KR20020093048A - 빔 스캐닝용 평면 안테나 - Google Patents

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Abstract

아래로부터 접지 도체(14), 유전체(36), 접속 기판(63), 및 유전체(35)를 적층하여 시스템 접속부(104)를 구성하고, 아래로부터 접지 도체(13), 유전체(34), 로트만 렌즈 기판(62), 및 유전체(33)를 적층하여 로트만 렌즈부(103)를 구성하고, 아래로부터 접지 도체(12), 유전체(32), 급전 기판(61), 유전체(31), 및 접지 도체(11)를 적층하여 빔 스캐닝 안테나부(102)를 구성하고, 아래로부터 상기 시스템 접속부(104), 상기 로트만 렌즈부(103), 및 상기 빔 스캐닝 안테나부(102)를 적층함으로써 빔 스캐닝용 빔 안테나의 박형화 및 조립 공정의 간략화를 도모한다.

Description

빔 스캐닝용 평면 안테나 {PLANAR ANTENNA FOR BEAM SCANNING}
방사 방향의 각도를 시간과 함께 변화시켜 일정한 범위로 빈틈 없이 전파를 방사하는 빔 스캐닝 안테나에는 시스템으로부터의 신호를 스캐닝 전파로 변환하는 렌즈로서 로트만 렌즈(Rotman lens)가 통상 사용되고 있다. 이 로트만 렌즈는 도 1(A)에 도시한 바와 같이, 시스템과의 접속 선로(10) 및 급전 선로(給電線路)(4)를 형성한 급전 기판(6)과, 그 이면에 형성된 접지 도체(3)로 이루어지는 마이크로 스트립 구조로 되어 있다. 급전 선로(4)는 커넥터에 접속된 동축 선로(15)를 거쳐 방사 소자(5)에 접속되어 있다.
또, 부품의 수를 줄이거나 형상을 소형화하기 위해 도 1(B)에 도시한 바와 같이, 급전 선로(4)와 방사 소자(放射素子)(5)를 전자적(電磁的)으로 접속하는 구조로 만들 수도 있다.
도 1(A)에 도시한 바와 같은 안테나의 경우, 방사 소자(5)의 수에 대응하여 동축 선로(15)의 수가 증가할 뿐 아니라, 방사 소자(5)와 동축 선로(15)의 접속 시 납땜이 필요하므로 조립 공정수가 많고 입체 구조를 위해 박형화하는 것도 곤란하다.
또, 도 1(B)에 도시한 바와 같은 안테나는 로트만 렌즈 패턴(8)으로부터 이어지는 접속 선로(16)와 방사 소자(5)의 접속에 전자결합(電磁結合)을 이용하고 있지만, 로트만 렌즈 패턴(8)과 방사 소자(5)의 거리가 짧아지면 방사 지향성이 저하될 수 있다. 한편, 이것을 피하기 위해서 상기 거리를 길게 하면 접속 선로(16)가 길어져서 급전 기판(6)의 소형화가 곤란해질 뿐 아니라 선로 손실이 증대된다는 과제가 있다.
본 발명은 마이크로파나 밀리파대의 송수신에 이용되는 빔 스캐닝용 평면 안테나에 관한 것이다.
도 1(A) 및 도 1(B)는 종래예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3(A)는 빔의 방향이 완전 정면(眞正面)일 때의 지향(指向) 특성을 나타내는 선도이다.
도 3(B)는 빔을 완전 정면으로부터 2도 기울였을 때의 지향 특성을 나타내는선도이다.
도 3(C)는 빔을 완전 정면으로부터 4도 기울였을 때의 지향 특성을 나타내는 선도이다.
