KR100297220B1 - 헬리컬안테나제조방법및헬리컬안테나장치 - Google Patents

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고스께 다나베
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가네꼬 히사시
닛본 덴기 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 복수의 주파수 대역을 커버할 수 있고 각 주파수 대역에 조정된 안테나 소자용의 급전계를 공통으로 사용할 수 있는 헬리컬 안테나를 제공한다. 사용되는 주파수 대역의 파장으로 길이가 맞게 조정된 제1 및 제2 안테나 소자는 상기 원통체의 외측 주변면 주위에 감겨진 유전체 시트의 표면 상의 원통체의 주변 방향으로 서로 간격을 갖는 특정 피치 각도로 헬리컬하게 배열되어 있다. 서로 인접한 안테나 소자의 일측단에 전자기 결합되는 결합선이 유전체 시트의 표면 상에 형성된다. 신호는 결합선을 통해 공통 급전 회로로부터 각 안테나 소자에 공급된다.

Description

헬리컬 안테나 제조 방법 및 헬리컬 안테나 장치{A METHOD OF PRODUCING A HELICAL ANTENNA AND THE HELICAL ANTENNA APPARATUS}
본 발명은 이동 위성을 이용하는 이동 무선 통신 시스템 등의 이동 단말기용의 안테나로서 사용되는 헬리컬 안테나 및 헬리컬 안테나 제조 방법에 관한 것이다.
이동 위성을 이용하는 이동 무선 통신 시스템은 일반적으로 전송 주파수 대역으로서 1.985 내지 2.015㎓의 주파수 대역과 수신 주파수 대역으로서 2.17 내지 2.2㎓의 주파수 대역을 사용한다.
이동 위성과 이동국 간의 송수신시에, 약 30㎒의 주파수 대역에서 송수신을 저반사 감쇠량으로 효율적으로 할 수 있는 주파수 특성을 갖는 안테나가 요구된다.
그리고, 이동 단말기용의 안테나로서 작고 가벼운 안테나가 요구된다.
이에 따라서, 헬리컬 안테나를 사용하나, 이러한 안테나의 축 길이 및 직경이 작게 만들어 진 경우, 전송 주파수 대역이 좁게 되는 결과를 초래한다.
예를 들면, 축 길이가 약 1/4 내지 5/4의 파장과 직경으로 약 0.1 파장으로 되는 4선권 헬리컬 안테나는 사용되는 주파수 대역의 1 내지 2%인 매우 좁은 주파수 대역만을 커버할 수 있다.
이로 인해, 이와 같은 안테나는 두 개의 서로 다른 주파수 대역, 예를 들면, 이동 위성을 이용하는 이동 무선 통신 시스템에 사용되는 안테나와 같은 1.985 내지 2.015㎓의 주파수 대역과 2.17 내지 2.2㎓의 주파수 대역을 이용하는 안테나용으로는 적합하지 않다.
도 14는 1.985 내지 2.015㎓의 주파수 대역으로 조정된 헬리컬 안테나를1.985 내지 2.015㎓의 주파수 대역과 2.17 내지 2.2㎓의 주파수 대역에 사용하는 경우의 주파수와 반사 감쇠량 간의 관계를 나타낸 특성도이다.
도 14에서, △-마크(96)는 1.985㎓의 주파수에서의 반사 감쇠량이고 △-마크(97)는 2.015㎓의 주파수에서의 반사 감쇠량을 나타낸다.
△-마크(98)는 2.17㎓의 주파수에서의 반사 감쇠량이고 △-마크(99)는 2.2㎓의 주파수에서의 반사 감쇠량이다.
도 14로부터 명백하게 알 수 있는 바와 같이, 이 안테나는 1.985 내지 2.015㎓의 주파수 대역에서 송수신을 할 수 있으나, 2.17 내지 2.2㎓의 주파수 대역에서는 송수신을 할 수 없다.
도 15는 상술한 두 개의 주파수 대역을 커버할 수 있는 종래의 헬리컬 안테나와 이 안테나의 급전 회로를 도시하는 구조도이다.
도 15에서, 헬리컬 안테나를 형성하는 8선권 안테나체(90)는 평면 상태로 전개되어 도시되어 있다.
두 개의 주파수 대역을 커버할 수 있는 8선권 헬리컬 안테나는, 설명되지는 않지만, 폴리카보네이트 등의 유전체 재료로 이루어진 원통체의 외측 주변면 주위에 안테나체(90)를 감아서 형성된다.
안테나체(90)는 폴리이미드 등의 유전체 시트로부터 평행 사변형의 형상으로 성형된 필름(902)이 필름(902)의 한쪽면에 상기 필름(902)의 장변 방향으로 소정의 피치각으로 연재하고, 또 필름(902)의 단변 방향으로 일정 간격으로 서로 평행하게 배열된 도선으로 이루어지는 제1 안테나 소자(904), 및 제1 안테나 소자(904)보다짧은 제2 안테나 소자(906)로 구성된다.
제1 안테나 소자(904) 및 제2 안테나 소자(906)는 하단측이 일선상으로 배열되어 있는 형상으로 필름(902)의 단변 방향에 서로 교대로 배열되어 있다.
이 경우, 제1 안테나 소자(904)의 길이는 1.985 내지 2.015㎓의 주파수 대역으로 조정되고 제2 안테나 소자(906)의 길이는 2.17 내지 2.2㎓의 주파수 대역으로 조정되어 있다.
급전 회로(92)는 제1 주파수 대역(F1)(1.985 내지 2.015㎓)의 급전계(94) 및 의 제2 주파수 대역(F2)(2.17 내지 2.2㎓)의 급전계(96)로 구성된다.
