KR20010002181A - 평행판 결합 스트립 선로를 이용한 다층 이엠씨 에어패치 광대역 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지향성 안테나에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 평행판 결합 스트립 선로(broadside-coupled stripline)를 이용한 다층 이엠씨(EMC) 에어패치(air-patch) 광대역 지향성 안테나에 관한 것이다.

종래의 마이크로스트립 패치 안테나는 유전체에 의한 전력손실이 크고 협대역이며, 급전선의 기생방사로 인해 특성이 열화될 뿐만 아니라 허용전력이 작다고하는 단점을 갖고 있었다. 본 발명은 평행판 결합 스트립 선로를 이용하여 이러한 단점들을 극복한 것으로서 본 발명에 따른 평행판 결합 스트립 선로를 이용한 다층 이엠씨 에어패치 광대역 지향성 안테나는 그 종단에 복사수단이 연장되어 형성된 평행판 결합 스트립 선로와 상기 복사수단과 소정의 간격을 두고 구비되는 패치, 그리고 상기 복사수단의 후방으로 복사되는 신호를 반사시키는 반사판을 포함한다.

본 발명에 따른 평행판 결합 스트립 선로를 이용한 다층 이엠씨 에어패치 광대역 지향성 안테나는 유전체로 인한 손실이 적고 허용 입력전력이 크며, 패치와 복사수단의 이중공진에 의한 광대역 특성을 가진다. 또한, 레이어(Layer)의 증착과정이 필요하지 않게 되므로 양산성이 향상되어 제조 원가가 절감된다고 하는 효과를 가진다.

Description

평행판 결합 스트립 선로를 이용한 다층 이엠씨 에어패치 광대역 지향성 안테나{Multi-layer EMC Air-patch Broadband Directional Antenna with Broadside-coupled Stripline}

본 발명은 지향성 안테나에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 평행판 결합 스트립 선로(broadside-coupled stripline)를 이용한 다층 이엠씨(EMC) 에어 패치(Air-patch) 광대역 지향성 안테나에 관한 것이다.

현재 셀룰라, 개인휴대통신(PCS) 및 무선 가입자망(ＷＬＬ)등의 각종 이동통신 시스템에서 널리 사용되고 있는 마이크로스트립 패치(Microstrip patch) 안테나는 기본적으로 접지면이 있는 단일 유전체 기판과 그 위에 인쇄된 복사소자로 구성되어 있으며, 복사소자의 가장자리에 마이크로스트립 선로를 연결하거나 기판의 뒷면에 동축선로를 연결하여 안테나를 급전시키는 구조로 되어있어 소형, 경량이고 제조공정이 단순하다고 하는 장점을 갖고 있는 반면, 협대역이며 유전체에 의한 전력손실이 크고 급전선의 기생복사로 인해 안테나의 특성이 열화된다고 하는 단점을 가지고 있다.

이러한 단점을 극복하기 위해 안테나 소자와 급전선을 전자기적으로 결합(EMC; Electromagnetic Coupling)시킴으로써 직접 접촉하지 않고 안테나를 여기시키는 새로운 급전 방식의 슬롯 결합 다층 마이크로스트립 안테나가 1985년 Pozar에 의해 제안되어 사용되고 있지만, 전송선로, 유전체, 패치 등의 각 레이어(Layer)의 증착 과정이 어렵고 허용전력이 작으며 제작비용이 고가라는 또다른 문제점을 갖고 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 유전율이 1인 공기(air)를 매질로 복사체와 패치(patch)를 전자기적으로 결합(EMC)시켜 급전선의 기생복사로 인한 특성열화와 유전체로 인한 전력손실을 줄이고 복사체와 패치의 이중공진 현상을 이용하여 광대역 특성을 갖도록 하였으며, 전송선로를 평행판 결합 스트립 선로로 구성하여 저손실이면서 허용 입력전력이 커지는 특성을 갖도록 한 평행판 결합 스트립 선로를 이용한 다층 이엠씨(EMC) 에어 패치(Air-patch) 광대역 지향성 안테나를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

도1은 본 발명에 따른 평행판 결합 스트립 선로를 이용한 다층 이엠씨 에어 패치 광대역 지향성 안테나의 일실시예의 내부 사시도.

