KR101555554B1 - 방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나 - Google Patents

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김세윤
조재형
정지현
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한국과학기술연구원
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Abstract

예시적인 실시예들에 따른 안테나는 내심 및 내심을 감싸도록 배치되는 동축선, 내심과 전기적으로 연결되는 제1 안테나 암, 및 외심과 전기적으로 연결되고 동축선을 감싸도록 배치되는 제2 안테나 암을 포함한다. 제1 안테나 암은 동축선의 내심과 전기적으로 연결되는 제1 안테나 몸체, 및 제1 안테나 몸체를 감싸도록 배치되는 제1 방사 패턴 조절부를 포함한다. 제2 안테나 암은 상기 동축선을 감싸도록 배치되는 제2 방사 패턴 조절부를 포함한다. 안테나는 페라이트를 이용하여 방사 패턴을 조절하여 대칭적으로 전자기파를 방사할 수 있고, 얇은 관에 삽입되기 용이하도록 단순한 구조를 가질 수 있다.

Description

방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나{WIDEBAND ANTENNA FOR CONTROLLING RADIATION PATTERN}
본 발명은 방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나에 관한 것이다.
위장 내시경 검진에서 식도관을 따라 내시경 장비를 삽입하거나 시추관을 따라 땅 내부를 탐색하기 위해 탐색 장비를 삽입하는 경우에 있어서, 상기 장비들은 각각 얇은 관을 따라 안테나가 내부에 삽입되어야 하므로 구조가 단순하면서도 안테나의 송수신 성능이 뛰어나야 하는 필요성이 있다.
안테나 구조에 있어서, 기존의 다이폴 안테나의 경우에는 제1 안테나 암과 제2 안테나 암을 가지므로 단순한 구조를 갖기 어렵고 얇은 관을 따라 삽입할 수 있는 형태로 구현되기 어려운 점이 있다.
안테나 송수신 성능에 있어서, 안테나는 다양한 광대역 주파수를 갖는 다양한 전파를 송수신 할 수 있어야 하고, 특정 방향에서 송수신이 잘 안되는 비대칭성 문제를 극복할 수 있어야 한다.
따라서, 얇은 관에 삽입할 수 있을 정도로 단순한 구조를 가지면서 동시에 우수한 성능을 갖는 안테나에 대한 요구가 많아지고 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 구조가 단순하면서도 동작 신뢰성을 향상시킨 안테나를 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 기술적 과제는 안테나의 방사 패턴을 대칭적으로 조절할 수 있는 광대역 안테나를 제공하는 데 있다.
이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위한 일 실시예에 따른 광대역 안테나는 길이 방향으로 연장되는 내심 및 상기 내심을 감싸도록 배치되고 상기 내심과 절연된 외심을 구비하는 동축선, 상기 내심과 전기적으로 연결되어 전자기파를 방사할 수 있는 제1 안테나 암, 및 상기 외심과 전기적으로 연결되어 상기 전자기파를 방사할 수 있고 상기 제1 안테나 암과 인접하여 상기 동축선을 감싸도록 배치되는 제2 안테나 암을 포함한다. 상기 제1 안테나 암은 상기 동축선의 상기 내심과 전기적으로 연결되고 상기 길이 방향으로 연장되는 제1 안테나 몸체, 및 상기 제1 안테나 몸체를 따라 분포하는 전류를 제어하여 상기 전자기파의 방사를 조절하도록 상기 제1 안테나 몸체를 감싸도록 배치되는 제1 방사 패턴 조절부를 포함한다. 상기 제2 안테나 암은 상기 동축선의 상기 외심을 따라 분포하는 전류를 제어하여 상기 전자기파의 방사를 조절하도록 상기 동축선을 감싸도록 배치되는 제2 방사 패턴 조절부를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 방사 패턴 조절부는 상기 제1 안테나 몸체를 감싸도록 배치되는 제1 투자율 층, 및 상기 제1 안테나 몸체와 전기적으로 연결되고 상기 제1 투자율 층을 감싸도록 배치되는 제1 안테나 도전층을 포함할 수 있다. 상기 제2 방사 패턴 조절부는 상기 동축선을 감싸도록 배치되는 제2 투자율 층, 및 상기 동축선의 상기 외심과 전기적으로 연결되고 상기 제2 투자율 층을 감싸도록 배치되는 제2 안테나 도전층을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 투자율 층 또는 상기 제2 투자율 층은 페라이트를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 투자율 층 및 상기 제2 투자율 층의 각각의 투자율은 상기 제1 안테나 몸체의 투자율보다 클 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 동축선은 상기 내심의 일단에 전기적으로 연결되는 급전부를 가질 수 있다. 