KR102314805B1 - 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나 - Google Patents

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류정호
박영미
장재원
이철수
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Abstract

전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나는 접지판, 및 상기 접지판에 배열되는 복수의 안테나를 포함하고, 상기 복수의 안테나 각각은, 중심선을 기준으로 서로 마주하고, 상기 접지판에서 시작하여 지수적 형태로 폭이 작아지는 경사면을 형성하고, 비균일한 두께를 가지는 방사부를 포함한다.

Description

전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나{ALL METAL WIDEBAND TAPERED SLOT PHASED ARRAY ANTENNA}
본 발명은 광대역 주파수에서 동작하기 위한 금속도체 재질의 테이퍼드 슬롯 형태를 갖는 위상배열 안테나에 관한 것이다.
안테나는 전자파를 이용하여 신호를 송수신하기 위한 중요한 소자이다. 안테나의 크기는 동작 주파수 대역, 이득, 방사 패턴(radiation pattern)에 영향을 주며, 일반적으로 안테나의 크기는 동작 파장에 비하여 같거나 큰 경향을 가지고 있다.
위상배열안테나는 하나의 안테나를 이용하여 배열(array)한 형태를 가지며 여러 개의 안테나 간에 서로 전기적인 영향을 주어 독립적인 하나의 안테나와 다른 특성을 가질 수 있고, 각각의 안테나에 급전되는 신호의 크기, 위상을 제어하여 방사빔 패턴, 빔조향각을 조절할 수 있다.
위상배열안테나의 배열 간격은 수학식 1과 같이 주파수와 빔조향 각도의 함수로써 그레이팅 로브(Grating Lobe, GL)가 발생하지 않도록 배열 간격을 구성함이 일반적이다.
Figure 112021081796435-pat00001
여기서, d는 배열 간격이고,
Figure 112021081796435-pat00002
는 동작 최고주파수의 파장,
Figure 112021081796435-pat00003
는 빔조향 최대범위이다.
일반적으로 광대역 주파수 특성을 갖는 안테나로써 스파이럴(spiral) 안테나, 대수 주기(log periodic) 안테나 등이 있으며, 동작 파장에 비하여 안테나 크기가 일반적으로 큰 경향을 가지고 있다. 그러나, 수학식 1에 의하면 주파수가 높아질수록, 빔조향 각도가 커질수록 배열 간격이 좁아지므로, 파장에 비하여 큰 안테나는 광대역, 광각 빔조향 기능이 필요한 시스템의 위상배열안테나로 적합하지 않다.
광대역 주파수 특성을 가지면서 위상배열안테나로 사용 가능한 안테나로 테이퍼드 슬롯(Tapered Slot) 안테나가 있다. 테이퍼드 슬롯 안테나는 도파관의 급전 구조와 유사하게 동축선로의 급전선을 하나의 평판과 연결하고 다른 평판은 접지면 특성을 갖는 구조와 연결하는 급전부, 급전부와 전기적으로 병렬로 연결된 단락된 스터브(stub)를 형성하는 공진부 및 급전부에서 유기된 전자파를 자유공간으로 유도 및 방사하는 방사부로 구성된다. 안테나의 급전부는 밸런스(balance) 모드를 형성시키기 위하여 방사부의 한쪽은 접지면과 연결되고 다른 한쪽은 접지면과 간극(gap)을 갖도록 하고, 동축선로의 내심이 접지면과 간극을 갖는 도체와 연결되는 구조를 갖는다. 접지면과의 간극, 도체 두께 및 위치 등은 동축선로의 특성 임피던스와의 정합(matching)이 잘 되도록 선정되며, 공진부는 종단이 단락된 형태의 캐비티 구조로 사각형, 삼각형, 원형 및 그 외 형상 등으로 구현될 수 있고, 공진부의 폭, 길이에 따라 주파수 특성이 가변될 수 있다. 방사부는 두 도체의 간격을 직선, 지수적(exponential), 그 외 형상 등으로 구현하여 급전부에서 유도된 전자파를 안테나 개구면으로 유도하고 이를 자유공간으로 방사한다.
