KR102026269B1 - 코러게이션 구조를 갖는 렌즈 안테나 - Google Patents

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Abstract

코러게이션 구조를 갖는 렌즈 안테나가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 안테나는, 전자기파를 방사하는 안테나 및 안테나에서 방사되는 전자기파가 입사되는 표면이 비평탄한 구조의 렌즈를 포함한다. 이에 의해, 렌즈 안테나의 렌즈에 코러게이션 구조를 형성하여, 크기를 증가시키지 않고서도 안테나 이득을 향상시키고 부엽 레벨은 줄일 수 있게 된다.

Description

코러게이션 구조를 갖는 렌즈 안테나{Lens Antenna with Corrugation Structure}
본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자기파를 방사하고 수신하는 안테나에 관한 것이다.
안테나의 한 종류인 렌즈 안테나는 광학적 렌즈의 원리를 이용하여 구현한 안테나로, 안테나의 외곽에 렌즈가 설치되어 있다. 렌즈는 급전 안테나에서 방사되는 전자기파를 모아 빔폭을 좁힌다. 렌즈 안테나를 이용하면, 지향성과 이득을 높이는 것이 가능하다.
하지만, 렌즈 안테나는, 렌즈의 구조에 따라 부엽 레벨이 높아지는 문제가 있다. 또한, 좁은 빔폭을 만들기 위해서는 렌즈와 안테나 간의 거리를 멀게 구현하여야 하는데, 이는 렌즈 안테나 전체 크기를 크게 만들어 궁극적으로 시스템의 부피를 증가시키는 요인으로 작용한다.
이에, 렌즈 안테나의 크기를 증가시키지 않고서도, 안테나 이득을 향상시키고, 부엽 레벨은 줄일 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 렌즈에 코러게이션 구조를 형성하여, 크기를 증가시키지 않고서도 안테나 이득을 향상시키고 부엽 레벨은 줄일 수 있는 렌즈 안테나를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 렌즈 안테나는, 전자기파를 방사하는 안테나; 및 안테나에서 방사되는 전자기파가 입사되는 표면이 비평탄한 구조의 렌즈;를 포함한다.
그리고, 렌즈의 표면에는, 다수의 음각(陰刻) 영역들이 형성될 수 있다.
또한, 음각 영역들은, 링 형상일 수 있다.
그리고, 음각 영역들은, 각기 다른 반경을 갖으며, 동심원 형태로 배열될 수 있다.
또한, 음각 영역들의 깊이는, 렌즈 안테나 동작 주파수의 파장을 기초로 결정될 수 있다.
그리고, 음각 영역들의 피치는, 렌즈 안테나 동작 주파수의 파장을 기초로 결정될 수 있다.
또한, 렌즈는, 중앙 영역에 음각 영역들이 형성되어 있지 않을 수 있다.
그리고, 중앙 영역은, 중심으로부터 일정한 직경을 갖는 원형 영역일 수 있다.
또한, 직경은, 렌즈 안테나의 사양에 의해 결정될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 전자기파 방사 방법은, 안테나가, 전자기파를 방사하는 단계; 및 전자기파 입사 표면이 비평탄한 구조의 렌즈가, 방사 단계에서 방사되는 전자기파를 수렴시키는 단계;를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 통신 장치는, 전송 신호를 생성하는 송신기; 송신기에서 생성된 전송 신호를 전자기파로 변환하여 방사하는 안테나; 및 안테나에서 방사되는 전자기파가 입사되는 표면이 비평탄한 구조의 렌즈;를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 송신 방법은, 송신기가, 전송 신호를 생성하는 단계; 안테나가, 생성 단계에서 생성된 전송 신호를 전자기파로 변환하여 방사하는 단계; 및 전자기파 입사 표면이 비평탄한 구조의 렌즈가, 방사 단계에서 방사되는 전자기파를 수렴시키는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 렌즈 안테나의 렌즈에 코러게이션 구조를 형성하여, 크기를 증가시키지 않고서도 안테나 이득을 향상시키고 부엽 레벨은 줄일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 안테나의 구성도,
도 2는 일반적인 유전체 렌즈의 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 안테나에 적용가능한 유전체 렌즈의 사시도,
도 4는, 도 3에 도시된 유전체 렌즈를 정면에서 바라보면서 도시한 정면도,
도 5는, 도 3에 도시된 유전체 렌즈의 전자기파 입사 면의 일부를 절단하여 도시한 단면도,