상기 제1 안테나 몸체는 상기 급전부를 통하여 상기 동축선의 상기 내심과 전기적으로 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 방사 패턴 조절부는 상기 길이 방향으로 연장되며 상기 급전부로부터 멀어질수록 두께가 증가하는 제1 부분, 및 상기 제1 부분으로부터 동일한 두께로 상기 길이 방향으로 연장되어 연결되는 제2 부분을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 안테나 도전층은 상기 급전부에 인접하여 상기 제1 안테나 몸체와 전기적으로 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 방사 패턴 조절부는 상기 길이 방향으로 연장되며 상기 급전부로부터 멀어질수록 두께가 증가하는 제3 부분, 및 상기 제3 부분으로부터 동일한 두께로 상기 길이 방향으로 연장되어 연결되는 제4 부분을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 안테나 도전층은 상기 급전부에 인접하여 상기 동축선의 상기 외심과 전기적으로 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 길이 방향에 따른 상기 제1 방사 패턴 조절부의 길이와 상기 제2 방사 패턴 조절부의 길이는 실질적으로 동일할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 방사 패턴 조절부 및 상기 제2 방사 패턴 조절부는 상기 제1 안테나 몸체 및 상기 동축선을 각각 감싸도록 상기 급전부를 중심으로 대칭적으로 구비될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전자기파의 주파수를 조절하도록 상기 제1 투자율 층 및 상기 제2 투자율 층에 연결되는 전원부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전원부는 상기 제1 투자율 층 및 상기 제2 투자율 층에 각각 연결되는 제1 전원 및 제2 전원을 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 동축선의 내심과 외심을 각각 제1 안테나 암 및 제2 안테나 암에 직접 연결하여 바로 급전할 수 있으므로 별도의 매칭 소자가 불필요하고 안테나의 구조가 단순해질 수 있다.
특히, 상기 안테나는 상기 동축선의 상기 외심을 이용하여 모노폴 안테나를 다이폴 형태로 구현할 수 있으므로 얇은 관에 삽입하기 용이한 단순한 구조를 가질 수 있다.
상기 안테나는 페라이트를 이용하여 방사 패턴을 조절하여 대칭적으로 전자기파를 방사할 수 있으므로, 특정방향에서 송수신이 되지 않는 비대칭성 문제를 해결할 수 있다.
또한, 다양한 주파수 대역을 갖는 전파를 송수신할 수 있으므로 시추공 또는 위장의 식도와 같은 얇은 관을 통과하면서 전파를 송수신할 때에도 안테나의 동작 신뢰성을 확보할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 안테나를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 III-III 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1의 IV-IV 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 안테나의 방사 패턴을 실험하는 장치를 나타내는 사시도이다.
도 6a는 도 5의 실험 장치를 이용하여 비교예에 따른 안테나의 방사 패턴에 대한 실험을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6b는 도 5의 실험 장치를 이용하여 도 1의 안테나의 방사 패턴에 대한 실험을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 1의 안테나의 적용예를 나타낸 개념도이다.
도 8은 도 1의 안테나의 적용예를 나타낸 개념도이다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 안테나를 나타내는 단면도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 안테나를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명과 관련된 방사 패턴 조절을 위한 안테나에 관하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일하거나 유사한 구성에 대해서는 동일하거나 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 안테나를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 II-II 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 3은 도 1의 III-III 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 4는 도 1의 IV-IV 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 안테나(1000)는 내심(120) 및 내심(120)과 절연된 외심(140)을 구비하는 동축선(100), 내심(120)과 전기적으로 연결되는 제1 안테나 암(200), 및 외심(140)과 전기적으로 연결되는 제2 안테나 암(300)을 포함한다.
동축선(100)은 동축관, 동축 케이블 등을 포함하는 전송 선로로 역할을 제공할 수 있다. 동축선(100)은 저주파부터 마이크로파까지 다양한 주파수를 갖는 파를 전송할 수 있다. 또한, 동축선(100)은 급전할 수 있도록 길이 방향으로 연장될 수 있다.
또한, 동축선(100)은 다른 전송 선로에 비하여 전송 감쇠량이 작은 장점이 있다. 특히, 내심(120) 및 외심(140)의 위치가 정확하게 유지되는 경우에 동축선(100)은 상기 전송 감쇠량을 줄일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 내심(120) 및 외심(140)의 위치를 유지하기 위해 동축선(100)은 내심(120)과 외심(140) 사이에 개재되는 내부절연층(130)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부절연층(130)은 폴리에틸린(Polyethylene), 스테어타이트(Steatite) 등을 포함할 수 있다. 또한, 동축선(100)은 외심(140)을 감싸도록 배치되는 외부절연층(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.
