KR102551802B1 - 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치 및 이를 이용한 지향성 안테나 - Google Patents

Abstract

개시되는 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치는, 전도성 재질로서 제1 길이를 지름으로 하는 원판으로, 동심축을 가지고 평행하게 상하방향을 따라 제2 길이를 간격으로 이격되어 배치된 복수의 전도원판; 및 상기 동심축을 따라 상기 복수의 전도원판을 상하방향으로 연결하는 중심홀;을 포함하고, 상기 제1 길이는 차단 대상 전파의 파장의 1/2의 정수배이고, 상기 제2 길이는 상기 복수의 전도원판 중 어느 하나의 외주 끝단에서 상기 중심홀을 경유하여 인접하는 또 다른 상기 전도원판의 외주 끝단까지의 길이가 상기 차단 대상 전파의 파장의 1/2의 정수배가 되도록 설정된다.

Description

주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치 및 이를 이용한 지향성 안테나{Frequency Selective Electro-Magnetic Wave Blocking Device and Directional Antenna Using The Same}

본 발명(Disclosure)은, 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치 및 이를 이용한 지향성 안테나에 관한 것으로서, 구체적으로 차단을 원하는 차단 대상 전파의 주파수 특성에 따라 설계된 전도원판 및 중접구조를 이용하여 특정 주파수 대역의 전파를 차단할 수 있는 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치 및 이를 이용한 지향성 안테나에 관한 것이다.

여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).

최근 전체 산업분야의 핵심 화두로 관심을 받고 있는 4차 산업형명에서, 사람, 물건, 지형, 지물의 위치 정보는 빼 놓을 수 없는 필수요소이다.

GPS를 이용한 차량용 네비게이션은 물론이고, 완구 및 레저용 드론 및 로봇, 각종 모바일 장치는 물론이고 각종 전자기기들도 각각의 위치를 실시간으로 측정할 수 있는 장치 및 인프라 구축됨에 따라, 다양하면서도 획기적인 서비스 및 생활의 편의성을 제공하고 있다.

그러나 이러한 현상은 역설적이게도, GPS 신호에 발생하는 오차는, 실생활은 물론이고 산업적 군사적으로 필수적 요소로 자리잡은 위치정보 활용 분야에 치명적 인 문제점을 유발할 수 있다는 우려를 가지게 한다.

특히 GNSS 신호는 지형지물에 의해 쉽게 반되는데, 위성에서 수신되는 신호와 지형지물에 의해 반사되어 수신되는 신호의 경로 차이는, 수신 시간에 따라 위치를 결정하는 위치 산출방식에 오차를 발생시킨다.

따라서, 인공위성에서 직접 수신한 신호만 유효하게하며, 반사되거나 굴절되어 수신되는 인공위성 신호는 제거함으로써, 수신 오차에 따른 위치오차를 최소화 할 수 있는 전파의 선별차단 장치 및 이를 이용한 안테나에 관련된 기술 개발에 대한 요구가 확대되는 실정이다.

1. 한국공개특허 제10-2020-0089926호

본 발명(Disclosure)은, 다중경로 수신을 차단하여 위치 정보 산출 오차 발생을 차단할 수 있는 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치 및 이를 이용한 지향성 안테나의 제공을 일 목적으로 한다.

여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).

