KR100892235B1 - Quadruple polarization antenna and feeding circuitry for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인식 거리가 상대적으로 짧은 원형 편파와 양 편파가 이루는 사이각 방향의 인식 거리가 짧은 2중 편파 안테나에서의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 4중 편파를 생성하여 인식거리 증대 및 인식 범위 확대 효과를 얻을 수 있는 4중 편파 안테나 및 편파 구현 방법에 관한 것이다.The present invention has been made to solve the problem of a circularly polarized wave having a relatively short recognition distance and a dual polarized antenna having a short recognition distance in each direction between both polarizations. The present invention relates to a quadrature polarization antenna and a polarization implementation method capable of obtaining a range expansion effect.
이를 위하여 본 발명에 따른 4중 편파 안테나는, 4개의 급전점을 가지고, 전자기파를 방사하는 방사면, 및 상기 4개의 급전점으로 급전 신호를 공급하는 급전회로부를 포함하는 4중 편파 안테나에 있어서, 상기 급전회로부는 서로 다른 4 방향의 선형 편파를 생성한다.To this end, the quadrature polarization antenna according to the present invention has a four-feeding point, a radiation plane radiating electromagnetic waves, and a quadrature-polarization antenna including a feeding circuit unit for supplying feeding signals to the four feeding points, The power supply circuit unit generates linear polarizations in four different directions.
선형 편파, 위상, 급전, 방사면, 급전회로부 Linear polarization, phase, feed, radiation, feed circuit
Description
본 발명은 인식 거리가 상대적으로 짧은 원형 편파와 양 편파가 이루는 사이각 방향의 인식 거리가 짧은 2중 편파 안테나에서의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 4중 편파를 생성하여 인식거리 증대 및 인식 범위 확대 효과를 얻을 수 있는 4중 편파 안테나 및 편파 구현 방법에 관한 것이다.The present invention has been made to solve the problem of a circularly polarized wave having a relatively short recognition distance and a dual polarized antenna having a short recognition distance in each direction between both polarizations. The present invention relates to a quadrature polarization antenna and a polarization implementation method capable of obtaining a range expansion effect.
본 발명은 직접 급전형 패치 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이득이 높고 소형이며 축비 대역폭이 개선된 패치 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to a direct feed patch antenna, and more particularly, to a patch antenna with high gain, small size and improved axial ratio bandwidth.
패치 안테나는 패치(Patch) 형태의 방사체를 이용하는 안테나로서, 소형이고, 경량이며, 배열, 집적 및 편파 조절이 용이하다. A patch antenna is an antenna using a patch-shaped radiator. The patch antenna is small, lightweight, and easily arranged, integrated, and polarized.
이하에서 첨부된 도면 도 1과 도 2를 참조하여 종래의 패치 안테나를 설명한다.Hereinafter, a conventional patch antenna will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1은 일반적인 패치 안테나의 사시도이고, 도 2는 원형 편파 구현을 위한 패치 안테나의 사시도이다. FIG. 1 is a perspective view of a general patch antenna, and FIG. 2 is a perspective view of a patch antenna for implementing a circular polarization.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 널리 사용되는 직선형 패치 안테나(20)는, 접지판(21)에 개구면을 형성한 형태로서 급전선로(22)를 슬롯(23)의 중앙에 위치시킴과 동시에 상기 슬롯(23)으로부터 약 λ/4의 길이만큼 더 돌출되도록 함으로써 선형 편파만을 발생시키는 특징을 가진다. 이러한 직선형 패치 안테나(20)는 단일 슬롯 안테나로서 공진 주파수를 맞추려면 안테나의 크기가 커지는 문제점이 있다.As shown in FIG. 1, a generally-used
또한, 종래 선형 편파 안테나의 경우 태그와 편파가 동일한 경우 최대의 인식 거리를 갖지만 그렇지 못한 경우 인식거리가 줄어들고 안테나의 편파와 태그의 편파방향이 어긋날수록 급격히 그 인식 거리는 줄어드는 문제점이 있었다. 이는 수직/수평 2중 편파 안테나의 경우도 동일하여 양 편파가 이루는 각도의 사잇각 방향으로는 인식이 쉽지 않은 문제점이 있었다.In addition, the conventional linear polarized antenna has a maximum recognition distance when the tag and the polarization is the same, but if not, the recognition distance is reduced, and the recognition distance is sharply reduced as the polarization direction of the antenna and the polarization direction of the tag is shifted. This is the same for the vertical / horizontal dual polarized antennas, so there was a problem in that it was not easy to recognize in the direction of the intersecting angle of the polarization.