도2는 유전체와 제 2 지지수단이 결합된 모습을 상세히 보여주는 부분 상세도.

도3은 방설커버가 결합된 도1의 외관 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11. 급전부 12, 18, 18-1, 19, 19-1. 평행판 결합 스트립 선로

13. 다이폴 14, 23. 유전체

15, 24 제 2 지지수단 16. 패치

17. 반사판 20. 제 1 지지수단

21. 윗 평판 22. 아래 평판

31.방설커버

상기의 목적을 위해 본 발명에 따른 평행판 결합 스트립 선로를 이용한 이엠씨(EMC) 에어 패치(Air-patch) 광대역 지향성 안테나에 있어서, 안테나를 급전시키는 급전수단과 상기 급전수단으로부터 신호를 입력받아 공간으로 복사하거나 공간으로부터 신호를 수신하는 다수의 패치가 구비된다. 상기 다수의 패치와 상기 급전수단간에는 각각 평행판 결합 스트립 선로가 다수 구비되어 신호전력을 전송하고 그 종단에는 복사수단이 연장 형성되어 신호전력을 상기 패치로 전자기적 결합(EMC)하여 급전시킨다.

또한, 상기 복사수단의 후면으로 복사되는 신호를 반사시켜 안테나의 전후방비를 향상시키는 반사판과 상기 평행판 결합 스트립 선로의 위아래 평판간에는 두 평판이 서로 일정한 간격을 유지할 수 있도록 다수의 유전체가 구비되고 상기 다수의 유전체와 동축으로 결합되어 상기 반사판으로부터 소정의 간격을 두고 상기 평행판 결합 스트립 선로가 고정될 수 있도록 다수의 제 1 지지수단이 형성된다. 상기 패치는 다수의 제 2 지지수단에 의해 상기 반사판으로부터 소정의 간격을 두고 고정된다.

이하 본 발명의 각부 특성 및 동작원리를 첨부하는 도면에 따라 상세히 설명한다. 도1은 본 발명에 따른 평행판 결합 스트립선로를 이용한 다층 이엠씨 에어 패치 광대역 지향성 안테나의 일실시예의 내부 사시도이다. 하나의 급전부(11)로부터 각각의 평행판 결합 스트립 선로(12)를 통해 신호전력이 각 평행판 결합 스트립선로의 윗 평판과 아래 평판의 종단에 서로 마주보는 형태로 구비되는 각 다이폴(13)로 전송된다. 이때, 안테나 외부로부터 급전부(11)로 인입되는 동축 케이블의 내부 도체와 외부 도체가 평행판 결합 스트립 선로(12)의 윗 평판과 아래 평판에 각각 전기적으로 연결됨으로써 안테나로의 급전이 이루어진다.

평행판 결합 스트립 선로의 두 평판의 간격을 일정하게 하고 형성되는 스트립 선로의 특성 임피던스를 조절하여 최대의 신호전력이 급전부와 다이폴(13)간에 상호 전송될 수 있도록 두 평판 사이에는 다수의 유전체(14)가 구비된다. 선로의 대부분이 유전율이 1인 공기를 매질로 하므로 소정의 유전율을 갖는 유전체를 매질로 하는 종래의 마이크로스트립 안테나와는 다르게 저손실과 허용 입력전력이 커지게 된다.

각각의 다이폴(13)로부터 공간으로 복사되는 신호는 공기를 매질로 하여 제 1 지지수단(20)에 의해 상기 다이폴과 소정의 간격을 두고 떨어져 있는 패치(16)로 여기되고 다시 공간으로 복사되도록 전자기적으로 결합된다. 이러한 전자기적 결합은 급전선의 기생복사로 인한 특성열화를 감소시키며, 슬롯 결합 마이크로스트립 안테나와는 달리 유전체의 유전율이 1인 공기를 매질로 하므로 유전체로 인한 손실이 줄어든다. 다이폴(13)과 패치(16)간의 간격은 최대의 전력이 상호 전송될 수 있도록 제 1 지지수단(20)에 의해 간격이 조정되어 반사판(17)에 고정되며, 다이폴(13)과 패치(16)의 이중공진 현상으로 안테나는 광대역의 특성을 갖게 된다. 이와함께 안테나 후방으로의 복사를 반사시킴으로써 안테나의 전후방비를 향상시키는 반사판(17)은 반사판으로부터 돌출되어 형성되는 다수의 제 2 지지수단(15)에 의해 상기 평행판 결합 스트립 선로(12)와 소정의 간격을 두고 분리된다.

