KR102197412B1 - 밀리미터 웨이브 대역 배열 안테나 - Google Patents

Abstract

밀리미터 웨이브 대역 배열 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는, 제1 기판의 상부에 형성되며 제1 급전 선로를 통해 급전 신호를 제공받는 다수의 제1 +다이폴 부재 및 상기 제1 기판의 하부에 형성되며 상기 제1 기판 하부에 형성된 접지면과 결합되는 다수의 제1 -다이폴 부재를 포함하는 제1 다이폴 배열 안테나부; 및 상기 제1 기판의 상부에 형성되는 다수의 슬롯 방사체, 상기 제1 기판의 하부에 형성되며 상기 다수의 슬롯 방사체에 급전 신호를 제공하는 제3 급전 선로 및 상기 제1 기판의 상부에 적층되는 제2 기판의 상부에 형성되며 상기 다수의 슬롯 방사체에 급전 신호를 제공하는 제4 급전 선로를 포함하는 슬롯 안테나부를 포함하되, 상기 접지면은 상기 제1 -다이폴 부재와의 결합 지점의 우측으로 제1 각도의 상향 경사를 가지는 제1 경사 구조 및 상기 결합 지점의 좌측으로 제1 각도의 상향 경사를 가지는 제2 경사 구조를 형성한다. 개시된 안테나는 음영 지역의 발생을 최소화하고 다중 경로로 인한 지연 확산을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

밀리미터 웨이브 대역 배열 안테나{Millimeter Wave Band Array Antenna}

본 발명은 배열 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밀리미터 웨이브 대역 배열 안테나에 관한 것이다.

5G 네트워크의 높은 전송속도 요구사항을 만족시키기 위해 3GPP는 밀리미터웨이브 기술을 도입하였다. 이는 밀리미터웨이브 대역이 기존의 3 GHz 대역보다 높은 대역폭을 제공해 줄 수 있기 때문이다. 그러나 밀리미터웨이브 대역은 높은 전송 용량을 장점으로 하지만, 채널의 상태가 환경에 따라 심하게 변화하는 특징이 있다. 밀리미터웨이브 링크는 LOS(line-of-sight) 환경에서 높은 전송률을 보여주지만, NLOS(non-LOS) 환경에서는 SINR이 최대 35 dB 만큼 떨어질 수 있다. 이는 밀리미터웨이브 신호가 건물, 나무, 사람 등에 의한 장애물에 취약하고 매우 높은 감쇄 특성을 보이기 때문이다.

이러한 이유로 밀리미터 웨이브 대역 안테나는 이득 향상을 위해 매우 좁은 빔폭으로 신호를 방사하며 이로 인해 음영 지역이 증가하는 문제점이 있었다. 또한, 밀리미터 웨이브 대역 안테나는 높은 주파수를 가지기에 다중 경로 전파 환경에서 지연 확산이 확대되는 문제점이 있었다.

본 발명은 음영 지역의 발생을 최소화하고 다중 경로로 인한 지연 확산을 방지할 수 있는 밀리미터 웨이브 대역 안테나를 제안한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 기판의 상부에 형성되며 제1 급전 선로를 통해 급전 신호를 제공받는 다수의 제1 +다이폴 부재 및 상기 제1 기판의 하부에 형성되며 상기 제1 기판 하부에 형성된 접지면과 결합되는 다수의 제1 -다이폴 부재를 포함하는 제1 다이폴 배열 안테나부; 및 상기 제1 기판의 상부에 형성되는 다수의 슬롯 방사체, 상기 제1 기판의 하부에 형성되며 상기 다수의 슬롯 방사체에 급전 신호를 제공하는 제3 급전 선로 및 상기 제1 기판의 상부에 적층되는 제2 기판의 상부에 형성되며 상기 다수의 슬롯 방사체에 급전 신호를 제공하는 제4 급전 선로를 포함하는 슬롯 안테나부를 포함하되, 상기 접지면은 상기 제1 -다이폴 부재와의 결합 지점의 우측으로 제1 각도의 상향 경사를 가지는 제1 경사 구조 및 상기 결합 지점의 좌측으로 제1 각도의 상향 경사를 가지는 제2 경사 구조를 형성하는 밀리미터 웨이브 배열 안테나가 제공된다.

