KR101507900B1 - 원편파 안테나 구현 방법 및 원편파 안테나 - Google Patents

원편파 안테나 구현 방법 및 원편파 안테나 Download PDF

Info

Publication number
KR101507900B1
KR101507900B1 KR20140040311A KR20140040311A KR101507900B1 KR 101507900 B1 KR101507900 B1 KR 101507900B1 KR 20140040311 A KR20140040311 A KR 20140040311A KR 20140040311 A KR20140040311 A KR 20140040311A KR 101507900 B1 KR101507900 B1 KR 101507900B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
radiating element
cpw
slot
circularly polarized
feeding
Prior art date
Application number
KR20140040311A
Other languages
English (en)
Inventor
백정우
Original Assignee
주식회사 에스원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 에스원 filed Critical 주식회사 에스원
Priority to KR20140040311A priority Critical patent/KR101507900B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101507900B1 publication Critical patent/KR101507900B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave

Abstract

원편파 안테나 구현 방법 및 원편파 안테나가 개시되어 있다. CPW(coplanar waveguide) 급전 배열 안테나 구현 방법은 CPW 급전부를 유전체 기판의 일면에 인쇄하는 단계, 유전체 기판의 다른 면에 방사 소자를 인쇄하는 단계를 포함할 수 있되, CPW 급전부는 제1 원편파 슬롯 급전부 및 제2 원편파 슬롯 급전부를 포함하고, 제1 원편파 슬롯 급전부는 급전 위상이 90도 차이를 가지는 두 개의 슬롯으로 분기되도록 인쇄되고, 제2 원편파 슬롯 급전부는 위상 지연부를 포함하고 급전 위상이 270도 차이를 가지는 두개의 슬롯으로 분기되도록 인쇄될 수 있다.

