KR100986222B1 - 고주파용 안테나의 가변 급전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고주파용 안테나 장치의 가변 급전 장치에 있어서, 마이크로스트립 선로를 구비하는 기판과, 상기 마이크로스트립 선로의 일측에 전기적으로 연결되는 안테나와, 상기 마이크로스트립 선로의 타일측에 구비되어 상기 안테나에서 유기된 전류 신호를 상기 마이크로스트립 선로를 통해 전달받아 반사손실 및 공진주파수를 가변시키고, 상기 마이크로스트립 선로의 복사를 가변시키는 가변 급전부를 포함함을 특징으로 하며, 이에 따라, 안테나의 반사손실 및 공진 주파수 특성을 손 쉽게 가변시킬 수 있고, 이로인해 저손실 특성을 요구하는 통신 및 레이다의 안테나 급접구조에 적용될 수 있고, 제품의 생산의 수율을 증가시킬 수 있으며, 또한, 고주파 안테나에서 문제되는 마이크로스트립 선로의 불필요한 복사성분을 억제하고, 정밀한 복사 패턴의 조절이 가능하여 복사패턴의 반전력 빔폭을 미세조절할 수 있으며, 이로인해 정밀한 반전력 빔폭 특성을 요구하는 통신 및 레이다용 안테나 제작시 적용할 수 있는 이점이 있다.

마이크로스트립 선로, 기판, 가변 급전부, 가변형 이동부, 가변형 접지판.

Description

고주파용 안테나의 가변 급전 장치{ VARIABLE FEEDING DEVICE FOR HIGH FREQUENCY ANTENNA}

본 발명은 이동에 따라서 반사손실 및 공진주파수를 가변시키고, 마이크로 스트립 선로의 복사를 가변시키는 가변 급전부를 구성한 고주파용 안테나의 가변 급전 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 안테나는 보통 고주파 회로에 접속해서 사용되고 있는 하나의 특수한 전기회로라 할 수 있다. 송신안테나는 고주파 회로의 전력을 능률적으로 전파에너지로 변환해서 이것을 공간에 복사(radiation)하며, 수신 안테나는 입력되는 전파 에너지를 효율적으로 전력으로 변환해서 전기회로에 전달한다. 이와 같이 안테나는 전기회로와 전파사이의 에너지 변환기 역활을 하며, 그 변환 능률이 좋아지도록 그 크기와 모양을 적절하게 설계한다.

상기 안테나는 마이크로 웨이브 및 밀리미터 웨이브 대역에서는 도파관을 사용한다.

상기 도파관은 마이크로 웨이브 이상의 높은 주파수의 전파 에너지를 전송하기 위한 일종의 전송로이며, 구리등의 전기도체로 형성된 관 내부를 전자기파가 전소토록 한 것이다.

입력단의 신호를 출력단으로 전이(轉移)시키기 위하여 전술한 도파관을 사용한다.

이와 같이, 종래의 마이크로 웨이브 및 밀리미터 웨이브용 안테나의 급전장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 마이크로스트립 선로에서 동축선으로 또는 마이크로스트립 선로에서 도파관으로 전이되는 구조가 사용된다.

마이크로 스트립 선로에서 동축선으로 전이되는 구조는 마이크로스트립 선로와 동축선의 내심을 납땜과 같은 물리적인 접촉이 이루어져 전자기파가 동축선 내부를 통해 도파관으로 전이되게 되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 구조는 마이크로스트립 선로에서 도파관으로 급전되는 구조로 도파관 내부에 계단식 임피던스 정합용 구조물을 삽입하여 마이크로스트립선로와 도파간의 임피던스 정합이 이루어지도록 되어 있다.

그러나, 종래의 마이크로 웨이브 및 밀리미터 웨이브용 안테나의 급전 장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로스트립 선로(2)에서 동축선(3)을 통해 도파관(4)으로 전이되는 장치이고, 이러한 장치는 마이크로스트립 선로(2)와 동축케이블 내심과의 결합을 위해 납땜과 같은 물리적인 접합이 필요하게 되어 전자기적인 결합을 이용하는 구조보다 삽입손실이 증가하는 문제점이 있었다. 또한, 가공상의 오차가 발생할 경우 반사손실 및 공진주파수의 가변이 불가능한 단점이 있었 다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 마이크로 웨이브 및 밀리미터 웨이브용 안테나의 급전 장치(10)는 상,하부 도파관(12)(13)으로 이루어지고, 마이크로스트립 선로(11)의 종단을 둘러싸는 상부 도파관 (12)을 기판(14)으로 1/4람다 떨어지는 곳에서 접지면이 되도록 구성하여 임피던스 정합이 이루어지게 되어 있으나, 여기서도 마찬가지로 제작 후 반사 손실 및 공진 주파수를 가변적으로 변형할 수 없는 단점이 있었다.