동축선(100)은 내심(120)의 일단에 전기적으로 연결되는 급전부(122)를 더 포함할 수 있다. 동축선(100)으로부터 급전부(122)를 통하여 제1 안테나 암(200)이 급전되기 때문에 별도의 매칭 네트워크가 필요하지 않으므로, 안테나의 구조가 단순해질 수 있다.
제1 안테나 암(200)은 내심(120)과 전기적으로 연결되어 전자기파를 방사할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 안테나 암(200)은 동축선(100)의 내심(120)과 전기적으로 연결되는 제1 안테나 몸체(220), 및 제1 안테나 몸체(220)를 감싸도록 배치되는 제1 방사 패턴 조절부(240)를 포함한다. 또한, 제1 안테나 암(200)은 안테나 몸체(220)를 감싸도록 배치되는 외부절연층(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.
제1 안테나 몸체(220)는 상기 길이 방향으로 연장되고 급전부(122)를 통하여 동축선(100)의 내심(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 안테나 몸체(220)는 도전성 물질을 포함할 수 있다.
또한, 제1 안테나 몸체(220)의 두께는 동축선(100)의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 이와는 달리, 도시되지는 않았지만, 제1 안테나 몸체(220)의 두께는 급전부(122)로부터 멀어질수록 두께가 증가하거나 두께가 감소할 수 있다.
안테나(1000)의 방사 패턴을 대칭적으로 조절하여 어느 방향에서나 송수신이 잘되도록 하기 위해서는 제1 안테나 몸체(220)의 두께는 동축선(100)의 두께와 실질적으로 동일하게 구비되는 것이 바람직하다.
제1 방사 패턴 조절부(240)는 제1 안테나 몸체(220)를 따라 분포하는 전류를 제어하여 상기 전자기파의 방사를 조절하도록 제1 안테나 몸체(220)를 감싸도록 배치된다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 방사 패턴 조절부(240)는 상기 길이 방향으로 연장되며 급전부(122)로부터 멀어질수록 두께가 증가하는 제1 부분(250), 및 제1 부분(250)으로부터 동일한 두께로 상기 길이 방향으로 연장되어 연결되는 제2 부분(252)을 포함할 수 있다.
제1 부분(250)은 급전부(122)에 인접할수록 두께가 감소하기 때문에 제1 부분(250)의 전류 분포 밀도를 급전부(122)에 인접할수록 증가시키도록 조절할 수 있다. 또한, 제2 부분(252)은 동일한 두께로 상기 길이 방향으로 연장되어 제1 부분(250)의 상기 전류 분포 밀도에 비하여 제2 부분(252)의 전류 분포 밀도는 급전부(122)로부터 멀어질수록 감소시키도록 조절할 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 제1 방사 패턴 조절부(240)는 제1 안테나 몸체(220)를 감싸도록 배치되는 제1 투자율 층(242), 및 제1 안테나 몸체(220)와 전기적으로 연결되고 제1 투자율 층(242)을 감싸도록 배치되는 제1 안테나 도전층(244)을 포함할 수 있다.
제1 투자율 층(242)은 속이 빈 원통 형상으로 제1 안테나 몸체(220)를 감싸도록 배치될 수 있다. 제1 투자율 층(242)은 높은 투자율(Magnetic Permeability)을 갖는 물질을 포함하여, 제1 안테나 암(200)의 전기적 유효 길이를 증가시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 투자율 층(242)은 페라이트(Ferrite)를 포함할 수 있다. 이와는 달리, 제1 투자율 층(242)은 퍼멀로이(Permalloy), 센다스트 등을 포함할 수도 있다. 또한, 제1 투자율 층(242)의 투자율은 제1 안테나 몸체(220)의 투자율보다 클 수 있다.
제1 안테나 도전층(244)은 급전부(122)에 인접하여 제1 안테나 몸체(220)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 안테나 도전층(244)이 제1 안테나 몸체(220)와 전기적으로 연결되는 부분을 조절하여 안테나(1000)의 방사 패턴을 조절할 수도 있다.
예를 들어, 제1 안테나 몸체(220)의 일단이 급전부(122)에 전기적으로 연결되고, 제1 안테나 도전층(244)은 제1 안테나 몸체(220)의 타단과 전기적으로 연결될 수도 있다.
이와는 달리, 제1 안테나 도전층(244)은 도전성 연결 부재(도시되지 않음)를 통하여 제1 안테나 몸체(220)의 일단과 타단 사이의 부분에 연결될 수도 있다.
