KR101858932B1 - 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나 - Google Patents

Abstract

금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 기판; 상기 기판의 상면에 부착되는 패치 방사체; 상기 방사체의 상부에 위치하는 금속 링; 및 상기 방사체의 상부에 위치하는 세라믹 링을 포함하되, 상기 금속 링은 상기 금속 링의 중심을 지나는 제1 직선을 회전축으로 회전 가능하며, 상기 세라믹 링은 상기 세라믹 링의 중심을 지나는 제2 직선을 회전축으로 회전 가능한 것을 특징으로 한다. 개시된 안테나에 따르면, 안테나를 교체하지 않고도 빔 특성을 변경할 수 있는 장점이 있다.

Description

금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나{Antenna including Metal Ring and Ceramic Ring}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나와 금속 조각을 포함하는 안테나에 관한 것이다.

패치 안테나는 직사각형, 원형, 삼각형 등의 패치 방사체를 유전체 기판상에 형성하는 안테나로서 건식각 기술 및 기게적 가공 방법등을 통해 유전체 기판상에 패치 방사체가 형성된다.

특히, 사각형 패치 구조를 가지는 패치 안테나는 편파(Polarization) 생성이 용이하여 원형 편파를 사용하는 시스템에 많이 이용되고 있다.

패치 안테나는 유전체 기판상에 방사패치를 형성하고 하부에 접지를 결합시키는 구조를 가지며, 방사체와 접지는 유전체 기판의 두께만큼 이격된다.

패치 안테나의 방사 주파수는 패치의 사이즈 및 기판의 유전율에 의해 결정되며, 선로 급전, 동축 급전, 결합 급전 등과 같은 다양한 급전 방식에 의해 급전 신호가 제공된다.

이러한 패치 안테나는 그 빔 특성을 변경하여 이용하기 위해서는 기존의 패치 안테나를 제거하고 새로운 안테나를 구성해야 하는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 안테나를 교체하지 않고도 빔 특성을 변경할 수 있는 안테나를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판의 상면에 부착되는 패치 방사체; 상기 방사체의 상부에 위치하는 금속 링; 및 상기 방사체의 상부에 위치하는 세라믹 링을 포함하되, 상기 금속 링은 상기 금속 링의 중심을 지나는 제1 직선을 회전축으로 회전 가능하며, 상기 세라믹 링은 상기 세라믹 링의 중심을 지나는 제2 직선을 회전축으로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나가 제공된다.

상기 제1 직선 및 상기 제2 직선은 상기 패치 방사체와 평행한 것을 특징으로 한다.

상기 금속 링은 원기둥 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 세라믹 링은 원기둥 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 세라믹 링의 중심에는 홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 패치 방사체는 직사각형 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 패치 방사체는 24GHz 주파수 대역의 RF 신호를 방사하는 것을 특징으로 한다.

상기 패치 방사체는 동축 케이블을 이용하여 급전하는 것을 특징으로 한다.

상기 금속 링과 상기 세라믹 링의 중심은 일치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판의 상면에 부착되는 패치 방사체; 및 상기 방사체의 상부에 위치하는 금속 링을 포함하되, 상기 금속 링은 상기 금속 링의 중심을 지나는 직선을 회전축으로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 금속 링을 포함하는 안테나가 제공된다.

상기 금속 링의 중심을 지나는 직선은 상기 패치 방사체와 평행한 것을 특징으로 한다.

상기 금속 링은 원기둥 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판의 상면에 부착되는 패치 방사체; 및 상기 방사체의 상부에 위치하는 세라믹 링을 포함하되, 상기 세라믹 링은 상기 세라믹 링의 중심을 지나는 직선을 회전축으로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 세라믹 링을 포함하는 안테나가 제공된다.

상기 세라믹 링의 중심을 지나는 직선은 상기 패치 방사체와 평행한 것을 특징으로 한다.