이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 도 2와 같은 두개의 슬롯(31, 32)을 가지는 원형 편파 패치 안테나(30)가 제안되었다. 상기 원형 편파 패치 안테나(30)의 일측에 λ/4의 지연선로(33)를 가지는 급전선로(34)가 형성되어 원형 편파를 구현한다. 이와 같은 원형 편파 패치 안테나(30)는 투과 특성이 우수하고 다중 반사 간섭이 적어 방송/통신용으로 적합하다. 그러나, 이중 급전을 위한 원형 편파 패치 안테나(30)는 이중 지연 선로(33)와 두 개의 개구면 즉, 슬롯(31, 32)을 설계해야 하므로 구조가 복잡하여 마이크로파 회로 실장시 전체 회로의 소형화를 도모하지 못하고 생산성 저하에 따른 제조 원가의 상승을 초래하는 문제점이 있다. In order to solve this problem, a circularly polarized
또한, 원형 편파의 경우 편파에 무관한 반면 전체적인 인식거리가 짧은 문제점이 있었다.In addition, in the case of circular polarization, there is a problem that the recognition distance is short while the irrespective of the polarization.
이러한 문제점은 하기 도 3을 참조하여 보다 상세히 기술한다.This problem is described in more detail with reference to FIG. 3 below.
도 3은 각 편파 별 인식 거리를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a recognition distance for each polarized wave.
일반적으로 안테나의 성능 혹은 특징을 나타내는 파라미터로는 방사패턴(방향성을 포함하는 의미), 지향성(최대방사 쪽으로 발생하는 전력밀도와 평균전력밀도의 비), 이득(안테나의 저항성 손실만큼 감소된 지향성), 편파(송신시 전장벡터의 궤적에 따라 생기는 모양), 임피던스(안테나 단자에서 입력 임피던스), 대역폭(주용 성능 파라미터 값들을 사용할 수 있게 하는 주파수 범위) 등이 사용된다.In general, parameters representing the performance or characteristics of an antenna include radiation pattern (meaning directionality), directivity (ratio of power density and average power density in the maximum radiation direction), and gain (directivity reduced by the resistive loss of the antenna). , Polarization (shape due to the trajectory of the electric field vector during transmission), impedance (input impedance at the antenna terminal), and bandwidth (frequency range for which the main performance parameter values are available) are used.
이 중 안테나 편파란 "전계 벡터, 특히 공간의 고정된 위치에서 벡터의 끝단이 시간함수로 표시된 모습 및 전파의 진행방향을 따라 관측된 상태의 방향과 상대적 크기의 시간변화를 나타내는 전자파의 성질" 이라고 정의된다. 즉, 크기가 유한한 안테나에서 방사되는 동일 위상면, 전파가 Z축 방향으로 진행되어갈 때, X축과 Y축에서 시간에 따라 그리는 궤적으로 이루어진 곡선의 형태를 의미한다.Among these, antenna polarization is "the nature of electromagnetic waves that show the variation of the magnitude and relative magnitude of the field vector, especially the fixed end of the vector as a function of time and the observed direction along the propagation direction of the propagation" Is defined. That is, it means the shape of a curve consisting of a trajectory drawn in time on the X-axis and the Y-axis when the radio wave propagates in the Z-axis direction.
상기 편파는 크게 선형 편파(수직 혹은 수평), 원형 편파(오른쪽 혹은 왼쪽)로 나누어진다. 일반적으로 이러한 안테나 편파 특성은 통신 혹은 센서 시스템에서의 성능을 좌우한다.The polarization is divided into linear polarization (vertical or horizontal) and circular polarization (right or left). In general, these antenna polarization characteristics dominate performance in communication or sensor systems.
도 3을 참조하면, 상기 원형 편파의 인식 거리가 가장 짧으며, 2중 편파의 경우 수직 및 수평 방향으로 인식거리가 증가하기는 하나, 상기 수직 및 수평 방향의 편파가 이루는 각도의 사이각 방향으로는 인식거리가 원형 편파와 크게 차이가 없음을 확인할 수 있다. 반면, 4중 편파의 경우 상기 2중 편파가 커버하지 못하는 영역까지 인식거리를 확대하여, 범 방위적인 인식거리를 확장 효과를 얻을 수 있다.Referring to FIG. 3, the recognition distance of the circular polarization is the shortest, and in the case of the double polarization, the recognition distance increases in the vertical and horizontal directions, but in the angle direction between the angles of the vertical and horizontal polarizations. It can be seen that the recognition distance is not significantly different from the circular polarization. On the other hand, in the case of quadrature polarization, the recognition distance can be extended to an area not covered by the dual polarization, thereby obtaining an effect of extending the pan-orientation recognition distance.
