KR102326515B1

KR102326515B1 - 안티 드론용 이중 대역 야기 안테나

Info

Publication number: KR102326515B1
Application number: KR1020200145914A
Authority: KR
Inventors: 송영배
Original assignee: 주식회사 담스테크
Priority date: 2020-11-04
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2021-11-15

Abstract

본 발명은 안티 드론용 이중 대역 야기 안테나에 관한 것으로, 국가 중요 시설 및 군 보안 시설을 대상으로 한 드론의 정찰, 감시, 테러, 전술적 공격 등의 위협으로부터 주요 시설물과 인명 피해 등의 사고를 미연에 방지하고, 선제적으로 대응하기 위해 설계된 안티 드론(Anti - Drone) 시스템에 적용되는 안티 드론용 이중 대역 야기 안테나에 관한것이다..

Description

안티 드론용 이중 대역 야기 안테나{Dual Band Yagi Antenna for Anti-Drone}

본 발명은 안티 드론용 이중 대역 야기 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 국가 중요 시설 및 군 보안 시설을 대상으로 한 드론의 정찰, 감시, 테러, 전술적 공격 등의 위협으로부터 주요 시설물과 인명 피해 등의 사고를 미연에 방지하고, 선제적으로 대응하기 위해 설계된 안티 드론(Anti - Drone) 시스템에 적용되는 재머(Jammer)용 야기 안테나에 관한 것이다.

안티 드론(anti-drone) 이란 드론 비행의 감시부터 시작해서 운용을 방해하고, 해킹이나 추락 등의 방법으로 드론의 작동을 정지시키는 것을 의미하며, 예컨대 위험성이 있는 것으로 판단된 드론을 레이더로 감지하거나 EO/IR 카메라로 정체를 확인한 후 교란장치를 통해 드론을 무력화시킬 수 있는 시스템으로 구성될 수도 있다.

드론은 이동이 자유롭고 조종 및 개조가 쉬워서 테러에 쉽게 이용될 수 있다. 또한 드론의 가격이 낮아지면서, 일반인들도 쉽게 드론을 구매하게 되면서 드론의 추락 또는 드론의 악용으로 인한 시민들의 피해가 커지고 있다. 특히, 원자력발전소, 야구장, 공원, 지하철 역 등 사람들이 많이 모이거나 위험물질이 존재하는 지역 등은 드론의 추락이나 테러로 인한 피해가 클 것으로 예상된다.

최근 드론의 사용이 급증하고 그 적용 범위도 넓어짐에 따라, 고도의 기밀을 취급하는 군대, 일반 국민의 안전을 책임져야 하는 치안 부서, 불법 카메라 촬영을 막을 의무가 있는 숙박업소, 사생활의 노출을 꺼리는 개인 등 다양한 영역에서 안티 드론의 수요가 발생하고 있으며, 이에 따라 안티 드론 산업의 규모도 급성장할 것으로 예상되어 효과적인 안티 드론 기술이 필요하다.

특히, 국가 중요 시설 및 군 보안 시설을 대상으로 한 드론의 정찰, 감시, 테러, 전술적 공격 등의 위협으로부터 주요 시설물과 인명 피해 등의 사고를 미연에 방지하고 선제적으로 대응하기 위해 설계된 안티 드론 시스템은 360도 방위에서 탐지, 위치 탐색하는 3D레이더와 RF 스캐너, 주야간 식별 및 추적하는 EO/IR 카메라, 지향성/전방향성 재머 안테나로 구성되어 일정방향 또는 다각도에서 동시 접근하는 드론을 무력화시킨다.

상기 재머 안테나로는 야기 안테나가 사용되어 오고 있고, 이러한 야기 안테나는 1926년 동경제국대학의 Shintaro Uda 교수에 의해 발명되고 복사기 뒤에 반사기(reflector), 앞에 다수의 도파기(director)를 설치하여 이득을 증가시킨 안테나로서, 급전된 복사기 주변에 급전되지 않은 도파기인 기생소자(parasitic elements)를 설치하여 이득을 증가시킨다. 기생소자는 직접 급전되지 않고 유기된 전자파(급전된 복사기에 의한)에 의해 기생소자 전류가 유기되며 이 전류가 방사되어 지향성 빔이 도파기 방향으로 향한다.

