KR101675790B1 - 쿼시 야기 안테나 및 이를 이용한 넓은 방향의 원형 편파 발생 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쿼시 야기 안테나 및 이를 이용한 넓은 방향의 원형 편파 발생 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저복잡도 쿼시 야기 안테나 및, 이를 이용하여 원형 편파의 방향의 범위를 매우 넓혀서 광범위한 방향에서 원형 편파를 발생시키는 배열 안테나에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 급전 구조의 단순화로 불요 방사 성분을 제거하여 PCB 기판에 수직한 방향으로 방사되는 성분을 최소화 할 수 있었으며, 이것은 통상적인 배열 안테나에서 요구되는 배열 방사 소자 간의 상호 결합도를 최소화하는 특성에 부합되게 하며, 또한 선형 편파를 가지는 쿼시 야기 안테나가 원형으로 배열되어 각각의 배열 소자 안테나에 인가되는 위상 차이는 순차적인 값을 가지고 서로 다르게 인가시킴으로써 원형 편파를 발생시키는 벡터 방향과 위상에 관한 모드들이 복합적으로 발생하여 다양한 방향으로 폭 넓게 원형 편파가 발생될 수 있게 한다.

Description

쿼시 야기 안테나 및 이를 이용한 넓은 방향의 원형 편파 발생 안테나{QUASI YAGI ANTENNA AND BROAD-DIRECTION CIRCULAR POLARIZATION GENERATING ANTENNA BY USING QUASI YAGI ANTENNA}

본 발명은 쿼시 야기 안테나 및 이를 이용한 넓은 방향의 원형 편파 발생 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저복잡도 쿼시 야기 안테나 및, 이를 이용하여 원형 편파의 방향의 범위를 매우 넓혀서 광범위한 방향에서 원형 편파를 발생시키는 배열 안테나에 관한 것이다.

배열 안테나를 구성하기 위한 단위 소자는 다양한 형태의 안테나를 사용해 왔다. 다이폴 안테나, 모노폴 안테나, 패치 안테나, 슬롯 안테나, 혼 안테나 등 다양한 형상을 가지는 안테나들을 이용하여 배열 안테나를 구성하여 왔다. 이중 쿼시 야기 안테나는 유도기의 앞쪽에 도파기가, 뒤쪽에는 반사기가 배치된 구조로 이루어져 있으며 도파기와 반사기로 인하여 전파의 지향도를 도파기 쪽으로 높인 안테나이다. 쿼시 야기 안테나의 근본 구조는 야기 우다 안테나로써 동작원리는 동일하다. 쿼시 야기 안테나는 야기 안테나를 평판형 구조로 구현하는 것을 목적으로 하여 플래너 구조에서 야기 안테나를 구현할 수 있도록 유전체 기판 상에 야기 안테나 구성 요소들을 구현하였다.

도 1은 일반적인 쿼시 야기 안테나를 나타낸 도면으로 유전체 기판(10)의 윗면에 2개의 마이크로스트립 전송선이 평행하게 있는 CPS발룬(11), 쿼시 야기 안테나의 유도기(13)에 분극을 주기 위한 위상 천이기(12), 그리고 2개의 평판 다이폴 구조의 유도기(13)와 1개의 도파기(14) 스트립으로 구성된다. 유전체 기판(10)의 바닥면에는 반사기로써 접지면(20)이 존재하게 된다. 그래서 보통 이러한 쿼시 야기 안테나는 단일 안테나로도 사용 가능하지만 도 2에 나타낸 바와 같이 선형 배열 안테나의 단위소자로써 주로 사용된다.

그러나 이들의 형태는 불요 방사가 발생할 수 있는 임피던스 불연속부가 많다는 단점이 있다. 이러한 불요 방사 성분들로 인하여 배열 소자 간의 이격 거리를 확보할 수 있는 선형 배열 형태로 밖에 사용될 수 없었다. 즉, CPS 발룬(11)과 위상 천이기(12) 등으로 인하여 선형 배열이 아닌 경우 배열 소자 간에 상호 결합이 발생하게 되기 때문에, 이와 같은 상호 결합을 방지하기 위하여 선형 배열 사용으로 한정될 수 밖에 없었다.

