KR101092168B1 - 외부 자극에 따라 길이가 가변되는 길이 가변부를 사용하는 안테나 및 이에 포함된 피딩 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

외부 자극에 따라 길이가 가변되는 길이 가변부, 특히 폴리머 액츄에이터를 사용하는 안테나가 개시된다. 상기 안테나는 안테나는 피딩 가변부를 가지는 피딩 소자; 상기 피딩 소자와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 복사 소자 및 외부 자극에 따라 그의 길이가 변화되는 적어도 하나의 길이 가변부를 가지는 피딩 제어 장치를 포함한다. 여기서, 상기 피딩 소자의 피딩 가변부는 상기 길이 가변부의 길이 변화에 응답하여 움직이며, 상기 피딩 가변부의 움직임에 따라 상기 복사 소자로부터 출력되는 빔의 경사각이 가변된다.

Description

외부 자극에 따라 길이가 가변되는 길이 가변부를 사용하는 안테나 및 이에 포함된 피딩 제어 장치{ANTENNA USING A LENGTH CHANGING MEMBER OF WHICH LENGTH IS CHANGED IN ACCORDANCE WITH OUTSIDE STIMULUS AND FEEDING CONTROL DEVICE INCLUDED IN THE SAME}
본 발명은 외부 자극에 따라 길이가 가변되는 길이 가변부, 특히 폴리머 액츄에이터를 사용하는 안테나 및 이에 포함된 피딩 제어 장치에 관한 것이다.
안테나는 특정 방향으로 빔을 출력하며, 필요시 상기 빔의 방향을 가변시킨다. 즉, 상기 안테나의 경사각이 변화된다.
우선, 빔을 출력하는 과정을 살펴보면, 외부로부터 페이즈 쉬프터(Phase Shifter)로 전력이 입력되면, 상기 전력은 상기 페이즈 쉬프터의 도전 선로들을 통하여 복사 소자들로 전달되며, 그 결과 상기 복사 소자들로부터 특정 방향의 빔이 출력된다.
이러한 구조의 안테나에서 경사각을 변화시키고자 하는 경우, 모터를 이용하여 상기 페이즈 쉬프터의 암부를 상기 도전 선로를 따라서 움직이게 하며, 그 결과 상기 복사 소자들로 전달되는 RF 신호들의 위상이 가변되어 상기 안테나의 경사각
이 변화된다.
즉, 종래의 안테나의 경사각을 조정하기 위하여 고가인 모터가 사용되므로, 상기 안테나의 제조 비용이 상승되었다.
또한, 상기 모터의 회전력을 상기 페이즈 쉬프터의 암부로 전달하기 위하여 많은 부품들이 사용되어야만 하므로, 상기 안테나의 구조가 복잡해질 수 있었다.
본 발명의 목적은 제조 단가가 낮으면서 간단한 구조를 가지는 안테나 및 이에 포함된 피딩 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 피딩 가변부를 가지는 피딩 소자; 상기 피딩 소자와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 복사 소자; 및 외부 자극에 따라 그의 길이가 변화되는 적어도 하나의 길이 가변부를 가지는 피딩 제어 장치를 포함한다. 여기서, 상기 피딩 소자의 피딩 가변부는 상기 길이 가변부의 길이 변화에 응답하여 움직이며, 상기 피딩 가변부의 움직임에 따라 상기 복사 소자로부터 출력되는 빔의 경사각이 가변된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나는 피딩 소자; 및 외부 자극에 따라 그의 길이가 변화되는 적어도 하나의 길이 가변부를 가지는 피딩 제어 장치를 포함한다. 여기서, 상기 피딩 소자는 제 1 기판; 상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴; 상기 제 1 기판으로부터 이격되어 위치하는 제 2 기판; 및 상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴은 겹쳐지고, 상기 제 2 기판은 상기 피딩 제어 장치의 길이 가변부와 연결되며, 상기 길이 가변부의 길이 변화시 상기 제 2 기판이 움직이고, 상기 제 2 기판의 움직임에 따라 상기 패턴들 중 겹쳐지는 부분의 전기적 길이가 가변된다.