제2 안테나 암(300)은 동축선(100)의 외심(140)을 따라 분포하는 전류를 제어하여 상기 전자기파의 방사를 조절하도록 동축선(100)을 감싸도록 배치되는 제2 방사 패턴 조절부(340)를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제2 방사 패턴 조절부(340)는 상기 길이 방향으로 연장되며 급전부(122)로부터 멀어질수록 두께가 증가하는 제3 부분(350), 및 제3 부분(350)으로부터 동일한 두께로 상기 길이 방향으로 연장되어 연결되는 제4 부분(352)을 포함할 수 있다.
제3 부분(350)은 급전부(122)에 인접할수록 두께가 감소하기 때문에 제3 부분(350)의 전류 분포 밀도를 급전부(122)에 인접할수록 증가시키도록 조절할 수 있다. 또한, 제4 부분(352)은 동일한 두께로 상기 길이 방향으로 연장되어 제3 부분(350)의 상기 전류 분포 밀도에 비하여 제4 부분(352)의 전류 분포 밀도는 급전부(122)로부터 멀어질수록 감소시키도록 조절할 수 있다.
도 4를 다시 참조하면, 제2 방사 패턴 조절부(340)는 동축선(100)의 외심(140)을 감싸도록 배치되는 제2 투자율 층(342), 및 동축선(100)의 외심(140)과 전기적으로 연결되고 제2 투자율 층(342)을 감싸도록 배치되는 제2 안테나 도전층(344)을 포함할 수 있다.
제2 투자율 층(342)은 속이 빈 원통 형상으로 동축선(100)의 외심(140)을 감싸도록 배치될 수 있다. 제2 투자율 층(342)은 높은 투자율(Magnetic Permeability)을 갖는 물질을 포함하여, 제2 안테나 암(300)의 전기적 유효 길이를 증가시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제2 투자율 층(342)은 페라이트(Ferrite)를 포함할 수 있다. 이와는 달리, 제2 투자율 층(342)은 퍼멀로이(Permalloy), 센다스트 등을 포함할 수도 있다. 또한, 제2 투자율 층(342)의 투자율은 제1 안테나 몸체(220)의 투자율보다 크고, 제1 투자율 층(242)의 상기 투자율과 실질적으로 동일할 수 있다.
제2 안테나 도전층(344)은 급전부(122)에 인접하여 동축선(100)의 외심(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 안테나 도전층(344)이 동축선(100)의 외심(140)과 전기적으로 연결되는 부분을 조절하여 안테나(1000)의 방사 패턴을 조절할 수도 있다.
예를 들어, 제2 안테나 도전층(344)의 일단이 급전부(122)에 인접하여 동축선(100)의 외심(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이와는 달리, 제2 안테나 도전층(344)의 타단이 동축선(100)의 외심(140)과 전기적으로 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 길이 방향에 따른 제1 방사 패턴 조절부(240)의 길이와 제2 방사 패턴 조절부(340)의 길이는 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 제1 방사 패턴 조절부(240) 및 제2 방사 패턴 조절부(340)는 제1 안테나 몸체(220) 및 동축선(100)을 각각 감싸도록 급전부(122)를 중심으로 대칭적으로 구비될 수 있다.
제1 방사 패턴 조절부(240)의 상기 길이와 제2 방사 패턴 조절부(340)의 상기 길이를 실질적으로 동일하게 구비되거나 제1 방사 패턴 조절부(240) 및 제2 방사 패턴 조절부(340)를 급전부(122)를 중심으로 대칭적으로 구비되면, 안테나(1000)의 방사 패턴을 조절하여 안테나(1000)의 어느 방향에서나 송수신이 잘 되도록 조절할 수 있다.
이와는 달리, 제1 방사 패턴 조절부(240)의 상기 길이와 제2 방사 패턴 조절부(340)의 상기 길이를 다르게 구비되는 경우에, 안테나(1000)의 방사 패턴을 조절하여 안테나(1000)의 특정 방향에서 송수신이 잘 되도록 지향성을 갖는 방사 패턴으로 조절할 수도 있다.
이하에서는, 안테나(1000)의 방사 패턴에 대한 측정 실험에 대하여 주로 기술하고자 한다.
도 5는 안테나의 방사 패턴을 실험하는 장치를 나타내는 사시도이다. 도 6a는 도 5의 실험 장치를 이용하여 비교예에 따른 안테나의 방사 패턴에 대한 실험을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 6b는 도 5의 실험 장치를 이용하여 도 1의 안테나의 방사 패턴에 대한 실험을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 챔버(400) 내에서 제1 안테나(1010) 및 제2 안테나(1020)를 각각 제1 관(450) 및 제2 관(460)을 통하여 상방 이동시키면서 제1 안테나(1010)에서는 전파를 송신하고, 제2 안테나(1020)에서는 상기 전파를 수신한다. 이와는 달리, 제2 안테나(1020)에서는 상기 전파를 송신하고 제1 안테나(1010)에서는 상기 전파를 수신할 수 있다.