안테나 배열의 경우 기존에는 높은 안테나 이득을 위하여 선형 배열이 일반적이었으나, 최근에는 차세대 이동통신 기술이나, 소형 기지국 등에서 MIMO 기반의 배열 안테나를 위하여 원형 배열 구조를 사용하고 있다. 이에 따라 기존의 선형 배열을 가지는 쿼시 야기 안테나의 경우 원형 배열 구조에는 부적합한 문제점이 존재하여 왔다.

한편, 편파(polarization)는 무선 통신에서 안테나에서 방사되는 전파의 전기장 벡터의 시간에 따른 변화로써, 크게 선형 편파와 원형 편파, 타원 편파 등이 있다. 선형 편파에는 수직, 수평 편파가 있으며, 원형 편파는 좌수 편파, 우수 편파가 있다. 본 발명에서 다루고자 하는 것은 원형 편파로서, 안테나로부터 방사된 전자파의 진행방향에 대해 직각인 단면 내에서 주기적으로 회전하는 편파를 말한다. 크기가 같고 위상이 90도 다른 수평 편파와 수직 편파를 조합시키면 그 합성 전계 벡터가 원을 그리기 때문에 원형 편파가 발생된다.

시계방향으로 회전하면 우수 편파, 반시계 방향으로 회전하면 좌수 편파라고 한다. 위성 방송의 다운링크나 지상파 FM 방송에서 원형 편파를 사용하고 있으며, 주파수 효율을 높이기 위해 우수 편파와 좌수 편파를 동시에 사용하는 경우도 있다.

더불어 장애물 잡음에 강하기 때문에 다중 반사 간섭에 강하여 페이딩(fading) 환경에서 많이 사용되며, 편파 손실이 적다는 장점을 가지고 있다.

종래의 원형 편파 안테나를 구현하는 방법은 크게 헬리컬 안테나 또는 패치안테나를 위주로 설계되었으며, 패치 안테나에는 위상을 90도 차이를 가지면서 직각 방향으로 이중급전을 하는 방법과 사각형 패치의 좌우 모서리를 잘라내는 방법, 또는 급전지점을 대각선 방향으로 지정하여 직교 방향의 2중 모드를 생성시키는 방법 등이 설계되었다. 그러나 이러한 방법에서는 원형 편파를 발생시키는 방향의 범위가 매우 협소한 형태를 가질 수 밖에 없었다.

도 3은 종래의 가장 대표적인 원형 편파 안테나를 보이기 위한 2.45GHz에서 원형 편파를 발생시키는 좌우 모서리를 잘라낸 사각 패치 안테나의 형상을 나타내는 도면이고, 도 4의 아래 도면(42)은 도 3에서 안테나의 원형 편파 방향 범위를 2D 그림으로 나타낸 도면이다. 위 도면(41)은 'θ'와 'ψ'가 의미하는 각도를 정의하기 위한 도면이다.

도시된 바와 같이, 청색으로 보인 부분(A)이 축비(axial ratio)가 3dB 이하로써 원형 편파가 발생되는 방향을 나타내며, 전방향 전체에서 차지하는 비중이 매우 적은 것을 알 수 있으며, 이것은 종래의 기술에서 가지는 원형 편파 안테나(30)의 대표적인 문제점 중에 하나이다.