Description

원편파 안테나 구현 방법 및 원편파 안테나{METHOD FOR IMPLEMENTING CIRCULAR POLARIZATION ANTENNA AND CIRCULAR POLARIZATION ANTENNA}
본 발명은 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원편파 안테나에 관한 것이다.
원편파 안테나(circular polarized wave)는 외부 전파 환경의 영향을 감소시키기 위하여 사용되며 다중 경로에 의해 반사된 신호와 산란되고 회절된 신호를 적절하게 수신하기 위해서 주로 사용될 수 있다. 즉, 원편파 안테나는 산란 현상이 많이 발생하는 지역 및 편파 변환이 발생하기 쉬운 통신 환경에서 수신 효율이 상승하는 전송 특성을 가지고 있다.
예를 들어, 원편파 안테나는 위성과 지상 간 또는 우천시 등과 같은 편파 변환이 우려되는 통신 환경에서 우수한 전송 특성을 가지고 있으며, 또한 전파 간의 페이딩 현상으로부터 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
원편파 안테나는 마이크로스트립 패치 안테나를 이용하여 비교적 용이하게 구현할 수 있다. 마이크로스트립 패치 안테나는 대역폭이 좁고, 효율이 낮으나, 일반적인 마이크로웨이브 안테나에 비해서 가격이 저렴하고 소형, 경량으로 제작이 가능하다. 또한 마이크로스트립 패치 안테나의 패치는 금속 도체로서 일반적인 접지면과 분리된 박막층 및 유전체 기판 위에 사진 식각 기술로 여러가지 복사 소자의 대량 생산이 가능하고 설치가 용이하다. 이러한 마이크로 스트립 패치 안테나의 장점으로 인하여 수백 MHz에서 수십 GHz 대역에 이르기까지 다양한 대역에서 동작하는 안테나가 연구되고 있다.
한국공개특허 제10-2001-0007370 [명칭:원편파 안테나 및 무선 장치]
본 발명의 제1 목적은 원편파 안테나를 구현하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 원편파 안테나를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 CPW(coplanar waveguide) 급전 배열 안테나 구현 방법은 CPW 급전부를 유전체 기판의 일면에 인쇄하는 단계와 상기 유전체 기판의 다른 면에 방사 소자를 인쇄하는 단계를 포함할 수 있되, 상기 CPW 급전부는 제1 원편파 슬롯 급전부 및 제2 원편파 슬롯 급전부를 포함하고, 상기 제1 원편파 슬롯 급전부는 급전 위상이 90도 차이를 가지는 두 개의 슬롯으로 분기되도록 인쇄되고,상기 제2 원편파 슬롯 급전부는 위상 지연부를 포함하고 상기 급전 위상이 270도 차이를 가지는 두개의 슬롯으로 분기되도록 인쇄될 수 있다. 상기 방사 소자는 제1 방사 소자 및 제2 방사 소자를 포함하고, 상기 제1 방사 소자는 상기 제1 원편파 슬롯 급전부로부터 급전 받도록 인쇄되고, 상기 제2 방사 소자는 상기 제2 원편파 슬롯 급전부로부터 급전 받도록 인쇄될 수 있다. 상기 제1 원편파 슬롯 급전부는 CPW 급전선을 기준으로 상단 우측 및 하단 좌측 각각에 복수개가 위치하도록 인쇄되고, 상기 제2 원편파 슬롯 급전부는 CPW 급전선을 기준으로 하단 우측 및 상단 좌측 각각에 복수개가 위치하도록 인쇄되고, 상기 제1 방사 소자는 상기 복수개의 상기 제1 원편파 슬롯 급전부와 각각 대응되어 복수개가 위치하도록 인쇄되고, 상기 제2 방사 소자는 상기 복수개의 상기 제2 원편파 슬롯 급전부와 각각 대응되어 복수개가 위치하도록 인쇄될 수 있다. 상기 제1 방사 소자 및 상기 제2 방사 소자는 우회전 편파 특성을 가질 수 있다. 상기 CPW 급전부는 임피던스 정합부 및 저항을 더 포함하고, 상기 임피던스 정합부는 상기 CPW 급전부에서 반사파를 조절하여 임피던스를 조절하기 위해 구현되고, 상기 저항은 상기 CPW 급전부에서 전력 분배를 수행하기 위해 구현될 수 있다.
상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 CPW(coplanar waveguide) 급전 배열 안테나는 유전체 기판, 상기 유전체 기판의 일면에 인쇄된 CPW 급전부와 상기 유전체 기판의 다른 면에 인쇄된 방사 소자를 포함할 수 있되, 상기 CPW 급전부는 제1 원편파 슬롯 급전부 및 제2 원편파 슬롯 급전부를 포함하고, 상기 제1 원편파 슬롯 급전부는 급전 위상이 90도 차이를 가지는 두 개의 슬롯으로 분기되도록 인쇄되고, 상기 제2 원편파 슬롯 급전부는 위상 지연부를 포함하고 상기 급전 위상이 270도 차이를 가지는 두개의 슬롯으로 분기되도록 인쇄될 수 있다. 상기 방사 소자는 제1 방사 소자 및 제2 방사 소자를 포함하고, 상기 제1 방사 소자는 상기 제1 원편파 슬롯 급전부로부터 급전을 받고, 상기 제2 방사 소자는 상기 제2 원편파 슬롯 급전부로부터 급전 받도록 구현될 수 있다. 