KR101817858B1 - 안테나의 방사특성 측정용 프로브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안테나의 방사특성 측정용 프로브에 관한 것으로 제1그라운드 전극부재와 제2그라운드 전극부재의 사이에 배치되는 시그널 전극부재의 길이를 상기 제1그라운드 전극부재와 상기 제2그라운드 전극부재의 길이보 더 긴 길이를 가지도록 형성하여 선단부를 돌출되게 함으로써 측정이 어려운 테라헤르츠 대역 온-칩 안테나의 far-field 방사 성능인 효율과 패턴을 상대적으로 간편하고 정밀하게 측정할 수 있고, 실험 환경별로 주문 제작이 필요한 일반적인 탐지기와 달리 프로브스테이션 환경에서 사용 가능한 표준 탐지기 제작이 가능하며, 안테나 측정 셋업에서 주파수에 대한 특성을 얻는데 짧은 시간이 소요되며, 특히 네트워크 분석기(network analyzer)와 결합하여 셋업으로 측정 가능한 전 주파수 대역의 방사 특성 측정이 한 번에 가능하다.

Description

안테나의 방사특성 측정용 프로브{Probe for Measuring Radiation Characteristicof Antenna}

본 발명은 안테나의 방사특성 측정용 프로브에 관한 것으로 더 상세하게는 테라헤르츠 대역의 온-칩 안테나의 방사특성을 효율적으로 측정할 수 있는 안테나의 방사특성 측정용 프로브에 관한 것이다.

일반적으로 무선 통신 시스템에서는 주파수를 이용하여 데이터 또는 시그널을 송/수신한다.

무선 통신 시스템에서는 신호를 송신 및 수신하기 위해서 안테나가 구비되며, 안테나는 데이터 또는 시그널을 송/수신를 효율적으로 송신 또는 수신하기 위해서 성능 향상을 위한 연구와 개발이 활발하게 이루어지고 있는 실정이다.

안테나는 소재와 형태 등에 따라 다양한 성능을 가지게 되고, 각 용도에 맞는 특성을 가지는 것이 중요하므로 제조 시 안테나의 성능 즉, 방사특성을 정확하게 측정하는 것이 중요하다.

통상 안테나의 방사특성을 측정하는 far-field 방사특성 측정용 프로브는 규격화된 것이 존재하지 않아 해당 안테나의 far-field 방사특성 측정을 위해 별도로 주문생산되고 있다.

도 1은 회로에 직접 접촉되어 회로의 특성을 추출하는 접촉식 회로특성 측정용 프로브를 도시한 개략도로써, 도 1을 참고하면 접촉식 회로특성 측정용 프로브는 도파관(1a)이 구비된 프로브 몸체(1)의 선단부에 두개의 그라운드 전극(2)과 상기 그라운드 전극(2) 사이에 배치되는 시그널 전극(3)을 구비한다.

상기 두개의 그라운드 전극(2)과 두개의 상기 그라운드 전극(2) 사이에 배치되는 시그널 전극(3)은 측정 대상 안테나로부터 신호를 전달받아 상기 도파관(1a)으로 전이한다.

종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브는 동축포트(4)에 연결된 두개의 그라운드 전극(2)과 시그널 전극(3)을 구비하며, 상기 시그널 전극(3)은 상기 그라운드 전극(2) 사이에 배치되고 있다.

도 2는 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브에서 탐지용 전극을 시뮬레이션으로 관찰하기 위한 도시한 개략도로써, 도 2를 참고하면 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브는 상기 두개의 그라운드 전극(2)과 상기 시그널 전극(3)은 길이가 동일하여 상기 프로브 몸체(1)의 선단부에 돌출되는 단부가 모두 동일한 선상에 배치되는 구조를 가진다.

도 2에서 도시된 동축포트(4)는 접촉식 회로특성 측정용 프로브를 시뮬레이션하기 위한 구성임을 밝혀둔다.

즉, 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브는 상기 두개의 그라운드 전극(2)의 일단부와 상기 시그널 전극(3)의 일단부는 각각 동축포트(4)에 연결되어 지지되고, 상기 두개의 그라운드 전극(2)의 일단부와 상기 시그널 전극(3)의 타단부는 상기 프로브 몸체(1)의 선단부에 일부가 돌출되는데 돌출되는 일부가 모두 일치되게 배치되는 구조를 가지는 것이다.

