KR100687913B1 - 평면 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평면 안테나에 관한 것으로, 특히 어레이형 패치 안테나부와 이의 하부에 결합하고 상면에 도파관이 개방된 도파관형 LNB를 포함하는 평면 안테나에 있어서, 안테나부의 평면상에 프로브라인이 존재하는 어레이형 패치 안테나부; 및 상기 LNB 도파관의 개방부와 상기 패치 안테나부의 프로브라인 모집부 상부에 대응되도록 상기 패치 안테나부 상면에 결합되며, 패치 안테나부의 접지판과 접속하여 접지가 이루어지고, 상기 LNB의 도파관 개방단면과 일치하는 내부단면을 가지며 안테나 수신 주파수의 1/4 파장에 해당하는 높이를 갖는 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 안테나에 관한 것으로 이를 통하여 안테나의 프로브라인을 견고하게 부착할 수 있어 프로브라인의 흔들림 등에 의한 손실을 줄이고, 가공된 어레이형 패치 안테나부를 별도의 추가작업 없이 LNB와 결합함으로써 공정이 단순하고, 생산성이 향상되는 장점이 있다.

평면 안테나, 캡, 어레이형 패치 안테나

Description

평면 안테나 {PLANAR ANTENNA}

도 1은 종래의 평면 안테나의 경우에 프로브라인과 LNB간의 결합관계를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 평면 안테나의 일실시예에 대한 분해 사시도를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 평면 안테나의 일실시예에 적용되는 LNB 캡의 저면도이다.

도 4는 본 발명의 평면 안테나의 일실시예에 적용되는 유전체 기판의 상면을 나타낸 도면이다.

도 5는 도 4의 유전체 기판의 하면을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : LNB 캡 10 : 어레이형 패치 안테나부

11 : 유전체 기판 12 : 프로브라인(Probe line)

13 : 방사패치 14 : 패치기판

16 : 접지판 17 : 분리용 돌기

18 : 도파관 구멍

20 : LNB (저잡음 블록다운 변환기)

22 : 도파관

102 : 편파부 110 : 유전체 기판

112 : 방사패치 114 : 급전선로

116 : 프로브라인

본 발명은 위성신호 수신용 평면 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안테나의 프로브라인을 견고하게 부착할 수 있어 프로브라인(probe line)의 흔들림 등에 의한 손실을 줄이고, 가공된 어레이(array)형 패치(patch) 안테나부를 별도의 추가작업 없이 LNB(Low Noise blockdown converter, 저잡음 블록다운 변환기)와 결합함으로써 공정이 단순하고, 생산성이 향상되는 평면 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 위성에서 방사되는 신호는 수 ㎓의 주파수 대역을 가지며, 지상계의 전파에 비하여 전속밀도가 낮으므로 이를 수신하기 위해서는 많은 신호를 모을 수 있는 파라보라(parabola) 안테나가 주로 사용되어져 왔다.

그러나 이와 같은 파라보라 안테나의 경우는 부피가 크고, 무거워서 가정용의 경우에는 문제가 적으나, 차량장착 등의 이동용의 경우에는 그 설치가 어렵고, 유지보수가 어려울 뿐만 아니라 이동중에 공기저항을 많이 받는 문제점이 있었다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 평면상에 여러 개의 방사패치를 나열하고 이를 통하여 전파를 수집하는 방식의 평면안테나가 개발되어졌다.

또한 이와 같이 위성신호를 수신하는 안테나부에 수신된 수 ㎓ 대역의 신호는 TV수상기와 같은 신호 수신장치에 사용하기 위해서 이에 적합한 낮은 주파수 대역으로 주파수 변환을 시키고, 수신되어진 미약한 전달신호를 증폭시킬 필요가 있다. 이를 위하여 사용되는 것이 저잡음 블록다운 변환기인 LNB(low noise blockdown converter)이다. 이와 같은 LNB는 상기 기술한 신호수신부인 안테나부와 연결되어 전체 안테나를 구성하는 것으로, 그 구성은 상기 안테나부에 전달되는 신호를 받아들이는 도파관(feed horn)과 상기 기술한 신호처리를 수행하는 회로부로 구성된다.

