KR101289265B1 - 대수 주기 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대수 주기 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 H-면 방사패턴의 빔 폭을 줄일 수 있고, 고 이득의 지향 특성을 갖는 대수 주기 안테나에 관한 것이다.
본 발명에 따른 대수 주기 안테나는, 서로 평행한 제 1 및 제 2 전송선로와; 한 측이 제 1 및 제 2 전송선로에 전기적으로 연결되어 제 1 및 제 2 전송선로와 미리 결정된 각도를 이루며, 제 1 및 제 2 전송선로와 전기적으로 연결되지 않은 다른 한 측 부분의 방사면이 제 1 및 제 2 전송선로와 전기적으로 연결된 한 측 부분의 방사면보다 넓은 복수의 광대역 방사 소자들;을 포함하고, 제 1 전송선로에 전기적으로 연결된 복수의 광대역 방사 소자들과 제 2 전송선로에 전기적으로 연결된 복수의 광대역 방사 소자들은 제 1 및 제 2 전송선로를 기준으로 서로 마주보도록 형성된다.
Figure R1020090128521
피라미드형, V자형, 대수 주기 안테나(LOG PERIODIC ANTENNA)

Description

대수 주기 안테나{LOG PERIODIC ANTENNA}
본 발명은 대수 주기 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 H-면 방사패턴의 빔 폭을 줄일 수 있고, 고 이득의 지향 특성을 갖는 대수 주기 안테나에 관한 것이다.
본 발명은 방송통신위원회의 IT 원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호: 2008-F-012-02, 과제명: 유비쿼터스 전파 측정 및 감시기술개발].
일반적으로 안테나는 전압/전류로 표현되는 전기적 신호와 전기장/자기장으로 표현되는 전자기파를 서로 변환해주는 역할을 한다. 안테나의 종류에는 다이폴 안테나, 모노폴 안테나, 패치 안테나, 혼 안테나, 파라볼릭 안테나, 헬리컬 안테나, 슬롯 안테나, 대수 주기 안테나 등이 있다.
여기서, 대수 주기 안테나(log periodic antenna)는 광대역 특성과 적당한 이득으로 TV 수신용이나 통신용 안테나로 널리 사용되고 있다. 최근에는 IMT-2000, 무선 랜, 휴대 무선 인터넷 등을 비롯하여 방송 및 통신 서비스 등의 종류가 더욱 다양해지고 있다. 따라서 광대역 혹은 이중, 삼중 대역 등을 커버할 수 있는 안테나의 필요성이 더욱 요구되고 있으며, 이에 따라 대수 주기 안테나의 활용도가 더욱 증가되고 있다.
대주 수기 안테나는 그 반복되는 구조 형태에 따라, 톱니형 평면 안테나, 톱니형 사다리꼴 안테나, 사다리꼴 도선 안테나, 지그재그형 도선 안테나 등이 있다. 다양한 형태의 대수 주기 안테나들 중에서 일반적으로 평판 혹은 도선형 다이폴가 배열된 대수 주기 다이폴 안테나가 널리 사용되고 있다.
일반적인 광대역 대수 주기 다이폴 안테나는 일련의 다이폴 방사 소자들이 직렬 급전되어 있는 형태로서, 설계 파라미터인 대수 주기의 비(t), 간격정수(s) 및 특정 대역의 단일 다이폴 안테나 길이(l/2)와 연관되어 있다. 따라서 다이폴 방사 소자의 길이 단축 및 전체 크기의 감소에 한계가 있다. 즉, 이득을 증가시킬 목적으로 대수 주기의 비(t)와 간격정수(s)를 크게 하면, 이득은 증가시킬 수 있으나 대신 안테나 붐의 길이가 길어지고, 방사소자의 수가 증가하기 때문에 전체 안테나의 크기가 커지는 문제가 있다.
최근 무선 통신 시스템은 광대역 또는 소형화 추세의 경향이 있기 때문에, 전체 안테나 크기를 감소시키면서 광대역 특성을 유지할 수 있는 형태의 소자 개발이 중요시되고 있다.