KR 10-2006-0020478 A

[1] N. Kaneda, Y. Qian and T. Itoh, "A Novel Yagi-Uda Dipole Array Fed by a Microstrip-to-CPS Transition, " Aisa-Pacific Microwaves Conference Digest, 1998 [2] Y. Qian, W.R. Deal, N. Kaneda and T. Itoh, "Microstrip-fed Quasi-Yagi Antenna with Broadband Characteristics," Electronic Letters, Vol. 34, No. 23, November 1998.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 불요 방사 성분을 최소화할 수 있는 저복잡도 쿼시 야기 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 저복잡도 쿼시 야기 안테나를 단위 소자로 사용하여 근사적으로 원형에 가까운 배열 안테나를 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한 원형 편파 안테나에서 발생되는 원형 편파의 방향의 범위를 매우 넓혀서 광범위한 방향에서 원형 편파를 발생시킬 수 있도록 한 넓은 방향의 원형 편파 발생 안테나를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나 또는 선형 안테나가 다수 연결되어 형성된 배열 안테나에서, 상기 배열 안테나는, 8개의 쿼시 야기 안테나 또는 8개의 선형 안테나가 좌우 모서리에서 서로 연결되어, 폐루프(closed loop)를 형성하도록 구성되고, 상기 폐루프 형태로 배열된 각 단일 쿼시 야기 안테나 또는 선형 안테나에는 각각, 상기 폐루프 방향을 따라 선형 방향의 전기장이 인가되며, 상기 각 단일 쿼시 야기 안테나 또는 각 선형 안테나에 인가되는 전기장은 순차적으로 45도 또는 135도의 위상 차이를 가지도록 구성된다.

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상기 반사기는, 각 쿼시 야기 안테나의 유전체 기판 좌우 모서리까지 연결된 형태로서, 상기 배열 안테나를 구성하는 각 쿼시 야기 안테나의 반사기는 서로 연결된 형태가 되어 공통 접지면 역할을 수행할 수 있다.

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상기 위상 차이 값은, 다양한 모드의 원형 편파 발생이 가능하기 위해, 설정 가능하도록 구성될 수 있다.

상기 단일 쿼시 야기 안테나는 5.25 GHz의 공진 주파수와, 500MHz의 대역폭과, 5.4 dBi의 최대 이득을 가지는 반사손실 특성을 가질 수 있다.

본 발명에 의하면, 급전 구조의 복잡도를 최소화하여 간단한 전송선과 양면 PCB 구조의 쿼시 야기 안테나를 설계하였으며, 불평형 구조를 개선하기 위해 바닥면에 넓은 접지면을 삽입하였다. 이 접지면은 원형 배열을 위하여 접지면을 기판 끝까지 확장하여 원형 배열 시 모두 공통의 접지 특성을 가질 수 있도록 하였다.

또한 급전 구조의 단순화로 불요 방사 성분을 제거하여 PCB 기판에 수직한 방향으로 방사되는 성분을 최소화 할 수 있었으며, 이것은 통상적인 배열 안테나에서 요구되는 배열 방사 소자 간의 상호 결합도를 최소화하는 특성에 부합되는 효과가 있다.

또한 선형 편파를 가지는 쿼시 야기 안테나가 원형으로 배열되어 각각의 배열 소자 안테나에 인가되는 위상 차이는 순차적인 값을 가지고 서로 다르게 인가시킴으로써 원형 편파를 발생시키는 벡터 방향과 위상에 관한 모드들이 복합적으로 발생하여 다양한 방향으로 폭 넓게 원형 편파가 발생될 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 안테나를 이용하면 원형 편파를 다양한 방향에 적용시키기 위한 무선 통신 및 전파 관련 기술에 모두 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 쿼시 야기 안테나를 나타낸 도면.
도 2는 종래의 쿼시 야기 안테나를 이용한 선형 배열 구조를 나타낸 도면.
도 3은 종래의 가장 대표적인 원형 편파 안테나를 보이기 위한 2.45GHz에서 원형 편파를 발생시키는 좌우 모서리를 잘라낸 사각 패치 안테나의 형상을 나타내는 도면.
도 4는 도 3에서 안테나의 원형 편파 방향 범위를 2D 그림으로 나타낸 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나를 나타낸 도면.
도 7은 종래의 단면 패턴 구조의 쿼시 야기 안테나와 본 발명에 따른 양면 패턴 구조의 쿼시 야기 안테나의 유도기(driver)의 동작 차이를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나의 반사손실 특성을 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나의 수직 방향에 대한 방사패턴을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나의 수평 방향에 대한 방사패턴을 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나를 이용한 배열 안테나를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나의 전계 분포를 설명하기 위한 도면.
도 13은 도 11의 원형 편파 안테나에서 원형 편파 생성을 위한 전계 벡터 조건과 순차적 위상 차이를 설명하기 위한 도면.
도 14는 도 13에서 원형 편파 안테나에 45도 순차 위상 차이 인가 시의 축비 분포를 나타내는 도면.
도 15는 도 13에서 원형 편파 안테나에 135도 순차 위상 차이 인가 시의 축비 분포를 나타내는 도면.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나(500)를 나타낸 도면으로 본 발명의 쿼시 야기 안테나는 양면으로 구성되며 도 5는 앞면을, 도 6은 뒷면을 나타내었다. 도 5에 나타낸 바와 같이 본 발명이 쿼시 야기 안테나의 앞면은 유전체 기판(100)을 사용한다. 일 실시예로 사용된 유전체 기판(100)은 상대유전율 3.5의 Rogers4003 이다.

