KR100354361B1 - 원편파루프안테나 - Google Patents

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Abstract

원편파 루프 안테나는 단순한 구조를 가지며 광대역에 걸쳐 원편파를 수용할 수 있다. 급전도체 (7) 와 동축라인 (4)을 통하여 급전점 (5) 으로 방사된 전원은 I자형 도체 (2) 를 통하여 전파된후 C형 루프소자 (1) 에 공급된다. 원편파는 C형 루프소자 (1) 에 제공된 절단부 (6) 의 작용에 의하여 C형 루프소자 (1) 로부터 방사된다. I자형 도체 (2) 와 절단부 (6) 가 이루는 가장 적합한 각은 35° ∼ 45° 이다.

Description

원편파 루프 안테나
원편파 안테나중 두께가 얇게 구성된 저자세의 원편파 안테나는 안테나를 설치하였기 때문에 생기는 돌출부를 눈에 띠지 않게 할 수가 있기 때문에 자동차나 비행기 등의 이동체에 설치되는 안테나로서 직합한 안테나이며, 각종의 원편파 안테나가 제안되고 있으나, 그 1예로서 1994년 전자정보통신학회 춘계대회 「B-104 무급전소자 부착 루프 안테나」 나까노 히사마쓰의 3명저 2-104면에 기개되어 있는 원편파 루프 안테나를 도 5-7에 도시하였으나 도 6에는 제 1의 예인 C1 타입의 원편파 루프 안테나를 도시하고, 도 7에는 제 2의 예인 C2 다입의 원편파 루프 안테나를 도시하고 있다.
그리고 도 5 는 원편파 루프 안테나의 정면도이며, 도 6 은 C1 타입의 원편파 루프 안테나의 평면도이다.
이 C1 타입의 원편파 루프 안데나는 동축 급전 루프소자 (100) 가 접지평면(105) 에 대향하여 평행으로 배치되어 있으며, 동축 급전 루프소자 (100) 상에 동심의 관계를 유지하면서 보다 큰 지름의 무급전 루프소자 (101) 가 평행으로 배치되어 있다. 또한 접지평면 (105) 과 동축 급전 루프소자 (100) 와의 간격은 H1로 되고, 접지평면 (105) 과 무급전 루프소자 (101) 와의 간격은 Hp 로 되어 있다.
이와 같이 구성된 원편파 루프 안테나에 있어서는 급전도체 (106) 는 도 6에 도시한 1단이 동축 급전 루프소자 (100) 에 접촉되어 있는 I자형 도체 (104) 의 타단에 접속됨으로써, 동축 급전 루프소자 (100) 이 급전되어 있다. 또한, 급전도체 (106) 는 도 5 에 도시한 바와 같이 동축라인 (102) 의 중심 도체에 접속되어 있다.
또 무급전 루프소자 (101) 에는 절단부 (103) 가 1개소 설치되어 있으며, 이 절단부 (103) 와 I자형 도체 (104) 가 이루는 각이 Φp, 절단부 (103) 의 길이가 △g로 되어 있다.
이 경우, 각 Φp가 +45° 혹은 -135° 부근으로 되면 절단부 (103)의 작용에 의해 좌선원편파가 방사되고, 각 Φp 가 -45° 혹은 +135° 부근으로 되면 절단부 (103) 의 작용에 의해 우선원편파가 방사되도록 된다. 이때 동축 급전 루프소자 (100) 와 무급전 루프소자 (101) 에는 전류가 진행파에 가까운 상태로 흐르도록 된다. 또 자연 공간 파장은 λ 로 하였을시, 동축 급전 루프소자(100) 의 원주길이 C1 = 1λ, 무급전 루프소자 (101) 의 원주길이 C2 = 1.25λ, H1 = 0.0667λ, Hp = 0.0792λ, △g = 0.0104λ, Φp = ±42° 혹은 139° 로 하였을 경우, 이 C1 타입의 원편파 루프 안테나의 이득 대 주파수 특성은 도 3b 에 도시되어 있으며, 원편 파축비 대 주파수 특성은 도 4b 에 도시한 바와 같이 된다.