앞서 상술한 문제를 해결하기 위해, 소자 길이를 단축하기 위하여 대수 주기 다이폴 안테나의 다이폴 방사 소자를 루프 소자로 대체하는 방법을 이용하고 있다. 또한, 다이폴 방사 소자의 끝부분을 구부려 사용하기도 한다. 또한, 길이 축소 다이폴(size-reduced dipole or foreshortened dipole)로 변형하는 방법을 이용하기도 한다.
그러나 이러한 방법들은 단지 다이폴 방사 소자의 길이 단축에만 효과가 있을 뿐 이득 증가의 효과까지는 얻을 수 없다. 따라서 좁은 빔 폭과 지향 특성이 좋은 대수 주기 안테나를 필요로 하는 무선 통신 시스템에 적용할 목적이라면 새로운 형태의 대수 주기 안테나가 개발되어야 하는 실정이다.
특히, 휴대형 방향 탐지 시스템과 같이, 안테나를 이동시키면서 수신신호 크기에 의해 전파의 도래방향을 찾고자 하는 무선 통신 시스템에서는 주로 일반적인 대수 주기 다이폴 안테나를 이용하고 있다. 따라서 안테나의 전체 크기가 2차원 평면상으로만 크다는 단점이 있고, H-면 방사패턴의 3dB 빔 폭이 약 120˚정도로 넓어서 신호의 도래방향 추정이 모호하다는 문제점을 가지고 있다. 따라서 대수 주기 다이폴 안테나의 광대역 및 소형화와 더불어 고 이득 구조를 통한 지향성 향상은 방향 탐지 시스템의 방향 탐지 정확도를 높이기 위하여 반드시 개선되어져야 할 사항이라고 할 수 있다.
결국, 일반적인 대수 주기 안테나의 광대역 특성을 유지하면서 좁은 빔 폭을 가지며, 고 이득을 갖는 대수 주기 안테나의 개발이 요구된다.
따라서 본 발명은 H-면 방사패턴의 빔 폭을 줄일 수 있고, 고 이득의 지향 특성을 갖는 대수 주기 안테나를 제공한다.
또한, 광대역 특성을 유지할 수 있는 대수 주기 안테나를 제공한다.
또한, 일반적인 대수 주기 안테나보다 부피를 더 줄여 소형화된 대수 주기 안테나를 제공한다.
또한, 제작 및 조립이 용이하고, 휴대가 간편한 대수 주기 안테나를 제공한다.
또한, 일반적인 대수 주기 안테나보다 높은 지향성을 요구하는 시스템, 특히, 휴대형태의 방향 탐지 시스템 등에서 정확한 방향 탐지를 할 수 있는 대수 주기 안테나를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나는, 서로 평행한 제 1 및 제 2 전송선로와; 한 측이 제 1 및 제 2 전송선로에 전기적으로 연결되어 제 1 및 제 2 전송선로와 미리 결정된 각도를 이루며, 제 1 및 제 2 전송선로와 전기적으로 연결되지 않은 다른 한 측 부분의 방사면이 제 1 및 제 2 전송선로와 전기적으로 연결된 한 측 부분의 방사면보다 넓은 복수의 광대역 방사 소자들;을 포함하고, 제 1 전송선로에 전기적으로 연결된 복수의 광대역 방사 소자들과 제 2 전송선로에 전기적으로 연결된 복수의 광대역 방사 소자들은 제 1 및 제 2 전송선로를 기준으로 서로 마주보도록 형성된다.
또한, 상기 미리 결정된 각도는 예각인 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 광대역 방사 소자들은, 상기 제 1 및 제 2 전송선로와 전기적으로 연결되지 않은 다른 한 측 부분의 방사면이 다각형 또는 원형인 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 광대역 방사 소자들 각각의 길이는, 상기 제 1 및 제 2 전송선로에서 급전신호가 인가되는 한 측으로부터 반대편 다른 한 측 방향으로 갈수록 점진적으로 증가하며, 상기 제 1 및 제 2 전송선로의 한 측에 형성된 복수의 광대역 방사 소자들은 일반적인 직선형의 다이폴 방사 소자일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대수 주기 안테나는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나를 포함하는 제 1 광대역 안테나부와; 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나를 포함하는 제 2 광대역 안테나부와; 제 1 광대역 안테나부와 제 2 광대역 안테나부에 급전신호를 공급하는 급전부;를 더 포함하고, 제 1 광대역 안테나부와 제 2 광대역 안테나부는 상기 급전부를 공통으로 하여 피라미드 형태를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 광대역 안테나부와 상기 제 2 광대역 안테나부는, 0ㅀ보다는 크고 180ㅀ보다는 작은 각도를 이루는 것이 바람직하다.