따라서, 종래 원형 편파 또는 2중 편파 안테나가 가지고 있는 좁은 인식거리의 문제점을 해결하기 위한 폭넓은 인식거리를 제공할 수 있는 4중 편파 안테나의 개발이 요구된다.Accordingly, there is a need for the development of a quadrature polarization antenna capable of providing a wide recognition distance for solving the problem of the narrow recognition distance of the conventional circularly polarized or double polarized antenna.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 인식 거리가 상대적으로 짧은 원형 편파와 양 편파가 이루는 사이각 방향의 인식 거리가 짧은 2중 선형 편파 안테나에서의 문제점을 해결하기 위하여 4중 선형 편파를 생성하여 인식거리 증대 효과를 얻을 수 있는 4중 편파 안테나 및 편파 구현 방법에 관한 것이다.In order to solve the above problem, the present invention provides a quadrature linear polarization to solve a problem in a circular linear polarization antenna having a relatively short recognition distance and a double linear polarization antenna having a short recognition distance in each direction formed by both polarizations. The present invention relates to a quadrature polarization antenna and a polarization implementation method capable of generating a recognition distance enhancement effect.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 4중 편파 안테나는, 4개의 급전점을 가지고, 전자기파를 방사하는 방사면, 및 상기 4개의 급전부로 급전 신호를 공급하는 급전회로부를 포함하고, 상기 급전회로부는 서로 다른 4 방향의 선형 편파를 생성한다.Quadruple polarization antenna according to the present invention for achieving the above object has a four feed points, including a radiation surface for radiating electromagnetic waves, and a feed circuit unit for supplying a feed signal to the four feed parts, The power supply circuit unit generates linear polarizations in four different directions.
여기서, 상기 방사면은 상기 급전회로부를 통하여 직접 급전되거나 커플링 급전될 수 있다.Here, the radiation surface may be directly fed through the feed circuit unit or coupled feed.
또한, 상기 급전점은 상기 급전회로부의 중심부로부터 서로 직각인 방향으로 방사상으로 형성될 수 있다.In addition, the feed point may be formed radially in a direction perpendicular to each other from the center of the feed circuit portion.
또한, 상기 방사면과 상기 급전회로부 사이에 유전체를 삽입하여 전기적 길이를 단축할 수 있다.In addition, by inserting a dielectric between the radiation surface and the power supply circuit portion it is possible to shorten the electrical length.
또한, 본 발명은 상기 4중 편파 안테나를 포함하는 무선통신장치를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a wireless communication device including the quadrature polarization antenna.
또한, 본 발명에 따른 4중 편파 안테나의 급전회로부는, 입력 포트와 연결되어 하나의 입력 신호를 4 개의 전송선로 중 어느 하나로 스위칭하여 출력하는 SP4T 스위치, 상기 SP4T 스위치로부터 출력되는 4 개의 전송선로 중 2 개와 연결되며, 상기 2 개의 전송선로 중 어느 하나의 전송선로로부터의 입력되는 신호를 소정 위상 차이를 가지는 두 개의 신호로 출력하는 커플러 및 상기 커플러로부터 출력되고, 상기 커플러에 의한 위상차와 반대의 위상차를 갖는 2 개의 전송선로를 포함한다.In addition, the feed circuit of the quadrature polarization antenna according to the present invention, the SP4T switch is connected to the input port to switch one of the input signal to any one of the four transmission lines, among the four transmission lines output from the SP4T switch A coupler connected to two and outputting signals input from any one of the two transmission lines as two signals having a predetermined phase difference, and outputted from the coupler, and a phase difference opposite to the phase difference by the coupler It includes two transmission lines having a.
여기서, 상기 커플러로 연결되지 않은 상기 SP4T 스위치로부터의 출력 중 하나 및 상기 커플러로부터의 출력 중 하나와 접속된 두 개의 입력단자 중 어느 하나를 스위칭하여 출력단자로 연결하는 한쌍의 SPDT 스위치를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 한쌍의 SPDT 스위치는 단일 또는 합성 편파 선택에 따라 작동이 제어될 수 있다.The apparatus may further include a pair of SPDT switches for switching any one of two input terminals connected to one of the outputs from the SP4T switch not connected to the coupler and one of the outputs from the coupler to the output terminal. Can be. In addition, the pair of SPDT switches can be controlled to operate according to a single or synthetic polarization selection.
또한, 상기 급전회로부는 윌킨슨 디바이더를 사용하여 급전될 수 있다.In addition, the feed circuit unit may be fed using a Wilkinson divider.
