KR101410487B1 - 광대역 축비를 가지는 원편파 안테나 - Google Patents

광대역 축비를 가지는 원편파 안테나 Download PDF

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Abstract

원편파 안테나는, 제1 방사체와 제2 방사체로 이루어진 교차 다이폴을 형성하여 원편파를 발생시키며, 제1 방사체 및 제2 방사체로 이루어진 교차 다이폴과 결합(coupling)하여 추가적인 원편파를 발생시키는 제3 방사체, 그리고 상기 교차 다이폴과 결합하여 추가적인 원편파를 발생시키는 제4 방사체를 포함하여, 광대역 축비 특성을 제공한다.

Description

광대역 축비를 가지는 원편파 안테나 {Circular antenna having wide axial-ratio}
본 발명은 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 원편파 안테나에 관한 것이다.
일반적으로, 원편파 안테나는 전자파의 진행 방향이 직각인 단면안에서 주기적으로 회전하는 원편파를 복사하는데, 그 특성으로 인하여 다중 경로 페이징(multipath fading) 특성에 강하여 위성을 포함한 다양한 무선 통신 시스템에 사용되고 있다. 최근 들어, 원편파를 사용하는 무선 서비스들이 더 많이 생겨남에 따라, 광대역 축비(wide axial-ratio) 특성을 갖는 고이득 안테나에 대한 개발이 많이 요구되면서 동시에 많은 연구가 수행 되고 있다.
기존에는 마이크로스트립 형태의 원편파 안테나가 용이한 설계 및 제작 공정, 그리고 저렴한 생산 단가로 인해 많이 이용되었지만, 적용할 수 있는 주파수 대역이 좁다는 단점이 있다. 따라서, 이를 해결하기 위하여, 스위칭 형태의 원편파 안테나를 사용하거나 또는 마이크로스트립 구조에서 평면 형태의 교차 다이폴 형태로 안테나를 설계하여, 보다 더 넓은 축비 대역폭(bandwidth) 특성을 가지는 안테나가 개발되었다. 하지만, 여전히 축비 대역폭 특성에는 한계가 있으며, 안테나 이득 또한 매우 한정되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 광대역 축비 특성을 가지는 원편파 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따른 원편파 안테나는, 서로 설정 각도를 이루도록 형성된 방사 부재들을 포함하는 제1 방사체; 서로 설정 각도를 이루도록 형성된 방사 부재들을 포함하며, 상기 제1 방사체와 교차 다이폴을 형성하는 제2 방사체; 상기 제1 방사체와 제2 방사체에 의하여 형성된 교차 다이폴과 결합(coupling)하여 동작하는 제3 방사체; 및 상기 제1 방사체와 제2 방사체에 의하여 형성된 교차 다이폴과 결합하여 동작하는 제4 방사체를 포함하며, 상기 제4 방사체는 상기 제3 방사체의 안쪽에 배치된다.
상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체에 의하여 원편파가 발생되면서 제1 축비 포인트를 형성하고, 상기 제3 방사체가 상기 제1 방사체 및 제2 방사체에 의하여 형성된 교차 다이폴에 공진하면서 원편파를 발생시켜 제2 축비 포인트를 형성하며, 상기 제4 방사체가 상기 제1 방사체 및 제2 방사체에 의하여 형성된 교차 다이폴에 공진하면서 원편파를 발생시켜 제3 축비 포인트를 형성할 수 있다.
여기서, 상기 제3 방사체의 공진 주파수는 상기 제1 방사체 및 제2 방사체로 이루어지는 교차 다이폴의 공진 주파수보다 높고, 상기 제4 방사체의 공진 주파수는 상기 제3 방사체의 공진 주파수보다 높을 수 있다.
한편 상기 제3 방사체는 상기 제1 방사체와 제2 방사체에 의하여 형성된 교차 다이폴에 의하여 형성되는 사분면들 중에서, 제1 사분면에 배치되는 제3-1 방사체, 제2 사분면에 배치되는 제3-2 방사체, 제3 사분면에 배치되는 제3-3 방사체, 그리고 제4 사분면에 배치되는 제3-4 방사체를 포함하며, 상기 제4 방사체는 상기 제3-1 방사체의 내부에 배치되는 제4-1 방사체, 상기 제3-2 방사체의 내부에 배치되는 제4-2 방사체, 제3-3 방사체의 내부에 배치되는 제4-3 방사체, 그리고 상기 제3-4 방사체의 내부에 배치되는 제4-4 방사체를 포함할 수 있다.