상기 세라믹 링은 원기둥 형상을 가지며, 상기 세라믹 링의 중심에는 홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제4 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판의 상면에 부착되는 패치 방사체; 상기 방사체의 상부에 위치하는 다수의 금속 조각; 및 상기 다수의 금속 조각을 서로 연결하는 핀다이오드를 포함하되, 상기 다수의 금속 조각은 상기 기판과 평행한 하나의 평면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 금속 조각을 포함하는 안테나가 제공된다.

상기 다수의 금속 조각은 원판 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 금속 조각은 원형 고리 형태로 배치되는 것을 특징으로 할 수도 있다.

반구 형상의 유전체를 더 포함하며, 상기 유전체에는 상기 다수의 금속 조각이 부착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 안테나의 구성 요소를 교체하지 않고도 빔 특성을 변경할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술의 패치 안테나의 사시도 및 단면도이다.
도 2는 종래 기술의 패치 안테나의 S-파라미터 및 빔 특성의 그래프이다.
도 3은 금속 링이 추가된 패치 안테나의 사시도 및 단면도이다.
도 4는 금속 링이 추가된 패치 안테나의 빔 특성 그래프이다.
도 5는 세라믹 링이 추가된 패치 안테나의 사시도 및 단면도이다.
도 6은 세라믹 링이 추가된 패치 안테나의 빔 특성 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제1 형태의 사시도 및 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제2 형태의 사시도 및 단면도이다.
도 9은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제3 형태의 사시도 및 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제4 형태의 사시도 및 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 사시도 및 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 핀다이오드에 전원이 인가되었을 때의 사시도 및 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 핀다이오드에 전원이 인가되지 않았을 때의 빔 특성 그래프이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 핀다이오드에 전원이 인가되었을 때의 빔 특성 그래프이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 사시도 및 단면도이다.
도 16는 본 발명의 제5 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 핀다이오드에 전원이 인가되었을 때의 사시도 및 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제6 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 사시도 및 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 자세히 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. 이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 종래 기술의 패치 안테나의 사시도 및 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술의 패치 안테나는 기판(110) 및 패치 방사체(120)로 구성된다.

기판(110)은 유전체로 제작되며, 기판(110) 상면에는 얇은 금속 판으로 제작된 패치 방사체(120)가 부착되어진다. 패치 방사체(120)의 형태 및 사이즈는 원하는 방사 특성 및 주파수 대역에 따라 다양할 수 있다. 패치 방사체(120)의 급전 방식은 다양할 수 있으며, 일례로 동축 케이블을 사용하여 급전이 이루어질 수 있다.

도 2는 종래 기술의 패치 안테나의 S-파라미터 및 빔 특성의 그래프이다.

S-파라미터는 안테나의 특성을 해석하기 위해 주로 사용되는데, 도 2의 (a)에 도시된 S1,1의 그래프는 입력 단자에서의 출력을 나타내는 값으로, 그 값이 0인 주파수 대역에서는 안테나가 동작하지 않으며, 0보다 낮은 값을 나타내는 주파수 대역에서 작동함을 의미한다.

도 2의 (a)를 참조하면, 종래 기술의 패치 안테나는 24GHz 대역에서 동작함을 확인할 수 있다.

또한 도 2의 (b)를 참조하면, 종래 기술의 패치 안테나의 빔 특성은 기판(110)의 상면 방향으로 방사하는 패턴을 가지되, 주 빔이 7.37dBi의 이득을 가지며, 주 빔의 방사각은 88.3˚임을 확인할 수 있다.

도 1과 같은 패치 안테나에는 금속 링을 추가하여 안테나의 방향성을 높일 수 있다. 안테나의 방향성을 높이게 되면, 안테나의 이득을 더 크게 할 수 있으며, 원하는 방향으로 안테나의 주 빔을 집중시킬 수 있다. 한편, 안테나의 주 빔의 방사각은 좁아지게 된다.

도 3은 금속 링이 추가된 패치 안테나의 사시도 및 단면도이다.

