KR102587056B1 - 다중 경로분기의 체인 루프 안테나 - Google Patents

다중 경로분기의 체인 루프 안테나 Download PDF

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KR102587056B1
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강승택
조정현
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인천대학교 산학협력단
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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

다중 경로분기의 체인 루프 안테나는 두꺼운 유리에 부착되어 팔각형 형태의 루프 안테나와, 경로 분기의 기하 구조로 인하여 임피던스 정합과 선로 상의 전류 위상을 조절을 통해 표면 전류의 널 포인트(Null Point)를 제거하고, 이로 인하여 정방향 전자파 방사 빔을 형성할 수 있다.

Description

다중 경로분기의 체인 루프 안테나 {Chain Loop Antenna of Muti Path Divided Segment}
본 발명은 루프 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 두꺼운 유리에 부착되어 팔각형 형태의 루프 안테나와, 경로 분기의 기하 구조로 인하여 임피던스 정합과 선로 상의 전류 위상을 조절을 통해 표면 전류의 널 포인트(Null Point)를 제거하고, 이로 인하여 정방향 전자파 방사 빔을 형성하는 다중 경로분기의 체인 루프 안테나에 관한 것이다.
5G 이동통신은 밀리미터파 대역인 Ka 대역 주파수의 전자파 신호의 발생을 필요로 한다.
밀리미터파 대역의 전자파 기술은 자율주행차량의 교통 정보 공유와 고속 계산을 위한 무선 링크, 저궤도 위성 통신망, 지상의 이동통신의 연결에도 매우 중요하다.
밀리미터파 안테나는 안테나용 덮개나 함체와 멀리 떨어져 있고, 4보다 작으면서 인접 기판이 매우 얇은 경우, 무난하게 설계가 가능하다.
그러나 차량에 안테나를 설치하는 경우, 안테나가 설치되기 쉬운 조건인 저유전율, 얇은 유전체, 큰 이격 간격과 다르게 차량 유리의 고유전율, 두꺼운 유전체, 접촉형의 조건에 대응해야 하는 고난이도의 문제가 발생한다.
또한, 가장 흔히 사용하는 패치 안테나를 차량 유리에 부착하게 되면, 임피던스 부정합의 원인으로 전자파 방사가 일어나지 않게 된다.
패치 안테나는 유리(고전율 유전체)에 근접할 때, 패치 표면의 전하에 의한 전기장의 밀도가 늘어나 캐패시턴스(Capacitance)가 과도해지면서 임피던스가 부정합되고, 공진의 소실 및 방사 조건이 위배되어 전자파 방사가 의미없게 되는 문제점이 있다.
도 1은 종래 기술의 패치 안테나가 유리와 같은 고유전율의 유전체와 접촉한 모습을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에서의 주파수 응답특성을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1에서의 전자파 방사특성을 나타낸 도면이다.
도 2는 목표 주파수(28 GHz)에서의 임피던스 부정합을 나타내고, 도 3은 목표 주파수에서의 방사특성이 일어나지 않는 모습을 나타낸다.
도 2 및 도 3은 패치 안테나(10) 위에 유리와 같은 두꺼운 유전체에 근접하면, 패치 안테나(10)의 패치 표면의 전하에 의한 전기장의 밀도가 증가하여 캐패시턴스(Capacitance)가 과도해지면서 임피던스 정합이 깨지고, 방사 조건이 위배되어 전자파 방사 특성을 잃어버린다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 불필요한 캐패시턴스를 낮추는 방법으로 루프 안테나를 선택할 수 있다.
도 4는 종래 기술의 루프 안테나가 유리와 같은 고유전율의 유전체와 접촉한 모습을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에서의 주파수 응답특성을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 4에서의 전자파 방사특성을 나타낸 도면이다.
종래 기술의 루프 안테나(20)는 유리와 같은 두꺼운 유전체에 근접하면, 패치 표면의 전하 밀도가 매우 낮으므로 목표 주파수(28 GHz)에서 임피던스 정합과 공진을 맞추어 도 1의 패치 안테나(10)보다 좋다고 할 수 있다. 그러나 도 6과 같이, 종래 기술의 루프 안테나(20)는 두리안 모양이 형성되어 방사 특성이 나빠지고, 정방향(Broadside 또는 Boresight) 전자파 방사 패턴을 얻을 수 없는 문제점이 있다.
