KR102273378B1 - 전자기 밴드갭 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 전자기 밴드갭 구조물, 이를 포함하는 지향성 안테나 및 이의 용도에 관한 것으로, 본 출원의 전자기 밴드갭 구조물 및 이를 포함하는 지향성 안테나에 의하면 경량 및 소형을 나타내고, 지향성이 우수할 수 있다. 또한, 상기 전자기 밴드갭 구조물 및 이를 포함하는 지향성 안테나는 항공전자 장비 및 휴대용 측정 장비에 사용될 수 있다.

Description

전자기 밴드갭 구조물{ELECTROMAGNETIC BANDGAP STRUCTURE}
본 출원은 전자기 밴드갭 구조물, 이를 포함하는 지향성 안테나 및 이의 용도에 관한 것이다.
지향성 안테나는 라디오 및 마이크로파 대역을 활용하는 항공기 등의 무선센서 시스템에 널리 사용된다. 특히, 레이더 경고시스템과 같은 항공전자장비 및 그 지원장비는 경량, 소형의 지향성 안테나의 적용이 필수적이다. 일반적으로 널리 사용되는 다이폴 안테나는 반사판을 사용함으로써 전방향성 방사형태를 지향성 방사형태로 변경하여 사용할 수 있으나, 이 경우 방사성능 확보를 위해 방사체와 반사판 사이의 거리가 1/4 파장만큼 이격되어야 하므로 소형화에 어려움이 있다.
전자기 밴드갭(EBG) 구조는 주기적인 금속 패턴을 통해 구현되며, 밴드갭 주파수 대역에서는 동위상 반사 특성을 갖는다고 알려져 있다. 이러한 특성으로 인해 방사체를 EBG 접지면에 가까이 위치 시켰을지라도 좋은 방사성능을 확보할 수 있는 이점이 있다. EBG 구조는 특별한 LC 네트워크로 일반화할 수 있으며, 이 LC 네트워크를 1차원 또는 2차원으로 배열하여 구현할 수 있다. 2차원의 EBG 구조를 접지면에 적용하여 그 위에 안테나를 적용하는 형상은 안테나의 지향성을 크게 향상시킬 수 있으나, 구현하기 어려운 단점이 있다. 이에 반해 1차원의 EBG 구조를 접지면에 적용하여 그 근처에 안테나를 적용하는 형상은 구현이 쉬우나 안테나의 지향성 향상에는 한계가 있다. 다만, 1차원의 EBG 구조는 경량의 소형 안테나를 구현할 수 있다는 또 다른 장점도 가지고 있다. 따라서, 이러한 한계를 개선하는 새로운 형태의 1차원의 EBG 구조가 요구되고 있다.
본 출원의 과제는 경량 및 소형을 나타내고, 지향성이 우수할 수 있는 전자기 밴드갭 구조물 및 이를 포함하는 지향성 안테나를 제공하는 것이다. 이러한, 전자기 밴드갭 구조물 및 이를 포함하는 지향성 안테나는 항공전자 장비 및 휴대용 측정 장비에 사용될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 출원의 밴드갭 구조물은 기판; 상기 기판의 하부에 형성되고, 제 1 면에 서로 일정 간격으로 배치된 둘 이상의 제 1 슬릿을 포함하는 하부층; 및 상기 기판의 상부에 형성되며, 제 1 면에 서로 일정 간격으로 배치된 둘 이상의 제 2 슬릿을 포함하는 상부층을 포함하고, 공진 구조를 가지며, 적어도 하나의 슬릿의 폭 또는 간격은 다이폴 안테나의 공진 주파수 파장에 따라 결정된다.
또한, 상기 둘 이상의 제 1 슬릿 간의 간격은 공진 주파수 파장의 0.002 이하일 수 있다.
또한, 상기 제 1 슬릿은 폭이 공진 주파수 파장의 0.015 내지 0.020일 수 있다.
또한, 상기 제 1 슬릿은 길이가 공진 주파수 파장의 0.05 내지 0.10 일 수 있다.
또한, 상기 제 1 슬릿은 두께가 공진 주파수 파장의 0.0002 이하일 수 있다.