이와 같이 반사기, 복사기, 도파기로 구성된 야기 안테나의 단점은 대수주기(Log-Periodic Array Antenna), 스파이럴(Spiral Antenna), 바이코니컬(Biconicla Antenna)와 같은 안테나처럼 넓은 대역폭을 갖지 못한다는 것이 단점이다.

특히, 상기 일반적인 야기 안테나 기술과 연관된 선행기술인 등록특허 제10-1675790호에서 제시된 야기 안테나에 의하면, 야기 안테나는 양면으로 구성되며 야기 안테나를 구성하는 유전체 기판의 앞면은 마이크로스트립 급전부와 한쪽 방사 스트립에 연결되어 상기 급전부에 의해 급전되어 전파를 방사하는 유도기와 상기 유도기와 이격된 위치에 형성되어 선형 스트립에 포함되는 도파기를 포함하여 구성하고, 유전체 기판(인쇄회로기판)의 배면에는 유전체 기판의 앞면에 형성된 유도기(120)와 대응되는 위치에 위치하는 유도기 스트립을 포함하여 구성하며, 상기 유도기는 평판형 다이폴 안테나 구조를 가지고 있으며, 이 구조는 유전체 기판의 앞면과 뒷면에 각각의 폴(pole)을 가지고 있다. 상기 도파기와 반사기는 기생소자와 접지면을 이용하여 구성시켜 지향성 특성을 가지도록 설계하고 있다.

그러나, 안티 드론에 적용하는 지향성, 전방향성 야기 안테나는 ISM(Industrial Scientific and Medical) 400, ISM 900, GPS, ISM 2.4, ISM5.8의 ISM Band에서 동작하도록 설계되어야 하나, 상기 선행기술을 통하여 ISM Band별로 제작한다면 5개의 야기 안테나가 필요한 구조를 가져야 하고, 이 5개의 안테나를 모두 제작한다는 것은 유전체 기판에 복수의 복사기, 반사기 및 급전선의 패턴을 형성해야 하므로 구조적으로 복잡할 뿐 아니라 제조 원가 상승으로 인한 비경제적인 문제점이 지적된다.

본 발명은 서로 다른 주파수 대역에서 효율적으로 동작할 수 있는 이중 대역 동작 특성과 각 주파수 대역에서 지향성 방사 특성을 갖는 안티 드론용 이중 대역 야기 안테나를 제공함을 기술적 과제로 삼는다.

또한, 본 발명은 소형 경량의 안테나를 제공함을 기술적 과제로 삼는다.

본 발명은 안티 드론 시스템에서 지향성 재머 안테나로 적용되며, 전자파를 특정방향으로 방사시키는 반사기, 복사기, 도파기 및 급전선을 유전체 기판에 인쇄하여 배열구조를 갖는 야기 안테나에 있어서, 하나의 인쇄회로기판에 하나의 급전선으로 2개의 밴드용 공통 복사기에 공통 급전하여 ISM 400, ISM 900 밴드를 구현하도록 구성함을 특징으로 한다.

본 발명은 안티 드론 시스템에서 각각 사용되는 서로 다른 주파수 대역에서 효율적으로 모두 동작할 수 있도록 2개의 주파수 밴드를 하나의 급전선으로 급전하게 하여 방사 패턴을 제공함으로써 종전 야기 안테나가 가지는 협대역을 개선하여 지향성이 우수한 이중 대역의 야기 안테나를 제공할 수 있어 안티 드론 시스템에 있어서의 재머용 안테나 기능을 향상시킬 수 있고, 방사 판넬의 제작 설계의 간단화를 통하여 소형화에 기여할 수 있음은 물론 생산성 향상 및 제조단가의 절감 및 안테나 설치 기기의 소형화에 기여할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 이중대역 야기 안테나의 전체 사시도 이다.
도 2는 본 발명에 따른 이중대역 야기 안테나의 분리 사시도 이다.
도 3은 본 발명에 따른 이중대역 야기 안테나의 분해 사시도 이다.
도 4는 본 발명에 따른 이중대역 야기 안테나의 배면 분해 사시도 이다.
도 5는 본 발명에 따른 이중대역 야기 안테나의 정면도, 배면도 및 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 이중대역 야기 안테나의 종단면도이다.
도 7은 본 발명에 의하여 얻어지는 ISM 400 대역에서의 수직 및 수평 방사 패턴 그래프 예시도 이다.
도 8은 본 발명에 의하여 얻어지는 ISM 900 대역에서의 수직 및 수평 방사 패턴 그래프 예시도 이다.