또한 상기 제3 방사체에 포함되는 방사체들과 상기 제4 방사체에 포함되는 방사체들에 갭(gap)이 각각 형성되어 있으며, 상기 갭의 위치 및 너비에 따라 원편파의 축비 포인트가 달라질 수 있다.
또한 상기 제3 방사체 및 제4 방사체는 사각형 형태의 스트립 도체로 이루어지며, 상기 제3 방사체의 내부에 상기 제4 방사체가 배치될 수 있다.
이러한 원편파 안테나에서, 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체는 상기 방사 부재들을 연결하는 마이크로 스트립 형태로 이루어진 급전부를 각각 더 포함할 수 있다.
이외에도 상기 원편파 안테나는 홀이 형성되어 있는 제1 기판; 접지면 및 반사판으로 동작하는 제2 기판; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하여 상기 제1 기판과 제2 기판을 지지하는 지지대; 및 상기 제1 기판의 홀에 연결된 동축 케이블을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 홀을 통하여 상기 동축 케이블이 상기 제1 방사체 및 제2 방사체의 급전부들에 각각 연결될 수 있다.
이러한 원편파 안테나에서, 상기 제1 기판의 제1 면에 상기 제1 방사체, 제3 방사체, 그리고 상기 제4 방사체가 형성되어 있으며, 상기 제1 기판의 제2 면에 상기 제2 방사체가 형성될 수 있다.
상기 제2 기판은 상기 제1 기판에 형성되는 제1 방사체로부터 λ0/4 거리에 위치할 수 있으며, λ0는 제1 방사체와 제2 방사체에 의하여 형성되는 교차 다이폴의 공진 주파수의 파장을 나타낸다.
본 발명의 다른 특징에 따른 원편파 안테나는 설정 위상 변화 방향으로 원편파를 발생시키는 제1 원편파 안테나; 상기 설정 위상 변화 방향으로 원편파를 발생시켜, 상기 제1 원편파 안테나와 90°의 위상 차이를 가지는 입력 전류가 입력되는 제2 원편파 안테나를 포함하며, 상기 제1 원편파 안테나 및 제2 원편파 안테나는 서로 설정 각도를 이루도록 형성된 방사 부재들을 포함하는 제1 방사체; 서로 설정 각도를 이루도록 형성된 방사 부재들을 포함하며, 상기 제1 방사체와 교차 다이폴을 형성하는 제2 방사체; 상기 제1 방사체와 제2 방사체에 의하여 형성된 교차 다이폴과 결합(coupling)하여 동작하는 제3 방사체; 및 상기 제1 방사체와 제2 방사체에 의하여 형성된 교차 다이폴과 결합하여 동작하는 제4 방사체를 각각 포함한다.
상기 제1 방사체 내지 제4 방사체에 의하여 발생되는 원편파의 위상 변화 방향이 상기 설정 위상 변화 방향과 동일하다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 높은 거리 정밀도를 요구하는 외곽 감지용 무선 감지 시스템 등에 적용가능한 광대역 축비 특성을 갖는 고이득 원편파 안테나를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 원편파 안테나는 광대역 원편파 특성을 제공하면서 동시에 높은 안테나 이득 특성을 가진다. 또한 저렴한 생산 단가로 인해 원편파를 사용하는 외곽 감지기에 적용될 수 있으며, 특히 높은 거리 정밀도를 요구하여 넓은 주파수대역폭에 걸쳐 양호한 축비 특성을 요구하는 무선 외곽 감지기 및 레이더에 널리 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원편파 안테나의 구조를 나타낸 평면도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 원편파 안테나의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제3 방사체 및 제4 방사체의 구조를 나타낸 도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원편파 안테나의 구조를 나타낸 도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 원편파 안테나에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원편파 안테나의 구조를 나타낸 평면도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 원편파 안테나의 단면도이다.
첨부한 도 1에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 원편파 안테나(1)는 복수의 방사체를 포함한다. 복수의 방사체는 금속 또는 알루미늄 물질로 이루어질 수 있으며, 제1 내지 제4 방사체(10, 20, 30, 40)를 포함한다. 제1 방사체(10) 및 제2 방사체(20)는 교차 다이폴을 형성한다.