상기 제1 원편파 슬롯 급전부는 CPW 급전선을 기준으로 상단 우측 및 하단 좌측 각각에 복수개가 위치하고, 상기 제2 원편파 슬롯 급전부는 CPW 급전선을 기준으로 하단 우측 및 상단 좌측 각각에 복수개가 위치하고, 상기 제1 방사 소자는 상기 복수개의 상기 제1 원편파 슬롯 급전부와 각각 대응되어 복수개가 위치하고, 상기 제2 방사 소자는 상기 복수개의 상기 제2 원편파 슬롯 급전부와 각각 대응되어 복수개가 위치하도록 구현될 수 있다. 상기 제1 방사 소자 및 상기 제2 방사 소자는 우회전 편파 특성을 가지도록 구현될 수 있다. 상기 CPW 급전부는 임피던스 정합부 및 저항을 더 포함하고, 상기 임피던스 정합부는 상기 CPW 급전부에서 반사파를 조절하여 임피던스를 조절하기 위해 구현되고, 상기 저항은 상기 CPW 급전부에서 전력 분배를 수행하기 위해 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 원편파 레이더 시스템 구현 방법 및 원편파 레이더 시스템은 기존 원편파 배열 안테나의 급전부와 같이 위상 차이를 만들어 내기 위한 복잡한 구조를 사용하지 않고, CPW(co-planar waveguide) 급전선에서 적절한 위상 차이를 갖는 슬롯을 분기시켜 급전시킴으로써, 배열 안테나의 설계 복잡성을 크게 간소화시킬 수 있다. 이로 인해, 원편파 레이더 시스템의 개발에 있어서 배열 안테나 설계에 필요한 개발 기간을 크게 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 적층형(stacked) 구조가 아닌 단일 기판 인쇄형(printed) 구조라서 대량 생산 및 공정에 매우 용이하다.
도 1은 원편파를 나타낸 개념도이다.
도 2는 원편파 전계 벡터를 나타낸 개념도이다.
도 3은 CPW(coplanar waveguide)를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CPW 급전 배열 안테나를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CPW 급전부를 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 CPW 급전 배열 안테나의 구성을 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 CPW 급전 배열 안테나의 방사 동작을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성 요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
안테나는 전극 판에서 변위 전류에 의한 전계의 변화와 이 전계의 변화에 의한 자계의 발생을 통해 전파를 형성할 수 있다. 전파는 전계(E)와 자계(B)의 크기, 방향이 시간과 함께 정형적으로 변하면서 공간상에 진동하는 파동이다. 전계와 자계는 수직을 이루며 전파의 진행 방향은 전계 방향을 자계 방향으로 돌렸을 때 오른손 나사의 진행 방향이 된다.
편파(polarized)면은 전계가 진동하는 면을 지시한다. 편파면은 안테나의 방향과 관계가 있다. 수직 편파는 대지를 기준으로 수직으로 놓인 안테나에서 복사되는 전파이고, 수평 편파는 대지에 대해 수평으로 놓인 안테나에서 복사되는 전파이다. 원편파는 전파의 진행에 따라 전계 방향이 변화하여 원모양을 그리며 나가는 전파이고, 타원 편파는 전파의 진행에 따라 전계 방향이 변화하며 타원 모양을 그리며 나가는 전파이다.
도 1은 원편파를 나타낸 개념도이다.
도 1의 상단을 참조하면, 전술한 바와 같이 원편파는 전파의 진행에 따라 전계의 크기는 같고 방향이 변화하여 원을 그리는 것과 같은 전파를 말한다. 즉, 진행 방향을 축으로 전계가 회전하면서 전파될 수 있다. 전계 크기와 변화 정도가 타원을 그리는 것과 같은 것을 타원 편파라고 한다.
또한 원편파는 원을 그리는 방법에 따라 시계 방향과 일치하는 우선회 원편파(right hand circular polarization)와 반시계 방향과 일치하는 좌선회 원편파(left hand circular polarization)로 구분될 수 있다.
도 2는 원편파 전계 벡터를 나타낸 개념도이다.
도 2를 참조하면, 수평 안테나(X)와 수직 안테나(Y)의 전계 벡터를 Ex, Ey라고 할 수 있다. 크기가 같은 수평 편파와 수직 편파의 직교 편파를
Figure 112014032407791-pat00001
의 위상 차를 두고 합성하면 원편파가 생길 수 있다. Et는 전계 벡터가 시간에 따라서 일정한 크기를 갖고 시계 방향으로 회전하는 우선회 원편파일 경우 합성 전계 벡터일 수 있다.