본 발명은 박형화(薄型化)와 그 조립 공정의 간략화가 우수하고, 소형화된 빔 스캐닝용 평면 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 특허청구의 범위 제1항에 기재된 빔 스캐닝용 평면 안테나는 시스템 접속부, 로트만 렌즈부, 및 빔 스캐닝 안테나부를 이 순서대로 적층한 빔 스캐닝용 평면 안테나로서, 상기 빔 스캐닝 안테나부는 각각 방사 소자, 방사 소자에 접속된 급전 선로, 로트만 렌즈부에 전자 접속된 제1 접속부로 구성되는 복수의 안테나군(antenna群)이 형성된 급전 기판, 상기 방사 소자의 위치에 상당하는 개소에 제1 슬롯을 갖는 제1 접지 도체, 상기 제1 접속부의 위치에 상당하는 개소에 제2 슬롯을 갖는 제2 접지 도체, 상기 제1 접지 도체와 상기 급전 기판의 사이에 설치된 제1 유전체, 및 상기 급전 기판과 상기 제2 접지 도체의 사이에 설치된 제2 유전체를 구비하고, 상기 로트만 렌즈부는 로트만 렌즈 패턴, 로트만 렌즈 패턴에 접속되어 로트만 렌즈 패턴과 제1 접속부를 접속하는 제2 접속부,및 로트만 렌즈 패턴에 접속되어 로트만 렌즈 패턴과 시스템 접속부를 전자적으로 접속하는 제3 접속부를 갖는 로트만 렌즈 기판, 상기 제3 접속부의 위치에 상당하는 개소에 제3 슬롯을 갖는 제3 접지 도체, 상기 제2 접지 도체와 상기 로트만 렌즈 기판의 사이에 설치된 제3 유전체, 및 상기 로트만 렌즈 기판과 상기 제3 접지 도체의 사이에 설치된 제4 유전체를 구비하고, 상기 로트만 렌즈부 및 상기 빔 스캐닝 안테나부는 상기 제3 접지 도체, 상기 제4 유전체, 상기 로트만 렌즈 기판, 상기 제3 유전체, 상기 제2 접지 도체, 상기 제2 유전체, 상기 급전 기판, 상기 제1 유전체, 및 상기 제1 접지 도체의 순으로 적층되어 구성되어 있는 것을 요지로 한다.
청구의 범위 제2항에 기재된 발명은 청구의 범위 제1항에 기재된 빔 스캐닝용 평면 안테나에서, 상기 시스템 접속부는 로트만 렌즈 기판의 제3 접속부의 위치에 상당하는 개소에 설치된 제4 접속부, 최소한 제4 접속부와 시스템을 접속하는 접속 선로를 가지는 접속 기판, 최소한 상기 제4 접속부의 위치에 상당하는 개소에 설치된 제4 접지 도체, 상기 제3 접지 도체와 상기 접속 기판의 사이에 설치된 제5 유전체, 및 상기 접속 기판과 상기 제4 접지 도체의 사이에 설치된 제6 유전체를 구비하고, 상기 제5 유전체, 상기 접속 기판, 상기 제6 유전체, 및 상기 제4 접지도체의 순으로 적층되어 구성되어 있는 것을 요지로 한다.
청구의 범위 제3항에 기재된 발명은 청구의 범위 제2항에 기재된 빔 스캐닝용 평면 안테나에서, 상기 급전 기판의 복수의 안테나군과, 상기 로트만 렌즈 기판의 로트만 렌즈 패턴, 상기 제2 접속부 및 상기 제3 접속부와, 상기 접속 기판의제4 접속부 및 접속 선로는 폴리이미드 필름을 기재로 하고, 그 위에 동박을 접합한 동 접합 적층 필름으로부터 불필요한 동박을 에칭 제거함으로써 형성되어 있는 것을 요지로 한다.
청구의 범위 제4항에 기재된 발명은 청구의 범위 제2항에 기재된 빔 스캐닝용 평면 안테나에서, 상기 제1 유전체, 상기 제2 유전체, 상기 제3 유전체, 상기 제4 유전체, 상기 제5 유전체 및 상기 제6 유전체로서 비유전율 1.1인 발포체(發泡體)가 사용되는 것을 요지로 한다.
청구의 범위 제5항에 기재된 발명은 청구의 범위 제1항에 기재된 빔 스캐닝용 평면 안테나에서, 상기 제1 슬롯은 한 변이 자유공간 파장 λ0의 0.59배 길이인 정사각형인 것을 요지로 한다.
