KR102220423B1 - 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 방사부; 및 상기 방사부의 하측에 설치되며, 유입되는 제1편파와 제2편파를 상기 방사부로 전달하는 급전부;를 포함하되, 상기 급전부는, 급전본체와, 상기 급전본체의 내부에 배치되며, 상기 급전본체의 내부에 상기 제1편파와 제2편파가 이동하는 전파공간을 형성하는 유전체를 포함하는 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나를 제공한다.

Description

유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나{Waveguide antenna with single layer feed network structure using dielectric substance}

본 발명은 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이중편파에 해당하는 제1편파와 제2편파를 전파시키는 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 안테나란 무선통신에서 통신의 목적을 달성하기 위하여 공간에 전파를 방사하거나 전파에 의해 기전력을 유기시키기 위하여 공중에 가설한 도선을 의미한다. 그중, 도파관 안테나란, 도파관의 형태를 나타낸 안테나로써, 도파관은 전송로로 사용하는 도체로 만들어진 속이 빈 도관을 의미한다. 도파관은 마이크로파 이상의 높은 주파수의 전기에너지나 신호를 전송하기 위해 주로 사용되며, 관 내부로 전자기파가 통과한다. 이러한 도파관은, 주위의 도체에 전기가 직접 흐르지 않아 저항손실이 적으며, 내부가 공기로 채워져 있어 유전손실도 적다는 장점이 있다. 따라서 도파관 안테나는 널리 사용되는 안테나 타입에 해당한다.

최근에는 5G 무선백홀 기술을 이용하여 기존의 유선 광 통신망을 대체하는 연구가 활발히 진행 중이다. 이 중 특히 주파수 대역 확보가 용이하고 대기 감쇠 비율이 낮은 E-band 무선백홀이 선호되고 있다.

한편, 이중편파란 서로 다른 2개의 통신내용을 동일한 주파수에서 서로 간섭없이 전송하기 위한 것으로서, 선형편파 및 원형편파가 존재한다. 선형편파는 수직편파와 수평편파로 이루어지며, 원형편파는 시계방향 편파와 반시계방향 편파로 이루어진다.

도 1에는 복층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나(1)가 개시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 도파관 안테나(1)는, 서로 다른 2개의 편파를 방사하는 방사부(2)와, 외부로부터 편파들이 유입되는 급전부(3)와, 급전부(3)로부터 방사부(2)로 편파들을 전달하는 전달부(4)를 포함한다. 이때, 종래의 도파관 안테나(1)는, 높은 임피던스 매칭 성능을 위해서 0.1mm의 얇은 두께가 필요한데, 이로 인해 제품 전체의 제작시간이 과다하게 소요되며, 제품 제조비용 또한 과도하게 상승하는 문제가 있다.

도 2에는 도 1의 복층 전력급전 구조의 도파관 안테나(1)에서 전력급전 구조를 단층으로 설계할 시 필요한 도파관 안테나(7)의 형상이 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나(7)를 설계할 시에, 급전부(8)가 다른 하위 배열의 설계영역을 침범(도 2의 A 참조)하거나, 급전부(8)를 구현하기 위한 폭 또는 공간이 부족한 현상이 발생(도 2의 B 참조)되는 문제가 있다.

본 발명은 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나를 설계할 시에 발생되는 문제를 해결하기 위한 것으로, 특정 부품이 다른 하위배열의 영역을 침범하지 않으면서 각 부품의 형상이 구현 가능한 도파관 안테나를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은, 방사부; 및 상기 방사부의 하측에 설치되며, 유입되는 제1편파와 제2편파를 상기 방사부로 전달하는 급전부;를 포함하되, 상기 급전부는, 급전본체와, 상기 급전본체의 내부에 배치되며, 상기 급전본체의 내부에 상기 제1편파와 제2편파가 이동하는 전파공간을 형성하는 유전체를 포함하는 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나를 제공한다.