상기 유전체 기판(100)의 앞면은 마이크로스트립 급전부(130)와 한쪽 방사스트립에 연결되어 상기 급전부(130)의 의해 급전되어 전파를 방사하는 유도기(120)와 상기 유도기(120)와 이격된 위치에 형성되어 선형 스트립에 포함되는 도파기(110)를 포함하여 구성된다.

그리고, 도 6에 따른 본 발명의 쿼시 야기 안테나의 뒷면은 유전체 기판(100)과 이 유전체 기판(100)의 하단면에 형성된 반사기(300)와, 도 5의 유전체 기판(100)의 앞면에 형성된 유도기(120)와 대응되는 위치에 위치하는 유도기 스트립(140)을 포함하여 구성된다.

상기 유도기(120, 140)는 평판형 다이폴 안테나 구조를 가지고 있으며, 이 구조는 유전체 기판(100)의 앞면과 뒷면에 각각의 폴(pole)을 가지고 있다. 상기 도파기(110)와 반사기(300)는 기생소자와 접지면을 이용하여 구성된다.

도 7은 도 1의 종래 단면 패턴 구조의 쿼시 야기 안테나와, 도 5의 본 발명에 따른 양면 패턴 구조의 쿼시 야기 안테나의 유도기(driver)의 동작 차이를 설명하기 위한 도면이다.

종래 쿼시 야기 안테나(50)는 단면 패턴 형태이다. 도시된 바와 같이 신호선을 2개로 분리하여(1, 2) 180도의 위상지연을 주며, 이를 이용하여 다이폴 형태의 유도기 동작을 발생시키게 된다. 이와 같은 형태의 안테나(50)에서는, 불요 방사가 발생할 수 있는 임피던스 불연속부가 많다는 단점이 있다.

반면 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나(500)는, 도시된 바와 같이 종래 쿼시 야기 안테나(50)에 비해 심플한 구조를 가지므로 임피던스 불연속점이 최소화되어, 불요 방사를 억제하게 된다. 또한 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나(500)는, 도 5 및 도 6에서 자세히 설명한 바와 같이 양면 패턴 구조로 되어, 뒷면은 접지면, 앞면은 이와 180도 위상 차이를 가지는 신호선 형태로서 자연스럽게 다이폴 형태의 유도기 동작을 발생시키게 된다.

도 8은 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나의 반사손실 특성을 나타낸 그래프로 5.25 GHz의 공진 주파수를 가지며, 500MHz의 대역폭을 보이고 있다.

도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나의 수직/수평 방향에 대한 방사패턴을 나타낸 도면으로 최대 이득은 5.4dBi 이다.

도 11은 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나를 이용한 배열 안테나(1000)를 나타낸 도면이다.

