KR100404308B1 - 실내 항법 시스템용 안테나 - Google Patents

Abstract

방사빔폭을 변화시킬 수 있는 실내 항법 시스템용 안테나에 관하여 개시한다. 본 발명의 실내 항법 시스템용 안테나는, 일정한 방사빔폭을 가지며 전파가 방사되는 방사단이 있는 메인 안테나와; 메인 안테나의 방사빔폭이 변화되도록 메인 안테나의 방사단 전방에 위치되는 보조 안테나를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 메인 안테나의 방사단 전방에 설치된 보조 안테나의 길이를 변화시킴으로써 간단하게 방사빔폭을 조절할 수 있으므로 실내 구조물에 의한 전파교란을 피해야 하는 실내 항법 시스템에서 유용하게 사용될 수 있으며, 실내 무선 네트워크시스템에서 각각의 안테나가 담당해야 할 영역이 다른 경우에도 보다 편리하게 이용될 수 있을 뿐 만 아니라, 보조 안테나를 설치하였음에도 불구하고 임피던스 정합을 유지할 수 있는 이격 간격을 제공함으로써 실내 항법 시스템을 보다 안정적으로 운용할 수 있다.

Description

실내 항법 시스템용 안테나 {Antenna for Indoor Navigation System}

본 발명은 실내 항법 시스템용 안테나에 관한 것으로 특히, 방사빔폭을 변화시킬 수 있는 실내 항법 시스템용 안테나에 관한 것이다.

최근 들어 위성 항법 시스템(Global Positioning System, GPS)을 실용화하는 단계에서 실내에 적용시키기 위한 실내 항법 시스템(Indoor Navigation System, INS)이 개발되고 있다. 실내 항법 시스템에서는 실내 구조물에 의한 전파의 반사를 막고 원하는 영역에 전파를 방사하기 위하여, 설치되어지는 장소에 따라 다른 방사빔폭(Half Power Beam Width, HPBW)을 갖는 안테나들이 각각 설치된다.

하지만, 안테나가 설치 장소에 따라 각각 다른 방사빔폭을 갖기 위해서는 구조상의 규격이 각각 다르게 제작되므로 일단 제작된 안테나는 방사빔폭이 고정되게 되어 실내 환경의 변화나 설치 위치가 변경되는 경우에는 다른 안테나로 교체되어야 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 방사빔폭을 간단하게 변화시킬 수 있는 실내 항법 시스템용 안테나를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나를 나타낸 개략도;

도 2(a)는 메인 안테나의 방사단 전방에 길이가 다른 보조 안테나가 각각 설치된 것을 나타낸 개략도들;

도 2(b)는 도 2(a)와 같이 보조 안테나가 설치되었을 경우와 보조 안테나가 설치되지 않고 메인 안테나만이 설치된 경우에 있어서 방사빔폭을 측정한 그래프들;

도 2(c)는 도 2(a)와 같이 보조 안테나가 설치되었을 경우와 보조 안테나가 설치되지 않고 메인 안테나만이 설치된 경우에 있어서 전력반사손실을 측정한 그래프들이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

100 : 메인 안테나 110, 120 : 제1 및 제2 나선형 도선

200, 210, 220 : 보조 안테나

300 : 동축 전송선

400 : 임피던스 정합부

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실내 항법 시스템용 안테나는: 일정한 방사빔폭을 가지며 전파가 방사되는 방사단이 있는 메인 안테나와; 상기 메인 안테나의 상기 방사단 전방에 위치되는 보조 안테나를 구비하되, 상기 보조 안테나의 길이를 변화시킴으로써 상기 메인 안테나의 방사빔폭을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 보조 안테나는 임피던스 정합이 유지되도록 상기 메인 안테나로부터 소정 간격 이격되어 설치되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나를 나타낸 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실내 항법시스템용 안테나는 전파가 방사되는 방사단이 있으며 일정한 방사빔폭을 가지는 메인 안테나(100)와, 메인 안테나(100)와 소정 간격(d)이 이격되도록 방사단 전방에 설치되어 메인 안테나(100)의 방사빔폭을 변화시키는 보조 안테나(200)로 이루어진다.

