KR100729627B1 - 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나 - Google Patents
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Abstract
단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나가 개시된다. 본 발명에 따른 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나는 일단에 커넥터 연결점을 형성하고, 타단에 급전점을 형성하는 급전부, 및 급전점을 기준으로 급전점과 연결되어 형성되는 다이폴부와, 양단이 다이폴부의 양단과 연결되어 폐루프 형상을 이루도록 형성되는 루프부를 구비하는 방사부를 포함한다. 이에 의해, 안테나 면에 수직방향의 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나를 제공할 수 있다.
단방향성, 수직방향, 초광대역 안테나, 다이폴 안테나, 루프 안테나
Description
도 1은 현재 제안되고 있는 UWB 통신시스템에서 사용하는 주파수 대역을 도시한 도면,
도 2는 종래의 UWB 통신시스템에 사용하기 위해 제안된 안테나의 개략도,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초광대역 안테나의 사시도,
도 4는 도 3에 도시한 초광대역 안테나에 적용되는 급전부의 사시도,
도 5는 도 3에 도시한 초광대역 안테나의 측면을 나타낸 개략도,
도 6은 본 발명에 따른 초광대역 안테나에서 단방향의 방사패턴을 갖게 되는 원리를 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 초광대역 안테나의 전기 평면에서의 방사패턴을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 따른 초광대역 안테나의 주파수에 대한 VSWR을 나타낸 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 초광대역 안테나의 주파수에 대한 이득을 나타낸 그래프,
도 10은 본 발명에 따른 초광대역 안테나의 주파수에 대한 군지연을 나타낸 그래프,
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초광대역 안테나의 사시도,
도 12는 도 11에 도시한 초광대역 안테나에 적용되는 급전부의 사시도,
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 초광대역 안테나의 사시도,
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 초광대역 안테나의 사시도, 그리고,
도 15는 도 14에 도시한 초광대역 안테나에 적용되는 급전부의 사시도이다.
본 발명은 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 안테나면에 수직인 방향으로 주된 방사를 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나에 관한 것이다.
일반적으로, 통신 시스템은 데이터를 전송하기 일정 대역의 주파수를 사용한다. 통신시스템에서 사용하는 데이터는 서킷 데이터(circuit data)과, 패킷 데이터(packet data)로 구분된다.
서킷 데이터는 음성신호와 같이 실시간 송수신을 필요로 하는 데이터이며, 패킷 데이터는 일정 크기 이상의 데이터를 가지며 서킷 데이터와 달리 실시간 전송이 반드시 필요한 것은 아니다.
서킷 데이터를 전송하기 위해 사용되는 주파수 대역은 일반적으로 협소하다. 이에 비해, 패킷 데이터를 전송하기 위해서는 서킷 데이터를 전송하는 필요한 주파 수보다 넓은 주파수 대역을 필요로 한다.
상술한 바와 같이, 전송하고자 하는 데이터 양의 증가와 더불어 사용하고자 하는 주파수 대역도 증가한다. 이때, 넓은 주파수 대역을 초-광대역(Ultra Wide Band: UWB)라 한다.
UWB는 일정크기의 갖는 복수 개의 서브밴드(sub-band) 주파수대역으로 구분한다. UWB 통신시스템은 복수 개의 서브밴드 주파수대역을 이용하여 데이터를 전송함으로서 단위 시간당 많은 데이터를 송수신할 수 있다.
또한, UWB 통신 시스템은 복수 개의 서브밴드 주파수대역들 중 하나를 선택하고, 선택된 서브밴드 주파수대역을 이용하여 데이터를 전송함으로써, 데이터에 대한 보안성을 높일 수 있다. 즉, 복수 개의 서브밴드 주파수대역들을 순차적으로 사용함으로써, 데이터에 대한 보안성을 높일 수 있게 된다.
도 1은 현재 제안되고 있는 UWB 통신시스템에서 사용하는 주파수 대역을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하여, 현재 제안되고 있는 UWB 통신시스템의 주파수 대역은 3432㎒ 내지 10032㎒을 사용한다. UWB의 주파수대역은 크게 4개의 그룹으로 구성된다. 이때, 4개의 그룹을 제 A 그룹 내지 제 D그룹이라 하면, 제 A그룹에는 3개의 서브밴드 주파수대역들로 구성되며, B그룹은 2개의 서브밴드 주파수대역들로 구성된다. 제C그룹은 4개의 서브밴드주파수대역들로 구성되며, 제D그룹은 4개의 서브밴드주파수그룹들로 구성된다.
