KR101208759B1 - 반도체소자 탐지기용 안테나 및 이를 포함한 반도체소자 탐지기 - Google Patents

반도체소자 탐지기용 안테나 및 이를 포함한 반도체소자 탐지기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 탐지기용 안테나 및 이를 포함하는 반도체 소자 탐지기에 관한 것으로서, 서로 다른 주파수에서 동작하는 2개 이상의 안테나 복사소자를 포함하며, 상기 각각의 안테나 복사소자는 공진 링 디스크(resonant ring disc)를 이용하며, 상기 각 공진 링 디스크의 크기는 서로 상이하며, 상기 각 공진 링 디스크는 동축상에 수직으로 상호 이격되게 적층 배치되는 안테나 복사 소자 모듈; 상기 안테나 복사 소자 모듈을 포함한 안테나 부품들이 수납되는 공간을 제공하는 안테나 케이스 모듈; 상기 각 안테나 복사소자에 전원을 분할 공급하여 원편파를 발생시키는 급전 분배 회로; 및 상기 급전 분배 회로에서 출력되는 신호를 상기 각 안테나 복사 소자에 인가하는 급전 모듈을 포함하는 반도체 소자 탐지기용 안테나 및 이를 포함하는 반도체 소자 탐지기가 제공된다.

Description

반도체소자 탐지기용 안테나 및 이를 포함한 반도체소자 탐지기 {Antenna for detecting semiconductor device and detector therewith}
본 발명은 반도체 소자 탐지기용 안테나 및 이를 포함한 반도체 소자 탐지기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 3개의 주파수에서 동작하기 위해 별도의 입출력단자를 가진 3개의 안테나 소자를 단일의 안테나 케이스에 통합 구성한 반도체 소자 탐지기용 안테나 및 이를 포함한 반도체 소자 탐지기에 관한 것이다.
최근 눈부신 전자기술의 발전으로 휴대폰, 녹음기, 도청기, 디지털 카메라, USB 및 반도체메모리카드 등이 초소형으로 개발되고 있다. 기밀탐지 또는 불법 기술정보 유출 등의 비합법적 또는 불순한 목적으로 휴대한 초소형 반도체전자소자 및 전자제품을 신뢰성 높게 탐지해내는 것은 쉬운 일이 아니다. 이에 따라 은닉되어있는 초소형 전자부품 및 전자기기들을 오경보율이 적으며 높은 탐지확률로 쉽게 탐지할 수 있는 초소형 전자소자 탐지기술과 탐지기가 개발되고 있다.
반도체소자 및 반도체소자가 내장된 전자기기를 탐지하는 기본원리는 탐지기 안테나를 통해 송출된 전파가 은닉되어 있는 반도체소자 또는 전자기기의 다이오드, 트랜지스터 등 반도체 접합부분(semiconductor junction)의 비선형 특성에 의해 반사될 때 극소량으로 방출되는 고조파(harmonic)성분을 안테나로 수신하여 증폭한 후 내장된 알고리즘을 통해 실시간 주파수 스펙트럼을 분석하여 전자부품의 유무 및 전자부품과 금속접합물(이종금속접합부)을 구분하는 하는 것이다. 즉, 반도체소자의 접합부 반사특성과 이종금속접합부의 반사특성이 상이한 점을 이용하여 전원공급 유무와 상관없이 은닉한 초소형 전자기기 또는 부품을 탐지해 내는 것이다.
반도체소자와 이종금속접합부(이하 금속접합물)의 접합부분의 서로 다른 비선형 특성으로 방사되는 고조파 성분이 약간 다르게 나타나는데 그 이유는 접합부분의 전압 변화에 따른 전류특성의 차이 때문에 생기게 되며, 도 1a 및 도 1b에는 비선형 접합된 반도체 및 금속접합물의 전압 대 전류 특성이 도시된다.
도 2는 반도체일 경우 반사되는 고조파 특성을 나타낸 도이며, 도 3은 금속접합물일 경우 반사되는 고조파 특성을 나타낸 도이다. 도 2 및 도 3을 살펴보면, 고주파를 은닉되어 있는 전자장비에 송신하면, 전자장비에 반사되어 되돌아오는데, 이때 수신되는 고조파가 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 반도체와 금속접합물이 서로 상이하게 나타난다.
송신된 고주파(F1)는 다이오드나 트랜지스터 등 반도체가 존재할 경우에 2차 고조파(F2 = 2XF1)성분을 가진 신호가 3차 고조파(F3 = 3XF1) 성분을 가진 신호에 비해 더 강하게 반사되며, 서로 다른 재질로 접합된 금속류나 부식된 금속접합물에서는 3차 고조파 신호가 2차 고조파 신호에 비해 더 강하게 반사된다. 이와 같은 특성을 이용하여 은닉된 반도체가 포함된 전자제품을 탐지할 수 있다.
도 4는 종래 기술에 따른 반도체소자 탐지기의 개략 구성도이다. 도 4를 참조하면, 종래 기술에 따른 반도체소자 탐지기는 스파이럴 안테나(10), 대역 통과 필터부(20), 송수신부(30), 탐지부(40), 주파수 합성부(50) 및 탐지식별파형 발생부(60)를 포함한다.
비선형 접합 반도체소자 탐지기의 동작원리에 의해 서로 다른 3개의 주파수(F1, F2, F3)는 고조파(harmonic) 관계에 있다. 즉, F2는 F1의 2배 주파수, F3는 F1의 3배 주파수 관계에 있다. F1은 송신 주파수 신호이고, F2와 F3는 수신 주파수 신호이다. 비선형 접합 반도체소자 탐지기는 주파수 합성부(50) 및 송신기(31)를 통하여 특정 신호로 변조된 F1 송신 주파수 신호가 스파이럴 안테나(10)를 통하여 송신되며, 비선형 접합 반도체소자에 반사되어 되돌아오는 F2 ,F3 수신 주파수를 수신한다.
