KR100672967B1 - 원형편파 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배열된 선형편파 복사소자를 사용하여 하나의 원형편파 안테나로 구현하기 위해서 각각의 선형편파 복사소자에 위상차이를 인가한 형태를 사용함으로써 단일 복사소자를 이용한 원형편파 안테나에 비해서 넓은 주파수 대역에서 일관된 안테나 복사패턴을 구현하기가 용이하고 우수한 편파 분리도와 축비 특성을 구현할 수 있으며, 단일 복사소자를 이용한 원형편파 안테나에 비해서 높은 이득 특성을 구현할 수 있는 원형편파 안테나에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은, 원형편파 안테나에 있어서, 복수개의 양면 기판형 다이폴 복사소자; 수평방향 분배기와 수직방향 분배기 및 주분배기를 포함하는 급전부가 분리 및 상호 격리되어 배치되는 그라운드 반사판; 및 상기 복수개의 양면 기판형 다이폴 복사소자 각각을 상기 급전부와 연결하는 RF 케이블을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

원형편파 안테나{Circularly polarized antenna}

도 1은 본 발명에 따른 원형편파 안테나의 정면 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 원형편파 안테나의 측면 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 원형편파 안테나의 후면 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 원형편파 안테나의 케이스 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 원형편파 안테나의 양면 기판형 다이폴 복사소자의 구성도.

도 6은 본 발명에 따른 원형편파 안테나의 수직방향 분배기의 구성도.

도 7은 본 발명에 따른 원형편파 안테나의 수평방향 분배기의 구성도.

도 8은 본 발명에 따른 원형편파 안테나의 주분배기의 구성도

도 9는 본 발명에 따른 원형편파 안테나의 복사패턴 그래프도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 양면 기판형 다이폴 복사소자 20 : RF 케이블

30 : 그라운드 반사판 40 : 입력 콘넥터

50 : 수평방향 분배기 60 : 수직방향 분배기

70 : 주분배기 80 : 급전부 케이스

본 발명은 원형편파 안테나에 관한 것으로서, 더 상세하게는 배열된 선형편파 복사소자를 사용하여 하나의 원형편파 안테나로 구현하기 위해서 각각의 선형편파 복사소자에 위상차이를 인가한 형태를 사용함으로써 단일 복사소자를 이용한 원형편파 안테나에 비해서 넓은 주파수 대역에서 일관된 안테나 복사패턴을 구현하기가 용이하고 우수한 편파 분리도와 축비 특성을 구현할 수 있으며, 단일 복사소자를 이용한 원형편파 안테나에 비해서 높은 이득 특성을 구현할 수 있는 원형편파 안테나에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 선형편파 복사소자로 양면 기판형 다이폴 복사소자를 사용함으로써 마이크로스트립 패치 복사소자를 이용한 안테나에 비해서 광대역인 안테나를 구현할 수 있으며, 마이크로스트립 패치 복사소자에 비해서 적은 공간에서 복사소자의 구현이 가능함으로써 안테나를 소형화 시킬 수 있는 원형편파 안테나에 관한 것이다.

그리고, 본 발명은 원형편파 안테나로 양면 기판형 다이폴 복사소자를 구성하는 경우 급전부에 의한 전자파 외곡 현상을 방지하고 성능 향상을 위해서 급전부를 그라운드 반사판 후면에 위치시키고, 각각의 양면 기판형 다이폴 복사소자에서 급전부까지 수직으로 그라운드 반사판 후면으로 향하는 RF 케이블을 이용하여 구성함으로써 급전부에 의한 전파 외곡 및 간섭 현상을 제거하고, 이로써 단일 복사소자를 이용한 원형편파 안테나에 비해서 고 이득, 광대역, 전자파 복사패턴 지향특 성의 일그러짐이 최소화된 일정한 전자파 복사패턴 특성을 구현할 수 있는 원형편파 안테나에 관한 것이다.

당업자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 현재 주로 사용되고 있는 원형편파 안테나의 구성 방법은, 단일 마이크로스트립 패치 안테나를 이용하여 모따기 또는 급전 위치를 정상적인 위치에서 이동시켜 급전함으로써 마이크로스트립 패치 안테나의 가장자리에 형성되는 전류 분포에 위상차이를 주는 형태로 사용하거나 순차회전 방식으로 원형편파 복사소자를 배열하여 구현하고 있으며, 슬롯과 적층형 기생소자를 이용한 구성 등도 사용하고 있다.