제1 주파수 대역(F1)의 급전계(94)는 고주파 신호를 180°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들로 분배하거나 180°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들을 고주파 신호로 합성하는 분기/합성 회로(941), 분기/합성 회로(941)에 의해 분배된 하나의 고주파 신호를 90°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들(0°및 -90°)로 분배하여 안테나체(90)에 공급하거나 안테나체(90)로부터 제공된 90°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들(0°및 -90°)을 고주파 신호로 합성하는 분기/합성 회로(942) 및 분기/합성 회로(941)에 의해 분기된 다른 고주파 전력을 90°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들(-180°및 -270°)로 분배하여 안테나체(90)에 공급하거나 안테나체(90)로부터 제공된 90°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들(-180°및 -270°)을 고주파 신호로 합성하는 분기/합성 회로(943)로 구성된다.
분기/합성 회로(942 및 943)의 각 입출력 단은 안테나체(90)의 각 제1 안테나 소자(904)에 결합선(944)을 통해 접속되어 있다.
참조 번호(945)는 제1 주파수 대역(F1)의 급전계(94)의 송수신 시스템의 접속 단자이다.
제2 주파수 대역(F2)의 급전계(96)는 고주파 신호를 180°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들로 분배하거나 180°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들을 고주파 신호로 합성하는 분기/합성 회로(961), 분기/합성 회로(962)에 의해 분기된 하나의 고주파 신호를 90°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들 (0°및 -90°)로 분배하여 안테나체(90)에 제공하거나 안테나체(90)로부터 제공된 90°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들(0°및 -90°)을 고주파 신호로 합성하는 분기/합성 회로(962), 및 분기/합성 회로(961)에 의해 분기된 다른 고주파 신호를 90°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들(-180°및 -270°)로 분배하여 안테나체(90)에 공급하거나 안테나체(90)로부터 제공된 90°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들(-180°및 -270°)을 고주파 신호로 합성하는 분기/합성 회로(963)로 구성된다.
분기/합성 회로(962 및 963)의 각 입출력 단은 안테나체(90)의 제2 안테나 소자(906)에 결합선(964)을 통해 접속되어 있다.
참조 번호(965)는 제2 주파수 대역(F2)의 급전계(96)의 송수신 시스템의 접속 단자이다.
상술한 바와 같이 구성된 종래의 헬리컬 안테나에서는, 송신시에, 제1 주파수 대역(F1)의 고주파 신호가 전송 시스템으로부터 급전계(94)의 단자(945)에 공급될 때, 이 고주파 신호는 분기/합성 회로(941, 942 및 943)에 의해 0, -90, -180 및 -270°의 위상차를 각각 갖는 네 개의 고주파 신호들로 분배되어 안테나체(90)의 각 제1 안테나 소자(904)에 공급되고 전파로서 방사된다.
그리고, 제2 주파수 대역(F2)의 고주파 신호가 전송 시스템으로부터 급전계(96)의 단자(965)에 공급될 때, 이 고주파 신호는 분기/합성 회로(961, 962 및 963)에 의해 0, -90, -180 및 -270°의 위상차를 각각 갖는 네 개의 고주파 신호들로 분배되어 안테나체(90)의 각 제2 안테나 소자(905)에 공급되고, 전파로서 방사된다.
한편, 헬리컬 안테나에서 수신하는 전파들 중에, 제1 주파수 대역(F1)의 전파는 안테나체(90)의 제1 안테나 소자(904)에 의해 포착되고, 각 제1 안테나 소자(904)에서 발생되는 고주파 전력은 분기/합성 회로(943, 942 및 941)에 의해 순차 합성되고, 단자(945)를 통해 수신 시스템에 공급된다.
헬리컬 안테나에서 수신하는 전파들 중에, 제2 주파수 대역(F2)의 전파는 안테나체(90)의 제2 안테나 소자(905)에 의해 포착되고, 각 제2 안테나 소자(906)에서 발생된 고주파 전력은 분기/합성 회로(963, 962 및 961)에 의해 순차 합성되고, 단자(965)를 통해 수신 시스템에 공급된다.
그러나, 종래의 헬리컬 안테나는 한 셋트는 두 개의 주파수 대역들 중의 한 대역에 대응하는 길이에 맞게 조정된 네 개의 도선을 포함하고 다른 한 셋트는 두 개의 주파수 대역들 중 다른 대역에 대응하는 길이로 조정된 네 개의 도선을 포함하는 두 셋트의 안테나 소자들이 결합되어 있고 안테나 소자의 이 셋트들에는 급전계가 각각 제공되는 구조를 갖는다 . 도 13으로부터 또한 명백히 알 수 있는 바와 같이, 두 개의 주파수 대역을 커버하기 위하여, 급전계의 수에 대응하는 두개의 급전 접속기 및 헬리컬 안테나의 각각의 도선의 여덟개의 접속 포인트 외에도 여섯 개의 분기/합성 회로가 필요하다.
따라서, 이러한 급전 회로가 프린트 배선판 상에 2차원적으로만 장착될 수 있기 때문에, 종래의 헬리컬 안테나는 프린트 배선판과 급전 회로 부분의 크기가 커지고, 복잡해지며 비용이 많이 든다는 몇 가지 문제를 갖고 있다.