또한, 도 3에 도시된 바와같이, 종래의 마이크로 웨이브 및 밀리미터 웨이브용 안테나의 급전 장치(20)는 마이크로스트립 선로(21)에서 도파관(22)으로 전이되는 장치이고, 이러한 장치는 신호가 전자기적인 결합에 의해 전이되어 납땜과 같은 물리적인 접합에서 발생되는 삽입손실이 적으나, 임피던스 정합(23)을 위한 계단식 구조물은 제작 후 반사손실 및 공진 주파수 가변이 불가능한 단점이 있었다.

따라서, 반사손실 및 공진 주파수를 가변적으로 변형할 수 있는 안테나의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 이동에 따라서 반사손실 및 공진주파수를 가변시키는 가변 급전부를 구성함으로써, 안테나의 반사손실 및 공진 주파수 특성을 손 쉽게 가변시킬 수 있도록 한 고주파용 안테나의 가변 급전 장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 이동에 따라서 마이크로 스트립 선로의 복사를 가변시키는 가변 급전부를 구성함으로써, 마이크로스트립 선로의 불필요한 복사성분을 억제하고, 정밀한 복사 패턴의 조절이 가능하도록 한 고주파용 안테나의 가변 급전 장치를 제공하는데 있다.

본 발명은, 고주파용 안테나 장치의 가변 급전 장치에 있어서,

마이크로스트립 선로를 구비하는 기판;

상기 마이크로스트립 선로의 일측에 전기적으로 연결되는 안테나; 및

상기 마이크로스트립 선로의 타일측에 구비되어 상기 안테나에서 유기된 전류 신호를 상기 마이크로스트립 선로를 통해 전달받아 상기 안테나의 반사손실 및 공진주파수를 가변시키고, 상기 마이크로스트립 선로의 복사를 가변시키는 가변 급전부를 포함함을 특징으로 하는 고주파용 안테나의 가변 급전 장치.

또한, 상기 가변 급전부는, 도체벽으로 이루어진 하우징과,

상기 하우징을 덮는 커버부로 구성되고,

상기 커버부의 상부에는 상기 마이크로스트립 선로의 복사를 가변시킬 수 있도록 상기 마이크로스트립 선로의 길이방향으로 제공됨과 아울러 이동가능하고, 이동에 따라서 상기 마이크로스트립 선로를 덮는 길이를 가변시키는 가변형 접지판이 구비되고,

상기 커버부의 하부에는 상기 커버부의 좌 및 우 양측에 구비됨과 아울러 좌 및 우방향으로 이동가능하게 제공되고, 상기 좌 및 우방향으로 이동함에 따라서 안테나의 반사손실 및 공진주파수를 가변시키는 가변형 이동부가 구비됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 커버부에는 상기 가변형 접지판과 상기 가변형 이동부를 이동가능하게 가이드 하는 제 1, 2 가이드부가 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1, 2 가이드부는 상기 가변형 접지판과 상기 가변형 이동부와 결합됨과 아울러 가이드 이동시키는 V자형 가이드 이동홈이 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 기판에는 적어도 하나 이상의 비아홀이 형성되며,

상기 기판에는 마이크로스트립 접지면이 구비되고,

상기 마이크로스트립 접지면에는 상기 도파관과 상기 도체벽이 전기적으로 연결되도록 적어도 하나 이상의 접지 핀 또는 비아홀이 구성됨을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 고주파용 안테나의 가변 급전 장치에 의하면,

이동에 따라서 반사손실 및 공진주파수를 가변시키는 가변 급전부를 구성함으로써, 안테나의 반사손실 및 공진 주파수 특성을 손 쉽게 가변시킬 수 있고, 이로인해 저손실 특성을 요구하는 통신 및 레이다의 안테나 급전장치에 적용될 수 있고, 제품의 생산의 수율을 증가시킬 수 있으며, 또한, 이동에 따라서 마이크로 스트립 선로의 복사를 가변시키는 가변 급전부를 구성함으로써, 고주파 안테나에서 문제되는 마이크로스트립 선로의 불필요한 복사성분을 억제하고, 정밀한 복사 패턴의 조절이 가능하여 복사패턴의 반전력 빔폭을 미세조절할 수 있고, 이로인해 정밀한 반전력 빔폭 특성을 요구하는 통신 및 레이다용 안테나 제작시 적용할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형예들이 있음을 이해하여야 한다.

