KR102185413B1 - 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

안테나 장치가 제공된다. 상기 안테나 장치는 제1 안테나가 구비된 제1 부재; 제2 안테나가 구비된 제2 부재; 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나를 신호적으로 격리시키는 격리부;를 포함할 수 있다.

Description

안테나 장치{ANTENNA DEVICE WITH HIGH ISOLATION}

본 발명은 복수의 신호를 송신하거나 수신하는 안테나 장치에 관한 것이다.

위성 항법 신호를 이용한 민수용, 국방용 제품은 이미 널리 사용되고 있다. 이러한 위성 항법 신호를 이용한 발사체, 유도 무기 혹은 드론 등은 원거리에서 제어 혹은 위치 정보를 송출하기 위해 텔레메트리 신호를 이용한다.

텔레메트리 신호보다 상대적으로 신호의 세기가 약한 위성 신호는 텔레메트리 신호의 세기에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 송신 체계와 수신 체계 간의 물리적인 위치를 이격시켜 서로 간의 영향성을 최소화할 필요가 있다.

한국등록특허공보 제10-1672797호에는 입력단, 직접단, 결합단 및 분리단의 4단자 커플러를 이용해서 신호를 검출하는 기술이 나타나 있다.

한국등록특허공보 제10-1672797호

본 발명은 높은 격리도를 갖는 소형의 다중대역 송수신 안테나 장치를 제공하기 위한 것이다.

위성 항법 신호 수신 안테나와 텔레메트리 송신 안테나를 적층하여 공간적인 손실을 최소화하고, 두 안테나의 편파를 다르게 하여 송신 체계와 수신 체계 간의 격리도를 확보하고 격리부에서 두 신호의 영향성을 최소화한다.

일 실시예로, 본 발명의 안테나 장치는 제1 안테나가 구비된 제1 부재; 상기 제1 부재 상에 적층되며, 제2 안테나가 구비된 제2 부재; 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나를 신호적으로 격리시키는 격리부;를 포함할 수 있다.

본 발명은 제1 안테나와 제2 안테나를 신호적으로 격리시키는 격리부를 포함할 수 있다. 격리부에 따르면, 각자의 신호의 영향으로 중첩 설치가 곤란했던 제1 안테나와 제2 안테나를 평면상으로 겹쳐서 적층시킬 수 있다. 제1 안테나와 제2 안테나가 겹쳐서 배치되면, 안테나 장치 전체가 소형화될 수 있다.

본 발명에 따르면, 위성 항법 신호의 수신과 텔레메트리 신호의 송신을 동시에 수행할 수 있는 소형 안테나를 제공할 수 있다. 텔레메트리 신호는 합성, 변조, 왜곡 등과 같이 위성 항법 신호를 훼손할 수 있는데, 격리부로 인해 위성 항법 신호의 훼손이 방지될 수 있다.

결국 본 발명에 따르면, 격리부에 의한 높은 격리도를 이용하여 두 신호 간의 간섭을 제거하여 제한된 공간에서 송신과 수신을 함께 수행할 수 있는 환경이 마련될 수 있다.

특히, 본 발명은 격리부 또한 제1 부재, 제2 부재에 겹쳐서 적층되므로, 소형화에 매우 유리한 장점을 가질 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 기존에 위성 항법 신호원과 텔레메트리 신호원의 물리적인 위치를 이격시키는 과정에서 발생하던 공간적인 손실을 최소화하고, 별도의 신호 격리 수단을 필요로 하지 않은 안테나 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 안테나 장치를 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 발명의 안테나 장치의 외형을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 안테나 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 격리부를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제1 안테나와 제2 안테나 간의 격리도를 측정한 그래프이다.
도 6은 제1 신호의 방사 패턴을 측정한 그래프이다.
도 7은 제2 신호의 방사 패턴을 측정한 그래프이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.

또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.

도 1은 본 발명의 안테나 장치를 나타낸 회로도이다. 도 2는 본 발명의 안테나 장치의 외형을 나타낸 개략도이다. 도 3은 본 발명의 안테나 장치를 나타낸 분해 사시도이다. 도 4는 본 발명의 격리부(300)를 나타낸 개략도이다.

도면에 도시된 안테나 장치는 제1 부재(100), 제2 부재(200), 격리부(300)를 포함할 수 있다.

제1 부재(100)는 제1 안테나(110)를 구비할 수 있다. 제1 안테나(110)는 제1 신호를 송수신할 수 있도록, 제1 신호의 파장의 절반의 길이로 형성될 수 있다.

제2 부재(200)는 제2 안테나(210)를 구비할 수 있다. 제2 안테나(210)는 제2 신호를 송수신할 수 있도록, 제2 신호의 파장의 절반의 길이로 형성될 수 있다.

