KR102020489B1 - 안테나 장치 - Google Patents

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경상대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 제1 기판의 일면에 미앤더 패턴으로 형성되고 신호가 급전되어 전파를 송수신하는 제1 방사부와, 제1 기판과 미리 정해진 간격으로 이격된 제2 기판의 일면에 미앤더 패턴으로 형성되어 전파를 반사시키는 제1 반사부를 포함하는 제1 안테나를 포함할 수 있다. 본 발명에 의하면, 기판에 미앤더 패턴으로 안테나 소자를 형성하여 소형화 및 경량화가 가능하면서도 고이득 및 고지향성을 가질 수 있다.

Description

안테나 장치{Antenna Apparatus}
본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 기판에 미앤더(Meander) 패턴으로 안테나 소자를 형성할 수 있는 안테나 장치에 관한 것이다.
오늘날 방송용 또는 통신용 안테나 장치로 다이폴(dipole) 안테나, 폴(pole) 안테나, 루프(loop) 안테나, 파라볼라(parabola) 안테나 또는 야기(yagi) 안테나 등이 사용되고 있다.
이러한 방송용 또는 통신용 안테나 장치 중에서 가장 보편적으로 이용되고 있는 안테나는 오늘날 TV 안테나로 널리 사용되고 있는 것으로서, 일본의 야기 교수가 그의 제자와 함께 처음 개발하고 후에 우다 교수가 발전시킨 야기 안테나이다. 야기 안테나는 주로 초단파대의 송수신 및 TV 수신 등에 널리 이용되며, 안테나의 구성 소자가 모두 하나의 평면 위에 위치하도록 배치될 수 있다. 그리고, 야기 안테나는 무선 신호가 공급된 방사기에 의하여 발생하는 자계로 인해 인접 소자인 반사기나 도파기에도 전파가 유도되는 원리를 이용하여 고이득과 고지향성을 가질 수 있다.
하지만, 종래의 야기 안테나는 각 야기 안테나 소자 간에 이격 거리가 존재하기 때문에 물리적인 크기가 커지는 문제점이 있었다.
이에 따라, 야기 안테나의 설치 시 공간적 및 구조적 제약이 발생되는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-0355090호 (등록일 2002. 09. 19.)
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 기판에 미앤더(Meander) 패턴으로 안테나 소자를 형성하여 소형화 및 경량화가 가능하면서도 고이득 및 고지향성을 가질 수 있는 안테나 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 명시적으로 언급된 목적 이외에도, 후술하는 본 발명의 구성으로부터 달성될 수 있는 다른 목적도 포함한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치는 제1 기판의 일면에 미앤더 패턴으로 형성되고 신호가 급전되어 전파를 송수신하는 제1 방사부와, 상기 제1 기판과 미리 정해진 간격으로 이격된 제2 기판의 일면에 미앤더 패턴으로 형성되어 상기 전파를 반사시키는 제1 반사부를 포함하는 제1 안테나를 포함한다.
상기 제1 기판의 타면에 미앤더 패턴으로 형성되고 상기 신호가 급전되어 상기 전파를 송수신하는 제2 방사부와, 상기 제2 기판의 타면에 미앤더 패턴으로 형성되어 상기 전파를 반사시키는 제2 반사부를 포함하는 제2 안테나를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 방사부의 미앤더 패턴은 상기 제1 반사부의 미앤더 패턴과 대향하도록 상기 제1 반사부의 미앤더 패턴과 동일한 각도로 회전된 상태로 배치될 수 있다.
상기 제2 방사부의 미앤더 패턴은 상기 제2 반사부의 미앤더 패턴과 대향하도록 상기 제2 반사부의 미앤더 패턴과 동일한 각도로 회전된 상태로 배치될 수 있다.
상기 제2 방사부의 미앤더 패턴과 상기 제2 반사부의 미앤더 패턴은 상기 제1 방사부의 미앤더 패턴과 상기 제1 반사부의 미앤더 패턴이 배치된 각도에서 미리 정해진 회전각만큼 회전된 상태로 배치될 수 있다.
상기 제1 방사부의 미앤더 패턴은 상기 제1 기판의 중심에서 외측 방향으로 굴곡지게 형성되고, 상기 제1 반사부의 미앤더 패턴은 상기 제2 기판의 중심에서 외측 방향으로 굴곡지게 형성될 수 있다.
상기 제1 방사부의 미앤더 패턴은 상기 제1 기판의 중심에서 외측 방향으로 갈수록 원주 방향 길이가 길어지고, 상기 제1 반사부의 미앤더 패턴은 상기 제2 기판의 중심에서 외측 방향으로 갈수록 원주 방향 길이가 길어질 수 있다.