상술한 바와 같이 본 발명은 4중 편파 안테나 및 편파 구현 방법을 이용하여, 4중 편파를 생성함으로써 인식거리를 증대시키고, 인식 범위를 확대할 수 있다.As described above, the present invention can increase the recognition distance and increase the recognition range by generating the quadrature polarization by using the quadrature polarization antenna and the polarization implementation method.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 4중 편파 안테나의 가장 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described the most preferred embodiment of the quadrupole polarization antenna according to the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a quadrature polarization antenna according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 4개의 급전점을 가지는 방사면(100), 상기 4개의 급전점을 제어하는 급전회로부(200), 상기 방사면(100)에 형성되는 4개의 급전점과 상기 급전회로부(200)의 일면을 전기적으로 연결하는 급전부(300), 상기 급전회로부(200)의 타면에 인접하여 형성되는 접지면(400)을 포함한다.Referring to FIG. 4, a radiating
상기 방사면(100)은 도전 재질의 판으로 형성되어 상기 급전부(300)를 통하여 직접 급전될 수 있으며, 이 경우 커플링에 의하여 급전을 수행하는 경우 필요한 급전회로부와 방사면 사이의 이격거리가 요구되지 않아 전체적으로 안테나가 소형화될 수 있다. 상기 방사면(100)은 원형을 비롯하여 삼각형, 사각형 혹은 다각형 등 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 각 구조에 따라 급전점의 위치만 조절하면 편파 생성시 요구되는 정합을 만족시킬 수 있다.The
한편, 도 4를 통하여 상기 방사면(100)과 급전회로부(200)는 급전부(300)를 통하여 직접 급전되는 구조를 예시하고 있으나, 비단 이에 한정되지 않으며, 상기 방사면(100)을 유전체 기판으로 사용하여, 급전회로부(200)와의 커플링을 이용한 커플링 급전 방식을 이용할 수도 있다.Meanwhile, although the
또한, 상기 방사면(100)과 상기 급전회로부(200) 사이에 유전체를 삽입하여 전기적 길이를 단축하여 상기 급전부(300)의 높이를 줄일 수 있다. 상기 급전부(300)는 원기둥, 사각 기둥, 육각 기능 등 기둥 형태로 형성되어 상기 방사 면(100)으로의 급전 기능 외에 상기 방사면(100)을 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한 상기 급전부(300)는 동축 케이블 등의 도선을 사용하여 형성될 수 있다.In addition, a dielectric may be inserted between the
한편, 상기 방사면(100)과 급전회로부(200)를 인쇄회로기판을 이용하여 마이크로 스트립 패치 안테나의 형태로 구현하는 것도 가능하며, 이에 대해서는 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다.Meanwhile, the
한편, 상기 본 발명의 4중 편파 안테나는 RFID 관련 분야에 적용될 수 있다.Meanwhile, the quadrature polarization antenna of the present invention can be applied to an RFID related field.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 급전회로부를 보다 상세히 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating in detail a power supply circuit unit according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 상기 급전회로부(200)는 외부의 무선 신호를 수신하는 부분으로 기판(210), 상기 기판(210)의 일면에 마이크로 스트립 패턴이 형성된 패턴부(220)를 포함한다. 상기 패턴부(220)에는 축비대역폭을 증가시키기 위하여 윌킨슨 디바이더를 사용한 4개의 급전점(A, B, C, D)이 형성된다. 상기 급전점(A, B, C, D)은 상기 패턴부(220)의 중심부로부터 서로 직각인 방향으로 방사상으로 형성된다. 상기 급전점(A, B, C, D)은 상기 패턴부(220)의 중심부로부터 동일한 거리에 형성되는 것이 바람직하나, 이에 특별히 한정되지는 않으며, 상기 기판(210)과 패턴부(220)는 하나의 모듈로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5, the power
상기 급전회로부(200)의 구성을 보다 상세히 살펴보면, 상기 급전회로부 (200) 상에는 전력 분배 회로가 형성된다. 바람직하게는 급전회로부(200)는 인쇄회로기판으로 형성되어, 전력 분배 회로의 형성을 보다 용이하게 할 수 있다. 전력 분배 회로는 소정 길이와 폭을 갖는 수개의 전송 선로로 구현되는데, 도시된 예를 참조하여 설명하면, 먼저 신호가 입력되는 입력 포트와 SP4T(Singler-Pole 4-Throw) 스위치(221)가 연결된다. 상기 SP4T 스위치(221)는 하나의 입력 신호를 4 개의 전송선로 중 어느 하나로 스위칭하여 출력하는 역할을 수행한다. 본 실시예의 경우 입력 포트로부터 입력된 신호를 223a, 223b, 223c, 223d 4개의 전송선로 중 어느 하나로 스위칭하여 출력한다. 상기 SP4T 스위치(221)의 스위칭에 의하여 상기 방사면(100)을 통하여 방사되는 신호의 편파가 결정된다. 이는 도 6 내지 도 9를 참조하여 후술한다.Looking at the configuration of the power
