KR101127897B1 - 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명의 안테나는 안테나 내부에 다중 급전부와 선로 개폐기를 구비하여 급전부와 개폐기의 조절을 통해 신호의 송수신을 수행함으로써 별도의 스캔과정 없이도 안테나의 1차원 개구면 및 2차원 개구면의 합성이 가능하다.

Description

안테나{ANTENNA}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 1차원 개구면과 2차원 개구면을 용이하게 형성할 수 있는 안테나에 관한 것이다.

초광대역 시스템은 2002년 미국 연방 통신 위원회(Federal Communications Commission; FCC)에 의해, 기존의 협대역 시스템이나 W-CDMA와 같은 광대역 시스템과 구분되어 중심주파수의 25% 이상의 점유 대역폭을 차지하는 시스템이라고 정의되었다.

이러한 초광대역 시스템은 낮은 중심주파수를 사용함으로써 매질에 대한 높은 침투성을 확보할 수 있고, 넓은 주파수 대역을 사용함으로써 높은 종방향 해상도를 얻을 수 있어 영상 침투 레이더 시스템에 응용이 가능하다.

표적을 영상화하기 위한 초광대역 레이더 시스템은 일반적으로 안테나를 스캔하여 레이더 개구면으로 합성함으로써 구현된다.

따라서 이와 같은 방식은 사용자에게 있어서 신호의 동일한 송수신 작업을 반복적으로 수행해야 하는 한계를 가지고 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안테나 배열을 사용할 수가 있는데 다이폴 안테나의 경우에서는 배열을 구성하였을 때, 배열 방향에 있어서 개구면 합성을 위한 적절한 급전간격을 이룰 수 있는 반면, 배열과 수직인 방향에서는 다이폴의 길이 이상으로 급전이 이격되어 이루어져야 하므로 적절한 개구면 합성이 어려운 문제점이 있다.

따라서 이러한 문제점을 극복할 수 있는 안테나 구조 설계에 관한 연구가 필요한 실정이다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 안출된 것으로서, 별도의 스캔과정이 없이 안테나의 1차원 개구면 또는 2차원 개구면을 합성할 수 있는 안테나를 제공한다.

본 발명의 일 특징에 따른 안테나는, 도체에 형성되는 제1슬롯과, 상기 제1슬롯과 인접하여 형성되는 제2슬롯과, 상기 제1슬롯 및 상기 제2슬롯의 일측에 전기를 투입하도록 이루어지는 급전선로와, 상기 제1슬롯 및 상기 제2슬롯의 일측과 상기 급전선로를 연결하고 개폐 가능하도록 이루어지는 급전부 개폐기와, 상기 제1슬롯의 다른 일측과 상기 급전선로를 연결하고 개폐가능하도록 이루어지는 제1선로 개폐기 및 상기 제2슬롯의 다른 일측과 상기 급전선로를 연결하고 개폐가능하도록 이루어지는 제2선로 개폐기를 포함하여 이루어진다.

상기 안테나는, 상기 급전선로가 코플레너 웨이브 가이드로 이루어질 수 있다.

상기 안테나는, 상기 급전선로가 리드선으로 이루어질 수 있다.

상기 안테나는, 상기 급전부 개폐기 및 상기 선로 개폐기가, 핀 다이오드, 전기기계 시스템, 전계효과 트랜지스터 스위치 중의 어느 하나일 수 있다.

상기 안테나는, 상기 도체에 상기 슬롯의 길이방향을 따라 복수의 저항이 형성되고 상기 저항은 상기 슬롯을 사이에 두고 마주보도록 형성될 수 있다.

상기 안테나에 형성되는 저항은 서로 동일한 저항값을 가질 수 있다.

상기 안테나에 형성되는 저항은 서로 다른 저항값을 가질 수 있다.

상기 안테나는, 1차원 개구면의 합성이 가능하도록 상기 도체상에 일렬로 형성될 수 있다.