한국 공개특허번호 제10-2020-0123252호
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 두꺼운 유리에 부착되어 팔각형 형태의 루프 안테나와, 경로 분기의 기하 구조로 인하여 임피던스 정합과 선로 상의 전류 위상을 조절을 통해 표면 전류의 널 포인트(Null Point)를 제거하고, 이로 인하여 정방향 전자파 방사 빔을 형성하는 다중 경로분기의 체인 루프 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나는,
고유전율의 유전체; 및
상기 유전체의 일면에 부착하여 루프 안테나를 팔각형 형태의 금속 도선으로 형성된 팔각형 루프 패턴부로 이루어진 팔각형 루프 안테나를 포함한다.
다중 경로분기의 체인 루프 안테나는,
직선 형태의 금속 도선으로 입력포트로부터 연장되어 서로 일정 거리 떨어져 나란하게 형성된 한 쌍의 제1 방사체; 및
상기 각각의 제1 방사체로부터 연장하여 상기 팔각형 루프 패턴부를 형성하는 제2 방사체를 더 포함하며,
상기 팔각형 루프 패턴부는 팔각형 루프로 시계 방향으로 제1 선로, 제2 선로, 제3 선로, 제4 선로, 제5 선로, 제6 선로, 제7 선로로 이루어져 있고,
상기 제1 선로의 일측 끝단은 일측의 제1 방사체에 전기적으로 연결되고, 상기 제8 선로의 일측 끝단은 다른 일측의 제1 방사체에 전기적으로 연결한다.
본 발명의 특징에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나는,
고유전율의 유전체; 및
상기 유전체의 일면에 부착하여 팔각형 루프로 시계 방향으로 제1 선로, 제2 선로, 제3 선로, 제4 선로, 제5 선로, 제6 선로, 제7 선로로 금속 도선으로 이루어져 있는 팔각형 루프 패턴부를 포함하고,
상기 제1 선로의 한 점과 상기 제2 선로의 한 점을 곡선으로 연결한 금속 도선의 제1 분기경로;
상기 제6 선로의 한 점과 상기 제7 선로의 한 점을 곡선으로 연결한 금속 도선의 제2 분기경로;
상기 제3 선로 상에서 한 점 과 다른 점을 잇는 곡선으로 연결한 제3 분기경로; 및
상기 제5 선로 상에서 한 점과 다른 점을 잇는 곡선으로 연결한 제4 분기경로를 포함한다.
제2 선로와 상기 제6 선로는 좌우를 직선 형태로 금속 도선의 브릿지 선로로 연결한다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 두꺼운 유전체에 부착하기 위하여 임피던스 정합을 수행하고, 표면 전류 밀도의 진행상의 위상을 조절하여 루프 선상의 전류 분포에서 널 포인트(Null Point)를 최소화하고, 이에 따라 정방향으로 에너지가 집중되는 방사 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술의 패치 안테나가 유리와 같은 고유전율의 유전체와 접촉한 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서의 주파수 응답특성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에서의 전자파 방사특성을 나타낸 도면이다.
도 4는 종래 기술의 루프 안테나가 유리와 같은 고유전율의 유전체와 접촉한 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에서의 주파수 응답특성을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4에서의 전자파 방사특성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 단면 층구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 응답특성과 전자파 방사특성을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 체인 루프 안테나의 표면 전류를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11에서의 주파수 응답특성을 나타낸 도면이다.
도 13은 도 11에서의 전자파 방사특성을 나타낸 도면이다.
도 14는 도 11에서의 체인 루프 안테나의 표면 전류를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 구성을 나타낸 도면이다.
도 16은 도 15에서의 전자파 방사특성을 나타낸 도면이다.
도 17은 도 15에서의 체인 루프 안테나의 표면 전류를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 구성을 나타낸 도면이다.
도 19는 도 18에서의 전자파 방사특성을 나타낸 도면이다.
도 20은 도 18에서의 체인 루프 안테나의 표면 전류를 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 구성을 나타낸 도면이다.
도 22는 도 21에서의 전자파 방사특성을 나타낸 도면이다.
도 23은 도 21에서의 체인 루프 안테나의 표면 전류를 나타낸 도면이다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 구성을 나타낸 도면이다.
