KR100355090B1 - 평면 모노폴형 야기-우다 안테나 - Google Patents

Abstract

금세기에 이르러 정보화 사회로의 발전과 더불어 무선통신 및 군사과학기술의 급속한 발전은 앞으로 전파통신의 다양한 형태로의 활용과 전쟁 양상에 커다란 변화를 줄 것으로 예상되고 있고, 이에 따라 위성 및 무선통신, 무선제어등의 분야에 많은 발전이 있을 것이다.

기존의 텔레비전 수신용 안테나등으로 주로 사용되는 야기-우다 안테나는 지향성 향상을 위해 무급전 소자를 배열한 배열 안테나 중 하나이다. 이러한 배열안테나는 급전 소자길이 뿐만 아니라 무급전 소자들의 길이가 반파장 다이폴 길이를 중심으로 구성되어 있기에 만일 이러한 소자들을 접지면상에 위치시키고 접지효과를 이용하면 소자들의 길이를 반으로 줄일 수 있을 것이다. 또한 프린트기판의 접지면 연장선상에 인쇄기술에 의한 모노폴 구조를 형성시켰을 시 접지면 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 박막형이고 표면장착이 가능한 효과를 가질 수 있다. 이와 같이 인쇄기술에 의해 평면형으로 제작된 모노폴 구조의 야기-우다 안테나는 공기의 저항을 피하기 위해 저자세형이 요구되는 미사일과 같은 비행체 텔레메틱 전송시스템에 적합하며, 특히 비행체 후방으로의 최대 빔 방사 효과에 적절한 형태의 안테나이다.

따라서, 본 발명은 인쇄회로 기판상의 모노폴 급전소자와 모노폴 급전소자의 전후에 무급전 도파소자, 반사소자를 모노폴 구조로 각각 배열하여 빔 지향특성을 향상시킴은 물론 평면형으로 비행체 또는 이동체의 표면장착이 가능한 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 발명에 관한 것이다.

Description

평면 모노폴형 야기-우다 안테나{Planar Monopole Type Yagi-Uda Antenna}

본 발명의 평면 모노폴형 야기-우다 안테나는 기존의 다이폴 급전구조로 갖는 입체형 야기-우다 안테나를 인쇄회로 기판상에 평면형 모노폴 급전소자로 바꾸고 무급전소자인 도파기 및 반사기의 길이를 반으로 줄이므로써 전체적 크기를 반으로 축소시킴은 물론 인쇄기판 상에 인쇄기술에 의해 제작되므로 배열소자들이 접지면과 평행을 이루어 비행체 등에 표면장착이 가능한 평면형 지향성 안테나의 실현을 목적으로 한다.

본 발명이 속하는 기술 분야는 지향성 안테나 및 비행체에 장착 가능한 안테나 분야이다.

종래의 지향성 안테나 중 가장 많이 이용되고 있는 야기-우다 안테나는 도 7에 나타낸 것과 같이, 입체형으로 공기의 저항이 적게 요구되고 있는 비행체에 탑재하는 것이 어려울 뿐 아니라 박형화가 어려우며, 다이폴 급전소자를 사용하고 있어 모노폴 급전소자에 비하여 약 2배 가까이 소자의 길이가 길어 전체적인 크기가 커지고 소형화하는데 제한이 따르게 된다.

본 발명의 평면 모노폴형 야기-우다 안테나는 인쇄회로 기판 연장면상에 인쇄 기술에 의하여 방사소자 및 도파기, 반사기들을 제작함으로써 기존의 다이폴 무급전 배열 안테나에 비하여 소형, 박형화가 가능하다.

도 1은 접지면을 갖는 코플레나 웨이브가이드(Coplanar Waveguide with Ground Plane) 급전에 의한 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 제1실시예를 나타내는 사시도.

도 2는 코플레나 웨이브가이드 급전에 의한 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 제2실시예를 나타내는 사시도.

도 3은 접지면을 갖는 코플레나 웨이브가이드 급전에 의한 평면 모노폴 방사소자에 평면 모노폴 무급전소자를 도파기로 사용한 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 제3실시예를 나타내는 사시도.

도 4는 코플레나 웨이브가이드 급전에 의한 평면 모노폴 방사소자에 평면 모노폴 무급전소자를 도파기로 사용한 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 제4실시예를 나타내는 사시도.

도 5는 접지면을 가지는 코플레나 웨이브가이드 급전에 의한 평면 모노폴 방사소자에 평면 모노폴 무급전소자를 반사기로 사용한 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 제5실시예를 나타내는 사시도.

도 6은 코플레나 웨이브가이드 급전에 의한 평면 모노폴 방사소자에 평면 모노폴 무급전소자를 반사기로 사용한 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 제6실시예를 나타내는 사시도.

도 7은 종래 다이폴 소자를 배열한 입체형 야기-우다 안테나의 평면도.

도 8은 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 제2실시예를 미사일의 수직안정판에 표면 장착한 상태를 나타내는 사시도.

도 9는 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 반사 손실을 나타내는 그래프.

도 10은 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 E면 패턴을 나타내는 그래프.

도 11은 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 H면 패턴을 나타내는 그래프.

도 12는 도파기만을 부착한 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 H면 패턴을 나타내는 그래프.

도 13은 반사기만을 부착한 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 H면 패턴을 나타내는 그래프.