또한, 상기 하부층은 구리, 금, 은 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 슬릿과 제 2 슬릿은 서로 겹치지 않도록 등간격으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 둘 이상의 제 2 슬릿 간의 간격은 공진 주파수 파장의 0.002 이하일 수 있다.
또한, 상기 제 2 슬릿은 폭이 공진 주파수 파장의 0.015 내지 0.020일 수 있다.
또한, 상기 제 2 슬릿은 길이가 공진 주파수 파장의 0.05 내지 0.10일 수 있다.
또한, 상기 제 2 슬릿은 두께가 공진 주파수 파장의 0.0002 이하일 수 있다.
또한, 상기 상부층은 구리, 금, 은 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다.
또한, 본 출원의 지향성 안테나는 상기 전자기 밴드갭 구조물; 상기 전자기 밴드갭 구조물의 하부층의 제 1 면과 이격되어 구비된 제 1 다이폴 소자 및 상기 전자기 밴드갭 구조물의 상부층의 제 1 면과 이격되어 구비된 제 2 다이폴 소자를 가지는 다이폴 안테나; 및 상기 다이폴 안테나의 제 1 다이폴 소자와 제 2 다이폴 소자에 전기적 신호를 인가하는 전원부를 포함한다.
또한, 상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자 각각은 상기 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 면과 평행하고, 제 1 전원선 및 제 2 전원선 각각에 의해 상기 전원부에 연결될 수 있다.
또한, 상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자 각각은 상기 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 면과 공진 주파수 파장의 0.06 이하의 간격으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전원선 및 제 2 전원선을 기준으로 대칭을 이루고 있는 상태에서의 상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자의 길이의 합은 공진 주파수 파장의 0.35 내지 0.6일 수 있다.
또한, 상기 다이폴 안테나는 공진 주파수 대역폭이 15% 이상일 수 있다.
또한, 상기 다이폴 안테나는 최대 구현 이득이 2 dBi 이상일 수 있다.
또한, 상기 다이폴 안테나는 방사 효율이 80% 이상일 수 있다.
또한, 상기 다이폴 안테나는 전후방 방사 비율이 8 dB 이상일 수 있다.
또한, 본 출원의 항공전자 장비는 상기 지향성 안테나를 포함한다.
또한, 본 출원의 휴대용 측정 장비는 상기 지향성 안테나를 포함한다.
본 출원의 전자기 밴드갭 구조물 및 이를 포함하는 지향성 안테나에 의하면 경량 및 소형을 나타내고, 지향성이 우수할 수 있다. 또한, 상기 전자기 밴드갭 구조물 및 이를 포함하는 지향성 안테나는 항공전자 장비 및 휴대용 측정 장비에 사용될 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물을 나타낸 도면이다.
도 2는 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 슬릿 및 제 2 슬릿에 의해 형성된 LC 회로를 설명하기 위해 예시적으로 전자기 밴드갭 구조물에 LC 회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 슬릿 및 제 2 슬릿에 의해 형성된 LC 회로를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 지향성 안테나를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 출원의 전자기 밴드갭 구조물을 설명하며, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 전자기 밴드갭 구조물이 첨부된 도면에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 전자기 밴드갭 구조물을 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 출원의 전자기 밴드갭 구조물은 기판(1100), 상기 기판의 하부에 형성된 하부층(1200), 상기 기판의 상부에 형성된 상부층(1300)을 포함한다. 상기 하부층(1200)은 제 1 면(1210)에 서로 일정 간격으로 배치된 둘 이상의 제 1 슬릿(1201)을 포함한다. 또한, 상기 상부층(1300)은 제 1 면(1310)에 서로 일정 간격으로 배치된 둘 이상의 제 2 슬릿(1301)을 포함한다. 본 출원의 전자기 밴드갭 구조물은 전술한 구조를 가짐으로써, 상기 다이폴 안테나의 공진 주파수 및 대역폭 중 어느 하나 이상이 우수하고, 경량 및 소형을 나타내며, 후술하는 다이폴 안테나에 적용하여 지향성이 우수할 수 있다. 본 명세서에서 간격은 전자기 밴드갭 구조물의 길이 방향, 즉 x 축 방향을 기준으로 측정한 길이일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 제 1 면은 슬릿에 의해 형성되어 패턴화된 측면을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 상기 하부층의 제 1 면 및 상기 상부층의 제 1 면은 상기 하부층 및 상부층에 각각 형성되며 동일한 측의 측면을 의미한다. 본 명세서에서, 「슬릿(slit)」은 가늘고 긴 구멍을 의미한다.
