KR102258705B1 - 페라이트를 이용한 소형 루프 안테나 - Google Patents

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황금철
박원빈
권오헌
윤주호
임홍준
박영미
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국방과학연구소
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
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Abstract

본 개시는, 자성 구조체를 이용한 소형 루프 안테나에 관한다.

Description

페라이트를 이용한 소형 루프 안테나 {COMPACT LOOP ANTENNA WITH FERRITE}
본 개시는, 페라이트를 이용한 소형 루프 안테나에 관한다.
최근, 군사·민간 부문에서, 초고주파(VHF: very high frequency) 대역 안테나에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나, 초고주파 대역 안테나는 크기가 크며, 무게가 무거운 단점 때문에 항공기, 차량 등 제한된 공간을 갖는 이동체 어플리케이션에 적용되기가 매우 어렵다.
이에 따라, 초고주파 대역 안테나의 크기를 소형화하는 시도가 있었으나, 전자기파의 파장 대비 안테나의 크기가 줄어들게 되면 안테나의 저주파 대역 이득이 감쇄하게 되어 원하는 성능의 안테나를 구현하지 못하는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1358283호
본 개시는, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다.
본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
본 개시의 제 1 측면은, 접지면; 상기 접지면 상에 배치되는 자성 구조체; 및 상기 자성 구조체의 일면을 커버하도록 배치되는 덮개;를 포함하고, 상기 덮개의 상부면은, 서로 대칭적으로 배치되고 전기적으로 단락되는 2개의 스피드론 프랙탈(spidron fractal) 구조를 포함하며, 상기 자성 구조체는, 자성을 갖는 재질로 형성되는 복수 개의 자성 단위체를 포함하는, 루프 안테나(loop antenna)를 제공할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 자성 구조체는, 상기 복수 개의 자성 단위체로 형성되는 8 x 8 배열 형태를 가지며, 상기 자성 구조체는, 상기 8 x 8 배열 형태의 일 변에서 형성되는 제 1 홈부 및 상기 제 1 홈부에 대향하여 형성되는 제 2 홈부를 포함하고, 상기 제 1 홈부는, 제 1 너비 및 제 2 너비를 모두 가지며, 상기 제 2 홈부는, 상기 제 1 홈부와 대칭되는 형태를 가질 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 자성 구조체는, 상기 제 1 홈부 및 상기 제 2 홈부가 배치되지 않는 변에서 상기 자성 단위체가 적층되어 형성되는 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부를 포함하고, 상기 제 2 돌출부는, 상기 제 1 돌출부와 대칭되는 형태를 가지며, 상기 제 1 돌출부 및 상기 제 2 돌출부는 각각 서로 대향하는 변에 배치될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제 1 너비 및 상기 제 2 너비의 길이 비율은 2:1이고, 상기 제 1 돌출부 및 상기 제 2 돌출부는 각각 2개의 상기 자성 단위체가 높이 방향으로 돌출된 것일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 자성 구조체는, 48개의 상기 자성 단위체를 포함하고, 상기 자성 단위체는 가로 길이 0.003 λL, 세로 길이 0.003 λL 및 높이 0.00067 λL 를 갖는 페라이트(ferrite) 재질의 직육면체 형태이며, 상기 λL 은 상기 루프 안테나의 동작 대역의 최저 주파수의 파장일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 스피드론 프랙탈 구조는, Sn-1로서 표시되는 삼각형의 빗면에 Sn으로서 표시되는 삼각형의 밑면이 연속적으로 연결되는 형태이고, 상기 n은 2이상의 자연수일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 Sn으로서 표시되는 삼각형의 밑면의 길이 Ln은, 상기 Sn-1로서 표시되는 삼각형의 밑면의 길이 Ln-1의
Figure 112019119537460-pat00001
일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 자성 구조체 전체의 가로 길이 및 세로 길이는 0.024 λL 이고, 높이는 0.00134 λL 이며, 상기 λL 은 상기 루프 안테나의 동작 대역의 최저 주파수의 파장일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 루프 안테나는 상기 루프 안테나에 전력을 공급하는 급전부를 더 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 루프 안테나는 10 MHz 내지 1000 MHz 주파수 대역에서 무지향 특성을 갖는 것일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 루프 안테나는 무인비행기의 몸체 하부면에 배치될 수 있다.