제A그룹의 3개의 서브밴드 주파수대역들의 기준주파수(frequency)는 3432㎒, 3960㎒, 4488㎒이며, 제 B그룹의 2개의 서브밴드 주파수대역들의 기준주파수는 5016㎒, 5808㎒이다. 제 C그룹의 4개의 서브밴드 주파수대역들의 기준주파수는 6336㎒, 6864㎒, 7392㎒, 7920㎒이며, 제D그룹의 서브밴드 주파수대역들의 기준주파수는 8448㎒, 8976㎒, 9504㎒, 10032㎒이다. 제 B그룹에 포함되는 서브밴드주파수대역들은 현재 사용되고 있는 무선 LAN(wireless LAN)에서 사용되는 주파수대역과 중복되며, D그룹에 포함되는 서브밴드 주파수대역들은 현재 기술 수준으로는 사용이 불가능하다.
도 2는 종래의 UWB 통신시스템에 사용하기 위해 제안된 안테나의 개략도이다.
도 2에 도시되어 있는 안테나는 U-슬롯을 가진 광대역 안테나로서, 기판의 양쪽에 위치한 방사체와 접지면 사이에 공진 구조를 만들어서 패치 양단에서 방사가 일어나게 한다.
U-슬롯을 가진 광대역 안테나는 비용이 저렴하고, 접지면을 기준으로 한쪽 방향으로 5 내지 7dB 정도의 이득을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 하지만, U-슬롯을 가진 안테나는 UWB통신 시스템에서 사용하는 대역폭보다 좁은 대역폭을 갖는다는 단점이 있다.
또한, 특허번호 US 6642903은 협대역 안테나인 와이어 다이폴(wire dipole)에서 도체를 넓은 평면형 도체로 구성하여 광대역을 구현하는 방안을 제안하고 있다.
US 6642903에서 제안하고 있는 안테나는 저주파에서는 기판에 수직, 고주파 에서는 기판면 상에서 최대 방사가 일어나며, 비교적 등방향성의 방사패턴을 얻는다. 그러나, 안테나의 작은 크기로 인해 방향성 방사패턴을 얻을 수 없다는 단점을 가지고 있다.
또한, Koshelev,et.al. "Ultrawideband radiators of high-power pulses," in Proc. IEEE Int. Pulsed Power Plasma Science Conf. #2, pp.1661-1664, 2001은 전기 안테나와 자기 안테나의 조합으로 우측 방향으로 방향성을 얻는다.
즉, Koshelev, et.al은 정면으로 5dB 이상의 큰 이득을 얻을 수 있으나, 안테나의 부피가 크다는 단점과 급전을 안테나 뒤에서 직각으로 해야 한다는 단점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 다이폴 안테나와 루프 안테나를 결합한 형태의 안테나에서 안테나 면에 수직인 방향으로 주된 방사를 할 수 있는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나를 제공하고자 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나는 일단에 커넥터 연결점을 형성하고, 타단에 급전점을 형성하는 급전부, 및 급전점을 기준으로 급전점과 연결되어 형성되는 다이폴부와, 양단이 다이폴부의 양단과 연결되어 폐루프 형상을 이루도록 형성되는 루프부를 구비하는 방사부를 포함한다.
바람직하게, 급전부는 신호선과 접지면을 구비하는 마이크로스트립 (Microstrip) 형태의 전송선으로 구현하며, 접지면은 커넥터 연결점으로부터 급전점까지 점차 폭이 좁아지는 형상으로 형성될 수 있다.
또한 바람직하게, 급전점 위치에서의 신호선 및 접지면의 단부는 수직방향으로 연장되어 다이폴부와 연결되는 연장부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 급전부는 신호선과 접지면을 구비하는 CPW(Coplanar Waveguide) 형태의 전송선으로 구현하며, 접지면은 커넥터 연결점에 비하여 급전점의 폭이 더 좁은 형상으로 형성될 수 있다.
또한 바람직하게, 급전부는 서로 평행한 스트립(strip) 형상으로, 일단은 신호선 및 접지면과 각각 연결되고, 타단은 다이폴부와 연결되는 한 쌍의 평행전송선을 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 다이폴부 및 루프부는 하나의 도체판을 이용하여 형성할 수 있다.