메인 안테나(100)는 쌍을 이루며 동일한 피치(Pitch)(S₁) 및 반경(R)을 가지는 제1 나선형 도선(110) 및 제2 나선형 도선(120)으로 이루어지고, 보조 안테나(200)는 피치(S₂)가 제1 및 제2 나선형 도선(110, 120)의 피치(S₁)의 0.1∼0.4배 인 나선형 도선으로 이루어진다. 이 때, 나선형 도선의 반경(R)은 도선이 반원을 이루며 나선형으로 감겼다고 가정하였을 경우의 그 반경이다.

메인 안테나(100)와 보조 안테나(200)의 이격 간격(d)은 제1 및 제2 나선형 도선(110, 120)의 반경(R)의 0.3∼0.5배이다. 여기서, 메인 안테나(100)와 보조 안테나(200)의 이격 간격(d)이 너무 작거나 크게 되면 임피던스(Impedance) 정합이 이루어지지 못한다.

제1 및 제2 나선형 도선(110, 120)에 의하여 생기는 내부 공간에는 메인 안테나(100)에 전력을 공급하기 위한 동축 전송선(300)과 임피던스 정합을 유지하기 위한 임피던스 정합부(400)가 설치된다. 이 때, 임피던스 정합부(400)의 일단은 메인 안테나(100)의 방사단측에 위치된 제1 및 제2 나선형 도선(110, 120)의 일단과 연결되고, 임피던스 정합부(400)의 다른 일단은 동축 전송선(300)과 연결된다. 따라서, 전력은 동축 전송선(300)을 통하여 메인 안테나(100)의 방사단측으로 공급된다. 이와 같이, 메인 안테나(100)의 방사단측으로 전력이 공급되고 방사단 전방에 보조 안테나(200)가 위치됨으로써 방사빔폭의 조절이 이루어지게 된다.

도 2(a)는 반경이 4㎝이고, 피치가 7㎝인 제1 및 제2 나선형 도선으로 이루어진 메인 안테나(100)의 방사단 전방에 피치가 1.6∼1.8㎝인 보조 안테나(210, 220)를 메인 안테나(100)로부터 1.5㎝ 이격시켜 각각 설치한 것을 나타낸 개략도로서, A는 길이(L₁)가 짧은 보조 안테나(210)가 설치된 것이고, B는 A보다 길이(L₂)가 긴 보조 안테나(220)가 설치된 것이다.

도 2(b)는 도 2(a)와 같이 보조 안테나가 설치되었을 경우와 보조 안테나가설치되지 않고 메인 안테나만이 설치된 경우에 있어서 방사빔폭을 측정한 그래프들로서, ⓐ는 메인 안테나만이 설치된 경우의 그래프이고, ⓑ는 도 2(a)의 A인 경우의 그래프이며, ⓒ는 도 2(a)의 B인 경우의 그래프이다.

도 2(b)를 참조하면, 가로축은 안테나를 중심으로 원형을 이루는 방사 방향을 각도로 나타낸 것으로써 0도는 전방을 의미하며, 180도 및 -180도는 후방을 의미한다. 세로축은 전방의 방사 전력이 0dB일 경우에 상대적인 방사 전력을 dB단위로 나타낸다. 표 1은 방사 전력이 -3dB되는 지점에서 각각의 경우에 따른 방사빔폭을 각도로 나타낸 것이다.