상기 기판으로는 FR4와 같은 유전율을 가지는 비전도성 물질로 이루어진 기판을 사용할 수 있다. 상기 기판으로 전술한 종류를 사용함으로써, 절연성을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 전자기 밴드갭 구조물은 제 1 슬릿 및 제 2 슬릿을 포함함으로써, 공진 구조를 가진다. 본 명세서에서 「공진 구조」는 신호파, 펌프파, 변환파에 대해서는 투과시키고, 이차 조화파에 대해서는 반사를 하여 외부로 투과되어 나가지 못하고 내부에서 왕복 또는 순환하여 공진하도록 구성하는 구조를 의미한다. 도 2는 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 슬릿 및 제 2 슬릿에 의해 형성된 LC 회로를 설명하기 위해 예시적으로 전자기 밴드갭 구조물에 LC 회로를 나타낸 도면이다. 또한, 도 3은 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 슬릿 및 제 2 슬릿에 의해 형성된 LC 회로를 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 전자기 밴드갭 구조물은 제 1 슬릿 및 제 2 슬릿에 의해 LC 회로를 형성할 수 있고, 상기 LC 회로에 의해 공진 구조를 가질 수 있다.
상기 전자기 밴드갭 구조물은 적어도 하나의 슬릿의 폭 또는 간격은 다이폴 안테나의 공진 주파수 파장에 따라 결정된다. 본 명세서에서 공진 주파수는 회로에 포함되는 L과 C에 의해서 정해지는 고유 주파수와 전원의 주파수가 일치하면 공진 현상을 일으켜 전류 또는 전압이 최대가 되는 주파수를 의미한다. 상기 공진 주파수는 R, L, C의 직렬 회로(series circuit)에서 일어나는 직렬 공진에서의 공진 주파수 fsc과 R, L, C의 병렬 회로(parallel circuit)에서 일어나는 병렬 공진에서의 공진 주파수 fpc는 각각 하기 일반식 1 및 2에 의해 계산될 수 있다.
[일반식 1]
Figure 112019130342175-pat00001
[일반식 2]
Figure 112019130342175-pat00002
상기 일반식 1 및 2에서, LL은 제 1 및 제 2 슬릿의 도체로 이루어진 하부층 및 상부측 각각에 의해 형성되는 인덕턴스를 의미하고, CL은 제 1 슬릿 및 제 2 슬릿 간에 형성되는 캐패시턴스를 의미하며, Ce는 제 1 및 제 2 슬릿 각각의 이격 간격에 의해 형성되는 캐패시턴스를 의미한다.
상기 공진 주파수(fres)는 상기 일반식 1 및 2에서 결정되는 fsc 및 fpc 중 작은 값으로 결정될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 「공진 주파수 파장」은 빛의 속도에서 상기 공진 주파수를 나눈 값을 의미한다. 예를 들어, 공진 주파수가 2.5 GHz인 경우, 공진 주파수 파장은 120 mm일 수 있다. 이 경우, 상기 둘 이상의 제 1 슬릿 간의 간격(g1)은 0.0017 이하일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 둘 이상의 제 1 슬릿 간의 간격(g1)은 공진 주파수 파장의 0.002 이하일 수 있고, 구체적으로, 0.001 이하일 수 있다. 또한, 상기 둘 이상의 제 1 슬릿 간의 간격의 하한은 공진 주파수 파장의 0.0001 이상 또는 0.0005 이상일 수 있다. 상기 둘 이상의 제 1 슬릿 간의 간격은 서로 이웃하는 제 1 슬릿 간의 간격을 의미한다. 상기 제 1 슬릿은 이웃하는 제 1 슬릿과 전술한 범위의 간격을 가짐으로써, 본 출원의 전자기 밴드갭 구조물을 후술하는 다이폴 안테나에 적용하였을 때, 후술하는 범위의 공진 주파수 및/또는 대역폭을 가질 수 있고, 이로 인해 경량 및 소형을 나타내며, 지향성이 우수할 수 있다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 제 1 슬릿의 폭(w1)은 공진 주파수 파장의 0.015 내지 0.020일 수 있고, 구체적으로, 0.016 내지 0.019 또는 0.017 내지 0.018일 수 있다. 