또한, 상기 급전부는, 상기 제 1 광대역 안테나부의 제 1 전송선로와 상기 제 2 광대역 안테나부의 제 1 전송선로를 전기적으로 연결하는 제 1 급전점과, 상기 제 1 광대역 안테나부의 제 2 전송선로와 상기 제 2 광대역 안테나부의 제 2 전송선로를 전기적으로 연결하는 제 2 급전점을 포함하고, 상기 제 1 급전점은 동축 선로의 외부 도체와 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 급전점은 상기 동축 선로의 중심 도체와 전기적으로 연결된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 대수 주기 안테나는, H-면 방사패턴의 빔 폭을 줄일 수 있고, 고 이득의 지향 특성을 갖는 이점이 있다.
또한, 광대역 특성을 유지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 일반 대수 주기 안테나보다 부피를 더 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 제작 및 조립이 용이하고, 휴대가 간편한 이점이 있다.
또한, 일반적인 대수 주기 다이폴 안테나보다 높은 지향성을 요구하는 시스템, 특히, 휴대형태의 방향 탐지 시스템 등에서 정확한 방향 탐지를 할 수 있는 이점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 당업자에게 자명한 부분에 대하여는 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략하기로 한다. 또한 이하에서 설명되는 각 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 사용된 것일 뿐이며, 각 제조 회사 또는 연구 그룹에서는 동일한 용도임에도 불구하고 서로 다른 용어로 사용될 수 있음에 유의해야 한다.
도 1은 일반적인 대수 주기 다이폴 안테나의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도 시된 일반적인 대수 주기 다이폴 안테나의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 일반적인 대수 주기 다이폴 안테나는, 제 1 전송선로(110)와 제 2 전송선로(130)로 구성된 평행 전송선로, 제 1 전송선로(110)의 한 측에 형성된 제 1 급전단자(103a)와 제 2 전송선로(130)의 한 측에 형성된 제 2 급전단자(103b), 제 1 전송선로(110)를 기준으로 제 1 전송선로(110)에 ±90°방향으로 복수개가 배열된 제 1 다이폴 소자들과 제 2 전송선로(130)를 기준으로 제 2 전송선로(130)에 ±90°방향으로 복수개가 배열된 제 2 다이폴 소자들로 구성된다.
제 1 다이폴 소자들에 있어서, 제 1 전송선로(110)와 90°를 이루는 다이폴 소자들(111)과 -90°를 이루는 다이폴 소자들은 제 1 전송선로(110)를 기준으로 마주보지 않도록 형성된다. 제 2 다이폴 소자들도 마찬가지이다. 대신, 제 1 전송선로(110)와 90°를 이루는 제 1 다이폴 소자들(111)과 제 2 전송선로(130)와 -90°를 이루는 제 2 다이폴 소자들(131)이 서로 제 1 및 제 2 전송선로(110, 130)를 기준으로 마주보도록 형성된다.
이러한 일반적인 대수 주기 다이폴 안테나에 있어서, 다이폴 소자들 각각의 길이(L1 ~ Ln), 다이폴 소자들 간의 간격(d1 ~ dn) 및 제 1 및 제 2 전송선로(110,130)의 길이는 대수 주기의 비(t)와 대주수기 안테나의 반개각(a)을 결정한다. 대수 주기의 비(t)와 대주수기 안테나의 반개각(a)은 아래의 <수학식 1>과 <수학식 2>에 의해 정의된다.
Figure 112009079128167-pat00001
(단, n=1,2,3,…, N-1)
Figure 112009079128167-pat00002
(단, n=1,2,3,…, N-1)
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나의 평면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나의 사시도이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나는 제 1 및 제2 전송선로(204, 205)와 복수의 광대역 방사 소자들(241, 251)로 구성된다.