신호 특성상 제1 신호와 제2 신호가 서로 인접한 선로를 경유해서 흐르는 경우, 특정 신호가 다른 신호를 산란시키거나, 특정 신호가 다른 신호에 합성되거나, 특정 신호가 다른 신호를 왜곡시키거나, 특정 신호가 다른 신호를 변조시키는 등의 신호 훼손이 발생될 수 있다. 신호 훼손이 발생되면, 일부 신호의 정상적인 기능을 기대하기 어려우므로 신호 훼손이 발생되지 않는 방안이 마련될 필요가 있다. 물리적으로 가장 효과적인 방법은 특정 신호의 발생원 또는 전달원을 다른 신호의 발생원 또는 전달원으로부터 물리적으로 이격시키는 것일 수 있다. 그러나, 발생원 등에 해당하는 소스(source) 간의 이격은 복수의 소스가 실장될 필요가 있는 기기의 소형화를 심각하게 저해할 수 있다.

소형화를 위한 최선의 방법은 서로 다른 소스를 중첩시켜 적층시키는 것일 수 있다. 이때, 소스는 제1 안테나(110), 제2 안테나(210)를 포함할 수 있다.

신호 훼손없이 제1 안테나(110)와 제2 안테나(210)가 최대한 인접하게 설치될 수 있도록, 격리부(300)는 제1 안테나(110)와 제2 안테나(210)를 신호적으로 격리시킬 수 있다. 격리부(300)를 제1 안테나(110)와 제2 안테나(210)를 물리적으로 격리시키는 대신, 신호적으로 격리시킴으로써 제1 안테나(110)와 제2 안테나(210) 간의 물리적 거리를 최소화시킬 수 있다.

일 예로, 제2 부재(200)는 제1 부재(100) 상에 적층될 수 있다.

서로 직교하는 3개의 좌표축(x축, y축, z축)이 형성하는 3차원 공간에서, 제1 부재(100), 제2 부재(200)는 설정 두께를 가지면서 xy 평면 상에 배치되는 판 형상으로 형성될 수 있다. 제1 부재(100)와 제2 부재(200)의 적층은 x축 좌표와 y축 좌표가 서로 중첩된 상태에서 z축 좌표가 서로 다른 상태를 나타낼 수 있다. 일 예로, z축 방향 상으로 제2 부재(200)는 제1 부재(100)의 상면(윗면)에 적층될 수 있다. 제2 부재(200)는 제1 부재(100)로부터 이격된 상태에서 제1 부재(100) 상에 적층될 수 있다. 최선의 소형화를 위해 제2 부재(200)는 제1 부재(100)의 상면에 접촉되는 상태로 적층되는 것이 바람직할 수 있다.

격리부(300)는 제1 부재(100) 및 제2 부재(200)와 별도로 형성될 수 있다. 소형화를 위해, 격리부(300)는 제2 부재(200)와 함께 평면상으로 제1 부재(100)에 중첩되게 배치될 수 있다.

일 예로, 제2 부재(200)가 제1 부재(100)의 일면에 적층될 때, 격리부(300)는 제1 부재(100)의 타면에 적층될 수 있다.

신호적으로 제1 안테나(110)와 제2 안테나(210)를 격리시키기 위해, 격리부(300)는 제1 안테나(110) 및 제2 안테나(210)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 격리부(300)와 각 안테나 간의 전기적 연결을 위해 가는 막대 형상의 피드핀(610, 620)이 이용될 수 있다.

일 예로, 제1 안테나(110)와 격리부(300)를 연결하는 제1 피드핀(610), 제2 안테나(210)와 격리부(300)를 연결하는 제2 피드핀(620)이 마련될 수 있다.

구체적으로, 제1 피드핀(610)은 제1 부재(100)를 관통해서 제1 안테나(110)로부터 격리부(300)까지 연장될 수 있다. 제2 피드핀(620)은 제2 부재(200) 및 제1 부재(100)를 관통해서 제2 안테나(210)로부터 격리부(300)까지 연장될 수 있다.

격리부(300)는 제1 피드핀(610)을 통과하는 제1 신호와 제2 피드핀(620)을 통과하는 제2 신호를 서로 격리시킬 수 있다. 이때, 제1 신호는 제1 안테나(110)로부터 수신된 신호로, L-Band 신호, 위성 항법 신호 등을 포함할 수 있다. 제2 신호는 제2 안테나(210)를 통해 송신될 신호로, S-Band 신호, 텔레메트리 신호 등을 포함할 수 있다.

적층 구조의 내구성 개선을 위해 평면상으로 제2 부재(200)의 면적은 제1 부재(100)의 면적 이하인 것이 좋다. 이에 따르면, 제2 부재(200)의 일면에 형성된 제2 안테나(210)의 면적 역시 제1 부재(100)의 일면에 형성된 제1 안테나(110)의 면적 이하로 형성되는 것이 자연스러울 수 있다.

상대적으로 면적이 작은 제2 안테나(210)는 길이 L2 역시 제1 안테나(110)의 길이 L1보다 짧으므로 제1 안테나(110)보다 짧은 파장의 신호, 다시 말해 고주파 신호를 송수신하기 적합하다. 왜냐하면, 안테나의 길이는 일반적으로 타겟 신호의 파장 λ의 절반 길이(λ/2)로 형성되기 때문이다. 고주파 신호는 제1 안테나(110)를 통해 송수신되는 저주파 신호를 훼손시킬 가능성이 높다. 고주파 신호에 의한 저주파 신호의 훼손을 방지하기 위해, 격리부(300)는 제1 피드핀(610)을 통과하는 제1 신호와 제2 피드핀(620)을 통과하는 제2 신호를 서로 격리시킬 수 있다.