도 25는 도 24에서의 전자파 방사특성을 나타낸 도면이다.
도 26은 도 24에서의 체인 루프 안테나의 표면 전류를 나타낸 도면이다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 금속 메쉬망 구조를 나타낸 도면이다.
도 28은 본 발명의 다른 실시예에 따른 체인 루프 안테나를 복수개로 배열화한 모습을 나타낸 도면이다.
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.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나 구조체의 단면 층구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나 구조체(100)는 금속재질인 구리층(120)으로 이루어진 루프 패치 방사체의 위에 고유전율의 유전체(유리 등)(30)에 접착시킨다. 여기서, 유전체(30)는 두껍고, 고유전율의 글래스를 나타낸다. 유전체의 일례로 차량 유리를 들 수 있다.
다중 경로분기의 체인 루프 안테나 구조체(100)는 유전체(30), 접착층(110), 구리층(120), 박막기판(130) 및 접지면 구리층(140)를 순차적으로 적층되어 형성된다.
접지면 구리층(140)은 유전체(30)의 하부면에 금속 박막으로 형성된다.
박막기판(130)은 필름소재로 일면에 접지면 구리층(140) 및 급전부(미도시)가 형성되고, 급전부로부터 발생하는 전자기파 신호를 생성하여 구리층(120)으로 전달된다.
구리층(120)은 구리 박막으로 패턴을 형성하여 급전부로부터 방사되는 전자기파 신호를 집속하여 방사한다.
구리층(120)은 두꺼운 유전체(30) 접촉 시 28 GHz에서 임피던스 정합과 공진을 만족할 수 있는 전방향 방사 빔의 특성을 얻을 수 있다.
구리층(120)은 본 발명의 가장 중요한 특징인 다중 경로분기의 체인 루프 안테나를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 구성을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 응답특성과 전자파 방사특성을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 체인 루프 안테나의 표면 전류를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나(120)는 도전성 재질로 한 쌍의 제1 방사체(121a, 121b)와, 각각의 제1 방사체(121a, 121b)로부터 연장하여 팔각형 형태의 제2 방사체(122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129a, 129b, 150, 151, 153)를 포함한다.
체인 루프 안테나(120)는 차량 유리 등과 같은 고유전율의 유전체(30)에 부착된다.
한 쌍의 제1 방사체(121a, 121b)는 직선 형태의 금속 도선으로 입력포트로부터 연장되어 서로 일정 거리 떨어져 나란하게 형성된다.
제2 방사체는 각각의 제1 방사체(121a, 121b)로부터 연장되어 팔각형 형태의 금속 도선으로 형성된 팔각형 루프 패턴부로 이루어진 팔각형 루프 안테나를 포함한다.
제2 방사체는 팔각형 형태의 팔각형 루프 패턴부와, 팔각형 루프 패턴부의 중간부에 좌우를 연결하는 브릿지 선로(153)를 기준으로 브릿지 선로(153)의 상부에 상반원과 브릿지 선로(153)의 하부에 하반원으로 나눈다.
팔각형 루프 패턴부는 루프 안테나를 팔각형 형태로 형성한다.
팔각형 루프 패턴부는 팔각형 루프로 시계 방향으로 제1 선로(122), 제2 선로(123), 제3 선로(124), 제4 선로(125), 제5 선로(126), 제6 선로(127), 제7 선로(128)로 이루어져 있다.
제1 선로(122)의 일측 끝단은 일측의 제1 방사체(121a)에 전기적으로 연결되고, 제7 선로의 일측 끝단은 다른 일측의 제1 방사체(121b)에 전기적으로 연결된다.
제2 선로(123)와 제6 선로(127)는 좌우를 직선 형태로 금속 도선의 브릿지 선로(153)로 연결한다.
제1 분기경로(129a)는 금속 도선으로 제1 선로(122)의 한 점과 제2 선로(123)의 한 점을 부드러운 곡선으로 연결하여 형성한다.
제2 분기경로(129b)는 금속 도선으로 제6 선로(127)의 한 점과 제7 선로(128)의 한 점을 부드러운 곡선으로 연결하여 형성한다.