그러나 상기 평면 안테나부와 LNB의 연결은 종래에는 도 1에 도시한 바와 같이 안테나부의 프로브라인(probe line)(12)을 안테나부의 평면에 수직하도록 90˚로 구부려 LNB(20)의 입력포트인 도파관(22)에 입체적으로 삽입하는 형태를 취하였다. 이와 같은 구성을 통하여 일정정도의 신호 손실을 줄일 수 있으나 프로브라인의 절곡에 따른 라인소실과 평면 안테나의 경우 이동용에 주로 사용되는 점을 고려할 때, 이동에 따른 진동이 발생하는 경우에 프로브라인이 견고하게 고정되어 있지 않으므로 삽입된 선로가 흔들려, 도파관의 중심에 위치하지 못함에 따라 손실이 발생하는 점 등이 문제가 되어, 신호수신에 안정성이 떨어지는 문제점과 안테나부와 LNB의 결합시에 별도의 추가작업을 수행하므로 작업성이 좋지 않은 문제점이 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 가공된 안테나부를 별도의 추가적인 작업 없이 LNB와 결합할 수 있으며, 이동에 따른 진동의 발생시에도 손실이 발생하지 않는 평면 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

어레이(array)형 패치(patch) 안테나부와 이의 하부에 결합하고 상면에 도파관(feed horn)이 개방된 도파관형 LNB(low noise blockdown converter)를 포함하는 평면 안테나에 있어서,

안테나부의 평면상에 프로브라인(probe line)이 존재하는 어레이형 패치 안테나부; 및

상기 LNB 도파관의 개방부와 상기 패치 안테나부의 프로브라인 상부에 대응되도록 상기 패치 안테나부 상면에 결합되며, 패치 안테나부의 접지판과 접속하여 접지가 이루어지고, 상기 LNB의 도파관 개방단면과 일치하는 내부단면을 가지며 안테나 수신 주파수의 1/4 파장에 해당하는 높이를 갖는 캡(cap)을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 안테나를 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.

본 발명은 평면 안테나에 관한 것으로 어레이형 패치 안테나부(10)와 이의 하부에 결합하고 상면에 도파관(22)이 개방된 도파관형 LNB(20)를 포함하는 평면 안테나에 있어서, 안테나부(10)의 평면상에 프로브라인(12)이 존재하는 어레이형 패치 안테나부(10) 및 상기 LNB 도파관(22)의 개방부와 상기 패치 안테나부의 프로브라인(12) 모집부 상부에 대응되도록 상기 패치 안테나부(10) 상면에 결합되며, 패치 안테나부(10)의 접지판(16)과 접속하여 접지가 이루어지고, 상기 LNB의 도파관(22) 개방단면과 일치하는 내부단면을 가지며 안테나 수신 주파수의 1/4 파장에 해당하는 높이를 갖는 캡(1)을 포함하는 구성을 가진다.

이에 대한 구체적인 실시예는 도 2에 나타낸 바와 같으며, 아래에는 상기 도 2를 참조하여 상세하여 설명하도록 한다.

본 발명이 적용되는 안테나는 어레이형 패치 안테나부를 가지는 평면 안테나로서 일반적으로 마이크로 스트립 안테나로도 불리는 형식의 안테나이다. 이는 각각 어레이형 패치 안테나부와 이의 하부에 결합하는 LNB부(20)로 나누어진다. 또한 상기 패치 안테나부로부터 수신된 신호의 LNB로의 전달을 위하여 패치안테나부에서는 프로브라인(12)이 구성되며, LNB에는 도파관(22)이 구성되며 이를 통하여 상기 프로브라인(12)에 모여진 신호는 도파관(22)을 통하여 LNB에 전달되어지는데 상기 종래기술에서 기술한 바와 같이 프로브라인(12)이 도파관(22)에 삽입되도록 안테나부로부터 절곡하여 입체적으로 구성하는 경우에는 프로브라인(12)이 완전히 고정되지 못하므로 진동에 민감한 문제점이 있다. 따라서 이를 개선하기 위하여, 본 발명의 패치 안테나부(10)의 프로브라인(12)은 패치 안테나부로부터 입체적으로 꺾어 구성하지 않고 패치 안테나부(10)의 평면상에 존재하도록 한다. 이를 통하여 이동 등의 진동이 발생하는 경우에도 프로브라인(12)이 안테나부와 별도로 진동하는 문제를 해결할 수 있다.