도 4 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 고주파용 안테나의 가변 급전 장치(100)는 마이크로스트립 선로(111)를 구비하는 기판(110)과, 안테나(미도시 됨)와, 가변 급전부(130)로 구성되어 있고, 상기 안테나는 상기 마이크로 스트립 선로(111)에 안테나 신호를 전달하도록 상기 마이크로스트립 선로(111)의 일측(111a) 에 전기적으로 연결되어 있다.(미도시 됨)

상기 가변 급전부(130)는 상기 마이크로스트립 선로(111)의 복사를 가변시키고, 상기 안테나에서 유기된 전류 신호를 상기 마이크로스트립 선로(111)를 통해 전달받아 상기 안테나의 반사손실 및 공진 주파수를 가변시켜 도파관(120)으로 전달하도록 상기 마이크로스트립 선로(111)의 타일측(111b)에 구비되어 있으며, 상기 가변 급전부(130)는 도체벽으로 이루어진 하우징(131)과, 커버부(132)로 구성되어 있다.

상기 커버부(132)는 불필요한 방사가 발생하지 않게 차폐시킬 수 있도록 상기 하우징(131)의 상면을 덮도록 되어 있다.

도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 커버부(132)의 상부에는 상기 마이크로스트립 선로(111)의 복사를 가변시킬 수 있도록 상기 마이크로스트립 선로(111)의 길이방향으로 제공됨과 아울러 이동가능하고, 이동에 따라서 상기 마이크로스트립 선로(111)를 덮는 길이를 가변시킬 수 있도록 가변형 접지판(132a)이 구비되어 있고, 상기 커버부(132)의 하부에는 상기 커버부(132)의 좌 및 우 양측에 구비됨과 아울러 좌 및 우방향으로 이동가능하게 제공되고, 상기 커버부(132)의 좌 및 우방향으로 이동함에 따라서 상기 안테나의 반사손실 및 공진주파수를 가변시킬 수 있도록 가변형 이동부(132b)가 구비되어 있다.

도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 커버부(132)에는 상기 가변형 접지판(132a)과 상기 가변형 이동부(132b)를 이동가능하게 가이드 하도록 제 1, 2 가이드부(140)(141)가 구성되어 있고, 상기 제 1, 2 가이드부(140)(141)는 상기 가변 형 접지판(132a)과 상기 가변형 이동부(132b)와 결합됨과 아울러 가이드 이동시킬 수 있도록 V자형 가이드 이동홈(140a)(141a)이 형성되어 있다.

상기 기판(110)에는 상기 도파관(120)과 상기 도체벽으로 이루어진 하우징(131)이 서로 전기적으로 연결되도록 적어도 하나 이상의 비아홀(112)이 형성되어 있다.

상기 기판(110)에는 마이크로스트립 접지면(113)이 구비되어 있고, 상기 마이크로스트립 접지면(113)에는 상기 도파관(120)과 상기 도체벽으로 이루어진 하우징(131)이 전기적으로 연결되도록 적어도 하나 이상의 접지 핀 또는 비아홀(미도시 됨)이 구성되어 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의한 고주파용 안테나의 가변 급전 장치의 동작과정을 첨부된 도 4 내지 도 15을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 고주파용 안테나의 가변 급전 장치(100)는 마이크로스트립 선로(111)를 구비하는 기판(110)과, 안테나(미도시 됨)와, 가변 급전부(130)로 구성된다. 상기 마이크로스트립 선로(111)의 일측(111a)은 평면형 구조의 안테나와 전기적으로 연결되고, 상기 마이크로스트립 선로(111)의 타일측(111b)은 도파관 형태의 가변 급전부(130)와 전기적으로 연결되도록 구성된다.

상기 마이크로스트립 선로(111)와 가변 급전부(130)가 결합되는 부분에는 안 테나로부터 유기된 전류 신호가 자유공간으로 방사되지 못하도록 도체벽으로 이루어진 하우징(131)이 구비된다.

상기 하우징(131)의 상면에는 상기 하우징(131)을 덮는 커버부(132)가 구비된다.

상기 커버부(132)의 하부에는 반사손실 및 공진주파수를 가변할 수 있도록 가변형 이동부(132b)가 이동가능하게 결합된다.