상기 제1 방사부의 미앤더 패턴은 상기 제1 기판의 중심을 기준으로 좌우 대칭되게 배치되고, 상기 제1 반사부의 미앤더 패턴은 상기 제2 기판의 중심을 기준으로 좌우 대칭되게 배치될 수 있다.
상기 제1 안테나는 상기 제1 기판을 중심으로 상기 제2 기판과 대향하는 방향에 이격 형성되는 제3 기판의 일면에 미앤더 패턴으로 형성되어 상기 전파를 유도하는 제1 도파부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 안테나는 상기 제1 기판을 중심으로 상기 제2 기판과 대향하는 방향에 이격 형성된 상기 제3 기판의 타면에 미앤더 패턴으로 형성되어 상기 전파를 유도하는 제2 도파부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 방사부의 미앤더 패턴의 총 길이는 상기 제1 반사부의 미앤더 패턴의 총 길이보다 짧고, 상기 제1 도파부의 미앤더 패턴의 총 길이보다 길 수 있다.
상기 제2 방사부의 미앤더 패턴의 총 길이는 상기 제2 반사부의 미앤더 패턴의 총 길이보다 짧고, 상기 제2 도파부의 미앤더 패턴의 총 길이보다 길 수 있다.
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나의 임피던스 매칭을 위해 각각 배치되는 제1 임피던스 매칭부 및 제2 임피던스 매칭부를 더 포함할 수 있다.
상기 신호를 생성하는 급전부 상기 생성된 신호의 전력을 분배하는 전력 분배부, 그리고 상기 분배된 신호의 위상을 지연시키고, 상기 위상이 지연된 신호를 상기 제1 방사부 및 상기 제2 방사부로 각각 공급하는 제1 위상 지연부 및 제2 위상 지연부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 위상 지연부 및 상기 제2 위상 지연부는 상기 분배된 신호의 위상을 서로 다른 각도로 지연시킬 수 있다.
상기 신호를 생성하는 급전부, 그리고 상기 제1 방사부 및 상기 제2 방사부가 상기 생성된 신호를 선택적으로 인가받도록 스위칭시키는 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치에 따르면, 기판에 미앤더 패턴으로 안테나 소자를 형성하여 안테나 장치를 구현함에 따라 소형화 및 경량화가 가능하면서도 고이득 및 고지향성을 가질 수 있는 장점이 있다.
그리고 안테나 장치의 설치 시 공간적 제약을 해소하며, 대량 생산에 따른 원가 절감과 균일한 특성을 얻을 수 있는 효과를 가진다.
게다가 무선 시스템 환경에 따른 다중 편파 구현을 위해 야기 안테나를 수직으로 배치할 경우 이중 편파(수직, 수평) 야기 안테나를 구현할 수 있고, 위상 지연을 갖는 급전 회로를 설치할 경우 원형 편파 야기 안테나를 구현하는데 용이한 장점이 있다.
이에 따라, 사물 인터넷(IoT)의 센서, 이동형 기기 또는 휴대용 기기 등에 장착 가능하며, 무선 인식을 위한 물류 관리 및 스마트 공장 등의 폭넓은 분야에 활용 가능한 장점이 있다.
한편, 본 발명의 효과는 상술된 것에 국한되지 않고 후술하는 본 발명의 구성으로부터 도출될 수 있는 다른 효과도 본 발명의 효과에 포함된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 안테나 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 안테나 장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 안테나 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 안테나 장치의 구성도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 장치를 개략적으로 보여주는 도면을 나타낸다.
도 1에 도시한 바와 같이, 안테나 장치(1)는 제1 안테나(100)를 포함하여 구성된다.
제1 안테나(100)는 제1 기판(30)의 일면에 미앤더 패턴으로 형성되고 신호가 급전되어 전파를 송수신하는 제1 방사부(120) 및 제2 기판(50)의 일면에 미앤더 패턴으로 형성되어 전파를 반사시키는 제1 반사부(140)를 포함할 수 있다.
제1 기판(30) 및 제2 기판(50)은 FR4 기판 등으로 이루어질 수 있으며, 제1 기판(30)은 제2 기판(50)과 미리 정해진 간격으로 이격되어 설치될 수 있다.
제1 방사부(120)는 미앤더 형상의 도체 패턴으로 이루어질 수 있으며, 예컨대, 제1 기판(30)의 상면에 배치될 수 있다. 제1 방사부(120)는 신호가 급전되면 일정한 주파수를 갖는 전파를 수신하고, 일정한 주파수를 갖는 전파를 방사할 수 있다.
제1 반사부(140)는 미앤더 형상의 도체 패턴으로 이루어질 수 있으며, 제1 방사부(120)에서 방사된 전파를 반사시킬 수 있다. 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴의 총 길이는 작동 주파수에 영향을 미칠 수 있다.