제1 피드핀(610)을 통과하는 제1 신호와 제2 피드핀(620)을 통과하는 제2 신호는 서로 반대 방향으로 흐를 수 있다. 예를 들어, 제1 신호는 제1 안테나(110)로부터 수신되는 신호일 수 있으며 제2 신호는 제2 안테나(210)를 통해 외부로 송신되는 신호일 수 있다. 격리부(300)는 서로 반대 방향으로 흐르는 제1 신호와 제2 신호를 서로 격리시킬 수 있다.

물리적 거리 확보를 통한 격리 대신 신호적으로 제1 신호와 제2 신호를 분리, 격리시키기 위해, 격리부(300)는 커플러(310) 및 저역 통과 필터(330)를 포함할 수 있다

제1 부재(100)와 제2 부재(200)를 지지하기 위해 PCB 등의 기판(500)이 마련될 수 있다. 이때, 격리부(300)는 기판(500)에 형성될 수 있다. 기판(500)은 제3 면적을 갖는 사각형 등의 폐곡선 형상으로 형성될 수 있다.

제1 부재(100)에는 제3 면적보다 작은 제1 면적을 갖는 사각형 등 폐곡선 형상의 제1 유전체(130)가 마련될 수 있다.

제1 유전체(130) 전체는 기판(500)의 일면에 설치될 수 있다. z축 방향 상으로 기판(500)의 투영 영역에 모두 포함되도록 제1 유전체(130)가 배치될 수 있다. 기판(500)의 투영 영역의 면적은 제3 면적과 동일하며, 제1 유전체(130)의 모든 부위가 제3 면적을 갖는 기판(500)의 투영 영역 내에 배치될 수 있다.

제2 부재(200)에는 제2 면적보다 작은 제3 면적을 갖는 사각형 등 폐곡선 형상의 제2 유전체(230)가 마련될 수 있다.

제2 유전체(230) 전체는 제1 유전체(130)의 일면에 설치될 수 있다. z축 방향 상으로 제1 유전체(130)의 투영 영역에 모든 부위가 포함되도록 제2 유전체(230)가 배치될 수 있다. 제1 유전체(130)의 투영 영역의 면적은 제1 면적과 동일하며, 제2 유전체(230)의 모든 부위가 제1 면적을 갖는 제1 유전체(130)의 투영 영역 내에 배치될 수 있다.

다시 말해, 평면상으로 제1 부재(100)는 기판(500)에 모두 포함되고, 제2 부재(200)는 제1 부재(100) 및 기판(500)에 모두 포함되게 형성될 수 있다.

제1 안테나(110)는 제2 유전체(230)에 대면되는 제1 유전체(130)의 일면에 사각형 형상으로 형성될 수 있다. 사각형 형상의 제1 안테나(110)는 소위 패치 안테나(patch antenna)를 형성할 수 있다.

제2 안테나(210)는 제1 유전체(130)에 대면되는 제2 유전체(230)의 대향면의 반대면에 사각형 형상으로 형성될 수 있다. 사각형 형상의 제2 안테나(210) 역시 제1 안테나(110)와 유사하게 패치 안테나를 형성할 수 있다.

패치 안테나(patch antenna)는 마이크로스트립 안테나의 일종으로 스트립(strip)모양의 도체의 폭을 넓게 하여, 패치(기움 조각) 모양으로 한 도체를 안테나로 한다. 만들기 쉬운 것과 박형이라는 이점이 있다.

마이크로스트립 안테나(microstrip antenna)는 마이크로스트립 선로가 개방된 윗면을 통해 고주파를 방사하는 원리를 이용한 소형 평면 안테나이다. 마이크로스트립은 유전체 판의 한 면을 접지판으로 하고 다른 면은 스트립 선로나 슬롯 선로로 회로를 구성하는 것으로 인쇄기판(500)으로 제작하기 때문에 제작이 쉽고, 대량 생산에 적합하며 높이가 낮고 견고하다는 등의 여러 가지 특징이 있다. 마이크로스트립 안테나는 대역이 좁고 이득이 낮은 단점은 있으나, 같은 기판(500) 위에 다른 마이크로 집적 회로(IC) 소자들과 쉽게 결합할 수 있다.

제1 피드핀(610)은 제1 부재(100)를 관통해서 제1 안테나(110)로부터 격리부(300)까지 연장될 수 있다. 제2 피드핀(620)은 제2 부재(200) 및 제1 부재(100)를 차례대로 관통해서 제2 안테나(210)로부터 격리부(300)까지 연장될 수 있다.

제1 안테나(110)와 제2 안테나(210)는 동축 o 상에 형성될 수 있다. 일 예로, xy 평면 상에서 제1 안테나(110)의 중심 c1, 제2 안테나(210)의 중심 c2가 정의될 수 있다. 제1 안테나(110)와 제2 안테나(210)는 사각판 형상으로 형성되고 서로 평행하게 배치될 수 있다. 중심 c1에 직교하는 축을 가정할 때, 이 축 상에 중심 c2가 위치하도록 제2 안테나(210)가 배치될 수 있다. 제1 안테나(110)를 지지하는 기판(500)이 마련될 때, 기판(500)의 중심 c3 역시 동축 o 상에 형성될 수 있다.