상기 제 1 슬릿은 전술한 범위의 폭을 가짐으로써, 본 출원의 전자기 밴드갭 구조물을 후술하는 다이폴 안테나에 적용하였을 때, 후술하는 범위의 공진 주파수 및/또는 대역폭을 가질 수 있고, 이로 인해 경량 및 소형을 나타내며, 지향성이 우수할 수 있다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 제 1 슬릿의 길이(l1)는 공진 주파수 파장의 0.05 내지 0.10일 수 있고, 구체적으로, 0.06 내지 0.09 또는 0.07 내지 0.08일 수 있다. 상기 제 1 슬릿은 전술한 범위의 길이를 가짐으로써, 본 출원의 전자기 밴드갭 구조물을 후술하는 다이폴 안테나에 적용하였을 때, 후술하는 범위의 공진 주파수 및/또는 대역폭을 가질 수 있고, 이로 인해 경량 및 소형을 나타내며, 지향성이 우수할 수 있다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 제 1 슬릿의 두께(t1)는 공진 주파수 파장의 0.0002 이하일 수 있고, 구체적으로, 0.0001 이하일 수 있다. 또한, 상기 제 1 슬릿의 두께의 하한은 0.00001 이상 또는 0.00005 이상일 수 있다. 상기 제 1 슬릿은 전술한 범위의 두께를 가짐으로써, 본 출원의 전자기 밴드갭 구조물을 후술하는 다이폴 안테나에 적용하였을 때, 후술하는 범위의 공진 주파수 및/또는 대역폭을 가질 수 있고, 이로 인해 경량 및 소형을 나타내며, 지향성이 우수할 수 있다.
상기 하부층은 도체일 수 있다. 구체적으로, 상기 하부층은 구리, 금, 은 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다. 상기 하부층으로 전술한 종류의 금속을 사용함으로써, 전자를 이동시킬 수 있다.
상기 하부층은 상기 기판의 상부에 전술한 종류의 금속을 프린트하여 형성할 수 있다. 상기 프린트 기법은 당업계에 공지된 모든 기법을 사용할 수 있으므로, 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 슬릿과 제 2 슬릿은 서로 겹치지 않도록 등간격으로 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 슬릿과 제 2 슬릿은 높이 방향으로 서로 포개지지지 않도록 배치될 수 있다. 상기 제 1 슬릿과 제 2 슬릿은 서로 겹치지 않도록 등간격으로 배치됨으로써, 본 출원의 전자기 밴드갭 구조물을 후술하는 다이폴 안테나에 적용하였을 때, 후술하는 범위의 공진 주파수 및/또는 대역폭을 가질 수 있고, 이로 인해 경량 및 소형을 나타내며, 지향성이 우수할 수 있다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 둘 이상의 제 2 슬릿 간의 간격(g2)은 공진 주파수 파장의 0.002 이하일 수 있고, 구체적으로, 0.001 이하일 수 있다. 또한, 상기 둘 이상의 제 2 슬릿 간의 간격의 하한은 공진 주파수 파장의 0.0001 이상 또는 0.0005 이상일 수 있다. 상기 둘 이상의 제 2 슬릿 간의 간격은 서로 이웃하는 제 2 슬릿 간의 간격을 의미한다. 상기 제 2 슬릿은 이웃하는 제 2 슬릿과 전술한 범위의 간격을 가짐으로써, 본 출원의 전자기 밴드갭 구조물을 후술하는 다이폴 안테나에 적용하였을 때, 후술하는 범위의 공진 주파수 및/또는 대역폭을 가질 수 있고, 이로 인해 경량 및 소형을 나타내며, 지향성이 우수할 수 있다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 제 2 슬릿의 폭(w2)은 공진 주파수 파장의 0.015 내지 0.020일 수 있고, 구체적으로, 0.016 내지 0.019 또는 0.017 내지 0.018일 수 있다. 상기 제 2 슬릿은 전술한 범위의 폭을 가짐으로써, 본 출원의 전자기 밴드갭 구조물을 후술하는 다이폴 안테나에 적용하였을 때, 후술하는 범위의 공진 주파수 및/또는 대역폭을 가질 수 있고, 이로 인해 경량 및 소형을 나타내며, 지향성이 우수할 수 있다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 제 2 슬릿의 길이(l2)는 공진 주파수 파장의 0.05 내지 0.10일 수 있고, 구체적으로, 0.06 내지 0.09 또는 0.07 내지 0.08일 수 있다. 