도 6은 일반적인 렌즈 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면, 그리고,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 통신 장치의 블럭도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 안테나의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 렌즈 안테나는, 급전 안테나(Feeding Antenna)(110)와 유전체 렌즈(120)를 포함하여 구성된다.
유전체 렌즈(120)는 급전 안테나(110)에서 방사되는 전자기파를 모아 평행하게 전송되도록 수렴시키는 수단으로, 일반적으로 원형이나 포물선 형태의 구조를 갖는다.
도시된 바와 같은 렌즈 안테나에서 전자기파의 빔폭을 줄이고, 이득을 향상시키기 위해서는 급전 안테나(110)와 유전체 렌즈(120) 간의 간격(L)을 일정 거리 이상으로 확보하여야 한다.
하지만, 급전 안테나(110)와 유전체 렌즈(120) 간의 간격(L)이 길어지면, 급전 안테나(110)에서 방사되는 전자기파가 유전체 렌즈(120)로 모두 입사되지 못하고 옆으로 새게 되고, 유전체 렌즈(120)에서 굴절되는 현상 등이 발생하여, 부엽 레벨을 증가시키기 된다.
도 2는 일반적인 유전체 렌즈의 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 급전 안테나(110)에서 방사되는 전자기파가 입사되는 유전체 렌즈(20)의 표면은 비평탄한 구조이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 안테나에 적용가능한 유전체 렌즈(120)의 사시도이다. 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 안테나에 적용가능한 유전체 렌즈(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 코러게이션(Corrugation : 물결모양 또는 동심원 모양) 구조를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 렌즈 안테나에 적용가능한 유전체 렌즈(120)의 전자기파 입사 면은 평탄하지 않다는 점에서, 전자기파 입사 면이 평탄한 기존의 유전체 렌즈(20)와 차이가 있다.
도 4는 도 3에 도시된 유전체 렌즈(120)를 정면에서 바라보면서 도시한 정면도이고, 도 5는 도 3에 도시된 유전체 렌즈(120)의 전자기파 입사 면의 일부를 절단하여 도시한 단면도이다.
도 5에서 세로 줄무늬로 표시된 부분은 유전체 렌즈(120)를 형성하는 유전 물질(이를 테면, 테프론)을 나타낸 것이고, 검정색으로 표시된 부분은 전자기파 입사 면에 코러게이션 구조를 형성하기 위해 음각(陰刻)된 부분으로 빈 공간에 해당한다.
유전체 렌즈(120)에서 검정색으로 표시된 음각 영역들(123)을 식각하여 전자기파 입사 면에 코러게이션 구조를 형성할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 통해 알 수 있는 바와 같이, 유전체 렌즈(120)의 코러게이션 구조는, 다수의 음각 영역들(123)로 이루어지는 구조이다.
유전체 렌즈(120)의 음각 영역들(123)은 각기 다른 반경을 갖는 링 형상들로 구현되며, 동심원 모양으로 배열되어, 유전체 렌즈(120)의 전자파 입사 면에 코러게이션 구조를 형성하게 된다.
유전체 렌즈(120)의 음각 영역들(123)의 깊이(D)는 λ/4이다. 여기서, λ는 렌즈 안테나 동작 주파수의 파장이다. 하지만, 음각 영역들(123)의 깊이로 제시한 λ/4는 예시적인 것에 불과하며, λ 보다 짧은 다른 깊이로 대체할 수 있음은 물론이다.
유전체 렌즈(120)의 코러게이션 구조의 피치(P)인, 유전체 렌즈(120)의 양각 영역들(122) 간의 중심 간격(P)도 λ 보다 짧게 결정하는데, 구체적으로 λ/20 ~ λ/2의 길이로 결정함이 바람직하다.
한편, 유전체 렌즈(120)의 중앙 영역(121)에는 코러게이션 구조가 형성되어 있지 않다. 즉, 유전체 렌즈(120)의 중앙 영역(121)에는 양각 영역들(122)과 음각 영역들(123)이 존재하지 않는다.
이 중앙 영역(121)은 유전체 렌즈(120)의 중심으로부터 일정한 직경(R)을 갖는 영역으로, 직경(R)은 렌즈 안테나의 사양에 의해 결정된다. 직경(R)을 결정하는 렌즈 안테나의 사양은, 렌즈 안테나의 동작 주파수 파장, 피드 안테나(110)의 사이즈, 피드 안테나(110)와 유전체 렌즈(120) 간의 거리 등을 포함한다.
