KR102168766B1 - 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나 - Google Patents
레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나로서, 레이돔 하부 표면에 형성되는 복수개로 배열되는 방사소자와 상기 방사소자 각각에 RF의 급전신호를 인가하기 위하여 복수개의 기판으로 형성되는 적층기판부를 포함하며, 저가의 플라스틱 레이돔 하부 표면에 LDS(Laser Direct Structuring) 도금 기술을 이용하여 방사소자를 형성함으로써 안테나 전체의 사이즈(두께)를 줄이면서도 광대역이면서 방사효율이 양호한 3D 빔-형성을 위한 적층형 안테나에 관한 것이다.
Description
본 발명은 LDS(Laser Direct Structuring) 도금공정을 이용하여 레이돔 하부 표면에 배열 방사소자가 형성되는 3D 빔-형성을 위한 적층형 안테나(3D Beam-forming Multi-layer Antenna)에 관한 것이다.
기존의 3D 빔-형성 적층형 안테나는 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 PCB 기판을 적층한 적층형 구조로 되어 있으며, 최상단의 PCB기판은 광대역 특성을 갖기 위해서 유전율이 낮으면서 두께가 두꺼운 유전체 기판으로 형성되며, 방사효율을 높이기 위하여 유전율 손실이 적은 기판으로 형성된다.
그러나 상기와 같은 최상단의 PCB기판은 재료비가 고가일 뿐만 아니라, 두께가 두꺼운 PCB기판의 사용으로 인하여 안테나 두께를 줄이는데 물리적으로 한계가 있다는 문제점이 있다.
따라서, 3D 빔을 형성하기 위한 능동회로가 실장되는 적층형 안테나의 전체적인 두께를 줄이면서 유전율 손실이 적기 때문에 안테나의 성능을 향상시킬 수 있으며, 제작비용을 절감할 수 있는 현실적이고도 실용성이 있는 3D 빔-형성 안테나에 대한 개발이 절실한 실정이다.
본 발명에 따른 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나는, 저가의 플라스틱 레이돔 하부 표면에 LDS(Laser Direct Structuring) 도금공정을 이용하여 방사소자를 형성함으로써 안테나 전체의 사이즈(두께)를 줄이면서도 광대역이면서 방사효율이 양호한 빔-형성을 위한 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 위상 및 이득 조절이 가능한 능동소자를 구비하는 능동회로망을 이용하여 3D 빔-형성이 가능한 능동위상배열안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 3D 빔 형성을 위한 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나는, 레이돔 하부 표면에 LDS 도금 기술을 이용하여 방사체를 구현함으로써 고비용의 기판을 사용하지 않으므로 인하여 제작 비용을 현저하게 절감할 수 있는 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 3D 빔 형성을 위한 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나는, 종래의 방사소자를 형성하기 위한 기판을 제거하여 안테나의 두께를 줄임으로써 초박형으로 구현이 가능한 능동위상배열안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 3D 빔 형성을 위한 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나는, 종래의 기판 상단에 형성된 방사소자의 구조에 비하여 보다 얇은 두께로 제작이 가능하여 공기저항 및 부피를 최소화 할 수 있기 때문에 위성방송수신용으로 이동체 차량 상단에 설치가 용이한 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나는, 유전율 재질의 레이돔과, 상기 레이돔의 상부표면상 또는 하부표면상 중 어느 하나 이상의 표면상에 LDS 도금공정의 인쇄로 형성되는 복수개로 배열되는 방사소자로 이루어지는 방사부와; 상기 방사부의 방사소자 각각에 RF의 급전신호를 인가하기 위하여 복수개의 기판으로 형성되는 적층기판부; 및 상기 방사부와 상기 적층형기판부는 일정한 간격으로 이격되어 형성되며, 이격된 공간은 공기층으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 적층기판부에는, 상기 적층기판부는, 중간층으로서 유전율을 갖는 제1유전체와, 상기 제1유전체의 상부표면에 형성되며 상기 방사부의 방사소자에 급전신호를 개구결합 급전하는 복수개의 제1슬롯이 형성되는 금속층의 제1그라운드를 포함하여 이루어지는 제1기판과; 중간층으로서 유전율을 갖는 제2유전체와, 상기 제2유전체의 상부표면에 형성되며 상기 방사부의 방사소자에 급전신호를 개구 결합 급전하는 복수개의 제2슬롯이 상기 제1그라운드에 형성되는 제1슬롯과 일대일 대응되도록 형성되는 금속층의 제2그라운드를 포함하여 이뤄지는 제2기판; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 적층기판부의 제1기판은, 상기 제1유전체의 하부표면에 형성되며 상기 적층기판부에 형성되는 능동소자로 DC전압을 인가하기 위한 선로를 구비하는 금속층으로 형성되는 DC전압인가부를 더 포함하고, 상기 제2기판은, 상기 제2유전체의 하부표면에 형성되며 상기 방사부의 