테이퍼드 슬롯 안테나는 PCB(printed circuit board)나 금속재질(all metal, 전도체)로 구현될 수 있으며, 금속재질의 경우 PCB의 유전체에 의한 손실이 적은 특성이 있다. 금속재질의 테이퍼드 슬롯 안테나에서 안테나의 길이가 길수록 광대역 주파수 특성에 유리하고, 안테나의 길이가 짧을수록 안테나의 편파 특성이 우수한 것으로 알려져 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 저손실 및 광대역 주파수 특성을 가지면서 짧은 길이를 갖는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열 안테나를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나는 접지판, 및 상기 접지판에 배열되는 복수의 안테나를 포함하고, 상기 복수의 안테나 각각은, 중심선을 기준으로 서로 마주하고, 상기 접지판에서 시작하여 지수적 형태로 폭이 작아지는 경사면을 형성하고, 비균일한 두께를 가지는 방사부를 포함한다.
상기 방사부의 두께는 상기 접지판에서 시작하여 끝단으로 갈수록 지수적 형태로 작아질 수 있다.
상기 방사부의 두께는 중심선을 기준으로 대칭적 형태를 가질 수 있다.
상기 방사부의 끝단의 폭은 상기 방사부의 끝단의 두께의 1/2로 구성될 수 있다.
상기 복수의 안테나 각각은, 상기 접지판과 한 변을 공유하는 공진부, 상기 방사부의 경사면과 연속된 경사면을 이루고, 상기 접지판과 간극으로 이격되어 있고, 급전 신호를 여기하는 급전부, 및 상기 급전부를 통해 상기 방사부와 연결되어 상기 급전 신호를 상기 방사부에 인가하는 급전선을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 안테나는 일 방향으로 배열되고, 이웃한 안테나 간에 공진부를 갖는 방사부와 공진부를 갖지 않는 방사부가 서로 접촉할 수 있다.
상기 공진부를 갖는 방사부의 공진부가 이웃한 방사부로 확장되어 형성될 수 있다.
상기 복수의 안테나는 직교하는 방향으로 2차원적으로 배열되고, 4개의 방사부가 경사면의 반대면이 서로 접촉하도록 결합되어 평면상에서 플러스 형태로 일체화되고, 상기 4개의 방사부가 끝단의 폭만큼 서로 공유할 수 있다.
상기 방사부의 끝단의 폭은 상기 방사부의 끝단의 두께의 1/2로 구성될 수 있다.
상기 방사부의 하단에 돌출된 형태의 유도부가 형성되고, 상기 접지판에 상기 유도부가 삽입될 수 있도록 음각의 홀이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나는 접지판, 및 직교하는 방향으로 2차원적으로 상기 접지판에 배열되는 복수의 방사부를 포함하고, 상기 복수의 방사부 각각은 상기 접지판에서 시작하여 지수적 형태로 폭이 작아지는 경사면을 형성하고, 비균일한 두께를 가진다.
상기 복수의 방사부 각각의 두께는 상기 접지판에서 시작하여 끝단으로 갈수록 지수적 형태로 작아질 수 있다.
상기 복수의 방사부 각각의 두께는 중심선을 기준으로 대칭적 형태를 가질 수 있다.
상기 복수의 방사부 각각의 끝단의 폭은 상기 복수의 방사부 각각의 끝단의 두께의 1/2로 구성될 수 있다.
상기 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나는 상기 접지판과 한 변을 공유하는 공진부, 방사부의 경사면과 연속된 경사면을 이루고, 상기 접지판과 간극으로 이격되어 있고, 급전 신호를 여기하는 급전부, 및 상기 급전부를 통해 상기 방사부와 연결되어 상기 급전 신호를 상기 방사부에 인가하는 급전선을 더 포함할 수 있다.
4개의 방사부가 경사면의 반대면이 서로 접촉하도록 결합되어 평면상에서 플러스 또는 엑스 형태로 일체화되고, 상기 4개의 방사부가 끝단의 폭만큼 서로 공유하고, 상기 4개의 방사부의 결합된 구조에서 중앙 하단에 돌출된 형태의 유도부가 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열 안테나는 안테나의 길이를 축소하면서 광대역의 동작주파수 특성을 가질 수 있다.