상기 안테나는, 2차원 개구면의 합성이 가능하도록 상기 도체의 평면상에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 안테나 제어방법은, 복수의 슬롯과, 상기 슬롯에 급전하기 위한 급전선로와, 상기 슬롯과 상기 급전선로를 연결하거나 연결을 차단하는 급전부 개폐기 및 상기 슬롯의 급전선로와 접지부를 연결하거나 연결을 차단하는 선로 개폐기를 구비하는 안테나를 제어하는 방법으로서, 급전하는 급전선로와 연결된 급전부 개폐기는 닫고 급전하지 않는 급전선로와 연결된 급전부 개폐기는 여는 급전부 개폐기 개폐단계와, 급전하는 급전선로와 연결된 선로 개폐기는 열고 급전하지 않는 급전선로와 연결된 선로 개폐기 중 급전선로와 상대적으로 가까운 선로 개폐기는 닫고 급전선로와 상대적으로 먼 선로 개폐기는 여는 선로 개폐기 개폐단계 및 급전하는 급전선로에 전기를 공급하는 급전단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 안테나에 따르면, 급전부를 다중화하는 것이 가능함으로써 급전점을 순차적으로 바꿔가며 신호를 인가하여 1차원 개구면을 합성할 수 있다.

또한 하나의 안테나로 비대역폭 25% 이상의 넓은 대역의 신호를 스위칭을 통해 급전점을 이동시켜가며 송수신함으로써 1차원 개구면을 합성할 수 있다.

또한 상기 안테나를 배열화함으로써 장점을 극대화할 수 있으며, 이를 통해 별도의 스캔 과정 없이 2차원 개구면을 합성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에 급전이 이루어질 때 안테나의 동작을 나타내는 개념도.
도 3은 도 2의 안테나의 작동을 도시한 순서도.
도 4는 도 2와 대응되는 슬롯 안테나를 나타내는 도면.
도 5는 도 2와 도 4의 안테나의 반사손실을 비교한 도면.
도 6은 도 2와 도 4의 안테나의 E면의 복사 패턴을 2 GHz 주파수에서 20dB 비율로 나타낸 가상실험의 결과를 나타내는 그래프.
도 7은 도 1의 안테나를 평면상에 복수 배치하여 2차원 개구면을 합성하는 것을 나타내는 도면으로서, 도 7a는 평면도이고 도 7b는 작동도.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예 따른 안테나를 나타내는 도면으로서 도 1a는 안테나의 전체 구조를 나타내고 도 1b는 도 1a의 A부분을 확대한 확대도이다.

도 1a를 참조하면, 본 실시예의 안테나(10)는 슬롯(11,12,13,14)과, 안테나(10)에 급전을 하기 위한 급전선로(21,22,23)와, 상기 슬롯(11,12,13,14)과 상기 급전선로(21,22,23)를 연결하거나 연결을 차단하는 급전부 개폐기(31,32,33) 및 상기 급전선로(21,22,23)와 접지부(51,52,53,54)를 연결하거나 연결을 차단하는 선로 개폐기(41,42,43,44,45,46)를 포함하여 이루어진다.

또한 도 1a에는 슬롯(11,12,13,14)이 4개로 구성된 안테나(10)를 나타내었으나 슬롯(11,12,13,14)의 갯수는 변경이 가능하다.

도 1b를 참조하면, 도체(1)에 제1슬롯(11) 및 상기 제1슬롯(11)과 인접하여 제2슬롯(12)이 형성되고, 상기 제1슬롯(11) 및 상기 제2슬롯(12)의 일측에 전기를 투입하도록 제1급전선로(21)가 형성된다.

또한 상기 제1슬롯(11) 및 상기 제2슬롯(12)의 일측과 상기 제1급전선로(21)를 연결하고 개폐 가능하도록 제1 급전부 개폐기(31)가 구비된다.