그리고 도 7 은 C2 타입의 원편파 루프 안테나에 있어서의 평면도를 나타내고 있으며, 이 C2 타입의 원편파 루프 안테나는 동축 급전 루프소자 (100) 가 접지 평면 (105) 에 대향하여 평행으로 배치되어 있으며, 동축 급전 루프소자 (100) 상에 동심의 관계를 유지하면서 보다 큰 지름의 무급전 루프소자 (101) 가 평행으로 배치되어 있다. 또한 접지평면 (105) 과 동축 급전 루프소자 (100) 와의 간격은 Hp 로 되고 있다.
이와 같이 구성된 C2 타입의 원편파 루프 안테나에 있어서는 급전도체 (106)는 도 7 에 도시한 1단이 동축 급전 루프소자 (100) 에 접속되어 있는 I자형 도체(104) 의 타단에 접속됨으로써 동축 급전 루프소자 (100) 가 급전되어 있다. 또한 급전도체 (106) 는 도 5에 도시된 바와 같이 동축라인 (102) 의 중심 도체에 접속되어 있다.
또 무급전 루프소자 (101) 에는 절단부 (103) 가 2개소 대향하는 위치에 설치되어 있으며, 이 절단부 (103) 와 I자형 도체 (104) 의 축선이 이루는 각이 , 절단부 (103) 의 길이가 △g 로 되어 있다.
이 경우, 각 Φp 이 45° 및 -135° 부근으로 되면 절단부 (103) 의 작용에 의해 좌선원편파가 방사되고, 각 Φp 이 -45° 및 +135° 부근으로 되면 절단부 (103) 의 작용에 의해 우선원편파가 방사되게 된다. 이때 동축 급전 루프소자 (100) 에는 전류가 진행파에 가까운 상태로 흐르도록 되고, 무급전 루프소자 (101) 에 흐르는 전류는 정재파형으로 된다.
또 자유 공간 파장을 λ로 하였을시, 동축 급전 루프소자 (100) 의 원주 길이 C1 = 1λ, 무급전 루프소자 (101) 의 원주길이 C2 = 1.25λ, H1 = 0.0667λ, Hp = 0.1λ, △g = 0.1042λ, Φp = +23°, -113° 혹은 -23°, +113° 로 하였을 경우, 이득 대 주파수 특성은 도 3C 에 도시한 바와 같이 되고, 원편파축비 대 주파수 특성은 도 4C 에 도시한 바와 같이 된다.
그러나 도 3 및 도 4 에 도시한 종래의 원편파 루프 안테나에 있어서는 소정의 이득이 얻어지는 주파수 대역이 좁은 동시에 3.0dB 이내의 원편파축비가 얻어지는 주파수 대역이 약 1.2% 로 협대역이라는 문제점이 있있다.
또 동축 급전 루프소자와 무급전 루프소자의 2개의 루프소자를 필요로 하고 구조가 복잡하게 되는 문제점이 있었다.
그래서, 본 발명은 소정의 이득이 얻어지는 주파수 대역을 넓게 할 수 있는 동시에 원편파축비 대 주파수 특성의 주파수 대역을 넓게 할 수가 있고, 또한 구조가 간단한 원편파 루프 안테나를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은 원편파 루프 안테나에 관한 것이며, 특히 원편파 모드 통신 시스템의 단말기기용 안테나에 적용하는 것이 바람직한 것이다.
도 1 은 본 발명의 원편파 루프 안테나의 일 실시예의 구성을 도시하는 사시도.
도 2 는 본 발명의 원편파 루프 안테나의 일 실시예의 구성을 도시하는 정면도 및 평면도.
도 3 은 본 발명 및 종래의 원편파 루프 안테나의 이득 대 주파수 특성을 나타내는 도면.
도 4 는 본 발명 및 종래의 원편파 루프 안테나의 원편파 축비 대 주파수 특성을 나타내는 도면.
도 5 는 종래의 원편파 루프 안테나의 구성의 일예를 도시하는 정면도.
도 6 은 종래의 원편파 루프 안테나의 구성의 일예를 나타내는 평면도.
도 7 은 종래의 원편파 루프 안테나의 구성의 다른 예를 나타내는 평면도.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 원편파 루프 안테나는 절단부를 갖는 C형 루프 소자와, 이 C형 루프 소자에 I단이 접속되어 있는 동시에 타단이 급전점으로 되어 있으며, 또한 상기 루프 소자의 반경 방향으로 연신 (延伸) 하는 I자형 도체를 구비하고, 상기 C자형 루프 소자가 소정 간격을 통하여 접지 평면에 대향 배치되도록 한 것이다.