일단이 상기 SP4T 스위치(221)와 연결된 223b, 223c 전송선로의 타단은 커플러(222)와 연결된다. 상기 커플러(222)는 하나의 입력을 두개로 출력하는 동시에 두 출력의 위상차를 소정 위상차, 예를 들어 90도로 조정한다. 예를 들어 상기 223b 전송선로를 통하여 입력된 신호는 상기 커플러(222)를 거쳐, 223e와, 223f 전송선로로 출력되는데, 223e 전송선로로 출력되는 신호가 223f 전송선로를 통하여 출력되는 신호에 비하여 90도 위상이 앞서게 된다. 역으로, 223c 전송선로를 통하여 입력되는 신호는 223f 전송선로로 출력되는 신호가 223e 전송선로를 통하여 출력되는 신호에 비하여 위상이 90도 앞서게 된다.The other end of the 223b and 223c transmission lines, one end of which is connected to the
한편, 상기 223f 전송선로는 223e 전송선로에 비하여 상기 커플러에 의한 위상차와 반대의 위상차를 주는 길이, 예를 들어 본 실시형태에서는 1/4 파장(즉, λ/4)만큼의 연장된 길이를 가진다. 따라서, 동일 위상의 신호가 상기 223e와, 223f 전송선로로 입력되는 경우 223e 전송선로를 통과하는 신호가 223f 전송선로를 통과 하는 신호에 비하여 위상이 90도 앞서게 된다.On the other hand, the 223f transmission line has a length that gives a phase difference opposite to the phase difference by the coupler compared to the 223e transmission line, for example, has an extended length of 1/4 wavelength (that is, λ / 4) in this embodiment. . Therefore, when a signal having the same phase is input to the 223e and the 223f transmission line, the signal passing through the 223e transmission line is 90 degrees ahead of the signal passing through the 223f transmission line.
한편, 상기 223a와, 223e 전송선로는 제 1 SPDT(Single-Pole Double-Throw) 스위치(224a)와 연결되며, 상기 223f와, 223d 전송선로는 제 2 SPDT 스위치(224b)와 연결된다. 상기 제 1 및 제 2 SPDT 스위치(224a, 224b)는 두 개의 입력단자 중 어느 하나를 스위칭하여 출력단자로 연결한다. 상기 4중 편파 안테나는 상기 제 1 및 제 2 SPDT 스위치(224a, 224b)의 동작을 제어하여 단일 또는 합성 선형 편파를 생성한다.The 223a and 223e transmission lines are connected to a first single-pole double-throw (SPDT)
한편, 상기 제 1 SPDT 스위치(224a)의 출력단자는 225a 전송선로와 연결되고, 상기 225a 전송선로는 제 1 윌킨스(Wikinson) 분배기(226a)를 거쳐 225b 및 225c 전송선로와 연결된다. 상기 제 1 윌킨슨 분배기(226a)는 전력을 1/2로 분배하여 상기 225b 및 225c 전송선로로 전송한다. 상기 225b 및 255c 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖도록 형성된다.The output terminal of the
마찬가지로 상기 제 2 SPDT 스위치(224b)의 출력단자는 225d 전송선로와 연결되고, 상기 225d 전송선로는 제 2 윌킨스 분배기(226b)를 거쳐 225e 및 225f 전송선로와 연결된다. 상기 제 2 윌킨슨 분배기(226b)는 전력을 1/2로 분배하여 225e 및 225f 전송선로로 전송한다. 상기 225e 및 255f 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖도록 형성된다.Similarly, the output terminal of the
여기서, 상기 윌킨슨 분배기는 예시에 불과하며, 당업자는 여하한 전력 분배 회로를 사용할 수 있음은 물론이다. 또한, 위상 지연을 달성하기 위하여서 전송 선로의 길이를 조정하는 외에 위상 천이기를 이용할 수도 있으며, 따라서 위상 지연 을 위한 전송 선로를 위상 천이기로 대체하더라도 본 발명의 범위에 속한다.Here, the Wilkinson divider is merely an example, and those skilled in the art may use any power distribution circuit. In addition, in order to achieve the phase delay, a phase shifter may be used in addition to adjusting the length of the transmission line. Therefore, even if the transmission line for phase delay is replaced with the phase shifter, it is within the scope of the present invention.