제1 방사체(10) 및 제2 방사체(20)는 광대역 축비 특성을 가지면서 드라이버로 동작하는 평면형 교차 다이폴을 형성하며, 제3 방사체(30) 및 제4 방사체(40)는 교차 다이폴 안테나와의 결합 (coupling)에 의해 동작하는 추가적인 방사체로 기능한다.
이러한 원편파 안테나(1)는 도 2에서와 같이, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 포함하며, 제1 기판(S1)의 제1 면(윗면)에는 도 1의 (a)에서와 같이, 제1 방사체(10), 제3 방사체(30), 그리고 제4 방사체(40)가 형성되어 있으며, 제1 기판(S1)의 제2 면(아랫면)에는 도 1의 (b)에서와 같이, 제2 방사체(20)가 형성되어 있다. 제1 기판(S1)은 방사체(10,20,30,40)들이 인쇄되어 있는 유전체 기판이며, 홀(hole)(H)이 형성되어 있다. 제2 기판(S2)은 안테나의 충분한 이득 획득을 위한 반사판으로 기능하는 접지면이다. 제2 기판(S2)과 교차 다이폴의 간격을 λ0/4 로 하여, 동축 케이블(c)에 의한 언발란스(unbalance) 특성을 발란스(balance) 특성으로 바꿀 수 있다. 이에 따라 언발란스 특성을 발란스 특성으로 바꾸기 위한 추가적인 발룬(balun) 구조 없이 동축 케이블에 발생되는 누설 전류를 없애줄 수 있다. 또한 접지면을 방사체로부터 λ0/4 거리에 위치시킴으로써 넓은 주파수 대역에서 고이득 특성을 유도할 수 있다. 여기서 λ0는 제1 방사체(10)와 제2 방사체(20)에 의하여 형성되는 교차 다이폴의 공진 주파수의 파장을 나타낸다.
한편 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)은 지지대(S3)에 의하여 지지되며, 지지대(S3)에 의하여 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이에 에어갭(air gap)이 존재한다. 지지대(S3)는 테프론 재질로 이루어질 수 있으며, 안테나 성능에 영향을 거의 주지 않는다.
또한 반강체(semi-rigid)로 이루어지는 동축 케이블(c)이 제2 기판(S2)에 접지되면서 제1 기판(S1)에 연결되며, 홀(H)을 통하여 제1 기판(S1)의 제1 면에 형성된 제1 방사체(10)와 연결되며, 또한 제1 기판(S1)의 제2 면에 형성된 제2 방사체(20)와 연결된다.
한편, 제1 방사체(10) 및 제2 방사체(20)는 도 1에서와 같이, 서로 90도를 형성하는 방사 부재(leg)를 포함하는 형태로 이루어진다. 반강체로 이루어지는 동축 케이블(c)의 코어(core) 부분과 연결된 제1 방사체(10)와, 동축 케이블(c)의 접지 부분과 연결되는 제2 방사체(20)는 서로 180°의 위상 차이를 가지며, 이것은 제1 방사체(10)와 제2 방사체(20)의 결합에 의해 교차 다이폴이 형성됨을 의미한다.
제1 방사체(10)의 방사 부재(11, 12)들에 유기되는 전류의 위상은 서로 90도의 위상 차이를 가지며, 제2 방사체(20)의 방사 부재(21,22)들에 유기되는 전류의 위상도 서로 90도의 위상 차이를 가진다. 제1 기판(S1)의 제1 면에 형성되는 제1 방사체(10)와 제1 기판(S1)의 제2 면에 형성되는 제2 방사체(20)는 서로 쌍을 이루어 평면형 교차 다이폴을 형성한다.
제1 방사체(10) 및 제2 방사체(20)에 급전부(13, 23)가 형성되어 있으며, 급전부(13, 23)는 해당 방사체의 방사 부재를 연결하는 마이크로 스트립 구조로 이루어진다. 도 1의 (a) 및 (b)의 확대된 부분과 같이, 급전부(13)는 제1 방사체(10)의 방사 부재(11, 12)를 연결하는 마이크로 스트립 형태로 이루어지며, 급전부(23)는 제2 방사체(20)의 방사 부재(21, 22)를 연결하는 마이크로 스트립 형태로 이루어진다. 급전부(13, 23)는 홀(H)을 포함하며, 홀(H)을 통하여 도 2에 도시된 바와 같이, 동축 케이블(c)과 연결된다. 급전부(13)의 홀(H)은 도 1의 (a)에서와 같이 제1 방사체(10)의 방사 부재(12)의 일측 끝단에 형성되며, 급전부(23)의 홀(H)은 도 1의 (b)에서와 같이 제2 방사체(20)의 방사 부재(21)의 일측 끝단에 형성된다.
