KR100400656B1 - 금속제 코팅에 의한 안테나 제조방법 및 그 제품 - Google Patents

Abstract

일반적으로 금속 도파관에 슬롯 형태의 구멍을 뚫어 사용하는 금속 도파관 슬롯 안테나는 다른 평면형 안테나보다 역사는 오래되었지만 그 크기, 무게, 제작과정의 정밀도 및 작업의 어려움 때문에 고 이득을 얻을 수 있음에도 불구하고 다른 평면형 안테나에 밀리고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 비전도성의 합성수지재를 이용하여 사출성형 시킨 후 이를 도전성을 갖는 금속물질로 박막 코팅하여 금속 도파관 슬롯 형태의 안테나에 비해 무게 및 제작과정의 정밀도등 여러 가지 작업의 어려움을 피하고 또한 금속 도파관 슬롯 형태의 안테나와 같은 고 이득의 특성을 갖는 안테나를 제공하는 것이다.

또한, 금형을 이용한 플라스틱 재질을 사용하여 사출 성형하므로 대량생산이 가능하며 기존의 금속 도파관 슬롯 안테나 및 유전체 기판을 이용한 평면형의 안테나보다 생산원가를 월등히 절감 할 수 있는 효과를 가져온다.

Description

금속제 코팅에 의한 안테나 제조방법 및 그 제품{Metal-coated antenna production means and product}

본 발명은 도파관용 안테나에 관한 것으로, 금속들을 대신하여 비전도성의 합성수지재를 이용하여 사출성형 시킨 후 이를 도전성을 갖는 금속물질을 박막 코팅하여 금속과 같은 도체기능을 갖는 안테나를 제조할 수 있도록 한 금속제 코팅에 의한 안테나 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 도파관이란 마이크로파 이상의 높은 주파수의 전자파 에너지를 전송하기 위한 일종의 전송선로이며, 구리등의 전기도체로 형성되어 관(管) 내부를 전자기파가 전송되도록 한 것이다. 일종의 고역(高域)필터 성질이 있으며, 차단 파장보다도 긴 파장의 전파는 전달 될 수 없다. 또 도파관의 축을 따라 전달되는 파동의 파장은 관내파장(管內波長)이라 불리며 여진파장(勵振把掌)보다도 길다.

저주파에서는 보통 2개의 구리선에 의한 전송로가 사용되지만, 고주파수가 되면 도체의 표면효과로 인하여 도체의 손실이 많아지고 주위 절연물 등의 유전체 손실도 증가하지만 도파관에서 전자기파의 전송은 도파관 내부의 양 관 벽 사이를 서로 반사하면서 전송되므로 일반적으로 손실이 적은 특성이 있다.

그러나, 상기와 같이 금속물질을 이용하여 제작되는 도파관은 그 무게가 무겁고, 금속가공에 따른 복잡한 제조 공정을 가지며 초고주파 대역의 안테나에 요구되는 정밀가공이 어려우며 또한 대량생산에 많은 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명은합성수지를 이용하여 도체판의 모양을 형성하고 이를 통해 주파수를 수신할 수 있도록 금속제의 박막코팅을 하여 무게가 가볍고, 대량생산이 가능한 금속제 코팅에 의한 안테나 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 금속제 코팅에 의한 안테나를 제조하는 단계를 보인 블록도.

도 2, 도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 금속제 코팅에 의한 안테나를 시험 성적서에 따른 안테나의 방사패턴 모양을 보인 그래프.

도 6은 본 발명에 따른 금속제 코팅에 의한 안테나를 주파수변화에 따른 안테나의 입력 임피던스의 변화를 스미스 도표로 나타낸 그래프.

도 7은 비전도성의 합성수지를 이용하여 사출 성형 시킨 후 도전성의 금속제 로 박막 코팅한 안테나를 보인 분해 사시도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 안테나 110 : 상층도체판

