KR101240350B1 - 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 무선 통신 시스템에서 상부 덮개(superstrate)를 이용하여 고 이득의 원형 편파를 발생하는 원형 편파 안테나 및 상기 원형 편파 안테나의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 원형 편파 안테나는, 적어도 하나 이상의 접지 기판 상에서 소정 지점에 위치하는 적어도 하나 이상의 급전 안테나, 및 상기 급전 안테나의 상부에 상기 접지 기판으로부터 소정 거리만큼 이격되어 위치하는 상부 덮개에 복수의 전도성 구조체들이 동일한 일정 방향으로 배열된 단위 안테나를 포함하며, 상기 급전 안테나가 선형 편파를 방사하면, 상기 복수의 전도성 구조체들 및 상기 단위 안테나는, 원형 편파를 각각 방사하며, 상기 급전 안테나의 개수에 상응하여 이중 원형 편파를 방사한다.
원형 편파, 이중 원형 편파, 상부 덮개, 고 이득

Description

무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나 및 그 제조 방법{Circularly polarized antenna and method for manufacturing thereof in a wireless communication system}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 무선 통신 시스템에서 상부 덮개(superstrate)를 이용하여 고 이득의 원형 편파를 발생하는 원형 편파 안테나 및 상기 원형 편파 안테나의 제조 방법에 관한 것이다.
무선 통신 시스템에서 신호 송수신을 위해 다양한 형태의 안테나들이 제안되었으며, 이러한 안테나들 중에서 패치 안테나(patch antenna)는 콤팩트한 크기일 뿐만 아니라 가볍고 제작 공정이 간단하며 단가가 저렴한 장점이 있다. 그러나, 이러한 패치 안테나는 대역폭(bandwidth)를 넓히기 어렵고, 커플링 손실(coupling loss)을 많이 유도하기 때문에 고주파 대역에서 사용되기 어렵다는 단점이 있다.
또한, 무선 통신 시스템에서 현재 주로 사용되고 있는 원형 편파 안테나는, 패치 안테나를 이용하여 구현하고 있으며, 아울러 패치 안테나를 이용한 원형 편파 안테나의 이득을 보다 향상시키기 위해 다양한 방안들이 제안되고 있다. 특히, 이러한 패치 안테나를 이용한 원형 편파 안테나의 이득을 향상시키기 위한 방안으로, 복수의 패치 안테나들 또는 복수의 원형 편파 안테나들을 배열하여 원형 편파를 발생하는 안테나의 배열 수를 증가시키는 방안이 있다.
그러나, 전술한 안테나의 배열 수를 증가시키는 방안은, 배열된 안테나들로의 안테나 급전에 의한 에너지 손실이 각각 배열된 안테나들로의 급전 수에 비례하여 증가하며, 그에 따라 안테나의 전체적인 효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 이러한 효율 저하로부터 안테나에 요구되는 적절한 이득 및 축비를 얻기 위해서는 상기 각각 배열된 안테나들로의 급전 길이, 배열 간격 등의 세밀한 조정이 필요하며, 그에 따라 안테나의 복잡도가 증가할 뿐만 아니라 안테나의 구조가 복잡해져 안테나의 구현이 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 무선 통신 시스템에서 고 이득을 갖는 원형 편파 안테나 및 상기 원형 편파 안테나의 제조 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 무선 통신 시스템에서 패치 안테나를 이용하여 안테나의 구조를 단순화시키면서 고 이득을 갖는 원형 편파 안테나 및 상기 원형 편파 안테나의 제조 방법을 제공함에 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은, 무선 통신 시스템에서 상부 덮개를 이용하여 적은 수의 급전 안테나로 고 이득을 가지면서 용이하게 설계할 수 있는 원형 편파 안테나 및 상기 원형 편파 안테나의 제조 방법을 제공함에 있다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 무선 통신 시스템에서 상부 덮개와 패치 안테나를 이용하여 안테나의 복잡도를 최소화하면서 안테나의 구현이 용이한 고 이득의 원형 편파 안테나 및 상기 원형 편파 안테나의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 원형 편파 안테나에 있어서, 적어도 하나 이상의 접지 기판 상에서 소정 지점에 위치하는 적어도 하나 이상의 급전 안테나; 및 상기 급전 안테나의 상부에 상기 접지 기판으로부터 소정 거리만큼 이격되어 위치하는 상부 덮개(superstrate)에 복수의 전도성 구조체들이 동일한 일정 방향으로 배열된 단위 안테나;를 포함하며, 상기 급전 안테나가 선형 편파 를 방사하면, 상기 복수의 전도성 구조체들 및 상기 단위 안테나는, 원형 편파를 각각 방사하며, 상기 급전 안테나의 개수에 상응하여 이중 원형 편파를 방사한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 원형 편파 안테나 제조 방법에 있어서, 접지 기판으로부터 소정 거리만큼 이격되어 상부에 위치한 유전체 기판 상에 복수의 전도성 구조체들을 동일한 일정 방향으로 배열하는 단계; 및 상기 접지 기판 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 소정 지점에 급전 안테나를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 접지 기판이 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 큰 형상을 가지면 상기 급전 안테나에서 y-편파가 방사되어, 상기 유전체 기판 및 상기 복수의 전도성 구조체들에서 우수 편파(right-handed polarized wave)가 각각 방사되며; 상기 접지 기판이 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 작은 형상을 가지면 상기 급전 안테나에서 x-편파가 방사되어, 상기 유전체 기판 및 상기 복수의 전도성 구조체들에서 좌수 편파(left handed polarized wave)가 각각 방사되는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 원형 편파 안테나 제조 방법에 있어서, 접지 기판으로부터 소정 거리만큼 이격되어 상부에 위치한 제1유전체 기판 상에 복수의 전도성 구조체들을 동일한 일정 방향으로 배열하는 단계; 및 상기 접지 기판 상의 중심 지점에서 y-축으로 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 소정 지점에 제1급전 안테나를 형성하고, 상기 접지 기판 상의 중심 지점에서 x-축으로 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 소정 지점에 제2급전 안테나를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제1급전 안테나에서 y-편파가 방사되어, 상기 유전체 기판 및 상기 복수의 전도성 구조체들에서 우수 편파(right-handed polarized wave)가 각각 방사되며; 상기 제2급전 안테나에서 x-편파가 방사되어, 상기 유전체 기판 및 상기 복수의 전도성 구조체들에서 좌수 편파(left handed polarized wave)가 각각 방사되는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 방법은, 원형 편파 안테나 제조 방법에 있어서, 접지 기판으로부터 소정 거리만큼 이격되어 