KR101887417B1 - 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나 - Google Patents

낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나 Download PDF

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Abstract

본 발명 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나는 패치 안테나에 의한 마이크로스트립 도파관 전이 급전부와 상기 마이크로스트립 도파관 전이 급전부에 체결되는 혼 안테나부와 상기 혼안테나부에 체결되는 리플렉터부와 상기 리플렉터부에 체결되는 메타물질 개구면부로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나{Horn-Reflector Antenna with Low Sidelobe}
본 발명은 소형 레이더 센서에 사용할 수 있는 낮은 부엽 레벨 특성을 갖는 혼-리플렉터(Horn-Reflector) 안테나에 관한 것으로 24GHz 대역에서 높은 표면 임피던스를 갖는 메타 물질을 안테나 개구면에 적용하여 부엽을 야기하는 표면 전류를 획기적으로 감소시킨 안테나에 관한 것이다.
본 발명과 관련된 종래의 기술은 대한민국 등록 특허 제10-1306789호(2013. 09. 10. 공고)에 개시되어 있는 것이다. 도 1은 상기 종래의 개구면 변형 다중 모드 혼 안테나 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 개구면 변형 다중 모드 혼 안테나는 급전부(Feeding section)(100), 모드 발생부(Flare section)(200), 위상 보정부(Phase matching section)(300)을 포함한다. 급전부(100)은 미리 결정된 모드의 전자기파가 급전된다. 급전은 안테나가 송신 [0029] 역할을 할 때 송신기의 출력 전력을 안테나에 공급하는 것을 의미하며, 급전에 있어서 임피던스의 정합이 되어야만 최고 효율로 송신전력을 공기 중으로 방사할 수 있다. 본 실시예에서 전자기파의 미리 결정된 모드는 TE11 모드인 것이 바람직하다. TE11 모드에서 TE는 'transverse electric mode'의 약어로, 특수한 전송선을 따라서 전파되는 전자파 중에는 그 진행 방향에 자계 성분 H는 있으나 전계 성분 E가 전혀 없는 전기적 횡파를 형성하는 일이 있다. 전송선에 따르는 이와 같은 모드를 TE 모드라고 한다. 또한 본 실시예에서의 급전부는 TE11 모드만 전파되고 모드 발생부에서 발생되는 모드는 반대 방향으로 진행하지 못하도록 결정된 직경 2aw을 갖는다. 모드 발생부(200)는 급전부(100) 및 위상 보정부(300)를 연결하며 급전부에 급전된 전자기파를 이용하여 미리 결정된 다른 모드의 전자기파를 발생시킨다. 본 실시예에서 미리 결정된 다른 모드는 TM11 모드를 포함하는 다중 모드인 것이 바람직하다. TM11 모드에서 TM은 특수한 전송선에 따라서 전파되는 전자파 중에는 그 진행 방향에 전계 성분 E는 있으나 자계 성분 H는 전혀 없는 자기적 횡파를 형성하는 경우가 있다. 전송선에 따르는 이러한 모드를 TM 모드라고 한다. TM11 모드를 포함하는 다중 모드에 대해 설명하면, 다중 모드 혼 안테나에서 TE11 모드가 입사되고 모드 발생부에서 TM11 모드만 발생이 된다면 대칭성이 거의 완벽한 HE11 모드가 생성되나, 안테나로부터 원하는 이득 또는 빔폭을 얻기 위해서는 개구면 크기가 커지게 되고 이에 따라 본 실시예에 따른 모드 발생부에서는 TM11 모드를 포함하는 그 이상의 모드가 발생하게 된다. 따라서 본실시예에 따른 위상 보정부(300)의 개구면(310)은 TM11 모드 이상의 모드가 발생함에 따른 방사패턴의 일그러짐을 해결하기 위한 형상으로 형성되는 것이고, 본 실시예에서 다중 모드의 발생은 모드 발생부(200)에 기인한다. 또한 모드 발생부(200)가 형성하는 경사각(θf)은 상기 급전부를 기준으로 상기 발생되는 전자기파의 모드에 따라 결정되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 경사각을 조절하여 TM11과 TE11의 파워 비를 조절 가능하다 (JOHN L. VOLAKIS ”ANTENNA ENGINEERING HANDBOOK 4TH EDTION”). 본 실시예에서 모드 발생부(200)가 형성하는 경사각은 수학식 1을 통하여 결정된다. θf는 모드 발생부가 형성하는 경사각을 나타내며, a는 혼 안테나의 이득 및 빔폭을 결정하는 파라미터로서 개구면의 반경을 나타낸다. λ는 혼 안테나가 동작하는 중심주파수에서의 파장을 나타낸다.