제1 피드핀(610) 및 제2 피드핀(620)은 제1 안테나(110)의 중심 c1 또는 제2 안테나(210)의 중심 c2로부터 이격된 위치에 배치될 수 있다.

일 예로, 제1 피드핀(610)은 제1 안테나(110)의 일변측에 치우친 제1 지점에 배치될 수 있다. 제2 피드핀(620)은 제2 안테나(210)의 타변측에 치우친 제2 지점에 배치될 수 있다. 도면에서는 제1 지점은 제1 피드핀(610)에 의해 가려진 상태이고, 제2 지점은 제2 피드핀(620)에 의해 가려진 상태일 수 있다.

제2 지점은 제1 안테나(110)의 중심 c1 또는 제2 안테나(210)의 중심 c2를 사이에 두고 제1 지점에 대면되는 위치에 형성될 수 있다.

사각형 형상을 갖는 제1 유전체(130)의 모서리 4개 중에 제2 지점에 인접한 모서리 1개가 모따기될 수 있다.

제2 부재(200)에서 평면상으로 제2 지점에는 제2 피드핀(620)이 통과하는 피드 구멍(202)이 형성될 수 있다. 제2 지점과 마찬가지로, 피드 구멍(202) 역시 제2 안테나(210)의 중심 c2로부터 이격된 위치에 형성될 수 있다. 구체적으로, 피드 구멍(202)은 제2 유전체(230)를 관통하는 통공을 포함할 수 있다. 제2 피드핀(620)이 제2 안테나(210)와 일체로 형성되거나, 별도의 제2 피드핀(620)이 제1 부재(100)로부터 제2 부재(200)를 향하는 방향으로 삽입되는 경우, 제2 안테나(210)에는 별도의 피드 구멍(202)이 마련되지 않아도 무방하다. 반면, 별도의 제2 피드핀(620)이 제2 부재(200)를 먼저 통과한 후 제1 부재(100)를 통과하는 설치 방식인 경우, 제2 안테나(210)에도 피드 구멍(202)이 형성될 수 있다.

제1 부재(100)에는 제1 통공(101)과 제2 통공(102)이 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 통공(101) 및 제2 통공(102)은 제1 유전체(130)를 관통하도록 형성될 수 있다.

제1 통공(101)은 제2 부재(200)에서 평면상으로 제1 지점에 형성될 수 있다. 제1 통공(101)은 제1 피드핀(610)이 삽입 관통되도록 형성될 수 있다. 제1 피드핀(610)이 제1 안테나(110)와 일체로 형성되거나, 별도의 제1 피드핀(610)이 기판(500)으로부터 제1 부재(100)를 향하는 방향으로 삽입되는 경우, 제1 안테나(110)에는 별도의 제1 통공(101)이 형성되지 않아도 무방하다. 반면, 별도의 제1 피드핀(610)이 제1 부재(100)를 통과한 후 기판(500)을 통과하는 설치 방식인 경우, 제1 안테나(110)에도 제1 통공(101)이 형성될 수 있다.

제1 피드핀(610)이 큰 직경의 머리부를 갖는 못 형상으로 형성된 경우, 제1 통공(101)에 삽입된 상태에서 제1 피드핀(610)의 머리부가 제1 안테나(110)로부터 돌출될 수 있다.

제1 안테나(110)의 정상 동작을 위해 제1 안테나(110)는 제2 유전체(230)에 밀착 접촉되는 것이 좋다. 이때, 제1 피드핀(610)의 머리부에 제2 유전체(230)에 접촉되면, 제2 유전체(230)와 제1 안테나(110) 간의 접촉이 방해받을 수 있다. 이를 방지하기 위해, 제1 피드핀(610)에 대면되는 제2 유전체(230)의 일면에는 제1 피드핀(610)의 머리부가 삽입되는 도피 홈이 형성될 수 있다. 도피 홈의 깊이는 제1 안테나(110)에 대한 제1 피드핀(610)의 머리부의 돌출 높이 이상으로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 제1 피드핀(610)의 머리부가 도피 홈에 삽입되므로, 제제1 안테나(110)와 제2 유전체(230) 간의 밀착 접촉이 정상적으로 이루어질 수 있다.

제2 통공(102)은 제2 부재(200)에서 평면상으로 제2 지점에 형성될 수 있다. 제2 통공(102)은 피드 구멍(202)을 관통한 제2 피드핀(620)이 통과 가능하게 형성될 수 있다.

제1 안테나(110)가 제2 통공(102)을 통과하는 제2 피드핀(620)과 전기적으로 연결되면 곤란하다. 제1 유전체(130)와 제2 유전체(230)의 사이에 배치되는 제1 안테나(110)에도 제2 피드핀(620)이 관통하는 피딩 홀(119)이 형성될 수 있다. 이때, 피딩 홀(119)은 제2 통공(102)과 동축 상에 형성되며, 제2 통공(102)의 직경보다 큰 직경으로 형성될 수 있다. 제2 통공(102)을 통과하기 위해 제2 피드핀(620)의 외경이 제2 통공(102)의 직경 이하일 수 있다. 제2 통공(102)의 직경 이하의 외경을 갖는 제2 피드핀(620)은 제2 통공(102)보다 큰 직경을 갖는 피딩 홀(119)을 갖는 제1 안테나(110)로부터 자연스럽게 이격될 수 있다.