방사소자 각각에 급전신호를 인가하는 금속층으로 형성되는 전력분배기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 적층기판부는, 제2기판에 상기 복수개로 배열되는 방사소자 각각의 위상 조절이 가능한 복수개의 능동소자로 형성되는 능동회로망을 더 포함하며, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 배치되며 상기 제2기판의 능동회로망에 구비되는 복수개의 능동소자 각각을 논리적으로 제어하기 위한 제어로직선로부를 구비하는 제3기판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 능동회로망의 복수개의 능동회로는, 위상을 천이시키기 위한 위상변위기와, 노이즈를 제거하고 신호를 증폭하기 위한 LNA와, 상기 위상변위기를 제어하기 위한 SPI를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 레이돔의 상부표면상 또는 하부표면상 중 어느 하나 이상의 표면상에 LDS 도금공정의 인쇄로 형성되는 복수개로 배열되는 방사소자는, 상기 능동회로망의 위상변위기에 의하여 위상이 조절되어 3D 빔이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 적층기판부에 구비되는 제1기판의 DC전압인가부와, 제2기판의 제어로직선로부가 상호 직각 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 레이돔의 상부표면상 또는 하부표면상 중 어느 하나 이상의 표면상에 LDS 도금공정의 인쇄로 형성되는 복수개로 배열되는 방사소자는, 사각형 마이크로스트립 패치소자 또는 원형 마이크로스트립 패치소자 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 적층기판부에 구비되는 제1기판의 DC전압인가부와, 제2기판의 제어로직선로부가 상호 직각 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 레이돔의 상부표면상 또는 하부표면상 중 어느 하나 이상의 표면상에 LDS 도금공정의 인쇄로 형성되는 복수개로 배열되는 방사소자는, 사각형 마이크로스트립 패치소자 또는 원형 마이크로스트립 패치소자 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
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이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 빔 형성을 위한 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나는, 저가의 플라스틱 레이돔 하부 표면에 LDS(Laser Direct Structuring) 도금공정에 의하여 방사소자를 형성함으로써 안테나 전체의 사이즈(두께)를 줄이면서도 광대역이면서 방사효율이 양호한 효과가 있다.
본 발명에 따른 3D 빔 형성을 위한 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나는, 레이돔 하부 표면에 LDS 도금 기술을 이용하여 방사체를 구현함으로써 고비용의 기판을 사용하지 않음으로 인하여 제작 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 3D 빔 형성을 위한 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나는, 종래의 방사소자를 형성하기 위한 기판을 제거하여 초박형으로 안테나의 두께를 현저하게 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 3D 빔 형성을 위한 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나는, 종래의 기판 상단에 형성된 방사소자의 구조에 비하여 보다 얇은 두께로 제작이 가능하여 공기저항 및 부피를 최소화 할 수 있기 때문에 위성방송수신용으로 이동체 차량 상단에 설치가 용이한 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 적층형 3D 빔 형성 안테나의 상하로 분리된 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나의 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나의 적층 단면을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 적층기판부의 전력분배기 구조에 대한 상세회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 적층기판부의 능동회로망 구조에 대한 상세회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나의 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나의 적층 단면을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 적층기판부의 전력분배기 구조에 대한 상세회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 적층기판부의 능동회로망 구조에 대한 상세회로를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예들을 상세히 설명한다.
