KR101191819B1 - Reflector and reflectarray antenna - Google Patents

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KR101191819B1
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최학근
김선혜
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단국대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A reflection plate and a reflection array antenna are provided to simply a manufacturing process by forming planar unit devices. CONSTITUTION: A unit device(100) is manufactured by using a microstrip substrate. The length of one side of the unit device is 12 mm. The unit device includes a hexagonal patch(110) which is divided into four parts by a cross slot. A conductor is formed on one side of the substrate. The unit device is formed on the other side of the substrate.

Description

반사판 및 리플렉트어레이 안테나{REFLECTOR AND REFLECTARRAY ANTENNA}Reflector and Reflective Array Antennas {REFLECTOR AND REFLECTARRAY ANTENNA}

본 명세서에 개시된 기술은 반사판 및 리플렉트어레이 안테나에 관한 것이다.The technology disclosed herein relates to a reflector and a reflective array antenna.

리플렉트어레이 안테나는 전자기파를 송수신하는 피드혼과 전자기파를 반사하는 역할을 수행하는 리플렉트어레이 등으로 구성될 수 있다. 피드혼에서 전자기파가 송신되면, 송신된 전자기파는 리플렉트어레이에서 반사된다. 반대로, 리플렉트어레이에서 반사된 전자기파는 피드혼에서 수신한다. 이러한 종래의 리플렉트어레이 안테나는 3~6%의 매우 좁은 대역폭을 가지고 있다. 대역폭을 넓히기 위해, 다층(Multi-Layer) 구조를 사용할 경우 제품의 제작 단가가 높아지는 단점이 있다.The reflector array antenna may include a feed horn for transmitting and receiving electromagnetic waves and a reflector array for reflecting electromagnetic waves. When electromagnetic waves are transmitted in the feed horn, the transmitted electromagnetic waves are reflected in the reflect array. In contrast, electromagnetic waves reflected from the reflector array are received at the feed horn. This conventional reflector array antenna has a very narrow bandwidth of 3 to 6%. In order to increase the bandwidth, there is a disadvantage in that the manufacturing cost of the product increases when using a multi-layer structure.

마이크로스트립 안테나는 평면 안테나의 하나로서, 기판의 양면에 접착한 도체판 중 한쪽의 도체판을 스트립(얇은 강판)으로 한 것으로, 이 스트립을 마이크로스트립 선로라고 한다. 이 스트립을 인쇄판으로 제작하여 미세 구조로 할 수 있다. 마이크로스트립 안테나는 인쇄기판으로 제작하기 때문에 대량 생산에 적합하며, 평면상으로 되어 있어 견고하다.A microstrip antenna is one of the planar antennas, and one of the conductor plates bonded to both sides of the substrate is made of a strip (thin steel sheet), which is called a microstrip line. This strip can be made into a printing plate to have a fine structure. The microstrip antenna is suitable for mass production because it is made of printed board, and it is solid because it is flat.

개시된 기술이 이루고자 하는 기술적 과제는 반사판 및 리플렉트어레이 안테나를 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the disclosed technology is to provide a reflector and a reflective array antenna.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 기술은 기판; 십자형 슬롯을 갖고, 중심은 정사각형으로 연결된 형태의 정육각형 패치가 형성된 단위 소자; 및 상기 기판의 일면에 형성되는 도체를 포함하되, 상기 단위 소자는 상기 기판의 타면에 형성되며, 주기적으로 배열되는 반사판을 제공한다.The disclosed technology to solve the above technical problem is a substrate; A unit element having a cross slot and a center formed with a hexagonal patch of a square shape; And a conductor formed on one surface of the substrate, wherein the unit element is formed on the other surface of the substrate and provides a reflective plate periodically arranged.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 기술은 기판; 상기 기판의 일면에 형성되며, 전파를 반사하는 정육각형 패치가 형성된 단위 소자; 및 상기 기판의 타면에 형성되는 도체를 포함하되, 상기 단위 소자는 상기 기판의 일면에 주기적으로 배열되는 반사판; 및 상기 반사판으로부터 반사된 신호를 수신하거나, 상기 반사판으로 신호를 송신하는 피드 혼을 포함하는 리플렉트어레이 안테나를 제공한다.The disclosed technology to solve the above technical problem is a substrate; A unit device formed on one surface of the substrate and having a regular hexagonal patch reflecting radio waves; And a conductor formed on the other surface of the substrate, wherein the unit device comprises: a reflecting plate periodically arranged on one surface of the substrate; And a feed horn receiving a signal reflected from the reflector or transmitting a signal to the reflector.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시 예가 다음의 효과를 전부 포함해야 한다거나 다음의 효과만을 포함한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의해 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technique may have the following effects. However, since a specific embodiment does not mean to include all of the following effects or only the following effects, it should not be understood that the scope of the disclosed technology is limited thereto.