그리고, 헬리컬 안테나의 도선과 분기/합성 회로들을 서로 밀접하게 각각 접속하는 여덟개의 접속 핀 등을 헬리컬 안테나의 지지판에 배열하는 것이 또한 어렵다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 수행되었고, 본 발명의 목적은 복수의 주파수 대역을 커버할 수 있고 각각의 주파수 대역에 대해 조정되는 안테나 소자에 대한 공통 급전계를 이용할 수 있는 헬리컬 안테나와 이 헬리컬 안테나를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은
주파수 대역의 파장에 대응하는 특정 직경 및 특정 길이를 갖는 유전체 재료로 이루어진 단일 원통체;
상기 원통체의 주변 방향으로 상기 원통체의 외측 주변면 상에 서로 간격을 두고 특정 피치 각도로 헬리컬하게 각 주파수 대역의 파장에 길이가 맞게 조정된 복수의 도선과 서로 교대로 배열됨으로써 형성된, 각 주파수 대역에 대응하는 복수의 안테나 소자; 및
상기 원통체 상에 형성된 상기 각 안테나 소자의, 서로 길이가 다르고 인접한, 상기 도선과 각각 전자기 결합된 복수의 결합선을 포함한, 복수의 서로 다른 주파수 대역을 커버하는 헬리컬 안테나에 의해 특징지어 진다.
본 발명에 따르면, 복수의 주파수 대역을 커버하고 각 주파수 대역에 조정된 안테나 소자용의 공통 급전계를 사용하는 것이 가능하다.
그리고, 본 발명은
상기 주파수 대역의 파장에 대응하는 특정 직경 및 특정 길이를 갖는 유전체 재료로 이루어진 원통체를 제공하는 단계;
상기 원통체의 외측 주변면을 커버할만큼 충분히 큰 유전체 시트를 제공하는 단계;
각 주파수 대역의 파장의 길이에 맞게 조정된 복수의 도선을 서로 일정한 간격을 갖도록 제공하고 서로 길이가 다르고 인접한 상기 안테나 소자들의 일측단과 전자기 결합하는 복수의 결합선을 형성함으로써 복수의 안테나 소자를 형성하는 단계; 및
상기 복수의 안테나 소자 및 상기 복수의 결합선이 상기 원통체의 외측 주변면 주위 상에 형성되는 단계를 포함하는 복수의 서로 다른 주파수 대역을 커버하는 헬리컬 안테나를 제조하는 제조 방법에 의해 특징지어 진다.
본 발명에 따르면, 복수의 안테나 소자 및 복수의 결합선을 동일한 공정으로 형성하고 또한 상기 헬리컬 안테나를 쉽게 제조하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헬리컬 안테나의 사시도의 분해도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나체를 평면 형상으로 전개한 형태 및 안테나체에 접속된 급전 회로의 구조도.
도 3은 본 발명의 실시예에서 전자기 결합선측에서 안테나측을 보았을 때 얻어지는 반사 감쇠량 특성을 도시하는 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에서 접속기측에서 안테나측을 보았을 때 얻어지는 반사 감쇠량 특성을 도시하는 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에서 헬리컬 안테나로부터 방사된 고주파 신호의 방사 패턴 특성을 도시하는 그래프.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 안테나 소자에 급전 회로를 결합하는 결합선 구조의 다른 실시예를 도시하는 설명적인 도면.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 안테나 소자에 급전 회로를 결합하는 결합선 구조의 또 다른 실시예를 도시하는 설명적인 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 헬리컬 안테나의 사시도의 분해도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 헬리컬 안테나의 사시도의 분해도.
도 10은 본 발명에 따른 안테나 소자의 다른 실시예를 도시하는 구조도.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 급전 회로를 도시하는 실시예를 나타내는 도면.
도 12는 헬리컬 안테나의 지지판 상의, 본 발명에 따른, 급전 회로를 도시하는 다른 실시예를 도시하는 사시도.
도 13은 도 12의 측면도.
도 14는 종래 기술에 따른 헬리컬 안테나의 주파수와 반사 감쇠량 간의 관계를 도시하는 특성도.
도 15는 종래 기술에 따른 헬리컬 안테나와 급전 회로를 도시하는 구조도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
40 : 헬리컬 안테나
50 : 안테나체
502 : 원통체
504 : 유전체 시트
506 : 제1 안테나 소자
508 : 제2 안테나 소자
60 : 급전 회로
608 : 급전 동축 케이블
도 1 내지 도 13을 참조하여 본 발명에 따른 헬리컬 안테나를 그 제조 방법과 함께 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예의 헬리컬 안테나의 사시도의 분해도이고, 도 2는 안테나체가 평면형으로 전개된 형태 및 안테나체에 급전 회로가 접속되어 있는 상태를 도시하는 구조도이다.
도 1 및 도 2에서, 헬리컬 안테나(40)에는 의 제1 주파수 대역(F1)(1.985 내지 2.015㎓) 및 제2 주파수 대역(F2) (2.17 내지 2.2㎓)의 두 주파수 대역을 커버할 수 있도록 구성된 안테나체(50)와 이 안테나체(50)에 의해 공통으로 사용되는 급전 회로(60)가 제공된다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 안테나체(50)에는 제1 주파수 대역(F1) 또는 제2 주파수 대역(F2)의 파장의 약 8%의 직경 및 특정 길이를 갖고 폴리카보네이트, FRP 등과 같은 유전체 재료로 이루어진 원통체(502)와, 평행 사변형의 형태로 폴리이미드 등으로부터 형성된 유전체 시트(504)가 제공되는데, 이 유전체 시트는 원통체(502)의 외측 주변면을 따라 감겨진다.
상기 유전체 시트(504)의 일면에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 유전체 시트(502)의 장변 방향으로 약 69°의 각도로 연재하는 네 개의 제1 안테나 소자(506) 및 상기 제1 안테나 소자(506)보다 짧은 네 개의 제2 안테나 소자(508)가 유전체 시트(504)의 단변 방향으로 일정 간격을 두고 서로 평행하게 교대로 배열되어 있으며 제1 안테나 소자(506)와 제2 안테나 소자(508)의 하단부들은 일직선으로 배열되어 있다.