배열 안테나(1000)는, 다수의 쿼시 야기 안테나(500)가 좌우 모서리에서 서로 연결되어, 폐루프(closed loop)를 형성하는 형태로 구성되어 있다. 도 11의 실시예는 8각형의 폐루프를 형성한 경우를 보여주고 있다. 이 경우 쿼시 야기 안테나(500)들은 근사적으로 원형 루프를 이루는 배열을 이루게 된다.

배열 안테나(1000)를 이루는 각각의 쿼시 야기 안테나(500)들은 각각, 도 1에 나타낸 일반적인 쿼시 야기 안테나의 급전부인 CPS발룬(11) 구조와 위상 천이기(12)를 제거한 형태, 즉 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 양면 PCB 구조의 형상을 가진다. 도 5에 도시된 바와 같이 윗면의 급전부(130) 라인은 마이크로스트립 선로 구조를 가지며, 평판형 다이폴과 같은 야기 안테나의 유도기(120)는 한쪽 방사스트립에 연결된다. 이어서 도파기(110) 역할의 선형 스트립이 포함되어 있다. 그리고 도 6에 도시된 바와 같이 뒷면의 경우 야기 안테나의 반사기(300) 역할을 하는 접지면 영역이 있고, 나머지 유도기(140) 스트립이 앞면 유도기(120)의 반대쪽에 위치해 있다. 여기서 상기 반사기(300) 역할을 하는 접지면 영역이 없다면 불평형(unbalanced)구조가 발생되므로, 접지면의 존재로부터 평형(balanced) 구조의 특성을 가지게 된다.

그리고 이 접지면은 근사적으로 원형에 가까운 배열이 되어야 하고, 다른 배열 단위소자인 안테나들과 공통 접지가 되어야 하므로 각 쿼시 야기 안테나(500) 유전체 기판(100)의 좌우 모서리까지 확장된 형태가 되어 각 쿼시 야기 안테나(500)의 접지면이 배열 구조에서 각 쿼시 야기 안테나(500) 유전체 기판(100)의 좌우 모서리에서 도시된 바와 같이 서로 연결되는 구조이다.

더불어 유도기(120, 140)와 급전선로(130)가 꺾임이나 다른 특별한 회로 기술이 들어가 있지 않으므로 임피던스 불연속점이 최소화 되어 불요 방사가 거의 없으며, 이로 인하여 안테나의 방사 방향과 무관한 기판의 수직한 면으로 방사되는 에너지가 거의 없으며, 이는 도 11에 나타낸 바와 같이 근사적으로 원형에 가까운 배열 구조에서 상호 결합을 최소화하기 때문에 배열 안테나 특성에 있어서 매우 유리한 장점을 가지는 것이다.

도 12는 쿼시 야기 안테나의 전계 분포를 나타낸 도면으로 위 도면(1210)은 종래의 쿼시 야기 안테나의 전계 분포이고 아래 도면(1220)은 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나의 전계 분포로 안테나 측면에서 바라본 것이다. 두 도면(1210,1220)의 전계 분포 비교를 통하여 불요 방사 정도를 알 수 있다.

위 도면(1210)은 위상 천이기 등에서 나타난 불연속면에서의 불요 방사가 나타나는데, 급전부에서 강한 전계 분포, 중간의 위상 천이기에 의한 강한 전계 분포, 그리고 유도기 방사체에 의한 강한 전계 분포의 총 3곳(1211)에서 강한 전계 분포가 발생된다.

그리고 아래 도면(1220)에서 본 발명에 따른 쿼시 야기 안테나(도 5 및 도 6)는 급전부와 유도기 방사체 2곳(1221)에서만 강한 전계 분포가 나타나고 있다. 이것은 위상 천이기로 인한 불연속면을 제거하였기 때문에 불요 방사가 적어졌으며, 이것은 인접한 배열 구조에서 상호 결합을 감소시켜, 도 11과 같이 쿼시 야기 안테나들의 폐루프 배열, 근사적으로 원형 배열을 가능하게 하는 근거가 된다.