상기 제1 경사 구조 및 상기 제2 경사 구조는 복수의 상기 제1 -다이폴 부재와 상기 접지면과의 모든 결합 지점에 대해 형성된다.

상기 배열 안테나는 제1 기판의 상부에 형성되며 제2 급전 선로를 통해 급전 신호를 제공받는 다수의 제2 +다이폴 부재 및 상기 제1 기판의 하부에 형성되며 상기 제1 기판 하부에 형성된 접지면과 결합되는 다수의 제2 -다이폴 부재를 포함하는 제2 다이폴 배열 안테나부를 더 포함한다.

상기 제1 다이폴 배열 안테나부의 배열 방향과 상기 제2 다이폴 배열 안테나부의 배열 방향은 서로 직교한다.

상기 제1 + 다이폴 부재, 제1 -다이폴 부재, 제2 +다이폴 부재 및 제2 -다이폴 부재는 90도 이하의 각도로 꺾인 구조를 가진다.

상기 제3 급전 선로 및 제4 급전 선로는 90도의 위상차가 나는 급전 신호를 각각 제공하여 상기 슬롯 방사체부는 원형 편파 신호를 방사한다.

상기 제1 다이폴 배열 안테나부, 제2 다이폴 배열 안테나부 및 슬롯 안테나부 중 어느 하나가 선택되어 급전 신호를 제공받는다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1 기판의 상부에 형성되며 제1 급전 선로를 통해 급전 신호를 제공받는 다수의 제1 +다이폴 부재 및 상기 제1 기판의 하부에 형성되며 상기 제1 기판 하부에 형성된 접지면과 결합되는 다수의 제1 -다이폴 부재를 포함하는 제1 다이폴 배열 안테나부; 제1 기판의 상부에 형성되며 제2 급전 선로를 통해 급전 신호를 제공받는 다수의 제2 +다이폴 부재 및 상기 제1 기판의 하부에 형성되며 상기 제1 기판 하부에 형성된 접지면과 결합되는 다수의 제2 -다이폴 부재를 포함하는 제2 다이폴 배열 안테나부; 및 상기 제1 기판의 상부에 형성되는 다수의 슬롯 방사체, 상기 제1 기판의 하부에 형성되며 상기 다수의 슬롯 방사체에 급전 신호를 제공하는 제3 급전 선로 및 상기 제1 기판의 상부에 적층되는 제2 기판의 상부에 형성되며 상기 다수의 슬롯 방사체에 급전 신호를 제공하는 제4 급전 선로를 포함하는 슬롯 안테나부를 포함하되, 상기 제1 다이폴 배열 안테나부의 배열 방향과 상기 제2 다이폴 배열 안테나부의 배열 방향은 상이한 밀리미터 웨이브 배열 안테나가 제공된다.

본 발명의 밀리미터 웨이브 배열 안테나는 음영 지역의 발생을 최소화하고 다중 경로로 인한 지연 확산을 방지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나의 개념적 구조를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나에서 제1 기판의 상부 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나에서 제1 기판의 하부 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나에서 제1 기판의 상하부 구조를 함께 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나에서 제2 기판의 상부 평면도.
도 6은 본 발명의 일 실시에에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나에서 제1 기판상에 제2 기판을 적층한 구조를 위에서 바라본 상부 평면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나의 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시에에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나에서 제1 기판의 하부면에 형성되는 접지면의 구조를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 h의 변화에 대한 반사 계수의 변화를 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명의 일 실시에에 따른 슬롯 안테나부의 방사 패턴을 나타낸 평면도 및 입체도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나의 개념적 구조를 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나는 제1 다이폴 배열 안테나부(100), 제2 다이폴 배열 안테나부(110) 및 슬롯 안테나부(120)를 포함한다.

제1 다이폴 배열 안테나부(100)는 다수의 다이폴 방사체가 배열된 구조를 가진다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 8개의 다이폴 방사체가 일렬로 배열되는 1 X 8 다이폴 안테나 배열이 사용될 수 있다.

제2 다이폴 안테나 배열부(100) 역시 다수의 다이폴 방사체가 배열된 구조를 가지며, 제2 다이폴 안테나 배열부(110) 역시 일레로 1 X 8 배열 구조를 가질 수 있다.