상기 제1 안테나 소자(506)의 길이는 제1 주파수 대역(F1)의 파장의 약 3/4이고 상기 제2 안테나 소자(508)의 길이는 제2 주파수 대역(F2)의 파장의 약 3/4이다.
그리고 서로 인접하고 있는 제1 안테나 소자(506) 들 중의 하나와 제2 안테나 소자(508) 들 중의 하나에 각각 전자기 결합되는 네 개의 결합선(510)이 제1 안테나 소자(506) 및 제2 안테나 소자(508)의 하단부에 대응하는 유전체 시트(504)의 부분에 형성된다.
상기 결합선(510)의 길이는 제1 주파수 대역(F1) 또는 제2 주파수 대역(F2)의 파장의 약 14%이다.
결합선(510) 및 제1 안테나 소자(506) 또는 제2 안테나 소자(508) 간의 간격은 제1 주파수 대역(F1) 또는 제2 주파수 대역(F2)의 파장의 약 1%이다.
제1 및 제2 안테나 소자(506 및 508)의 길이와 결합선(510)의 길이가 동일한 값으로 설정되는 이유는 제1 및 제2 주파수 대역(F1 및 F2)에서 우수한 임피던스 매칭 특성과 헬리컬 안테나의 정점 방향에서 와이드 방사 패턴 특성(와이드 방향성)을 얻을 수 있기 때문이다.
제1 안테나 소자(506), 제2 안테나 소자(508) 및 결합선(510)은 유전체 시트(504)의 표면 상에 사전에 구리 호일층을 형성하고 이 구리 호일층을 도 2에 도시한 안테나 소자 패턴으로 에칭함으로써 동일한 공정으로 동시에 형성된다.
도 1에서, 급전 회로(60)에는 디스크(602A) 및 디스크(602A)의 상면에 수직으로 제공된 평반판(602B)으로 이루어진 베이스(602), 평반판(602B)의 양면에 부착되고, 그 위에 3dB의 하이브리드 회로로 이루어진 분기/합성 회로(601), 마이크로스트립 라인 등이 장착되어 있는 두 개의 프린트 배선판(604 및 606), 베이스(602)의 디스크(602A)의 아랫측에 결합되고 프린트 배선판(604 및 606)과 접속되는 급전 동축 케이블(608), 및 동축 케이블(608)의 헤드단 상에 제공되고 설명한 송수신 시스템과 접속되는 접속기(610)가 제공된다.
또한, 안테나체(50)를 지지하고 안테나체(60)의 결합선(510)과 프린트 배선판(604 및 606)을 접속하기 위한 네 개의 접속핀(612)을 갖는, 전기적 절연 재료로 이루어진, 지지판(614)이 제공된다.
이 접속핀(612) 들은 지지판(614)을 관통하여 상하로 돌출되고, 접속핀(612)의 돌출 단부들은 안테나체(60)의 결합선과 프린트 배선판(604 및 606)의 급전 단자들을 땜납함으로써 각각 접속된다.
도 2에서, 급전 회로(60)는 제1 주파수 대역(F1)(1.985 내지 2.015㎓)과 제2 주파수 대역(F2)(2.17 내지 2.2㎓)의 고주파 전력을 180°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들로 분배하거나 180°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들을 고주파 신호로 합성하는 분기/합성 회로(616), 이 분기/합성 회로(616)에 의해 분배된 하나의 고주파 신호를 90°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들 (0°및 -90°)로 분배하여 안테나체(50)에 공급하거나 안테나체(50)로부터 제공된 위상이 90°위상차를 갖는 고주파 신호들(0°및 -90°)을 고주파 신호로 합성하는 분기/합성 회로(618), 분기/합성 회로(616)에 의해 분기된 다른 고주파 신호를 90°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들(-180°및 -270°)로 분배하여 안테나체(50)에 공급하거나 안테나체(50)로부터 제공된 90°위상차를 갖는 두 개의 고주파 신호들 (-180°및 -270°)을 고주파 신호로 합성하는 분기/합성 회로(620)로 구성된다.
다음으로, 상술한 바대로 구성된 헬리컬 안테나의 동작을 도 2를 참조하여 설명한다.
제1 주파수 대역(F1)(1.985 내지 2.015㎓) 또는 제2 주파수 대역(F2)(2.17 내지 2.2㎓)의 고주파 신호가 접속기(610)를 통해 헬리컬 안테나에 공급되는 경우, 이 고주파 신호는 케이블(608)을 통해 전송되며 프린트 배선판(604 및 606) 상에 장착된 분기/합성 회로(616, 618 및 620)에 의해 네 개의 접속핀(612)에 분산된다.
이 때, 네 개의 접속핀(612)에 분산된 고주파 신호들은 진폭이 서로 같고 90°의 위상차를 가져서 위상이 0°, -90°, -180°및 -270°이다.
네 개로 분산된 고주파 신호들은 네 개의 전자기 결합선(510)을 통해 안테나 소자(506 및 508)에 공급된다.
여기서, 제1 주파수 대역(F1) 및 제2 주파수 대역(F2)의 고주파 신호들은 서로 다른 방식으로 동작한다.
즉, 하부의 제1 주파수 대역(F1)의 고주파 신호는 긴 제1 안테나 소자(506)에 전송되고, 전송 과정에서 고주파 신호를 방사한다.
이런 종류의 4선형 헬리컬 안테나에서는, 반사 감쇠량의 주파수 특성이 매우 좁기 때문에, 임피던스가 짧은 제2 안테나 소자(508)에 대해 일치하지 않고 고주파 신호가 거의 전송되지 않는다.