그러나 이와 같은 구성을 가지는 경우에는 프로브라인(12)의 끝단이 집결되어 모여지는 프로브라인의 모집부가 LNB의 도파관(22) 상부에 올려지는 경우에도 신호가 도파관(22)안으로 들어가는 것보다 공중으로 산란해버리는 양이 더 많아 손실이 크게 발생하므로, 이를 방지하고 손실을 최소한으로 줄일 수 있는 캡(1)을 상기 프로브라인 모집부에 덮는다.

즉, 상기 캡(1)은 신호가 밖으로 새는 것을 방지하기 위한 것으로 상기 LNB의 도파관(22)의 개방단면과 일치하는 내부단면을 가지도록 하는 캡 형상을 가진다. 이에 대한 구체적인 예는 도 3에 도시한 바와 같다. 또한 그 위치는 상기 LNB 도파관(22)의 개방부와 같은 내부단면을 가지므로 이에 대응하도록 배치되며, 이와 같이 배치되는 경우에 캡(1)의 내부에 상기 패치 안테나부의 프로브라인(12) 모집부가 캡의 투영면 내에 포함되는 형태가 된다. 따라서 상기 LNB 도파관(22)의 개방부와 상기 패치 안테나부(10)의 프로브라인(12) 모집부 상부에 대응되는 위치가 되며, 수직적으로는 상기 패치 안테나부(10) 상면에 결합되도록 한다.

또한 신호가 빠져 나가지 않도록 하는 것이므로 전기적으로 패치 안테나부(10)의 접지판(16)과 등전위를 가지도록 하여야 하므로 상기 접지판(16)에 접속하여 접지가 이루어지도록 구성한다. 이는 상기 캡(1)에 접지라인을 접속하는 방법 등의 공지의 다양한 방법을 통하여 구성할 수 있으며, 바람직하게는 안테나를 컴팩트하게 구성하기 위해서 도 2에 그 일실시예를 도시한 바와 같이 캡(1)의 측면에 부착된 결합구의 하단이 캡(1) 전체의 바닥면보다 하부로 돌출되고 이 돌출부가 유전체 기판(11)과 패치기판(14)을 통과하여 접지판(16)에 접촉되도록 하는 등의 방법을 통하여 구성할 수 있다.

또한 상기 캡(1)의 도입에 따른 손실을 최소화하기 위해서는 캡(1)에 대하여 임피던스 매칭을 실시하여야 하는데 이를 위해서 상기 캡(1)의 높이는 반사파 손실을 최소한으로 줄일 수 있는 안테나 수신 주파수의 1/4 파장에 해당하는 높이를 갖는 것이 바람직하며, 구체적으로 위성의 중심 주파수인 12.2 ㎓의 신호에 대한 파장의 0.25배의 높이를 갖도록 할 수 있다. 이를 통하여 안테나의 패치의 개수가 2배씩 증가할 때마다 안테나는 약 2.5 ㏈i의 이득이 증가하지만 상기 캡을 적용한 경우는 일반적인 이득상승보다 높은 3.0 ㏈i에 가까운 이득을 얻을 수 있다.