그러나, 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브는 테라헤르츠 대역 즉, 300 GHz ~ 1 THz 범위의 주파수 대역에서 안테나 방사특성 측정에 어려움이 있는 문제점이 있었다.

테라헤르츠 대역은 300 GHz ~ 1 THz 범위의 주파수 대역이며 높은 주파수 특성상 자유공간 경로손실이 크기 때문에 온-칩 안테나 방사 특성 측정에 많은 어려움이 있는 것이다.

따라서, 온-칩 안테나 방사 특성을 측정하기 위해서는 매우 큰 전원 (source)과 민감도(sensitivity) 성능이 뛰어난 탐지기를 사용하거나 방사 측정만을 위해 특수 제작한 수신 장비를 통해 수 mm 단위 근접 거리에서의 측정하는 방법이 있다. 그러나 성능이 뛰어난 테라헤르츠 전원과 탐지기는 개발되지 않은 경우가 대부분이기 때문에 사용이 어려우며, 근접 거리에서 측정을 수행하고자 하는 경우 표준 장비를 구매하여 사용하기보다는 실험자가 상황에 맞추어 주문 제작을 해야 하는 어려운 점이 있다.

본 발명의 목적은 측정이 어려운 테라헤르츠 대역 온-칩 안테나의 far-field 방사 성능인 효율과 패턴을 상대적으로 간편하고 정밀하게 측정할 수 있는 안테나의 방사특성 측정용 프로브를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 종래의 접촉식 회로 측정용 프로브를 개조하여 안테나의 방사특성 측정용 브로브를 간단하게 제조할 수 있도록 한 안테나의 방사특성 측정용 프로브를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 안테나의 방사특성 측정용 프로브는 외측면에 돌출된 도파관부를 구비하는 프로브 본체, 상기 프로브 본체의 일측에서 배치되며 선단부가 상기 프로브 본체의 선단부 측으로 일부분 돌출되는 제1그라운드 전극부재, 상기 제1그라운드 전극부재와 이격되게 상기 프로브 본체의 타측에 배치되고 선단부가 상기 프로브 본체의 선단부 측으로 일부분 돌출되는 제2그라운드 전극부재 및 상기 제1그라운드 전극부재와 상기 제2그라운드 전극부재의 사이에 배치되고, 선단부가 상기 프로브 본체의 선단부 측으로 일부분 돌출되는 시그널 전극부재를 포함하며, 상기 시그널 전극부재의 길이는 상기 제1그라운드 전극부재의 길이와 상기 제2그라운드 전극부재의 길이보다 더 긴 길이를 가져 선단부가 상기 제1그라운드 전극부재의 선단부와 상기 제2그라운드 전극부재의 선단부보다 더 돌출되게 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 시그널 전극부재는 상기 제1그라운드 전극부재와 상기 제2그라운드 전극부재의 선단부로부터 측정대상 안테나의 주파수에서 λ/4 의 길이만큼 더 길게 형성될 수 있다.

본 발명에서 상기 시그널 전극부재는 상기 도파관부 측으로 연결되는 제1시그널 전극체, 상기 제1시그널 전극체의 단부에 연결되는 제2시그널 전극체를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 제1시그널 전극체는 상기 제1그라운드 전극부재, 상기 제2그라운드 전극부재와 동일한 길이로 형성될 수 있다.

본 발명에서 상기 제1그라운드 전극부재의 선단부에는 측정대상 안테나를 향하는 면에 제1그라운드 탐침부가 돌출되고, 상기 제2그라운드 전극부재의 선단부에는 측정대상 안테나를 향하는 면에 제2그라운드 탐침부가 돌출되고, 상기 제1시그널 전극체의 선단부에는 측정대상 안테나를 향하는 면에 시그널 탐침부가 돌출되며, 상기 제2시그널 전극체는 상기 시그널 탐침부에 연결되어 고정될 수 있다.

본 발명에서 상기 제2시그널 전극체는 전극 와이어로 양단부가 각각 상기 제1시그널 전극체의 양 측에 고정된 형태를 가질 수 있다.