스파이럴 안테나(10)는 F1에서 F2 및 F3에 이르는 넓은 범위의 연속된 주파수대역에서 원편파로 동작하기 때문에 비선형 접합 반도체소자 탐지기의 안테나로 용이하게 채택할 수 있다. 그러나, 전체 주파수 영역에서 원하는 특정한 선택적 주파수대역에서 방사특성이 우수하지 못하고 원편파의 질을 나타내는 축비(Axial Ratio)의 성능이 낮은 단점이 있다. 그리고, 스파이럴 안테나(10)는 스파이럴이 인쇄된 기판 양측으로 전파가 방사되기 때문에 안테나 패턴특성이 주파수에 따라 일정하지 않고 이득은 안테나 크기에 비해서 그리 크지 않다는 단점이 있다. 즉, 스파이럴 안테나는 비선형 접합 반도체소자 탐지기에서 요구하는 3개 주파수대역에서 복사 패턴의 유사성과 축대칭성이 부족하고 이득도 다른 안테나에 비해 작다는 문제점이 있다.
또한, 스파이럴 안테나(10)는 안테나 한 개로 송신과 수신을 겸하기 때문에 강한 송신출력이 수신입력단에 그대로 물려있어 수신기 입력단에 위치한 저잡음증폭기(LNA)의 보호대책이 필요하다. 이를 위하여, 각 채널마다 자기 주파수대역을 잘 통과시키고 인접주파수대역은 철저히 차단하는 성능이 우수한 대역통과필터(BPF)를 삽입해하는데, 이러한 대역통과필터는 삽입 손실 증가와 부피, 무게 및 가격 상승을 초래한다. 그리고, 스파이럴 안테나(10)의 광대역 동작은 비선형 접합 반도체소자 탐지기가 외부의 전파환경에 영향을 많이 받게 되어 고감도 수신기를 실현하는데 제한을 주게 된다.
비선형 접합 반도체소자 탐지기용 안테나가 일반적인 안테나(통신용 안테나 또는 레이다 안테나)와 비교하여 크게 다른 점이 있다. 통상적인 안테나는 안테나에서 멀리 떨어진 원거리 복사패턴(far field radiation pattern)을 중요시하는 반면 피탐지물체가 안테나에 가까운 곳에 위치하게 되는 비선형 접합 반도체소자 탐지기는 안테나 개구면 가까이의 근접계분포(near field distribution)가 더 중요하다. 또한, 탐지시에는 안테나 방사면 앞 가까이에 벽이나 바닥 등 큰 물체가 근접하여 전파의 방사를 가로막게 된다. 이 때 안테나 앞에 근접한 물체의 크기와 종류 및 거리에 따라 안테나 입출력단의 정합은 크게 변한다. 따라서, 비선형 접합 반도체소자 탐지기용 안테나는 앞에 물체가 없을 때의 일반적인 안테나에서 요구하는 좋은 임피단스 정합(VSWR)이란 것이 의미가 없게 되어 우선순위에 두지 않게 된다. 그러나 안테나로서의 역할을 잘 하느냐의 좋은 척도가 입출력단의 정합(VSWR)이므로 이를 무시해서는 안된다.
위와 같은 다양한 요구 때문에 기존의 스파이럴 안테나의 광대역 특성에만 의존해서는 앞서 기술한 이상적인 안테나의 요구조건을 만족하지 못하는 부분이 생기게 된다.
따라서, 근본적으로 다른 기술적 접근을 시도해야 할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체소자 탐지기의 고감도를 구현하기 위하여, 서로 다른 3개의 주파수에서 동작하며 대역선택특성을 가지고 원편파로 동작하며, 단일의 케이스에 통합 구성되면서도 3개의 안테나가 서로 동작을 방해하지 않는 반도체소자 탐지기용 안테나 및 이를 포함한 반도체소자 탐지기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 서로 다른 주파수에서 동작하는 2개 이상의 안테나 복사소자를 포함하며, 상기 각각의 안테나 복사소자는 공진 링 디스크(resonant ring disc)를 이용하며, 상기 각 공진 링 디스크의 크기는 서로 상이하며, 상기 각 공진 링 디스크는 동축상에 수직으로 상호 이격되게 적층 배치되는 안테나 복사 소자 모듈; 상기 안테나 복사 소자 모듈을 포함한 안테나 부품들이 수납되는 공간을 제공하는 안테나 케이스 모듈; 상기 각 안테나 복사소자에 전원을 분할 공급하여 원편파를 발생시키는 급전 분배 회로; 및 상기 급전 분배 회로에서 출력되는 신호를 상기 각 안테나 복사 소자에 인가하는 급전 모듈을 포함하는 반도체 소자 탐지기용 안테나가 제공된다.
상기 안테나 복사 소자 모듈은 직경이 가장 큰 제1 공진 링 디스크를 이용하며, 최하단에 배치되는 제1 안테나 복사소자; 상기 제1 공진 링 디스크 보다 직경이 작은 제2 공진 링 디스크를 이용하며, 상기 제2 공진 링 디스크는 상기 제1 공진 링 디스크의 상부에 배치되는 제2 안테나 복사소자; 및 상기 제2 공진 링 디스크 보다 직경이 작은 제3 공진 링 디스크를 이용하며, 상기 제3 공진 링 디스크는 상기 제2 공진 링 디스크의 상부에 배치되는 제3 안테나 복사소자를 포함한다.
상기 각 안테나 복사소자 사이에 설치되며, 급전선을 지지하는 급전선 지지모듈을 더 포함한다.