또한 바람직하게, 방사부에서 다이폴부를 제외한 루프부는 급전부와 동일 평면상에 위치할 수 있다.
또한 바람직하게, 다이폴부는 급전점과 연결되는 위치에서 소정 각도 상향으로 연장되되 외측으로 갈수록 폭이 점차 넓어지는 형상으로 형성되며, 소정 위치에서 하향 절곡되어 루프부와 연결될 수 있다.
또한 바람직하게, 다이폴부는 급전점과 연결되는 위치에서 외측으로 갈수록 폭이 점차 넓어지는 형상으로 형성되되, 급전부와 평행을 이루도록 형성되며, 소정 위치에서 하향 절곡되어 루프부와 연결될 수 있다.
또한 바람직하게, 다이폴부는 하향 절곡되어 형성된 면에서 급전부와 접촉되는 부분을 소정 크기만큼 제거한 형태로 형성될 수 있다.
또한 바람직하게, 다이폴부는 급전점을 기준으로 좌우 대칭되는 형상일 수 있다.
또한 바람직하게, 급전부 및 방사부가 장착되는 유전체 기판을 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 급전부 및 루프부는 유전체 기판 상에 금속 코팅에 의해 형성할 수 있다.
또한 바람직하게, 루프부는 유전체 기판상에 길이방향으로 양 측부에 소정 폭만큼 서로 평행하게 형성되는 한 쌍의 스트립 형상일 수 있다.
또한 바람직하게, 다이폴부는 하향 절곡되어 형성된 면에서 루프부와 연결되는 부분을 제외한 나머지 부분을 제거한 형태로 형성될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초광대역 안테나의 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시한 초광대역 안테나에 적용되는 급전부의 사시도이다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 초광대역 안테나는 전류를 공급하는 급전부(100) 및 급전부(100)로부터 공급되는 전류에 의해 전자기파(electromagnetic wave)를 방사하는 방사부(200)를 포함한다.
급전부(100)는 방사부(200)에 전류를 공급하기 위한 것으로, 외부단자와 연결되어 전류를 공급받으며, 공급받은 전류를 방사부(200)로 전달하는 급전(給電) 작용을 한다.
급전부(100)의 구체적인 구조는 도 4를 통해 알 수 있다. 도시한 바와 같이, 급전부(100)는 일단에는 외부단자와 연결되어 전류를 공급받는 커넥터 연결점(130)을 형성하고, 타단에는 방사부(200)와 연결되어 방사부(200)에 전류를 공급하는 급전점(140)을 형성한다.
본 실시예에서, 급전부(100)는 신호선(120)과 접지면(110)을 구비하는 마이크로스트립(microstrip) 형태의 전송선으로 구현된다. 이때, 접지면(110)은 커넥터 연결점(130)으로부터 급전점(140)까지 점차 폭이 좁아지는 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
급전부(100)에서, 급전점(140)에 비하여 커넥터 연결점(130)의 폭을 더 넓게 형성하는 이유는, 통상 커넥터 연결점(130)에서의 특성 임피던스는 50Ω에 맞추어져 있으며, 급전점(140)에서의 특성 임피던스가 약 55 내지 60Ω이 될 경우에 가장 좋은 광대역 특성을 갖기 때문이다. 이때, 급전점(140)에서의 특성 임피던스가 약 55 내지 60Ω이 되기 위해서는 급전점(140)에서의 접지면(100)의 폭이 커넥터 연결점(130)에서의 접지면(100)의 폭보다 좁아야 한다.
급전부(100)의 급전점(140) 위치에서의 신호선(120)과 접지면(110)의 단부는 그 각각에 대하여 직각을 이루는 방향으로 연장되어 연장부(122, 112)를 형성하며, 신호선(120)과 접지면(110)은 각각의 연장부(122, 112)를 통해 다이폴부(210)와 연결된다.
도 3에서는 급전부(100)를 구성하는 신호선(120)과 접지면(110)이 서로 접촉 되어 있는 것처럼 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 신호선(120)과 접지면(110)은 소정 간격으로 서로 이격되어 있는 구조이다. 이에 의해, 신호선(120)과 접지면(110) 사이에는 공기층이 형성되기 때문에, 별도의 유전체 기판을 적용할 필요가 없다.