도 13은 도 11의 원형 편파 안테나에서 원형 편파 생성을 위한 전계 벡터 조건과 순차적 위상 차이를 설명하기 위한 도면이며, 도 14는 도 13에서 원형 편파 안테나에 45도 순차 위상 차이 인가 시의 축비 분포를 나타내는 도면이고, 도 15는 도 13에서 원형 편파 안테나에 135도 순차 위상 차이 인가 시의 축비 분포를 나타내는 도면이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 원형 배열 안테나(1000)에 대한 원형 배열에서의 전계 방향은 8개의 선형 안테나(500)의 배열 조합이므로, 8각형 형태, 즉 근사적으로 원형 루프 형태를 가지게 된다.

수학식 1은 2개의 전계 벡터의 합에 의한 원형 편파 발생 조건을 나타내고 있다.

와

는 서로 직교하는 단위 벡터이다. 따라서 2개의 전기장 벡터

와

는 서로 직교하며, 서로 π/2, 즉 90도의 위상 차이를 가지는 벡터이다. 이와 같이 직교하며 90도의 위상 차이를 가지는 전기장 벡터에 의해 원형 편파가 발생하게 된다.

안테나 번호	45°sequential	135°sequential
#1	0°	0°
#2	45°	135°
#3	90°	270°
#4	135°	405°
#5	180°	540°
#6	225°	675°
#7	270°	810°
#8	315°	945°

표 1은 도 13의 원형 편파 안테나에서, 8개의 각 쿼시 야기 안테나에 순차적으로 인가되는 위상 값의 일 실시예를 나타낸 것이다.

각 쿼시 야기 안테나들에 위상 차이가 나는 전기장을 '순차적으로' 인가된다고 기술하였으나, 그 시간 차이는 MIMO 안테나의 경우 나노초 단위에 불과하여 실질적으로 동시에 인가되는 효과와 유사하게 된다. 8각형 형태의 선형 전계 방향은 근사적으로는 원형의 방향으로 볼 수 있으며, 여기에 각각의 배열 소자 안테나의 입력 위상을 다르게 주면 여러 가지 모드가 혼재된 원형 편파 조합이 발생될 수 있다.

전술한 바와 같이, 기본적으로 원형 편파는 90도 위상 차이가 나는 직교하는 방향의 2개 모드만 존재하면 발생될 수 있지만, 본 발명에서는 도 13에 나타난 바와 같이, 8개의 선형 벡터들의 조합들로 인하여 다양한 직교 방향의 모드가 발생가능 하도록 하며, 입력 소자에 대한 위상 차이 변화를 다르게 주어 이러한 다양한 모드들을 지원하게 된다.

예를 들어 도 13 및 표 1을 참조하면, 도 13의 본 발명의 원형 배열 안테나(1000)의 각 쿼시 야기 안테나(#1 ~ #8)에는 표 1과 같이 순차적인 전기장을 가할 수 있다.

'45도 sequential'인 경우 각 쿼시 야기 안테나(#1 ~ #8)에는 순차적으로 45도의 위상 차이가 나는 전기장을 가한다. 이 경우 예를 들어 #1과 #3, #3과 #5... 등은 서로 90도의 위상차이가 나면서 벡터가 서로 직교하는 방향의 전기장이 발생되어 이로부터 원형 편파가 발생할 수 있다. 물론 #2과 #4, #4과 #6... 등 역시 90도의 위상차이가 나면서 직교하는 방향의 전기장이 발생되어 이로부터 다양한 모드의 원형 편파가 발생할 수 있다.

'135도 sequential'인 경우는 순차적으로 135도의 위상 차이가 나는 전기장을 가하게 된다. 이 경우에도 '45도 sequential'인 경우와 마찬가지로 예를 들어 #1과 #3, #3과 #5... 등은 90도의 위상차이가 나면서 벡터가 서로 직교하는 방향의 전기장이 발생되어 이로부터 원형 편파가 발생하고, #2과 #4, #4과 #6... 등 역시 90도의 위상차이가 나면서 직교하는 방향의 전기장이 발생되어 이로부터 다양한 모드의 원형 편파가 발생할 수 있다.