수학식 1
Figure 112017078231306-pat00001
또한, 위상 보정부(300)는 전자기파가 방사되는 전자계면(E/H-plane)에서의 방사패턴을 조절하도록 형성된 개구면(Horn aperture)을 통하여, 상기 전자기파의 위상 또는 빔 폭을 보정한다. 본 실시예에서 방사패턴을 조절하도록 형성된 위상 보정부(300)의 개구면(310)은 상기 방사되는 방사패턴의 전자계면(E/H-plane)에서 수직 및 수평방향의 폭이 서로 대칭되도록 하는 것이 바람직하다. 위상 보정부(300)의 길이는 급전되는 전자기파의 모드와 발생되는 전자기파의 위상이 동위상이 되도록 결정된것이 바람직하다. 본 실시예에서 위상 보정부(300)의 길이 l은 수학식 2를 통해 결정된다. l은 위상 보정부의 길이를 나타내며 βte 와 βtm은 각각 TE11 모드와 TM11 모드의 Beat wavelength를 나타낸다.
수학식 2
Figure 112017078231306-pat00002
또한, 본 실시예에서 방사패턴을 조절하기 위해 형성된 개구면(310)은 위상 보정부(300)의 말단부분을 의미하는 것으로서, 상술한 바와 같이 방사되는 방사패턴의 전자계면(E/H-plane)에서 수직 및 수평 방향의 폭이 서로 대칭되도록 하는 것이다.
상기와 같이 구성된 혼 안테나는 혼 안테나에만 적용될 수 있는 것으로 혼-리플렉터 안테나에는 적용할 수 없는 것이다. 또한, 상기와 같이 구성된 종래의 개구면 변형 다중 모드 혼 안테나는 개구면 모서리 끝부분에서 전파의 회절 현상(diffraction) 현상 때문에 부엽 레벨 특성이 좋지 아니한 문제점이 있는 것이다. 따라서 본 발명의 목적은 안테나의 개구면에서 부엽 레벨 특성을 크게 향상시킨 혼-리플렉터 안테나를 제공하기 위한 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 레이더 센서에 적용하여 높은 지향성을 구현하고 펜스형 레이더의 오보율을 줄이도록 하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나는 패치 안테나에 의한 마이크로스트립 도파관 전이 급전부와 상기 마이크로스트립 도파관 전이 급전부에 체결되는 혼 안테나부와 상기 혼안테나부에 체결되는 리플렉터부와 상기 리플렉터부에 체결되는 메타물질 개구면부로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나는 기존 안테나와 대비하여 부엽 레벨이 획기적으로 향상되어 레이더 센서의 오보 가능성을 크게 저감시킬 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 효과는 기존의 부엽 저감 기술에 비하여 평면형(Printed)으로 설계된 메타 물질 개구면을 사용하므로 소형이면서 대량 생산이 가능하여 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 효과는 협소한 감지폭을 요구하는 소형 레이더 센서에 매우 적합하여 다양한 형태의 펜스형 레이더 센서에 널리 사용할 수 있는 효과가 있는 것이다.