방사부(200)는 급전부(100)로부터 공급되는 전류에 의해 전자기파를 방사하는 것으로, 다이폴(dipole) 안테나와 루프(loop) 안테나를 하나의 급전으로 동시에 여기(excitation, 勵起)시키는 구조이다.
방사부(200)는 급전부(100)의 급전점(140)을 기준으로 급전점(140)과 연결되어 형성되는 다이폴부(210)와, 양단이 다이폴부(210)의 양단과 각각 연결되어 폐루프 형상을 이루도록 형성되는 루프부(220)를 구비한다.
다이폴부(210)는 급전부(100)와 소정 간격 이격되어 급전점(140)을 기준으로 좌우가 대칭되도록 형성된다. 또한, 다이폴부(210)는 급전점(140)과 연결되는 위치에서 소정 각도 상향으로 연장되되 외측으로 갈수록 폭이 점차 넓어지는 형상으로 형성되며, 소정 위치에서 하향 절곡되어 루프부(220)와 연결된다.
또한, 다이폴부(210)는 루프부(220)와 연결되기 위해 하향 절곡되어 형성된 면에서 급전부(100)와 접촉되는 부분을 소정 크기만큼 제거한 형태로 형성된다. 소정 크기만큼 제거된 부분을 통해, 하단에서만 급전할 수 있었던 종래의 구조에서 탈피하여 측면을 통해서도 급전이 이루어질 수 있다.
루프부(220)는 다이폴부(210)와 결합된 형태에 의해 폐루프 형상을 형성한다. 도시한 바와 같이, 루프부(220)의 일부는 급전부(100)를 위해 소정 크기만큼 제거된 형태로 형성된다.
다이폴부(210)와 루프부(220)를 포함하는 방사부(200)는 넓은 면적을 갖는 하나의 도체판을 구부려서 제작할 수 있는 형태이다. 이때, 급전부(110)의 형성공간 및 측면 급전을 위한 공간을 확보하기 위하여 다이폴부(210) 및 루프부(220)의 일부를 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 다이폴부(210)와 루프부(220)를 포함하는 방사부(200)를 적용한 초광대역 안테나의 방사방향은 화살표로 표시한 바와 같이 다이폴부(210) 및 루프부(220)에 수직인 방향이 된다.
바람직하게, 방사부(200)는 a의 길이는 10mm, b의 길이는 20mm, 및 c의 길이는 25mm로 형성할 수 있다. 여기서, a, b, 및 c의 길이는 변경이 가능하나, b의 길이가 c의 길이보다 크게 형성될 수는 없다.
본 발명에서는 도 3에서 도시한 바와 같이, 방사부(200) 제작에 넓은 면적을 갖는 도체면을 사용함으로써, 광대역에서 다이폴 안테나 및 루프 안테나간의 완전한 상쇄 및 보강이 이루어지도록 다이폴 안테나, 루프 안테나 및 시간지연 요소를 구성할 수 있다.
도 5는 도 3에 도시한 초광대역 안테나의 측면을 나타낸 개략도이다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 초광대역 안테나의 방사부(200)는 다이폴 안테나와 루프 안테나를 조합한 형태임을 쉽게 알 수 있다. 방사부(200)가 다이폴 안테나 및 루프 안테나를 조합한 형태로 형성됨에 따라, 방사부(200)의 일부를 사용하여 다이폴 안테나의 동작을 수행할 수 있으며, 방사부(200)의 전체를 사용하여 루 프 안테나의 동작을 수행할 수 있다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 초광대역 안테나는 급전점(140)과 연결되는 부분(A)을 기준으로 하여 좌우 대칭적인 구조를 갖는다. 즉, 방사부(200)의 일부를 사용하는 다이폴 안테나의 형상은 완전하게 좌우 대칭이 이루어지는 구조이며, 방사부(200)의 전체를 사용하는 다이폴 안테나 및 루프 안테나의 조합된 형상도 좌우 대칭이 이루어지는 구조이다.
상술한 바와 같이, 다이폴 안테나 및 루프 안테나의 조합된 형상이 급전점(140)과 연결되는 부분(A)을 기준으로 하여 좌우 대칭적인 구조로 형성됨으로써, 방사패턴이 주 방사방향으로부터 벗어나는 현상이 거의 발생하지 않게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 초광대역 안테나에서 단방향의 방사패턴을 갖게 되는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 초광대역 안테나를 기준으로 소정 거리 떨어진 원방 영역(far-field region)에서 생성되는 전기장의 극성을 나타낸 것이다.