제1 반사부(140)의 미앤더 패턴의 총 길이가 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴의 총 길이보다 길게 형성될 경우 고지향성의 야기 안테나로 동작할 수 있다. 그리고 제1 방사부(120)와 제1 반사부(140)의 이격 거리가 가까워지면, 상호 인덕턴스 값에 의하여 제1 방사부(120)의 길이에 의한 공진(f0)와 제1 반사부(140)의 길이에 의한 공진(f1)이 각각 발생하게 되기 때문에 멀티 공진으로 인한 광대역 및 멀티밴드 특징을 갖는 멀티밴드 안테나로 동작할 수 있게 된다.
이와 같이, 제1 방사부(120)와 제1 반사부(140)의 길이에 따라 야기 안테나로 동작하는 구성 및 제1 방사부(120)와 제1 반사부(140)의 이격 거리에 따라 멀티밴드 안테나로 동작하는 구성에 대해서는 하기의 도 2 내지 도 6의 안테나 장치에서도 동일하게 적용될 수 있다.
제1 방사부(120)의 미앤더 패턴은 제1 반사부(140)의 미앤더 패턴과 대향하도록 제1 반사부(140)의 미앤더 패턴과 동일한 각도로 회전된 상태로 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴이 제1 기판(30) 상에서 소정의 축(S1)을 중심으로 90°만큼 회전된 상태로 배치되면, 제1 반사부(140)의 미앤더 패턴은 제2 기판(50) 상에서 소정의 축(S2)을 중심으로 90°만큼 회전된 상태로 배치될 수 있다.
제1 방사부(120)의 미앤더 패턴은 제1 기판(30)의 중심(P1)에서 외측 방향으로 굴곡지게 형성되고, 제1 반사부(140)의 미앤더 패턴은 제2 기판(50)의 중심(P2)에서 외측 방향으로 굴곡지게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴은 제1 기판(30)의 중심(P1)에서 외측 방향을 향하면서 절곡된 형태가 반복될 수 있으며, 제1 반사부(140)의 미앤더 패턴은 제2 기판(50)의 중심(P2)에서 외측 방향을 향하면서 절곡된 형태가 반복될 수 있다.
그리고 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴은 제1 기판(30)의 중심(P1)에서 외측 방향으로 갈수록 원주 방향 길이(d1)가 길어지고, 제1 반사부(140)의 미앤더 패턴은 제2 기판(50)의 중심(P2)에서 외측 방향으로 갈수록 원주 방향 길이(d2)가 길어질 수 있다. 즉 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴 및 제1 반사부(140)의 미앤더 패턴은 부채꼴 형상으로 이루어질 수 있다. 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴에서 복수 개의 피치(pitch, w1)는 모두 동일하고, 제1 반사부(140)의 미앤더 패턴에서 복수 개의 피치(w2)는 모두 동일하게 이루어질 수 있다. 하지만, 안테나 장치(1)의 동작 조건 또는 상태 등에 따라 피치는 조정 가능하게 구성될 수 있다.
제1 방사부(120)의 미앤더 패턴은 제1 기판(30)의 중심(P1)을 기준으로 좌우 대칭되게 배치되고, 제1 반사부(140)의 미앤더 패턴은 제2 기판(50)의 중심(P2)을 기준으로 좌우 대칭되게 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴은 소정의 축(S1)을 중심으로 90°만큼 회전된 상태와 270°만큼 회전된 상태로 각각 배치될 수 있다.
이와 같이, 2개의 안테나 소자로 이루어진 제1 안테나의 경우에도 제1 반사부(140)로 인해 지향성이 나타나게 되므로 도파부는 제거하고 제1 방사부(120) 및 제1 반사부(140)만으로 미앤더 패턴을 형성하여 기판에 배치함으로써 기존의 안테나가 갖는 입체적인 구조에서 벗어나 평면 형태로 안테나 장치를 구현할 수 있으며, 제1 안테나의 전기적인 길이는 유지한 채 물리적인 크기는 줄일 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나 장치를 개략적으로 보여주는 도면을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 안테나 장치(1)는 제1 안테나(100) 및 제2 안테나(200)를 포함하여 구성된다. 도 1과 동일한 구성요소에 대해서는 도 1에서 인용한 부호를 부여하여 설명하며, 이전에 설명한 내용과 동일한 내용은 자세한 설명을 생략하기로 한다.
제1 안테나(100)는 제1 기판(30)의 일면에 미앤더 패턴으로 형성되고 신호가 급전되어 전파를 송수신하는 제1 방사부(120) 및 제1 기판(30)과 미리 정해진 간격으로 이격된 제2 기판(50)의 일면에 미앤더 패턴으로 형성되어 전파를 반사시키는 제1 반사부(140)를 포함할 수 있다.
제2 안테나(200)는 제1 기판(30)의 타면에 미앤더 패턴으로 형성되고 신호가 급전되어 전파를 송수신하는 제2 방사부(220) 및 제2 기판(50)의 타면에 미앤더 패턴으로 형성되어 전파를 반사시키는 제2 반사부(240)를 포함할 수 있다.