도 3을 참조하면, 금속 링이 추가된 패치 안테나는 기판(310), 패치 방사체(320) 및 금속 링(330)으로 구성된다. 기판(310)은 유전체로 제작되며, 기판(310) 상면에는 얇은 금속 판으로 제작된 패치 방사체(320)가 부착되어진다. 패치 방사체(320)의 형태 및 사이즈는 원하는 방사 특성 및 주파수 대역에 따라 다양할 수 있다. 패치 방사체(320)의 급전 방식은 다양할 수 있으며, 일례로 동축 케이블을 사용하여 급전이 이루어질 수 있다. 도 1의 패치 안테나에서 금속 링(330)을 추가함으로 금속 링이 추가된 패치 안테나가 구성된다. 금속 링이 추가된 패치 안테나 또한 24GHz 대역에서 동작하도록 제작될 수 있다.

도 3의 (a)를 참조하면, 금속 링(330)은 얇은 원기둥 형상을 가질 수 있으며, 금속 재질로 제작된다. 금속 링(330)은 패치 방사체(320)와 일정 거리를 두고 위치할 수 있다. 금속 링(330)은 원하는 주 빔의 방향에 따라 그 위치가 변경될 수 있으며, 도 3의 (b)와 같이 패치 방사체(320)의 상부에 위치할 수 있다. 특히, 금속 링(330)의 중심은 패치 방사체(320)의 중심을 지나며 방사체에 수직인 직선상에 위치함으로 주 빔의 방향을 기판(310)의 상면 방향으로 더욱 집중시킬 수 있다.

금속 링(330)의 사이즈는 원하는 안테나의 특성 및 방향성 조정 정도에 따라 조절될 수 있을 것이다. 금속 링(330)의 재질 또한 원하는 특성 및 비용 등을 고려하여 다양하게 제작될 수 있다.

도 4는 금속 링이 추가된 패치 안테나의 빔 특성 그래프이다.

도 4를 참조하면, 금속 링이 추가된 패치 안테나의 빔 특성은 기판(310)의 상면 방향으로 방사하는 패턴을 가지되, 주 빔이 11.5dBi의 이득을 가지며, 주 빔의 방사각은 32.6˚임을 확인할 수 있다. 금속 링이 추가된 패치 안테나의 빔 특성을 도 2의 패치 안테나의 빔 특성과 비교하면, 같은 조건에서 금속 링을 추가 구성함으로 인해 주 빔의 이득이 높아지고 주 빔의 방사각은 좁아진 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 패치 안테나에 금속 링을 추가함으로 인해, 특정 방향으로 주 빔을 집중시킬 수 있게 된다.

반면에, 패치 안테나에 세라믹 링을 함께 구성하여 안테나의 특성을 변화시킬 수도 있다. 세라믹 링을 구성하여 안테나의 이득을 줄이고, 주 빔의 방사각을 넓게 하여 원하는 방사패턴을 만들어 낼 수 있다.

도 5는 세라믹 링이 추가된 패치 안테나의 사시도 및 단면도이다.

도 5를 참조하면, 세라믹 링이 추가된 패치 안테나는 기판(510), 패치 방사체(520) 및 세라믹 링(540)으로 구성된다. 기판(510)은 유전체로 제작되며, 기판(510) 상면에는 얇은 금속 판으로 제작된 패치 방사체(520)가 부착되어진다. 패치 방사체(520)의 형태 및 사이즈는 원하는 방사 특성 및 주파수 대역에 따라 다양할 수 있다. 패치 방사체(520)의 급전 방식은 다양할 수 있으며, 일례로 동축 케이블을 사용하여 급전이 이루어질 수 있다. 도 1의 패치 안테나에서 세라믹 링(540)을 추가함으로 세라믹 링이 추가된 패치 안테나가 구성된다. 세라믹 링이 추가된 패치 안테나 또한 24GHz 대역에서 동작하도록 제작될 수 있다.