제1 다이폴 안테나 배열부(100)와 제2 다이폴 안테나 배열부(110)는 배열 방향이 서로 다르게 설정된다. 바람직하게는 제1 다이폴 안테나 배열부(100)와 제2 안테나 배열부(110)는 서로 직교하는 배열 방향을 가진다. 예를 들어, 좌표 평면에서 제1 다이폴 안테나 배열부(100)의 다이폴 방사체들이 x 방향으로 배열된다면, 제2 다일 안테나 배열부(110)는 다이폴 방사체들이 y 방향으로 배열된다.

제1 다이폴 안테나 배열부(100)와 제2 다이폴 안테나(110)는 서로 다른 방향으로 배열되기에 서로 다른 빔 조향 방향을 가진다.

제1 다이폴 안테나 배열부(100)와 제2 다이폴 안테나 배열부(110)는 다이폴 방사체들이 배열되는 구조이기에 선형 편파의 RF 신호를 방사하는 특성을 가진다.

슬롯 안테나부(120)는 다수의 슬롯을 이용하여 RF 신호를 방사한다. 슬롯 안테나부(120)는 원형 편파의 RF 신호를 방사하도록 설정된 구조를 가진다.

알려진 바와 같이, 밀리미터 웨이브 대역의 신호는 매우 높은 감쇠 특성을 가지기에 지향성을 가진 신호가 송수신되며, 이에 높은 빔 조향 성능이 요구된다. 빔 조향 성능의 향상을 위해 본 발명은 서로 다른 방향으로 배열되어 주 빔이 서로 다른 방향으로 방사되는 제1 다이폴 안테나 배열부(100) 및 제2 다이폴 안테나부(110)를 구비하며, 요구되는 빔 조향 특성에 따라 두 개의 다이폴 안테나 배열부 중 하나의 다이폴 안테나 배열부(110)가 선택되어 RF 신호의 송수신을 수행한다.

또한, 밀리미터 웨이브 대역의 신호는 매우 높은 주파수를 사용하기에 다중 경로를 통해 전송될 때 지연 확산이 증가하는 문제점이 있다. 슬롯 안테나부는 원형 편파 수신이 유리한 환경에서 선택되어 사용된다.

결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나는 송수신 신호의 빔 방향 및 편파 특성을 고려하여 어느 하나의 안테나부를 통해 RF 신호의 송수신을 수행하는 것이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나의 구체적인 구조를 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나는 두 개의 기판(제1 기판 및 제2 기판)이 적층된 구조를 가진다. 제1 기판 및 제2 기판 각각의 개별적 구조를 먼저 살펴본 후 제1 기판과 제2 기판의 적층 구조를 살펴보도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나에서 제1 기판의 상부 평면도를 나타낸 도면이다.

제1 기판(200)에는 제1 다이폴 안테나 배열부(100)에 포함되는 다수의 제1 + 다이폴 부재(300) 및 상기 다수의 제1 + 다이폴 부재(300)에 급전 신호를 제공하기 위해 제1 급전 선로(310)가 형성된다.

다수의 제1 +다이폴 부재(300)는 배열 구조를 가지며, 도 2에는 x 방향으로 배열된 경우가 도시되어 있다.

제1 급전 선로(310)는 제3 포트(port 3)를 통해 급전 신호를 제공받으며 다수의 걸쳐 분기되어 다수의 제1 + 다이폴 부재(300)에 급전 신호를 제공한다. 도 1에는 총 3번에 걸쳐 분기되어 8개의 + 다이폴 부재에 급진 신호를 제공하는 경우가 도시되어 있다.

다수의 제1 + 다이폴 부재(300)는 수직으로 연장되다가 소정 지점에서 45도의 각도로 꺾인 구조를 가지고 있다. 이와 같이, 다수의 제1 +다이폴 부재(300)를 90도 이하의 각도로 꺾인 구조로 형성하는 것은 다수의 다이폴 방사체들간의 격리도를 향상시키기 위한 것이다. 만일 격리도 특성이 엄격하게 요구되지 않는 환경이라면, 제1 +다이폴 부재(300)는 통상적인 다이폴 부재와 같이 90도로 꺾인 구조를 가져도 무방하다.

