KR20020024762A - 평면안테나장치 - Google Patents

Abstract

평면안테나장치는 그라운드 플레인, 상기 그라운드 플레인 위에 설치된 주평면을 가지는 평면안테나소자, 및 상기 안테나소자를 부분적으로 노출시키는 개구를 가지고 전체 안테나소자를 비접촉으로 덮기 위하여 상기 그라운드 플레인 위에 위치한 캐비티를 포함한다.

Description

평면안테나장치 {PLANAR ANTENNA DEVICE}

본 발명은 위성통신방송을 수신하기 위한 차량탑재용 평면안테나장치에 관한 것이다.

종래, 넓은 앙각범위에서 높은 전자계 방사특성을 가지도록 하는데 평면안테나가 사용되는 경우, 안테나소자의 크기를 감소시키는 기술밖에 없었다.

도 1은 일반적인 에어패치안테나의 구조를 예시한 것이다. 도 1은 그라운드 플레인(11), 스페이서(13)에 의해 이격되어 그라운드 플레인(11) 위에 설치된 안테나소자(12), 및 안테나소자(12)로의 급전점(14)을 나타낸다.

공기중(εr=1)에 배치된 마이크로스트립 안테나장치는 높은 상대적 안테나장치이득을 가진다. 그러나 다른 한편 전력반치각은 안테나장치형상에 따라서 대략 60°내지 80°로 된다. 결과적으로 이득은 저앙각방향에 대해 현저히 저하된다.

그러한 좁은 앙각범위를 넓히기 위하여 안테나소자크기를 감소시키기 위해서는, 유전체가 사용되어야만 한다.

도 2는 유전체를 이용한 유전체패치안테나장치의 구조를 예시한 것이다. 도 2는 그라운드 플레인(21), 유전체판(22) 위에 설치된 안테나소자(23), 및 안테나소자(23)로의 급전점(24)을 나타낸다.

안테나소자(23)의 크기는 유전체판(22)을 사용함으로써 감소된다. 넓은 앙각범위 내에서 높은 전자계 방사특성을 얻을 수 있게 된다.

그러나, 안테나소자크기는 도 2에서 유전체패치안테나장치에 대하여 감소된다. 도 1의 에어패치안테나장치와 비교해서, 안테나장치이득은 크게 저하된다. 또한 유전체판(22)에 기인한 손실은 안테나장치이득을 더 저하시킨다. 결과적으로, 도 2의 유전체패치안테나장치는 저앙각방향에 대해 방사수준을 그다지 높게 하지는 않는다.

본 발명의 목적은 저앙각방향을 포함하는 넓은 앙각범위에 대한 전자계 방사특성과 높은 안테나장치이득을 모두 만족시키는 평면안테나장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 에어패치안테나장치의 구조를 예시한 사시도;

도 2는 종래의 유전체패치안테나장치의 구조를 예시한 사시도;

도 3은 BS 디지털방송을 수신하기 위한 본 발명의 일실시형태에 따른 안테나장치의 구조를 나타낸 사시도;

도 4는 도 3의 선 4-4에 따른 안테나장치구조의 단면도;

도 5는 본 발명의 일실시형태에 따른 안테나장치의 VSWR 특성을 나타낸 도면;

도 6은 본 발명의 일실시형태에 따른 안테나장치의 반사손실특성을 나타낸 도면;

도 7은 본 발명의 일실시형태에 따른 안테나장치의 스미스 챠트;

도 8은 수평면에서의 방위각에 대응하는 종래의 안테나장치와 비교한 본 발명의 일실시형태에 따른 안테나장치의 이득특성을 나타낸 도면;

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일실시형태에 따른 안테나장치와 종래 안테나장치의 지향특성을 나타낸 도면;

도 10은 본 발명에 따른 안테나장치의 변형이다.

본 발명에 따른 평면안테나장치는 그라운드 플레인; 그라운드 플레인 위에 설치된 주평면을 가지는 평면안테나소자; 안테나소자를 부분적으로 노출시키는 개구를 가지고, 전체 안테나소자를 비접촉으로 덮기 위하여 그라운드 플레인 위에 위치한 캐비티를 포함한다.

상기 평면안테나장치에 대한 바람직한 방식들은 다음과 같다.

(1) 안테나소자에 전력을 공급하기 위한 급전점이 더 설치된다.

(2) 개구의 영역은 안테나소자의 크기보다 작다.

(3) 개구는 안테나소자의 주평면과 실질적으로 평행하게 위치한다.

(4) 안테나소자는 스페이서에 의해 이격되어 그라운드 플레인 위에 설치된 에어패치안테나소자이다.

본 발명에 따른 다른 평면안테나소자는 그라운드 플레인; 그라운드 플레인위로 설치된 주평면을 가지는 평면안테나소자; 및 안테나소자의 주평면과 실질적으로 평행하게 위치하고 그것의 실질적인 중심에 개구를 가지는 평면전도체를 포함한다.