상기 전파는 펄스발생기(410)에서 발생되고, 제1 안테나(1010) 및 제2 안테나(1020)에서 송수신되는 상기 전파는 스캐닝장치(420)에 스캔된다.
또한, 대상체(430)를 제1 안테나(1010) 및 제2 안테나(1020) 사이에 위치시키고, 제1 및 제2 안테나들(1010, 1020)의 높이가 대상체(430)의 높이에 있을 때 0의 위치로 기준한다. 제1 및 제2 안테나들(1010, 1020)의 위치가 대상체(430)보다 높으면 (+)의 위치로, 대상체(430)보다 낮으면 (-)의 위치로 표시한다.
챔버(400) 내에는 매질(440)을 채울 수 있다. 상기 전파는 제1 안테나(1010)에서 송신되어 매질(440)을 통하여 제2 안테나(1020)로 수신될 수 있다. 매질(440)은 기체 또는 액체 상태일 수 있다. 안테나들(1010, 1020)의 사용 환경에 따라서 매질(440)을 다양하게 바꿔가면서 실험을 수행할 수 있다.
도 6a를 참조하면, 비교예에 따른 제1 안테나(1010) 및 제2 안테나(1020)를 도 5의 실험 장치를 이용하여 제1 안테나(1010) 및 제2 안테나(1020)를 상방 이동시키면서 안테나의 방사 패턴을 측정했다.
상기 그래프에 있어서, x축은 안테나들(1010, 1020)의 위치를 나타내며, y축은 안테나의 수신감도를 나타낸다.
비교예에 따른 제1 안테나(1010) 및 제2 안테나(1020)는 제1 및 제2 관들(450, 460)을 통하여 이동될 수 있는 다이폴 안테나 혹은 모노폴 안테나일 수 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 비교예에 따른 제1 및 제2 안테나들(1010, 1020)은 상기 전파의 주파수가 2.1 GHz 및 2.4 GHz에서 0의 위치를 기준으로 좌우 수신감도의 차이가 발생했다. 이는 비교예에 따른 제1 안테나(1010) 및 제2 안테나(1020)의 방사 패턴은 대칭성이 유지되지 않아 특정방향에서 송수신이 잘 안되는 것을 의미한다.
도 6b를 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 제3 안테나(1030) 및 제4 안테나(1040)를 도 5의 실험 장치를 이용하여 제3 안테나(1030) 및 제4 안테나(1040)를 상방 이동시키면서 안테나의 방사 패턴을 측정했다. 제3 안테나(1030) 및 제4 안테나(1040)는 안테나(1000)와 실질적으로 동일하거나 유사한 구조를 가진다.
예시적인 실시예들에 따른 제3 및 제4 안테나들(1030, 1040)은 어떤 주파수를 갖는 전파를 송수신하더라도 0의 위치를 기준으로 수신감도가 대칭성을 갖는 것을 알 수 있다. 이는 제3 안테나(1030) 및 제4 안테나(1040)는 어느 방향에서나 송수신을 잘 할 수 있으며 제3 및 제4 안테나들(1030, 1040)의 방사 패턴은 대칭성을 갖는 것을 의미한다.
이하에서는, 안테나(1000)의 적용예에 대하여 설명하고자 한다.
도 7은 도 1의 안테나의 적용예를 나타낸 개념도이다. 도 8은 도 1의 안테나의 적용예를 나타낸 개념도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 안테나(1000)는 시추공과 같이 얇은 관을 따라 삽입되는 시추공 안테나 또는 내시경 검사를 위해 식도와 같이 얇은 관을 따라 삽입되는 내시경 안테나의 역할로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 안테나(1000)는 구조가 단순하면서도 우수한 송수신 성능을 가질 수 있다. 특히, 안테나(1000)는 구조가 단순하여 시추공 안테나 또는 내시경 안테나와 같이 얇은 관을 따라 쉽게 삽입될 수 있다.
특히, 동축선(100)을 이용하여 안테나(1000)에 바로 급전되도록 하여 매칭 소자가 불필요하고, 동축선(100)의 외심(140)을 제2 안테나 암(300)이 감싸도록 배치하여 모노폴 형태의 안테나로 다이폴 형태의 안테나의 성능을 구현함으로 구조가 더욱 단순해질 수 있다.