따라서, 하부의 제1 주파수 대역(F1)의 경우, 긴 제1 안테나 소자(506)만이접속된 상태에서 동작한다.
유사하게, 상부의 제2 주파수 대역(F2)의 고주파 신호는 짧은 제2 안테나 소자(508)에만 전송되어, 제1 안테나 소자(506)에는 거의 전송되지 않는다.
헬리컬 안테나(40)에서 수신하는 전파들 중에, 제1 주파수 대역(F1)의 전파는 안테나체(50)의 제1 안테나 소자(506)에 의해 포착되고, 제1 안테나 소자(506)에서 발생된 고주파 신호들은 분기/합성 회로(618, 620 및 616)에 의해 순차 합성되어 케이블(608) 및 접속기(610)를 통해 수신 시스템에 공급된다.
그리고, 헬리컬 안테나(40)에서 수신하는 전파들 중에, 제2 주파수 대역(F2)의 전파는 안테나체(50)의 제2 안테나 소자(508)에 의해 포착되고, 제2 안테나 소자(508)에서 발생된 고주파 전력들은 분기/합성 회로(618, 620 및 616)에 의해 순차 합성되어 케이블(608) 및 접속기(610)를 통해 수신 시스템에 공급된다.
도 3은 전자기 결합선(510) 측에서 제1 및 제2 안테나 소자(506 및 508) 측을 보았을 때 얻어진 반사 감쇠량 특성을 도시한다.
도 3에서, △-마크(30)는 1.985㎓의 주파수에서의 반사 감쇠량을 나타내고 △-마크(32)는 2.015㎓의 주파수에서의 반사 감쇠량을 나타낸다.
그리고, △-마크(34)는 2.17㎓의 주파수에서의 반사 감쇠량을 나타내고 △-마크(36)는 2.2㎓의 주파수에서의 반사 감쇠량을 나타낸다.
도 3에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 이 안테나는 1.985 내지 2.015㎓의 주파수 대역에서 송수신을 커버할 수 있고, 1.985 내지 2.015㎓의 주파수 대역에서 송수신을 또한 커버할 수 있다.
도 4는 접속기(610) 측으로부터 제1 및 제2 안테나 소자(506 및 508) 측을 보았을 때 얻어진 반사 감쇠량 특성을 도시한다.
도 4에서, △-마크(40)는 1.985㎓의 주파수에서의 반사 감쇠량을 나타내고 △-마크(42)는 2.015㎓의 주파수에서의 반사 감쇠량을 나타낸다.
그리고, △-마크(44)는 2.17㎓의 주파수에서의 반사 감쇠량을 나타내고 △-마크(46)는 2.2㎓의 주파수에서의 반사 감쇠량을 나타낸다.
도 5는 본 실시예에 따른 헬리컬 안테나로부터 방사된 고주파 신호의 방사 패턴 특성을 도시하는 그래프인데, 가로좌표는 수평면(앙각)으로부터의 각을 도시하고 세로좌표는 전파의 세기를 도시한다.
도 5에서, 곡선(100)은 제1 주파수 대역(F1)의 방사 패턴 특성을 도시하고 곡선(102)은 제2 주파수 대역(F2)의 방사 패턴 특성을 도시한다.
도 5로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 헬리컬 안테나는 제1 주파수 대역(F1) 및 제2 주파수 대역(F2)을 커버할 수 있다.
상술한 바와 같은 실시예에 따르면, 제1 주파수 대역(F1) 및 제2 주파수 대역(F2)을 커버하고 결합선(510)에 의해 제1 및 제2 안테나 소자(506 및 508)의 셋트와 서로 인접한 일측단을 전자기 결합함으로써 각 주파수 대역에 맞게 조정된 제1 및 제2 안테나 소자(506 및 508)에 공통인 전력 급전 회로(60)를 사용하는 것이 가능하다.
따라서, 헬리컬 안테나는 하나의 급전 회로(60)를 가지고 동작할 수 있고, 또한 하나의 케이블 및 하나의 접속기를 가지고 동작할 수 있어서, 급전 회로 부분이 작은 크기로 만들어질 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 및 제2 안테나 소자(506 및 508) 및 결합선(510)이 유전체 시트(504)의 표면 상의 구리 호일층을 에칭함으로써 동시에 형성될 수 있어서, 상술한 바와 같이 구성된 헬리컬 안테나가 쉽게 제조될 수 있다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 제1 및 제2 안테나 소자에 급전 회로(60)를 결합하는 결합선(510)의 구조의 다른 실시예를 도시하는 설명적인 도면이다.
도 6a는 급전 회로(60)에 제1 안테나 소자(506) 및 제2 안테나 소자(508)를 결합하는 결합선(510)을 제1 및 제2 안테나 소자(506 및 508) 사이의 간격보다 더 작은 간격을 갖는 U자형으로 형성하는 구조를 도시한다. 이 U자형 결합선(510)의 한 브랜치는 간극을 두고 제1 안테나 소자(506)의 한 단부에 전자기 결합되고, 다른 브랜치는 간극을 두고 제2 안테나 소자(508)의 한 단부에 전자기 결합된다.
도 6b는 제1 안테나 소자(506) 및 제2 안테나 소자(508)를 급전 회로(60)에 결합하는 결합선(510)을 제1 및 제2 안테나 소자(506 및 508) 사이의 간격과 동일한 간격을 갖는 U자형으로 형성하는 구조를 도시한다. 이 U자형 결합선(510)의 한 브랜치는 간극을 두고 제1 안테나 소자(506)의 한 단부에 전자기 결합되고, 다른 브랜치는 간극을 두고 제2 안테나 소자(508)의 한 단부에 전자기 결합된다.