제1 부재(100)의 일면에 제2 부재(200)가 적층될 때, 제1 부재(100)의 타면에서 제1 부재(100)를 지지하는 기판(500)이 마련될 수 있다.

소형화를 위해 격리부(300)는 기판(500) 상에 투영된 제1 부재(100)의 가상 투영 영역 내에 적어도 일부가 배치될 수 있다. 이때, 격리부(300)는 제1 부재(100)에 대면되는 기판(500)의 일면에 형성되거나, 그 반대면인 기판(500)의 타면에 형성될 수 있다.

제1 부재(100)에 대면되는 기판(500)의 일면에 격리부(300)가 형성되는 경우, 기판(500)에 대면되는 유전체의 일면에는 격리부(300)가 수용되는 수용 홈이 형성될 수 있다. 격리부(300)는 수용 홈에 삽입되고 기판(500)에 의해 덮인 상태가 되므로, 외부로부터 격리된 상태가 될 수 있다. 따라서, 격리부(300)의 보호 및 소형화에 유리하다.

기판(500)에는 제1 피드핀(610)이 통과하는 제1 판 구멍(501), 제2 피드핀(620)이 통과하는 제2 판 구멍(502)이 형성될 수 있다.

격리부(300)는 제1 판 구멍(501)을 통과하는 제1 피드핀(610)에 전기적으로 연결될 수 있다. 격리부(300)는 제2 판 구멍(502)을 통과하는 제2 피드핀(620)에 전기적으로 연결될 수 있다.

격리부(300)에는 커플러(310), 필터(330)가 마련될 수 있다.

커플러(310)에는 제1 안테나(110)에 전기적으로 연결된 제1 단자(311), 제2 안테나(210)에 전기적으로 연결된 제2 단자(312), 제1 신호가 출력되는 제3 단자(313), 제2 신호가 입력되는 제4 단자(314)가 구비될 수 있다. 구체적으로, 제1 단자(311)는 기판(500)까지 연장된 제1 피드핀(610)에 연결되고, 제1 피드핀(610)을 거쳐 제1 안테나(110)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 단자(312)는 기판(500)까지 연장된 제2 피드핀(620)에 연결되고, 제2 피드핀(620)을 거쳐 제2 안테나(210)에 전기적으로 연결될 수 있다.

커플러(310)에는 제1 단자(311)와 제3 단자(313)를 연결하는 제1 선로 ①, 제2 단자(312)와 제2 단자(312)를 연결하는 제2 선로 ②가 마련될 수 있다. 제1 선로와 제2 선로는 커플링되도록 서로 대면하게 배치될 수 있다.

커플러(310)의 제1 단자(311), 제2 단자(312), 제3 단자(313), 제4 단자(314)는 커플러(310)에 인가되는 제1 신호와 제2 신호에 대해 다음의 표 1과 같이 동작될 수 있다.

	제1 단자(311)	제2 단자(312)	제3 단자(313)	제4 단자(314)
제1 신호	Input	Coupling	Output	Isolated
제2 신호	Isolated	Output	Coupling	Input

제1 선로 ①의 일단부에 형성된 제1 단자(311)와 제2 선로 ②의 일단부에 형성된 제2 단자(312)는 서로 대면하게 배치될 수 있다. 제1 선로 ①의 타단부에 형성된 제3 단자(313)와 제2 선로 ②의 타단부에 형성된 제4 단자(314)는 서로 대면하게 배치될 수 있다.제1 신호는 제1 안테나(110)를 통해 수신된 신호로 제1 단자(311)로 입력될 수 있다.

제2 신호는 제2 안테나(210)를 통해 송신될 신호로 제4 단자(314)로 입력될 수 있다.

제1 선로 ①을 따라 흐르는 제1 신호는 제1 단자(311)로부터 제3 단자(313)를 향하는 정방향으로 흐를 수 있다.

제2 선로 ②를 따라 흐르는 제2 신호는 제4 단자(314)로부터 제2 단자(312)를 향하는 역방향으로 흐를 수 있다. 이때, '역방향'은 '정방향'의 반대 방향을 나타낼 수 있다.

제1 신호는 L 주파수대 신호를 포함할 수 있다. L 주파수대는 관습적으로 사용되는 주파수대의 호칭으로, 주로 위성 통신과 마이크로파 통신에서 사용되는 1GHz대의 주파수대. 예를 들면 390MHz~1.55GHz, 1~2GHz 또는 1.53~1.66GHz의 주파수대를 말하는 것으로, 확실하게 결정된 하나의 주파수 범위가 있는 것은 아니다. 본 명세서에서 제1 신호는 1~2GHz의 위성항법 신호를 주 대상으로 할 수 있다.