이 때 상기 제1급전선로(21)는 코플레너 웨이브 가이드로 이루어진다. 상기 코플레너 웨이브 가이드는 양측의 그라운드 부분(51,52)과 일정한 갭을 두고 가운데의 중심선로로 이루어지는 전송선로이다.

상기 그라운드 부분(51,52)과 코플레너 웨이브 가이드는 구리 등의 도체로 이루어진다.

상술한 설명에서 제1급전선로(21)는 코플레너 웨이브 가이드로 이루어지는 것으로 설명하였으나 리드선을 이용하여 급전선로를 구성하여도 무방하다.

또한 상기 제1슬롯(11)의 다른 일측과 상기 급전선로를 연결하고 개폐가능하도록 이루어지는 제1 선로 개폐기(41)와 상기 제2슬롯(12)의 다른 일측과 상기 급전선로를 연결하고 개폐가능하도록 이루어지는 제2 선로 개폐기(42)가 구비된다.

도 1b에 도시된 바와 같은 안테나(10) 구조가 도체(1) 상에 일렬로 형성됨으로써 도 1a와 같은 안테나(10) 구조를 가지고 이에 따라 1차원 개구면의 합성이 가능하다.

상기 도체(1)의 슬롯(11,12,13,14) 주위에는 상기 슬롯(11,12,13,14)의 길이방향을 따라 복수의 저항(50)이 형성되고 상기 저항(50)은 상기 슬롯(11,12,13,14)을 사이에 두고 마주보도록 형성될 수 있다. 상기 저항(50)은 도체에 이산적인 저항소자를 장착함으로써 이루어질 수 있다.

상기 저항(50)은 소정의 저항값을 가지며 이와 같이 안테나(10)에 저항(50)이 형성되는 것을 저항이 장하되었다고 말한다.

상기와 같이 저항(50)이 장하된 안테나(10)는 슬롯(11,12,13,14) 내부의 특정 지점(슬롯 끝단)에서 발생하는 반사를 제거하는 역할을 한다. 또한 넓은 대역폭을 확보하고 방사패턴의 대칭성을 이룰 수 있다.

상세하게 설명하면 이와 같이 장하된 저항(50)에 의해 상기 안테나(10)는 넓은 주파수 대역을 확보하며 공진 없이 동작하게 된다. 공진에 의해 발생하는 안테나(10) 내부의 2차, 3차 반사파는 수신하고자 하는 목표 신호의 판별에 악영향을 줄 수 있으므로 저항(50)의 장하에 의해 안테나(10) 내부에서 진행파를 유도할 수 있다.

이와 같이 저항(50)이 장하되면, 인가된 신호의 전력이 장하된 저항(50)에 의해 상당부분 소진되므로 표면전류가 낮아지고, 안테나(10)에서 인접한 슬롯(11,12,13,14)으로 넘어가는 전류를 효과적으로 줄일 수 있으며 방사패턴의 대칭성을 이룰 수 있다.

이와 같이 안테나(10)에 장하되는 저항(50)은 그 저항값을 일정한 프로파일에 근거하여 결정할 수 있고 예를 들어 WK 프로파일(Wu-King profile)을 사용하여 결정할 수 있다.

상기 WK 프로파일은 저항값을 안테나 내부의 임의지점에 대한 함수식으로 나타낸 것이다. 이 때 안테나 내부의 임의지점에 대해 각각 다른 저항값으로 저항(50)을 장하할 수도 있고, 이와는 별도로 단일한 저항값으로 저항(50)을 장하할 수도 있다.

이는 상기 슬롯(11,12,13,14) 주위에 형성된 저항(50)의 저항값을 동일하게 하거나 다르게 함으로써 구현할 수 있다.

슬롯(11,12,13,14) 주위에 형성된 저항(50)의 저항값이 동일한 경우나 다른 경우 모두 안테나(10)는 넓은 대역폭을 확보하고, 안테나(10) 끝단에서의 두드러진 반사파를 없앨 수 있다.