본 발명에서 상기 제2시그널 전극체는 상기 제1시그널 전극체에 분리 가능하게 결합될 수 있다.

본 발명에서 상기 제1시그널 전극체와 상기 제2시그널 전극체는 전극 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 제2시그널 전극체는 상기 제1시그널 전극체에 볼트로 체결되어 결합될 수 있다.

본 발명에서 상기 제2시그널 전극체는 전극 와이어로 형성되고, 상기 제1시그널 전극체의 양측에는 상기 전극 와이어의 양 단부가 각각 끼워져 결합되는 와이어 끼움홈부가 구비되어 상기 전극 와이어의 양 단부를 상기 와이어 끼움홈부에 각각 끼워 결합시킬 수 있다.

본 발명에서 상기 시그널 전극부재는 하나의 일치된 형상을 가지는 하나의 몸체로 형성될 수 있다.

본 발명은 측정이 어려운 테라헤르츠 대역 온-칩 안테나의 far-field 방사 성능인 효율과 패턴을 상대적으로 간편하고 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 실험 환경별로 주문 제작이 필요한 일반적인 탐지기와 달리 프로브스테이션 환경에서 사용 가능한 표준 탐지기 제작이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명은 안테나 측정 셋업에서 주파수에 대한 특성을 얻는데 짧은 시간이 소요되며, 특히 네트워크 분석기(network analyzer)와 결합하여 셋업으로 측정 가능한 전 주파수 대역의 방사 특성 측정이 한 번에 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래의 접촉식 회로특성 측정용 프로브를 도시한 개략도.
도 2는 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브에서 탐지용 전극을 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브의 일 실시예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브에서 탐지용 전극의 일 실시 예를 도시한 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브에서 탐지용 전극의 다른 실시 예를 도시한 개략도.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브에서 탐지용 전극의 또 다른 실시 예를 도시한 개략도.
도 8은 시뮬레이션 툴을 통해 모델링한 종래 회로특성 측정용 프로브와 air-open 반사파(S11) 성능 그래프를 포함한 도면.
도 9는 모델링한 종래 회로특성 측정용 프로브를 검증하기 위해 전송선 측정 상황을 시뮬레이션 한 그래프를 포함한 도면.
도 10은 탐지능력 분석 과정에서 사용될 임의의 300 GHz 온-칩 안테나를 도시한 도면
도 11은 종래 회로특성 측정용 프로브를 탐지기로 활용했을 때 측정되는 유사-방사 효율 그래프를 포함한 도면.
도 12는 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브와 air-open 반사파(S11) 성능 그래프를 포함한 도면.
도 13은 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브로 측정되는 유사-방사 효율 그래프를 포함한 도면.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브의 일 실시예를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브에서 탐지용 전극의 일 실시 예를 도시한 개략도로써 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브를 시뮬레이션하기 위한 구성을 도시한 것이고, 시뮬레이션을 위해 동축포트(12)에 제1그라운드 전극부재(20), 제2그라운드 전극부재(30), 시그널 전극부재(40)의 단부가 각각 고정되게 도시되었음을 밝혀둔다.

도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브의 일 실시 예를 하기에서 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 안테나의 방사특성 측정용 프로브는 외측면에 돌출된 도파관부(11)를 구비하는 프로브 본체(10)를 포함한다.

상기 프로브 본체(10)에는 안테나의 방사특성을 측정하기 위한 탐지용 전극이 구비되며, 상기 탐지용 전극은 서로 이격된 제1그라운드 전극부재(20)와 제2그라운드 전극부재(30) 및 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30) 사이에 배치되는 시그널 전극부재(40)를 포함한다.

상기 제1그라운드 전극부재(20)는 상기 프로브 본체(10)의 일측에서 후단부가 상기 동축포트부(12)에 연결되고, 선단부가 상기 프로브 본체(10)의 선단부 측으로 일부분 돌출되게 배치된다.