도 5의 (a)를 참조하면, 세라믹 링(540)은 얇은 원기둥 형상을 가질 수 있으며, 세라믹 재질로 제작된다. 세라믹 링(540)은 패치 방사체(520)와 일정 거리를 두고 위치할 수 있는데, 도 5의 (b)와 같이 패치 방사체(520)의 상부에 위치할 수 있다. 특히, 세라믹 링(540)의 중심은 패치 방사체(520)의 중심을 지나며 방사체에 수직인 직선상에 위치함으로 주 빔의 방향 및 방사각을 기판(510)의 상면 방향으로 일정하게 조정할 수 있다.

또한 도 5를 참조하면, 세라믹 링(540)에는 홈(550)이 형성된다. 홈(550)이 형성됨으로, 세라믹 링(540)은 링 형상을 가질 수 있다. 홈(550)은 세라믹 링(540)의 중심에 형성될 수 있다. 세라믹 링(540) 및 홈(550)의 사이즈는 원하는 안테나의 특성 및 방향성 조정 정도에 따라 조절될 수 있을 것이다.

도 6은 세라믹 링이 추가된 패치 안테나의 빔 특성 그래프이다.

도 6을 참조하면, 세라믹 링이 추가된 패치 안테나의 빔 특성은 기판(510)의 상면 방향으로 방사하는 패턴을 가지되, 주 빔이 6.06dBi의 이득을 가지며, 주 빔의 방사각은 43.3˚임을 확인할 수 있다. 세라믹 링이 추가된 패치 안테나의 빔 특성을 도 2의 패치 안테나의 빔 특성과 비교하면, 같은 조건에서 세라믹 링을 추가 구성함으로 인해 주 빔의 이득이 낮아지고 주 빔의 방사각은 넓어진 것을 확인할 수 있다. 또한, 주 빔의 방향 또한 기판의 상면 방향이 아닌 기판의 상면 방향에서 55˚ 기울어진 방향임을 확인할 수 있다.

이와 같이 패치 안테나에 세라믹 링을 추가함으로 인해, 주 빔의 폭을 보다 넓게 할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제1 형태의 사시도 및 단면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나는 기판(710), 패치 방사체(720), 금속 링(730) 및 세라믹 링(740)으로 구성된다. 기판(710)은 유전체로 제작되며, 기판(710) 상면에는 얇은 금속 판으로 제작된 패치 방사체(720)가 부착되어진다. 패치 방사체(720)의 형태 및 사이즈는 원하는 방사 특성 및 주파수 대역에 따라 다양할 수 있다. 패치 방사체(720)의 급전 방식은 다양할 수 있으며, 일례로 동축 케이블을 사용하여 급전이 이루어질 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나 또한 24GHz 대역에서 동작하도록 제작될 수 있다.

도 7의 (a)를 참조하면, 금속 링(730)은 얇은 원기둥 형상을 가질 수 있으며, 금속 재질로 제작된다. 금속 링(730)은 패치 방사체(720)와 일정 거리를 두고 위치할 수 있다. 금속 링(730)은 원하는 주 빔의 방향에 따라 그 위치가 변경될 수 있으며, 도 7의 (b)와 같이 패치 방사체(720)의 상부에 위치할 수 있다. 특히, 금속 링(730)의 중심은 패치 방사체(720)의 중심을 지나며 방사체에 수직인 직선상에 위치함으로 주 빔의 방향을 기판(710)의 상면 방향으로 더욱 집중시킬 수 있다.

금속 링(730)의 사이즈는 원하는 안테나의 특성 및 방향성 조정 정도에 따라 조절될 수 있을 것이다. 금속 링(730)의 재질 또한 원하는 특성 및 비용 등을 고려하여 다양하게 제작될 수 있다.