하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며 아울러 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 요구에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 요구를 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예 들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나의 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나의 적층 단면을 나타낸 단면도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나(10)는, 전체적으로 방사부(100)와 적층기판부(200) 및 상기 방사부(100)와 상기 적층기판부(200)가 이격되어 형성되는 공기층(300)으로 이루어진다.
상기 방사부(100)는 레이돔(110)과, 상기 레이돔(110)의 하부 표면상에 인쇄되어 형성되는 복수개로 N×N 배열로 배열되는 배열 방사소자(120)로 이루어진다.
상기 레이돔(110)은 열가소성 수지인 플라스틱(εr=2 ~ 2.5) 재질이며, 상기 배열 방사소자(120)는 LDS(Laser Direct Structuring) 도금공정을 통하여 상기 레이돔(110)의 하부 표면층에 인쇄되어 형성된다.
상기의 LDS 도금공정은, 열가소성 수지(플라스틱 사출물) 표면에 레이저를 이용하여 선택적으로 금속층을 패턴닝 가공한 후 1차적인 구리도금공정 후에 2차적인 니켈도금공정을 거친다. 이와 같이 LDS 도금공정은 레이저 가공을 통하여 마이크로 단위의 거친 플라스틱 수지 표면을 도금 처리하는 것이 가능하여 양호한 전기적인 특성과 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기 방사소자(120)는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상기 레이돔 하부 표면에 복수개로 배열되는 N×N으로 배열되는 배열 방사소자(120)로 형성되는 것이 바람직하나, 필요에 따라서는 단일의 방사소자(120)가 상기 레이돔(110)의 상부표면상 또는 하부표면상 중 어느 하나 이상의 면에 LDS 도금공정에 의하여 인쇄되어 형성될 수도 있다.
또한, 상기 방사소자(120)는, 사각형 마이크로스트립 패치 소자 또는 원형 마이크로 스트립 패치소자 중 어느 하나이며, 슬롯 구조의 방사소자일 수도 있으며, 이들에 국한되어지는 것은 아니며 다양한 형상의 스트립선로 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 레이돔 하부 표면에 형성되는 복수개로 배열되는 방사소자는, 상기 적층기판부(200)로부터 인가되는 위상이 조절된 급전신호에 의하여 이동체의 회전 또는 상하 움직임에도 위성신호가 방사되는 방향으로 3D 빔이 형성되어 위성방송수신용 N×N 위상배열안테나로서 동작할 수도 있다.
상기 적층형기판부(200)는, 상기 방사소자 각각에 RF 급전신호를 인가하기 위하여 복수개의 기판들이 적층되어 형성된다.
상기 방사부(100)와 상기 적층형기판부(200)는 일정한 간격으로 이격되어 형성되며, 이격된 공간은 공기층(εr=1)(300)으로 형성된다.
상기 적층형기판부(200)는, 상기 복수개로 배열되어 레이돔 하부 표면에 형성되는 방사소자 각각에 RF 급전신호를 인가하기 위하여 복수개의 기판으로 형성되는데, 제1기판(210), 제2기판(220) 및 제3기판(230)으로 이루어진다.
상기 제1기판(210)은, 중간층으로서 유전율(εr=4.5)을 갖는 제1유전체(211)와, 상부층으로서 상기 제1유전체(211)의 상부 표면에 형성되는 금속층(Cu, 구리)으로서 제1그라운드(212)가 형성되며, 상기 제1기판(210) 상부에 형성되는 제1그라운드(212)에는 복수개의 슬롯(213)이 형성되며, 상기 복수개의 제1슬롯(213)을 통하여 상기 복수개의 방사소자(120) 각각에 전력분배기(224)로부터의 급전신호가 개구결합으로 급전된다.