제2 신호는 S 주파수대 신호를 포함할 수 있다. S 주파수대는 관습적으로 사용되는 주파수대의 호칭으로, 위성 통신이나 마이크로파 통신에서 사용되는 1.55~3.9GHz(미국의 경우), 또는 2.5~4GHz(영국의 경우)의 주파수대를 말할 수 있다. 본 명세서에서 제2 신호는 2~4GHz의 텔레메트리 신호를 주 대상으로 할 수 있다. 텔레메트리 신호는 안테나 장치가 탑재된 물체의 위치 정보를 포함할 수 있다.

기판(500)에는 제1 안테나(110)를 통해 수신된 제1 신호가 출력되는 신호 출력 단자(510), 제2 안테나(210)를 통해 송신될 제2 신호가 입력되는 신호 입력 단자(530)가 구비될 수 있다.

필터의 일단은 커플러(310)의 제3 단자(313)에 연결되고 필터의 타단은 신호 출력 단자(510)에 연결될 수 있다. 제1 신호가 출력되는 제3 단자(313)에 연결된 필터는 제3 단자(313)로부터 출력된 제1 신호를 필터링할 수 있다. 일 예로, 제1 신호가 제2 신호와 비교해서 저주파인 경우, 필터는 제1 신호의 주파수 대역만 통과시키는 저역 통과 필터링을 수행할 수 있다.

서로 커플링되는 제1 선로 ①과 제2 선로 ②가 구비된 커플러(310)가 마련될 때, 제1 선로 ①은 제1 안테나(110)와 필터를 연결할 수 있다. 제2 선로 ②는 별도의 필터링없이 제2 안테나(210)와 신호 입력 단자(530)를 연결할 수 있다.

본 발명에서 각 방사체는 편파와 주파수를 다르게 갖는 유전체 구조를 가질 수 있다.

안테나의 성능은 제1 신호, 제2 신호가 흐르는 패턴의 길이, 방향, 위치 관계 등에 의해 영향받을 수 있다. 본 발명은 복수개의 안테나가 마련된 상태에서, 일부 안테나는 송신용으로 사용하고 일부 안테나는 수신용으로 사용하는 환경을 대상으로 할 수 있다. 본 발명은 제1 신호와 같은 수신용 신호와 제2 신호와 같은 송신용 신호를 서로 격리시킴으로써 복수개의 안테나가 마련된 시스템의 소형화를 달성하기 위한 것이다. 따라서, 이하에 기술되는 격리부(300)의 구조 역시 소형화가 달성된 상태에서 안테나 장치의 성능을 결정하는 주요 요소가 될 수 있다.

도 4를 참조하여, 각 요소의 배치 관계를 설명한다.

기판(500)은 제1 부재(100)를 사이에 두고 제2 부재(200)에 대면하게 배치될 수 있다. 제1 피드핀(610)은 제1 안테나(110)로부터 기판(500)까지 연장될 수 있다. 제2 피드핀(620)은 제2 안테나(210)로부터 기판(500)까지 연장될 수 있다.

제1 피드핀(610)의 단부는 기판(500) 상에서 제1 안테나(110) 또는 제2 안테나(210)의 중심 c1, c2로부터 이격된 제1 지점에 배치될 수 있다.

제2 피드핀(620)의 단부는 기판(500) 상에서 중심 c1, c2를 사이에 두고 제1 지점에 대면되는 제2 지점에 배치될 수 있다. 이때, 중심으로부터 제1 지점까지의 거리는 중심으로부터 제2 지점까지의 거리보다 길 수 있다.

제1 지점과 제2 지점을 가로지르는 가상선 T를 가정한다.

가상선 T와 평행하게 연장되는 제1 선로 ①과 제2 선로 ②를 갖는 커플러(310)가 제1 지점과 제2 지점의 옆에 배치될 수 있다.

가상선 T의 연장 방향 상으로, 커플러(310)에서 제2 피드핀(620)의 단부에 전기적으로 연결되는 제2 단자(312)는 제1 지점과 제2 지점의 사이에 배치될 수 있다. 가상선 T의 연장 방향은 3차원 공간에서 y축과 평행할 수 있다.

가상선 T의 수직한 방향 상으로, 커플러(310)에서 제1 피드핀(610)의 단부에 전기적으로 연결되는 제1 단자(311)는 제2 단자(312)를 사이에 두고 제1 지점 또는 제2 지점에 대면하게 배치될 수 있다. 가상선 T의 수직한 방향은 3차원 공간에서 y축과 평행할 수 있다.

가상선 T의 연장 방향 상으로, 커플러(310)에서 상기 제2 지점을 사이에 두고 상기 제2 단자(312)에 대면되는 제4 단자(314)는 제2 선로를 통해 제2 단자(312)에 연결될 수 있다.

기판(500)에는 제2 안테나(210)를 통해 송신될 제2 신호가 입력되는 신호 입력 단자(530)가 형성될 수 있다. 기판(500)의 모서리는 도 3과 같이 각지게 형성되거나, 도 4와 같이 둥글게 라운드 처리될 수 있다. 기판(500)의 크기는 격리부를 수용할 수 있는 범위 내에서 자유롭게 설정될 수 있다. 따라서, 기판(500)의 크기는 제1 유전체(130)의 크기보다 커도 무방하며, 작아도 무방하다.