제1 분기경로(129a)와 제2 분기경로(129b)는 팔각형 루프 패턴부의 팔각형 루프 내측인 하반원에 형성되고, 브릿지 선로(153)의 하부에 형성된다.
제3 선로(124) 상에는 한 점과 다른 점을 잇는 부드러운 곡선 형태의 제3 분기경로(150)를 형성한다.
제3 분기경로(150)는 금속 도선으로 일단을 제3 선로(124) 상에 한 점에 연결하고, 타단을 제3 선로(124)와 제4 선로(125)의 사이에 형성된 꼭짓점에 연결한다.
제5 선로(126) 상에는 한 점과 다른 점을 잇는 부드러운 곡선 형태의 제4 분기경로(151)를 형성한다.
제4 분기경로(151)는 금속 도선으로 일단을 제5 선로(126) 상에 한 점에 연결하고, 타단을 제4 선로(125)와 제5 선로(126)의 사이에 형성된 꼭짓점에 연결한다.
제3 분기경로(150)와 제4 분기경로(151)는 팔각형 루프 패턴부의 팔각형 루프 내측인 상반원에 형성되고, 브릿지 선로(153)의 상부에 형성된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다중 경로분기의 체인 루프 안테나(120)는 목표 주파수(28 GHz)에서 임피던스 정합과 공진을 맞추며, 정방향(Broadside 또는 Boresight) 전자파 방사 패턴을 얻을 수 있다.
도 10의 (a)와 같이, 종래 기술은 루프 안테나의 표면 전류의 널 포인트(Null Point)가 복수의 위치에 발생하여 방사 패턴에 영향을 준다.
도 10의 (b)와 같이, 본 발명은 루프 안테나의 표면 전류의 널 포인트(Null Point)가 제거되어 방사 패턴에 영향을 주지 않는다.
본 발명의 다중 경로분기의 체인 루프 안테나(120)는 두꺼운 유리에 부착되어 팔각형 형태의 루프 안테나와, 경로 분기의 기하 구조로 인하여 임피던스 정합과 선로 상의 전류 위상을 조절을 통해 표면 전류의 널 포인트(Null Point)를 제거하고, 이로 인하여 정방향 전자파 방사 빔을 형성한다.
본 발명의 다중 경로분기의 체인 루프 안테나(120)는 루프 안테나를 팔각형 형태로 형성하여 임피던스 정합을 수행하고, 전자파 방사 빔의 지향성 없는 사방으로 뽀족한 스파이크 발생하는 것을 없애고, 정?항으로 전자파를 모으기 위해 루프 상의 전류 밀도 분포의 위상을 조정할 수 있다.
이하의 도 11 내지 도 26에서 본 발명의 다중 경로분기의 체인 루프 안테나(120)를 제조하는 과정을 순차적으로 설명한다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 구성을 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11에서의 주파수 응답특성을 나타낸 도면이고, 도 13은 도 11에서의 전자파 방사특성을 나타낸 도면이고, 도 14는 도 11에서의 체인 루프 안테나의 표면 전류를 나타낸 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나(120)는 도전성 재질로 한 쌍의 제1 방사체(121a, 121b)와 제1 선로(122), 제2 선로(123), 제3 선로(124), 제4 선로(125), 제5 선로(126), 제6 선로(127), 제7 선로(128)로 이루어진 팔각형 루프 패턴부를 포함한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제1 실시예는 목표 주파수(28 GHz)에서 임피던스 정합과 공진을 맞출 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제1 실시예는 체인 루프 안테나(120)를 팔각형으로 설계하여 종래 기술의 두리안 모양의 방사 패턴에서 뽀족한 가시 형태를 줄여 방사 패턴을 향상시킨다.
도 14에 도시된 바와 같이, 제1 실시예는 표면 전류(빨간색 사각박스로 표시함)의 분포가 끊어지는 널 포인트(Null Point)가 복수의 위치에 발생하여 방사 패턴에 악영향을 준다.
안테나의 방사 패턴은 전자파의 방사가 되어야 한다. 전자파 방사의 중요 요소는 전류의 세기가 강해야 한다.
도 14의 빨간색 사각박스 안의 모습을 보면, 전류의 세기가 약하여 방사 패턴의 널 포인트가 많이 존재하는 것을 볼 수 있다.