우선회 원편파 수신 안테나는 좌선회 원편파를 수신할 수 없다. 원편파의 전파가 반사할 경우 수평편파 성분은 그 위상이 180도 변하게 되지만 수직 편파 성분의 위상은 거의 일정하게 유지되기 때문에 수직과 수평 편파의 합성으로 이루어진 원편파는 반사할 때마다 선회 방향이 바뀌게 된다. 따라서 원편파 안테나로 수신할 경우에는 좌선회 반사한 반사파는 선회 방향이 반대가 되므로 수신할 수가 없게 되어 결과적으로 페이딩을 경감시키는 효과를 가지고 올 수 있다.
도 3은 CPW(coplanar waveguide)를 나타낸 개념도이다.
도 3을 참조하면, CPW는 웨이브가이드(waveguide)라는 용어가 붙었으나, 실제로는 TEM(transverse electromagnetic) 모드를 이용하는 전송선(transmission line)의 일종이다. CPW는 마이크로스트립 선로와 유사하지만, 접지면이 밑에 있는 것이 아니라 신호선의 양쪽에 존재한다. 경우에 따라 CPW는 하단에 추가적인 접지면을 놓을 수도 있고, 없앨 수도 있다. 그래서 실제로 CPW는 grounded CPW와 노말 CPW로 구분할 수도 있다. CPW는 신호선과 접지면이 한 면에 있기 때문에 비아(via)를 구현하기가 훨씬 간단해진다.
또한 마이크로스트립 급전 방식과 비교하여 분산이 적고 광대역 특성을 얻을 수 있으며, 접지면과 동일한 면에 급전 구조를 구현함으로써 비아 홀(via hole)을 사용하지 않고 수동 소자나 능동 소자의 직렬, 병렬 부착이 용이하여 회로를 소형화할 수 있을 뿐만 아니라 밀리미터파 영역에서 비아 홀에 의한 기생 효과를 줄일 수 있다. 무엇보다도 CPW는 급전선과 접지면에 수직으로 필드가 형성되기 때문에 마이크로 스트립과 달리 완전한 TEM 모드를 구현할 수 있어서 고주파가 될수록 마이크로스트립보다 CPW의 전송 특성이 좋아진다. 즉, CPW는 에칭에 의해 회로 구현이 쉬운 마이크로스트립과 완전한 TEM 모드가 구현되는 스트립라인의 장점을 모아서 만들어진 형태이다.
즉, CPW는 선로와 평행한 면에 일정거리의 GND가 존재하는 선로로서, MMIC(monolithic microwave integrated circuit)나 MIC(microwave integrated circuit)에서 종종 사용된다. CPW 구조의 가장 큰 장점은 신호선과 GND가 같은 면에 존재하기 때문에, 표면에 실장되는 소자들이 전부 위쪽 면에서 깨끗하게 마운팅될 수 있다는 점이다. 뒷면의 GND로 비아를 뚫을 필요가 없기 때문에, ?트(shunt) 소자들을 간편하게 배치할 수 있기 때문이다. 이는 단순한 공정 상의 이점 뿐만 아니라, 밀리미터 웨이브(millimeter wave) 등의 영역에서 비아(via) 등에 의한 기생효과 역시 줄일 수 있다. 그로 인해 CPW는 수 GHz ~ 수십 GHz 이상의 회로에서 주로 이용되는 경향이 있다.
CPW 급전선로의 구조는 도 3과 같이 중앙의 급전 선로와 일정 간격으로 떨어진 두개의 접지면으로 구성될 수 있다.
기존 레이더 감지 시스템에서는 페이딩(fading)에 따른 수신 감도 특성을 높이기 위해 원편파(circular polarization) 배열 안테나들이 많이 사용되고 있다. 하지만, 이러한 원편파 배열 안테나들의 급전부는 복수개의 방사 소자에 대한 급전 및 원편파 생성을 위한 위상 조절과 같은 여러가지 복잡한 구조로 인해 그 설계가 매우 복잡하다. 이러한 설계의 복잡성은 배열 안테나 설계의 기간, 용이성, 정확도 측면에서 매우 큰 단점으로 작용하였다.
또한, 지금까지 많은 연구 개발자들에 의해 마이크로스트립 또는 CPW(Co-Planar Waveguide) 구조에서 원편파 배열 안테나를 개발하여 왔으나 설계의 복잡성은 여전히 존재하고 있다.
이하, 본 발명의 실시예에서는 원편파(circular polarization)를 사용하는 레이더 시스템에 적합한 배열 안테나로서 원편파 배열 안테나의 설계의 복잡성을 크게 간소화하고 CPW(Co-Plannar Waveguide) 급전 구조를 이용하여 쉽게 원편파를 발생시킬 수 있는 배열 안테나에 대해 개시한다.
본 발명의 실시예에 따르면, CPW 급전선에서 급전 위상이 90도 또는 270도 위상(Phase) 차이가 나는 두 개의 슬롯을 마이크로스트립 패치에 결합(coupling) 급전을 함으로써 쉽게 원편파를 발생시킬 수 있다. 이러한 방법을 사용하여 원편파 배열 안테나를 구현하는 경우 복잡한 배열 급전 구조 없이 매우 쉽게 원편파를 발생시킬 수 있어서 원편파 배열 안테나 설계의 복잡성을 크게 개선할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CPW 급전 배열 안테나를 나타낸 개념도이다.
도 4를 참조하면, CPW 급전 배열 안테나는 마이크로스트립 방사 소자(410, 420)와 CPW 급전부(450)를 포함할 수 있다.