상기 각 안테나 복사소자에 전원을 독립적으로 공급하는 입출력 모듈을 더 포함하며, 상기 입출력 모듈은 상기 제1 안테나 복사소자 연결되는 제1 동축라인과 상기 제1 동축라인에 연결되는 제1 입출력 단자; 상기 제2 안테나 복사소자 연결되는 제2 동축라인과 상기 제2 동축라인에 연결되는 제2 입출력 단자; 및 상기 제3 안테나 복사소자 연결되는 제3 동축라인과 상기 제3 동축라인에 연결되는 제3 입출력 단자를 포함한다.
상기 안테나 케이스 모듈에 체결되어, 상기 안테나 복사소자 모듈을 고정시키는 안테나 복사소자 체결모듈을 더 포함한다.
상기 안테나 케이스 모듈은 내부는 중공상태이며 상방이 개방된 형태로 형성되어, 내부에 부품 수납 공간을 형성하고, 바닥면 중앙 영역에는 안테나 복사소자 체결모듈이 삽입 고정될 수 있는 홀이 형성된 안테나 케이스 바디; 및 상기 안테나 케이스 바디의 개방부를 커버하기 위한 덮개로서, 상기 안테나 케이스 바디의 개방부의 형상에 대응되게 형성되는 레이돔을 포함한다.
상기 안테나 케이스 모듈은 부품 수납 공간을 제공하며, 상방이 개방되고 내부가 중공상태로 형성되며, 상기 안테나 케이스 바디의 저면부에 설치되는 수납 케이스를 더 포함한다.
상기 안테나 케이스 바디는 금속재로 형성하며, 상기 레이돔 테프론 계열 소재를 이용한다.
상기 급전분배회로는 상기 제1 안테나 복사소자의 급전면 역할을 수행하는 안테나 케이스 바디의 외측면에 장착되는 제1 급전분배회로; 상기 제2 안테나 복사소자의 급전면 역할을 수행하는 상기 제1 안테나 복사소자의 하부면에 장착되는 제2 급전분배회로; 및 상기 제3 안테나 복사소자의 급전면 역할을 수행하는 상기 제2 안테나 복사소자의 하부면에 장착되는 제3 급전분배회로를 포함한다.
상기 각 급전분배회로는 한 개의 입출력 단자에서 오는 신호를 4개의 동일 크기의 신호로 분배하고, 인접한 급전선 사이에 위상차이가 90도씩 나도록 출력하는 1:4 급전분배회로를 이용한다.
상기 급전 모듈은 상기 제1 급전분배회로의 출력신호를 상기 제1 안테나 복사소자에 제공하는 제1 급전선; 상기 제2 급전분배회로의 출력신호를 상기 제2 안테나 복사소자에 제공하는 제2 급전선; 및 상기 제3 급전분배회로의 출력신호를 상기 제3 안테나 복사소자에 제공하는 제3 급전선을 포함한다.
상기 제1 급전선은 안테나 케이스 바디의 내측면과 상기 제1 안테나 복사소자 사이에 절곡되게 형성되며, 상기 제1 급전선 각각은 상호 90도 간격으로 배치되고, 상기 제2 급전선은 상기 제1 안테나 복사소자와 상기 제2 안테나 복사소자 사이에 절곡되게 형성되며, 상기 제2 급전선 각각은 상호 90도 간격으로 배치되고, 상기 제3 급전선은 상기 제2 안테나 복사소자와 상기 제3 안테나 복사소자 사이에 절곡되게 형성되며, 상기 제3 급전선 각각은 상호 90도 간격으로 배치된다.
상기 각 급전선은 금속 와이어를 이용하거나 또는 회로선이 금속박막으로 인쇄된 인쇄기판을 이용한다.
상기 급전선 지지모듈은 상기 제1 안테나 복사소자와 상기 제2 안테나 복사소자 사이에 설치되며, 급전선의 단부가 삽입되어 고정되는 제1 급전선 지지부; 및 상기 제2 안테나 복사소자와 상기 제3 안테나 복사소자 사이에 설치되며, 급전선의 단부가 삽입되어 고정되는 제2 급전선 지지부를 포함한다.
상기 급전선 지지모듈은 유전체로 이루어진다.
상기 안테나 복사소자 체결모듈은 상단 및 하단이 개방되고 내부가 중공상태로 형성되는 바디부; 상기 바디부의 하단에 설치되며, 상기 바디부를 상기 안테나 케이스 모듈의 바닥면에 지지하는 지지부; 상기 지지부와 상기 안테나 케이스 모듈을 체결하는 고정부; 상기 바디부의 외측면에 형성되며, 상기 제1 안테나 복사소자가 삽입되어 고정되는 제1 안테나 복사소자 삽입부; 상기 제1 안테나 복사 삽입부 상부에 설치되고, 상기 제2 안테나 복사소자가 삽입되어 고정되는 제2 안테나 복사소자 삽입부; 및 상기 제2 안테나 복사소자 삽입부의 상부에 설치되고, 상기 제3 안테나 복사소자가 삽입되어 고정되는 제3 안테나 복사소자 삽입부를 포함한다.
상기 제1 안테나 복사소자의 제1 공진 링 디스크의 외부 둘레에 측벽 형태로 상방으로 연장되게 형성되는 공진 링 디스크 연장부를 더 포함한다.
상기 제3 안테나 복사소자의 제3 공진 링 디스크 상부에 추가로 설치되는 기생 공진 링 디스크를 더 포함한다.