상기 제1그라운드(212)에 형성되는 개구 결합급전용 제1슬롯(213)은 아령형으로 형성되며, 경우에 따라서 그 밖에도 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1기판(210)은, 상기 제1유전체(211)의 하부층인 금속층으로서 상기 제1유전체(211)의 하부 표면에 형성되며 능동회로망(225)에 구비되는 능동소자에 DC 전압을 인가하기 위한 선로인 DC전압인가부(214)가 형성된다.
상기 제2기판(220)는, 중간층으로서 유전율(εr=3.48)을 갖는 제2유전체(221)와, 상부층으로서 상기 유전체(221)의 상부 표면에 형성되는 금속층으로서 제2그라운드(222)가 형성되며, 상기 제2기판(220) 상부에 형성되는 제2그라운드(222)에는 복수개의 개구 결합급전용 제2슬롯(223)이 형성되며, 상기 제2슬롯(223)을 통하여 상기 제1기판(210) 상부층인 제1그라운드(212)에 형성되는 복수개의 제1슬롯(213)들 각각에 일대일로 대응되도록 전달되어 상기 복수개의 방사소자(120) 각각에 전력분배기(224)로부터의 급전신호가 개구 결합되어 급전되도록 한다.
상기 제2기판(220)은, 하부층으로서 상기 제2유전체(221)의 하부 표면에 형성되는 금속층으로서 급전신호를 전달하기 위한 전력분배기(224)가 상기 복수개의 방사소자에 대응되는 회로망 구조로 형성된다.
상기 유전체(221)의 하부 표면에는 또한 상기 전력분배기(224)와 함께 상기 복수개의 방사소자의 위상 및 이득을 조절하기 위한 능동회로망(225)은 SMT(Surface-Mount Type) 공정으로 형성된다.
상기 능동회로망(225)은, 능동소자인 LNA(225-1), 감쇄기(또는 이득제어부)(225-2), 위상변위기(225-3), 및 SPI(225-4)가 GaAs 또는 CMOS 공정으로 집적화되어 형성되는 MMIC화 형태의 MFC(Multi-Function Chip) 소자로 형성될 수 있다.
상기 제3기판(230)은, 상기 제1기판(210)과 상기 제2기판(220) 사이의 중간층에 위치하는 기판으로서, 상기 제2기판(220)의 능동회로망(225)에 구비되는 능동소자들(225-1 ~ 225-6) 각각을 논리적으로 제어하기 위한 제어로직선로부(232)를 형성하기 위한 기판이다.
상기와 같이 제3기판(230)을 상기 제1기판(210)과 상기 제2기판(220) 사이에 배치함으로써, 상기 제1기판(210)과 상기 제2기판(220)에 형성된 제1/제2그라운드(212, 222)에 의하여 상기 능동회로망(225)에 구비되는 능동소자들에게 DC 전압을 인가하기 위한 제1기판(210)의 DC전압인가부(214)와 상기 제3기판(230)의 제어로직선로부(232)으로부터 누설되는 노이즈 신호들을 차폐할 수 있도록 한다.
즉, 상기 DC전압인가부(214)와 제어로직선로부(232)로부터 누설되는 노이즈 신호들이 상부 방향의 방사소자(120)로 유입되는 것을 제1기판(210)의 제1그라운드(212)에 의하여 차폐하며, 하부 방향의 전력분배기(224)와 능동회로망(225)로 유입되는 것을 제2기판(220)의 제2그라운드(222)에 의하여 차폐하기 위하여 제3기판(230)을 상기 제1기판(210)과 상기 제2기판(220) 사이에 배치시킨다.
