폭되는데, 이때 안테나의 전체 이득은,

루프안테나이득 + 증폭기 이득 - 전력합성기손실 - 커넥터 손실 = 1.76[dBi] + 15[dB] - 3[dB] - 1.2[dB] = 12.56[dBi]

가 되어 기존에 사용되고 있는 자동차용 안테나(1/4 파장 접지 안테나)의 이득인 4.7[dBi] 보다 약 6배의 성능이 향상된다.

여기서, 상기와 같은 안테나 특성을 얻기 위한 저잡음 광대역 증폭기(51)의 실현기술에는 마이크로스트립 기술이 적용된다.

상기 마이크로스트립 기술설계는 비록 보편화된 기술이지만, 본 안테나에 적용되는 마이크로스트립 기술은 특수한 목적으로 사용되는 마이크로스트립 증폭기 기술로써 저주파 대역에서 애폭시(epoxy) 재질의 유전체기판(substrate)을 사용하여 이 에폭시 기판의 두께에 따라 특성임피던스가 50Ω이 되도록 선로의 폭을 제작하는 것이다.

이때 상기 증폭기(51) 출력인 마이크로스트립 선로는 특성임피던스가 50Ω인데 반하여 본 안테나와 연결되는 라디오 혹은 여타의 무선수신장치의 동축케이블은 일반적으로 75Ω이기 때문에 마이크로스트립선로와 동축케이블과의 임피던스 정합 위해 마이크로스트립선로의 폭을 점차적으로 좁혀나가 특성임피던스가 75Ω이 되도록 변환한다.

상기에서 마이크로스트립 증폭기 기술상의 에폭시 기판 두께별 특성임피던스가 50Ω 및 75Ω는 선로의 폭은 다음 식에 의해 제작된다.

(에폭시 기판의 비유전율 εr= 45±0.1

W/H≤1 일 때,

상기의 식에서 나타내는 기호는 다음과 같다.

W = 선로의 폭(line-Width), H = 기판의 두께(substrate thickness)

Z₀= 마이크로스트립 선로의 특성임피던스(characteristic impedancd of microstrip-line)

εr = 비유전율(relative permittivity)

εr = 실효 비유전율(errective relative permittivity)

따라서 상기와 같은 마이크로스트립 기술이 적용된 저잡음 광대역 증폭기(51)는 사용 용도에 따라 에폭시 기판의 두께와 마이크로스트립 선로의 폭이 각각 다르게 설정된다.

예를 들면,

1) 본 발명에 따른 전방향성 루프안테나의 저잡음 광대역 증폭기에서 사용되는 에폭시 기판의 두께별 50Ω실현 마이크로스트립 선로의 폭은,

① 기판의 두께가 0.6㎜ 일 때, 선로의 폭(±공차) = 1.15 ± 0.05㎜

② 기판의 두께가 0.8㎜ 일 때, 선로의 폭(±공차) = 1.50 ± 0.05㎜

③ 기판의 두께가 1.0㎜ 일 때, 선로의 폭(±공차) = 1.90 ± 0.07㎜

④ 기판의 두께가 1.2㎜ 일 때, 선로의 폭(±공차) = 2.25 ± 0.1㎜

⑤ 기판의 두께가 1.6㎜ 일 때, 선로의 폭(±공차) = 3.05 ± 0.15㎜이다.

2) 본 발명에 따르 전방향성 루프안테나의 저잡음 광대역 증폭기에서 사용되는 에폭시 기판의 두께별 75Ω 실현 마이크로스트립 선로의 폭은

① 기판의 두께가 0.6㎜ 일 때, 선로의 폭(±공차) = 0.05 ± 0.03㎜

② 기판의 두께가 0.8㎜ 일 때, 선로의 폭(±공차) = 0.70 ± 0.03㎜

③ 기판의 두께가 1.0㎜ 일 때, 선로의 폭(±공차) = 1.85 ± 0.05㎜

④ 기판의 두께가 1.2㎜ 일 때, 선로의 폭(±공차) = 1.05 ± 0.1㎜

⑤ 기판의 두께가 1.6㎜ 일 때, 선로의 폭(±공차) = 1.40 ± 0.1㎜이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 제1,2 루프안테타에 수평루르안테나를 추가함으로써 수직면이나 수평면에 대해 골고루 지향성을 가져 고감도의 TV방송 신호와 이동통신신호 등을 방향에 관계없이 수신할 수 있으며, 동시에 안테나 케이스 내부에 자동차 브레이크 동작시 점등되는 정지 등을 설치함으로써 후방의 운전자에게 경고신호를 알릴 수 있는 장점이 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (3)

1. 전방향성 루프안테나에 있어서, 적어도 90° 의 위상변이를 가지도록 서로 직각으로 접속되며, 외주면에 형성된 요홈부에 다수개의 도체선이 권선된 원통형상의 제1, 제2 루프와, 상기 제1 및 제 2 루프와 직교되도록 결합되며, 외주면에 형성된 요홈부에 다수개의 도체선이 권선된 원통형상의 제 3 루프와, 상기 제1, 제2 및 제 3 루프로부터 각각 수신된 신호의 감쇠 및 손실을 보상하기 위해 신호를 합성하는 전력합성수단과, 상기 전력합성수단으로 부터의 신호를 증폭시켜 수신장치로 출력하는 저잡음 광대역 증폭수단과, 상기 제1, 제2, 제 3 루프와 전력합성수단 사이에 각각 접속되며, 각 루프에 의해 발생되는 위상차를 보정하기 위한 임피던스 정합수단을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전방향성 루프안테나.
2. 제 1항에 있어서, 상기 임피던스 정합수단은, 인덕터와 커패시터로 이루어진 것을 특징으로 하는 전방향성 루프안테나.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제1, 제2 제 3 루프가 장착되는 케이스 내부에 브레이크 작동시 점등되는 다수개의 정지등이 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 전방향성 루프안테나.