상기 유전체는, 한 쌍으로 구비되며, 상기 급전본체의 폭방향으로 서로 이격 배치되고, 상기 전파공간은, 상기 한 쌍의 유전체의 사이에 형성될 수 있다.

상기 급전부는, 상기 급전본체의 외부로부터 상기 유전체를 관통하여 상기 유전체를 상기 급전본체에 고정시키며, 상기 제1편파와 제2편파를 가이드하는 가이드수단을 더 포함할 수 있다.

상기 가이드수단은, 외면 중 일부가 상기 전파공간으로 노출되도록 배치될 수 있다.

상기 유전체는, 고무 또는 실리콘 소재로 형성될 수 있다.

상기 유전체는, 유전율(Permittivity)이 7 내지 9 F/m일 수 있다.

상기 급전부는, 외부로부터 제1편파와 제2편파가 유입되는 블록 형상의 제1급전부와, 상기 제1급전부와 동일한 평면상에 배치되며, 상측에서 보았을 때 상기 제1급전부와 직교하도록 배치되는 제2급전부와, 상기 제1급전부와 제2급전부의 사이에 배치되며, 상기 제2급전부 측으로 갈수록 일 측으로 경사지게 배치되는 제3급전부를 포함할 수 있다.

상기 급전부는, 상기 제3급전부의 일단과 타단에 각각 직교하도록 연결되는 한 쌍의 제4급전부와, 상기 한 쌍의 제4급전부의 타단에 각각 직교하도록 연결되는 복수개의 제5급전부를 더 포함하고, 본 발명에 따른 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나는, 하부가 상기 복수개의 제5급전부의 상부에 각각 연결되며, 상부가 상기 방사부(110)에 각각 연결되는 복수개의 전달부(130)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나에 의하면, 급전본체와, 상기 급전본체의 내부에 설치되며 제1편파와 제2편파가 전파되는 전파공간을 형성하는 한 쌍의 유전체와, 상기 유전체를 급전본체에 고정시키며 상기 제1편파와 제2편파를 가이드하는 가이드수단을 포함하는 구조로 급전부가 설계됨으로써, 종래에 비해 도파관의 두께를 보다 얇게 설계할 수 있으며, 제한된 설계공간에서 특정 부품이 다른 하위배열의 영역을 침범하지 않으면서 각 부품의 형상이 구현 가능한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나를 제공할 수 있다.

도 1은 복층 전력급전 구조를 갖는 종래의 도파관 안테나의 사시도이다.
도 2는 단층 전력급전 구조를 갖는 종래의 도파관 안테나의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 급전부의 평면도이다.
도 5는 도 4에서 C-C선을 따라 급전부가 절단된 모습을 나타낸 것으로, 급전부의 내부를 도시한 부분 사시도이다.
도 6은 도 3의 평면도이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나(100)는, 방사부(110), 급전부(120) 및 전달부(130)를 포함한다.

도 3을 참조하면, 상기 방사부(110)는, 복수개의 방사홀(111)이 형성된 것으로, 공급받은 제1편파와 제2편파를 외부로 방사한다. 도 3 및 도 6에서는 상기 방사홀(111)이 4x4로 구비된 것으로 개시하고 있으나, 이는 일 예에 불과하며, 상기 방사홀(111)은 다른 개수와 배열로 구비될 수 있음은 물론이다. 상기 급전부(120)는, 상기 방사부(110)의 하측에 설치되며, 외부로부터 유입되는 제1편파와 제2편파를 상기 방사부(110)로 전달한다. 상기 전달부(130)는, 상기 방사부(110)와 급전부(120)의 사이에 설치되며, 상기 급전부(120)로 유입되어 분배된 편파들을 상기 방사부(110)로 전달한다.