가변적인 안테나 두께를 갖는 구조를 이용하여 더욱 확장된 광대역 주파수 특성을 구현할 수 있다. 방사부의 시작점을 접지면에 형성하고 급전부와 공진부를 접지면에서 연결하고 공진부의 한 면을 접지면과 공유함으로써 안테나 길이를 축소할 수 있다.
또한, 배열안테나로 구성 시 공진부의 길이를 이웃한 안테나까지 확장하여 주파수 범위를 더 확장할 수 있다.
안테나 개구면의 도체 두께와 폭의 관계를 1/2로 하고 안테나 각각의 일정 부분을 서로 공유하여 안테나의 개구 면적을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나의 기본 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 안테나를 x축 방향에서 바라본 측면도이다.
도 3은 도 1의 안테나를 y축 방향에서 바라본 측면도이다.
도 4 및 5는 도 1의 안테나에서 급전부와 공진부를 설명하기 위한 분해도이다.
도 6은 도 1의 안테나에서 방사부를 설명하기 위한 측면도이다.
도 7은 도 1의 안테나를 한 방향으로 다수 개 배열한 위상배열안테나의 구조를 나타내고 있는 측면도이다.
도 8은 도 1의 안테나를 교차하는 방향으로 다수 개 배열한 위상배열안테나의 구조를 나타내고 있는 평면도이다.
도 9는 도 8의 위상배열안테나를 접지판과 조립시 정밀한 배치를 위한 유도부를 갖는 안테나의 구조를 나타내고 있는 사시도이다.
도 10은 도 9의 안테나를 접지판에 2차원으로 배열한 위상배열안테나를 나타내고 있는 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나에서 안테나 두께에 대한 능동반사특성에 대한 전산해석결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나에서 안테나 길이에 대한 능동반사특성에 대한 전산해석결과를 나태내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나의 기본 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나의 기본 구조를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 안테나를 x축 방향에서 바라본 측면도이다. 도 3은 도 1의 안테나를 y축 방향에서 바라본 측면도이다. 도 4 및 5는 도 1의 안테나에서 급전부와 공진부를 설명하기 위한 분해도이다. 도 6은 도 1의 안테나에서 방사부를 설명하기 위한 측면도이다.
도 1 내지 6을 참조하면, 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나는 접지판(110), 공진부(120) 및 복수의 안테나를 포함한다.
하나의 안테나는 금속재질(all metal, 전도체)로 이루어지며, 두께(폭)가 일정하지 않은 비균일한 특성을 갖는 2개의 방사부(130)를 포함하며, 2개의 방사부(130)는 중심선을 기준으로 서로 마주할 수 있다. 더욱 상세하게, 각각의 방사부(130)는 접지판(110)에서 시작하여 지수적(exponential) 형태로 폭이 작아지는 경사면(135)을 형성할 수 있으며, 2개의 방사부(130)의 지수적 형태의 경사면(135)은 중심선을 기준으로 서로 마주할 수 있다. 방사부(130)는 중심선을 기준으로 대칭적인 구조를 가질 수 있다. 접지판(110)(접지면)에서 멀어질수록(개구면으로 갈수록) 방사부(130) 간의 간격은 서서히 증가하고 방사부(130)의 y축 방향으로 폭은 점차적으로 감소하여 개구면에서 방사부(130) 끝단의 폭(TA)은 가장 작아질 수 있다.
서로 마주하는 방사부(130)는 개구면을 형성한다. 개구면은 서로 마주하는 방사부(130)를 연결하는 가상적인 면으로, 방사부(130)가 자유 공간과 접하는 부분을 의미할 수 있다.
2개의 방사부(130) 중 하나에는 급전부(140)가 형성되어 있다. 급전부(140)는 급전선(145)으로부터 급전된 신호가 여기되는 부분이다. 급전부(140)는 방사부(130)의 경사면(135)과 연속된 경사면을 이루고, 접지판(110)과 간극으로 이격되어 있을 수 있다. 급전선(145)은 동축선로에 연결되어 있으며, 급전부(140)를 통하여 하나의 방사부(130)에 연결될 수 있다. 급전선(145)은 동축선로를 통해 인가되는 급전된 신호를 급전부(140)를 통해 방사부(130)에 전달하며, 방사부(130)는 급전된 신호를 개구면으로 유도한다.