평행판 결합 스트립 선로의 저항값은 평판의 폭과 길이에 의해 결정되는데 서로 다른 저항값을 갖도록 선로를 구성하여 저 사이드로브 특성을 갖도록 할 수 있다. 예를 들면, 윗 다이폴(18)과 아래 다이폴(18-1)로의 입력 저항을 크게 하여 인가되는 신호전력이 작게 하고 중간 다이폴(19, 19-1)에는 상대적으로 많은 전력이 인가되도록 함으로써 사이드로브의 크기를 줄인다. 상기 입력저항은 평판의 폭이 작아질수록 커진다.

도2는 상기 평행판 결합 스트립 선로의 위아래 평판간에 구비되는 상기 유전체(14)와 상기 제 2 지지수단(15)이 결합된 모습을 보여주는 부분 상세도이다. 유전체(23)와 제 2 지지수단(24)은 같은 축을 따라 평행판 결합 스트립 선로의 두 평판(21, 22)과 결합되어 두 평판이 일정한 간격을 유지하면서 상기 반사판(17)에 단단히 고정될 수 있도록 한다.

도3은 방설커버(31)가 결합된 도1의 외관 사시도로서 상기 방설커버는 상기 반사판(17)과 결합되어 외부 환경으로부터 안테나를 보호한다.

본 발명에 따른 평행판 결합 스트립 선로를 이용한 다층 이엠씨 에어패치 광대역 지향성 안테나는 유전체로 인한 손실이 적고 허용 입력전력이 크며 패치와 복사수단의 이중공진에 의한 광대역 특성을 갖는다. 또한, 전송선로, 유전체, 복사체 및 패치 등의 구성을 위한 각 레이어(Layer)의 증착 과정이 필요하지 않게 되어 양산성이 향상되고 제조 원가가 절감된다고 하는 또다른 효과를 갖는다.

Claims (2)

1. 하나의 급전수단;

   다수의 패치(patch);

   서로 소정의 간격을 두고 평행한 같은 모양의 위아래의 두 개의 평판 형상이며 각각의 일단이 상기 하나의 급전수단에 함께 연결된 다수의 평행판 결합 스트립 선로;

   상기 다수의 평행판 결합 스트립 선로의 윗 평판과 아래 평판의 각 종단에서 연장되어 형성되고 상기 다수의 패치와 공기를 매질로 하여 전자기적으로 결합되어지는 다수의 복사수단;

   상기 다수의 스트립 선로의 윗 평판과 아래 평판이 서로 소정의 간격을 유지할 수 있도록 하고 상기 평행판 결합 스트립 선로의 특성 임피던스를 조정할 수 있도록 두 평판 사이에 구비되는 소정 형상의 다수의 유전체;

   상기 다수의 복사수단 후방으로 복사되는 신호를 반사시키는 반사판;

   상기 다수의 패치가 상기 반사판에 소정의 간격을 두고 고정될 수 있도록 상기 반사판으로부터 돌출되어 형성되는 다수의 제 1 지지수단;

   상기 다수의 평행판 결합 스트립 선로가 소정의 간격을 두고 상기 반사판에 고정될 수 있도록 상기 반사판으로부터 돌출되어 형성되는 다수의 제 2 지지수단; 및

   상기 반사판과 결합되어 외부 환경으로부터 안테나를 보호하는 방설커버를 포함하는 평행판 결합 스트립 선로를 이용한 이엠씨 에어패치 광대역 지향성 안테나
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다수의 복사수단을 마주보는 쌍 형태의 다이폴로 구성한 평행판 결합 스트립 선로를 이용한 이엠씨 에어패치 광대역 지향성 안테나