상부에 위치한 제1유전체 기판 상에 복수의 전도성 구조체들을 동일한 일정 방향으로 배열하는 단계; 및 상기 접지 기판 상에 위치하며 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 큰 형상을 갖는 제2유전체 기판 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 소정 지점에 제1급전 안테나를 형성하고, 상기 접지 기판 상에 위치하며 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 작은 형상을 갖는 제3유전체 기판 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 소정 지점에 제2급전 안테나를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제1급전 안테나에서 y-편파가 방사되어, 상기 제1유전체 기판 및 상기 복수의 전도성 구조체들에서 우수 편파(right-handed polarized wave)가 각각 방사되며; 상기 제2급전 안테나에서 x-편파가 방사되어, 상기 제1유전체 기판 및 상기 복수의 전도성 구조체들에서 좌수 편파(left handed polarized wave)가 각각 방사되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 무선 통신 시스템에서 상부 덮개와 패치 안테나를 이용하여 적은 수의 급전 안테나로 고 이득을 가지면서 안테나의 구조가 단순화된 원형 편파 안테나를 용이하게 구현할 수 있다. 또한, 본 발명은, 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board, 이하 'PCB'라 칭하기로 함)을 이용하여 원형 편파 안테나를 용이하게 구현할 수 있으며, 전도성 구조체를 안테나의 상부에 위치시킴으로써, 단순히 하나의 급전 안테나(소스원)로 원형 편파 안테나를 설계 할 수 있을 뿐만 아니라 안테나의 효율과 이득을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은, 급전 안테나에서 방사되는 선형 편파 특성에 따라 좌수 편파(left handed polarized wave) 안테나, 우수 편파(right-handed polarized wave) 안테나, 및 이중 원형 편파 안테나를 용이하게 구현할 수 있다. 그리고, 본 발명은, 고 이득을 획득하기 위해 기존의 원형 편파 배열 안테나보다 급전 구조를 단순화함으로써, 원형 편파 안테나 설계의 복잡도 및 안테나 공급 전력의 손실을 최소화할 뿐만 아니라 안테나 효율을 극대화시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은, 무선 통신 시스템에서 고 이득의 원형 편파 안테나 및 상기 원형 편파 안테나의 제조 방법을 제안한다. 본 발명의 실시 예에서는, 주기적으로 배열 한 전도성 구조체인 복수의 패치(patch)들을 접지 면이 포함된 급전 안테나 상부에 부착하여 원형 편파 안테나를 구현한다. 여기서, 상기 원형 편파 안테나는, 상기 전도성 구조체인 복수의 패치들이 원형 편파를 발생시키며, 상기 전도성 구조체를 주기적으로 배열함에 따라 안테나의 이득을 높이고, 주기적으로 배열한 구조체에 의해 원형 편파 안테나가 형성되며, 아울러 급전 안테나에서 방사되는 편파에 따라 좌수 편파(left handed polarized wave), 우수 편파(right-handed polarized wave), 및 이중 원형 편파를 구현한다.
그리고, 본 발명의 실시 예에서는, 상부 덮개(superstrate)를 이용한 고 이득 원형 평판 배열 안테나를 제안한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 원형 편파를 발생시키는 복수의 전도성 구조체들, 즉 복수의 패치들을 임의의 특정한 모양과 간격으로 배열하여 접지 면이 포함된 급전 안테나의 상부에 위치시켜 고 이득의 원형편파 안테나를 구현한다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는, 상기 급전 안테나의 상부 덮개에 배열된 임의의 전도성 구조체가 급전 안테나에서 발생되는 선형 편파의 특성에 따라 좌수 편파 및 우수 편파를 방사하며, 뿐만 아니라 급전 안테나에 따라 좌수 편파, 우수 편파, 및 이중 원형 편파를 방사한다.
여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 하나의 급전 안테나만으로 원형 편파를 방사함으로, 안테나 이득 향상을 위해 기존의 배열 안테나 구조에서 나타나는 급전 선로에 의한 손실을 최소화한다. 그에 따라, 본 발명의 실시 예에서는, 원형 편파 안테나의 급전을 위한 급전 선로를 단순화하여 전체적인 안테나의 복잡도를 최소화할 뿐만 아니라 용이하게 설계할 수 있으며, 안테나의 효율을 향상시킨다. 그리고, 본 발명의 실시 예에서는, 급전 안테나의 선형 편파 특성에 따라 좌수 편파, 우수 편파, 및 이중 원형 편파를 용이하게 구현하며, 상기 급전 안테나에서는 원형 편파를 발생시키기 위해 단순한 급전 방식으로 선형 편파를 발생시킨다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는, 원형 편파를 발생시키는 전도성 구조체로 배열된 상부 구조체를 급전 안테나의 상부에 위치시킴으로써, 원형 편파를 발생시키며 급전 안테나에서 발생하는 선형 편파, 즉 x-편파 및 y-편파의 특성에 따라 좌수 편파, 우수 편파, 및 이중 원형 편파의 특성을 갖는 고 이득의 원형 편파 안테나를 제안한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 원형 편파 안테나는, 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board, 이하 'PCB'라 칭하기로 함)을 이용하여 용이하게 구현할 수 있으며, 전도성 구조체를 안테나의 상부에 위치시킴으로써, 단순히 하나의 급전 안테나(소스원)로 원형 편파 안테나를 설계 할 수 있을 뿐만 아니라 안테나의 효율과 이득을 향상시킬 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 원형 편파 안테나는, 급전 안테나에서 방사되는 선형 편파 특성에 따라 좌수 편파, 우수 편파, 및 이중 원형 편파를 용이하게 방사할 수 있으며, 고 이득을 획득하기 위해 기존의 원형 편파 배열 안테나보다 급전 구조를 단순화함으로써, 원형 편파 안테나 설계의 복잡도 및 안테나 공급 전력의 손실을 최소화할 뿐만 아니라 안테나 효율을 극대화시킬 수 있다. 그러면 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 원형 편파 안테나를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나의 전도성 구조체를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 1은, 본 발명의 실시 예 에 따라 안테나 이득을 향상시키면서 동시에 원형 편파를 구현하는 단위 안테나 구조체의 상부 덮개에 형성되는 전도성 구조체를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 전도성 구조체는, 소정의 유전체 매질(εr)의 유전체 기판(110) 및 상기 유전체 기판(110)의 상부에 소정 형상의 도체판(120)을 포함한다. 여기서, 상기 도체판(120)은 원형 편파 안테나의 방사부가 되며, 상기 도체판(120)에서 마주보는 대각 방향의 대칭 모서리에 상호 평행하게 형성된 원형 편파 유발부(130)를 포함하며, 상기 전도성 구조체는 원형 편파를 방사하는 하나의 패치 안테나가 될 수 있다.