또한 본 발명에 따르면, 상기 전력분배기(224)로부터 방출되는 급전신호는 상기 제2기판(220) 상부의 제2그라운드(222)에 개구 결합급전용으로 형성된 복수개의 제2슬롯(223)과 상기 제1기판(210)의 제1그라운드(210)에 개구 결합급전용으로 형성된 복수개의 제1슬롯(213)을 통과하여 상기 복수의 배열 방사소자(120) 각각에 의하여 일대일로 대응되어 각각 개구 결합되어 급전되도록 한다.
즉, 상기 전력분배기(224)로부터의 급전신호는 1차적으로 상부방향으로 개구 결합되어 상기 제2기판(220)의 복수개의 제2슬롯(223)을 통하여 상부로 방출되고, 제3기판(230)을 통과하여 2차적으로 상부방향으로 상기 제1기판(210)의 복수개의 제1슬롯(213)을 통하여 상기 복수의 배열 방사소자(120)로 개구 결합되어 급전된다.
따라서, 상기 제1기판(210)과 제2기판(220)의 제1/제2그라운드(212, 222)는, 첫째로 제1/제2그라운드(212, 222)에 형성되는 제1/제2슬롯(213, 223)에 의하여 방사소자(120)에 개구 결합되어 급전되도록 하고, 둘째로 제1그라운드(212)와 제2그라운드(222) 사이에 형성되는 상기 DC전압인가부(214)과 제어로직선로부(232)로부터 누설되는 노이즈 신호들을 상부 및 하부방향에 배치되는 RF소자들로부터 차폐하는 효과가 있다. 즉 상부방향의 RF소자인 방사소자(120)와 하부방향의 전력분배기(224)와 능동회로망(225)에 노이즈 신호가 유입되는 것을 차폐함으로써, 능동회로망의 오동작 및 RF신호에 노이즈가 혼입되는 것을 억압할 수 있는 효과가 있다.
상기 제3기판(230)에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 상기 제3기판(230)은, 유전율(εr=2.35)을 갖는 제1Pre-preg(231)와, 상기 제1Pre-preg(231)의 상부 표면상에 인쇄되어 형성되는 금속층으로서 위상변위기와 감쇄기를 논리적으로 제어하기 위한 제어로직선로부(232)가 형성되며, 상기 제어로직선로부(232) 상부에는 별도로 상기 제1Pre-preg(231)와 동일한 재질의 제2Pre-preg(εr= 2.35)(233)를 더 포함하여 형성함으로써 상기 제1기판(210)의 제1유전체(211) 하부 표면에 형성되는 DC전압인가부(214)와 상기 제어로직선로부(232)가 서로 연결되지 않게 분리되도록 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 DC전압인가부(214)는 전술한 상기 제1기판(210)의 제1유전체(211) 하부 표면에 형성하지 않고 그 대신에 상기 제2Pre-preg(233)의 상부 표면에 형성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 적층기판부의 4×4 배열 전력분배기에 대한 상세회로를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적층기판부(200)의 제2기판(220)에서 제2유전체층(221)의 하부표면에 형성된 전력분배기(224)는, RF신호가 입력(송신시)되는 하나의 RF입력부(224-1)와 RF신호가 출력(송신시)되는 16개의 RF출력부(224-2)를 구비하며, 상기 RF출력부(224-2) 16개 각각의 끝단부로부터 약 λ/4 길이의 위치에 일대일로 대응될 수 있는 제2/제1그라운드(223, 213)에 형성된 아령형의 개구결합 급전을 위한 복수개의 제2/제1슬롯(223, 213)을 통과하여 방사되는 RF신호는 레이돔(110) 하부에 형성된 방사소자(120)에 전달되어 전파가 자유 공간상으로 방사(송신)되도록 한다.
상기 제1/제2슬롯(213, 223)은 전력분배기(224)와 방사소자(120) 사이에 위치하며, 상부에 위치한 복수의 제1슬롯(213)이 형성된 제1그라운드(212)는 DC전압인가부(214)와 상기 제어로직선로부(232)으로부터 누설되는 노이즈 신호가 방사소자 방향으로 전달되지 않도록 차폐한다.