방사 이전에 전기 에너지를 저장하는 전기적 안테나(다이폴)와 방사 이전에 자기 에너지를 저장하는 자기적 안테나(루프)에서 방사된 전기장은 원방 영역에서 서로 다른 극성의 특성을 갖는다. 그러므로, 전기적 안테나와 자기적 안테나를 동시에 여기시키면, 관측 방향에 따라 전기장의 상쇄 및 보강을 일으키도록 할 수 있다.
도시한 바와 같이, 다이폴부(210)의 경우, 급전부(100)를 통해 방사부(200)로 전류를 공급하면, 방사부(200)의 일측 및 타측으로 생성되는 전기장은 각각 하단을 향하는 방향으로 형성된다. 즉, 동일한 극성의 전기장이 생성된다.
반면, 루프부(220)의 경우에는 급전부(100)를 통해 방사부(200)에 전류를 공급하면, 방사부(200)의 일측에 생성되는 전기장은 상단을 향하고, 타측에 생성되는 전기장은 하단을 향하는 방향으로 형성된다. 즉, 서로 다른 극성의 전기장이 생성된다.
결과적으로, 다이폴부(200)와 루프부(220)가 조합된 형태의 방사부(200)를 갖는 초광대역 안테나를 구현하면, 일측에 생성되는 전기장은 상쇄되고, 타측에 생성되는 전기장은 보강된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 초광대역 안테나에서는 단방향 방사패턴이 형성된다.
도 7은 본 발명에 따른 초광대역 안테나의 전기 평면에서의 방사패턴을 나타낸 도면이다. 도 7은 각각 3GHz, 5GHz, 7GHz, 9GHz, 및 11GHz에서 본 발명에 따른 초광대역 안테나의 전기 평면(E-plane)에서의 방사패턴을 도시한 것이다.
상술한 바와 같이, 다이폴부(210)는 방사 이전에 전기 에너지를 저장하며, 루프부(220)는 방사 이전에 자기 에너지를 저장한다. 따라서, 다이폴부(210)와 루프부(220)를 조합시킨 방사부(200)를 구성하면, 다이폴부(210) 및 루프부(220) 각각에서는 방사가 일어나지 않는 3GHz와 같이 낮은 주파수 대역에서도 방사가 일어나게 할 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 초광대역 안테나는 각 주파수대역별로 모두 주 방사방향(90°)에서 최대 방사가 일어나는 것을 알 수 있다. 특히, 방사부(200)가 급전점(140)을 기준으로 좌우 대칭 구조를 형성하기 때문에, 방사패턴이 주 방사방향으로부터 벗어나는 현상은 거의 발생하지 않는다.
도 8은 본 발명에 따른 초광대역 안테나의 주파수에 대한 VSWR을 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명에 따른 초광대역 안테나의 주파수에 대한 이득을 나타낸 그래프이며, 도 10은 본 발명에 따른 초광대역 안테나의 주파수에 대한 군 지연을 나타낸 그래프이다. 도 8 내지 도 10에 도시한 그래프들은 본 발명에 따른 초광대역 안테나의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하여, 현재 사용하고 있는 초광대역 주파수 대역에 대한 전압정재파비(Voltage Standing Wave Ratio : VSWR)를 살펴보면, 초광대역에서 낮은 VSWR을 갖는 것을 알 수 있다. 즉, 1 내지 2GHz의 대역에서는 높은 VSWR을 갖으나, 3GHz 이상의 초광대역에서는 2 미만으로 낮은 VSWR을 갖는다.
도 9를 참조하여, 현재 사용하고 있는 초광대역 주파수 대역에 대한 이득(Gain)을 살펴본다. 도시한 바와 같이, 초광대역에서 현저히 높은 이득을 갖는 것을 알 수 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 1 내지 2GHz의 대역에서는 -15dBi 정도의 이득을 나타낸다. 또한, 3GHz에 근접하는 위치에서 현격하게 이득이 증가하였고, 3GHz에서는 2.35dBi의 이득을 나타내었으며, 11GHz에서는 6.23dBi의 이득을 나타내었다. 11GHz 및 3GHz에서는 3.88dBi의 이득 차이가 발생하였다.