본 발명에 따른 안티 드론용 이중 대역 야기 안테나는 지향성 이중대역 재머용 야기 안테나에 적합하도록 설계된 것으로, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 이중대역 야기 안테나의 전체 사시도 이고, 도 2는 본 발명에 따른 이중대역 야기 안테나의 분리 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 이중대역 야기 안테나의 분해 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 이중대역 야기 안테나의 배면 분해 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 이중대역 야기 안테나의 정면도, 배면도 및 평면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 이중대역 야기 안테나의 종단면도이다.

이에 의하면, 본 발명에 따른 이중대역 야기 안테나는 안티 드론 시스템에서 지향성 재머 안테나로 적용되며, 전자파를 특정방향으로 방사시키는 반사기(10)(20), 복사기(30), 도파기(40) 및 급전선(50)을 인쇄회로기판(60)에 인쇄하여 배열구조를 갖는 방사 판넬(100A) 및 상기 방사 판넬(100A)을 외부 환경으로부터 보호하는 보호 커버(100B)로 구성된 야기 안테나(100)에 있어서, 하나의 인쇄회로기판(60)에 하나의 급전선(50)으로 2개의 밴드용 공통 복사기(30)에 공통 급전하여 ISM 400, ISM 900 밴드를 구현하도록 구성할 수 있다.

상기에서 제시되는 반사기(10)(20)의 배열은 본 발명에서는 ISM 400 밴드용 정면 반사기(10) 및 2개의 ISM 900 밴드용 반사기(20)로 구분하여 인쇄회로기판(60)에 인쇄 처리하고, 반사기 특성을 고려하여 상기 2개의 ISM 900 밴드용 반사기(20)는 점핑 선으로 상호 연결되게 구성할 수 있고, 이는 급전선(50)과의 쇼트 현상을 배제하기위한 것이다.

상기에서, 방사 판넬(100A)은 도 3 및 도 4와 같이, 접지 플레이트(70)의 상부 양측에 고정 볼트로 고정 시킨 고정 브라켓(71)에 인쇄회로기판(60)의 하부면을 고정 볼트로 고정 시키되, 접지 플레이트(70)의 중앙에 뚫어 형성한 끼움 구멍(72)에 인쇄회로기판(60)에 인쇄한 급전선(50)과 미 도시한 급전 케이블을 도통하게 하며 인쇄회로기판(60) 하부면에 결합된 ISM 400, ISM 900 밴드 공용 급전용 커넥터(73)를 끼워 설치하고, 상기 급전선(50)은 인쇄회로기판(60)의 정면에 인쇄한 ISM 400 밴드용 정면 반사기(10) 및 배면에 인쇄한 ISM 400 밴드용 후면 반사기(10A)와; 인쇄회로기판(60)의 정면에 인쇄한 ISM 400, ISM 900 밴드용 정면 공통 복사기(30) 및 배면에 인쇄한 ISM 400, ISM 900 밴드용 후면 공통 복사기(30A); 각각에 급전시켜 하나의 급전선(50)으로 급전 처리하게 구성하고, 보호 커버(100B)의 내부 중공부에 상기 방사 판넬(100A)을 삽입한 후 보호 커버(100B)의 하부 테두리와 접지 플레이트(70)의 상부 둘레면을 고정 볼트로 결합하여 조립시켜 구성할 수 있고, 상기 제시된 결합을 위한 고정 볼트 등의 도면 표시는 생략하거나 부호 기재를 생략한다.