상기 원형 편파 유발부(130)는 챔퍼링(chamfering)을 통해 사각 패치에서 마주보는 대각 방향의 대칭 모서리가 상호 평행하게 제거되어 형성된다. 상기 도체판(120)은, 원형 편파 안테나의 동작 주파수, 안테나 이득, 및 편파 특성에 따라 다양한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 전도성 구조체는, 선형 편파가 급전될 경우, 상기 원형 편파 유발부(130)에 의해 원형 편파를 방사하는 원형 편파 안테나가 된다. 그러면 여기서, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 원형 편파 안테나의 단위 안테나를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나의 단위 안테나 상부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 2는, 본 발명의 실시 예에 따라 도 1에 도시한 전도성 구조체를 상부 덮개에 배열하여 형성한 상부 덮개 구조체를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 단위 안테나는, 상부 덮개(210)에 도 1에 도시한 바와 같은 전도성 구조체(220), 즉 패치 복수개가 동일한 일정 방향으로 배열되어 형성된다. 여기서, 상기 상부 덮개(210)는, 도 1에 도시한 유전체 기판(110)이 될 수 있으며, 상기 복수의 전도성 구조체(220)들, 즉 복수의 패치들은, 유전체 기판(110)인 상부 덮개(210)에 일정 방향으로 배열된다.
또한, 상기 단위 안테나는, 안테나 이득을 보다 향상시키기 위해 상기 단위 안테나의 상부 덮개(210) 사이즈가 증가할 수 있으며, 상기 상부 덮개(210)의 형상은, 직사각형, 정사각형, 원, 타원형, 및 사다리꼴 등 다양한 형상이 될 수 있다. 그러면 여기서, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 원형 편파 안테나의 단위 안테나 구조를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나의 단위 안테나 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 단위 안테나는, 도 2에 도시한 바와 같이 복수의 전도성 구조체(320), 즉 복수의 패치가 배열된 상부 덮개(310), 상기 상부 덮개(310)의 하부에 소정 거리(h)로 이격된 접지 기판(350), 상기 접지 기판(350) 상에 형성된 유전체 기판(340), 및 상기 유전체 기판(340) 상에 형성되어 선형 편파를 급전하는 급전 안테나(330)를 포함한다. 여기서, 상기 상부 덮개(310)는 전술한 바와 같이 도 1에 도시한 유전체 기판(110)이 될 수 있으며, 상기 복수의 전도성 구조체(320)는, 유전체 기판(110)인 상부 덮개(310)에 일정 방향으로 배열된다.
상기 급전 안테나(330)는 상기 상부 덮개(310)와 이격되며, 그에 따라 상기 선형 편파를 간접적으로 상기 상부 덮개(310)에 급전한다. 즉, 상기 단위 안테나는, 상기 급전 안테나(330)와 상기 상부 덮개(310) 간에는 소정의 공간이 존재하며, 또한 상기 급전 안테나(330)가 급전에 의해 1차 방사하고, 상기 1차 방사에 의한 급전을 통해 상기 상부 덮개(310)에 배열된 복수의 전도성 구조체(320), 즉 복수의 패치들이 2차 방사한다. 여기서, 상기 급전 안테나(330)는 선형 편파를 방사하며, 상기 상부 덮개(310) 및 상기 상부 덮개(310)에 배열된 복수의 전도성 구조체(320)는 원형 편파를 방사한다. 그리고, 상기 접지 기판(350) 상에 형성된 유전체 기판(340)은, 공기를 포함하는 다양한 유전 상수값을 가지는 유전체로 형성되며, 상기 급전 안테나(330)는 단위 안테나의 구조체 내에서 상·중·하 위치에 관계없이 위치할 수 있다.
이렇게 상기 단위 안테나는, 하나의 급전 안테나(330)를 통해 각각의 패치 안테나가 되는 복수의 전도성 구조체(320)들에 간접 급전을 함에 따라, 급전 구조를 단순화하여 안테나를 용이하게 설계할 수 있으며, 안테나 공급 전력 손실을 최소화시켜 안테나의 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 단위 안테나는, 상기 복수의 전도성 구조체(320) 별로 대응하는 복수의 급전 안테나가 불필요하며, 단지 하나의 급전 안테나(330)로 상기 복수의 전도성 구조체(320) 모두에게 급전을 하여 안테나의 복잡도가 현격히 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 단위 안테나는, 상부 덮개(310)에 복수의 전도성 구조체(320)가 배열됨에 따라 안테나의 이득을 높이며, 뿐만 아니라 상기 상부 덮개(310) 및 상기 상부 덮개(310)에 배열된 복수의 전도성 구조체(320)가 원형 편파를 방사함으로 안테나의 이득을 보다 더 높일 수 있다. 그 러면 여기서, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 원형 편파 안테나의 급전 안테나를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나의 급전 안테나 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 4는, 본 발명의 실시 예에 따라 단위 안테나의 좌수 편파 및 우수 편파를 생성을 위한 급전 안테나의 급전점을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 원형 편파 안테나는, 급전점의 위치에 따라 두 가지 형태의 급전, 즉 제1급전(400) 및 제2급전(450)을 포함한다. 상기 제1급전(400)은, 접지 기판 상에 형성된 유전체 기판(410) 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점을 급전점으로 하여 급전 안테나(420)가 위치한다. 여기서, 상기 제1급전(400)에서 유전체 기판(410)은 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 크며, 그에 따라 제1급전(400)은 y-편파를 발생시켜 상부 덮개로 방사한다.
이렇게 제1급전(400)을 통해 급전 안테나(420)가 y-편파를 방사하면, 도 3에 도시한 상기 상부 덮개(310) 및 상기 상부 덮개(310)에 배열된 복수의 전도성 구조체(320)는 우수 편파를 생성하여 방사한다. 즉, 상기 단위 안테나는, 급전 안테나(420)를 통해 y-편파를 1차 방사하고, 상기 1차 방사된 y-편파의 급전을 통해 우수 편파를 방사하며, 그에 따라 상기 단위 안테나는, 제1급전(400)을 통해 급전 안테나(470)가 y-편파를 발생시키면 우수 편파를 방사하는 원형 편파 안테나가 된다.