이에 더하여, 두 직교 전기장에 의해 합성된 전기장과 다른 두 직교 전기장에 의해 합성된 전기장이 다시 직교를 이루게 되고, 이와 같이 직교를 이루는 많은 전기장이 발생되게 됨으로써 여러 가지 모드가 혼재된 원형 편파 조합이 발생될 수 있게 되는 것이다.

그 결과 도 14, 15와 같은 축비 특성을 가질 수 있으며, 도 14, 15에서와 같이 다양한 위상 차이 조합에 대한 축비 결과를 얻을 수 있다. 이 특성들의 공통점은 원형 편파가 발생하는 방향인 청색 부분의 영역(B)이 종래의 원형 편파 분포(도 4 참조)보다 명확하게 넓어졌음을 확인할 수 있다.

이상과 같이 여러 가지 모드가 혼재된 원형 편파 조합이 발생하도록 하기 위하여, 지금까지는 일 실시예로서, 도 13에 도시된 바와 같은 쿼시 야기 안테나로 구성된 배열 안테나의 경우를 설명하였으나, 배열 안테나의 각 구성 안테나가 반드시 쿼시 야기 안테나로만 한정되는 것은 아니며, 각 구성 안테나가 선형 안테나인 경우에는 모두 적용될 수 있다. 즉 선형 안테나로 구성된 배열 안테나의 경우에도 도 13 내지 15를 참조하여 전술한 바와 같은 방식으로, 다양한 선형 전기장 벡터들의 조합들을 통하여 다양한 직교 방향의 모드가 발생가능 하도록 하고, 각 배열 소자 안테나의 입력 위상을 다르게 주어 여러 가지 모드가 혼재된 원형 편파 조합을 발생시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

30: 종래 원형 편파 안테나
50: 종래 쿼시 야기 안테나
500: 본 발명의 쿼시 야기 안테나
100: 유전체 기판
110: 도파기
120, 140: 유도기
130: 급전부
300: 반사기
1000: 본 발명의 쿼시 야기 안테나를 이용한 배열 안테나

Claims (11)

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2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 쿼시 야기 안테나 또는 선형 안테나가 다수 연결되어 형성된 배열 안테나로서,
   상기 배열 안테나는,
   8개의 쿼시 야기 안테나 또는 8개의 선형 안테나가 좌우 모서리에서 서로 연결되어, 폐루프(closed loop)를 형성하도록 구성되고,
   상기 폐루프 형태로 배열된 각 단일 쿼시 야기 안테나 또는 선형 안테나에는 각각, 상기 폐루프 방향을 따라 선형 방향의 전기장이 인가되며,
   상기 각 단일 쿼시 야기 안테나 또는 각 선형 안테나에 인가되는 전기장은 순차적으로 45도 또는 135도의 위상 차이를 가지도록 구성되는 것
   을 특징으로 하는 배열 안테나.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 배열 안테나가 쿼시 야기 안테나로 구성된 경우, 쿼시 야기 안테나에 포함된 반사기는,
   각 쿼시 야기 안테나의 유전체 기판 좌우 모서리까지 연결된 형태로서, 상기 배열 안테나를 구성하는 각 쿼시 야기 안테나의 반사기는 서로 연결된 형태가 되어 공통 접지면 역할을 수행하는 것
   을 특징으로 하는 배열 안테나.
   
   
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10. 청구항 5에 있어서,
    상기 위상 차이 값은,
    다양한 모드의 원형 편파 발생이 가능하기 위해, 설정 가능하도록 구성되는 것
    을 특징으로 하는 배열 안테나.
11. 청구항 5에 있어서,
    상기 배열 안테나가 쿼시 야기 안테나로 구성된 경우, 상기 단일 쿼시 야기 안테나는 5.25 GHz의 공진 주파수와, 500MHz의 대역폭과, 5.4 dBi의 최대 이득을 가지는 반사손실 특성을 갖는 것
    을 특징으로 하는 배열 안테나.
    

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