이하, 도 6 내지 도 10을 참조하여 4중 편파 안테나의 편파 선택 및 동작 과정을 설명한다.Hereinafter, a polarization selection and an operation process of the quadrature polarization antenna will be described with reference to FIGS. 6 to 10.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 수평 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a linear polarization generation process in a horizontal direction using a quadrature polarization antenna according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 입력 포트를 통하여 신호가 입력될 때, 입력신호는 상기 SP4T 스위치(221)를 통하여 223a 전송선로로 스위칭된다. 상기 223a 전송선로를 통하여 전송된 신호는 제 1 SPDT 스위치(224a)로 전송된다. 상기 제 1 SPDT 스위치(224a)를 통과한 신호는 225a 전송선로를 거쳐 상기 제 1 윌킨슨 분배기(226a)로 전송된다. 상기 제 1 윌킨슨 분배기(226a)는 입력되는 신호의 전력을 1/2로 분배한 후, 225b와 225c 전송선로로 나누어 전송한다. 상기 225b와 255c 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖기 때문에 상기 225b 전송선로가 연결된 A 급전점과, 225c 전송선로가 연결된 B 급전점을 통하여 출력되는 신호는 180도의 위상 차이를 가지게 된다. 때문에 상기 방사면(100)에서는 A 급전점으로부터 B 급전점 방향으로 수평 선형 편파가 발생되게 된다.Referring to FIG. 6, when a signal is input through an input port, the input signal is switched to the 223a transmission line through the
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 수직 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating a linear polarization generation process in a vertical direction using a quadrature polarization antenna according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 입력 포트를 통하여 신호가 입력될 때, 입력신호는 상기 SP4T 스위치(221)를 통하여 223d 전송선로로 스위칭된다. 상기 223d 전송선로를 통하여 전송된 신호는 제 2 SPDT 스위치(224b)로 전송된다. 상기 제 2 SPDT 스위치(224b)를 통과한 신호는 225d 전송선로를 거쳐 상기 제 2 윌킨슨 분배기(226b)로 전송된다. 상기 제 2 윌킨슨 분배기(226b)는 입력되는 신호의 전력을 1/2로 분배한 후, 225e와 225f 전송선로로 나누어 전송한다. 상기 225e와 255f 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖기 때문에 상기 225e 전송선로가 연결된 C 급전점과, 225f 전송선로가 연결된 D 급전점을 통하여 출력되는 신호는 180도의 위상 차이를 가지게 된다. 때문에 상기 방사면(100)에서는 C 급전점으로부터 D 급전점 방향으로 수직 선형 편파가 발생되게 된다.Referring to FIG. 7, when a signal is input through the input port, the input signal is switched to the 223d transmission line through the
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 ↗(+45도) 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating a linear polarization generation process in a ↗ (+45 degree) direction using a quadrature polarization antenna according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 입력 포트를 통하여 신호가 입력될 때, 입력신호는 상기 SP4T 스위치(221)를 통하여 223c 전송선로로 스위칭된다. 상기 223c 전송선로를 거친 신호는 상기 223c 전송선로와 연결된 상기 커플러(222)로 전달된다. 상기 입력 신호는 상기 커플러(222)를 거쳐, 223e와, 223f 전송선로로 출력되는데, 223f 전송선로로 출력되는 신호는 223e 전송선로를 통하여 출력되는 신호에 비하여 90도 위상이 앞서게 된다. 상기 223e 전송선로를 통하여 출력되는 신호는 상기 제 1 SPDT 스위치(224a)를 거쳐 225a 전송선로를 통하여 상기 제 1 윌킨슨 분배기(226a)에 전달된다. 반면, 상기 223f 전송선로를 통하여 출력되는 신호는 상기 제 2 SPDT 스위 치(224b)를 거쳐 225d 전송선로를 통하여 상기 제 2 윌킨슨 분배기(226b)에 전달된다. 상기 223f 전송선로는 상기 223e 전송선로에 비하여 1/4 파장만큼 길이가 길기 때문에 통과 과정에서 입력신호의 위상이 90도 뒤쳐지게 된다. 종합적으로 살펴보면, 상기 커플러(222)로부터 223e 전송선로로 출력되는 신호에 비하여 90도 위상이 앞선 223f 전송선로로 출력되는 신호는 상기 223f 전송선로 통과과정에서 90도 위상이 뒤처짐으로써 결국 상기 제 1 SPDT 스위치(224a)와, 제 2 SPDT 스위치(224b)를 통과한 직후의 신호는 동일 위상을 이룬다.Referring to FIG. 8, when a signal is input through an input port, the input signal is switched to the 223c transmission line through the