도 4를 참조하면, 상기 급전부(120)는, 제1급전부(120a), 제2급전부(120b), 제3급전부(120c), 한 쌍의 제4급전부(120d) 및 복수개의 제5급전부(120e)를 포함한다. 이때, 상기 제1급전부(120a), 제2급전부(120b), 제3급전부(120c), 한 쌍의 제4급전부(120d) 및 복수개의 제5급전부(120e)는, 각각 블록 형상으로 형성되며, 서로 평행하게 배치된다. 즉, 상기 제1급전부(120a), 제2급전부(120b), 제3급전부(120c), 한 쌍의 제4급전부(120d) 및 복수개의 제5급전부(120e)는, 모두 동일한 평면상에 배치된다.

이하부터는, 상기 급전부(120)를 상측에서 보았을 때(즉, 도 4)를 기준으로 상기 제1급전부(120a), 제2급전부(120b), 제3급전부(120c), 한 쌍의 제4급전부(120d) 및 복수개의 제5급전부(120e)의 배치관계에 대해 설명하도록 한다.

상기 제1급전부(120a)는, 외부로부터 제1편파와 제2편파가 유입된다. 상기 제2급전부(120b)는, 상기 제1급전부(120a)와 직교하게 배치된다. 상기 제3급전부(120c)는, 상기 제1급전부(120a)와 제2급전부(120b)의 사이를 연결하며, 상기 제2급전부(120b) 측으로 갈수록 일 측으로 경사진 형상으로 형성된다. 상기 한 쌍의 제4급전부(120d)는 각각 상기 제2급전부(120b)의 일단과 타단에 직교하도록 연결된다. 즉, 상기 한 쌍의 제4급전부(120d)는 각각 상기 제1급전부(120a)와 평행하게 배치된다. 상기 복수개의 제5급전부(120e)는, 각각 상기 제4급전부(120d)의 타 측 단부에 연결되며, 상기 제4급전부(120d)와 직교하도록 배치된다. 즉, 상기 복수개의 제5급전부(120e)는, 각각 상기 제2급전부(120b)와 평행하게 배치된다. 그리고 상기 전달부(130)는, 복수개로 구비되며, 각각 상기 복수개의 제5급전부(120e)의 상부에 안착된다.

상기 제1급전부(120a)로 유입된 제1편파와 제2편파는, 상기 제3급전부(120c)를 통해 상기 제2급전부(120b)에서 일 측과 타 측으로 분기되며, 상기 제2급전부(120b)에서 분기된 편파들은 각각 상기 제4급전부(120d) 및 제5급전부(120e)를 통해 상기 전달부(130)로 전달된다.

도 5를 참조하면, 상기 급전부(120)는, 급전본체(121), 한 쌍의 유전체(123) 및 복수개의 가이드수단(124)을 포함한다. 상기 급전본체(121)는, 속이 빈 형상으로 형성된다. 상기 한 쌍의 유전체(123)는, 상기 급전본체(121)의 내부에 배치되며, 상기 급전본체(121)의 폭방향으로 서로 이격 배치된다. 그리고 상기 한 쌍의 유전체(123)의 사이에는, 제1편파와 제2편파가 이동하는 전파공간(122)이 형성된다. 상기 복수개의 가이드수단(124)은, 상기 급전본체(121)의 외부로부터 상기 한 쌍의 유전체(123)를 각각 관통하여 상기 한 쌍의 유전체(123)를 상기 급전본체(121)에 고정시킨다. 이때, 상기 복수개의 가이드수단(124)은, 외면 중 일부가 상기 전파공간(122)으로 노출되며, 상기 전파공간(122)을 통해 전파되는 제1편파와 제2편파를 가이드한다.

상기 유전체(123)는, 고무 또는 실리콘 소재로 형성될 수 있다. 또는, 상기 유전체(123)는, 유전율(

; Permittivity)이 7 내지 9 F/m일 수 있다. 유전율은 유전체가 외부 전기장에 반응하여 만드는 편극의 크기를 나타내는 물질상수이며, 국제단위계에서의 단위는 F·m-1이다. 유전율이 클수록 유전체는 큰 편극을 만들며 유전체 내부의 전기장은 작아지는 특성을 나타낸다.

