KR101726704B1 - 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나 - Google Patents

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KR101726704B1
KR101726704B1 KR1020160011583A KR20160011583A KR101726704B1 KR 101726704 B1 KR101726704 B1 KR 101726704B1 KR 1020160011583 A KR1020160011583 A KR 1020160011583A KR 20160011583 A KR20160011583 A KR 20160011583A KR 101726704 B1 KR101726704 B1 KR 101726704B1
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박익모
쯩 캉 응웬
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아주대학교산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 상부에 형성되고, 소정 길이를 가지도록 형성된 슬롯라인을 중심으로 마주보는 양 측면의 도체로 구성된 상부 레이어; 상기 슬롯라인에 배치되어, 상기 유전체 기판으로 전기 신호를 주입시키는 급전부; 및 상기 유전체 기판의 하부에 형성되고, 홀 또는 패치로 구성된 복수의 단위 셀을 구비하는 하부 레이어를 포함한다.

Description

페브리 페로형의 고이득 공진 안테나{HIGH GAIN FABRY-PEROT CAVITY ANTENNA}
본 발명의 실시예들은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬롯라인이 구비된 유전체 기판의 상부 레이어와 홀 또는 패치가 형성된 복수의 단위 셀이 구비된 유전체 기판의 하부 레이어를 이용한 고이득을 가지는 공진 안테나에 관한 것이다.
일반적으로 안테나는 무선통신에서 통신의 목적을 달성하기 위해 공간에 효율적으로 전파를 방사하거나 또는 전파에 의해 효율적으로 기전력을 유지시키기 위해 공중에 가설한 도선으로서, 송수신을 위해 전자파를 공간으로 보내거나 받기 위한 장치이다.
이러한 안테나 중, 마이크로 파장, 밀리미터 파장, 테라헤르츠 주파수 대역에서 사용되는 안테나의 지향성을 향상시키기 위해, 페브리 페로 형태의 안테나를 빈번하게 이용하고 있다.
이에 따라, 각 시스템에 적합한 페브리 페로 형태의 안테나에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
다중 반사 기능에 기초하여 전파 신호를 공진 시키는 페브리 페로 형태의 안테나는 다층의 레이어 또는 기판을 주로 이용하는데, 이는 안테나의 구조를 복잡하게 만들고, 부피를 증가시켜 획득되는 이득이 작아지는 문제가 발생한다.
따라서, 높은 이득 특성을 가지되 체적을 줄일 수 있는 페브리 페로 형태의 안테나에 대한 연구가 필요한 실정이다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0089902(발명의 명칭: T-자 형상의 슬릿이 부설된 방사패치를 구비한 GPS용 패치 안테나, 공개일자: 2004년 10월 22일)가 있다.
본 발명의 일 실시예는 유전체 기판의 상부 레이어에 슬롯라인을 구비함으로써, 반사계수에 대한 광대역의 특성을 유도하는 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 유전체 기판의 하부 레이어에 홀 또는 패치가 형성된 단위 셀을 구비함으로써, 기준방향으로의 고이득 특성을 유도하는 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 상부에 형성되고, 소정 길이를 가지도록 형성된 슬롯라인을 중심으로 마주보는 양 측면의 도체로 구성된 상부 레이어; 상기 슬롯라인에 배치되어, 상기 유전체 기판으로 전기 신호를 주입시키는 급전부; 및 상기 유전체 기판의 하부에 형성되고, 홀 또는 패치로 구성된 복수의 단위 셀을 구비하는 하부 레이어를 포함한다.
상기 유전체 기판은 갈륨아스나이드 재질의 기판으로 형성될 수 있다.
상기 슬롯라인은 소정 임계치 이상의 길이를 가지고, 상기 길이가 길어질수록 상기 전기 신호에 대한 반사계수의 대역폭이 넓어질 수 있다.
상기 급전부는 상기 슬롯라인의 중앙에 배치될 수 있다.
상기 복수의 단위 셀은 상기 복수의 단위 셀 각각의 변의 길이 및 홀의 직경 중 적어도 하나에 따라 주기성을 가지고 배열됨으로써, 격자 구조 형태로 형성될 수 있다.