본 개시는, 상기한 바와 같은 과제의 해결수단들에 의하여 한정되지 않으며, 이하의 기재로부터 다른 과제의 해결수단들이 유추될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나는, 자성 구조체 및 스피드론 프랙탈 구조를 포함하는 덮개를 포함함으로써, 종래 활용되었던 안테나와 비교하여 초고주파 대역 이득이 향상되고, 저주파 대역 이득이 감쇄되는 것을 저감하는 장점이 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나는, 자성 구조체의 형상 최적화를 통해 상술한 이득 개선 효과뿐만 아니라, 루프 안테나의 무게가 현저히 감소되는 장점이 있다. 이에 따라, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나는 무인 항공기 등의 본체에 배치되는 수신 안테나로도 활용이 가능한 장점이 있다.
본 개시의 효과는 상술한 효과로 제한되는 것이 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나를 개략적으로 도시한 3차원 도면이다.
도 1b는, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나를 일 측면에서 도시한 도면이다.
도 2는, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나에 자성 구조체로서 포함되는 페라이트 물질의 투자율 그래프이다.
도 3은, 실시예 및 비교예에 따른 루프 안테나의 주파수에 따른 이득 값을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4a는, 본 개시의 일 실시예에 따른 자성 구조체의 층 구조를 최적화하여 3진법으로 나타낸 도면이다.
도 4b는, 본 개시의 일 실시예에 따른 자성 구조체의 형상을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4c는, 본 개시의 일 실시예에 따른 자성 단위체의 형상을 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나의 이득 값을 나타낸 그래프이다.
도 6은, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나의 방사 패턴을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.
도 7a는, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나를 설치한 무인기를 일 측면에서 나타낸 사시도이다.
도 7b는, 도 7a에 나타낸 실시예에 따른 무인기의 밑면을 나타낸 도면이다.
도 8은, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나의 설치 유무에 따른 루프 안테나의 이득 값을 나타낸 그래프이다.
도 9는, 무인기에 설치된 실시예에 따른 루프 안테나의 방사 패턴을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.
본 실시예들에서 사용되는 용어는 본 실시예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 실시예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 실시예들 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 실시예들은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 일부 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 실시예들을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 실시예들의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어들은 단지 실시예들의 설명을 위해 사용된 것으로, 본 실시예들을 한정하려는 의도가 아니다.
본 실시예들에 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 실시예들에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
명세서 전체에서, "A 및/또는 B"는 A 및 B 중에서 적어도 하나를 의미한다.
명세서 전체에서, "~상에 배치되는 것"은, 예를 들어, 어떤 부재가 다른 부재의 일 측에 배치되는 것을 의미하며, 어떤 부재가 다른 부재와 접촉하며 일 측에 배치되는 것과 접촉하지 않고 일 측에 배치되는 것을 모두 포함한다.
명세서 전체에서, "스피드론 프랙탈(spidron fractal) 구조"는, 어느 삼각형의 빗면에 다른 삼각형의 밑면이 연결되고, 다른 삼각형의 빗면에 또 다른 삼각형의 밑면이 연결되는 연속적인 구조를 의미한다.
명세서 전체에서, "루프 안테나(loop antenna)"는 고리형 안테나를 의미한다.
명세서 전체에서, "무지향" 특성은 어떤 주파수 대역에서 전자기파의 방사가 방향성을 갖지 않는다는 것을 의미한다.
이하에서는, 도면들을 참조하여 본 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도 1a는, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나(100)를 개략적으로 도시한 3차원 도면이다.
본 개시의 제 1 측면은, 접지면(110), 접지면(110) 상에 배치되는 자성 구조체(120), 및 자성 구조체(120)의 일면을 커버하도록 배치되는 덮개(130)를 포함하고, 덮개(130)의 상부면은, 서로 대칭적으로 배치되고 전기적으로 단락되는 2개의 스피드론 프랙탈 구조(131)를 포함하며, 자성 구조체(120)는, 자성을 갖는 재질로 형성되는 복수 개의 자성 단위체를 포함하는, 루프 안테나(100)를 제공할 수 있다.