이때, 본 발명에서, 상기 유전체(123)의 유전율이 7 F/m 미만이 되는 경우, 상기 급전부(120)의 폭이 종래의 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나에 사용되는 급전부의 폭과 같거나 크게 나타나는 한계가 있다. 또한, 상기 유전체(123)의 유전율이 9 F/m을 초과하는 경우, 상기 급전부(120)에서의 제1편파와 제2편파의 반사율이 높아지는 한계가 있다.

따라서 상기 유전체(123)의 유전율이 7 내지 9 F/m인 경우, 본 발명에 따른 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나(100)의 전체 두께가 종래에 비해 얇아진 상태로 설계되도록 할 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 제한된 설계공간에서 특정 부품이 다른 하위배열의 영역을 침범하지 않으면서 각 부품의 형상이 구현 가능한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나(100)를 제공할 수 있다.

100 : 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나 110 : 방사부 120 : 급전부
120a : 제1급전부 120b : 제2급전부
120c : 제3급전부 120d : 제4급전부
120e : 제5급전부 121 : 급전본체
122 : 전파공간 123 : 유전체
124 : 가이드수단 130 : 전달부

Claims (8)

1. 방사부; 및
   상기 방사부의 하측에 설치되며, 유입되는 제1편파와 제2편파를 상기 방사부로 전달하는 급전부;를 포함하되,
   상기 급전부는,
   급전본체와,
   상기 급전본체의 내부에 배치되며, 상기 급전본체의 내부에 상기 제1편파와 제2편파가 이동하는 전파공간을 형성하는 유전체를 포함하되,
   상기 유전체는, 한 쌍으로 구비되며, 상기 급전본체의 폭방향으로 서로 이격 배치되고,
   상기 전파공간은, 상기 한 쌍의 유전체의 사이에 형성되며,
   상기 급전부는,
   상기 급전본체의 외부로부터 상기 유전체를 관통하여 상기 유전체를 상기 급전본체에 고정시키며, 상기 제1편파와 제2편파를 가이드하는 가이드수단을 더 포함하고,
   상기 가이드수단은, 외면 중 일부가 상기 전파공간으로 노출되도록 배치되는 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 유전체는, 고무 또는 실리콘 소재로 형성된 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 유전체는, 유전율(Permittivity)이 7 내지 9 F/m인 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나.
7. 삭제
8. 방사부; 및
   상기 방사부의 하측에 설치되며, 유입되는 제1편파와 제2편파를 상기 방사부로 전달하는 급전부;를 포함하되,
   상기 급전부는,
   급전본체와,
   상기 급전본체의 내부에 배치되며, 상기 급전본체의 내부에 상기 제1편파와 제2편파가 이동하는 전파공간을 형성하는 유전체를 포함하되,
   상기 급전부는,
   외부로부터 제1편파와 제2편파가 유입되는 블록 형상의 제1급전부와,
   상기 제1급전부와 동일한 평면상에 배치되며, 상측에서 보았을 때 상기 제1급전부와 직교하도록 배치되는 제2급전부와,
   상기 제1급전부와 제2급전부의 사이에 배치되며, 상기 제2급전부 측으로 갈수록 일 측으로 경사지게 배치되는 제3급전부를 포함하며,
   상기 급전부는,
   상기 제3급전부의 일단과 타단에 각각 직교하도록 연결되는 한 쌍의 제4급전부와,
   상기 한 쌍의 제4급전부의 타단에 각각 직교하도록 연결되는 복수개의 제5급전부를 더 포함하고,
   하부가 상기 복수개의 제5급전부의 상부에 각각 연결되며, 상부가 상기 방사부에 각각 연결되는 복수개의 전달부를 더 포함하는 유전체를 이용한 단층 전력급전 구조를 갖는 도파관 안테나.

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