상기 커버부(132)의 상부에는 상기 마이크로 스트립 선로(111)의 복사를 가변시킬 수 있도록 가변형 접지판(132a)이 상기 마이크로스트립 선로(111)의 길이방향으로 제공됨과 아울러 이동가능하게 결합된다.

상기 가변형 접지판(132a)은 상기 마이크로스트립 선로(111)의 덮는 길이를 가변할 수 있도록 구성된다.

상기 커버부(132)에는 상기 가변형 접지판(132a)과 상기 가변형 이동부(132b)를 이동가능하게 가이드 하도록 제 1, 2 가이드부(140)(141)가 구성된다. 상기 제 1, 2 가이드부(140)(141)에는 V자형 가이드 이동홈(140a)(141a)이 형성된다.

이 상태에서, 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 안테나(미도시 됨)에서 유기된 전류 신호는 마이크로스트립 선로(111)를 따라 도파관(120)으로 전달된다. 이때, 안테나의 신호는 전자기적 결합에 의해 도파관(120)으로 유기되어 물리적으로 연결되는 장치에 비해 손실이 적게 발생하게 되며 불필요한 방사가 발생하지 않도록 접지된 도체벽으로 이루어진 하우징(131)과, 커버부(132)에 의해 마이 크로스트립 선로(111)의 타일측이 차폐된다.

도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 커버부(132)의 하부에는 반사손실 및 공진 주파수를 가변시킬 수 있도록 가변형 이동부(132b)가 상기 커버부(132)의 좌 및 우측에 구성되고, 상기 가변형 이동부(132b)는 상기 커버부(132)의 제 2 가이드부(141)를 따라서 좌 및 우방향으로 이동할 수 있다.

이와 같이, 상기 반시손실 및 공진 주파수의 특성은 하우징(131)과 커버부(132)의 내부에 형성되는 공진기의 크기에 의해 결정된다. 공진 주파수는 공진기의 크기가 클수록 공진 주파수 특성이 내려가며, 반대로 공진기의 크기가 작을 수록 공진 주파수 특성이 올라가게 된다. 즉 가장 낮은 공진 주파수는 가변형 이동부(132b)의 크기가 가장 작게 축소되었을 때 형성되며, 가장 높은 공진 주파수는 가변형 이동부(132b)의 크기가 가장 크게 확장되었을때 형성된다.

도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 가변형 이동부(132b)가 상기 제 1 가이드부(140)를 따라서 상기 커버부(132)의 내측으로 이동하면, 상기 가변형 이동부(132b)의 크기가 작게 축소되어 낮은 공진 주파수를 형성하고. 반대로 상기 가변형 이동부(132b)가 상기 제 1 가이드부(140)를 따라서 상기 커버부(132)의 외측으로 이동하면, 상기 가변형 이동부(132b)의 크기가 확장되어 높은 공진 주파수를 형성한다.

도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 가변형 이동부(132b)의 이동에 따른 크기의 가변에 따라 반사손실 시험결과를 그래프로 도시하고 있다.

또한, 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이,상기 커버부(132)의 상부에는 복사 패턴를 가변시키는 가변형 접지판(132a)이 이동가능하게 결합되어 있고, 상기 가변형 접지판(132a)은 상기 커버부(132)와 일체로 구성한다.

상기 가변형 접지판(132a)은 상기 마이크로스트립 선로(111)의 덮는 길이를 조정하여 선로(111)의 복사성분을 조절할 수 있다. 상기 마이크로스트립 선로(111)에서 복사되는 전자기적인 성분값을 변화시켜 복사 패턴의 반전력 빔폭을 미세하게 가변할 수 있다. 특히, 레이다와 같은 정밀 탐색 및 추적을 요구하는 안테나의 반전력 빔폭 조정에 적합한다.

이와 같이, 상기 가변형 접지판(132a)은 상기 커버부(132)의 하부에 구비된 제 2 가이드부(141)를 따라서, 상기 커버부(132)의 좌, 우방향으로 이동가능하게 결합되어 있으므로, 상기 복사 패턴을 가변시킬 경우 상기 가변형 접지판(132a)을 상기 커버부(132)의 좌, 우방향으로 미세하게 이동시켜 사용자가 원하는 복사 패턴의 반전력 빔폭을 구하면 된다.

도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 가변형 접지판(132a)의 좌,우방향으로 이동에 따른 크기의 가변에 따른 복사 패턴 시험결과를 그래프로 도시하고 있다.

