KR200347552Y1 - 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나 - Google Patents

Abstract

본 고안에 의한 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나는 복수개의 마이크로스트립 패치 안테나 어레이(array)로 이루어지는 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나로서, 상기 마이크로스트립 패치 안테나는 접지판과; 상기 접지판의 상부에 형성되는 유전체 폼(form)과; 상기 유전체 폼의 상부에 적층되는 유전체 기판의 일면에 형성되고, 소정의 간격을 두며 수평·수직 방향으로 배열되는 방사패치와 상기 방사패치에 서로 다른 위상차를 두며 급전하는 급전선로를 각각 포함하는 안테나부와; 상기 유전체 기판의 다른 일면에 형성되고, 상기 방사패치와 상하 중복되는 위치에서 형성되는 편파기를 포함하는 기생소자부로 이루어지며, 상기 방사패치는 수평방향으로는 동작 중심 주파수의 0.8 ~ 0.9λ₀(λ₀: 자유공간 파장)의 간격으로 배열되고, 수직방향으로는 원하는 빔의 조향각도를 얻기 위하여 동작 중심 주파수의 0.5 ~ 0.6λ₀의 간격으로 배열된다. 또한, 상기 편파기는 급전면에 대하여 소정의 각도만큼 경사지면서 소정의 간격을 두어 서로 평행하게 형성되는 3개의 편파소자로 되는 삼선(三線) 편파기로 구성된다.

Description

광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나 {BROADBAND BEAM TILTING CIRCULAR POLARIZED FLAT PLATE ANTENNA}

본 고안은 직접 위성방송(DBS)의 수신용으로 사용하기 위한 평판 안테나에 관한 것으로서, 특히 마이크로스트립 패치 안테나에 있어서 안테나 빔의 조향각을 자유자재로 조절할 수 있는 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나에 관한 것이다.

종래의 직접 위성방송 수신용 안테나는 파라볼릭 타입으로서 안테나의 이득 및 효율면에서는 우수하지만, 차량이나 선박 등의 이동체에는 구조적인 문제로 인해 탑재가 어려운 문제가 있었다. 따라서, 상대적으로 이동체에 탑재가 용이한 평판 안테나가 상기 파라볼릭 안테나를 대체하여 사용되지만, 종래의 평판 안테나는 최적의 위성방송을 수신하기 위해서는 소정 각도만큼 기울여서 설치하여야 하므로, 결국 안테나의 높이가 높아지는 문제가 있었다. 특히, 우리 나라의 경우에는 무궁화 위성을 이용한 위성방송을 보기위해서는 무궁화 위성이 적도 상공의 정지궤도에 있기 때문에, 안테나를 수평에서 43 ~ 45°만큼 기울여야 한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 빔 조향 기능을 가지는 종래의 마이크로스트립 패치 안테나가 개발되었으나, 이 역시 안테나의 이득이 낮을 뿐만 아니라 안테나의 빔 조향 각도에 따라 일정 비율로 이득이 감소되어 동일한 이득의 일반 평판 안테나와 비교하여 면적이 크고 고가인 문제가 있었다.

이에 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 안테나 이득의 감소없이 안테나 빔의 조향각을 원하는 각도로 조절가능하며, 우수한 광대역 수신특성을 지니는 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안에 의한 단일의 마이크로스트립 패치 안테나의 구조도.

도 2는 본 고안에 의한 복수개의 마이크로스트립 패치 안테나가 배열된 빔 조향 원편파 평판 안테나의 측면도 및 사시도.

도 3은 본 고안에 의한 복수개의 마이크로스트립 패치 안테나가 배열된 빔 조향 원편파 평판 안테나의 평면도.