도 7의 (a)를 참조하면, 세라믹 링(740)은 얇은 원기둥 형상을 가질 수 있으며, 세라믹 재질로 제작된다. 세라믹 링(740)은 패치 방사체(720)와 일정 거리를 두고 위치할 수 있는데, 도 7의 (b)와 같이 패치 방사체(720)의 상부에 위치할 수 있다. 특히, 세라믹 링(740)의 중심은 패치 방사체(720)의 중심을 지나며 방사체에 수직인 직선상에 위치함으로 주 빔의 방향 및 방사각을 기판(710)의 상면 방향으로 일정하게 조정할 수 있다.

금속 링(730) 및 세라믹 링(740)을 패치 방사체(720)의 상부에 고정시키는 방법으로써, 다양한 방법이 존재한다. 금속 링(730) 및 세라믹 링(740)을 패치 방사체(720)의 상부에 고정시키는 방법은 발명의 본질과는 거리가 멀기 때문에 도면에 도시하지는 않았지만, 다양한 방법을 사용할 수 있을 것이다. 일례로, 금속 링(730) 및 세라믹 링(740)을 안테나의 하우징에 고정시켜 패치 방사체(720)와 일정 거리를 두고 위치시킬 수 있을 것이다. 또한, 별도의 포스트를 설치하여 금속 링(730) 및 세라믹 링(740)을 패치 방사체(720)의 상부에 회전 가능하도록 고정시키는 방법도 사용 가능하다.

또한 도 7을 참조하면, 세라믹 링(740)에는 홈(750)이 형성된다. 홈(750)이 형성됨으로, 세라믹 링(740)은 링 형상을 가질 수 있다. 홈(750)은 세라믹 링(740)의 중심에 형성될 수 있다. 세라믹 링(740) 및 홈(750)의 사이즈는 원하는 안테나의 특성 및 방향성 조정 정도에 따라 조절될 수 있을 것이다.

이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나는 패치 안테나에 금속 링(730)과 세라믹 링(740)을 모두 포함하여 구성할 수 있다. 도 2, 도 4 및 도 6을 참조하여 전술한 바와 같이, 패치 안테나에 금속 링을 추가 구성하면 주 빔을 특정 방향으로 집중시킬 수 있으며, 패치 안테나에 세라믹 링을 추가 구성하면 주 빔을 분산시켜 주 빔의 방사각을 넓게 할 수 있다. 이처럼, 금속 링과 세라믹 링의 기능은 서로 반대되는 기능을 하게 되므로, 도 7과 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제1 형태에서는 금속 링 및 세라믹 링 모두가 패치 안테나에 영향을 주게 되어 그 기능이 불분명하며 기존의 패치 안테나와 크게 달라지지 않게 된다.

그러므로 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나는 도 7의 (b)에서 점선으로 표시된 회전축(760)을 중심으로 금속 링 및 세라믹 링이 회전할 수 있게 구성된다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나는 회전축(760)을 중심으로 금속 링 및 세라믹 링이 회전하여 그 형태를 변경할 수 있게 된다.

도시된 도면에서는 하나의 회전축(760)을 도시하였지만, 금속 링(730)과 세라믹 링(740)의 중심이 같지 않은 경우에는 금속 링(730)과 세라믹 링(740)이 서로 다른 회전축을 기준으로 회전하게 될 수도 있을 것이다. 특히, 금속 링(730)과 세라믹 링(740) 및 홈(750)의 사이즈는 원하는 방사 특성에 따라 변경될 수 있으며, 금속 링(730)과 세라믹 링(740) 및 홈(750)의 위치 또한 변경될 수 있으므로, 도 7에서와 같이 금속 링(730)이 세라믹 링(740)의 홈(750)에 존재하지 않을 수도 있다. 그러한 경우, 금속 링(730)과 세라믹 링(740)은 서로 다른 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나는, 그 목적에 따라 하나 이상의 금속 링(730)과 세라믹 링(740)을 포함할 수 있으며, 따라서 다수의 회전축이 존재할 수도 있다.

금속 링(730) 및 세라믹 링(740)을 회전축(760)을 중심으로 회전시키는 방법은 다양할 수 있다. 일례로 모터를 장착하여 자동으로 회전시키거나, 혹은 수동으로 회전시키도록 제작할 수도 있을 것이다.