동축 케이블(c)의 접지 부분은 급전부(23)의 홀(H)을 통하여 제1 기판(S1)에 형성되어 있는 제2 방사체(20)의 방사 부재(21)와 연결된다. 급전부(23)는 동축 케이블(c)로부터 급전되는 입력 전류의 90도 위상 지연을 발생시키며, 이에 따라 제2 방사체(20)의 방사 부재(21, 22) 사이에 90도 위상 차이가 형성된다. 동축 케이블(c)의 코어 부분은 급전부(13)의 홀(H)을 통하여 제1 기판(S1)에 형성되어 있는 제1 방사체(10)의 방사 부재(12)의 끝부분에 연결되어 입력 전류를 제공한다. 이에 따라 제1 방사체(10)의 방사 부재(11, 12) 사이에 90도 위상 차이가 형성된다.
교차 다이폴을 형성하는 제1 방사체(10)는 제2 방사체(20)와 결합하여 동작하며, 이때 유기되는 전류의 위상은 순차적으로 0, 90, 180, 270 도를 가짐으로써 원편파를 발생시킨다.
한편, 제3 방사체(30)는 추가적인 축비 포인트를 형성하기 위한 공진기로 기능하며, 제4 방사체(40)도 추가적인 축비 포인트를 형성하기 위한 공진기로 기능한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제3 방사체 및 제4 방사체의 구조를 나타낸 도이다.
제3 방사체(30)는 도 3에서와 같이, 제3-1 방사체(31), 제3-2 방사체(32), 제3-3 방사체(33), 제3-4 방사체(34)를 포함한다. 그리고 제4 방사체(40)는 제4-1 방사체(41), 제4-2 방사체(42), 제4-3 방사체(43), 제4-4 방사체(44)를 포함한다. 여기서, 제4 방사체(40)는 제3 방사체(30)의 안쪽에 위치된다. 구체적으로 제3 방사체(30) 및 제4 방사체(40)는 도 3에서와 같이 예를 들어, 스트립 도체가 사각형 형태로 이루어진 방사 부재로 이루어지며, 제3-1 방사체(31) 내부에 제4-1 방사체(41)가 위치되며, 제3-2 방사체(32) 내부에 제4-2 방사체(42)가 위치되고, 제3-3 방사체(33) 내부에 제4-3 방사체(43)가 위치되며, 제3-4 방사체(34) 내부에 제4-4 방사체(44)가 위치된다. 여기서 제3 방사체(30)와 제4 방사체(40)는 사각형 형태로 이루어지지만, 이것에 한정되지는 않는다.
제1 방사체(10)와 제2 방사체(20)에 의하여 형성되는 평면형 교차 다이폴에 의하여 도 3에서와 같이, 사분면이 형성된다. 제3 방사체(30)를 형성하는 방사체들(31,32,33,34)은 각각 하나의 사분면에 대응하여 배치되며, 제4 방사체(40)를 형성하는 방사체들(41,42,43,44)도 각각 하나의 사분면에 배치된다.
구체적으로, 제3 방사체(30)에서, 제3-1 방사체(31)는 제1 사분면에 배치되고, 제3-2 방사체(32)는 제2 사분면에 배치되며, 제3-3 방사체(33)는 제3 사분면에 배치되고, 제3-4 방사체(34)는 제4 사분면에 배치된다. 각 사분면에 배치되는 방사체들(31,32,33,34)은 제1 방사체(10) 또는 제2 방사체(20)와 결합하여 전류가 유기된다. 즉, 제1 사분면에 배치된 제3-1 방사체(31)는 제1 방사체(10)와 결합되어 전류가 유기되며, 제2 사분면에 배치된 제3-2 방사체(32)는 제1 방사체(10)의 방사 부재(11)와 제2 방사체(20)의 방사 부재(21)와 결합되어 전류가 유기되고, 제3 사분면에 배치된 제3-3 방사체(33)는 제2 방사체(20)와 결합되어 전류가 유기되며, 제4 사분면에 배치된 제3-4 방사체(34)는 제2 방사체(20)의 방사 부재(22)와 제1 방사체(10)의 방사 부재(12)와 결합되어 전류가 유기되다. 따라서, 제3-1 방사체(31), 제3-2 방사체(32), 제3-3 방사체(33), 제3-4 방사체(34)를 포함하는 제3 방사체(30)는 평면형 교차 다이폴과 결합하여 하나의 공진기로 기능하여, 추가적인 축비 포인트를 형성한다.