도 4는 본 고안에 의한 빔 조향 원편파 평판 안테나에 있어서 안테나부의 구조도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11: 기생소자부 12: 안테나부

13: 접지판 14: 편파기

15: 방사패치 16: 급전선로

21: 테프론 기판 22: 유전체 폼(form)

141: 편파소자 142: 편파소자

143: 편파소자

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징으로서, 본 고안에 의한 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나는 복수개의 마이크로스트립 패치 안테나 어레이(array)로 이루어지는 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나로서, 상기 마이크로스트립 패치 안테나는 접지판과; 상기 접지판의 상부에 형성되는 유전체 폼(form)과; 상기 유전체 폼의 상부에 적층되는 유전체 기판의 일면에 형성되고, 소정의 간격을 두며 수평·수직 방향으로 배열되는 방사패치와 상기 방사패치에 서로 다른 위상차를 두며 급전하는 급전선로를 각각 포함하는 안테나부와; 상기 유전체 기판의 다른 일면에 형성되고, 상기 방사패치와 상하 중복되는 위치에서 형성되는 편파기를 포함하는 기생소자부로 이루어지며, 상기 방사패치는 수평방향으로는 동작 중심 주파수의 0.8 ~ 0.9λ₀(λ₀: 자유공간 파장)의 간격으로 배열되고, 수직방향으로는 원하는 빔의 조향각도를 얻기 위하여 동작 중심 주파수의 0.5 ~ 0.6λ₀의 간격으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 고안의 다른 특징으로서, 상기 편파기는 급전면에 대하여 소정의 각도만큼 경사지면서 소정의 간격을 두어 서로 평행하게 형성되는 복수개의 편파소자로 되는 편파기로 되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 의한 단일의 마이크로스트립 패치 안테나의 구조도이다.

먼저, 본 고안에 의한 단일의 원편파 마이크로스트립 패치 안테나는 안테나의 반사판 기능을 하는 접지판(13)과, 상기 접지판의 상부에 위치하며 방사패치(15) 및 급전선로(16)를 각각 포함하는 안테나부(12)와, 상기 방사패치(15)와 중복되는 위치에서 서로 평행하게 경사져 형성되는 편파기(14)를 포함하는 기생소자부(11)로 이루어진다.

이때, 각각의 상기 접지판(13)과 상기 안테나부(12)와 상기 기생소자부(11)의 사이에는 서로 다른 유전율을 지니는 유전체가 형성되는데, 이 유전체를 통하여 전자기적 결합이 발생하고 전자계 에너지는 상기 편파기(14)로 전달되게 된다.

도 2는 본 고안에 의한 복수개의 마이크로스트립 패치 안테나가 배열된 빔 조향 원편파 평판 안테나의 측면도 및 사시도이며, 도 3은 그 평면도이다.

본 고안에 의한 빔 조향 원편파 평판 안테나에 있어서, 기생소자부(11)와 안테나부(12)는 표면에 동판 등의 도체가 부착된 단일 테프론 기판(21)의 양면에 형성되며, 편파기(14)와 방사패치(15) 및 급전선로(16)는 사진식각법을 이용하여 상기 도체를 에칭함으로써 제작된다. 이 때, 상기 테프론 기판(21) 대신에 소정의 유전율을 지니는 유전체 재질의 기판이 사용될 수도 있다. 상기 편파기(14)와 상기 방사패치(15)는 상하 중복되도록 형성되어야 함은 물론이다. 그리고, 상기 테프론 기판의 하부에는 유전체폼(form: 22)과 접지판(13)으로 되는 알루미늄 기판이 각각 차례로 적층되어진다.

도 4는 본 고안에 의한 빔 조향 원편파 평판 안테나에 있어서 안테나부의 구조도이다.

복수개의 마이크로스트립 패치 안테나가 배열된 빔 조향 원편파 평판 안테나의 안테나부(12)에 있어서 사각형 방사패치(15)는 소정의 간격을 두며 수평·수직 방향으로 배열된다. 즉, 수평방향으로는 동작 중심 주파수의 0.8 ~ 0.9λ₀(λ₀: 자유공간 파장)의 간격으로 배열되고, 수직방향으로는 원하는 빔의 조향각도를 얻기 위하여 동작 중심 주파수의 0.5 ~ 0.6λ₀의 간격으로 배열되어진다.