상기와 같은 기존의 원형편파 안테나 구성방법은, 광대역 특성을 구현하기가 어려운 단점을 가지고 있으며, 이러한 단점을 보완하기 위해서 적층형 구조를 사용하여 원형편파 안테나를 구성하는 경우, 축비 특성이 저하되는 구조적인 문제점을 가지고 있으며, 유전체 기판의 동일 면상에 배열 복사소자와 급전부를 구성하기 때문에, 제작은 용이하나 상호 간섭 영향으로 인해서 전자파 복사특성이 저하될 수 있는 요소를 가지고 있다. 한편, 슬롯과 적층형 기생소자를 이용하여 원형편파 안테나를 구성하는 경우에도 안테나의 높이 방향이 커지는 구조적인 특징을 가지고 있다.

상기와 같은 기존의 원형편파 안테나 구성방법에 있어서, 단일 마이크로스트립 패치 복사소자를 이용한 원형편파 안테나의 경우, 일정한 축비 특성과 원형편파 안테나 이득을 구현할 수 있는 주파수 대역이 좁은 문제점과; 마이크로스트립 패치 복사소자를 배열하여 사용하는 경우, 동일 면상에 급전부가 구성되어 있어 급전부 와 배열 복사소자 간에 상호 간섭으로 인해서 전체 합성 복사패턴의 일그러짐과 축비 특성의 저하와 같은 전자파 복사특성의 저하가 발생되는 문제점; 및 적층형 마이크로스트립 패치 복사소자를 사용하여 정재파비 대역을 확장할 수는 있으나 원형편파 안테나의 주요 특성인 교차편파 성분과 축비 특성 등이 광대역에서 형성되지 못함으로써 안테나 효율이 저하될 수 있는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 마이크로스트립 패치 안테나에 비해서 소형 광대역 특성을 갖는 양면 기판형 다이폴 복사소자 4개를 사각 형태로 배열하고 각각의 양면 기판형 다이폴 복사소자에 위상과 전력을 공급하는 급전부는 별도의 분배기를 그라운드 반사판 후면에 구성하여 양면 기판형 다이폴 복사소자와 급전부 간의 상호 간섭 영향을 최소화하여 전자파 복사 특성을 향상시킴으로써 안테나 이득, 축비 특성을 개선시키고 위상차가 공급되는 배열 안테나에서 발생할 수 있는 복사패턴의 일그러짐 현상을 제거할 수 있는 원형편파 안테나를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 급전부와 양면 기판형 다이폴 복사소자 간의 연결을 케이블로 함으로써 각각의 전기적인 특성이 독립적으로 유지 가능하도록 구성하고, 사용되는 RF 케이블은 양면 기판형 다이폴 복사소자의 급전점에서 수직으로 그라운드 반사판 후면(밑면)의 급전부에 해당하는 수직, 수평 분배기와 연결하도록 구성함으로써 케이블에 의한 전자파 산란 특성도 최소화함으로써 전자파 복사에 장애가 될 수 있는 부분을 제거할 수 있는 원형편파 안테나를 제 공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 원형편파 안테나에 있어서, 복수개의 양면 기판형 다이폴 복사소자; 수평방향 분배기와 수직방향 분배기 및 주분배기를 포함하는 급전부가 분리 및 상호 격리되어 배치되는 그라운드 반사판; 및 상기 복수개의 양면 기판형 다이폴 복사소자 각각을 상기 급전부와 연결하는 RF 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 원형편파 안테나가 제공된다.

바람직하게는, 상기 RF 케이블은 상기 양면 기판형 다이폴 복사소자와 상기 그라운드 반사판 사이에서 수직 형태로 세워진다.

바람직하게는, 상기 수직방향 분배기와 수평방향 분배기는 동위상으로 위상을 분배해서 상기 양면 기판형 다이폴 복사소자에 인가할 수 있다.

바람직하게는, 상기 주분배기는 상기 수직방향 분배기와 수평방향 분배기에 90도 위상 차이의 위상과 전력을 공급할 수 있다.