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본 발명에 따른 안테나 및 이에 포함된 피딩 제어 장치는 외부 자극에 따라 길이가 변화되는 길이 가변부, 특히 폴리머 액츄에이터를 사용하므로, 고가 모터를 사용할 필요가 없어서 상기 안테나의 제조 단가가 낮아질 뿐만 아니라 상기 안테나의 구조가 간단하여질 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 안테나를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변부의 구조 및 동작을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 길이 가변부의 구조 및 동작을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 안테나를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 피딩 소자의 동작 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 변화부 및 피딩 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 12의 안테나에서의 위상 가변 과정을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 안테나를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 길이 가변부의 구조 및 동작을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 안테나는 예를 들어 기지국에 사용되는 안테나로서, 반사판(100), 피딩 소자(102), 길이 가변부(104) 및 샤프트(shaft, 106, 108)를 포함한다.
피딩 소자(Feeding device, 102)는 외부로부터 입력된 전력을 그의 출력단을 통하여 타소자로 공급하는 소자로서, 반사판(100)의 일면 위에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피딩 소자(102)는 상기 안테나가 특정 방향으로 빔을 출력하도록 외부로부터 입력된 전력(RF 신호)을 복사 소자들(미도시)로 제공하는 페이즈 쉬프터(Phase Shifter)일 수 있다. 여기서, 피딩 소자(102)는 후술하는 바와 같이 상기 복사 소자들로 제공되는 RF 신호의 위상을 가변시켜 상기 안테나의 경사각을 변화시킬 수 있다.
길이 가변부(104)는 외부 자극에 응답하여 그의 길이가 가변되는 소자로서, 샤프트(108)를 통하여 피딩 소자(102)와 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 길이 가변부(104)는 도 2(A)에 도시된 바와 같은 폴리머 액츄에이터(Polymer Actuator)일 수 있다. 구체적으로는, 길이 가변부(104)는 전기 활성 폴리머(electroactive polymer)로 이루어진 폴리머부(200) 및 폴리머부(200)의 양면에 형성된 전극들(202 및 204)로 이루어질 수 있다.
폴리머부(200)의 전기 활성 폴리머는 넓은 범위의 물리적, 전기적 특성을 잘 나타내도록 제조되고 처리되는 폴리머의 일종으로, 50%까지도 변형이 가능한 물질로서 3% 이내의 변형률을 가지는 피에조(piezo)와 비교하여 매우 우수한 성능을 가진다. 또한, 이러한 폴리머의 변형은 전기 시스템에 의해 완벽한 제어가 가능하며, 즉 제어가 용이하고 고속 응답 특성을 가진다.
이러한 폴리머로는 예를 들어 겔(gel), IPMC(Ionic Polymer Metal Composite), 전왜 폴리머(electro-strictive polymer) 등이 있다.
전극들(202 및 204)은 도전성/가요성(conductive/compliant) 특성을 가질 수 있으며, 즉 얇은 막 형태로 도전성 폴리머로 이루어지고 전원이 제공되었을 때 폴리머부(200)와 마찬가지로 변형이 일어난다.
길이 가변부(104)의 동작을 살펴보면, 스위치(206)가 오프(off)된 경우에는 전원부(110)로부터의 전원이 전극들(202 및 204)로 공급되지 않으며, 그 결과 폴리머부(200)는 현 상태를 유지한다.
이어서, 스위치(206)가 온(on)되는 경우 전원부(110)로부터 소정 전원이 전극들(202 및 204)로 공급되며, 그 결과 폴리머부(200)의 두께가 얇아지면서 그의 길이가 도 2(A)에 도시된 바와 같이 증가된다. 여기서, 폴리머부(200)의 길이뿐만 아니라 전극들(202 및 204)의 길이 또한 증가될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 길이 가변부(104)는 높은 열 팽창 계수를 가지는 폴리머 액츄에이터이되, 도 2(B)에 도시된 바와 같이 폴리머부(210)가 미세한 도전성 분자들(conductive particles, 216)을 포함하고 전극들(212 및 214)이 폴리머부(210)의 양종단면들에 형성될 수도 있다. 여기서, 도전성 분자들(216)은 폴리머부(210) 내에 분산되어 있다.
길이 가변부(104)의 동작을 살펴보면, 스위치(218)가 온되는 경우 전원부(110)로부터 소정 전원이 전극들(212 및 214)로 인가된다. 결과적으로, 폴리머부(210)의 온도가 상승하면서 도전성 분자들(216)이 넓게 분산되어지며, 그 결과 도 2(B)에 도시된 바와 같이 폴리머부(210)의 길이가 증가될 수 있다. 물론, 스위치(218)가 턴-오프(turn-off)되면 폴리머부(210)의 온도가 떨어지면서 길이 가변부(104)는 원래의 길이로 복원된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도전성 분자(216)는 카본 분자들(carbon particles)일 수 있다.