이 때, 상기 방사패치(15)에는 일정한 위상값으로 급전선로(16)를 통하여 신호가 급전되어야한다. 즉, 종래의 Boresight 안테나인 경우에는 빔이 안테나 면에 대하여 수직방향으로 지향하지만, 본 고안에 의한 빔 조향 원편파 평판 안테나에서는 수직방향을 기준으로 하여 시계 방향으로 30°틸트(tilt)시키기 위하여 각각의 상기 방사패치(15)에 상대적으로 130°의 위상차가 나도록 상기 급전선로(16)를 통하여 신호를 급전하게 된다.

또한, 해당 대역의 축비를 얻기 위한 편파기(14)에 있어서 종래의 단일 슬롯이나 교차 슬롯(X자 형태)과는 달리 3개의 서로 평행한 편파 소자(141, 142, 143)를 일정한 간격과 일정한 각도로 배열하여 일정한 대역에서 원편파의 축비를 제어할 수가 있도록 한다.

즉, 예를 들어 11.7 ~ 12.7 GHz인 안테나 사용대역에서 11.7 ~ 12.2 GHz는 원형편파이고 12.2 ~ 12.7 GHz는 선형편파로 되는 복합대역으로 되는 경우, 상기편파기(14)는 급전면에 대해 30˚경사져서 형성되며, 상기 편파기(14) 내의 각 편파소자(141, 142, 143)의 간격은 0.02 ~ 0.04λ_g(λ_g: 관내 파장), 각 편파소자(141, 142, 143)의 폭은 0.02 ~ 0.03λ_g, 각 편파소자(141, 142, 143)의 길이는 0.04 ~ 0.06λ_g로 각각 형성되어진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의한 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나에 의하면, 소정의 간격을 두어 방사패치를 배열하고 이에 서로 다른 위상차로 신호를 급전해줌으로써 ku-band에서 원하는 안테나 빔의 조향각도로 조절할 수 있게 되며, 이에 편파기를 이용함으로써 10% 정도의 광대역 특성 및 원하는 대역에서 원하는 축비의 원편파를 자유자재로 생성할 수가 있게 된다. 또한, 안테나부와 기생소자부를 하나의 테프론 기판으로 제작하고 이를 저가의 유전체 폼위에 적층시킴으로써 생산 단가를 낮추고 생산 공정을 단순화할 수 있다. 특히, 상기 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나를 이동체 탑재용 직접 위성방송(DBS) 수신 안테나로 적용할 경우 요구되는 광대역 고이득 특성을 만족하며, 빔 조향기술에 의한 소형·경량인 안테나 제작이 가능하다.

Claims (2)

1. 복수개의 마이크로스트립 패치 안테나 어레이(array)로 이루어지는 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나에 있어서, 상기 마이크로스트립 패치 안테나는

   접지판과,

   상기 접지판의 상부에 형성되는 유전체 폼(form)과,

   상기 유전체 폼의 상부에 적층되는 유전체 기판의 일면에 형성되고, 소정의 간격을 두며 수평·수직 방향으로 배열되는 방사패치와 상기 방사패치에 서로 다른 위상차를 두며 급전하는 급전선로를 각각 포함하는 안테나부와,

   상기 유전체 기판의 다른 일면에 형성되고, 상기 방사패치와 상하 중복되는 위치에서 형성되는 편파기를 포함하는 기생소자부로 이루어지며,

   상기 방사패치는 수평방향으로는 동작 중심 주파수의 0.8 ~ 0.9λ₀(λ₀: 자유공간 파장)의 간격으로 배열되고, 수직방향으로는 원하는 빔의 조향각도를 얻기 위하여 동작 중심 주파수의 0.5 ~ 0.6λ₀의 간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나.
2. 제 1항에 있어서, 상기 편파기는 급전면에 대하여 소정의 각도만큼 경사지면서 소정의 간격을 두어 서로 평행하게 형성되는 복수개의 편파소자를 포함하는 편파기로 되는 것을 특징으로 하는 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나.