상기 동축포트부(12)는 본 발명의 일 실시예에 의한 안테나의 방사특성 측정용 프로브를 시뮬레이션하기 위해 포함되는 것이며, 실제 본 발명의 일 실시예에 의한 안테나의 방사특성 측정용 프로브는 상기 제1그라운드 전극부재(20), 상기 제2그라운드 전극부재(30), 상기 시그널 전극부재(40)에서 탐지된 신호를 바로 상기 도파관부(11)로 전환하며, 상기 제1그라운드 전극부재(20), 상기 제2그라운드 전극부재(30), 상기 시그널 전극부재(40)과 상기 도파관부(11)의 사이에는 도시하지는 않았지만 신호전환구조체가 포함될 수 있고, 이러한 신호전환구조체는 공지의 구성인 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.

또한, 상기 제2그라운드 전극부재(30)는 상기 프로브 본체(10)의 타측에서 후단부가 상기 동축포트부(12)에 연결되고, 선단부가 상기 프로브 본체(10)의 선단부 측으로 일부분 돌출되게 배치된다.

또한, 상기 시그널 전극부재(40)는 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)의 사이 중앙에 배치되며 후단부가 상기 동축포트부(12)에 연결되고, 선단부가 상기 프로브 본체(10)의 선단부 측으로 일부분 돌출되게 배치된다.

즉, 상기 제1그라운드 전극부재(20), 상기 제2그라운드 전극부재(30), 상기 시그널 전극부재(40)의 후단부는 각각 상기 동축포트부(12)에 맞닿아 전기적으로 연결된 형태가 되며, 상기 제1그라운드 전극부재(20), 상기 제2그라운드 전극부재(30), 상기 시그널 전극부재(40)의 선단부는 각각 상기 프로브 본체(10)의 선단부 측으로 각각 노출되어 안테나의 방사특성을 측정할 수 있도록 시뮬레이션한다.

더 상세하게 실제 상기 제1그라운드 전극부재(20), 상기 제2그라운드 전극부재(30), 상기 시그널 전극부재(40)의 후단부는 상기 도파관부(11) 측으로 연결되도록 배치되고, 상기 도파관부(11)의 사이에 신호전환구조체에 연결될 수 있음을 밝혀둔다.

한편, 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)는 상기 동축포트부(12)를 기준으로 상기 동축포트부(12)로부터의 길이가 동일하게 형성되는 것을 일 예로 한다. 즉, 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)는 기준점으로부터 동일한 길이를 가지도록 형성된다.

상기 시그널 전극부재(40)는 상기 동축포트부(12)를 기준으로 상기 동축포트부(12)로부터의 길이가 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)보다 더 긴 길이를 가지도록 형성된다.

즉, 상기 시그널 전극부재(40)는 기준점으로부터 상기 제1그라운드 전극부재(20)의 길이와 상기 제2그라운드 전극부재(30)의 길이보다 더 긴 길이를 가져 선단부가 상기 제1그라운드 전극부재(20)의 선단부와 상기 제2그라운드 전극부재(30)의 선단부보다 더 돌출되게 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 시그널 전극부재(40)는 기준점을 기준으로 측정대상 안테나의 주파수에서 λ/4 의 길이만큼 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)보다 더 길게 형성되는 것이 바람직하며, 일 예로 주파수 300 GHz 에서 λ/4 의 길이를 만큼 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)보다 더 길게 형성될 수 있다.

즉, 상기 시그널 전극부재(40)의 선단부는 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)의 선단부보다 측정대상 안테나의 주파수에서 λ/4 의 길이만큼 더 길게 돌출되는 것이다.

상기 시그널 전극부재(40)는 상기 동축포트부(12)에 고정되어 연결되는 제1시그널 전극체(41), 상기 제1시그널 전극체(41)의 단부에 연결되는 제2시그널 전극체(42)를 포함하여 상기 동축포트부(12)로부터의 길이가 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)보다 더 긴 길이를 가지도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1시그널 전극체(41)는 상기 제1그라운드 전극부재(20), 상기 제2그라운드 전극부재(30)와 동일한 길이로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1그라운드 전극부재(20)의 선단부에는 측정대상 안테나를 향하는 면에 제1그라운드 탐침부(20a)가 돌출될 수 있고, 상기 제2그라운드 전극부재(30)의 선단부에는 측정대상 안테나를 향하는 면에 제2그라운드 탐침부(20b)가 돌출될 수 있고, 상기 제1시그널 전극체(41)의 선단부에는 측정대상 안테나를 향하는 면에 시그널 탐침부(40a)가 돌출될 수 있다.