상기 제 2 슬릿은 전술한 범위의 길이를 가짐으로써, 본 출원의 전자기 밴드갭 구조물을 후술하는 다이폴 안테나에 적용하였을 때, 후술하는 범위의 공진 주파수 및/또는 대역폭을 가질 수 있고, 이로 인해 경량 및 소형을 나타내며, 지향성이 우수할 수 있다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 제 2 슬릿의 두께(t2)는 공진 주파수 파장의 0.0002 이하일 수 있고, 구체적으로, 0.0001 이하일 수 있다. 또한, 상기 제 2 슬릿의 두께의 하한은 0.00001 이상 또는 0.00005 이상일 수 있다. 상기 제 2 슬릿은 전술한 범위의 두께를 가짐으로써, 본 출원의 전자기 밴드갭 구조물을 후술하는 다이폴 안테나에 적용하였을 때, 후술하는 범위의 공진 주파수 및/또는 대역폭을 가질 수 있고, 이로 인해 경량 및 소형을 나타내며, 지향성이 우수할 수 있다.
상기 상부층은 도체일 수 있다. 구체적으로, 상기 상부층은 구리, 금, 은 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다. 상기 상부층으로 전술한 종류의 금속을 사용함으로써, 전자를 이동시킬 수 있다.
상기 상부층은 상기 기판의 하부에 전술한 종류의 금속을 프린트하여 형성할 수 있다. 상기 프린트 기법은 당업계에 공지된 모든 기법을 사용할 수 있으므로, 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 출원은 또한, 지향성 안테나에 관한 것이다. 상기 지향성 안테나는 전술한 전자기 밴드갭 구조물을 포함하는 것으로, 후술하는 전자기 밴드갭 구조물에 대한 구체적인 사항은 상기 전자기 밴드갭 구조물에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있으므로, 이를 생략하기로 한다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 지향성 안테나를 나타낸 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 출원의 지향성 안테나는 전자기 밴드갭 구조물(4100), 다이폴 안테나(4200) 및 전원부(4300)를 포함한다. 상기 다이폴 안테나는 상기 전자기 밴드갭 구조물의 하부층의 제 1 면과 이격되어 구비된 제 1 다이폴 소자(4211) 및 상기 전자기 밴드갭 구조물의 상부층의 제 1 면과 이격되어 구비된 제 2 다이폴 소자(4220)를 가질 수 있다. 즉, 상기 제 1 다이폴 소자와 제 2 다이폴 소자는 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 전원부는 상기 다이폴 안테나의 제 1 다이폴 소자와 제 2 다이폴 소자에 전기적 신호를 인가할 수 있다. 본 출원의 지향성 안테나는 전술한 구조를 가짐으로써, 경량 및 소형을 나타내고, 지향성이 우수할 수 있다. 본 명세서에서, 「지향성」은 소리, 전파, 빛 등의 송수신에 있어, 그것들의 장치특성이 특정 방향에서 강한 성질을 나타내는 현상, 즉, 정해진 방향으로 나아가려는 성질을 의미한다. 또한, 본 명세서에서, 「지향성 안테나(directional/sectorized antenna)」는 등방성 안테나(isotropic antenna)를 제외한 모든 안테나를 가리키며 특정 방위각으로만 빔이 형성되도록 한 안테나를 의미한다. 또한, 본 명세서에서, 「등방성 안테나」는 어느 방향으로나 방사 강도가 일정하게 되는 안테나를 의미한다. 본 명세서에서, 「다이폴(dipole)」은 서로 대응하는 극이 둘 있는 것을 의미한다. 또한, 본 명세서에서, 「다이폴 안테나(dipole antenna)」는 실효 안테나 길이가 2분의 1 파장인 도선의 중앙부에서 급전하여 안테나의 중앙을 기준으로 상하 또는 좌우의 선상 전위 분포 및 극성이 항상 대칭이 되어 다이폴과 같이 작용하는 안테나를 의미한다.