제2 방사부(220)는 미앤더 형상의 도체 패턴으로 이루어질 수 있으며, 예컨대, 제1 기판(30)의 하면에 배치될 수 있다. 제2 방사부(220)는 신호가 급전되면 일정한 주파수를 갖는 전파를 수신하고, 일정한 주파수를 갖는 전파를 방사할 수 있다.
제2 반사부(240)는 미앤더 형상의 도체 패턴으로 이루어질 수 있으며, 제2 방사부(220)에서 방사된 전파를 반사시킬 수 있다. 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴의 총 길이는 작동 주파수에 영향을 미칠 수 있고, 제2 반사부(240)의 미앤더 패턴의 총 길이는 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴의 총 길이보다 길게 형성되어 야기 안테나의 반사기 역할을 수행할 수 있다.
제2 방사부(220)의 미앤더 패턴은 제2 반사부(140)의 미앤더 패턴과 대향하도록 제2 반사부(240)의 미앤더 패턴과 동일한 각도로 회전된 상태로 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴이 제1 기판(30)의 하면에서 소정의 축(S1)을 중심으로 360°(0°) 만큼 회전된 상태로 배치되면, 제2 반사부(240)의 미앤더 패턴은 제2 기판(50)의 하면에서 소정의 축(S2)을 중심으로 360°(0°) 만큼 회전된 상태로 배치될 수 있다.
제2 방사부(220)의 미앤더 패턴과 제2 반사부(240)의 미앤더 패턴은 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴과 제1 반사부(140)의 미앤더 패턴이 배치된 각도에서 미리 정해진 회전각만큼 회전된 상태로 배치될 수 있다. 즉 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴이 소정의 축(S1)을 중심으로 회전된 각도는 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴이 소정의 축(S1)을 중심으로 회전된 각도와 다르게 배치될 수 있고, 제2 반사부(240)의 미앤더 패턴이 소정의 축(S2)을 중심으로 회전된 각도는 제1 반사부(140)의 미앤더 패턴이 소정의 축(S2)을 중심으로 회전된 각도와 다르게 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴과 제2 반사부(240)의 미앤더 패턴은 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴과 제1 반사부(140)의 미앤더 패턴이 배치된 각도에서 90° 만큼 회전된 상태로 배치될 수 있다.
이와 같이, 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴은 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴과 겹치지 않게 배치될 수 있고, 제2 반사부(240)의 미앤더 패턴은 제1 반사부(140)의 미앤더 패턴과 겹치지 않게 배치될 수 있다.
제2 방사부(220)의 미앤더 패턴은 제1 기판(30)의 중심(P1)에서 외측 방향으로 굴곡지게 형성되고, 제2 반사부(240)의 미앤더 패턴은 제2 기판(50)의 중심(P2)에서 외측 방향으로 굴곡지게 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴은 제1 기판(30)의 중심(P1)에서 외측 방향을 향하면서 절곡된 형태가 반복될 수 있으며, 제2 반사부(240)의 미앤더 패턴은 제2 기판(50)의 중심(P2)에서 외측 방향을 향하면서 절곡된 형태가 반복될 수 있다.
그리고 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴은 제1 기판(30)의 중심(P1)에서 외측 방향으로 갈수록 원주 방향 길이(d3)가 길어지고, 제2 반사부(240)의 미앤더 패턴은 제2 기판(50)의 중심(P2)에서 외측 방향으로 갈수록 원주 방향 길이(d4)가 길어질 수 있다. 즉 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴 및 제2 반사부(240)의 미앤더 패턴은 부채꼴 형상으로 이루어질 수 있다. 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴에서 복수 개의 피치(pitch, w3)는 모두 동일하고, 제2 반사부(240)의 미앤더 패턴에서 복수 개의 피치(w4)는 모두 동일하게 이루어질 수 있으나, 안테나 장치(1)의 동작 조건 또는 상태 등에 따라 피치는 가변될 수 있다.
제2 방사부(220)의 미앤더 패턴은 제1 기판(30)의 중심(P1)을 기준으로 좌우 대칭되게 배치되고, 제2 반사부(240)의 미앤더 패턴은 제2 기판(50)의 중심(P2)을 기준으로 좌우 대칭되게 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴은 소정의 축(S1)을 중심으로 360°만큼 회전된 상태와 180°만큼 회전된 상태로 각각 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 안테나 장치를 개략적으로 보여주는 도면을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 안테나 장치(1)는 제1 안테나(100) 및 제2 안테나(200)를 포함하여 구성된다. 도 1 및 도 2와 동일한 구성요소에 대해서는 도 1 및 도 2에서 인용한 부호를 부여하여 설명하며, 이전에 설명한 내용과 동일한 내용은 자세한 설명을 생략하기로 한다.