실시예에 있어서, 접지면(110)은 자성 구조체(120) 및 덮개(130)를 지지하는 역할을 할 수 있다. 또한, 접지면(110)은 입사하는 전자기파를 방사하는 물체의 표면에 설치될 수 있고, 물체의 표면 자체가 접지면(110)으로 활용될 수도 있다. 후술하겠지만, 예를 들어, 무인비행기의 몸체 하부면에 접지면(110)이 설치될 수 있으며, 무인비행기의 몸체 하부면 자체가 접지면(110)으로서 활용될 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 루프 안테나는, 무인비행기로 입사되는 전자기파를 수신하는 수신 안테나로서 활용될 수 있다.
실시예에 있어서, 자성 구조체(120)는 접지면(110) 상에 배치될 수 있다. 도 1a를 참조하면, 자성 구조체(120)는 일반적으로 평면 형태를 가질 수 있고, 접지면(110) 상에 형성될 수 있다. 자성 구조체(120)는 자성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 자성 구조체(120)는 강자성체(ferro-magnetic), 준강자성체(ferri-magnetic), 또는 반자성체(diamagnetic)일 수 있으며, 예를 들어, 자성 구조체(120)는 철(Fe: iron), 코발트(Co: covalt), 니켈(Ni: nickel), 또는 페라이트(ferrite) 등을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 자성 구조체(120)는 페라이트(ferrite) 재질로 형성될 수 있으나, 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 자성 구조체(120)의 형태 및 배열에 대하여는, 이하 도 4a 내지 도 4c에서 구체적으로 설명한다.
실시예에 있어서, 덮개(130)는 접지면(110) 상에 배치되는 자성 구조체(120)를 커버하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1a를 참조하면, 덮개(130)는 직육면체 형태일 수 있고, 내부에 자성 구조체(120)를 포함하도록 배치될 수 있다. 덮개(130)는 자성 구조체(120)뿐만 아니라, 내부에 빈 공간을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 덮개(130)는 상부면에 형성되는 일정한 패턴(pattern)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 덮개(130)의 상부면은 서로 대칭적으로 배치되고 전기적으로 단락되는 2개의 스피드론 프랙탈 구조(131)를 포함할 수 있다.
여기에서, 스피드론 프랙탈 구조(131)는 Sn-1로서 표시되는 삼각형의 빗면에 Sn으로서 표시되는 삼각형의 밑면이 연속적으로 연결되는 형태일 수 있고, n은 2이상의 자연수일 수 있다. 도 1a를 참조하면, 덮개(130)의 상부면은, 밑면의 길이가 L1인 이등변삼각형 S1과 S1의 빗면에 형성되는 밑면의 길이가 L2인 이등변삼각형 S2를 포함할 수 있고, 전술한 방식으로 이등변삼각형 S3, S4, S5 등이 연속적으로 연결되는 구조를 포함할 수 있다. 구체적으로, Sn으로서 표시되는 삼각형의 밑면의 길이 Ln은, Sn-1로서 표시되는 삼각형의 밑면의 길이 Ln-1의
Figure 112019119537460-pat00002
일 수 있다. 이에 따라, Sn-1 로서 표시되는 삼각형의 빗면에 배치되는 Sn으로서 표시되는 삼각형의 크기는 점점 축소될 수 있다.
실시예에 있어서, 덮개(130)의 상부면에 형성되는 2개의 스피드론 프랙탈 구조(131)는 덮개(130)의 상부면의 중심부에서 서로 물리적전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 스피드론 프랙탈 구조(131)를 통하여 전류가 흐를 수 있다. 덮개(130)의 상부면은, 2개의 스피드론 프랙탈 구조(131)가 형성되지 않은 영역(133)을 가질 수 있으며, 전류가 공급되는 경우, 2개의 스피드론 프랙탈 구조(131)가 형성되지 않은 영역(133)에는 전류가 흐르지 않을 수 있다.
실시예에 있어서, 루프 안테나(100)는 루프 안테나(100)에 전력을 공급하는 급전부(140)를 더 포함할 수 있다. 도 1a를 참조하면, 접지면(110)의 하부로부터 급전부(140)로 전력이 공급되면, 급전부(140)는 덮개(130)로 전력을 공급할 수 있다. 구체적으로, 급전부(140)는 덮개(130)의 상부면에 배치되는 2개의 스피드론 프랙탈 구조(131)로 전력을 공급할 수 있다. 이에 따라, 루프 안테나(100)는 입사되는 전자기파를 방사할 수 있다.
도 1b는, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나(200)를 일 측면에서 도시한 도면이다.