위에서는, 전기 자극, 열 자극에 대하여서만 언급하였지만, 적외선 등과 같은 광 자극에 의해서 길이가 가변되는 폴리머 액츄에이터가 사용될 수도 있다.
도 1을 다시 참조하면, 길이 가변부(104)는 샤프트(106)를 통하여 반사판(100)의 일 종단에 결합되고, 샤프트(108)를 통하여 피딩 소자(102)에 연결된다. 물론, 길이 가변부(104)는 반사판(100)의 일 종단에 직접 연결되어 고정될 수도 있다.
요컨대, 본 실시예의 안테나는 외부 자극에 의해 그의 길이가 가변되는 길이 가변부(104), 특히 폴리머 액츄에이터를 이용하여 피딩 소자(102)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 길이 가변부(104)의 길이가 증가되면, 도시하지는 않았지만 피딩 소자(102)의 피딩 가변부(미도시, 예를 들어 암부)가 움직인다. 결과적으로, 상기 복사 소자들로 제공되는 RF 신호의 위상이 가변되어 상기 안테나로부터 출력되는 빔의 경사각이 변화될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 후술하겠다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 길이 가변부의 구조 및 동작을 도시한 도면이다.
도 3(A)를 참조하면, 길이 가변부(104)는 폴리머 액츄에이터이되, 길이 방향으로 그의 길이가 선형으로 변형되었던 도 2의 폴리머 액츄에이터와 달리 전기 자극에 의하여 휘어진다. 구체적으로는, 전원부(110)로부터 소정 전원이 전극들(302 및 304)로 인가되면, 폴리머부(300)의 (+) 이온들이 (-) 전극(304) 방향으로 이동되어 길이 가변부(104)가 전극(302) 방향으로 휘어지게 된다.
도 3(B)를 참조하면, 전극들(302 및 304)에 소정 전원이 인가됨에 따라 폴리머부(300)가 굴곡되어지며, 그 결과 폴리머부(300)가 길이 방향에서 수축되며, 즉 길이 가변부(104)의 길이가 감소된다.
도 3(C)를 참조하면, (+) 전극은 폴리머부(300)의 양측면에 형성되고 (-) 전극은 폴리머부(300)의 내부를 관통하여 형성될 수도 있다. 이 경우에도 전원이 인가됨에 따라 폴리머부(300)가 굴곡되어져서 길이 가변부(104)의 길이가 감소될 수 있다. 물론, 폴리머부(300)가 원래 상태로 이완되면 길이 가변부(104)는 원래의 길이로 복원될 것이다.
요컨대, 본 실시예의 길이 가변부(104)에서는 외부 자극에 따라 폴리머부(300)가 굴곡되어지며, 그 결과 길이 가변부(104)의 길이가 가변된다.
위 도 2 및 도 3에서는, 폴리머부의 양측면에 하나의 전극쌍들만 형성되었지만, 도 3(D)에 도시된 바와 같이 폴리머부(300)의 양측면에 복수의 전극쌍들(300 및 312, 320 및 322, 330 및 332)이 형성될 수 있다.
즉, 전극쌍들(300 및 312, 320 및 322, 330 및 332)은 각기 별도의 전원부(314, 324 및 334)에 연결되므로, 폴리머부(300)는 전원의 인가에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 모든 전극쌍들(300 및 312, 320 및 322, 330 및 332)에 전원이 인가되면 폴리머부(300)의 길이는 가장 크게 변화되지만, 하나의 전극쌍에만 전원이 인가되면 폴리머부(30)의 길이는 상대적으로 작게 변화될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 요약하면, 길이 가변부(104)는 외부 자극에 응답하여 그의 길이가 가변되는 한 다양한 구조를 가질 수 있다. 또한, 전원 인가 방식에 따라서 길이 가변부(104)의 길이 변화 정도가 달라질 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 안테나는 반사판(400), 피딩 소자(402), 제 1 길이 가변부(404), 제 2 길이 가변부(406) 및 샤프트들(408, 410 및 412)을 포함한다.
즉, 제 1 실시예에서와 달리, 본 실시예의 안테나는 복수의 길이 가변부들(404 및 406)을 포함한다.
길이 가변부들(404 및 406)은 모두 동일한 구조를 가질 수도 있고, 하나는 다른 구조를 가질 수도 있다.