상기와 같이, 이동에 따라서 반사손실 및 공진주파수를 가변시키는 가변형 가변 이동부와, 복사패턴 빔폭을 가변시키는 가변형 접지판을 구성함으로써, 안테나의 반사손실 및 공진 주파수 특성을 손 쉽게 가변시킬 수 있고, 정밀한 반전력 빔폭 특성을 요구하는 통신 및 레이다용 안테나 제작시 적용할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 고주파용 안테나의 가변 급전 장치는 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 종래의 고주파용 안테나의 급전 장치의 구성을 나타낸 사시도.

도 2는 종래의 다른 실시예의 고주파용 안테나의 급전 장치의 구성을 나타낸 사시도.

도 3은 종래의 또 다른 실시예의 고주파용 안테나의 급전 장치의 구성을 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파용 안테나의 급전 장치의 구성을 나타낸 분해 사시도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파용 안테나의 급전 장치의 구성 중 커버부의 결합 전 상태를 나타낸 분해 사시도.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파용 안테나의 급전 장치의 결합 상태를 나타낸 사시도.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파용 안테나의 급전 장치의 구성 중 가변형 접지판의 결합 상태를 나타낸 사시도.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파용 안테나의 급전 장치의 구성 중 가변형 이동부의 결합 상태를 나타낸 사시도.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파용 안테나의 급전 장치의 구성 중 가변형 접지판의 작동 상태를 나타낸 사시도.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파용 안테나의 급전 장치의 구성 중 가변형 이동부의 작동 상태를 나타낸 사시도.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 가변형 이동부의 크기에 따른 반사손실 시험 결과를 나타낸 도면.

도 14 및 도 15은 본 발명의 가변형 접지판의 크기에 따른 복사패턴 시험결과를 나타낸 도면.

Claims (5)

1. 고주파용 안테나 장치의 가변 급전 장치에 있어서,

   마이크로스트립 선로를 구비하는 기판;

   상기 마이크로스트립 선로의 일측에 전기적으로 연결되는 안테나; 및

   상기 마이크로스트립 선로의 타일측에 구비되어 상기 안테나에서 유기된 전류 신호를 상기 마이크로스트립 선로를 통해 전달받아 상기 안테나의 반사손실 및 공진주파수를 가변시키고, 상기 마이크로스트립 선로의 복사를 가변시키는 가변 급전부를 포함하고,

   상기 가변 급전부는, 도체벽으로 이루어진 하우징과,

   상기 하우징을 덮는 커버부로 구성되고,

   상기 커버부의 상부에는 상기 마이크로스트립 선로의 복사를 가변시킬 수 있도록 상기 마이크로스트립 선로의 길이방향으로 제공됨과 아울러 이동가능하고, 이동에 따라서 상기 마이크로스트립 선로를 덮는 길이를 가변시키는 가변형 접지판이 구비되고,

   상기 커버부의 하부에는 상기 커버부의 좌 및 우 양측에 구비됨과 아울러 좌 및 우방향으로 이동가능하게 제공되고, 상기 좌 및 우방향으로 이동함에 따라서 상기 안테나의 반사손실 및 공진주파수를 가변시키는 가변형 이동부가 구비됨을 특징으로 하는 고주파용 안테나의 가변 급전 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 커버부에는 상기 가변형 접지판을 이동가능하게 가이드 하는 제 1 가이드부가 구성되고,

   상기 커버부에는 상기 가변형 이동부를 이동가능하게 가이드 하는 제 2 가이드부가 구성됨을 특징으로 하는 고주파용 안테나의 가변 급전 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 가이드부는 상기 가변형 접지판과 결합됨과 아울러 상기 가변형 접지판을 가이드 이동시키는 V자형 가이드 이동홈이 형성되고,

   상기 제 2 가이드부는 상기 가변형 이동부와 결합됨과 아울러 상기 가변형 이동부를 가이드 이동시키는 V자형 가이드 이동홈이 형성됨을 특징으로 하는 고주파용 안테나의 가변 급전 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 기판에는 적어도 하나 이상의 비아홀이 형성되며,

   상기 기판에는 마이크로스트립 접지면이 구비되고,

   상기 마이크로스트립 접지면에는 도파관과 도체벽이 전기적으로 연결되도록 적어도 하나 이상의 접지 핀 또는 비아홀이 구성됨을 특징으로 하는 고주파용 안테나의 가변 급전 장치.

Images