공진부(120)는 접지판(또는 접지면)(110)과 한 변을 공유한다. 공진부(120)는 측면에서 봤을 때 사각형의 형태를 가질 수 있다. 공진부(120)의 형태는 사각형 이외에 반원형, 삼각형 등의 다양한 형태의 슬롯으로 형성될 수 있다. 공진부(120)는 급전선(145)에 전기적으로 병렬로 연결된 단락(short)된 스터브(stub) 형태를 가지고 있으며, 주파수 대역을 확장시키는 역할을 한다.
도 3에 예시한 바와 같이, 방사부(130)의 x축 방향으로 두께는 일정하지 않은 비균일한 형태를 갖는다. 방사부(130)의 두께는 접지판(110)에서 시작하여 끝단으로 갈수록 지수적 형태로 작아질 수 있다. 방사부(130)의 x축 방향으로 두께는 접지판(110)에 접촉하는 제1 부분에서 TC이고, 방사부(130) 끝단의 제2 부분에서 TB이며, 제2 부분의 두께(TB)는 제1 부분의 두께(TC)보다 작을 수 있다. 즉, 방사부(130)의 제1 부분에 대한 제2 부분의 두께 비(TB/TC)는 1보다 작을 수 있다. 방사부(130)의 x축 방향으로 두께는 중심선을 기준으로 대칭적 형태를 가질 수 있다.
방사부(130)의 x축 방향으로 두께를
Figure 112021081796435-pat00004
라 할 때, 방사부(130)의 두께는 z축 방향에 대한 함수 f(z)이며, 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112021081796435-pat00005
Figure 112021081796435-pat00006
Figure 112021081796435-pat00007
여기서, R은 확장계수로서 지수 함수의 지수를 나타낸다.
이와 같이, 안테나(130)의 두께는 지수 함수 특징을 이용하여 비균일한 두께를 가질 수 있으며, 이에 따라 방사부 길이(L)를 줄이고 넓은 주파수 대역 특성을 구현할 수 있는 효과가 있다. 이에 대해서는 도 11 및 12에서 후술한다.
도 4에 예시한 바와 같이, 공진부(120)가 형성된 방사부(130)에 급전부(140)가 형성되고, 급전부(140)에 급전선(145)이 직접 연결되어 동축선로의 신호가 인가될 수 있다. 안테나의 다른 하나의 방사부(130)는 접지판(110)에 연결(접촉)되는 구조를 갖는다. 이러한 구조에 의해 밸런스(balance) 모드를 여기할 수 있다. 이를 위하여 공진부(120)의 일측 모서리 부분에 해당하는 방사부(130)의 일부분(ws 길이 및 ls의 폭)이 제거되어 접지판(110)에서 이격되고, 상기 방사부(130)가 제거된 부분(간극)에서 급전선(145)이 급전부(140)(방사부(130))에 접촉(contact)될 수 있다. 급전선(145)은 접지판(110)의 형성된 홀을 관통하여 급전부(140)에 연결될 수 있으며, 급전선(145)과 접지판(110) 사이에는 유전체(147)가 배치되어 접지판(110)과 급전선(145)이 직접 접촉되지 않도록 할 수 있다.
이러한 구조는 언밸런스(unbalance) 모드에서 밸런스 모드로 변환하는 추가적인 변환기(Balance-to-Unbalance, BALUN)를 필요로 하지 않는 효과가 있다.
동축선로와의 임피던스 정합을 위하여 평판 도파관의 임피던스 관계를 이용하여 급전선(145)과 연결되는 방사부(130)의 면적, 급전선(145)의 길이 등의 초기값이 설정될 수 있다.
도 5에 예시한 바와 같이, 공진부(120)는 한 변이 접지판(110)(접지면)과 공유하는 사각형 형태일 수 있다. 급전선(145)에 전기적으로 병렬로 연결되는 공진부(120)는 사각형, 삼각형, 반원형 등의 다양한 구조로 설계될 수 있으며, 여기서는 사각형의 공진부(120)를 예시하고 있다.