다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 작동에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에 급전이 이루어질 때 안테나의 동작을 나타내는 개념도이고, 도 3은 상기 안테나의 작동을 도시한 순서도이다.

도면을 참조하면 도시된 안테나는 3개의 슬롯(11,12,13)으로 구성된다. 이는 도 1의 안테나 구조에 있어서 제4슬롯(14)을 제외하고 제1슬롯(11), 제2슬롯(12) 및 제3슬롯(13)으로 이루어진 안테나에 대응하는 구조이다.

먼저 급전하고자 하는 부분의 상기 급전부 개폐기는 닫고 급전하지 않는 부분의 상기 급전부 개폐기는 연다(S301).

예를 들어, 제1 급전선로(21)에서 안테나(10)의 급전이 이루어질 때, 제1 급전부 개폐기(31)를 닫고, 제2 급전부 개폐기(32)를 연다.

이 때 급전하지 않는 제2 급전선로(22)는 50옴으로 매칭시켜 놓는 것이 바람직하다. 이에 따라 출력과 손실이 적절히 조화된 안테나를 구현할 수 있다.

다음으로 급전하고자 하는 부분의 선로 개폐기는 모두 열고, 급전하지 않는 부분에서의 상기 선로 개폐기 중 급전부와 상대적으로 가까운 선로 개폐기는 닫고 급전부와 상대적으로 먼 선로 개폐기는 열린 상태로 조정한다(S302).

예를 들어, 제1 급전선로(21)에서 급전이 이루어질 때, 급전하고자 하는 부분의 제1 선로개폐기(41) 및 제2 선로개폐기(42)는 모두 열고 급전하지 않는 부분에서의 선로 개폐기 중 급전부와 상대적으로 가까운 제3 선로개폐기(43)는 닫고 급전부와 상대적으로 먼 제4 선로개폐기(44)는 열린 상태로 조정한다.

이와 같이 선로 개폐기의 여닫음을 설정하는 것은 각각의 급전의 경우에 대해 발생할 수 있는 방사패턴의 변화를 최소화하기 위한 것으로서 각각의 급전의 경우에 대해 안테나의 방사패턴이 도 4와 같은 1포트 슬롯 안테나의 방사패턴과 최대한 비슷하게 나오도록 하기 위해서이다.

이와 같은 조정상태를 나타낸 개념도가 도 2이다.

급전부 개폐기나 선로 개폐기가 닫혀 있는 상태는 선로가 이어진 상태로 표시되고 급전부 개폐기나 선로 개폐기가 열려 있는 상태는 선로가 끊긴 상태로 표시된다.

다음으로 급전하고자 하는 부분의 급전선로에 전기를 공급한다(S303). 이에 따라 제1 급전선로(21)에 전기가 공급되면, 제1 슬롯(11)과 제2 슬롯(12)이 안테나(10)로 동작하며 이는 도 4와 같이 슬롯(61,62)과 급전선로(71)를 구비하는 안테나의 동작과 유사하다.

또한 급전선을 변경하는 경우에는 상기와 같은 방법으로 급전부 개폐기와 선로 개폐기를 조작하여 제2 슬롯(12)과 제3 슬롯(13)이 안테나로 동작하게 하는 것이 가능하다.

도 5는 상기 도 2와 도 4의 안테나의 반사손실을 나타낸 가상실험 결과이다.

가상 실험 결과에 따르면 도 4의 슬롯 안테나와 본 실시예의 안테나는 각각 2.05 GHz, 2.15 GHz 의 주파수에서 공진을 나타내며 6 dB 대역폭은 각각 560 MHz, 740 MHz 를 가지므로 큰 차이가 없음을 알 수 있다.

도 6은 상기 도 2와 도 4의 안테나의 E면(E-plane)의 복사 패턴을 2 GHz 주파수에서 20 dB 비율로 나타낸 가상실험 결과이다.