제 1 전송선로(204)와 제 2 전송선로(205)는 평행하게 형성된다. 제 1 전송선로(204)의 한 측(204a)은 급전신호를 인가하는 급전부(미도시)와 전기적으로 연결된다. 제 2 전송선로(205)의 한 측(205a)은 급전신호를 인가하는 급전부(미도시)와 전기적으로 연결된다. 제 1 전송선로(204)에는 복수의 광대역 방사 소자들(241)이 전기적으로 연결되는데, 복수의 광대역 방사 소자들(241)은 제 1 전송선로(204)와 소정의 각도(±β/2)를 이룬다. 여기서, 제 1 전송선로(204)와 복수의 광대역 방사 소자들(241)이 이루는 각도(±β/2)는 0°보다는 크고 ±90°보다는 작다. 즉, 제 1 전송선로(204)와 복수의 광대역 방사 소자들(241)은 예각을 이룬다. 마찬가지로 제 2 전송선로(205)와 전기적으로 연결된 복수의 광대역 방사 소자들(251) 도 예각을 이룬다.
복수의 광대역 방사 소자들(241, 251)은 서로 이격되어 제 1 및 제 2 전송선로(204, 205)에 연결된다. 그리고 복수의 광대역 방사 소자들(241, 251) 각각의 한 측은 제 1 및 제 2 전송선로(204, 205)에 전기적으로 연결되고, 다른 한 측은 자유공간에 배치된다.
또한, 복수의 광대역 방사 소자들(241, 251)은 제 1 및 제 2 전송선로(204, 205)의 한 측(204a, 205a)로부터 다른 한 측 방향으로 갈수록 길이가 일정한 비율로 점진적으로 커진다. 제 1 전송선로(204)에 전기적으로 연결된 복수의 광대역 방사 소자들(241)과 제 2 전송선로(205)에 전기적으로 연결된 복수의 광대역 방사 소자들(251)은 제 1 및 제 2 전송선로(204, 205)를 기준으로 서로 마주보도록 배치된다.
또한, 복수의 광대역 방사 소자들(241, 251)과 제 1 및 제 2 전송선로(204, 205)가 이루는 각도(±β/2)는 일반적인 대수 주기 다이폴 안테나와 마찬가지로 90°이어도 무방하나, 대수 주기 안테나의 크기 감소와 지향성 향상 효과를 얻기 위해 0°보다는 크고 90°보다는 작은 각도로 하는 것이 바람직하다. 따라서 제 1 및 제 2 전송선로(204, 205)를 기준으로 서로 마주보는 광대역 방사 소자들(241, 251)은 서로 β°를 이룬다. 이렇게 제 1 및 제 2 전송선로(204, 205)를 기준으로 서로 마주보는 광대역 방사 소자들(241, 251)은 서로 0° ~ 180°사이의 임의의 각도를 이루므로, 이하 본 발명의 명세서 상에서는 'V 자형' 배치로 명하기로 한다.
각각의 복수의 광대역 방사 소자들(241, 251)은 제 1 및 제 2 전송선로(204, 205)에 전기적으로 연결된 한 측은 일반적인 다이폴 안테나의 형상을 갖지만, 자유공간 상에 배치된 다른 한 측은 일반적인 다이폴 안테나의 형상이 아닌, 직각 삼각형의 형태를 갖는다. 즉, 자유공간 상에 배치된 다른 한 측 부분의 방사면이 제 1 및 제 2 전송선로(204, 205)와 연결된 한 측 부분의 방사면보다 넓다. 여기서 유의할 점은, 도 3 내지 도 4에서는 자유공간 상에 배치된 한 측 부분의 방사면이 직각 삼각형 형태로 도시되었지만, 다각형 또는 원형 형태로도 구성될 수 있음에 유의해야 한다. 이렇게 자유공간 상에 배치된 다른 한 측 부분의 방사면이 다각형 또는 원형 형태로 형성되면 광대역 방사 소자들(241, 251)의 길이를 기존의 다이폴 형태보다 줄일 수 있는 이점이 있다. 이로써, 안테나의 소형화를 이룰 수 있다.