본 발명에 따른 반도체 소자 탐지기용 안테나; 기준 주파수 신호를 생성하고, 생성된 기준 주파수 신호와 탐지식별파형 발생부에서 생성된 탐지식별 파형신호을 합성하는 주파수 합성부; 합성된 주파수 신호를 안테나에 인가하여 송신하고, 상기 안테나를 통하여 수신된 주파수 신호를 수신하여 복조하는 송수신부; 및 상기 탐지식별파형 발생부로부터 입력되는 탐지식별 파형신호와 상기 안테나를 통하여 수신되는 주파수 신호를 비교하여 탐지 대상 물체가 비선형 접합된 반도체 소자를 포함하고 있는지 여부를 판단하는 탐지부를 포함하는 반도체 소자 탐지기가 제공된다.
본 발명에서와 같이, 서로 고조파 관계에 있는 3개 주파수 대역에서 유사한 복사패턴을 갖고 상호간섭은 최소화하도록 각 주파수에서 공진하는 디스크형 안테나를 디스크의 크기 순서로 이격되게 적층하여 배치함으로써, 전자기계의 강도가 제일 약한 전파음영지역에 디스크형 안테나가 배치되어 각각의 안테나로 동작하는데 상호간의 간섭을 최소화할 수 있게 된다.
별도의 대역 통과 필터를 삽입할 필요가 없게되어, 안테나의 부피 및 무게는 감소하고, 가격은 하락하는 효과를 가져온다.
또한, 서로 다른 3개의 주파수에서 동작하며 대역선택특성을 가지고 원편파로 동작하므로, 비선형 접합 반도체소자 탐지기가 외부의 전파환경에 영향을 적게 받게 되어 고감도 성능을 발휘할 수 있게 된다.
3개 대역의 주파수에서 크기는 다르나 같은 모양의 공진 링 디스크를 적층한 구조로 통합하여 하나의 안테나를 구성함으로써, 각각의 복사패턴의 유사성, 큰지향성, 복사방향의 일치 및 공진특성으로 인한 주파수 선택성능이 모두 우수하여 고성능의 반도체소자 탐지기 안테나로서 사용가능성이 크다 할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 비선형 접합된 반도체와 비반도체의 전압 대 전류 특성을 나타낸 도이다.
도 2 및 도 3은 각각 반도체 및 비반도체일 경우 반사되는 고조파 특성을 나타낸 도이다.
도 4는 종래기술에 따른 반도체 소자 탐지기의 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 소자 탐지기의 개략 구성도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 탐지기용 안테나의 개략적인 상부면 및 저면 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 탐지기용 안테나의 측면이다.
도 9는 안테나 케이스 커버가 제거된 상태의 반도체 소자 탐지기용 안테나의 개략적인 사시도이다.
도 10a 내지 도 10d는 급전 모듈의 배치를 도시하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 탐지기용 안테나의 부분 사시도이다.
도 11은 공진 링 디스크 체결모듈의 개략적인 사시도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 탐지기용 안테나의 부분 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체소자 탐지기의 개략 구성도 및 회로 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체소자 탐지기는 안테나(100), 송수신부(200), 주파수 합성부(300), 탐지식별파형 발생부(400) 및 탐지부(500) 를 포함한다.
안테나(100)는 서로 다른 3개의 주파수에서 동작하며 대역 선택 특성을 가지고 원편파로 동작하며, 단일의 케이스에 통합 구성되는 다대역 안테나이다. 안테나(100)의 구성 및 기능은 이하에서 상세히 설명한다.
주파수 합성부(300)는 기준 주파수 신호를 생성하고, 생성된 기준 주파수 신호와 탐지식별파형 발생부(400)에서 생성된 탐지식별 파형신호을 합성하는 역할을 수행한다. 합성된 주파수 신호는 송수신부(200)의 송신기(210)으로 입력되고, 송신기(210)는 안테나(100)를 통하여 탐지 대상 물체(900)로 송신 주파수 신호(F1)를 송신한다.
비선형 접합된 반도체소자를 포함하는 탐지 대상 물체(900)에 반사되어 되돌아오는 수신 주파수 신호(F2, F3)는 안테나(100)를 통하여 수신되며, 제1 수신기(220)와 제2 수신기(230)를 거쳐 탐지부(500)로 입력된다. 송신 주파수 신호(F1)와 수신 주파수 신호(F2, F3)는 고조파(harmonic) 관계에 있다. 즉, F2는 F1의 2배 주파수, F3는 F1의 3배 주파수 관계에 있다.
탐지부(500)는 탐지식별파형 발생부(400)로부터 입력되는 탐지식별 파형신호와 제1 수신기(220) 및 제2 수신기(230)로부터 입력되는 신호를 비교하여 탐지 대상 물체(900)가 비선형 접합된 반도체소자를 포함하고 있는지 여부를 판단한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자 탐지기용 안테나의 개략적인 상부면 및 저면 사시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자 탐지기용 안테나의 측면도이고, 도 9는 안테나 케이스 커버가 제거된 상태의 반도체소자 탐지기용 안테나의 개략적인 사시도이며, 도 10a 내지 도 10d는 급전 모듈의 배치를 도시하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자 탐지기용 안테나의 부분 사시도이고, 도 11은 공진 링 디스크 체결모듈의 개략적인 사시도이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 반도체소자 탐지기용 안테나(100)는 안테나 케이스 모듈(110), 안테나 복사 소자 모듈(120), 급전분배회로(130), 안테나 복사소자 체결모듈(140), 급전 모듈(150), 급전선 지지모듈(160) 및 입출력 모듈(170)을 포함한다.
안테나 케이스 모듈(110)은 안테나 복사 소자 모듈(120)을 포함한 안테나 부품들이 수납되는 공간을 제공한다.