본 발명에 의한 반사판 및 리플렉트어레이 안테나는 마이크로스트립 기판을 이용하여 설계된 리플렉트어레이 안테나가 갖는 좁은 대역폭을 보완할 수 있는 장점이 있다. 본 발명에 의한 반사판 및 리플렉트어레이 안테나는 평면이므로 반사경 안테나에 비해 제작이 용이한 장점이 있다.Reflective plate and reflect array antenna according to the present invention has the advantage that can compensate for the narrow bandwidth of the reflect array antenna designed using a microstrip substrate. Reflector and reflector array antenna according to the present invention is flat, there is an advantage that it is easy to manufacture compared to the reflector antenna.

도 1은 정육각형 패치가 형성된 단위 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 반사판의 일부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 반사판을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 리플렉트어레이 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 리플렉트어레이 안테나의 복사패턴을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 리플렉트어레이 안테나의 이득을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 기판의 두께의 변화에 따른 단위 소자의 위상 범위 변화를 나타내는 도면이다.1 is a view for explaining a unit device in which a regular hexagonal patch is formed.
2 is a view for explaining a portion of a reflector according to an embodiment of the disclosed technology.
3 is a view for explaining a reflector according to an embodiment of the disclosed technology.
4 is a view for explaining a reflective array antenna according to an embodiment of the disclosed technology.
5 is a graph illustrating a radiation pattern of a reflect array antenna according to an embodiment of the disclosed technology.
6 is a graph illustrating a gain of a reflective array antenna according to an embodiment of the disclosed technology.
7 is a diagram illustrating a change in phase range of a unit device according to a change in thickness of a substrate.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. Embodiments of the present application will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the techniques disclosed in this application are not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. It should be understood, however, that the embodiments disclosed herein are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. “제1 ” 또는 “제2 ” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present application should be understood as follows. The terms " first " or " second " and the like are intended to distinguish one element from another and should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다”등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In addition, singular expressions should be understood to include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and the terms "comprise" or "having" include features, numbers, steps, operations, components, and parts described. Or combinations thereof, it is to be understood that they do not preclude the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Also, in performing a method or an operation method, each of the processes constituting the above method may occur in a different order than that described in the context without explicitly specifying a specific order in the context. That is, each process may occur in the same order as described, may be performed substantially concurrently, or may be performed in the opposite order.

도 1은 정육각형 패치가 형성된 단위 소자를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 단위 소자(100)는 정육각형 패치(110)를 포함한다. 정육각형 패치(110)는 십자형 슬롯이 형성되어 중심은 정사각형으로 연결된 형태일 수 있다. 십자형 슬롯에 의해 정육각형 패치(110)는 4부분으로 분할된다. 일 예로서, 단위 소자는 한 변의 길이(x)가 12mm인 정사각형이고, 정육각형 패치의 대각선 길이(l)는 3mm 내지 11mm 이며, 슬롯의 두께(w)는 정육각형 패치의 대각선의 길이(l)를 15로 나눈 값이고, 슬롯의 간격(g)은 정육각형 패치의 대각선의 길이(l)를 10으로 나눈 값일 수 있다. 단위 소자(100)를 구성하는 패치의 형태에 따라, 반사되는 전파의 주파수가 달라질 수 있다.1 is a view for explaining a unit device in which a regular hexagonal patch is formed. Referring to FIG. 1, the unit device 100 includes a regular hexagonal patch 110. Square hexagon patch 110 has a cross-shaped slot is formed in the center may be connected in a square shape. The crisscross slots divide the regular hexagonal patch 110 into four parts. As an example, the unit element is a square having a side length x of 12 mm, the diagonal length l of the regular hexagon patch is 3 mm to 11 mm, and the thickness w of the slot is the length of the diagonal length l of the regular hexagon patch. The interval g of the slot may be divided by 10 divided by the length l of the diagonal of the regular hexagon patch. According to the shape of the patch constituting the unit device 100, the frequency of the reflected radio wave may vary.