또한 하부방향에 위치한 복수의 제2슬롯(223)이 형성된 제2그라운드(222)는 DC전압인가부(214)와 상기 제어로직선로부(232)으로부터 누설되는 노이즈 신호가 전력분배기(224) 및 능동회로망(225)에 다수로 포함되는 능동소자들에게 영향을 주지 않도록 차폐한다.
상기 DC전압인가부(214)와 상기 제어로직선로부(232)은 서로 영향을 주지 않도록(상호간에 간섭이 발생되지 않도록) 전체적으로 직각 형태를 갖으며 외부에 영향을 주지 않도록 제1그라운드(212)와 제2그라운드(222)에 의하여 차폐기능을 갖는 구조이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1기판(210)의 제1유전체(211)와, 제2기판(220)의 제2유전체(211)와, 및 제3기판(230)의 제1/제2Pre-preg(231, 233)는 기판 제조공정에 따라 전자회로 제작용 기판(FR4), RF용 기판, Pre-preg) 중 어느 하나로 대체하여 제작하는 것도 가능할 수 있다.
도 1과 같은 종래 기술에 따르면, 광대역, 고이득 성능을 갖도록 하기 위하여 일반적으로 슬롯(6)과 방사체(1) 사이의 기판1, 2(2, 4)을 유전율이 낮고 손실이 적은 RF용 기판을 적용하여 제작하고 있으나, 적용된 RF용 기판은 고가이므로 제조비용이 상승하는 문제점을 가지고 있는 반면에, 본 발명에 의하면, 광대역 및 고이득 성능을 갖도록 하기 위해 일반적으로 요구되는 유전율이 낮고 손실이 적은 고가의 RF용 기판 대신에 유전율이 더 낮은 공기층(300)을 이용한 구조이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 공기층(300) 내에 상부의 레이돔(110)을 지지할 수 있는 지지대 또는 전도성이 없는 유전체((εr = 2.2)를 삽입하여 제작할 수도 있다. 따라서 반드시 공기층(300)으로만 구성될 필요는 없으며, 상기 전도성이 없는 유전체는 유전율(Dielectric Constant)이 2.2이며, 삽입손실(Dissipation Factor)이 0.0004인 RF 기판에 의하여 상기 방사부(100)와 상기 적층기판부(200) 사이에 삽입되어 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 적층기판부의 능동회로망 구조에 대한 상세회로를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적층기판부(200)의 제2기판(220)에서 제2유전체(221)에 형성된 전력분배기(224) 상부(아래측에서 바라다 볼 경우)에 SMT 공정에 의하여 형성되는 능동회로망(225)은 다양한 구조로 형성될 수 있다.
즉, 송신전용회로, 수신전용회로 및 송/수신이 모두 겸용 가능한 송/수신겸용회로인 3가지 형태 중 어느 하나의 회로 구조로 형성되는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나의 능동회로망(225)는 일반적으로 RF 다기능 칩(MFC : Multi-function chip)이라 한다.
도 5에 도시된 바와 같은 능동회로망(225) 구조와 같이 송/수신이 모두 가능한 회로의 경우에 상부에 형성되는 회로가 수신단(미부호)이고, 하부에 형성되는 회로가 송신단(미부호)이며, 상기 수신단 및 송신단 회로가 스위치(225-6)에 의하여 공통단자로 연결된다.
상기 능동회로망(225)은 송/수신이 모두 겸용 가능한 송/수신겸용회로의 경우, 수신된 신호의 노이즈를 제거하고 미약한 신호를 증폭하기 위한 저잡음증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)(225-1)과, 수신된 신호의 이득을 조절(또는 감쇄)하기 위한 감쇄기(Attenuators)(또는 이득제어부(Gain Controll)(225-2)와, 수신된 신호의 위상을 천이(조절)시키기 위한 위상변이기(Phase Shifter)(225-3), 및 외부의 제어기에서 들어오는 직렬신호를 병렬신호로 변환하여 이득제어용 감쇄기(또는 이득제어부)(225-2)와 위상조절용 위상변위기(225-3)를 제어하기 위한 SPI(Serial to Parallel Interface, 직.병렬인터페이스)(225-4)와, 송신신호를 외부의 자유 공간상으로 방사하기 위하여 고출력의 신호로 증폭하는 출력증폭기(PA : Power Amplifier)(225-5), 및 송/수신 신호의 경로를 스위칭하는 스위치(225-6)를 포함할 수 있다.