제1 기판(200)에는 제2 다이폴 안테나 배열부(110)에 포함되는 다수의 제2 +다이폴 부재(320) 및 상기 다수의 제2 + 다이폴 부재(320)에 급전 신호를 제공하기 위해 제2 급전 선로(330)가 형성된다.

제2 +다이폴 부재(320)와 제2 급전 선로(330)는 제1 +다이폴 부재(300) 및 제1 급전 선로(310)와는 소정 거리 이격되어 배치된다.

다수의 제2 +다이폴 부재(320) 역시 배열 구조를 가지며, 도 2에는 제1 +다이폴 부재(300)의 배열 방향과는 수직인 y 방향으로 배열된 경우가 도시되어 있다.

제2 급전 선로(330)는 제2 포트(port 2)를 통해 급전 신호를 제공받으며, 다수의 걸쳐 분기되어 다수의 제2 +다이폴 부재(320)에 급전 신호를 제공하며, 제1 급전 선로(310)와 동일하게 총 3번에 걸쳐 분기되어 8개의 제2 +다이폴 부재에 급전 신호를 제공하는 경우가 도시되어 있다.

제2 + 다이폴 부재(320)와 제1 + 다이폴 부재(300)의 형상은 동일하며, 배열 방향만이 상이하다.

제1 기판(200)의 상부에는 다수의 슬롯 방사체(350)가 형성된다. 도 2에는 '+'형상의 슬롯 방사체(350)가 4개 있는 경우가 도시되어 있다. 슬롯 방사체(350)의 형상 및 개수가 요구되는 특성에 따라 변경될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

다수의 슬롯 방사체(350)는 제1 +다이폴 부재(300) 및 제2 +다이폴 부재(320)와는 이격되는 영역에 형성된다. 슬롯 방사체(350)는 도 1의 슬롯 안테나부(120)의 일부이며, 슬롯 방사체(350)로의 급전 구조는 별도의 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나에서 제1 기판의 하부 평면도를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 제1 기판(200)의 하부에는 다수의 제1 - 다이폴 부재(400)가 형성된다. 알려진 바와 같이, 다이폴 방사체는 + 다이폴 부재와 -다이폴 부재의 두 개의 다이폴 부재로 이루어지며, +다이폴 부재는 급전 선로와 연결되고, -다이폴 부재는 접지와 연결되어 RF 신호를 방사한다.

본 발명에서는 제1 +다이폴 부재(300)가 제1 기판(200) 상부에 형성되고, 제1 -다이폴 부재(400)가 제1 기판(200) 하부에 형성되어 다이폴 방사체로 동작하게 된다.

제1 -다이폴 부재(300) 역시 8개가 존재하며, 제1 +다이폴 부재(300)와 제1 -다이폴 부재(400)는 상하로 서로 대응되는 위치에 배치되어 다이폴 방사체로 기능한다. 제1 -다이폴 부재(300) 역시 x 방향으로 배열되는 구조를 가진다.

제1 기판(200)의 하부에는 접지 전위를 가지는 접지면(410)이 형성되며, 접지면(410)은 다수의 제1 -다이폴 부재(400)와 전기적으로 결합된다.

제1 기판(200) 상부의 제1 +다이폴 부재(300), 제1 기판(200) 하부의 제1 -다이폴 부재(400) 및 접지면(410)은 제1 다이폴 배열 안테나부(100)로 동작한다.

한편, 제1 기판(200)의 하부에는 다수의 제2 -다이폴 부재(420)가 형성된다. 다수의 제2 -다이폴 부재(420)는 제2 +다이폴 부재(420)와 동일하게 y방향으로 배열되는 구조를 가지며, 제1 -다이폴 부재(400)와는 이격되어 배열된다.

다수의 제2 -다이폴 부재(420) 역시 접지면(410)과 전기적으로 연결되어 접지 전위를 제공받는다.

다수의 제2 -다이폴 부재(420)는 제1 기판 상부(200)의 다수의 제2 +다이폴 부재(320)와 각각 대응하는 위치에 형성되어 다이폴 방사체로 기능한다.

제1 기판(200) 상부의 다수의 제2 +다이폴 방사체(320), 제1 기판(200) 하부의 다수의 제2 -다이폴 방사체(420) 및 접지면(410)은 도 1의 제2 다이폴 배열 안테나부(110)로 동작한다.