또한, 제4 방사체(40)에서, 제4-1 방사체(41)는 제1 사분면에 배치되고, 제4-2 방사체(42)는 제2 사분면에 배치되며, 제4-3 방사체(43)은 제3 사분면에 배치되고, 제4-4 방사체(44)는 제4 사분면에 배치된다. 각 사분면에 배치되는 방사체들(41,42,43,44)은 제1 방사체(10) 또는 제2 방사체(20)와 결합하여 전류가 유기된다. 즉, 제1 사분면에 배치된 제4-1 방사체(41)는 제1 방사체(10)와 결합되어 전류가 유기되며, 제2 사분면에 배치된 제4-2 방사체(42)는 제1 방사체(10)의 방사 부재(11)와 제2 방사체(20)의 방사 부재(21)와 결합되어 전류가 유기되고, 제3 사분면에 배치된 제4-3 방사체(43)는 제2 방사체(20)와 결합되어 전류가 유기되며, 제4 사분면에 배치된 제4-4 방사체(44)는 제2 방사체(20)의 방사 부재(22)와 제1 방사체(10)의 방사 부재(12)와 결합되어 전류가 유기되다. 따라서, 제4-1 방사체(41), 제4-2 방사체(42), 제4-3 방사체(43), 제4-4 방사체(44)를 포함하는 제4 방사체(40)는 평면형 교차 다이폴과 결합하여 하나의 공진기로 기능하여, 또 다른 추가적인 축비 포인트를 형성한다.
이와 같이, 제1 방사체(10)와 제2 방사체(20)에 의하여 형성되는 평면형 교차 다이폴과 제3 방사체(30)의 결합으로 하나의 축비 포인트가 형성되며, 또한 평면형 교차 다이폴과 제4 방사체(40)의 결합으로 또 다른 축비 포인트가 형성된다.
제3 방사체(30)의 공진 주파수는 제1 방사체(10)와 제2 방사체(20)에 의하여 형성되는 평면형 교차 다이폴의 공진 주파수보다 높다. 공진체의 총 전기적 길이가 해당 공진 주파수의 λg의 1/2일 때, 추가적인 축비 포인트(nλg/2, n=2 (n은 모드 수, λg는 제1 기판(S1)의 유전율을 고려한 관내 파장))가 생성된다. 또한 제4 방사체(40)의 공진 주파수는 제3 방사체(30)의 공진 주파수보다 높다. 제4 방사체(40)의 총 전기적 길이가 해당 공진 주파수 λg의 1/2일 때, 추가적인 축비 포인트(nλg/2, n=2 (n은 모드 수))가 생성된다.
이와 같이, 교차 다이폴에 결합 형태로 동작하는 2개의 추가적인 원편파 생성 공진기(제3 방사체, 제4 방사체)를 교차 다이폴에 인접한 위치에 배치하여, 추가적인 축비 포인트를 발생시킨다.
한편 제3 방사체(30)를 형성하는 각 방사체(31,32,33,34)에 원편파를 생성하기 위한 갭(G1)이 각각 소정 위치에 형성되어 있다. 또한 제4 방사체(40)를 형성하는 각 방사체(41,42,43,44)도 원편파를 생성하기 위한 갭(G2)이 각각 소정 위치에 형성되어 있다. 각 갭(G1, G2)의 위치와 너비를 조절하여 발생되는 원편파에 따른 축비 포인트를 조절할 수 있다.
다음에는 위에 기술된 바와 같은 구조로 이루어지는 원편파 안테나의 동작에 대하여 설명한다.
동축 케이블(c)을 통하여 외부로부터 전류가 인가되면, 동축 케이블(c)에 연결된 제1 방사체(10)와 제2 방사체(20)에 급전이 이루어진다. 제1 기판(S1)에 위치한 제1 방사체(10)의 방사 부재(11, 12)에, 마이크로스트립 구조로 이루어지는 급전부(13)에 의하여 0°및 90°와 같이 서로 90°의 위상 차이를 두고 전류가 유기된다. 이와 동시에, 제1 기판(S1)의 제2 면(아랫면)에 위치된 제2 방사체(20)의 방사 부재(21,22)에도, 마이크로스트립 구조로 이루어지는 급전부(23)에 의하여, 180°와 270°처럼 서로 90°의 위상 차이가 있으면서, 제1 기판(S1)에 위치한 제1 방사체(10)의 방사 부재(11,12)와는 180° 차이가 있는 전류가 유기된다.