본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 제1실시예는 도 1에 나타낸 바와 같이, 접지면(5)을 갖는 코플레나웨이브가이드(3) 급전구조로 외측 도체를 쓰루홀(2)을 사용하여 접지면(5)과 연결하였다. 이 경우 방사저항은 약 20Ω이 되므로 코플레나웨이브가이드(3)가 임피던스 변환기의 역할을 하도록 길이를 λ/4 ( λ : 파장, 이하동일)로 하였다. 지향성을 갖도록 도파기(7)와 반사기(8)를 접지면(5)으로부터 연장시켜 위치시켰으며, 도파기(7)는 용량성이 되도록 방사기(4) 보다 짧게 하고 반사기(8)는 유도성이 되도록 길게 하였다. 또한 도파기(7)와 반사기(8)는 방사기(4)로부터 λ/8∼λ/4의 간격을 유지한다.

한편 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 제2실시예는 도 2에 나타낸 바와 같이 접지면이 없는 코플레나웨이브가이드(3)를 급전선으로 사용한다. 그리고 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 제3실시예 및 제4실시예는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 도파기(7)만 부착한 것이며, 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 제5실시예 및 제6실시예는 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 반사기(8)만을 부착한 것이고, 이와 같이 구성하는 것에 의하여 지향성을 향상시킬 수 있으며, 보통 이와 같은 구조로 3∼4dB의 지향성 향상을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 제1실시예 및 제2실시예와 평면형 모노폴에 도파기 또는 반사기만을 부가한 제3실시예∼제6실시예를 주파수 1.82GHz 대역에서 설계, 제작하여 특성을 측정하였다.

측정 결과 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 반사 특성은 도 9와 같이 반사손실이 17.6dB이고 -10dB에서 대역폭은 150㎒로 나타났다.

도 10과 도 11은 5dB 감쇠시킨 경우로 각각 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 E면 방사 패턴과 H면 방사 패턴을 나타냈으며, E면의 방사 빔 폭 143°, H면의 방사 빔 폭 82°인 지향성 안테나로 최대 빔 방향에서 모노폴에 비하여 약 5.5dB의 이득이 증가하였다.

도 12는 도파기(7) 만을 부착한 본 발명에 따른 제3실시예 및 제4실시예의 안테나를 H면 측정한 것으로 최대 빔 방향에서 모노폴에 비하여 약 4dB의 이득이 증가하였다. 또 도 13은 반사기(8) 만을 부착한 본 발명에 따른 제5실시예 및 제6실시예의 안테나를 H면 측정한 것으로 최대 빔 방향에서 모노폴에 비하여 약 3dB의 이득이 증가한 것으로 나타났다. 따라서 다이폴 안테나에 반사기(8) 또는 도파기(7)를 부착하였을 경우 이득이 3∼4dB 정도 증가함을 확인할 수 있다.도 8에는 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나의 제2실시예(14)를 미사일의 수직안정판(fin)(13)에 설치한 상태를 나타낸다. 도 8에선 부호 (11)은 탄두를 나타내고, 부호 (12)는 몸체를 나타낸다. 상기와 같이 미사일의 수직안정판(13)에 본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나(14)를 설치하는 경우 미사일의 뒤쪽으로의 지향성이 향상되고 탄두(11)쪽으로의 지향성이 감소되므로 상대방의 교란전파에 의한 영향보다 발사하는 쪽의 제어전파의 영향력이 증대되어 미사일의 정확한 제어가 가능해진다.

본 발명에 따른 평면 모노폴형 야기-우다 안테나는 기존 다이폴 소자를 배열한 안테나 구조를 코플레나웨이브가이드 급전 구조를 사용하여 외부 도체면을 접지면으로 사용함으로써, 다이폴 대신 모노폴을 배열 소자로 사용하여 길이를 반으로 줄일 수 있고, 평면형임으로 소형, 박형화가 가능하여 평면상에 쉽게 장착이 가능할 뿐 아니라, 프린트 기판상에 직접 제작함으로써 저가로 간단히 제작할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 접지면을 갖는 코플레나웨이브가이드 급전구조로 외측 도체를 쓰루홀을 사용하여 접지면과 연결하고,

   코플레나웨이브가이드에 연결하여 방사기를 평면형으로 형성하고,

   지향성을 갖도록 상기한 방사기로부터 소정의 간격을 두고 상기한 방사기보다 짧은 길이의 도파기 또는 상기한 방사기보다 긴 길이의 반사기를 접지면으로부터 연장시켜 평면형으로 형성하는 평면 모노폴형 야기-우다 안테나.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기한 도파기 또는 반사기는 상기한 방사기로부터 λ/8∼λ/4의 간격을 두고 형성하는 평면 모노폴형 야기-우다 안테나.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기한 방사기의 한쪽 옆에는 소정의 간격을 두고 도파기를 형성하고 다른쪽 옆에는 소정의 간격을 두고 반사기를 형성하는 평면 모노폴형 야기-우다 안테나.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한항에 있어서,

   상기한 코플레나웨이브가이드 급전구조는 접지면을 갖지 않는 평면 모노폴형 야기-우다 안테나.
5. 날개 또는 수직안정판에 코플레나웨이브가이드 급전구조로 외측 도체를 쓰루홀을 사용하여 접지면과 연결하고 코플레나웨이브가이드에 연결하여 방사기를 평면형으로 형성하고, 지향성을 갖도록 상기한 방사기로부터 소정의 간격을 두고 상기한 방사기보다 짧은 길이의 도파기 또는 상기한 방사기보다 긴 길이의 반사기를 접지면으로부터 연장시켜 평면형으로 형성하는 평면 모노폴형 야기-우다 안테나를 장착한 비행체.