상기 하부 레이어는 상기 홀 또는 패치를 통해 상기 상부 레이어 및 상기 하부 레이어 사이에서 반사된 상기 전기 신호를 방사시킬 수 있다.
상기 유전체 기판은 상기 전기 신호에 대한 공진 주파수에서의 이득 값이 가장 큰 경우에 대응되는 두께를 가질 수 있다.
상기 유전체 기판은 상기 전기 신호에 대한 공진 주파수에서의 이득 값이 가장 큰 경우에 대응되는 유전율을 가질 수 있다.
상기 유전체 기판은 상기 유전율이 12.8 ~ 13 사이에 해당할 수 있다.
상기 유전체 기판은 상기 유전율이 12.9일 수 있다.
상기 복수의 단위 셀은 상기 전기 신호에 대한 공진 주파수에서의 이득 값이 가장 큰 경우에 대응되는 변의 길이를 가질 수 있다.
상기 공진 안테나는 테라헤르츠 주파수 대역에서 사용될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유전체 기판의 상부 레이어에 슬롯라인을 구비함으로써, 공진 안테나가 반사계수에 대한 광대역의 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유전체 기판의 하부 레이어에 홀이 형성된 단위 셀을 구비함으로써, 공진 안테나가 기준방향으로의 고이득 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유전체 기판이 전기 신호에 대한 공진 주파수에서의 이득 값이 가장 큰 경우에 대응되는 두께, 너비 및 유전율을 가짐으로써, 공진 안테나가 고이득 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하부 레이어에 구비된 복수의 단위 셀이 전기 신호에 대한 공진 주파수에서의 이득 값이 가장 큰 경우에 대응되는 변의 길이를 가짐으로써, 공진 안테나가 고이득 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하부 레이어가 홀을 통해 전기 신호를 방사시킴으로써, 전기 신호에 대한 방향성을 향상시킬 수 있고, 더 나아가서, 기준방향으로의 이득은 최대화 시킬 수 있고, 사이드로브의 레벨은 최소화 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나를 설명하기 위해 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상부 레이어를 설명하기 위해 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유전체 기판의 두께에 따른 안테나의 이득 특성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유전체 기판의 너비에 따른 안테나의 이득 특성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유전체 기판의 유전율에 따른 안테나의 이득 특성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 단위 셀의 변의 길이에 따른 안테나의 이득 특성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 홀의 직경에 따른 안테나의 이득 특성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나를 설명하기 위해 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상부 레이어를 설명하기 위해 도시한 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나(100)는 유전체 기판(110), 상부 레이어(120), 급전부(130), 및 하부 레이어(140)를 포함할 수 있다.
상기 유전체 기판(110)은 정육면체의 기판으로 형성될 수 있고, 위아래가 비교적 크고 평평한 표면을 가질 수 있다. 여기서, 상기 유전체 기판(110)은 그 단면 형상이 정사각 형태로 되어 있지만, 이에 한정되지 않고 직사각형, 원형, 다각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 유전체 기판(110)은 유전 소재로 형성될 수 있는데, 바람직하게는 유전율이 높은 소재로 형성될 수 있다.
이를 위해, 상기 유전체 기판(110)은 갈륨아스나이드(GaAs) 재질의 기판으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 유전체 기판(110)은 유전율이 12.9이고, 유전체 손실 탄젠트가 0.006인 갈륨아스나이드 재질의 기판으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 유전체 기판(110)은 하기에서 후술하고자 하는 상기 급전부(130)로부터 주입된 전기 신호의 전달이 활발히 이루어질 수 있고, 상기 공진 안테나(100)의 크기 또한 축소시킬 수 있다.
이때, 상기 유전체 기판(110)은 상기 전기 신호에 대한 공진 주파수에서의 이득 값이 가장 큰 경우에 대응되는 유전율
Figure 112016010057644-pat00001
을 가질 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 상기 유전체 기판(110)의 유전율
Figure 112016010057644-pat00002
을 다르게 적용할 수 있고, 상기 유전율
Figure 112016010057644-pat00003
어떻게 적용하느냐에 따라, 상기 전기 신호에 대한 이득 값의 특성이 조정 가능할 수 있다.