따라서, 교차 다이폴을 형성하는 제1 및 제2 방사체(10, 20)의 방사 부재(11,12,21,22) 전체에는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 0°, 90°, 180°, 270°의 위상 차이가 있는 전류가 유기되어 원편파 방사가 이루어진다.
한편 90°의 위상 차이를 발생시키는 방사 부재들 사이에 위치된 제3 방사체(30) 및 제4 방사체(40)에도 교차 다이폴과의 결합에 의하여 전류가 유기된다. 즉, 제1 방사체(10)와 제2 방사체(20)로 이루어지는 교차 다이폴에 의하여 형성된 각 사분면에 배치된 방사체들(31,32,33,34)로 이루어진 제3 방사체(30)에 전류가 유기되며, 또한, 각 사분면에 배치된 방사체들(41,42,43,44)로 이루어진 제4 방사체(40)에도 전류가 유기된다. 소정의 위치에 형성된 갭을 가지고 있는 제3 방사체(30)와 제4 방사체(40)에 전류가 유기되면서 원편파가 발생된다. 제3 방사체(30)와 제4 방사체(40)에 의하여 발생되는 원편파에 대한 축비 포인트는 갭의 위치와 너비에 따라 달라진다. 제4 방사체(40)에 의하여 발생되는 원편파에 대한 축비 포인트는 제3 방사체(30)에 의하여 발생되는 원편파에 대한 축비 포인트보다 높은 주파수를 가진다.
이와 같이, 제1 방사체(10)와 제2 방사체(20)로 이루어진 교차 다이폴을 통하여 형성되는 원편파에 대한 축비 포인트 이외에도, 교차 다이폴과 공진하는 제3 방사체(30)에 의하여 형성되는 원편파에 대한 축비 포인트 및 제4 방사체(40)에 의하여 형성되는 원편파에 대한 축비 포인트들이 추가적으로 발생된다. 따라서, 3개의 축비 포인트에 의해 넓은 축비를 형성시킬 수 있다.
그러므로 본 발명의 실시 예에 따른 원편파 안테나에 따르면, 광대역 축비 특성이 제공된다. 이러한 원편파 안테나는 높은 거리 정밀도가 요구되어 넓은 주파수대역을 사용하면서 원편파를 사용하는 무선 감지기 등에 용이하게 적용될 수 있다.
한편, 위에 기술된 바와 같은 구조로 동작하는 본 발명의 실시 예에 따른 원편파 안테나를 배열 구조 형태로 구현할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원편파 안테나의 구조를 나타낸 도이며, 특히, 도 4는 원편파 안테나를 1×2의 배열 구조로 구성한 것을 나타내며, 도 5는 2×2 형태의 배열 구조로 구성한 것을 나타낸다. 도 4 및 도 5에서 점선으로 표시된 방사체는 유전체 기판(제1 기판)의 아랫면에 형성된 방사체를 나타낸다.
첨부한 도 4에서와 같이, 위에 기술된 바와 같은 구조로 이루어지는 본 발명의 실시 예에 따른 원편파 안테나 두 개를 1×2의 배열 구조로 형성할 수 있다. 더 넓은 축비 대역폭 특성을 얻기 위해, 두 안테나(A1, A2) 사이의 입력 전류의 위상차가 90°가 되도록 한다.
또한 도 5에서와 같이, 본 발명의 실시 예 따른 원편파 안테나 4개를 2×2 배열 구조로 형성할 수 있다. 이 경우에는 4 개의 안테나들(A1, A2, A3, A4)의 입력 전류의 위상차가 모두 90°씩 차이가 나도록 급전시킨다. 이때, 4 개 안테나(A1, A2, A3, A4)의 전체 위상 변화의 방향이 각 안테나들의 위상 변화 방향과 서로 일치되도록 설계함으로써 더 넓은 축비 특성을 유도해 낼 수 있다. 여기서, 각 안테나간 거리 d는 교차 다이폴 공진 주파수의 약 0.7λ0 로 설계할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (13)

  1. 복수의 방사 부재들을 포함하며, 각 방사 부재는 다른 방사 부재와 미리 설정된 설정 각도를 이루는 형태로 배치되어 있는 제1 방사체;
    상기 제1 방사체와 교차 다이폴을 형성하는 제2 방사체;
    상기 제1 방사체와 제2 방사체에 의하여 형성된 교차 다이폴과 결합(coupling)하여 동작하는 제3 방사체; 및
    상기 제1 방사체와 제2 방사체에 의하여 형성된 교차 다이폴과 결합하여 동작하는 제4 방사체
    를 포함하며,
    상기 제2 방사체는 복수의 방사 부재들을 포함하며, 각 방사 부재는 다른 방사 부재와 상기 설정 각도를 이루는 형태로 배치되어 있으며,
    상기 제4 방사체는 상기 제3 방사체의 안쪽에 배치되어 있는, 원편파 안테나.