도 6c는 제1 안테나 소자(506) 및 제2 안테나 소자(508)를 급전 회로(60)에 결합하는 결합선(510)을 L자형으로 형성하는 구조를 도시한다. 이 결합선(510)의한 단부는 제2 안테나 소자(508)의 한 단부에 직접 결합되고, 이 결합선(510)의 다른 단부는 간극을 두고 제1 안테나 소자(506)의 한 단부에 전자기 결합된다.
도 6d는 급전 회로가 제1 및 제2 안테나 소자(506 및 508)의 일측 단부들에 전기적으로 직접 접속되도록 제1 안테나 소자(506) 및 제2 안테나 소자(508)에 결합시키기 위한 결합선(510)을 형성하는 구조를 도시한다.
도 6e는 결합선(510)의 중심부에 긴 결합선을 갖는 것을 제외하고는 도 6d의 구조와 동일한 구조를 도시한다.
이 실시예의 결합선들은 안테나 소자가 형성되는 유전체 시트의 표면과 동일한 표면 상에 형성될 수 있다. 따라서, 이 실시예들은 소자 또는 선의 패턴을 절단함으로써 용이한 주파수 조정을 제공하는 장점을 갖는다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따라 급전 회로(60)에 제1 및 제2 안테나 소자들을 결합하는 결합선(510)의 구조의 다른 실시예를 도시하는 설명적인 도면이다.
도 7a는 파선으로 도시한 바와 같이 제1 및 제2 안테나 소자(506 및 508)에 대향하도록 제1 및 제2 안테나 소자(506 및 508)가 형성되어 있는 유전체 시트의 표면에 대향하는 표면 상의 급전 회로에 제1 안테나 소자(506) 및 제2 안테나 소자(508)를 결합시켜서 결합선(510)을 제1 및 제2 안테나 소자(506 및 508)와 전자기 결합시키는 결합선(510)을 형성하는 구조를 도시한다.
도 7b는 제1 안테나 소자(506)와 제2 안테나 소자(508)의 각 일측 단부를 서로 결합시키는 구조로서, 제1 및 제2 안테나 소자(506, 508)를 급전 회로(60)에 결합시키는 결합선(510)을, 점선으로 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 안테나 소자(506, 508)간의 간격과 동일한 간격을 가진 U 자형으로, 상기 제1 및 제2 안테나 소자(506, 508)가 형성된 유전체 시트의 표면에 대향하는 표면상에 제1 및 제2 안테나 소자(506, 508)에 대향하도록 형성하여, 결합선(510)을 제1 및 제2 안테나 소자(506, 508)에 전자기적으로 결합시킨다.
도 7c는 제1 및 제2 안테나 소자(506, 508)를 급전 회로(60)에 결합시키는 결합선(510)을, 점선으로 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 안테나 소자(506, 508)간의 간격과 동일한 간격을 가진 U 자형으로, 상기 제1 및 제2 안테나 소자(506, 508)가 형성된 유전체 시트의 표면에 대향하는 표면상에 제1 및 제2 안테나 소자(506, 508)에 대향하도록 형성하여, 결합선(510)을 제1 및 제2 안테나 소자(506, 508)에 전자기적으로 결합시키는 구조를 나타낸다.
도 7d는 제2 안테나 소자(508)의 한 단부(508A)를 L 자형으로 형성하여 한 단부(508A)를 제1 안테나 소자(506)의 한 단부에 근접시킨 구조로서, 제1 및 제2 안테나 소자(506, 508)를 급전 회로(60)에 결합시키는 결합선(510)을, 점선으로 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 안테나 소자(506, 508)가 형성된 유전체 시트의 표면에 대향하는 표면상에 제1 및 제2 안테나 소자(506, 508)에 대향하도록 형성하여, 결합선(510)을 제1 및 제2 안테나 소자(506, 508)에 전자기적으로 결합시킨다.
도 7e는 결합선(510)이 안테나 소자들(506, 508)에 인접해 있다는 점 외에는 도 7a에 도시된 구조와 동일한 구조를 나타낸다.
도 8은 헬리컬 안테나의 다른 실시예를 나타낸다. 도 8은 결합선 구조가 도7e에 도시된 구조라는 점 외에는 도 1에 도시된 구조와 동일한 구조이다.
도 9는 헬리컬 안테나의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도 9는 결합선(510)이 원통체(502)의 외측면상에 형성되어 있고 안테나 소자들(506, 508)이 원통체(502)의 내측면상에 형성되어 있다는 점을 제외하고는 도 1에 도시된 구조와 동일한 구조이다.
도 10은 본 발명에 따른 제1 안테나 소자(506)와 제2 안테나 소자(508)의 구조의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 제1 안테나 소자(506)와 제2 안테나 소자(508)는 도 1, 2, 6a-6e 및 7a-7e에 도시된 바와 같이 동일한 고정 피치 각도로 병렬 배치되어 있다. 그러나, 도 10의 제1 안테나 소자(506)와 제2 안테나 소자(508)는 다른 피치 각도로 병렬 배치되지 않는다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 안테나 소자(506)는 수평선(유전체 시트(504)의 에지)에 대해 θ1의 경사각을 가진다. 제2 안테나 소자(508)는 수평선에 대해 θ2의 경사각을 가진다. θ1과 θ2는 제1 안테나 소자(506)와 제2 안테나 소자(508)가 서로 교차하지 않도록 선택된다. 원통체에 안테나 소자들을 감아 형성한 헬리컬 안테나의 피치각은 θ1과 θ2를 변경함으로써 변경할 수 있다. 따라서, 안테나 소자들이 병렬 배치된 경우에 전송 주파수 대역과 수신 주파수 대역간의 빔 틸트가 발생할 때, 헬리컬 안테나의 빔 틸트는 θ1과 θ2를 변경함으로써 보상된다.