110a,120a,130a : 몸체 111 : 슬롯

112, 122, 132 : 박막 코팅층 121 : 제2도파관 선로

120 : 중층도체판 131 : 제1도파관 선로

130 : 하층도체판 133 : 돌출부

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복수의 도파관 및 안테나 개구를 포함하는 방위 위상 시프터 조립체와, 상기 방위 위상 시프터 조립체에 결합된 수평 공급망을 형성하는 중앙공급 도파관 조립체와, 제각기 상기 중앙공급 도파관 조립체의 복수의 중앙공급 도파관 조립체의 개개의 중앙공급 도파관 조립체에 결합된, 성형된 후 금속화된 플라스틱으로 제조된 복수의 상호접속 도파관과, 상기 복수의 상호접속 도파관의 개개의 상호접속 도파관에 결합된 복수의 회전 자계 위상 시프터와, 상기 복수의 회전 자계 위상 시프터 중 선택된 회전 자계 위상 스프터에 결합된, 성형된 금속하된 플라스틱으로 제조된 복수의 수직 공급망과, 상기 복수의 수직 공급망에 결합된 입력포트를 갖는 합/차 모노펄스 공급망을 가지며, 성형된 후 금속화된 복수의 성형된 플라스틱 도파관 부분으로 제조된 방위 위상 시프터 조립체를 갖는 안테나 제조방법에 있어서, 상기와 같이 통상의 안테나를 합성수지재로 형성하여 도전성이 좋은 박막의 금속물질로 이루어지며, 통상의 급전로와 제1도파관이 형성되고 상기 급전로와 상기 제1도파관으로 수신되는 주파수의 손실을 방지하기 위하여 방사도파관의 일측에 다단돌출부가 형성된 하층도체판이 구비되고, 상기 하층도체판의 상부에 적층되어 상기 하층도파관의 급전로와 제1도파관과 연통되는 제2분배관과 제2도파관과 제2급전로가 형성되며 상부에서 하부로 관통된 방사홈이 형성된 중층도파관이 상기 하층도파관에 적층되며, 그 상부에는 소정의 간격을 두고 돌기가 형성되고, 상기 돌기의 일측에는 소정의 간격으로 배치되어 상부에서 하부로 관통되는 다수의 슬롯이 형성되고, 하면에는 캐비티 형식의 관이 소정의 간격으로 다수개 형성되어 주파수를 수신하는 상층도체판이 상기 중층도체판에 적층되는 것을 특징으로 하는 금속제 코팅에 의한 안테나를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 금속제 코팅에 의한 안테나 제조방법을 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 금속제 코팅에 의한 안테나를 제조하는 단계를 보인 블록도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 합성수지재를 성형틀에 넣은 후 소정의 형태가 형성될 수 있도록 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)를 성형하는 단계(S1)와, 상기 성형틀에 의해 소정의 형상을 갖춘 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)의 외관에 찌그러짐, 미성형 부분, 이 물질의 유무를 확인하는 단계(S2)를 행한다.

그리고, 상기 단계를 행한 후 상기 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)의 소재분석과 화학물성 매칭을 확인하는 단계(S3)와, 상기 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)가 완전하게 건조될 수 있도록 건조기에 넣은 후 소정의 시간을 드라이하는 단계(S4)와, 상기 건조기를 통해 경화된 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)의 면을 고르게 에칭하는 단계(S5)와, 상기 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)의 면을 고르게 에칭한 상태에서 그 면을 클리닝과 건조하는 단계(S6)와, 상기 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)의 면에 무 전해 도금을 통해 주파수를 수신할 수 있도록 전도성이 좋은 금속성의 물질을 증착하는 단계(S7)와, 상기 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)에 금속성의 물질을 증착 한 후 소정의 시간동안 건조기에서 건조시키는 단계(S8)를 행한다.

또한 상기 단계(S7)에서 상기 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)의 면에 전해도금을 통해 전도성이 좋은 금속성의 물질을 증착 하거나, 또는 상기 안테나몸체(110a, 120a, 130a)의 면을 스프레이를 통해 전도성이 좋은 금속성의 물질을 증착한다.

도 7에 도시된 바와 같이 금속제 코팅에 의한 안테나를 보인 사시도이며, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 안테나(100)는 상기 금속 도파관 슬롯 어레이 안테나와 동일하게 적층되어 형성되는 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)가 합성수지재로 이루어지며, 상기 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)의 외면에는 주파수 신호를 수신할 수 있도록 전도성이 좋은 금속성의 박막 코팅층(112)이 형성된다.

상기 안테나 몸체(110a)의 상부에는 다수의 슬롯(111)을 형성하며, 상기 안테나 몸체(110a)의 외면에 전파를 수신할 수 있도록 금속성의 박막 코팅층(112)이 증착되는 상층도체판(110)이 구비된다.

상기 슬롯(111)을 통해 인가되는 주파수신호를 인가 받을 수 있도록 하면에는 다수의 방사홈(121a) 및 다수의 제 2도파관 선로(121)가 서로 연통되게 합성수지재로 안테나 몸체(120a)를 형성하고, 외면 및 내면에 전도성이 좋은 금속성의 박막 코팅층(123)이 형성된 중층도체판(120)이 상기 상층도체판(110)의 하부에 설치된다.

상기 중층도체판(120)의 하부에는 합성수지를 이용하여 안테나 몸체(130a)를 형성하며 그 외면에 전도성이 좋은 금속성의 박막 코팅층(130a)을 형성하고, 중층도체판(120)의 제2도파관 선로(121)와 결합하여 닫힌 상태로 형성할 수 있도록 상부에 제1도파관 선로(131)를 갖는 하층도체판(130)이 구비된다.