다시 말해, 상기 유전체 기판(110)의 유전율
Figure 112016010057644-pat00004
은 상기 전기 신호에 대한 이득 값의 특성을 결정짓는 파라미터 역할을 할 수 있다.
본 실시예에서는 획득된 상기 유전체 기판(110)의 각 유전율
Figure 112016010057644-pat00005
별 복수의 측정값 중에서, 고이득 특성을 가지는 최적의 측정값을 파악하여 상기 최적의 측정값에 해당하는 유전체 기판(110)의 유전율
Figure 112016010057644-pat00006
을 선별하고, 상기 선별된 유전율
Figure 112016010057644-pat00007
을 상기 유전체 기판(110)에 적용시킬 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에서는, 상기 유전체 기판(110)은 상기 유전율
Figure 112016010057644-pat00008
이 12.8 ~ 13 사이에 해당할 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서는 상기 유전체 기판(110)이 12.9의 유전율
Figure 112016010057644-pat00009
을 가질 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유전체 기판(110)이 상기 전기 신호에 대한 공진 주파수에서의 이득 값이 가장 큰 경우에 대응되는 유전율
Figure 112016010057644-pat00010
가짐으로써, 상기 공진 안테나(100)가 고이득 특성을 가질 수 있다.
한편, 상기 유전체 기판(100)은 상기 전기 신호에 대한 공진 주파수에서의 이득 값이 가장 큰 경우에 대응되는 두께
Figure 112016010057644-pat00011
를 가질 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 상기 유전체 기판(110)의 두께
Figure 112016010057644-pat00012
를 다르게 적용할 수 있고, 상기 두께
Figure 112016010057644-pat00013
를 어떻게 적용하느냐에 따라, 상기 전기 신호에 대한 이득 값의 특성이 조정 가능할 수 있다.
다시 말해, 상기 유전체 기판(110)의 두께
Figure 112016010057644-pat00014
는 상기 전기 신호에 대한 이득 값의 특성을 결정짓는 파라미터 역할을 할 수 있다.
본 실시예에서는 획득된 상기 유전체 기판(110)의 각 두께
Figure 112016010057644-pat00015
별 복수의 측정값 중에서, 고이득 특성을 가지는 최적의 측정값을 파악하여 상기 최적의 측정값에 해당하는 유전체 기판(110)의 두께
Figure 112016010057644-pat00016
를 선별하고, 상기 선별된 두께
Figure 112016010057644-pat00017
를 상기 유전체 기판(110)에 적용시킬 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에서는, 상기 유전체 기판(110)은 상기 두께
Figure 112016010057644-pat00018
대비 너비
Figure 112016010057644-pat00019
의 비율에 대한 범위가 346/3600 ~ 354/3600 사이에 해당하는 두께
Figure 112016010057644-pat00020
를 가질 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에서는 상기 유전체 기판(110)은 상기 두께
Figure 112016010057644-pat00021
대비 상기 너비
Figure 112016010057644-pat00022
의 비율이 350/3600에 해당하는 두께
Figure 112016010057644-pat00023
를 가질 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유전체 기판(110)이 상기 전기 신호에 대한 공진 주파수에서의 이득 값이 가장 큰 경우에 대응되는 두께
Figure 112016010057644-pat00024
를 가짐으로써, 상기 공진 안테나(100)가 고이득 특성을 가질 수 있다.
또 한편, 상기 공진 안테나(100)는 상기 전기 신호에 대한 공진 주파수에서의 이득 값이 가장 큰 경우에 대응되는 너비
Figure 112016010057644-pat00025
를 가질 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 상기 유전체 기판(110)의 너비
Figure 112016010057644-pat00026
를 다르게 적용할 수 있고, 상기 너비
Figure 112016010057644-pat00027
를 어떻게 적용하느냐에 따라, 상기 전기 신호에 대한 이득 특성이 조정 가능할 수 있다.
다시 말해, 상기 유전체 기판(110)의 너비
Figure 112016010057644-pat00028
는 상기 전기 신호에 대한 이득 특성을 결정짓는 파라미터 역할을 할 수 있다.
