KR100191429B1 - 안테나의 방사방향 조정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안테나의 방사방향 조정방법에 관한 것으로, 안테나의 표면에 특정한 주파수 또는 파장의 전자파를 원하는 방향으로 방사시키기 위해 회절 격자를 사용함으로써, 유전체 도파로에 진행되는 유도모드 중 가장 주파수가 낮은 기본모드만 도파로를 따라 진행하도록 도파로를 설계하고, 도파로의 격자가 있는 영역에서는 전자파가 진행방향에 대해서 균일한 유전율 또는 굴절율 분포를 이루지 않기 때문에 방사모드가 형성되어 전자파가 도파로 외부영역으로 방사되게 되므로 방사파의 방향은 격자의 주기의 길이로 결정할 수 있도록 구성되어 있으며, 상기 회절격자의 주기를 전기적으로 변경할 수 있는 바, 격자부분을 압전체 물질로 만들어 양 끝에 전극을 달아 도파로에 삽입한 후 전극에 전압을 인가하게 되면, 전압의 크기에 따라 격자의 길이가 변경되고 그 결과 안테나에서 방사되는 방사파의 방향을 원하는 방향으로 조정할 수 있도록 구성되며, 격자의 주기의 길이를 변경함으로써 방사되는 전파자의 방향을 변경할 수 있으며 이로인해 빔폭이 아주 좁은 특성을 나타내게 되고 압전 전기물질 특성을 이용하여 전기적으로 격자 주기의 길이를 변경하므로 빔을 조정할 수 있게 되는바, 종래의 유전체 시스템에서 방사파의 방향을 조정하기 위하여 위상 변조기를 삽입하여 사용함으로써 시스템을 크게 하고 주파수가 아주 높은 밀리미터파와 광파 대역에서는 적용할 수 없었던데 비해 구조가 간단해지고 빔폭이 좁은 특성을 이용하여 안테나 및 센서에도 이용가능하게 된다.

Description

안테나의 방사방향 조정방법

제1도는 종래의 진행파형 안테나의 한 형태인 유전체 도파로를 용한 안테나 시스템의 구성을 나타낸 도면이고,

제2도의 (a)는 유전체 안테나의 도파로를 나타낸 정면도이고, (b)는 유전체 도파로에 진행되는 유전모드를 나타낸 측면도이고,

(c)는 압전체로 구성된 격자부분을 나타낸 측면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 튜닝 스터브 2 : 동축 급전선

3 : 원형 금속튜브 4 : 폴리스티렌

5,5' : 전극

본 발명은 유전체 도파로의 표면에 희절 격자(Grating)를 이용한 안테나 시스템 및 방사파의 최대 방사 방향을 조정하는 방법에 관한 것으로, 특히 유전체 안테나의 표면에 희절 격자를 추가하여 방사파의 지향성을 향상시키며, 압전 전기 물질을 이용하여 안테나의 표면의 격자 길이를 변경하여 방사파의 방향을 변경하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 안테나는 전파를 방사하거나 흡수하기 위해서 공중에 설치하는 도체를 말하는 것으로, 송신용과 수신용 그리고 사용하는 전파의 파장에 따라 중파, 단파, 초단파용으로 분류하며, 각각 동작 원리와 구조등이 다르다. 또한 전파의 방사 특성에 따라서 지향성과 무지향성의 구별이 있으며 형태에 따라 I 형, T 형, 역L 자형 등 많은 종류가 있다.

제1도는 종래의 진행파형 안테나의 한 형태인 유전체 도파로를 이용한 안테나 시스템의 구성을 나타낸 단면도로서, 참조번호 1은 수신되는 마이크로파의 주파수를 맞추기 위해 도파관의 중간에 급전선과 부하를 정합하기 위해 설치되는 단락판인 튜닝 스터브(Tuning Stub)이고, 2는 동축 케이블을 이용하여 송신기 또는 수신기와 안테나사이를 연결하여 전력을 전송하기 위한 선로인 동축 급전선, 3은 속이 빈 원형 금속관으로 만든 마이크로파의 전송로인 원형 금속튜브 도파관으로, 이 원형 금속튜브 도파관(3)은 일종의 고역필터로서 관내 모드는 일정한 차단파장을 가지고 그것보다 긴 파장은 통과시키지 않으며 관내에서는 여진파장과 다른 관내 파장으로 전파하게 된다.

또한, 참조번호 4는 안테나의 일반적인 재질인 폴리스티렌이다.

즉, 상기한 구성에 있어서는 도시한 바와같이 축을 중심으로 원형 금속튜브 도파관(3)을 통하여 송, 수신되는 마이크로파가 입, 출력되는 것이며 송, 수신기와 안테나와의 전력의 통로인 동축 급전선(2)과 도파관의 정합을 위하여 튜닝스터브(1)가 설치되어 있다. 또한 도파관과 동축 급전선(2), 도파관의 끝부분과 폴리스티렌(4)의 끝부분은 마이크로파의 전송을 위한 적정 파장이 진행될 수 있도록 각 소정 부위별 파장이 도시한 바와 같이 정해져 있다.