단위 소자(100)는 마이크로스트립 기판을 이용하여 제작될 수 있으며, 인쇄기판을 이용하여 정육각형 패치(110)를 형성하기 때문에 대량생산이 가능하며, 비용이 절감된다. 또한, 단위 소자(100)는 평면으로 제작되기 때문에 기존의 반사경 안테나보다 제작이 용이하고, 공정이 단순하다.The unit device 100 may be manufactured using a microstrip substrate, and since the regular hexagonal patch 110 is formed using a printed substrate, mass production is possible and cost is reduced. In addition, since the unit device 100 is manufactured in a plane, it is easier to manufacture than the conventional reflector antenna, and the process is simple.

도 2는 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 반사판의 일부를 나타내는 측면도이다. 도 2를 참조하면, 반사판(200)은 정육각형 패치(210)를 포함하는 단위 소자, 도체(220) 및 기판(230)을 포함한다. 도체(220)는 기판(230)의 일면에 형성되며, 기판(230)의 일면 전체에 형성된다. 정육각형 패치(210)는 기판(230)의 타면, 즉 도체(220)가 형성된 면과 반대 면에 형성된다. 정육각형 패치(210)는 십자형 슬롯이 형성되어 중심은 정사각형으로 연결된 형태일 수 있다. 기판(230)은 유전체일 수 있다.2 is a side view illustrating a portion of a reflector according to an embodiment of the disclosed technology. Referring to FIG. 2, the reflector 200 includes a unit device including a regular hexagonal patch 210, a conductor 220, and a substrate 230. The conductor 220 is formed on one surface of the substrate 230 and is formed on the entire surface of the substrate 230. The regular hexagonal patch 210 is formed on the other surface of the substrate 230, that is, the surface opposite to the surface on which the conductor 220 is formed. The regular hexagonal patch 210 has a cross slot, the center of which may be connected in a square shape. The substrate 230 may be a dielectric.

도 3은 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 반사판(300)을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 반사판(300)의 일면에는 단위 소자들이 주기적으로 배열된다. 단위 소자의 정육각형 패치는 반사판(300)의 중심에서의 거리에 따라, 다른 크기를 갖는다. 정육각형 패치의 크기가 반사판(300)의 중심에서의 거리에 따라 달라지는 것은 반사되는 전파의 경로차를 보정하기 위함이다. 즉, 피드혼에서 반사판으로 전파가 송신되는 경우, 반사판(300)의 중심으로부터 거리가 멀어질수록 반사되는 전파간 경로차가 커지게 되고 이러한 경로차를 보정하기 위해 정육각형 패치의 크기를 변화시켜 반사되는 전파의 위상을 보정한다.3 is a view for explaining a reflector 300 according to an embodiment of the disclosed technology. Referring to FIG. 3, unit elements are periodically arranged on one surface of the reflector plate 300. The regular hexagonal patches of the unit elements have different sizes depending on the distance from the center of the reflecting plate 300. The size of the regular hexagonal patch depends on the distance from the center of the reflector 300 to correct the path difference of the reflected radio waves. That is, when the radio wave is transmitted from the feed horn to the reflector, as the distance from the center of the reflector 300 increases, the path difference between the reflected waves increases, and the size of the regular hexagonal patch is reflected to correct the path difference. Correct the phase of radio waves.