본 실시예에서는 획득된 상기 유전체 기판(110)의 각 너비
Figure 112016010057644-pat00029
별 복수의 측정값 중에서, 고이득 특성을 가지는 최적의 측정값을 파악하여 상기 최적의 측정값에 해당하는 유전체 기판(110)의 너비
Figure 112016010057644-pat00030
를 선별하고, 상기 선별된 너비
Figure 112016010057644-pat00031
를 상기 유전체 기판(110)에 적용시킬 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에서는, 상기 유전체 기판(110)은 상기 너비
Figure 112016010057644-pat00032
가 3580
Figure 112016010057644-pat00033
~ 3620
Figure 112016010057644-pat00034
사이에 해당할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에서는, 상기 유전체 기판(110)은 3600
Figure 112016010057644-pat00035
의 너비
Figure 112016010057644-pat00036
를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유전체 기판(110)이 상기 전기 신호에 대한 공진 주파수에서의 이득 값이 가장 큰 경우에 대응되는 두께
Figure 112016010057644-pat00037
, 너비
Figure 112016010057644-pat00038
및 유전율
Figure 112016010057644-pat00039
을 가짐으로써, 상기 공진 안테나(100)가 고이득 특성을 가질 수 있다.
상기 상부 레이어(120)는 상기 유전체 기판(110)의 상부에 형성될 수 있다.여기서, 상기 상부 레이어(120)는 하기에서 후술하고자 하는 상기 하부 레이어(140) 방향으로 상기 전기 신호를 모두 반사시키는 역할의 완전 반사 거울로 동작할 수 있다.
상기 상부 레이어(120)는 소정 길이를 가지도록 형성된 슬롯라인(122)을 중심으로 마주보는 양 측면의 도체로 구성된다.
즉, 상기 상부 레이어(120)는 얇은 층의 도체 형태로 상기 유전체 기판(110)의 상부면에 부착될 수 있다. 참고로, 상기 상부 레이어(120)는 금속의 소재, 예를 들면 금, 티탄과 같은 소재로 구현될 수 있다.
상기 슬롯라인(122)은 소정 임계치 이상의 길이를 가지고, 상기 길이가 길어질수록 상기 전기 신호에 대한 반사계수의 대역폭이 넓어질 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 상부 레이어(120)가 3600
Figure 112016010057644-pat00040
의 너비를 가짐에 따라, 상기 슬롯라인(122)이 최소 0
Figure 112016010057644-pat00041
를 초과하고 최대 3600
Figure 112016010057644-pat00042
이하의 길이를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 슬롯라인(122)의 길이는 상기 상부 레이어(120)의 너비와 동일할 수 있다. 이러한 경우, 상기 슬롯라인(122)은 상기 상부 레이어(120)의 일단에서 타단까지 이어질 수 있다.
이에 따라, 상기 상부 레이어(120)는 상기 양 측면의 도체에 대한 면적이 동일할 수 있고, 상기 공진 안테나(100)는 상기 전기 신호에 대한 반사계수의 대역폭이 최대로 넓어질 수 있다.
상기 급전부(130)는 짧은 다이폴 소자로서, 상기 슬롯라인(122)에 배치된다.
바람직하게는, 상기 급전부(130)는 상기 슬롯라인(122)의 중앙에 배치될 수 있다.
즉, 상기 급전부(130)는 상기 슬롯라인(122)의 중앙에 배치됨에 따라, 상기 슬롯라인(122)의 일단 또는 타단에 가까이 배치되는 경우보다 상기 상부 레이어(120)의 양 끝단으로부터 상기 전기 신호가 반사되어 돌아오는 빈도를 줄일 수 있다.
상기 급전부(130)는 상기 유전체 기판(110)으로 상기 전기 신호를 주입시킨다.
여기서, 상기 급전부(130)는 전도성의 연결 부재(미도시)와 연결되어 상기 전기 신호를 주입시킬 수 있다.
또한, 상기 급전부(130)는 외부에서 임의로 상기 전기 신호가 공급될 수도 있다. 예컨대, 상기 급전부(130)에 레이저가 인가됨으로써 광전도성의 안테나를 구현할 수 있다.