예를 들어, 모든 길이 가변부들(404 및 406)이 도 2(A)에 도시된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 길이 가변부들(404 및 406)을 모두 활성시킴에 따라 상기 복사 소자로 전송되는 RF 신호의 위상이 θ1만큼 변화되는 반면에, 길이 가변부들(404 및 406) 중 하나만을 활성시킴에 따라 상기 복사 소자로 전송되는 RF 신호의 위상이 θ2만큼 변화될 수 있다. 여기서, 길이 가변부들(404 및 406)을 모두 활성시킬 때 그들의 길이 변화량이 상대적으로 크므로, θ1〉θ2이다.
다른 예로, 제 1 길이 가변부(404)는 도 2(A)에 도시된 구조를 가지는 반면에 제 2 길이 가변부(406)는 도 3(B)에 도시된 구조를 가질 수도 있다. 여기서, 전기 자극에 의해 제 1 길이 가변부(404)의 길이가 증가되는 반면에 제 2 길이 가변부(406)의 길이가 감소되므로, 제 1 길이 가변부(404)만을 활성시켜 상기 복사 소자로 전송되는 RF 신호의 위상을 θ3만큼 변화시킬 수도 있고, 제 2 길이 가변부(404)만을 활성시켜 상기 RF 신호의 위상을 -θ4만큼 가변시킬 수도 있다.
즉, 길이 가변부들(404 및 406)은 개별적으로 제어되므로, 상기 복사 소자로 전송되는 RF 신호의 위상을 다양하게 변화시킬 수 있다.
위에서는, 상기 안테나가 2개의 길이 가변부들을 포함하는 것으로 설명하였으나, 3개 이상의 길이 가변부들을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 안테나를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 안테나는 반사판(500), 제 1 길이 가변부(504), 제 2 길이 가변부(506) 및 샤프트들(508 및 510)을 포함한다.
즉, 길이 가변부들(404 및 406)이 피딩 소자(400)를 기준으로 일 방향으로만 배열되었던 제 2 실시예에서와 달리, 본 실시예의 길이 가변부들(504 및 506)은 피딩 소자(502)를 기준으로 대칭적으로 배열된다.
길이 가변부들(504 및 506)은 모두 동일한 구조를 가질 수도 있고, 하나는 다른 구조를 가질 수도 있다.
예를 들어, 모든 길이 가변부들(504 및 506)이 도 2(A)에 도시된 구조를 가질 수 있다.
다른 예로, 제 1 길이 가변부(504)는 도 2(A)에 도시된 구조를 가지는 반면에 제 2 길이 가변부(506)는 도 3(B)에 도시된 구조를 가질 수도 있다.
요컨대, 본 실시예의 안테나가 복수의 길이 가변부들(504 및 506)을 포함하되, 길이 가변부들(504 및 506)은 피딩 소자(502)를 기준으로 대칭적으로 배열된다.
위에서는, 상기 안테나가 2개의 길이 가변부들을 포함하는 것으로 설명하였으나, 3개 이상의 길이 가변부들을 포함할 수도 있다.
또한, 피딩 소자(502)를 기준으로 좌측에 배열되는 길이 가변부의 수와 우측에 배열되는 길이 가변부의 수가 다를 수도 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 요약하면, 본 발명의 안테나는 적어도 하나의 길이 가변부를 포함하고, 상기 길이 가변부를 이용하여 피딩 소자의 피딩 가변부를 움직이도록 제어하여 예를 들어 복사 소자들로 전송되는 RF 신호들의 위상을 가변시킨다. 결과적으로, 상기 안테나의 경사각이 조정될 수 있다.
이하, 다양한 피딩 소자의 구조 및 길이 가변부의 동작 과정을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 피딩 소자의 동작 과정을 도시한 도면이다. 다만, 설명의 편의를 위하여 도 1의 구조를 사용한다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 안테나는 반사판(100), 피딩 소자(102), 길이 가변부(104), 샤프트(108), 가이드(610) 및 이송 부재(612)를 포함한다.
피딩 소자(102)는 반사판(100)의 일면 위에 배열되며, 유전체 기판(600), 제 1 도전 선로(602), 제 2 도전 선로(604), 중심축(606) 및 피딩 가변부(608)를 포함한다.