안테나 케이스 모듈(110)은 안테나 케이스 바디(111), 레이돔(112) 및 수납 케이스(113)를 포함한다. 안테나 케이스 바디(111)는 내부는 중공상태이며 상방이 개방된 원기둥 형태로 형성되어, 내부에 부품 수납공간을 형성한다. 안테나 케이스 바디(111)의 바닥면 중앙 영역에는 안테나 복사소자 체결모듈(140)이 삽입 고정될 수 있는 홀(hole)이 형성된다.
레이돔(112)은 안테나 케이스 바디(111)의 개방부를 커버하기 위한 덮개로서, 안테나 케이스 바디(111)의 개방부의 형상에 대응되게 형성된다. 본 실시예의 경우 평판형 원반 형태로 형성된다.
수납 케이스(113)는 부품 수납공간을 제공하며, 상방이 개방되고 내부가 중공상태인 원기둥 형태로 형성된다. 수납 케이스(113)는 안테나 케이스 바디(111)의 저면부에 설치되고, 수납 케이스(113)의 바닥면에는 입출력 단자(170)가 외부로 인출되기 위한 홀(hole)이 형성된다.
안테나 케이스 바디(111) 및 수납 케이스(113)는 금속재로 형성하여 주파수 신호가 탐지 대상 영역에 집중되도록 하며, 레이돔(112)은 비선형 접합 반도체소자 탐지시에 접촉면과의 마찰이 작으며 강인성하면서도 주파수 신호의 통과 손실이 작은 테프론 계열의 재질을 이용한다.
한편, 안테나 케이스 바디(111)은 원통형으로 형성되지 않고 각진 형태로 형성될 수 있다.
안테나 복사 소자 모듈(120)은 서로 다른 3개의 주파수(F1, F2, F3)에서 동작하는 3개의 안테나 복사 소자를 포함하며, 이들 중 1개의 안테나는 송신 안테나 역할을 수행하며, 나머지 2개의 안테나는 수신 안테나 역할을 수행한다. 특정한 신호로 변조된 주파수 신호는 송신 안테나를 통하여 송신되고, 탐지 대상으로부터 반사되어 되돌아 온 주파수 신호는 2개의 수신 안테나를 통하여 수신된다.
안테나 복사 소자 모듈(120)은 제1 안테나 복사소자(121), 제2 안테나 복사소자(122) 및 제3 안테나 복사소자(123)를 포함한다. 제1 안테나 복사소자(121)는 송신 안테나로 기능하며, 제2 안테나 복사소자(122) 및 제3 안테나 복사소자(123)는 수신 안테나로 기능한다. 각각의 안테나 복사 소자는 독립된 입출력단자(170)를 통해 급전되는 공진 링 디스크(resonant ring disc)가 상호 이격된 상태로 상하로 적층되게 형성된다.
3개의 주파수는 서로 고조파 관계에 있으므로 공진 링 디스크의 직경이 일정하게 차이가 난다는 점을 고려하여, 공진 링 디스크를 전파 음영지역에 배치시키기 위하여, 3개의 공진 링 디스크를 동축상에 상호 이격되게 수직으로 공진 링 디스크의 크기 순서대로 적층함으로써, 각 안테나 동작에서 상호간의 간섭을 최소화하였다.
제1 안테나 복사소자(121)는 송신 안테나 소자로 이용되며, 주파수가 가장 낮은 송신 주파수(F1)를 송신한다. 제1 안테나 복사소자(121)는 직경이 가장 큰 제1 공진 링 디스크를 이용하며, 가장 아래에 배치된다. 안테나 케이스 바디(111)의 내측면이 제1 안테나 복사소자(121)의 지면(ground plane)이 되어 제1 안테나 복사소자(121)의 급전면 역할을 한다.
제2 안테나 복사소자(122)는 수신 안테나 소자로 이용되며, 송신 주파수(F1)와 고조파 관계에 있는 수신 주파수(F2)를 수신한다. 제2 안테나 복사소자(122)는 제1 안테나 복사소자(121)의 제1 공진 링 디스크 보다 직경이 작은 제2 공진 링 디스크를 이용하며, 제2 공진 링 디스크는 제1 공진 링 디스크와 동축 상부에 이격되게 배치된다. 그리고, 제1 안테나 복사소자(121)가 제2 안테나 복사소자(122)의 급전면 역할을 한다.
제3 안테나 복사소자(123)는 수신 안테나 소자로 이용되며, 송신 주파수(F1)와 고조파 관계에 있는 수신 주파수(F3)를 수신한다. 제3 안테나 복사소자(123)는 제2 안테나 복사소자(122)의 제2 공진 링 디스크 보다 직경이 작은 제3 공진 링 디스크를 이용하며, 제3 공진 링 디스크는 제2 공진 링 디스크와 동축 상부에 이격되게 배치된다. 그리고, 제2 안테나 복사소자(122)가 제3 안테나 복사소자(123)의 급전면 역할을 한다.
급전분배회로(130)는 급전면 하부면에 설치되며, 급전선을 통하여 제1 내지 제3 안테나 복사소자(121 ~ 123)에 신호원(RF)을 공급하여 원편파를 발생시키는 기능을 수행한다.
급전분배회로(130)는 제1 급전분배회로(131), 제2 급전분배회로(132) 및 제3 급전분배회로(133)를 포함한다. 제1 급전분배회로(131)는 제1 안테나 복사소자(121)의 급전면 역할을 수행하는 안테나 케이스 바디(111)의 외측면에 장착된다. 제1 급전분배회로(131)로 1:4 급전분배회로를 이용하며, 1:4 급전분배회로는 한 개의 입출력 단자에서 오는 신호를 4개의 동일 크기의 신호로 분배하고, 인접한 급전선 사이에 위상차이가 90도씩 나도록 4개의 급전선에 공급하여, 제1 안테나 복사소자(121)가 원편파로 동작하도록 하는 기능을 수행한다.