제1 안테나(100)는 제1 방사부(120), 제1 반사부(140) 및 제1 도파부(160)를 포함할 수 있다.
제1 도파부(160)는 제1 기판(30)을 중심으로 제2 기판(50)과 대향하는 방향에 이격 형성되는 제3 기판(70)의 일면에 미앤더 패턴으로 형성되어 전파를 유도할 수 있다. 제1 도파부(160)는 미앤더 형상의 도체 패턴으로 이루어질 수 있으며, 제1 반사부(140)가 제1 방사부(120)의 일측에 배치될 경우 제1 방사부(120)의 타측에 배치되어 전파를 유도할 수 있다. 즉 제1 도파부(160)는 제1 방사부(120)를 중심으로 제1 반사부(140)와 반대 방향인 제3 기판(70)의 일면에 배치될 수 있으며, 전파의 방사 방향을 소정의 방향으로 지향시킬 수 있다. 그리고 제1 도파부(160)는 제1 방사부(120)로부터 방사된 전파를 더욱 크게 할 수 있으며, 제1 도파부(160)의 미앤더 패턴의 총 길이는 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴의 총 길이보다 짧게 형성되어 야기 안테나의 도파기 역할을 수행할 수 있다.
제1 도파부(160)의 미앤더 패턴은 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴과 대향하도록 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴과 동일한 각도로 회전된 상태로 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 방사부(120)의 미앤더 패턴이 제1 기판(30) 상에서 소정의 축(S1)을 중심으로 90°만큼 회전된 상태로 배치되면, 제1 도파부(160)의 미앤더 패턴은 제3 기판(70) 상에서 소정의 축(S3)을 중심으로 90°만큼 회전된 상태로 배치될 수 있다.
제1 도파부(160)의 미앤더 패턴은 제3 기판(70)의 중심(P3)에서 외측 방향으로 굴곡지게 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 도파부(160)의 미앤더 패턴은 제3 기판(70)의 중심(P3)에서 외측 방향을 향하면서 절곡된 형태가 반복될 수 있다.
그리고 제1 도파부(160)의 미앤더 패턴은 제3 기판(70)의 중심(P3)에서 외측 방향으로 갈수록 원주 방향 길이(d5)가 길어지는 부채꼴 형상으로 이루어질 수 있다. 제1 도파부(160)의 미앤더 패턴에서 복수 개의 피치(pitch, w5)는 모두 동일하게 이루어질 수 있으나, 안테나 장치(1)의 동작 조건 또는 상태 등에 따라 피치는 가변될 수 있다.
게다가 제1 도파부(160)의 미앤더 패턴은 제3 기판(70)의 중심(P3)을 기준으로 좌우 대칭되게 배치되는데, 예컨대, 제1 도파부(160)의 미앤더 패턴은 소정의 축(S3)을 중심으로 90° 만큼 회전된 상태와 270° 만큼 회전된 상태로 각각 배치될 수 있다.
제2 안테나(200)는 제2 방사부(220), 제2 반사부(240) 및 제2 도파부(260)를 포함할 수 있다.
제2 도파부(260)는 제1 기판(30)을 중심으로 제2 기판(50)과 대향하는 방향에 이격 형성되는 제3 기판(70)의 타면에 미앤더 패턴으로 형성되어 전파를 유도할 수 있다. 제2 도파부(260)는 미앤더 형상의 도체 패턴으로 이루어질 수 있으며, 제2 반사부(240)가 제2 방사부(220)의 일측에 배치될 경우 제2 방사부(220)의 타측에 배치되어 전파를 유도할 수 있다. 즉 제2 도파부(260)는 제2 방사부(220)를 중심으로 제2 반사부(240)와 반대 방향인 제3 기판(70)의 타면에 배치될 수 있으며, 전파의 방사 방향을 소정의 방향으로 지향시킬 수 있다. 그리고 제2 도파부(260)는 제2 방사부(220)로부터 방사된 전파를 더욱 크게 할 수 있으며, 제2 도파부(260)의 미앤더 패턴의 총 길이는 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴의 총 길이보다 짧게 형성되어 야기 안테나의 도파기 역할을 수행할 수 있다.
제2 도파부(260)의 미앤더 패턴은 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴과 대향하도록 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴과 동일한 각도로 회전된 상태로 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 방사부(220)의 미앤더 패턴이 제1 기판(30) 상에서 소정의 축(S1)을 중심으로 360°(0°) 만큼 회전된 상태로 배치되면, 제2 도파부(260)의 미앤더 패턴은 제3 기판(70) 상에서 소정의 축(S3)을 중심으로 360°(0°) 만큼 회전된 상태로 배치될 수 있다.