한편, 제 1 및 제 2 전송선로(204, 205)에 연결된 복수의 광대역 방사 소자들(241, 251) 중 제 1 및 제 2 전송선로(204, 205)의 한 측(204a, 205a) 쪽에 형성된 복수의 광대역 방사 소자들(271)은 일반적인 다이폴 안테나의 형태로 형성될 수 있다. 그 이유는, 실제 제작 시 복수의 광대역 방사 소자들(271)의 길이나 폭이 너무 작을 경우 정밀한 가공이 어렵고 형상의 변형이 발생할 우려가 있기 때문이다.
한편, 복수의 광대역 방사 소자들(241, 251)은 일반적인 대수 주기 다이폴 배열 안테나와 같이 상기 <수학식 1>과 <수학식 2>의 설계 파라미터를 따른다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대수 주기 안테나이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대수 주기 안테나의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대수 주기 안테나의 후면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대수 주기 안테나의 평면도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대수 주기 안테나의 급전부를 확대한 확대도이다.
도 5 내지 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대수 주기 안테나는, 도 3 내지 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나 2개를 사용하여 형성한 것이다. 여기서, 2개의 대수 주기 안테나들은 급전부(213)를 공통으로 사용하여, 급전신호를 공급받는다.
좀 더 구체적으로, 도 5 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대수 주기 안테나는 제 1 기준축(A-A＇)을 기준으로 제 1 광대역 안테나부(301)와 제 2 광대역 안테나부(302)가 급전부(213)를 공통으로 하면서 서로 마주보도록 배치된다. 즉, 전체적으로 볼 때, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대수 주기 안테나의 형상은 피라미드(사각뿔) 형태를 갖는다. 이하, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대수 주기 안테나를 '피라미드형 대수 주기 안테나'로 명하기로 한다.
상기 제 1 기준축(A-A＇)은 피라미드형 대수 주기 안테나의 급전부(213)의 정점과 밑면의 중심을 가로지르는 중심축으로서, 이 제 1 기준축(A-A')을 기준으로 제 1 면과 제 2 면이 대칭이고, 제 3 면과 제 4 면이 대칭이다. 즉, 제 1 광대역 안테나부(301)는 4 면체 상의 제 1 면(혹은 제 3 면)에 배치되었다고 할 때, 제 2 광대역 안테나부(302)는 4 면체의 제 2 면(혹은 제 4 면)에 배치된다. 따라서, 제 1 광대역 안테나부(301)와 제 2 광대역 안테나부(302)가 이루는 각도는 도 7에 도시된 바와 같이, 소정의 각도(γ)를 갖는다. 여기서, 소정의 각도(γ)는 0°보다는 크고 180°보다는 작은 각도인 것이 바람직하다.
그리고 제 1 및 제 2 광대역 안테나부(301, 302)의 복수의 광대역 방사 소자 들은 제 2 기준축(B-B')을 기준으로 ±90°를 이룬다.
도 7 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피라미드형 대수 주기 안테나의 중앙 급전 구조체(213)는 동축 전송선로(401)와 연결된다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 중앙 급전 구조체(213)는 동축 전송선로의 형태로서, 중앙 급전 구조체(213)에 동축 전송선로(401)를 삽입하고, 제 2 급전점(213b)에는 동축 전송선로(401)의 외부도체를 접속하고, 제 1 급전점(213a)에는 동축 전송선로(401)의 중심도체를 접속하게 한다. 이로써 제 1 광대역 안테나부(301)와 제 2 광대역 안테나부(302)의 전송선로로 급전신호를 공급하게 된다. 이러한 급전 형태를 통하여 제 1 광대역 안테나부(301)와 제 2 광대역 안테나부(302)는 동일한 크기와 위상의 급전신호를 공급받게 된다.
또한, 제 1 및 제 2 광대역 안테나부들(301, 302)은 앞서 설명한 바와 같이, 서로 소정의 각도(γ)를 가지고 대칭 배열된다. 이러한 제 1 및 제 2 광대역 안테나부들(301, 302)의 대칭 배열 구조는 제 1 광대역 안테나부(301) 또는 제 2 광대역 안테나부(302)를 하나의 대수 주기 안테나로 사용하는 것보다 더 높은 이득을 얻을 수 있다. 이때 소정의 각도(γ)의 결정은 안테나 방사패턴 상의 전후방비 및 대역 내 반사손실 특성을 크게 저하시키지 않으면서, 사용하고자 하는 시스템의 용도에 적합하도록 안테나 전체 크기 및 제작에 용이하도록 선택하는 것이 바람직하다.