상기 능동회로망(225)은 필요에 따라 수신전용일 경우는 노이즈제거 및 신호증폭용 LNA(225-1), 위상을 조절용 위상변위기(225-3) 및 SPI(225-4)를 포함하여 구성되며 추가적으로 이득 제어용 감쇄기(또는 이득제어부)(225-2)를 포함할 수 있다,
한편, 상기 능동회로망(225)이 송신전용일 경우에는 이득제어용 감쇄기(또는 이득제어부)(225-2)와, 위상 조절용 위상변위기(225-3), SPI(225-4) 및 신호증폭용 출력증폭기(225-5)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 LNA(225-1)는 저잡음증폭기로 안테나로부터 수신된 미약한 신호를 증폭하는 경우에 노이즈를 최소로 하여 증폭되도록 하며, 상기 감쇄기(또는 이득제어부)(225-2)는 RF 신호를 송신하는 경우에 송신되는 신호의 이득을 제어하여 원치 않는 방향으로 신호가 방사되지 않도록 안테나의 빔 형상을 조절하기 위한 것이며, 상기 위상변위기(225-3)는 RF 신호의 위상을 천이시켜서 안테나로부터 방사되는 빔의 방향을 조절하기 위한 것이다.
상기 스위치(225-6)는 RF 신호를 수신할 경우에 Rx In(수신 입력부)으로부터 들어오는 신호를 공통단자로 연결하고, 송신 시에는 공통단자의 신호를 Tx Out(송신 출력부)으로 보내기 위해 능동회로망의 송신단으로 연결시킨다.
지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위내에서, 균등하게 대처될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
1 : 안테나 방사체 2 : 기판 1(εr=3)
3 : 그라운드 판 4 : 기판 2(Pre-preg, εr=3.79)
5 : 기판 3(εr=3) 6 : 개구 결합 급전슬롯
7 : 전력분배기
10 : 본 발명의 안테나
100 : 방사부
110 : 레이돔(εr=2 ~ 2.5) 120 : 방사소자
200 : 적층기판부 300 : 공기층((εr=1)
210 : 제1기판 220 : 제2기판
230 : 제3기판
211 : 제1유전체(εr=4.5) 212 : 제1그라운드
213 : 제1슬롯 214 : DC전압인가부
221 : 제2유전체(εr=3.48) 222 : 제2그라운드
223 : 제2슬롯 224 : 전력분배기
225 : 능동회로망
224-1 : RF 입력부 224-2 : RF 출력부
225-1 : LNA 225-2 : 감쇄기(이득제어부)
225-3 : 위상변위기 225-4 : SPI
225-5 : 출력증폭기 225-6 : 스위치
231 : 제1Pre-preg(εr=2.35) 232 : 제어로직선로부
233 : 제2Pre-preg(εr = 2.35)
3 : 그라운드 판 4 : 기판 2(Pre-preg, εr=3.79)
5 : 기판 3(εr=3) 6 : 개구 결합 급전슬롯
7 : 전력분배기
10 : 본 발명의 안테나
100 : 방사부
110 : 레이돔(εr=2 ~ 2.5) 120 : 방사소자
200 : 적층기판부 300 : 공기층((εr=1)
210 : 제1기판 220 : 제2기판
230 : 제3기판
211 : 제1유전체(εr=4.5) 212 : 제1그라운드
213 : 제1슬롯 214 : DC전압인가부
221 : 제2유전체(εr=3.48) 222 : 제2그라운드
223 : 제2슬롯 224 : 전력분배기
225 : 능동회로망
224-1 : RF 입력부 224-2 : RF 출력부
225-1 : LNA 225-2 : 감쇄기(이득제어부)
225-3 : 위상변위기 225-4 : SPI
225-5 : 출력증폭기 225-6 : 스위치
231 : 제1Pre-preg(εr=2.35) 232 : 제어로직선로부