도 1은 종래의 개구면 변형 다중 모드 혼 안테나 구성도,
도 2는 본 발명 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나 사시 구성도,
도 3은 본 발명 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나 분해 구성도,
도 4는 본 발명에 적용되는 마이크로스트립 도파관 전이 급전부 분해도,
도 5는 본 발명에 적용되는 마이크로스트립 도파관 전이 급전부 사시도,
도 6은 본 발명 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나 단면 구성도
도 7은 본 발명에 적용되는 혼 안테나 급전부와 혼안테나 개구면 구성도,
도 8은 본 발명에 적용되는 리플렉터부 구성도,
도 9는 본 발명 리플렉터 방사 개구면 상에서의 위상 시뮬레이션 상태도,
도 10은 본 발명에 적용되는 메타물질 개구면부의 메타 물질 구성도,
도 11은 본 발명에 적용되는 메타물질 구조도와 대역 저지(Band Stop) 특성도,
도 12는 본 발명의 메타물질 개구면이 있는 구조와 메타물질 개구면이 없는 구조의 전파 회절 현상도,
도 13은 본 발명 메타물질 기반 혼-리플렉터 안테나의 방사 패턴 특성도,
도 14는 본 발명 메타물질 기반 혼-리플렉터 안테나의 정합 특성을 나타내는 주파수별 S파라미터 값이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나를 도 2 내지 도 14를 기초로 하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나 사시 구성도이다. 상기도 2에서 본 발명 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나는 패치 안테나에 의한 마이크로스트립 도파관 전이 급전부(100)와, 상기 마이크로스트립 도파관 전기 급전부에 체결되는 혼 안테나부(200)와, 상기 혼안테나부에 체결되는 리플렉터부(300)와, 상기 리플렉터부에 체결되는 메타물질 개구면부(400)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
도 3은 본 발명 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나 분해 구성도이다. 상기도 3에서 본 발명 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나는 안테나에 전원을 공급하는 마이크로스트립 도파관 전이 급전부(100)와, 상기 마이크로스트립 도파관 전이 급전부에 체결되며 일정 구간에서는 폭이 일정한 사각기둥 형상이며 일정 구간 끝단에 이어지는 것으로 하부보다 상부가 점점 벌어지는 내부가 중공인 사각기둥 형상으로 구성된 혼 안테나부(200)와, 혼 안테나부에 체결되는 것으로 내부가 중공이고 혼 안테나부와 메타물질 개구면 부에 접하는 부분이 트여있는 삼각기둥 형상의 리플렉터부(300)와, 상기 리플렉터부에 체결되는 것으로 전파 진행 방향을 기준으로 상면과 하면에 메타물질이 배열된 것으로 사각 형상의 메타물질 개구면 부(400)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 마이크로스트립 도파관 전이 급전부 분해도 이다. 상기도 4에서 본 발명에 적용되는 마이크로스트립 도파관 전이 급전부(100)는 마이크로스트립 형태의 전송 모드를 도파관 전송 모드로 변환하여 급전하는 역할을 하는 것으로 패치 안테나 급전부(101)와, 상기 패치 안테나 급전부에 체결되는 평면 형상의 패치 안테나 접지부(102)와, 상기 패치 안테나 접지부 상면에 체결되는 것으로 바이어(Via) 홀이 다수 구성된 유전체 기판(103)과, 상기 바이어 홀(104)에 체결되는 것으로 패치 안테나 접지부(102)와 접지부(106)을 연결하는 바이어(105)와, 상기 유전체 기판의 상면에서 상기 바이어들 외측으로 체결되고 내부에 사각 형상의 중공이 형성된 접지부(106)와, 상기 접지부의 사각 형상의 중공부에 체결되는 패치 안테나(107)로 구성된 것임을 나타내고 있는 것이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 마이크로스트립 도파관 전이 급전부 사시도 이다. 상기도 5에서 마이크로스트립 도파관 전이 급전부는 혼-리플렉터 안테나의 급전부로 동작하는 것으로 패치 안테나 급전부(101)는 신호선이 구성되는 것이고, 패치 안테나 접지부(102)는 패치 안테나(107)의 접지면으로 동작하는 부분으로써 패치 안테나를 감싸는 접지부(106)와 바이어(Via)를 통하여 연결되는 것이다. 또한, 상기 유전체 기판(103)은 바이어 홀(104)이 뚫려있는 유전체 기판으로서 두께가 0.508mm, 비유전율이 3.66인 유전체이다. 또한, 상기 바이어 홀(104)은 패치 안테나 접지부(102)와 접지부(106)의 연결을 위한 유전체 기판에 형성된 것이고, 바이어(105)는 금속 바이어로서 지름이 0.2mm 인 것이다. 또한, 상기 접지부(106)는 패치 안테나(107)를 감싸고 있는 접지부이고, 패치 안테나(107)는 2.88mm x 4.09mm 평면형 안테나인 것이다.