CPW 급전부(450)에서 슬롯을 분기시킬 때 기본적으로 두 슬롯 사이의 위상 차이를 90도 또는 270도가 되도록 할 수 있다. 두 슬롯 사이의 위상 차이를 90도 또는 270도가 되는 경우, CPW 급전 배열 안테나에서 쉽게 원편파가 발생될 수 있다.
예를 들어, 위상 지연부(430)가 없는 두 슬롯에 대한 급전의 경우 두 슬롯 사이의 급전 위상 차이가 90도가 되도록 할 수 있다. 두 슬롯 사이의 급전 위상 차이가 90도인 방사 소자는 도 4와 같이 우회전편파(Right-Hand Polarization)의 특성을 가질 수 있다.
이와 반대로 위상 지연부(430)가 있는 슬롯에 대한 급전의 경우 두 슬롯 사이의 급전 위상 차이가 270도가 되도록 할 수 있다. 두 슬롯 사이의 급전 위상 차이가 270도인 방사 소자는 도 4와 같이 동일하게 우회전편파의 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 모든 마이크로스트립 방사 소자(410, 420)의 편파 특성을 동일하게 하기 위해 특정한 마이크로스트립 방사 소자에 급전을 수행하는 원편파 슬롯 급전부에 위상 지연부(430)를 삽입해 주는 구조를 가질 수 있다. 만약, 위상 지연부가 없는 경우 특정한 마이크로스트립 방사 소자(420)는 좌회전편파(Left-Hand Polarization) 특성을 갖게 되어 우회전편파를 갖는 방사 빔과 서로 상쇄되어 방사되지 않을 수 있다.
CPW 급전 배열 안테나는 두 슬롯 사이의 급전 위상 차이가 90도인 제1 마이크로스트립 방사 소자(410)와 두 슬롯 사이의 급전 위상 차이가 270도인 제2 마이크로스트립 방사 소자(420)를 복수개 포함할 수 있다. 제2 마이크로스트립 방사 소자(420)는 결합 급전을 위한 원편파 슬롯 급전부에 위상 지연부(430)가 위치한 소자를 지시할 수 있다. 즉, 위상 지연부(430)가 없을 때 두 개의 슬롯 사이에서 90도의 위상 차이가 날 수 있다. 위상 지연부(430)를 삽입한 경우에는 두 개의 슬롯 사이에는 270도의 위상 차이가 발생될 수 있다.
도 4와 같이 CPW 급전 배열 안테나는, 예를 들어, CPW 급전부(450)을 기준으로 좌측 및 우측으로 제1 마이크로스트립 방사 소자(410) 및 제2 마이크로스트립 방사 소자(420)가 마주보면서 구현될 수 있다. 이때 좌측에서의 제1 마이크로스트립 방사 소자(410) 및 제2 마이크로스트립 방사 소자(420)의 위치와 우측에서의 제1 마이크로스트립 방사 소자(410) 및 제 마이크로스트립 2 방사 소자(420)의 위치가 서로 다를 수 있다. 예를 들어 CPW 급전부(450)을 기준으로 상단 우측 및 하단 좌측에 복수개의 제1 마이크로스트립 방사 소자(410)가 각각 위치하고 상단 좌측 및 하단 우측에 복수개의 제2 마이크로스트립 방사 소자(420)가 각각 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 개시하는 마이크로스트립 방사 소자의 개수, 위치 및 모양은 하나의 예시로서 마이크로스트립 방사 소자는 다양한 위치, 다양한 개수 및 다양한 모양으로 구현되어 CPW 급전부(450)로부터 급전을 받을 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CPW 급전부를 나타낸 개념도이다.
도 5에서는 CPW 급전부는 CPW 급전선의 슬롯을 이용하여 마이크로스트립 방사 소자에 결합 급전을 수행할 수 있다.
CPW 급전선에서 슬롯을 분기시킬 때 기본적으로 두 슬롯 사이의 급전 위상 차이를 90도 또는 270도가 되도록 급전부를 구성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 마이크로스트립 방사 소자에 결합 급전을 수행하는 구조는 원편파 슬롯 급전부(500), 위상 지연부(520), 임피던스 정합부(540), 저항(560)을 포함할 수 있다.
원편파 슬롯 급전부(500)는 배열 안테나의 방사 소자에 90도 또는 270도의 위상 차이로 결합(coupling) 급전을 시킬 수 있다. 원편파 슬롯 급전부(500)에 위상 지연부가 없을 경우, 두 개의 슬롯 사이에는 급전 위상이 90도의 위상 차이가 날 수 있다. 반대로 원편파 슬롯 급전부(500)에 위상 지연부(520)를 삽입한 경우에는 270도의 위상 차이가 발생될 수 있다. 위상 지연부(520)가 없는 원편파 슬롯 급전부를 제1 원편파 슬롯 급전부, 위상 지연부(520)가 있는 원편파 슬롯 급전부를 제2 원편파 슬롯 급전부라는 용어로 표현할 수 있다.