  2. 제1항에 있어서
    상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체에 의하여 원편파가 발생되면서 제1 축비 포인트를 형성하고,
    상기 제3 방사체가 상기 제1 방사체 및 제2 방사체에 의하여 형성된 교차 다이폴에 공진하면서 원편파를 발생시켜 제2 축비 포인트를 형성하며,
    상기 제4 방사체가 상기 제1 방사체 및 제2 방사체에 의하여 형성된 교차 다이폴에 공진하면서 원편파를 발생시켜 제3 축비 포인트를 형성하는, 원편파 안테나.
  3. 제2항에 있어서
    상기 제3 방사체의 공진 주파수는 상기 제1 방사체 및 제2 방사체로 이루어지는 교차 다이폴의 공진 주파수보다 높고, 상기 제4 방사체의 공진 주파수는 상기 제3 방사체의 공진 주파수보다 높은, 원편파 안테나.
  4. 제1항에 있어서
    상기 제3 방사체는 상기 제1 방사체와 제2 방사체에 의하여 형성된 교차 다이폴에 의하여 형성되는 사분면들 중에서, 제1 사분면에 배치되는 제3-1 방사체, 제2 사분면에 배치되는 제3-2 방사체, 제3 사분면에 배치되는 제3-3 방사체, 그리고 제4 사분면에 배치되는 제3-4 방사체를 포함하며,
    상기 제4 방사체는 상기 제3-1 방사체의 내부에 배치되는 제4-1 방사체, 상기 제3-2 방사체의 내부에 배치되는 제4-2 방사체, 제3-3 방사체의 내부에 배치되는 제4-3 방사체, 그리고 상기 제3-4 방사체의 내부에 배치되는 제4-4 방사체
    를 포함하는, 원편파 안테나.
  5. 제4항에 있어서
    상기 제3 방사체에 포함되는 방사체들과 상기 제4 방사체에 포함되는 방사체들에 갭(gap)이 각각 형성되어 있으며, 상기 갭의 위치 및 너비에 따라 원편파의 축비 포인트가 달라지는, 원편파 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 방사체 및 제4 방사체는 사각형 형태의 스트립 도체로 이루어지며, 상기 제3 방사체의 내부에 상기 제4 방사체가 배치되는, 원편파 안테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사체는 상기 제1 방사체에 포함되는 방사 부재들을 연결하는 급전부를 더 포함하고, 상기 제2 방사체는 상기 제2 방사체에 포함되는 방사 부재들을 연결하는 급전부를 더 포함하는, 원편파 안테나.
  8. 제1항에 있어서
    상기 원편파 안테나는
    홀이 형성되어 있는 제1 기판;
    접지면 및 반사판으로 동작하는 제2 기판;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하여 상기 제1 기판과 제2 기판을 지지하는 지지대; 및
    상기 제1 기판의 홀에 연결된 동축 케이블
    을 더 포함하는, 원편파 안테나.
  9. 제8항에 있어서
    상기 홀을 통하여 상기 동축 케이블이 상기 제1 방사체 및 제2 방사체의 급전부들에 각각 연결되는, 원편파 안테나.
  10. 제8항에 있어서
    상기 제1 기판의 제1 면에 상기 제1 방사체, 제3 방사체, 그리고 상기 제4 방사체가 형성되어 있으며, 상기 제1 기판의 제2 면에 상기 제2 방사체가 형성되어 있는, 원편파 안테나.
  11. 제8항에 있어서
    상기 제2 기판은 상기 제1 기판에 형성되는 제1 방사체로부터 λ0/4 거리에 위치하며, 상기 λ0는 제1 방사체와 제2 방사체에 의하여 형성되는 교차 다이폴의 공진 주파수의 파장을 나타내는, 원편파 안테나.