도 6은 본 발명 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나 단면 구성도이다. 상기도 6에서 (a)는 Y-Z 방향에서 본 측면도이고 (b)는 X-Z 방향에서 본 측면도로서 본 발명 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나는 마이크로스트립-도파관 전이 급전부(100)와, 혼 안테나부(200)와 리플렉터부(300) 및 메타물질 개구면부(400)로 구성된 것임을 나타내는 것이고, 도파관의 입력단에서 패치 안테나(107)에 의향 방사되는 전파는 혼 안테나(200) 개구 혼으로 전파하며 최종적으로 리플렉터부(300)의 내부 경사면에서 90도 방사각으로 꺽여서 매타물질 개구면부(400)로 진행하는 것임을 나타내고 있는 것이다. 또한, 상기 혼 안테나부(200)의 크기는 폭이 동일한 사각기둥 형상은 길이가 15.5mm 이고, 하부보다 상부가 점점 벌어지는 내부가 중공인 사각기둥 형상은 길이가 104.55mm인 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 상기 혼 안테나는 이득 19.5 dBi를 갖고 18°의 -3dB 빔폭을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 혼 안테나 급전부와 혼안테나 개구면 구성도이다. 상기도 7에서 (a)는 혼 안테나 급전부이고, (b)는 혼 안테나 개구면을 나타내는 것으로 본 발명에 적용되는 혼 안테나(200)는 24GHz ISM(Industrial Scientific and Medical) 대역에서 동작하는 안테나이고, 혼 안테나 급전부는 길이가 15.5mm이고, 입력단 개구면은 가로가 10.7mm, 세로가 4.3mm인 것을 특징으로 하는 것이고, 혼 안테나 출력단 개구면의 크기는 가로가 56mm, 세로가 33.4mm인 것을 특징으로 하는 것임을 나타내고 있는 것이다.
도 8은 본 발명에 적용되는 리플렉터부 구성도이다. 도 8에서 본 발명에 적용되는 리플렉터부(300)는 혼 안테나로부터 입사된 전파가 리플렉터에 의하여 반사되어 메타물질 기반 개구면부(400)의 입력단에 동일 위상(In Phase)으로 도달하기 위한 최적의 리플렉터 곡면에 대한 함수는 아래 식 (1)과 같이 나타낼 수 있는 것이다.
Figure 112017078231306-pat00003
식(1)
도 9는 본 발명 리플렉터 방사 개구면 상에서의 위상 시뮬레이션 상태도이다. 상기도 9에서 본 발명 리플렉터 방사 개구면 상에서의 위상 시뮬레이션은 리플렉터 개구면을 지난 전파는 메타물질 기반의 개구면부(400)를 지나게 되는데 이때 개구면 안쪽에 유기되어 흐르는 전류는 높은 표면 임피던스를 갖는 메타물질에 의해 그 크기가 크게 억제되는 것이고, 따라서 최종적으로 방사되는 개구면의 모서리 부분에서의 전파 회절(diffraction)에 의한 부엽의 크기를 획기적으로 저감시킬 수 있음을 보여주고 있는 것이다.
도 10은 본 발명에 적용되는 메타물질 개구면부의 메타 물질 구성도이다. 상기도 10에서 본 발명에 적용되는 메타물질 개구면은 사각 형상의 메타물질 개구면 부의 상부면과 하부면의 2면에 구성되고, 각 매타물질 개구면은 24GHz 대역에서 대역 저지(Band Stop) 성능을 갖는 메타물질들이 행렬 형태로 배열되어 있는 것이고 상기 메타 물질의 배열 면적은 가로 46mm, 세로 19.9mm 인 것을 특징으로 하는 것이다.
도 11은 본 발명에 적용되는 메타물질 구조도와 대역 저지(Band Stop) 특성도이다. 상기도 11에서 본 발명에 적용되는 메타물질의 구조는 상부와 하부에 포트(port)가 구성되고 포트 사이에 2개의 사각 띠가 내외측으로 구성되며 각각의 사각 띠는 일측에 절개부가 구성되고 상기 절개부의 위치는 외측 사각 띠와 내측 사각 띠의 반대 방향에 위치하는 것이고, 상기 메타물질의 대역 저지(Band Stop) 특성은 24GHz 대역에서 뛰어난 것임을 나타내고 있는 것이고, 상기 메타물질 개구면부를 리플렉터부의 개구면에 삽입함으로써 에코 평면상의 부엽 레벨을 획기적으로 저감하도록 한 것이다.