원편파 슬롯 급전부(500)는 마이크로스트립 방사 소자의 개수를 기반으로 구현될 수 있다. 도 5와 같이 CPW 급전선을 기준으로 CPW 급전선을 기준으로 상단 우측 및 하단 좌측에 복수개의 위상 지연부(520)를 포함하지 않는 제1 원편파 슬롯 급전부가 위치하고, 상단 좌측 및 하단 우측에 복수개의 위상 지연부를 포함하는 제2 원편파 슬롯 급전부가 각각 위치할 수 있다.
임피던스 정합부(540)는 CPW 급전의 끝 부분에 위치해 있으며, 끝 부분에서의 반사파를 조절함으로써 임피던스를 조절하기 위해 구현될 수 있다.
저항(560)은 CPW 급전에서 1:2 전력 분배를 위한 저항으로서, 예를 들어, 100ohm 을 사용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 CPW 급전 배열 안테나의 구성을 나타낸 개념도이다.
도 6을 참조하면, CPW 급전 배열 안테나는 CPW 급전부(640), 유전체 기판(620) 및 마이크로 스트립 방사 소자(600)를 포함할 수 있다.
CPW 급전부(640)의 상단에 유전체 기판(620)이 위치할 수 있고, 유전체 기판(620)의 상단에 마이크로스트립 방사 소자(600)가 위치할 수 있다.
CPW 급전 배열 안테나는 유전체 기판(620)을 사이에 두고 윗면에 마이크로스트립 방사 소자(600) 그리고 아랫면에 CPW 급전부(640)가 인쇄된(printed) 구조로 구현될 수 있다. 마이크로스트립 방사 소자(600)는 CPW 급전부(640)에서 분기된 90도 또는 270도의 위상 차이를 갖는 두 개의 슬롯에 의해 결합 급전되어 원편파를 발생시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 마이크로스트립 방사 소자(600)의 개수, 위치 및 모양은 하나의 예시로서 마이크로스트립 방사 소자(600)는 다양한 위치, 다양한 개수 및 다양한 모양으로 구현되어 CPW 급전부(640)로부터 급전을 받을 수 있다.
CPW 급전 원편파 배열 안테나는 기존 원편파 배열 안테나의 급전부와 같이 위상 차이를 만들어 내기 위한 복잡한 구조를 사용하지 않고, CPW 급전선에서 적절한 위상 차이를 갖는 슬롯을 분기시켜 급전 시킬 수 있다. 이러한 방법을 사용함으로써 배열 안테나의 설계 복잡성을 크게 간소화시켰다. 원편파 레이더 시스템의 개발에 있어서 배열 안테나 설계에 필요한 개발 기간을 크게 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 적층형(stacked) 구조가 아닌 단일 기판 인쇄형(printed) 구조라서 대량 생산 및 공정에 매우 용이하다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 CPW 급전 배열 안테나의 방사 동작을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, CPW 급전부를 인쇄한다(단계 S700).
CPW 급전부는 유전체 기판에 인쇄된 구조로 생성될 수 있다. CPW 급전부는 서로 다른 급전 위상을 가지는 원편파 슬롯 급전부를 가지도록 유전체 기판에 인쇄할 수 있다. 제1 원편파 슬롯 급전부는 90도의 위상 차이를 가지는 두 개의 슬롯으로 분기하도록 인쇄될 수 있다. 제2 원편파 슬롯 급전부는 270도의 위상 차이를 가지는 두 개의 슬롯으로 분기하도록 인쇄될 수 있다. 제2 원편파 슬롯 급전부는 위상 지연부를 포함하여 두 개의 슬롯이 270도의 위상 차이를 가지고 분기하도록 인쇄될 수 있다. 구체적으로 제1 원편파 슬롯 급전부는 CPW 급전선을 기준으로 우측 및 하단 좌측 각각에 복수개가 위치하도록 인쇄되고, 제2 원편파 슬롯 급전부는 CPW 급전선을 기준으로 하단 우측 및 상단 좌측 각각에 복수개가 위치하도록 인쇄될 수 있다.
방사 소자를 인쇄한다(단계 S710).
방사 소자는 단계 S700에서 인쇄된 제1 원편파 슬롯 급전부 및 제2 원편파 슬롯 급전부를 기반으로 급전을 받을 수 있도록 인쇄될 수 있다. 제1 원편파 슬롯 급전부를 통해 급전받는 방사 소자를 제1 방사 소자, 제2 원편파 슬롯 급전부를 통해 급전받는 방사 소자를 제2 방사 소자라고 할 수 있다.
구체적으로 제1 방사 소자는 복수개의 제1 원편파 슬롯 급전부와 각각 대응되어 복수개가 위치하도록 인쇄되고, 제2 방사 소자는 복수개의 상기 제2 원편파 슬롯 급전부와 각각 대응되어 복수개가 위치하도록 인쇄될 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. CPW(coplanar waveguide) 급전 배열 안테나 구현 방법에 있어서,
    CPW 급전부를 유전체 기판의 일면에 인쇄하는 단계; 및
    상기 유전체 기판의 다른 면에 방사 소자를 인쇄하는 단계를 포함하되,
    상기 CPW 급전부는 제1 원편파 슬롯 급전부 및 제2 원편파 슬롯 급전부를 포함하고,
    상기 제1 원편파 슬롯 급전부는 급전 위상이 90도 차이를 가지는 두 개의 슬롯으로 분기되도록 인쇄되고,