한편, 상기 제 1 윌킨슨 분배기(226a)는 입력되는 신호의 전력을 1/2로 분배한 후, 225b와 225c 전송선로로 나누어 전송한다. 상기 225b와 255c 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖기 때문에 상기 225b 전송선로가 연결된 A 급전점과, 225c 전송선로가 연결된 B 급전점을 통하여 출력되는 신호는 180도의 위상 차이를 가지게 된다. 때문에 상기 방사면(100)에서는 A 급전점으로부터 B 급전점 방향으로 선형 편파가 발생된다.On the other hand, the
마찬가지로 상기 제 2 윌킨슨 분배기(226b)는 입력되는 신호의 전력을 1/2로 분배한 후, 225e와 225f 전송선로로 나누어 전송한다. 상기 225e와 255f 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖기 때문에 상기 225e 전송선로가 연결된 C 급전점과, 225f 전송선로가 연결된 D 급전점을 통하여 출력되는 신호는 180도의 위상 차이를 가지게 된다. 때문에 상기 방사면(100)에서는 C 급전점으로부터 D 급전점 방향으로 선형 편파가 발생된다.Similarly, the
A 급전점으로부터 B 급전점 방향으로 발생하는 선형 편파와 C 급전점으로부 터 D 급전점 방향으로 발생하는 선형 편파를 합성하면, 도 8에 도시된 바와 같이 ↗ 방향의 선형 편파를 얻을 수 있다.By combining the linear polarization generated from the A feed point in the direction of the B feed point and the linear polarization generated from the C feed point in the D feed point direction, a linear polarization in the ↗ direction can be obtained as shown in FIG.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 ↘(-45도) 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating a linear polarization generation process in a ↘ (-45 degree) direction using a quadrature polarization antenna according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 입력 포트를 통하여 신호가 입력될 때, 입력신호는 상기 SP4T 스위치(221)를 통하여 223b 전송선로로 스위칭된다. 상기 223b 전송선로를 거친 신호는 상기 223b 전송선로와 연결된 상기 커플러(222)로 전달된다. 상기 입력 신호는 상기 커플러(222)를 거쳐, 223e와, 223f 전송선로로 출력되는데, 223e 전송선로로 출력되는 신호는 223f 전송선로를 통하여 출력되는 신호에 비하여 90도 위상이 앞서게 된다. 상기 223e 전송선로를 통하여 출력되는 신호는 상기 제 1 SPDT 스위치(224a)를 거쳐 225a 전송선로를 통하여 상기 제 1 윌킨슨 분배기(226a)에 전달된다. 반면, 상기 223f 전송선로를 통하여 출력되는 신호는 상기 제 2 SPDT 스위치(224b)를 거쳐 225d 전송선로를 통하여 상기 제 2 윌킨슨 분배기(226b)에 전달된다. 상기 223f 전송선로는 상기 223e 전송선로에 비하여 1/4 파장만큼 길이가 길기 때문에 통과 과정에서 입력신호의 위상이 90도 뒤쳐지게 된다. 종합적으로 살펴보면, 상기 커플러(222)로부터 223e 전송선로로 출력되는 신호에 비하여 90도 위상이 뒤진 223f 전송선로로 출력되는 신호는 상기 223f 전송선로 통과과정에서 한번 더 90도 위상이 뒤처짐으로써 결국 상기 제 1 SPDT 스위치(224a)를 통과한 직후에는 상기 제 2 SPDT 스위치(224b)를 통과한 신호에 비하여 180도 위상이 뒤지게 된다.9, when a signal is input through an input port, the input signal is switched to the 223b transmission line through the
한편, 상기 제 1 윌킨슨 분배기(226a)는 입력되는 신호의 전력을 1/2로 분배한 후, 225b와 225c 전송선로로 나누어 전송한다. 상기 225b와 255c 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖기 때문에 상기 225b 전송선로가 연결된 A 급전점과, 225c 전송선로가 연결된 B 급전점을 통하여 출력되는 신호는 180도의 위상 차이를 가지게 된다. 때문에 상기 방사면(100)에서는 A 급전점으로부터 B 급전점 방향으로 선형 편파가 발생된다.On the other hand, the
마찬가지로, 상기 제 2 윌킨슨 분배기(226b)는 입력되는 신호의 전력을 1/2로 분배한 후, 225e와 225f 전송선로로 나누어 전송한다. 상기 225e와 255f 전송선로는 1/2 파장의 길이 차이를 갖기 때문에 상기 225e 전송선로가 연결된 C 급전점과, 225f 전송선로가 연결된 D 급전점을 통하여 출력되는 신호는 180도의 위상 차이를 가지게 된다. 그러나, 상기 제 2 SPDT 스위치(224b)를 통과하는 과정에서 상기 제 1 SPDT 스위치(224a)를 통과한 신호에 비하여 위상이 180도 뒤지면서 역 위상이 발생하기 때문에 상기 방사면(100)에서는 D 급전점으로부터 C 급전점 방향으로 선형 편파가 발생된다.Similarly, the
A 급전점으로부터 B 급전점 방향으로 발생하는 선형 편파와 D 급전점으로부터 C 급전점 방향으로 발생하는 선형 편파를 합성하면, 도 8에 도시된 바와 같이 ↘ 방향의 선형 편파를 얻을 수 있다.By combining the linear polarization generated from the A feed point in the direction of the B feed point and the linear polarization generated from the D feed point in the direction of the C feed point, a linear polarization in the X direction can be obtained as shown in FIG.