신호 입력 단자(530)는 가상선 T의 수직한 방향 상으로 제2 지점을 사이에 두고 제4 단자(314)에 대면되게 배치될 수 있다. 신호 입력 단자(530)는 가상선 T의 수직한 방향을 따라 연장되는 패턴을 통해 제4 단자(314)에 전기적으로 연결될 수 있다.

가상선 T의 연장 방향 상으로, 커플러(310)에서 제2 지점을 사이에 두고 제1 단자(311)에 대면되는 제3 단자(313)는 제1 선로를 통해 제1 단자(311)에 연결될 수 있다.

가상선 T의 연장 방향 상으로, 제3 단자(313)를 사이에 두고 제1 단자(311)에 대면하게 배치되는 저역 통과 필터(LPF, Low Pass Filter)가 마련될 수 있다.

가상선 T의 수직한 방향 상으로, 저역 통과 필터의 입출력단은 제3 단자(313)와 제4 단자(314)의 사이에 배치될 수 있다.

기판(500)에는 제1 안테나(110)를 통해 수신된 제1 신호가 출력되는 신호 출력 단자(510)가 형성될 수 있다.

신호 출력 단자(510)는 가상선 T의 수직한 방향 상으로 신호 입력 단자(530)와 제4 단자(314)의 사이에 배치되며, 가상선 T의 수직한 방향을 따라 연장되는 패턴을 통해 저역 통과 필터의 출력단에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제1 안테나와 제2 안테나 간의 격리도를 측정한 그래프이다.

도 5는 도 4에 도시된 안테나 장치를 대상으로 이루어진 실험 결과이다. 도 4의 안테나 장치는 기판(500)의 모서리가 둥글게 라운드 처리된 것을 제외하고 도 3의 안테나 장치와 동일하다. 실험 결과에 따르면, S-band 격리도가 대략 40dB로 나타났다.

도 5를 참조하면, S-band에 대해 높은 격리도가 구현되므로, 제1 안테나와 제2 안테나의 중첩 배치에도 불구하고, L-band 신호와 S-band 신호가 정상적으로 동작할 수 있는 환경이 제공될 수 있다.

도 6은 제1 신호의 방사 패턴을 측정한 그래프이고, 도 7은 제2 신호의 방사 패턴을 측정한 그래프이다.

도 6은 제1 신호의 예로, L-band 신호의 게인(gain)을 측정한 것이며, 도 7은 제2 신호의 예로, S-band 신호의 게인(gain)을 측정한 것일 수 있다. 살펴보면, 제1 신호의 피크 게인 및 제2 신호의 피크 게인이 모두 0dBic에 수렴하는 것으로 나타났다. 본 발명의 안테나 장치는 xy평면 상에 중첩 배치되는 제1 안테나와 제2 안테나 간에 높은 격리도가 보장될 뿐만 아니라, 게인면에서도 별다른 문제가 없는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100...제1 부재 101...제1 통공
102...제2 통공 110...제1 안테나
119...피딩 홀 130...제1 유전체
200...제2 부재 202...피드 구멍
210...제2 안테나 230...제2 유전체
300...격리부 310...커플러
311...제1 단자 312...제2 단자
313...제3 단자 314...제4 단자
330...필터 500...기판
501...제1 판 구멍 502...제2 판 구멍
510...신호 출력 단자 530...신호 입력 단자
610...제1 피드핀 620...제2 피드핀

Claims (9)