금속 루프의 널 포인트는 전자파 방사 빔의 지향성 없는 사방으로 뽀족한 스파이크 발생의 원인이 된다.
하기의 도 15는 전술한 제1 실시예의 표면 전류의 널 포인트를 발생하는 문제점을 해결하기 위하여 고안했다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 구성을 나타낸 도면이고, 도 16은 도 15에서의 전자파 방사특성을 나타낸 도면이고, 도 17은 도 15에서의 체인 루프 안테나의 표면 전류를 나타낸 도면이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나(120)는 도전성 재질로 한 쌍의 제1 방사체(121a, 121b)와 제1 선로(122), 제2 선로(123), 제3 선로(124), 제4 선로(125), 제5 선로(126), 제6 선로(127), 제7 선로(128)로 이루어진 팔각형 루프 패턴부를 포함한다.
제1 분기경로(129a)는 제1 선로(122)의 한 점과 제2 선로(123)의 한 점을 부드러운 곡선으로 연결하여 형성한다. 제2 분기경로(129b)는 제6 선로(127)의 한 점과 제7 선로(128)의 한 점을 부드러운 곡선으로 연결하여 형성한다.
도 16에 도시된 바와 같이, 제2 실시예는 제1 실시예와 비교하여 방사 패턴이 부드러운 모양으로 변하여 방사 특성이 좋아지고 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 제2 실시예는 표면 전류(빨간색 사각박스로 표시함)의 분포가 끊어지는 널 포인트(Null Point)가 여전히 존재하여 방사 패턴에 악영향을 준다.
도 17을 보면, 표면 전류가 제1 분기경로(129a)와 제2 분기경로(129b)를 지나가면서 비어 있는 전류 밀도 부분을 채워서 널 포인트를 제거한다.
하기의 도 18은 전술한 제2 실시예의 표면 전류의 널 포인트(도 17의 빨간색 사각박스)를 발생하는 문제점을 해결하기 위하여 고안했다.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 구성을 나타낸 도면이고, 도 19는 도 18에서의 전자파 방사특성을 나타낸 도면이고, 도 20은 도 18에서의 체인 루프 안테나의 표면 전류를 나타낸 도면이다.
제3 실시예는 전술한 제2 실시예와 중복되는 구성의 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다.
제4 선로(125) 상에는 3가지 포인트를 연결하여 'W' 형태의 제5 분기경로(152)를 형성한다.
도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 제3 실시예는 제2 실시예의 방사 특성과 유사하고, 표면 전류(빨간색 사각박스로 표시함)의 분포가 끊어지는 널 포인트(Null Point)가 여전히 존재하여 방사 패턴에 악영향을 준다.
하기의 도 21는 전술한 제3 실시예의 표면 전류의 널 포인트(도 20의 빨간색 사각박스)를 발생하는 문제점을 해결하기 위하여 고안했다.
도 21은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 구성을 나타낸 도면이고, 도 22는 도 21에서의 전자파 방사특성을 나타낸 도면이고, 도 23은 도 21에서의 체인 루프 안테나의 표면 전류를 나타낸 도면이다.
제4 실시예는 전술한 제3 실시예와 중복되는 구성의 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다.
제4 실시예는 'W' 형태의 제5 분기경로(152)를 제거하고, 제3 분기경로(150)와 제4 분기경로(151)를 형성한다.
제3 분기경로(150)는 금속 도선으로 일단을 제3 선로(124) 상에 한 점에 연결하고, 타단을 제3 선로(124)와 제4 선로(125)의 사이에 형성된 꼭짓점에 연결한다.
제4 분기경로(151)는 금속 도선으로 일단을 제5 선로(126) 상에 한 점에 연결하고, 타단을 제4 선로(125)와 제5 선로(126)의 사이에 형성된 꼭짓점에 연결한다.
도 22에 도시된 바와 같이, 제4 실시예는 제3 실시예와 비교하여 방사 패턴이 부드러운 모양으로 변하여 방사 특성이 좋아지고 있으나, 방사 패턴의 위쪽 부분(도 21의 빨간색 사각박스)이 갈라지는 현상으로 정방향(Broadside 또는 Boresight) 전자파 방사 패턴이 다소 약해지는 단점이 있다.