따라서, 하나의 급전선(50)으로 인쇄회로기판(60)의 정면에 인쇄한 ISM 400 밴드용 정면 반사기(10)와 배면에 인쇄한 ISM 400 밴드용 후면 반사기(10A) 및 인쇄회로기판(60)의 정면에 인쇄한 ISM 400, ISM 900 밴드용 정면 공통 복사기(30)와 배면에 인쇄한 ISM 400, ISM 900 밴드용 후면 공통 복사기(30A) 각각에 급전시킬 수 있는 방사 배열 구조를 가지게 함으로써 서로 다른 이중 대역에서 효율적으로 동작할 수 있는 특성을 가지게 됨과 동시에 종전 야기 안테나가 가지는 협대역 단점을 개선 시킬 수 있고, 더 나아가 방사 패턴의 간단화를 통하여 안테나의 소형화에 기여할 수 있으며, 접지 플레이트(70)와 인쇄회로기판(60) 및 보호 커버(100B)와의 간단한 조립을 통하여 조립이 수월하여 조립 공정을 단축 시켜 생산성을 향상시킬 수 있어 제작단가를 절감할 수 있고, 견고한 결합 및 ISM 400 밴드용 정면 반사기(10) 및 ISM 400 밴드용 후면 반사기(10A) 기능을 개선하기 위한 보조 반사기 기능을 수행하는 접지 플레이트(70)로 인하여 방사 패턴의 이득 개선 및 지향성을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 ISM 400 밴드용 정면 반사기(10)와 ISM 400 밴드용 후면 반사기(10A) 및 ISM 400, ISM 900 밴드용 정면 공통 복사기(30)와 ISM 400, ISM 900 밴드용 후면 공통 복사기(30A) 각각은 다이폴 안테나 기능을 수행하게 할 수 있어 안테나 이득이나 지향성 안테나의 효율을 더욱 배가시킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 ISM 400 주파수 대역으로 설정할 경우 도파기(40) 기능 대신에 ISM 400, ISM 900 밴드용 정면 공통 복사기(30)와 ISM 400, ISM 900 밴드용 후면 공통 복사기(30A) 및 ISM 400 밴드용 정면 반사기(10)와 ISM 400 밴드용 후면 반사기(10A)에 의해 지향성을 가지도록 하여 대역폭을 확장시키면서 낮은 주파수 대역에서의 원거리 지향성을 향상시키고, 도파기(40) 및 ISM 400, ISM 900 밴드용 정면 공통 복사기(30)와 ISM 400, ISM 900 밴드용 후면 공통 복사기(30A), 그리고 ISM 900 밴드용 반사기(20)에 의한 ISM 900 주파수 대역에서 더욱 강한 지향성을 가지도록 하여 높은 주파수 대역에서의 정밀한 지향성을 향상시킴으로써 광대역 특성이 향상됨은 물론 하나의 급전선(50)에 의해 동작 되는 소형화 패턴을 가지는 하나의 안테나로서 서로 다른 주파수 대역에서 효율적인 동작 특성 효율을 증진시키게 된다.

이와 같은 구성에 의한 본 발명은 ISM 400 대역(예 : 434MHZ)에서의 도 7의 a)와 같은 수직 방사 패턴 그래프와 도 7의 b)와 같은 수평 방사 패턴 그래프 및 ISM 900 대역(예 : 909MHZ)에서의 도 8의 a)와 같은 수직 방사 패턴 그래프와 도 8의 b)와 같은 수평 방사 패턴 그래프와 같이 각 주파수 대역에서 협대역을 개선한 지향성 방사 특성과 서로 다른 2개의 주파수 대역에서 동작할 수 있는 이중 대역 동작 특성을 나타냄을 알 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.