도 11a 및 11b는 도 2에 도시된 급전 회로(60)의 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 11a에서, 급전 회로(60)를 구성하는 분기/합성 회로(80)는 급전단자(801)에 접속되는 제1 3-dB 하이브리드 회로(802), 하이브리드 회로(802)의 한 출력 단자에 접속되어 고주파 신호를 2개의 고주파 신호(0도 및 -90도)로 분배하거나 이들을 하나의 고주파 신호로 합성하는 제2 3-dB 하이브리드 회로(804), 임피던스(Z0)의 1/4 파장 라인(806)을 통해 제1 3-dB 하이브리드 회로(802)의 다른 출력 단자에 접속되어 고주파 신호를 2개의 고주파 신호(-180도 및 -270도)로 분배하거나 이들을 하나의 고주파 신호로 합성하는 제3 3-dB 하이브리드 회로(808)로 구성된다.
도 11b에서, 급전 회로(60)를 구성하는 분기/합성 회로(82)는 급전 단자(820)에 접속되어 고주파 신호를 0도 및 -90도 위상의 두 고주파 신호로 분배하거나 이들을 하나의 고주파 신호로 합성하는 임피던스(Z0)의 1/4 파장 라인(822), 급전 단자(820)에 접속되어 고주파 신호를 0도 및 -180도 위상의 두 고주파 신호로 분배하거나 이들을 하나의 고주파 신호로 합성하는 임피던스(Z0)의 1/2 파장 λg 라인(824), 및 1/2 파장 라인(824)으로부터 받은 고주파 신호를 -180도 및 -270도 위상의 두 고주파 신호로 분배하거나 이들을 하나의 고주파 신호로 합성하는 임피던스(Z0)의 1/4 파장 λg 라인(826)으로 구성된다.
또한, 분기/합성 회로(80 또는 82)를 헬리컬 안테나(40)에 장착하는 경우, 도 2에 도시된 경우와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
그 다음, 도 12 및 13을 참조하여 헬리컬 안테나의 지지판상에 급전 회로(60)를 형성한 경우인 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.
도 12 및 13에서, 사용될 주파수 대역의 파장의 부분들의 복수의 마이크로스트립 라인(630)을 결합시킴으로써 형성되는 급전 회로(60)는 헬리컬 안테나의 지지판(614)의 표면상에 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 급전 회로(60)의 마이크로스트립 라인들(630)은 안테나 몸체(50)의 각 결합선들(510)에 대향하는 지지판(614)의 부분들상에 돌출하도록 제공된 복수의 접속 핀(612)에 접속된다.
급전 회로(60)에 전력을 공급하기 위한 접속기(632)가 지지판(614)의 반대면의 중앙에 고정되고, 지지판(614)의 표면으로부터 돌출하도록 접속기(632)로부터 지지판(614)을 관통하는 접속 핀(634)은 급전 회로(60)의 마이크로스트립 라인(630)에 접속된다.
도 12에 도시된 패턴을 가진 마이크로스트립 라인들은 급전 회로(60)의 마이크로스트립 라인들을 형성하는 방법으로서 지지판(614)의 표면상에 구리 호일을 미리 형성하고 이 구리 호일을 에칭하는 방법을 사용하여 형성된다.
다른 방법으로서, 프린팅에 의해 지지판(614)의 표면상에 도 10에 도시된 패턴의 마이크로스트립 라인들(630)을 형성하는 것도 가능하다.
전술한 구성을 가진 헬리컬 안테나에서, 도 1에 도시된 베이스(602), 인쇄 회로 기판(604, 606) 및 케이블(608)은 생략될 수 있으며, 전체 헬리컬 안테나의 길이는 짧아질 수 있고, 헬리컬 안테나의 구성 소자수가 감소될 수 있으며, 따라서 헬리컬 안테나는 소형 및 저가로 쉽게 만들 수 있다.
전술한 실시예에서는, 헬리컬 안테나가 위성을 이용하는 이동 무선 통신 시스템에서 제1 주파수 대역(F1)과 제2 주파수 대역(F2)의 두 주파수 대역을 커버하지만, 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 서로 길이가 다른 안테나 소자의 종류 수가 사용되는 주파수 대역에 따라 증가하겠지만, 두 주파수 대역에 본 발명을 적용하는 경우와 유사한 방식으로 셋 이상의 사용 주파수를 커버하는 헬리컬 안테나에도 적용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 헬리컬 안테나에 따르면, 복수의 주파수 대역을 커버할 수 있으며, 결합선에 의해 각각의 파장에 대응하는 안테나 소자 세트를 급전 회로에 전자기적으로 결합시킴으로써 각각의 주파수 대역에 대응하는 안테나 소자를 위해 급전 회로를 공동으로 사용할 수 있다.
이에 따라, 헬리컬 안테나는 하나의 급전 회로를 사용하여 동작할 수 있으며, 하나의 케이블과 하나의 접속기를 사용하여 동작할 수 있으므로, 급전 회로부를 소형화할 수 있다.
본 발명의 헬리컬 안테나에 따르면, 헬리컬 안테나의 구성 소자 수를 감소시켜 헬리컬 안테나를 보다 작고 저가로 제조할 수 있다.
본 발명의 헬리컬 안테나 제조 방법에 따르면, 전술한 헬리컬 안테나를 쉽게 제조할 수 있다.

