KR100785726B1 - 원형편파 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전체 기판에 패치를 형성하여 원형편파를 발생하는 원형편파 안테나를 제공한다.

본 발명에 따르면, 유전체 기판에 직사각형으로 패치를 형성하는 것으로서 패치는 길이 방향으로 긴 변의 양쪽 끝 모서리에 원형편파 발생용 삼각 절단부 및 임피던스 매칭용 삼각 절단부를 각기 형성하고, 원형편파 발생용 삼각 절단부를 기준으로 대각선 방향의 모서리에는 사각 절단부를 형성하여 원형편파를 발생한다.

원형편파, 안테나, RFID, 패치, 유전체 기판, 사각 절단부, 삼각 절단부

Description

원형편파 안테나{Circular Polarization Antenna}

도 1은 본 발명의 원형편파 안테나의 일 실시 예의 구성을 보인 평면도,

도 2는 본 발명의 원형편파 안테나가 원형편파를 발생하는 동작 원리를 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명의 원형편파 안테나의 삽입손실을 측정하여 보인 그래프,

도 4는 본 발명의 원형편파 안테나의 축비 대역폭을 측정하여 보인 그래프, 및

도 5는 본 발명의 원형편파 안테나의 다른 실시 예의 구성을 보인 도면이다.

본 발명은 하나의 패치(patch)를 이용하여 원형편파(Circular Polarization)를 발생하는 원형편파 안테나에 관한 것이다. 보다 상세하게는 유전체 기판에 직사각형의 패치를 형성하되, 패치는 길이 방향으로 긴 변의 양쪽 끝 모서리에 원형편파 발생용 삼각 절단부 및 임피던스 매칭용 삼각 절단부를 각기 형성하고, 원형편파 발생용 삼각 절단부를 기준으로 대각선 방향의 모서리에는 사각 절단부를 형성 하여 원형편파를 발생하게 하는 원형편파 안테나에 관한 것이다.

RFID(Radio Frequency Identification) 시스템은 유통 및 물류 분야에서 소정의 물체들을 식별하기 위하여, 전자기 스펙트럼 부분의 무선 주파수 내에 전자기 또는 정전기 커플링 사용을 통합시킨 것이다.

상기 RFID 시스템은 바코드를 대체할 수 있는 기술로서 바코드에 비해 손상될 가능성이 적고, 빠른 속도로 다수의 태그를 동시 판독하는 것이 가능하며, 리더기를 직접 태그에 접근하지 않아도 되며, 태그와 리더기의 사이에 장애물이 존재해도 판독 가능하며, 읽기와 쓰기가 가능하며, 재사용을 할 수 있는 등 여러 가지의 장점이 있다.

또한 저주파 RFID 시스템(30㎑∼500㎑)은 약 1.8m 이하의 짧은 전송영역에서 사용되고, 고주파 RFID 시스템(850㎒∼950㎒ 및 2.4㎓∼2.5㎓)은 27m 이상의 먼 거리의 전송 영역에서 사용되는 것으로 소정 물품의 재고관리, 컨테이너/팔레트/박스 관리, 자동검품, 입출고관리, 자동소팅, 렌탈 상품관리, 위조품 식별, 도난방지, 화물 및 상품 추적관리 등에서 널리 활용되고 있다.

이러한 RFID 시스템은 소정의 물품에 부착되고, 그 물품에 대한 정보가 저장되는 태그와, 상기 태그와 통신하는 리더기와, 상기 리더기의 신호를 송신하고, 상기 태그가 송신하는 신호를 수신하여 상기 리더기로 전달하는 안테나로 구성된다.

상기 안테나가 직선 편파를 사용할 경우에 안테나의 편파와 태그의 편파가 직교하는 경우가 발생하고, 이러한 경우에 태그와 리더기가 상호간에 통신을 수행 하지 못하게 된다.

그러므로 상기 안테나는 통상적으로 원형편파를 발생하여 태그와 원활하게 통신을 수행할 수 있도록 하고 있다.

원형편파를 발생하기 위하여 종래에는 유전체 기판에 대략 원형 또는 정사각형의 패치를 형성하고, 싱글 피드(single feed) 타입으로 신호를 인가하였다.