233 : 제2Pre-preg(εr = 2.35)
Claims (8)
- 유전율 재질의 레이돔과, 상기 레이돔의 상부표면상 또는 하부표면상 중 어느 하나 이상의 표면상에 LDS 도금공정의 인쇄로 형성되는 복수개로 배열되는 방사소자로 이루어지는 방사부와;
상기 방사부의 방사소자 각각에 RF의 급전신호를 인가하기 위하여 복수개의 기판으로 형성되는 적층기판부; 및
상기 방사부와 상기 적층기판부는 일정한 간격으로 이격되어 형성되며, 이격된 공간은 공기층으로 형성되며,
상기 적층기판부는; 중간층으로서 유전율을 갖는 제1유전체와 상기 제1유전체의 상부표면에 형성되며 상기 방사부의 방사소자에 급전신호를 개구결합 급전하는 복수개의 제1슬롯이 형성되는 금속층의 제1그라운드를 포함하여 이루어지는 제1기판과, 중간층으로서 유전율을 갖는 제2유전체와 상기 제2유전체의 상부표면에 형성되며 상기 방사부의 방사소자에 급전신호를 개구 결합 급전하는 복수개의 제2슬롯이 상기 제1그라운드에 형성되는 제1슬롯과 일대일 대응되도록 형성되는 금속층의 제2그라운드를 포함하여 이뤄지는 제2기판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1기판은, 상기 제1유전체의 하부표면에 형성되며 상기 적층기판부에 형성되는 능동소자로 DC전압을 인가하기 위한 선로를 구비하는 금속층으로 형성되는 DC전압인가부를 더 포함하고,
상기 제2기판은, 상기 제2유전체의 하부표면에 형성되며 상기 방사부의 방사소자 각각에 급전신호를 인가하는 금속층으로 형성되는 전력분배기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나. - 청구항 3에 있어서,
상기 적층기판부는,
제2기판에 상기 복수개로 배열되는 방사소자 각각의 위상 조절이 가능한 복수개의 능동소자로 형성되는 능동회로망을 더 포함하며,
상기 제1기판과 제2기판 사이에 배치되며, 상기 제2기판의 능동회로망에 구비되는 복수개의 능동소자 각각을 논리적으로 제어하기 위한 제어로직선로부를 구비하는 제3기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나. - 청구항 4에 있어서,
상기 능동회로망의 복수개의 능동회로는,
위상을 천이시키기 위한 위상변위기와, 노이즈를 제거하고 신호를 증폭하기 위한 LNA와, 상기 위상변위기를 제어하기 위한 SPI를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나. - 청구항 5에 있어서,
상기 레이돔의 상부표면상 또는 하부표면상 중 어느 하나 이상의 표면상에 LDS 도금공정의 인쇄로 형성되는 복수개로 배열되는 방사소자는, 상기 능동회로망의 위상변위기에 의하여 위상이 조절되어 3D 빔이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나. - 청구항 4에 있어서,
상기 적층기판부에 구비되는 제1기판의 DC전압인가부와, 제2기판의 제어로직선로부가 상호 직각 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나. - 청구항 1에 있어서,
상기 레이돔의 상부표면상 또는 하부표면상 중 어느 하나 이상의 표면상에 LDS 도금공정의 인쇄로 형성되는 복수개로 배열되는 방사소자는, 사각형 마이크로스트립 패치소자 또는 원형 마이크로스트립 패치소자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이돔에 배열 방사소자가 형성된 안테나.
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