상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자 각각은 상기 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 면(4110)과 평행하고, 제 1 전원선(4212) 및 제 2 전원선(4222) 각각에 의해 상기 전원부에 연결될 수 있다. 또한, 상기 제 1 전원선 및 제 2 전원선은 각각은 상기 하부층의 제 1 접지면(1202) 및 상부층의 제 1 접지면(1302)에 접지된 상태일 수 있다. 또한, 상기 제 1 전원선 및 제 2 전원선 각각은 상기 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 면과 수직할 수 있다.
상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자를 가지는 다이폴 안테나가 전원부에 연결됨으로써, 전원을 공급받을 수 있다.
상기 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 면은 상기 전자기 밴드갭 구조물에 포함된 상기 하부층 및 상부층 각각의 제 1 슬릿 및 제 2 슬릿에 의해 패턴화된 어느 한 측면일 수 있다.
상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자 각각은 상기 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 면과 공진 주파수 파장의 0.06 이하의 간격(g4)으로 구비될 수 있다. 상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자 각각은 상기 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 면과 전술한 간격으로 구비됨으로써, 후술하는 범위의 공진 주파수 및/또는 대역폭을 가질 수 있고, 이로 인해 경량 및 소형을 나타내며, 지향성이 우수할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자는 제 1 전원선 및 제 2 전원선을 기준으로 대칭을 이룰 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자는 제 1 전원선 및 제 2 전원선을 기준으로 상기 제 1 다이폴 소자와 상기 제 2 다이폴 소자가 대칭을 이루기만 하면 제 1 다이폴 소자와 제 2 다이폴 소자 각각의 길이 방향이 특별히 제한되는 것은 아니다. 이로 인해 다이폴과 같이 작용하는 다이폴 안테나를 형성할 수 있다.
또 하나의 예시에서, 제 1 전원선 및 제 2 전원선을 기준으로 대칭을 이루고 있는 상태에서 상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자의 길이의 합(l3)은 공진주파수 파장의 1/2 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전원선 및 제 2 전원선을 기준으로 대칭을 이루고 있는 상태에서 상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자의 길이의 합(l3)은 0.35 내지 0.6일 수 있고, 구체적으로, 0.4 내지 0.55 또는 0.45 내지 0.5일 수 있다. 상기 제 1 전원선 및 제 2 전원선을 기준으로 대칭을 이루고 있는 상태에서 상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자의 길이의 합은 상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자가 대칭을 이루고 있는 상태에서 상기 제 1 전원선 및 제 2 전원선이 포개지므로, 상기 제 1 전원선 및 제 2 전원선의 폭을 제외하고, 상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자의 길이를 합한 길이가 될 수 있다.
상기 다이폴 안테나는 공진 주파수 대역폭이 15% 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 다이폴 안테나의 공진 주파수 대역폭이 16% 이상, 17% 이상 또는 18% 이상일 수 있다. 상기 다이폴 안테나의 공진 주파수 대역폭의 상한은 20% 이하 또는 19% 이하일 수 있다. 상기 다이폴 안테나는 전술한 범위의 공진 주파수 대역폭을 가짐으로써, 다양한 주파수 또는 넓은 주파수를 사용하는 통신 및 센서용으로 사용할 수 있다. 상기 공진 주파수 대역폭은 공진 현상을 일으키는 주파수 범위를 의미할 수 있다. 상기 다이폴 안테나의 공진 주파수 대역폭은 하기 일반식 3을 통해 계산될 수 있다.
[일반식 3]
Figure 112019130342175-pat00003
상기 일반식 3에서, fres는 공진 주파수이고, βf는 대역폭이며, Ceff는 공진에 영향을 미치는 캐패시턴스이고, LL은 상기 기술된 인덕턴트이다.