그런데, 종래 안테나의 방사파의 방향은 안테나의 진행 방향으로 방사하게되며 빔폭이 넓기 때문에 지향성이 좋지 못한 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 유전체 도파관의 표면에 희절 격자를 이용한 안테나 시스템 및 방사파의 최대 방사 방향을 조정함으로써 방사파의 지향성을 향상시키며 더불어 압전 전기물질을 이용하여 안테나 표면의 격자 길이를 변경하여 방사파의 방향을 변경할 수 있도록 된 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 안테나의 방사방향 조정방법은 안테나의 표면에 특정한 주파수 또는 파장의 전자파를 원하는 방향으로 방사시키기 위해 희절 격자를 사용함으로써, 유전체 도파로에 진행되는 유도모드 중 가장 주파수가 낮은 기본모드만 도파로를 따라 진행하도록 도파로를 설계하고, 도파로의 격자가 있는 영역에서는 전자파가 진행방향에 대해서 균일한 유전율 또는 굴절율 분포를 이루지 않기 때문에 방사모드가 형성되어 전자파가 도파로 외부영역으로 방사되게 되므로 방사파의 방향은 격자의 주기의 길이로 결정할 수 있도록 구성되어 있으며, 상기 희절격자의 주기를 전기적으로 변경할 수 있는바, 격자부분을 압전체 물질로 만들어 양 끝에 전극을 달아 도파로에 삽입한 후 전극에 전압을 인가하게 되면, 전압의 크기에 따라 격자의 길이가 변경되고 그 결과 안테나에서 방사되는 방사파의 방향을 원하는 방향으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다.

즉, 상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 격자의 주기의 길이를 변경함으로써 방사되는 전파자의 방향을 변경할 수 있으며 이로 인해 빔폭이 아주 좁은 특성을 나타내게 되고 압전 전기물질 특성을 이용하여 전기적으로 격자 주기의 길이를 변경하므로 빔을 조정할 수 있게 되는 바, 종래의 유전체 시스템에서 방사파의 방향을 조정하기 위하여 위상 변조기를 삽입하여 사용함으로써 시스템을 크게 하고 주파수가 아주 높은 밀리미터파와 광파 대역에서는 적용할 수 없었던데 비해 구조가 간단해지고 빔폭이 좁은 특성을 이용하여 안테나 및 센서에도 이용가능하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.

제2도의 (a)는 유전체 안테나의 도파로를 나타낸 정면도로, 진행되는 유도모드의 가장 주파수가 낮은 기본모드만 도파로를 따라 진행되도록 하기 위하여 설계된 도파로로서, (b)를 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

(b)에서 보는 바와같이 유전체 도파로의 유전율( r), 두께(d)를 적절히 선택하여 주파수가 가장 낮은 기본모드만 도파로를 따라서 진행하게 된다. 또한 격자들이 주기적으로 배열되어 있어 이 격자상으로 진행되던 전자파는 격자가 있는 위치에 이르게 되면 전자파의 진행 방향에 대해 일정하지 않은 유전율 또는 굴절율의 분포를 이루기 때문에 입사파는 외부로의 방사파 모드를 취하게 되고 전자파는 외부로 방사하게 된다.

즉, 상술한 바에 의하면 격자의 주기와 유도모드 진행방향의 전파상수에 의해 방사파의 방향을 결정할 수 있게 되는 것이다.

또한, 제2도의 (c)는 압전체로 구성된 격자부분을 나타낸 측면도로서, 압전기에 전압을 인가하면 압전기의 물리적인 길이를 변경할 수 있다는 사실을 근거로 제공된 것이다.

즉, 도면을 통해 살펴보면, 석영, 세라믹 등의 압전 전기물질을 이용하여 회절격자를 만들고 압전소자의 양 끝에 전압을 인가하게 되면 인가되는 전압의 크기에 따라 격자의 한 주기당 길이가 변경되며 이어 방사파의 방향은 원하는 방향으로 조정할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형실시할 수 있다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 의하면, 격자의 주기의 길이를 변경함으로써 방사되는 전파자의 방향을 변경할 수 있으며 이로 인해 빔폭이 아주 좁은 특성을 나타내게 되고 압전 전기물질 특성을 이용하여 전기적으로 격자 주기의 길이를 변경하므로 빔을 조정할 수 있게 되는 바, 종래의 유전체 시스템에서 방사파의 방향을 조정하기 위하여 위상 변조기를 삽입하여 사용함으로써 시스템을 크게 하고 주파수가 아주 높은 밀리미터파와 광파 대역에서는 적용할 수 없었던데 비해 구조가 간단해지고 빔폭이 좁은 특성을 이용하여 안테나 및 센서에도 이용가능하게 되는 안테나의 방사방향 조정방법을 실현할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 안테나의 표면에 특정한 주파수 또는 파장의 전자파를 원하는 방향으로 방사시키기 위해 회절 격자를 사용함으로써, 유전체 도파로에 진행되는 유도모드 중 가장 주파수가 낮은 기본 모드만 도파로를 따라 진행하도록 도파로를 설계하고, 도파로의 격자가 있는 영역에서는 전자파가 진행방향에 대해서 균일한 유전율 또는 굴절율 분포를 이루지 않기 때문에 방사모드가 형성되어 전자파가 도파로 외부영역으로 방사되게 되므로 방사파의 방향은 격자의 주기의 길이로 결정할 수 있도록 구성된 안테나의 방사방향 조정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 회절격자의 주기를 전기적으로 변경할 수 있는 바, 격자부분을 압전체 물질로 만들어 양 끝에 전극을 달아 도파로에 삽입한 후 전극에 전압을 인가하게 되면, 전압의 크기에 따라 격자의 길이가 변경되고 그 결과 안테나에서 방사되는 방사파의 방향을 원하는 방향으로 조정할 수 있도록 구성된 안테나의 방사방향 조정방법.