그러나 상기 싱글 피드 타입은 패치에서 발생하는 편파의 장축과 단축의 비율인 축비(Axial Ratio)가 좁은 문제점이 있다.

그러므로 외부에서 추가적인 회로를 사용하여 패치에 듀얼 피드(dual feed) 타입으로 신호를 인가하여 축비가 3㏈ 이하로 되게 하고 있으나, 이는 추가적인 회로의 구성으로 인하여 안테나의 전체적인 크기가 커지게 되는 문제점이 있었다.

그리고 정사각형의 패치의 4 변 중간부에 슬롯을 형성하여 원형편파를 발생하게 구성한 것도 있으나, 이는 안테나의 전체 크기를 줄일 수 있는 반면에 축비 대역폭이 협소한 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 간단한 구성의 단일 패치를 이용하여 원형편파를 발생하는 원형편파 안테나를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 하나의 유전체 기판에 두 개의 패치를 형성하여 소정 주파수의 신호를 송신 및 수신할 수 있는 원형편파 안테나를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 가지는 본 발명의 원형편파 안테나의 일 실시 예에 따르면, 하나의 유전체 기판과, 상기 하나의 유전체 기판의 상면에 형성되고, 직사각형의 구조를 가지는 패치와, 상기 패치의 대각선 방향으로 양 끝 모서리에 형성되는 원형편파 발생용 삼각 절단부 및 사각 절단부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 원형편파 안테나의 다른 실시 예에 따르면, 하나의 유전체 기판과, 상기 하나의 유전체 기판의 상면에 형성되고, 직사각형의 구조를 가지는 복수의 패치와, 상기 복수의 패치의 대각선 방향으로 양 끝 모서리에 형성되는 원형편파 발생용 삼각 절단부 및 사각 절단부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 패치는, 길이 방향으로 긴 변의, 상기 원형편파 발생용 삼각 절단부의 반대편 모서리에 임피던스 매칭용 삼각 절단부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하나의 유전체 기판에 형성한 복수의 패치는 상호간에 점대칭을 이루는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 사각 절단부는 직사각형인 것을 특징으로 한다.

이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으 로 제공된다. 따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.

도 1은 본 발명의 원형편파 안테나의 구성을 보인 도면이다. 여기서, 부호 100은 유전체 기판이고, 부호 110은 상기 유전체 기판(100)에 형성되는 패치이다.

상기 패치(110)는, 대략 직사각형으로 형성된다. 상기 패치(110)의 길이와 폭은 송신 및 수신하고자 하는 주파수에 따라 변경될 수 있다.

그리고 상기 패치(110)는 길이 방향으로 긴 변의 양쪽 끝 모서리에 원형편파 발생용 삼각 절단부(111) 및 임피던스 매칭용 삼각 절단부(113)가 각기 형성되고, 원형편파 발생용 삼각 절단부(111)를 기준으로 대각선 방향의 모서리에는 사각 절단부(115)가 형성되며, 상기 삼각 절단부(113)와 사각 절단부(115)의 사이에 급전부(117)가 형성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 원형편파 안테나는 급전점(117)으로 송신할 소정 주파수의 신호가 인가될 경우에 그 인가된 신호를 패치(110)가 송신하게 된다.

여기서, 본 발명의 원형편파 안테나는 패치(110)의 길이가 도 2에 도시된 바와 같이 모드 1(MOD1)의 방향과 모드 2(MOD2)의 방향이 서로 상이하다. 즉, 모드 1(MOD1)의 방향이 모드 2(MOD2)의 길이보다 길다.

그러므로 모드 1(MOD1)의 방향이 모드 2(MOD2)의 방향에 비하여 상대적으로 낮은 주파수에 공진되고, 위상이 늦어지게 된다. 그리고 모드 2(MOD2)의 방향은 모드 1(MOD1)의 방향에 비하여 상대적으로 높은 주파수에 공진되고, 위상이 빠르게 된다.

따라서, 모드 1(MOD1)의 방향 및 모드 2(MOD2)의 방향은 중심주파수에서 크기가 동일하고, 90°의 위상차가 발생하여 원형편파를 발생하게 된다.