상기 제1그라운드 탐침부(20a), 상기 제2그라운드 탐침부(20b), 상기 시그널 탐침부(40a)는 각각 단부가 뾰족하게 형성되는 것을 일 예로 한다.

상기 제2시그널 전극체(42)는 상기 시그널 탐침부(40a)에 연결되어 고정되는 것을 일 예로 한다.

상기 제2시그널 전극체(42)는 상기 제1시그널 전극체(41)와 대응되는 전극 플레이트 형상으로 형성될 수도 있다.

상기 제1시그널 전극체(41)와 상기 제2시그널 전극체(42)는 동일한 폭을 가지는 전극 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 제1시그널 전극체(41)의 단부 측에 돌출된 상기 시그널 탐침부(40a)의 단부에 고정되어 연결될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브에서 탐지용 전극의 일 실시 예를 도시한 개략도로써 상기 제2시그널 전극체(42)는 전극 와이어인 것을 일 예로 한다.

상기 전극 와이어는 양단부가 각각 상기 제1시그널 전극체(41)의 양 측에 고정된 형태를 가지는 것을 일 예로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브에서 탐지용 전극의 다른 실시 예를 도시한 개략도로써, 도 5를 참고하면 상기 시그널 전극부재(40)는 하나의 몸체로 상기 동축포트부(12)를 기준으로 한 길이가 상기 동축포트부(12)를 기준으로 한 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)의 길이보다 더 긴 길이를 가지도록 형성될 수 있다.

도 5(a)는 상기 시그널 전극부재(40)가 전극 플레이트 형상으로 형성되어 상기 동축포트부(12)로부터의 길이가 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)보다 더 긴 길이를 가지도록 형성된 것을 도시하고 있다.

즉, 상기 시그널 전극부재(40)는 하나의 일치된 형상을 가지는 하나의 몸체로 형성되어 상기 동축포트부(12)를 기준으로 한 길이가 상기 동축포트부(12)를 기준으로 한 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)의 길이보다 더 긴 길이를 가지도록 형성될 수 있다.

도 5(b)는 상기 시그널 전극부재(40)가 전극 와이어 형상으로 형성되어 양단부가 각각 상기 동축포트부(12)에 고정되어 연결되며 상기 동축포트부(12)로부터의 길이가 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)보다 더 긴 길이를 가지도록 형성된 것을 도시하고 있다.

도 5(c)는 상기 시그널 전극부재(40)가 전극 플레이트 형상의 제1시그널 전극체(41)와 양 단부가 상기 시그널 전극체의 양 측에 각각 고정되어 일체로 형성되는 전극 와이어 형상의 제2시그널 전극체(42)가 하나의 몸체로 일체화되어 형성된 것을 도시하고 있다.

이외에도 상기 시그널 전극부재(40)는 상기 동축포트부(12)로부터의 길이가 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)보다 더 긴 길이를 가지도록 형성됨에 있어 다양한 형상으로 변형 실시할 수 있음을 밝혀둔다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브에서 탐지용 전극의 또 다른 실시 예를 도시한 개략도이고, 도 6 및 도 7을 참고하면 상기 시그널 전극부재(40)의 상기 동축포트부(12)에 고정되어 연결되는 제1시그널 전극체(41), 상기 제2시그널 전극체(42)의 단부에 연결되는 제2시그널 전극체(42)를 포함하고, 상기 제2시그널 전극체(42)는 상기 제1시그널 전극체(41)에 분리 가능하게 결합될 수 있다.

상기 제2시그널 전극체(42)는 상기 제1시그널 전극체(41)에 분리되어 교체될 수 있어 상기 시그널전극부재의 전체 길이를 조절할 수 있다.

즉, 측정대상 안테나의 주파수에 따라 상기 제2시그널 전극체(42)를 교체하여 상기 측정대상 안테나의 주파수에서 λ/4 의 길이만큼 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)보다 더 길게 상기 시그널 전극부재(40)의 전체 길이를 조절할 수 있는 것이다.