피딩 가변부(608)의 하부면 상에는 도체 선로(미도시)가 형성되어 있고, 도전 선로들(602 및 604)의 종단들이 복사 소자들(미도시)과 전기적으로 연결되어 있다. 결과적으로, 외부로부터 입력 선로(미도시)를 통하여 입력된 RF 신호(전력)가 피딩 가변부(608) 상의 도체 선로 및 도전 선로(602 또는 604)를 통하여 해당 복사 소자로 전달되며, 그 결과 상기 안테나로부터 특정 빔이 발생된다.
한편, 피딩 가변부(608)가 중심축(606)을 기준으로 회전하면, 즉 도전 선로(602 또는 604)를 따라서 움직이면 상기 복사 소자들까지의 전기적 길이가 변화되며, 그 결과 상기 복사 소자들로 제공되는 RF 신호들의 위상이 변회된다. 따라서, 상기 안테나로부터 출력되는 빔의 방향, 즉 경사각이 변화된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 길이 가변부(104)의 길이 변화는 피딩 가변부(608)를 움직이게 만들며, 그 결과 상기 안테나의 경사각이 조정될 수 있다.
구체적으로는, 가이드(610) 상에서 선형적으로 움직이는 이송 부재(612)가 결합 부재(614)를 통하여 피딩 가변부(608)와 연결된다. 즉, 결합 부재(614)는 이송 부재(612)와 피딩 가변부(608)를 결합시킨다. 따라서, 이송 부재(612)가 가이드(610) 상에서 움직이면 도 7에 도시된 바와 같이 피딩 가변부(608)가 움직이게 된다. 여기서, 이송 부재(612)가 샤프트(108)를 통하여 길이 가변부(104)와 연결되므로, 길이 가변부(104)의 길이 변화에 응답하여 이송 부재(612)가 가이드(610) 상에서 움직이게 된다.
즉, 길이 가변부(104)의 길이 변화에 응답하여 피딩 가변부(608)가 도전 선로(602 또는 604)를 따라서 움직이게 되고, 그 결과 상기 안테나의 경사각이 변화될 수 있다.
가이드(610), 이송 부재(612) 및 결합 부재(614)의 결합 관계를 살펴보면, 가이드(610)는 반사판(100) 위에 고정적으로 설치되고, 가이드(610)의 중앙 부분에는 홈(home)이 형성되며, 이송 부재(612)의 하단부가 상기 홈으로 삽입됨에 의해 이송 부재(612)가 가이드(610)에 결합된다.
결합 부재(614)의 중앙에는 홀이 형성되고, 피딩 가변부(608)의 종단이 상기 홀을 통하여 결합 부재(614)를 관통한다. 그런 후, 이송 부재(612)의 상단 부재와 피딩 가변부(608)의 종단이 상하로 겹쳐진 상태하에서 특정 나사가 이송 부재(612)의 상단 부재와 피딩 가변부(608)의 종단을 결합시키도록 구현된다.
또한, 이송 부재(612)의 측면에는 요부가 형성되어 있어서 샤프트(108)가 상기 요부로 삽입되어 결합된다.
요컨대, 본 실시예의 안테나는 길이 가변부(104)의 길이를 변화시켜 이송 부재(612)를 가이드(610) 상에서 움직이게 하여 상기 복사 소자들로 전송되는 RF 신호들의 위상을 가변시킨다.
위에서는 상기 안테나가 도 1의 구조로 구현되는 것으로 설명하였으나, 도 4 및 도 5의 구조로도 구현될 수 있다. 다만, 당업자가 도 6의 구조를 통하여 도 4 및 도 5의 구조로 용이하게 구현할 수 있으므로, 이하 도면 및 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 운동 변화부 및 피딩 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 안테나는 반사판(800), 피딩 소자(802), 길이 가변부(804), 운동 변환부(806) 및 샤프트들(808 및 810)을 포함한다.
피딩 소자(802) 중 유전체 기판(820) 및 피딩 가변부(826)는 도 8(A)에 도시된 바와 같이 반사판(800)의 제 1 면 위에 배열되고, 피딩 소자(802) 중 기어 휠(828)은 도 8(B) 및 도 9(B)에 도시된 바와 같이 반사판(800)의 제 1 면과 반대되는 제 2 면 위에 배열된다. 여기서, 기어 휠(828)과 피딩 가변부(826)는 중심축(824)에 의해 상호 연결된다. 따라서, 기어 휠(828)이 회전하면, 중심축(824) 또한 회전되고, 그 결과 피딩 가변부(826)가 도전 선로(822)를 따라서 움직이게 된다.