청구의 범위 제6항에 기재된 발명은 청구의 범위 제2항에 기재된 빔 스캐닝용 평면 안테나에서, 상기 제1 접지 도체, 상기 제2 접지 도체, 상기 제3 접지 도체, 및 상기 제4 접지 도체로서 알루미늄판이 사용되는 것을 요지로 한다.
본 발명의 급전 기판(61)에는 폴리이미드 필름을 기재로 하고, 그 위에 동박을 접합한 동 접합 적층 필름으로부터 불필요한 동박을 에칭 제거함으로써 복수의 안테나군을 형성하고 있다. 각 안테나군은 방사 소자(50), 방사 소자에 접속된 급전 선로(40), 및 로트만 렌즈부(103)에 전자 접속된 제1 접속부(51)로 구성되어 있다. 또한, 동 접합 적층 필름 대신에 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름에 알루미늄박을 접합시킨 가요성(flexible) 기판을 사용할 수도 있다.
동일한 방법으로 로트만 렌즈 기판(62) 및 접속 기판(63)을 제조할 수 있다.
제1 접지 도체(11)로서 임의의 금속판 또는 플라스틱에 도금한 판도 사용할 수 있지만 특히 알루미늄판을 사용하면 경량이고 저가로 제조할 수 있어 바람직하다.
제2 접지 도체(12), 제3 접지 도체(13), 제4 접지 도체(14)도 동일한 방법으로 제조할 수 있다.
제1 유전체(31), 제2 유전체(32), 제3 유전체(33), 제4 유전체(34), 제5 유전체(35) 및 제6 유전체(36)로서는 공기나 비유전율이 낮은 발포체 등을 이용하는 것이 바람직하다.
[실시예]
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예의 빔 스캐닝용 평면 안테나는 위로부터 차례로, 빔 스캐닝 안테나부(102), 로트만 렌즈부(103), 및 시스템 접속부(104)를 적층함으로써 구성되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 빔 스캐닝 안테나부(102)는 위로부터 차례로, 제1 접지 도체(11), 제1 유전체(31), 급전 기판(61), 제2 유전체(32) 및 제2 접지 도체(12)를 적층함으로써 구성되어 있다.
급전 기판(61)에는 두께 25㎛의 폴리이미드 필름을 기재로 하고 그 위에 두께 35㎛의 동박을 접합한 동 접합 적층 필름으로부터 불필요한 동박을 에칭 제거함으로써 복수의 안테나군이 형성되어 있다. 각 안테나군은 방사 소자(50), 그것에 접속된 급전 선로(40) 및 로트만 렌즈부(103)에 전자 접속된 제1 접속부(51)로 구성되어 있다.
제1 접지 도체(11)로서 두께 0.6mm의 알루미늄판이 사용된다. 또, 제1 접지 도체(11)의 방사 소자(50)의 위치에 상당하는 개소에 한 변이 자유공간 파장 λ0의 0.59배 길이인 정사각형의 제1 슬롯(2)이 설치되어 있다. 제1 슬롯(2)의 배열 간격은 자유공간 파장 λ0의 0.90배이다.
제2 접지 도체(12)로서 두께 0.6mm의 알루미늄판이 사용된다. 제2 접지 도체(12)의 제1 접속부(51)의 위치에 상당하는 개소에 제2 슬롯(71)이 설치되어 있다.
제1 유전체(31) 및 제2 유전체(32)로서 두께 0.3mm, 비유전율 1.1인 발포체가 사용된다.
또, 도 2에 도시한 바와 같이, 로트만 렌즈부(103)는 위로부터 차례로, 제3 유전체(33), 로트만 렌즈 기판(62), 제4 유전체(34) 및 제3 접지 도체(13)를 적층함으로써 구성되어 있다.
로트만 렌즈 기판(62)에는 두께 25㎛의 폴리이미드 필름을 기재로 하고 그 위에 두께 35㎛의 동박을 접합한 동 접합 적층 필름으로부터 불필요한 동박을 에칭 제거함으로써 로트만 렌즈 패턴(8), 제2 접속부(52) 및 제3 접속부(92)가 형성되어 있다. 제2 접속부(52)는 로트만 렌즈 패턴(8)에 접속되어 로트만 렌즈 패턴(8)과 제1 접속부(51)를 접속한다. 제3 접속부(92)는 로트만 렌즈 패턴(8)에 접속되어 로트만 렌즈 패턴(8)과 시스템 접속부(104)를 전자적으로 접속한다.