상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치는, 전도성 재질로서 제1 길이를 지름으로 하는 원판으로, 동심축을 가지고 평행하게 상하방향을 따라 제2 길이를 간격으로 이격되어 배치된 복수의 전도원판; 및 상기 동심축을 따라 상기 복수의 전도원판을 상하방향으로 연결하는 중심홀;을 포함하고, 상기 제1 길이는 차단 대상 전파의 파장의 1/2의 정수배이고, 상기 제2 길이는 상기 복수의 전도원판 중 어느 하나의 외주 끝단에서 상기 중심홀을 경유하여 인접하는 또 다른 상기 전도원판의 외주 끝단까지의 길이가 상기 차단 대상 전파의 파장의 1/2의 정수배가 되도록 설정된다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치는, 상기 제2 길이는 서로 다른 둘 이상의 값을 가짐으로써, 서로 다른 파장의 전파를 차단할 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치는, 전도성 재질로서, 상기 동심축을 중심으로 제3 길이를 지름으로 하는 원주를 따라 형성되고 인접하는 상기 전도원판 상하방향으로 전기적으로 연결하는 원주홀;을 더 포함하고, 상기 제3 길이는 상기 복수의 전도원판 중 어느 하나의 외주 끝단에서 상기 원주홀을 경유하여 인접하는 또 다른 상기 전도원판의 외주 끝단까지의 길이가 상기 차단 대상 전파의 파장의 1/2의 정수배가 되도록 설정될 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치는, 인접하는 상기 전도원판 사이에 채워지는 충진물질;을 더 포함하고, 상기 충진물질의 유전율을 조절함으로써, 상기 차단 대상 전파의 파장을 선택할 수 있다.

본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치를 이용한 지향성 안테나는, 주파수 선택성을 가지는 전파 차단 장치를 포함하고, 상기 복수의 전도원판 상측에 배치되는 안테나;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 원형의 전도원판과 이에 발생하는 전파 공진현상을 이용함으로써, 특정한 주파수의 전파를 차단할 수 있고, 이를 이용하여 지향성을 가지는 안테나를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치의 일 실시형태를 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치의 다른 일 실시형태를 보인 도면.
도 3은 본 발명에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치를 이용하는 지향성 안테나의 일 실시형태를 보인 도면.

이하, 본 발명에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치 및 이를 이용한 지향성 안테나를 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

다만, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상에 기초하여 통상의 기술자에 의해 이하에서 설명되는 실시형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안될 수 있는 범위를 포섭함을 밝힌다.

또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치의 일 실시형태를 보인 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치는, 복수의 전도원판(100) 및 중심홀(200)를 가진다.

복수의 전도원판(100)은, 전도성 재질로서 제1 길이(L1)를 지름으로 하는 원판으로, 동심축(x)을 가지고 평행하게 상하방향으로 중첩하여 배치된다.

이때, 제2 길이(L2)를 간격으로 이격되어 배치된다.

동심축(x)을 따라 복수의 전도원판(100)을 상하방향으로 연결한다.

이때, 제1 길이(L1) 즉, 제1 공진경로(r1)의 길이는 차단 대상 전파의 파장의 1/2의 정수배이고, 제2 길이(L2)는 복수의 전도원판(100) 중 어느 하나의 외주 끝단에서 중심홀(200)을 경유하여 인접하는 또 다른 전도원판(100)의 외주 끝단까지의 경로 즉, 제2 공진경로(r2)의 길이가 차단 대상 전파의 파장의 1/2의 정수배가 되도록 설정된다.

본 실시형태에 따르면, 차단 대상 전파는 최상층의 전도원판(100) 상면의 제1 공진경로(r1) 및 복수의 전도원판(100) 및 중심홀(200)에 의해 형성되는 제2 공진경로(r2)를 따라 공진함으로써, 복수의 전도원판을 통과하지 못한다.

이때, 차단 대상 전파는 복수의 전도원판(100)에 의해 그 에너지가 포집(capture)되어 공진하여 자체적으로 소멸된다.

이에 따라 본 실시형태에 다른 전파 선택성을 가지는 전파 차단장치는, 전도원판의 직경 길이 및 이격되는 간격을 조절함으로써 특정 주파수의 전파를 차단할 수 있다.

또한 중첩되어 배치되는 복수의 전도원판(100) 및 중심홀(200)을 이용하여, 제1 공진경로(r1) 및 제2 공진경로(r2)를 모두 이용하여 전파를 차단함으로써, 차단율을 선택적으로 조절할 수 있다.

본 실시형태에 따른 전파 선택성을 가지는 전파 차단장치에서 제2 길이(L2)는 서로 다른 둘 이상의 값을 가짐으로써, 서로 다른 파장의 전파를 차단할 수 있다.