제2 급전분배회로(132)는 제2 안테나 복사소자(122)의 급전면 역할을 수행하는 제1 안테나 복사소자(121)의 하부면에 장착된다. 제2 급전분배회로(132)로 1:4 급전분배회로를 이용하여, 제2 안테나 복사소자(122)가 원편파로 동작하도록 한다. 제3 급전분배회로(133)는 제3 안테나 복사소자(123)의 급전면 역할을 수행하는 제2 안테나 복사소자(122)의 하부면에 장착된다. 제3 급전분배회로(133)로 1:4 급전분배회로를 이용하여, 제3 안테나 복사소자(123)가 원편파로 동작하도록 한다.
안테나 복사소자 체결모듈(140)은 안테나 케이스 바디(111)에 고정되어, 안테나 복사소자 모듈(120)을 고정시키는 역할을 수행한다. 안테나 복사소자 체결모듈(140)은 바디부(141), 지지부(142), 제1 안테나 복사소자 삽입부(143), 제2 안테나 복사소자 삽입부(144), 제3 안테나 복사소자 삽입부(145), 기생 공진 링 디스크 삽입부(146) 및 고정부(147)를 포함한다.
바디부(141)는 상단 및 하단이 개방되고 내부가 중공상태인 원통형으로 형성된다. 내부 공간을 통하여 급전 동축선이 통과된다.
지지부(142)는 바디부(141)의 하단에 설치되며, 바디부(141)를 안테나 케이스 바디(111)의 바닥면에 지지하는 기능을 수행하며, 고정부(147)는 지지부(142)와 안테나 케이스 바디(111)를 체결하는 기능을 수행한다.
제1 안테나 복사소자 삽입부(143)는 바디부(141)의 외측면에 형성되며, 제1 안테나 복사소자(121)가 삽입되어 고정된다. 제2 안테나 복사소자 삽입부(144)는 바디부(141)의 외측면에 형성되며, 제1 안테나 복사소자 삽입부(143)의 상부에 설치되고, 제2 안테나 복사소자(122)가 삽입되어 고정된다. 제3 안테나 복사소자 삽입부(145)는 바디부(141)의 외측면에 형성되며, 제2 안테나 복사소자 삽입부(144)의 상부에 설치되고, 제3 안테나 복사소자(123)가 삽입되어 고정된다. 기생 공진 링 디스크가 추가적으로 설치될 경우, 기생 공진 링 디스크 삽입부(146)가 추가 설치될 수 있으며, 기생 공진 링 디스크 삽입부(146)는 바디부(141)의 외측면에 형성되며, 제3 안테나 복사소자 삽입부(145)의 상부에 설치되고, 기생 공진 링 디스크가 삽입되어 고정된다.
급전 모듈(150)은 급전면과 각 안테나 복사 소자 사이에 설치되며, 급전면에 장착된 급전분배회로에서 출력되는 신호를 각 안테나 복사 소자에 인가한다. 급전 모듈(150)은 제1 급전선(151), 제2 급전선(152) 및 제3 급전선(153)으로 포함하며, 각 급전선은 4개의 급전선으로 구성된다.
4개의 제1 급전선(151a ~ 151d)은 안테나 케이스 바디(111)의 내측면과 제1 안테나 복사소자(121) 사이에 'ㄴ'자 또는 'ㄷ'자 형태로 절곡되게 형성되며, 제1 급전선 각각은 상호 90도 간격으로 배치되어, 제1 안테나 복사소자(121)의 4 지점에 급전분배회로의 출력신호를 제공한다.
4개의 제2 급전선(152a ~ 152d)은 제1 안테나 복사소자(121)와 제2 안테나 복사소자(122) 사이에 'ㄴ'자 또는 'ㄷ'자 형태로 절곡되게 형성되며, 제2 급전선 각각은 상호 90도 간격으로 배치되어, 제2 안테나 복사소자(122)의 4 지점에 급전분배회로의 출력신호를 제공한다. 각 제2 급전선의 일 단은 급전분배회로의 출력단에 연결되며, 타 단은 급전선 지지모듈(160)에 연결된다.
4개의 제3 급전선(153a ~ 153d)은 제2 안테나 복사소자(122)와 제3 안테나 복사소자(123) 사이에 'ㄴ'자 또는 'ㄷ'자 형태로 절곡되게 형성되며, 제3 급전선 각각은 상호 90도 간격으로 배치되어, 제3 안테나 복사소자(123)의 4 지점에 급전분배회로의 출력신호를 제공한다. 각 제3 급전선의 일 단은 급전분배회로의 출력단에 연결되며, 타 단은 급전선 지지모듈(160)에 연결된다.
급전선을 직선으로 하는 경우 단부가 공진 링 디스크 가운데 배치된 안테나 복사소자 체결모듈에 접촉할 염려가 있기 때문에 이것을 피하기 위하여, 각 급전선을 절곡되게 형성한다.
본 실시예에서 급전선은 금속 와이어를 사용하여 구현하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, ㄴ자형 또는 ㄷ자형 같은 모양의 회로선이 금속박막으로 인쇄된 인쇄기판으로 대체할 수도 있다.
급전선 지지모듈(160)은 안테나 복사 소자 사이에 설치되어 급전선을 지지하는 기능을 수행한다. 또한, 급전선 지지 모듈(160)은 유전체로 이루어져서, 유전체의 형상이나 직경 또는 재질(비유전율)을 바꾸어 안테나 복사소자의 공진 주파수를 원하는 주파수 대역으로 동조(tuning)시키는 기능을 수행한다. 급전선 지지모듈(160)은 제1 급전선 지지부(161) 및 제2 급전선 지지부(162)를 포함한다.