도 10을 참조하여, 현재 사용하고 있는 초광대역 주파수 대역에 대한 군 지연(Group delay)를 살펴본다. 군 지연은 서로 다른 주파수에 의해 야기되는 신호 결함을 말한다. 도시한 바와 같이, 현재 사용하고 있는 초광대역 주파수 대역에서는 군 지연이 작음으로 인하여 주파수의 크기에 따라 선형적인 위상을 얻을 수 있 다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초광대역 안테나의 사시도이고, 도 12는 도 11에 도시한 초광대역 안테나에 적용되는 급전부의 사시도이다.
도 11에 도시한 본 발명의 제2 실시예에 따른 초광대역 안테나는 도 3에 도시한 본 발명의 제1 실시예에 따른 초광대역 안테나와 유사한 구성을 갖으며, 여기에서는 차이가 나는 구성에 대하여만 설명한다.
급전부(400)는 일단에는 외부단자와 연결되는 커넥터 연결점(430)를 형성하고, 타단에는 방사부(500)와 연결되는 급전점(440)을 형성하는 것은 제1 실시예와 동일하다.
제1 실시예에서의 급전부(100)는 마이크로스트립 형태의 전송선으로 구현하였으나, 본 실시예에서의 급전부(400)는 CPW(Coplanar Waveguide) 형태의 전송선으로 구현한다.
CPW 형태의 전송선으로 구현되는 급전부(400)는 신호선(420)과 접지면(410)이 동일 평면상에 위치하는 것으로, 중앙부의 신호선(420)을 사이에 두고 양측에 접지면(410)이 배치되는 구조이다.
접지면(410)은 길이 방향으로 소정 위치에서 폭이 좁아짐에 따라, 상대적으로 폭이 넓은 부분과 좁은 부분으로 구분되는 형상으로 형성할 수 있다. 즉, 커넥터 연결점(430)에 인접한 부분의 폭은 상대적으로 넓게 형성하고, 급전점(440)에 인접한 부분의 폭은 상대적으로 좁게 형성한다. 그러나, 이와 같은 형상은 반드시 여기에 한정되는 것은 아니며, 도 1에 도시한 제1 실시예에서의 접지면(110)과 같 이 커넥터 연결점(130)으로부터 급전점(140)으로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 형태로 형성할 수도 있다.
급전부(400)는 유전체 기판(300)의 상부에 금속 코팅 예를 들어, 구리 코팅에 의해 형성한다. 급전부(400)를 유전체 기판(300)을 사용하는 CPW 형태의 전송선으로 구현함으로써, PCB 기술을 사용하여 유전체 기판(300)을 사용하지 않는 전송선의 구조에 비하여 신호선(420)과 접지면(410)과의 간격을 일정하게 유지하는 것이 용이하며, 저가의 초광대역 안테나를 구현할 수 있는 장점을 갖는다.
급전부(400)는 서로 평행한 스트립 형상으로, 급전점(440)에서 일단은 신호선(420) 및 접지면(410)에 각각 연결되고, 타단은 다이폴부와 연결되는 한 쌍의 평행전송선(450)을 더 포함한다. 평행전송선(450)은 신호선(420)과 동일한 폭을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
한 쌍의 평행전송선(450)은 그 구조가 동일하고 서로 대향하도록 설치되기 때문에, 대칭(balanced) 전송선이라 할 수 있다. 이와 같은 평행전송선(450)을 급전부(400)에 설치함으로써, CPW 형태의 전송선에서 수직방향의 급전을 수평방향으로 변환하는 것이 용이하다.
평행전송선(450)을 급전부(400)에 보다 견고하게 고정시키기 위하여, 급전점(440)에 연결되는 일단에서 수직으로 절곡되어 소정 폭만큼 연장된 고정패드(452)를 더 포함할 수 있다.
방사부(500)는 제1 실시예에서의 방사부(200)와 마찬가지로 급전점(440)을 기준으로 형성되는 다이폴부(510)와, 다이폴부(510)와 연결되어 폐루프 형상을 이 루는 루프부(520)를 포함한다.