실시예에 있어서, 루프 안테나(200)는 접지면(210), 자성 구조체(220), 및 덮개(230)를 포함할 수 있다. 또한, 루프 안테나(200)는 급전부(240)를 더 포함할 수 있다. 구체적인 예시로서, 자성 구조체(220)는 페라이트 재질로서 일반적으로 평면 형태일 수 있고, 덮개(230)는 상부면에 2개의 스피드론 프랙탈 구조를 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 자성 구조체(220)는 일반적으로 평면 형태일 수 있고, 예를 들어, 자성 구조체(220)는 가로 길이 및 세로 길이가 0.024 λL 이고, 높이가 0.00134 λL 일 수 있다. 후술하겠지만, 자성 구조체(220)는, 예를 들어, 8개의 자성 단위체(미도시)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 자성 구조체(220)를 포함하는 루프 안테나(200)는 특정 주파수 대역에 대한 이득 값이 향상될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 급전부(240)로부터 전력이 공급되면, 덮개(230)에 형성된 2개의 스피드론 프랙탈 구조로 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 외부로부터 입사되는 전자기파가 루프 안테나(200)에 의하여 방사될 수 있다.
도 2는, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나에 자성 구조체로서 포함되는 페라이트 물질의 투자율 그래프이다. 구체적으로, 도 2는 루프 안테나에 적용되는 페라이트 SN-20에 대한 투자율 및 투자손실 값(μ"/ μ´)을 나타낸 그래프이다. 페라이트의 유전율 값은 전체 주파수 대역에서 12로 일정하며, μ´은 주파수가 증가함에 따라서 1에 수렴하게 되고, μ"의 감소 폭이 μ´감소 폭보다 크기 때문에, 투자손실 값은 급격하게 증가하게 된다.
도 3은, 실시예 및 비교예에 따른 루프 안테나의 주파수에 따른 이득 값을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 페라이트 유무에 따른 이득 값은 동작 주파수 대역 (30 MHz ≤ f ≤ 300 MHz) 내에서 각각 약 -27.4 ~ 약 -2.2 dBi와 약 -35.1 ~ 약 4.5 dBi로 분포한다. 실시예에 따른 루프 안테나는 페라이트가 적용됨에 따라 안테나의 효율이 증가하여 안테나의 이득이 저주파 대역에서 상당히 향상되는 것을 확인할 수 있다. 고주파 대역에서의 이득 감쇄는, 후술하는 자성 구조체의 형상 최적화를 통해 개선될 수 있다.
도 4a는, 본 개시의 일 실시예에 따른 자성 구조체의 층 구조를 최적화하여 3진법으로 나타낸 도면이다. 도 4a를 참조하면, 일반적으로 평면 형태인 자성 구조체를 위에서 아래로 내려다보았을 때, 각 자성 단위체가 몇 층으로 적층되어 있는지를 확인할 수 있다. 도 4a에서, 숫자 '0'은 자성 단위체가 배치되어 있지 않은 상태를 나타내고, 숫자 '1'은 자성 단위체가 1층으로 배치된 상태를 나타내며, 숫자 '2'는 자성 단위체가 2층으로 배치된 상태를 나타낸다.
도 4b는, 본 개시의 일 실시예에 따른 자성 구조체(300)의 형상을 구체적으로 도시한 도면이다.
실시예에 있어서, 자성 구조체(300)는, 복수 개의 자성 단위체(400)로 형성되는 8 x 8 배열 형태를 가질 수 있다. 또한, 자성 구조체(300)의 8 x 8 배열 형태는, 자성 구조체(300)의 일 부분인 4 x 4 배열 형태가 가로, 세로, 및 대각선 방향으로 대칭되어 구현될 수 있다.
자성 구조체(300)는, 8 x 8 배열 형태의 일 변에서 형성되는 제 1 홈부(310) 및 제 1 홈부(310)에 대향하여 형성되는 제 2 홈부(320)를 포함할 수 있다. 제 1 홈부(310)는, 제 1 너비(311) 및 제 2 너비(312)를 모두 가지며, 제 2 홈부(312)는, 제 1 홈부(310)와 대칭되는 형태를 가질 수 있다.