또한, 제1 안테나 몸체(220)를 제1 방사 패턴 조절부(240)가 감싸도록 배치되고 동축선(100)의 외심(140)을 제2 방사 패턴 조절부(340)가 감싸도록 배치되어, 안테나(1000)의 방사 패턴을 조절할 수 있어 안테나(1000)의 성능을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 방사 패턴 조절부(240, 340)는 각각 페라이트를 포함하여 제1 안테나 몸체(200) 및 동축선의 외심(140)의 전류 분포를 제어하고, 제1 및 제2 안테나 암들(200, 300)의 전기적 유효 길이를 조절할 수 있다.
특히, 제1 및 제2 방사 패턴 조절부(240, 340)는 안테나(1000)의 어느 방향에서나 송수신이 잘되도록 안테나(1000)의 방사 패턴이 대칭성을 갖도록 조절할 수 있다.
이와는 달리, 제1 및 제2 방사 패턴 조절부(240, 340)는 안테나(1000)의 특정방향에서 송수신이 잘되도록 안테나(1000)의 방사 패턴이 대칭성을 갖도록 조절할 수 있다.
안테나(1000)의 사용 환경에 맞게 안테나(1000)의 방사 패턴을 대칭성 혹은 지향성으로 조절할 수 있어 다양한 분야에 적용 가능한 장점이 있다.
이하에서는, 예시적인 실시예들에 따른 안테나의 구조를 설명한다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 안테나를 나타내는 단면도이다. 예시적인 실시예들에 따른 안테나는 전원부(500)를 제외하고 도 1의 안테나의 구성과 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소에 대한 동일한 도면부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 안테나(2000)는 내심(120) 및 내심(120)과 절연된 외심(140)을 구비하는 동축선(100), 내심(120)과 전기적으로 연결되는 제1 안테나 암(200), 및 외심(140)과 전기적으로 연결되는 제2 안테나 암(300)을 포함한다.
제1 안테나 암(200)은 동축선(100)의 내심(120)과 전기적으로 연결되는 제1 안테나 몸체(220), 및 제1 안테나 몸체(220)를 감싸도록 배치되는 제1 방사 패턴 조절부(240)를 포함한다.
제2 안테나 암(300)은 동축선(100)의 외심(140)을 따라 분포하는 전류를 제어하여 상기 전자기파의 방사를 조절하도록 동축선(100)을 감싸도록 배치되는 제2 방사 패턴 조절부(340)를 포함한다.
제1 및 제2 방사 패턴 조절부(240, 340)는 제1 안테나 몸체(220) 및 동축선(100)의 외심(140)을 따라 분포하는 전류를 각각 제어하여 상기 전자기파의 방사를 조절하도록 제1 안테나 몸체(220) 및 동축선(100)의 외심(140)을 각각 감싸도록 배치된다.
제1 방사 패턴 조절부(240)는 제1 안테나 몸체(220)를 감싸도록 배치되는 제1 투자율 층(242), 및 제1 안테나 몸체(220)와 전기적으로 연결되고 제1 투자율 층(242)을 감싸도록 배치되는 제1 안테나 도전층(244)을 포함할 수 있다.
제2 방사 패턴 조절부(340)는 동축선(100)의 외심(140)을 감싸도록 배치되는 제2 투자율 층(342), 및 동축선(100)의 외심(140)과 전기적으로 연결되고 제2 투자율 층(342)을 감싸도록 배치되는 제2 안테나 도전층(344)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 투자율 층들(242, 342)은 각각 페라이트(Ferrite)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 투자율 층들(242, 342)의 각각의 투자율은 제1 안테나 몸체(220)의 투자율보다 클 수 있다.
전원부(500)는 제1 및 제2 투자율 층들(242, 342)에 전류를 공급하여 제1 및 제2 투자율 층들(242, 342)의 자기적 특성을 조절할 수 있다. 예를 들어 전원부(500)는 가변 전류를 공급할 수 있는 가변 전원일 수 있다. 전원부(500)는 제1 안테나 몸체(220)에 동축선(100)을 통하여 급전되는 전원(도시되지 않음)과는 별도로 구성된다.
전원부(500)는 제1 및 제2 투자율 층들(242, 342)에 전류를 공급하여 제1 안테나 몸체(220) 및 동축선(100)의 외심(140)의 전류 분포를 제어하여 제1 및 제2 안테나 암들(200, 300)의 전기적 유효 길이를 조절할 수 있다.