제2 길이(L2)이가 달라지면 제2 공진경로(r2)의 길이가 달아진다.

도2를 참조하면 제1 구간(s1)의 제2 길이(L21)는 제2 구간의 제2 길이(L22)보다 짧고 따라서 각 구간의 제2 공진경로(r2)의 길이는 제2 구간이 더 길다.

따라서 본 실시형태에 따른 전파 선택성을 가지는 전파 차단장치는, 동일한 크기 및 형상을 가지는 복수의 전도원판(100)의 이격 간격을 서로 달리하여 중첩함으로써, 복수의 주파수 대역 전파를 차단할 수 있다.

또한 본 실시형태에 따른 전파 선택성을 가지는 전파 차단장치는, 인접하는 전도원판(100) 사이에 채워지는 충진물질(300)을 더 포함하고, 충진물질(300)의 유전율을 조절함으로써, 차단 대상 전파의 파장을 선택할 수 있다.

전파 즉 전자기파(electro-magnetic wave)는, 금속성 물질에 닿을 때 그 일부가 금속성 물질 내부로 침투한다.

그러나 금속성 물질 표면에서 내부로 침투할 수록 그 크기가 급격히 감소하며, 이는 금속성 물질의 투자율(magnetic permeability) 및 전자기파의 주파수에 따라서 달라진다. 또한 전자기파는 그것이 전파되는 매질의 굴절률에 따라 속도 및 파장이 달라진다.

이에 따라 금속성 물질과 경계면을 가지며 전자기파가 전파되는 매질의 물리적특정이 달라지면, 금속성 물질에 전자기파가 닿아 형성되는 전류의 속도 및 파장이 달라진다.

본 실시형태에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치는, 전도원판(100) 사이의 제2 공진경로(r2)에 임의의 굴절률을 가지는 충진물질(300)을 더 구비함으로서, 동일한 구조의 전도원판 및 동일한 제2 길이를 가져서 형태적 구조가 동일하더라도, 서로 다른 파장의 전파를 선택적으로 차단할 수 있다.

도 1을 참조하면, 충진물질이 형성된 제2 공진경로와 그렇지 않은 제2 공진경로는 서로 다른 공진길이를 가지므로, 충진물질(300)을 교대로 배치할 경우 서로 다른 파장의 전파를 차단할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치의 다른 일 실시형태를 보인 도면이다.

본 실시형태에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치는, 원주홀(210)을 더 포함한다.

원주홀(210)은 전도성 재질로서, 동심축(x)을 중심으로 제3 길이(L3)를 지름으로 하는 원주를 따라 형성되고 인접하는 전도원판(100) 상하방향으로 전기적으로 연결한다.

이때, 제3 길이(L3)는, 복수의 전도원판(100) 중 어느 하나의 외주 끝단에서 원주홀을 경유하여 인접하는 또 다른 전도원판(100)의 외주 끝단까지의 길이가 차단 대상 전파의 파장의 1/2의 정수배가 되도록 설정된다.

본 실시형태에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치는, 제1 길이(L1), 제2 길이(L2) 및 제3 길이(L3)를 이용하여 다양한 방법으로 차단 대상 주파수를 선택할 수 있다.

또한 도 2를 참조하면, 동일한 한 쌍의 전도원판(100) 사이에 충진물질(300)을 일부에 형성함으로써 공진 길이를 다양하게 가변할 수 있다.

공진경로 및 그 길이를 다양하게 가변함으로써, 차단 대상 전파는 물론이고 차단 대상 전파를 포함하는 대역폭 내의 전파를 차단할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치를 이용하는 지향성 안테나의 일 실시형태를 보인 도면이다.

도 3을 참조하면 도 2의 전파 차단장치의 상측에 안테나(400)가 배치된다.

이에 따라 안테나는 상측에서 하방으로 향하는 전파는 정상적으로 수신할 수 있으나, 하방에서 상방으로 향하는 전파는 차단할 수 있다.