도 12는 본 발명의 메타물질 개구면이 있는 구조와 메타물질 개구면이 없는 구조의 전파 회절 현상도 이다. 상기도 12에서 (a)는 혼-리플렉터 안테나에서 메타물질 개구면부가 없는 경우이고, (b)는 메타물질 개구면부가 있는 경우의 회절되는 전자파의 세기를 나타내고 있는 것이다. 상기도 12에서 혼-리플렉터 안테나의 개구면에 도달하는 표면전류의 억제 효과에 따라 회절되는 전파의 세기가 크게 저감되는 것이고, 따라서 부엽 특성을 크게 감소시킬 수 있는 것임을 보여주고 있는 것이다.
도 13은 본 발명 메타물질 기반 혼-리플렉터 안테나의 방사 패턴 특성도이다. 상기도 13에서 (a)는 본 발명 혼-리플렉터 안테나의 2차원 방사 패턴을 나타내고, (b)는 본 발명 혼-리플렉터 안테나의 3차원 방사 패턴을 나타내고 있는 것으로 파란색 실선은 메타물질 개구면을 사용하지 아니한 경우이고, 빨간색 실선은 메타물질 개구면을 사용한 경우의 방사 패턴으로서 전체 각도(Y-Z축 θ)에서의 부엽의 크기가 크게 저감되는 것을 알 수 있는 것이다. 상기도 13에서 혼-리플렉터 안테나의 부엽 레벨이 가장 큰 경우는 θ=56°에서 -16.42dB이며 이때 메타물질 개구면을 사용하지 않은 경우의 부엽의 크기는 -11.51dB이다. 따라서 -4.91dB의 부엽이 저감(67.72%)되었음을 알 수 있는 것이다. 이 외의 기타 각도(θ)에서의 부엽 크기의 저감은 아래 표 1과 같은 것이다.
Figure 112017078231306-pat00004
도 14는 본 발명 메타물질 기반 혼-리플렉터 안테나의 정합 특성을 나타내는 주파수별 S 파라미터 값이다. 상기도 14에서 본 발명 메타물질 기반 혼-리플렉터 안테나의 정합 특성을 나타내는 주파수별 S 파라미터(S11)는 24GHz 내지 24.5GHz에서 최소가 되는 것임을 나타내고 있는 것이다. 상기에서 S11은 입력단에서의 입사파와 반사파 사이의 반사 계수이다.
100 : 마이크로스트립 도파관 전이 급전부, 101 : 패치 안테나 급전부,
103 : 유전체 기판, 105 : 바이어,
106 : 접지부, 200 : 혼 안테나부,
300 : 리플렉터부, 400 : 메타물질 개구면부

Claims (14)

  1. 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나에 있어서,
    상기 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나는,
    마이크로스트립 형태의 전송 모드를 도파관 전송 모드로 변환하여 급전하는 역할을 하는 것으로 패치 안테나 급전부(101)와 상기 패치 안테나 급전부에 체결되는 평면 형상의 패치 안테나 접지부(102)와 상기 패치 안테나 접지부 상면에 체결되는 것으로 바이어(Via) 홀이 다수 구성된 유전체 기판(103)과 상기 바이어 홀(104)에 체결되는 것으로 패치 안테나 접지부(102)와 접지부(106)을 연결하는 바이어(105)와 상기 유전체 기판의 상면에서 상기 바이어들 외측으로 체결되고 내부에 사각 형상의 중공이 형성된 접지부(106) 및 상기 접지부의 사각 형상의 중공부에 체결되는 패치 안테나(107)로 구성된 마이크로스트립 도파관 전이 급전부(100)와;
    상기 마이크로스트립 도파관 전이 급전부에 체결되는 혼 안테나부(200)와;
    상기 혼안테나부에 체결되는 리플렉터부(300);
    및 상기 리플렉터부에 체결되는 메타물질 개구면부(400)로 구성된 것을 특징으로 하는 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 혼 안테나부(200)는,
    일정 구간에서는 폭이 일정한 사각기둥 형상이며 일정 구간 끝단에 이어지는 것으로 하부보다 상부가 점점 벌어지는 내부가 중공인 사각기둥 형상인 것을 특징으로 하는 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나.