특히, 전원부(500)는 급전부(122)에 인접할수록 제1 및 제2 안테나 암들(200, 300)의 전류 밀도 분포가 커지거나 작아지도록 제어하여 안테나(2000)의 방사 패턴을 대칭적으로 조절하거나 지향적으로 조절할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 안테나(2000)는 구조가 단순하면서도 우수한 송수신 성능을 가질 수 있다. 특히, 동축선(100)을 이용하여 안테나(2000)에 바로 급전되도록 하여 매칭 소자가 불필요하고, 동축선(100)의 외심(140)을 제2 안테나 암(300)이 감싸도록 배치하여 모노폴 형태의 안테나로 다이폴 기능을 수행하도록 구현함으로 구조가 더욱 단순해질 수 있다.
또한, 제1 및 제2 방사 패턴 조절부들(240, 340), 및 전원부(500)는 안테나(2000)의 방사 패턴을 대칭적으로 조절하거나 지향적으로 조절할 수 있다.
특히, 전원부(500)는 가변 전류를 제1 및 제2 방사 패턴 조절부들(240, 340)에 각각 공급하여 안테나(2000)의 방사 패턴을 조절할 수 있으므로 정밀하게 상기 방사 패턴을 제어할 수 있다.
이하에서는, 예시적인 실시예들에 따른 안테나에 대하여 설명하기로 한다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 안테나를 나타내는 단면도이다. 예시적인 실시예들에 따른 안테나는 제1 및 제2 전원(510, 520)을 제외하고 도 1의 안테나의 구성과 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소에 대한 동일한 도면부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 안테나(3000)는 내심(120) 및 내심(120)과 절연된 외심(140)을 구비하는 동축선(100), 내심(120)과 전기적으로 연결되는 제1 안테나 암(200), 및 외심(140)과 전기적으로 연결되는 제2 안테나 암(300)을 포함한다.
제1 안테나 암(200)은 동축선(100)의 내심(120)과 전기적으로 연결되는 제1 안테나 몸체(220), 및 제1 안테나 몸체(220)를 감싸도록 배치되는 제1 방사 패턴 조절부(240)를 포함한다.
제2 안테나 암(300)은 동축선(100)의 외심(140)을 따라 분포하는 전류를 제어하여 상기 전자기파의 방사를 조절하도록 동축선(100)을 감싸도록 배치되는 제2 방사 패턴 조절부(340)를 포함한다.
제1 방사 패턴 조절부(240)는 제1 안테나 몸체(220)를 감싸도록 배치되는 제1 투자율 층(242), 및 제1 안테나 몸체(220)와 전기적으로 연결되고 제1 투자율 층(242)을 감싸도록 배치되는 제1 안테나 도전층(244)을 포함할 수 있다.
제2 방사 패턴 조절부(340)는 동축선(100)의 외심(140)을 감싸도록 배치되는 제2 투자율 층(342), 및 동축선(100)의 외심(140)과 전기적으로 연결되고 제2 투자율 층(342)을 감싸도록 배치되는 제2 안테나 도전층(344)을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 전원(510, 520)은 제1 및 제2 투자율 층들(242, 342)에 전류를 각각 공급하여 제1 및 제2 투자율 층들(242, 342)의 자기적 특성을 각각 조절할 수 있다. 예를 들어 제1 및 제2 전원(510, 520)은 가변 전류를 공급할 수 있는 가변 전원들일 수 있다. 제1 및 제2 전원(510, 520)은 제1 안테나 몸체(220)에 동축선(100)을 통하여 급전되는 전원(도시되지 않음)과는 별도로 구성된다.
제1 및 제2 전원(510, 520)은 제1 및 제2 투자율 층들(242, 342)에 각각 전류를 공급하여 제1 안테나 몸체(220) 및 동축선(100)의 외심(140)의 전류 분포를 각각 제어하고 제1 및 제2 안테나 암들(200, 300)의 전기적 유효 길이를 각각 조절할 수 있다.
특히, 제1 전원(510) 및 제2 전원(520)은 제1 투자율 층(242) 및 제2 투자율 층(342)에 각각 독립적으로 연결되어, 제1 안테나 암(200) 및 제2 안테나 암(300)의 전류 밀도 분포를 더욱 세밀하게 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 안테나(3000)는 구조가 단순하면서도 우수한 송수신 성능을 가질 수 있다. 특히, 동축선(100)을 이용하여 안테나(3000)에 바로 급전되도록 하여 매칭 소자가 불필요하고, 동축선(100)의 외심(140)을 제2 안테나 암(300)이 감싸도록 배치하여 모노폴 형태의 안테나로 다이폴 기능을 수행하도록 구현함으로 구조가 더욱 단순해질 수 있다.