또한, 실시예에 있어서, 자성 구조체(300)는, 제 1 홈부(310) 및 제 2 홈부(320)가 배치되지 않는 변에서 자성 단위체(400)가 적층되어 형성되는 제 1 돌출부(330) 및 제 2 돌출부(340)를 포함할 수 있다. 제 2 돌출부(340)는, 제 1 돌출부(330)와 대칭되는 형태를 가지며, 제 1 돌출부(330) 및 제 2 돌출부(340)는 각각 서로 대향하는 변에 배치될 수 있다.
실시예에 있어서, 제 1 너비(311) 및 제 2 너비(313)의 길이 비율은 2:1일 수 있다. 구체적으로, 제 1 너비(311)는 자성 단위체(400) 4개에 해당하는 길이일 수 있고, 제 2 너비(313)는 자성 단위체(400) 2개에 해당하는 길이일 수 있다.
실시예에 있어서, 제 1 돌출부(330) 및 제 2 돌출부(340)는 각각 2개의 자성 단위체(400)가 높이 방향으로 돌출된 것일 수 있다. 도 4b를 참조하면, 제 1 돌출부(330) 및 제 2 돌출부(340)는 자성 구조체(300)에서 높이 방향으로 돌출되어 있음을 확인할 수 있다.
도 4c는, 본 개시의 일 실시예에 따른 자성 단위체(400)의 형상을 나타낸 도면이다. 실시예에 있어서, 자성 구조체는, 48개의 자성 단위체(400)를 포함할 수 있다. 도 4c를 참조하면, 자성 단위체(400)는 각각 가로 길이 0.003 λL, 세로 길이 0.003 λL 및 높이 0.00067 λL 를 갖는 페라이트(ferrite) 재질의 직육면체 형태일 수 있다. 여기에서, 상기 λL 은 루프 안테나의 동작 대역의 최저 주파수 파장일 수 있다.
도 5는, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나의 이득 값을 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 직육면체 페라이트를 포함하는 루프 안테나와 도 4a의 최적화된 페라이트를 포함하는 루프 안테나의 이득 값을 주파수에 따라 비교하여 나타낸 것을 확인할 수 있다. 도 4a의 최적화된 페라이트를 포함하는 루프 안테나는, 페라이트 형상의 최적화를 통해 고주파 대역에서의 안테나 효율이 증가하여 기존 직육면체 페라이트를 포함하는 루프 안테나보다 높은 이득 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 페라이트 무게는 62.5 % 감소하였으며 저주파 대역에서는 유사한 이득 특성을 나타내는 것을 확인하였다. 최적화된 페라이트가 접합된 루프 안테나의 이득은 동작 대역 내에서 약 -28.9 ~ 약 2 dBi로 분포한다.
도 6은, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나의 방사 패턴을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.
도 6a, 도 6b, 및 도 6c는, 실시예에 따른 루프 안테나의 각각 xy-, xz-, yz-평면에서의 방사 패턴을 주파수 값 30, 150, 300 MHz에 대해 나타낸 그래프이다. 실시예에 따른 루프 안테나는 약 10 MHz 내지 약 1000 MHz 주파수 대역에서 무지향 특성을 가질 수 있다. 구체적으로, 실시예에 따른 루프 안테나의 경우, 모든 주파수 대역에서 안테나는 무지향성 특성을 나타낸다. 약간의 패턴의 비대칭성은 안테나의 급전의 위치가 비대칭적으로 위치하여 발생하는 것으로 파악된다.
도 7a는, 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나를 설치한 무인기를 일 측면에서 나타낸 사시도이다. 도 7b는, 도 7a에 나타낸 실시예에 따른 무인기의 밑면을 나타낸 도면이다. 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 무인기는 몸체와 날개로 구성되어 있으며, 일반적인 무인기의 몸체 하부면에 실시예에 따른 루프 안테나가 설치될 수 있음을 확인할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 루프 안테나의 설치 유무에 따른 루프 안테나의 이득 값을 나타낸 그래프이다. 무인기가 없는 경우, 접지면의 크기는 10 m × 10 m 이고, 제안하는 안테나가 무인기에 설치되는 경우, 무인기 전체가 안테나의 접지면이 된다. 안테나의 이득 결과를 살펴보면, 무인기에 설치 유무에 따른 이득 차이가 발생하지만 거의 유사한 이득 특성을 나타낸다. 이러한 차이는 접지면의 크기 및 형상의 차이에 기인한 것으로 파악된다.