이러한 본 발명의 원형편파 안테나는 단일 패치(110)에 사각 절단부(115)를 형성하여 축비 대역폭을 약 4.5% 이상 확장되었고, 또한 패치(110)의 크기를 종래의 패치보다 줄일 수 있다.

도 3은 본 발명의 원형편파 안테나의 삽입손실을 시뮬레이션 및 직접 측정하여 보인 그래프이다. 도 3을 참조하면, 원형편파 안테나의 삽입손실을 시뮬레이션한 결과 약 0.840㎓에서 삽입손실이 가장 낮았고, 직접 측정한 결과 0.880㎓일 경우에 삽입손실이 가장 낮았다.

그리고 도 4는 본 발명의 원형편파 안테나의 축비 대역폭을 측정하여 보인 그래프이다. 도 4를 참조하면, 주파수가 890㎒, 900㎒, 915㎒ 및 930㎒일 경우에 패치(110)에서 발생되는 원형편파를 측정한 결과 축비 대역폭이 약 2㏈ 이하로 매우 넓어졌음이 확인되었다.

도 5는 본 발명의 원형편파 안테나의 다른 실시 예를 보인 도면이다. 여기 서, 부호 500은 유전체 기판이고, 부호 510 및 520은 패치이다.

상기 패치(510)(520)는 상호간에 점대칭의 관계를 갖도록 형성되는 것으로서 길이 방향으로 긴 변의 양쪽 끝 모서리에 원형편파 발생용 삼각 절단부(511)(521) 및 임피던스 매칭용 삼각 절단부(513)(523)가 각기 형성되고, 원형편파 발생용 삼각 절단부(511)(521)를 기준으로 대각선 방향의 모서리에는 사각 절단부(515)(525)가 형성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시 예는 패치(510)(520)가 상호간에 점대칭을 이루도록 배치되어 있다. 그러므로 편파에 따른 인식률의 저하를 방지할 수 있고, 태그와의 물체에 의한 백 스캐터드 에너지(back scattered energy)의 수신을 막기 위해 서로 상이한 방향의 CP 특성을 갖는 송신용 및 수신용 원형편파 안테나로 패치(510, 520)를 각기 사용할 수 있다. 또한 송신용 및 수신용 패치(510)(520)가 서로 다른 편파를 사용하게 되므로 포트간의 격리도를 향상시킬 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 유전체 기판에 직사각형의 패치를 형성하고, 그 패치에 대각선 방향으로 모서리에 원형편파 발생용 삼각 절단부 및 사각 절단부를 각기 형성하여 원형편파를 발생하는 것으로서 축비 대역폭이 넓고, 소형으로 제조할 수 있다.

그리고 상기 패치에 임피던스 매칭용 삼각 절단부를 더 포함하여 임피던스를 매칭시킴으로써 패치를 통해 송수신되는 신호의 전력을 증가시킬 수 있다.

또한 하나의 유전체 기판에 복수의 패치를 형성할 경우에 그 패치들이 상호간에 점대칭을 이루도록 배치함으로써 하나의 유전체 기판에 송신용 및 수신용 패치를 각기 형성할 수 있음은 물론 복수의 패치들이 서로 다른 편파를 사용하게 되므로 포트간의 격리도를 향상시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

Claims (5)

1. 하나의 유전체 기판;

   상기 하나의 유전체 기판의 상면에 형성되고, 직사각형의 구조를 가지는 패치; 및

   상기 패치의 대각선 방향으로 양 끝 모서리에 형성되는 원형편파 발생용 삼각 절단부 및 사각 절단부를 포함하여 이루어지는 원형편파 안테나.
2. 하나의 유전체 기판;

   상기 하나의 유전체 기판의 상면에 형성되고, 직사각형의 구조를 가지는 복수의 패치; 및

   상기 복수의 패치의 대각선 방향으로 양 끝 모서리에 형성되는 원형편파 발생용 삼각 절단부 및 사각 절단부를 포함하여 이루어지는 원형편파 안테나.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 패치는;

   길이 방향으로 긴 변의, 상기 원형편파 발생용 삼각 절단부의 반대편 모서리에 임피던스 매칭용 삼각 절단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원형편파 안테나.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 패치는;

   상호간에 점대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 원형편파 안테나.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 사각 절단부는;

   직사각형인 것을 특징으로 하는 원형편파 안테나.

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