제1 기판(200)의 하부에는 접지면(410)과 이격된 소정 영역에 제3 급전 선로(450)가 형성된다. 제3 급전 선로(450)는 제1 기판(200)의 상부에 형성되는 슬롯 방사체(350)의 하부에 대응되는 위치에 형성되어 슬롯 방사체(350)에 급전 신호를 제공한다. 제3 급전 선로(450)는 제1 포트(port 1)와 결합되어 슬롯 방사체(350)에 급전 신호를 제공하게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나에서 제1 기판의 상하부 구조를 함께 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 제1 +다이폴 부재(300)와 제1 -다이폴 부재(400)가 상하로 서로 대응되는 위치에 형성되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 제1 +다이폴 부재(300)와 제1 -다이폴 부재(400)에서 소정 경사로 꺾이는 방향은 서로 반대 방향이다. 이와 같은 구조는 제2 +다이폴 부재(320) 및 제2 -다이폴 부재(420)에도 동일하게 적용된다.

접지면(410)은 제1 급전 선로(310) 및 제2 급전 선로(330)의 하부에 위치하며, 접지면(410)은 제1 및 제2 -다이폴 부재(400, 420)에 접지 전위를 제공하는 기능뿐만 아니라 제1 급전 선로(310) 및 제2 급전 선로(330)에서 급전 신호가 마이크로스트립 선로 구조를 통해 제공되도록 하기 위한 접지 전위를 제공하기도 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나에서 제2 기판의 상부 평면도를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 기판(500)에는 제4 급전 선로(510)가 형성된다. 제4 급전 선로(510)는 슬롯 방사체(350)에 급전 신호를 제공한다.

제2 기판(500)은 제1 기판(200) 상부면에 적층되며, 제4 급전 선로(510)는 제1 기판에서 슬롯 방사체(350)가 형성된 영역에 대응되는 위치에 형성된다.

앞서 설명한 제3 급전 선로(450)와 제4 급전 선로(510)는 모두 슬롯 방사체에 급전 신호를 제공하며, 이와 같이 두 개의 급전 선로(450, 510)를 통해 급전 신호를 제공하는 것은 슬롯 방사체(350)에서 원형 편파 신호를 방사하기 위해서이다.

제3 급전 선로(450)를 통해 제공되는 급전 신호와 제4 급전 선로(510)를 통해 제공되는 급전 신호는 서로 90도의 위상 차이를 가지고 슬롯 방사체에 급전되며, 제3 급전 선로(450)와 제4 급전 선로(510)는 90도 위상차로 급전이 이루어지도록 설정된 구조를 가진다.

90도의 위상 차이가 구현 되도록, 제1 기판(200)과 제2 기판(500)에는 비아홀(600)이 형성된다. 비아홀(600)에는 비아핀(Via Pin)이 삽입되며, 비아핀을 통해 제3 급전 선로(450)와 제4 급전 선로(510)는 전기적으로 연결된다. 비아핀을 통해 제3 급전 선로(450)를 통해 제공되는 신호의 일부는 제4 급전 선로(510)로 분배되며, 제4 급전 선로(510)는 위상 지연을 통해 제3 급전 선로(450)와는 90도의 위상 차이가 발생하도록 급전 신호를 제공한다. 위상 지연은 제4 급전 선로의 길이를 적절히 조절하는 것에 의해 달성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시에에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나에서 제1 기판상에 제2 기판을 적층한 구조를 위에서 바라본 상부 평면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나의 단면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 기판(200)의 슬롯 방사체(350) 영역에 제2 기판(500)이 적층된다. 이와 같은 구조를 통해 슬롯 방사체(350)는 제2 기판(500) 상부의 제4 급전 선로(510) 및 제1 기판 하부의 제3 급전 선로(450)를 통해 동시에 신호를 급전 받는다.

슬롯 방사체(350), 제3 급전 선로(450) 및 제4 급전 선로(510)는 도 1의 슬롯 안테나부(120)로 기능한다.

도 6 및 도 7을 통해 제1 기판 및 제2 기판을 관통하는 비아홀(600) 구조를 더욱 명확히 확인할 수 있다.