도 4는 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 리플렉트어레이 안테나를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 리플렉트어레이 안테나(400)는 피드혼(410) 및 반사판(420)을 포함한다. 피드혼(410)은 전파를 송신하거나, 수신한다. 피드혼(410)은 반사판(420)의 반사소자(430)를 향하여 배치된다. 일 예로서, 피드혼(410)과 반사판(430) 사이의 거리는 71.3mm일 수 있다. 반사판(420)은 기판, 기판의 일면에 형성되며, 전파를 반사하는 정육각형 패치가 형성된 단위 소자(430) 및 기판의 타면에 형성되는 도체를 포함하되, 단위 소자(430)는 기판의 일면에 주기적으로 배열될 수 있다. 반사판(420)은 피드혼(410)으로부터 송신되는 전파를 반사하거나, 피드혼(410)으로 전파를 반사한다. 반사판(420)은 단위 소자(430)가 피드혼(410)을 향하도록 배치된다. 단위 소자(430)의 간격 또는 단위 소자(430)가 포함하는 패치의 형태에 따라 반사판(420)의 주파수 특성이 달라질 수 있다. 일 예로서, 반사판(420)은 한 변의 길이가 200mm인 정사각형일 수 있다.4 is a view for explaining a reflective array antenna according to an embodiment of the disclosed technology. Referring to FIG. 4, the reflective array antenna 400 includes a feed horn 410 and a reflecting plate 420. The feed horn 410 transmits or receives a radio wave. The feed horn 410 is disposed toward the reflecting element 430 of the reflecting plate 420. As an example, the distance between the feed horn 410 and the reflector 430 may be 71.3 mm. The reflector plate 420 is formed on a substrate, one surface of the substrate, and includes a unit element 430 having a regular hexagonal patch that reflects radio waves, and a conductor formed on the other surface of the substrate, wherein the unit element 430 is periodically formed on one surface of the substrate. Can be arranged. The reflector 420 reflects the radio wave transmitted from the feed horn 410 or reflects the radio wave to the feed horn 410. The reflective plate 420 is disposed so that the unit element 430 faces the feed horn 410. The frequency characteristic of the reflector 420 may vary according to the interval between the unit elements 430 or the shape of a patch included in the unit elements 430. As an example, the reflective plate 420 may be a square having a length of 200 mm.

도 5는 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 리플렉트어레이 안테나의 복사패턴을 설명하기 위한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 도 5의 그래프는 반사판의 한 변의 길이가 200mm이고, 반사판과 피드혼 사이의 거리는 71.3mm 이며, 도 1에서 예로서 설명된 단위 소자(100)를 사용한 경우, 리플렉트어레이 안테나의 복사패턴을 나타낸다. 상술한 조건을 갖는 리플렉트어레이 안테나는 12.5GHz에서 26.3dBi의 이득, 62.23%의 효율을 나타내며, E면의 사이드로브레벨은 -20dB, H면은 -26.6dB, 교차편파는 -22.16dB의 값을 나타낸다.5 is a graph illustrating a radiation pattern of a reflect array antenna according to an embodiment of the disclosed technology. Referring to FIG. 5, in the graph of FIG. 5, the length of one side of the reflector is 200 mm, the distance between the reflector and the feed horn is 71.3 mm, and when the unit element 100 described as an example in FIG. The radiation pattern of the antenna is shown. Reflective array antenna with the above mentioned condition shows gain of 26.3dBi, efficiency of 62.23% at 12.5GHz, side lobe level of E side is -20dB, H side is -26.6dB, cross polarization is -22.16dB Indicates.

도 6은 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 리플렉트어레이 안테나의 이득(Gain)을 설명하기 위한 그래프이다. 도 6을 참조하면, 도 6의 그래프는 도 5에서의 조건을 갖는 리플렉트어레이 안테나의 안테나 이득을 나타낸 그래프이다. 리플렉트어레이 안테나는 12.25GHz에서 13.6GHz까지 26dBi 이상의 이득을 나타내며, 16.8%의 1dB 이득 대역폭(gain bandwidth)를 갖는 것을 나타낸다.FIG. 6 is a graph illustrating gain of a reflective array antenna according to an embodiment of the disclosed technology. Referring to FIG. 6, the graph of FIG. 6 is a graph illustrating antenna gains of the reflective array antenna having the condition of FIG. 5. The reflectarray antenna has a gain of 26 dBi or more from 12.25 GHz to 13.6 GHz and has a 1 dB gain bandwidth of 16.8%.

개시된 기술의 일 실시 예에 따른 리플렉트어레이 안테나는 기존의 반사경 안테나와 대등한 60% 이상의 효율을 나타내며, 리플렉트어레이 안테나가 갖는 협대역 특성을 극복한다. 또한 곡면의 반사판을 사용한 반사경 안테나와 대등한 특성을 나타내어, 반사경 안테나를 대체하여 사용 가능하다.Reflective array antenna according to an embodiment of the disclosed technology exhibits an efficiency of 60% or more comparable to the conventional reflector antenna, and overcomes the narrowband characteristics of the reflector antenna. In addition, it exhibits the same characteristics as the reflector antenna using the curved reflector, and can be used as a substitute for the reflector antenna.