상기 제2급전(450)은, 접지 기판 상에 형성된 유전체 기판(460) 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점을 급전점으로 하여 급전 안테나(470)가 위치 한다. 여기서, 상기 제2급전(450)에서 유전체 기판(460)은 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 작으며, 그에 따라 제2급전(450)은 x-편파를 발생시켜 상부 덮개로 방사한다.
이렇게 제2급전(450)을 통해 급전 안테나(470)가 x-편파를 방사하면, 도 3에 도시한 상기 상부 덮개(310) 및 상기 상부 덮개(310)에 배열된 복수의 전도성 구조체(320)는 좌수 편파를 생성하여 방사한다. 즉, 상기 단위 안테나는, 급전 안테나(470)를 통해 x-편파를 1차 방사하고, 상기 1차 방사된 x-편파의 급전을 통해 좌수 편파를 방사하며, 그에 따라 상기 단위 안테나는, 제2급전(450)을 통해 급전 안테나(470)가 x-편파를 발생시키면 좌수 편파를 방사하는 원형 편파 안테나가 된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 이중 원형 편파를 방사하기 위한 원형 편파 안테나의 급전 안테나 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 하나의 단위 안테나에 두 개의 급전 안테나가 포함되어 이중 원형 편파를 방사하는 원형 편파 안테나를 나타낸 것이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 두 개의 단위 안테나에 두 개의 급전 안테나가 포함되어 이중 원형 편파를 방사하는 원형 편파 안테나를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 원형 편파 안테나는, 급전점의 위치에 따라 두 개의 급전 안테나들, 즉 제1급전 안테나(510) 및 제2급전 안테나(520)를 포함한다. 상기 제1급전 안테나(510)는, 전술한 제1급전(400)과 같이 접지 기판 상에 형성된 유전체 기판(500) 상의 중심 지점에서 y-축으로 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 위치한다. 그에 따라, 상기 제1급전 안테나(510)는 y-편파를 발생시켜 상부 덮개로 방사한다.
이렇게 제1급전 안테나(510)가 y-편파를 방사하면, 도 3에 도시한 상기 상부 덮개(310) 및 상기 상부 덮개(310)에 배열된 복수의 전도성 구조체(320)는 우수 편파를 생성하여 방사한다. 즉, 상기 단위 안테나는, 제1급전 안테나(510)를 통해 y-편파를 1차 방사하고, 상기 1차 방사된 y-편파의 급전을 통해 우수 편파를 방사하며, 그에 따라 상기 단위 안테나는, 제1급전 안테나(510)가 y-편파를 발생시키면 우수 편파를 방사하는 원형 편파 안테나가 된다.
상기 제2급전 안테나(520)는, 접지 기판 상에 형성된 유전체 기판(500) 상의 중심 지점에서 x-축으로 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 위치한다. 그에 따라, 상기 제2급전 안테나(520)는 x-편파를 발생시켜 상부 덮개로 방사한다.
이렇게 제2급전 안테나(520)가 x-편파를 방사하면, 도 3에 도시한 상기 상부 덮개(310) 및 상기 상부 덮개(310)에 배열된 복수의 전도성 구조체(320)는 좌수 편파를 생성하여 방사한다. 즉, 상기 단위 안테나는, 제2급전 안테나(520)를 통해 x-편파를 1차 방사하고, 상기 1차 방사된 x-편파의 급전을 통해 좌수 편파를 방사하며, 그에 따라 상기 단위 안테나는, 제2급전(450)을 통해 급전 안테나(470)가 x-편파를 발생시키면 좌수 편파를 방사하는 원형 편파 안테나가 된다.
그러므로, 상기 원형 편파 안테나는, 제1급전 안테나(510)가 y-편파를 방사하고, 제2급전 안테나(520)가 x-편파를 방사함에 따라, 상부 덮개 및 상기 상부 덮개에 배열된 복수의 전도성 구조체를 통해 우수 편파와 좌수 편파를 동시에 방사하게 되며, 그 결과 이중 원형 편파를 방사한다. 이렇게 상기 원형 편파 안테나는, 두 개의 급전 안테나들(510,520)을 통해 이중 원형 편파를 방사하면서 단순한 구조로 용이하게 구현되며, 또한 고 이득을 획득할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 원형 편파 안테나는, 서로 다른 급전점, 즉 제1급전 안테나(660)와 제2급전 안테나(670), 및 상기 제1급전 안테나(660)에 대응하는 제1단위 안테나와 상기 제2급전 안테나(670)에 대응하는 제2단위 안테나를 포함한다. 여기서, 상기 제1급전 안테나(660)는, 전술한 제1급전(400)과 같이 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 큰 유전체 기판(650) 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 위치한다. 그에 따라, 상기 제1급전 안테나(660)는 y-편파를 발생시켜 상부 덮개로 방사한다.
이렇게 제1급전 안테나(660)가 y-편파를 방사하면, 도 3에 도시한 상기 상부 덮개(310) 및 상기 상부 덮개(310)에 배열된 복수의 전도성 구조체(320)는 우수 편파를 생성하여 방사한다. 즉, 상기 단위 안테나는, 제1급전 안테나(660)를 통해 y-편파를 1차 방사하고, 상기 1차 방사된 y-편파의 급전을 통해 우수 편파를 방사하며, 그에 따라 상기 단위 안테나는, 제1급전 안테나(660)가 y-편파를 발생시키면 우수 편파를 방사하는 원형 편파 안테나가 된다.
상기 제2급전 안테나(670)는, 전술한 제2급전(450)과 같이 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 작은 유전체 기판(600) 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 위치한다. 그에 따라, 상기 제2급전 안테나(670)는 x-편파를 발생시켜 상부 덮개로 방사한다.
이렇게 제2급전 안테나(670)가 x-편파를 방사하면, 도 3에 도시한 상기 상부 덮개(310) 및 상기 상부 덮개(310)에 배열된 복수의 전도성 구조체(320)는 좌수 편파를 생성하여 방사한다. 즉, 상기 단위 안테나는, 제2급전 안테나(670)를 통해 x-편파를 1차 방사하고, 상기 1차 방사된 x-편파의 급전을 통해 좌수 편파를 방사하며, 그에 따라 상기 단위 안테나는, 제2급전 안테나(670)가 x-편파를 발생시키면 좌수 편파를 방사하는 원형 편파 안테나가 된다.