공진부(120)의 한 변의 모서리에 급전선(145)이 위치하고, 공진부(120)의 한 변이 접지판(110)과 공유됨에 따라 방사부(130)의 길이(L)(z축 방향의 길이)가 축소될 수 있다.
또한 공진부(120)의 폭(wc)과 길이(lc)를 조절하여 안테나의 주파수 특성을 확장할 수 있다.
도 6에 예시한 바와 같이, 방사부(130)는 접지판(110)의 시작점(C)에서 시작하여 끝점(D)까지 지수적 형태로 형성될 수 있다. 방사부(130)의 시작점(C)이 접지판(110)에 위치함에 따라 방사부(130)의 길이(L)를 축소할 수 있다.
이하, 도 7 내지 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나에서 안테나(130)가 배열되는 구조에 대하여 설명한다.
도 7은 도 1의 안테나를 한 방향으로 다수 개 배열한 위상배열안테나의 구조를 나타내고 있는 측면도이다. 도 8은 도 1의 안테나를 교차하는 방향으로 다수 개 배열한 위상배열안테나의 구조를 나타내고 있는 평면도이다. 도 9는 도 8의 위상배열안테나를 접지판과 조립시 정밀한 배치를 위한 유도부를 갖는 안테나의 구조를 나타내고 있는 사시도이다. 도 10은 도 9의 안테나를 접지판에 2차원으로 배열한 위상배열안테나를 나타내고 있는 평면도이다.
도 7에 예시한 바와 같이, 복수의 안테나(또는 방사부(130))는 일 방향(예를 들어, y축 방향)으로 배열될 수 있다. 이때, 이웃한 안테나 간에 공진부(120)를 갖는 방사부(130)와 공진부(120)를 갖지 않는 방사부(130)가 서로 접촉될 수 있다. 이러한 경우, 공진부(120)는 이웃한 방사부(130)로 확장되어 형성될 수 있으며, 공진부(120)의 크기에 따라 주파수 특성을 변화시킬 수 있다.
또한, 각 안테나로 급전되는 신호의 크기, 위상 등을 제어하여 방사되는 주 빔의 방향 또는 방사 패턴을 제어할 수 있다.
도 8에 예시한 바와 같이, 복수의 방사부(130)(안테나)는 교차하는 방향(직교하는 방향, x축 방향과 y축 방향)으로 2차원적으로 배열되어 이중편파 특성을 구현하는 위상배열안테나를 구성할 수 있다. 이때, 4개의 방사부(130)가 경사면(135)의 반대면이 서로 접촉하도록 결합되어 평면상(top view)에서 플러스(+) 형태 또는 엑스(x) 형태로 일체화될 수 있으며, 방사부(130) 끝단의 폭(TA)은 방사부(130) 끝단의 두께(TB)의 1/2로 구성되어 일체화된 4개의 방사부(130)가 끝단의 폭(TA)만큼 서로 공유하는 구조를 가질 수 있다.
각 안테나에 급전되는 신호의 크기 및 위상을 제어함으로써 방사되는 주 빔의 방향 및 방사 패턴이 제어될 수 있다.
예를 들어, 제1 안테나의 포트 1과 제1 안테나에 인접한 제2 안테나의 포트 2에 동일한 신호 진폭과 서로 90°로 위상차를 갖는 신호가 동시에 급전되는 경우 원형편파(circular polarization) 특성의 신호가 송신될 수 있다. 또한, 포트 1과 포트 2에 동위상 또는 역위상의 신호가 동시에 급전되는 경우 ±45° 방향의 선형편파(linearized polarization) 특성의 신호가 송신될 수 있다. 포트 1과 포트 2 중 하나에만 신호가 급전되는 경우 급전된 안테나 방향의 편파 특성의 신호가 송신될 수 있으며, 급전된 신호의 크기가 다르고 위상차가 90°인 경우 타원편파(elliptical polarization) 특성의 신호가 송신될 수 있다.