도 9는 도 1 내지 도 2에 도시된 일반적인 대수 주기 안테나(Conventional single LPDA)와 도 3 내지 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나(New single LPDA)의 이득 특성을 시뮬레이션하여 비교 실험한 그래프이다.
실험에 있어서, 일반적인 대수 주기 안테나(Conventional single LPDA)의 다이폴 방사 소자들의 수와 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나(New single LPDA)의 V 자형 광대역 방사 소자들의 수는 23개, 설계 파라미터인 2α는 44.6˚, 붐(Boom)의 길이(B)는 215mm로 하였다. 그리고 일반적인 대수 주기 안테나(Conventional single LPDA)에서 가장 긴 다이폴 방사 소자의 높이(L1)와 본 발명의 대수 주기 안테나(New single LPDA)에서 가장 긴 광대역 방사 소자의 높이(L1＇)는 각각 187mm와 158mm이고, 본 발명의 대수 주기 안테나(New single LPDA)의 V 자형 광대역 방사 소자의 접힌 각도(β)는 160˚로 하였다.
이 실험 결과에 있어서, 일반적인 대수 주기 안테나(Conventional single LPDA)와 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나(New single LPDA)의 이득 특성은 유사한 경향을 보인다. 따라서 V 자형 광대역 방사 소자의 길이를 단축하더라도 안테나 이득이 저하되지 않음을 알 수 있다.
도 10은 도 3 내지 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나(New single LPDA)와 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피라미드형 대수 주기 안테나(New pyramidal LPDA)의 이득 특성을 비교 도시한 그래프이다.
이 실험 결과는, 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피라미드형 대수 주기 안테나에서 제 1 및 제 2 광대역 안테나부들(301, 302)간의 소정의 각 도(γ)를 30˚로 한 결과이다.
도 10을 참조하면, 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피라미드형 대수 주기 안테나(New pyramidal LPDA)가 도 3 내지 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나(New single LPDA)보다 이득이 약 1.5 ~ 2 dB정도 개선됨을 알 수 있다. 이는 지향성이 향상되었음을 의미한다.
도 11 내지 도 13과 도 14 내지 도 16은 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나와 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피라미드형 대수 주기 안테나에 있어서, 동작 주파수가 1000, 3000 및 5000 MHz 일 때의 방사 패턴을 시뮬레이션하여 비교 도시한 그래프이다. 도 11 내지 도 13은 방위각(az) 방사패턴을 비교한 그래프이고, 도 14 내지 도 16은 앙각(el) 방사패턴을 비교한 그래프이다.
도 11 내지 도 13에 도시된 방위각 방사패턴에 있어서, 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나(New single LPDA)에 비해, 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피라미드형 대수 주기 안테나(New pyramidal LPDA)의 빔 폭이 상당히 감소한 것을 확인할 수 있다. 각 동작 주파수역에서 도 3에 도시된 대수 주기 안테나의 3dB 빔 폭은 약 100˚이고, 도 5에 도시된 피라미드형 대수 주기 안테나의 3dB 빔 폭은 약 65˚로서, 도 10에 도시된 그래프 결과를 통해서도 알 수 있는 바와 같이 빔 폭이 줄어들어 지향특성이 개선됨을 알 수 있다.
도 14 내지 도 16에 도시된 앙각 방사패턴에 있어서, 3dB 빔 폭은 약 60˚정 도로서 도 3의 대수 주기 안테나(New single LPDA)와 도 5의 피라미드형 대수 주기 안테나(New pyramidal LPDA)가 거의 유사하며 큰 차이를 보이지 않음을 알 수 있다.
도 17은 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피라미드형 대수 주기 안테나의 VSWR 특성을 도시한 그래프이다. 측정 결과(New pyramidal LPDA_measured result)와 시뮬레이션 결과(New pyramidal LPDA_simulted result)를 비교한 것이다.