위상 가변 과정을 살펴보면, 외부 자극이 길이 가변부(804)에 가해지면, 길이 가변부(804)의 길이를 변화되고, 구체적으로는 길이 가변부(804)의 길이가 선형적으로 변화되며, 즉 직선 운동한다.
운동 변환부(806)는 직선 운동을 회전 운동으로 변화시킨다. 즉, 운동 변환부(806)는 길이 가변부(804)에 의한 선형적 길이 변화(직선 운동)를 회전 운동으로 변환시킨다. 예를 들어, 도 9(A)에 도시된 바와 같이 운동 변환부(806)에 포함된 회전 부재(830)의 일부분과 길이 가변부(804)의 일부분이 연결될 수 있다. 결과적으로, 길이 가변부(804)의 길이가 가변되면 회전 부재(830)이 회전하게 되고, 회전 부재(830)의 중심에 결합된 샤프트(810)가 이러한 회전력을 기어 휠(828)에 전달한다. 여기서, 샤프트(810)는 기어 암(832)과 동일한 소자일 수도 있고 샤프트(810)가 기어 암(832)에 연결되는 구조로 구현될 수도 있다.
물론, 운동 변환부(806)의 구조는 도 9(A)의 구조로 제한되지는 않는다.
위에서는, 운동 변환부(806)가 별도로 존재하였으나, 길이 가변부(804)가 기어 휠(828)에 도 9(A)에 도시된 구조로 연결될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 회전 부재(830)에는 다른 길이 가변부(840)가 더 결합될 수도 있다. 이 경우, 어느 길이 가변부(804 또는 840)가 활성화되느냐에 따라 복사 소자로 전송되는 RF 신호의 위상이 다르게 변화될 것이다.
도 10은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예의 안테나는 반사판(1000), 피딩 소자(1002), 길이 가변부(1004), 운동 변환부(1006), 샤프트(1008) 및 회전부(1010)를 포함한다.
피딩 소자(1002)의 피딩 가변부(1028)에 나사산이 형성되어 있고, 상기 나사산은 회전부(1010)의 나사산부(1010B)와 맞물린다. 즉, 회전부(1010)가 회전하면 피딩 가변부(1028)가 회전되며, 그 결과 복사 소자들로 전송되는 RF 신호들의 위상이 가변된다.
구체적으로는, 길이 가변부(1004)의 길이가 가변되면, 운동 변환부(1006)는 길이 가변부(1004)의 직선 운동을 회전 운동으로 변화시키며, 상기 회전 운동은 회전부(1010)를 통하여 피딩 가변부(1028)에 전달되어 피딩 가변부(1028)가 도전 선로(1022 또는 1024)를 따라서 움직인다.
도 11은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 안테나는 길이 가변부(1100), 운동 변환부(1102), 샤프트(1104), 피딩 소자(1106), 회전부(1108) 및 이송 부재(1110)를 포함한다.
이송 부재(1110)의 하부 부재(1120)의 측면에는 홀(1124)이 형성되고 회전부(1108)가 홀(1124)로 삽입되는 구조로 구현된다.
또한, 회전부(1108)는 고정 부재(1126)에 의해 고정되며, 그 결과 회전부(1108)가 회전하는 경우 이송 부재(1110)가 회전부(1108) 상에서 이동하게 된다.
따라서, 길이 가변부(1100)의 길이가 가변되면, 운동 변환부(1102)는 길이 가변부(1100)의 직선 운동을 회전 운동으로 변화시키며, 상기 회전 운동은 이송 부재(1110)가 회전부(1108) 상에서 움직이도록 만든다. 결과적으로, 피딩 가변부(1132)가 도 7에 도시된 바와 같이 움직이게 된다.
도 12는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 안테나의 구조를 도시한 도면이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 12의 안테나에서의 위상 가변 과정을 도시한 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 실시예의 안테나는 제 1 피딩 소자(1200), 제 2 피딩 소자(1202), 길이 가변부(1300) 및 샤프트(1302)를 포함한다.
제 1 피딩 소자(1200)는 제 1 기판(1210) 및 적어도 하나의 제 1 도전 패턴(1214)을 포함한다.
제 1 도전 패턴들(1214)은 제 1 기판(1210) 위에 일정 규칙을 가지고 배열되며, 제 3 패턴들(1218)을 통하여 복사 소자들(1220)에 연결된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 도전 패턴들(1214)은 각기 역"U"자 형상을 가질 수 있다.