제1 실시예의 방사부(200)는 다이폴부(210) 및 루프부(220)를 하나의 도체를 구부려 제작하였으나, 본 실시예에서의 방사부(200)는 다이폴부(510)와 루프부(520)가 별도로 제작되어 연결되는 구조를 보인다.
다이폴부(510)는 일단이 각각 한 쌍의 평행전송선(450)에 연결되고, 타단이 루프부(520)의 양단에 각각 연결되는 한 쌍의 도체면에 의해 구현한다. 이때, 한 쌍의 도체면은 급전점(440)을 기준으로 대칭되는 형상을 이룬다.
도시한 바와 같이, 다이폴부(510)를 구성하는 도체면은 평행전송선(450)과 연결된 위치에서 소정 각도 상향으로 연장되되 외측으로 갈수록 폭이 점차 넓어지는 형상이며, 소정 위치에서 하향 절곡되어 루프부(520)와 연결된다.
루프부(520)는 유전체 기판(300)상에 금속 코팅에 의해 형성한다. 이때, 동일한 유전체 기판(300) 상에 형성되는 급전부(400)와는 소정 간격 이격되도록 형성한다.
바람직하게, 방사부(500)에서 d의 길이는 10.813mm, e의 길이는 20mm, 및 f의 길이는 25mm로 형성할 수 있다. 여기서, a, b, 및 c의 길이는 변경이 가능하나, b의 길이가 c의 길이보다 짧게 형성되어야 b의 길이가 c의 길이보다 길게 형성될 경우보다 일반적으로 우수한 성능의 안테나를 구현할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 초광대역 안테나의 사시도이다. 도 13에 도시한 본 발명의 제3 실시예에 따른 초광대역 안테나는 도 11에 도시한 제2 실시예에 따른 초광대역 안테나와 거의 유사한 구조를 갖는다.
제2 실시예에서는 다이폴부(510)에서 루프부(520)와 연결되기 위해 하향 절곡되어 형성된 면에서 급전부(400)와 인접하는 면만을 소정 크기만큼 제거한 형상으로 형성하였다.
그러나, 제3 실시예에서는 다이폴부(510)에서 루프부(520)와 연결되기 위해 하향 절곡되어 형성된 두 면이 서로 대칭되도록 모두 소정 크기만큼을 제거한 형상으로 형성한다. 즉, 다이폴부(510)를 구성하는 두개의 도체면이 완전히 동일한 형상으로 형성된다. 이에 의해, 초광대역 안테나 제작시 소모되는 도체의 양을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 루프부(520)는 제2 실시예에서와 마찬가지로 유전체 기판(300) 상에 금속 코팅으로 형성되나, 제2 실시예에서와 같이 급전부(400)가 형성되는 부분을 제외한 유전체 기판(300)의 전체에 형성하지 않고, 유전체 기판(300) 상에 길이방향으로 양 측부에 소정 폭만큼만 서로 평행하게 형성되는 한 쌍의 스트립 형상으로 형성한다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 초광대역 안테나의 사시도이고, 도 15는 도 14에 도시한 초광대역 안테나에 적용되는 급전부의 사시도이다.
도 14에 도시한 본 발명의 제4 실시예에 따른 초광대역 안테나는 도 13에 도시한 제3 실시예에 따른 초광대역 안테나와 유사한 형태이다.
다이폴부(530)는 두개의 도체면이 급전점(440)과 연결되는 위치에서 외측으로 갈수록 폭이 점차 넓어지는 형상으로 형성되되, 유전체 기판(300)과 평행을 이루도록 일단은 한 쌍의 평행전송선(450)과 각각 연결되고, 타단은 루프부(520)의 양단에 각각 연결된다.
또한, 제4 실시예에서는 도 15에 도시한 바와 같이 급전부(400)의 특성 임피던스가 점진적으로 변화하는 특성을 가진 CPW 형태의 전송선으로 구현되는 예를 도시하였다. 이때, 본 실시예에서의 CPW 전송선의 특성 임피던스의 점진적인 변화는 신호선(420)과 신호선(420) 양쪽의 접지면(410) 사이의 간격을 점진적으로 변화시킴으로써 구현할 수 있다.
바람직하게, 방사부(500)에서 g의 길이는 2mm, 3mm, 4mm, 및 5mm와 같이 변경할 수 있다. 또한, h의 길이는 16mm일 수 있고, i의 길이는 21mm일 수 있다. 여기서, g의 길이 즉, 방사부(500)의 높이를 높게 할수록 방향성은 향상시킬 수 있으며, 방사부(500)의 높이를 낮게 할수록 초광대역 안테나의 소형화가 가능하다.