도 7은 기판의 두께의 변화에 따른 단위 소자의 위상 범위 변화를 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 기판의 두께(h)에 따라 단위 소자의 위상 범위가 변한다. 예를 들어 기판의 두께(h)가 0.78mm 인 경우, 단위 소자의 위상 범위는 약 150도에서 -200도 이며, 기판의 두께(h)가 3.18mm 인 경우, 단위 소자의 위상 범위는 약 40도에서 -350도 이다. 또한, 기판의 두께(h)에 따라 위상이 변하는 기울기도 달라진다. 기판의 두께(h)가 얇아질수록, 위상은 급격하게 변한다.7 is a diagram illustrating a change in phase range of a unit device according to a change in thickness of a substrate. Referring to FIG. 7, the phase range of the unit element changes according to the thickness h of the substrate. For example, when the thickness h of the substrate is 0.78 mm, the phase range of the unit element is about 150 to -200 degrees, and when the thickness h of the substrate is 3.18 mm, the phase range of the unit element is about 40 degrees. In the figure is -350 degrees. In addition, the inclination in which the phase changes according to the thickness h of the substrate also varies. As the thickness h of the substrate becomes thinner, the phase changes rapidly.

Claims (6)

기판;
십자형 슬롯을 갖고, 중심은 정사각형으로 연결된 형태의 정육각형 패치가 형성된 단위 소자; 및
상기 기판의 일면에 형성되는 도체를 포함하되,
상기 단위 소자는 상기 기판의 타면에 형성되며, 주기적으로 배열되는 반사판.Board;
A unit element having a cross slot and a center formed with a hexagonal patch of a square shape; And
Including a conductor formed on one surface of the substrate,
The unit device is formed on the other surface of the substrate, the reflector is arranged periodically. 제 1항에 있어서,
상기 반사판의 중심에서의 거리에 따라, 크기가 다른 상기 단위 소자들이 배치되는 반사판.The method of claim 1,
The reflector plate, the unit elements of different sizes are arranged in accordance with the distance from the center of the reflector. 제 1항에 있어서,
상기 단위 소자는 한 변의 길이가 12mm인 정사각형이고,
상기 정육각형 패치의 대각선 길이는 3mm 내지 11mm 이며,
상기 슬롯의 두께는 상기 대각선의 길이를 15로 나눈 값이고, 상기 슬롯의 간격은 상기 대각선의 길이를 10으로 나눈 값이며,
상기 기판의 두께는 3.18mm인 반사판.The method of claim 1,
The unit element is a square having a side length of 12mm,
Diagonal length of the regular hexagon patch is 3mm to 11mm,
The thickness of the slot is the length of the diagonal divided by 15, the interval of the slot is the length of the diagonal divided by 10,
The reflector of the substrate is 3.18mm thick. 제 3항에 있어서,
한 변의 길이가 200mm이고, 정사각형인 반사판.The method of claim 3, wherein
A reflector that is 200mm long and square. 제 4항에 있어서,
상기 반사판과 피드혼의 거리가 71.3mm인 반사판.The method of claim 4, wherein
A reflecting plate of 71.3mm distance between the reflecting plate and the feed horn. 기판; 상기 기판의 일면에 형성되며, 전파를 반사하는 정육각형 패치가 형성된 단위 소자; 및 상기 기판의 타면에 형성되는 도체를 포함하되, 상기 단위 소자는 상기 기판의 일면에 주기적으로 배열되는 반사판; 및
상기 반사판으로부터 반사된 신호를 수신하거나, 상기 반사판으로 신호를 송신하는 피드혼;
을 포함하는 리플렉트어레이 안테나.
Board; A unit device formed on one surface of the substrate and having a regular hexagonal patch reflecting radio waves; And a conductor formed on the other surface of the substrate, wherein the unit device comprises: a reflecting plate periodically arranged on one surface of the substrate; And
A feed horn receiving a signal reflected from the reflector or transmitting a signal to the reflector;
Reflective array antenna comprising a.
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