제2 도파부(260)의 미앤더 패턴은 제1 도파부(160)의 미앤더 패턴이 배치된 각도에서 미리 정해진 회전각만큼 회전된 상태로 배치될 수 있다. 즉 제2 도파부(260)의 미앤더 패턴이 소정의 축(S3)을 중심으로 회전된 각도는 제1 도파부(160)의 미앤더 패턴이 소정의 축(S1)을 중심으로 회전된 각도와 다르게 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 도파부(260)의 미앤더 패턴은 제1 도파부(160)의 미앤더 패턴이 배치된 각도에서 90° 만큼 회전된 상태로 배치될 수 있다.
제2 도파부(260)의 미앤더 패턴은 제3 기판(70)의 중심(P3)에서 외측 방향으로 굴곡지게 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 도파부(260)의 미앤더 패턴은 제3 기판(70)의 중심(P3)에서 외측 방향을 향하면서 절곡된 형태가 반복될 수 있다.
그리고 제2 도파부(260)의 미앤더 패턴은 제3 기판(70)의 중심(P3)에서 외측 방향으로 갈수록 원주 방향 길이(d6)가 길어지는 부채꼴 형상으로 이루어질 수 있다. 제2 도파부(260)의 미앤더 패턴에서 복수 개의 피치(pitch, w6)는 모두 동일하게 이루어질 수 있으나, 안테나 장치(1)의 동작 조건 또는 상태 등에 따라 피치는 가변될 수 있다.
게다가 제2 도파부(260)의 미앤더 패턴은 제3 기판(70)의 중심(P3)을 기준으로 좌우 대칭되게 배치되는데, 예컨대, 제2 도파부(260)의 미앤더 패턴은 소정의 축(S3)을 중심으로 360°(0°) 만큼 회전된 상태와 180° 만큼 회전된 상태로 각각 배치될 수 있다.
이와 같이, 2개의 안테나 소자에 도파부를 추가하게 되면 개선된 성능의 안테나 장치로 활용 가능하다. 그리고 도파부의 미앤더 패턴의 총 길이가 방사부의 미앤더 패턴의 총 길이보다 짧은 형태로 배치되면 도파기로서의 역할을 수행하기 때문에 더 높은 지향성을 가질 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 안테나 장치의 구성도를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 안테나 장치(1)는 제1 안테나(100), 제2 안테나(200), 급전부(310), 제1 임피던스 매칭부(320) 및 제2 임피던스 매칭부(340)를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 3과 동일한 구성요소에 대해서는 도 1 내지 도 3에서 인용한 부호를 부여하여 설명하며, 이전에 설명한 내용과 동일한 내용은 자세한 설명을 생략하기로 한다.
제1 임피던스 매칭부(320)는 제1 안테나(100)의 임피던스 매칭을 위해 배치되고, 제2 임피던스 매칭부(340)는 제2 안테나(200)의 임피던스 매칭을 위해 배치될 수 있다.
제1 임피던스 매칭부(320)는 신호를 생성하는 급전부(310) 및 제1 안테나(100)의 임피던스를 같게 하는 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 이를 위하여 제1 임피던스 매칭부(320)는 발룬 회로를 포함할 수 있다.
제2 임피던스 매칭부(340)는 급전부(310) 및 제2 안테나(200)의 임피던스를 같게 하는 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 이를 위하여 제2 임피던스 매칭부(340)는 발룬 회로를 포함할 수 있다.
이와 같이, 안테나 장치(1)는 다이폴 형태로 이루어지기 때문에 발룬 회로를 적용할 수 있으며, 방사부, 반사부 및 도파부가 동일면 상에서 배치되기 때문에 선형 편파가 생성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 안테나 장치의 구성도를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 안테나 장치(1)는 제1 안테나(100), 제2 안테나(200), 급전부(420), 전력 분배부(440), 제1 위상 지연부(460) 및 제2 위상 지연부(480)를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 3과 동일한 구성요소에 대해서는 도 1 내지 도 3에서 인용한 부호를 부여하여 설명하며, 이전에 설명한 내용과 동일한 내용은 자세한 설명을 생략하기로 한다.
급전부(420)는 신호를 생성하여 전력 분배부(440)에 제공할 수 있다.
전력 분배부(440)는 생성된 신호의 전력을 분배할 수 있다. 이때 전력 분배부(440)는 생성된 신호의 전력을 분배하여 제1 안테나(100) 및 제2 안테나(200)에 공급할 수 있다. 이때 전력 분배부(440)는 신호의 전력을 동일하게 분배하여 제1 안테나(100) 및 제2 안테나(200)에 공급할 수 있으며, 안테나 장치의 동작 조건이나 상태 등에 따라 신호의 전력을 적절하게 분배하여 제1 안테나(100) 및 제2 안테나(200)에 공급할 수 있다.
제1 위상 지연부(460)는 분배된 신호의 위상을 소정의 각도만큼 지연시키고, 위상이 지연된 신호를 제1 방사부(120)에 공급할 수 있다.