도 17을 참조하면, 측정 결과와 시뮬레이션 결과에 약간의 오차가 있으나, 동작 주파수 1000 ~ 6000 MHz 내에서는 대체적으로 2:1 이하의 값을 갖는다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 일반적인 대수 주기 다이폴 안테나의 평면도,
도 2는 도 1에 도시된 일반적인 대수 주기 다이폴 안테나의 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나의 평면도,
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나의 사시도,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피라미드형 대수 주기 안테나의 사시도,
도 6은 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피라미드형 대수 주기 안테나의 후면도,
도 7은 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피라미드형 대수 주기 안테나의 평면도,
도 8은 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피라미드형 대수 주기 안테나의 급전부분을 확대한 확대도,
도 9는 도 1 내지 도 2에 도시된 일반적인 대수 주기 안테나(Conventional single LPDA)와 도 3 내지 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나(New single LPDA)의 이득 특성을 시뮬레이션하여 비교 실험한 그래프,
도 10은 도 3 내지 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 대수 주기 안테나(New single LPDA)와 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피라미드형 대수 주기 안테나(New pyramidal LPDA)의 이득 특성을 비교 도시한 그래프,
도 11A 내지 도 11C는 방위각(az) 방사패턴을 비교한 그래프,
도 12A 내지 도 12C는 앙각(el) 방사패턴을 비교한 그래프,
도 13은 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 피라미드형 대수 주기 안테나의 VSWR 특성을 도시한 그래프.

Claims (9)

  1. 대수 주기 안테나에 있어서,
    서로 평행한 제 1 전송선로와 제 2 전송선로; 및
    상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로에 각각 연결된 복수의 광대역 방사 소자들;을 포함하며;
    상기 광대역 방사 소자들은,
    상기 광대역 방사 소자들의 제1종단이 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로에 전기적으로 연결되고, 상기 제1종단의 타측인 제2종단이 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 전기적으로 연결되지 않으며;
    상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 미리 결정된 각도를 이루고;
    상기 제2종단의 방사면이 상기 제1종단의 방사면보다 넓으며;
    상기 제 1 전송선로에 전기적으로 연결된 광대역 방사 소자들과 상기 제 2 전송선로에 전기적으로 연결된 광대역 방사 소자들은,
    상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로를 기준으로 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 대수 주기 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 각도는, 예각인 것을 특징으로 하는 대수 주기 안테나.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2종단의 방사면은, 다각형 및 원형 중 하나의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 대수 주기 안테나.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광대역 방사 소자들 각각의 길이는, 급전신호가 인가되는 상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로의 제1끝단으로부터 타측인 제2끝단으로 갈수록 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 대수 주기 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 상기 복수의 광대역 방사 소자들을 포함하는 제 1 광대역 안테나부와;
    상기 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로와 상기 복수의 광대역 방사 소자들을 포함하는 제 2 광대역 안테나부와;
    상기 제 1 광대역 안테나부와 상기 제 2 광대역 안테나부에 급전신호를 공급하는 급전부를 더 포함하고;
    상기 제 1 광대역 안테나부와 상기 제 2 광대역 안테나부는, 상기 급전부를
    기준으로 대향하도록 배치된 피라미드 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 대수 주기 안테나.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 광대역 안테나부와 상기 제 2 광대역 안테나부 사이의 각도(γ)는, 0°<γ<180°인 것을 특징으로 하는 대수 주기 안테나.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제2종단의 방사면은, 다각형 및 원형 중 하나의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 대수 주기 안테나.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 광대역 방사 소자들 각각의 길이는, 상기 급전신호가 인가되는 제 1 전송선로 및 상기 제 2 전송선로의 제1끝단으로부터 타측인 제2끝단으로 갈수록 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 대수 주기 안테나.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 급전부는,
    상기 제 1 광대역 안테나부의 제 1 전송선로와 상기 제 2 광대역 안테나부의 제 1 전송선로를 전기적으로 연결하는 제 1 급전점과;
    상기 제 1 광대역 안테나부의 제 2 전송선로와 상기 제 2 광대역 안테나부의 제 2 전송선로를 전기적으로 연결하는 제 2 급전점을 포함하고;
    상기 제 1 급전점은 동축 선로의 외부 도체와 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 급전점은 상기 동축 선로의 중심 도체와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 대수 주기 안테나.
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