    상기 제2 원편파 슬롯 급전부는 위상 지연부를 포함하고 상기 급전 위상이 270도 차이를 가지는 두개의 슬롯으로 분기되도록 인쇄되는 CPW 급전 배열 안테나 구현 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사 소자는 제1 방사 소자 및 제2 방사 소자를 포함하고,
    상기 제1 방사 소자는 상기 제1 원편파 슬롯 급전부로부터 급전 받도록 인쇄되고,
    상기 제2 방사 소자는 상기 제2 원편파 슬롯 급전부로부터 급전 받도록 인쇄되는 CPW 급전 배열 안테나 구현 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 원편파 슬롯 급전부는 CPW 급전선을 기준으로 상단 우측 및 하단 좌측 각각에 복수개가 위치하도록 인쇄되고,
    상기 제2 원편파 슬롯 급전부는 CPW 급전선을 기준으로 하단 우측 및 상단 좌측 각각에 복수개가 위치하도록 인쇄되고,
    상기 제1 방사 소자는 상기 복수개의 상기 제1 원편파 슬롯 급전부와 각각 대응되어 복수개가 위치하도록 인쇄되고,
    상기 제2 방사 소자는 상기 복수개의 상기 제2 원편파 슬롯 급전부와 각각 대응되어 복수개가 위치하도록 인쇄되는 CPW 급전 배열 안테나 구현 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 방사 소자 및 상기 제2 방사 소자는 우회전 편파 특성을 가지는 CPW 급전 배열 안테나 구현 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 CPW 급전부는 임피던스 정합부 및 저항을 더 포함하고,
    상기 임피던스 정합부는 상기 CPW 급전부에서 반사파를 조절하여 임피던스를 조절하기 위해 구현되고,
    상기 저항은 상기 CPW 급전부에서 전력 분배를 수행하기 위해 구현되는 CPW 급전 배열 안테나 구현 방법.
  6. CPW(coplanar waveguide) 급전 배열 안테나는,
    유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 일면에 인쇄된 CPW 급전부; 및
    상기 유전체 기판의 다른 면에 인쇄된 방사 소자를 포함하되,
    상기 CPW 급전부는 제1 원편파 슬롯 급전부 및 제2 원편파 슬롯 급전부를 포함하고,
    상기 제1 원편파 슬롯 급전부는 급전 위상이 90도 차이를 가지는 두 개의 슬롯으로 분기되도록 인쇄되고,
    상기 제2 원편파 슬롯 급전부는 위상 지연부를 포함하고 상기 급전 위상이 270도 차이를 가지는 두개의 슬롯으로 분기되도록 인쇄되는 CPW 급전 배열 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방사 소자는 제1 방사 소자 및 제2 방사 소자를 포함하고,
    상기 제1 방사 소자는 상기 제1 원편파 슬롯 급전부로부터 급전을 받고,
    상기 제2 방사 소자는 상기 제2 원편파 슬롯 급전부로부터 급전 받도록 구현되는 CPW 급전 배열 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 원편파 슬롯 급전부는 CPW 급전선을 기준으로 상단 우측 및 하단 좌측 각각에 복수개가 위치하고,
    상기 제2 원편파 슬롯 급전부는 CPW 급전선을 기준으로 하단 우측 및 상단 좌측 각각에 복수개가 위치하고,
    상기 제1 방사 소자는 상기 복수개의 상기 제1 원편파 슬롯 급전부와 각각 대응되어 복수개가 위치하고,
    상기 제2 방사 소자는 상기 복수개의 상기 제2 원편파 슬롯 급전부와 각각 대응되어 복수개가 위치하도록 구현된 CPW 급전 배열 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 방사 소자 및 상기 제2 방사 소자는 우회전 편파 특성을 가지도록 구현되는 CPW 급전 배열 안테나.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 CPW 급전부는 임피던스 정합부 및 저항을 더 포함하고,
    상기 임피던스 정합부는 상기 CPW 급전부에서 반사파를 조절하여 임피던스를 조절하기 위해 구현되고,
    상기 저항은 상기 CPW 급전부에서 전력 분배를 수행하기 위해 구현되는 CPW 급전 배열 안테나.
KR20140040311A 2014-04-04 2014-04-04 원편파 안테나 구현 방법 및 원편파 안테나 KR101507900B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20140040311A KR101507900B1 (ko) 2014-04-04 2014-04-04 원편파 안테나 구현 방법 및 원편파 안테나