이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나는 회전축(760)을 중심으로 금속 링(730) 및 세라믹 링(740)이 회전하여 다양한 형태를 가질 수 있게 된다.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제2 형태의 사시도 및 단면도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제2 형태에서는, 제 1형태와 비교했을 때 금속 링(730) 및 세라믹 링(740)이 회전축(760)을 중심으로 90˚회전하게 된다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제2 형태에서는 금속 링(730) 및 세라믹 링(740)이 패치 방사체(720)와 수직을 이루며 위치하게 된다.

이러한 제2 형태에서는, 금속 링(730) 및 세라믹 링(740) 모두 패치 방사체(720)의 특성에 영향을 주지 않게 된다. 따라서, 제2 형태의 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나는, 도 2와 같이 주 빔이 7.37dBi의 이득을 가지며, 주 빔의 방사각은 88.3˚인 일반적인 패치 안테나의 빔 특성을 나타낼 수 있다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제3 형태의 사시도 및 단면도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제3 형태에서는, 제 1형태와 비교했을 때 세라믹 링(740)이 회전축(760)을 중심으로 90˚회전하게 된다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제3 형태에서는 금속 링(730)은 패치 방사체(720)와 수평을 이루고, 세라믹 링(740)은 패치 방사체(720)와 수직을 이루며 위치하게 된다.

이러한 제3 형태에서는, 금속 링(730)은 패치 방사체(720)에 크게 영향을 주지만, 세라믹 링(740)은 패치 방사체(720)의 특성에 영향을 주지 않게 된다. 따라서, 제3 형태의 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나는, 도 4와 같이 주 빔의 이득이 높아지고 주 빔의 방사각은 좁아지는 특성을 나타낼 수 있다.

도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제4 형태의 사시도 및 단면도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제4 형태에서는, 제 1형태와 비교했을 때 금속 링(730)이 회전축(760)을 중심으로 90˚회전하게 된다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나의 제4 형태에서는 금속 링(730)은 패치 방사체(720)와 수직을 이루고, 세라믹 링(740)은 패치 방사체(720)와 수평을 이루며 위치하게 된다.

이러한 제4 형태에서는, 금속 링(730)은 패치 방사체(720)에 영향을 주지 않지만, 세라믹 링(740)은 패치 방사체(720)의 특성에 크게 영향을 주게 된다. 따라서, 제4 형태의 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나는, 도 6과 같이 주 빔의 폭이 넓어지는 특성을 나타낼 수 있다.

이처럼, 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나는, 회전축(760)을 중심으로 금속 링(730) 및 세라믹 링(740)을 회전시켜 다양한 형태를 가질 수 있게 구성된다. 따라서 안테나를 교체하거나 부품을 교체하지 않고도 금속 링(730) 및 세라믹 링(740)을 회전시키는 간단한 조작만으로 다양한 빔 특성을 갖도록 변경하여 사용할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 링을 포함하는 안테나는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나에서 세라믹 링만을 제거하여 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 링을 포함하는 안테나는, 그 형태에 따라 도 2 및 도 4의 특성을 나타낼 수 있도록 제작된다.

또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 세라믹 링을 포함하는 안테나는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나에서 금속 링만을 제거하여 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 제3 실시예에 따른 세라믹 링을 포함하는 안테나는, 그 형태에 따라 도 2 및 도 6의 특성을 나타낼 수 있도록 제작된다.

살펴본 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예와 제2 실시예 및 제3 실시예에 따른 안테나에서는 금속 링 및 세라믹 링을 회전시킴으로써 안테나를 교체하지 않고도 당업자가 빔 특성을 용이하게 변경할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 사시도 및 단면도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나는 기판(810), 패치 방사체(820), 다수의 금속 조각(830) 및 핀다이오드(840)를 포함한다.