Claims (24)

  1. 복수의 서로 다른 주파수 대역을 커버하는 헬리컬 안테나에 있어서,
    원통체;
    복수의 서로 다른 주파수 대역의 파장에 기초한 복수의 서로 다른 길이를 갖고, 상기 원통체의 표면에 특정 피치 각도로 안테나 소자 셋트가 교대로 배열된 복수의 안테나 소자;
    상기 안테나 소자 셋트 각각의 안테나 소자 각각에 용량적으로 각각 결합된 복수의 결합선; 및
    상기 복수의 결합선 모두에 접속되고, 상기 복수의 안테나 소자에 의해 수신되어 전송된 서로 다른 주파수 대역의 신호 모두를 전달하기 위한 공통 입/출력 포트를 갖는 급전 회로(feeder circuit)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 원통체의 외측 원주면상에는 유전체 시트가 감겨져 있으며, 상기 복수의 안테나 소자 및 상기 복수의 결합선은 상기 유전체 시트상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결합선들의 길이는 상기 주파수 대역의 파장에 따라 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  4. 제1항에 있어서, 상기 결합선들은 상기 안테나 소자들이 형성되어 있는 유전체 시트의 표면과 동일한 표면상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  5. 제1항에 있어서, 상기 결합선들은 상기 안테나 소자들이 형성되어 있는 상기 유전체 시트의 표면과 반대인 표면상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  6. 제2항에 있어서, 상기 안테나 소자들을 포함한 상기 원통체는 지지판에 의해 지지되며, 상기 급전 회로 및 상기 결합선들은 상기 지지판상에 제공된 접속 핀들을 통해 서로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  7. 제6항에 있어서, 상기 지지판은 상기 원통체의 길이 방향의 한 단부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  8. 제7항에 있어서, 상기 원통체에 면한 상기 지지판의 표면과 반대인 표면상에 인쇄 회로 기판이 배치되어 있고, 상기 급전 회로는 상기 인쇄 회로 기판상에 실장되어 있는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  9. 제8항에 있어서, 상기 지지판을 관통하는 상기 접속 핀들은 상기 원통체와 상기 인쇄 회로 기판 사이에 교차하게 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  10. 제8항에 있어서, 상기 인쇄 회로 기판은 베이스(base)에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  11. 제10항에 있어서, 상기 급전 회로에 신호를 공급하기 위한 케이블이 상기 베이스상에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  12. 제11항에 있어서, 상기 케이블은 접속기를 구비한 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  13. 제2항에 있어서, 상기 급전 회로는 고주파 신호를, 상기 안테나 소자들을 구성하는 도선들의 수에 대응하는 소정의 위상을 가진 고주파 신호들로 분배하거나 상기 고주파 신호들을 합성하는 복수의 분기/합성 회로로 구성된 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  14. 제13항에 있어서, 상기 분기/합성 회로는 하이브리드 회로와, 사용 주파수 대역의 파장의 수분의 일에 대응하는 마이크로스트립 라인을 조합함으로써 구성된것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  15. 제13항에 있어서, 상기 분기/합성 회로는 사용 주파수 대역의 파장의 수분의 일에 각각 대응하는 복수의 마이크로스트립 라인을 조합함으로써 구성된 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  16. 제2항에 있어서, 상기 안테나 소자들을 포함한 상기 원통체는 지지판에 의해 지지되어 있으며, 상기 급전 회로는 상기 지지판 상에 형성되어 있고, 상기 급전 회로와 상기 결합선들은 상기 지지판에 제공된 상기 접속 핀들을 통해 서로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  17. 제16항에 있어서, 상기 지지판은 상기 급전 회로에 신호를 공급하기 위한 접속기를 구비한 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  18. 제16항에 있어서, 상기 급전 회로는 사용 주파수 대역의 파장의 수분의 일에 각각 대응하는 복수의 파장 라인을 조합함으로써 구성된 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나.
  19. 복수의 서로 다른 주파수 대역을 커버하는 헬리컬 안테나를 제조하는 방법에 있어서,
    원통체를 제공하는 단계;
    상기 원통체의 표면을 덮기에 충분히 큰 유전체 시트를 제공하는 단계;
    상기 유전체 시트상에, 복수의 서로 다른 주파수 대역의 파장에 기초한 복수의 서로 다른 길이를 갖고, 상기 원통체의 표면에 특정 피치 각도로 안테나 셋트가 교대로 배열되는 복수의 안테나 소자를 형성하는 단계;
    상기 안테나 소자 셋트 각각의 안테나 소자 각각에 용량적으로 각각 결합된 복수의 결합선을 형성하는 단계;
    상기 복수의 안테나 소자와 상기 복수의 결합선이 형성되어 있는 상기 유전체 시트를 상기 원통체의 표면에 감는 단계; 및
    상기 복수의 결합선 모두에 접속되고, 상기 복수의 안테나 소자에 의해 수신되어 전송된 서로 다른 주파수 대역의 신호 모두를 전달하기 위한 공통 입/출력 포트를 갖는 급전 회로(feeder circuit)를 제공하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 복수의 안테나 소자 및 상기 복수의 결합선은 상기 유전체 시트가 평면적으로 전개된 상태에서 상기 유전체 시트의 표면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나 제조 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 소정의 피치 각도로 유전체 시트가 상기 원통체상에 감길 수 있도록, 상기 유전체 시트는 평면적으로 전개된 상태에서 평행 사변형으로형성되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 복수의 안테나 소자는 상기 평행사변형의 긴 변에 평행하게, 그리고 서로 간격을 갖게 직선 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나 제조 방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 유전체 시트는 그 표면에 구리 호일(foil)을 구비하며, 상기 복수의 안테나 소자 및 상기 복수의 결합선은 상기 구리 호일을 에칭함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나 제조 방법.
  24. 제19항에 있어서, 상기 복수의 안테나 소자 및 상기 복수의 결합선은 상기 유전체 시트의 표면상에 프린팅 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 안테나 제조 방법.
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