상기 하층도체판(130)의 제1도파관 선로(131)의 일측에는 주파수 신호의 방향을 바꾸기 위한 돌출부가 형성되며 이 때 손실을 최대한으로 줄이기 위한 다단 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 방법에 의해 이루어지는 본 발명에 의한 금속제 코팅에 의한 안테나 제조방법의 작용효과를 보면 다음과 같다.

제작공정에 대하여 좀더 자세하게 설명하면, 먼저 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)를 형성한 금형을 제작하고, 제작된 금형에 합성수지 원료를 넣고 소정의 시간을 가열하여 금형에 형성된 모양대로 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)를 성형한다.

상기 금형에서 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)를 빼내어 1차적으로 검사를 하는데 이는 상기 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)의 외면이 미성형 되었는지, 이 물질이 있는지, 찌그러짐이 있는지 등을 검사하고 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)의 전용 지그(JIG)(미도시)를 이용하여 소재분석 및 화학적인 물성의 매칭을 확인한다.

상기 지그를 이용하여 소재분석과 물성의 매칭이 끝나면 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)를 깨끗하게 클리닝을 한 후에 건조하고, 건조한 후에 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)의 면을 고르기 위하여 에칭한다.

상기 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)의 에칭이 끝나면 다시 클리닝하고, 클리닝이 끝나면 다시 건조시키며, 건조시킨 후에 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)의 면에 전도성이 좋은 금속성의 재질을 무 전해 도금방법을 이용하여 박막 코팅층(112, 122, 132)을 융착 시킨다.

상기 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)의 면에 금속성의 물질을 융착 시킨 후 건조기에 놓고 소정의 시간과 적정한 온도를 통해 건조시키고, 상기 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)에 증착된 상태가 양호한지 아닌지를 확인하며, 증착된 금속성 코팅의 밀착강도를 확인한다.

상기와 같이 금속재질로 형성된 안테나(100)를 사용하지 아니하고도 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 각 ㎓대의 이득이 기존의 금속성의 재질로 이루어진 안테나의 특성보다 좋은 결과를 보이고 있으며 아래 표 1은 동일 주파수에서 금속 도파관 슬롯 안테나와 본 발명의 안테나의 이득을 측정하여 비교한 것이다.

위성통신 주파수(GHz)	금속성안테나의 이득(dBi)	본 발명의안테나의 이득(dBi)
10.70	31.12	31.15
11.70	31.48	31.51
12.27	31.50	31.52
12.57	31.56	31.57

상기 표1에서 주파수 10.7[㎓]에서의 금속 도파관 슬롯 안테나의 수신 이득은 31.12[dB]인 반면에 본 발명의 안테나 수신 이득은 31.15[dB]로 측정되었으며, 이에 해당하는 방사패턴의 모양은 도 2에 도시된 바와 같다. 그리고 11.7[㎓]에서 본 발명의 안테나 수신 이득은 31.51로 측정되었으며 도 3은 방사패턴의 모양을 도시한 그림이다.

또한 상기 표1에서의 주파수 12.27[㎓]에서의 수신 이득은 31.52[dB]로 측정되었으며 도 4는 이에 대한 방사패턴을 도시한 그림이며, 주파수 12.57[㎓]에서는수신 이득이 31.57dB를 보이고 있으며 이에 대한 방사패턴의 모양은 도 5와 같다.

상기 표 1에서 보는 바와 같이 금속 도파관 슬롯 안테나와 본 발명의 안테나의 이득차이는 본 발명의 안테나가 약간 높은 것으로 측정되었다.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이 합성수지재를 이용하여 안테나 몸체(110a, 120a, 130a)를 다층구조로 형성하고, 안테나 몸체의 외면에 전도성이 좋은 금속성의 박막 코팅층(112, 122, 132)을 증착하여 최종적으로 만든 본 발명의 안테나 사시도이다.

상기 도 7과 같은 구성에 한정되는 것은 아니며 주파수를 수신하는 모든 안테나를 구성할 수 있으며, 그 작용을 살펴보면 다음과 같다.

상기 상층도체판(110)의 슬롯(111)을 통해 주파수 신호를 수신하면, 그 주파수가 중층도체판(120)의 제2도파관 선로(121)로 인가되고, 중충도체판(120)의 제2도파관 선로(121)와 일체로 연결 형성되어 있는 하층도체판(130)의 급전로상에 있는 급전부(미도시)에서 주파수 신호를 출력한다.