도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 밀리미터 웨이브 배열 안테나의 슬롯 안테나부(120)는 회전 방향이 상이한 편파 신호를 방사한다. 슬롯 안테나부(120)는 제1 기판(200)을 기준에 대해 +z 방향으로 LHCP(Left Handed Circular Polarization) 신호를 방사한다. 또한, 슬롯 안테나부(120)는 제1 기판(200)을 기준에 대해 -z 방향으로 RHCP(Right Handed Circular Polarization) 신호를 방사한다.

앞서 설명한 바와 같이, 요구되는 신호 퀄리티와 송수신 환경 및 채널 상태 등을 고려하여 제1 다이폴 배열 안테나부(100), 제2 다이폴 배열 안테나부(110) 및 슬롯 안테나부(120) 중 하나가 활성화되어 신호의 송수신을 수행한다.

도 8은 본 발명의 일 실시에에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나에서 제1 기판의 하부면에 형성되는 접지면의 구조를 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터 웨이브 배열 안테나의 접지면은 제1 및 제2 -다이폴 부재(300, 320)와 결합되며, -다이폴 부재(300, 320)와 수직 연장부와 결합된다.

일반적인 접지면은 수직 연장부와 수직 방향(수평 방향)으로 형성되나, 본 발명의 실시예에 따른 접지면은 -다이폴 부재와의 결합 지점을 기준으로 경사 구조를 가진다.

구체적으로 접지면은 -다이폴 부재와의 결합 지점 우측으로 제1 각도의 상향 경사를 가지는 제1 경사 구조 및 결합 지점 좌측으로 제1 각도의 상향 경사를 가지는 제2 경사 구조를 포함한다.

도 8을 참조하면, 이와 같은 경사 구조로 인해 -다이폴 부재의 수직 연장부와의 결합부의 높이와 경사 구조의 종단부의 높이는 서로 다르게 되며, 이로 인해 도 8의 h와 같은 높이 차이가 발생하게 된다. 높이 차이 h는 경사 각도에 의해 조절될 것이다.

도 8에 도시된 접지면의 구조는 본 발명의 핵심적 특징 중 하나로서 특히 다이폴 부재가 도 8에 도시된 바와 같이 90도 이하로 꺾인 구조(예를 들어 45도)를 가지는 경우 본 발명의 접지면 구조를 통해 배열 안테나의 임피던스 매칭 특성을 향상시킬 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 다이폴 부재를 90도 이하의 꺾인 구조로 형성하는 것은 격리도 특성을 확보하기 위해서이다. 그러나, 이와 같이 90도 이하의 꺾인 구조는 임피던스 매칭 특성을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 임피던스 매칭 특성의 저하를 방지하기 위해 접지면에 결합되는 -다이폴 부재와의 결합 지점을 기준으로 좌우 대칭의 제1 경사 구조 및 제2 경사 구조를 형성하는 것이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 h의 변화에 대한 반사 계수의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 9를 참조하면, h의 변화에 따라 반사 계수가 변화하는 것을 확인할 수 있으며, 적절한 h값을 찾아내는 것에 의해 임피던스 매칭 특성을 개선할 수 있다는 점을 확인할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시에에 따른 슬롯 안테나부의 방사 패턴을 나타낸 평면도 및 입체도이다.

도 10을 참조하면, 슬롯 안테나부의 방사 패턴은 +z 영역에서는 LHCP의 원형 편파를 형성하고 -z 영역에서는 RHCP 원형 편파를 형성하는 것을 확인할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

1. 제1 기판의 상부에 형성되며 제1 급전 선로를 통해 급전 신호를 제공받는 다수의 제1 +다이폴 부재 및 상기 제1 기판의 하부에 형성되며 상기 제1 기판 하부에 형성된 접지면과 결합되는 다수의 제1 -다이폴 부재를 포함하는 제1 다이폴 배열 안테나부; 및
   상기 제1 기판의 상부에 형성되는 다수의 슬롯 방사체, 상기 제1 기판의 하부에 형성되며 상기 다수의 슬롯 방사체에 급전 신호를 제공하는 제3 급전 선로 및 상기 제1 기판의 상부에 적층되는 제2 기판의 상부에 형성되며 상기 다수의 슬롯 방사체에 급전 신호를 제공하는 제4 급전 선로를 포함하는 슬롯 안테나부를 포함하되,
   상기 접지면은 상기 제1 -다이폴 부재와의 결합 지점의 우측으로 제1 각도의 상향 경사를 가지는 제1 경사 구조 및 상기 결합 지점의 좌측으로 제1 각도의 상향 경사를 가지는 제2 경사 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 배열 안테나.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 경사 구조 및 상기 제2 경사 구조는 복수의 상기 제1 -다이폴 부재와 상기 접지면과의 모든 결합 지점에 대해 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 배열 안테나.
   