제4 실시예에 따른 다이폴부(530)는 제1 내지 제3 실시예에서의 다이폴부(510)에 비하여 방향성이 다소 떨어지는 단점은 있을 수 있으나, 작은 공간을 차지하기 때문에 초광대역 안테나에 적용하였을 경우 매우 실용적인 장점을 갖는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나는 다이폴부와 루프부를 결합한 형태의 방사부를 구현함으로써, 안테나 면에 수직인 방향으로 주된 방사가 이루어지도록 하며, 방사패턴이 주 방사방향으로부터 벗어나지 않도록 할 수 있다.
또한, 다이폴부에서 급전부와 인접하는 부분의 일부를 제거한 형태로 구현함으로써, 기존의 방식과 다른 급전 구조 즉, 측면 급전 구조를 제공할 수 있다. 또 한, 기존의 소형 다이폴 안테나와 비교하여 보다 작은 크기로 초광대역 안테나를 구현할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
Claims (15)
- 일단에 커넥터 연결점을 형성하고, 타단에 급전점을 형성하는 급전부; 및상기 급전점을 기준으로 상기 급전점과 연결되어 형성되는 다이폴부와, 양단이 상기 다이폴부의 양단과 연결되어 폐루프 형상을 이루도록 형성되는 루프부를 구비하는 방사부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
- 제 1 항에 있어서,상기 급전부는 신호선과 접지면을 구비하는 마이크로스트립(Microstrip) 형태의 전송선으로 구현하며, 상기 접지면은 상기 커넥터 연결점으로부터 상기 급전점까지 점차 폭이 좁아지는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
- 제 2 항에 있어서,상기 급전점 위치에서의 상기 신호선 및 상기 접지면의 단부는 수직방향으로 연장되어 상기 다이폴부와 연결되는 연장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
- 제 1 항에 있어서,상기 급전부는 신호선과 접지면을 구비하는 CPW(Coplanar Waveguide) 형태의 전송선으로 구현하며, 상기 접지면은 상기 커넥터 연결점에 비하여 상기 급전점의 폭이 더 좁은 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
- 제 4 항에 있어서,상기 급전부는, 서로 평행한 스트립(strip) 형상으로, 일단은 상기 신호선 및 상기 접지면과 각각 연결되고, 타단은 상기 다이폴부와 연결되는 한 쌍의 평행전송선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
- 제 1 항에 있어서,상기 다이폴부 및 상기 루프부는 하나의 도체판을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
- 제 1 항에 있어서,상기 방사부에서 상기 다이폴부를 제외한 루프부는 상기 급전부와 동일 평면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
- 제 1 항에 있어서,상기 다이폴부는, 상기 급전점과 연결되는 위치에서 소정 각도 상향으로 연장되되 외측으로 갈수록 폭이 점차 넓어지는 형상으로 형성되며, 소정 위치에서 하향 절곡되어 상기 루프부와 연결되는 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
- 제 1 항에 있어서,상기 다이폴부는, 상기 급전점과 연결되는 위치에서 외측으로 갈수록 폭이 점차 넓어지는 형상으로 형성되되, 상기 급전부와 평행을 이루도록 형성되며, 소정 위치에서 하향 절곡되어 상기 루프부와 연결되는 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 다이폴부는, 상기 하향 절곡되어 형성된 면에서 상기 급전부와 접촉되는 부분을 소정 크기만큼 제거한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 다이폴부는, 상기 급전점을 기준으로 좌우 대칭되는 형상인 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
- 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 급전부 및 상기 방사부가 장착되는 유전체 기판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
- 제 12 항에 있어서,상기 급전부 및 상기 루프부는 상기 유전체 기판 상에 금속 코팅에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
- 제 12 항에 있어서,상기 루프부는, 상기 유전체 기판상에 길이방향으로 양 측부에 소정 폭만큼 서로 평행하게 형성되는 한 쌍의 스트립 형상인 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
- 제 12 항에 있어서,상기 다이폴부는, 상기 하향 절곡되어 형성된 면에서 상기 루프부와 연결되는 부분을 제외한 나머지 부분을 제거한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나.
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