그러므로, 상기 원형 편파 안테나는, 제1급전 안테나(660)가 y-편파를 방사하고, 제2급전 안테나(660)가 x-편파를 방사함에 따라, 상부 덮개 및 상기 상부 덮개에 배열된 복수의 전도성 구조체를 통해 우수 편파와 좌수 편파를 동시에 방사하게 되며, 그 결과 이중 원형 편파를 방사한다. 이렇게 상기 원형 편파 안테나는, 두 개의 단위 안테나들과 두 개의 급전 안테나들(660,670)을 통해 이중 원형 편파를 방사하면서 단순한 구조로 용이하게 구현되며, 또한 고 이득을 획득할 수 있다. 그러면 여기서, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 원형 편파 안테나의 S(scattering)-파라미터를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 원형 편파 안테나의 S-파라미터를 도시한 그래프이다. 여기서, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 원형 편파 안테나에 포함된 전도성 구조체의 S-파라미터의 크기를 나타낸 그래프이고, 도 8은 상기 S-파라미터의 위상을 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제1그래프(710,810)는, 제1포트에서 x-편파를 인가하였을 경우 제1포트에서 x-편파로 변환되어 통과된 양의 크기와 위상을 나타낸다. 그리고, 제2그래프(720,820)는, 제1포트에서 x-편파를 인가하였을 경우 제1포 트에서 y-편파로 변환되어 통과된 양의 크기와 위상을 나타낸다. 또한, 제3그래프(730,830)는, 제1포트에서 x-편파를 인가하였을 경우 제2포트에서 x-편파로 변환되어 통과된 양의 크기와 위상을 나타낸다. 아울러, 제4그래프(840,840)는, 제1포트에서 x-편파를 인가하였을 경우 제2포트에서 y-편파로 변환되어 통과된 양의 크기와 위상을 나타낸다.
즉, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 원형 편파 안테나의 전도성 구조체는, x-편파 또는 y-편파 중 하나의 선형 편파만 인가되어도 원형 편파를 방사한다. 또한, 상기 원형 편파 안테나는, 상기 전도성 구조체의 S-파리미터의 크기 및 위상과, 도 3에 도시한 바와 같이 접지 기판(350)과 상기 전도성 구조체들이 배열된 상부 덮개(310) 간의 거리(h) 값에 따라 원형 편파의 특성, 예컨대 3dB 축비, 대역폭, 및 축비, 뿐만 아니라 공진 주파수와 안테나의 이득이 결정된다. 여기서, 상기 원형 편파 안테나의 축비는 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 산출된다.
Figure 112009073985555-pat00001
Figure 112009073985555-pat00002
수학식 1 및 수학식 2에서,
Figure 112009073985555-pat00003
은 도 3에 도시한 바와 같이 접지 기판(350)과 상기 전도성 구조체들이 배열된 상부 덮개(310) 간의 거리(h) 값을 의미하고, λ는 각 포트에 인가되는 신호의 파장을 의미한다. 그리고, Rx, Tx, Rx, Tx는, 전술한 전도성 구조체의 S-파라미터의 크기와 위상을 포함하는 제1 내지 제4그래프들(710,720,730,740,810,820,830,840)의 값을 의미한다. 즉, 상기 Rx, Tx, Rx, Tx는, x-편파 및 y-편파가 급전될 경우, 전도성 구조체의 S-파라미터 값을 의미한다.
그에 따라, 수학식 1 및 수학식 2에서, ＋ｊ의 값을 가지면 원형 편파 안테나는 좌수 편파를 방사하고, －ｊ의 값을 가지면 우수 편파를 방사한다. 또한, a0의 값이 존재하고 b0의 값이 0일 경우, 원형 편파 안테나는 좌수 편파를 방사하고, a0의 값이 0이고 b0의 값이 존재할 경우에는 우수 편파를 방사한다. 여기서, 상기 a0 및 b0의 값은 급전 안테나의 선형 편파의 특성, 예컨대 x-편파 및 y-편파에 각각 대 응되어 결정된다.
다시 말해, 상기 급전 안테나가 x-편파를 방사하면 a0의 값이 존재하고 b0의 값은 0이 되며, 그에 따라 원형 편파 안테나는 좌수 편파를 방사한다. 그리고, 상기 급전 안테나가 y-편파를 방사하면 a0의 값이 0이 되고 b0의 값이 존재하며, 그에 따라 원형 편파 안테나는 우수 편파를 방사한다. 그러면 여기서, 도 9를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 원형 편파 안테나의 S-파라미터에 의한 축비에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 S-파라미터에 따른 원형 편파 안테나의 축비(axial ratio)를 도시한 그래프이다. 여기서, 도 9는, 본 발명의 실시 예에 따라 도 7 및 도 8에 나타낸 S-파라미터 값과, 도 3에 도시한 바와 같이 접지 기판(350)과 상기 전도성 구조체들이 배열된 상부 덮개(310) 간의 거리(h) 값(h=29㎜)을 수학식 1 및 수학식 2에 대입하여 산출한 좌수 편파 및 우수 편파의 이론적 축비 값을 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 상기 원형 편파 안테나는, 전술한 바와 같이 급전 안테나로부터 방사되는 선형 편파, 즉 x-편파일 경우에는 좌수 편파를 방사하고, y-편파일 경우에는 우수 편파를 방사하며, 또한 상기 좌수 편파의 축비(910) 및 우수 편파의 축비(920)는 급전 안테나가 x-편파 및 y-편파를 방사할 때 생성된 값이다. 여기서, 상기 원형 편파 안테나는, 상부 덮개에 배열된 전도성 구조체의 구조나 크기를 변경하여 S-파라미터 값을 조절할 수 있으며, 이렇게 조절되는 S-파라미터 값 과, 도 3에 도시한 바와 같이 접지 기판(350)과 상기 전도성 구조체들이 배열된 상부 덮개(310) 간의 거리(h) 값에 따라 상기 원형 편파 안테나의 축비 및 공진 주파수를 조절할 수 있다. 그러면 여기서, 도 10 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 원형 편파 안테나의 이득 및 축비를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나의 좌수 편파 및 우수 편파 이득 및 축비를 도시한 그래프이다. 