상기 다이폴 안테나의 최대 구현 이득은 2 dBi 이상일 수 있고, 구체적으로, 3 dBi 이상 또는 4 dBi 이상일 수 있다. 상기 다이폴 안테나의 최대 구현 이득의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 7 dBi 이하, 6 dBi 이하 또는 5 dBi 이하일 수 있다. 상기 다이폴 안테나는 전술한 범위의 최대 구현 이득을 가짐으로써, 안테나의 지향성이 우수할 수 있다. 상기 최대 구현 이득은 안테나의 지향성을 결정하는 지표를 의미할 수 있다.
상기 다이폴 안테나의 방사 효율은 80% 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 다이폴 안테나의 방사 효율은 81% 이상, 82% 이상, 83% 이상 또는 84% 이상일 수 있다. 또한, 상기 다이폴 안테나의 방사 효율의 상한은 클수록 유리하며 예를 들어, 100% 이하, 95% 이하, 90% 이하 또는 85% 이하일 수 있다. 상기 전자기 밴드갭 구조물은 전술한 범위의 방사 효율을 가지는 다이폴 안테나를 포함함으로써, 경량 및 소형을 나타내고, 지향성이 우수할 수 있다. 상기 방사 효율은 안테나에서 방사되는 전파의 전력과 안테나에 공급되는 전력의 비를 의미할 수 있다.
상기 다이폴 안테나의 전후방 방사 비율은 8 dB 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 다이폴 안테나의 전후방 방사 비율은 8.5 dB 이상, 9 dB 이상, 9.5 dB 이상, 10 dB 이상 또는 10.5 dB 이상일 수 있다. 또한, 상기 다이폴 안테나의 전후방 방사 비율의 상한은 클수록 유리하며 예를 들어, 13 dB 이하, 12.5 dB 이하, 12 dB 이하, 11.5 dB 이하 또는 11 dB 이하일 수 있다. 상기 다이폴 안테나는 전술한 전후방 방사 비율을 만족함으로써, 지향성 안테나에서 방사에너지를 한 방향으로 집중시켜 안테나의 효율을 극대화할 수 있으며, 원치 않는 방향으로의 방사를 억제할 수 있다. 상기 전후방 방사 비율은 원하는 방향으로의 방사 이득과 그 반대방향으로의 방사 이득의 차이를 의미할 수 있다.
본 출원은 또한, 상기 지향성 안테나의 용도에 관한 것이다. 예시적인 지향성 안테나는 경량 및 소형을 나타내고, 지향성이 우수할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 지향성 안테나는 항공전자 장비에 적용될 수 있다. 이러한 항공정자 장비로는 레이더 경보 시스템 또는 피아식별장치를 예시할 수 있으며, 상기 레이더 경보 시스템 또는 피아식별장치에 상기 지향성 안테나를 포함하면 그 구조는 특별히 제한되지 않는다.
또 하나의 예시에서, 상기 지향성 안테나는 휴대용 측정 장비에 적용될 수 있다. 이러한 휴대용 측정 장비로는 레이더 경보 시스템, 피아식별장치, U/VHF 통신장치 등의 검증을 위한 지상지원 장비를 예시할 수 있으며, 상기 레이더 경보 시스템, 피아식별장치, U/VHF 통신장치 등의 검증을 위한 지상지원 장비에 상기 지향성 안테나를 포함하면 그 구조는 특별히 제한되지 않는다.