이는 안테나에 지향성 기능을 부여하는 것으로 난반사에 따른 다중경로 수신 오차를 현저히 감소시킬 수 있다.

도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 지향성 안테나의 수신 각도에 따른 수신 이득(gain) 측정 결과이다.

이때 안테나는 GNSS 안테나이고, 주파수 차단 장치의 차단 대상 주파수는 L1 밴드 및 L2 밴드로 설정하여 제1 길이(L1), 제2 길이, 및 제3 길이(L3)를 포함하는 구조적 형상을 설계하였다.

도 4 내지 도 7에서 적색 점선은 본 발명에 따른 주파수 차단 장치를 구비하지 않은 안테나의 우원편파(RHCP)에 대한 수신이득이고, 적색 실선은 본 발명에 따른 주파수 차단 장치를 구비한 안테나의 우원편파(RHCP)에 대한 수신이득이다.

또한, 청색 점선은 본 발명에 따른 주파수 차단 장치를 구비하지 않은 안테나의 좌원편파(LHCP)에 대한 수신이득이고, 청색 실선은 본 발명에 따른 주파수 차단 장치를 구비한 안테나의 좌원편파(LHCP)에 대한 수신이득이다.

우선 도 4 내지 도 5를 참조하면, 안테나가 향하는 방향으로 L1 대역의 수신이득은 작은 폭으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.

그러나, 안테나 후면에서 안테나에 수신되는 전파중 L1 대역폭의 전파 수신이득은 현저히 감소함을 확인할 수 있다.

이는, L2 대역폭에 대한 동일한 시험결과인 도 6 내지 도7 에서도 확인할 수 있다.

즉, 본 실시형태에 따른 지향성 안테나에 구비되는 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치에 의해 안테나의 전방 수신능력을 향상되거나 적어도 감소하지 않을 수 있으나, 후방 수신능력은 현저히 감소함을 확인할 수 있다.

Claims (5)

1. 전도성 재질로서 제1 길이를 지름으로 하는 원판으로, 동심축을 가지고 평행하게 상하방향을 따라 제2 길이를 간격으로 이격되어 배치된 복수의 전도원판; 및
   상기 동심축을 따라 상기 복수의 전도원판을 상하방향으로 연결하는 중심홀;을 포함하고,
   상기 제1 길이는 차단 대상 전파의 파장의 1/2의 정수배이고,
   상기 제2 길이는 상기 복수의 전도원판 중 어느 하나의 외주 끝단에서 상기 중심홀을 경유하여 인접하는 또 다른 상기 전도원판의 외주 끝단까지의 길이가 상기 차단 대상 전파의 파장의 1/2의 정수배가 되도록 설정되고,
   상기 제2 길이는 서로 다른 둘 이상의 값을 가짐으로써 서로 다른 파장의 전파를 차단하고,
   전도성 재질로서, 상기 동심축을 중심으로 제3 길이를 지름으로 하는 원주를 따라 형성되고 인접하는 상기 전도원판 상하방향으로 전기적으로 연결하는 원주홀;을 더 포함하고,
   상기 제3 길이는,
   상기 복수의 전도원판 중 어느 하나의 외주 끝단에서 상기 원주홀을 경유하여 인접하는 또 다른 상기 전도원판의 외주 끝단까지의 길이가 상기 차단 대상 전파의 파장의 1/2의 정수배가 되도록 설정되는 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   인접하는 상기 전도원판 사이에 채워지는 충진물질;을 더 포함하고,
   상기 충진물질의 유전율을 조절함으로써, 상기 차단 대상 전파의 파장을 선택할 수 있는 주파수 선택성을 가지는 전파 차단장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 4중 어느 한 항에 따른 주파수 선택성을 가지는 전파 차단 장치를 포함하고,
   상기 복수의 전도원판 상측에 배치되는 안테나;를 더 포함하는 지향성 안테나.

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