도 23에 도시된 바와 같이, 제4 실시예는 제3 실시예(도 20)와 비교하여 널 포인트를 감소시켜 방사 패턴이 좋아지는 효과가 있다.
도 23을 보면, 표면 전류가 제3 분기경로(150)와 제4 분기경로(151)를 지나가면서 비어 있는 전류 밀도 부분을 채워서 널 포인트를 제거한다.
제1 분기경로(129a)와 제2 분기경로(129b), 제3 분기경로(150)와 제4 분기경로(151)는 전술한 도 14와 같은 빨간색 사각박스, 즉, 전류가 약한 지점을 보완 및 방사 패턴의 널 포인트를 제거하기 위하여 선로의 한 점과 꼭짓점을 연결한다.
제1 분기경로(129a)와 제2 분기경로(129b), 제3 분기경로(150)와 제4 분기경로(151)가 곡선 형태로 구성하는 이유는 직선 형태인 경우, 빨간색 사각박스 안의 지점에서 급격한 방향 변화 및 심하게 변하는 각도로 인하여 전류의 반사가 이루어지기 때문이며, 이러한 문제점을 방지하기 위함이다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 구성을 나타낸 도면이고, 도 25는 도 24에서의 전자파 방사특성을 나타낸 도면이고, 도 26은 도 24에서의 체인 루프 안테나의 표면 전류를 나타낸 도면이다.
도 24는 전술한 도 8 내지 도 10과 동일하며, 본 발명의 다중 경로분기의 체인 루프 안테나(120)의 최종적인 형태이다.
도 25에 도시된 바와 같이, 팔각형 루프 패턴부의 중간부에 좌우를 연결하는 브릿지 선로(153)를 추가하면, 방사 패턴이 모이면서 제4 실시예와 비교하여 방사 패턴의 위쪽 부분(도 25의 파란색 사각박스)이 갈라지는 현상을 제거하여 정방향(Broadside 또는 Boresight) 전자파 방사 패턴이 강해지는 효과가 있다.
본 발명은 루프 안테나, 제1 분기경로(129a)와 제2 분기경로(129b), 제3 분기경로(150)와 제4 분기경로(151), 브릿지 선로(153)로 인하여 과도한 병렬 커패시턴스 성분을 줄이며 상대적으로 병렬 인덕턴스 성분이 커지면서 임피던스 정합 즉, 공진 매칭이 이루어진다.
제1 분기경로(129a)와 제2 분기경로(129b), 제3 분기경로(150)와 제4 분기경로(151), 브릿지 선로(153)는 공진 매칭과 관련되고, 정방향 방사 빔이 구현되며, 전체적으로 방사 패턴의 형상을 결정하는 역할도 수행한다.
도 26에 도시된 바와 같이, 제4 실시예와 비교하여 표면 전류 분포의 널 포인트(Null Point)를 없애면서도 임피던스 정합과 동시에 정방향 전자파 빔을 발생시켜 유리와 같은 유전체(30)를 넘어 통신할 수 있는 능력을 가질 수 있다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 다중 경로분기의 체인 루프 안테나의 금속 메쉬망 구조를 나타낸 도면이고, 도 28은 본 발명의 다른 실시예에 따른 체인 루프 안테나를 복수개로 배열화한 모습을 나타낸 도면이다.
도 27에 도시된 바와 같이, 다중 경로분기의 체인 루프 안테나(120)는 제1 선로(122), 제2 선로(123), 제3 선로(124), 제4 선로(125), 제5 선로(126), 제6 선로(127), 제7 선로(128) 및 브릿지 선로(153)를 금속 메쉬망으로 구성한다.
금속 메쉬망은 투명 안테나를 구성하도록 수μm 이하로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 10μm 이하로 형성할 수 있다.
체인 루프 안테나(120)는 차량 유리와 같은 유전체(30)에 접촉하므로 금속 메쉬망을 이용한 투명 안테나로 구성하는 경우, 깨끗한 미감을 제공할 수 있다.