제1 급전선 지지부(161)는 제1 안테나 복사소자(121)와 제2 안테나 복사소자(122) 사이에 설치되며, 제2 급전선(152)의 개수에 상응하게 4개가 설치된다. 제1 급전선 지지부(161) 각각은 원기둥 형태로 형성되며, 높이는 제1 안테나 복사소자(121)와 제2 안테나 복사소자(122)의 간격에 대응된다. 제2 급전선 각각의 타 단부는 제1 급전선 지지부(161)에 삽입되어 고정된다.
제2 급전선 지지부(162)는 제2 안테나 복사소자(122)와 제3 안테나 복사소자(123) 사이에 설치되며, 제3 급전선(153)의 개수에 상응하게 4개가 설치된다. 제2 급전선 지지부(162) 각각은 원기둥 형태로 형성되며, 높이는 제2 안테나 복사소자(122)와 제3 안테나 복사소자(123)의 간격에 대응된다. 제3 급전선 각각의 타 단부는 제2 급전선 지지부(162)에 삽입되어 고정된다.
입출력 모듈(170)은 각 안테나 복사소자에 신호원(RF)을 공급하는 기능을 수행한다. 입출력 모듈(170)은 제1 입출력 단자(171), 제2 입출력 단자(172), 제3 입출력 단자(173), 제1 동축 라인(176), 제2 동축 라인(177) 및 제3 동축 라인(178)을 포함한다. 제1 동축 라인(176)은 일 단에는 제1 입출력 단자(171)가 설치되며, 타 단은 제1 안테나 복사소자에 신호원(RF)을 공급하는 제1 급전분배회로(131)에 연결된다. 제2 동축 라인(177)은 안테나 복사소자 체결모듈(140)의 바디부(141) 내부 공간에 설치되며, 제2 동축 라인(177)의 일 단에는 제2 입출력 단자(172)가 설치되며, 타 단은 제2 안테나 복사소자에 신호원(RF)을 공급하는 제2 급전분배회로(132)에 연결된다. 제3 동축 라인(178)은 안테나 복사소자 체결모듈(140)의 바디부(141) 내부 공간에 설치되며, 제3 동축 라인(178)의 일 단에는 제3 입출력 단자(173)가 설치되며, 타 단은 제3 안테나 복사소자에 신호원(RF)을 공급하는 제3 급전분배회로(133)에 연결된다. 제1 내지 제3 입출력 단자(171 ~ 173)는 안테나 케이스 모듈(110) 외부로 돌출되게 형성된다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체소자 탐지기용 안테나의 부분 사시도이다. 본 실시예는 이전 실시예와 공진 링 디스크 연장부 및 기생 공진 링 디스크가 형성된 점이 상이하며 나머지 구성은 유사한 바 이하에서는 상이한 구성을 위주로 상술한다.
공진 링 디스크 연장부(180)는 제1 안테나 복사소자(121)의 공진 링 디스크의 외부 둘레에 측벽 형태로 상방으로 연장되게 형성된다. 안테나 외경을 줄이고자 할 때 공진 링 디스크 연장부는 제1 안테나 복사소자의 공진은 그대로 유지시키면서 안테나의 전체 직경을 줄일 수 있게 된다.
또한, 제3 안테나 복사소자(123)에서 수신하는 수신주파수(F3)는 가장 넓은 주파수 대역을 요구한다. 따라서, 제3 안테나 복사소자(123)는 제3 공진 링 디스크 이외에 그 상부에 기생 공진 링 디스크(190)를 부가하여 직경과 높이를 조절하면 공진 주파수와 주파수 대역을 조절할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 반도체 소자 탐지기용 안테나 및 이를 포함한 반도체 소자 탐지기의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
110 : 안테나 케이스 모듈
120 : 안테나 복사 소자 모듈
130 : 급전분배회로
140 : 안테나 복사소자 체결모듈
150 : 급전 모듈
160 : 급전선 지지모듈
170 : 입출력 모듈
180 : 공진 링디스크 연장부
190 : 기생 공진 링디스크

Claims (18)

  1. 반도체 소자 탐지기용 안테나에 있어서,
    서로 다른 주파수에서 동작하는 2개 이상의 안테나 복사소자를 포함하며, 상기 각각의 안테나 복사소자는 공진 링 디스크(resonant ring disc)를 이용하며, 상기 각 공진 링 디스크의 크기는 서로 상이하며, 상기 각 공진 링 디스크는 동축상에 수직으로 상호 이격되게 적층 배치되는 안테나 복사 소자 모듈;
    상기 안테나 복사 소자 모듈을 포함한 안테나 부품들이 수납되는 공간을 제공하는 안테나 케이스 모듈;
    상기 각 안테나 복사소자에 전원을 분할 공급하여 원편파를 발생시키는 급전 분배 회로; 및
    상기 급전 분배 회로에서 출력되는 신호를 상기 각 안테나 복사 소자에 인가하는 급전 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 복사 소자 모듈은,
    직경이 가장 큰 제1 공진 링 디스크를 이용하며, 최하단에 배치되는 제1 안테나 복사소자;
    상기 제1 공진 링 디스크 보다 직경이 작은 제2 공진 링 디스크를 이용하며, 상기 제2 공진 링 디스크는 상기 제1 공진 링 디스크의 상부에 배치되는 제2 안테나 복사소자; 및
    상기 제2 공진 링 디스크 보다 직경이 작은 제3 공진 링 디스크를 이용하며, 상기 제3 공진 링 디스크는 상기 제2 공진 링 디스크의 상부에 배치되는 제3 안테나 복사소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 안테나 복사소자 사이에 설치되며, 급전선을 지지하는 급전선 지지모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 각 안테나 복사소자에 전원을 독립적으로 공급하는 입출력 모듈을 더 포함하며, 상기 입출력 모듈은,
    상기 제1 안테나 복사소자 연결되는 제1 동축라인과 상기 제1 동축라인에 연결되는 제1 입출력 단자;
    상기 제2 안테나 복사소자 연결되는 제2 동축라인과 상기 제2 동축라인에 연결되는 제2 입출력 단자; 및
    상기 제3 안테나 복사소자 연결되는 제3 동축라인과 상기 제3 동축라인에 연결되는 제3 입출력 단자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 안테나 케이스 모듈에 체결되어, 상기 안테나 복사소자 모듈을 고정시키는 안테나 복사소자 체결모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 케이스 모듈은,