본 발명은 상기한 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 원형편파 안테나에 있어서, 수직방향으로 배열된 양면 기판형 다이폴 복사소자; 수평방향으로 배열된 양면 기판형 다이폴 복사소자; 수평방향 분배기와 수직방향 분배기 및 주분배기로 이루어진 급전부; 상기 급전부의 수평방향 분배기와 수직방향 분배기 및 주분배기를 연결하고, 상기 급전부와 상기 양면 기판형 다이폴 복사소자를 연결하기 위한 RF 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 원형편파 안테나가 제공된다.

바람직하게는, 상기 주분배기에서 상기 수직방향으로 배열된 양면 기판형 다 이폴 복사소자와 상기 수평방향으로 배열된 양면 기판형 다이폴 복사소자에 각각 0도와 90도 위상을 인가하여 상기 양면 기판형 다이폴 복사소자 상호간의 위상차를 90도가 되도록 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 원형편파 안테나의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

한편, 이하의 설명에 있어서, 종래기술에 따른 구성부재와 본 발명에 의한 구성부재가 동일한 경우에는 종래기술에서 사용하였던 도면 부호를 그대로 사용하고, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명에 따른 원형편파 안테나는 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 양면 기판형 다이폴 복사소자들(10), RF 케이블(20), 그라운드 반사판(30), 수평방향 분배기(50), 수직방향 분배기(60), 주분배기(70), 입력 콘넥터(40), 급전부 케이스(80), 급전선로(12)와 급전점(14) 등으로 이루어진다. 도 1에서 부재번호 15는 양면 기판형 다이폴 복사소자(10)들이 배열되는 유전체 기판을 지시한다.

본 발명에 따른 원형편파 안테나는, 양면 기판형 다이폴 복사소자(10)들을 수평과 수직으로 2개씩 배열하고 각각의 복사소자를 수평과 수직으로 분류하여 위 상차를 인가함으로써 원형편파를 발생시키고, 각각의 안테나는 그라운드 반사판(30) 후면에 부착함으로써 배열된 양면 기판형 다이폴 복사소자(10)와 급전부, 즉 수평방향 분배기(50)와 수직방향 분배기(60) 및 주분배기(70)를 분리하여 상호간에 간섭을 최소화 함으로써 원형편파 안테나의 전자파 복사 성능을 향상시키고, 양면 기판형 다이폴 복사소자(10)와 급전부(수평방향 분배기(50), 수직방향 분배기(60), 주분배기(70))간에는 RF 케이블(20)을 사용하여 연결함으로써 각각의 독자적인 전기적 성능을 유지할 수 있도록 한다.

도 5는 유전체 기판(15)에 배열된 양면 기판형 다이폴 복사소자(10)들을 도시한다. 도 5와 같이 구성하여, 위상을 인가하는 경우 좌회전 원편파 안테나로 구성이 가능하며, 0도와 90도의 위상을 상호 바꾸어 인가하는 경우(즉, 주분배기의 수직/수평방향 분배기로 연결되는 RF 케이블을 상호 바꾸어 인가하는 경우), 우회전 원편파 안테나로 구성이 된다.

도 2는 양면 기판형 다이폴 복사소자(10)들에 급전 인가를 위한 후면의 급전부(수평방향 분배기(50), 수직방향 분배기(60), 주분배기(70))로, RF 케이블(20)을 통해서 연결한 안테나의 측면도를 나타낸다. 도 3은 그라운드 반사판(30) 후면에 부착된 급전부(50, 60, 70)를 나타낸다.

각각의 양면 기판형 다이폴 복사소자(10)들은 RF 케이블(20)을 통해서 그라운드 반사판(30) 후면의 수평방향 분배기(50)와 수직방향 분배기(60)로 연결되고, 이때 연결되는 수직방향과 수평방향 분배기(50, 60)는 동위상으로 위상을 분배해서 양면 기판형 다이폴 복사소자(10)에 위상과 전력을 인가해 준다. 또한, 수직방향 분배기(60)와 수평방향 분배기(50)는 주분배기(70)로 다시 연결되어 주분배기(70)에서 수직방향 분배기(60)와 수평방향 분배기(50)에 90도 위상차를 공급하여 원형편파로 안테나를 구현할 수 있게 한다.