상기 제1시그널 전극체(41)와 상기 제2시그널 전극체(42)는 전극 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 제2시그널 전극체(42)는 상기 제1시그널 전극체(41)에 볼트(43)로 체결되어 결합되는 것을 일 예로 한다.

즉, 상기 제1시그널 전극체(41)의 단부 측과 상기 제2시그널 전극체(42)의 단부 측에 각각 볼트관통공(41a, 42a)이 형성되고, 상기 제1시그널 전극체(41)의 단부 측 일부분과 상기 제2시그널 전극체(42)의 단부 측 일부분이 서로 겹쳐진 상태에서 볼트(43)가 상기 볼트관통공(41a, 42a)을 관통한 후 너트(44)에 체결됨으로써 상기 제1시그널 전극체(41)와 상기 제2시그널 전극체(42)를 분리 가능하게 결합할 수 있다.

또한, 상기 제2시그널 전극체(42)는 전극 와이어로 형성되고, 상기 제1시그널 전극체(41)의 양측에는 상기 전극 와이어의 양 단부가 각각 끼워져 결합되는 와이어 끼움홈부(40b)가 구비되어 상기 전극 와이어의 양 단부를 상기 와이어 끼움홈부(40b)에 각각 끼워 결합시킴으로써 상기 제1시그널 전극체(41)와 상기 제2시그널 전극체(42)를 분리 가능하게 결합할 수 있다.

더 상세하게 상기 제1시그널 전극체(41)의 선단부에는 측정대상 안테나를 향하는 면에 시그널 탐침부(40a)가 돌출되고, 상기 시그널 탐침부(40a)의 양 측에 상기 와이어 끼움홈부(40b)가 형성되어 상기 제2시그널 전극체(42)가 상기 시그널 탐침부(40a)에 분리 가능하게 결합될 수 있다.

도 8은 시뮬레이션 툴을 통해 모델링한 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100)와 air-open 반사파(S11) 성능 그래프를 포함한 도면으로 도 8을 참고하면 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100)를 두개의 그라운드 전극(2)과 시그널 전극(3)이 상기 동축포트(4)에서 돌출되는 길이 즉, 동축포트(4)로부터의 길이가 동일하여 단부가 모두 동일한 선상에 배치되는 구조를 가지도록 모델링한다.

종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100)는 상기 두개의 그라운드 전극과 상기 시그널 전극이 동일한 길이를 가져 측정 대상 안테나와 비접촉 상태로 공중에 있을 때(air-open)에는 전반사(full reflection)가 발생하여 필드 탐지에 적합하지 않음을 확인할 수 있다.

도 9는 모델링한 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100)를 검증하기 위해 전송선 측정 상황을 시뮬레이션 한 그래프를 포함한 도면으로 도 9를 참고하면 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100)를 50-Ω 전송선에 접촉하여 성능 추출 가능여부를 관찰한 결과, 전송선 고유의 성능이 큰 변형 없이 도출됨으로서 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브의 모델에 대한 적절성을 확인할 수 있었다.

도 10은 탐지능력 분석 과정에서 사용될 임의의 300 GHz 온-칩 안테나를 도시한 도면으로 임의로 설계한 300 GHz 온-칩 안테나와 반사파가 포함된 방사 효율 성능을 나타내고 있으며 분석 과정에서 탐지기를 통해 해당 안테나의 성능을 추출하고자 한다.

도 11은 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100)를 탐지기로 활용하여 도 10의 300 GHz 온-칩 안테나의 방사 때 측정되는 유사-방사 효율 그래프를 포함한 도면으로 도 11을 참고하면 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100)를 탐지기로 활용하여 도 10의 300 GHz 온-칩 안테나로부터 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100)로 전달되는 안테나의 파워(S21)를 확인하였다.