본 발명에 따르면, 안테나소자크기를 감소시키지 않고 종래의 에어패치안테나장치에 캐비티를 추가함으로써 충분히 높은 안테나장치이득을 유지하는 것만으로, 저앙각방향을 포함하는 넓은 앙각범위에 대해 우수한 전자계 방사특성과 고안테나장치이득을 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 저앙각방향에 대한 이득을 얻기 위하여 유전체를 사용할 필요가 없다. 유전체손실에 기인한 안테나장치이득을 감소시키지 않고 고안테나장치이득을 유지할 수 있다.

본 발명의 추가적인 목적과 잇점들은 다음의 발명의 상세한 설명에서 설명될 것이고, 일부는 상세한 설명으로부터 자명하거나 또는 본 발명의 실시에 의해 알 수 있다. 본 발명의 목적과 잇점들은 하기에서 특히 지적된 수단과 조합에 의해서 인식되고 얻어질 수 있다.

본 발명의 평면안테나장치의 일실시형태를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 평면안테나장치의 구조를 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 3의 선 4-4에 따른 단면도이다.

도 3에서, 안테나소자(33)는 안테나소자(33)가 그라운드 플레인(31)으로부터 이격되도록 하기 위하여 스페이서(32)를 통해 그라운드 플레인(31) 위에 설치된다.이 안테나소자(33)는 급전점(34)으로부터의 전력에 의해 여진된다. 그라운드 플레인(31)은 황동, 알루미늄, 스테인레스 스틸 등과 같은 금속판으로 이루어진다. 스페이서(32)는 폴리아세탈, 폴리카보네이트, ABS 등과 같은 합성수지로 이루어진다. 안테나소자(33)는 황동, 알루미늄 등과 같은 금속판으로 이루어진다.

박스형 캐비티(35)는 전체 안테나소자(33)를 덮도록 그라운드 플레인 위에 위치한다. 캐비티(35)는 황동, 알루미늄 등과 같은 금속판으로 이루어진다.

캐비티(35)는 소정 거리를 두어 안테나소자(33)와 접촉하지 않도록 설치된다. 안테나소자(33)의 크기보다 작은 직사각형 개구(35a)는 안테나소자(33)와 대향하는 캐비티(35)의 표면에 형성된다.

이 캐비티(35)의 개구(35a)는 안테나소자(33)의 크기를 감소시키지 않고 넓은 앙각범위에서, 특히 저앙각방향에 대해 높은 전자계 방사특성을 제공하기 위하여 형성된다. 안테나소자(33)와 관련한 개구(35a)의 크기와 개구(35a)와 안테나소자(33) 사이의 거리를 조절함으로써 특히 저앙각방향에 대한 전자계 방사특성을 변화시킬 수 있다.

상기 안테나장치 구조에서, 실험으로부터 관찰된 다양한 특성들을 다음과 같이 설명한다.

먼저 안테나장치 자체의 특성들을 도 6과 도 7을 참조하여 설명한다.

도 5 내지 도 7은 각각 실험적 정압정재파비(VSWR), VSWR에 대응하는 반사손실, 및 스미스 챠트를 나타낸다. 도 5 내지 도 7의 특성들 중 어느 것이나 50Ω의 입력 인피던스로 대략 2.34 GHz에서 양호한 성능을 이용할 수 있음을 나타낸다.

도 8 내지 도 9c는 도 1의 에어패치안테나장치와 도 2의 유전체패치안테나장치와 비교한 본 발명의 일실시형태에 따른 안테나장치의 특성을 예시한다.

도 8은 수평면에서 방위각에 대응하는 이득특성을 나타낸다. 가는 선으로 표시된 특성(α)은 도 1의 에어패치안테나장치에 대응한다. 파선으로 표시된 특성(β)는 도 2의 유전체패치안테나장치에 대응한다. 굵은 선으로 표시된 특성(γ)은 이 실시형태에 따른 도 3과 도 4의 캐비티(35)를 가진 안테나장치에 대응한다.

도 8에서 도시된 바와 같이, 특성(α)를 나타내는 에어패치안테나장치는 방위각 0° 부근에서 높은 이득을 제공하지만 방위각에 대응하는 이득의 변화가 크다. 도 8의 에어패치안테나장치는 수신되는 전파의 방향에 따라 안테나장치의 각도가 항상 변하는, 특히 차량탑재용장치에 대해서는 부적합한 것을 알 수 있다.

특성(β)를 나타내는 유전체패치안테나는 안테나소자의 크기를 감소시키고 유전체손실을 일으켜서 전체 안테나장치에 대한 총이득을 감소시킨다.

반면, 특성(γ)를 나타내는 이 실시형태에 따른 안테나장치는 방위각에 따른 이득에서 약간의 변화를 일으키고 수신되는 전파의 방향에 따라 안테나장치의 각도가 항상 변하는 안테나장치에 적합하다는 것을 알 수 있다.

도 9a 내지 도 9c는 도 8에서 설명된 안테나장치의 지향특성을 나타낸다.

도 9a는 에어패치안테나장치의 지향특성을 예시한 것이다. 지향특성은 정면방향에서 그리고 높은 앙각범위 내에서만 유효하다. 지향범위가 매우 좁다는 것을 알 수 있다.