여기서, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따라 상기 원형 편파 안테나에서 방사되는 좌수 편파 및 우수 편파의 실효 이득(realized gain)을 나타낸 그래프이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 상기 원형 편파 안테나에서 방사되는 좌수 편파 및 우수 편파의 축비(axial ratio)를 나타낸 그래프이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 원형 편파 안테나에서 방사되는 우수 편파의 실효 이득(1010) 및 좌수 편파의 실효 이득(1020)은, 중심 주파수가 될 수 있는 5.24GHz에서 17dB 이상의 값을 갖는다. 그리고, 상기 원형 편파 안테나에서 방사되는 우수 편파의 축비(1110) 및 좌수 편파의 축비(1120)는, 중심 주파수가 될 수 있는 5.24GHz에서 0.5dB 이하의 값을 갖는다. 이렇게 급전 안테나의 상부 덮개에 복수의 전도성 구조체가 배열된 원형 편파 안테나는, 방사되는 좌수 편파 및 우수 편파가 안테나의 이득 및 축비를 향상시킴을 알 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나의 이중 원형 편파 이득 및 축비를 도시한 그래프이다. 여기서, 도 12는 본 발명의 실시 예에 따라 상기 원형 편파 안테나에서 방사되는 이중 원형 편파의 실효 이득(realized gain)을 나타낸 그래프이고, 도 13은 본 발명의 실시 예에 따라 상기 원형 편파 안테나에서 방사되는 이중 원형 편파의 축비(axial ratio)를 나타낸 그래프이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 상기 원형 편파 안테나는, 전술한 도 5 및 도 6에서 설명한 바와 같이 y-편파를 방사하는 제1급전 안테나 및 x-편파를 방사하는 제2급전 안테나를 이용하여 우수 편파 및 좌수 편파를 갖는 이중 원형 편파를 방사한다. 그리고, 상기 원형 편파 안테나에서 방사되는 이중 원형 편파 중 우수 편파의 실효 이득(1210) 및 좌수 편파의 실효 이득(1220)은, 중심 주파수가 될 수 있는 5.3GHz에서 16.5 dB 이상의 값을 갖는다. 그리고, 상기 원형 편파 안테나에서 방사되는 이중 원형 편파 중 우수 편파의 축비(1310) 및 좌수 편파의 축비(1320)는, 중심 주파수가 될 수 있는 5.3GHz에서 1.5dB 이하의 값을 가진다. 이렇게 급전 안테나의 상부 덮개에 복수의 전도성 구조체가 배열된 원형 편파 안테나는, 방사되는 이중 원형 편파의 좌수 편파 및 우수 편파가 안테나의 이득 및 축비를 향상시킴을 알 수 있다. 그러면 여기서, 도 14를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 원형 편파 안테나의 제조 과정을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 1410단계에서, 소정의 유전율을 갖는 유전체 기판 상에 복수의 전도성 구조체들, 즉 복수의 패치들을 형성한다. 이때, 상기 복수의 전도성 구조체들은, 동일한 일정 방향으로 배열되어 형성되며, 선형 편파가 급전될 경우 원형 편파를 발생하여 방사하도록 사각 패치에서 마주보는 대각 방향의 대칭 모서리가 상호 평행하게 제거되어 형성된다. 여기서, 상기 복수의 전도성 구조체들은, 원형 편파 안테나의 동작 주파수, 안테나 이득, 및 편파 특성에 따라 다양한 크기 및 형상을 가질 수 있으며, 상기 전도성 구조체들이 배열되는 유전체 기판은, 안테나 이득을 보다 향상시키기 위해 보다 큰 사이즈를 가지고, 직사각형, 정사각형, 원, 타원형, 및 사다리꼴 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 유전체 기판 하부에 x-편파가 방사되어 급전되면, 상기 복수의 전도성 구조체들 및 상기 유전체 기판은, 좌수 편파를 방사하는 원형 편파 안테나가 되고, 상기 유전체 기판 하부에 y-편파가 방사되어 급전되면, 상기 복수의 전도성 구조체들 및 상기 유전체 기판은, 우수 편파를 방사하는 원형 편파 안테나가 된다. 즉, 상기 복수의 전도성 구조체들에 각각 대응하는 개별 급전이 아닌 적은 수의 급전을 통해 상기 복수의 전도성 구조체들 및 유전체 기판이 원형 편파를 방사함에 따라, 구현되는 원형 편파 안테나는 구조가 단순해지며, 또한 급전될 경우 상유전체 기판뿐만 아니라 상기 유전체 기판에 배열된 복수의 전도성 구조체들이 원형 편파를 방사하여 안테나 이득이 향상된다.
다음으로, 1420단계에서, 상기 유전체 기판 및 상기 유전체 기판에 배열된 복수의 전도성 구조체들로 급전할 급전 안테나의 위치 및 개수를 결정한다. 즉, 상기 유전체 기판 및 상기 유전체 기판에 배열된 복수의 전도성 구조체들의 좌수 편파를 방사 또는 우수 편파 방사, 및 이중 원형 편파 방사 등을 고려하여 급전 안테 나의 위치 및 개수를 결정한다.
여기서, 상기 유전체 기판 및 상기 유전체 기판에 배열된 복수의 전도성 구조체들이 좌수 편파 또는 우수 편파를 방사할 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 복수의 전도성 구조체들이 배열된 유전체 기판을 상부 덮개로 하여 상기 유전체 기판 하부로 소정 거리만큼 이격된 상태에서, 상기 유전체 기판 하부의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되는 하나의 급전 안테나가 형성되도록 결정, 즉 하나의 유전체 기판 상에 하나의 급전 안테나를 형성하여 제1급전 또는 제2급전을 통해 x-편파를 방사하거나 또는 y-편파를 방사하도록 결정한다. 상기 하나의 급전 안테나가 형성되는 유전체 기판은, 접지 기판 상에 형성된 유전체 기판으로서, y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 작거나 크다.
또한, 상기 유전체 기판 및 상기 유전체 기판에 배열된 복수의 전도성 구조체들이 이중 원형 편파를 방사할 경우, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 복수의 전도성 구조체들이 배열된 유전체 기판을 상부 덮개로 하여 상기 유전체 기판 하부로 소정 거리만큼 이격된 상태에서, 상기 유전체 기판 하부의 중심 지점에서 y-축으로 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되는 제1급전 안테나와, x-축으로 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되는 제2급전 안테나가 형성되도록 결정, 즉 접지 기판 상에 형성된 하나의 유전체 기판 상에 제1급전 안테나 및 제2급전 안테나를 형성하여 x-편파 및 y-편파를 방사하도록 결정한다.