도 6은 본 발명에 따른 수직방향 분배기를 나타내고, 도 7은 본 발명에 따른 수평방향 분배기를 나타내고, 도 8은 주분배기를 나타낸다.

도 6, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 수직방향 분배기(60)와 수평방향 분배기(50) 그리고 주분배기(70)를 하나의 유전체 기판에 구성하지 않고 별도로 분리하여 구성한다. 수직방향 분배기와 수평방향 분배기 그리고 주분배기를 하나의 기판에 결합된 형태로 구성하는 경우, 마이크로스트립 라인의 전송 손실이 증가하게 되며, 각각의 분배기의 고유 특성이 하나로 합쳐져서 각각에 전달되는 위상의 차이를 발생시켜서 원형편파 전자파 복사패턴을 형성하는데 있어 복사패턴 상에 패턴의 일그러짐이 발생할 수 있는 단점을 갖게 된다. 따라서, 본 발명에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 각각을 별도의 분배기(50, 60, 70)로 구성하고 RF 케이블(20)로 연결하는 방식을 사용함으로써 마이크로스트립 선로를 길게 구현했을 때 발생할 수 있는 위상 변위를 최소화하고 각각의 분배기(50, 60, 70)가 갖는 고유 특성을 유지할 수 있도록 함으로써 원형편파 안테나의 전자파 복사 효율을 증대한다. 또한 원형편파 안테나를 구성하기 위한 90도 위상 차이는 주분배기(70)를 통해서 구현하고, 주분배기(70)의 입력단은 원형편파 안테나가 외부의 장비로 연결되는 입력 콘넥터(40)와 연결하여 사용한다.

도 6에서 미설명된 부재번호 64는 수직방향 분배기 그라운드 접지용 동판이 고, 66은 동위상 분배부, 20a는 주분배기로 연결되는 RF 케이블, 20b는 상측 양면 기판형 다이폴 복사소자로 연결되는 RF 케이블, 20c는 하측 양면 기판형 다이폴 복사소자로 연결되는 RF 케이블이다.

도 7에서 미설명된 부재번호 54는 수평방향 분배기 그라운드 접지용 동판이고, 56는 동위상 급전부, 20d는 주분배기로 연결되는 RF 케이블, 20e는 우측 양면 기판형 다이폴 복사소자로 연결되는 RF 케이블, 20f는 좌측 양면 기판형 다이폴 복사소자로 연결되는 RF 케이블이다.

도 8에서 미설명된 부재번호 74는 주분배기 그라운드 접지용 동판이고, 75는 위상 지연 회로부, 78a는 0도 위상 출력부, 78b는 90도 위상 출력부, 20g는 수평방향 분배기로 연결하는 RF 케이블, 20h는 수직방향 분배기와 연결되는 RF 케이블, 20i는 입력 콘넥터이다.