도 6에는 일반적인 렌즈 안테나의 방사 패턴을, 도 7에는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 안테나의 방사 패턴을, 각각 나타내었다.
일반적인 렌즈 안테나에 적용된 유전체 렌즈(20)와 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 안테나에 적용된 유전체 렌즈(120)에 대해서는, 규격(크기, 부피)을 동일하게 하였으며, 단지 전자기파 입사 면에 코러게이션 구조가 형성되었는지 여부만을 달리하였다.
도 6과 도 7을 비교해 보면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 안테나가 일반적인 렌즈 안테나에 비해, 안테나 이득이 향상되고, 부엽 레벨이 감소되었다는 점을 확인할 수 있다.
지금까지, 코러게이션 구조를 갖는 렌즈 안테나에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서, 유전체 렌즈(120)의 코러게이션 구조를 형성하는 음각 영역들(123)은 깊이(D)를 모두 동일하게 구현하는 것을 상정하였는데, 이는 예시적인 것으로 변형이 가능하다.
이를 테면, 음각 영역들(123)의 깊이를 각기 다르게 구현하는 것이 가능하다. 예를 들어, 유전체 렌즈(120)의 바깥쪽에 위치할 수록 음각 영역(123)의 깊이를 얕게, 안쪽에 위치할 수록 음각 영역(123)의 깊이를 깊게 구현하는 것이 가능하다. 나아가, 이와 반대로, 유전체 렌즈(120)의 바깥쪽에 위치할 수록 음각 영역(123)의 깊이를 깊게, 안쪽에 위치할 수록 음각 영역(123)의 깊이를 얕게 구현하는 것이 가능하다. 이는, 렌즈 안테나의 사양과 어플리케이션에 따라 결정될 수 있다.
또한, 위 실시예에서, 유전체 렌즈(120)의 코러게이션 구조의 피치(유전체 렌즈(120)의 양각 영역들(122)의 중심 간격)(P)를 모두 동일하게 구현하는 것을 상정하였는데, 이 역시 예시적인 것으로 변형이 가능하다.
이를 테면, 양각 영역들(122)의 피치들을 각기 다르게 구현하는 것이 가능하다. 예를 들어, 유전체 렌즈(120)의 바깥쪽에 위치하는 양각 영역들(122)일수록 피치를 길게, 안쪽에 위치하는 양각 영역들(122)일수록 피치를 짧게, 구현하는 것이 가능하다. 나아가, 이와 반대로, 유전체 렌즈(120)의 바깥쪽에 위치하는 양각 영역들(122)일수록 피치를 짧게, 안쪽에 위치하는 양각 영역들(122)일수록 피치를 길게 구현하는 것이 가능하다.
그리고, 위 실시예에서, 유전체 렌즈(120)의 양각 영역들(122)의 너비를 모두 동일하게 구현하는 것을 상정하였는데, 이 역시 예시적인 것으로 변형이 가능하다.
이를 테면, 양각 영역들(122)의 너비들을 각기 다르게 구현하는 것이 가능하다. 예를 들어, 유전체 렌즈(120)의 바깥쪽에 위치하는 양각 영역들(122)일수록 너비를 두껍게, 안쪽에 위치하는 양각 영역들(122)일수록 너비를 얇게 구현하는 것이 가능하다. 나아가, 이와 반대로, 유전체 렌즈(120)의 바깥쪽에 위치하는 양각 영역들(122)일수록 너비를 얇게, 안쪽에 위치하는 양각 영역들(122)일수록 너비를 두껍게 구현하는 것이 가능하다.
한편, 위 실시예에서, 유전체 렌즈(120)의 음각 영역들(123)의 너비를 모두 동일하게 구현하는 것을 상정하였는데, 이 역시 예시적인 것으로 변형이 가능하다.
이를 테면, 음각 영역들(123)의 너비들을 각기 다르게 구현하는 것이 가능하다. 예를 들어, 유전체 렌즈(120)의 바깥쪽에 위치하는 음각 영역들(123)일수록 너비를 두껍게, 안쪽에 위치하는 음각 영역들(123)일수록 너비를 얇게 구현하는 것이 가능하다. 나아가, 이와 반대로, 유전체 렌즈(120)의 바깥쪽에 위치하는 음각 영역들(123)일수록 너비를 얇게, 안쪽에 위치하는 음각 영역들(123)일수록 너비를 두껍게 구현하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 렌즈 안테나는 물론이고, 렌즈 안테나를 이용한 통신 장치에 대해서도 적용될 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 렌즈 안테나(100)와 전송 신호를 생성하고 수신 신호를 처리하는 송수신단(200)을 포함하는 통신 장치에 대해서도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 렌즈 안테나
110 : 급전 안테나(Feeding Antenna)
120 : 유전체 렌즈
121 : 중앙 영역
122 : 양각 영역
123 : 음각 영역
200 : 송수신단