상기 하부 레이어(140)는 상기 유전체 기판(110)의 하부에 형성된다.
이때, 상기 하부 레이어(140)는 상기 상부 레이어(120)와 마찬가지로, 얇은 층의 도체 형태로 상기 유전체 기판(110)의 하부면에 부착될 수 있고, 금속의 소재, 예를 들면 금, 티탄과 같은 소재로 구현될 수 있다.
상기 하부 레이어(140)는 홀(143)이 형성되되 도체로 구성된 복수의 단위 셀(142)을 구비한다.
본 실시예에서는, 상기 하부 레이어(140)는 9*9로 배열된 상기 복수의 단위 셀(142)을 구비하고 있고, 이때 상기 배열에서 상기 복수의 단위 셀(142)의 크기에 따라 행렬의 크기가 조정될 수 있다. 예를 들어, 8*8, 7*7 등 상기 복수의 단위 셀(142)의 크기에 따라 상기 배열의 행렬 크기가 다르게 조정될 수 있다.
참고로, 상기 홀(143)은 원형의 모양으로 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고 사각형, 다각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있고, 뿐만 아니라 홀이 아닌 패치 형태로 구현 할 수도 있다.
상기 복수의 단위 셀(142)은 상기 복수의 단위 셀(142) 각각의 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00043
및 홀(143)의 직경
Figure 112016010057644-pat00044
중 적어도 하나에 따라 주기성을 가지고 배열됨으로써, 격자 구조 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00045
가 길어지거나 혹은 상기 직경
Figure 112016010057644-pat00046
의 크기가 커지는 경우, 상기 하부 레이어(140)는 큰 크기의 상기 복수의 단위 셀(142)이 배열될 수 있고, 반면에 상기 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00047
가 짧아지거나 혹은 상기 직경
Figure 112016010057644-pat00048
의 크기가 작아지는 경우, 상기 하부 레이어(140)는 작은 크기의 상기 복수의 단위 셀(142)이 배열될 수 있다.
이때, 상기 복수의 단위 셀(142)은 상기 전기 신호에 대한 공진 주파수에서의 이득 값이 가장 큰 경우에 대응되는 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00049
를 가질 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 상기 복수의 단위 셀(142) 각각의 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00050
를 다르게 적용할 수 있고, 상기 복수의 단위 셀(142) 각각의 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00051
를 어떻게 적용하느냐에 따라, 상기 전기 신호에 대한 이득 값의 특성이 조정 가능할 수 있다.
다시 말해, 상기 복수의 단위 셀(142) 각각의 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00052
는 상기 전기 신호에 대한 이득 값의 특성을 결정짓는 파라미터 역할을 할 수 있다.
본 실시예에서는 획득된 복수의 단위 셀(142) 각각의 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00053
별 복수의 측정값 중에서, 고이득 특성을 가지는 최적의 측정값을 파악하여 상기 최적의 측정값에 해당하는 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00054
를 선별하고, 상기 선별된 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00055
를 상기 복수의 단위 셀(142)에 적용시킬 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에서는, 상기 복수의 단위 셀(142)은 상기 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00056
대비 상기 유전체 기판(110)의 너비
Figure 112016010057644-pat00057
의 비율에 대한 범위가 329/3600 ~ 337/3600 사이에 해당하는 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00058
를 가질 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에서는 상기 복수의 단위 셀(142)은 상기 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00059
대비 상기 유전체 기판(110)의 너비
Figure 112016010057644-pat00060
의 비율이 333/3600에 해당하는 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00061
를 가질 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 단위 셀(142)이 상기 전기 신호에 대한 공진 주파수에서의 이득 값이 가장 큰 경우에 대응되는 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00062
를 가짐으로써, 상기 공진 안테나(100)가 고이득 특성을 가질 수 있다.
상기 하부 레이어(140)는 상기 홀(143)을 통해 상기 상부 레이어(120) 및 상기 하부 레이어(140) 사이에서 반사된 상기 전기 신호를 방사시킬 수 있다.