또한 상기 어레이형 패치 안테나부(10)는 도 2에 도시한 형태를 포함하여 기존의 다양한 형태의 패치 안테나부를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 도 4 내지 도 5에 그 상면과 하면에 대한 그 구체적인 예를 도시한 바와 같이 상면에 편파부(102)가 형성되고, 하면에는 무선신호를 추출하여 전달하는 다수의 RF방사패치(112), 상기 방사패치(112)를 연결하는 급전선로(114) 및 상기 급전선로(114)를 일 단으로 모집하는 프로브라인(116)이 형성되는 유전체 기판(110)과, 도 2에 도시한 바와 같이 상면에 다수의 돌기(17)가 형성되고, 상기 돌기(17)만 상기 유전체 기판(110) 하면의 유전체부에 결합하여 일정간격을 두고 상기 유전체 기판(110)에 결합되고, 상기 도파관에 대응하는 도파관 구멍(18)을 구비한 전도성 물질로 이루어진 접지판(16)을 포함하는 구성을 가질 수 있다. 이를 통하여 별도의 스치로폼과 같은 유전체를 유전체 기판(110)과 접지판(16) 사이에 삽입할 필요가 없으므로 제작이 용이하며, 유전체와 기판간의 결합이 균일하지 못하여 발생하는 손실을 줄일 수 있다.

또한 상기 LNB내의 도파관(22)은 다양한 형태의 모양을 가질 수 있으며, 바람직하게는 상기 도파관의 크기는 도 2에 도시한 바와 같은 형태로 WR-75규격에 따른 형상 및 크기를 가지는 것이 표준화 및 손실감속측면에서 좋고, 상기 도파관의 깊이도 상기 기술한 바와 같은 이유에 따라 안테나 수신 주파수의 1/4 파장에 해당하는 높이를 갖는 것이 바람직하며, 구체적으로 위성의 중심 주파수인 12.2 ㎓의 신호에 대한 파장의 0.25배의 높이를 갖도록 할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 평면 안테나에 따르면 가공된 안테나부와 LNB를 결합하는 공정에서 프로브라인을 절곡하는 등의 별도의 추가적인 작업 없이 LNB와 안테나부를 바로 결합할 수 있으므로 공정이 단순하고 제작이 용이하여 생산성을 높일 수 있는 장점이 있으며, 프로브라인의 절곡에 따라 절곡부에서 발생하는 손실을 줄 일 수 있는 장점이 있다.

또한 평면 안테나의 경우는 차량에 장착되어 사용되는 경우가 많은데 이 경우에 차량의 운행에 따라 발생하는 진동이 안테나에 전달되어 발생할 수 있는 프로브라인의 진동을 근원적으로 배제하므로 안테나의 진동에 따른 손실이 발생하지 않아 차량의 운행중에도 안정적인 신호수신이 가능한 장점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.

Claims (3)

1. 어레이형 패치 안테나부와 이의 하부에 결합하고 상면에 도파관이 개방된 도파관형 LNB를 포함하는 평면 안테나에 있어서,

   안테나부의 평면상에 프로브라인이 존재하는 어레이형 패치 안테나부; 및

   상기 LNB 도파관의 개방부와 상기 패치 안테나부의 프로브라인 모집부 상부에 대응되도록 상기 패치 안테나부 상면에 결합되며, 패치 안테나부의 접지판과 접속하여 접지가 이루어지고, 상기 LNB의 도파관 개방단면과 일치하는 내부단면을 가지며 안테나 수신 주파수의 1/4 파장에 해당하는 높이를 갖는 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 안테나.
2. 제1항에 있어서,

   상기 어레이형 패치 안테나부는

   상면에 편파부가 형성되고, 하면에는 무선신호를 추출하여 전달하는 다수의 RF방사패치, 상기 방사패치를 연결하는 급전선로 및 상기 급전선로를 일단으로 모집하는 프로브라인이 형성되는 유전체 기판; 및

   상면에 다수의 돌기가 형성되고, 상기 돌기만 상기 유전체 기판 하면의 유전체부에 결합하여 일정간격을 두고 상기 유전체 기판에 결합되고, 상기 도파관에 대응하는 도파관 구멍을 구비한 전도성 물질로 이루어진 접지판을 포함하는 것을 특 징으로 하는 평면 안테나.
3. 제1항에 있어서,

   상기 도파관은 WR-75규격의 도파관이며, 그 깊이는 안테나 수신 주파수의 1/4 파장에 해당하는 것을 특징으로 하는 평면 안테나.

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