상기 중충도체판(120)의 제2도파관 선로(121)에 형성되어 있는 방사홈(121a)을 통해 하층도체판(130)으로 인가되고, 하층도체판(130)은 상기 중층도체판(120)의 하부에 적층되어 제1도파관 선로(131)를 닫힌 상태의 선로로 형성시킨다.

상기 제1도파관 선로(131)가 닫힌 상태를 형성하면 상기 중층도체판(120)을 통해 인가되는 주파수 신호는 닫힌 상태의 제1도파관 선로(131)에 안내 및 분배되고 급전로상의 급접부로 출력되어 안테나(100)와 연결되어 있는 통신장비에 그 주파수 신호를 인가한다.

상기에서 설명한 바와 같이 안테나는 설계방법에 따라 통신용, 방송용등 어떤 목적의 안테나(100)로도 활용이 가능하며, 금속을 사용한 안테나와 비교해도 성능면에서 저하되지 않으며, 초고주파용 안테나(100)에서의 금속 표면의 정밀도나 가공의 정밀도에서도 금속을 직접 가공에 의한 것보다 더 정밀하게 가공이 가능하다.

그리고, 대량생산이 가능하며 무게를 현저하게 줄이 수 있어 안테나(100) 설치시 취급이 용이한 안테나(100)와 고정장치를 제작할 수 있고, 이러한 금속 코팅 방법을 사용한 합성수지 재질의 안테나(100)는 모양과 종류에 제한 조건이 없이 모두 사용하여 제작할 수 있다.

이하 본 발명에 의한 금속제 코팅에 의한 안테나 제조방법의 효과를 살펴보면, 무거운 금속을 사용하지 않으므로 안테나의 무게를 현저하게 줄일 수 있으므로 안테나의 취급 및 설치가 용이하고, 정밀가공이 필요한 안테나에 대하여 플라스틱 재질을 사용하므로 용도에 적합하고 정밀도가 우수한 제품을 제작할 수 있다.

또한, 금형을 이용하여 플라스틱 사출성형 하므로 대량의 안테나를 제조 양산할 수 있으며, 기존의 안테나를 생산하는 원가보다 월등히 생산 및 제조 원가를 절감할 수 있는 효과를 가져온다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 복수의 도파관 및 안테나 개구를 포함하는 방위 위상 시프터 조립체와, 상기 방위 위상 시프터 조립체에 결합된 수평 공급망을 형성하는 중앙공급 도파관 조립체와, 제각기 상기 중앙공급 도파관 조립체의 복수의 중앙공급 도파관 조립체의 개개의 중앙공급 도파관 조립체에 결합된, 성형된 후 금속화된 플라스틱으로 제조된 복수의 상호접속 도파관과, 상기 복수의 상호접속 도파관의 개개의 상호접속 도파관에 결합된 복수의 회전 자계 위상 시프터와, 상기 복수의 회전 자계 위상 시프터 중 선택된 회전 자계 위상 스프터에 결합된, 성형된 금속하된 플라스틱으로 제조된 복수의 수직 공급망과, 상기 복수의 수직 공급망에 결합된 입력포트를 갖는 합/차 모노펄스 공급망을 가지며, 성형된 후 금속화된 복수의 성형된 플라스틱 도파관 부분으로 제조된 방위 위상 시프터 조립체를 갖는 안테나 제조방법에 있어서,

   상기와 같이 통상의 안테나를 합성수지재로 형성하여 도전성이 좋은 박막의 금속물질로 이루어지며, 통상의 급전로와 제1도파관이 형성되고 상기 급전로와 상기 제1도파관으로 수신되는 주파수의 손실을 방지하기 위하여 방사도파관의 일측에 다단돌출부가 형성된 하층도체판이 구비되고, 상기 하층도체판의 상부에 적층되어 상기 하층도파관의 급전로와 제1도파관과 연통되는 제2분배관과 제2도파관과 제2급전로가 형성되며 상부에서 하부로 관통된 방사홈이 형성된 중층도파관이 상기 하층도파관에 적층되며, 그 상부에는 소정의 간격을 두고 돌기가 형성되고, 상기 돌기의 일측에는 소정의 간격으로 배치되어 상부에서 하부로 관통되는 다수의 슬롯이 형성되고, 하면에는 캐비티 형식의 관이 소정의 간격으로 다수개 형성되어 주파수를 수신하는 상층도체판이 상기 중층도체판에 적층되는 것을 특징으로 하는 금속제 코팅에 의한 안테나.
5. 삭제
6. 제4항에 있어서,

   상기 하층도체판의 제1도파관 선로의 일측에는 주파수 신호의 방향을 바꾸어 도파관 안으로 안내하는 돌출부가 모서리 내측으로 형성되며, 최대한 주파수 손실을 없애기 위하여 다단돌출부로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속제 코팅에 의한 안테나.