여기서, 상기 유전체 기판 및 상기 유전체 기판에 배열된 복수의 전도성 구조체들이 이중 원형 편파를 방사할 경우, 도 6에서 설명한 바와 같이, 접지 기판 상에 형성된 두 개의 유전체 기판 상에 각각 대응하는 제1급전 안테나 및 제2급전 안테나를 형성하여 x-편파 및 y-편파를 방사하도록 결정할 수도 있다. 이때, 상기 제1급전 안테나는 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 큰 유전체 기판 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 결정되며, 상기 제2급전 안테나는 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 작은 유전체 기판 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 결정된다.
그런 다음, 1430에서, 전술한 바와 같은 급전 안테나의 위치 및 개수의 결정에 따라, 상기 복수의 전도성 구조체가 배열된 유전체 기판과 소정의 거리(h)만큼 하부로 이격되어 위치하는 접지 기판 상의 유전체 기판 상에 급전 안테나를 형성한다. 즉, 상기 유전체 기판 및 상기 유전체 기판에 배열된 복수의 전도성 구조체들이 좌수 편파 또는 우수 편파를 방사하도록 하나의 급전 안테나로 결정되면, 상기 접지 기판 상에 형성되며 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 작거나 큰 유전체 기판 상의 중심 지점에서, 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되는 하나의 급전 안테나를 형성한다. 이때, 상기 복수의 전도성 구조체가 배열된 유전체 기판은 상기 급전 안테나의 상부 덮개가 된다.
여기서, 상기 유전체 기판의 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 작으면, 상기 급전 안테나는 x-편파를 방사하며, 상기 방사된 x-편파가 급전되어 상기 복수의 전도성 구조체 및 상기 복수의 전도성 구조체가 배열된 유전체 기판은 좌수 편파를 방사한다. 그리고, 상기 유전체 기판의 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 크면, 상기 급전 안테나는 y-편파를 방사하고, 상기 방사된 y-편파가 급전되 어 상기 복수의 전도성 구조체 및 상기 복수의 전도성 구조체가 배열된 유전체 기판은 우수 편파를 방사한다.
또한, 상기 유전체 기판 및 상기 유전체 기판에 배열된 복수의 전도성 구조체들이 이중 원형 편파를 방사하도록 하나의 유전체 기판 상에 두 개의 급전 안테나로 결정되면, 상기 접지 기판 상에 형성된 유전체 기판 상의 중심 지점에서, y-축으로 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되는 제1급전 안테나와, x-축으로 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되는 제2급전 안테나를 형성한다. 이때, 상기 복수의 전도성 구조체가 배열된 유전체 기판은 상기 제1급전 안테나 및 제2급전 안테나의 상부 덮개가 된다.
여기서, 상기 제1급전 안테나는 y-편파를 방사하며, 상기 방사된 y-편파가 급전되어 상기 복수의 전도성 구조체 및 상기 복수의 전도성 구조체가 배열된 유전체 기판은 우수 편파를 방사한다. 그리고, 상기 제2급전 안테나는 x-편파를 방사하고, 상기 방사된 x-편파가 급전되어 상기 복수의 전도성 구조체 및 상기 복수의 전도성 구조체가 배열된 유전체 기판은 좌수 편파를 방사한다. 이렇게 상기 복수의 전도성 구조체 및 상기 복수의 전도성 구조체가 배열된 유전체 기판이 좌수 편파 및 우수 편파를 방사함에 따라 이중 원형 편파가 방사된다.
그리고, 상기 유전체 기판 및 상기 유전체 기판에 배열된 복수의 전도성 구조체들이 이중 원형 편파를 방사하도록 두 개의 유전체 기판 상에 각각 대응하는 두 개의 급전 안테나로 결정되면, 상기 접지 기판 상에 형성되며 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 큰 유전체 기판 상에 제1급전 안테나를 형성하고, y-축에 서의 길이가 x-축에서의 길이보다 작은 유전체 기판 상에 제2급전 안테나를 형성한다. 이때, 상기 제1급전 안테나 및 제2급전 안테나는, 유전체 기판 상의 중심 지점에서, 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되는 위치에 각각 형성된다. 그리고, 상기 복수의 전도성 구조체가 배열된 유전체 기판은 상기 제1급전 안테나 및 제2급전 안테나의 상부 덮개가 된다.
여기서, 상기 제1급전 안테나는 y-편파를 방사하며, 상기 방사된 y-편파가 급전되어 상기 복수의 전도성 구조체 및 상기 복수의 전도성 구조체가 배열된 유전체 기판은 우수 편파를 방사한다. 그리고, 상기 제2급전 안테나는 x-편파를 방사하고, 상기 방사된 x-편파가 급전되어 상기 복수의 전도성 구조체 및 상기 복수의 전도성 구조체가 배열된 유전체 기판은 좌수 편파를 방사한다. 이렇게 상기 복수의 전도성 구조체 및 상기 복수의 전도성 구조체가 배열된 유전체 기판이 좌수 편파 및 우수 편파를 방사함에 따라 이중 원형 편파가 방사된다.
다음으로, 1440단계에서, 상기 복수의 전도성 구조체가 형성된 유전체 기판과 적어도 하나 이상의 급전 안테나들이 형성된 적어도 하나 이상의 유전체 기판을 결합하여, 좌수 편파 또는 우수 편파를 방사하거나, 좌수 편파 및 우수 편파의 이중 원형 편파를 방사하는 원형 편파 안테나를 형성한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정 해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나의 전도성 구조체를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나의 단위 안테나 상부 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나의 단위 안테나 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나의 급전 안테나 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 이중 원형 편파를 방사하기 위한 원형 편파 안테나의 급전 안테나 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 원형 편파 안테나의 S-파라미터를 도시한 그래프.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 S-파라미터에 따른 원형 편파 안테나의 축비(axial ratio)를 도시한 그래프.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나의 좌수 편파 및 우수 편파 이득 및 축비를 도시한 그래프.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나의 이중 원형 편파 이득 및 축비를 도시한 그래프.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면.