기판(810)은 유전체로 제작되며, 기판(810) 상면에는 얇은 금속 판으로 제작된 패치 방사체(820)가 부착되어진다. 패치 방사체(820)의 형태 및 사이즈는 원하는 방사 특성 및 주파수 대역에 따라 다양할 수 있다. 패치 방사체(820)의 급전 방식은 다양할 수 있으며, 일례로 동축 케이블을 사용하여 급전이 이루어질 수 있다.

한편, 패치 방사체(820)의 상부에는 다수의 금속 조각(830)이 배치된다. 또한, 다수의 금속 조각(830)은 핀다이오드(840)를 통하여 연결될 수 있다. 다수의 금속 조각(830)이 연결된 형태는 도 11에서와 같이 원판 형태일 수 있다. 따라서 다수의 금속 조각(830)은 기판(810)과 평행한 하나의 평면 내에 배치될 수 있다.

핀다이오드(840)는 전원이 인가되지 않은 상태에서는 절연체의 특성을 나타낼 수 있다. 따라서 도 11에서 다수의 금속 조각(830)이 원판 형태로 연결되어 있지만, 도면에 회색으로 도시된 도체 부분만을 보면 다수의 금속 조각(830)이 전기적으로는 연결되지 않은 상태인 것을 확인할 수 있다.

한편, 핀다이오드(840)는 전원이 인가되면 도체의 특성을 나타낼 수 있다.

도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 핀다이오드에 전원이 인가되었을 때의 사시도 및 단면도이다.

도 12를 참조하면, 핀다이오드(840)에 전원이 인가되면 다수의 금속 조각(830)은 모두 전기적으로 연결된다. 특히, 도면에 회색으로 도시된 도체 부분만을 보면 다수의 금속 조각(830)이 원판 형태로 연결되어 있음을 확인할 수 있다. 전술한 바와 같이, 패치 방사체(820)의 상부에 원형 금속이 존재할 경우, 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 빔 특성은 조정될 수 있다. 즉, 안테나의 주 빔의 방향을 기판(810)의 상면 방향으로 더욱 집중시킬 수 있게 된다.

도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 핀다이오드에 전원이 인가되지 않았을 때의 빔 특성 그래프이며, 도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 핀다이오드에 전원이 인가되었을 때의 빔 특성 그래프이다.

도 13을 참조하면, 핀다이오드(840)에 전원이 인가되지 않았을 때 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 주 빔은 기판(810)의 상면 방향으로 방사하는 패턴을 가지되, 주 빔이 9.72dBi의 이득을 가지며, 주 빔의 방사각은 66.6˚임을 확인할 수 있다. 한편, 도 14를 참조하면, 핀다이오드(840)에 전원이 인가되었을 때 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 주 빔은 기판(810)의 상면 방향으로 방사하는 패턴을 가지되, 주 빔이 10.2dBi의 이득을 가지며, 주 빔의 방사각은 47.3˚임을 확인할 수 있다.

도 13 및 도 14를 비교하면, 핀다이오드(840)에 전원이 인가되어 다수의 금속 조각(830)이 전기적으로 연결되면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 주 빔의 이득이 증가하고 빔 폭이 좁아짐을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나는 핀다이오드에 전원을 인가하여 안테나를 교체하지 않고도 방사 특성을 조정할 수 있다.

한편, 다수의 금속 조각(840)의 배치 형태는 원판에 한정되지는 않을 것이다. 원하는 방사 특성에 따라 다수의 금속 조각(840)의 배치 형태는 다양할 수 있다.

도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 사시도 및 단면도이며, 도 16는 본 발명의 제5 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 핀다이오드에 전원이 인가되었을 때의 사시도 및 단면도이다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나는 기판(910), 패치 방사체(920), 다수의 금속 조각(930) 및 핀다이오드(940)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 다수의 금속 조각(930)은 패치 방사체(920) 상부에 위치하며, 기판(810)과 평행한 하나의 평면 내에 배치될 수 있는데, 원판 형태가 아닌 고리 형태로 배치되어 핀다이오드(940)로 연결될 수도 있다.