    내부는 중공상태이며 상방이 개방된 형태로 형성되어, 내부에 부품 수납 공간을 형성하고, 바닥면 중앙 영역에는 안테나 복사소자 체결모듈이 삽입 고정될 수 있는 홀이 형성된 안테나 케이스 바디; 및
    상기 안테나 케이스 바디의 개방부를 커버하기 위한 덮개로서, 상기 안테나 케이스 바디의 개방부의 형상에 대응되게 형성되는 레이돔;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 안테나 케이스 모듈은,
    부품 수납 공간을 제공하며, 상방이 개방되고 내부가 중공상태로 형성되며, 상기 안테나 케이스 바디의 저면부에 설치되는 수납 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 급전분배회로는,
    상기 제1 안테나 복사소자의 급전면 역할을 수행하는 안테나 케이스 바디의 외측면에 장착되는 제1 급전분배회로;
    상기 제2 안테나 복사소자의 급전면 역할을 수행하는 상기 제1 안테나 복사소자의 하부면에 장착되는 제2 급전분배회로; 및
    상기 제3 안테나 복사소자의 급전면 역할을 수행하는 상기 제2 안테나 복사소자의 하부면에 장착되는 제3 급전분배회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 각 급전분배회로는 한 개의 입출력 단자에서 오는 신호를 4개의 동일 크기의 신호로 분배하고, 인접한 급전선 사이에 위상차이가 90도씩 나도록 출력하는 1:4 급전분배회로를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 급전 모듈은,
    상기 제1 급전분배회로의 출력신호를 상기 제1 안테나 복사소자에 제공하는 제1 급전선;
    상기 제2 급전분배회로의 출력신호를 상기 제2 안테나 복사소자에 제공하는 제2 급전선; 및
    상기 제3 급전분배회로의 출력신호를 상기 제3 안테나 복사소자에 제공하는 제3 급전선;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.

  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 급전선은 안테나 케이스 바디의 내측면과 상기 제1 안테나 복사소자 사이에 절곡되게 형성되며, 상기 제1 급전선 각각은 상호 90도 간격으로 배치되고,
    상기 제2 급전선은 상기 제1 안테나 복사소자와 상기 제2 안테나 복사소자 사이에 절곡되게 형성되며, 상기 제2 급전선 각각은 상호 90도 간격으로 배치되고,
    상기 제3 급전선은 상기 제2 안테나 복사소자와 상기 제3 안테나 복사소자 사이에 절곡되게 형성되며, 상기 제3 급전선 각각은 상호 90도 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 각 급전선은 금속 와이어를 이용하거나 또는 회로선이 금속박막으로 인쇄된 인쇄기판을 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 급전선 지지모듈은,
    상기 제1 안테나 복사소자와 상기 제2 안테나 복사소자 사이에 설치되며, 급전선의 단부가 삽입되어 고정되는 제1 급전선 지지부; 및
    상기 제2 안테나 복사소자와 상기 제3 안테나 복사소자 사이에 설치되며, 급전선의 단부가 삽입되어 고정되는 제2 급전선 지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 급전선 지지모듈은 유전체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 안테나 복사소자 체결모듈은,
    상단 및 하단이 개방되고 내부가 중공상태로 형성되는 바디부;
    상기 바디부의 하단에 설치되며, 상기 바디부를 상기 안테나 케이스 모듈의 바닥면에 지지하는 지지부;
    상기 지지부와 상기 안테나 케이스 모듈을 체결하는 고정부;
    상기 바디부의 외측면에 형성되며, 상기 제1 안테나 복사소자가 삽입되어 고정되는 제1 안테나 복사소자 삽입부;
    상기 제1 안테나 복사 삽입부 상부에 설치되고, 상기 제2 안테나 복사소자가 삽입되어 고정되는 제2 안테나 복사소자 삽입부; 및
    상기 제2 안테나 복사소자 삽입부의 상부에 설치되고, 상기 제3 안테나 복사소자가 삽입되어 고정되는 제3 안테나 복사소자 삽입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 제1 안테나 복사소자의 제1 공진 링 디스크의 외부 둘레에 측벽 형태로 상방으로 연장되게 형성되는 공진 링 디스크 연장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  17. 제2항에 있어서,
    상기 제3 안테나 복사소자의 제3 공진 링 디스크 상부에 추가로 설치되는 기생 공진 링 디스크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기용 안테나.
  18. 반도체 소자 탐지기에 있어서,
    제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 반도체 소자 탐지기용 안테나;
    기준 주파수 신호를 생성하고, 생성된 기준 주파수 신호와 탐지식별파형 발생부에서 생성된 탐지식별 파형신호을 합성하는 주파수 합성부;
    합성된 주파수 신호를 안테나에 인가하여 송신하고, 상기 안테나를 통하여 수신된 주파수 신호를 수신하여 복조하는 송수신부; 및
    상기 탐지식별파형 발생부로부터 입력되는 탐지식별 파형신호와 상기 안테나를 통하여 수신되는 주파수 신호를 비교하여 탐지 대상 물체가 비선형 접합된 반도체 소자를 포함하고 있는지 여부를 판단하는 탐지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탐지기.




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