즉, 상기 전기 신호는 상기 급전부(130)로부터 상기 유전체 기판(110)으로 주입되어 상기 상부 및 하부 레이어(120, 140)에 의해 반사되다가 상기 홀(143) 사이로 방사될 수 있다.
이에 따라, 상기 하부 레이어(140)는 상기 전기 신호의 일부는 상기 유전체 기판(110)으로 반사시키고, 일부는 외부로 방사시키는 역할의 부분 반사 거울로 동작할 수 있다.
이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 레이어(140)가 상기 홀(143)을 통해 상기 전기 신호를 방사시킴으로써, 상기 전기 신호에 대한 방향성을 향상시킬 수 있고, 더 나아가서, 기준방향으로의 이득은 최대화 시킬 수 있고, 사이드로브의 레벨은 최소화 시킬 수 있다.
한편, 상기 공진 안테나(100)는 테라헤르츠 주파수 대역에서 사용될 수 있다.
이를 위해, 상기 공진 안테나(100)는 상기 테라헤르츠파를 가지는 전기 신호를 방사시킬 수 있다. 따라서, 상기 전기 신호에 대한 방향성이 향상될 수 있을 뿐만 아니라 기준방향으로의 이득이 증진될 수 있다.
이하에서 설명하고자 하는 안테나는 320 GHz에서 공진 주파수가 발생한다고 하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유전체 기판의 두께에 따른 안테나의 이득 특성을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 유전체 기판(도 1의 "110" 참조)의 두께
Figure 112016010057644-pat00063
가 346
Figure 112016010057644-pat00064
, 350
Figure 112016010057644-pat00065
, 354
Figure 112016010057644-pat00066
인 경우의 총 3가지 경우를 비교하여 시뮬레이션 하였다.
상기 시뮬레이션 된 결과, 상기 공진 안테나(도 1의 "100" 참조)에서 상기 공진 주파수가 발생하는 320 GHz에서의 이득 변화를 비교하였을 때,
Figure 112016010057644-pat00067
가 350
Figure 112016010057644-pat00068
, 346
Figure 112016010057644-pat00069
, 354
Figure 112016010057644-pat00070
순으로 높은 이득을 가졌다.
이를 통해, 상기 공진 안테나는 상기 유전체 기판이 350
Figure 112016010057644-pat00071
의 두께
Figure 112016010057644-pat00072
를 가질 때, 고이득의 특성을 가짐을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유전체 기판의 너비에 따른 안테나의 이득 특성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 유전체 기판(도 1의 "110" 참조)의 너비
Figure 112016010057644-pat00073
가 3580
Figure 112016010057644-pat00074
, 3600
Figure 112016010057644-pat00075
, 3620
Figure 112016010057644-pat00076
인 경우의 총 3가지 경우를 비교하여 시뮬레이션 하였다.
상기 시뮬레이션 된 결과, 상기 공진 안테나(도 1의 "100" 참조) 에서 상기 공진 주파수가 발생하는 320 GHz에서의 이득 변화를 비교하였을 때,
Figure 112016010057644-pat00077
가 3600
Figure 112016010057644-pat00078
, 3580
Figure 112016010057644-pat00079
, 3620
Figure 112016010057644-pat00080
순으로 높은 이득을 가졌다.
이를 통해, 상기 공진 안테나는 상기 유전체 기판이 3600
Figure 112016010057644-pat00081
의 너비
Figure 112016010057644-pat00082
를 가질 때, 고이득의 특성을 가짐을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유전체 기판의 유전율에 따른 안테나의 이득 특성을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 유전체 기판(도 1의 "110" 참조)의 유전율
Figure 112016010057644-pat00083
이 12.9, 12.8, 13인 경우의 총 3가지 경우를 비교하여 시뮬레이션 하였다.
상기 시뮬레이션 된 결과, 상기 공진 안테나(도 1의 "100" 참조) 에서 상기 공진 주파수가 발생하는 320 GHz에서의 이득 변화를 비교하였을 때,
Figure 112016010057644-pat00084
가 12.9, 12.8, 13 순으로 높은 이득을 가졌다.