1. 제1 안테나가 구비된 제1 부재;
   제2 안테나가 구비된 제2 부재;
   상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나를 신호적으로 격리시키는 격리부;를 포함하고,
   상기 제2 부재는 상기 제1 부재 상에 적층되고,
   상기 제2 부재 및 상기 격리부는 평면상으로 상기 제1 부재에 중첩되게 배치되며,
   상기 제1 부재를 사이에 두고 상기 제2 부재에 대면하게 배치되는 기판, 상기 제1 안테나로부터 상기 기판까지 연장되는 제1 피드핀, 상기 제2 안테나로부터 상기 기판까지 연장되는 제2 피드핀이 마련되고,
   상기 제1 피드핀의 단부는 상기 기판 상에서 상기 제1 안테나 또는 상기 제2 안테나의 중심으로부터 이격된 제1 지점에 배치되며,
   상기 제2 피드핀의 단부는 상기 기판 상에서 상기 중심을 사이에 두고 상기 제1 지점에 대면되는 제2 지점에 배치되고,
   상기 제1 지점과 상기 제2 지점을 가로지르는 가상선을 가정할 때, 상기 가상선과 평행하게 연장되는 제1 선로와 제2 선로를 갖는 커플러가 상기 제1 지점과 상기 제2 지점의 옆에 배치되며,
   상기 가상선의 연장 방향 상으로, 상기 커플러에서 상기 제2 피드핀의 단부에 전기적으로 연결되는 제2 단자는 상기 제1 지점과 상기 제2 지점의 사이에 배치되고,
   상기 가상선의 수직한 방향 상으로, 상기 커플러에서 상기 제1 피드핀의 단부에 전기적으로 연결되는 제1 단자는 상기 제2 단자를 사이에 두고 상기 제1 지점 또는 상기 제2 지점에 대면하게 배치되며,
   상기 가상선의 연장 방향 상으로, 상기 커플러에서 상기 제2 지점을 사이에 두고 상기 제2 단자에 대면되는 제4 단자는 상기 제2 선로를 통해 상기 제2 단자에 연결되며,
   상기 기판에는 상기 제2 안테나를 통해 송신될 제2 신호가 입력되는 신호 입력 단자가 형성되고,
   상기 신호 입력 단자는 상기 가상선의 수직한 방향 상으로 상기 제2 지점을 사이에 두고 상기 제4 단자에 대면되게 배치되며, 상기 가상선의 수직한 방향을 따라 연장되는 패턴을 통해 상기 제4 단자에 전기적으로 연결되고,
   상기 가상선의 연장 방향 상으로, 상기 커플러에서 상기 제2 지점을 사이에 두고 상기 제1 단자에 대면되는 제3 단자는 상기 제1 선로를 통해 상기 제1 단자에 연결되며,
   상기 가상선의 연장 방향 상으로, 상기 제3 단자를 사이에 두고 상기 제1 단자에 대면하게 배치되는 저역 통과 필터가 마련되고,
   상기 가상선의 수직한 방향 상으로, 상기 저역 통과 필터의 입출력단은 상기 제3 단자와 상기 제4 단자의 사이에 배치되며,
   상기 기판에는 상기 제1 안테나를 통해 수신된 제1 신호가 출력되는 신호 출력 단자가 형성되고,
   상기 신호 출력 단자는 상기 가상선의 수직한 방향 상으로 상기 신호 입력 단자와 상기 제4 단자의 사이에 배치되며, 상기 가상선의 수직한 방향을 따라 연장되는 패턴을 통해 상기 저역 통과 필터의 출력단에 전기적으로 연결되며,
   상기 제1 신호는 L-band 신호이고, 상기 제2 신호는 S-band 신호인 안테나 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 피드핀은 상기 제1 안테나와 상기 격리부를 연결하고,
   상기 제2 피드핀은 상기 제2 안테나와 상기 격리부를 연결하며,
   상기 제1 피드핀을 통과하는 상기 제1 신호와 상기 제2 피드핀을 통과하는 상기 제2 신호는 서로 반대 방향으로 흐르며,
   상기 격리부는 서로 반대 방향으로 흐르는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 서로 격리시키는 안테나 장치.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 격리부가 형성된 제3 면적의 상기 기판이 마련되고,
   상기 제1 부재에는 상기 제3 면적보다 작은 제1 면적을 갖는 폐곡선 형상의 제1 유전체가 마련되며,
   상기 제1 유전체 전체는 상기 기판의 일면에 설치되고,
   상기 제2 부재에는 상기 제1 면적보다 작은 제2 면적을 갖는 폐곡선 형상의 제2 유전체가 마련되며,
   상기 제2 유전체 전체는 상기 제1 유전체의 일면에 설치되고,
   상기 제1 안테나는 상기 제2 유전체에 대면되는 상기 제1 유전체의 일면에 사각형 형상으로 형성되며,
   상기 제2 안테나는 상기 제1 유전체에 대면되는 상기 제2 유전체의 대향면의 반대면에 사각형 형상으로 형성된 안테나 장치.
   
7. L-band 신호가 포함된 제1 신호를 수신하는 제1 안테나가 구비된 제1 부재;
   S-band 신호가 포함된 제2 신호를 송신하는 제2 안테나가 구비된 제2 부재;
   커플러 및 저역 통과 필터;를 포함하고,
   상기 커플러에는 상기 제1 안테나에 전기적으로 연결된 제1 단자, 상기 제2 안테나에 전기적으로 연결된 제2 단자, 상기 제1 신호가 출력되는 제3 단자, 상기 제2 신호가 입력되는 제4 단자가 마련되며,
   상기 커플러는 상기 제1 단자에 상기 제1 신호가 입력될 때 상기 제1 단자에 입력된 상기 제1 신호가, 상기 제3 단자로 출력되고, 상기 제2 단자에 커플링(coupling)되며, 제4 단자에 아이솔레이티드(isolated)되도록 동작하게 형성되고,
   상기 커플러는 상기 제4 단자에 상기 제2 신호가 입력될 때 상기 제4 단자에 입력된 상기 제2 신호가, 상기 제2 단자로 출력되고, 상기 제3 단자에 커플링(coupling)되며, 상기 제1 단자에 아이솔레이티드(isolated)되도록 동작하게 형성되고,
   상기 저역 통과 필터의 일단은 상기 제3 단자에 연결되고, 상기 저역 통과 필터의 타단은 신호 출력 단자에 연결되며,
   상기 저역 통과 필터는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 중에서 상기 제1 신호의 주파수 대역만 통과시키고,
   상기 제4 단자에 전기적으로 연결된 신호 입력 단자를 통해 상기 제2 신호가 입력되는 안테나 장치.
8. 삭제
9. 삭제

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