그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10, 20 : ISM 400, ISM 900 밴드용 정면 반사기
30 : ISM 400, ISM 900 밴드용 정면 공통 복사기
40 : 도파기 50 : 급전선
60 : 인쇄회로기판 70 : 접지 플레이트
100 : 야기 안테나

Claims

전자파를 특정방향으로 방사시키는 반사기(10)(20), 복사기(30), 도파기(40) 및 급전선(50)을 인쇄회로기판(60)에 인쇄하여 배열구조를 갖는 방사 판넬(100A) 및 상기 방사 판넬(100A)을 외부 환경으로부터 보호하는 보호 커버(100B)로 구성하되, 하나의 인쇄회로기판(60)에 하나의 급전선(50)으로 2개의 밴드용 공통 복사기(30)에 공통 급전하여 ISM 400, ISM 900 밴드를 구현하도록 구성되는 야기 안테나에 있어서, 하나의 급전선(50)으로 ISM 400, ISM 900 밴드용 정면 공통 복사기(30)와 ISM 400, ISM 900 밴드용 후면 공통 복사기(30A) 및 ISM 400 밴드용 정면 반사기(10)와 ISM 400 밴드용 후면 반사기(10A)에 의한 ISM 400 주파수 대역 방사 패턴으로 지향성을 가지도록 하되, 도파기(40) 및 ISM 400, ISM 900 밴드용 정면 공통 복사기(30)와 ISM 400, ISM 900 밴드용 후면 공통 복사기(30A), 그리고 ISM 900 밴드용 반사기(20)에 의한 ISM 900 주파수 대역에서의 방사 패턴으로 지향성을 가지도록 구성함을 특징으로 하는 안티 드론용 이중 대역 야기 안테나.
삭제
제1항에 있어서, 하나의 급전선(50)으로 인쇄회로기판(60)의 정면에 인쇄한 ISM 400 밴드용 정면 반사기(10)와 배면에 인쇄한 ISM 400 밴드용 후면 반사기(10A) 및 인쇄회로기판(60)의 정면에 인쇄한 ISM 400, ISM 900 밴드용 정면 공통 복사기(30)와 배면에 인쇄한 ISM 400, ISM 900 밴드용 후면 공통 복사기(30A) 각각에 급전시킬 수 있는 방사 배열 구조를 가지도록 구성함을 특징으로 하는 안티 드론용 이중 대역 야기 안테나.
제1항에 있어서, ISM 400 밴드용 정면 반사기(10) 및 ISM 400 밴드용 후면 반사기(10A)와 접지 플레이트(70), ISM 900 밴드용 정면 공통 복사기(30) 및 배면에 인쇄한 ISM 400, ISM 900 밴드용 후면 공통 복사기(30A)에 의하여 ISM 400 주파수 대역의 방사 패턴 기능을 개선하도록 구성함을 특징으로 하는 안티 드론용 이중 대역 야기 안테나.
제1항에 있어서, 방사 판넬(100A)은 접지 플레이트(70)의 상부 양측에 고정 볼트로 고정 시킨 고정 브라켓(71)에 인쇄회로기판(60)의 하부면을 고정 볼트로 고정 시키되, 접지 플레이트(70)의 중앙에 뚫어 형성한 끼움 구멍(72)에 인쇄회로기판(60)에 인쇄한 급전선(50)과 급전 케이블을 도통하게 하며 인쇄회로기판(60) 하부면에 결합된 ISM 400, ISM 900 밴드 공용 급전용 커넥터(73)를 끼워 설치하고, 상기 급전선(50)은 인쇄회로기판(60)의 정면에 인쇄한 ISM 400 밴드용 정면 반사기(10) 및 배면에 인쇄한 ISM 400 밴드용 후면 반사기(10A)와; 인쇄회로기판(60)의 정면에 인쇄한 ISM 400, ISM 900 밴드용 정면 공통 복사기(30) 및 배면에 인쇄한 ISM 400, ISM 900 밴드용 후면 공통 복사기(30A); 각각에 급전시켜 하나의 급전선(50)으로 급전 처리하게 구성하고, 보호 커버(100B)의 내부 중공부에 상기 방사 판넬(100A)을 삽입한 후 보호 커버(100B)의 하부 테두리와 접지 플레이트(70)의 상부 둘레면을 고정 볼트로 결합하여 조립시켜 구성함을 특징으로 하는 안티 드론용 이중 대역 야기 안테나.