종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100)로 측정된 안테나의 파워(S21)의 크기는 자유공간 경로 손실, 안테나 이득 등을 고려하여 복원하면 방사 효율 성능으로 전환할 수 있기 때문에 유사(quasi)-방사 효율로 취급할 수 있다. 시험대상의 온-칩 안테나와 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100) 사이의 거리는 1 mm 로 300 GHz far-field 기준 거리인 d= 2D2/λ= 125 um 의 8배의 거리에 해당된다. 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100)로 측정된 유사 효율(S21)의 크기는 최대 -40 dB 까지 측정됨을 확인할 수 있었다. 안테나 면적(A)를 무시하고 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100)에 도달한 모든 파워를 흡수한다고 가정했을 때 경로손실 및 안테나 이득을 고려하면 탐지기가 측정할 수 있는 최대 유사-효율의 크기는 1 mm 거리에서 약 -12 dB 로서 일반 RF 프로브 탐지기로 측정한 유사-효율 값은 이에 크게 미치지 못함을 확인할 수 있었다. 게다가 실제 실험에서는 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100)에 의해 주파수 200 GHz 대역에서 측정되고 있는 -80 dB에 가까운 효율 값은 잡음 현상과 구분하기 어려울 가능성이 커서 정확한 주파수에 대한 효율 형태를 얻어내지 못하는 문제점이 있다. 이러한 사실은 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100)의 반사파(S11) 성능이 전반사를 일으켜 수신이 어려움을 확인한 단계에서 이미 예측할 수 있는 결과인 것이다.

도 12는 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브(200)와 air-open 반사파(S11) 성능 그래프를 포함한 도면이고, 도 13은 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브(200)로 측정되는 유사-방사 효율 그래프를 포함한 도면이다.

도 12 및 도 13은 도 4에 도시된 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브(200)를 이용하여 도 10의 300 GHz 온-칩 안테나의 방사의 방사특성을 측정하였을 때 air-open 반사파(S11) 성능 그래프와 유사-방사 효율 그래프를 각각 도시하고 있다.

도 4의 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브(200)는 제1시그널 전극체(41)와 제2시그널 전극체(42)가 전극 플레이트 형상으로 형성되고, 동일한 폭을 가지는 전극 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 제1시그널 전극체(41)의 단부 측에 돌출된 상기 시그널 탐침부(40a)의 단부에 상기 제2시그널 전극체(42)가 고정되어 연결된 실시 예이며, 제1시그널 전극체(41)와 제2시그널 전극체(42)를 포함하는 상기 시그널 전극부재(40)의 전체 길이가 상기 제1그라운드 전극부재(20)와 상기 제2그라운드 전극부재(30)보다 주파수 300 GHz에서 λ/4 의 길이만큼 더 길게 형성된 예이다.

도 12를 참고하면 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브(200)는 반사파 성능으로 보아 탐지용 수신 안테나로서 매우 뛰어난 성능을 보유하게 되었음을 알 수 있다. 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브(200)를 활용하여 온-칩 안테나의 방사 특성을 측정할 경우 도 13과 같이 유사-효율의 크기가 최대 -14 dB 로 이상적인 경우에 도달하였으며 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브(100)에 의한 측정치에 비해 매우 향상됐음을 확인할 수 있었다. 본 내용에서는 시뮬레이션 편의상 방사 특성 중 유사 효율만 다루었지만, 실제로는 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브(200)를 통해 방사 패턴 역시 측정이 가능하다. 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브(200)를 측정하고자 하는 온-칩 안테나로부터 far-field 기준 이상의 거리를 확보하고 프로브스테이션을 통해 지면과 평행한 평면상에서 이동하면서 측정하면 매우 높은 정밀도로 E-plane 및 H- plane 방사패턴 측정이 가능하다. 또한 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브(200)는 도파관 Twist 부품등을 활용하여 평면상에서 90도 회전한 상태로 탐지기가 부착될 경우 cross pole 특성 측정도 가능한 것이다.

본 발명은 측정이 어려운 테라헤르츠 대역 온-칩 안테나의 far-field 방사 성능인 효율과 패턴을 상대적으로 간편하고 정밀하게 측정할 수 있다.

본 발명은 실험 환경별로 주문 제작이 필요한 일반적인 탐지기와 달리 프로브스테이션 환경에서 사용 가능한 표준 탐지기 제작이 가능하다.