도 15 및 도 16의 회색으로 도시된 도체 부분을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 핀다이오드(940)에 전원이 인가되지 않았을 때는 패치 방사체(920)의 상부에는 다수의 도체가 존재하지만, 본 발명의 제5 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 핀다이오드(940)에 전원이 인가되었을 때, 패치 방사체(920)의 상부에는 고리 형상의 도체가 위치하게 된다. 따라서 본 발명의 제5 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나는 본 발명의 제4 실시예에서와 같이 핀다이오드(940)에 전원을 인가함으로써 빔 특성이 변경될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 안테나에서 다수의 금속 조각(830, 930) 및 핀다이오드(840, 940)를 패치 방사체(820, 920)의 상부에 배치하는 방법은 다양할 수 있다. 일례로, 유전체에 금속을 인쇄하여 다수의 금속 조각(830, 930)을 배치하고, 핀다이오드(840, 940)로 연결하는 방법을 사용할 수도 있다.

도 17은 본 발명의 제6 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 사시도 및 단면도이다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나는 기판(810), 패치 방사체(820), 다수의 금속 조각(830), 핀다이오드(840) 및 유전체(850)를 포함한다. 본 발명의 제6 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나는 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 금속 조각(830) 및 핀다이오드(840)를 유전체(850)에 부착하는 방법으로 고정한 안테나이다.

도 17의 사시도에서는, 금속 조각(830) 및 핀다이오드(840)의 부착 형태를 묘사하기 위해, 유전체(850)에 가려 실제로 보이지 않는 부분을 점선으로 도시하였다. 도면을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 금속 조각을 포함하는 안테나의 유전체(850)는 반구 형상을 가질 수 있다. 따라서 반구 형상의 편평한 면에 금속 조각(830) 및 핀다이오드(840)가 부착될 수 있다.

본 발명의 실시예들에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 안테나의 빔 특성 변경을 위해 패치 방사체 상부에 금속 링 및 세라믹 링을 배치하되, 상기 금속 링 및 세라믹 링을 회전시켜 안테나의 교체없이 빔 특성을 변경할 수 있다. 또한, 패치 방사체 상부에 핀다이오드로 연결된 다수의 금속 조각을 배치하여 핀다이오드에 전원을 공급 및 차단하여 안테나의 교체없이 빔 특성을 변경할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

710: 기판
720: 패치 방사체
730: 금속 링
740: 세라믹 링
810: 기판
820: 패치 방사체
830: 금속 조각
840: 핀다이오드
850: 유전체
910: 기판
920: 패치 방사체
930: 금속 조각
940: 핀다이오드

Claims (19)

1. 기판;
   상기 기판의 상면에 부착되는 패치 방사체;
   상기 방사체의 상부에 위치하는 금속 링; 및
   상기 방사체의 상부에 위치하는 세라믹 링을 포함하되,
   상기 금속 링은 상기 금속 링의 중심을 지나는 제1 직선을 회전축으로 회전 가능하며,
   상기 세라믹 링은 상기 세라믹 링의 중심을 지나는 제2 직선을 회전축으로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 직선 및 상기 제2 직선은 상기 패치 방사체와 평행한 것을 특징으로 하는 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나.
3. 제2항에 있어서,
   상기 금속 링은 원기둥 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나.
4. 제3항에 있어서,
   상기 세라믹 링은 원기둥 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나.
5. 제4항에 있어서,
   상기 세라믹 링의 중심에는 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나.
6. 제5항에 있어서,
   상기 패치 방사체는 직사각형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나.
7. 제6항에 있어서,
   상기 패치 방사체는 24GHz 주파수 대역의 RF 신호를 방사하는 것을 특징으로 하는 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 패치 방사체는 동축 케이블을 이용하여 급전하는 것을 특징으로 하는 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 금속 링과 상기 세라믹 링의 중심은 일치하는 것을 특징으로 하는 금속 링 및 세라믹 링을 포함하는 안테나.
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