도 9는 무인기에 설치된 실시예에 따른 루프 안테나의 방사 패턴을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다. 도 9a, 도 9b, 및 도 9c는 각각 xy-, xz-, yz-평면에서의 방사패턴을 주파수 값 30, 150, 300 MHz에 대해 나타낸 그래프이다. 도 6에 나타낸 방사 패턴은 무지향 특성을 나타내지만, 도 9에 나타낸 방사 패턴은 +z-축 방향으로 약간의 지향성을 갖는 것을 확인할 수 있다. 이러한 지향성은 무인기 형상의 영향으로 발생하는 것으로 파악된다. 무인기 몸체 밑 방향(+z-축)의 패턴을 살펴보면, 전 방향에서 유사한 이득 특성을 나타내어, 실시예에 따른 루프 안테나는 무인비행기 아래 방향 전체에서 신호를 수신하는 안테나로 활용될 수 있음을 확인할 수 있다.
한편, 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 개시의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 개시에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200: 루프 안테나
110, 210: 접지면
120, 220: 자성 구조체
130, 230: 덮개
131: 스피드론 프랙탈 구조
133: 스피드론 프랙탈 구조가 형성되지 않은 영역
140, 240: 급전부
300: 자성 구조체
310: 제 1 홈부
311: 제 1 너비
313: 제 2 너비
320: 제 2 홈부
330: 제 1 돌출부
340: 제 2 돌출부
400: 자성 단위체

Claims (11)

  1. 접지면;
    상기 접지면 상에 배치되는 자성 구조체; 및
    상기 자성 구조체의 일면을 커버하도록 배치되는 덮개;를 포함하고,
    상기 덮개의 상부면은, 서로 대칭적으로 배치되고 전기적으로 단락되는 2개의 스피드론 프랙탈(spidron fractal) 구조를 포함하며,
    상기 자성 구조체는, 자성을 갖는 재질로 형성되는 복수 개의 자성 단위체를 포함하고,
    상기 자성 구조체는 상기 복수 개의 자성 단위체로 형성되는 8 x 8 배열 형태를 가지며,
    상기 자성 구조체는, 상기 8 x 8 배열 형태의 일 변에서 형성되는 제 1 홈부 및 상기 제 1 홈부에 대향하여 형성되는 제 2 홈부를 포함하고,
    상기 자성 구조체는, 상기 제 1 홈부 및 상기 제 2 홈부가 배치되지 않는 변에서 상기 자성 단위체가 적층되어 형성되는 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부를 포함하는 루프 안테나(loop antenna)로서,
    상기 자성 단위체는 가로 길이 0.003 λL, 세로 길이 0.003 λL 및 높이 0.00067 λL 를 갖는 페라이트(ferrite) 재질의 직육면체 형태이고,
    상기 자성 구조체 전체의 가로 길이 및 세로 길이는 0.024 λL 이고, 높이는 0.00134 λL 이며, 상기 λL 은 상기 루프 안테나의 동작 대역의 최저 주파수의 파장이고,
    10 MHz 내지 1000 MHz 주파수 대역에서 무지향 특성을 갖는, 루프 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 홈부는, 제 1 너비 및 제 2 너비를 모두 가지며,
    상기 제 2 홈부는, 상기 제 1 홈부와 대칭되는 형태를 갖는, 루프 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 돌출부는, 상기 제 1 돌출부와 대칭되는 형태를 가지며,
    상기 제 1 돌출부 및 상기 제 2 돌출부는 각각 서로 대향하는 변에 배치되는, 루프 안테나.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 너비 및 상기 제 2 너비의 길이 비율은 2:1이고,
    상기 제 1 돌출부 및 상기 제 2 돌출부는 각각 2개의 상기 자성 단위체가 높이 방향으로 돌출된 것인, 루프 안테나.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스피드론 프랙탈 구조는, Sn-1로서 표시되는 삼각형의 빗면에 Sn으로서 표시되는 삼각형의 밑면이 연속적으로 연결되는 형태이고, 상기 n은 2이상의 자연수인, 루프 안테나.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 Sn으로서 표시되는 삼각형의 밑면의 길이 Ln은, 상기 Sn-1로서 표시되는 삼각형의 밑면의 길이 Ln-1의
    Figure 112019119537460-pat00003
    인, 루프 안테나.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 루프 안테나에 전력을 공급하는 급전부를 더 포함하는, 루프 안테나.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    무인비행기의 몸체 하부면에 배치되는, 루프 안테나.
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