KR20040089415A - 이중 반원고리형 평판 슬롯 배열 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 반원고리형 평판 슬롯 배열안테나를 개시한다. 본 발명은 발포 플라스틱과 구리필름을 이용한 저가형 평판 안테나 구현에 있어서 발포 플라스틱 층과 구리필름 층의 사용을 최소화한 구조에서 반원고리형 슬롯을 사용하여 안테나의 이득을 증가시키고 동시에 대역폭이 증가되는 이점을 가진다. 본 발명은 단일 안테나가 소정 패턴으로 다수 배열된 평면 배열 안테나에 있어서, 상기 단일안테나는, 금속 접지(ground) 층과, 상기 접지층 위에 적층되는 제 1 유전체층과, 상기 제 1 유전체층 위에 적층되어 전자파 방사소자에 에너지를 인가해주는 회로패턴이 있는 급전선로 층과, 상기 급전선 층 위에 적층되는 제 2 유전체 층과, 상기 제 2 유전체층 위에 적층되는 이중 반원고리형 방사소자를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 기존의 구조보다 주파수 대역폭이 더 크며 또한 급전선과 방사소자 간의 간섭이 줄어 결과적으로 급전선의 불필요한 부분에서 방사되는 양을 크게 줄임으로써 궁극적으로 이득이 향상된 이득을 가지는 배열 안테나를 구현할 수 있게 한다는 이점을 가지며 또한 사용되는 유전체 층과 금속층을 최소화하여 안테나 제작 비용을 절감할 수 있다는 이점을 가진다.

Description

이중 반원고리형 평판 슬롯 배열 안테나{Flat-Plate Slot Array Antenna with Dual Semi-Annular Rings}

본 발명은 3 GHz 이상의 높은 주파수 대역에서 저가의 평판 안테나 구현을 위한 이중 반원고리형 슬롯과 이를 배열하는 방법에 관한 것으로서, 특히 기존 구조의 경우보다 소요되는 유전체 층 수와 도체 층 수가 적으며 주파수 대역폭 특성과 이득 특성이 향상된 평면 배열 안테나에 관한 것이다.

근래에 들어 3 GHz 이상의 마이크로파 주파수 대역에서 흔히 사용되는 고가의 테플론 기판 대신에 매우 저가인 포장용 등 범용 발포 플라스틱 시트(sheet)와 연성구리필름회로 제작에 사용되는 플라스틱 필름에 코팅된 구리포일을 이용한 저가형 안테나의 실용화가 증가되고 있다. 본 발명은 발포 플라스틱과 구리필름을 사용하여 구현할 수 있는 저가형 평판 안테나에 적용할 수 있는 배열 안테나 기술을 제시한다.

도 3은 발포 플라스틱과 구리필름으로 구현할 수 있는 종래의 슬롯을 이용한 평판 배열 안테나의 일예로서, 도 1의 단일 안테나가 2× 2 단위로 배열된 것을 도시한 것이고, 도 1은 도 3에서 사용된 슬롯 방사소자 중의 하나를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 B선 단면도로서 단일 안테나의 적층 구조를 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이 종래의 슬롯을 이용한 평판 배열 안테나 구조에서는 가장 밑에 접지층(21)이 형성되고, 이 접지층 위에 유전체층(20)이 형성되며, 이 유전체층 위에 급전선로인 주방사층(18)이 형성되어 있으며, 주방사층 위에 또 다른 유전체층(17)이 형성되며, 이 유전체층 위에 금속층(16)이 형성되고, 금속층위에 또 다른 유전체층(14)이 형성되며, 이 유전체층 위에 방사부(12)가 형성되어 있다.

이러한 종래의 평판 배열 안테나는 단일 안테나의 상단부가 대기 중으로 개방되어 있는 일반적인 마이크로스트립 급전 구조를 취하고 있는 것으로서, 급전부(10)에서 주입된 전파는 주방사층(9)과 개구방사부(8)를 통해 대기로 진행하게 된다.

그러나 이러한 종래 평판 배열 안테나에서 사용되는 단일 안테나는, 마이크로스트립 급전구조의 안테나로서, 협대역 특성을 가지는 단점이 있고, 3 개의 유전체 층과 3개의 도체층이 소요되어 재료비가 많이 드는 단점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존 구조의 문제점인 협대역 특성을 개선하여 보다 개선된 주파수 대역폭 특성을 가지며, 기존 구조에서보다 유전체 층과 도체 층을 감소시켜 더 낮은 가격에 평판 안테나를 구현할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서, 다수의 단일 안테나가 소정의 패턴으로 배열된 평명 배열 안테나에 있어서, 상기 단일 안테나는, 접지층(7)과, 상기 접지층 위에 적층되는 제 1 유전체층(6)과, 상기 제 1 유전체층 위에 적층되어 전자파 방사소자에 에너지를 인가해주는 회로패턴이 있는 급전선로 층(4)과, 상기 급전선로 층 위에 적층되는 제 2 유전체층(5)과, 상기 제 2 유전체층 위에 적층되는 이중 반원고리형 방사소자(3)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 제 2 유전체층 위에 적층되어 있는 금속층(1)은 급전선(4)에 있어서 직접적으로 반원고리형 슬롯에 전기장을 유도시키는 스트립 다이폴(4a)외의 다른 부분(4b, 4c, 4d, 4e)에 의한 복사 손실을 억제한다. 또한 반원고리형 슬롯(2, 3)을 사용함으로써 불필요한 급전선의 노출을 최소화하여 이에 의한 복사손실을 억제한다. 이 결과로 안테나의 이득이 증가하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 반원고리형 슬롯은 종래의 사각형 개구면보다 광대역 특성을 가지는 이점이 있다. 또한 본 발명에서 제안한 구조에서는 유전체층과 금속층의 사용이 최소화되어 안테나 제작 비용을 최소화할 수 있다는 이점을 가진다.