제2 위상 지연부(480)는 분배된 신호의 위상을 소정의 각도만큼 지연시키고, 위상이 지연된 신호를 제2 방사부(220)에 공급할 수 있다.
여기서 제1 위상 지연부(460) 및 제2 위상 지연부(480)는 분배된 신호의 위상을 서로 다른 각도로 지연시킬 수 있다. 예컨대, 제1 위상 지연부(460)는 분배된 신호의 위상을 0° 만큼 지연시키고, 제2 위상 지연부(480)는 분배된 신호의 위상을 90° 만큼 지연시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 안테나(100) 및 제2 안테나(200)를 배치하고, 제1 안테나(100) 및 제2 안테나(200)에 제1 위상 지연부(460) 및 제2 위상 지연부(480)를 연결한 후에 제1 안테나(100) 및 제2 안테나(200)에 90°의 위상 차를 가지는 신호를 공급할 경우 원형 편파 특성을 가질 수 있다. 여기서 원형 편파(Circle Polarization)는 방사된 전파 진행 방향에 대해 직각인 단면 내에서 주기적으로 회전하는 편파(전파 진행 방향에 대한 전기장의 극성 방향)로서, 크기가 같고 위상이 90° 다른 수평 편파와 수직 편파를 조합시키면 그 합성 전계 벡터가 원 형상을 그리기 때문에 원형 편파라고 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따라 제1 위상 지연부(460) 및 제1 방사부(120) 사이에 제1 임피던스 매칭부가 더 배치되고, 제2 위상 지연부(480) 및 제2 방사부(220) 사이에 제2 임피던스 매칭부가 더 배치되어 임피던스 매칭을 수행할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 안테나 장치의 구성도를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 안테나 장치(1)는 제1 안테나(100), 제2 안테나(200), 급전부(520) 및 스위칭부(540)를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 3과 동일한 구성요소에 대해서는 도 1 내지 도 3에서 인용한 부호를 부여하여 설명하며, 이전에 설명한 내용과 동일한 내용은 자세한 설명을 생략하기로 한다.
급전부(520)는 신호를 생성하여 스위칭부(540)에 제공할 수 있다.
스위칭부(540)는 급전부(520)에서 생성된 신호를 제1 방사부(120) 및 제2 방사부(220)가 선택적으로 인가받도록 스위칭시킬 수 있다. 스위칭부(540)는 제1 방사부(120) 및 제2 방사부(220)로 신호가 동시에 인가되도록 급전부(520)와 제1 방사부(120) 및 제2 방사부(220) 사이에 각각 배치된 복수의 스위칭 소자(미도시)를 모두 온 시킬 수 있다. 그리고 스위칭부(540)는 제1 방사부(120) 및 제2 방사부(220)로 신호가 순차적으로 인가되도록 해당되는 방사부에 대응하는 스위칭 소자(미도시)를 순차적으로 온 시킬 수 있다. 이때 스위칭부(540)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
이와 같이, 제1 안테나(100) 및 제2 안테나(200)를 배치하고, 제1 안테나(100) 및 제2 안테나(200)에 스위칭부(540)를 연결한 후, 스위칭부(540)의 스위칭 동작에 따라 서로 편파 격리된 수평 편파 및 수직 편파를 가질 수 있도록 하여 이중 편파를 생성할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치를 복수 개 나열하여 배열 안테나로서 활용할 수 있다.
예컨대, 제1 안테나 및 제2 안테나로 이루어진 안테나 장치가 복수 개로 이루어진 배열 안테나를 구현할 경우 급전부에서 생성된 신호를 전력 분배부를 통해 분배하여 분배된 신호의 전력을 동위상 또는 90°의 위상 차를 두어 복수의 안테나 장치로 각각 제공함으로써 각기 다른 편파 특성을 갖도록 하여 확장된 편파를 생성할 수 있다. 그리고 상황에 따라 스위칭부를 추가하여 수직 편파 및 수평 편파를 구분하여 이용 가능한 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 안테나 장치
100: 제1 안테나 120: 제1 방사부
140: 제1 반사부 160: 제1 도파부
200: 제2 안테나 220: 제2 방사부
240: 제2 반사부 260: 제2 도파부
310, 420, 520: 급전부
320: 제1 임피던스 매칭부 340: 제2 임피던스 매칭부
440: 전력 분배부 460: 제1 위상 지연부
480: 제2 위상 지연부 540: 스위칭부

Claims (16)

  1. 제1 기판의 일면에 미앤더 패턴으로 형성되고 신호가 급전되어 전파를 송수신하는 제1 방사부와, 상기 제1 기판과 미리 정해진 간격으로 이격된 제2 기판의 일면에 미앤더 패턴으로 형성되어 상기 전파를 반사시키는 제1 반사부를 포함하는 제1 안테나
    를 포함하고,
    상기 제1 방사부의 미앤더 패턴은, 상기 제1 기판의 중심에서 외측 방향으로 굴곡지게 형성되되, 상기 제1 기판의 중심에서 외측 방향으로 갈수록 원주 방향 길이가 길어져서 부채꼴 형상을 이루고,
    상기 제1 반사부의 미앤더 패턴은, 상기 제2 기판의 중심에서 외측 방향으로 굴곡지게 형성되되, 상기 제2 기판의 중심에서 외측 방향으로 갈수록 원주 방향 길이가 길어져서 부채꼴 형상을 이루며,
    상기 제1 방사부에 의한 제1 공진과 상기 제1 반사부에 의한 제2 공진의 이중 공진 특성을 가지는 안테나 장치.