또 상기 원편파 루프 안테나에 있어서, 상기 C형 루프소자에 설치되어 있는 상기 절단부와 상기 I자형 도체가 이루는 각도를 대략 ± 35° ∼ ± 45° 혹은 ±135° ∼ ± 145° 로 되도록 한 것이며, 자유 공간 파장을 λ로 할 때, 상기 C형 루프 소자의 원주 길이를 대략 1.0λ ∼ 1.5λ 로 한 것이며, 상기 C 형 루프 소자와 상기 접지평면과의 간격을 대략 0.05λ ∼ 0.26λ 로 한 것이며, 상기 I자형 도체 길이를 대략 0λ ∼ 0.47λ 가 되도록 한 것이다.
본 발명에 의하면, 하나의 루프 소자에 의해 원편파 루프 안테나를 구성할 수가 있기 때문에 구조를 간단히 할 수가 있는 동시에 소형, 저자세의 원편파 루프 안테나로 할 수가 있고, 이동체 등에 탑재하는 BS 안테나나 GPS 안테나로서 적합한 안테나로 할 수가 있다.
또 동축 급전선에 의한 급전을 할 수가 있기 때문에 급전선 손실을 작게 할 수가 있는 동시에 급전선의 주위 완경의 영향을 받기 어렵게 할 수가 있다.
또 원편파축비 대 주파수 특성을 광대역으로 할 수가 있는 동시에 이득대 주파수 특성을 광대역, 고이득으로 할 수가 있기 때문에 본 발명의 원편파 루프 안테나는 복수의 주파수가 상이한 원편파 모드의 통신 시스템에 있어서의 공용 안테나로서 사용할 수도 있게 된다. 또 안테나 입력 임피던스 대 주파수 특성을 광대역화 할 수가 있기 때문에 용이하게 제조를 할 수가 있고, 원가 절감을 도모할 수가 있다.
본 발명의 원편파 루프 안테나의 일 실시예의 구성을 나타내는 사시도를 도1에 도시한다. 이 도면에 있어서, 1은 절단부 (6)가 형성되어 있는 C형 루프소자, 2는 C형 루프소자 (1) 에 일단이 접속되고, 타단이 급전졈 (5) 으로 되는 I자형 도체, 3은 C형 루프소자 (1) 에 평행으로 배치되어 있는 접지 평면, 4는 C형 루프소자에 급전하는 전력을 전파하기 위한 동축 라인, 7은 동축라인 (4) 의 타단이 중심 도체에 접속되고, 일단이 급전점 (5) 에 접속된 급전도체이다.
또 이 원편파 루프 안테나의 평면도를 도 2(a) 에, 그의 정면도를 동도(b)에 도시한다.
이 도 2 에 도시한 바와 같이 급전도체 (7) 의 선단은 I자형 도체 (2) 의 타단의 급전점 (5) 에 접속됨으로써 동축라인 (4)을 통하여 C형 루프소자 (1) 가 급전되어 있다. 또한 급전도체 (7) 의 다단은 동축라인 (4) 의 중심 도체에 접속되어있다.
이와 같이 C형 루프소자 (1) 가 급전되면, 절단부 (6) 의 작용에 의해 C형 루프소자 (1) 로부터는 원편파가 방사된다.
그런데, 접지평면 (3) 과 C형 루프소자 (1) 와의 간격은 h 로 되고, I자형 도체 (2) 의 축선과 절단부 (6) 가 이루는 각이 Φp 로 되고, 절단부 (6) 의 길이가 △g 로 되고, I자형 도체의 길이가 1로 되고, 도시되어 있지 않으나 C형 루프 소자 (1) 의 원주 길이가 C 로 되어 있다.
다음에 예컨대 주파수 f 가 11.85 [Ghz], 그의 자유 공간 파장을 λ로 하였을 때, 예컨대 C = 1.31λ, h = 0.15λ, Φp = 320°, l = 0.208λ, △g = 0.018λ로 되었을 때의 이득 대 주파수 특성을 도 3 에 도시하고 원편파 축비 대 주파수 특성을 도 4 에 도시한다.