도 1은 종래의 평판 슬롯 배열 안테나에서 사용되는 단일 안테나 소자의 평면도

도 2는 도 1의 B-B선 단면도

도 3은 기존 슬롯 배열 안테나의 일 예로서 2 x 2 단위 배열 안테나를 도시한 평면도

도 4는 본 발명에 따른 반원고리형 평판 슬롯 배열 안테나의 일 예를 도시한 평면도

도 5는 도 4의 A-A선 단면도

도 6은 도 4의 안테나 실시예에서 사용된 급전선로의 평면도

도 7은 본 발명에 따른 반원고리형 평판 슬롯 배열 안테나에서 채용된 단일

안테나의 실시예를 도시한 평면도

도 8은 도 7의 안테나 실시예에서 사용된 급전선로의 평면도

도 9는 본 발명에 따른 반원고리형 평판 슬롯 배열 안테나 실시예(도 4)의

이득 특성도

도 10은 본 발명에 따른 반원고리형 평판 슬롯 배열 안테나의 실시예(도 4)

의 반사계수 특성도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 급전선 차폐를 위한 도체 층 2 : 상부 슬롯 방사소자

3 : 하부 슬롯 방사소자 4 : 급전선로 층

5 : 제 2 유전체층 6 : 제 1 유전체층

7 : 접지(ground) 층

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 평판형 배열 안테나의 일예를 도시한 평면도이고 도 5는 도 4의 A선 단면도이다. 도 6은 도 4의 실시예에서 사용된 급전선의 평면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 이중 반원고리형 슬롯 안테나 단일 소자로서 도 8은 이를 위한 급전선로의 평면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 평판 배열안테나는 단위 배열안테나 4개를 2× 2 단위 배열 안테나로 확장시킨 것이다.

이와 같은 단일 안테나의 배열은 본 실시 예에 국한되는 것은 아니며, 필요에 따라서 도 4에 도시된 2× 2 단위 배열안테나 4개를 4× 4 단위 배열 안테나로 확장시킨 것을 사용하거나 또는 그 이상으로 확장 배열하여 사용할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 평판형 배열안테나에 채용된 단일 안테나의 실시 예는 도 7에 도시된 바와 같이, 가장 밑에 그라운드층(7)이 형성되고, 이 그라운드층(7) 위에 제 1 유전체층(6)이 형성되며, 이 제 1 유전체층(6)위에 급전선로층(4a)이 형성되어 있다.

그리고 본 발명의 특징에 따라 급전선로층(4a)위에 제 2 유전체층(5)이 형성되고, 이 제 2 유전체층(5)위에 반원 고리형 방사소자 층(3)이 형성된다.

그리고 반원 고리형 방사소자 층(3)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 유전체층(5) 위에 형성되는 일종의 개구 방사부(1)로서 이 개구방사부와 평행하게 배치된 급전용 반파장 스트립 다이폴 소자(4a)에 의해 개구면에 동일한 위상으로 전기장이 형성되고 이 전기장에 의해 평판 위의 공간으로 전자파의 방사가 이루어진다.

그리고 급전선로 층(4)에는 슬롯 방사소자를 동일한 위상으로 여기시키기 위한 반파장 스트립 다이폴 (4a), 300-400 옴 대의 높은 스트립 다이폴의 입력저항을 보다 다루기 쉬운 100 옴 전후의 값으로 변환해 주는 변환부(4b, 4c)가 설치된다. 임피던스 변환부를 통해서 적절한 값으로 변환된 단일 안테나 소자의 임피던스는 필요에 따라 임피던스 변환부가 같이 사용되기도 하는 T자형 전력 합산기(4e)에 의해 합쳐져서 궁극적으로 한개의 입력 선로(4)로 각 소자에서 수신된 전파가 모아 지게 된다. 슬롯 여기용 다이폴 외의 급전선로의 다른 부분에 의한 복사는 최상층의 도체(1)에 의해 덮여 지는 관계로 억제된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 금속 차폐층에 의해 급전선으로부터의 불필요한 복사를 최대한 억제함과 동시에 반파장 스트립 다이폴을 사용하여 이중 반원고리형 슬롯에 전기장을 여기시키고 이로부터 전파가 방사되게 함으로써 기존 구조에서보다 광대역 및 고이득 특성을 얻을 수 있으며 또한 기존 구조의 경우보다 유전체 층의 수와 도체층의 수를 감소시켜 종래의 경우보다 안테나 구현에 소요되는 비용을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 도 4에서 두 금속판(1, 7) 사이의 스트립 다이폴에 의해 여기되는 이중 반원고리형 슬롯 안테나 소자.
2. 제 1 항에서 이중 반원고리형 슬롯을 여기시키는 스트립 다이폴 급전 구조.
3. 제 1 항의 이중 반원고리형 슬롯 안테나 소자와 제 2 항의 스트립 다이폴 구조를 이용하여 구현된 배열 안테나