도 9는 본 발명에 따른 원형편파 안테나로 측정한 복사패턴 데이터를 나타낸 그래프도이다. 도 9를 참조하면, 패턴이 좌우 대칭임을 알 수 있으며, 안테나 원형편파 이득도 9dBic의 높은 이득을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 2X2 배열된 양면 기판형 다이폴 복사소자 전체의 크기가 0.67로 소형으로 구성됨으로써 단일 마이크로스트립 패치 복사소자를 이용하여 원형편파 안테나를 구성한 경우와 거의 유사한 크기를 갖고 있으며, 안테나의 원형편파 이득도 단일 마이크로스트립 패치 복사소자를 이용한 원형편파 안테나의 경우 6dBic 정도로 형성되는 데 비해서 본 발명의 원형편파 안테나는 유사한 크기에서 9dBic의 원형편파 이득을 구현함으로써 단일 마이크로스트립 패치 복사소자로 원형편파 안테나를 구성한 경우보다 3dB가량 높게 형성됨을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 원형편파 안테나는, 양면 기판형 다이폴 복사소자를 수직과 수평으로 2개씩 배열하고 수직과 수평으로 배열된 양면 기판형 다이폴 복사소자에 배열된 복사소자 방향에 따라서 0도와 90도 위상을 인가함으로써 원형편파 안테나를 구성하고, 양면 기판형 복사소자와 급전부(수평방향 분배기, 수직방향 분배기, 주분배기)를 그라운드 반사판을 기준으로 상하로 분리하여 구성하고 양면 기판형 다이폴 복사소자와 수평방향 분배기 그리고 수직방향 분배기로 연결할 때 RF 케이블을 사용함으로써 양면 기판형 다이폴 복사소자와 급전부(수평방향 분배기, 수직방향 분배기, 주분배기) 간의 상호 간섭과 급전부(수평방향 분배기, 수직방향 분배기, 주분배기)에서 발생할 수 있는 전자파 산란 및 전자파 복사 영향에 의한 원형편파 안테나 전체의 전자파 복사패턴 성능을 향상시키는 이점을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 원형편파 안테나는, 양면 기판형 다이폴 복사소자를 사용하고, 급전부(수평방향 분배기, 수직방향 분배기, 주분배기)를 그라운드 반사판 후면으로 분리함으로써 원형편파 안테나의 크기를 전체적으로 소형화할 수 있는 이점을 제공한다. 즉, 본 발명의 양면 기판형 다이폴 복사소자는 마이크로스트립 패치 복사소자에 비해서 크기가 작고 소형으로 구현할 수 있으며, 양면 기판형 다이폴 복사소자의 배열 간격을 넓히거나 좁힘으로써 배열 합성된 전자파 복사패턴의 3dB 빔폭을 좁히거나 넓힐 수 있는데, 양면 기판형 다이폴 복사소자 간의 간격을 줄이더라도 양면 기판형 다이폴 복사소자와 급전부(수평방향 분배기, 수직방향 분배기, 주분배기)가 분리되어 좁은 공간에서도 원형편파 안테나를 구성할 수 있는 이점을 제공한다.

그리고, 본 발명에 따른 원형편파 안테나는, 급전부(수평방향 분배기, 수직방향 분배기, 주분배기)를 구성할 때 각각의 합성 단계별로 수평방향 분배기, 수직방향 분배기 그리고 주분배기로 분리하여 구성하고 RF 케이블로 연결함으로써 각각의 수평방향 분배기, 수직방향 분배기, 주분배기의 고유한 전기적인 특성을 유지할 수 있는 이점을 제공한다. 즉, 본 발명은 급전부(수평방향 분배기, 수직방향 분배기, 주분배기)를 하나의 마이크로스트립 기판에 RF 케이블을 사용하지 않고 마이크로스트립 선로로 전체를 연결하여 구성하는 경우 길게 구성된 마이크로스트립 선로에 의해서 위상 변이 등이 발생할 수 있는데 이러한 부분은 원형편파 안테나의 전체 복사패턴 성능 저하를 가져올 수 있으며, 마이크로스트립 선로보다 전송손실이 적은 RF 케이블을 사용함으로써 안테나의 전체적인 성능 향상을 달성하는 이점을 제공한다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

Claims (3)

1. 원형편파 안테나에 있어서,

   복수개의 양면 기판형 다이폴 복사소자;

   수평방향 분배기와 수직방향 분배기 및 주분배기를 포함하는 급전부가 분리 및 상호 격리되어 배치되는 그라운드 반사판; 및

   상기 복수개의 양면 기판형 다이폴 복사소자 각각을 상기 급전부와 연결하는 RF 케이블을 포함하고,

   상기 양면 기판형 다이폴 복사소자와 상기 그라운드 반사판은 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 원형편파 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 양면 기판형 다이폴 복사소자는 수직방향으로 양면 배열된 다이폴 복사소자와 수평방향으로 양면 배열된 다이폴 복사소자로 구성된 것을 특징으로 하는 원형편파 안테나.
3. 제1항에 있어서,

   상기 급전부는 동위상으로 위상을 분배해서 상기 양면 기판형 다이폴 복사소자에 인가하는 수직방향 분배기와 수평방향 분배기;

   수직방향 분배기와 수평방향 분배기에 각각 0도와 90도 위상을 인가하여 상 기 양면 기판형 다이폴 복사소자 상호간의 위상차를 90도가 되도록 하는 주분배기로 구성된 것을 특징으로 하는 원형편파 안테나.

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