제 2 피딩 소자(1202)는 제 2 기판(1212) 및 적어도 하나의 제 2 도전 패턴(1216)을 포함한다.
제 2 도전 패턴들(1216)은 제 2 기판(1212) 위에서 제 1 도전 패턴들(1214)에 대응하여 배열되며, 예를 들어 "U"자 형상을 가질 수 있다.
이러한 구조에서, 제 2 기판(1212)이 제 1 기판(1210) 위로 놓여지면, 도 13에 도시된 바와 같이 제 1 도전 패턴들(1214)이 제 2 도전 패턴들(1216)에 의해 전기적으로 연결된다. 물론, 제 1 도전 패턴들(1214)과 제 2 도전 패턴들(1216)은 직접 연결되지는 않고 커플링(Coupling) 방식을 통하여 연결된다.
이어서, 제 1 기판(1210) 또는 제 2 기판(1212)이 움직이면, 제 1 도전 패턴(1214)과 제 2 도전 패턴(1216)이 겹쳐지는 부분의 길이가 달라진다. 이 경우, 제일 좌측으로부터 전력이 입력된다고 가정하면, 도전 패턴들(1214 및 1216)이 겹쳐지는 부분의 길이가 가변됨에 따라 복사 소자들(1220)까지의 전기적 길이가 변화된다. 즉, 복사 소자들(1220)로 전송되는 RF 신호들의 위상기 가변되게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 기판(1210)이 고정된 상태로 제 2 기판(1212)이 움직인다고 가정하면, 제 2 기판(1212)에 길이 가변부(1300)가 샤프트(1302)를 통하여 연결될 수 있다. 따라서, 길이 가변부(1300)의 길이가 가변되면 변화된 길이만큼 제 2 기판(1212)이 움직이게 되며, 그 결과 RF 신호들의 위상이 가변된다.
도 1 내지 도 13을 참조하여 요약하면, 본 발명은 길이 가변부 및 운동 변환부를 이용하여 피딩 소자의 피딩 가변부 또는 기판을 움직이며, 그 결과 상기 피딩 소자로부터 복사 소자들로 전송되는 RF 신호들의 위상이 가변되어 상기 안테나의 경사각이 조정될 수 있다.
따라서, 고가 모터를 사용한 종래의 안테나에 비하여, 상기 안테나의 구조가 간단하여질뿐만 아니라 제조 단가 또한 감소할 수 있다.
도 6 내지 도 13의 안테나에서 하나의 길이 가변부만을 사용하였으나, 도 1 내지 도 5의 구조가 상기 안테나에 모두 적용될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 안테나에 있어서,
    피딩 가변부를 가지는 피딩 소자;
    상기 피딩 소자와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 복사 소자; 및
    외부 자극에 따라 그의 길이가 변화되는 적어도 하나의 길이 가변부를 가지는 피딩 제어 장치를 포함하되,
    상기 피딩 소자의 피딩 가변부는 상기 길이 가변부의 길이 변화에 응답하여 움직이며, 상기 피딩 가변부의 움직임에 따라 상기 복사 소자로부터 출력되는 빔의 경사각이 가변되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 길이 가변부는 폴리머 액츄에이터로서,
    전기 활성 폴리머로 이루어진 폴리머부; 및
    상기 폴리머부의 양면 위에 배열된 전극들을 포함하되,
    상기 전극들에 소정 전원을 인가함에 의해 상기 길이 가변부의 길이가 변화되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 피딩 제어 장치는 복수의 길이 가변부들을 포함하되,
    상기 길이 가변부들 중 제 1 길이 가변부는 제 1 전원 회로에 의해 제어되고, 상기 길이 가변부들 중 제 2 길이 가변부는 제 2 전원 회로에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 길이 가변부는,
    전기 활성 폴리머로 이루어진 폴리머부;
    상기 폴리머부의 양면의 일부 위에 쌍으로서 배열된 제 1 전극들; 및
    상기 폴리머부의 양면의 다른 일부 위에 쌍으로서 배열된 제 2 전극들을 포함하되,
    상기 제 1 전극들 및 상기 제 2 전극들은 별도의 전원 회로에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 피딩 제어 장치는 제 1 길이 가변부 및 제 2 길이 가변부를 포함하되,
    상기 길이 가변부들은 상기 피딩 가변부를 기준으로 대칭적으로 배열되고, 상기 제 1 길이 가변부는 상기 피딩 가변부를 반시계 방향으로 움직이도록 제어하며, 상기 제 2 길이 가변부는 상기 피딩 가변부를 시계 방향으로 움직이도록 제어하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 피딩 소자는 페이즈 쉬프터로서,