즉, 이중편파 안테나 구조 및 안테나에 급전되는 신호 특성에 따라 선형편파, ±45° 슬랜트편파(slant polarization), 타원편파, 원형편파 등 다양한 편파가 구현될 수 있다.
도 9에 예시한 바와 같이, 방사부(130)의 하단에 삼각, 사각, 직육면체 등의 유도부(137)가 형성되어 접지판(110)과 조립시에 정확하고 정밀한 위치에 안테나(130)가 배치될 수 있도록 할 수 있다. 유도부(137)는 4개의 방사부(130)의 결합된 구조에서 중앙 하단에 돌출된 형태를 가질 수 있다. 접지판(110)에는 유도부(137)가 삽입될 수 있도록 음각의 홀이 형성될 수 있다. 이러한 유도부(137) 및 접지판(110)의 홀을 이용하면 복수의 안테나의 정밀한 배치를 위한 유도선(guide line)을 형성하는 효과를 얻을 수 있다.
도 10에 예시한 바와 같이, 복수의 안테나(또는 방사부(130))는 접지판(110) 위에 교차하는 방향으로 2차원적으로 배열되어 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나를 형성할 수 있다.
이하, 도 11 및 12를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나의 능동반사특성에 대하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나에서 방사부(130)의 두께에 대한 능동반사특성에 대한 전산해석결과를 나타내는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 방사부(130)의 두께가 일정한 경우와 비균일한 경우에 대하여 배열안테나의 가운데에 위치한 안테나에 대한 능동반사특성에 대한 전산해석 결과이다.
일반적으로 안테나의 주파수 대역은
Figure 112021081796435-pat00008
을 만족하는 주파수 범위로 선택되므로, 방사부(130)가 접지판(110)에 접촉하는 제1 부분에서의 두께 TC=7.5mm인 경우에 방사부(130)의 끝단의 두께 TB가 각각 0.94mm, 4.2mm, 7.5mm인 경우에 대한 능동반사특성을 나타내었다. 방사부(130)의 두께가 균일한 경우(TB=7.5mm)에 비하여 비균일한 경우(TB=0.94mm, TB=4.2mm)가 더욱 넓은 주파수 대역 특성을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나에서 방사부 길이에 대한 능동반사특성에 대한 전산해석결과를 나태내는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 방사부(130)가 접지판(110)에서 시작하도록 공진부(120)의 한 모서리에 급전부(140)와 연계하고, 공진부(120)의 한 변이 접지판(110)과 공유되도록 함으로써 방사부(130)의 길이(L)가 짧은 경우에도 낮은 능동반사특성을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110: 접지판 120: 공진부
130: 방사부 135: 경사면
137: 유도부 140: 급전부
145: 급전선 147: 유전체

Claims (16)

  1. 접지판; 및
    상기 접지판에 배열되는 복수의 안테나를 포함하고,
    상기 복수의 안테나 각각은,
    중심선을 기준으로 서로 마주하고, 상기 접지판에서 시작하여 지수적 형태로 폭이 작아지는 경사면을 형성하고, 비균일한 두께를 가지는 방사부를 포함하는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 방사부의 두께는 상기 접지판에서 시작하여 끝단으로 갈수록 지수적 형태로 작아지는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 방사부의 두께는 중심선을 기준으로 대칭적 형태를 갖는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 방사부의 끝단의 폭은 상기 방사부의 끝단의 두께의 1/2로 구성되는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나 각각은,
    상기 접지판과 한 변을 공유하는 공진부;
    상기 방사부의 경사면과 연속된 경사면을 이루고, 상기 접지판과 간극으로 이격되어 있고, 급전 신호를 여기하는 급전부; 및
    상기 급전부를 통해 상기 방사부와 연결되어 상기 급전 신호를 상기 방사부에 인가하는 급전선을 더 포함하는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나는 일 방향으로 배열되고, 이웃한 안테나 간에 공진부를 갖는 방사부와 공진부를 갖지 않는 방사부가 서로 접촉하는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 공진부를 갖는 방사부의 공진부가 이웃한 방사부로 확장되어 형성되는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 안테나는 직교하는 방향으로 2차원적으로 배열되고, 4개의 방사부가 경사면의 반대면이 서로 접촉하도록 결합되어 평면상에서 플러스 형태로 일체화되고, 상기 4개의 방사부가 끝단의 폭만큼 서로 공유하는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 방사부의 끝단의 폭은 상기 방사부의 끝단의 두께의 1/2로 구성되는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 방사부의 하단에 돌출된 형태의 유도부가 형성되고,