Claims (12)

  1. 전자기파를 방사하는 안테나; 및
    안테나에서 방사되는 전자기파가 입사되는 표면이 비평탄한 구조의 렌즈;를 포함하고,
    렌즈의 표면에는,
    각기 다른 반경을 갖는 링 형상들로 된 다수의 음각(陰刻) 영역들이 동심원 형태로 형성되어 있으며,
    음각 영역의 깊이는,
    음각 영역의 렌즈 상의 위치에 따라 각기 다른 것을 특징으로 하는 렌즈 안테나.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    음각 영역들의 깊이는,
    렌즈 안테나 동작 주파수의 파장을 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 렌즈 안테나.
  6. 청구항 1에 있어서,
    음각 영역들의 피치는,
    렌즈 안테나 동작 주파수의 파장을 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 렌즈 안테나.
  7. 청구항 1에 있어서,
    렌즈는,
    중앙 영역에 음각 영역들이 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 렌즈 안테나.
  8. 청구항 7에 있어서,
    중앙 영역은,
    중심으로부터 일정한 직경을 갖는 원형 영역인 것을 특징으로 하는 렌즈 안테나.
  9. 청구항 8에 있어서,
    직경은,
    렌즈 안테나의 사양에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 렌즈 안테나.
  10. 안테나가, 전자기파를 방사하는 단계; 및
    전자기파 입사 표면이 비평탄한 구조의 렌즈가, 방사 단계에서 방사되는 전자기파를 수렴시키는 단계;를 포함하고,
    렌즈의 표면에는,
    각기 다른 반경을 갖는 링 형상들로 된 다수의 음각(陰刻) 영역들이 동심원 형태로 형성되어 있으며,
    음각 영역의 깊이는,
    음각 영역의 렌즈 상의 위치에 따라 각기 다른 것을 특징으로 하는 전자기파 방사 방법.
  11. 전송 신호를 생성하는 송신기;
    송신기에서 생성된 전송 신호를 전자기파로 변환하여 방사하는 안테나; 및
    안테나에서 방사되는 전자기파가 입사되는 표면이 비평탄한 구조의 렌즈;를 포함하고,
    렌즈의 표면에는,
    각기 다른 반경을 갖는 링 형상들로 된 다수의 음각(陰刻) 영역들이 동심원 형태로 형성되어 있으며,
    음각 영역의 깊이는,
    음각 영역의 렌즈 상의 위치에 따라 각기 다른 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  12. 송신기가, 전송 신호를 생성하는 단계;
    안테나가, 생성 단계에서 생성된 전송 신호를 전자기파로 변환하여 방사하는 단계; 및
    전자기파 입사 표면이 비평탄한 구조의 렌즈가, 방사 단계에서 방사되는 전자기파를 수렴시키는 단계;를 포함하고,
    렌즈의 표면에는,
    각기 다른 반경을 갖는 링 형상들로 된 다수의 음각(陰刻) 영역들이 동심원 형태로 형성되어 있으며,
    음각 영역의 깊이는,
    음각 영역의 렌즈 상의 위치에 따라 각기 다른 것을 특징으로 하는 송신 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH11355035A (ja) * 1998-06-05 1999-12-24 Mitsubishi Electric Corp 整合層を有する誘電体
KR20020025049A (ko) * 2000-09-27 2002-04-03 무라타 야스타카 안테나 장비, 통신 장치 및 레이더 모듈
KR20130010828A (ko) * 2011-07-19 2013-01-29 삼성전자주식회사 전기적 조향 렌즈 안테나

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