이를 통해, 상기 공진 안테나는 상기 유전체 기판이 12.9의 유전율
Figure 112016010057644-pat00085
을 가질 때, 고이득의 특성을 가짐을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 단위 셀의 변의 길이에 따른 안테나의 이득 특성을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 단위 셀(도 1의 "142" 참조)의 변의 길이
Figure 112016010057644-pat00086
가 329
Figure 112016010057644-pat00087
, 333
Figure 112016010057644-pat00088
, 337
Figure 112016010057644-pat00089
인 경우의 총 3가지 경우를 비교하여 시뮬레이션 하였다.
상기 시뮬레이션 된 결과, 상기 공진 안테나(도 1의 "100" 참조) 에서 상기 공진 주파수가 발생하는 320 GHz에서의 이득 변화를 비교하였을 때,
Figure 112016010057644-pat00090
가 333
Figure 112016010057644-pat00091
, 329
Figure 112016010057644-pat00092
, 337
Figure 112016010057644-pat00093
순으로 높은 이득을 가졌다.
그러나, 상기 공진 안테나의 3 dB 이득 대역폭을 비교하였을 때,
Figure 112016010057644-pat00094
가 329
Figure 112016010057644-pat00095
, 333
Figure 112016010057644-pat00096
, 337
Figure 112016010057644-pat00097
순으로 넓은 대역폭을 가졌다.
이를 통해, 상기 공진 안테나는 상기 유전체 기판이 333
Figure 112016010057644-pat00098
의 길이
Figure 112016010057644-pat00099
가질 때, 고이득의 특성을 가짐을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 홀의 직경에 따른 안테나의 이득 특성을 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 홀(도 1의 "143" 참조)의 직경
Figure 112016010057644-pat00100
이 207
Figure 112016010057644-pat00101
, 211
Figure 112016010057644-pat00102
, 215
Figure 112016010057644-pat00103
인 경우의 총 3가지 경우를 비교하여 시뮬레이션 하였다.
상기 시뮬레이션 된 결과, 상기 홀의 직경
Figure 112016010057644-pat00104
이 변화함에 따라 시뮬레이션 된 이득 값은 거의 동일하였고, 따라서, 상기 안테나의 이득 특성은 서로 흡사하였다.
이를 통해, 상기 공진 안테나는 상기 홀의 직경
Figure 112016010057644-pat00105
이 상기 안테나의 이득 특성에 별다른 영향을 끼치지 않음을 확인할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110 : 유전체 기판
120 : 상부 레이어
122 : 슬롯라인
130 : 급전부
140 : 하부 레이어
142 : 복수의 단위 셀
143 : 홀

Claims (12)

  1. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 상부에 형성되고, 소정 길이를 가지도록 형성된 슬롯라인을 중심으로 마주보는 양 측면의 도체로 구성된 상부 레이어;
    상기 슬롯라인에 배치되어, 상기 유전체 기판으로 전기 신호를 주입시키는 급전부; 및
    상기 유전체 기판의 하부에 형성되고, 홀 또는 패치로 구성된 복수의 단위 셀을 구비하는 하부 레이어
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 기판은
    갈륨아스나이드 재질의 기판으로 형성되는 것을 특징으로 하는 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯라인은
    소정 임계치 이상의 길이를 가지고, 상기 길이가 길어질수록 상기 전기 신호에 대한 반사계수의 대역폭이 넓어지는 것을 특징으로 하는 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 급전부는
    상기 슬롯라인의 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 단위 셀은
    상기 복수의 단위 셀 각각의 변의 길이 및 홀의 직경 중 적어도 하나에 따라 주기성을 가지고 배열됨으로써, 격자 구조 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부 레이어는
    상기 홀 또는 패치를 통해 상기 상부 레이어 및 상기 하부 레이어 사이에서 반사된 상기 전기 신호를 방사시키는 것을 특징으로 하는 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 공진 안테나는
    테라헤르츠 주파수 대역에서 사용되는 것을 특징으로 하는 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나.
KR1020160011583A 2015-10-22 2016-01-29 페브리 페로형의 고이득 공진 안테나 KR101726704B1 (ko)

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KR20140134394A (ko) * 2013-05-14 2014-11-24 광주과학기술원 안테나 장치 및 이의 제조 방법

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