가상 실험 결과에 따르면 상기 두 가지 구조 모두 앙각에 대해 전방향적 복사 패턴을 유사하게 나타내고 있으며 이를 통해 단일하게 구성한 본 실시예의 안테나 내부에서 개폐기를 통해 급전부를 가변시켜도 도 4의 슬롯 안테나의 성능과 별 차이 없이 초광대역 신호를 복사하여 1차원 개구면을 합성할 수 있음을 확인할 수 있다.

도 7은 도 1에 도시된 안테나를 이용한 어레이 안테나를 나타내는 평면도로서, 도 1에 도시된 안테나(10')가 평면상에 형성되어 이루어진다. 상기와 같은 어레이 안테나를 사용하여 별도의 스캔과정 없이도 안테나의 2차원 개구면을 합성할 수 있고 레이더 시스템에 유리하게 사용할 수 있다.

이에 따라 별도의 스캔과정이 없이 안테나의 1차원 개구면 또는 2차원 개구면을 합성할 수 있는 안테나를 구현하는 것이 가능하다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

1. 도체에 형성되는 제1슬롯;
   상기 제1슬롯과 인접하여 형성되는 제2슬롯;
   상기 제1슬롯 및 상기 제2슬롯의 일측에 전기를 투입하도록 이루어지는 급전선로;
   상기 제1슬롯 및 상기 제2슬롯의 일측과 상기 급전선로를 연결하고 개폐 가능하도록 이루어지는 급전부 개폐기;
   상기 제1슬롯의 다른 일측과 상기 급전선로를 연결하고 개폐가능하도록 이루어지는 제1선로 개폐기 및
   상기 제2슬롯의 다른 일측과 상기 급전선로를 연결하고 개폐가능하도록 이루어지는 제2선로 개폐기
   를 포함하는 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 급전선로는 코플레너 웨이브 가이드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나.
3. 제1항에 있어서,
   상기 급전선로는 리드선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 안테나.
4. 제1항에 있어서,
   상기 급전부 개폐기 및 상기 선로 개폐기는 핀 다이오드, 전기기계 시스템, 전계효과 트랜지스터 스위치 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 안테나.
5. 제1항에 있어서,
   상기 도체에는 상기 슬롯의 길이방향을 따라 복수의 저항이 형성되고, 상기 저항은 상기 슬롯을 사이에 두고 마주보도록 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나.
6. 제5항에 있어서,
   상기 저항은 동일한 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 안테나.
7. 제5항에 있어서,
   상기 저항은 다른 저항값을 가지는 것을 특징으로 하는 안테나.
8. 제1항의 안테나가 1차원 개구면의 합성이 가능하도록 도체상에 일렬로 형성되는 안테나.
9. 제1항의 안테나가 2차원 개구면의 합성이 가능하도록 도체의 평면상에 형성되는 안테나.
10. 복수의 슬롯과, 상기 슬롯에 급전하기 위한 급전선로와, 상기 슬롯과 상기 급전선로를 연결하거나 연결을 차단하는 급전부 개폐기 및 상기 슬롯의 급전선로와 접지부를 연결하거나 연결을 차단하는 선로 개폐기를 구비하는 안테나를 제어하는 방법으로서,
    급전하는 급전선로와 연결된 급전부 개폐기는 닫고 급전하지 않는 급전선로와 연결된 급전부 개폐기는 여는 급전부 개폐기 개폐단계;
    급전하는 급전선로와 연결된 선로 개폐기는 열고 급전하지 않는 급전선로와 연결된 선로 개폐기 중 급전선로와 상대적으로 가까운 선로 개폐기는 닫고 급전선로와 상대적으로 먼 선로 개폐기는 여는 선로 개폐기 개폐단계 및
    급전하는 급전선로에 전기를 공급하는 급전단계
    를 포함하는 안테나 제어방법.

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