1100: 기판
1200: 하부층
1210: 하부층의 제 1 면
1201: 제 1 슬릿
1202: 하부층의 제 1 접지면
1300: 상부층
1310: 상부층의 제 1 면
1301: 제 2 슬릿
1302: 하부층의 제 1 접지면
4100: 전자기 밴드갭 구조물
4110: 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 면
4200: 다이폴 안테나
4210: 제 1 다이폴 소자
4220: 제 2 다이폴 소자
4300: 전원부
4310: 제 1 전원선
4320: 제 2 전원선
g1: 제 1 슬릿 간의 간격
w1: 제 1 슬릿의 폭
l1: 제 1 슬릿의 길이
t1: 제 1 슬릿의 두께
x: 전자기 밴드갭 구조물의 길이 방향
g2: 제 2 슬릿 간의 간격
w2: 제 2 슬릿의 폭
l2: 제 2 슬릿의 길이
t2: 제 2 슬릿의 두께
g4: 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자 각각과 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 면 간의 간격
l3: 제 1 전원선 및 제 2 전원선을 기준으로 대칭을 이루고 있는 상태에서 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자의 길이의 합

Claims (22)

  1. 기판;
    상기 기판의 하부에 형성되고, 제 1 면에 x 축 방향을 기준으로 서로 일정 간격으로 배치된 둘 이상의 제 1 슬릿을 포함하는 하부층; 및
    상기 기판의 상부에 형성되며, 제 1 면에 x 축 방향을 기준으로 서로 일정 간격으로 배치된 둘 이상의 제 2 슬릿을 포함하는 상부층을 포함하고,
    공진 구조를 가지며,
    적어도 하나의 슬릿의 폭 또는 간격은 다이폴 안테나의 공진 주파수 파장에 따라 결정되고,
    상기 제 1 슬릿 및 제 2 슬릿은 가늘고 긴 구멍이며, 높이 방향으로 서로 겹치지 않도록 등간격으로 배치되는 전자기 밴드갭 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 둘 이상의 제 1 슬릿 간의 간격은 공진 주파수 파장의 0.002 이하인 전자기 밴드갭 구조물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 슬릿은 폭이 공진 주파수 파장의 0.015 내지 0.020인 전자기 밴드갭 구조물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 슬릿은 길이가 공진 주파수 파장의 0.05 내지 0.10인 전자기 밴드갭 구조물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 슬릿은 두께가 공진 주파수 파장의 0.0002 이하인 전자기 밴드갭 구조물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 하부층은 구리, 금, 은 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 형성된 전자기 밴드갭 구조물.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 둘 이상의 제 2 슬릿 간의 간격은 공진 주파수 파장의 0.002 이하인인 전자기 밴드갭 구조물.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 슬릿은 폭이 공진 주파수 파장의 0.015 내지 0.020인 전자기 밴드갭 구조물.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 슬릿은 길이가 공진 주파수 파장의 0.05 내지 0.10인 전자기 밴드갭 구조물.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 슬릿은 두께가 공진 주파수 파장의 0.0002 이하인 전자기 밴드갭 구조물.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 상부층은 구리, 금, 은 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 형성된 전자기 밴드갭 구조물.
  13. 제 1 항에 따른 전자기 밴드갭 구조물;
    상기 전자기 밴드갭 구조물의 하부층의 제 1 면과 이격되어 구비된 제 1 다이폴 소자 및 상기 전자기 밴드갭 구조물의 상부층의 제 1 면과 이격되어 구비된 제 2 다이폴 소자를 가지는 다이폴 안테나; 및
    상기 다이폴 안테나의 제 1 다이폴 소자와 제 2 다이폴 소자에 전기적 신호를 인가하는 전원부를 포함하는 지향성 안테나.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자 각각은 상기 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 면과 평행하고, 제 1 전원선 및 제 2 전원선 각각에 의해 상기 전원부에 연결되는 지향성 안테나.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자 각각은 상기 전자기 밴드갭 구조물의 제 1 면과 공진 주파수 파장의 0.06 이하의 간격으로 구비되는 지향성 안테나.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 전원선 및 제 2 전원선을 기준으로 대칭을 이루고 있는 상태에서 상기 제 1 다이폴 소자 및 제 2 다이폴 소자의 길이의 합은 공진 주파수 파장의 0.35 내지 0.6인 지향성 안테나.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 다이폴 안테나는 공진 주파수 대역폭이 15% 이상인 지향성 안테나.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 다이폴 안테나는 최대 구현 이득이 2 dBi 이상인 지향성 안테나.
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 다이폴 안테나는 방사 효율이 80% 이상인 지향성 안테나.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 다이폴 안테나는 전후방 방사 비율이 8 dB 이상인 지향성 안테나.
  21. 제 13 항에 따른 지향성 안테나를 포함하는 항공전자 장비.
  22. 제 13 항에 따른 지향성 안테나를 포함하는 휴대용 측정 장비.
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