도 9b는 유전체패치안테나의 지향특성을 예시한 것이다. 도 9a의 에어패치안테나장치와 비교하면, 도 9b의 유전체패치안테나장치는 방위각 및 저앙각방향에 대한 특성을 증가시킨다. 그러나 지향특성은 불만족스럽다는 것을 알 수 있다.

도 9c는 이 실시형태에 따른 캐비티(35)를 가진 안테나장치의 지향특성을 예시한 것이다. 도 9c에서 안테나장치는 수평면 상의 방위각에서만이 아니라 특히 저앙각방향으로부터 고앙각방향까지의 범위의 앙각에서 매우 넓은 범위에서 지향특성을 제공한다.

상기 실시형태는 캐비티(35)를 가진 에어패치안테나장치를 제공한다. 본 발명은 거기에 한정되지 않는다.

예를 들면, 실시형태에서, 앙각방사특성은 캐비티를 설치함으로써 개선되지만, 도 10에 도시된 바와 같은 개구를 가지는 직사각형 전도체(36) (또는 고리형상 전도체, 또는 와이어 등과 같은 선형 전도체일 수 있다)도 캐비티(35)처럼 설치될 수 있다. 즉, 어떤 전도체도 안테나의 개구를 규정짓는데 사용될 수 있다. 이러한 구조로, 상기 실시형태에서와 동일한 잇점들이 얻어질 수 있다.

본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있다.

추가적인 잇점과 변형들은 당해 기술분야에서 숙련된 자가 쉽게 생각할 수 있을 것이다. 따라서, 더 넓은 면에서 본 발명은 본 명세서에서 도시되고 설명된 대표적 실시형태와 특정 항목에 한정되지 않는다. 따라서 첨부한 특허청구범위와 그 등가물에 의해 정의되는 일반적인 발명개념의 범위 또는 정신으로부터 벗어나지 않고 다양한 변형들이 이루어질 수 있다.

상기에서 언급된 바와 같이, 본 발명의 이 실시형태에 따른 캐비티(35)를 가진 안테나장치의 구조는 저앙각방향으로부터 넓은 앙각범위에 대해 높은 전자계 방사특성을 유지할 수 있다. 또한 전체 안테나장치에 대해 충분히 높은 총이득을 제공할 수 있다.

고효율과 저앙각 방사특성을 가지는 4선 헬리칼안테나, 크로스다이폴안테나 등과 비교해서, 본 발명의 이 실시형태에 따른 안테나장치는 다음과 같은 잇점들을 제공한다.

(1) 급전구조를 포함하여 전체 안테나장치의 구조를 단순화함.

(2) 날카로운 돌출부 없이 안테나소자를 가이드하기 위하여 견고한 캐비티를 가지는 기계적으로 견고한 구조를 제공함.

(3) 안테나장치를 용이하게 제조함.

(4) 전체 안테나구조를 쉽게 박형화함.

본 발명에 따른 안테나장치는 쉽게 대량생산될 수 있고, 자동차와 같은 차량에 탑재하기에 적합할 수 있다.

개구를 가지는 직사각형 전도체(36)(또는 고리형상 전도체, 또는 와이어 등과 같은 선형 전도체일 수 있다)가 캐비티(35)처럼 설치된 구조에서도 동일한 잇점들이 얻어질 수 있다.

Claims (9)

1. 그라운드 플레인;

   상기 그라운드 플레인 위에 설치된 주평면을 가지는 평면형상의 안테나소자; 및

   상기 전체 안테나소자를 비접촉으로 덮기 위하여 상기 그라운드 플레인 위에 위치하고, 상기 안테나소자를 부분적으로 노출시키는 개구를 가지는 캐비티를 포함하는 평면안테나장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 개구의 영역은 상기 안테나소자의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 평면안테나장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 개구는 상기 안테나소자의 주평면과 실질적으로 평행하게 위치한 것을 특징으로 하는 평면안테나장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 안테자소자는 스페이서에 의해 이격되어 상기 그라운드 플레인 위에 설치된 에어패치안테나소자인 것을 특징으로 하는 평면안테나장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 장치는,

   상기 안테나소자에 전원을 공급하기 위한 급전점을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면안테나장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 개구의 영역은 상기 안테나소자의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 평면안테나장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 개구는 상기 안테나소자의 주평면과 실질적으로 평행하게 위치한 것을 특징으로 하는 평면안테나장치.
8. 제5항에 있어서,

   상기 안테나소자는 스페이서에 의해 이격되어 상기 그라운드 플레인 위에 설치된 에어패치안테나소자인 것을 특징으로 하는 평면안테나장치.
9. 그라운드 플레인;

   상기 그라운드 플레인 위로 설치된 주평면을 가지는 평면형상의 안테나소자; 및

   상기 안테나소자의 주평면에 실질적으로 평행하게 위치하고 그것의 실질적인 중심에 개구를 가지는 전도체를 포함하는 평면안테나장치.