    기판; 및
    상기 기판 위에 배열된 도전 선로를 더 포함하되,
    상기 피딩 가변부는 상기 경사각 조정시 상기 도전 선로를 따라서 움직이며,
    상기 피딩 제어 장치는,
    가이드;
    상기 가이드 상에서 움직이며, 상기 길이 가변부와 결합된 이송 부재; 및
    상기 길이 가변부와 상기 이송 부재를 연결시키는 샤프트를 더 포함하되,
    상기 길이 가변부의 길이 변화시 상기 이송 부재가 상기 가이드 상에서 이동하며, 상기 가이드의 이동에 따라 상기 피딩 가변부가 상기 도전 선로를 따라서 움직이는 것을 특징으로 하는 안테나.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 피딩 소자는 페이즈 쉬프터로서,
    반사판의 일면 위에 배열된 기판;
    상기 기판 위에 배열된 도전 선로;
    중심축; 및
    상기 반사판의 타면 위에서 상기 중심축과 결합된 기어 휠을 더 포함하되,
    상기 피딩 가변부는 상기 중심축에 결합된 상태로 하여 상기 도전 선로 방향으로 길이 연장되고, 상기 중심축의 회전에 응답하여 상기 도전 선로를 따라서 움직이며,
    상기 피딩 제어 장치는,
    직선 운동을 회전 운동으로 변환시키며, 상기 길이 가변부와 연결되는 운동 변환부; 및
    상기 운동 변환부와 상기 기어 휠을 결합시키는 샤프트를 더 포함하되,
    상기 운동 변환부는 상기 길이 가변부의 길이 변화에 응답하여 상기 샤프트를 회전시키며, 상기 샤프트의 회전에 따라 상기 중심축을 통하여 상기 피딩 가변부가 상기 도전 선로를 따라서 움직이는 것을 특징으로 하는 안테나.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 피딩 소자는 페이즈 쉬프터로서,
    기판; 및
    상기 기판 위에 배열된 도전 선로를 더 포함하되,
    상기 피딩 가변부는 상기 도전 선로를 따라서 움직이고, 상기 피딩 가변부의 종단에는 제 1 나사산이 형성되며,
    상기 피딩 제어 장치는,
    직선 운동을 회전 운동으로 변환시키며, 상기 길이 가변부와 연결되는 운동 변환부; 및
    상기 운동 변환부와 결합되고, 그의 일부분에 제 2 나사산이 형성되어 상기 제 1 나사산과 맞물리는 샤프트를 더 포함하되,
    상기 운동 변환부는 상기 길이 가변부의 길이 변화에 응답하여 상기 샤프트를 회전시키며, 상기 샤프트의 회전에 따라 상기 피딩 가변부가 상기 도전 선로를 따라서 움직이는 것을 특징으로 하는 안테나.
  9. 안테나에 있어서,
    피딩 소자; 및
    외부 자극에 따라 그의 길이가 변화되는 적어도 하나의 길이 가변부를 가지는 피딩 제어 장치를 포함하고,
    상기 피딩 소자는,
    제 1 기판;
    상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴;
    상기 제 1 기판으로부터 이격되어 위치하는 제 2 기판; 및
    상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함하되,
    상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴은 겹쳐지고, 상기 제 2 기판은 상기 피딩 제어 장치의 길이 가변부와 연결되며, 상기 길이 가변부의 길이 변화시 상기 제 2 기판이 움직이고, 상기 제 2 기판의 움직임에 따라 상기 패턴들 중 겹쳐지는 부분의 전기적 길이가 가변되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 길이 가변부는 폴리머 액츄에이터로서,
    전기 활성 폴리머로 이루어진 폴리머부; 및
    상기 폴리머부의 양면 위에 배열된 전극들을 포함하되,
    상기 전극들에 소정 전압을 인가함에 의해 상기 길이 가변부의 길이가 변화되고, 상기 제 1 패턴은 역'U'자 형상을 가지며, 상기 제 2 패턴은 'U'자형 형상을 가지고, 상기 제 1 패턴의 우측 부분과 상기 제 2 패턴의 좌측 부분이 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 안테나.
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