  2. 제 1 항에서,
    상기 제1 기판의 타면에 미앤더 패턴으로 형성되고 상기 신호가 급전되어 상기 전파를 송수신하는 제2 방사부와, 상기 제2 기판의 타면에 미앤더 패턴으로 형성되어 상기 전파를 반사시키는 제2 반사부를 포함하는 제2 안테나를 더 포함하는 안테나 장치.
  3. 제 2 항에서,
    상기 제1 방사부의 미앤더 패턴은,
    상기 제1 반사부의 미앤더 패턴과 대향하도록 상기 제1 반사부의 미앤더 패턴과 동일한 각도로 회전된 상태로 배치되는 안테나 장치.
  4. 제 3 항에서,
    상기 제2 방사부의 미앤더 패턴은,
    상기 제2 반사부의 미앤더 패턴과 대향하도록 상기 제2 반사부의 미앤더 패턴과 동일한 각도로 회전된 상태로 배치되는 안테나 장치.
  5. 제 4 항에서,
    상기 제2 방사부의 미앤더 패턴과 상기 제2 반사부의 미앤더 패턴은,
    상기 제1 방사부의 미앤더 패턴과 상기 제1 반사부의 미앤더 패턴이 배치된 각도에서 미리 정해진 회전각만큼 회전된 상태로 배치되는 안테나 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에서,
    상기 제1 방사부의 미앤더 패턴은,
    상기 제1 기판의 중심을 기준으로 좌우 대칭되게 배치되고,
    상기 제1 반사부의 미앤더 패턴은,
    상기 제2 기판의 중심을 기준으로 좌우 대칭되게 배치되는 안테나 장치.
  9. 제 2 항에서,
    상기 제1 안테나는,
    상기 제1 기판을 중심으로 상기 제2 기판과 대향하는 방향에 이격 형성되는 제3 기판의 일면에 미앤더 패턴으로 형성되어 상기 전파를 유도하는 제1 도파부를 더 포함하는 안테나 장치.
  10. 제 9 항에서,
    상기 제2 안테나는,
    상기 제1 기판을 중심으로 상기 제2 기판과 대향하는 방향에 이격 형성된 상기 제3 기판의 타면에 미앤더 패턴으로 형성되어 상기 전파를 유도하는 제2 도파부를 더 포함하는 안테나 장치.
  11. 제 10 항에서,
    상기 제1 방사부의 미앤더 패턴의 총 길이는,
    상기 제1 반사부의 미앤더 패턴의 총 길이보다 짧고,
    상기 제1 도파부의 미앤더 패턴의 총 길이보다 긴 안테나 장치.
  12. 제 11 항에서,
    상기 제2 방사부의 미앤더 패턴의 총 길이는,
    상기 제2 반사부의 미앤더 패턴의 총 길이보다 짧고,
    상기 제2 도파부의 미앤더 패턴의 총 길이보다 긴 안테나 장치.
  13. 제 2 항에서,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나의 임피던스 매칭을 위해 각각 배치되는 제1 임피던스 매칭부 및 제2 임피던스 매칭부를 더 포함하는 안테나 장치.
  14. 제 2 항에서,
    상기 신호를 생성하는 급전부,
    상기 생성된 신호의 전력을 분배하는 전력 분배부, 그리고
    상기 분배된 신호의 위상을 지연시키고, 상기 위상이 지연된 신호를 상기 제1 방사부 및 상기 제2 방사부로 각각 공급하는 제1 위상 지연부 및 제2 위상 지연부를 더 포함하는 안테나 장치.
  15. 제 14 항에서,
    상기 제1 위상 지연부 및 상기 제2 위상 지연부는,
    상기 분배된 신호의 위상을 서로 다른 각도로 지연시키는 안테나 장치.
  16. 제 2 항에서,
    상기 신호를 생성하는 급전부, 그리고
    상기 제1 방사부 및 상기 제2 방사부가 상기 생성된 신호를 선택적으로 인가받도록 스위칭시키는 스위칭부를 더 포함하는 안테나 장치.
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