도 10은 본 발명의 4중 편파 안테나를 통하여 구현 가능한 편파 방향을 도시한 도면이다.FIG. 10 is a view illustrating a polarization direction that can be implemented through the quadrature polarization antenna of the present invention.
도 10을 참조하면, 도면부호 300은 도 6을 통하여 설명한 수평 방향의 선형 편파 방향을 나타낸 것이고, 도면부호 310은 도 7을 통하여 설명한 수직 방향의 선형 편파 방향을 나타낸 것이다. 또한, 도면부호 320은 도 8을 통하여 설명한 ↗ 방향의 선형 편파 방향을 나타낸 것이고, 도면부호 330은 도 9를 통하여 설명한 ↘ 방향의 선형 편파 방향을 나타낸 것이다.Referring to FIG. 10,
본 발명의 4중 편파 안테나는 상기 SP4T 스위치(221)와 제 1 및 제 2 SPDT 스위치(224a, 224b)를 제어하여 급전 신호의 이동 경로를 스위칭함으로써, 서로 다른 4 방향의 선형 편파를 생성할 수 있다. 상기 4 방향의 선형 편파를 이용하여 원형 편파와 유사하게 범 방위적인 디텍팅이 가능해 지고, 선형 편파 특유의 넓은 인식거리를 유지할 수 있는 장점이 있다.The quadrature polarization antenna of the present invention controls the
이상에서 본 발명에 의한 4중 편파 안테나 및 편파 구현 방법에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.In the above, the quadrature polarization antenna and the polarization implementation method according to the present invention have been described. Such a technical configuration of the present invention will be understood by those skilled in the art that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 본 발명의 권리범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the above-described embodiments are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the foregoing detailed description. All changes or modifications derived from the meaning and scope and equivalent concept thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.
도 1은 일반적인 패치 안테나의 사시도이다.1 is a perspective view of a general patch antenna.
도 2는 원형 편파 구현을 위한 패치 안테나의 사시도이다.2 is a perspective view of a patch antenna for implementing a circular polarization.
도 3은 각 편파 별 인식 거리를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a recognition distance for each polarized wave.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a quadrature polarization antenna according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 급전회로부를 보다 상세히 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating in detail a power supply circuit unit according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 수평 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a linear polarization generation process in a horizontal direction using a quadrature polarization antenna according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 수직 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating a linear polarization generation process in a vertical direction using a quadrature polarization antenna according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 ↗ 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating a linear polarization generation process in a ↗ direction using a quadrature polarization antenna according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 4중 편파 안테나를 이용한 ↘ 방향의 선형 편파 발생 과정을 나타낸 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating a linear polarization generation process in a ↘ direction using a quadrature polarization antenna according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 10은 본 발명의 4중 편파 안테나를 통하여 구현 가능한 편파 방향을 도시한 도면이다.FIG. 10 is a view illustrating a polarization direction that can be implemented through the quadrature polarization antenna of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 방사면 200 : 급전회로부100: radiation surface 200: feed circuit unit
210 : 기판 220 : 패턴부210: substrate 220: pattern portion
221 : SP4T 스위치 222 : 커플러221: SP4T switch 222: coupler
223, 225 : 전송선로 224 : SPDT 스위치223, 225: Transmission line 224: SPDT switch
226 : 윌킨스 분배기 300 : 급전부226
400 : 접지면400: ground plane
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