또한 본 발명은 안테나 측정 셋업에서 주파수에 대한 특성을 얻는데 짧은 시간이 소요되며, 특히 네트워크 분석기(network analyzer)와 결합하여 셋업으로 측정 가능한 전 주파수 대역의 방사 특성 측정이 한 번에 가능하다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

1 : 프로브 몸체 2 : 그라운드 전극
3 : 시그널 전극 4 : 동축포트
10 : 프로브 본체 11 : 도파관부
12 : 동축포트부 20 : 제1그라운드 전극부재
20a : 제1그라운드 탐침부 30 : 제2그라운드 전극부재
30a : 제2그라운드 탐침부 40 : 시그널 전극부재
40a : 시그널 탐침부 41 : 제1시그널 전극체
42 : 제2시그널 전극체
100 : 종래 접촉식 회로특성 측정용 프로브
200 : 본 발명에 따른 안테나의 방사특성 측정용 프로브

Claims (10)

1. 외측면에 돌출된 도파관부를 구비하는 프로브 본체;
   상기 프로브 본체의 일측에 배치되며, 선단부가 상기 프로브 본체의 선단부 측으로 일부분 돌출되는 제1그라운드 전극부재;
   상기 제1그라운드 전극부재와 이격되게 상기 프로브 본체의 타측에 배치되고, 선단부가 상기 프로브 본체의 선단부 측으로 일부분 돌출되는 제2그라운드 전극부재; 및
   상기 제1그라운드 전극부재와 상기 제2그라운드 전극부재의 사이에 배치되고, 선단부가 상기 프로브 본체의 선단부 측으로 일부분 돌출되는 시그널 전극부재를 포함하며,
   상기 시그널 전극부재의 길이는 상기 제1그라운드 전극부재의 길이와 상기 제2그라운드 전극부재의 길이보다 더 긴 길이를 가져 선단부가 상기 제1그라운드 전극부재의 선단부와 상기 제2그라운드 전극부재의 선단부보다 더 돌출되게 배치되며,
   상기 시그널 전극부재는 상기 도파관부 측으로 연결되는 제1시그널 전극체, 상기 제1시그널 전극체의 단부에 연결되는 제2시그널 전극체를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나의 방사특성 측정용 프로브.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 시그널 전극부재는 상기 제1그라운드 전극부재와 상기 제2그라운드 전극부재의 선단부로부터 측정대상 안테나의 주파수에서 λ/4 의 길이만큼 더 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나의 방사특성 측정용 프로브.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1시그널 전극체는 상기 제1그라운드 전극부재, 상기 제2그라운드 전극부재와 동일한 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나의 방사특성 측정용 프로브.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1그라운드 전극부재의 선단부에는 측정대상 안테나를 향하는 면에 제1그라운드 탐침부가 돌출되고, 상기 제2그라운드 전극부재의 선단부에는 측정대상 안테나를 향하는 면에 제2그라운드 탐침부가 돌출되고, 상기 제1시그널 전극체의 선단부에는 측정대상 안테나를 향하는 면에 시그널 탐침부가 돌출되며,
   상기 제2시그널 전극체는 상기 시그널 탐침부에 연결되어 고정되는 것을 특징으로 하는 안테나의 방사특성 측정용 프로브.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2시그널 전극체는 전극 와이어로 양단부가 각각 상기 제1시그널 전극체의 양 측에 고정된 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나의 방사특성 측정용 프로브.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2시그널 전극체는 상기 제1시그널 전극체에 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 안테나의 방사특성 측정용 프로브.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제1시그널 전극체와 상기 제2시그널 전극체는 전극 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 제2시그널 전극체는 상기 제1시그널 전극체에 볼트로 체결되어 결합되는 것을 특징으로 하는 안테나의 방사특성 측정용 프로브.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 제2시그널 전극체는 전극 와이어로 형성되고, 상기 제1시그널 전극체의 양측에는 상기 전극 와이어의 양 단부가 각각 끼워져 결합되는 와이어 끼움홈부가 구비되어 상기 전극 와이어의 양 단부를 상기 와이어 끼움홈부에 각각 끼워 결합시키는 것을 특징으로 하는 안테나의 방사특성 측정용 프로브.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 시그널 전극부재는 하나의 일치된 형상을 가지는 하나의 몸체로 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나의 방사특성 측정용 프로브.

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