이 도 3 에서, 본 발명의 원편파 루프 안테나의 이득 특성은 a 로 도시되어 있으며, 8% 의 광대역에 걸쳐서 약 8.6 [dBi] 의 고이득이 얻어져 있다. 또 도 4 에 있어서, 본 발명의 원편파 루프 안테나의 축비 특성은 a 로서 도시되어 있으며, 3.0dB 이하의 원편파 축비가 얻어지는 주파수 대역이 약 6.1 % 의 광대역으로 되어 있다.
이와 같이 3.0dB 이내의 원편파 축비가 얻어지는 주파수 대역을 종래에 비하여 약 5배로 할 수가 있는 동시에 도 3 에 도시한 바와 같이 광대역 또한 고이득으로 할 수가 있기 때문에 예컨대 L 밴드 이상의 주파수에 있어서의 원편파 모드의 주파수가 상이한 복수의 통신 시스템의 안테나를 본 발명의 원편파 루프 안테나 하나로 공용할 수가 있게 된다.
특히 본 발명의 원편파 루프 안테나는 소형이고 또한 저자세로 되기 때문에 이동체에 탑재하는 GPS 안테나나 BS 안테나에 적용하는 것이 적합하다.
또 접지평면 (3) 과 C형 루프소자 (1) 의 간격 h 은 대략 0.05λ ∼ 0.26λ 의 범위로 할 수가 있고, I자형 도체 (2) 의 축선과 절단부 (6) 가 이루는 각 Φp 은 대략 315° ∼ 325° 의 범위로 할 수가 있고. 절단부 (6) 의 길이 △g 은 대략 0.01λ ∼ 0.02λ 의 범위로 할 수가 있고 I자형 도체의 길이 1 은 대략 0λ ∼ 0.47λ 의 범위로 할 수가 있고, C형 루프소자 (1) 의 원주 길이 C 는 대략 1.0λ ∼ 1.5λ 의 범위로 할 수가 있다.
또한 상기 설명에 있어서는, 각 Φp 을 대략 315° ∼ 325° 로 하였으나 이것과 대각의 대략 135° ∼ 145° 의 위치에 절단부 (6) 을 설치하도록 하더라도 상기한 특성의 원편파 루프 안테나로 할 수가 있다. 또 역선회 모드의 원편파 루프 안테나로 하려면 C형 루프소자 (1) 에 형성한 절단부 (6) 가 이루는 각 Φp을 대략 35° ∼ 45° (215° ∼ 225°) 로 하는 것이 좋다. 즉 본 발명의 원편파 루프 안테나에 있어서는 각 Φp 을 ± 35° ∼ ± 45° 혹은 대략 ± 135° ∼ ± 145° 로 되도록 하면 된다.
또 본 발명의 원편파 루프 안테나의 입력 임피던스 대 주파수 특성은 종래의 건에 비교하여 적어도 1.5배 이상 광대역으로 되기 때문에 제조상의 치수허용 범위 및 사용개료의 성능의 편차의 허용범위를 넓게 할 수가 있다. 따라서 용이하게 제조할 수가 있어 원가 절감을 도모할 수가 있다.
또 상기 도 1 및 도 2 에 도시한 본 발명의 원편파 루프 안테나는 동축라인 (4) 에 의해 급전되어 있기 때문에 동축라인 (4) 의 급전 손실을 작게 할 수가 있는 동시에 동축라인 (4) 의 주위 환경의 영향을 받기 어렵게 할 수가 있고, 원편파 루프 안테나 본래의 성능을 유지할 수가 있다.
또한 C형 루프소자 (1)를 유전체 기판상에 마이크로 스트립 라인에 의해 형성하여 원편파 루프 안테나를 구성할 수가 있으나 유전체를 유전체의 기능을 거의 나타내지 않는 발포체로 치환하여 구성할 수도 있다.
또 원통형 캐비티 혹은 직상의 도파관에 그의 길이 방향에 따라 작은 구멍을 복수 형성하고, 이 구멍의 각각에 본 발명의 원편파 루프 안테나의 급전도체를 삽입하도록 하여 복수의 원편파 루프 안테나에 급전을 할 수가 있다. 이 구성에 의해 어레이 안테나를 구성할 수가 있어 보다 고이득의 안테나로 할 수가 있다.