  4. 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나에 있어서,
    상기 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나는,
    패치 안테나에 의한 마이크로스트립 도파관 전이 급전부(100)와;
    상기 마이크로스트립 도파관 전이 급전부에 체결되는 혼 안테나부(200)와;
    상기 혼안테나부에 체결되는 것으로 내부가 중공이고 혼 안테나부와 메타물질 개구면 부에 접하는 부분이 트여있는 삼각기둥 형상인 리플렉터부(300);
    및 상기 리플렉터부에 체결되는 메타물질 개구면부(400)로 구성된 것을 특징으로 하는 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 메타물질 개구면부(400)는,
    전파 진행 방향을 기준으로 상면과 하면에 메타물질이 배열된 것을 특징으로 하는 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 혼 안테나부는,
    이득 19.5 dBi를 갖고 18°의 -3dB 빔폭을 갖는 것을 특징으로 하는 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 리플렉터부의 최적의 리플렉터 곡면에 대한 함수는,
    Figure 112018045504090-pat00005

    으로 표현되는 것을 특징으로 하는 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나.
    여기서, X, Y, Z는 3차원 방향의 리플렉터부의 각각의 길이이고 f는 입사되는 전파의 주파수임.
  8. 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나에 있어서,
    상기 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나는,
    마이크로스트립 형태의 전송 모드를 도파관 전송 모드로 변환하여 급전하는 역할을 하는 것으로 패치 안테나 급전부(101)와 상기 패치 안테나 급전부에 체결되는 평면 형상의 패치 안테나 접지부(102)와 상기 패치 안테나 접지부 상면에 체결되는 것으로 바이어(Via) 홀이 다수 구성된 유전체 기판(103)과 상기 바이어 홀(104)에 체결되는 것으로 패치 안테나 접지부(102)와 접지부(106)을 연결하는 바이어(105)와 상기 유전체 기판의 상면에서 상기 바이어들 외측으로 체결되고 내부에 사각 형상의 중공이 형성된 접지부(106) 및 상기 접지부의 사각 형상의 중공부에 체결되는 패치 안테나(107)로 구성된 마이크로스트립 도파관 전이 급전부(100)와;
    상기 마이크로스트립 도파관 전이 급전부에 체결되는 것으로 이득 19.5 dBi를 갖고 18°의 -3dB 빔폭을 갖는 혼 안테나부(200)와;
    상기 혼안테나부에 체결되는 것으로 내부가 중공이고 혼 안테나부와 메타물질 개구면 부에 접하는 부분이 트여있는 삼각기둥 형상인 리플렉터부(300);
    및 상기 리플렉터부에 체결되는 것으로 전파 진행 방향을 기준으로 상면과 하면에 메타물질이 배열된 메타물질 개구면부(400)로 구성된 것을 특징으로 하는 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나.
  9. 제8항에 있어서
    상기 유전체 기판(103)은,
    두께가 0.508mm, 비유전율이 3.66인 것을 특징으로 하는 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 바이어(105)는,
    금속 바이어로서 지름이 0.2mm 인 것을 특징으로 하는 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 패치 안테나(107)는,
    2.88mm x 4.09mm 평면형 안테나인 것을 특징으로 하는 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 혼 안테나부(200)는,
    폭이 동일한 사각기둥 형상은 길이가 15.5mm 이고, 하부보다 상부가 점점 벌어지는 내부가 중공인 사각기둥 형상은 길이가 104.55mm이고, 입력단 개구면은 가로가 10.7mm, 세로가 4.3mm이고, 출력단 개구면의 크기는 가로가 56mm, 세로가 33.4mm인 것을 특징으로 하는 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 메타물질 개구면부(400)는,
    상부면과 하부면의 2면에 메타물질이 구성되고, 24GHz 대역에서 대역 저지(Band Stop) 성능을 갖으며 행렬 형태로 배열되어 있는 것이고, 상기 메타 물질의 배열 면적은 가로 46mm, 세로 19.9mm인 것을 특징으로 하는 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 메타물질의 구조는,
    상부와 하부에 포트(port)가 구성되고 포트 사이에 2개의 사각 띠가 내외측으로 구성되며 각각의 사각 띠는 일측에 절개부가 구성되고 상기 절개부의 위치는 외측 사각 띠와 내측 사각 띠의 반대 방향에 위치하는 것을 특징으로 하는 낮은 부엽특성을 갖는 메타물질 기반의 혼-리플렉터 안테나.








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