제3 접지 도체(13)로서 두께 3mm의 알루미늄판이 사용된다. 제3 접지 도체(13)의 제3 접속부(92)의 위치에 상당하는 개소에 제3 슬롯(72)이 설치되어 있다.
제3 유전체(33) 및 제4 유전체(34)로서 두께 0.3mm, 비유전율 1.1인 발포체가 사용된다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 시스템 접합부(104)는 위로부터 차례로, 제4 유전체(35), 접속 기판(63), 제5 유전체(36) 및 제4 접지 도체(14)를 적층함으로써 구성된다.
접속 기판(63)에는 두께 25㎛인 폴리이미드 필름을 기재로 하고 그 위에 두께 35㎛의 동박을 접합한 동 접합 적층 필름으로부터 불필요한 동박을 에칭 제거함으로써 제4 접속부(91) 및 접속 선로(101)가 형성되어 있다. 제4 접속부(91)는 로트만 렌즈 기판(62)의 제3 접속부(92)의 위치에 상당하는 개소에 설치되어 있다. 접속 선로(101)는 적어도 제4 접속부(91)와 시스템을 접속한다.
제4 접지 도체(14)는 적어도 제4 접속부(91)의 위치에 상당하는 개소에 설치되어 있다. 제4 접지 도체(14)로서 두께 3mm의 알루미늄판이 사용된다.
제5 유전체(35) 및 제6 유전체(36)로서 두께 0.3mm, 비유전율 1.1인 발포체가 사용된다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예의 빔 스캐닝 평면 안테나가 구성된다. 바꿔 말하면 이 빔 스캐닝용 평면 안테나는 아래로부터 시스템 접속부(104), 로트만 렌즈부(103), 빔 스캐닝 안테나부(102)의 순으로 적층되어 구성되어 있다. 보다 상세하게는, 본 발명의 빔 스캐닝용 평면 안테나는 아래로부터 제4 접지 도체(14), 제6 유전체(36), 접지 기판(63), 제5 유전체(35), 제3 접지 도체(13), 제4 유전체(34), 로트만 렌즈 기판(62), 제3 유전체(33), 제2 접지 도체(12), 제2 유전체(32), 급전 기판(61), 제1 유전체(31), 제1 접지 도체(11)의 순으로 적층되어 구성되어 있다.
이와 같이 하여 도 3(A) 내지 3(C)에 도시한 지향성을 갖는 안테나를 구성할 수 있었다. 도 3(A)는 빔의 방향이 완전 정면일 때의 지향 특성을 나타내고, 도 3(B)는 빔을 완전 정면으로부터 2도 기울였을 때의 지향 특성을 나타내며, 도 3(C)는 빔을 완전 정면으로부터 4도 기울였을 때의 지향 특성을 나타낸다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 박형화와 그 조립 공정의 간략화에 있어서 뛰어나고, 소형화된 빔 스캐닝용 평면 안테나를 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 시스템 접속부(104), 로트만 렌즈(Rotman lens)부(103), 및 빔 스캐닝 안테나부(102)를 이 순서대로 적층한 빔 스캐닝용 평면 안테나로서,
    상기 빔 스캐닝 안테나부(102)는 각각
    방사 소자(50), 상기 방사 소자(50)에 접속된 급전(給電) 선로(40), 상기 로트만 렌즈부(103)에 전자적(電磁的)으로 접속된 제1 접속부(51)로 이루어지는 복수의 안테나군이 형성된 급전 기판(61),
    상기 방사 소자(50)의 위치에 상당하는 개소에 제1 슬롯(2)을 갖는 제1 접지 도체(11),
    상기 제1 접속부(51)의 위치에 상당하는 개소에 제2 슬롯(71)을 갖는 제2 접지 도체(12),
    상기 제1 접지 도체(11)와 상기 급전 기판(61)의 사이에 설치된 제1 유전체(31), 및
    상기 급전 기판(61)과 상기 제2 접지 도체(12)의 사이에 설치된 제2 유전체(32)
    를 구비하고,
    상기 로트만 렌즈부(103)는