3. 제1항에 있어서,
   제1 기판의 상부에 형성되며 제2 급전 선로를 통해 급전 신호를 제공받는 다수의 제2 +다이폴 부재 및 상기 제1 기판의 하부에 형성되며 상기 제1 기판 하부에 형성된 접지면과 결합되는 다수의 제2 -다이폴 부재를 포함하는 제2 다이폴 배열 안테나부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 배열 안테나.
   
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 다이폴 배열 안테나부의 배열 방향과 상기 제2 다이폴 배열 안테나부의 배열 방향은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 배열 안테나.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 + 다이폴 부재, 제1 -다이폴 부재, 제2 +다이폴 부재 및 제2 -다이폴 부재는 90도 이하의 각도로 꺾인 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 배열 안테나.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제3 급전 선로 및 제4 급전 선로는 90도의 위상차가 나는 급전 신호를 각각 제공하여 상기 슬롯 안테나부는 원형 편파 신호를 방사하는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 배열 안테나.
   
7. 제3항에 있어서,
   상기 제1 다이폴 배열 안테나부, 제2 다이폴 배열 안테나부 및 슬롯 안테나부 중 어느 하나가 선택되어 급전 신호를 제공받는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 배열 안테나.
   
8. 제1 기판의 상부에 형성되며 제1 급전 선로를 통해 급전 신호를 제공받는 다수의 제1 +다이폴 부재 및 상기 제1 기판의 하부에 형성되며 상기 제1 기판 하부에 형성된 접지면과 결합되는 다수의 제1 -다이폴 부재를 포함하는 제1 다이폴 배열 안테나부;
   제1 기판의 상부에 형성되며 제2 급전 선로를 통해 급전 신호를 제공받는 다수의 제2 +다이폴 부재 및 상기 제1 기판의 하부에 형성되며 상기 제1 기판 하부에 형성된 접지면과 결합되는 다수의 제2 -다이폴 부재를 포함하는 제2 다이폴 배열 안테나부; 및
   상기 제1 기판의 상부에 형성되는 다수의 슬롯 방사체, 상기 제1 기판의 하부에 형성되며 상기 다수의 슬롯 방사체에 급전 신호를 제공하는 제3 급전 선로 및 상기 제1 기판의 상부에 적층되는 제2 기판의 상부에 형성되며 상기 다수의 슬롯 방사체에 급전 신호를 제공하는 제4 급전 선로를 포함하는 슬롯 안테나부를 포함하되,
   상기 제1 다이폴 배열 안테나부의 배열 방향과 상기 제2 다이폴 배열 안테나부의 배열 방향은 상이한 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 배열 안테나.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 제1 다이폴 배열 안테나부의 배열 방향과 상기 제2 다이폴 배열 안테나부의 배열 방향은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 배열 안테나.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 접지면은 상기 제1 -다이폴 부재와의 결합 지점의 우측으로 제1 각도의 상향 경사를 가지는 제1 경사 구조 및 상기 결합 지점의 좌측으로 제1 각도의 상향 경사를 가지는 제2 경사 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 배열 안테나.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 경사 구조 및 상기 제2 경사 구조는 복수의 상기 제1 -다이폴 부재와 상기 접지면과의 모든 결합 지점에 대해 형성되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 배열 안테나.
    
12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 + 다이폴 부재, 제1 -다이폴 부재, 제2 +다이폴 부재 및 제2 -다이폴 부재는 90도 이하의 각도로 꺾인 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 배열 안테나.
    
13. 제8항에 있어서,
    상기 제3 급전 선로 및 제4 급전 선로는 90도의 위상차가 나는 급전 신호를 각각 제공하여 상기 슬롯 안테나부는 원형 편파 신호를 방사하는 것을 특징으로 하는 밀리미터 웨이브 배열 안테나.

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