도 28의 (a)와 같이, 다중 경로분기의 체인 루프 안테나(120)를 복수개로 나란하게 배열하는 경우, 도 28의 (b), (c)와 같이, 체인 루프 안테나(120)의 배열화를 통한 지향성과 안테나 이득을 크게 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
30: 유전체
100: 체인 루프 안테나 구조체
110: 접착층
120: 구리층
130: 박막 기판
140: 접지면 구리층

Claims (8)

  1. 고유전율의 유전체; 및
    상기 유전체의 일면에 부착하여 루프 안테나를 팔각형 형태의 금속 도선으로 형성된 팔각형 루프 패턴부로 이루어진 팔각형 루프 안테나를 포함하고,
    직선 형태의 금속 도선으로 입력포트로부터 연장되어 서로 일정 거리 떨어져 나란하게 형성된 한 쌍의 제1 방사체; 및
    상기 각각의 제1 방사체로부터 연장하여 상기 팔각형 루프 패턴부를 형성하는 제2 방사체를 더 포함하며,
    상기 팔각형 루프 패턴부는 팔각형 루프로 시계 방향으로 제1 선로, 제2 선로, 제3 선로, 제4 선로, 제5 선로, 제6 선로, 제7 선로로 이루어져 있고,
    상기 제1 선로의 일측 끝단은 일측의 제1 방사체에 전기적으로 연결되고, 상기 제7 선로의 일측 끝단은 다른 일측의 제1 방사체에 전기적으로 연결하며,
    비어 있는 전류 밀도부분을 채우고 방사 패턴의 널포인트(null point)를 제거하기 위하여, 상기 제1 선로의 한 점과 상기 제2 선로의 한 점을 곡선으로 연결한 금속 도선의 제1 분기경로;
    상기 제6 선로의 한 점과 상기 제7 선로의 한 점을 곡선으로 연결한 금속 도선의 제2 분기경로;
    상기 제3 선로의 한 점으로부터 상기 제3 선로와 상기 제4 선로의 사이에 형성된 꼭지점까지 곡선으로 연결한 제3 분기경로; 및
    상기 제5 선로의 한 점으로부터 상기 제4 선로와 상기 제5 선로의 사이에 형성된 꼭지점까지 곡선으로 연결한 제4 분기경로를 더 포함하는, 다중 경로분기의 체인 루프 안테나.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 선로와 상기 제6 선로는 좌우를 직선 형태로 금속 도선의 브릿지 선로로 연결하는 다중 경로분기의 체인 루프 안테나.
  5. 고유전율의 유전체; 및
    상기 유전체의 일면에 부착하여 팔각형 루프로 시계 방향으로 제1 선로, 제2 선로, 제3 선로, 제4 선로, 제5 선로, 제6 선로, 제7 선로로 금속 도선으로 이루어져 있는 팔각형 루프 패턴부를 포함하고,
    비어 있는 전류 밀도 부분을 채우고 방사 패턴의 널포인트(null point)를 제거하기 위하여,
    상기 제1 선로의 한 점과 상기 제2 선로의 한 점을 곡선으로 연결한 금속 도선의 제1 분기경로;
    상기 제6 선로의 한 점과 상기 제7 선로의 한 점을 곡선으로 연결한 금속 도선의 제2 분기경로;
    상기 제3 선로의 한 점으로부터 상기 제3 선로와 상기 제4 선로의 사이에 형성된 꼭지점까지 곡선으로 연결한 제3 분기경로; 및
    상기 제5 선로의 한 점으로부터 상기 제4 선로와 상기 제5 선로의 사이에 형성된 꼭지점까지 곡선으로 연결한 제4 분기경로를 포함하는 다중 경로분기의 체인 루프 안테나.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 선로와 상기 제6 선로는 좌우를 직선 형태로 금속 도선의 브릿지 선로로 연결하는 다중 경로분기의 체인 루프 안테나.
  7. 청구항 4 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 선로, 상기 제2 선로, 상기 제3 선로, 상기 제4 선로, 상기 제5 선로, 상기 제6 선로, 상기 제7 선로 및 상기 브릿지 선로는 금속 메쉬망으로 형성하는 다중 경로분기의 체인 루프 안테나.
  8. 청구항 4 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 분기경로, 상기 제2 분기경로, 상기 제3 분기경로, 상기 제4 분기경로 및 상기 브릿지 선로는 비어 있는 전류 밀도 부분을 채워서 방사 패턴의 널 포인트를 제거하고, 공진 매칭과 상기 방사 패턴의 형상을 결정하는 다중 경로분기의 체인 루프 안테나.
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