    상기 접지판에 상기 유도부가 삽입될 수 있도록 음각의 홀이 형성되어 있는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  11. 접지판; 및
    직교하는 방향으로 2차원적으로 상기 접지판에 배열되는 복수의 방사부를 포함하고,
    상기 복수의 방사부 각각은 상기 접지판에서 시작하여 지수적 형태로 폭이 작아지는 경사면을 형성하고, 비균일한 두께를 가지는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 복수의 방사부 각각의 두께는 상기 접지판에서 시작하여 끝단으로 갈수록 지수적 형태로 작아지는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 복수의 방사부 각각의 두께는 중심선을 기준으로 대칭적 형태를 갖는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 복수의 방사부 각각의 끝단의 폭은 상기 복수의 방사부 각각의 끝단의 두께의 1/2로 구성되는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 접지판과 한 변을 공유하는 공진부;
    방사부의 경사면과 연속된 경사면을 이루고, 상기 접지판과 간극으로 이격되어 있고, 급전 신호를 여기하는 급전부; 및
    상기 급전부를 통해 상기 방사부와 연결되어 상기 급전 신호를 상기 방사부에 인가하는 급전선을 더 포함하는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
  16. 제11 항에 있어서,
    4개의 방사부가 경사면의 반대면이 서로 접촉하도록 결합되어 평면상에서 플러스 또는 엑스 형태로 일체화되고, 상기 4개의 방사부가 끝단의 폭만큼 서로 공유하고, 상기 4개의 방사부의 결합된 구조에서 중앙 하단에 돌출된 형태의 유도부가 형성되어 있는 전도체 광대역 테이퍼드 슬롯 위상배열안테나.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110116834A (ko) * 2010-04-20 2011-10-26 한국전자통신연구원 슬롯을 가지는 선형 테이퍼드 슬롯 안테나와 그 배열 안테나
KR20120032399A (ko) * 2010-09-28 2012-04-05 레이티언 캄파니 플러그인 안테나
US20130214980A1 (en) * 2012-02-21 2013-08-22 Ball Aerospace & Technologies Corp. Phased array antenna
WO2016099367A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Saab Ab Surface mounted broadband element

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4853704A (en) * 1988-05-23 1989-08-01 Ball Corporation Notch antenna with microstrip feed
US6414645B1 (en) * 2001-08-08 2002-07-02 The Boeing Company Circularly polarized notch antenna
US6891511B1 (en) * 2002-11-07 2005-05-10 Lockheed Martin Corporation Method of fabricating a radar array
JP5523197B2 (ja) 2010-05-18 2014-06-18 三菱電機株式会社 フェーズドアレーアンテナ装置
JP2013106301A (ja) 2011-11-16 2013-05-30 Mitsubishi Electric Corp 導波管スロットアレーアンテナ装置
RU2629534C1 (ru) 2016-04-11 2017-08-29 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Фазированная антенная решетка с адаптируемой поляризацией
KR101778595B1 (ko) 2017-04-21 2017-09-14 알에프코어 주식회사 비발디 안테나 장치
US10741924B1 (en) * 2019-02-25 2020-08-11 Raytheon Company Hybrid notch antenna

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110116834A (ko) * 2010-04-20 2011-10-26 한국전자통신연구원 슬롯을 가지는 선형 테이퍼드 슬롯 안테나와 그 배열 안테나
KR20120032399A (ko) * 2010-09-28 2012-04-05 레이티언 캄파니 플러그인 안테나
US20130214980A1 (en) * 2012-02-21 2013-08-22 Ball Aerospace & Technologies Corp. Phased array antenna
WO2016099367A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Saab Ab Surface mounted broadband element

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