특히, 제1 및 제2 전원(510, 520)은 가변 전류를 제1 및 제2 방사 패턴 조절부들(240, 340)에 각각 독립적으로 공급하여 안테나(3000)의 방사 패턴을 조절할 수 있으므로 더욱 정밀하게 상기 방사 패턴을 제어할 수 있다.
상기와 같은 방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
100 : 동축선 120 : 내심
122 : 급전부 130 : 내부절연층
140 : 외심 200 : 제1 안테나 암
220 : 제1 안테나 몸체 240 : 제1 방사 패턴 조절부
242 : 제1 투자율 층 244 : 제1 안테나 도전층
250 : 제1 부분 252 : 제2 부분
300 : 제2 안테나 암 340 : 제2 방사 패턴 조절부
342 : 제2 투자율 층 344 : 제2 안테나 도전층
350 : 제3 부분 352 : 제4 부분
500 : 전원부 510 : 제1 전원
520 : 제2 전원

Claims (13)

  1. 길이 방향으로 연장되는 내심, 및 상기 내심을 감싸도록 배치되고 상기 내심과 절연된 외심을 구비하는 동축선;
    상기 내심과 전기적으로 연결되어 전자기파를 방사할 수 있는 제1 안테나 암; 및
    상기 외심과 전기적으로 연결되어 상기 전자기파를 방사할 수 있고, 상기 제1 안테나 암과 인접하여 상기 동축선을 감싸도록 배치되는 제2 안테나 암을 포함하고,
    상기 제1 안테나 암은,
    상기 동축선의 상기 내심과 전기적으로 연결되고, 상기 길이 방향으로 연장되는 제1 안테나 몸체; 및
    상기 제1 안테나 몸체를 따라 분포하는 전류를 제어하여 상기 전자기파의 방사를 조절하도록 상기 제1 안테나 몸체를 감싸도록 배치되는 제1 방사 패턴 조절부를 포함하고,
    상기 제2 안테나 암은,
    상기 동축선의 상기 외심을 따라 분포하는 전류를 제어하여 상기 전자기파의 방사를 조절하도록 상기 동축선을 감싸도록 배치되는 제2 방사 패턴 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 방사 패턴 조절부는,
    상기 제1 안테나 몸체를 감싸도록 배치되는 제1 투자율 층, 및 상기 제1 안테나 몸체와 전기적으로 연결되고 상기 제1 투자율 층을 감싸도록 배치되는 제1 안테나 도전층을 포함하고,
    상기 제2 방사 패턴 조절부는,
    상기 동축선을 감싸도록 배치되는 제2 투자율 층, 및 상기 동축선의 상기 외심과 전기적으로 연결되고 상기 제2 투자율 층을 감싸도록 배치되는 제2 안테나 도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 투자율 층 또는 상기 제2 투자율 층은 페라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 투자율 층 및 상기 제2 투자율 층의 각각의 투자율은 상기 제1 안테나 몸체의 투자율보다 큰 것을 특징으로 하는 광대역 안테나.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 동축선은 상기 내심의 일단에 전기적으로 연결되는 급전부를 갖고,
    상기 제1 안테나 몸체는 상기 급전부를 통하여 상기 동축선의 상기 내심과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 방사 패턴 조절부는 상기 길이 방향으로 연장되며 상기 급전부로부터 멀어질수록 두께가 증가하는 제1 부분, 및 상기 제1 부분으로부터 동일한 두께로 상기 길이 방향으로 연장되어 연결되는 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 안테나 도전층은 상기 급전부에 인접하여 상기 제1 안테나 몸체와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 제2 방사 패턴 조절부는 상기 길이 방향으로 연장되며 상기 급전부로부터 멀어질수록 두께가 증가하는 제3 부분, 및 상기 제3 부분으로부터 동일한 두께로 상기 길이 방향으로 연장되어 연결되는 제4 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 제2 안테나 도전층은 상기 급전부에 인접하여 상기 동축선의 상기 외심과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 길이 방향에 따른 상기 제1 방사 패턴 조절부의 길이와 상기 제2 방사 패턴 조절부의 길이는 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제1 방사 패턴 조절부 및 상기 제2 방사 패턴 조절부는 상기 제1 안테나 몸체 및 상기 동축선을 각각 감싸도록 상기 급전부를 중심으로 대칭적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나.
  12. 제 2 항에 있어서, 상기 전자기파의 주파수를 조절하도록 상기 제1 투자율 층 및 상기 제2 투자율 층에 연결되는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전원부는 상기 제1 투자율 층 및 상기 제2 투자율 층에 각각 연결되는 제1 전원 및 제2 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 패턴 조절을 위한 광대역 안테나.
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