  12. 미리 설정된 위상 변화의 방향인 설정 위상 변화 방향으로 원편파를 발생시키는 제1 원편파 안테나;
    상기 설정 위상 변화 방향으로 원편파를 발생시켜, 상기 제1 원편파 안테나와 90°의 위상 차이를 가지는 입력 전류가 입력되는 제2 원편파 안테나
    를 포함하며,
    상기 제1 원편파 안테나 및 제2 원편파 안테나는
    서로 미리 설정된 설정 각도를 이루도록 형성된 복수의 방사 부재들을 포함하는 제1 방사체;
    서로 상기 설정 각도를 이루도록 형성된 복수의 방사 부재들을 포함하며, 상기 제1 방사체와 교차 다이폴을 형성하는 제2 방사체;
    상기 제1 방사체와 제2 방사체에 의하여 형성된 교차 다이폴과 결합 (coupling)하여 동작하는 제3 방사체; 및
    상기 제1 방사체와 제2 방사체에 의하여 형성된 교차 다이폴과 결합하여 동작하는 제4 방사체
    를 각각 포함하는, 원편파 안테나.
  13. 제12항에 있어서
    상기 제1 방사체 내지 제4 방사체에 의하여 발생되는 원편파의 위상 변화 방향이 상기 설정 위상 변화 방향과 동일한, 원편파 안테나.








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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107611586A (zh) * 2017-09-25 2018-01-19 华南理工大学 一种差分圆极化定向天线
CN111430895A (zh) * 2020-04-02 2020-07-17 哈尔滨工程大学 一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线
KR102176044B1 (ko) * 2019-07-29 2020-11-06 주식회사 에스원 Uwb 감지기를 위한 광대역 원형 편파 스위칭 교차 다이폴 안테나
US11237452B2 (en) 2016-08-23 2022-02-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical modulating device, beam steering device, and system employing the same
CN115332778A (zh) * 2022-09-14 2022-11-11 重庆大学 一种宽带圆极化电小栅格天线
CN115663463A (zh) * 2022-12-08 2023-01-31 中国电子科技集团公司第二十研究所 圆极化天线

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050069746A (ko) * 2003-12-31 2005-07-05 주식회사 케이엠더블유 평판 인쇄형 다이폴 방사소자가 어레이된 이중편파 안테나및 그의 제어시스템
KR20110024584A (ko) * 2009-09-02 2011-03-09 주식회사 케이엠더블유 광대역 다이폴 안테나
KR20120086838A (ko) * 2011-01-27 2012-08-06 엘에스전선 주식회사 Ｐｃｂ 기판형 광대역 이중 편파 다이폴 안테나

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050069746A (ko) * 2003-12-31 2005-07-05 주식회사 케이엠더블유 평판 인쇄형 다이폴 방사소자가 어레이된 이중편파 안테나및 그의 제어시스템
KR20110024584A (ko) * 2009-09-02 2011-03-09 주식회사 케이엠더블유 광대역 다이폴 안테나
KR20120086838A (ko) * 2011-01-27 2012-08-06 엘에스전선 주식회사 Ｐｃｂ 기판형 광대역 이중 편파 다이폴 안테나

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11237452B2 (en) 2016-08-23 2022-02-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical modulating device, beam steering device, and system employing the same
CN107611586A (zh) * 2017-09-25 2018-01-19 华南理工大学 一种差分圆极化定向天线
CN107611586B (zh) * 2017-09-25 2023-08-18 华南理工大学 一种差分圆极化定向天线
KR102176044B1 (ko) * 2019-07-29 2020-11-06 주식회사 에스원 Uwb 감지기를 위한 광대역 원형 편파 스위칭 교차 다이폴 안테나
CN111430895A (zh) * 2020-04-02 2020-07-17 哈尔滨工程大学 一种宽带宽轴比波束交叉偶极子天线
CN115332778A (zh) * 2022-09-14 2022-11-11 重庆大学 一种宽带圆极化电小栅格天线
CN115332778B (zh) * 2022-09-14 2024-04-19 重庆大学 一种宽带圆极化电小栅格天线
CN115663463A (zh) * 2022-12-08 2023-01-31 中国电子科技集团公司第二十研究所 圆极化天线
CN115663463B (zh) * 2022-12-08 2023-08-11 中国电子科技集团公司第二十研究所 圆极化天线

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