    로트만 렌즈 패턴(8), 상기 로트만 렌즈 패턴(8)에 접속되어 상기 로트만 렌즈 패턴(8)과 상기 제1 접속부(51)를 접속하는 제2 접속부(52), 및 상기 로트만 렌즈 패턴(8)에 접속되어 상기 로트만 렌즈 패턴(8)과 상기 시스템 접속부(104)를 전자적으로 접속하는 제3 접속부(92)를 갖는 로트만 렌즈 기판(62),
    상기 제3 접속부(92)의 위치에 상당하는 개소에 제3 슬롯(72)을 갖는 제3 접지 도체(13),
    상기 제2 접지 도체(12)와 상기 로트만 렌즈 기판(62)의 사이에 설치된 제3 유전체(33), 및
    상기 로트만 렌즈 기판(62)과 상기 제3 접지 도체(13)의 사이에 설치된 제4 유전체(34)
    를 구비하고,
    상기 로트만 렌즈부(103) 및 상기 빔 스캐닝 안테나부(102)는 상기 제3 접지 도체(13), 상기 제4 유전체(34), 상기 로트만 렌즈 기판(62), 상기 제3 유전체(33), 상기 제2 접지 도체(12), 상기 제2 유전체(32), 상기 급전 기판(61), 상기 제1 유전체(31), 및 상기 제1 접지 도체(11)의 순으로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 빔 스캐닝용 평면 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시스템 접속부(104)는
    상기 로트만 렌즈 기판(62)의 상기 제3 접속부(92)의 위치에 상당하는 개소에 설치된 제4 접속부(91) 및 최소한 상기 제4 접속부(91)와 시스템을 접속하는 접속 선로(101)를 가지는 접속 기판(63),
    최소한 상기 제4 접속부(91)의 위치에 상당하는 개소에 설치된 제4 접지 도체(14),
    상기 제3 접지 도체(13)와 상기 접속 기판(63)의 사이에 설치된 제5 유전체(35), 및
    상기 접속 기판(63)과 상기 제4 접지 도체(14)의 사이에 설치된 제6 유전체(36)
    를 구비하고,
    상기 제5 유전체(35), 상기 접속 기판(63), 상기 제6 유전체(36), 및 상기 제4 접지 도체(14)의 순으로 적층되어 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 빔 스캐닝용 평면 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 급전 기판(61)의 복수의 안테나군과, 상기 로트만 렌즈 기판(62)의 상기 로트만 렌즈 패턴(8), 상기 제2 접속부(52) 및 상기 제3 접속부(92), 그리고 상기 접속 기판(63)의 상기 제4 접속부(91) 및 상기 접속 선로(101)는 폴리이미드 필름을 기재로 하고, 그 위에 동박을 접합한 동 접합 적층 필름으로부터 불필요한 동박을 에칭 제거함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 빔 스캐닝용 평면 안테나.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유전체(31), 상기 제2 유전체(32), 상기 제3 유전체(33), 상기 제4 유전체(34), 상기 제5 유전체(35) 및 상기 제6 유전체(36)로서 비유전율 1.1인 발포체(發泡體)가 사용되는 것을 특징으로 하는 빔 스캐닝용 평면 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 슬롯(2)은 한 변이 자유공간 파장 λ0의 0.59배 길이인 정사각형인 것을 특징으로 하는 빔 스캐닝용 평면 안테나.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 접지 도체(11), 상기 제2 접지 도체(12), 상기 제3 접지 도체(13), 및 상기 제4 접지 도체(14)로서 알루미늄판이 사용되는 것을 특징으로 하는 빔 스캐닝용 평면 안테나.
KR10-2002-7013860A 2000-04-18 2000-04-18 빔 스캐닝용 평면 안테나 KR100486831B1 (ko)

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