구 분	방사빔폭
메인 안테나만 설치된 경우(ⓐ)	123도
짧은 보조 안테나가 더 설치된 경우(ⓑ)	96도
긴 보조 안테나가 더 설치된 경우(ⓒ)	65도

도 2(b) 및 표 1에 나타난 바와 같이, 메인 안테나의 방사단 전방에 보조 안테나가 더 설치됨으로써 방사빔폭이 변화되는 것을 알 수 있다. 특히, 보조 안테나의 길이에 의하여 방사빔폭이 변화됨으로써 메인 안테나를 교체하지 않으면서도 방사빔폭을 필요에 따라 간단하게 변화시킬 수 있다. 즉, 본 발명에서는 필요에 따라 길이가 긴 보조 안테나를 메인 안테나의 방사단 전방에 설치하거나 또는 길이가 작은 보조 안테나를 메인 안테나의 방사단 전방에 설치하여 보조 안테나의 길이에 변화를 줌으로써 용이하게 메인 안테나의 방사빔폭을 변화시키게 된다.

도 2(c)는 도 2(a)와 같이 보조 안테나가 설치되었을 경우와 보조 안테나가 설치되지 않고 메인 안테나만이 설치된 경우에 있어서 전력반사손실(Return Loss)을 측정한 그래프들로서, ⓓ는 메인 안테나만이 설치된 경우의 그래프이고, ⓔ는 A인 경우의 그래프이며, ⓕ는 도 2(a)의 B인 경우의 그래프이다.

도 2(c)를 참조하면, 가로축은 GPS L1 주파수(1.57542㎓)를 중심으로 100MHz의 주파수 범위를 나타낸 것이며 세로축은 전력반사손실을 dB단위로 나타낸 것이다. 도 2(c)에 나타난 바와 같이, 방사빔폭을 변화시키기 위한 보조 안테나가 설치되었음에도 불구하고 GPS L1의 신호 대역(약 1.55㎓∼1.59㎓)에서 전력반사손실이 15dB로 이하로 유지되고 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실내 항법 시스템용 안테나에 의하면, 메인 안테나의 방사단 전방에 설치된 보조 안테나의 길이를 변화시킴으로써 간단하게 방사빔폭을 조절할 수 있으므로 실내 구조물에 의한 전파교란을 피해야 하는 실내 항법 시스템에서 유용하게 사용될 수 있으며, 실내 무선 네트워크시스템에서 각각의 안테나가 담당해야 할 영역이 다른 경우에도 보다 편리하게 이용될 수 있다.

나아가, 보조 안테나를 설치하였음에도 불구하고 임피던스 정합을 유지할 수 있는 이격 간격을 제공함으로써 실내 항법 시스템을 보다 안정적으로 운용할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예들에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (4)

1. 일정한 방사빔폭을 가지며 전파가 방사되는 방사단이 있는 메인 안테나와;

   상기 메인 안테나의 상기 방사단 전방에 위치되는 보조 안테나를 구비하되, 상기 보조 안테나의 길이를 변화시킴으로써 상기 메인 안테나의 방사빔폭을 변화시키는 것을 특징으로 하는 실내 항법 시스템용 안테나.
2. 제 1항에 있어서, 상기 메인 안테나는 제1 및 제2 나선형 도선으로 이루어지고 상기 보조 안테나는 상기 제1 및 제2 나선형 도선보다 작게 마련된 나선형 도선으로 이루어지며 상기 메인 안테나의 내부에는 임피던스 정합부 및 동축 전송선이 설치되되, 상기 임피던스 정합부의 일단은 상기 메인 안테나의 방사단 측에 위치되도록 상기 제1 및 제2 나선형 도선의 일단과 각각 연결되고, 상기 동축 전송선은 상기 임피던스 정합부의 다른 일단과 연결되는 것을 특징으로 하는 실내 항법 시스템용 안테나.
3. 제 1항에 있어서, 상기 보조 안테나는 임피던스 정합이 유지되도록 상기 메인 안테나로부터 소정 간격 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 실내 항법 시스템용 안테나.
4. 제 2항에 있어서, 상기 보조 안테나의 나선형 도선의 피치는 상기 제1 및 제2 나선형 도선의 피치의 0.1∼0.4배 인 것을 특징으로 하는 실내 항법 시스템용안테나.