또 래디얼 도파관상에 본 발명의 원편파 루프 안테나를 다수 배설함으로써 고이득이 얻어지는 평면형의 어레이 안테나를 구성할 수도 있다.
본 발명은 이상 설명한 바와 같이 하나의 루프 소자에 의해 원편파 루프 안테나를 구성할 수가 있기 때문에 구조를 간단히 할 수가 있는 동시에 소형, 저자세의 원편파 루프 안테나로 할 수가 있고, 이동체 등에 탑개하는 BS 안테나나 GPS 안테나로서 적합한 안테나로 할 수가 있다.
또 동축 급전 라인에 의한 급전을 할 수가 있기 때문에 급전선 손실을 작게 할 수가 있는 동시에 급전선의 주위 환경의 영향을 받기 어렵게 할 수가 있어 안테나 본래의 성능을 유지할 수가 있다.
또 원편파 축비대 주파수 특성을 광대역으로 할 수가 있는 동시에 이득 대주파수 특성을 광대역, 고이득으로 할 수가 있기 때문에 복수의 주파수가 상이한 원편파 모드의 통신 시스템에 있어서의 공옹 안테나로서 본 발명의 원편파 루프 안테나를 사용할 수가 있다.
또 안테나 입력 임피던스 대 주파수 특성은 광대역화 할 수가 있기 때문에 용이하게 제조를 할 수가 있어 원가 절감을 도모할 수가 있다.

Claims (5)

  1. 절단부를 갖는 C형 루프소자,
    상기 C형 루프소자에 일단이 접속되어 있는 동시에 타단이 급전점으로 되어 있으며, 또한 상기 루프 소자의 반경 방향으로 연신 (延伸) 하는 I자형 도체를 구비하고,
    상기 C형 루프소자가 소정 간격을 통하여 접지 평면에 대향 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 원편파 루프 안테나.
  2. 절단부를 갖는 C형 루프소자,
    상기 C형 루프소자에 일단이 접속되어 있는 동시에 타단이 급전점으로 되어 있으며, 또한 상기 루프 소자의 반경 방향으로 연신하는 I자형 도체를 구비하고,
    상기 C형 루프소자가 소정 간격을 통하여 접지 평면에 대향 배치되며,
    상기 C형 루프소자에 설치되어 있는 상기 절단부와, 상기 I자형 도체가 이루는 각도가 대략 ± 35° ∼ ± 45° 혹은 대략 ± 135° ∼ ± 145° 로 되어 있는 것을 특징으로 하는 원편파 루프 안테나.
  3. 절단부를 갖는 C형 루프소자,
    상기 C형 루프소자에 일단이 접속되어 있는 동시에 타단이 급전점으로 되어 있으며, 또한 상기 루프 소자의 반경 방향으로 연신하는 I자형 도체를 구비하고,상기 C형 루프소자가 소정 간격을 통하여 접지 평면에 대향 배치되며,
    자유 공간 파장을 λ 로 할 때, 상기 C 형 루프소자의 원주 길이가 대략 1.0λ ∼ 1.5λ 로 되어 있는 것을 특징으로 하는 원편파 루프 안테나.
  4. 절단부를 갖는 C형 루프소자,
    상기 C형 루프소자에 일단이 접속되어 있는 동시에 타단이 급전점으로 되어 있으며, 또한 상기 루프 소자의 반경 방향으로 연신하는 I자형 도체를 구비하고,
    상기 C형 루프소자가 소정 간격을 통하여 접지 평면에 대향 배치되며,
    자유 공간 파장을 λ로 할 때, 상기 C형 루프소자와 상기 접지 평면과의 간격이 대략 0.05λ ∼ 0.26λ 로 되어 있는 것을 특징으로 하는 원편파 루프 안테나.
  5. 절단부를 갖는 C형 루프소자,
    상기 C형 루프소자에 일단이 접속되어 있는 동시에 타단이 급전점으로 되어 있으며, 또한 상기 루프 소자의 반경 방향으로 연신하는 I자형 도체를 구비하고,
    상기 C형 루프소자가 소정 간격을 통하여 접지 평면에 대향 배치되며,
    자유 공간 파장을 λ 로 할 때, 상기 I자형 도체 길이가 대략 0λ ∼ 0.47λ 로 되어 있는 것을 특징으로 하는 원편파 루프 안테나.
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