Claims (19)

  1. 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나에 있어서,
    적어도 하나 이상의 접지 기판 상에서 소정 지점에 위치하는 적어도 하나 이상의 급전 안테나; 및
    상기 급전 안테나의 상부에 상기 접지 기판으로부터 소정 거리만큼 이격되어 위치하는 상부 덮개(superstrate)에 복수의 전도성 구조체들이 동일한 일정 방향으로 배열된 단위 안테나;를 포함하며,
    상기 급전 안테나가 선형 편파를 방사하면, 상기 복수의 전도성 구조체들 및 상기 단위 안테나는, 원형 편파를 각각 방사하며, 상기 급전 안테나의 개수에 상응하여 이중 원형 편파를 방사하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 급전 안테나가 x-편파를 방사하면, 상기 복수의 전도성 구조체들 및 상기 단위 안테나는, 좌수 편파(left handed polarized wave)를 각각 방사하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 x-편파는, y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 작은 형상을 갖는 상기 접지 기판 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점을 급전점으로 하는 급전 안테나에서 방사되는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 급전 안테나가 y-편파를 방사하면, 상기 복수의 전도성 구조체들 및 상기 단위 안테나는, 우수 편파(right-handed polarized wave)를 각각 방사하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 y-편파는, y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 큰 형상을 갖는 상기 접지 기판 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점을 급전점으로 하는 급전 안테나에서 방사되는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 접지 기판 중에서 제1접지 기판 상에 형성된 적어도 둘 이상의 급전 안테나들이 x-편파 및 y-편파를 각각 방사하면, 상기 복수의 전 도성 구조체들 및 상기 단위 안테나는, 좌수 편파(left handed polarized wave) 및 우수 편파(right-handed polarized wave)를 각각 방사하는 것을 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 y-편파는, 상기 제1접지 기판 상의 중심 지점에서 y-축 방향으로 소정 거리만큼 이격된 지점을 급전점으로 하는 제1급전 안테나에서 방사되며,
    상기 x-편파는, 상기 제1접지 기판 상의 중심 지점에서 x-축 방향으로 소정 거리만큼 이격된 지점을 급전점으로 하는 제2급전 안테나에서 방사되는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 접지 기판 중에서 제1접지 기판 상에 형성된 제1급전 안테나 및 제2접지 기판 상에 형성된 제2급전 안테나가 x-편파 및 y-편파를 각각 방사하면, 상기 복수의 전도성 구조체들 및 상기 단위 안테나는, 좌수 편파(left handed polarized wave) 및 우수 편파(right-handed polarized wave)를 각각 방사하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1접지 기판은, y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 큰 형상을 가지며, 상기 제1급전 안테나는, 상기 제1접지 기판 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점을 급전점으로 하여 상기 y-편파를 방사하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2접지 기판은, y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 작은 형상을 가지며, 상기 제2급전 안테나는, 상기 제2접지 기판 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점을 급전점으로 하여 상기 x-편파를 방사하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전도성 구조체들은, 사각 패치에서 마주보는 대각 방향의 대칭 모서리가 상호 평행하게 제거된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전도성 구조체들은, 상기 급전 안테나로부터 상기 선형 편파가 간접 급전되며, 상기 간접 급전된 선형 편파에 대응한 서로 다른 원형 편파를 방사하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전도성 구조체들은, 원형 편파 안테나의 동작 주파수, 안테나 이득, 및 편파 특성에 따라 크기 및 형상이 결정되는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나.
  14. 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나 제조 방법에 있어서,
    접지 기판으로부터 소정 거리만큼 이격되어 상부에 위치한 유전체 기판 상에 복수의 전도성 구조체들을 동일한 일정 방향으로 배열하는 단계; 및
    상기 접지 기판 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 소정 지점에 급전 안테나를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 접지 기판이 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 큰 형상을 가지면 상기 급전 안테나에서 y-편파가 방사되어, 상기 유전체 기판 및 상기 복수의 전도 성 구조체들에서 우수 편파(right-handed polarized wave)가 각각 방사되며;
    상기 접지 기판이 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 작은 형상을 가지면 상기 급전 안테나에서 x-편파가 방사되어, 상기 유전체 기판 및 상기 복수의 전도성 구조체들에서 좌수 편파(left handed polarized wave)가 각각 방사되는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 일정 방향으로 배열하는 단계는, 사각 패치에서 마주보는 대각 방향의 대칭 모서리가 상호 평행하게 제거된 형상으로 상기 복수의 전도성 구조체들을 형성하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나 제조 방법.
  16. 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나 제조 방법에 있어서,
    접지 기판으로부터 소정 거리만큼 이격되어 상부에 위치한 유전체 기판 상에 복수의 전도성 구조체들을 동일한 일정 방향으로 배열하는 단계; 및
    상기 접지 기판 상의 중심 지점에서 y-축으로 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 소정 지점에 제1급전 안테나를 형성하고, 상기 접지 기판 상의 중심 지점에서 x-축으로 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 소정 지점에 제2급전 안테나를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1급전 안테나에서 y-편파가 방사되어, 상기 유전체 기판 및 상기 복수의 전도성 구조체들에서 우수 편파(right-handed polarized wave)가 각각 방사되며;
    상기 제2급전 안테나에서 x-편파가 방사되어, 상기 유전체 기판 및 상기 복수의 전도성 구조체들에서 좌수 편파(left handed polarized wave)가 각각 방사되는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 일정 방향으로 배열하는 단계는, 사각 패치에서 마주보는 대각 방향의 대칭 모서리가 상호 평행하게 제거된 형상으로 상기 복수의 전도성 구조체들을 형성하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나 제조 방법.
  18. 무선 통신 시스템에서 원형 편파 안테나 제조 방법에 있어서,
    접지 기판으로부터 소정 거리만큼 이격되어 상부에 위치한 제1유전체 기판 상에 복수의 전도성 구조체들을 동일한 일정 방향으로 배열하는 단계; 및
    상기 접지 기판 상에 위치하며 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 큰 형상을 갖는 제2유전체 기판 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 소정 지점에 제1급전 안테나를 형성하고, 상기 접지 기판 상에 위치 하며 y-축에서의 길이가 x-축에서의 길이보다 작은 형상을 갖는 제3유전체 기판 상의 중심 지점에서 소정 거리만큼 이격된 지점이 급전점이 되도록 소정 지점에 제2급전 안테나를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1급전 안테나에서 y-편파가 방사되어, 상기 제1유전체 기판 및 상기 복수의 전도성 구조체들에서 우수 편파(right-handed polarized wave)가 각각 방사되며;
    상기 제2급전 안테나에서 x-편파가 방사되어, 상기 제1유전체 기판 및 상기 복수의 전도성 구조체들에서 좌수 편파(left handed polarized wave)가 각각 방사되는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 일정 방향으로 배열하는 단계는, 사각 패치에서 마주보는 대각 방향의 대칭 모서리가 상호 평행하게 제거된 형상으로 상기 복수의 전도성 구조체들을 형성하는 것을 특징으로 하는 원형 편파 안테나 제조 방법.
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