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20140040311A KR101507900B1 (ko) 2014-04-04 2014-04-04 원편파 안테나 구현 방법 및 원편파 안테나

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101507900B1 true KR101507900B1 (ko) 2015-04-07

Family

ID=53032234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20140040311A KR101507900B1 (ko) 2014-04-04 2014-04-04 원편파 안테나 구현 방법 및 원편파 안테나

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101507900B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110401029A (zh) * 2019-07-08 2019-11-01 上海交通大学 辐射方向图可重构的宽角扫描天线
KR102237549B1 (ko) * 2020-01-02 2021-04-07 포항공과대학교 산학협력단 높은 전자파 간섭을 활용한 초광대역 평면형 안테나 장치
CN113078482A (zh) * 2021-03-02 2021-07-06 电子科技大学 一种用于c波段双端口圆极化高隔离的天线阵列

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990071257A (ko) * 1998-02-28 1999-09-15 윤종용 링 슬랏 안테나
KR20060020478A (ko) * 2004-08-31 2006-03-06 엘지이노텍 주식회사 원형 편파 안테나
KR20100015119A (ko) * 2008-08-04 2010-02-12 한국전자통신연구원 근역장 ｒｆｉｄ 리더 안테나
KR20110040393A (ko) * 2009-10-14 2011-04-20 엘지이노텍 주식회사 비아홀 구조의 피씨비 안테나

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990071257A (ko) * 1998-02-28 1999-09-15 윤종용 링 슬랏 안테나
KR20060020478A (ko) * 2004-08-31 2006-03-06 엘지이노텍 주식회사 원형 편파 안테나
KR20100015119A (ko) * 2008-08-04 2010-02-12 한국전자통신연구원 근역장 ｒｆｉｄ 리더 안테나
KR20110040393A (ko) * 2009-10-14 2011-04-20 엘지이노텍 주식회사 비아홀 구조의 피씨비 안테나

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110401029A (zh) * 2019-07-08 2019-11-01 上海交通大学 辐射方向图可重构的宽角扫描天线
CN110401029B (zh) * 2019-07-08 2020-07-28 上海交通大学 辐射方向图可重构的宽角扫描天线
KR102237549B1 (ko) * 2020-01-02 2021-04-07 포항공과대학교 산학협력단 높은 전자파 간섭을 활용한 초광대역 평면형 안테나 장치
CN113078482A (zh) * 2021-03-02 2021-07-06 电子科技大学 一种用于c波段双端口圆极化高隔离的天线阵列

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3776737B1 (en) Single and dual polarized dual-resonant cavity backed slot antenna (d-cbsa) elements
EP2917963B1 (en) Dual polarization current loop radiator with integrated balun
US20100328173A1 (en) Single feed planar dual-polarization multi-loop element antenna
KR101660921B1 (ko) 기생선로를 이용한 원형편파 gps 안테나
JP6195080B2 (ja) アンテナ装置
CN111864379A (zh) 一种缝隙耦合的宽带单馈圆极化微带天线
KR101507900B1 (ko) 원편파 안테나 구현 방법 및 원편파 안테나
KR101304129B1 (ko) 다중 대역 패치 안테나
KR101252244B1 (ko) 다중 안테나
RU2432646C1 (ru) Двухдиапазонная печатная дипольная антенна
JP2002330024A (ja) スロットアンテナ
Song et al. Novel mmWave Wireless Power Transfer Systems Using Broadband Circularly Polarized Rectennas and Leaky Wave Transmitters
Shukla et al. Single feed stacked circularly polarized patch antenna for dual band NavIC receiver of launch vehicles
KR101948443B1 (ko) 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나
Rhazi et al. Effect of Microstrip Antenna Feeding in the K-band
Chen et al. Crossed slot antenna with simple feed for high polarization isolation
CN110635230A (zh) 基于sicl谐振腔圆环缝隙和印刷振子的非对称双极化天线装置
Hakem A compact dual frequency stacked patch antenna for irnss applications
EP3440739B1 (en) Broadband cavity-backed slot antenna
Panahi Reconfigurable monopole antennas with circular polarization
KR20160008401A (ko) 다중 편파 다이폴 안테나
Kumar et al. A Compact Microstrip CP Antenna Using Slots and Defected Ground Structure (DGS)
Chi et al. Planar four-port quadri-polarization slot antenna for millimeter wave application
Choudhary et al. A Broadband Microstrip MIMO Antenna for 5G mm-Wave Applications
Sonkusale et al. Design of wideband circularly polarized antenna with corner truncated patch

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180223

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190225

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200224

Year of fee payment: 6